CN102215011B - 超声波电动机及搭载它的电子设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种抑制用压电元件激振的两个驻波的大小的偏差且性能稳定的超声波电动机。一种具备压电元件的超声波电动机，其中包括：设置在一个面并且在圆周方向上等分的多个分割电极；设置在分割电极的内周侧的内周电极；设置在分割电极的外周侧的外周电极；设置在该分割电极和内周电极上的多个内周短路电极，以便在压电元件的径向上将分割电极中隔一个的分割电极和内周电极短路；以及设置在该分割电极和外周电极上的多个外周短路电极，以便在压电元件的径向上将分割电极中没有和内周电极短路的分割电极和外周电极短路。

Description

超声波电动机及搭载它的电子设备

技术领域

本发明涉及利用由压电元件激振的振动体的振动，摩擦驱动移动体的超声波电动机及搭载超声波电动机的电子设备。

背景技术

作为使用圆板或圆环形状的振动体的超声波电动机，按照使振动体产生的振动的类型而划分的行波型超声波电动机和驻波型超声波电动机，已经广为人知。前者为了使振动体进行空间位置上的相位不同的两个振动而需要两个电极组，后者虽然驱动时只使用一个电极组，但是在改变移动体的移动方向之际，需要使在振动体激振的驻波的位置错开，所以需要与这两个驻波对应的两个电极组。

这两个电极组虽然分别由多个电极构成，但是如果采用将引线等导通部件与各电极接合的方法，就会在增大制造成本的同时，还由于妨碍振动体的振动，所以有可能降低超声波电动机的性能，带来很大的性能偏差。因此，采用了下述结构：使在压电元件的圆周方向上分割的电极隔一个地在压电元件的内周侧短路，并且还使除此以外的电极在外周侧短路，从而构成两个电极组。

专利文献1：日本特开平3-219681号公报

专利文献2：日本特开平8-107686号公报

可是，采用专利文献1所示的电极结构时，在压电元件的内周侧短路的电极组，具有构成它的多个电极比构成另一个电极组的多个电极向内周侧突出的部分。因此，在两个电极组中，被驱动信号驱动的电极的面积就不同。

采用行波型的超声波电动机时，为了使理想的(波头的高度始终一定的)行波激振，需要使振幅相同、两个空间位置上的相位不同的驻波激振。但是在这种电极结构中，两个驻波的振幅不同，波头的高度时刻变动。因此，振动体和移动体的接触状态也变动，从而有可能降低超声波电动机的特性及耐久性。另外，采用专利文献2所示的驻波型超声波电动机时，存在着如果两个驻波的振幅不同，超声波电动机的特性就随着移动体的移动方向的不同而异的问题。

发明内容

为了解决这些课题，本申请的发明的超声波电动机，其中包括：压电元件，其为圆板或圆环形状；多个分割电极，设置在所述压电元件的一个面上，并且在圆周方向上被等分；内周电极，设置在所述分割电极的内周侧；外周电极，设置在所述分割电极的外周侧；多个内周短路电极，设置在所述分割电极和所述内周电极上，以便在所述压电元件的径向上将该分割电极中隔一个的分割电极和所述内周电极短路；多个外周短路电极，设置在所述分割电极和所述外周电极上，以便在所述压电元件的径向上将该分割电极中没有与所述内周电极短路的分割电极和所述外周电极短路；振动体，与所述压电元件接合；移动体，与所述振动体相接；以及加压部件，使所述振动体和所述移动体加压接触。

这样，因为构成两个电极组且被极化处理的分割电极的面积相等，所以两个电极组的每一个激振的振动的振幅也相等。

进而，既可以采用在所述外周短路电极和所述外周电极重叠的部分中具有朝着所述压电元件的圆周方向延伸的延伸部的结构，也可以采用使所述延伸部的宽度大于所述内周电极的宽度的结构。另外，还可以采用使所述外周电极的宽度大于所述内周电极的宽度的结构。

这样，因为能够使两个电极组中将构成它们的多个电极短路的部分的电极的电阻值之差相等或者极其小，所以较薄地设定压电元件的厚度等，从而能够降低振动体谐振时的阻抗，两个电极组的电阻值之差有影响时，也能够使两个电极组的每一个激振的振动的振幅相等，或者使差极其小。另外，还能够很容易降低在电阻值容易增大的压电元件的外周的短路部的电阻。

