CN102037638A

CN102037638A - 超声波电动机

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Publication number: CN102037638A
Application number: CN2009801184476A
Authority: CN
Inventors: 浅野宏志
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2008-05-27
Filing date: 2009-05-18
Publication date: 2011-04-27
Anticipated expiration: 2029-05-18
Also published as: EP2284984B1; CN102037638B; US20110025167A1; EP2284984A1; JP4888569B2; US8063538B2; EP2284984A4; WO2009144885A1; JPWO2009144885A1

Abstract

本发明提供一种超声波电动机，该超声波电动机容易制造，效率高，且转子要接触的部分的限制较少，能实现保持结构的简化。超声波电动机包括：定子(1)和转子，所述定子(1)在外边缘为圆或者多边形的振动体(2)的单面上，沿外边缘的延伸方向粘贴有n片(n为自然数)压电元件(3～6)，在设产生的行波的波长为λ_θ时，各压电元件(3～6)具有与以中心角为λ_θ/2对应的尺寸，并且相邻压电元件之间沿上述周向隔开与以中心角为λ_θ/4对应的间隔而配置，相邻压电元件(3～6)在厚度方向上沿相反方向进行极化处理，所述转子配置成与定子(1)接触，接受由定子(1)产生的3n波的行波所引起的振动以进行旋转。

Description

超声波电动机

技术领域

本发明涉及使用外边缘是圆或者多边形的振动体的超声波电动机，更详细而言，涉及具有将多个压电元件分散配置成环状的定子的超声波电动机。

背景技术

目前，提出了各种利用压电效应的超声波电动机。在下述的专利文献1中，揭示了具有在圆环状的压电振子上粘贴圆环状的弹性体而成的定子、以及与该圆环状的弹性体接触的转子的超声波电动机。圆环状的压电振子在由压电陶瓷形成的圆环状的压电体的两面形成多个电极。多个电极包括第一及第二相的电极组。通过对第一相的电极组和第二相的电极组施加在时间上相位不同的高频电压，来产生两个驻波。通过合成这两个驻波，在环状的弹性体和压电振子的表面产生行波。

然而，在像专利文献1所记载的那样的使用了圆环状的压电振子的超声波电动机中，该压电振子难以制作。即，为了激振所需的振动，压电体必须形成为准确的圆环状。因此，必须高精度地研磨压电陶瓷，从而使得圆环状的压电体的外边缘中心与内边缘中心成为同心。而且，在形成电极和极化中也必须分别进行加工，容易使成本提高。

此外，在专利文献1所记载的超声波电动机中，由于圆环状的压电振子覆盖圆环状的弹性体的单面的整个表面，因此，需要使圆环状的弹性体的相反侧的面与转子接触。即，与转子接触的面限定于环状弹性体的单面。因此，在设计上有较大限制。

对此，在下述的专利文献2中，揭示了具有图12所示的定子的超声波电动机。在图12所示的定子101中，使用了由金属等形成的圆环状的弹性体102。在弹性体102的下表面上，以分散配置在周向上的方式形成多个突起103。通过形成沿径向延伸的多个槽104来设置多个突起103。

在上述圆环状的弹性体102的上表面上，粘贴有多个第一压电元件105a和多个第二压电元件102b。更具体而言，设置有由配置有四个第一压电元件105a的部分形成的A相驱动部105A、以及由配置有四个第二压电元件105b的部分形成的B相驱动部105B。在A相驱动部和B相驱动部中，激振得到在时间上相位不同的驻波。通过合成这些驻波来形成行波。在设行波的波长为λ时，A相驱动部105A和B相驱动部105B在一侧隔开3λ/4的间隔而配置，在另一侧隔开λ/4的间隔而配置。

在制造专利文献2所记载的超声波电动机时，只要在由金属等形成、且容易加工的圆环状的弹性体102的上表面上粘贴具有矩形的平面形状的多个压电元件105a、105b即可。因而，无需对压电陶瓷进行繁杂的加工。

专利文献1：日本专利特公平1-17354号公报

专利文献2：日本专利特开平11-187677号公报

发明内容

利用A相驱动部105A和B相驱动部105B，分别激振得到波数为5的五波驻波。另外，在本说明书中，对于将环状部分沿周向传播的驻波的波数为S(S为自然数)的情况，将该波称为S波。为了高效地进行这些S倍波的激振，优选的是使得利用一个压电元件105a或者105b进行激振的区域的周长、即沿行波的传播路线的尺寸相当于λ/2，并在与该周长λ/2相当的部分的所有区域进行激振。

