[发明专利]超声波电动机用振子

说明书

技术领域

本发明涉及超声波电动机用振子，特别涉及在屈曲振动和伸缩振动的极化区域中分别独立配置压电振动元件上的电极的方式的超声波电动机用振子。

背景技术

伴随电子、信息技术的飞速发展，要求精密部件的进一步微细化、高集成化，需要与纳米级（10^-9m）的检查或超微细加工对应的超精密定位装置。并且，在医疗或生物研究中，基于蛋白质或细胞的控制的应用技术开发进步，针对能够进行更加微细的区域中的定位的显微镜用工作台的需求提高。进而，近年来，结合针对高精度化的要求，伴随检查、加工、测定等的对象物的小型化，定位装置及其驱动源也要求小形化、轻量化。

作为应对这种纳米级的微细区域的驱动装置，代替现有的电磁电动机，开发出专利文献1～3所记载的使用压电振动元件的超声波电动机。

该超声波电动机是基于与电磁电动机完全不同的驱动原理的驱动装置，具有低速、高转矩、无声、停止时的保持性等的优良特长。并且，振子构造简单，所以有利于小形化，期待作为小型致动器。

一般地，超声波电动机由振子和移动体构成，在将该振子的摩擦接触部按压到所述移动体上并进行加压的状态下发挥功能。在该状态下，通过使所述振子的摩擦接触部产生椭圆运动，摩擦接触部间歇地与移动体压接并向一个方向送出所述移动体。通过改变椭圆运动的振幅大小来控制所述移动体的动作速度。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2008-54407号公开公报

专利文献2：日本专利第3311446号专利公报

专利文献3：日本特开2004-297951号公开公报

发明内容

发明要解决的课题

如上所述，通过改变振子前端的摩擦接触部的椭圆运动的振幅大小，控制由振子驱动的移动体的速度。但是，在通常的超声波电动机中，无法任意改变该椭圆运动的轨迹形状，所以，在低速驱动的情况下，椭圆运动的振幅全体减小，控制摩擦力的振子的加压方向的振动分量也减小，产生动作不稳定或停止的情况。

该情况下的速度的输入输出特性具有非线形性，并且存在不灵敏区。在这种输入输出特性中，难以进行低速域中的稳定的速度控制，所以，作为电动机的精度、分解能的性能低下。

为了解决以上这种问题，例如在上述专利文献1中，在层叠的所有压电元件上配置激励屈曲振动的电极区域和激励伸缩振动的电极区域，能够独立控制各振动。由此，能够单独自由地调整生成椭圆运动的屈曲振动和伸缩振动的大小及其相位差，在低速域中也能够得到充分的加压方向的振动，所以，能够消除速度的非线形性、不灵敏区。

但是，为了有效地激励规定振动模式，优选在该振动模式的节即畸变分布较大的区域中配置电极。但是，专利文献1所示的超声波电动机用振子为矩形板状，并且其电极形状也为矩形或十字形，在专利文献2、3中，压电元件和电极均为矩形状。因此，无法在畸变分布较大的部位适当配置电极，振子的振动效率的损失增大。该振动效率的损失导致振子发热、温度上升，所以，对稳定性、可靠性造成不良影响。进而，在这些现有的矩形状的电极形状中存在如下问题：在施加电压时，在其角部引起应力集中，由于振动而产生的反复应力成为疲劳龟裂或破损的原因，导致振子的可靠性、耐久性低下。

本发明的课题在于，解决这种问题，特别地，提供减小振子损失（增大振动效率）、并且实现了振子的耐久性和可靠性的提高的超声波电动机用振子。

用于解决课题的手段

根据本发明，（1）提供一种超声波电动机用振子，其特征在于，在矩形板状的压电振动元件的固有振动模式的畸变较大的区域中配置外形形状包含曲线部的电极。

并且，根据本发明，（2）提供所述（1）所记载的超声波电动机用振子，其中，为了分别独立激励屈曲振动和伸缩振动，单独设置激励屈曲振动的电极和激励伸缩振动的电极。

并且，根据本发明，（3）提供所述（2）所记载的超声波电动机用振子，其中，设所述屈曲振动为屈曲2次振动，设所述伸缩振动为伸缩1次振动。

并且，根据本发明，（4）提供所述（2）或（3）所记载的超声波电动机用振子，其中，激励所述屈曲振动的电极以所述电极的外形曲线部大致沿着所述畸变的等高线上的方式配置在屈曲固有振动模式的畸变为规定值以上的区域中。

并且，根据本发明，（5）提供所述（2）～（4）中的任意一项所记载的超声波电动机用振子，其中，激励所述屈曲振动的电极的面积为所述压电振动元件的全面积的15%以上且40%以下。