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超声波电动机

阅读：761发布：2021-02-22

IPRDB可以提供超声波电动机专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种超声波电动机(10)，其具备振动子(50)和输入手段(振荡电路)。振动子(50)中的第一振子范围(51)及第二振子范围(52)分别具有在厚度方向上极化了的压电元件以及固定部(30a和30b)。振荡电路则使第一振子范围及第二振子范围各自向表面扩张方向共振。超声波电动机(10)具有连接振动端部(23a和23b)的联结部(55)，以及设置于此联结部(55)的接触子(60-。振动端部(23a和23b)通过在第一振子范围(51)及第二振子范围(52)表面扩张方向的共振，分别相对于固定部(30a和30b)在接近或远离方向进行振动。，下面是超声波电动机专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种超声波电动机，其具有分别包括在厚度方向上极化了的压电元件及固定部的第一振动子范围及第二振动子范围，分别对于上述压电元件施加交变电压，使上述第一振动子范围及上述第二振动子范围各自向表面扩张方向共振的输入手段，连接上述第一振动子范围和上述第二振动子范围的联结部，

和设置于上述联结部的接触子；

其特征为，上述第一振动子范围包含通过上述共振，相对于上述第一振动子范围的上述固定部在接近或远离方向振动的第一振动部位，上述第二振动子范围包含通过上述共振，相对于上述第二振动子范围的上述固定部在接近或远离方向振动的第二振动部位，上述联结部把上述第一振动部位和上述第二振动部位连接在一起。

2.根据权利要求1所述的超声波电动机，其特征为，

上述联结部包括从上述第一振动部位开始向着上述接触子延伸的第一衔接部，和从上述第二振动部位开始向着上述接触子延伸的第二衔接部；

上述第一衔接部和上述第二衔接部的延伸方向互相交叉在一起。

3.根据权利要求2所述的超声波电动机，其中，上述第一衔接部和上述第二衔接部互相交叉连接，上述联结部被弯曲形成为钩型。

4.根据权利要求1至3中的任意一项所述的超声波电动机，其中，上述第一振动部位是上述第一振动子范围的周缘部，而且是上述表面扩张方向上共振时的最大位移的设置，上述第二振动部位是上述第二振动子范围的周缘部，而且是上述表面扩张方向上共振时的最大位移的设置。

5.根据权利要求1至4中的任意一项所述的超声波电动机，其中，上述第一振动子范围和上述第二振动子范围之间设置有凹部。

6.根据权利要求5所述的超声波电动机，其中，上述第一振动子范围及上述第二振动子范围呈互相邻接的矩形形状，上述凹部形成于上述第一振动子范围及上述第二振动子范围的互相接近的边之间，且为沿着上述边延伸的缝隙状贯通细孔。

7.根据权利要求1至6中的任意一项所述的超声波电动机，其包括第一及第二上述压电元件，上述压电元件的正反面上设置的电极，和包含上述联结部的金属制的框架部，且上述框架部上有为了把上述第一及第二压电元件嵌入安装用的贯通细孔。

8.根据权利要求1至7中的任意一项所述的超声波电动机，其特征为，上述输入手段向上述第一振动子范围的上述压电元件施加上述交变电压，且同时向上述第二振动子范围的上述压电元件施加与上述交变电压相位不同的其他交变电压，并使上述接触子做圆周运动或椭圆运动。

9.根据权利要求8所述的超声波电动机，其特征为，上述输入手段通过正负反转或者增减上述交变电压和上述其他交变电压的相位差，使上述接触子的上述圆周运动或上述椭圆运动的旋转方向反转，或使上述圆周运动或上述椭圆运动的轨迹发生变化。

10.根据权利要求8或9所述的超声波电动机，其中，连接上述第一振动子范围的上述固定部和上述第二振动子范围的上述固定部的线的两侧上，设置有第一上述联结部和第二上述联结部，上述第一联结部和上述第二联结部上分别设置有上述接触子，上述第一联结部的上述接触子的上述圆周运动或上述椭圆运动的旋转方向，与上述第二联结部的上述接触子的上述圆周运动或上述椭圆运动的旋转方向互为反向。

说明书全文

超声波电动机

技术领域

[0001] 本发明涉及到一种用压电振动子来驱动移动子的超声波电动机。

背景技术

[0002] 近年，有一种关于超声波电动机的提案，其把压电元件的微小振荡作为驱动源，以较高的精度移动透镜等的小型的移动子。

[0003] 有关这种超声波电动机，在专利文献1里记载了，在由与矩形压电元件的边相平行且互相垂直的二线段所等分的4个部分范围内，分别设置电极，同时，切换这些电极，并施加单峰不对称的脉动电压。这种超声波电动机，如专利文献1的图3和图5所对比那样，通过切换选择对角的施加脉动电压的2个电极，使压电元件的共振方向左右反转。并且，这种超声波电动机，如专利文献1图7所示，是使矩形的压电元件的长边弯曲而进行屈曲振荡。

[0004] 现有技术文献

[0005] 专利文献

[0006] 专利文献1：日本特开平7-184382号公报

发明内容

[0007] 发明所要解决的问题

[0008] 在专利文献1里所记载的超声波电动机，是把施加了脉动电压并进行共振的活动范围的应变，传导向与此邻接的断路范围，从而激励了压电元件的屈曲振荡来作为驱动原理的。因此，由于邻接的断路范围的刚性，活动范围的变形必然会被抑制，所以就产生了超声波电动机的阻抗在很大程度上降低了能量转换效率问题。

[0009] 本发明是鉴于上述的课题所做的，以提供一种被驱动的移动子的位移较大，能量转换效率较高的超声波电动机为目的的。

[0010] 解决问题的方案

[0011] 本发明所涉及的超声波电动机，具有分别包括在厚度方向上极化了的压电元件以及固定部的第一振动子范围及第二振动子范围，分别对于上述压电元件施加交变电压，使上述第一振动子范围及上述第二振动子范围各自向表面扩张方向共振的输入手段，连接上述第一振动子范围和上述第二振动子范围的联结部，和设置于上述联结部的接触子；其特征为，上述第一振动子范围包含通过上述共振，相对于上述第一振动子范围的上述固定部在接近或远离方向振动的第一振动部位，上述第二振动子范围包含通过上述共振，相对于上述第二振动子范围的上述固定部在接近或远离方向振动的第二振动部位，上述联结部把上述第一振动部位和上述第二振动部位连接在一起。

[0012] 另外，本发明的超声波电动机还可以具有从上述第一振动部位开始向着上述接触子延伸的第一衔接部，从上述第二振动部位开始向着上述接触子延伸的第二衔接部，上述第一衔接部和上述第二衔接部的延伸方向互相交叉在一起。

[0013] 另外，本发明的超声波电动机还可以，使上述第一衔接部和上述第二衔接部互相交叉连接，上述联结部被弯曲形成为钩型。

[0014] 另外，关于本发明各种构成要素，可以允许下述状况，即，没有必要每个都是独立的存在，可以由多个要素形成一个部件，也可以由多个部件来形成一个要素，或者某要素是其他要素的一部分，或者某要素的一部分与其他要素的一部分相重复等。

[0015] 发明有益效果

[0016] 本发明所涉及的超声波电动机中，第一振动子范围及第二振动子范围在各自表面扩张方向共振时，其大幅振动的部位之间是在局部连接在一起，且设置有接触子。因此，会防止产生共振的一个振动子范围的变形由于另一个振动子范围的刚性而被抑制住，从而能使接触子获得充分的位移。因此，可以得到一种被驱动的移动子的位移量较大的，能量转换效率较高的超声波电动机。

附图说明

[0017] 上述的目的、以及其他目的、特征及优点，通过下述的适宜的实施形态，以及以下附随于其的附图，可以更加清楚。

[0018] 图1是涉及第一实施形态的超声波电动机的构造的原理图。

[0019] 图2A是从驱动电极方面观察时的振动子的立体图。图2B是从共通电极方面观察时的振动子的立体图。

[0020] 图3是图2A的III-III线截面图。

[0021] 图4是表示有关压电元件的阻抗的频率特性的模拟结果的一个例子的图形。

[0022] 图5A，图5B是在谐振频率时的压电元件的位移模式图。图5A表示压电元件的最大伸长变形的状态。图5B表示压电元件的最大收缩变形的状态。

[0023] 图6A是表示把第一振动子范围作为施加正弦波电压侧(驱动侧)，把第二振动子范围作为无输入侧(断路侧)的情况下，接触子的位移方向模式的图形。图6B是表示切换驱动侧和断路侧情况下的联结部的位移方向的模式图。

