[发明专利]振动波致动器

说明书

本发明涉及一种振动波致动器和一种将振动波致动器用作驱动源的系统。

棒状超声波发动机已经在，例如日本专利公报3-40767、3-289375号等中公开过。图13为一棒状超声波振动件的分解透视图，图14则为一棒状超声波发动机的纵向剖面图。

在图13所示的振动件中，具有一组两个压电元件PZT1和PZT2的驱动A相压电元件、具有一组两个压电元件PZT3和PZT4的驱动B相压电元件、以及只有单个压电元件的传感压电元件S1堆积(层叠)在一起，如图13所示，而施加电压的电极板A1和A2及输出传感信号的电极板S则安插在这些压电元件中。除了这些电极以外，还安插有GND(接地)电极板G1、G2和G3以便施加GND电位。此外还有由黄铜、不锈钢等构成因而对振动较少衰减的金属块安排在这些压电元件和电极板的前面和后面以便将它们夹紧。用一紧固螺栓C将金属块b1和b2固紧，这些压电元件和电极板便可连结成为一体，并有一压应力施加在压电元件上。这时，为了使用惟一的传感压电元件S1，在紧固螺栓C和金属块b2之间设有绝缘片d。

请注意电线等类是用钎焊连结到电极板的突出部上的，并连接到驱动线路(未画出)上。

这时，A相和B相压电元件a1和a2之间被安排成具有π/2弧度的角位移。当这些压电元件在包括振动件轴线在内的同一平面内的两个互相垂直的方向上激发出弯曲振动时使它们之间有一适当的时间相位差，振动件的表面质点便会引起圆形的或椭圆形的运动，从而可通过摩擦力驱动一个抵压在振动件上部的可动件。

图14所示为将这种振动件用在棒状超声波发动机上的一个实例。在该实例中，振动件的紧固螺栓C在其末稍端部有一小直径的支承柱部C2，因此固定到支承柱部C2的末稍端部上的固定件g能将发动机本身予以固定。紧固螺栓C并用来可转动地支承一个转子r及其类似物。转子r与金属块b1的末稍端部接触，并由于将一螺旋弹簧h从固定件g通过支承件e和齿轮f压入到弹簧套i内而被加压。

下面将对这种棒状超声波发动机所用的压电元件作较详细的说明。压电元件PZT1至PZT4中的每一件都是独立件并都以下列方式制造。那就是如图15所示，先将粉末材料压紧并烧结，制备一个压电陶瓷200，然后机加工成一直径为10mm的圆盘，圆盘的两个表面经过研磨使圆盘具有0.5mm的厚度。在圆盘的上表面上形成两个几乎成半圆形而在中间被一狭槽201分隔开的电极膜202-1和202-2，而在整个下表面上则形成一个电极膜203。此后，半圆形电极膜202-1和202-2被极化以致分别获得方向不同的极化极性(+)和(-)，这样来提供压电特性。当这种压电元件被装配成如图13所示的A相压电元件a1时，压电元件PZT1和PZT2连同夹在其间的电极板A1被堆积在一起，使具有同一极化极性的部分互相面对(箭头205表示极化方向)，同时使狭槽互相重合，如图16A和16B所示。

并且，GND电极板G1和G2也在垂直方向上堆积。在这种情况下，当将驱动AC电压施加到电极板A1上时，由于图16A和16B中压电元件PZT1和PZT2的左、右部分具有不同的极化特性，如果一部分膨胀，另一部分就会收缩，并且这种动作还会交替重复进行，这样就在振动件上产生弯曲振动。在此应注意B相压电元件所产生的弯曲振动基本上与A相压电元件的情况相同，惟一不同的是B相压电元件的狭槽方向比A相压电元件相差一个π/2的弧度。

但是，在上面提到的现有技术中，由于每一个压电元件都要用粉末材料压紧并烧结，完成机加工，然后在形成电极后完成极化过程，因此每一压电元件的制造都需要化费很多的时间和费用。

考虑到压电元件在匹配和极化的过程中以及振动件在装配时都需要不断运送，由于机械强度关系压电陶瓷的厚度就不能做得太薄。结果，当需要进一步增加压电元件的层数时，多层压电元件部分便会有一个不希望要的过大的尺寸，这样就打乱了制造小巧的超声波发动机使其直径等于或小于一支铅笔的计划。除此以外，上述制造过程使只有多层结构才能实现的超声波发动机的增加输出和降低驱动电压难于实现。

从上述关于现有技术的说明中可以理解，在装配振动件时，要将大量的压电元件和大量的电极板交替堆积起来，并在其后，用钎焊将电线连结到电极板的端部上。结果，装配过程就需要化费很多时间，并且装配的可靠性不能令人满意。