CN1538612B - 超声波振子及超声波电机 - Google Patents

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Abstract

本发明的超声波振子，压电元件和内部电极交替地进行积层，具有与该内部电极相导通的第1外部电极组和第2外部电极组，在该第1外部电极组和/或该第2外部电极组上加交变电压，第1振动模式和第2振动模式同时发生，由此产生超声波椭圆振动，该超声波振子，其特征在于具有外部电极连接用导体膜，它形成与该超声波振子表面紧密接合的状态，用于对上述第1外部电极组的预定外部电极和上述第2外部电极组的预定外部电极进行电连接。

Description

超声波振子及超声波电机
技术领域
本发明涉及内部电极和压电元件为积层结构的超声波振子(Ultrasonic transducer)以及利用该超声波振子的超声波电机。
背景技术
近几年，超声波电机作为取代电磁型电机的新型电机颇受人们关注。该超声波电机与现有的电磁型电机相比，具有以下优点：
(1)无齿轮，能获得低速度大推力；
(2)具有保持力；
(3)行程长，分辨率高；
(4)富有安静性；
(5)不产生磁性杂波(噪声)，并且也不受杂波影响。
本发明申请人已经提出过具有这种优点的超声波电机。例如日本专利特开平7-163162号公报公开的超声波电机。
以下参照图11和图12，说明上述日本专利特开平7-163162号公报提出的现有超声波电机。
图11和图12用于说明上述被提出的现有超声波电机的结构例。图11用于说明该超声波电机中所使用的超声波振子的基本部分的详细分解斜视图。图12用于说明该超声波电机所使用的超声波振子的正视图。
首先说明超声波振子的构成。
上述方案的现有超声波电机的结构如下：利用图12所示的超声波振子60，该超声波振子60如图11所示，对多片薄的矩形压电板51进行积层，在第1压电板上印刷一对上部内部电极57c、下部内部电极57d，在第2压电板上印刷上部内部电极57e、下部内部电极57f，对这些第1压电板和第2压电板交替地进行积层。
并且，超声波振子60在上述第1、第2压电板的积层的最初和最后以及中央部内，插入作为绝缘体的未加电极的压电板52。而且，在中央部的压电板52上，在作为纵向振动和弯曲振动的大致上共同的节的位置上，设置了孔55。
上述内部电极57c、57d延伸形成到该超声波振子60的前面部分的侧面为止，并且内部电极57e、57f延伸形成到该超声波振子60的里面部分的侧面上。这些压电板51在PZT的生坯片(green sheet)上印刷电极，进行定位，积层后进行烧结。
然后，如图12所示，外部电极54设置在超声波振子60的内部电极露出来的位置(正极在前部侧面4处，负极在该振子里边侧面4处)上。
并且，利用引线来连接前边左上的外部电极54和右下的外部电极54，构成A相(正极)；连接前边右上的外部电极54和左下的外部电极54，构成B相(正极)。而且，无图示的该超声波振子60的里面4处的外部电极54也同样进行布线，构成A相(负极)、B相(负极)。通过在外部电极A相、B相上加DC电压来进行极化处理。
并且，在该超声波振子下面的弯曲振动的振幅大致达到最大值的位置上，粘接驱动子58。
在上述结构的超声波振子60中，若在上述A相和B相上加上相位差π/2的交变电压，则能在上述驱动子58的位置上激起大的椭圆振动。
在利用这种超声波振子60来构成超声波电机的情况下，在该超声波振子60的中央部的小穿通孔55内，插入粘接用于固定该超声波振子60位置的销59。并且，为了作为超声波电机工作，设置了无图示的与该销59相结合把超声波振子60按压到图12的下方向上的按压装置、以及与超声波振子60的驱动子58相接触且与该驱动子58进行相对移动的被驱动体，这样来构成超声波电机。而且，上述被驱动体由直线导向器进行保持。
这样构成的超声波电机，实际上在图12所示的超声波振子60的A相和B相上施加相位差π/2的交变电压，激起1次纵向振动和2次弯曲振动，在驱动子58的位置上产生椭圆振动，因此能使无图示的被驱动体左右移动。
但是，上述日本专利特开平7-163162号公报中提出的现有超声波电机，用于该超声波电机内的超声波振子60的情况，如图12所示，利用连接用引线来连接前面左上的外部电极54和右下的外部电极54，构成A相(正极)，连接前面右上的外部电极54和左下的外部电极54，构成B相(正极)，同样在该超声波振子60的里面也用2条连接用引线进行连接，构成A相(负极)，B相(负极)。
所以这样一来，外部电极之间连接用的引线具有一定的粗细，所以，超声波振子60厚度的增加量相当于该连接用引线的粗度，并且在从超声波振子60上浮起的状态下布置该连接用引线，因此，其结构在争取超声波振子60的小型化的情况下出现问题。并且，在利用现有超声波振子60来构成超声波电机的情况下，也使体积相应增大，超声波电机本身很难小型化。
发明内容
本发明的目的在于提供能使超声波电机小型化的超声波振子以及采用该超声波振子的超声波电机。
本发明的超声波振子，压电元件和内部电极交替地进行积层，具有与该内部电极相导通的第1外部电极组和第2外部电极组，通过在该第1外部电极组和/或该第2外部电极组上加交变电压，第1振动模式和第2振动模式同时发生，由此产生超声波椭圆振动，该超声波振子的特征在于，具有外部电极连接用导体膜，它形成与该超声波振子表面紧密接合的状态，用于对上述第1外部电极组的预定外部电极和上述第2外部电极组的预定外部电极进行电连接。通过采用这种结构，能够提供能使超声波电机小型化的超声波振子以及利用该超声波振子的超声波电机。