[0024] 图7A是表示涉及第二实施形态的超声波电动机的平面模式图。图7B是关于联结部附近的部分放大图。

[0025] 图8是表示共振时的联结部的形状的模式图。

[0026] 图9A是涉及第一变形例的振动子的模式图。图9B是涉及第二变形例子的振动子的模式图。

[0027] 图10涉及第三实施形态振动子的立体分解图。

[0028] 图11A是包括振动子的超声波电动机的顶视图。图11B是图11A的B-B线截面图。

[0029] 图12是表示涉及第四实施形态的超声波电动机的构造的原理图。

[0030] 图13是表示涉及第五实施形态的超声波电动机的构造的原理图。

[0031] 图14A是表示施加于第二振动子范围的正弦波电压的相位，比第一振动子范围快90度的情况下，接触子位移方向的模式图。图14B是表示让正弦波电压的相位进行变化的情况下，联结部的位移方向的模式图。

[0032] 图15是表示关于第五实施形态的压电元件的阻抗的频率特性的模拟结果的一个例子的图形。

[0033] 图16A至图形16D，是在谐振频率时的压电元件的位移模式图。

[0034] 图17是涉及第六实施形态振动子的立体分解图。

[0035] 图18是表示涉及第六实施形态的超声波电动机的构造的原理图。

具体实施方式

[0036] 以下，基于附图，对本发明的实施形态进行说明。另外，在全部的附图中，同样的构成要素被付与同样的符号，并适宜地省略说明。

[0037] <第一实施形态>

[0038] 图1，是表示涉及本发明的第一实施形态的超声波电动机10构造的原理图。图2A、图2B是振动子50的立体图。

[0039] 首先，就本实施形态的超声波电动机10的概要进行说明。

[0040] 本实施形态的超声波电动机10具有振动子50及输入手段(振荡电路80)。振动子50包含第一振动子范围51及第二振动子范围52。

[0041] 第一振动子范围51包含沿厚度方向极化的压电元件20a，以及固定部30a。第二振动子范围52包含沿厚度方向极化的压电元件20b，以及固定部30b。

[0042] 振荡电路80，是分别向压电元件20a、20b施加交变电压，使第一振动子范围51及第二振动子范围52分别向表面扩张方向共振的电压输入手段。

[0043] 第一振动子范围51包含通过表面扩张方向的共振，相对于固定部30a的接近或远离方向进行振动的第一振动部位(振动端部23a)。第二振动子范围52包含通过表面扩张方向的共振，相对于固定部30b的接近或远离方向进行振动的第二振动部位(振动端部23b)。

[0044] 本实施形态的超声波电动机10，具有将第一振动部位(振动端部23a)和第二振动部位(振动端部23b)联结在一起的联结部55，和设置于这个联结部55的接触子60。

[0045] 其次，关于本实施形态，进行详细地说明。

[0046] 超声波电动机10，通过接触子60，沿着正方向或反方向(图1的左方)来交替驱动移动子100。本实施形态的移动子100移动方向是直线方向，其对应于图1中的空心箭头所表现的左右方向。本实施形态中，把图1的右方作为移动子100的正方向，图1的左方作为反方向。本实施形态的移动子100中，在基台104表面上形成与接触子60相接触且接受驱动力的受压面102。在基台104背面设置有滚筒106。此外，移动子100也可以做为旋转滚筒的枢轴。这种情况下，移动方向为旋转滚筒的周向(旋转方向)。

[0047] 振动子50是通过向压电元件20施加交变电压，从而按照规定的固有频率来共振的要素。振动子50至少包括第一振动子范围51和第二振动子范围52。第一振动子范围51和第二振动子范围52是通过联结部55被连接在一起的。

[0048] 超声波电动机10，进一步具有使接触子60预先压在移动子100上的施压手段(弹性部件33、34)。图1所表现的弹性部件33，其上端被连接在第一振动子范围51的表面中央部22所设置的凹孔，即固定部30a上，其下端被连接在设置台110上。同样地，弹性部件34，其上端被连接在第二振动子范围52的表面中央部22所设置的凹孔，即固定部30b上，其下端被连接在设置台110连接上。比起自然状态而言，弹性部件33，34被拉长，且为使接触子60压向受压面102的方向，一直给与其以弹性力。

[0049] 第一振动子范围51略呈正方形，具有在厚度方向极化了的压电元件20a，以及在其正反主平面的大约全部面积上所设置的输入电极。压电元件20a的表面中央部22上，设置有为了把第一振动子范围51固定在设置台110上的凹孔，来作为固定部30a。同样地，第二振动子范围52，略呈正方形，具有在厚度方向极化了的压电元件20b，以及在其正反主平面的大约全部面积上所设置的输入电极。压电装置20b的表面中央部22上也设置有凹孔，来作为固定部30b。

[0050] 如图2所示，振动子50具有压电元件20，和设置于其正反主平面的大约全部面积上的驱动电极54a、54b以及共通电极54c。

[0051] 驱动电极54a、54b，是在被分别设置于第一振动子范围51及第二振动子范围52的一个方面的，通过振荡电路80来选择性地施加交变电压用的输入电极。共通电极54c，是设置于压电元件20另一个方面的，跨越第一振动子范围51和第二振动子范围52而形成的，同时施加交变电压的输入电极。

[0052] 第一振动子范围51和第二振动子范围52，呈大约同样大小的正方形，其一边互相邻接配置。第一振动子范围51的四个角部所各自包括的规定面积的范围，为振动端部23a以及角部23i～23k。同样地，第二振动子范围52的四个角部所各自包括的规定面积的范围，为振动端部23b以及角部23p～23r。

[0053] 第一振动子范围51和第二振动子范围52之间设有凹部36。凹部36是为了防止第一振动子范围51或第二振动子范围52的一方的共振传导到另一方的低刚性部。凹部36可以是细长形状的贯通缝隙，也可以是非贯通的有底槽。另外，凹部36也可以是多个凹孔排列而成的。这其中，本实施形态的凹部36是贯通缝隙，与第一振动子范围51和第二振动子范围52是互相分离的。并且，相当于夹住缝隙状的凹部36的两端的振动端部23a、角部23k、振动端部23b和角部23r，通过联结部55、56而分别连接在一起。本实施形态的联结部55，56，是与大约正方形的第一振动子范围51及第二振动子范围52的排列方向相平行的边，分别延伸且互相连接在一起而成的。

[0054] 更具体而言，本实施形态的第一振动子范围51和第二振动子范围52互相邻接，且呈矩形。凹部36是缝隙状的贯通孔，被形成于第一振动子范围51及第二振动子范围52相接近的边511，521之间。凹部36沿着边511，521延伸。本实施形态的振动子50是由一体的板状的压电陶瓷(压电体)组成，其包括构成压电元件20a、20b的二个矩形的范围，和构成联结部55、56的细长形的范围。相关的压电体上通过设置有驱动电极54a、54b以及共通电极54c，从而形成了第一振动子范围51和第二振动子范围52。

[0055] 压电元件20a和压电元件20b的谐振频率是相同的。本实施形态的超声波电动机10利用压电元件20a、20b的表面扩张方向的谐振模式(位移模式请参照图6)来驱动接触子60。在这里，所谓压电元件20a、20b在表面扩张方向共振是指，构成压电元件20a、20b的各点的主要的面内方向的位移成分，比起垂直表面方向的位移成分要足够大。

[0056] 一个的联结部55上设有从第一振动子范围51及第二振动子范围52突出去的接触子60。接触子60，是由锆石和矾土等抗磨性的材料所构成的垫片。接触子60与联结部55可以是用同样材料一体形成的，也可以是把由异种材料组成的小片与联结部55结合在一起来构成接触子60。联结部55、56，是把大体上呈正方形的第一振动子范围51与第二振动子范围52的顶点在局部连接起来的带状的桥梁部分，其不会对压电元件20a、20b的共振产生实质性的影响。