(发明效果)

依据本申请，由于能够使压电元件的两个电极组的每一个激振的振动的振幅相等，或者使差极其小，所以能够提高超声波电动机的特性。特别是行波型的超声波电动机时，能够提高耐久性。另外，驻波型超声波电动机时，能够使移动体的移动方向导致的特性相等或者使差极其小。

附图说明

图1是表示本发明的超声波电动机的结构的纵剖面图。

图2是表示本发明的第1实施方式的压电元件的电极结构的图。

图3是用于讲述本发明的第1实施方式的压电元件的电极结构的的制造方法的图。

图4是表示本发明的第2实施方式的压电元件的背面的电极结构的图。

图5是表示本发明的第2实施方式的压电元件的背面的电极结构的另一例子的图。

图6是表示本发明的第3实施方式的压电元件的背面的电极结构的图。

图7是表示本发明的第3实施方式的压电元件的背面的电极结构的另一例子的图。

图8是用于讲述本发明的第3实施方式的压电元件的电极结构的另一例子的制造方法的图。

图9是表示搭载了本发明的超声波电动机的电子设备的结构的方框图。

具体实施方式

以下，参照附图，讲述本发明的超声波电动机。图1是本发明的超声波电动机100的纵剖面图。超声波电动机100包括：粘接固定压电元件1、11、21、31、41的振动体2；支撑振动体2的中心轴3；固定中心轴3的固定板4；中央具有轴承5并且用中心轴3旋转引导的移动体6；在移动体6的上部中央设置的枢轴7；用规定的加压力加压枢轴7，使移动体6和在振动体2设置的突起2a之间产生接触压的加压弹簧即板簧8；在移动体6上设置的齿轮6a；以及向压电元件1、11、21、31、41供给电力的引线9。超声波电动机100的结构和专利文献1、2同样，驱动原理在行波型时如专利文献1所述，驻波型时如专利文献2所述，所以不再详述。

下面，详细讲述本发明的特征即被超声波电动机100使用的压电元件1、11、21、31、41。

(第1实施方式)

下面，根据图2、3，讲述本发明的第1实施方式。图2是表示压电元件1的表背的电极形状的图，图2(a)是表示压电元件1的表面(和振动体2的粘接面)的图，图2(b)是表示背面(和振动体2粘接后露出的面)的图。

成为和振动体2粘接的粘接面的电极40，几乎设置在压电元件1的整个面上。采用蒸镀法，按照Cr、Ni、Au的顺序，在压电元件1上成膜而构成电极40。Cr用于提高Ni、Au和压电元件1的结合，Ni用于提高和引线9的焊锡接合性，Au具有降低电极电阻的作用。虽然以下所有的电极都是使用这些材料蒸镀而成膜的，但是电极的材料可以适当变更。另外成膜的方法也不局限于蒸镀，可以采用溅射法或印刷等手法。在压电元件1的外周部，存在着没有设置电极40的空白部分，但这是在蒸镀工序中使用的掩模的痕迹，可以在压电元件1的整个面上设置电极。

在压电元件1的背面，设置着在圆周方向上被分割的多个分割电极15在压电元件的内周侧隔一个地短路的第1电极组12，和在压电元件的外周侧隔一个地短路的第2电极组13。第1电极组12用隔一个的分割电极15、内周电极16和内周短路电极20构成，第2电极组13用没有构成第1电极组12的剩余的隔一个的分割电极15、外周电极14、外周短路电极18和标记用外周短路电极19构成。

下面，根据图2(b)、图3，讲述这些电极组12、13的制造方法。电极组12、13经过两个工序完成。首先，如图3所示，使在压电元件1的圆周方向上被等分分割的分割电极15、在分割电极15的外侧(压电元件1的外周部)设置的外周电极14、在内侧(压电元件1的内周部)设置的内周电极16成膜。分割电极15被按照在振动体2激振的弯曲振动的波长的1/4间隔等分。因为分割电极15被12分割，所以使振动体2产生3波的振动地进行设计。虽然遍及压电元件1的整个圆周方向地设置外周电极14、内周电极16，但是具有局部性地分离的分离部。该分离部是在采用蒸镀方法使外周电极14及内周电极16成膜之际使用的掩模的构造所需的部分，但这些分离部中的一个并且与其它的分离部相比间隔较大的大分离部17，如后文所述，作为压电元件1的背面的电极结构的标记发挥作用。而且，外周电极14的分离部和内周电极16的分离部与互不相同的分割电极15对应，在其圆周方向上隔一个地设置。在该状态中，向电极40和分割电极15之间外加高电压，对压电元件1进行极化处理。这时，分割电极15的每隔2个的电极的外加电压的方向(如图中用+、-所示的那样)变化。