附图说明
图1A是说明本发明第1实施例的安装在超声波电机上的超声波振子的概要外观结构的俯视图。
图1B是图1A的超声波振子的正视图。
图1C是图1A的超声波振子的左侧面图。
图1D是图1A的超声波振子的后视图。
图1E是图1A的超声波振子的右侧面图。
图1F是图1A的超声波振子的仰视图。
图2是详细表示图1超声波振子的基本情况的主要部分斜视图。
图3A是表示本实施例的超声波振子的共振(谐振)纵向振动状态的斜视图。
图3B是表示本实施例的超声波振子的共振弯曲振动状态的斜视图。
图4A是表示本实施例的超声波振子的详细结构和基本作用的说明图，它表示具有大振幅的发生超声波椭圆振动时的情况。
图4B是在底面两端部上设置了2个磨擦构件的超声波振子的正视图。
图4C是在底面和上面两端部上分别设置了2个磨擦构件的超声波振子的正视图。
图4D是在侧面的中央部设置了1个磨擦构件的超声波振子的正视图。
图5A是用于说明本实施例的超声波振子的驱动子附近产生的激励作用，它是表示在A相上所加的交变电压与B相相比较相位延迟π/2时的说明图。
图5B是表示与图5A相反，在A相上所加的交变电压与B相相比较相位超前π/2时的说明图。
图6A是超声波电机的正视图，用于说明采用超声波振子的超声波电机的基本结构，
图6B是图6A的超声波电机的侧视图。
图7表示超声波振子以及利用该超声波振子的超声波电机的第2实施例，它是详细表示安装在超声波电机上的超声波振子的内部电极结构的主要部分分解斜视图。
图8A是说明安装在超声波电机上的超声波振子的概要的外观结构的超声波振子正视图。
图8B是图8A的超声波振子的俯视图。
图8C是图8A的超声波振子的后视图。
图8D是图8A的超声波振子的仰视图。
图9表示本发明的超声波振子以及利用该超声波振子的超声波电机的第3实施例，它是详细表示安装在超声波电机上的超声波振子的内部电极结构的主要部分分解斜视图。
图10A是说明安装在超声波电机上的超声波振子的概要的外观结构的超声波振子正视图。
图10B是图10A的超声波振子的后视图。
图10C是图10A的超声波振子的左侧视图。
图10D是图10A的超声波振子的右侧视图。
图11是详细表示现有超声波电机中使用的超声波振子的基本情况的主要部分斜视图。
图12是图11所示的现有超声波振子的正视图。
具体实施方式
以下参照附图，详细说明本发明的实施例。
<第1实施例>
<构成>
图1A～图6B表示涉及本发明的超声波振子以及利用该超声波振子的超声波电机的第1实施例，图1A～图1F说明安装在该超声波电机上的超声波振子的概要的外观结构，图1A是该超声波振子的俯视图，图1B是该超声波振子的正视图，图1C是该超声波振子的左侧视图，图1D是该超声波振子的后视图，图1E是该超声波振子的右侧视图，图1F是该超声波振子的仰视图。并且，图2是详细表示图1A所示的超声波振子的基本情况的主要部分分解斜视图，图3是表示本实施例的超声波振子的动作状态的斜视图，图3A表示共振纵向振动状态，图3B表示共振弯曲振动状态。并且，图4A～图4D是表示本实施例的超声波振子的详细结构和基本作用的说明图，图4A表示具有大振幅的发生超声波椭圆振动时的情况。图4B是在底面两端部上设置了2个磨擦构件的超声波振子的正视图。图4C是在底面和上面两端部上分别设置了2个磨擦构件的超声波振子的正视图。图4D是在侧面的中央部设置了1个磨擦构件的超声波振子的正视图。另外，图5A和图5B是用于说明本实施例的超声波振子的驱动子附近产生的激励作用，图5A是表示在A相上所加的交变电压与B相相比较相位延迟π/2时的说明图。图5B是表示与图5A相反，在A相上所加的交变电压与B相相比较相位超前π/2时的说明图。再有，图6A和图6B用于说明采用超声波振子的超声波电机的基本结构，图6A是超声波电机的正视图，图6B是超声波电机的侧视图。
以下参照图1A～图1F和图2，详细说明本实施例的安装在超声波电机内的超声波振子的结构。
如图2所示，本实施例的超声波振子1是积层型超声波振子，其主要构成部分是断面大致为长方形的方柱形状的积层体1A。
该积层体1A如图1B、图1D所示具有以下构成部分：大致成为左半部分积层体的第1积层部分2、大致成为右半部分积层体的第2积层部分3、设置在第1、第2积层部分2、3的表面背面的各预定位置上的外部电极4、以及作为本实施例的特征的外部电极连接用导体膜6。
而且，在本实施例中，积层体1A实际上例如由宽10mm、高2.4mm、深2mm的尺寸构成。
以下参照图2，详细说明上述超声波振子1的内部电极结构。超声波振子1的积层体1A的结构如图2所示，利用作为绝缘体不制作电极且没有压电性的3块绝缘用压电片12A～12C、以及进行内部电极处理的薄的矩形的设有多块的压电片7A、7B、7C、7D，构成上述第1积层部分2、第2积层部分3，其中，压电片7A、7B、7C、7D以被夹持在这3块绝缘用压电片12A～12C之间的方式积层。