然而，在专利文献2所述的超声波电动机中，在相邻的矩形压电元件105a之间以及相邻的压电元件125a之间，分别产生用箭头C表示的间隙。因而，无法提高激振效率。

另外，在专利文献2所记载的超声波电动机中，也考虑将多个压电元件105a、105b形成为扇形或梯形的形状，从而使上述间隙C变小。然而，在这种情况下，无法高效且廉价地形成各压电元件，成本提高。

而且，在上述超声波电动机中，容易使定子101的保持结构变复杂。对于定子101，在圆环状的压电体102的上表面侧设置多个压电元件105a和105b，使下表面侧的突出部103与转子接触来进行驱动。因此，为了保持定子101，必须将连结部的一端与圆环状的弹性体102的侧面连结，而将连接部的另一端与保持部分连结。因而，容易使具有连结部等的保持结构变复杂。

此外，在上述超声波电动机中，必须使弹性体102的与层叠有压电元件105a、105b的一侧成相反侧的面与转子接触，接触转子的面限定于弹性体102的单面。

本发明的目的在于提供一种超声波电动机，该超声波电动机克服了上述现有技术的缺点，容易制造，效率高，且能实现保持结构的简化，而且，驱动转子的部分的限制较少。

根据本发明的某一较宽方面，是提供一种超声波电动机，其特征在于，包括：定子和转子，所述定子具有：振动体，该振动体由外边缘为圆或者多边形的板状体形成；及4n片压电元件，该4n片压电元件固定在该振动体的单面，从而通过使所述振动体振动来产生旋转地行进的3n波(n为自然数)的行波，并且，该4n片压电元件沿所述行波旋转的方向即周向分散配置，在设与该所述行波的波长对应的围绕所述周向中心的中心角为λ_θ时，各压电元件具有与以中心角为λ_θ/2对应的尺寸，并且相邻压电元件之间沿所述周向隔开与以中心角为λ_θ/4对应的间隔而配置，各压电元件具有压电体、及形成于压电体的两面的一对电极，在4n片压电元件中，压电元件的压电体与在所述周向的一侧相邻的压电元件的压电体在厚度方向上沿同一方向进行极化，而与在所述周向的另一侧相邻的压电元件的压电体在厚度方向上沿相反方向进行极化处理，所述转子配置成与所述定子接触，接受由定子产生的3n波的行波所引起的振动以进行旋转。

根据本发明的其他较宽方面，是提供一种超声波电动机，其特征在于，包括：定子和转子，所述定子具有：振动体，该振动体由外边缘为圆或者多边形的板状体形成；及4n片(n为自然数)压电元件，该4n片压电元件固定在该振动体的单面，从而通过使所述振动体振动来产生旋转地行进的(2k+1)n波(其中，k、n为自然数)的行波，并且，该4n片压电元件沿所述振动体的所述行波旋转的方向即周向分散配置，所述各压电元件具有压电体、及形成于压电体的两面的一对电极，各压电元件的压电体具有在所述周向上并排设置的k个极化区域，在设与产生的行波的波长对应的围绕所述周向中心的中心角为λ_θ时，各极化区域具有与以中心角为λ_θ/2对应的尺寸，并且相邻压电元件隔开与以所述中心角为λ_θ/4对应的间隔而配置，相邻极化区域在厚度方向上沿相反方向进行极化处理，在所述4n片压电元件中，所述压电元件的k个极化区域的极化方向、与在周向的一侧相邻的压电元件的k个极化区域的极化方向相同，而与在另一侧相邻的压电元件的k个极化区域的极化方向成相反极性，并产生(2k+1)n波的行波，所述转子与所述定子接触，接受由该定子产生的所述行波所引起的振动以进行旋转。

在本发明所涉及的超声波电动机中，优选的是所述多个压电元件配置成对于所述振动体的单面的中心呈点对称，在这种情况下，即使定子的制造产生偏差、或者转子的加压状态变得不平衡，也难以受到这些影响。因而，能提高超声波电动机的动作的稳定性。

