超声波振子及使用超声波振子的超声波电机的制作方法

文档序号:8167905阅读:313来源:国知局
专利名称:超声波振子及使用超声波振子的超声波电机的制作方法
技术领域
本发明涉及超声波振子及使用超声波振子的超声波电机。
背景技术
以往,已知有各种超声波电机,例如日本国特许(专利)3311446号专利公开公报也公开了超声波电机的一例。
以下,以该特许3311446号专利公开公报公开的超声波电机为例来说明代表性的超声波电机。
超声波电机通常具有超声波振子,该超声波振子如下构成。
超声波振子具有下述构造首先,层叠多枚薄矩形的第1及第2压电板而构成,在第1压电板上印刷一对内部电极,在第2压电板上印刷一对内部电极,交替层叠这些第1压电板及第2压电板。
此外,上述内部电极是延伸到上述超声波振子的侧面或顶面上而形成的。这些压电板是通过向锆钛酸铅(以下称为PZT)的基片(耐磨耗马达垫片材料green sheet)上印刷上述内部电极并定位、层叠后烧成而形成压电体层叠部的。
此外,在上述压电体层叠部中的超声波振子的内部电极露出的位置(超声波振子顶面作为正极的2处及超声波振子侧面作为负极的2处)上,设有外部电极。
进而,在上述压电体层叠部中,通过用导线连接上述顶面左侧所设的外部电极和该左侧面所设的外部电极来形成电端子。将该电端子作为A相来施加后述交变电压。
进而,在上述压电体层叠部中,通过用导线连接上述顶面右侧所设的外部电极和该右侧面所设的外部电极来形成电端子。将该电端子作为B相来施加后述交变电压。
此外,向上述A相、B相电端子分别施加预定的直流电压来进行极化处理。
进而,在上述压电体层叠部中,在超声波振子底面的弯曲振动的振幅取大致极大值的位置上粘接驱动子(摩擦突起部)。
在具有这种结构的超声波振子中,如果向上述A相电端子和上述B相电端子分别施加相位相差π/2的交变电压,则在上述驱动子的位置上,激励起1次纵振动和2次弯曲振动,产生顺时针或逆时针的大的椭圆振动。
为了用如上所述的超声波振子来构成超声波电机,该超声波电机还具有以下构成要件。
在上述超声波振子的中央部设有贯通孔,在该贯通孔中插入并粘接着用于取出驱动力的销。进而,通过设置与上述销配合并沿预定的方向按压上述驱动子的按压机构、和与超声波振子的驱动子接触并相对于该驱动子移动的被驱动体,来构成超声波电机。
上述被驱动体由线性引导件来保持,与上述驱动子接触,而且能够由上述线性引导件引导来滑动。
在具有这种结构的超声波电机中,如果向超声波振子中的上述A相电端子和上述B相电端子分别施加相位相差π/2的交变电压,则如上所述,在上述驱动子的位置上激励起1次纵振动和2次弯曲振动,产生顺时针或逆时针的大的椭圆振动,由此上述被驱动体左右动作。

发明内容
简略地说,本发明的超声波振子通过使压电元件同时产生第1振动模式及第2振动模式,来使摩擦突起部产生超声波椭圆振动,其特征在于,通过烧成而与上述压电元件一体形成上述摩擦突起部。
本发明的其他特征和优点将在随后的描述中进行说明,并且一部分可从该描述中显而易见,或者可以通过实施本发明来获悉。本发明的特征和优点可以通过以下特别指出的手段和组合来实现和获得。


图1A是本发明第1实施方式的超声波振子的主视图。
图1B是上述第1实施方式的超声波振子的一个侧面的侧视图。
图2是上述第1实施方式的超声波振子中的压电体层叠部的主要部分分解透视图。
图3A是上述第1实施方式的超声波振子中的第1压电片部的主视图。
图3B是上述第1实施方式的超声波振子中的第2压电片部的主视图。
图4A和图4B是用于说明对上述第1实施方式的超声波振子中的第1、第2压电片部进行剪断处理来得到压电体层叠部的制造工序的说明图。