具体来说，上述第1积层部分2是对布置在最左端的绝缘用压电片12A、以及布置在中央的绝缘用压电片12B之间所夹持的2种压电片7A、7B交替地进行积层而构成；上述第2积层部分3是对布置在中央的上述绝缘用压电片12B、以及布置在最右端的绝缘用压电片12c之间所夹持的2种压电片7C、7D交替地进行积层而构成。而且，不一定要用这些绝缘用压电片，但在此情况下也最好设置右端的绝缘用压电片。也就是说，是为了防止在超声波振子1的右端使内部电极露出到端部。
第1积层部分2由形成了第1内部电极(8A、8B)的压电片7A、以及形成了第2内部电极(9A、9B)的压电片7B交替地积层而构成。
另外，第2积层部分3由形成了第3内部电极(10A、10B)的压电片7C、以及形成了第4内部电极(11A、11B)的第2压电片7D交替地积层而构成。
在上述第1积层部分2中，上述压电片7A如下形成：其第1内部电极在压电片部12a的面上被大致分割成2部分，而且在所形成的第1内部电极8A、8B各自的端部上，设置了与外部电极(外部电极A相(A+)用和外部电极B相(B1+)用)相连接的部分。
并且，上述压电片7B如下形成：其第2内部电极在压电片部12a的面上被大致分割成2部分，而且在所形成的第2内部电极9A、9B各自的端部上，设置了与外部电极(外部电极A相(A-)用和外部电极B相(B1-)用)相连接的部分。
另一方面，在上述第2积层部分3中，上述压电片7C如下形成：其第3内部电极在压电片部12a的面上被大致分割成2部分，而且在所形成的第3内部电极10A、10B各自的端部上，设置了与外部电极(外部电极A相(A+)用和外部电极B相(B1+)用)相连接的部分。
并且，上述压电片7D如下形成：其第4内部电极在压电片部12a的面上被大致分割成2部分，而且在所形成的第4内部电极11A、11B各自的端部上，设置了与外部电极(外部电极B相(B1-)用和(外部电极A相(A-)用)相连接的部分。
在本实施例中，上述压电片7A～7D的尺寸例如为高2.4mm、深2mm、厚80μm。并且，绝缘用压电片12A、12C的尺寸同样为高2.4mm、深2mm、厚80μm。其中，中央的绝缘片12B的厚度为500μm。
压电片7A～7D、12a的材质，在本实施例中采用钛酸锆酸铅类压电陶瓷元件(以下称为PZT)。而且，在本实施例中，虽采用了PZT，但其他的只要是具有压电性的材料，均可用作压电片材料。并且，使用的PZT材料，选择Qm值大的硬质类材料，例如在此情况下的Qm值约为2000。
并且，在上述压电片7A、7C中，上述第1内部电极8A、8B和第3内部电极10A、10B，如图2所示实际上沿Y方向设置约0.4mm的绝缘距离，来分别分割成2部分。并且，第1内部电极8A、8B和第3内部电极10A、10B，在压电片12a面的周边部上设置约0.4mm的绝缘距离而构成。其中，如上所述，关于和外部电极4相接的方向(前面方向)，布置成延伸到超声波振子1的端部。
在上述压电片7B、7D中，上述第2内部电极9A、9B和第4内部电极11A、11B，也同样地沿Y方向设置约0.4mm的绝缘距离，来分别分割成2部分。并且同样，第2内部电极9A、9B和第4内部电极11A、11B，在压电片12a面的周边部上设置约0.4mm的绝缘距离而构成。其中，关于和外部电极4相接的方向(深度方向)，布置成延伸到超声波振子1的端部。
而且，在本实施例中，内部电极材料用银钯合金形成。此外，也可采用Ag或Ni或Pt或Au。并且内部电极的厚度形成约4μm。
再者，如图2所示，在积层体1A的内部电极8A～11B露出的区域，即正面4处、背面4处布置了外部电极4。
以下参照图1，详细说明上述超声波振子1的外观结构。
本实施例的超声波振子1如图1B所示，在正面，内部电极8A、8B、10A、10B露出的位置上有4处设置了外部电极4。
并且，在本实施例中，为达到上述目的，取代原来用的引线，现采用上述外部电极连接用导电膜6，对外部电极之间进行连接。
具体来说，如图1B所示，外部电极A+与外部电极A1+，利用外部电极连接用导体膜6进行电导通。并且，外部电极B+在其一部分上连接外部电极连接用导体膜6，延伸到超声波振子1上端部，在该超声波振子1上面如图1A所示具有外部电极连接用导体膜6，该外部电极连接用导体膜6与该延长的外部电极连接用导电膜6相连接、且延长到上面左端部，再者，与该外部电极连接用导电膜6相连接在超声波振子1的左侧面上，如图1C所示向下方设置了外部电极连接用导体膜6，最终与外部电极B1+相连接。
另一方面，若以超声波振子1的正面的外部电极4为正极，则在该超声波振子1的背面，如图1D所示设置了与这些正极的外部电极4相对应的负极的外部电极4。对这些负极的外部电极4，也在对角存在的外部电极之间如图1D所示利用外部电极连接用导体膜6进行电连接。
也就是说，外部电极A-与外部电极A1-，利用外部电极连接用导体膜6进行电导通。并且，外部电极B-在其一部分上连接外部电极连接用导体膜6，延伸到超声波振子1下端部，在该超声波振子1下面如图1F所示具有外部电极连接用导体膜6，该外部电极连接用导体膜6与该延长的外部电极连接用导电膜6相连接、且延长到上面左端部，再者，与其外部电极连接用导电膜6相连接在超声波振子1的右侧面上，如图1E所示向上方设置了外部电极连接用导体膜6，最终与外部电极B-相连接。
而且，在本实施例中，外部电极4和外部电极连接用导电膜6采用Ag构成，但也可以采用Ag-Pd合金、或Ag-Pt合金、或Pt。
并且，实际上上述外部电极4和外部电极连接用导体膜6的厚度为10～30μm。
