JP2004080948A - 振動波モータの振動体 - Google Patents

Abstract

【課題】振動体の製造方法で、複数の圧電素子を弾性体上に効率よく配置することができ、量産性に優れた振動体製造方法を得る。
【解決手段】一般的に用いられているチップマウンタを応用する。
【選択図】　　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、振動波モータにおける振動体の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
振動波モータは、弾性体に電気−機械エネルギー変換素子として圧電素子を固着し、圧電素子に交番電圧を印加することにより高周波振動を発生させ、弾性体の圧電素子とは反対の端面に駆動運動を発生させる。そして、この端面にばね部材等の加圧手段により移動体押圧接触させ、この接触による摩擦力によって移動体を駆動するように構成されたものである。
【０００３】
（従来例１）
代表的な振動体モータの振動体を説明する例として特開２００１−１５７４７３がある。
【０００４】
図１は、振動体の斜視図である。振動体は、円環形状に形成された金属製の弾性体１に、複数のスリット４が放射方向に沿って形成されている。弾性体１の、スリットが形成されている面と反対側の面には、リング状の電気−機械エネルギー変換素子としての圧電素子２が接着剤、ろう付けなどの方法により、固着されている。圧電素子は、複数の電極を蒸着等によって形成し、複数の電極領域に分極処理を施したものである。
【０００５】
図２は図１に示す圧電素子２の電極パターン、および分極方向を示す。図２（ａ）はパターン電極面であり、図２（ｂ）は裏面の共通電極面を示す。共通電極面が弾性体１に固着され、共通電極３−２が、弾性体１と電気的に導通している。図２（ａ）に示すように、Ａ相、Ｂ相の各パターン電極は、４分の１波長（λ／４）の角度長を持つ、扇形の形状としており、λ／４のピッチで全周に形成されている。各電極での分極方向は、図中＋方向で示すように、全て軸方向（厚み方向）に同極性に分極されている。
【０００６】
分極方向が同極性である理由を説明しておく。図３は圧電素子の分極部分の断面図を示す。図３において、矢印は、分極時にパターン電極３−１と、共通電極３−２間に走る電気力線を表しており、分極も矢印で示した電気力線の方向に施される。図４は隣り合う分極領域の分極方向が互いに逆方向である場合の、電気力線を表しており、分極領域間で電気力線が横方向に走る。これにより、圧電素子の縦弾性係数にばらつきが生じ一様な剛性分布を持たせることができない。したがって、分極方向は同極性であることが好ましい。
【０００７】
この振動体の駆動信号については、特開２００１−１５７４７３に詳細に説明されているので、ここでは省略する。
【０００８】
この振動体に用いる圧電素子２への給電用フレキシブルプリント基板は、圧電素子２の弾性体１と反対側の面に接着剤などで貼り付けられている。フレキシブルプリント基板の給電電極は、それぞれ（Ａ＋）、（Ａ−）、（Ｂ＋）、（Ｂ−）の４つの電極に分けられている。　このフレキシブル基板の構成部品図を図５に示す。ポリイミド樹脂等からなる絶縁体のベースフィルムの両面に銅箔が接着剤により固着され２つの導体層を形成している。これら２層の銅箔間はスルーホールによって導通される。さらに、２層の銅箔の外側には、必要に応じてそれぞれ任意の形状で絶縁性のあるカバーレイを貼り合わせる。
【０００９】
このように、（Ａ＋）、（Ａ−）、（Ｂ＋）、（Ｂ−）の４つの電極が全周に均一に存在するため、導体部の層を増やすことで、全周の領域に給電できるようにしている。
【００１０】
しかし、この構成は、以下の問題点がある。
【００１１】
▲１▼積層フレキが高コストである。ＡＢ２相で進行波を得ているが、３相以上の振動を用いるときは、さらに積層数が増加する。例えば、ＡＢＣ３相の場合は、導体部は３層、ベースフィルム２層、カバーレイ２層という構成になり、非常に高価である。
【００１２】
▲２▼４層駆動であるために回路コストが高い。この振動体では、（Ａ＋）、（Ａ−）、（Ｂ＋）、（Ｂ−）の４相に駆動信号を供給するため、駆動回路内の昇圧回路も４相分必要となる。トランスの数も多く、回路全体の占有面積も広がり省スペース化に適さない。
【００１３】
