CN104956584A - 促动器用弹性体及压电促动器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种促动器用弹性体，其固定于通过交流电压的施加而产生振动的压电元件42上，且与转子45接触而使用，通过上述压电元件42的振动而进行屈曲振动，并利用结晶性树脂形成用于驱动转子45的弹性体43。该弹性体43可以在与压电元件42固定一侧相反的一侧形成齿部43b。上述结晶性树脂可以是聚芳基酮树脂或聚苯硫醚树脂。该压电促动器的屈曲振动传递性优异。另外，当利用结晶性树脂形成位移扩大型压电促动器的位移扩大元件时，可大幅扩大压电元件进行伸缩而产生的位移。另外，当利用结晶性树脂形成朗之万振动器的共振部件时，即使在低电流(或低电压)下，可以使表面高速地振动。

Description

促动器用弹性体及压电促动器
技术领域
本发明涉及利用了压电元件等由机电转换元件产生的超声波振动的促动器用弹性体及具备该弹性体的压电促动器。
背景技术
作为利用了压电元件的压电促动器，已知有超声波马达。超声波马达是利用机电转换元件即压电元件作为超声波振动体的马达。与电磁马达相比，超声波马达不需要线圈，构造简单，并且在低速高转矩下响应性及控制性优异，可进行微小且精密的驱动，因此，广泛用于照相机、DVD等光学设备装置等。超声波马达中，具有线性或旋转式，将来自振动体的超声波振动转换成直线运动或旋转运动。
图1是旋转式超声波马达的概略侧视图，图2是构成图1的旋转式超声波马达的弹性体的概略立体图。该超声波马达1具有：定子4，其在圆板状(或环状)的压电元件2上固定有环状弹性体(梳齿状弹性体)3，该弹性体3具有与该压电元件2外径相同的外径，且具有沿着外周规则地形成梳齿状的凸部(梳齿部)3a；圆板状(或环状)转子(旋转体或转子)5，其加压接触而配设于上述弹性体3上，且具有与上述弹性体外径相同的外径。在超声波马达1中，由压电元件(压电元件)2和梳齿状弹性体3构成的定子4是固定的部件，与之相对，转子5可旋转地进行配设，由压电元件2产生的超声波振动经由梳齿状弹性体3转换成转子5的旋转运动。详细而言，压电元件2由负载电压时产生变形的压电陶瓷形成，当施加交流电压(频率电压)时，规则性地反复进行变形和回复(伸缩运动)，由此，进行超声波振动。相对于此，伴随着来自压电元件的超声波振动，在固定于压电元件的梳齿状弹性体3中，产生沿着弹性体表面传递的表面行进波(纵波和横波合成的瑞利波)。其结果，在弹性体的表面引起椭圆运动(屈曲振动)，而与弹性体加压接触的转子5旋转。在利用这种屈曲振动的情况下，弯曲方向的复弹性模量是非常重要的，从这种观点出发，应选择材料。
一般而言，从不会吸收来自压电元件的超声波振动且可产生表面行进波的观点出发，可使用金属材料作为弹性体。但是，由金属形成的弹性体比重较重且为硬质，因此，还具有以下缺点：本身的振动性低，成形性低，不易小型化，就梳齿等复杂的形状而言生产力降低，由于锈而导致劣化，不易通过配合添加剂等改善特性，不能确保绝缘性等。此外，以塑料形成的弹性体作为金属以外的弹性体，虽然与金属不同，具有粘性或者吸收振动而不适于作为振动器，因此未进行实用化，但仍然被提出。
特开平5-300764号公报(专利文献1)中公开有一种驱动机构：其对机电转换元件施加频率电压，通过在与上述机电转换元件接合的弹性体上产生的椭圆运动，驱动与上述弹性体接触的转子，在所述驱动机构中，上述弹性体的与上述转子接触的一侧由树脂形成。该文献中，由金属形成的弹性体还介于由树脂形成的弹性体和机电转换元件之间。
但是，该驱动机构中，由于弹性体含有金属，因此，振动性不充分，还产生锈。另外，该文献中未记载树脂的详情。另外，与金属材料相比，通常树脂吸收超声波振动，因此，振动传递性低。另外，弹性体为与转子接触的摩擦驱动型，因此，产生摩擦热，从而必须具有耐热性，但树脂材料的耐热性比金属材料低。
特公平7-89746号公报(专利文献2)中有公开一种表面波马达：其包含定子和作为弹性体的转子，所述定子包含压电元件及该压电元件所激励的弹性体，所述转子压接于该定子上且基于上述定子产生的超声波振动的表面行进波而在上述定子的面上移动，在该表面波马达中，上述两个弹性体中的至少一个由合成树脂材料形成，这一个弹性体由具有于另一个弹性体压接的面的振动部、从振动部延伸的支承部、进一步设于该支承部外周的被保持部一体成型而成。
但是，该文献中也仅记载了：可举出工程塑料作为合成树脂材料，优选低弹性模量的材料，且使用相对于压电元件1/10左右的弹性模量、相对于金属1/20左右的弹性模量的环状弹性体材料，没有记载合成树脂的详情。
特开2006-311794号公报(专利文献3)中公开有一种驱动装置，其具备：施加电压时进行伸缩的机电转换元件、以可滑动的方式支承的转子、且与上述机电转换元件结合而与上述机电转换元件一起进行位移的转子支承部件，通过上述机电转换元件的伸缩，使上述转子沿着上述转子支承部件移动，在该驱动装置中，上述转子支承部件的材质为纤维强化树脂复合体，上述纤维强化树脂复合体包含的合成树脂材料为液晶聚合物或聚苯硫醚。详细而言，相当于弹性体的移动支承部件(驱动轴)为棒状，其一端与棒状压电元件的端部粘接固定，通过压电元件的伸缩使移动支承部件沿着长度方向进行位移，通过指定的摩擦力使由移动支承部件所支承的转子进行移动。即，转子进行位移的机构如下通过惯性定律使转子移动：施加包含急剧上升部分和缓慢下降部分的锯齿状波形的脉冲电压，从而对上述驱动轴的长度方向上的往返运动赋予强弱。
但是，该文献中没有记载使移动支承部件屈曲振动的压电促动器。详细而言，专利文献3的驱动装置中，压电元件和驱动轴未进行面接触，驱动轴通过利用了锯齿状脉冲的在长度方向上进行往返运动得到的的摩擦，而使转子移动并进行直线前进驱动，驱动轴本身不会变形。因此，可推测对包含于驱动轴的材料主要要求用于精确地传递压电元件振动的刚性，为了保持刚性而配合纤维。即，专利文献3的驱动机构与行进波型促动器的驱动原理差异较大，行进波型促动器为如下促动器：压电元件和转子进行面接触而固定，利用通过在以面接触而被固定的状态下的压电元件的振动而产生的表面行进波(正弦波)，使弹性体本身屈曲变形(由于弹性体与压电元件的振动连动而挠曲)而进行椭圆运动。因此，专利文献3的驱动轴中不需要在屈曲振动中所需要的柔软性等，其与超声波马达中的利用屈曲振动的弹性体相比，要求的特性的差异较大。
特开2001-327919号公报(专利文献4)中公开有一种声振动控制材料：其通过使两张以上的复合材料板叠层于母材上而形成，使各自的复合材料板中高弹性纤维的取向方向相互垂直，所述复合材料板通过多个高弹性纤维分别沿同一方向规则地取向配置而形成。该文献中，作为上述控制材料，记载有以聚酰胺树脂、环氧树脂为母料的碳纤维或SiC纤维强化塑胶成型体。
但是，该声振动控制材料的目的在于，控制声振动的传递方向，并未记载弹性体的屈曲振动。
另外，压电促动器中，根据压电泵或线性马达等用途的不同，为了应用机电转换元件的振动(或伸缩)作为促动器，需要使振动产生的位移扩大的机构。
作为扩大压电元件进行振动产生的位移的机构，已知有通过叠层压电元件而使位移扩大的叠层型压电促动器。
专利第4353690号公报(专利文献5)中公开有一种叠层型压电促动器，其通过压电陶瓷层和内部电极交替叠层，且上述内部电极每隔一层连接而成，该叠层型压电促动器中，上述内部电极的外周部的位移量从上述外周部分的内侧向外侧连续地变小，在上述压电陶瓷层中位于上述内部电极的外周部分附近的部分中，与其它成分相比更多地含有选自锰、铁、铬、钨的1种以上的成分。
但是，叠层型压电促动器中，尺寸变大，不适于小型化。
另外，还已知有应用杠杆原理机械性地使压电元件的运动放大来扩大位移的压电促动器。
特开昭60-81568号公报(专利文献6)中公开一种机械式放大机构，其使电致伸缩或压电元件的运动放大而实现驱动，该放大机构中，由作为位移放大单元的两根杠杆臂和作为位移放大单元的梁构成，且在所述梁上设有作为输出端的作用元件，所述作为位移放大单元的两根杠杆臂将上述电致伸缩或压电元件的伸缩方向的一端共用连接，且利用支点分别与上述电致伸缩或压电元件的另一端连接，该作为位移放大单元的梁以两根杠杆臂的另一端夹持的方式被支承。
但是，这种机械式放大机构中，机构大且复杂，因此，不适于小型化。
与之相对，提出有设置空隙部并具备固定于压电元件的板状元件的钹型或穆尼式压电促动器。
图3是钹型压电促动器的概略立体图，图4是用于对形成突起(爪部)的钹型压电促动器的位移机构进行说明的概略图。
该压电促动器11在面形状为长方形状的板状压电元件12上固定有具有屈曲而形成的山脊状凸部13a的板状的位移扩大元件13。上述山脊状凸部13a形成于位移扩大元件的长度方向的大致中央部，在与山脊状凸部棱线方向垂直的方向上的截面形状为梯形状或拱状，且在与压电元件12之间形成有截面梯形状的空隙部14。在这种具有空隙部的压电促动器中，压电元件12由施加电压时产生变形的压电陶瓷形成，当施加交流电压(频率电压)时，在面方向上规则地重复变形和回复(伸缩运动)。与之相对，由于在位移扩大元件13和压电元件12之间形成有空隙部14，因此，与固定于压电元件12的部位相比，位移扩大元件13的山脊状凸部具有易于变形的构造。因此，通过压电元件12在面方向上伸缩，使位移扩大元件13的山脊状凸部的形状产生变形，而在与压电元件的面方向垂直的方向上进行位移(上下移动)。
例如，如图4所示，在山脊状凸部23的侧部形成有突起23b的钹型压电促动器21中，在压电元件22在面方向上伸张的状态(图4(a))下，山脊状凸部23a的高度变低，侧部的倾斜变小，因此，突起23b在与压电元件面大致垂直的方向上立起。与之相对，在压电元件22在面方向上收缩的状态(图4(b))下，山脊状凸部23a的高度变高，侧部的倾斜变大，因此，突起23b与压电元件面大致平行地放倒。即，突起通过压电元件的振动而反复进行立起的状态和放倒的状态的位移运动。因此，具备突起的钹型压电促动器可作为通过突起拨出接触的非振动体(转子)的驱动机构来利用，可以利用于线性马达等。
以往的钹型压电促动器中，作为位移扩大元件，从不吸收压电元件的伸缩(或不因伸缩而挠曲)且可位移的观点出发，可使用金属材料。但是，由金属形成的弹性体由于比重较重且为硬质，因此，存在以下缺点：本身的振动性低，成形性低，不易小型化，在具有突起的复杂形状下生产力降低，由于生锈而导致劣化，不易利用配合添加剂等改善特性，不能确保绝缘性等。