而且，对A相(+)、A相(-)、B相(+)、B相(-)，在外部电极4或外部电极连接用导体膜6上焊接引线、或者与设有电极的挠性电路板进行电连接，供给用于驱动该超声波振子1的交变电压。并且，在后面说明的上述超声波振子1的大致中央部、即纵振动和弯曲振动的共同的节位置上设置了孔5，该孔5用于安装固定用的销5A。
以下说明本实施例的超声波振子1的制造方法。
首先，对PZT的预烧结粉末和粘合剂进行混合，制成泥状，利用刮浆法在薄膜上涂敷(浇铸)制作2种压电片(亦称坯片：绝缘用压电片12A～12C和压电片7A～7D用的压电片部12a)。
并且，在对压电片进行干燥后，从薄膜上剥离下来。
然后，在压电片12a上利用具有第1内部电极(8A、8B)图形的掩模来印刷内部电极材料，来形成压电片7A。并且对压电片7C也进行同样的处理，制成印刷了第3内部电极(10A、10B)的压电片7C。
并且，在另外的压电片12a上利用具有第2内部电极(9A、9B)图形的掩模来印刷内部电极材料，从而形成压电片7B。并且，对压电片7D也进行同样的处理，制成印刷了第4内部电极(11A、11B)的压电片7D。
也就是说，在本实施例中，形成制作了2种内部电极图形的压电片(压电片7A、7C和压电片7B、7D这2种)。
并且，准备绝缘用压电片12A～12C，制成图2中说明的积层状态，在这些绝缘用压电片12A～12C之间，对上述2种压电片(压电片7A、7C、压电片7B、7D)准确地进行定位，交替地进行积层。
这些积层后的压电片(积层体1A)，经热压后在1200℃左右的温度下进行烧结。然后切断成预定形状(例如图1A～图1F所示的形状)。
然后，在内部电极(8A～11B)的露出部分上烧结银形成外部电极4。
再者，在本实施例中，用图1A～图1F中说明的导通方式，对外部电极连接用导体膜6也用同样的方法形成。
最后，在外部电极4(8A～11B)的A相、B相上加直流高压进行极化。这样形成本实施例的超声波振子1。
[作用]
以下参照图1A～图5B，详细说明上述结构的超声波振子1的动作。
而且，预先用焊锡在各外部电极4的各引线端子上焊接引线(或者挠性电路板)来连线，并且准备驱动电源作为该超声波振子1的驱动电源装置，使该驱动电源与上述各引线(或挠性板)进行电连接。
现在，在图1B的超声波振子1的上述A相、B相上，按同相位施加频率约160KHz的交变电压。于是，超声波振子1激励出1次的纵振动。并且，若在A相、B相上按相反相位施加频率约160KHz的交变电压，则超声波振子1激励出2次的弯曲振动。
利用有限要素法对这些振动进行计算机解析的结果，估计是图3A所示的共振纵向振动状态和图3B所示的共振弯曲振动状态，而且根据振动测量的结果，对此已经证实。
而且，关于共振频率，更详细的情况是设计状态为：弯曲2次振动的共振频率比纵1次振动的共振频率低数个百分点(希望是3％左右)。这样一来，下述超声波电机的输出特性将大幅度提高。
其次，在图1B的超声波振子1的上述A相、B相上，施加相位差π/2的160KHz的交变电压。于是在图4A所示的超声波振子1的箭头所示的位置上，能观察到具有大的振幅的超声波椭圆振动。而且在本实施例中利用压电元件的压电纵向效应激励起纵向振动、弯曲振动。
但是，在利用超声波振子作为超声波电机的情况下，采用的结构是，把磨擦构件13接合到发生上述超声波椭圆振动的部位上。
在图4B中表示的结构例是在离超声波振子1(积层体1A)底面的两端部约3mm的位置上粘接了2个磨擦构件13。
上述磨擦构件13的材质是把氧化铝粉分散到树脂中而构成的。并且，该磨擦构件13的形状在本实施例中，例如图4A～图4D所示形成的尺寸是：宽1mm，高0.5mm，深1.8mm。
再者，在本实施例中，为了按压保持超声波振子1，可以采用这样的结构：在对准纵向振动和弯曲振动的共同的节部的超声波振子中央部上设置了孔5，在该孔5内插入固定用销5A(参照图6)，对其进行保持和按压。
并且，其他磨擦构件结构例如图4C所示，在离超声波振子1(积层体1A)底面的两端部起约3mm的位置上粘接2个磨擦构件13，在该超声波振子1(积层体1A)上面的两端部上粘接2个磨擦构件13。
在此情况下，如图5A、5B所示，积层体1A上面的一对磨擦构件13和积层体1A下面的一对磨擦构件13，进行互相反向旋转的椭圆振动，所以能把下述导向器设置在磨擦构件13的两侧，能构成由该超声波振子1本身移动的自走式电机。并且，为从该超声波振子1中取出驱动力而使用的销5，其插入用的孔5设置在与上述图4B所示的结构例大致相同的位置上。
再者，在图4D中所示的结构例是，在超声波振子1侧面的中央部粘接磨擦构件13。在此情况下，可以采用这样的结构：与上述图4B、4C所示的结构例大致相同，为了按压保持超声波振子1，在与纵向振动和弯曲振动的共同节部相对准的振子中央部上设置孔5，在该孔5内插入销，对其进行保持、按压。
而且，在本实施例中，并非仅限于图4B～图4D所说明的磨擦构件13的布置，如果是最有助于获得该超声波振子1的驱动力的位置，那么也可以适当更改位置，并且，磨擦构件的个数也并非仅限于此，也可以适当增加设置的数量。
以下参照图6A和图6B，详细说明采用上述超声波振子1的自走式超声波电机20的结构。