图5A和图5B是用于说明对上述第1实施方式的超声波振子中的第1、第2压电片部进行剪断处理来得到压电体层叠部的制造工序的另一例的说明图。
图6A和图6B是用于说明对上述第1实施方式的超声波振子中的第1、第2压电片部进行剪断处理来得到压电体层叠部的制造工序的又一例的说明图。
图7A和图7B是上述第1实施方式的超声波振子的动作例的示意性的主要部分放大透视图。
图8A和图8B是用于说明上述第1实施方式的超声波振子中的摩擦突起部近旁产生的激励作用的说明图。
图9A是使用上述第1实施方式的超声波振子的超声波线性电机的主视图。
图9B是使用上述第1实施方式的超声波振子的超声波线性电机的一个侧面的侧视图。
图10是上述第1实施方式的超声波振子中的、通过切削工序形成的摩擦突起部和其近旁的主要部分放大侧视图。
图11A是使用图10所示的超声波振子的超声波线性电机的主视图。
图11B是使用图10所示的超声波振子的超声波线性电机的一个侧面的侧视图。
图12是本发明第2实施方式的超声波振子中的压电体层叠部的主要部分放大透视图。
具体实施例方式
以下参照附图来说明本发明的实施方式。
图1A是本发明第1实施方式的超声波振子的主视图,图1B是上述第1实施方式的超声波振子的一个侧面的侧视图。
如这些图1A、图1B所示,本第1实施方式的超声波振子1由压电元件形成,具有大致棱柱状的压电体层叠部2;该压电体层叠部2的左右两个侧面的4处、及正面的4处所设的带状或弯曲状的外部电极3;上述压电体层叠部2的底面2处、及顶面2处与上述压电体层叠部2一体设置的摩擦突起部4;以及上述压电体层叠部2的大致中央部所设的孔5。
上述压电体层叠部2的详细结构将在后面进行描述,它的构造是,交替层叠多枚实施了内部电极处理的薄矩形的压电陶瓷片--第1、第2压电体片6、7。
在图1A中,右侧侧面的外部电极3如后所述,将通过分别安装在从压电体层叠部2的该图中右侧面部取出的2处内部电极露出部8a、9a(参照图2)上而形成的2个电端子(A+、A-两个端子)作为A(A相)。
此外,在图1A中,左侧侧面的外部电极3如后所述,将通过分别安装在从压电体层叠部2的该图中左侧面部取出的2处内部电极露出部8a、9a(参照图2)上而形成的2个电端子(B+、B-两个端子)作为B(B相)。
接着,参照图2,来更详细地说明上述压电体层叠部2。
如图2所示,上述压电体层叠部2是通过交替层叠多枚具有第1内部电极8的第1压电片6、和具有第2内部电极9的第2压电片7而构成的。
上述第1压电片6具有例如厚度为50μm的形状的压电元件--压电体层6A,在该压电体层6A的底面2处、及顶面2处一体地设有上述摩擦突起部4。在第1压电片6的表面上,如后所述印刷了上述第1内部电极8。
上述第2压电片7具有例如厚度为50μm的形状的压电元件--压电体层7A,在该压电体层7A的底面2处、及顶面2处(与上述第1压电片6相同的位置)一体地设有上述摩擦突起部4。在第2压电片7的表面上,如后所述印刷了上述第2内部电极9。
上述第1压电片6及上述第2压电片7在本实施例中是用PZT(锆钛酸铅)作为构成这些第1及第2压电片6、7的材质而形成的。
其中,如图2所示,上述压电体层叠部2在层叠了多枚第1及第2压电片6、7的叠层的开头(最上层,相当于图2中的第1压电片6的人面前一侧第1枚),层叠了用相同的PZT材料形成而且未施以内部电极的压电片6B。
此外,上述第1内部电极8及上述第2内部电极9是用银钯合金(Ag-Pd)或银(Ag)作为其电极材料而构成的。
本第1实施方式的超声波振子1随着上述第1压电片6、第2压电片7的层叠,而交替层叠了上述第1内部电极8和上述第2内部电极9。
即,构成本第1实施方式的超声波振子中的压电体层叠部2的各种部件的层叠顺序中,按压电片6B、第1内部电极8、压电体层6A、第2内部电极9、压电体层7A、………、压电体层7A、第1内部电极8、压电体层6A、第2内部电极9、压电体层7A的顺序来层叠。
