超声波线性电动机 【技术领域】
本发明涉及一种使用了超声波振动器的超声波线性电动机，特别是涉及一种用简单的结构使小型化成为可能的超声波线性电动机。
背景技术
近年来，作为取代电磁型电动机的新型电动机，超声波电动机受到人们的关注。这样的超声波电动机与以前的电磁型电动机相比，具有如下优点：
(1)由于没有齿轮，因此能够获得低速高推力。
(2)保持力大。
(3)行程长，分辨率高。
(4)安静性好。
(4)不产生磁噪音，并不受噪音的影响。
就具有这样优点的以往的线性(リニア)超声波电动机来说，有本申请人提出的例如日本专利特开平7-163162号公报所公开的超声波振动器和使用了该超声波振动器的超声波线性电动机。下面，参照附图对上述特开平7-163162号公报提案中的以往的超声波线性电动机进行说明。
图18及图19为以往的超声波线性电动机的构成示例的说明图，图18为详细表示该超声波线性电动机所使用的超声波振动器的基本部分的主要部分的分解透视图，图19为所述超声波振动器地正面图。
首先，对超声波振动器的结构进行说明。
如图18所示，上述提案中的超声波线性电动机所使用的以往的超声波振动器50包括层叠型压电元件50A，该层叠型压电元件50A层叠有多枚矩形薄压电板51，为了夹持这些层叠的多枚压电板51，在叠层的最上层和最下层层叠有没有施加电极的、作为绝缘体的压电板52、53。并且，该层叠型压电元件50A具有在各压电板之间交错地插入内部电极54a和内部电极54b这样的结构。
压电板51的内部电极54a、54b设置在将该压电板51的全域分成2部分的上半部分区域。内部电极54a延伸到振动器(压电板51)的侧面基端部形成，并且，内部电极54b延伸到振动器(压电板51)的上面基端部形成。
这些压电板51和内部电极54a、54b定位在钛酸锆酸铅(以后称PZT)印刷电路基板上印刷了电极的上面，通过以层叠状态烧结，制成层叠型压电元件50A。另外，通过这样的结构，在压电板51、52、53层叠的状态，该内部电极54a从侧面部露出，同时内部电极54b从上面部露出。
用上述结构的层叠型压电元件50A构成的超声波振动器50，如图19所示的那样，在层叠型压电元件50A的两侧侧面部内部电极54a露出的位置(左右2个：接地)及层叠型压电元件50A的上面部内部电极54b露出的位置(上面2个：A相和B相)，分别设置了由导电构件形成的外部电极55。
另外，在超声波振动器50中，在从层叠型压电元件50A的上面部左侧抽出的内部电极54b上安装外部电极55，将做成的电气端子作为A相，在从上面部右侧抽出的内部电极54b上安装外部电极55，将做成的电气端子作为B相，并且，将配置在该超声波振动器50的两侧侧面部的外部电极55作为接地(GND)。
并且，在外部电极55上，虽然图中没有示出，但分别用钎焊连接有导线，这些导线与图中没有示出的压电板51的驱动电路连接。
在层叠型压电元件50A的底面的规定位置并设有图中没有示出的用于与被驱动体接触滑动的凸起状的驱动子56。这些驱动子56设置在使超声波振动器50作椭圆振动的任意位置上。
并且，在超声波振动器50的中央部设置了小的通孔，该通孔上装着有销57。
为了用上述结构的超声波振动器50构成超声波线性电动机并使其动作，设置了与所述销57结合、沿图中向下的方向按压驱动子56的按压装置，与该超声波振动器50的驱动子56接触、相对于该驱动子56移动的被驱动体，由此构成超声波线性电动机。
另外，虽然图中没有表示，但被驱动体被线性导向装置保持，与所述驱动子56接触，并能够一边被该线性导向装置引导一边滑动。
下面说明上述超声波振动器50的动作。
在使用了上述结构的超声波振动器的超声波线性电动机中，通过图中没有示出的导线给外部电极55施加直流电压，使外部电极被极化处理。
并且，如果在上述A相和B相上施加相位相差π/2的交流电压(频率为其超声波振动器50的共振频率)，则通过激起线性纵向振动和2次弯曲振动，在驱动子56的位置能够激起顺时针或逆时针的超声波椭圆振动。通过产生该超声波椭圆振动，此时，被驱动子56按压的被驱动体能够被向左或者向右驱动，其结果，能够起到超声波线性电动机的作用。
但是，上述以前这样的超声波线性电动机，由于超声波线性电动机的被驱动体只能往一个方向移动，并且，为了减小移动时的摩擦，需要用具有十字辊等的线性导向装置保持。其原因是因为如果移动方向的负荷过大，被驱动体的动作不稳定，或者变成不能动作的状态。因此，在谋求超声波线性电动机小型化时，存在即使减小超声波振动器的大小、按压装置的大小或者被驱动体的大小，由于必需该线性导向装置，因此也存在整体尺寸变大这样的问题。
或者，作为其他的以往的技术，有日本专利特开平9-19172号公告所描述的线性超声波激励器。下面参照图20就该提案的线性超声波激励器进行说明。
图20为表示上述以前的线性超声波激励器的大致结构的分解透视图。
如图20所示，本例的线性超声波激励器60由基座61、框构件62、侧板63、导向构件65、上面板66、振动器68、弹性构件69、可动导轨70、板71、垫块72和双面胶带73构成。