（従来例２）
これらの問題点は、特開平１１−１８７６７７の構成により解決される。特開平１１−１８７６７７では、環状に形成された弾性体の端面に複数の圧電素子を接合している振動体として、請求項３において、’各圧電素子は、１又は複数の分極領域が形成されるとともに、これら分極領域が、それぞれ各圧電素子に周波電圧が印加されたときに前記弾性体に定在波振動を励起するための第１相および第２相に分かれており、前記第１相および第２相の分極領域がそれぞれ前記定在波の１／２波長の整数倍のピッチで位置するとともに、前記第１相の分極領域と前記第２相の分極領域とが前記定在波の１／４波長分ずれて位置するように前記弾性体の端面に接合されている。’としている。
【００１４】
図６に示す分極パターンにより、４相駆動であった図２の分極パターンは、２相駆動にすることができ、積層フレキを廃止することができる。しかし、この構成では、図４に示すような隣り合う分極方向が逆になり、横方向に分極処理される領域が存在し剛性不均一が存在する。従来例２によれば、弾性体に励起される振動モードの波長λのおおよそ１／４倍の長さに形成された、１６個の台形状の圧電素子を図１７のように並べて配置することで、図６と同じ分極パターンを得ることができる。このとき、複数の圧電素子はそれぞれ単一方向に分極されているため、分極方向の違いによる剛性分布の不均一は発生しない。
【００１５】
（従来例３）
チップマウンタの従来例として代表的なものは、特許第２５１１５６８号がある。
【００１６】
一般に、抵抗、コンデンサ、ＬＳＩ等の電子部品を回路基板に実装するための装置として、テープ、スティック、バルク、トレイなどのパッケージ上に等間隔に並べられて送られてくる電子部品を順次吸着保持して回路基板上に移載するチップマウンタは、図７のような構成である。図８は、チップマウンタのヘッド部を示す。１は各構成部品を固定保持する筐体フレーム部、２はチップ部品、３はこのチップ部品２のフィーダ、４はチップ部品２を搭載する基板、５は基板搬送部、６はヘッド部、７はこのヘッド部６のＸ方向移動部、８はＹ方向移動部、９はチップ部品２を吸着するための吸着ノズル、１０はチップ部品２の吸着された状態での角度および位置を規制するための位置決め爪、１１は上記吸着ノズルを９を回転させるためのモータ、１２は上記吸着ノズル９を上下させるためのモータである。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
従来例１に示す振動体では、リング状の圧電素子を用いるため、一枚の単板圧電素子を接合するだけであるが、
▲１▼振動体製造時や運搬時、トレーなどに重なり合わないように置いているため、面積効率が悪い。
【００１８】
▲２▼また、破損しやすいという問題があるため、トレーから一つ一つ手作業で丁寧に取り出すなど、ハンドリング性が悪い。
などの問題点により接合工程時間が長くなっている。
【００１９】
同じ手法により、従来例２に示している構成をえることは量産性の面から見てほぼ不可能である。
【００２０】
しかし、複数の圧電素子を固着した振動体の製造方法に関しては、いままで検討がなされていない。
【００２１】
そこで、本発明は、従来例３に示されるようなチップマウンタを応用することで、複数の圧電素子を固着した振動体の製造方法を、量産性に優れ、作業効率のよいものにするための発明である。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
請求項１では、複数の電気−機械エネルギー変換素子である圧電チップにより、弾性体に振動を発生させる振動体において、圧電チップは、分極方向に応じて、分極方向表示を設けた。
【００２３】
請求項２では、複数の電気−機械エネルギー変換素子である圧電チップにより、弾性体に振動を発生させる振動体において、パッケージ上に等間隔に並べられて送られてくる電子部品をヘッド部で順次保持して移載する、所謂チップマウンタにより電気−機械エネルギー変換素子である圧電チップを弾性体上に配置した振動体。
【００２４】
請求項３では、実装する弾性体が円環形状あるいは円盤形状であり、圧電チップ搭載部に駆動源を設け、軸を中心に弾性体を所定角度で回転させながら圧電チップを配置することを特徴とする請求項２記載の振動体。
【００２５】