接着,说明上述第1及第2压电片6、7的内部电极形状。
压电体层叠部2的断面形状的详细情况如图2所示,第1压电片6上所设的第1内部电极8被配置在上述压电体层6A的单个侧面全部区域的上部,而且被左右二分。此外,第1内部电极8的一部分被延设到压电体层6A的两个侧面基端部为止,分别形成了内部电极露出部8a。在本第1实施方式中,左右上述第1内部电极8的间隔例如为0.2mm左右。
此外,压电体层叠部2的断面形状的详细情况如图2所示,第2压电片上所设的第2内部电极9被配置在上述压电体层7A的大致全部区域上,而且被左右二分。此外,第2内部电极9的一部分被延设到压电体层7A的两个侧面基端部,分别形成了内部电极露出部9a。在本第1实施方式中,上述第2内部电极9的端部和压电体层7A的端部之间的距离例如为0.2mm左右。
在上述第1压电片6及上述第2压电片7的各自的大致中央部,设有例如Φ0.3mm的贯通孔5。
在本第1实施方式中,上述压电体层叠部2是按宽度为5mm、高度为1.26mm、深度为2mm的形状来形成。
图1A、图1B所示,具有这种结构的压电体层叠部2的超声波振子1在通过使上述压电体层叠部2的第1内部电极8及第2内部电极9的一部分分别延设到超声波振子1的两侧侧面基端部而形成的各内部电极露出部8a、9a上,分别设有由烧银(baking silver)形成的外部电极3。
即,如图1B所示,压电体层叠部2的侧面的外部电极3分别电连接在内部电极8a、9a(参照图2)上并被设为带状,并且这些外部电极3经压电体层叠部2的边缘部导通到上述压电体层叠部2的正面所设的带状及弯曲状的其他外部电极3上。上述压电体层叠部2的相反一侧的侧面的外部电极也被设为同样的形状。
虽然未图示,在这些外部电极3上,分别用焊锡等连接着导线,或者电接合着设有电极的柔性电路板,经该导线或柔性电路板来供给来自未图示的驱动电路的驱动信号。
本第1实施方式的超声波振子1在与上述压电体层叠部2的底面及顶面的弯曲共振振动的大致腹部对应的位置上,与上述压电体层叠部2一体地设有上述摩擦突起部4。即,该摩擦突起部4是用与上述压电体层叠部2相同的材料形成的。
此外,在该超声波振子1的大致中央部,设有例如Φ0.3mm的贯通孔5。该孔5也不必是贯通孔,也可以是在上述压电体层叠部2内以预定的尺寸形成的孔。
接着,参照图3A、图3B、图4A及图4B来说明本第1实施方式的超声波振子的制造方法。图3A示出印刷了多个第1内部电极图形的第1压电片部,图3B示出印刷了多个第2内部电极图形的第2压电片部。此外,图4A示出剪断时使第1、第2压电片部重合的状态,图4B示出剪断后形成的压电体层叠部的形状。
在本第1实施方式的超声波振子的制造方法中,将PZT的临时烧结粉末(仮焼結粉末)和粘合剂混合来形成泥浆,用刮粉法(ドクタ一ブレ一ド法)以预定的厚度浇铸成膜状来形成基片(相当于压电体层6A、7A)10A、11A。然后,将基片10A、11A干燥后,从膜上剥离。准备多个这样形成的例如厚度为50μm左右的基片10A、11A。
接着,通过用具有多个第1内部电极8的图形(参照图2)的掩模向第1基片10A上印刷电极材料,来形成图3A所示的第1压电片部10。在此情况下,上述第1内部电极8是用银钯合金(Ag-Pd)形成的。
此外,通过用具有多个第2内部电极9的图形(参照图2)的掩模向第2基片11A上印刷电极材料,来形成图3B所示的第2压电片部11。在此情况下也同样,上述第2内部电极9是用银钯合金(Ag-Pd)形成的。
然后,例如用内部电极透视边界线13精确地进行定位,使得这些第1及第2内部电极8、9之间正好重合,来交替层叠多枚这些第1压电片部10和第2压电片部11。然后,在叠层的最上面层叠未印刷内部电极的第3基片(未图示)。