[0057] 如图1所示，振荡电路80，包含把正弦波或三角波等交变电压作为驱动电压输出的输出电压V0，和切换施加此驱动电压的电极的开关SW1。

[0058] 开关SW1的公用端子S0一直连接着振荡器82的一个输出端子83。端子S1与第一振动子范围51的驱动电极54a相连接，端子S2与第二振动子范围52的驱动电极54b相连接。振荡器82的另一个输出端子84与第一振动子范围51及第二振动子范围52的共通电极54c相连接。如此，只需对各电极范围进行配线即可，因此无需进行复杂的配线步骤。

[0059] 振荡器82输出的驱动电压是，内电阻为R0，输出电压为V0的交变电压，具体而言是正弦波电压。相关的正弦波的频率，被设定为压电元件20a、20b的表面扩张方向的谐振频率。即，本实施形态的超声波电动机10采用了施加由振荡器82调整了频率的正弦波电压的他励方式。

[0060] 这个状态下，开关SW1切换到端子S1侧时，交变电压就被施加于驱动电极54a和共通电极54c上。另一方面，开关SW1切换到端子S2侧时，交变电压就被施加到驱动电极54b和共通电极54c上。

[0061] 因此，开关SW1如果放切换到端子S1时，第一振动子范围51共振，而第二振动子范围52为断路。反过来，如果开关SW1切换到端子S2时，第二振动子范围52共振，而第一振动子范围51为断路。这时，共振侧和断路侧的振动子范围因为通过凹部36被实质性分离了，所以在共振侧的振动子范围的应变，仅仅会使联结部55、56位移并驱动接触子60，而不会被实质性地传导至断路侧的振动子范围。

[0062] 图3是图2A的III-III线截面图。在本实施形态中，横跨第一振动子范围51和第二振动子范围52的压电元件20的正反侧表面被覆有输入电极。即，压电元件20和联结部55是由压电材料一体形成的。并且，压电元件20一个方面的驱动电极54a、54b是被分别叠层而成，压电元件20的另一个方面的，横跨第一振动子范围51及第二振动子范围52的共通电极54c是被叠层而成。

[0063] 图3所示压电元件20在厚度方向被极化，驱动电极54a或54b中的一个与共通电极54c之间被施加以压电元件20的固有谐振频率的交变电压，从而产生固有振荡。

[0064] 图4是表示有关图1以及图2的压电元件的阻抗的频率特性的模拟结果的一个例子的图形。模拟条件为，由压电陶瓷所构成的压电元件20的外形尺寸形为幅宽22mm，高10mm，厚度为2mm，凹部36被形成为幅宽2mm，高度9mm的长方形的贯通缝隙。边长10mm的四方形的范围分别为第一振动子范围51及第二振动子范围52。

[0065] 对于相关的压电元件20，一边改变施加于第一振动子范围51的正弦波电压的频率，一边模拟压电元件20的阻抗。这时，忽略固定部30、接触子60、驱动电极54a、54b和共通电极54c的刚性。

[0066] 如图4所示，在194kHz的频率附近，出现了使阻抗为最小值的频率。图5A、图5B是将这个谐振频率的正弦波电压施加于第一振动子范围51，并使第二振动子范围52为断路状态下，对压电元件20进行有限单元法(FEM)分析而得到的位移模式图。

[0067] 图5A表示压电元件20最大伸长变形的状态，图5B表示最大收缩变形的状态。另外，位移模式图用浓色表示位移量较大的部位，用淡色表示位移量较小的部位。

[0068] 从图5可以知道压电元件20在这个谐振频率下，在表面扩张方向进行振动。并且，如图5所示，其特征为，通过表面扩张方向的共振，第一振动子范围51及第二振动子范围52的模式形状是，以压电元件20表面中央部22为不动点，周缘部24(振动端部23a)为最大位移点。更具体而言，第一振动子范围51全部在平面内伸缩振动，振动端部23a以及角部23i～23k，全都相对于固定部30a反复接近或远离。本实施形态的振动子50中，由于在略呈正方形的范围中，各自的表面中央部22的振荡幅度较小的范围，所以容易形成稳定的支护和固定。与此相对，上述的专利文献1中的超声波电动机，小振动位移的范围只存在于压电元件的大致重心位置上，因此很难达成稳定地支护和固定。另外，在本实施形态中，以下特别规定，在提到“共振”时，就意味着在表面扩张方向的谐振模式。

[0069] 振动端部23a，是第一振动子范围51的周缘部24，且是第一振动子范围51在表面扩张方向的共振时的位移量成为最大时的位置。同样地，振动端部23b，是第二振动子范围52的周缘部24，且是第二振动子范围52在表面扩张方向共振时的位移量成为最大时的位置。换句话说，振动端部23a、23b是，第一振动子范围51、第二振动子范围52在分别共振时的，沿接近或远离方向的位移成分分别为最大时的位置。

[0070] 第二振动子范围52中，流入了振动端部23a以及角部23k的位移，振动端部23b和角部23r也产生位移，不过，第二振动子范围52的其他的角部23p、23q却几乎没位移。

[0071] 因此，可以知道压电元件20中主要是第一振动子范围51的周缘部24在共振，而第二振动子范围52不发生实质性的共振。

[0072] 如图5A、图5B的箭头所示，在本实施形态的压电元件20中，振荡端部23a相对于固定部30a在反复进行接近及远离的方向(接近远离方向)上产生共振。换句话说，振动端部23a是相对于第一振动子范围51与第二振动子范围52的排列方向(图中的左右方向)的45度交叉方向上进行共振。由此，在联结部55上形成的接触子60(参照图1)中，通过第一振动子范围51的共振，在图5中的右上方向上，产生了间歇性地驱动力。

[0073] 另外，在向第二振动子范围52的驱动电极54b施加正弦波电压的时候，压电元件20位移模式图就与把图5的各图进行左右反转时是一样的。因此，这个情况下，在联结部
55上形成的接触子60，通过第二振动子范围52的共振，在图5的左上方向上就产生了间歇性的驱动力。

[0074] 图6A、图6B是表示切换正弦波电压的输入侧(驱动侧)，和无输入侧(断路侧)的时候的联结部55、56位的位移方向的模式图。各图中用粗线来表现被标明为(a)的第一联结部55的接触子60，以及被标明为(b)的第二联结部56的接触子60的往复运动的轨迹。像图示那样，在第一联结部55和第二联结部56的各自的接触子60的轨迹，与隔开第一振动子范围51和第二振动子范围52的边界线(如各图中点划线所示)倾斜地交叉。并且，通过切换正弦波电压的输入侧(驱动侧)，和无输入侧(断路侧)，各个接触子60的轨迹以边界线为中心反转。

[0075] 如图6各图形所示，输入手段(振荡电路80)通过切换施加于第一振动子范围51和第二振动子范围52的交变电压的输入，从而使接触子60的表面扩张方向的位移成分，在与第一振动子范围51和第二振动子范围52的排列方向上进行左右反转。由此，本实施形态的超声波电动机10可以通过切换开关SW1转换能使移动子100的驱动方向正逆反转(参照图1)。

[0076] 即，本实施形态的输入手段(振荡电路80)，选择性地把交变电压施加于第一振动子范围51的压电元件20a，或第二振动子范围52的压电元件20b上，并使接触子60做往复运动。在压电元件20表面扩张方向的谐振模式中，联结部55、56的往复振动的轨迹呈直线形状。本实施形态的振荡电路80在对一个压电元件(譬如压电元件20a)上施加一周期以上的交变电压的期间内，就不对另一个压电元件(譬如压电元件20b)施加实质性的电压。并且，切换开关SW1，在对另一个压电元件(譬如压电元件20b)上施加一周期以上的交变电压的期间内，就不对一个压电元件(譬如压电元件20a)施加实质性的电压。