对于经过该极化处理后的压电元件1而言，成膜使分割电极15和内周电极16短路的内周短路电极20、使分割电极15和外周电极14短路的外周短路电极18和标记用外周短路电极19，构成第1电极组12和第2电极组13(图2(b))。在靠近大分离部17的位置，设置两个L字形的标记用外周短路电极19，(没有用外周短路电极18短路的)大分离部17成为表示压电元件1的极化方向的标记。而且，在粘接压电元件1和振动体2时，还被作为与设置在振动体2上的突起进行的定位时等的标记使用。可是，不需要这样地留下表示压电元件1的极化方向的标记时，也最好在大分离部17上设置外周短路电极18，降低外周电极14、外周短路电极18的导通电阻，可以不设置分离间隔较大的大分离部17地采用和其它的分离部相同的分离间隔。

虽然基本上采用相同的工序蒸镀内周短路电极20和外周短路电极18、标记用外周短路电极19，但是在内周短路电极20和外周短路电极18、标记用外周短路电极19中改变蒸镀工序，可以使外周短路电极18、标记用外周短路电极19的厚度比内周短路电极20厚，从而调整第1电极组12和第2电极组13的电阻值。

依据本发明，压电元件1在设有第1电极组12的部分中，被极化处理过的部分和第2电极组13中被极化处理过的部分的面积相等，用两个电极组的每一个激振的振动的振幅相等。

(第2实施方式)

示出第1实施方式所示的压电元件1的电极结构的变形例。在压电元件的厚度较薄、谐振时的阻抗较小等情况下，第1电极组12和第2电极组13的电阻值的差异往往成问题。这起因于在内周侧短路的部分比在外周侧短路的部分路线短、电阻小的缘故。在第1实施方式所示的压电元件1中，内周短路电极20具有朝着圆周方向延伸的部分，它与内周电极16重叠，所以使第1电极组12的电阻值进一步降低，从而增大了第1电极组12和第2电极组13的电阻值之差。因此，本发明用于改善这个问题。

对于本发明的压电元件11的电极结构，以和第1实施方式不同之处为中心讲述。图4是表示压电元件11的背面的电极结构的图。内周短路电极22由6个小电极构成，在圆周方向上不连接。所以是短路内周电极16和分割电极15的最小限度的电极，能够抑制第1电极组32的电阻值下降得过大。

图5是表示获得进一步改进的压电元件21的电极的图形。在这里，采用不设置成为标记的大分离部17，而用6个外周短路电极18使分割电极15和外周电极14短路的结构。这样，由于遍及压电元件21的整个外周地形成一周闭合的短路电极，所以能够降低第2电极组33的电阻值，能够进一步缩小第1电极组32和第2电极组33的电阻值之差。

(第3实施方式)

图6是第2实施方式的压电元件11、21的改进例。外周短路电极23具有向圆周方向延伸的部分，它与外周电极14重叠，从而能够进一步降低第2电极组34的电阻值，能够进一步缩小第1电极组32和第2电极组34的电阻值之差。还使标记用外周短路电极24向圆周方向延伸的部分的电极的长度更长的同时，宽度和电极14相同。

内周短路电极22和外周短路电极23、标记用外周短路电极24的厚度，由于能够在工序上单独设定外周电极14、分割电极15、内周电极16，所以适当调整后，能够消除第1电极组32和第2电极组34的电阻值之差地进行调整即可。另外，还可以调整外周短路电极23、标记用外周短路电极24的延伸部的长度或宽度。虽然基本上采用在相同的工序中蒸镀内周短路电极22和外周短路电极23、标记用外周短路电极24，但是如果改变蒸镀工序，就可以用内周短路电极22和外周短路电极23、标记用外周短路电极24进一步调整电阻值。