然后,通过冲压包含该第3基片的第1、第2压电片部10、11的层叠体,使该层叠体中的各基片间密合。
接着,如图4A所示,在与上述层叠体的各压电体层叠部2对应的中央部分分别设有孔5。
然后,用将图中的剪断线12所示的外形形状的冲头(阳模)、和凹模(阴模)作为一组、上述冲头上下嵌入上述凹模的冲模,夹着上述层叠体,考虑上述内部电极的位置来进行剪断处理。剪断方法不限于此,也可以用上述剪断线12所示的外形形状的刀具来剪断上述层叠体,也可以采用能够沿上述剪断线12来进行剪断的其他剪断方法。
其结果是,能够得到外形形状如图4B所示的压电元件。即,该压电元件将摩擦突起部4与压电体层叠部2一体形成。
然后,图4B所示的压电元件通过烧成来生成与压电体层叠部2相当的压电元件。
在内部电极露出部8a、9a(参照图2)上,通过用烧焊法施以银,来形成图1B所示的带状的外部电极3,并且在压电体层叠部2的表面上也同样通过用烧焊法施以银,来形成图1A所示的带状及弯曲状的外部电极3。然后,通过向这些外部电极3的A相(A+、A-间)、B相(B+、B-间)施加直流高压,来进行极化,使其具有压电特性。
这样,形成压电体层叠部2。
作为变形例,本实施方式的超声波振子1的制造方法也可以通过用具有例如图5A的剪断线12A所示的外形形状的冲头(阳模)和凹模(阴模)的冲模来进行上述剪断处理,来得到如图5B所示在底面上具有2个摩擦突起部4的压电体层叠部2A。
再者,作为另一个变形例,也可以通过用具有例如图6A的剪断线12B所示的外形形状的冲头(阳模)和凹模(阴模)的冲模来进行上述剪断处理,由此来得到如图6B所示在侧面上具有1个摩擦突起部4的压电体层叠部2B。
接着,参照图7A、图7B、图8A及图8B来说明本第1实施方式的超声波振子1的动作。
现在,向超声波振子1的上述A相、B相施加同相、频率为300kHz近旁的交变电压。于是,该超声波振子1激励起1次的纵振动。此外,如果向上述A相、B相施加反相、频率为300kHz近旁的交变电压,则该超声波振子1激励起2次的弯曲振动。
如果用有限元法对这些振动进行计算机解析,则预见到图7A所示的共振纵振动姿态、及图7B所示的共振弯曲振动姿态。此外,超声波振动测定的结果证实了这些姿态。在该图7A、图7B中,省略了上述摩擦突起部4。
在本第1实施方式中,对于共振频率,更详细地说,将弯曲2次振动的共振频率设计得比纵1次振动的共振频率低几%左右(最好为3%左右)。通过这样构成,后面说明的超声波线性电机的输出特性大幅度提高。
接着,向超声波振子1的A相及B相施加相位相差π/2的300kHz近旁的交变电压。于是,在该超声波振子1的摩擦突起部4的位置上,能够观测到椭圆振动。
在此情况下,超声波振子1的底面上的摩擦突起部4的位置上的超声波振子造成的旋转的方向、和顶面上粘接的摩擦突起部4的位置上的超声波振动带来的旋转的方向相反。
即,如图8A所示,在A相比B相施加的交变电压的相位慢π/2的情况下,底面的摩擦突起部4进行逆时针旋转,而顶面的摩擦突起部4进行顺时针旋转。这样将相同面的摩擦突起部4配置得沿相同的方向旋转,能够效率最高地取出驱动力。
此外,如图8B所示,在A相比B相施加的交变电压的相位快π/2的情况下,底面的摩擦突起部4进行顺时针旋转,而顶面的摩擦突起部4进行逆时针旋转。
接着,参照图9A、图9B来说明使用上述超声波振子1的超声波电机(以下称为超声波线性电机)20的结构。
图9A是该超声波线性电机的主视图,图9B是该超声波线性电机的侧视图。