[0077] 这样，本实施形态的输入手段(振荡电路80)，通过选择性地切换施加交变电压的压电元件20a、20b，所以可以使接触子60往复运动的轨迹产生变化。

[0078] 这里，上述的专利文献1的超声波电动机中，由于使用电机耦合系数较低的屈曲振动来驱动，因此为了得到高输出功率就需要很大的驱动电压。相对于此，本实施形态的超声波电动机10由于使用振动子50表面扩张方向的谐振模式来驱动接触子60，因此就可以实现，与振动子50的屈曲振动相比耦合系数更大，且可以用较低电压来驱动。

[0079] 另外，上述的专利文献1中的超声波电动机，通过对矩形的压电元件的对角的2个电极供电，同时引起驻波和纵波，通过叠合这2个波，使接触子进行椭圆运动。在这里，由于驻波和纵波的频率不同，所以对于温度和机械负荷的特性也互相不同。因此，由于周围的温度和机械负荷，专利文献1中的叠合驻波和纵波来驱动的超声波电动机的工作频率会变化，工作变得不稳定。相对于此，本实施形态的超声波电动机10通过使用单一的振动模式，无需针对温度和机械负荷的变动来进行调整，从而可以实现稳定地工作。

[0080] 另外，如同本实施形态的振动子50一样地，通过连接第一振动子范围51和第二振动子范围52，且一直将此压于移动子100上，就可以使接触子60不空转，且能适宜地给予移动子100以驱动力。即，如果分离构成第一振动子范围51和第二振动子范围52，且分别压在移动子100上并一直给予压力的情况下，在驱动一个(譬如第一振动子范围51)时，另一个(第二振动子范围52)的压力就有可能变成为抵抗力。相对于此，由一个(第一振动子范围51)驱动时，另一个(第二振动子范围52)与移动子100为非接触的情况下，就不能一直在移动子100上施加压力，在共振周期内第一振动子范围51的接触子60相对移动子100就会反复进行接触和背离。这种情况下，接触子60容易发生磨损，接触子60也会产生空转。因而，通过如本实施形态一样地连接第一振动子范围51和第二振动子范围52，并使接触子60共通化，就可以将此一直压到移动子100上并进行驱动，而不会产生抵抗力，且能连续地驱动移动子100。另外，由于使接触子60与移动子100持续接触，因此不会对移动子
100产生冲击性的摩擦，可以抑制接触子60磨损。

[0081] <第二实施形态>

[0082] 图7A是涉及本实施形态的超声波电动机10(振动子50)的平面模式图形。图7B是有关联结部55附近的部分放大图。

[0083] 如图7A、图7B所示，在联结部55，第一衔接部55a和第二衔接部55b互相交叉连接，联结部55被形成为弯曲的钩型。这里，所谓“第一衔接部点55a和第二衔接部55b互相连接”是指，除了如本实施形态一样地，通过使第一衔接部55a和第二衔接部55b使用共同的材料一体化成型的情况以外，还包含通过其他的部件来间接地连接第一衔接部55a和第二衔接部55b的情况。

[0084] 接触子60中，至少在联结部55的外侧表面(图7B的联结部55上面边缘)是由比第一衔接部55a以及第二衔接部55b更加硬质的材料所形成的皮膜。

[0085] 在本实施形态的超声波电动机10中，联结部55具有第一衔接部55a和第二衔接部55b。第一衔接部55a是压电元件20表面扩张方向共振时，从相对固定部30a在接近或远离方向振动的第一振动部位(振动端部23a)开始，向着接触子60延伸的部分。第二接触点55b，同样是从相对固定部30b在接近或远离方向振动的第二振动部位(振动端部23b)开始，向着接触子60延伸的部分。并且，与第一衔接部55a与第二衔接部55b的延伸方向的D2，D3互相交叉着。

[0086] 第一衔接部55a把振动端部23a作为基端，向着固定部30a的相反侧(在图7A的右上侧)延伸，其尖端作为接触子60来发挥作用。另外，第二衔接部55b是把振动端部23b作为基端，向着固定部30b的相反侧(在图7A的左上侧)延伸，其尖端作为接触子60来发挥作用。并且，第一衔接部55a和第二衔接部55b是以超过90度且不到180度的规定的交叉夹角来互相连接在一起的。

[0087] 另外，连接角部23k和角部23r的其他的联结部56，具有将联结部55上下反转而成的形状。具体而言，把角部23k作为基端，向着固定部30a的相反侧延伸的部分，和把角部23r作为基端，向着固定部30b的相反侧延伸的部分，被弯曲连接在一起。

[0088] 由此，第一振动子范围51与第二振动子范围52相邻接的边511，521，和联结部55、56所构成的凹部36呈扁长的六角形形状。

[0089] 如图7B所示，以第一振动子范围51和第二振动子范围52的排列方向(基准方向D1：图的左右方向)为基准，第一衔接部55a的延伸方向D2是，比接近或远离方向D4更加小的夹角。换句话说，与相对于基准方向D1的，振动端部23a、23b的共振的夹角φ相比，相对于此基准方向D1的，第一衔接部55a延伸而成的夹角θ更加小。

[0090] 具体而言，第一衔接部55a的延伸而成的夹角θ是30度，振动端部23a共振的夹角φ是45度。另外，振动端部23b的接近或远离方向D4和基准方向D1之间夹角也是30度。

[0091] 图8是表示共振时的联结部55形状的模式图。虚线表现的是共振前的联结部55的形状。同图中，省略了由于共振而成的振动端部23a的位移，只表示联结部55变形。第一振动子范围51的驱动电极54a被施加了正弦波电压，在表面扩张方向共振的话，振动端部23a就在驱动电极54a的对角线方向(夹角φ的方向)上产生位移。这里，位移前的第一衔接部55a以比夹角φ更小的夹角θ自振动端部23a延伸，其尖端与第二衔接部55b连接在一起。

[0092] 这里，第一衔接部55a以及第二衔接部55b，全都呈延伸尺寸比幅宽尺寸更大的细长形状。因此，第一衔接部55a以及第二衔接部55b在延伸方向的刚性，比起与此交叉的方向(辐宽方向)的刚性更高。因此，第一振动子范围51共振时，振动端部23a在与固定部30a接近或远离方向上(夹角φ方向)产生位移，第一衔接部55a追随振动端部23a并在其延伸方向上位移。相对于此，基端被连接固定于振动端部23b的第二衔接部55b，通过第一衔接部55a在幅宽方向被施压且产生弯曲。因此，第一衔接部55a以及第二衔接部55b会如连杆机构一样地变形，且延伸夹角θ变得更大。结果，在共振时振动端部23a的最大位移的相位上，第一衔接部55a的延伸方向与振动端部23a的振动方向(夹角φ)大体上一致。由此，在相当于第一衔接部55a和第二衔接部55b的交叉部的接触子60，能得到更大的驱动力。

[0093] 换句话说，本实施形态的振动子50的模式形状，在接触子60给予移动子100(参照图1)以最大的压力的相位中，第一衔接部55a(第二衔接部55b)的延伸方向与振动端部23a(振动端部23b)的位移方向大体上一致。

[0094] 第一振动子范围51和第二振动子范围52，只要在共同的固有频率上发生表面扩张方向的共振，那么就无需限定其形状。可以举出下述情形作为一例，即，第一振动子范围51及第二振动子范围52，为互相大体上同样的长方形、正方形或圆形。

[0095] 图9A是有关第一变形例的振动子50的模式图，即，第一振动子范围51和第二振动子范围52呈大体上同样的正方形，且其对角线被呈直线状地配置的。图9B是有关第二变形例子的振动子50模式图，即，第一振动子范围51和第二振动子范围52大体上呈同样的圆形。在各图中，固定固定部30a，且在驱动电极54a施加正弦波电压的情况下，用双向箭头来表现共振方向。

[0096] 如图9A所示，在第一变形例的振动子50中形成有联结部55，其是以一样地大致呈正方形的第一振动子范围51及第二振动子范围52的周缘部24中的一边的中心部作为基端而形成的。并且，联结部56是把与联结部55延伸出的边相邻接的，与此同时，还位于第一振动子范围51和第二振动子范围52中且相对着的其他边连接在一起而形成的。联结部55由自第一振动子范围51开始延伸出的第一衔接部55a，和自第二振动子范围52延伸出的第二衔接部55b所构成的，在第一衔接部55a和第二衔接部55b交叉连接所成的联结部
55的弯曲部形成有接触子60。这样，联结部55、56，如第一及第二实施形态所示，即可以把角部作为基端，也可以如此变形例一样地把一边的中央部作为基端。