振动器68被一对弹性构件69上下夹持，通过底板(图中没有示出)安置在基座61上，虽然图中没有表示，但在表面和里面上形成有与高频电极相连的电极。并且，虽然图中没有表示，但通过利用上部备有边缘的柱环贯穿振动器68、弹性构件69、底板(图中没有示出)及基座61的中央孔、将止动构件系着在下端部，将所述基座61、底板、弹性构件69及振动器68夹持在边缘与基座61之间。
通过给振动器68施加高频电压，在夹持导轨间的间隔的方向将振动器68的周面施压抵接、同时在一个侧面具有沿整个长度延伸的V型槽(图中没有示出)的一对可动导轨70，沿A-B方向移动。并且，连接有一对可动导轨70的板71用双面胶带73通过由弹性材料形成的垫块72安装到可动导轨70上。
通过采用上述结构，提供能够获得稳定的直进动作的线性超声波激励器60。
但是，上述特开平9-19172号公报中所叙述的以前的提案虽然能够缩小超声波振动器的大小或按压装置的大小，但由于不是超声波振动器本身自行的自行式结构，因此实际移动的一对可动导轨，或使这些可动导轨能够滑动的球轴承、与可动导轨连接的板等不可欠缺，零部件数量多，制造工程复杂，并且由于这个原因，不能满足超声波线性电动机的小型化。并且，如果考虑超声波线性电动机的动作性能，只有圆形的超声波振动器的周面的一部分与可动导轨抵接，并且，由于是难以充分发挥该超声波振动器的超声波椭圆振动产生的驱动力的结构，结果还存在不能获得满意的可动导轨的走行性的可能。
并且，如上所述，上述特开平7-163162号公报中叙述的以前的提案由于只能使超声波线性电动机的被驱动体向一个方向移动，并且为了减小移动时的摩擦，需要用具有十字辊等的线性导向装置保持，因此存在即使减小超声波振动器的大小、按压装置的大小或者被驱动体的大小，整体尺寸也变大了，结果不能使装置小型化这样的问题。
【发明内容】
本发明的目的就是要提供一种使超声波振动器的走行性稳定，并能够使装置整体小型化的超声波线性电动机。
概括地说，本发明的超声波线性电动机，包括付与按压力的第1及第2导向装置和超声波振动器，该超声波振动器包括至少在2个位置设置的压电体部，多个与所述第1导向装置相对、具有承受上述按压力的部分的第1接触部，至少1个与上述第2导向装置接触、具有承受上述按压力的部分的第2接触部；通过给所述压电体部施加随时间变动的电压，激励所述超声波振动器，使得在所述第1或第2接触部中的至少一个接触部产生椭圆运动这样的振动，使所述超声波振动器相对所述第1或第2导向装置移动。由于通过这样的结构，来构成使所述超声波振动器相对所述第1或第2导向装置移动的自行式超声波线性电动机，因此能够实现输出稳定的小型超声波线性电动机。
【附图说明】
图1 表示本发明的超声波线性电动机的第1实施形态、说明该超声波线性电动机中搭载的超声波振动器的大概结构的结构图
图2 详细表示图1所示的超声波振动器的基本部分的主要部分的分解透视图
图3 表示本实施形态的超声波振动器的动作状态的透视图
图4 用于说明本实施形态的超声波振动器的驱动子近旁产生的激励作用的说明图
图5 用于说明使用了超声波振动器的超声波线性电动机的基本结构的构成图
图6 表示超声波线性电动机的导向框体的形状的变形例的结构图
图7 表示超声波线性电动机的导向框体的形状的其他变形例的结构图
图8 表示本实施形态的变形例、构成导向框体移动的被动式时的超声波线性电动机的结构图
图9 表示压电体层叠部的内部电极形状的变形例的主要部分的分解透视图
图10 表示压电体层叠部的内部电极形状的其他变形例的主要部分的分解透视图
图11 表示本发明所涉及的超声波线性电动机的第2实施形态、说明该超声波线性电动机中搭载的超声波振动器的大概结构的正面图
图12 用于说明使用了超声波振动器的超声波线性电动机的基本结构的结构图
图13 表示本发明的超声波线性电动机的第3实施形态、说明该超声波线性电动机中搭载的超声波振动器的大概结构的正面图
图14 详细表示超声波振动器的基本部分的主要部分的分解透视图
图15 表示本发明所涉及的超声波线性电动机的第4实施形态、说明该超声波线性电动机中搭载的超声波振动器的大概结构的正面图
图16 表示了超声波振动器中压电体层上下面的主要部分的透视图
图17 表示了与图16所示的压电体层相邻的压电体层的上下面的主要部分的透视图
图18 详细表示了以往的超声波线性电动机所使用的超声波振动器的基本部分的主要部分的分解透视图
图19 以往的超声波振动器的正面图
图20 表示以往的其他的超声波线性电动机的大致结构的分解透视图
图21 表示第1实施形态的超声波线性电动机的驱动子的配置结构的变形例的结构图
图22 表示第1实施形态的超声波线性电动机的导向框体的形状及驱动子的形状的变形例的结构图
【具体实施方式】
通过以下详细的说明，本发明的目的和优点将更加明显。
下面参照附图说明本发明的实施形态。
第1实施形态
结构
图1至图5表示本发明所涉及的超声波线性电动机的第1实施形态，图1为说明该超声波线性电动机所搭载的超声波振动器的大致结构的说明图，图1(A)为该超声波振动器的正面图，图1(B)为该超声波振动器的侧面图，图2为详细表示图1所示的超声波振动器的基本部分的主要部分的分解透视图，图3为表示本实施形态的超声波振动器的动作状态的透视图，图3(A)表示共振纵向振动状态，图3(B)表示共振弯曲振动状态。并且，图4为用于说明本实施形态的超声波振动器的驱动子近旁产生的激励作用的说明图，图4(A)表示施加给A相的交流电压比施加给B相的电压迟π/2个相位，图4(B)表示与之相反，施加给A相的交流电压比施加给B相的电压超前π/2个相位。并且，图5为用于说明使用了上述超声波振动器的超声波线性电动机的基本结构的说明图，图5(A)为该超声波线性电动机的正面图，图5(B)为该超声波线性电动机的侧面图。