如图9A、图9B所示,使用本实施方式的超声波振子的超声波线性电机20具有上述超声波振子1;一对引导件21,其保持该超声波振子1;以及板簧24,其被配置在上述一对引导件21的两个侧面上,对上述引导件21施力,以便用某个预定的压力按压容纳的超声波振子1和引导件21。
上述引导件21将来自按压部件(在本实施方式中为板簧24)的力传递给超声波振子1,并且限制与引导件21和超声波振子1的接触面垂直的方向上的、超声波振子1相对于引导件21的运动。这里,示出水平方向的限制也由与引导件21一体的部件来进行的情况下的结构例,但是如后所述,也可以由分离的部件来进行。
此外,在本实施方式中,示出将超声波振子1的行进方向限制为直线的一例,但是如果将引导件做成沿垂直方向或水平方向或者该两者舒缓的曲线状,则能够沿该曲线来驱动。
即,如图9A所示,使用本实施方式的超声波振子的超声波线性电机20由2个引导件21夹着,以便接触上述超声波振子1的对置的面上所设的摩擦突起部4,构成自走式超声波线性电机20。
如图9B所示,夹持着超声波振子1的引导件21具有引导件壳体22,呈“コ”字状;和滑动板23,被粘接在该引导件壳体22内部的上下内面上。
引导件壳体20是用铝形成的,滑动板23是用表面粗糙度(Ra)为0.1μm以下的氧化锆陶瓷形成的。
再者,在本实施方式中,为了向超声波振子1和滑动板23间施加预定的按压力,设有板簧24,用该板簧24沿将2个引导件21相互拉近的方向施力。即,如图9A所示,板簧24沿上下方向具有弹簧特性,而沿左右方向具备固定上下2个引导件21的固定部件的功能。作为按压部件,除了板簧以外,只要是螺旋弹簧、磁铁等施加缩小第1和第2引导件的距离的方向的力的部件即可。此外,为了不由于超声波振子1的位置不能按压、或者按压极其弱,按压部件最好尽量设置在接近两端的地方。
如图9A所示,板簧24在超声波线性电机20的表面两侧端部配置2个,在背面两侧端部配置2个,并且通过分别用小螺钉25与引导件21螺纹配合来固定。
实际上,板簧24在自然状态下略微弯曲,在将该板簧24的两个端部固定在两个引导件21上时,调整为大致伸展到极限、产生拉力的形状。
此外,在下部的引导件21上,设有多个安装固定用的孔27,利用该孔27用小螺钉等固定到未图示的底盘上。而上部的引导件21不被固定在底盘(未图示)上,只是由板簧24来保持。
因此,特别是在超声波振子1处于两端附近时,上述引导件21不平行(没有超声波振子1的一侧的间隔有些近),随之,有时摩擦突起部4中的几个与引导件21不接触。通过添加保持一定的平行性的机构,这种现象消失。但是,摩擦突起部4的一部分脱离,对驱动来说不是根本性的问题,例如图1A所示的4个摩擦突起部4在行程的中心附近4个都接触,但是有时在左端左下的摩擦突起部4、在右端右下的摩擦突起部4处于有些悬浮的状态。在此情况下,未悬浮的一方的(在处于左端时为右下的)摩擦突起部4接触并进行椭圆振动,成为驱动力的源。
因此,摩擦突起部4是包含接触部的部件或部分,但是严格地说,接触部应该认为是在行程的至少一部分上与引导件21接触的部分。再者,在超声波振子1的中央部、即1次纵振动和2次弯曲振动的共同的节部(在各个振动模式中静止的点的近旁),粘接着取出输出用的销26。在利用其他振动模式或振动模式的合成的情况下,也只要在该模式(共同的)节部或振动极小的部分配置销,就能够不阻碍振动来传递驱动力。在将超声波线性电机搭载到电子设备、装置等上的情况下,该销26是用于将该超声波振子1的驱动力传递到外部(电子设备内的驱动机构、装置内的被驱动物)的驱动传递部件。
当然,在用被驱动侧的配合部件来配合超声波振子1和被驱动物的情况下,无需销26。
接着,说明上述超声波线性电机20的动作。
如果向上述A相(A+、A-)和B相(B+、B-)施加相位相差π/2的300kHz的交变电压,则在摩擦突起部4的位置上,激励起1次纵振动和2次弯曲振动,产生顺时针或逆时针的超声波椭圆振动。