[0097] 另外，如图9B所示的第二变形例的振动子50一样地，在第一振动子范围51和第二振动子范围52为圆形的情况下，连接自周缘部24任意的位置开始向着径向的外侧各自突出而形成的第一衔接部55a和第二衔接部55b来构成联结部55。

[0098] 如此变形例一样，通过把第一振动子范围51和第二振动子范围52分别成为圆形，并在各自的振动子上产生等方的的表面扩张振动，所以即使第一衔接部55a、第二衔接部55b从周缘部24任意的位置开始延伸出来，也能适宜地驱动接触子60。

[0099] 另外，在这些的变形例中，也是以第一振动子范围51和第二振动子范围52的排列方向(图形左右方向)为基准，第一衔接部55a及第二衔接部55b的各自延伸方向，是比共振时的振动端部23a、23b(图9中以点线圆来图示)的接近或远离方向D4(图9中以点划线来图示)更小的夹角。并且，凹部36被形成为，在第一振动子范围51和第二振动子范围52之间，与第一振动子范围51与第二振动子范围52排列方向相交叉的方向(图形的上下方向)上延伸的贯通孔。

[0100] 另外，第一及第二变形例之外，还可以仅在联结部55的一处上连接第一振动子范围51和第二振动子范围52。这样，第一振动子范围51和第二振动子范围52可以仅在单一位置连接，也可以如上述实施形态及变形例所说明那样，在多个位置连接。通过在单一位置连接，第一振动子范围51和第二振动子范围52的连接被降低，能使联结部55得到很大的位移。另外，在多个位置连接，可以得到以固定部30a、30b为中心的位移模式的对称性，并使接触子60可以稳定地驱动。

[0101] <第三实施形态>

[0102] 图10，是本实施形态的振动子50的分解立体图形。

[0103] 本实施形态的振动子50，具有横跨第一振动子范围51、第二振动子范围52、及联结部55的金属制的基极部件58。第一振动子范围51及第二振动子范围52，分别被接合并被构成于，形成有作为交变电压的输入电极的驱动电极54a的压电元件20上的基极部件58上。

[0104] 本实施形态的振动子50，是在基极部件58正反面各附着有二张，合计四张的压电元件20的，双压电晶片型的压电振动子。再者，作为本实施形态的变形例，也可以仅仅在基极部件58一个方面侧设置压电元件20。即，如图10空芯箭头所示，由金属板构成的基极部件58，至少在一个主面的各个大致呈正方形的范围内，粘贴有由压电陶瓷材料所成的压电元件20。

[0105] 基极部件58的粘贴侧的驱动电极54a，与基极部件58电连接。如图10箭头所示，夹持着基极部件58的对着的一对压电元件20的极化方向，被配置为互为反方向。

[0106] 基极部件58上，在相当于第一振动子范围51和第二振动子范围52的排列方向的纵向方向的中央部，还形成有贯通缝隙(凹部36)。由此，基极部件58在纵向方向上，被大体上对称地进行了范围分割。第一振动子范围51和第二振动子范围52通过联结部55、56在局部被连接在一起。基极部件58的主平面上，还可以形成有镶嵌压电元件20用的有底安装凹部(未图示)。

[0107] 图11A是包含本实施形态的振动子50的超声波电动机10的顶视图，图11B是其B-B线截面图。

[0108] 本实施形态的超声波电动机10，具有至少让接触子60的一部分露在外面，且收容有第一振动子范围51及第二振动子范围52的框体90。固定部30a、30b，是把第一振动子范围51、第二振动子范围52的不动点(表面中央部22)固定在框体90上的部分。

[0109] 框体9由上方框体91和下方框体92所构成。上方框体91和下方框体92是通过螺丝94来固定，且能安上与卸下。通过把上方框体91和下方框体92组合起来，来形成把振动子50收容在内部的空间。

[0110] 各个压电元件20与基极部件58上，固定部30被形成为贯通孔。基极部件58，通过由固定部30插入的螺丝26，被固定在下方框体92上。

[0111] 振动子50中，接触子60尖端从框体90突出出去。通过把框体90配置在移动子100附近，且把框体90通过弹性部件33、34连接在设置台座110上，可以使接触子60对移动子100产生偏压(参照图1)。另外，框体90被接地。

[0112] 并且，通过振荡电路80(图11中未图示。参照图1)，向一个振动子(譬如第一振动子范围51)所包含的一对的压电元件20a之间施加正弦波电压，并使另一个振动子(譬如第二振动子范围52)的一对的压电元件20b为断路电压。具体而言，对夹持基极部件58的一对压电元件20a的外表面同时施加同相位的正弦波电压。并且，把基极部件58作为共通电极。

[0113] 由此，在第一振动子范围51上就产生了表面扩张方向的共振。并且，在基极部件58的长边部的中心上所设置的接触子60就产生了下述振动，即该振动描画了倾斜于这个长边方向的直线方向的轨迹。通过使设置为可以自由地进行直线或者旋转运动的移动子
100(参照图1)接触接触子60，就能使之移动。

[0114] 并且，通过切换第一振动子范围51和第二振动子范围52上的正弦波电压的馈电及断路，可以使移动子100移动方向进行正反切换。

[0115] 本实施形态的下方框体92是金属制的，并通过螺丝26与基极部件58电连接。还有，螺丝26与压电元件20的驱动电极54a是被绝缘的。此外，下方框体92是由绝缘性的非金属材料制造的，也可以使基极部件58接地。

[0116] 本实施形态的超声波电动机10中，通过使用金属制的基极部件58，能省略压电元件20中与基极部件58连接的表面的驱动电极54a。换句话说，在把基极部件58用作压电元件20共通电极同时，可以把输出端子84设置在与此相电连接的下方框体92(框体90)的外部(参照图1)。

[0117] <第四实施形态>

[0118] 图12是表示本实施形态的超声波电动机10构造的原理图。本实施形态的超声波电动机10的特征为，与第一实施形态同样地用振动子50来驱动移动子100，振荡电路80是由包含反馈振荡器(放大器)112、第1电路C1及第2电路C2的自激振荡电路所构成的。振动子50、弹性部件33、34、移动子100、基台104、滚筒106及设置座110都与第一实施形态相同。

[0119] 在图12中，开关SW2是用来切换施加于2电路4触点的驱动电压的电极的，第1电路C1的公用端子S00被一直连接到反馈振荡器112的第1输出端子83。另外，反馈振荡器112的第2输出端子84，与压电元件20的共通电极54c相连接。

[0120] 端子S01与驱动电极54a相连接，端子S02与驱动电极54b相连接。另外，反馈振荡器112的输入端子114与开关SW2的第2电路C2的公用端子S10相连接。

[0121] 在与驱动电极54b和接地端子115之间连接的电阻R11，R12的中间设置有端子S11。在与驱动电极54a和接地端子116之间连接的电阻R21，R22的中间设置有端子S12。

[0122] 反馈振荡器112的振荡频率被设定为压电元件20a、20b的谐振频率。

[0123] 这里，电阻R11和R12的串联电阻，以及电阻R21和R22的串联电阻的值，是如同没有施加驱动电压的驱动电极54a或驱动电极54b中的任意一个为实效性断路时那样的高电阻。另外，分压电阻R12及R22的电阻值，可以适当地选取可以向反馈振荡器112反馈恰当的电压的值。

[0124] 这个状态下，把开关SW2扳到上侧的话，驱动电压就被施加在驱动电极54a和共通电极54c之间，第一振动子范围51也就被通电了。另一方面，驱动电极54b连接于接地端子115，第二振动子范围52为断路。由此，第一振动子范围51在表面扩张方向共振，振动端部23a在相对固定部30a的接近或远离方向上振动。在第一振动子范围51伸张，且振动端部23a移动至远离固定部30a的方向(同图的左下方向)的相位，接触子60被压在移动子100的受压面102，同时驱动移动子100向左。在第一振动子范围51收缩，且振动端部23a移动至接近固定部30a的方向(同图的右上方向)的相位，通过弹性部件34，接触子60所给予受压面102的偏压力就被一部分或全部被抵消掉了。由此，在该相位上，移动子100不会向反方向(右侧)移动。因而，移动子100只会被共振的第一振动子范围51驱动向左方。