虽然对上述压电元件的形状并无特别限定，但在本发明的其他特定方面，是具有矩形的平面形状。对于矩形的平面形状的压电元件，可容易制造，并能降低成本。在压电元件具有矩形的平面形状的情况下，优选的是在所述矩形中，第三边的中点与第四边的中点的距离的尺寸与以中心角为λ_θ/2对应。因而，由于仅准备长边与λ_θ/2的中心角对应的长度的矩形的压电元件即可，从而能简化制造工序。

在本发明所涉及的超声波电动机的又一特定方面，还包括保持振动体的保持构件，通过将该保持构件与其他部分连结，能高效地驱动超声波电动机。

虽然对上述保持构件并无特别限定，但是，优选的是所述保持构件与所述振动体的第一面连结，并使所述振动体的与第一面成相反侧的第二面侧成为所述振动体与所述转子接触的部分。因而，由于能容易地将保持构件与振动体的单面连结，从而能实现保持结构的简化。在这种情况下，能使用振动体的相反侧的面来驱动转子。因而，由于在振动体的侧面无需设置多余的空间，从而还可减小超声波电动机的设置空间。

在本发明所涉及的超声波的其他特定方面，是在所述振动体的与所述转子接触的一侧的面上，还包括以从所述振动体的表面突出的方式设置的触点。由此，能更进一步高效地旋转驱动转子。

在本发明所涉及的超声波电动机中，由于定子具有将4n片压电元件与振动体接合的结构，因此，无需准备环状的压电体，因而也无需进行繁杂的压电体加工工序。

而且，由于在设与产生的行波的波长长度对应的中心角为λ_θ时，4n片压电元件的压电元件具有与λ_θ/2的中心角对应的尺寸，并且相邻压电元件之间在周向隔开与λ_θ/4的中心角对应的间隔而配置，因此，能高效地产生3n波或者(2k+1)n波的行波。因而，能提高超声波电动机的效率。

此外，由于在设置有上述λ_θ/4的间隔的区域也可设置与转子接触的构件，因此，能将振动体的任一面用作为驱动转子的面。

此外，由于能利用与接合有上述压电元件的面成相反侧的振动体面进行机械保持，因此，还可实现保持结构的简化。

附图说明

图1是为了说明本发明的原理而用于说明定子中激振的驻波、各压电元件的长度、以及压电元件间的间隔的示意性俯视图。

图2是用于说明在圆环状的振动体中产生三波的驻波的结构示例的示意性俯视图。

图3是用于说明为了在圆环状的振动体中产生六波的驻波的结构示例的示意性俯视图。

图4(a)、4(b)是用于说明本发明的实施方式1所涉及的超声波电动机的图，图4(a)是定子的俯视图，图4(b)是沿图4(a)中的D-D线的剖视图。

图5(a)是表示图4所示的定子的外观的立体图，图5(b)是压电元件的剖视图。

图6是用于说明使用了图4和图5所示的定子的超声波电动机的部分切口主视剖视图。

图7是用于说明作为实施方式1的超声波电动机中的位移扩大机构的触点的功能的局部切口主视剖视图。

图8是实施方式1的超声波电动机所使用的保持板的示意性俯视图。

图9(a)～图9(c)是表示压电元件的平面形状的各变形例的俯视图。

图10是实施方式2的超声波电动机的定子的示意性俯视图。

图11是实施方式3的超声波电动机的定子的示意性俯视图。

图12是用于说明现有的超声波电动机的示意性立体图。

具体实施方式

以下，一边参照附图，一边说明本发明的具体实施方式，由此阐明本发明。

图4(a)和4(b)是表示本发明的实施方式1所涉及的超声波电动机的定子的俯视图和沿图4(a)中的D-D线的剖视图，图5(a)是表示该定子的外观的立体图。

本实施方式的超声波电动机具有图4和图5(a)所示的定子1。定子1由弹性体形成，且具有环状的振动体2。环状的振动体2在本实施方式中由磷青铜形成。但是，振动体2不一定需要由磷青铜等金属形成。振动体2也可以通过陶瓷、硅材料或者合成树脂等其他弹性体形成。上述振动体2通过冲孔加工等，能容易地形成为正确形状。

另外，所谓环状，广泛包含在圆环状、多边环状等的中央具有开口部的各种形状。

在本实施方式中，振动体2的外边缘具有八边形的形状，内边缘也具有与外边缘的八边形同心的八边形的形状。振动体2是对于中心O呈点对称的图形。而且，振动体2的宽度方向尺寸在后述的周向中设成固定的。这里的所谓宽度方向尺寸，设为在振动体2中连接内边缘和外边缘的距离。