通过这样在超声波振子1的摩擦突起部4的位置上产生超声波椭圆振动,超声波振子1自身能够沿右方向或左方向来驱动,即,能够构成自走式超声波线性电机。
在本第1实施方式的超声波振子的制造方法中,作为变形例,也可以在烧成用剪断处理形成的压电元件(参照图4B)前,进行例如将摩擦突起部4切削成圆柱状的工序。用这种切削工序形成的压电元件的结构示于图10。
如图10所示,剪断处理后的压电元件(相当于压电体层叠部)2C用钻头等将摩擦突起部4A在整个长度方向(超声波振子的驱动方向)上磨削成凹状。由此,上述摩擦突起部4A形成具有圆锥状的圆锥面的凹部4a。然后,通过与上述制造方法同样来烧成图10所示的外形形状的压电元件,设置外部电极3,进行极化,来得到超声波振子1A。在本实施例中,通过进行将上述摩擦突起部4切削成圆柱状的工序来形成具有圆锥面4a的摩擦突起部4A,但是不限于此,例如也可以通过进行将摩擦突起部4切削成V字状的工序,来形成凹陷部分为V字状的摩擦突起部4。
用上述超声波振子1A构成的自走式超声波线性电机示于图11A、图11B。图11A、图11B用于说明用上述超声波振子构成的超声波线性电机的结构,图11A是超声波线性电机的主视图,图11B是超声波线性电机的侧视图。
如图11A、图11B所示,本例的超声波线性电机20A具有与上述超声波线性电机20大致同样的结构,但是伴随着具有凹部4a的摩擦突起部4A的形状,与该摩擦突起部4A接触的一对引导件30的形状不同。
如图11B所示,上述引导件30构成圆柱状的1对滑动轴,以便与上述超声波振子1A的对置的面上所设的摩擦突起部4A的凹部4a嵌合。
上述滑动轴30将来自板簧24的力传递到超声波振子1A,并且限制与滑动轴30和超声波振子1A的接触面垂直的方向上的、超声波振子1A相对于滑动轴30的运动。
因此,如图11A所示,本例的超声波线性电机20A由作为引导件的2个滑动轴30夹着,以便接触上述超声波振子1A的对置的面上所设的摩擦突起部4A的凹部4a,构成自走式超声波线性电机20A。
其中,在本例的超声波线性电机20A中,上述滑动轴30是用表面粗糙度(Ra)为0.05μm以下的氧化锆陶瓷形成的。
此外,在本例的超声波线性电机20A中,为了向超声波振子1A和滑动轴30间施加预定的按压力,设有板簧24,用该板簧24沿将2个滑动轴30间向相互拉近的方向施力。即,如图11A所示,板簧24沿上下方向具有弹簧特性,而沿左右方向具备固定上下2个滑动轴30的固定部件的功能。
作为按压部件,与上述结构例(参照图9A等)同样,除了板簧以外,只要是螺旋弹簧、磁铁等施加缩小第1和第2滑动轴30的距离的方向的力的即可。此外,为了不会由于超声波振子1A的位置而不能按压、或者按压极其弱,按压部件最好尽量设置在接近两端的地方。
如图11A所示,板簧24在超声波线性电机20A的表面两侧端部配置2个,在背面两侧端部配置2个,并且通过分别用小螺钉25与滑动轴30螺纹配合来固定。
实际上,板簧24在自然状态下略微弯曲,在将该板簧24的两个端部固定在两个滑动轴30上时,调整为大致伸展到极限、产生拉力的形状。
此外,在下部的滑动轴30上,设有多个安装固定用的孔27,利用该孔27用小螺钉等固定到未图示的底盘上。而上部的滑动轴30不被固定在底盘(未图示)上,由板簧24来保持。
在上述超声波振子1A的中央部、即1次纵振动和2次弯曲振动的共同的节部(在各个振动模式中静止的点的近旁),粘接着取出输出用的销26。
超声波线性电机20A的其他结构与上述超声波线性电机20大致相同。
接着,说明上述超声波线性电机20A的动作。