請求項４では、該チップマウンタは、圧電チップの撮像装置と、撮像された圧電チップ画像の画像処理装置を有することを特徴とする請求項２記載の振動体。
【００２６】
請求項５では、該チップマウンタは、圧電チップ保持部および撮像装置および圧電チップ搭載部を一軸上に配置することを特徴とする請求項４記載の振動体。
【００２７】
請求項６では、画像処理装置は、撮像された圧電チップ画像において、圧電チップの有無を確認し、分極方向の正否を判定し、圧電チップの位置に基づいてヘッド移動量を演算することを特徴とする請求項４に記載の振動体。
【００２８】
請求項７では、圧電チップは分極処理されると共に、分極方向が所定の順序でパッケージに収納されていることを特徴とする収納手段。
【００２９】
請求項８では、圧電チップの角度長がλ／４であるとともに、該所定の順序は、２つおきに分極方向が入れ替わるような順序であることを特徴とする請求項７記載の収納手段。
【００３０】
請求項９では、圧電チップの角度長がλ／２であるとともに、該所定の順序は、交互に分極方向が入れ替わるような順序であることを特徴とする請求項７記載の収納手段。
請求項１０では、弾性体側の搭載面に圧電チップが挿入される段差部を設け、配置後の位置ずれを抑制することを特徴とする請求項２記載の振動体。
【００３１】
請求項１１では、円環あるいは円盤である弾性体に、圧電チップのガイドとなるジグを設け、配置後の位置ずれを抑制することを特徴とする請求項２記載の振動体。
【００３２】
請求項１２では、振動体に移動体を圧接し、駆動振動によって移動体を相対的に駆動する請求項２〜６、１０、１１のいずれか１項に記載の振動体による振動波駆動装置あるいは振動波駆動装置を有する装置。
【００３３】
【発明の実施の形態】
（第１の実施例）
図９は、本実施例を説明するチップマウンタの概略構成図である。
【００３４】
１は各構成部品を固定保持する筐体フレーム部、２は圧電チップ、３は圧電チップ２を搭載する弾性体、４はヘッド部、５はこのヘッド部４のＸ方向移動部、６は撮像装置、７は弾性体支持部である。８はこの圧電チップ２のフィーダ部であり、９は保持台、圧電チップが等間隔の収納スペースに収納されているテープ状のパッケージ１０を装着する。１１は圧電チップ搭載部、１２は圧電チップ保持部である。
【００３５】
図９に示すように、パッケージ１０の圧電チップ収納区画と弾性体搭載位置をヘッド移動方向のＸ軸上に配置し、ヘッドは圧電チップ搭載部１１と圧電チップ保持部１２の間を直線的に往復運動して、圧電チップの保持動作と弾性体への搭載動作を繰り返す仕組みである。また、撮像装置６は、このヘッド部往復運動の通過点に配置され、弾性体まで搬送中のヘッド部に保持された圧電チップを撮像し、画像処理装置で圧電チップ画像を処理し、ヘッド部は移動量補正および姿勢補正を行う。
【００３６】
このように、圧電チップ保持部、圧電チップ搭載部および撮像装置は一軸上に配置され、ヘッド部の水平動作はＸ軸上だけになっている。もちろん、従来例３のチップマウンタのように、ヘッド部が２軸水平動作を行い、複数のパッケージを用いる構成でも可能であるが、２軸であるためにヘッドの動きが複雑になることで、工程時間が長くなる、装置の構造が複雑になり装置が大型化する、など好適でない。極力、無駄な動きを排除した構造とし、量産性に優れ、作業効率のよいものにした。また、撮像装置で圧電チップを撮像するときにヘッドを装置上部で停止するのが一般的であるが、工程時間短縮のためにカメラを移動させながら撮像する手段なども考えられ、移動が一軸上であるほうが効果的である。
【００３７】
図１０は、弾性体３の回転動作を説明する図である。圧電チップ搭載部１１に駆動源を設け、円環状の弾性体は、弾性体の軸を中心に図のＷの方向に回転している。本実施例では、配置する複数の圧電チップは、同じ角度長のものでλ／４の角度長を有する。圧電チップＡが配置された後、次に配置される圧電チップＢをヘッド部４が保持しに圧電チップ保持部へ戻る間に、λ／４角度長ピッチ弾性体を回転させ、圧電チップＢを搭載するスペースを確保している。弾性体の回転角はエンコーダ等の角度センサによって認識し、回転角度を制御している。このように、ヘッド部４の移載運動と同期しながら、弾性体３を圧電チップ２のサイズに合わせた所定のピッチで回転させた。搭載する圧電チップの角度長がλ／２の場合は、弾性体支持部の送りピッチはλ／２にすればよい。
【００３８】