另外，作为压电促动器，还已知有朗之万振动器。朗之万振动器具有三明治结构：用两个金属块夹住呈现压电性的水晶，可以以较低的频率使其共振，可广泛地用于超声波的产生及检测。为了进一步提高该朗之万振动器的性能，迄今为止一直尝试着各种改良。
特开平5-236598号公报(专利文献7)中公开有一种朗之万振动器，其是带声整合板的螺栓紧固朗之万振动器，具有：以高刚性材料形成的前块体；一端接合于上述高刚性材料的一端且将输入电气信号转换成超声波的压电陶瓷；一端接合于上述压电陶瓷的另一端且以高刚性材料形成的后块体；将上述前块体和上述压电陶瓷和上述后块体相互紧固的螺栓及螺母；与上述前块体的另一端接合且用于以进行水和上述前块体的阻抗整合的声整合板，该带声整合板的螺栓紧固朗之万振动器中，上述声整合板为具有比上述压电陶瓷的居里温度高的玻璃化转变温度的合成树脂。该文献中记载了以铝合金、钛合金、不锈钢等高刚性材料形成前块体及后块体。
特开2009-77130号公报(专利文献8)公开有一种超声波振动器，其具备：压电元件；夹持上述压电元件的一对夹持部件；缓冲部件，其固定于一个上述夹持部件上，且硬度比这个夹持部件低；声整合部件，其固定于另一个上述夹持部件上并且在端部具有超声波传送接收部，且固有声阻抗值呈现上述另一夹持部件和水之间的值。该文献中记载了，作为一个夹持部件的内衬板及作为另一夹持部件的前面板由不锈钢形成，且通过前面板变更成比内衬板轻且软的铝合金等，可降低Q值(表示共振锐度的量)。
特开平5-37999号公报(专利文献9)中公开有宽带域超声波探针，其具备在一对压电振动器的两侧对称地设置共振块而形成的朗之万振动器结构，且用塑料构成上述共振块。该文献中记载了带来宽带域特性的共振块由环氧化合物材料构成，此外，未记载其它的塑料材料的例子。
日本特开2007-274191号公报(专利文献10)中公开有一种超声波振动器：其由前面板、内衬板、配设于上述前面板与上述内衬板之间的压电陶瓷体利用轴芯螺栓一体固定而成，该超声波振动器中，上述前面板为树脂制。该文献中记载了作为前面板的材料，优选为切削加工性优异的聚丙烯类树脂、透明性优异的聚碳酸酯树脂、两功能均优异的丙烯酸类树脂。
但是，专利文献7～10的超声波振动器中，表面的振动速度低，输出特性还不充分。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开平5-300764号公报(权利要求1，图1及3)
专利文献2：日本特公平7-89746号公报(权利要求1，第2页第四栏19～21行)
专利文献3：日本特开2006-311794号公报(权利要求1，段落[0004]～[0006][0021][0022])
专利文献4：日本特开2001-327919号公报(权利要求1，段落[0010][0022][0026])
专利文献5：日本特许第4353690号公报(权利要求1)
专利文献6：日本特开昭60-81568号公报(专利权利要求)
专利文献7：日本特开平5-236598号公报(专利权利要求，段落[0003])
专利文献8：日本特开2009-77130号公报(专利权利要求，段落[0015][0047])
专利文献9：日本特开平5-37999号公报(专利权利要求，段落[0012]，实施例)
专利文献10：日本特开2007-274191号公报(专利权利要求，段落[0013]，实施例)
发明内容
发明所要解决的问题
因此，本发明的目的在于，提供一种尽管由树脂形成，屈曲振动(椭圆运动)传递性也优异的促动器用弹性体及具备该弹性体的压电促动器。
本发明的另一目的在于，提供一种成形性或轻量性优异，且小型化或复杂形状加工性优异的促动器用弹性体及具备此弹性体的压电促动器。
本发明的又一目的在于，提供一种电绝缘性及耐腐蚀性优异的促动器用弹性体及具备此弹性体的压电促动器。
本发明的另一目的在于，提供一种可将由于机电转换元件的振动(或伸缩)产生的位移大幅扩大的位移扩大元件及具备该位移扩大元件的位移扩大型压电促动器。
本发明的另一目的在于，提供一种即使在低电流(或低电压)下，可以使表面高速地振动的朗之万振动器。
本发明的另一目的在于，提供一种可降低能量损耗，且可高效率地进行超声波的传送接收的朗之万振动器。
本发明的又一目的在于，提供一种即使在以低频使用的用途中可以小型化且可容易控制共振波长的朗之万振动器。
用于解决问题的技术方案
本发明人等为了达成所述课题而进行了锐意研究，结果发现，通过以结晶性树脂形成具备压电元件等机电转换元件的促动器用弹性体，尽管是以树脂形成，在屈曲振动的促动器中，也可提高屈曲振动传递性，且在位移扩大型促动器中，可以对由机电转换元件的振动(或伸缩)产生的位移进行大幅扩大，且在朗之万振动器中，即使在低电流(或低电压)下可以使表面高速地振动，并完成本发明。
即，本发明提供一种弹性体，其含有结晶性树脂，所述弹性体固定于通过施加交流电压而进行伸缩的机电转换元件，且用于以下(1)～(3)中任一促动器中，
(1)促动器，其与非振动体接触而使用，并通过所述机电转换元件进行伸缩来产生屈曲振动，从而用于使促动器本身或非振动体驱动，
(2)促动器，其具备对通过所述机电转换元件进行伸缩而产生的位移进行扩大的机构，
(3)促动器，其使用了通过所述机电转换元件进行伸缩而降低产生的振动频率的部件作为夹持所述机电转换元件的共振部件中至少一个共振部件。
所述机电转换元件可以为压电元件。所述结晶性树脂可以是聚芳基酮树脂或聚苯硫醚树脂。本发明的弹性体可以进一步含有填充材料(特别是纤维状填充材料)。所述纤维状填充材料的取向方向可以与机电转换元件的伸缩方向平行。所述纤维状填充材料可以是选自碳纤维、玻璃纤维及酰胺纤维中的至少1种。所述纤维状填充材料可以是平均纤维直径0.1～50μm、平均纤维长1μm～2mm的碳纤维。所述填充材料的比例可以相对于热塑性树脂100重量份为10～60重量份左右。
本发明的弹性体中，促动器可以为超声波马达，且在与压电元件进行了固定的一侧的相反一侧具有用于与非振动体接触的多个凸部。特别是本发明的弹性体中，所述压电促动器可以为线性超声波马达，且多个凸部的截面形状为锯齿状。另外，本发明的弹性体中，所述压电促动器可以为旋转式超声波马达，且该弹性体是具有梳齿部的形状。
本发明的弹性体中，促动器可以具备对通过压电元件进行伸缩而产生的位移进行扩大的机构，所述弹性体为具有凸部的板状，所述凸部用于在弹性体与固定的压电元件之间形成空隙部。所述凸部为屈曲或弯曲而形成的沿一个方向延伸的山脊状，在与该山脊状凸部的棱线方向垂直的方向上得到的截面形状为梯形状，且所述山脊状凸部的侧部具有突起。
本发明的弹性体可以是朗之万振动器的共振部件。
本发明中可以包括具备压电元件及所述弹性体的压电促动器。
本发明的压电促动器可以是下述的旋转式超声波马达：与旋转体接触而使用，通过压电元件的伸缩进行屈曲振动，从而用于使促动器本身或旋转体旋转。
本发明的压电促动器的弹性体为位移扩大元件，所述压电促动器可以为钹型或穆尼型压电促动器。
本发明的压电促动器可以是具有压电元件和夹持该压电元件的一对共振部件的朗之万振动器，所述一对共振部件中至少一个共振部件为所述弹性体。一般而言会认为，当一个共振部件使用树脂时，与金属相比，超声波的吸收变大，不会发生振动，但当使用所述弹性体时，意外地不会衰减超声波，可以以高效率进行振动。一对共振部件可以相互含有互为不同系统的树脂，但优选为含有相同种类的树脂。压电元件和一个共振部件及/或另一共振部件可以用接合装置(螺丝等)进行压接(或压接)。
此外，本说明书中，“弹性体”是指，以含有热塑性树脂及填充材料的组合物形成，被固定于压电元件等机电转换元件而使用，且可传递机电转换元件的振动(伸缩)的成形体，并不限定于超声波马达的弹性体，而以含有位移扩大型促动器的位移扩大元件、朗之万振动器的共振部件的意义使用。
发明的效果
本发明中，进行屈曲振动的促动器的弹性体由于含有热塑性树脂，因此，尽管是以树脂形成，可以提高屈曲振动(椭圆运动)传递性。特别是抑制与机电转换元件的声阻抗差，且提高来自机电转换元件的能量的注入效率，因此，可抑制振动的滞后，且可使损耗极小化。
另外，本发明中，位移扩大型促动器的位移扩大元件通过结晶性树脂形成，因此，可对机电转换元件进行伸缩而产生的位移进行大幅扩大，且组合了结晶性树脂和纤维状填充材料，因此，与以往的金属材料相比，可扩大位移。特别是尽管比重比金属小，也能显示出与金属同等以上的位移扩大功能(振动速度)，每单位重量的功能高，适于要求轻量化的用途。例如，在同一共振频率中，与金属材料相比能够实现小型化。另外，也可提高电气绝缘性及耐腐蚀性。
另外，本发明中，由于将夹持朗之万振动器的机电转换元件的一对共振部件中至少一个共振部件通过特定的结晶性的热塑性树脂形成，因此，即使在低电流(或低电压)下，可以使表面高速地振动，最高振动速度也较大。特别是在本发明中，可显著降低能量损耗，因此，可以以高效率传送接收超声波。另外，本发明中，小型且量轻性优异，即使在以低频使用的情况下也容易小型化。另外，本发明中，通过调整纤维状填充材料的取向或含量等，可容易地控制共振波长(或音速)。
另外，通过树脂形成，因此，成形性或轻量性优异，还可提高小型化或复杂形状的加工性。另外，也可提高电气绝缘性及耐腐蚀性。
附图说明
图1是旋转式超声波马达的概略侧视图；
图2是构成图1的旋转式超声波马达的弹性体的概略立体图；
图3是钹型压电促动器的概略立体图；
图4是用于说明形成有突起的钹型压电促动器的位移机构的概略图；
图5是用于说明弹性体的振动速度的测定方法的概略图；
图6是表示本发明的线性超声波马达的一个例子的概略侧视图；
图7是构成图6的线性超声波马达的定子的概略立体图；
图8是表示本发明的朗之万振动器的一个例子的概略剖视图；
图9是表示实施例1及比较例1中得到的弹性体的振动速度的图表；
图10是表示实施例2及3中得到的弹性体的振动速度的图表；
图11是实施例中制作的钹型压电促动器的概略立体图；
图12是表示用于评价实施例的朗之万振动器的实验系的示意图；
图13是表示实施例的朗之万振动器的电流和振动速度的关系的图表。
标记说明
1，41…超声波马达
11，21…压电促动器
2，12，22，42，51…压电元件
3，43…弹性体
13，23…位移扩大元件
13a，23a…凸部
14，24…空隙部
23b…突起
4，44…定子
5，45…转子
511…压电层