[0125] 另一方面，把开关SW2扳到下侧的话，驱动电压就被施加在驱动电极54b和共通电极54c之间，第二振动子范围52就被通电了。另一方面，驱动电极54a连接于接地端子116，第一振动子范围51被断路。由此，第二振动子范围52在表面扩张方向上共振，振动端部23b相对于固定部30b在接近或远离方向上振荡。因此，接触子60只会把移动子100驱动向右侧。

[0126] 总之，通过本实施形态的超声波电动机10，只需切换开关SW2，就可以选择性把移动子100向左右方向移动。

[0127] 本实施形态的超声波电动机10中，断路的驱动电极54a或54b，通过公用端子S10与输入端子114相连接，成为自激振荡电路用的反馈电极。由此，即使在由于机械性负荷状态的变化和周围温度的变化而使压电元件20a、20b的谐振频率变化的情况下，也能自动地尾随该谐振频率，从而能构成稳定的振荡电路80。

[0128] <第五实施形态>

[0129] 图13，是表示本实施形态的超声波电动机10构造的原理图。本实施形态的超声波电动机10，也可以用图7A所表现的第二实施形态的振动子50来驱动移动子100。弹性部件33、34、移动子100、基台104、滚筒106及设置座110与第一实施形态相同。图13，是表示把联结部55配置在图中下方，并使接触子60与受压面102相接触，在移动子100的左右方向上驱动接触子60的状态。

[0130] 本实施形态的输入手段(振荡电路80)向第一振动子范围51的压电元件20a施加交变电压。并且，同时对第二振动子范围52的压电元件20b，施加与此交变电压相位不同的其他交变电压。由此，被设置于联结部55的接触子60进行圆周运动或椭圆运动。

[0131] 这里，所谓的振荡电路80同时对压电元件20a和压电元件20b施加交变电压，是指对压电元件20a的输入时间和对压电元件20b的输入时间，至少一部分是重叠的。

[0132] 本实施形态的振荡电路80，是把正弦波电压作为交变电压来输入的。振荡电路80，包括二个振荡器82a、82b。用V0·sin(ωt)来表示振荡器82向压电元件20a施加的正弦波电压(第一电压)。用V0·sin(ωt+θ1)来表示振荡器82b向压电元件20b所施加的正弦波电压(第二电压)，即与此正弦波电压相位不同的其他交变电压。即，第二电压相对于第一电压位快了+θ1的相位。

[0133] 第一振动子范围51第二振动子范围52的表面扩张方向的谐振频率为共同的ω/2π。因而，压电元件20a、20b，通过输入第一电压或第二电压，在各自的表面扩张方向共振。压电元件20a的共振和压电元件20b的共振具有相位差(θ1)。相当于矩形的压电元件20a、20b的顶点的振动端部23a、23b，是这个表面扩张方向的谐振模式中相对于固定部30接近及远离的振动部位。振动端部23a、23b在局部互相连接，联结部55被弯曲形成为钩型。钩型的联结部55顶点设置有接触子60。

[0134] 在压电元件20表面扩张方向的谐振模式中，振动端部23a的振动方向和振动端部23b的振动方向具有互相交叉的关系。并且，如上所述振动端部23a、23b的共振具有相位差(θ1)。因此，振动端部23a、23b的振动被合成在一起，且接触子60进行圆周运动或椭圆运动。

[0135] 图14A、图14B是表示在使正弦波电压的位变化的情况下，联结部55、56位移方向的模式图。具体而言，图14A是表示，在第二振动子范围52上所施加的正弦波电压的相位比第一振动子范围51上所施加的正弦波电压的相位快90度的情况下，接触子60位移方向的模式图。相反地，图形14B是表示，在第二振动子范围52上所施加的正弦波电压的相位比第一振动子范围51上所施加的正弦波电压的相位慢90度的情况下，接触子60位移方向的模式图。用粗线来表现在表面扩张方向的谐振模式中的接触子60的轨迹。各图中，用(a)标明的第一联结部55的接触子60，和用(b)标明的第二联结部56的接触子60的轨迹，如图所示为椭圆(或圆)。这些的椭圆的长轴或短轴中的一方，跨于隔开第一振动子范围51和第二振动子范围52的边界线63(各图中点划线所示)上面。边界线63，是连结第一联结部55和第二联结部56的线。本实施形态的振动子50是关于边界线63的镜面对称形状。

[0136] 这里，施加于第一振动子范围51的第一电压为V0·sin(ωt)，施加于第二振动子范围52的第二电压为V0·sin(ωt+90°)＝V0·cos(ωt)。这时，如图14A所示，第一联结部55在图中的按顺时针方向(CW)做椭圆运动，第二联结部56按反时针方向(CCW)做椭圆运动。

[0137] 并且，反转相位差(θ1)，使施加于第二振动子范围52的第二电压为V0·sin(ωt-90°)＝-V0·cos(ωt)的话，联结部55、56的旋转方向发生反转。具体而言，如图14B所示，第一联结部55在图中按反时针方向(CCW)做椭圆运动，第二联结部56按顺时针方向(CW)做椭圆运动。

[0138] 另外，相位差(θ1)为-π在+π之间，且没有特别限定。由于第一接触部55a和第二接触部55b(参照图7B)的不同的长度或不同的刚性，即使第一振动子范围51和第二振动子范围52的共振的相位差(θ1)是零，也可以使接触子60做椭圆运动。

[0139] 本实施形态的输入手段(振荡电路80)可以使交变电压(第一电压)和其他的交变电压(第二电压)的相位差(θ1)正负反转或使之增减。于是，接触子60圆周运动或者椭圆运动的旋转方向或是反转，或是圆周运动或椭圆运动的轨迹发生变化。

[0140] 更具体地，振荡电路80具有相位差调整手段(未图示)，其可以随意调整振荡器82a、82b各自输出的交变电压的相位差(θ1)。并且，由于使相位差(θ1)进行正负反转(+θ1→-θ1)时接触子60的旋转方向也能发生反转，因此移动子100的移送方向也能切换。另外，通过增减调整相位差(θ1)，使接触子60的圆周运动或椭圆运动的轨迹的离心率发生变化，所以能缓急自由地调整移动子100的前进速度。

[0141] 图15，是表示有关本实施形态的压电元件20阻抗的频率特性的模拟结果的一个例子的图。模拟条件为，由压电陶瓷所构成的压电元件20的外观尺寸是幅宽43mm，高20mm，厚2mm。压电元件20的中央凹部36为贯通缝隙，缝隙宽度为3mm。另外，如图7B所示的第一衔接部55a以及第二衔接部55b的夹角θ为30度。并且，把各自10mm的四方范围作为第一振动子范围51以及第二振动子范围52。

[0142] 对于相关的压电元件20，向第一振动子范围51施加第一电压的正弦波电压，向第二振动子范围52施加与第一电压的相位差为+90度的第二电压。并且，让这些频率同时一边变化一边模拟压电元件20阻抗。这时，忽略固定部30、接触子60、驱动电极54a、54b和共通电极54c(参照图13)的刚性。

[0143] 如图15所示，在92kHz的频率上，压电元件20阻抗为最小值。

[0144] 图16A至图16D，是向第一振动子范围51施加此谐振频率的正弦波电压(第一电压)，向第二振动子范围52施加上述的第二电压的状态下，通过FEM分析所得到的压电元件20的位移模式图。与图5同样，位移模式图中用浓色表示位移大小较大的部位，用淡色表示位移大小较小的部位。

[0145] 图16A是表示第一振动子范围51在以表面中央部22为中心的平面内，收缩到最大收缩变形时的状态。这时，第一电压的绝对值为最大(V0)。表面中央部22是第一振动子范围51的重心，也是在超声波电动机10中配置固定部30的范围(参照图13)。