如果向上述超声波线性电机20A的上述A相(A+、A-)和B相(B+、B-)施加相位相差π/2的300kHz的交变电压,则在摩擦突起部4A的位置上,激励起1次纵振动和2次弯曲振动,从而能够激励起顺时针或逆时针的超声波椭圆振动。
通过这样在超声波振子1A的摩擦突起部4A的位置上产生超声波椭圆振动,超声波振子1A自身能够沿右方向或左方向来驱动,即,能够构成自走式超声波线性电机。
因此,根据本实施方式,上述超声波振子1、1A在制作工序中在产生超声波椭圆振动的部位预先设置摩擦突起部4后进行烧成,所以无需在烧成超声波振子后用粘接剂将摩擦突起部4粘接到产生超声波椭圆振动的部位,所以简化了制造工序,降低了成本,并且能够高精度地形成摩擦突起部4。
在本实施方式中,对于内部电极结构,也可以不将负极端(A-、B-)二分,而做成整个面的电极。在此情况下,负极端(A-、B-)为公共电极。
此外,在本实施方式中,示出了超声波振子自走的类型的超声波线性电机的例子,但是也可以构成固定超声波振子、使被驱动体直线动作的类型的超声波线性电机。
再者,也可以通过使作为被驱动体的旋转体按压超声波振子的产生超声波椭圆振动的部位,来构成能够使该被驱动体旋转动作的类型的超声波旋转电机。
再者,在本实施方式中,将层叠型压电元件用作压电元件,但是即使在使用非层叠型的板状压电元件的情况下,也能够制作同样结构的超声波振子。
接着,说明本发明第2实施方式的超声波振子。
图12是本发明第2实施方式的超声波振子中的压电体层叠部的主要部分放大透视图。
本第2实施方式的超声波振子的外观与图1A所示的上述第1实施方式的超声波振子1相同,但是如图12所示,不同点在于,在交替层叠了多个第1压电片6和第2压电片7的叠层的开头(最上层)和最后(最下层),设有由非压电陶瓷材料--氧化铝陶瓷层构成的加强片--非压电片31A及31B。
上述非压电片31A及31B做成与上述第1及第2压电片6、7同样的形状,即,在该非压电片31A及31B的底面2处、及顶面2处,一体地设有摩擦突起部4。
本第2实施方式的超声波振子的其他结构与上述第1实施方式的超声波振子相同。
在本第2实施方式的超声波振子的制造方法中,准备由厚度为100μm左右的氧化铝陶瓷微粒组成的基片。
然后,在上述基片上,依次交替层叠多个印刷了第1内部电极8的图形的第1压电片部10(参照图3A)和印刷了第2内部电极9的图形的第2压电片部11(参照图3B),最后同样层叠由氧化铝陶瓷微粒组成的基片。
此后的工序与上述第1实施方式相同,所以省略其说明。
最终得到的超声波振子的摩擦突起部4是用压电陶瓷元件材料和氧化铝陶瓷材料的复合材料形成的,这是与上述第1实施方式的不同点。
然而,用本第2实施方式的超声波振子来构成与上述第1实施方式同样的超声波线性电机20(参照图9A),申请人确认了动作特性的结果是,得到了与上述第1实施方式同等程度的良好结果。此外,本第2实施方式的超声波线性电机与上述第1实施方式的超声波线性电机相比,动作的磨损粉少,改善了滑动特性。
因此,根据本第2实施方式的超声波振子,上述超声波振子的摩擦突起部4是用与上述第1实施方式不同的、压电陶瓷元件材料和氧化铝陶瓷材料的复合材料构成的,所以在用该超声波振子构成超声波线性电机并使其动作的情况下,磨损粉少,进一步改善了摩擦突起部4的磨损特性,能够提高耐久性及滑动性。其他效果与上述第1实施方式相同。
在本第2实施方式中,说明了在上述超声波振子中将作为加强片的由非压电陶瓷材料组成的非压电层层叠在最上层和最下层来构成的情况,但是并不限于此,例如也可以将1层以上的由上述非压电陶瓷材料组成的非压电层插入到任意的位置上来进行层叠。
本发明并不限于上述第1及第2实施方式及变形例,在不脱离发明的主旨的范围内可以进行各种变形实施。
此外,部分组合上述各实施方式等而构成的实施方式等也属于本发明。