首先，参照图1详细说明本实施形态的超声波线性电动机所搭载的超声波振动器的构成。
本实施形态的超声波线性电动机30的特征在于，为了达到上述目的，构成为超声波振动器本身能够自走的自行式；并如图1所示，搭载层叠式超声波振动器10而构成。
如图1(A)、图1(B)所示，该超声波振动器10由方柱形的压电体层叠部11、粘接在该压电体层叠部11的底面2个位置及上面2个位置的驱动子12、分别设置在所述压电体层叠部11的左右两侧面各2个位置的外部电极13构成。
压电体层叠部11的详细结构后面叙述，它层叠了多枚实施了内部电极处理的薄矩形压电体层21，为了夹持这些层叠的多枚压电体层21，在叠层的最上层和最下层层叠了作为绝缘体的、没有施加电极的绝缘体层24A、24B。并且，压电体层叠部11构成压电体层叠部11A、11B，压电体层叠部11A、11B具有如同2个压电元件的作用。
在压电体层叠部11的侧面，将外部电极13安装在从该压电体层叠部11的图中右侧侧面抽出的内部电极露出部25A、25B(参照图2)上形成2个电气端子(A+、A-两个端子)，将这2个端子作为A(A相)。并且，将外部电极13安装在从该压电体层叠部11的图中左侧侧面抽出的内部电极露出部25A、25B(参照图2)上形成2个电气端子(B+、B-两个端子)，将这2个端子作为B(B相)。此时，对于A-、B-端子，由于分别作为A相、B相的接地，因此也可以用导线使它们处于同电位。
下面参照图2说明所述压电体层叠部11更详细的结构。
如图2所示，压电体层叠部11通过压电体层21将第1内部电极层22或第2内部电极层23夹在中间，层叠多枚构成。
压电体层21为宽10毫米、高2.5毫米、厚(层叠方向的厚度)80微米的压电元件，作为构成压电体层的材料，本实施形态用PZT(钛酸锆酸铅)形成。并且，使用的PZT材料选择使用Qm值大的硬系列材料，Qm值为2000。
并且，为了夹持复数层叠的压电体层21，压电体层叠部11在叠层的最初(最上)层和最后(最下)层层叠同样用PZT材料形成并且作为绝缘体的、没有施加电极的绝缘体层24A、24B。
这些绝缘体层24A、24B的厚度为40微米。这些绝缘体层24A、24B的露出在表面的一面由于没有设置电极，为未极化的状态，没有压电性，因此，实际上具有作为绝缘体的特性。
并且，设置在压电体层21上的第1内部电极层22及第2内部电极层23形成为，其电极材料用银钯合金和银构成，厚度为4微米的形状。并且，本实施形态的超声波振动器10合计层叠24层第1内部电极层22及第2内部电极层23，使所述压电体层21与此相对应层叠。并且，此时压电体层21的层叠与所述第1内部电极层22和第2内部电极层23交替叠层。
即，构成本实施形态的压电体层21的各种构件的叠放顺序为：绝缘体层24A，第1内部电极层22，压电体层21，第2内部电极层23，压电体层21，……，压电体层21，第1内部电极层22，压电体层21，第2内部电极层23，绝缘体层24B。
下面说明内部电极的形状。
设置在压电体层21上的第1内部电极层22，相对于压电体层叠部11的断面形状，如图1所示那样配置在略上半部分的区域，详细地如图2所示，配置在该压电体层21的一面的整个区域的上部，并且分成左右2块这样设置。并且，第1内部电极层22的一部分延伸到压电体层21的两侧侧面的基端，分别形成内部电极露出部25A。
并且，第2内部电极层23，由于主要部分在略上半部分，因此与上述第1内部电极层22大致相同地配置在该压电体层21的一侧的整个区域的上部，并且分成左右2块这样设置。并且，第2内部电极层23的一部分延伸到超声波振动器10(压电体层叠部11)的下半部分的两侧侧面的基端部，分别形成内部电极露出部25B。
以上表示了压电体层叠部11的结构，本实施形态中所述压电体层叠部11的具体尺寸为宽10毫米，高2.5毫米，深2毫米。
具有这样结构的压电体层叠部11构成的超声波振动器10，如图1(A)、图1(B)所示那样，在通过该压电体层叠部11的第1内部电极层22及第2内部电极层23的一部分分别延伸到超声波振动器10的两侧侧面基端部形成的内部电极露出部25A、25B上，分别设置通过烧结银形成的外部电极13。
虽然图中没有表示，但这些外部电极13上分别用钎焊连接有导线，这些导线与图中没有示出的压电体层叠部11的驱动电路连接。
作为使振动器产生振动(本实施例为纵向-弯曲振动)的压电体，除如上所述在振动器内形成压电体层叠部11A、11B以外，还可以是如日本专利特开平06-105571号公报的图1所示的那样，将层叠压电元件组装到弹性体中的构件。由于这样的层叠压电元件能够在低电压下驱动，因此对使包含电源的装置整体小型化有利。当然，在由于从外部装置供给驱动电压等原因不需要小型化的场合，将单板的压电体组装到同样的位置也能引起上述振动。