本实施例的超声波线性电机20如图6A、6B所示，其主要构成部分有：上述结构的超声波振子1；对该超声波振子1进行保持的导向器21、以及对上述导向器21施加作用力的板簧23；该板簧23被布置在上述一对导向器21的两侧面上，其用于按照某预定的压力来按压其内面的超声波振子1和导向器21。
导向器21把来自按压构件(在本实施例中为板簧23)的力传递到超声波振子1上，同时限制振子相对于导向器在与导向器和振子的搭接面相垂直的方向上进行运动。而且，水平方向的限制也采用和导向器形成一体的构件来进行。但也可以采用别的构件来进行。
并且，在本实施例中，表示的例子是把振子的移动方向限制为直线状，但如果采用垂直方向或水平方向或在这2个方向上平缓变化的曲线状导向器，那么也可以沿该曲线进行驱动。
也就是说，本实施例的超声波线性电机20，其结构如图6A所示，被2个导向器21夹持，连接到上述超声波振子1的对置面上所设置的磨擦构件13上，形成自走式超声波电机20。
夹持超声波振子1的导向器21如图6B所示，其主要构成部分是：呈コ字形状的导向框体21A、以及与该导向框体21A内部的上下内面上所粘接的滑动板25。
导向框体21A是用铝形成的，滑动板25是用氧化锆陶瓷形成的。
再者，在本实施例中，为了在超声波振子1和滑动板25之间施加预定的按压力，设置了板簧23，利用该板簧23施加的作用力方向是把2个导向器21互相拉近。也就是说，板簧21如图6A所示虽然在上下方向上具有弹性，但具有固定构件的功能，即在左右方向上对上下2个导向器21进行固定。而且，作为按压构件，除板簧外，也可是螺旋弹簧、磁铁等，只要能使施加的力的方向是缩小第1和第2导向器的距离即可。并且，考虑到由于振子位置不同而不能按压，或者压力极端减小，希望按压构件尽量设置在靠近两端的地方。
板簧23如图6A所示，在超声波电机20的表面两侧端部上设置2个，在背面两侧端部上设置2个，同时对导向器21分别用螺钉24进行拧紧加以固定。
并且，在下部的导向器21上设置了多个安装固定用的孔22，在无图示的基台上利用该孔22借助螺钉等进行固定。另一方面，上部的导向器21不固定在基台(无图示)上，而仅利用板簧23进行保持。
再者，在超声波振子1的中央部、即1次纵向振动和2次弯曲振动的共同的节部(在各种振动模式下静止的点的附近)的孔5内，粘接输出取出用的销5A。即使在利用其他的振动模式或振动模式的合成的情况下，也是如果在该方式(共同的)节部或振动极小的部分上布置销，那么就能传递驱动力，不妨碍振动。该销5A是一种驱动传动装置，用于在超声波电机安装在某电子设备、装置等内的情况下，把该超声波振子1的驱动力传递到外部(电子设备内的驱动机构、装置内的被驱动体)。
当然，在利用被驱动体侧的结合构件来使超声波振子1和被驱动体进行结合的情况下，不需要销5A。
在上述结构的超声波电机20中，现在在图6A所示的超声波振子1的A相、B相上施加相位差π/2的160kHz的交变电压，使该超声波振子1的磨擦构件13的位置上产生椭圆振动时，可以看出该超声波振子1本身在左右方向上移动、驱动。
<效果>
所以，若采用本实施例，则如上所述，上述超声波振子1采用外部电极连接用导体膜6来代替对外部电极之间进行连接的引线，所以能消除使用引线时造成的突出部，能使超声波振子1小型化。再者，在利用超声波振子1来构成超声波电机20的情况下，也一样能消除用引线造成的突出部，能使超声波电机变得非常薄。并且，在本实施例中，因为利用压电纵向效果，所以，能获得电气机械结合力很大的超声波振子1。
而且，在本实施例中，上述压电片7A～7D的内部电极结构，对于负极侧，也可采用全面电极，不分割成2个。在此情况下负极侧是共用的负极。
并且，在本实施例中，说明了超声波振子1本身自动行走的超声波电机的构成例。但并非仅限于此，例如也可以固定上述超声波振子1使被驱动体进行直线动作。并且，也可以是这样的驱动形式：在该超声波振子1产生超声波椭圆振动的部位上，例如，通过按压作为被驱动体的旋转体，能使被驱动体旋转。
再者，在本实施例中，压电元件选择了Qm值大(2000)的硬质类材料，但也可以采用Qm值约60的软质类压电元件来构成。
第2实施例
<构成>
图7～图8D表示涉及本发明的超声波振子以及利用该超声波振子的超声波电机的第2实施例，图7是详细表示安装在超声波电机上的超声波振子的内部电极结构的主要部分分解斜视图。图8A～图8D说明安装在该超声波电机上的超声波振子的概要的外观结构。图8A是该超声波振子正视图。图8B是该超声波振子的俯视图。图8C是该超声波振子的后视图。图8D是该超声波振子的仰视图。而且，图7～图8D，对于和上述第1实施例的结构要素相同的构成要素，标注同一符号，其说明从略，仅说明不同的部分。
本实施例的超声波振子1，使压电片和绝缘用压电片的积层方向成为与纵向振动方向垂直的方向(Z方向：垂直方向)，构成积层体1B，而且利用外部电极连接用导电膜6来对该积层体1B的表面和背面的外部电极之间进行连接。该连接方法不同于上述第1实施例的超声波振子1。
本实施例的超声波振子1如图8A～图8D所示，是积层型超声波振子，它主要由积层体1B构成，该积层体1B为方柱形状，其断面大致为长方形。
该积层体1B如图7所示，有以下构成部分：大致上成为上半部分的积层体的第1积层部分2、大致上成为下半部分的积层体的第2积层部分3、设置在第1、第2积层部分2、3的表面背面的各预定位置上的外部电极4、以及外部电极连接用导体膜6。
而且，在本实施例中，积层体1B的实际结构尺寸为：例如宽10mm、高2.4mm、深4mm。