振动体2的外边缘如图4(a)所示，具有相对的第一和第二长边2a、2b、相对的第三和第四长边2c、2d、以及在图4(a)中沿斜向延伸的第一～第四短边2e～2h。

在振动体2的单面上，层叠有平面形状为矩形的第一～第四压电元件3～6，并通过未图示的粘接剂来粘贴。这里，矩形的压电元件3～6的矩形长边沿第一～第四长边2a～2d设置。

像图5(b)中以压电元件3为代表进行说明的那样，压电元件3具有压电体7、以及在压电体7的两面形成的一对电极8、9。压电体7由锆钛酸铅类压电陶瓷形成。上述压电体7并不限于锆钛酸铅类压电陶瓷，也可以是由聚偏氟乙烯、氮化铝等其他压电材料形成的压电体。上述压电体7在厚度方向上进行极化处理。

电极8、9由Al、Cu、Ag、Ag-Pd合金等适当的金属材料形成。

相对的第一、第二压电元件3、4的压电体在厚度方向上以成相反方向的方式进行极化处理。同样地，相对的第三、第四压电元件5、6的压电体也在厚度方向上沿相反方向进行极化处理。

在压电元件3～6中，相对的第一、第二压电元件3、4是用于构成A相驱动部的压电元件，第三、第四压电元件5、6是用于构成B相驱动部的压电元件。关于A相驱动部，对压电元件标注A+或A-来示出，关于构成B相驱动部的压电元件，标注B+或B-。所谓A+和A-，是指压电体在厚度方向上沿相反方向进行极化。对于B相驱动部，也采用相同的结构。

上述第1～第四压电元件3～6具有矩形的平面形状。因而，能够廉价且高效地进行制造。但是，在本发明中，压电元件3～6也可以具有矩形以外的平面形状、例如扇形等平面形状。压电元件3～6具有相同的平面形状。在压电元件3～6中，设以压电元件3为代表进行说明。

将连接压电元件3的第一、第二短边的中点与中心O的假想线分别设为假想线E1、E2。假想线E1、E2形成的角度、即中心角是60°。换言之，压电元件3的第一、第二短边的中点之间的距离L与上述中心角60°相对应。在本实施方式中，三波的驻波被激振，合成而得到三波的行波。在将与三波的行波的波长长度相对应的中心角设为λ_θ时，距离L的尺寸与λ_θ/2的中心角相对应。第二～第四的压电元件4～6的尺寸也设为相同。

之所以用中心角来规定上述压电元件的尺寸，是由于压电元件的上述尺寸随离中心的径向距离而改变。即，由于上述假想线E1、E2之间的距离随径向位置而改变，因此，压电元件的尺寸是以中心角为基准来呈现。

另外，在本说明书中，所谓上述周向，是指在振动体中产生的两个驻波以及通过合成该两个驻波而产生的行波旋转的方向。此外，所谓有关规定上述中心角的中心，是指上述行波旋转的方向的中心。关于这点，之后再参照图1进一步详细地进行说明。

而且，相邻压电元件之间的间隔、即沿上述周向的尺寸与上述中心角为30°相当。例如，图4(a)的假想线E2、和将与压电元件3相邻的压电元件5的压电元件3一侧的短边中心和中心O连接的假想线E3的间隔是以中心角为λ_θ/4＝30°。

因而，相邻的压电元件3、5之间沿周向相隔开λ_θ/4的中心角。

另外，在本实施方式中，由于具有八边形的形状，因此，在短边2e～2h所在的区域，外形尺寸较小。即，上述八边形的形状与将正方形的四个转角部分倒角后的形状相当。因而，与上述正方形相比，该八边形的外形尺寸更小，能更小型化。在倒角的部分，环状振动体的宽度如箭头G所示那样向内部扩展，从而与其他部分相同。

但是，在对外形无限制的情况下，无需倒角。因而，外周形状和内周形状也可以具有正方形的形状。

环状的振动体优选的是对于中心O呈点对称的形状。由此，能更可靠地产生沿中心O的周围行进的行波。此外，驱动力也难以产生偏差。因而，即使组合的定子产生制造偏差、或者对转子的加压接触力不平衡，也不会受到它们的影响。关于对于中心O呈点对称的形状，并无特别限定。即，振动体的外形可以是对于中心O呈点对称的各种形状。在是环状的情况下，内边缘的形状也同样优选的是对于中心O呈点对称的形状。