图7示出需要进一步降低外周的短路部分的电阻值时的压电元件41的电极结构(背面)，图8是用于讲述压电元件41的电极结构的制造方法的图。

使位于压电元件41的外周的电极25、外周短路电极26、标记用外周短路电极27的宽度比位于内周的内周电极16大。这样，能够切实降低外周的电极的短路部的电阻值即第2电极组35的电阻值。

(第4实施方式)

下面，根据图9，讲述使用本发明的超声波电动机100构成电子设备200的例子。

图9是表示在电子设备的驱动源中应用本发明的超声波电动机100的方框图，包括：被与压电元件1、11、21、31、41接合的振动体2摩擦驱动的移动体6、加压弹簧8、和移动体6一体动作的传动机构42、以及根据传动机构42的动作而动作的输出机构43。在这里，讲述使移动体6作为旋转体旋转动作的例子。

在这里，传动机构42例如使用与设置在移动体6上的齿轮6a啮合旋转的齿轮串或与齿轮6a摩擦接触的摩擦轮等传动轮。作为成为运行部件的输出机构43，在打印机中为送纸机构，在相机中为快门驱动机构、镜头驱动机构、胶卷卷绕机构等，在电子设备或测量仪表中为指针等，在机器人中为摇臂机构，在机床中为刀具进给机构或工件进给机构等。

此外，作为本实施方式中的电子设备，可以是电子表、测量仪表、相机、打印机、印刷机、机器人、机床、游戏机、信息记录设备、医疗机械、移动装置等。进而如果采用具有直接将运行部件安装到移动体6本身上，或者在移动体6上设置输出轴，传递来自输出轴的转矩的动力传动机构的结构，就能够实现超声波电动机驱动装置。

产业上利用的可能性

本发明的超声波电动机，特别在小型化之际发挥作用，可以作为需要促动器的各种各样的电子设备的驱动源加以利用，例如：手表中的指针、日期等的驱动，信息记录设备中的读取、写入头的驱动，数码相机及摄像机等中的镜头的驱动等。

附图标记说明

1、11、21、31、41压电元件；12、32第1电极组；13、33、34、34、35第2电极组；14外周电极；15分割电极；16内周电极；18、23外周短路电极；20、22内周短路电极。

Claims (1)

1.一种超声波电动机，其中包括：

压电元件，其为圆板或圆环形状；

多个分割电极，设置在所述压电元件的一个面上，并且在圆周方向上被等分；

内周电极，设置在所述分割电极的内周侧；

外周电极，设置在所述分割电极的外周侧；

多个内周短路电极，设置在所述分割电极和所述内周电极上，以便在所述压电元件的径向上将该分割电极中隔一个的分割电极和所述内周电极短路；

多个外周短路电极，设置在所述分割电极和所述外周电极上，以便在所述压电元件的径向上将该分割电极中没有与所述内周电极短路的分割电极和所述外周电极短路；

振动体，与所述压电元件接合；

移动体，与所述振动体相接；以及

加压部件，使所述振动体和所述移动体加压接触，

在第1电极组用所述多个分割电极中隔一个的所述分割电极、所述内周电极和所述多个内周短路电极构成，第2电极组用没有构成所述第1电极组的剩余的所述多个分割电极中隔一个的所述分割电极、所述外周电极、所述外周短路电极构成的情况下，所述第1电极组中被极化处理过的部分和所述第2电极组中被极化处理过的部分的面积相等。

2．如权利要求1所述的超声波电动机，其特征在于：在所述外周短路电极和所述外周电极重叠的部分中，具有朝着所述压电元件的圆周方向延伸的延伸部。

3．如权利要求2所述的超声波电动机，其特征在于：所述延伸部的宽度大于所述内周电极的宽度。

4．如权利要求1～3中任一项所述的超声波电动机，其特征在于：所述外周电极的宽度大于所述内周电极的宽度。

5．如权利要求1～4中任一项所述的超声波电动机，其特征在于：所述外周电极在用所述外周短路电极短路的位置被分割，所述内周电极在用所述内周短路电极分割的位置被分割。

6．如权利要求1～5中任一项所述的超声波电动机，其特征在于：用所述多个外周短路电极短路的分割电极中，一个分割电极用朝着所述压电元件的圆周方向分割的外周短路电极短路。

7．一种电子设备，其特征在于：搭载了权利要求1～6中任一项所述的超声波电动机。

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