并且，虽然在本实施形态中压电体部只在2个位置，但如日本专利特开平07-163162号公报的图8(第2实施例)所示的那样，压电体部不限于2个位置，只要是能够引起纵向、曲线振动，3个位置以上也可以。对于引起纵向、弯曲振动的压电体部的位置和施加的相位，特开平07-163162号公报中已有记载。
在压电体层叠部11的底面及上面的规定位置，并设了多个用于与导向框体32的滑动板33(参照图5)接触滑动的凸起形状的驱动子12。
在用该超声波振动器10构成超声波线性电动机时，这些驱动子12最好设置在能够获得最高水平的输出特性的任意位置，即设置在超声波振动器10进行最高水平的超声波椭圆振动的位置。由于进行椭圆振动是驱动的动力源，所以一般这样配置驱动子：至少1个以上的驱动子产生椭圆振动，所有驱动子部位产生的振动所产生的驱动力的总和不为0。
另外，在本例中，特别将多个驱动子12中的与第1导向装置接触的驱动子作为第1驱动子，将与第2导向装置接触的驱动子作为第2驱动子。并且，这些第1及第2导向装置分别构成为有接触部。
具体地，在图1所示的超声波振动器10中，使所述驱动子12与图中没有示出的被驱动体(滑动板22)实际接触的位置最好位于弯曲振动与其周边相比为最大、存在极大值的位置，即处在弯曲振动的波腹，进行实际测定的结果为超声波振动器10的端部及离开超声波振动器10的端部约3毫米的位置。
并且，如果在下述动作说明部分叙述的条件下施加电气信号，虽然在振动器10的所有端部产生同方向的椭圆振动，但可以知道，同一面的左侧和右侧的相位相反，同一侧的上面和下面的相位也相反。离开端部3毫米的部分与端部反方向回转相，同一面的左和右还是相位相反，同一侧的上面和下面的相位相反。
因此，如果像以下这样在激起同一面的振动方向相同、不同面的振动方向相反这样的椭圆振动的部分上安装驱动器，则由于所有的驱动器都对驱动有贡献，因此效果更好。但是，为了保持良好的平衡使驱动器不至产生扭矩，也不一定非要两个条件都满足，例如，可以在激起至少一面的振动方向相同的椭圆振动的位置设置驱动器，即使仅这样选择也能提高效果。
超声波振动器10还必须要有具有与第1及第2导向装置接触的接触部的驱动子12。本实施形态参考上述结果，如图1(A)、图1(B)所示，在超声波振动器10的底面、离开两端部3毫米的位置粘接了2个驱动子12，并且在该超声波振动器10的上面两侧端部粘接了2个。虽然在本图中为粘接，当然也可以与其他部分一体成型。
另外，对于一个导向装置，驱动子12的个数并不局限于此，3个以上也可以。并且，虽然一个也可以，但对于任何一个导向装置，驱动子12的个数必须在2个或2个以上。由于有隔开一定间隔的2个以上的驱动子12，因此振动器10沿导向装置移动时不会产生回转，不需要防止旋转等多余的结构。但是，这些驱动子12的位置关系必须使按压不产生扭矩。本实施形态中，虽然取掉底面的驱动子12中的1个也能满足上述条件，但如果取掉上面的驱动子12，由于按压时生成扭矩使振动器10倾斜了，因此存在不能驱动的可能。即振动器(与导向装置相对的)移动方向上的任一个驱动子都不被相反一侧的2个驱动子所夹持。
因此，即使如图21所示那样的3个驱动子的配置，由于不引起不必要的回转，因此不必防止回转，具有对小型化有利的长处。3个驱动子振动器与4个驱动子的相比零部件数少，对组装有利。
并且如图21所示，这样的配置由于驱动子12A与驱动子12B与同一个导向装置接触，互相以相反的相位运动着，因此任何一个驱动子的位置变换到导向装置的侧面，由于具有与滑动板平行方向的速度分量，所以产生驱动力。此时，其他的驱动子变换到离开导向装置的一侧的位置，半个周期后该离开的驱动子产生驱动力，由于1个周期中能够进行2次驱动，因此空走时间减少，能够稳定行走，能够有效地传递驱动力。
并且，如图21所示，由于驱动子12A与驱动子12C与不同的导向装置接触，互相以相反的相位运动，因此两者同时按压导向装置，由于能够一边更有力地按压导向装置一边驱动，因此能够有效地传递驱动力。
这些驱动子12用将矾土粉(alumina)分散到树脂中固化后的材料构成，其形状如图1所示，以宽1毫米、高0.5毫米、深1.8毫米的形状成型。
下面说明本实施形态的超声波振动器10的制造方法。
首先说明压电体层叠部11。
将PZT的焙烧结粉末与粘接剂混合做成泥状，用薄膜敷贴法(ドクタ—プレ—タ)在薄膜上浇铸(キヤステイング)，制成印刷电路基板(相当于压电体层21)。然后使印刷电路基板干燥，从薄膜上剥离。
接着，用具有第1内部电极层22的形状(1个也可以，多个也可以，参照图2)的膜片将电极材料印刷在第一印刷电路基板上。并且，用具有第2内部电极层23的形状(参照图2)的膜片将电极材料印刷在第二印刷电路基板上。
将这些第一印刷电路基板及第二印刷电路基板进行正确定位交错地层叠。然后，将没有印刷电极的第三印刷电路基板(相当于绝缘体层24A、24B)层叠在叠层的最上面和最下面上。
这些层叠的印刷电路基板热压后用1200℃左右的温度烧结，然后通过裁切成一定的形状，生成相当于压电体层叠部11的压电元件。
通过用烧结银的方法将外部电极13形成在内部电极露出部25A、25B(参照图2)上。然后，通过从外部给外部电极13的A相、B相施加直流高电压，进行极化。