优选的是像本实施方式那样，在环状的振动体中，在其周向上，宽度方向尺寸设成固定，由此能高效地产生行波。

在本实施方式中，压电元件3～6的下面侧的电极8即和振动体2接触的一侧的电极8与接地电位相连接，在与相反侧的电极9之间，例如通过连接引线等来施加作为驱动电压的高频电压。另外，并不限于引线，也可以将柔性基板等具有柔性的电连接构件压接在两面的电极上。

如图5(a)所示的那样，在振动体2的上述相邻的压电元件3～6之间的间隔内，设置有向上方突出的触点11作为位移扩大结构。触点11在本实施方式中是圆柱状，但也可以是棱柱状。

如图6所示那样，在本实施方式的超声波电动机中，上述定子1固定在保持板12的上表面。图8是保持板12的俯视图。保持板12具有从中心向外侧延伸的多个保持片12a。由于在多个保持片12a之间设置有间隙，因此，可以在保持板12上以不防碍定子1的压电元件3～6中的激振的方式保持定子1。返回至图6，保持板12的中心侧隔开不防碍其振动的间隔17，使用螺栓13固定于保持构件14。保持构件14固定在基板15的上表面。

另一方面，在定子1的上表面上，以与上述定子1相对的方式配置有转子16。转子16的下表面压接在上述触点11的上端。

在驱动时，若在由弹性体形成的环状振动体2中产生行波，则触点11的前端如图7所示的那样进行更大的椭圆运动。因而，触点11的前端的位移比在振动体2中产生的行波所导致的位移更大。因而，能有效地将压接在触点11的前端的转子16旋转驱动，得到更大的驱动速度。

上述触点11由耐磨性优良的陶瓷、例如氧化铝形成，通过粘接等固定在上述环状振动体2的上面。但是，上述触点11也可以由陶瓷以外的金属、合成树脂形成。此外，触点11也可以用和振动体2相同的材料与其一体形成。

在这种情况下，也可以通过对构成振动体2的材料进行切削加工，来同时形成振动体2和触点11。或者，在振动体2由金属板形成的情况下，也可以通过对其一部分进行机械加工，用中空的突出部来形成触点11。

在驱动时，在第一、第二压电元件3、4之间，施加相同的三波谐振频率的高频电压。而且，将与该高频电压相位不同的高频电压施加到第三、第四压电元件5、6。在这种情况下，通过对压电元件3、4或者压电元件5、6施加的驱动电压，分别激振得到一个三波的驻波。因而，通过构成A相驱动部的压电元件3、4，激振得到A相的三波驻波，在与连接压电元件3、4的方向正交的方向上配置的压电元件5、6中，激振得到B相的三波驻波。通过对该A相和B相的驱动电压设置±90°的相位差，得到作为这些驻波的合成波的行波。在这种情况下，通过将相位差设成+90°或者-90°，能使转子16正转或者反转。

在本实施方式的超声波电动机21中，在定子1的与设置有压电元件3～6的面相同的面上形成触点11。因而，能像图6所示的那样，利用振动体2的相反侧的面即下表面来稳定且容易地保持定子1。因而，能实现保持结构的简化。而且，利用上述振动体2的下表面侧，也容易进行接地布线等的走线。

根据本实施方式，能廉价且容易地制造上述环状的振动体2，仅将压电元件3～6粘贴在振动体的单面上来形成定子1。因而，能实现定子1的制造工序的简化以及成本的下降。而且，如上所述，能实现保持结构的简化。

此外，如上所述，由于作为A相驱动部的压电元件3、4以及构成B相驱动部的压电元件5、6的尺寸形成为使得一对短边的中点间的距离与中心角λ_θ/2相对应，因此，与专利文献2记载的超声波电动机相比，能有效地提高效率。通过参照图1～图3来说明本发明的原理，从而来阐明这一点。

在图1所示的定子31中，为了便于说明，振动体32具有圆环形状。之所以利用圆环形状的振动体32来进行说明，是为了使得后述驻波的图示更容易，且使得驻波的产生状况更容易理解。

如图1中示意性地示出的那样，在圆环状的振动体32中，隔开λ_θ/4的间隔配置有多个压电元件33～35。此外，设压电元件33～35的上述尺寸是以中心角为λ_θ/2，在各自的遍及全长的部分中，激振得到A波或者B波。通过这种结构，能得到沿点划线X所示的圆环状的传播路线行进的、稳定的行波。以下对这点进行说明。