现参照图7，详细说明上述超声波振子的内部电极结构。超声波振子1的积层体1B如图7所示，其构成上述第1积层部分2和第2积层部分3的结构件如下：3块绝缘用压电片35A～35C，它作为绝缘体，不制作电极，没有压电性能；以及多块压电片30A、30B、30C、30D，其积层状态是被夹持在上述3块绝缘用压电片35A～35C之间，设置成薄的矩形，其上不进行内部电极处理。
具体来说，上述第1积层部分2由2种压电片30A、30B交替地进行积层而构成，被夹持在最上端上布置的绝缘用压电片35A和中央处布置的绝缘用压电片35B之间；上述第2积层部分3由2种压电片30C、30D交替地积层而构成，被夹持在中央处布置的上述绝缘用压电片35B和最下端上布置的绝缘用压电片35C之间。
第1积层部分2由形成了第1内部电极(31A、31B)的压电片30A和形成了第2内部电极(32A、32B)的压电片30B交替地积层而构成。
并且，第2积层部分3由形成了第3内部电极(33A、33B)的压电片30C和形成了第4内部电极(34A、34B)的压电片30D交替地进行积层而构成。
在上述第1积层部分2中，上述压电片30A设置形成的状态是，第1内部电极在压电片部35a的面上大致上分割成两部分，而且，在所形成的第1内部电极30A、30B的各端部上，形成了与外部电极(外部电极A相(A+)用和外部电极B相(B+)用)相连接的部分。
另外，上述压电片30B设置形成的状态是，第2内部电极在压电片部35a的面上大致上分割成两部分，而且，在所形成的第2内部电极32A、32B的各端部上，形成了与外部电极(外部电极A相(A-)用和外部电极B相(B-)用)相连接的部分。
另一方面，在上述第2积层部分3中，上述压电片30C设置形成的状态是，第3内部电极在压电片部35a的面上大致上分割成两部分，同时，在所形成的第3内部电极33A、33B的各端部上，形成了与外部电极(外部电极B相(B+)用和外部电极A相(A1+)用)相连接的部分。
并且，上述压电片30D设置形成的状态是，第4内部电极在压电片部35a的面上大致上分割成两部分，同时，在所形成的第4内部电极34A、34B的各端部上，形成了与外部电极(外部电极B相(B1-)用和外部电极A相(A1-)用)相连接的部分。
在本实施例中，上述压电片30A～30D的尺寸，例如为：宽10mm，深4mm，厚50μm。并且，绝缘用压电片35A、35C的尺寸，同样地为：宽10mm，深4mm，厚200μm。
在本实施例中，在上述压电片30A中，上述第1内部电极31A、31B如图7所示，实际上沿Y方向设置0.4mm左右的绝缘距离，分别分割成两部分。但是，如上所述，在与外部电极4相连接的方向(前边方向)上延长设置到超声波振子1的端部为止。
在上述压电片30B中，上述第2内部电极32A、32B也一样沿Y方向设置0.4mm左右的绝缘距离，分别分割成两部分。但是，如上所述，在与外部电极4相连接的方向(前边方向)上延长设置到超声波振子1的端部为止。
在上述压电片30C中，上述第3内部电极33A、33B也一样是沿Y方向设置0.4mm左右的绝缘距离，分别分割成两部分。但是，如上所述，在与外部电极4相连接的方向(前边方向)上延长设置到超声波振子1的端部为止。
在上述压电片30D中，上述第4内部电极34A、34B如图7所示，实际上沿Y方向设置0.4mm左右的绝缘距离，分别分割成两部分。但是，如上所述，在与外部电极4相连接的方向(前边方向)上延长设置到超声波振子1的端部为止。
以下参照图8A～8D，详细说明上述超声波振子1的外观结构。
本实施例的超声波振子1，如图8A所示，在正面，在内部电极31A、31B、32A、32B露出的位置上设置了4处外部电极4。并且，在背面也如图8C所示，在内部电极33A、33B、34A、34B露出的位置上，设置了4处外部电极4。
在此，在本实施例中，也和上述第1实施例一样，利用外部电极连接用导电膜6在外部电极之间进行连接。
也就是说，外部电极A+与外部电极A1+利用外部电极连接用导体膜6来形成电导通(参见图8A、图8B、图8C)。在此情况下，如图8B所示，该外部电极连接用导体膜6经过超声波振子1的上面与外部电极互相进行电连接。
外部电极A-与外部电极A1-利用外部电极连接用导体膜6形成电导通(参见图8A、图8B、图8C)
外部电极B-与外部电极B1-利用外部电极连接用导体膜6形成电导通(参见图8A、图8C、图8D)
外部电极B+与外部电极B1+利用外部电极连接用导体膜6形成电导通(参见图8A、图8C、图8D)
为了形成这样的电连接方式，设置外部电极连接用导电膜6，实际连接形式如图8中所示。
本实施例的积层振子的制造方法、动作，与上述第1实施例相同，所以其说明从略。
并且，在超声波电机利用上述超声波振子1的情况下，磨擦构件13的安装位置等也是一样，并且，利用该超声波振子1的超声波电机的结构也一样，故说明从略。
<效果>
所以，若采用本实施例，则除了能获得与上述第1实施例相同的效果外，积层方向是与纵向振动方向相垂直的方向，所以其效果是超声波振子的积层之间很难产生剥离现象。
而且，在本实施例中，内部电极结构，对负极也可采用全面电极，不分割成两部分。在此情况下，负极侧变成共用的负极。
第3实施例
<构成>