这样，就成为压电体层叠部11。
并且，驱动子12用环氧树脂粘接在上面说明过的规定的位置上。
最后，虽然图中没有表示，但在各外部电极13上钎焊或用柔性基板压着设置导线电气端子。这样形成振动器10。
下面参照图3及图4说明上面已经说明过的超声波振动器10的动作。
现在，将相位相同、频率在160千赫左右的交流电压施加在图1所示的超声波振动器10的上述A相、B相上。这样，该超声波振动器10被激起线性纵向振动。或者，如果将相位相反、频率在160千赫左右的交流电压施加在上述A相、B相上，则该超声波振动器10被激起2次弯曲振动。
如果用有限元法计算机分析这些振动，则能预想到图3(A)所示那样的共振纵向振动的姿势及图3(B)所示那样的共振弯曲振动的姿势，并且超声波振动测定的结果证实了这些。
本实施形态关于共振频率，详细地说是设计成使弯曲2次振动的共振频率比1纵向线性振动的共振频率低百分几左右(最好在3％左右)。由于采用这样的结构，大幅度地提高了后面说明的超声波线性电动机的输出特性。
然后，将相位相差π/2、频率在160千赫左右的交流电压施加在超声波振动器10的A相及B相上，这样，在该超声波振动器10的驱动子12的位置能够观察到椭圆振动。
此时，位于层叠超声波振动器10的底面的驱动子12的位置的超声波振动引起的旋转方向与粘接在上面的驱动子12的位置的超声波振动引起的旋转方向相反。
即如图4(A)所示，当施加在A相上的交流电压的相位滞后于施加到B相上的交流电压的相位π/2时，底面的驱动子12逆时针方向旋转，而上面的驱动子12顺时针方向旋转。如果这样同一面的驱动子同方向旋转地配置，则能够取得更加有效的驱动力。
或者，如图4(B)所示，当施加在A相上的交流电压的相位超前于施加到B相上的交流电压的相位π/2时，则底面的驱动子12顺时针方向旋转，而上面的驱动子12逆时针方向旋转。
下面参照图5就使用了上述超声波振动器10的超声波线性电动机30的结构进行详细的说明。
如图5(A)、图5(B)所示，本实施形态的超声波线性电动机30主要由上述结构的超声波振动器10，一对保持该超声波振动器的导向装置31，配置在所述一对导向装置31的两侧面、为了以一定的压力按压收容的超声波振动器10和导向装置31而给所述导向装置31赋能的板簧34构成。
导向装置31不仅将按压构件(本实施形态为板簧34)的力传递给超声波振动器10，而且限制振动器相对于导向装置的运动，使其向导向装置与振动器的抵接面相垂直的方向。另外，虽然这里表示的是水平方向的控制也用与导向装置成一体的构件进行的形态，但如后述那样用别的构件进行也可以。
并且，虽然本实施形态表示的是控制振动器的行进方向为直线方向的一个例子，但如果使用垂直方向或者水平方向或者沿两个方向缓慢弯曲的曲线形状的导向装置，也能够沿该曲线驱动。
即，如图5(A)所示，本实施形态的超声波线性电动机30的结构为，为了夹持所述超声波振动器10，并且与其相对的面上的驱动子12接触，而将2个导向装置31配置在其相对的面上，来构成自行式超声波线性电动机30。
如图5(B)所示，夹持层叠超声波振动器10的导向装置31主要由コ字形的导向框体32、粘接在该导向框体32内部的上下内表面上的滑动板33构成。
导向框体32为用铝形成的构件，滑动板33为用氧化锆陶瓷形成的构件。
而且，为了给超声波振动器10与滑动板33之间付与一定的按压力，本实施形态设置了板簧34，通过该板簧34沿将2个导向装置31互相拉近的方向赋能。即，如图5(A)所示，板簧34为沿上下方向具有弹性的构件，但在左右方向具有将上下2个导向装置31固定、作为固定构件的功能。另外，就按压构件来说，除板簧以外，还可以是螺旋弹簧、磁铁等，只要是沿缩短第1和第2导向装置的距离的方向施力的构件都可以。并且，为了使振动器不致因为位置而不被按压或者压力极端变弱，按压构件最好尽量设置在靠近两端的位置。
如图5(A)所示，板簧34不仅配置在超声波线性电动机30的表面两侧端部2个、里面两侧端部2个，而且分别用螺钉36拧在导向装置31上固定着。
实际，板簧34在自然状态下稍微弯曲，在将该板簧34的两个端部固定在两个导向装置31上时，调整到略微拉伸生产拉力这样的形状。
并且，下部的导向装置31上设置了多个安装固定用的孔37，利用该孔37用螺钉等固定在图中没有示出的基座上。另一方面，上部的导向装置31不被固定在基座(图中没有示出)上，只用板簧34保持着。
因此，上下的导向装置，特别是振动器位于两端附近时变得不平行(没有振动器的一侧的间隔近一些)，由此，存在驱动子的一些地方不与导向装置接触的情况。通过增加某种保持平衡的机构可以使这样的现象消失。但是，存在驱动子的一部分离开这种现象对驱动来说并不是根本的问题，例如图1(A)所示的4个驱动子12，虽然在行程的中心附近时4个都接触，但存在在左端时左下的驱动子、在右端时右下的驱动子处于稍微浮起状态的情况。此时，没有浮起的一方(在左端时右下)的驱动子接触进行椭圆振动、成为驱动力的来源。
因此，驱动子为包含接触部的构件或者部分，但接触部准确地应该考虑为至少在行程的一部分上与导向装置接触的部分。
