[发明专利]压电振动体及包括其的旋转型超声波马达

说明书

技术领域

本发明涉及一种压电振动体及包括其的旋转型超声波马达，所述压电振动体具有以从压电振动体的中心点形成不同长度的电极的方式能够实现扭转振动模式的风车形态的电极结构。更详细地说，本发明涉及一种用于提供如下的简单结构的超声波马达的技术：通过在由压电材料形成的板形主体上形成包括分割成风车形态的电极的压电振动体，从而能够沿着压电振动体的侧面产生扭转振动，以使环形转子驱动。

背景技术

利用压电材料的旋转型超声波马达，自1973年由美国的巴特(H.V.Barth)开始研究以来，1973年由前苏联的拉沃里恩科(V.V.Lavrinenco)和日本的指田(Sashida)等人相继研究。

代表性的旋转型超声波马达是由德国PI(Physik Instrumente)公司开发的单相驱动的旋转马达。

图1是表示根据以往技术的旋转型超声波马达的结构的概略图。

参照图1，以形成于中心部的压电振动体10为基准，在圆筒形的压电振动体10上部具备转子30。转子30和压电振动体10之间具备半球形推进器20，以使摩擦最小化，实现顺畅的旋转运动。

另外，还具备用于将转子30的运动传递至外部的转轴40，用于支撑转轴40的底座50、星架弹簧(spider spring)60及扣环70等结构。

使得上述所有结构能够由圆筒形外壳80保护。

在这里，压电振动体10为了能够在与转子30的切线轴处发生振动，沿着压电振动体10的外周面，分割成多个电极(自由(free)、激活(active))，其具体形状及振动模拟如下。

图2及图3是表示根据计算机模拟的超声波马达的动作原理的概略图。

参照图2及图3，圆筒形压电振动体10具备按照规定间隔分割的电极，施加了电压的电极(激活)部分的压电振动体10沿着厚度方向膨胀，邻接的电极(自由)部分保持原形。

因此，如图所示，具有波形的压电振动体模拟90得以完成。如模拟所示，提供一种使转子沿着半球形态的推进器20倾斜的方向旋转的结构。

但上述结构的超声波马达，其效率低，商用化方面存在困难。

因此，1982年开发了由指田年生(T.Sashida)发明的利用行波的超声波马达。

图4及图5是表示根据以往技术的利用行波的超声波马达的概略图。

参照图4及图5，表示转子35利用在圆环形压电振动体15由2个驻波(standing waves)形成的行波(Traveling Wave)旋转的动作原理。

除此之外，具有转轴45、底座55、轴承65及外壳85等共用的结构，但在此省略对其进行详细说明。

如上所述，以往的超声波马达不同于在电流与磁场的相互作用下获得驱动力的电磁式马达，具有将在超声波作用下振动的定子(压电振动体)与动子之间产生的摩擦力转换为旋转力的原理。

据了解，关于超声波振动能量的能量密度，理论上达到数百W/cm²，为以往电磁式马达的5～10倍，具有在低速下产生高转矩、不产生EMI(电磁干扰)噪音这样的优点。

但对于上述形态的超声波马达而言，不仅其结构非常复杂，而且各个部件要求精密度，因此存在制造工艺苛刻、批量生产困难、并且很难实现小型化这样的缺点。

发明内容

技术课题

本发明的目的在于，通过提供一种压电振动体，该压电振动体具有以从压电振动体的中心点形成不同长度的电极的方式能够实现扭转振动模式的风车形态的电极结构，并提供沿着压电振动体的侧面旋转的转子，从而提供由与复杂结构的现有超声波马达相比更简单的结构、即压电振动体和转子两个部件构成的超声波马达。

此外，本发明的再一个目的在于，提供一种采用粉末冲压法对上述压电振动体的主体进行机械加工或者采用粉末注塑法容易形成最终形状并易于大量生产简单形态的旋转型超声波马达的超声波马达。

解决课题的手段

本发明的一实施例的具有风车形态的电极结构的超声波马达用压电振动体，其特征在于，包括：板形主体，由压电物质构成；风车形叶片形态的第一电极，形成于上述板形主体的上部面及下部面中的某一面，以从压电振动体的中心点形成不同长度的电极的方式能够实现扭转振动模式；多个第二电极，以与上述第一电极隔开的方式形成在上述风车形叶片之间；第三电极，形成于与形成有上述第一电极及上述多个第二电极的面相反的一面；以及，侧槽，沿着上述板形主体的侧面以圆形形成。

在这里，本发明的特征在于，上述压电振动体还包括下述部件中的一种以上：