512…电极板
513…抓取部
52…前部件(前块体)
53…后部件(后块体)
54…轴芯螺栓
55…振荡器
56…放大器
57…激光多普勒装置
58…示波器
具体实施方式
[促动器用弹性体]
本发明的促动器用弹性体固定于通过施加交流电压而沿面方向伸缩的板状机电转换元件(特别是用于通过施加交流电压产生振动的压电元件)，并用作各种促动器(超声波马达、位移扩大型促动器、朗之万振动器)。上述弹性体由于含有热塑性树脂及填充材料(特别是纤维状填充材料)，因此，可提高各种促动器的特性。
(结晶性树脂)
结晶性树脂需要振动传递性优异，具体而言，成形为板状的弹性体的两面用板状压电元件夹住而固定，对压电元件施加频率电压并以共振频率使之振动，提高电压时，最大的振动速度为300mm/秒以上，优选为500mm/秒以上(例如，500～1500mm/秒左右)，进一步优选为700mm/秒以上(例如，700～1000mm/秒左右)左右。若上述振动速度不足300mm/秒，则向转子的振动传递性(或弹性体本身的驱动性)较低，因此，不易驱动转子(或弹性体本身)。
本发明中，结晶性树脂的振动速度可通过图5所示的方法测定。即，将结晶性树脂注塑成形为10cm见方且厚度3mm的平板，通过切削加工得到的成形体，切出成1cm×3cm，而得到树脂弹性体31。将得到的树脂弹性体31如图5所示，用两片板状压电元件32(股份有限公司富士陶瓷制造“C-123”，1cm×2cm×1mm)夹住，并用粘接剂(Huntsman Japan(股)制造“Araldite(Araldite)Standard”)贴合，熟化24小时使其固化。另外，将铜线33焊接于压电元件32的电极，在共振频率下进行振动。振动中，利用激光多普勒仪测定振动的最大速度。若电压上升，则观察到振动速度增大，但在树脂弹性体的力学性质对应的特定电压以上，观察到振动速度停滞或减少，将其最大速度设为振动速度。
结晶性树脂的玻璃化转变温度(Tg)为30℃以上，从成形性等观点出发，例如，可以为50～450℃，优选为70～350℃，进一步优选为75～300℃(特别是80～200℃)左右。另外，可以为70℃以上，例如，可以为75～450℃，优选为80～430℃(例如，100～400℃)，进一步优选为80～300℃(特别是80～160℃)左右。玻璃化转变温度优选为比压电元件的居里温度更高的温度。当超声波马达、位移扩大型促动器等压电促动器工作时，由于振动产生的发热、氛围温度的上升、摩擦产生的蓄热等，弹性体的温度上升，而振动性降低。此外，弹性体的摩擦系数量也降低，对转子的振动传递性降低，但当玻璃化转变温度过低时，这种振动传递性的降低变得显著。另外，若玻璃化转变温度过低，高温下的耐磨损性也降低，在摩擦热产生的高温状态下容易产生磨损或破损。另一方面，当玻璃化转变温度过高时，由于成形温度变高，接近分解温度，因此，难以加工。本发明中使用的热塑性树脂具有适当的弹性模量，由此，弹性体的振动性也优异，特别是在超声波马达中的梳齿状弹性体的情况下，由于与非振动体(特别是转子)接触的前端部的振动性变大，因此，可提高驱动力。另外，在位移扩大型促动器中，位移扩大功能优异，例如，在用于线性马达等的情况下，由于与非振动体(特别是转子)接触的前端部的振动性变大，因此，可提高驱动力。
此外，本说明书中，玻璃化转变温度可依据ASTM 3418的DSC法测定。
结晶性树脂的密度(比重)可以为例如3g/cm3以下，优选为0.8～2.5g/cm3，进一步优选为0.9～2g/cm3(特别是1～1.5g/cm3)左右。当密度过大时，振动性降低，因此，转子的驱动传递性降低。作为密度的测定方法，可通过根据ISO 1183的方法测定。本发明中，即使通过低比重的结晶性性树脂形成位移扩大型促动器的位移扩大元件，可以具有与通过高比重的金属形成的元件同等以上的位移扩大功能，比重换算的位移扩大功能高。
作为结晶性树脂，只要是结晶性的热塑性树脂(合成树脂)，就没有特别限定，例如，可举出：烯烃类树脂(乙烯-降冰片烯共聚物等环状烯烃类树脂等)、苯乙烯类树脂(间规聚苯乙烯等)、聚缩醛类树脂(聚甲醛等)、聚酯类树脂(聚对苯二甲酸乙二醇酯，聚对苯二甲酸丁二酯，聚萘二甲酸乙二醇酯等聚亚烷基二醇芳酸酯，聚乙醇酸类树脂，液晶聚酯等)，聚苯并咪唑类树脂，聚酰胺类树脂(脂肪族聚酰胺，芳香族聚酰胺等)，聚酰胺酰亚胺树脂，聚苯硫醚类树脂，聚芳基酮类树脂，氟树脂(聚四氟乙烯等)等。这些结晶性树脂可单独或组合两种以上使用。
这些结晶性树脂中，从可抑制振动能的衰减及损耗，且位移扩大功能较大且耐热性或耐磨损性优异的观点出发，优选可利用工程塑料，例如，广泛使用间规聚苯乙烯树脂、尼龙MXD6等芳香族聚酰胺类树脂、聚芳基酮树脂、聚苯硫醚树脂、聚乙醇酸类树脂、液晶聚酯等。
此外，在这些结晶性树脂中，从振动传递性或位移扩大功能较高的观点出发，优选为聚芳基酮树脂、聚苯硫醚类树脂、聚苯并咪唑类树脂、聚酰胺酰亚胺树脂、芳香族聚酰胺树脂。特别是，这些结晶性树脂与金属相比，可轻量化且与压电元件的密合性优异；与热固化性树脂不同，不含有未反应的固化性单体且可降低能量损耗；与非结晶树脂相比，分子构造不易变形，机械性损耗(tanδ)小且可降低能量损耗。因此，在朗之万振动器中，即使施加相同的电流(或电压)，与以往的材料相比，可以高效率地传送接收超声波。
(1)聚芳基酮树脂
聚芳基酮树脂是芳基骨架通过醚键及酮键进行键结而成的芳香族聚醚酮，分为聚醚酮类树脂、聚醚醚酮类树脂、聚醚酮酮类树脂。芳基骨架通常为亚苯基，可以是其它亚芳基、例如取代亚苯基(例如，具有C1-5烷基等取代基的烷基亚苯基，或者具有苯基等取代基的芳基亚苯基)，或者式-Ar-X-Ar-(式中，Ar表示亚苯基，X表示S、SO2或直接键结)表示的基团等。在聚芳基酮树脂的芳基骨架中，其它亚芳基的比例可以为例如50摩尔％以下(特别是30摩尔％以下)。这些聚芳基酮树脂可单独或组合两种以上使用。这些聚芳基酮树脂中，从耐冲击性等机械特性优异的观点出发，优选为醚键比例较多的聚醚醚酮类树脂。
聚醚醚酮类树脂中，通过二卤代二苯甲酮和氢醌进行缩聚而得到的聚醚醚酮以VICTREX株式会社制造的商品名“PEEK”系列、EVONIK株式会社制造的“VESTAKEEP”系列进行市售，但可以是亚苯基具有取代基(例如，C1-3烷基等)的聚醚醚酮或亚苯基为亚萘基等其它芳基骨架的聚醚醚酮等。
聚芳基酮树脂(特别是聚醚醚酮类树脂)的重量平均分子量在GPC(以聚苯乙烯计)中为例如5000～30000，优选为6000～25000，进一步优选为8000～20000左右。
聚芳基酮树脂(特别是聚醚醚酮类树脂)的体积流动率(MVR)可以根据ISO 1133(380℃/5kg)，例如为10～200cm3/10分钟，优选为30～150cm3/10分钟，进一步优选为50～100cm3/10分钟左右。
聚芳基酮树脂(特别是聚醚醚酮类树脂)(不含有填充材料的树脂单体)在根据ISO 527-1/-2的拉伸试验(50mm/分钟)中，从可提高振动传递性的观点出发，抗拉强度、断裂强度、拉伸屈服强度、断裂伸长率、拉伸弹性模量可以为以下范围。
即，抗拉强度可以为例如10～300MPa，优选为50～200MPa，进一步优选为80～150MPa左右。
拉伸屈服强度可以为例如1～10％，优选为2～8％，进一步优选为3～6％左右。
断裂伸长率可以为例如10％以上，可以为例如10～100％，优选为15～50％，进一步优选为20～40％左右。
拉伸弹性模量可以为例如1000～10000MPa，优选为2000～5000MPa，进一步优选为3000～4000MPa左右。
(2)聚苯硫醚类树脂
作为聚苯硫醚类树脂(polyphenylene thioether类树脂)，含有具有聚苯硫醚骨架-(Ar-S)-[式中，Ar表示亚苯基]的均聚物及共聚物。共聚物除了含有亚苯基(-Ar-)以外，可以含有例如取代亚苯基(例如，具有C1-5烷基等取代基的烷基亚苯基或具有苯基等取代基的芳基苯基)、或者以式-Ar-X-Ar-(式中，Ar表示亚苯基，X表示O、SO2、CO或直接键结)表示的基团等。聚苯硫醚类树脂可以是包含这种亚苯基的苯硫醚基中使用了相同的重复单元的均聚物，从组合物的加工性的观点出发，可以是含有不同的重复单元的共聚物。
作为均聚物，优选使用将对苯硫醚基设为重复单元的实质上线状的均聚物。共聚物可组合使用上述苯硫醚基中不同的两种以上。这些构成中，作为共聚物，优选为以苯硫醚基为主要重复单元，且含有间苯硫醚基的组合，从耐热性、成形性、机械特性等物性上的观点出发，特别优选为含有60摩尔％(优选为70摩尔％)以上苯硫醚基的实质上线状的共聚物。
聚苯硫醚树脂可以为如下聚合物：较低分子量的线状聚合物通过氧化交联或热交联使熔融粘度上升，且改良了成形加工性，可以为由以2官能性单体为主体的单体通过缩聚得到的实质上线状构造的高分子量聚合物。从得到的成形物的物性观点出发，优选为通过缩聚得到的实质上线状构造的聚合物。另外，作为聚苯硫醚树脂，除了上述聚合物以外，可以使用对具有3个以上的官能团的单体进行组合并聚合而得到的支链或交联聚苯硫醚树脂、或者将该树脂混合于上述线状聚合物而成的树脂组合物。
作为聚苯硫醚树脂，除了聚苯硫醚(聚-1，4-苯硫醚等)或聚联苯硫醚(PBPS)之外，还可以使用聚苯硫醚酮(PPSK)、聚联苯硫飒(PPSS)等。聚苯硫醚树脂可单独或组合两种以上使用。
聚苯硫醚树脂的数均分子量在以GPC(聚苯乙烯计)测定为例如500～100000，优选为700～50000，进一步优选为1000～30000左右。
聚苯硫醚树脂(不含有填充材料的树脂单体)的熔体流动率(MFR)根据JISK7315-1(315℃，负载5kg)，可以为例如1～10000g/10分钟，优选为5～5000g/10分钟，进一步优选为10～3000g/10分钟(特别是20～2000g/10分钟)左右。
聚苯硫醚树脂(不含有填充材料的树脂单体)在根据ISO527-1/-2的拉伸试验(50mm/分钟)中，从可提高振动传递性的观点出发，抗拉强度、断裂伸长率、拉伸弹性模量可以为以下范围。
即，抗拉强度可以为例如10～300MPa，优选为50～250MPa，进一步优选为60～200MPa左右。
断裂伸长率可以为例如1～30％，优选为1～20％，进一步优选为1～15％左右。
拉伸弹性模量可以为例如1000～10000MPa，优选为2000～5000MPa，进一步优选为3000～4000MPa左右。