[0146] 这时，第二振动子范围52的位移大体上为零。施加于第二振动子范围52的第二电压仅仅比第一电压相位快90度，所以第二电压的绝对值为零。

[0147] 用点划线来表现中心线64，该中心线64是通过第一振动子范围51和第二振动子范围52表面中央部22的线。隔开第一振动子范围51和第二振动子范围52的边界线63与中心线64垂直相交。图16A的状态中，第一联结部55和第二联结部56的位移，比边界线63更加偏向第一振动子范围51侧。

[0148] 第一联结部55和第二联结部56的接触子60，分别做着圆周运动。用粗线来表示圆周运动的轨迹CT。

[0149] 图16B表示从图16A的状态开始，相位前进90度的时候的位移模式。图16B表示第二振动子范围52以表面中央部22为中心，在平面内伸张到最大伸长变形的状态。这时，第一电压的绝对值是零，第一振动子范围51的位移大体上为零。因此，第一联结部55及第二联结部56的位移，比边界线63更加偏向第一振动子范围51侧。

[0150] 图16C，表示从图16B的状态开始，相位进一步前进90度的位移模式。图形16C，第二电压的绝对值再次成为零，第二振动子范围52位移大体上成为零。另一方面，第一振动子范围51以表面中央部22为中心，在平面内伸张到最大伸长变形的状态。因此，第一联结部55及第二联结部56的位移，比边界线63更加偏向第二振动子范围52侧。

[0151] 图16D表示从图16C的状态，相位进一步前进90度的位移模式。图16D中，第一电压的绝对值再次成为零，第一振动子范围51的位移大体上成为零。第二振动子范围52以表面中央部22为中心，在平面内收缩到最大收缩变形的状态。因此，第一联结部55及第二的联结部56的位移，比边界线63更加偏向于第二振动子范围52侧。

[0152] 以上，如图16A至图16D所示，可以知道第一联结部55的接触子60按顺时针方向做圆周运动，第二联结部56的接触子60按反时针方向做圆周运动。

[0153] 在使用了相关的压电元件20的本实施形态的超声波电动机10中，在连结第一振动子范围51的固定部30a和第二振动子范围52的固定部30b的线(中心线64)的两侧，设置有第一联结部55和第二联结部56。第一联结部55和第二联结部56上分别设置有接触子60。并且，第一联结部55的接触子60所做的圆周运动或者椭圆运动的旋转方向，与第二联结部56的接触子60所做的圆周运动或者椭圆运动的旋转方向，互为反向。本实施形态中的超声波电动机10中，多个地方的驱动部，即第一联结部55的接触子60和第二联结部56的接触子60，能被同时驱动。因而，能同时驱动多个移动子100，另外也可以对一个移动子100的不同的两个地方同时施加压力并驱动它。

[0154] 通过调整图13所表现的振荡器82a、82b的输出信号的相位差(θ1)，本实施形态的超声波电动机10中，接触子60所描绘的轨迹是可变的。另外，第一振动子范围51和第二振动子范围52的谐振频率同为ω/2π，因此可以使用单一的振荡模式。因此，即使由于超声波电动机10动作时的温度和机器负荷而使此谐振频率发生变化，也能使接触子60轨迹安定，并稳定地驱动移动子100。

[0155] 还有，从图16的各图的位移模式图可以明白，第一振动子范围51和第二振动子范围52的表面中央部22一同成为振荡幅度较小的不动点，所以能在超声波电动机10中，在双方的表面中央部22上形成固定部30。因此，可以通过多点把超声波电动机10稳定固定在框体90上(参照图11)。

[0156] <第六实施形态>

[0157] 图17是本实施形态的振动子50的分解立体图。

[0158] 本实施形态的振动子50具有包含第一压电元件20a以及第二压电元件20b，和联结部55的，金属制的框架部59。框架部59上有，为了分别镶装第一压电元件20a以及第二压电元件20b的贯通细孔38。第一压电元件20a以及第二压电元件20b的正反主平面上还设置有电极(驱动电极54)。(反面侧的电极省略图示)

[0159] 框架部59是由不锈钢等的金属材料所形成的。框架部59具有一对贯通细孔38，和被配置在其间的贯通缝隙(凹部36)。换句话说，框架部59是在大体上为长方形的金属板上，穿设了一对贯通细孔38及贯通缝隙(凹部36)。

[0160] 第一压电元件20a和第二压电元件20b是在厚度方向被极化了的压电材料上披覆有驱动电极54的元件。两者的极化方向如图17箭头所示是共通的。第一压电元件20a以及第二压电元件20b大体上呈正方形。通过把第一压电元件20a以及第二压电元件20b嵌入贯通细孔38，从而将它们固定在框架部59上。

[0161] 框架部59包括，矩形的闭合环部59a、59b，和将这些闭合环部59a、59b的角部连接在一起的联结部55、56。在闭合环部59a中嵌入第一压电元件20a，在闭合环部59b中嵌入第二的压电元件20b。

[0162] 图18是表示本实施形态的超声波电动机10构造的原理图。本实施形态的超声波电动机10，使用如图17所示的振动子50来驱动移动子100。弹性部件33、34，移动子100、受压面102、基台104、滚筒106、设置座110及移动子100的驱动方向，是与第五实施形态共同的。

[0163] 把第一压电元件20a以及第二压电元件20b的各自的中心部作为固定部30，并通过弹性部件33、34来固定在设置座110上。通过开关SW1的切换操作，把交变电压V0加于第一压电元件20a或第二压电元件20b中的一方(图18中为第一压电元件20a)，另一方(同，第二压电元件20b)则为断路电压。交变电压V0的频率是第一压电元件20a以及第二压电元件20b的表面扩张方向的谐振频率。通过输入相关的交变电压V0，包括上述一方的压电元件的振动子范围(第一振动子范围51)就产生了表面扩张振动。因此，在框架部59长边部的中央附近的联结部55上设置的接触子60得到了下述的变形，即相对于这个长边方向(图18的左右方向)描绘了一条倾斜直线方向的轨迹。这是因为接触子60位于连结固定部30和振动端部23a的第一振动子范围51的对角线方向的大致延长线上的原因。

[0164] 由于让相关的接触子60接触到，被设置为沿直线方向或旋转方向移动自由(图18中的直线方向)的移动子100，所以就能驱动移动子100。并且，通过开关SW1的操作，来切换对于第一压电元件20a或第二向压电元件20b的馈电或断路，所以移动子100的移动方向可以正反切换。

[0165] 根据本实施形态的超声波电动机10，第一压电元件20a以及第二压电元件20b，在表面扩张方向的谐振模式中，以其表面中央部作为不动点，其四角向辐射方向进行伸缩。因此，通过把该表面中央部作为固定部30，可以把超声波电动机10稳定支护及固定在设置座110上。

[0166] 另外，本实施形态的振动子50，是把第一的压电元件20a嵌入固定到框架部59的闭合环部59a内部，所以在框架部59的角部附近，振动端部23a在表面扩张方向柔软地变形。因而，第一压电元件20a的共振时的变形不会被框架部59所抑制，接触子60可以在充分的行程中进行位移。另外，通过把第一压电元件20a嵌入框架部59，能实现超声波电动机10厚度尺寸的低背化。关于第二压电元件20b也是同样。

[0167] 另外，本实施形态中示例了使用了一个振荡器对第一压电元件20a和第二压电元件20b切换施加交变电压V0的例子，不过本发明并不局限定于此。如第五实施形态那样，也可以把互相间相位不同的多个振荡器所输出的正弦波电压分别施加在第一压电元件20a和第二压电元件20b上，让接触子60进行圆周运动或椭圆运动。

[0168] 另外，本发明并不局限于上述的实施形态，还包括能达成本发明的目的的种种变形，改进等形态。

[0169] 例如在上述的各个实施形态中，示例了第一振动子范围51及第二振动子范围52被分别以固定部30a、30b一点固定的例子，不过并不局限于此。还可以在多点分别固定第一振动子范围51及第二振动子范围52。在这种情况下，振动端部23a、23b相对于固定部分别在接近或远离方向上振动是指，相对于该多个点的固定部中的一个或多个点的固定部的重心位置，在接近或离间的方向上振动的情况。另外，上述实施形态中只例示了二个振动子范围被横向并排排列配置，并分别被施加了交变电压的例子，不过并不局限于此。也可以配置3个以上的振动子范围。