而且，在超声波振动器10的中央部，即线性纵向振动和2次弯曲振动的共同的节点部(在各种振动模式下都静止的点的附近)粘接有输出抽取用的销38。即使在利用其他的振动模式或者振动模式的合成的情况下，如果将销38配置在该模式(共同)的节点部或者振动极小的部分，则能够不妨碍振动地传递驱动力。该销38为将超声波线性电动机搭载到某些电子仪器、装置等中时，用于将该超声波振动器10的驱动力向外部(电子仪器内的驱动机构、装置内的被驱动物)传递的驱动传递装置。
当然，在超声波振动器10与被驱动物用被驱动物侧的结合构件结合时，不需要销38。
下面说明所述超声波线性电动机30的动作。
如果在上述A相和B相上施加相位相差π/2、频率为160千赫的交流电，则在驱动子12的位置，通过激起线性纵向振动和2次弯曲振动，能够激起顺时针或逆时针的超声波椭圆振动。
通过这样在超声波振动器10的驱动子12的位置产生超声波椭圆振动，超声波振动器10本身能够向右方向或者向左方向驱动，能够构成自行式的超声波线性电动机。
发明效果
因此，如果采用本实施形态，如上所述，超声波线性电动机通过在方柱形超声波振动器10的相对的2面上设置驱动子12，用导向装置31支持其两面的简单的结构构成，超声波振动器10能够自己走行，因此不需要以往的相关技术中所必需的可动导轨和与该可动导轨相连的板等，并且由于不需要零部件的空间就可以，因此能够实现小型化的超声波线性电动机。
并且，即使考虑超声波线性电动机中的动作性能，也与上述以往的相关技术中的超声波线性电动机不同，由于是不仅设置多个驱动子12，而且以最适当的压力使这些驱动子12在导向框体32内的滑动板33上滑动的结构，因此能够充分发挥该超声波振动器10的超声波椭圆振动产生的驱动力，因此能够使该层叠超声波振动器10的走行性稳定。其结果，能够提高超声波线性电动机的动作性能。
另外，在本实施形态中，虽然对于压电体层叠部11的内部电极的结构说明了如图2所示那样的配置形状，但并不局限于此，也可以例如图9所示的那样，使第2内部电极层23(参照图2)构成为沿压电体层21的整个区域形成的第2内部电极层23A，构成压电体层叠部11a。此时，第2内部电极层23A的内部电极露出形成部25B配置在压电体层21的两侧下部，第2内部电极层23可以作为A-端子和B-端子共同的接地端子使用。
或者也可以如图10所示的那样，将图2所示第1内部电极层22分割成4部分，构成第1内部电极层22A，同时使第2内部电极层23构成为沿压电体层22的整个区域形成的第2内部电极层23B。此时，第2内部电极层23的内部电极露出形成部25B配置在压电体层21的略中央部的两侧。并且，本实施例将位于图中左上和右下的内部电极露出部25a作为A相，位于右上和左下的内部电极露出部25A作为B相，即，将对角线作为同相位，将相位相差π/2的交流电压施加到A相及B相上使其动作。
并且，在本实施形态中，对于驱动子12虽然说明了使用了将矾土粉分散到树脂中固化后的材料构成，但也可以用例如矾土陶瓷或氧化锆陶瓷构成。并且，作为滑动板，虽然本实施形态说明了用氧化锆陶瓷构成的情况，但也可以用矾土陶瓷构成。
并且，本实施形态要求严密的直进性，在必须严格控制振动器的左右方向(参照图6(B))时，如图6(B)所示的那样，虽然导向框体32B严格控制着振动器的左右方向，但最好使导向框体32C不控制。如果在两个框体上设置左右方向精度严格的导向装置，则除非用同样严格的精度进行组装，否则振动器被压在导轨的某个壁上不能动弹。即使按压构件采用能够在左右方向变形的结构，由于振动器一边受使导向装置的一方与另一方平行的力的反作用一边移动。因此，视该力产生的摩擦力的大小，可能存在不能驱动的情况。但是，如图6(B)所示的那样，如果只在导向框体32B、32C的一方设置左右方向的导向装置，则直进性能够保证。并且，不需要严格的平行，对组装上有利。但是，在不要求严密的直进性的情况下没有该限制，特别如图5那样两者都为沟槽的结构也有对驱动子的保护或防尘效果的长处。
或者，与本实施形态相反，也可以采用如图22(A)、图22(B)所示那样的结构：驱动子12(接触部12a)附近的断面形成为沿前进方向看为凹型，而导向装置32B、32C的滑动部33B形成为凸型，该凹型的内部或边缘为与凸型的滑动部33B接触的接触部，凹型形成的两侧的隆起部夹者凸型滑动部33B导向。即可以考虑驱动子12的一部分为导向结构的例子。如果采用这样结构，由于不需要另外的导向装置，因此这种方法能够进一步小型化。另外，作为所述驱动子12(接触部12a)的凹型断面，可以考虑圆弧形、V字形等形状，而作为所述滑动部33B的凸型断面，可以考虑圆弧形、V字形等形状。例如，凸型滑动部33B的断面为圆形、形成为凹型的接触部12a的周边为V字形时，在断面内为2点接触(参照图22(B))。
或者，本实施形态也可以采用如图7(A)、图7(B)所示那样的结构：左右方向(参照图7(B))的控制由其他装置进行，导向框体32只在垂直方向控制驱动子12而左右方向不控制。这时如图7(B)所示，不仅设置了安装在销38的延长线的垂直方向上的导向销39及引导该导向销39的用于水平方向控制的导向部40，而且与嵌合在该水平方向控制用导向部40的导向槽40a中的导向销39的嵌合状态有关，在垂直方向多少存在一些间隙。本实施形态由于导向框体32没有左右方向的控制，因此结构简单。包括超声波线性电动机30的装置的整体已经有别的导向槽，能够将它作为本超声波线性电动机30的导向槽使用，这时能够更进一步小型化。