(3)聚苯并咪唑类树脂
聚苯并咪唑类树脂除了聚苯并咪唑之外，苯骨架的一部分或全部可以由其它芳香族环(例如，联苯环、萘环等)取代，除了苯并咪唑骨架之外，可以含有亚苯基等亚芳基等共聚单元。这些聚苯并咪唑类树脂可单独或组合两种以上使用。这些聚苯并咪唑类树脂中，广泛使用聚苯并咪唑。
(4)聚酰胺酰亚胺树脂
聚酰胺酰亚胺树脂为主链上具有酰亚胺键及酰胺键的聚合物，可以是使三羧酸酐和多元异氰酸酯反应而得到的聚酰胺酰亚胺，或者使三羧酸酐和多元胺反应而形成酰亚胺键结后，使多元异氰酸酯反应进行酰胺化而得到的聚酰胺酰亚胺等。作为三羧酸酐，通常可使用偏苯三酸酐。作为多元胺或多元异氰酸酯，优选为含有芳香族胺(苯二胺、萘二胺、2,2-双(氨基苯基)丙烷、4,4′-二氨基二苯基醚等)的多元胺；含有芳香族异氰酸酯(苯二异氰酸酯、亚二甲苯二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯等)的多元异氰酸酯。作为聚酰胺酰亚胺，可以是例如特开昭59-135126号公报所记载的聚酰胺酰亚胺等。
(5)芳香族聚酰胺树脂
作为芳香族聚酰胺树脂，只要是含有芳香环的聚酰胺树脂即可，例如，可举出：使脂肪族二胺和芳香族二羧酸聚合得到的聚酰胺、使芳香族二胺和脂肪族二羧酸聚合得到的聚酰胺等。作为脂肪族二胺，例如可举出：乙二胺、六亚甲基二胺、九亚甲基二胺等亚烷基二胺等。作为芳香族二胺，例如可举出：苯二胺、间二甲苯二胺、萘二胺等。作为脂肪族二羧酸，例如可举出：琥珀酸、己二酸、癸二酸等。作为芳香族二羧酸，例如可举出：对苯二甲酸、异苯二甲酸、苯二甲酸酐等。这些芳香族聚酰胺树脂中，优选为使六亚甲基二胺或壬亚甲基二胺等C6-12亚烷基二胺和对苯二甲酸等芳香族二羧酸聚合得到的聚酰胺。
其中，从耐热性、耐磨损性、电绝缘性优异的观点出发，优选为聚芳基酮树脂、聚苯硫醚树脂，从屈曲振动传递性或位移扩大功能优异的观点出发，特别优选为聚苯硫醚树脂。
本发明的促动器用弹性体中，含有结晶性树脂作为主成分，结晶性树脂的比例相对于弹性体整体，通常为50重量％以上(例如，50～100重量％)，优选为60重量％以上(例如，60～99重量％)，进一步优选为70重量％以上(例如，70～95重量％)。
(填充材料)
根据用途，除了上述结晶性树脂以外，本发明的弹性体可以含有填充材料。当组合结晶性树脂和填充材料时，不仅可提高耐冲击性、尺寸稳定性、刚性等机械特性，而且还可以提高屈曲振动的传递性或位移扩大功能。另一方面，填充材料可提高上述特性，相反，当长期间使用时，有时磨损接触的非振动体，而降低驱动力。因此，在车轮的马达等要求持久性的用途中，优选实质上不含有填充材料。
填充材料可以为有机类填充材料，可以为无机类填充材料。填充材料的形状也没有特别限定，可以是纤维状填充材料，可以是粒状或板状填充材料。
纤维状填充材料中可含有无机类纤维状填充材料、有机类纤维状填充材料。作为无机类纤维状填充材料，可举出：陶瓷纤维(例如，玻璃纤维、碳纤维、石棉纤维、二氧化硅纤维、二氧化硅-氧化铝纤维、氧化锆纤维、氮化硼纤维、氮化硅纤维、钛酸钾纤维等)、金属纤维(例如，不锈钢纤维，铝纤维，钛纤维，铜纤维，黄铜纤维等)等。作为有机类纤维状填充材料，可举出：芳族聚酰胺纤维、氟树脂纤维、丙烯酸纤维等高熔点有机纤维等。这些纤维状填充材料可单独或组合两种以上使用。
作为粒状或板状填充材料，可举出：碳黑、石墨、碳化硅、二氧化硅、氮化硅、氮化硼、石英粉末、水滑石、玻璃类(玻璃碎片、玻璃珠、玻璃粉、磨碎玻璃纤维等)、碳酸盐(碳酸钙、碳酸镁等)、硅酸盐(硅酸钙、硅酸铝、滑石、云母、高岭土、粘土、硅藻土、硅灰石等)、金属氧化物(氧化铁、氧化钛、氧化锌、氧化铝等)、硫酸盐(硫酸钙、硫酸钡等)、各种金属粉或金属箔等。这些粒状或板状填充材料可单独或组合两种以上使用。
这些填充材料(特别是无机类纤维)可以根据需要，利用上浆剂或表面处理剂(例如，环氧类化合物、异氰酸酯类化合物、硅烷类化合物、钛酸盐类化合物等的官能性化合物)来进行表面处理。填充材料的处理可以与填充材料的添加同时进行，可以在添加前预先进行。上浆剂或表面处理剂的使用量相对于填充材料为5重量％以下，优选为0.05～2重量％左右。
这些填充材料中，从可调整取向状态以提高屈曲振动的传递性或位移扩大功能的观点出发，优选纤维状填充材料，其中，特别是广泛使用的玻璃纤维、碳纤维等无机类纤维、酰胺纤维等有机类纤维，从耐热性高且可提高振动传递性或位移扩大功能及机械特性的观点出发，优选无机类纤维，从轻量性及柔软性均优异的观点出发，特别优选碳纤维。纤维状填充材料只要在弹性体中至少一部分进行了取向即可，不仅包含长纤维，也含有晶须等的短纤维。
纤维状填充材料的平均纤维直径为例如0.1～50μm，优选为1～30μm，进一步优选为2～20μm左右。当纤维直径过小时，难以提高振动传递性或位移扩大功能及机械的特性。另一方面，即使纤维径过大，也难以提高振动传递性或位移扩大功能及机械的特性。
纤维状填充材料的平均纤维长为例如1μm～2mm，优选为10μm～1.5mm，进一步优选为100μm～1mm左右。当纤维长过短时，不易提高振动传递性或位移扩大功能及机械特性。另一方面，当纤维长过长时，不易取向纤维状填充材料，振动传递性或位移扩大功能降低。
纤维状填充材料的平均长宽比为例如3～500，优选为5～100，进一步优选为10～50左右。当长宽比过小时，不易提高振动传递性或位移扩大功能及机械特性。另一方面，当长宽比过大时，难以使纤维状填充材料进行取向，振动传递性或位移扩大功能降低。
本说明书中，纤维状填充材料的平均纤维直径可利用目视或光学显微镜、扫描电子显微镜(SEM)等各种观察装置来测量，优选使用光学显微镜求得任意10处以上的平均值作为纤维状填充材料的平均纤维直径。
平均纤维长如下求得：从弹性体的任意位置随机切出约5g的试样，在650℃下进行灰化并用上述观察装置由取出的纤维的一部分(约500根)求得。
本发明中，从可提高屈曲振动传递性或位移扩大功能的观点出发，纤维状填充材料优选在弹性体中沿固定的方向进行取向，特别优选按照与机电转换元件(特别是压电元件)和弹性体的接触面的面方向平行(与压电元件的振动方向平行)地取向。本发明的弹性体可以叠层有多层，优选各层的纤维状填充材料的取向方向为同一方向，通常在单层的弹性体中纤维状填充材料沿固定的方向进行取向。
机电转换元件(特别是压电元件)的伸缩方向(振动方向)可适当选择，可以为例如与机电转换元件和弹性体的接触面垂直的方向(在板状压电元件的情况为厚度方向)，从容易使弹性体产生屈曲振动的观点出发，优选为机电转换元件和弹性体的接触面的面方向(在板状压电元件的情况下，通常为面方向)，另外，在板状机电转换元件的面形状为长方形的情况下，优选为长度方向，在环状弹性体(旋转式超声波马达)的情况下，优选为圆周方向。虽然只要纤维状填充材料与机电转换元件的伸缩方向平行，就会提高屈曲振动的传递性或位移扩大功能的原因不明，在纤维状填充材料与伸缩方向平行取向的情况下，相对于纤维状填充材料弯曲方向的应力发生作用。因此，认为通过纤维状填充材料的效果，可使tanδ(损耗系数)变小，并提高特性。特别是认为在位移扩大元件中山脊状凸部容易变形。与之相对，在纤维状填充材料的取向方向与振动方向不平行的情况下，基于伸缩振动(驱动子的屈曲振动)驱动子的屈曲振动纤维状填充材料的变形比例变小，变形的比例随着纤维状填充材料间的距离的变动而增加。因此，可推定纤维状填充材料产生的tanδ减少的效果变少。
此外，机电转换元件(特别是压电元件)的振动方向，在环状弹性体的情况下，从生产力优异的观点出发，可以是与机电转换元件和弹性体的接触面垂直的方向。
本发明中，优选为施加于机电转换元件(特别是压电元件)的交流频率和固定有机电转换元件的弹性体的纤维状填充材料在取向方向上的共振频率相同，且tanδ较小。若偏离共振频率，则导入弹性体的能量转换成热能的比例变大，传递至非振动体的振动能量、位移扩大功能显著减少。
填充材料(特别是纤维状填充材料)的比例，相对于结晶性树脂100重量份，为例如5～100重量份，优选为10～60重量份，进一步优选为15～50重量份(特别是20～40重量份)左右。若填充材料的比例过多，则耐冲击性或持久性降低。
此外，本发明的促动器用弹性体通过实质上对结晶性树脂单独或结晶性树脂和填充材料进行组合而形成，结晶性树脂及填充材料的总量相对于弹性体整体，通常为80重量％以上(例如，80～100重量％)，优选为90重量％以上(例如，90～99重量％)，进一步优选为95重量％以上(特别是99重量％以上)，可以仅用结晶性树脂及填充材料形成。
(其它添加剂)
本发明的弹性体通过结晶性树脂形成，因此，配合惯用的树脂用添加剂，可容易地改良机械特性或设计性等。作为树脂用添加剂，可举出：着色剂(染料颜料)、润滑剂、稳定剂(抗氧化剂、紫外线吸收剂、热稳定剂、耐光稳定剂等)、抗静电剂、阻燃剂、阻燃助剂、抗结块剂、塑化剂、防腐剂等。这些添加剂可单独或组合两种以上使用。
[弹性体的特性及制造方法]
本发明的弹性体在根据ISO 527-1/-2的拉伸试验(50mm/分钟)中，拉伸弹性模量可选自1～300GPa左右的范围，但从可提高振动传递性或位移扩大功能的观点出发，可以为例如1.5～100GPa，优选为2～50GPa，进一步优选为3～10GPa左右。若拉伸弹性模量过小，则振动传递性或位移扩大功能降低，过拉伸弹性模量过大，则不易成形加工。
(超声波马达用弹性体)
本发明的弹性体形状可以根据促动器(特别是压电促动器)的种类选择，例如，在超声波马达的情况下，可为板状(方形的平板状、圆板状等)、棒状等的二维形状、圆筒状或环状，圆柱状等三维形状；在线性超声波马达的情况下，可以为板状或棒状(特别是棒状)；在旋转式超声波马达的情况下，可以为环状或圆柱状(特别是环状)。
另外，超声波马达从可通过从机电转换元件(特别是压电元件)传递来的屈曲振动而高效驱动非振动体(特别是转子)的观点出发，优选为在与机电转换元件(特别是压电元件)固定的侧的相反侧，形成有凸部(齿部)，特别优选为形成有多个凸部(齿部)。
作为上述凸部的平面形状，可举出：四边形(正方形、长方形等)、三角形、圆形、椭圆形等。这些形状中，优选为长方形等四边形。作为上述凸部的截面形状(弹性体的厚度方向的截面形状)，可举出：四边形(正方形、长方形等)、三角形、波形等。这些形状中，优选为长方形的四边形或三角形等。特别是在线性超声波马达的情况下，优选为三角形，特别是在凸部的突出方向(与压电元件和弹性体的接触面垂直的方向)上呈左右非对称的三角形(非等腰三角形)，可以为这种三角形保持着间隔多个相连成锯齿状。另外，在旋转式超声波马达的情况下，优选为四边形，特别是在凸部的突出方向呈左右对称的四边形(长方形或正方形等)。