图9～图10D表示的超声波振子以及利用该超声波振子的超声波电机的第3实施例，图9是详细表示安装在超声波电机上的超声波振子的内部电极结构的主要部分分解斜视图。图10A至图10D是说明在该超声波电机上装载超声波振子的概要外观构成的图。图10A是该超声波振子正视图。图10B是该超声波振子的后视图。图10C是该超声波振子的左侧视图。图10D是该超声波振子的右侧视图。而且，图9～图10D对于与上述第1、2实施例的结构要素相同的结构要素，标注同一符号，其说明从略，仅说明不同的部分。
本实施例的超声波振子1，使压电片和绝缘用压电片的积层方向成为与纵向振动方向垂直的方向(Y方向：深度方向)，构成积层体1C，而且利用外部电极连接用导电膜6来对该积层体1C的两侧侧面的外部电极之间进行连接。该连接方法不同于上述第1实施例的超声波振子1。
本实施例的超声波振子1如图10A～图10D所示，是积层型超声波振子，它主要由积层体1C构成，该积层体1C为方柱形状，其断面大致为长方形。该积层体1C有以下构成部分：设置在该两侧侧面的各预定位置上的外部电极4(41A、41B、41C、41D、42A、42B、42C、42D)、以及外部电极连接用导体膜6。
以下参照图9，详细说明上述超声波振子1的内部电极结构。超声波振子1的积层体1C如图9所示，有以下两部分构成：作为绝缘体不制作电极、没有压电性的2块绝缘用压电片43A～43C；以及夹持在这2块绝缘用压电片43A～43B之间形成积层，进行内部电极处理的薄的矩形的多块的压电片40A、40B。
而且，在本实施例中，积层体1C的实际结构尺寸为：例如宽10mm，高2.4mm，深2mm。
具体来说，上述积层体1C由2种压电片40A、40B交替地进行积层而构成，被夹持在最后端上布置的绝缘用压电片43A、与最前端处布置的绝缘用压电片43B之间。
上述压电片40A设置形成的状态是，第1内部电极在压电片部42a的面上大致上分割成4部分，而且，在所形成的第1内部电极41A、41B、41C、41D的各端部上，形成了与外部电极(外部电极A相(A-，A1-)用和外部电极B相(B-，B1-)用)相连接的部分。
上述压电片40B设置形成的状态是，第2内部电极在压电片部42a的面上大致上分割成4部分，而且，在所形成的第2内部电极42A、42B、42C、42D的各端部上，形成了与外部电极(外部电极A相(A+，A1+)用和外部电极B相(B+，B1+)用)相连接的部分。
在本实施例中，上述压电片40A、40B的尺寸，例如为：宽10mm，高2.4mm，厚50μm。并且，绝缘用压电片43A、43B的尺寸同样为：宽10mm，高2.4mm，厚50μm。
在本实施例中，在上述压电片40A中，上述第1内部电极41A、41B、41C、41D如图9所示，实际上沿X和Y方向设置0.4mm左右的绝缘距离，分别分割成4部分。并且，如上所述，与外部电极4相连接的方向(两侧侧面方向)，延长设置到超声波振子1的端部为止。
在上述压电片40B中，上述第2内部电极42A、42B、42C、42D也如图9所示，沿X和Y方向设置0.4mm左右的绝缘距离，分别分割成4部分。并且，如上所述，与外部电极4相连接的方向(两侧侧面方向)，延长设置到超声波振子1的端部为止。
以下参照图10A～10D，详细说明上述超声波振子1的外观结构。
本实施例的超声波振子1，如图10C所示，在左侧面上，在内部电极41A、41C、42A、42C露出的位置上设置了4个部位的外部电极4。并且在右侧侧面上也如图10D所示，在内部电极41B、41D、42B、42D露出的位置上，设置了4个部位的外部电极4。
在此，在本实施例中，也和上述第1实施例一样，利用外部电极连接用导电膜6在外部电极之间进行连接。
也就是说，外部电极A+与外部电极A1+利用外部电极连接用导电膜6来形成电导通(参见图10A、图10C、图10D)。
外部电极A-与外部电极A1-利用外部电极连接用导体膜6形成电导通(参见图10A、图10C、图10D)
在此情况下，如图10A所示，该外部电极连接用导体膜6经过超声波振子1的正面，与外部电极互相进行电连接。
另一方面，外部电极B-与外部电极B1-利用外部电极连接用导体膜6形成电导通(参见图10B、图10C、图10D)
外部电极B+与外部电极B1+利用外部电极连接用导体膜6形成电导通(参见图10B、图10C、图10D)
在此情况下，如图10B所示，该外部电极连接用导体膜6经过超声波振子1的背面，与外部电极互相进行电连接。
本实施例的积层振子的制造方法、动作，与上述第1实施例相同，所以其说明从略。
并且，在超声波电机利用上述超声波振子1的情况下，磨擦构件13的安装位置等也是一样，并且，利用该超声波振子1的超声波电机的结构也一样，故说明从略。
<效果>
所以，若采用本实施例，则能获得与上述第2实施例相同的效果。
而且，在本实施例中，内部电极结构，对负极也可采用全面电极，不分割成4部分。在此情况下，负极侧变成共用的负极。
并且，若与上述第2实施例相比，则内部电极的图形仅准备2种即可，所以，对简化制造工序和降低制造成本有巨大作用。
本发明并非仅限于上述第1～第3实施例，在不超过发明的范围内，也能适用各种实施例的组合和应用。

Claims (20)

1.一种超声波振子，其压电元件和内部电极交替地进行积层，具有与该内部电极相导通的第1外部电极组和第2外部电极组，通过在该第1外部电极组和/或该第2外部电极组上加交变电压，使第1振动模式和第2振动模式同时发生，由此产生超声波椭圆振动，该超声波振子的特征在于：