本发明的超声波振子能够通过简化制造工序来降低成本,并且能够将摩擦突起部高精度地设置到压电体层叠部上,所以通过用该超声波振子来构成超声波电机,作为希望降低成本、提高耐久性及稳定驱动效率的各种电子设备等的驱动源很有效。
在本发明中,显然能够在不脱离本发明的精神和范围的情况下根据本发明来形成千差万别的工作模式。本发明不限于任何特定实施例,而是由所附权利要求书来限定。
权利要求
1.一种超声波振子,通过使压电元件同时产生第1振动模式及第2振动模式,来使摩擦突起部产生超声波椭圆振动,其特征在于,上述摩擦突起部是通过烧成而与上述压电元件一体形成的。
2.如权利要求1所述的超声波振子,其中,上述压电元件是夹着内部电极来层叠多枚形成了上述摩擦突起部的一部分的压电陶瓷片而形成的。
3.如权利要求2所述的超声波振子,其中,上述压电陶瓷片上形成的上述摩擦突起部的一部分是用与该压电陶瓷片相同的材料形成的。
4.如权利要求3所述的超声波振子,其中,上述压电元件是层叠至少1层以上的形成了上述摩擦突起部的一部分的用于加强的加强片而形成的。
5.如权利要求4所述的超声波振子,其中,上述加强片上形成的上述摩擦突起部的一部分是用与上述加强片相同的材料形成的。
6.如权利要求5所述的超声波振子,其中,上述加强片是用非压电性陶瓷片形成的。
7.如权利要求6所述的超声波振子,其中,上述非压电性陶瓷片是用氧化铝陶瓷材料形成的。
8.如权利要求6所述的超声波振子,其中,上述非压电性陶瓷片是用氧化锆陶瓷材料形成的。
9.如权利要求4所述的超声波振子,其中,上述第1振动模式是纵振动,上述第2振动模式是弯曲振动。
10.如权利要求3所述的超声波振子,其中,上述第1振动模式是纵振动,上述第2振动模式是弯曲振动。
11.如权利要求2所述的超声波振子,其中,上述压电元件是层叠至少1层以上的形成了上述摩擦突起部的一部分的用于加强的加强片而形成的。
12.如权利要求11所述的超声波振子,其中,上述加强片上形成的上述摩擦突起部的一部分是用与上述加强片相同的材料形成的。
13.如权利要求12所述的超声波振子,其中,上述加强片是用非压电性陶瓷片形成的。
14.如权利要求13所述的超声波振子,其中,上述非压电性陶瓷片是用氧化铝陶瓷材料形成的。
15.如权利要求13所述的超声波振子,其中,上述非压电性陶瓷片是用氧化锆陶瓷材料形成的。
16.如权利要求13所述的超声波振子,其中,上述第1振动模式是纵振动,上述第2振动模式是弯曲振动。
17.如权利要求11所述的超声波振子,其中,上述第1振动模式是纵振动,上述第2振动模式是弯曲振动。
18.如权利要求2所述的超声波振子,其中,上述第1振动模式是纵振动,上述第2振动模式是弯曲振动。
19.如权利要求1所述的超声波振子,其中,上述第1振动模式是纵振动,上述第2振动模式是弯曲振动。
20.一种超声波电机,具有通过使压电元件同时产生第1振动模式及第2振动模式来使摩擦突起部产生超声波椭圆振动的超声波振子,其特征在于,具备被驱动体,与上述超声波振子中的上述摩擦突起部接触并相对移动;和按压部件,将上述超声波振子按压到上述被驱动体上。
全文摘要
本发明提供一种超声波振子及使用超声波振子的超声波电机,上述超声波振子通过使压电元件同时产生第1振动模式及第2振动模式,来使摩擦突起部产生超声波椭圆振动,其特征在于,通过烧成而与上述压电元件一体形成上述摩擦突起部。
文档编号B06B1/06GK1597145SQ200410078658
公开日2005年3月23日 申请日期2004年9月17日 优先权日2003年9月18日
发明者舟洼朋树, 荻野兵治 申请人:奥林巴斯株式会社
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