为了通过弹性体的屈曲振动驱动转子，凸部的数量只要为多个即可，若是线性超声波马达，则为例如两个以上(例如2～10个)左右，若是旋转式超声波马达，则可以规则地形成例如10个以上(例如10～20个)左右的凸部。
图6是表示本发明的线性超声波马达的一个例子的概略侧视图，图7是构成图6的线性超声波马达的定子的概略立体图。该马达41具备：板状弹性体43，其具有面形状为长方形的板状基部43a及形成于该板状基部的下部且在宽度方向上保持间隔而延伸的截面为三角形的两个凸部(锯齿部)43b；板状压电元件42，其叠层于所述板状弹性体43的长度方向上的一部分；板状转子45，其与上述板状弹性体的凸部43b的前端接触而配设，且与上述板状弹性体为相同宽度。此外，在压电元件42的表面上形成有用于对压电元件施加电压的一对电极42a、42b，使压电元件的振动部分(一对电极在压电元件的厚度方向上对置的部分)与弹性体43的中心轴一致。即使是在超声波马达41中，使压电元件42和板状弹性体43固定而形成了定子44，与之相对，转子45可移动地配设，由压电元件42产生的超声波振动可经由板状弹性体43转换成转子45的直线运动的运动。详细而言，当通过对压电元件42施加交流电压而使之在长度方向上振动时，弹性体在与压电元件的接触部侧，伴随着压电元件的振动而在长度方向上伸缩，另一方面，在上述接触部的相反侧，通过抑制伸缩，而引起屈曲振动，成为使形成于相反侧的凸部沿一个方向进行拨出的运动，使转子沿一方向进行直线运动的运动。特别是通过压电元件42的叠层位置、弹性体的凸部43b的形成位置、非对称地形成凸部的截面三角形(相对于板状弹性体的长度方向的中心轴呈非对称)来推进上述运动。
可根据频率或种类的不同对弹性体的形状或大小进行选择，没有特别限定，例如可以在以下所示的范围内制备弹性体。
在图6所示的线性超声波马达的情况下，弹性体可以形成2个以上(例如，2～5个，优选为2～3个，进一步优选为2个左右)在宽度方向上保持间隔地延伸的截面为三角形的凸部，凸部的截面三角形状可以为锯齿状。锯齿状等凸部的高度为0.5～10mm，优选为1～8mm，进一步优选为2～5mm左右。凸部的高度可根据频率来选择，相对于弹性体的厚度，为0.1～1.5倍，优选为0.2～1.0倍，进一步优选为0.3～0.8倍左右。
弹性体的厚度例如为1～40mm，优选为2～30mm，进一步优选为3～20mm左右。弹性体的厚度相对于压电元件的厚度为例如1～10倍，优选为1.5～8倍，进一步优选为2～5倍左右。
优选机电转换元件(特别是压电元件)固定于板状弹性体的至少一部分。例如，弹性体的长度方向的长度可以相对于机电转换元件的长度(振动部分的长度)为例如1.5～2.5倍(特别是1.8～2.2倍)左右。弹性体的长度方向的长度可以为例如9～200mm(特别是15～100mm)左右。机电转换元件的振动部分的长度可以为例如5～100mm(特别是10～50mm)左右。
弹性体的厚度相对于长度方向的长度可以为例如0.05～0.4倍(特别是0.1～0.3倍)左右。弹性体的厚度可以为例如1～40mm(特别是3～20mm)左右。
另外，从屈曲振动的传递性等的观点出发，优选使弹性体和机电转换元件中振动部分的中心轴大致一致。
另一方面，在弹性体为环状的旋转式超声波马达的情况下，弹性体在与非振动体接触的部分，可以不具有用于将弹性体的屈曲振动传递至非振动体的凸部，虽然不具有上述凸部的弹性体具有振动传递性，但通过形成凸部，可提高振动传递性。在旋转式超声波马达的情况下，具有凸部的弹性体可以为沿环状圆周方向规则地形成微小凸部的形状(具有梳齿部的形状)。在具有梳齿部的形状中，凸部(梳齿部)为长方形等的四边形，在凸部间形成有狭缝部的情况下，凸部的宽度可以为例如0.1～30mm，优选为0.2～15mm，进一步优选为0.5～10mm(特别是0.5～5mm)左右，凸部的高度可以为例如0.1～30mm，优选为0.2～15mm(例如，0.5～10mm)，进一步优选为0.5～5mm(特别是0.5～3mm)左右。另外，狭缝的深度可以为例如0.1～30mm，优选为0.2～15mm(例如，0.5～10mm)，进一步优选为0.5～5mm(特别是0.5～3mm)左右。另外，凸部的宽度和狭缝部的宽度的比(凸部的宽度/狭缝部的宽度)例如为0.01～100，优选为0.1～10，进一步优选为0.3～30左右。
本发明的弹性体可以根据超声波马达的种类及形状，利用惯用的成形方法，例如挤出成形、注塑成形、压缩成形等来制造。在这些成形方法中，可广泛使用挤出成形或注塑成形等，在锯齿形状或梳齿形状等三维形状的情况下，一般可利用注塑成形或切削加工来成形。本发明中，由于弹性体通过树脂形成，因此，成形加工性优异。
此外，在弹性体(特别是线性超声波马达的弹性体)含有填充材料的情况下，弹性体的凸部可以不含有填充材料。例如，在线性超声波马达的弹性体的情况下，可以不对凸部进行一体成形，而是通过挤出成形或注塑成形等对不含有填充材料的凸部另行进行成形，且与弹性体的板状基部接合。
特别是，作为使纤维状填充材料沿着固定方向(特别是与压电元件的振动方向平行的方向)进行取向的方法，从简便性的观点出发，优选利用挤出成形或注塑成形。在挤出成形或注塑成形中，纤维状填充材料可容易沿树脂的流动方向进行取向。沿固定方向使纤维状填充材料进行取向的方法，可根据树脂的种类适当地选择，没有特别限定，例如就挤出成形而言，可以将供于熔融混炼的树脂组合物在80～180℃下(特别是100～160℃)以规定时间(例如2～5小时左右)进行预备干燥，在220～420℃下(特别是320～400℃)进行熔融混炼。若是注塑成形，则缸体温度可以为220～420℃(特别是320～400℃)左右，模型温度可以为40～250℃(特别是100～220℃)左右。因此，优选下述方法：在线性超声波马达的弹性体中，通过挤出成形或射出成形制成使纤维状填充材料沿树脂的流动方向进行取向的基部，然后，使另行制作的凸部接合。
(位移扩大元件)
在本发明的弹性体为位移扩大型促动器的位移扩大元件的情况下，位移扩大元件的形状是具有(可形成)凸部的板状，所述凸部用于在与固定的机电压电元件之间形成空隙部。位移扩大元件由于具有这种凸部，因此，可在与固定的机电压电元件之间形成空隙部，可扩大机电转换元件进行伸缩而产生的凸部的位移。
凸部的大小可根据位移扩大型促动器的种类选择。凸部的高度优选为如下高度，即，空隙部的高度(最大高度)可成为例如0.1～10mm，优选成为0.2～5mm，进一步优选成为0.3～3mm(特别是0.5～2mm)左右。
上述凸部只要可以在与机电压电元件之间形成空隙部即可，形状没有特别限定，可以为用于在与机电压电元件之间形成(内部含有)密闭的空隙部的凸部，如图3所示的凸部所示，可以为用于在与机电压电元件之间形成未密闭的空隙部的凸部。
作为用于在与机电压电元件之间形成密闭的空隙部的凸部的形状，可举出：板面的一部分突出成半球状、圆锥状、圆台、多棱锥状(三棱锥状或四棱锥状等)、棱台状、圆柱状、多棱柱状等形状(或屈曲或弯曲成这些形状而形成的中空形状)。具体而言，凸部形状可以为例如特开2012-34019号公报所记载的形状等。
从位移扩大功能大，可在注塑成形中简单地制造与机电转换元件一体化的促动器，加工性及生产力优异的观点出发，这些凸部中，优选两侧部开放的山脊状凸部(或山脉状凸部)，即屈曲或弯曲而形成的沿一方向延伸的山脊状凸部。
与山脊状凸部的山脊方向(棱线方向)垂直的截面形状为屈曲形状或弯曲形状。作为屈曲形状，可举出：三角形、正方形、长方形、梯形状等。作为弯曲形状，可举出：大致半圆形、波形等。从位移扩大功能大的观点出发，这些形状中，优选梯形状(特别是宽度从与机电转换元件接触侧向非接触侧变窄的梯形状)。众所周知钹型促动器有凸部的形状为梯形状的促动器。
山脊状凸部的高度优选为如下高度，即，使空隙部的高度(最大高度)为例如0.1～5mm，优选成为0.3～3mm(例如，0.4～2mm)，进一步优选成为0.5～1.5mm(特别是0.8～1.2mm)左右的高度。另外，作为山脊状凸部的宽度(与棱线方向垂直的方向的宽度)，例如空隙部的宽度(最大宽度)为例如1～30mm，优选2～20mm，进一步优选为3～15mm(特别是5～10mm)左右。作为空隙部的宽度相对于机电转换元件(特别是压电元件)的长度(与棱线方向垂直的方向的长度)为例如0.1～0.9倍，优选为0.2～0.8倍，进一步优选为0.3～0.7倍左右。山脊状凸部的棱线方向的长度例如为1～100mm，优选为2～30mm，优选为3～20mm(特别是5～15mm)左右。
在山脊状凸部的上述截面形状为梯形状的情况下，侧部的倾斜角为例如50～80°，优选为10～70°，进一步优选为20～60°(特别是30～50°)左右。当倾斜角过大时，凸部进行上下移动的幅度变小，位移扩大功能降低，当倾斜角过小时，难以使凸部变形，位移扩大功能降低。
形成凸部(特别是山脊状凸部)的部位没有特别限定，通常形成于大致中央部(在山脊状凸部的情况下，为与棱线方向垂直的方向的大致中央部)。
位移扩大元件的平面形状可举出：四边形(正方形、长方形等)、三角形、圆形、椭圆形等。这些形状中，优选为长方形等四边形。
位移扩大元件的厚度为例如0.3～5mm，优选为0.5～3mm，进一步优选为0.6～2mm(特别是0.8～1.5mm)左右。位移扩大元件的厚度相对于机电转换元件的厚度为例如0.1～10倍，优选为0.3～5倍，进一步优选为0.3～3倍(特别是0.5～2倍)左右。
位移扩大元件在用作拨出接触的非振动体(转子)的驱动机构的情况下等，可以具有突起。突起形成于位移扩大元件的凸部，例如就上述截面形状为梯形状的突起而言，可以如图4所示那样形成于侧部。
突起的形状可以为三棱柱状或四棱柱状等的多棱柱状、大致半圆柱状、三棱锥状或四棱锥状等多棱锥状等。这些形状中，优选为三角柱状等多棱柱状。
突起的截面形状(在山脊状凸部的情况下，为与棱线方向垂直的截面形状)，可举出：四边形(正方形，长方形等)、三角形、波形等。这些形状中，优选为三角形等的多棱形状。
突起的数量可以根据促动器的种类进行选择，可为单个，也可为多个。