或者，本实施形态也可以采用如图8(A)、图8(B)所示这样的结构：在超声波振动器10的背面侧(相反的面)设置销38，将双方的销38的顶端部固定在搭载的构件内的壁面42等上，同时在例如上部的导向装置31上设置输出抽取用的销41，驱动图中没有示出的被驱动体。由此，由于是超声波振动器10不动的结构，因此导线的配置处理等变得容易。
并且，虽然在本实施形态中采用的是作为按压装置的板簧34如图5至图8所示的那样配置在两端侧的结构，但并不局限于此，例如只要是能够使2个导向装置31从上下两侧按压超声波振动器10，其按压装置的结构和个数是自由的。
第2实施形态
图11及图12表示了本发明所涉及的超声波线性电动机的第2实施形态，图11为说明该超声波线性电动机中搭载的超声波振动器的大致结构的正面图，图12为用于说明使用了所述超声波振动器的超声波线性电动机的基本结构的结构图，图12(A)为该超声波线性电动机的正面图，图12(B)为该超声波线性电动机的侧面图。并且，图11和图12对于与上述第1实施形态中的超声波线性电动机30相同的构成要素添加相同的附图标记，其说明省略，只说明不同的部分。
本实施形态的超声波线性电动机30A，其特征在于，为了提高导线的连接性和超声波振动器的走行性，对第1实施形态中的超声波振动器的结构及超声波线性电动机的结构进行了改良。
具体地，对于超声波振动器10A，对外部电极的形状和驱动子的形状进行了改良。即，在上述第1实施形态中，向超声波振动器10A提供电力的导线与设置在该超声波振动器10的长度方向的端部的外部电极13相连，而本实施形态构成为导线在超声波振动器10A的纵向振动与弯曲振动的共同的节点近旁连接。
这样的超声波振动器的构成例表示在图11中。即，如图11所示，在本实施形态中，将外部电极40延伸成带状、分别延伸到超声波振动器10A的略中央部。并且，导线通过钎焊等连接在这样延长的外部电极40的各端部。
并且，本实施形态中的驱动子12A的形状形成为半球状。即，为了提高该驱动子12A相对于滑动板33A的滑动性。
用上述结构的超声波振动器10A构成的本实施形态的超声波线性电动机30A表示于图12中。
如图12所示，本实施形态的超声波振动器10A在板簧的形状和导向框体内部的导向装置的形状这一点上与上述第1实施形态的不同。即，为了使板簧35的弹性系数有一定程度的减小而在其中央附近有波状折叠部35。由此，通过使板簧的弹性系数能够比上述第1实施形态中的有一定程度的减小，使为了使驱动子12A获得最适当的压力而进行的调整能够容易地进行。
导向装置31构成为其导向框体32A的底部为V字形，在其斜面上分别粘接有2个滑动板33A。由于该滑动板33A为用氧化锆陶瓷构成的构件，因此不仅与上述半球状的驱动子12A抵接并顺畅地滑动，而且具有确实地沿滑动方向引导的作用。
至于其他的结构和作用，由于与上述第1实施形态相同，因此省略其说明。
发明效果
因此，如果采用本实施形态，除能获得与上述第1实施形态相同的效果外，由于上述第1实施形态中抽出的导线的位置受到了限制，而本实施形态由于将外部电极40延伸到端部的面以外，因此能够在任意的位置抽取导线，所以还能够取得不仅能够扩大配线形态的自由度、而且配线作业等也能够容易地进行这样的效果。
并且，由于纵向振动和弯曲振动的共同的节点位置附近的振动的加速度小，因此如果在该位置连接导线不会产生导线断裂等问题。
还有，通过采用超声波线性电动机30A的驱动子的形状为半球形，导向装置底部的形状为V字形这样的结构，能够改善伴随走行的摆动，能够提高超声波振动器的走行性，其结果能够实现适用于精密位置确定等用途的超声波线性电动机。
第3实施形态
(结构，作用)
图13及图14表示本发明所涉及的超声波线性电动机的第3实施形态，图13为表示该超声波线性电动机中搭载的超声波振动器的大致结构的正面图，图14为详细表示所述超声波振动器的基本部分的主要部分的分解透视图。并且，图13和图14对于与上述第1实施形态中的超声波线性电动机30相同的构成要素添加相同的附图标记，其说明省略，只说明不同的部分。
使用了本实施形态的超声波线性电动机的超声波振动器10B虽然是与上述第1及第2实施形态大致相同地构成的构件，但如图13所示，其特征在于，实施了内部电极处理的矩形状的PZT-PMN系的压电体层21沿驱动方向(超声波振动器的滑动方向)层叠构成的2个压电体层叠部11A、11B，如图所示那样被同样是矩形状的PZT-PMN系的3个绝缘板体层24A、24B、24C夹持着。
压电体层21为高10毫米、深4毫米、厚100微米的压电元件，在其一个侧面的上部配设了第1内部电极层22a，并且在该第1内部电极层22a的里面侧的上部配设了图中没有示出的第2内部电极层23a。
所述第1内部电极层22a为涂敷了厚度为10微米左右的矩形银-钯合金的薄膜电极，它这样配置：压电体层21的一个侧面、从图13的正面看的背面侧的端部有1毫米左右的绝缘部，上面侧端部有1毫米左右、下部有该压电体层21的高度约2/3左右的绝缘部。另一方面，所述第2内部电极层23a为配设在所述压电体层21中的所述第1内部电极层22a的里面侧、同样涂敷了厚度为10微米左右的银-钯合金的薄膜电极。并且，在该里面的图中、正面侧端部有1毫米左右、上侧面端部有1毫米左右、下部有该压电体层21的高度的约2/3左右的绝缘部这样配置。