上述超声波振子具有外部电极连接用导体膜，上述外部电极连接用导体膜形成为与该超声波振子表面紧密接合的状态，用于对上述第1外部电极组的预定外部电极和上述第2外部电极组的预定外部电极进行电连接。
2.如权利要求1所述的超声波振子，其特征在于：在上述第1振动模式和上述第2振动模式的共同的大致上的节位置上形成了孔，该孔内能插入用于将所述超声波振子的驱动力传递到外部或用于支持的构件。
3.如权利要求1所述的超声波振子，其特征在于：引线或设置了电极的挠性板利用上述外部电极连接用导体膜来进行电连接。
4.如权利要求1所述的超声波振子，其特征在于：上述压电元件由钛酸锆酸铅类压电陶瓷元件来构成。
5.如权利要求1所述的超声波振子，其特征在于：上述内部电极利用Ag-Pd合金、或Ag、或Ni、或Pt或Au来构成。
6.如权利要求1所述的超声波振子，其特征在于：上述外部电极或上述外部电极连接用导体膜利用Ag、或Ag-Pd合金、或Pt来构成。
7.如权利要求1所述的超声波振子，其特征在于：上述超声波振子在产生超声波椭圆振动的部位上接合磨擦构件。
8.如权利要求1所述的超声波振子，其特征在于：上述第1振动模式是纵向振动，上述第2振动模式是弯曲振动。
9.如权利要求8所述的超声波振子，其特征在于：在上述第1振动模式和上述第2振动模式的共同的大致上的节位置上形成了孔，该孔内能插入用于将所述超声波振子的驱动力传递到外部或用于支持的构件。
10.如权利要求8所述的超声波振子，其特征在于：引线或设置了电极的挠性板利用上述外部电极连接用导体膜来进行电连接。
11.如权利要求8所述的超声波振子，其特征在于：上述压电元件由钛酸锆酸铅类压电陶瓷元件来构成。
12.如权利要求8所述的超声波振子，其特征在于：上述内部电极利用Ag-Pd合金、或Ag、或Ni、或Pt或Au来构成。
13.如权利要求8所述的超声波振子，其特征在于：上述外部电极或上述外部电极连接用导体膜利用Ag、或Ag-Pd合金、或Pt来构成。
14.如权利要求8所述的超声波振子，其特征在于：上述超声波振子在产生超声波椭圆振动的部位上接合磨擦构件。
15.一种超声波振子，其压电元件和内部电极交替地进行积层，具有与该内部电极相导通的外部电极，其特征在于具有：
第1积层部分，它至少具有内部电极，该内部电极沿着与作为第1方向的积层方向垂直的第2方向分割成两部分；
第2积层部分，它至少具有沿上述第2方向分割成两部分的内部电极；
第1外部电极组，它设置成分别与上述第1积层部分的每个预定的内部电极相导通；
第2外部电极组，它设置成分别与上述第2积层部分的每个预定的内部电极相导通；以及
外部电极连接用导体膜，它形成为与上述超声波振子表面紧密接合的状态，用于对上述第1外部电极组的预定外部电极和上述第2外部电极组的预定的外部电极进行电连接；
通过在上述第1外部电极组和/或上述第2外部电极组上加交变电压，同时激励上述第1方向的第1振动模式即纵向1次振动模式、以及与该第1方向和上述第2方向垂直的第3方向的第2振动模式即弯曲2次振动模式，从而使上述超声波振子产生超声波椭圆振动。
16.一种超声波振子，其压电元件和内部电极交替地进行积层，具有与该内部电极相导通的外部电极，其特征在于具有：
第1积层部分，它至少具有内部电极，该内部电极沿着与作为第1方向的积层方向垂直的第2方向分割成两部分；
第2积层部分，它至少具有沿上述第2方向分割成两部分的内部电极；
第1外部电极组，它设置成分别与上述第1积层部分的每个预定的内部电极相导通；
第2外部电极组，它设置成分别与上述第2积层部分的每个预定的内部电极相导通；以及
外部电极连接用导体膜，它形成为与上述超声波振子表面紧密接合的状态，用于对上述第1外部电极组的预定外部电极和上述第2外部电极组的预定外部电极进行电连接；
通过在上述第1外部电极组和/或上述第2外部电极组上加交变电压，同时激励与上述第1方向和上述第2方向垂直的第3方向的第1振动模式即纵向1次振动模式、以及该第1方向的第2振动模式即弯曲2次振动模式，从而使上述超声波振子产生超声波椭圆振动。
17.一种超声波振子，其压电元件和内部电极交替地进行积层，具有与该内部电极相导通的外部电极，其特征在于具有：
内部电极组，它沿着与作为第1方向的积层方向垂直的第2方向和第3方向分割成4部分；
第1外部电极组和第2外部电极组，它分别与上述内部电极组相导通；以及
外部电极连接用导体膜，它形成为与上述超声波振子表面紧密接合的状态，用于对上述第1外部电极组的预定外部电极和上述第2外部电极组的预定外部电极进行电连接，
通过在上述第1外部电极组和/或上述第2外部电极组上加交变电压，同时激励上述第2方向的第1振动模式即纵向1次振动模式、以及该第3方向的第2振动模式即弯曲2次振动模式，使上述超声波振子产生超声波椭圆振动。
18.一种超声波电机，其特征在于具有：
权利要求1的超声波振子；
与上述超声波振子进行相对移动的被驱动体；以及
用于把超声波振子按压到上述被驱动体上的按压构件。
19.如权利要求18所述的超声波电机，其特征在于：上述被驱动体进行直线动作。
20.如权利要求18所述的超声波电机，其特征在于：上述被驱动体进行旋转动作。
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