突起的高度相对于例如凸部的高度，通常为1倍以上，例如1.2～10倍，优选为1.5～8倍，进一步优选为2～5倍左右。
本发明的位移扩大元件可根据位移扩大型压电促动器的种类及形状，以惯用的成形方法例如挤出成形、注塑成形、压缩成形等来制造。这些成形方法中，可广泛使用挤出成形或注塑成形等，在锯齿形状或梳齿形状等三维形状的情况下，通常可以以注塑成形或切削加工来成形。本发明中，由于弹性体以树脂形成，因此，成形加工性优异。
此外，在位移扩大元件含有填充材料且具有突起的情况下，突起可以不含填充材料。例如在元件具有上述截面形状为梯形状的山脊状凸部的情况下，可以另行通过挤出成形或注塑成形等来成形不含填充材料的突起，并与山脊状凸部的侧部接合，而不将突起一体成形。
在含有纤维状填充材料的情况下，作为按照固定方向对纤维状填充材料进行取向的方法，可利用与在超声波马达用弹性体项中所示例的方法同样的方法。在具有突起的位移扩大元件中，优选为在通过挤出成形或注塑成形制作使纤维状填充材料沿树脂的流动方向进行了取向的基部，然后，与另行制作的突起进行接合的方法。
(朗之万振动器用弹性体)
在本发明的弹性体为朗之万振动器用弹性体的情况下，该弹性体形成共振部件，共振部件的形状可以为作为朗之万振动器的共振部件的前部件(或前块体)或后部件(或后块体)中使用的常用的形状。
图8所示的朗之万振动器(超声波振动器)是所谓的螺栓紧固的朗之万振动器，可用于在水或空气等介质中产生及检测超声波的装置。该朗之万振动器具备压电(压电)元件51和夹住该压电元件的一对共振部件52、53。详细而言，朗之万振动器具备：压电元件51；第一共振部件(前部件或前块体)52，其固定于该压电元件的一面，且具有超声波传送接收部；第二共振部件(后部件或后块体)53，其固定于上述压电元件的另一面且用于将上述第一共振部件52压接(或压接)于上述压电元件上。另外，为了防止超声波在界面衰减，或提高对振动的持久性，可利用接合单元(螺丝或轴芯螺栓等)54对压电元件51和一对共振部件52、53进行一体化。
这种朗之万振动器中，通过使前部件52含有热塑性树脂及填充材料，即使在低电流(或低电压)下也可使前部件52的表面以高速振动。
压电元件51是为了施加从振荡器振荡的交流电压，大多情况下除了设有压电层外还具有电极板，通常为对压电层和电极板交替重复地进行叠层而成的叠层体。压电层的叠层数及电极板的叠层数没有特别限制，可相互相同或不同，例如为1～10个，优选为1～8个，进一步优选为1～6个(例如，1～4个)左右。
图8所示的例子中，将分别在径向的中心部具有贯通孔的圆形薄片状的电极板512及圆板状压电层511依次穿插于螺丝(螺杆)54，两个压电层511分别介于三个电极板512之间形成了叠层体。三个电极板512分别具有抓取部513，通过将导线安装于这些抓取部并与振荡器(及根据需要为放大器)连接，从而可对压电层511施加交流电压。
前部件(或前面板)52与压电元件51的密合性高，可使压电元件51的振动传递至前端部而不衰减，可向介质放射强力的超声波。该例中，前部件52为圆柱状，在其与压电元件51的接合面上形成有具有与接合单元54的阳螺纹部对应的阴螺纹部的孔部，通过将贯通了压电元件51的螺丝54进行螺合(或螺固)于该孔部，可提高与压电元件51的密合性，也可实现提高压电元件51的持久性。
此外，前部件52的形状没有特别限制，可为例如圆柱状、圆台状、棱柱状、棱台状、半球状，可以为组合这些形状得到的形状(顶部为截圆锥状的圆柱体等)。
在与压电元件51接合的接合面上，未必一定需要设置孔部，但在用螺丝等的接合单元进行接合的情况下，可以形成孔部(螺丝孔)。孔部形成为可收容螺丝等接合部件的大小。将前部件52的径向长度设为100时，孔部的孔径为例如1～60，优选为5～50，进一步优选为10～40左右。另外，将前部件52的厚度设为100时，孔部的深度为例如1～70，优选为5～60，进一步优选为10～50左右。
本发明中，可以用本发明的弹性体形成后部件53，但从可将前部件52的表面以低电流高速地振动的观点出发，优选用本发明的弹性体(含热塑性树脂及填充材料的弹性体)形成前部件52。
前部件52的厚度(轴向的长度)可根据共振波长适当选择，例如为100mm以下，优选为10～70mm，进一步优选为20～60mm(例如30～50mm)左右。本发明中，可缩短共振波长，因此，可使前部件52的厚度缩小而小型化。另外，前部件52的径向长度为例如1～50mm，优选为5～40mm，进一步优选为10～30mm左右。
前部件52的声阻抗在室温(温度15～25℃左右)下，根据JISA1405，可从1～10N·s/m3左右的范围选择，例如为3～9N·s/m3，优选为4～8N·s/m3，进一步优选为5～7N·s/m3左右。本发明中，由于与水或生物体等介质的声阻抗的差较小，因此超声波不会在界面反射，可高效率地进行超声波的传送接收。而且，不需要声整合层，可使装置小型化。
后部件(或内衬板)53通过与前部件52一起夹住(夹持)压电元件51，而使前部件52压接于压电元件51。在该例中，后部件53与前部件52为相同形状，且为同一尺寸。此外，后部件53不限定于图8所示形状及尺寸，可与前部件52一样地变更设计成各种形状及尺寸。
前部件52和后部件53的厚度比没有特别限制，可从前者/后者＝1/3～3/1左右的范围选择，从将超声波放射到前方的观点出发，例如为1/1～3/1，优选为1.2/1～2.8/1，进一步优选为1.5/1～2.5/1左右。
作为后部件53的主要材料，可示例：树脂、金属(铝、镁、铍、钛等轻金属、不锈钢等重金属等)、陶瓷等。这些主要材料中，优选树脂。作为树脂，可以为热固化性树脂，但通常是热塑性树脂。作为热塑性树脂，例如，除了与前部件12一样的树脂以外，还可示例：(甲基)丙烯类酸树脂、聚烯烃类树脂(聚乙烯类树脂、聚丙烯类树脂等)、聚酯类树脂(聚对苯二甲酸乙二醇酯，聚萘二甲酸乙二醇酯等聚C2-4亚烷基C6-10芳香酯等)、聚碳酸酯树脂、聚酰胺类树脂、聚胺酯类树脂等。
后部件53的主要材料也与前部件52一样，优选为聚苯硫醚类树脂、聚芳基酮树脂，特别优选为聚苯硫醚类树脂。后部件53的树脂可以为与前部件52的树脂同种或不同系统的树脂，但特别优选为同种树脂。
后部件53的树脂可以与前部件52一样，与填充材料和/或其它添加剂组合使用。作为填充材料及其它添加剂，可分别举出在促动器用弹性体项中示例的成分，优选成分均相同。
后部件53在与压电元件51相反的一面上可以根据需要叠层任意的层(缓冲层、保护层等)。
[促动器]
本发明的促动器只要具备通过施加交流电压而在面方向上发生伸缩的板状机电转换元件和固定于该机电转换元件的上述弹性体即可。
机电转换元件可以为电致伸缩元件(或磁致伸缩元件)，从振动传递性或位移扩大功能优异的观点出发，优选为压电元件。为了进一步提高位移扩大功能压电元件可以是叠层型压电元件。
压电元件只要可产生超声波振动即可，没有特别限定，可以为压电高分子膜(聚偏二氟乙烯、偏二氟乙烯-三氟乙烯共聚物等氟树脂等)、压电金属薄膜(氧化锌的蒸镀膜等)，但通常为压电陶瓷层。压电陶瓷层含有呈现压电性的陶瓷，例如锆钛酸铅(PZT)、锆钛酸铅镧、钛酸铅、钛酸钡等的ABO3型钙钛矿氧化物等。这些陶瓷可单独或组合两种以上使用。
压电层511可以为压电高分子膜(聚偏二氟乙烯、偏二氟乙烯-三氟乙烯共聚物等氟树脂等)、压电金属薄膜(氧化锌的蒸镀膜等)，通常为压电陶瓷层。
本发明的促动器通常为压电促动器，例如，可以为超声波马达、位移扩大型压电促动器、朗之万振动器等。
(超声波马达)
本发明的超声波马达与非振动体接触而使用，弹性体通过上述机电转换元件(特别是压电元件)的振动而屈曲振动(椭圆运动)，驱动上述弹性体(促动器)本身或上述非振动体。作为弹性体屈曲振动的压电促动器，可举出旋转式超声波马达或线性超声波马达等超声波马达等。这些中，可广泛使用非振动体为转子，且使转子驱动的压电促动器(特别是旋转式超声波马达或线性超声波马达等超声波马达)。
在超声波马达中，作为非振动体(转子)，也可根据超声波马达的种类，利用惯用的非振动体、板状或棒状转子(滑动件)、转子(旋转体)，优选可用于线性超声波马达的板状转子、用于旋转式超声波马达的旋转体。非振动体(转子)的材质没有特别限定，可利用惯用的金属材料或树脂等形成，通常可用不锈钢、铝、黄铜等的金属形成。在非振动体(转子)的表面，为了提高与弹性体之间的滑动性，可以形成包含硅或氟树脂等的被膜。
作为将弹性体和机电转换元件(特别是压电元件)固定的方法，可举出：用粘接剂将经切削加工的弹性体和机电转换元件固定的方法；将经切削加工的弹性体的树脂表面熔融且使其与机电转换元件熔接的方法；将机电转换元件放置于模型内后，使熔融的树脂流到模型内，并密封机电转换元件的方法(夹物模压法)等。
(位移扩大型促动器)
本发明的位移扩大型压电促动器是具备如下机构的促动器：通过施加交流电压在面方向上伸缩的板状机电转换元件进行伸缩从而位移扩大，只要具备上述机电转换元件和固定于该机电转换元件的上述位移扩大元件即可。位移扩大元件通常与非振动体接触而使用，对上述机电转换元件的伸缩产生的位移进行扩大，从而驱动上述位移扩大元件本身或上述非振动体。
就位移扩大元件而言，只要使位移扩大元件的板面与板状机电转换元件(特别是压电元件)固定，使其至少覆盖凸部背侧的凹部，且在位移扩大元件和机电转换元件之间形成有上述凸部产生的空隙部即可。作为位移扩大元件和机电转换元件的固定方法，可举出：用粘接剂使经切削加工的位移扩大元件和机电转换元件固定的方法；使经切削加工的位移扩大元件的树脂表面熔融且使其与机电转换元件熔接的方法；将机电转换元件放置于模型内后，使熔融的树脂流到模型内，密封机电转换元件的方法(夹物模压法)。
另外，位移扩大元件可以固定于板状机电转换元件的一面，可以固定于板状机电转换元件的两面。
当位移扩大元件具有用于在与机电压电元件之间形成密闭的空隙部的凸部时，机电转换元件的大小只要可形成密闭的空隙部即可，没有特别限定。特别是在板状机电转换元件的一面固定有位移扩大元件的情况下，优选机电转换元件的大小比位移扩大元件小，例如，机电转换元件的直径相对于位移扩大元件的直径，可以为0.3～0.7倍(特别是0.4～0.6倍)左右。另一方面，在板状机电转换元件的两面上固定有位移扩大元件的情况下，机电转换元件的大小优选为与位移扩大元件大致相同以上的大小，例如，机电转换元件直径相对于位移扩大元件直径，可以为0.9～1.5倍(特别是1～1.2倍)左右。