如图14所示，在所述压电体层21中，第1、第2内部电极层22a、23a的涂敷位置在相邻的压电体层21中涂敷位置处于一个侧面和它的里面，为相反的位置。将这样的实施了第1、第2内部电极层22a、23a的2种压电体层21互相交错地层叠100层左右，构成本实施形态的压电体层叠部11A、11B(参照图13)。
并且，绝缘体层24A、24B、24C为矩形的PZT-PMN系元件，形状为高10毫米、深4毫米、厚3毫米。并且，在为了夹持上述2个压电体层叠部11A、11B而在3个位置设置的该绝缘体层24A、24B、24C中，在中央部的绝缘体层24C的中心部穿设了从正面到背面直径为φ1毫米的孔38。
并且，在超声波振动器10B的压电体层叠部11A、11B中的正面上部及背面上部，所述第1、第2内部电极层22a、23a的一部分露出着，形成4个露出部群(图中没有示出)。在该4个露出部群上大致与上述实施形态一样互相独立地设置着4个外部电极13，使外部电极分别与该第1内部电极层22a或第2内部电极层23a相导通。
至于其他的结构和作用，由于与上述第1实施形态相同，因此省略其说明。
发明效果
因此，如果采用本实施形态，除能取得与上述第1实施形态相同的效果以外，由于在制造该超声波振动器10B时，可以使压电体层21的层叠方向为超声波振动器10B的滑动方向，因此能够获得增大该超声波振动器10B的设计自由度这样的效果。
第4实施形态
(结构)
图15至图17表示本发明所涉及的超声波线性电动机的第4实施形态，图15为说明该超声波线性电动机中搭载的超声波振动器的大致结构的正面图，图16为表示了所述超声波振动器中的压电体层的上下面的主要部分的透视图，图17为表示了与图16所示的压电体层相邻的压电体层的上下面的主要部分的透视图。另外，图15至图17对于与上述第1实施形态中的超声波线性电动机30相同的构成要素添加相同的附图标记，其说明省略，只说明不同的部分。
本实施形态的超声波线性电动机所使用的超声波振动器10C虽然是与上述第1及第2实施形态大致相同地构成的构件，但如图15所示，其特征在于，实施了内部电极处理的矩形状的PZT-PMN系的压电体层21沿垂直方向(超声波振动器的相对于移动方向的上下方向)层叠构成的压电体层叠部11，如图所示那样被厚度不同的2个绝缘板体层24D、24E夹持着。
压电体层21如图16所示为宽30毫米、深4毫米、厚100微米的压电元件。在该压电体层21的上面(或者下面)配置了与上述第3实施形态一样涂敷了厚度为10微米左右的银-钯合金的第1内部电极层22a，该第1内部电极层是这样配置的：在背侧面端部、左右侧端部、宽度方向的中央部分别设置了1毫米左右的绝缘部，并且被分割成2个区域配置。
另一方面，在压电体层21中所述第1内部电极层22a的里面侧，配置了与上述同样涂敷了厚度为10微米左右的银-钯合金的第2内部电极层23a，该第2内部电极层是这样配置的：在背侧面端部、左右侧端部、宽度方向的中央部分别设置了1毫米左右的绝缘部，并且被分割成2个区域配置。
所述第1、第2内部电极层22a、23a如图所示，相邻的压电体层21的电极涂敷位置在上面和下面相反。将这样的实施了第1、第2内部电极层22a、23a的2种压电体层21(图16、图17)互相交错地层叠40层左右的构件就是图15所示的压电体层叠部11。
该实施形态的超声波振动器10C为矩形PZT-PMN系的、上部具有宽度为30毫米、深4毫米、厚1毫米绝缘体层24D的元件。并且，下部的绝缘体层24E的宽度为30毫米、深4毫米、厚度为5毫米，在其上部设有直径为φ1毫米的孔38。
至于其他的结构和作用，由于与上述第1实施形态相同，因此省略其说明。
发明效果
因此，如果采用本实施形态，除能取得与上述第1实施形态相同的效果以外，由于在制造该超声波振动器10C时，可以使压电体层21的层叠方向为超声波振动器10C的垂直方向(上下方向)，因此与上述第3实施形态一样能够获得增大该超声波振动器10C的设计自由度这样的效果。
以上虽然说明了本发明所涉及的超声波线性电动机及其搭载的超声波振动器的结构，但本发明并不局限于上述第1至第4的实施形态，这些实施形态的组合或应用也适用于本发明。
并且，在本发明所涉及的上述第1至第4实施形态中，虽然自行的超声波振动器是作为直进动作的装置来说明的，但并不局限于此，例如通过使导向装置为具有曲率的结构，能够使超声波振动器以与导向装置的曲率相对应的R动作，因此，也可以作为沿自由路径移动的激励器使用。
并且，在本发明所涉及的第1至第4实施形态中，虽然为了产生椭圆振动而在各压电振动器上施加交流电压，但只要能够获得所希望的椭圆振动，施加的电压也不一定非要是交流电压。例如，也可以在各压电元件上施加随时间变动的直流电压(脉冲电压)。
显然，在本发明中，只要不违反本发明的实质和不超出本发明的范围，可以在本发明的基础上作各种不同的变型。只要不超出附加的权利要求的限制，本发明不受实施形态中任何细节的限制。