[0170] 另外，在上述实施形态中例示了，在表面扩张方向的谐振模式中，第一振动子范围51或第二振动子范围52各自的四个的角部同时发生位移的情况，不过本发明并不局限于此。仅使联结部55所连接的振动端部23a或振动端部23b进行共振的位移模式也可以。具体而言，可以让振动端部23a中的压电元件20的厚度，与在角部23i～23k的压电元件20的厚度相异。因此，可以在规定的谐振频率下，可以尽量只让振荡端部23a在表面扩张方向上共振，从而能更好地提高能量转换效率。

[0171] 上述实施形态的超声波电动机10，包含以下的技术思想。

[0172] (1)一种超声波电动机，其具备分别包括在厚度方向上极化了的压电装置及固定部第一振动子范围及第二振动子范围，分别对于上述压电装置施加交变电压，使上述第一振动子范围及上述第二振动子范围各自向表面扩张方向共振的输入手段，连接上述第一振动子范围和上述第二振动子范围的联结部部，和设置于上述联结部的接触子；其特征为，上述第一振动子范围包含通过上述共振相对于上述第一振动子范围的上述固定部在接近或远离方向振动的第一振动部位，上述第二振动子范围包含通过上述共振相对于上述第二振动子范围的上述固定部在接近或远离方向振动的第二振动部位，上述联结部，是把上述第一振动部位和上述第二振动部位连接在一起的。

[0173] (2)上述(1)所记载的超声波电动机，其特征为上述联结部包括从上述第一振动部位开始向着上述接触子延伸的第一接触部，和从上述第二振动部位开始向着上述接触子延伸的第二接触部，上述第一接触部和上述第二接触部的延伸方向互相交叉在一起。

[0174] (3)上述(2)记载的超声波电动机，其中，上述第一接触部和上述第二接触部互相交叉连接，上述联结部被形成为钩型弯曲。

[0175] (4)上述(1)至(3)的任意一项所记载的超声波电动机，其中，从被上述第一振动部位是上述第一振动子范围的周缘部，上述第二振动部位是上述第二振动子范围的周缘部，且，上述接触子，上述第一振动子范围或上述第二振动子范围在上述方面扩大方向共振时的位移大小变成极大的定位设置的。

[0176] (5)上述(1)至(4)的任意一项所记载的超声波电动机，其中，上述第一振动子范围和上述第二振动子范围之间设置有凹部。

[0177] (6)上述(5)所记载的超声波电动机，其中，上述第一振动子范围及上述第二振动子范围呈互相邻接的矩形形状，上述凹部形成于上述第一振动子范围及上述第二振动子范围的互相接近的边之间，且为沿着上述边延伸的缝隙状贯通细孔。

[0178] (7)上述(1)至(6)的任意一项所记载的超声波电动机，其包括第一及第二上述压电元件，上述压电元件的正反面上设置的电极，和包含上述联结部的金属制的框架部，且上述框架部上有为了把上述第一及第二压电元件嵌入安装用的贯通细孔。

[0179] (8)上述(1)至(7)的任意一项所记载的超声波电动机，其特征为，上述输入手段向上述第一振动子范围的上述压电元件施加上述交变电压，且同时向上述第二振动子范围的上述压电元件施加与上述交变电压相位不同的其他交变电压，并使上述接触子做圆周运动或椭圆运动。

[0180] (9)上述(8)所记载的超声波电动机，其特征为，上述输入手段包含可以正负反转或者增减上述交变电压和上述其他交变电压的相位差的相差调整手段，上述相差调整手段通过使上述相位差正负反转或增减，使上述接触子的上述圆周运动或上述椭圆运动的旋转方向反转，或使上述圆周运动或上述椭圆运动的轨迹发生变化。

[0181] (10)上述(8)或(9)所记载的超声波电动机，连接上述第一振动子范围的上述固定部和上述第二振动子范围的上述固定部的线的两侧上，设置有第一上述联结部和第二上述联结部，上述第一联结部和上述第二联结部上分别设置有上述接触子，上述第一联结部的上述接触子的上述圆周运动或上述椭圆运动的旋转方向，与上述第二联结部的上述接触子的上述圆周运动或上述椭圆运动的旋转方向互为反向。

[0182] (附记1)上述的超声波电动机中，上述第一振动部位及第二振动部位(最大位移部)，是由上述共振所产生的在上述接近或远离方向上的位移成分为最大时的位置。

[0183] (附记2)上述的超声波电动机中，进一步具有使上述使接触子预压在移动子上的偏压手段。

[0184] (附记3)上述的超声波电动机中，上述第一振动子范围和上述第二振动子范围，互相呈大体上同样的长方形、正方形或圆形形状。

[0185] (附记4)上述的超声波电动机，其特征为，由上述表面扩张方向的共振所产生的上述第一振动子范围及上述第二振动子范围的位移模式形状，是以上述压电元件的表面中央部为不动点，其周缘部为最大位移点。

[0186] (附记5)上述的超声波电动机中，进一步具有收容有上述第一接触部及上述第二接触部的框体，同时，上述固定部把上述不动点固定在上述框体上。

[0187] (附记6)上述的超声波电动机中，以上述第一振动子范围和上述第二振动子范围的排列方向为基准，上述第一接触部的延伸方向具有比上述接近或远离方向更小的夹角。

[0188] (附记7)上述的超声波电动机，其特征为，上述接触子，至少在上述联结部的外侧表面上，形成有比上述第一接触部及上述第二接触部更加硬质的材料的皮膜。

[0189] (附记8)上述的超声波电动机中，上述输入手段通过切换施加于上述第一振动子范围和上述第二振动子范围的交变电压，使上述接触子的上述表面扩张方向的位移部分，在上述第一振动子范围和上述第二振动子范围的排列方向上反转。

[0190] (附记9)具有被分别设置于上述第一振动子范围及上述第二振动子范围的一个面，且被被上述交变电压通过上述输入手段而选择性地输入的驱动电极，和在另一个面上，横跨上述第一振动子范围和上述第二振动子而形成的，同时输入上述交变电压的共通电极。

[0191] (附记10)上述的超声波电动机中，上述第一振动子范围及上述第二振动子范围中，在上述压电元件和上述联结部通过压电材料一体化形成的同时，在上述压电元件的一个面上，上述第一振动子范围及上述第二振动子范围上分别层积有驱动电极，在上述压电元件的其他面上，层积有横跨上述第一振动子范围及上述第二振动子范围的共通电极。

[0192] (附记11)上述的超声波电动机具有上述第一振动子范围、上述第二振动子范围及横跨上述联结部的金属制的基座部件，上述第一振动子范围及上述第二振动子范围，形成有上述交变电压的输入电极的上述压电元件是被分别连接于上述基座部件而构成的。

[0193] (附记12)上述的超声波电动机中，上述第一振动子范围和上述第二振动子范围之间，形成有在与上述第一振动子范围和上述第二振动子范围的排列方向的交叉方向上延伸的凹部，该凹部为贯通细孔。

[0194] (附记13)上述的超声波电动机中，上述输入手段，选择性地对上述第一振动子范围的上述压电元件或上述第二振动子范围的上述压电元件施加上述交变电压，并使上述接触子做往复运动。

[0195] (附记14)上述的超声波电动机，其特征为，通过切换上述输入手段来选择施加了上述交变电压的上述压电元件，从而使上述接触子的往复运动的轨迹产生变化。

[0196] 此申请是把2010年10月27日申请的日本专利申请，特愿2010-240269号，为基础优先权，并将其所公开的全部内容都收录于此中。

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超声波切割装置-专利编号CN103958136B	2020-05-11	395
超声波探头-专利编号CN102830179A	2020-05-11	909
超声波清洗机-专利编号CN102151671A	2020-05-13	325
超声波探伤水槽-专利编号CN102914595A	2020-05-12	111
超声波换能器-专利编号CN103433194B	2020-05-13	410
超声波切割装置-专利编号CN103958136A	2020-05-12	559
一种超声波电源-专利编号CN110504843A	2020-05-11	413
超声波清洗机-专利编号CN103350079B	2020-05-11	44
超声波清洗机-专利编号CN103350079A	2020-05-12	43
超声波发生器-专利编号CN101658838B	2020-05-13	63

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