在位移扩大元件具有山脊状凸部的情况下，机电转换元件的大小只要可以跨过侧山脊状凸部的凹部测而形成空隙部即可，棱线方向上的机电转换元件的长度相对于位移扩大元件的长度为0.5～1.5倍(特别是0.8～1.2倍)左右，通常与位移扩大元件的长度大致相同。关于在与棱线方向垂直的方向上的长度，在板状机电转换元件的单面上固定有位移扩大元件的情况下，优选机电转换元件的长度比位移扩大元件短，例如，机电转换元件的长度相对于位移扩大元件的长度，可以为0.3～0.7倍(特别是0.4～0.6倍)左右。另一方面，关于与棱线方向垂直的方向的长度，在板状机电转换元件的两面上固定有位移扩大元件的情况下，优选机电转换元件的长度为与位移扩大元件大致相同以上的长度，例如，机电转换元件的长度相对于位移扩大元件的长度，可以是0.9～1.5倍(特别是1～1.2倍)左右。
在具有山脊状凸部的位移扩大元件中，与棱线方向垂直的方向上的位移扩大元件的长度为，例如5～300mm，优选10～100mm，进一步优选20～50mm(特别是25～40mm)左右。与棱线方向垂直的方向上的机电转换元件的长度为，例如5～100mm，优选10～50mm，进一步优选为10～30mm左右。
作为非振动体(转子)，可根据促动器的种类，利用惯用的非振动体例如线性马达等板状或棒状转子(滑动件)、转子(旋转体)等。非振动体(转子)的材质没有特别限定，可由惯用的金属材料或树脂等形成，通常可由不锈钢、铝、黄铜等金属形成。
另外，从振动的传递性等观点出发，优选使位移扩大元件和机电转换元件的振动部分的中心轴大概一致。
(朗之万振动器)
本发明的朗之万振动器是使用了通过夹住机电转换元件的共振部件来降低上述机电转换元件进行伸缩而产生的振动频率的部件的促动器，可以是惯用的朗之万振动器。
图8所示朗之万振动器中，由压电元件形成的压电层511的形状没有特别限制，可为例如圆柱状、圆台状、棱柱状、棱台状等，可以是组合有这些形状而成的形状(将圆柱和圆台串联地连接而成的形状等)。
压电层511的厚度可根据振荡频率适当选择，例如为500μm～10mm，优选为1～7mm，进一步优选为2～5mm左右。
电极板512的形状只要为薄片状即可，没有特别限制，可以为矩形等多棱形、圆形、椭圆形等。电极板512未必一定具有抓取部，为了容易地安装导线，可以在电极板112的端部(或周缘部)具有抓取部(延伸片、返折片等)。电极板512的厚度例如为10～500μm，优选为30～300μm，进一步优选为50～150μm左右。
电极板512只要由导电材形成即可，作为导电材，可示例金属，例如金、银、铜、铂、铝等。这些导电材可以单独或组合两种以上使用。
在用粘接剂粘接共振部件的情况下等，可以不在压电元件51(压电层511和/或电极板512)上形成孔部，但在用螺丝(或轴芯螺栓)等压接装置压接共振部件的情况下，可以在压电元件51(压电层511和/或电极板512)上形成孔部。孔部可以分别形成于前部件52及后部件53的接合面，各个孔部可以是连通而贯通压电元件51整体的贯通孔。此外，孔部只要是可穿插螺丝等接合部件的大小即可。
本发明的朗之万振动器的共振频率可以根据用途而适当选择，例如为10～1000kHz，优选为15～900kHz，进一步优选为20～800kHz左右。另外，超声波振动器可以在选自26、38、78、100、130、160、200、430、750、950kHz的至少一种频率下进行使用。本发明中，即使在用于以低频使用的用途时，可以使朗之万振动器小型化。
施加于朗之万振动器的电流为例如30～250mA，优选为50～220mA，进一步优选为70～210mA(例如80～200mA)左右。本发明中，即使是低电流，也可使表面以高速振动，可高效率地进行超声波的传送接收。
实施例
以下，根据实施例更详细地说明本发明，但本发明不限定于这些实施例。实施例及比较例中使用的材料的各成分的缩写如下。
[材料的缩写]
PEEK:聚醚醚酮，日本Extron株式会社制造的“Natural Color(无填充)”，截面圆形的棒状成形体，比重1.45，Tg143℃
PC1：双酚A型聚碳酸酯，芝轻粗材株式会社制造的“PC(Rod)”，截面圆形的棒状成形体，比重1.2，Tg160℃
PC2：聚碳酸酯，白石工业株式会社制造的“polycarbonate Rod”
PPS：聚苯硫醚，日本Extron株式会社制造的“Rod PPS N”，比重1.34，玻璃化转变温度(Tg)90℃
PMMA：聚甲基丙烯酸甲酯，白石工业式会社制造的“Acrylic CastRod(Clear)”
含CF的PPS：平均纤维直径约7μm的含碳纤维30重量％的聚苯硫醚，日本Extron株式会社制造的“PPS/CF：Black”，通过挤出成形使碳纤维沿长度方向进行了取向的截面圆形的棒状成形体，比重1.45，Tg90℃
含CF的PEEK：平均纤维直径约7μm的含碳纤维30重量％的聚醚醚酮，日本Extron株式会社制造的“PPS/CF：Black”，通过挤出成形使碳纤维沿长度方向进行了取向的截面圆形的棒状成形体，玻璃化转变温度(Tg)143℃
含GF的PA：含玻璃纤维50重量％的尼龙MXD6，日本Extron株式会社制造的“MXD-6：Black[Reny(注册商标)]”，通过挤出成形使玻璃纤维沿长度方向进行了取向的截面圆形的棒状成形体，比重1.65，Tg75℃
含有GF的PC：含有玻璃纤维20重量％的双酚A型聚碳酸酯，白石工业株式会社制造的“PC Rod GF-20(Black)”，通过挤出成形使玻璃纤维沿长度方向进行了取向的截面圆形的棒状成形体，比重1.41，Tg160℃
含有GF的PES：玻璃纤维30重量％含有聚醚砜，白石工业株式会社制造的“Polyethersulfone Rod GF-30”，通过挤出成形使玻璃纤维沿长度方向进行了取向的截面圆形的棒状成形体，比重1.6，Tg217℃
ABS：ABS树脂，白石工业株式会社制造的“ABS Rod Natural”，截面圆形的棒状成形体，比重1.05，Tg100℃
PE：聚乙烯，芝轻粗材株式会社制造的“PE Rod”，截面圆形的棒状成形体，比重0.91，Tg-125℃
玻璃环氧：平均纤维直径10μm的含玻璃纤维约40重量％的环氧树脂，村上电业株式会社制造的“Epoxu Glass(GLA-EPO)Rod”
铝：合金规格编号A5052
PZT：富士Ceramics株式会社制造“C-216”。
使用这些材料，制作超声波马达、位移扩大型促动器、朗之万振动器，并进行以下的实验。
(A)关于超声波马达的实验
[最大振动速度]
制作与图6所示弹性体43相同形状的弹性体，使用粘接剂(HuntsmanJapan株式会社制造的“Araldite Standard”)与由PZT形成的压电元件(压电振动器)贴合，制作定子，使用激光多普勒评价装置(Graphtec株式会社制造的“AT500-05”)，评价振动速度。详细而言，将共振条件的交流电压施加至压电振动器，使其在长度方向上振动。此时，以树脂形成的弹性体的上部伸缩，另一方面，形成有脚(凸部)的下部不会伸缩，因此，可实现定子的屈曲振动。通过该屈曲振动传递到脚，使脚搔地面(非振动体)，由此，使线性马达前进。此时的振动速度通过使用激光多普勒效果的上述评价装置进行评价，求得共振条件下的树脂端部(锯齿部43b中，位于压电元件的下部的锯齿部前端的中央部)的最大振动速度(振动速度：mm/秒)与电压的关系。
此外，利用放大器(NFCorporation制“HSA4101T”)使通过函数发生器(NFNF电路设计block株式会社制造的“WAVE FACTORY 1946”)产生的交流电压升压，使其在共振频率下驱动。施加电压及频率根据各自的材质、形状与振动最大的值一致。
[旋转试验]
使用图1及2所记载的旋转式超声波马达、或图1及2中未形成梳齿部的旋转式超声波马达，评价旋转特性。在转子的一部分标记符号并使其旋转，将该符号在单位时间内的旋转数量设为旋转特性。弹性体和压电元件使用粘接剂(Huntsman Japan株式会社制造“AralditeStandard”)贴合。
对分割成8区段的电极的相邻的电极依次施加相位延迟90°的交流电压。详细而言，通过电压放大器(NF电路设计块社制“HSA4101T”)使函数发生器(NF电路设计block株式会社制造的“WAVE FACTORY 1946”)产生的交流升压，通过变压器使相位分离180°，由此，施加了每个电压偏移90°的四个频率电压。
此外，两种旋转式超声波马达的尺寸如下。
(无梳齿的旋转式弹性体)
压电振动器：PZT制，内径6mm，外径10mm，厚度0.5mm
弹性体：内径4mm，外径10mm，厚度2mm
转子：铝制，内径4mm，外径10mm，厚度5mm
电源：频率根据各自的材质调整为与振动最大的值一致。
(带梳齿的旋转式弹性体)
压电振动器：PZT制，内径6mm，外径10mm，厚度0.5mm
弹性体：内径4mm，外径10mm，厚度2mm
梳齿形状：以等间隔在16个部位形成宽度0.5mm、深度1mm的狭缝
转子：铝制，内径4mm，外径10mm，厚度5mm
电源：频率根据各自的材质与振动最大的值一致。
实施例1
切削加工PEEK，制作与图6所示的弹性体43相同形状的弹性体。
比较例1
切削加工PC，制作与图6所示的弹性体43相同形状的弹性体。
使用在实施例1及比较例1中得到的弹性体，制作线性超声波马达，将评价最大振动速度的结果示于图9。由图9的结果可知，与比较例1的弹性体相比，实施例1的弹性体的施加相同电压时的最大振动速度提高。
实施例2
使用含CF的PPS，进行切削加工，使碳纤维的取向方向与压电元件和弹性体的接触面平行，且与弹性体的长度方向平行，制作与图6所示的弹性体43相同形状的弹性体。
实施例3
使用含CF的PPS，进行切削加工，使碳纤维的取向方向与压电元件和弹性体的接触面垂直，制作与图6所示的弹性体13相同形状的弹性体。
使用实施例2及3中得到的弹性体，制作线性超声波马达，将评价最大振动速度得到的结果示于图10中。从图10的结果可知，与实施例3的弹性体相比，实施例2的弹性体在高电压下的最大振动速度进一步提高。
实施例4
使用含CF的PEEK，进行切削加工，使碳纤维的取向方向与压电元件和弹性体的接触面垂直，制作图1及2所示的带梳齿的旋转式弹性体。使用得到的弹性体，制作旋转式超声波马达，进行旋转试验的结果，以1.7rpm进行旋转。