在图1中，对于压电元件34，第一、第二边34a、34b是矩形的一对长边，第一边34a位于中心O侧。第三、第四边34c、34d是将第一、第二边34a、34b连接的短边。所谓压电元件的上述尺寸，若以压电元件34为例，是指第三、第四边34c、34d的中点之间的距离。

为了使A波和B波各自成为驻波，需要使得一个压电元件的周向长度、以及相邻压电元件间沿周向的间隔的总和即(λ_θ/2+λ_θ/4)的整数倍与2π一致。因而，若设n为自然数，并以中心角进行表示，则成为(λ_θ/2+λ_θ/4)×n＝2π，n＝4/3(2π/λ_θ)。若设波数为m，则由于2π/λ_θ＝m，因此，成为

n＝(4/3)m ...式(1)。

根据上述式(1)，仅在波数m是3的倍数时，n成为自然数。因而，在环状的振动体中，可以激振得到波数是三个的三波、波数是六个的六波、波数是九个的九波等。因而，可以知道，为了得到3n波，只要将与中心角为λ_θ/2对应的上述尺寸的压电元件配置为4n片、相邻压电元件沿周向的间隔配置成以中心角为λ_θ/4即可。而且，只要满足式(1)的关系，振动体无需是圆环状，可以像上述实施方式那样具有八边形的外形形状，或者也可以是其他多边形状。而且，可以知道，不一定需要是环状，也可以是圆板或多边形板。

如上所述，由于只要将多个压电元件粘贴在由金属等形成的振动体的单面上即可，因此，不仅能实现制造成本的下降，而且，由于在粘贴有各压电元件的部分，在遍及尺寸是以中心角为λ_θ/2的全长的区域能进行激振，因此，能提高效率。

而且，由于在相邻压电元件之间形成上述λ_θ/4的间隔，因此，容易形成上述触点11等位移扩大机构。而且，在上述间隔中，也容易安装反馈传感器、或者形成布线等。因而，还可实现小型化。

在图2所示的定子41中，在圆环状的振动体42上，配置一对第一、第二压电元件43、44作为A相驱动部以及一对第三、第四压电元件45、46作为B相驱动部。

在图2中，n＝1，压电元件为4片，激振的波的波数为3。因而，由于λ_θ＝360°/3＝120°，因此，可以知道，只要使各压电元件33～36沿周向的长度为相当于中心角60°的周长即可，只要将压电元件43～46中相邻压电元件之间的间隔配置成以中心角为30°即可。这种情况下的A波、B波如图2所示。

由于构成A相的多个压电元件配置成对于中心O呈点对称，同样地，构成B相的多个压电元件也配置成对于中心O呈点对称，而且，A相驱动部与B相驱动部也配置成对于中心O呈点对称，因此，振动体的制造偏差难以影响A相和B相的振动偏差。

图3表示在使用圆环状的振动体时产生六波的情况的结构示例。在这种情况下，只要使n＝2、将8片压电元件51～58粘贴在振动体的单面即可。激振的波的波数为6，因此激振得到六波。在这种情况下，λ_θ＝360°/6＝60°。因而，可以知道，只要使各压电元件51～58的尺寸是以中心角为30°、压电元件之间的间隔是以中心角为15°即可。

在n为3以上的自然数的情况下，同样地，也能容易设定与压电元件的上述尺寸对应的中心角以及与压电元件之间在周向的间隔对应的中心角。

另外，各压电元件也可以无需使用单一的压电体来形成，而使用层叠有多个压电层的层叠压电体。在该情况下，能用更低的电压进行驱动。

图9是表示压电元件的平面形状的变形例的示意性俯视图。在上述实施方式中，虽然压电元件具有矩形的平面形状，但是，也可以使用像图9(a)所示那样的、内侧的第一边61a和外侧的第二边61b为圆弧状的压电元件。在此，第一边61a和第二边61b与驻波产生的圆环同心，并且是直径小于该圆环的圆和直径大于该圆环的圆的一部分。这样，也可以使用第一边61a和第二边61b为圆弧等曲线的压电元件61。另外，在图9(a)中，第一、第二边61a、61b是圆弧，第三、第四边61c、61d是对于中心O沿径向延伸的直线的一部分。与此不同的是，也可以像图9(b)所示的压电元件62那样，第一、第二边62a、62b是同样的圆弧，但第三、第四边62c、62d是不通过中心O的直线的一部分。