实施例5
使用含CF的PPS，进行切削加工，使碳纤维的取向方向与压电元件和弹性体的接触面垂直，制作图1及2所示附梳齿的旋转式弹性体。使用得到的弹性体，制作旋转式超声波马达，进行旋转试验的结果，以1.8rpm进行旋转。
实施例6
使用含CF的PEEK，进行切削加工，使碳纤维的取向方向与压电元件和弹性体的接触面垂直，制作在图1及2中未形成梳齿部的无梳齿的旋转式弹性体。使用得到的弹性体，制作旋转式超声波马达，进行旋转试验的结果，以0.7rpm进行旋转。
实施例7
使用含CF的PPS，进行切削加工，使碳纤维的取向方向与压电元件和弹性体的接触面垂直，制作在图1及2中未形成梳齿部的无梳齿的旋转式弹性体。使用得到的弹性体，制作旋转式超声波马达，进行旋转试验的结果，以0.8rpm进行旋转。
实施例8
使用含GF的PA，进行切削加工，使玻璃纤维的取向方向与压电元件和弹性体的接触面垂直，制作在图1及2中未形成梳齿部的无梳齿的旋转式弹性体。使用得到的弹性体，制作旋转式超声波马达，进行旋转试验的结果，以0.5rpm进行旋转。
比较例2
切削加工ABS，制作在图1及2中未形成梳齿部的无梳齿的旋转式弹性体。使用得到的弹性体，制作旋转式超声波马达，进行旋转试验，但未旋转。
(B)关于位移扩大型促动器的实验
[最大振动速度]
制作厚度1mm且图11所示的形状的位移扩大元件63，使用粘接剂(Huntsman Japan株式会社制造的“AralditeStandard”)与由PZT形成的厚度为0.5mm的压电元件(压电振动器)62贴合，制作钹型压电促动器61。就促动器而言，当对上述压电元件62施加交流电压时，压电元件在长度方向上伸缩，该伸缩(振动)被转换成与位移扩大元件63的凸部63a的压电元件面垂直方向的振动(位移)。使用激光多普勒评价装置(Graphtec株式会社制造的“AT500-05”)，评价上述垂直方向的振动速度。另外，由显示于示波器(Tektoronix株式会社制造的“TDS2014”)的振动速度的振幅读取最大振动速度，求得最大振动速度和电流的关系。
此外，利用放大器(NF电路设计block株式会社制造的“HSA4101T”)对函数发生器(NF电路设计block株式会社制造的“WAVE FACTORY 1946”)中产生的交流电压进行升压，并使其以共振频率进行驱动。施加电压及频率根据各自的材质、形状调整为与振动最大的值一致。
实施例9
切削加工PPS，制作与图11所示的位移扩大元件63相同形状的位移扩大元件。
实施例10
使用含CF的PPS，进行切削加工，使碳纤维的取向方向与位移扩大元件的长度方向平行，制作与图11所示的位移扩大元件63相同形状的位移扩大元件。
实施例11
切削加工PEEK，制作与图11所示的位移扩大元件63相同形状的位移扩大元件。
实施例12
使用含GF的PA，进行切削加工，使玻璃纤维的取向方向与位移扩大元件的长度方向成为平行，制作与图11所示的位移扩大元件63相同形状的位移扩大元件。
比较例3
切削加工铝，制作与图11所示的位移扩大元件63相同形状的位移扩大元件。
比较例4
切削加工PC1，制作与图11所示的位移扩大元件63相同形状的位移扩大元件。
比较例5
使用GF含有PC，进行切削加工，使玻璃纤维的取向方向与位移扩大元件的长度方向成为平行，制作与图11所示的位移扩大元件63相同形状的位移扩大元件。
比较例6
切削加工ABS，制作与图11所示的位移扩大元件63相同形状的位移扩大元件。
比较例7
切削加工PE，制作与图11所示的位移扩大元件63相同形状的位移扩大元件。
使用在实施例及比较例得到的位移扩大元件，制作位移扩大型压电促动器，测定最大振动速度。测定值中，将显示最高值的电流的最大振动速度设为最高速度。另外，对于该最大振动速度(最高速度)，将换算成平均单位比重的最大振动速度(比重换算速度)示于表1。
[表1]
从表1的结果可知，与任意比较例的促动器相比，实施例的位移扩大型促动器的比重换算速度均优异。
(C)关于朗之万振动器的实验
[压电元件]
PZT制的压电层(富士Ceramics株式会社制造，C-216，厚度4mm)
铜制的电极板(韧铜铜箔，厚度100μm)
[前块体及后块体]
使用表2所示的材料，分别使用外径20mm×长度40mm的圆柱状的成形体作为前块体及后块体。
[螺丝]
ISO M8，长度40mm
[超声波振动器]
制作与图8所示朗之万振动器相同形状的振动器。即，将电极板512及压电层511交替地穿插螺丝54上，得到压电元件51(电极板512/压电层511/电极板512/压电层511/电极板512)。此外，前方的压电层与后方的压电层的极化方向设成反向(冲突方向)。将从压电元件51的一个表面突出的螺丝54螺合于前块体52的孔部，将从另一表面突出的螺丝54螺合于后块体53的孔部，用前块体52及后块体53夹住压电元件51并使其密合，得到朗之万振动器。
实施例13～15及比较例8～11(振动速度的测定)
通过图12所示的实验对使用下表2所示的材料制作前块体及后块体的实施例及比较例的朗之万振动器的振动速度进行评价。即，将以共振频率振动的交流电压由振荡器55进行振荡并用放大器56进行放大，施加于超声波振动器的电极间，使压电元件51在厚度方向上振动。使该振动传递至前块体52，使超声波放出到外部，使用激光多普勒装置57(Graphtec公司制“AT500-05”)，评价前块体52的振动速度。此外，以示波器58确认电流极大化的频率，将该频率设为共振频率。将以图12所示的实验进行评价的前块体表面的振动速度的施加电流依赖性示于图13中，并将最高振动速度示于表2中。
[表2]
前体块及后体块的材料 最高振动速度(mm/秒钟)
实施例13 PPS 1700
实施例14 含CF的PPS 2100
实施例15 含CF的PEEK 830
比较例8 Al 660
比较例9 PMMA 570
比较例10 PC2 120
比较例11 环氧玻璃 220
如从图12及表2可知，与比较例相比，实施例即使在低电流下可以使振动器表面高速地振动，且最高振动速度也大。例如，实施例13中为热塑性树脂，但与作为非晶性树脂的比较例9相比，最高振动速度大。另外，实施例14中含有纤维，但与作为热固化性树脂的比较例11相比，最高振动速度大，特别是与不含有碳纤维的实施例13相比，最高振动速度也大。
工业实用性
本发明的弹性体可用于各种电气设备、测量器、光学设备等促动器，特别是可用于压电促动器，例如超声波马达、位移扩大型压电促动器、朗之万振动器等。
详细而言，本发明的弹性体可用于作为超声波马达的例如线性型或旋转式超声波马达等。
另外，作为位移扩大型压电促动器，本发明的弹性体可用作非振动体为转子且使转子驱动的压电促动器(特别是线性超声波马达等超声波马达)的位移扩大元件。另外，在长距离移动用途等方面，也可用作位移扩大元件本身为转子的压电促动器的位移扩大元件。另外，在位移扩大型压电促动器中，适用于钹型压电促动器、穆尼式压电促动器，特别适于钹型压电促动器。
另外，本发明的弹性体作为朗之万振动器，可适用于测量器(流量计、水深计、雪量器等)、鱼群探测器、探针、洗净机、加工机(切割机、熔接机)的朗之万振动器的共振部件等。

Claims (19)

1.一种弹性体，其含有结晶性树脂，所述弹性体固定于通过施加交流电压而进行伸缩的机电转换元件，且用于以下(1)～(3)中任一促动器中，
(1)促动器，其与非振动体接触而使用，并通过所述机电转换元件进行伸缩来产生屈曲振动，从而用于使促动器本身或非振动体驱动，
(2)促动器，其具备对通过所述机电转换元件进行伸缩而产生的位移进行扩大的机构，
(3)促动器，其使用了通过所述机电转换元件进行伸缩而降低振动频率的部件作为夹持所述机电转换元件的共振部件中至少一个共振部件。
2.如权利要求1所述的弹性体，其中，机电转换元件为压电元件。
3.如权利要求1或2所述的弹性体，其中，结晶性树脂为聚芳基酮树脂或聚苯硫醚树脂。
4.如权利要求1～3中任一项所述的弹性体，其进一步含有填充材料。
5.如权利要求4所述的弹性体，其中，填充材料为纤维状填充材料。
6.如权利要求5所述的弹性体，其中，纤维状填充材料的取向方向与机电转换元件的伸缩方向平行。
7.如权利要求5或6所述的弹性体，其中，纤维状填充材料选自碳纤维、玻璃纤维及酰胺纤维中的至少1种，且具有0.1～50μm的平均纤维直径及1μm～2mm的平均纤维长。
8.如权利要求4～7中任一项所述的弹性体，其中，填充材料的比例相对于热塑性树脂100重量份为10～60重量份。
9.如权利要求2～8中任一项所述的弹性体，其中，促动器为超声波马达，且所述弹性体在与压电元件进行了固定的一侧的相反一侧具有用于与非振动体接触的多个凸部。
10.如权利要求9所述的弹性体，其中，促动器为线性超声波马达，且多个凸部的截面形状为锯齿状。
11.如权利要求9所述的弹性体，其中，促动器为旋转式超声波马达，且所述弹性体为具有梳齿部的形状。
12.如权利要求2～8中任一项所述的弹性体，其中，促动器具备对通过压电元件进行伸缩而产生的位移进行扩大的机构，所述弹性体为具有凸部的板状，所述凸部用于在弹性体与固定的压电元件之间形成空隙部。
13.如权利要求12所述的弹性体，其中，凸部为屈曲或弯曲而形成的沿一个方向延伸的山脊状凸部，在与该山脊状凸部的棱线方向垂直的方向上得到的截面形状为梯形状，且所述山脊状凸部的侧部具有突起。
14.如权利要求1～8中任一项所述的弹性体，其为朗之万振动器的共振部件。
15.一种压电促动器，其具备压电元件及权利要求2～14中任一项所述的弹性体。
16.如权利要求15所述的压电促动器，其是下述的旋转式超声波马达：与旋转体接触而使用，通过压电元件的伸缩进行屈曲振动，从而用于使促动器本身或旋转体旋转。
17.如权利要求15所述的压电促动器，其中，弹性体为位移扩大元件，所述压电促动器为钹型或穆尼型压电促动器。
18.如权利要求15所述的压电促动器，其是具有压电元件和夹持该压电元件的一对共振部件的朗之万振动器，所述一对共振部件中的至少一个共振部件是权利要求14所述的弹性体。
19.如权利要求18所述的压电促动器，其中，一对共振部件含有互为同种类的树脂，且压电元件通过接合装置与一个共振部件和/或另一个共振部件进行了压接。
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