此外，也可以使用像图9(c)所示那样的、第一边63a为直线状、第二边63b具有圆弧等曲线状的形状的压电元件63。使第三、第四边63c、63d为直线状。即使在使用这样的压电元件61、62或者63的情况下，也只要使第三、第四边的中点之间的距离是以中心角为λ_θ/2即可。

图10是用于说明本发明的实施方式2所涉及的超声波电动机的定子71的示意性俯视图。在实施方式2中，在圆环状的定子71的上表面，粘贴有平面形状为矩形的12片压电元件72～83。在此，根据λ_θ-＝360°/9＝40°，各压电元件72～83具有与以上述中心角为λ_θ-/2＝20°对应的尺寸。即，若以压电元件73为示例，则使通过其一对短边的中点、且朝向中心O的假想线E1、E2之间的中心角为20°。这就像利用上述式(1)来求解那样，求解得(360°/9)/2＝20°。而且，相邻压电元件之间的间隔是以中心角为λ_θ-/4＝10°。

如图10所示那样，上述12片压电元件72～83每隔一个用作为构成A相驱动部或者B相驱动部的压电元件。在图10中，关于A相驱动部，对压电元件标注A+或A-来表示，关于构成B相驱动部的压电元件，标注B+或B-。

即，压电元件72、74、76、78、80、82构成A相驱动部。其中，压电元件72、76、80为A+，压电元件74、78、82为A-。所谓A+和A-，是指压电体在厚度方向上沿相反方向进行极化。对于B相驱动部，也采用相同的结构。因而，通过对A相驱动部和B相驱动部施加具有±90°的相位差的驱动电压，能激振波数为9的九波驻波，通过A相的九波驻波和B相的九波驻波的合成波，得到九波行波。

图11是表示本发明的实施方式3所涉及的超声波电动机的定子的示意性俯视图。

在实施方式1、2中，压电元件具有与以中心角为λ_θ/2对应的尺寸，相邻压电元件隔开以中心角为λ_θ/4而配置，但是，也可以采用将隔开λ_θ/4的间隔而配置的一个压电元件分割成与以中心角为λ_θ/2的整数倍相一致的结构。即，也可以在实施方式1、2的一个压电元件中，将形成于压电体的两面的电极中的至少一个电极进行分割。在此，分割成多个压电元件部，使相邻压电元件部的极化方向为相反方向，压电元件的尺寸与以中心角为λ_θ/2的整数倍对应。换言之，也可以在一个压电元件中，实质上不设置间隔而配置多个压电元件部。在此，在多个压电元件中，使极化方向在周向上交替反向，由多个压电元件部形成的一个压电元件的尺寸与以中心角为λ_θ/2的整数倍对应。

在将一个压电元件分割成k个(k为自然数)压电元件部的情况下，成为(k·λ_θ/2+λ_θ·4)n＝2π。因而，由于波数m＝2π/λ_θ，因此，成为n＝4/(2k+1)m...式(2)。因而，使用4n片压电体，能激振得到(2k+1)n波的行波。图11相当于k＝2及n＝2的情况下的实施方式。由于(2k+1)n＝10，因此，十波的行波通过4n＝4×2＝8片分别一分为二的压电元件来构成。即，压电元件81～88分别具有第一、第二分割压电元件部81a、81b～88a、88b。各压电元件部如图示的用A+、A-、B-、B+所示的那样，在+方向或者-方向进行极化处理。+方向或者-方向表示在压电体的厚度方向的一个或者另一个方向进行极化处理。此外，A+和A-表示是构成A相驱动部的压电元件部，B+和B-表示是构成B相驱动部的压电元件部。

在此，由于λ_θ是以中心角为360°/10＝36°，因此，成为λ_θ/2＝18°。因而，一个压电元件具有以中心角为18°的尺寸，如图11所示，由第一、第二压电元件部形成的一个压电元件具有以中心角为36°的尺寸。另外，成为λ_θ/4＝9°。因而，相邻压电元件之间的间隔成为以中心角为9°。

在本实施方式中，通过对驱动A相的电压和驱动B相的驱动电压给与±90°的相位差进行驱动，激振得到驱动相位不同的各十波的A相驻波和B相驻波，作为它们的合成波则得到十波的行波。

这样，在本发明中，能使用4n倍的压电体来激振(2k+1)n波的行波。换言之，可以知道，实施方式1、2相当于实施方式3中的k＝1的情况。

标号说明

1...定子

2...振动体

3～6...压电元件

7...压电体

8，9...电极

11...触点

12...保持板

12a...保持片

13...螺栓

14...保持构件

15...基板

16...转子

17...间隔

21...超声波电动机

31...定子

32...振动体

33～36...压电元件

41...定子

42...振动体

43～46...压电元件

51～58...压电元件

61～63...压电元件

61a～61d...第一～第四边

62a～62d...第一～第四边

63a～63d...第一～第四边

71...定子

72～88...压电元件

Claims

1.一种超声波电动机，其特征在于，包括：

定子和转子，

所述定子具有：

振动体，该振动体由外边缘为圆或者多边形的板状体形成；及

4n片压电元件，该4n片压电元件固定在该振动体的单面，从而通过使所述振动体振动来产生旋转地行进的3n波(n为自然数)的行波，并且，该4n片压电元件沿所述行波旋转的方向即周向分散配置，

在设与该所述行波的波长对应的围绕所述周向中心的中心角为λ_θ时，各压电元件具有与以中心角为λ_θ/2对应的尺寸，并且相邻压电元件之间沿所述周向隔开与以中心角为λ_θ/4对应的间隔而配置，

各压电元件具有压电体、及形成于压电体的两面的一对电极，在4n片压电元件中，压电元件的压电体与在所述周向的一侧相邻的压电元件的压电体在厚度方向上沿同一方向进行极化，而与在所述周向的另一侧相邻的压电元件的压电体在厚度方向上沿相反方向进行极化处理，

所述转子配置成与所述定子接触，接受由定子产生的3n波的行波所引起的振动以进行旋转。

2.一种超声波电动机，其特征在于，包括：

定子和转子，

所述定子具有：

4n片(n为自然数)压电元件，该4n片压电元件固定在该振动体的单面，从而通过使所述振动体振动来产生旋转地行进的(2k+1)n波(其中，k、n为自然数)的行波，并且，该4n片压电元件沿所述振动体的所述行波旋转的方向即周向分散配置，

所述各压电元件具有压电体、及形成于压电体的两面的一对电极，各压电元件的压电体具有在所述周向上并排设置的k个极化区域，在设与产生的行波的波长对应的围绕所述周向中心的中心角为λ_θ时，各极化区域具有与以中心角为λ_θ/2对应的尺寸，并且相邻压电元件隔开与以所述中心角为λ_θ/4对应的间隔而配置，相邻极化区域在厚度方向上沿相反方向进行极化处理，在所述4n片压电元件中，所述压电元件的k个极化区域的极化方向、与在周向的一侧相邻的压电元件的k个极化区域的极化方向相同，而与在另一侧相邻的压电元件的k个极化区域的极化方向成相反极性，并产生(2k+1)n波的行波，

所述转子与所述定子接触，接受由该定子产生的所述行波所引起的振动以进行旋转。

3.如权利要求1或2所述的超声波电动机，其特征在于，

所述多个压电元件配置成对于所述振动体的单面的中心呈点对称。

4.如权利要求1至3的任一项所述的超声波电动机，其特征在于，

所述压电元件具有位于所述振动体的中心侧的第一边、与第一边相对的第二边、以及连接第一边和第二边的第三边和第四边。

5.如权利要求4所述的超声波电动机，其特征在于，

所述压电元件具有矩形的平面形状。

6.如权利要求5所述的超声波电动机，其特征在于，

在所述矩形中，第三边的中点与第四边的中点的距离的尺寸与以所述中心角为λ_θ/2对应。

7.如权利要求1至6的任一项所述的超声波电动机，其特征在于，

还包括保持所述振动体的保持构件。

8.如权利要求7所述的超声波电动机，其特征在于，

所述保持构件与所述振动体的第一面连结，并使所述振动体的与第一面成相反侧的第二面侧成为所述振动体与所述转子接触的部分。

9.如权利要求8所述的超声波电动机，其特征在于，

在所述振动体的与所述转子接触的一侧的面上，还包括以从所述振动体的表面突出的方式设置的触点。

10.如权利要求1至9所述的超声波电动机，其特征在于，

所述振动体具有环状的平面形状。