図１１は、圧電チップ２を説明する図である。２１は圧電材料、２２は電極、２３は分極方向表示である。角度長λ／４の扇形圧電チップを用いた。圧電チップの両面には電極２が設けられており、一方向に分極処理が施されており、分極方向を見分ける手段として、‘×’と‘＊’のマークを分極方向表示３として電極２に設けた。この、圧電チップを２つおきに分極方向が入れ替わるようにパッケージに収納し、パッケージの順番通りに弾性体に搭載することで、図６のパターンを得る。　また、図１２のような角度長λ／２の扇形圧電チップを用いるときは、圧電チップを交互に分極方向が入れ替わるようにパッケージに収納し、同様に図６の分極パターンを得る。分極方向表示は、電極上でなくてもよく、たとえば圧電部材の角に切り欠きを設けるなど圧電部材上に設けてもよい。
【００３９】
本実施例において、チップを収納しているパッケージはテープ状であり、リール部材に巻き取られフィーダ部８に設置される。圧電チップは、脆性の高い材料であり割れや欠けが発生しやすいため、パッケージの収納区画には圧電チップの割れを防止する衝撃吸収保護手段が設けられている。衝撃吸収保護手段により、パッケージのハンドリング時や、ヘッド部の圧電チップ保持動作時の衝撃を緩和している。
【００４０】
パッケージはテープを用いたが、スティック、バルク、トレイなどを用いることも可能である。
【００４１】
（第２の実施例）
図１３は、圧電チップ搬送時の処理について説明する図である。上述したように、図９の撮像装置６を圧電チップ保持位置と搭載位置の直線上の途中に配置し、圧電チップを保持した後、弾性体までの搬送の過程で、圧電チップを撮像し、画像処理装置で圧電チップ画像を処理し、ヘッドの移動量補正および姿勢補正を行う。
【００４２】
圧電チップには、分極方向により‘×’と‘＊’の２種類の分極方向表示を基準マークとして圧電チップ電極上に設けた。
【００４３】
▲１▼まず２種類の基準マークの有無により、ヘッドに圧電チップが保持されているかを判断する。撮像された画像にマークが認識されないときはエラーとなる。
【００４４】
▲２▼次に、基準マークの種類により、分極方向が正しい順序になっているかを確認している。
【００４５】
▲３▼そして、画像上の基準マークの位置に基づいて、画像処理装置がヘッド姿勢や移動量を演算しＸ軸方向移動量を算出する。ヘッド部は回転可能であり、弾性体のリングの円弧に対し、圧電チップの内外径側稜線の円弧がほぼ一致するように、ヘッド部が回転する。水平Ｙ軸方向の位置は、弾性体支持部が回転するためほぼ一致する。ヘッド部は微小な姿勢変化が可能であり、Ｙ方向ずれは、ヘッド部の姿勢を補正して行う。
【００４６】
▲４▼弾性体上の所定の位置にチップを搭載する。
【００４７】
圧電チップに分極方向表示が無い場合は、基準マークがなく分極方向の順序の正否を判断することはできないが、圧電チップの外形あるいは圧電チップ電極の形状により、圧電チップの有無とヘッドの各種補正を行う。
【００４８】
（第３の実施例）
圧電チップはシート材から扇形形状に形成し焼成するが、焼成するときに２割程度収縮する。また、焼成する際の収縮率も個々の圧電チップでばらつきがあり、仕上がり形状寸法にもばらつきが生じる。そのため、図６のパターンとなる順番で圧電チップが重なり合わないように搭載するために、図１４のように、圧電チップに間隔を設けている。圧電チップは、間隔を設けて搭載するので、水平方向の拘束力が弱く、搭載後の位置ずれが生じやすい。また、図１０のように、弾性体も回転しているので、遠心力でさらに位置ずれを生じやすくなっている。
【００４９】
位置ずれの抑制手段として、図１５、図１６で説明する。
【００５０】
図１５は、搭載位置に圧電チップを挿入する段差部を説明する図である。弾性体の圧電チップ固着面に０．４ｍｍの段差を有する凹部を設けた。凹部内のみ圧電チップの移動を許容している。また、段差部と圧電チップの外形寸法をほぼ一致させ、圧電チップにクラック等の損傷が生じない程度に圧入させる、あるいは焼きばめで固定するなどの方法も可能である。
【００５１】
図１６は、搭載位置の周囲に設けるガイドジグを説明する図である。図１５のように、圧電チップ固着面に凹部を設けることは、固着面の平面度を良好に仕上げることが困難である。そのため、凹部に相当するガイドジグを設け、チップ搭載からチップ固着までの工程間で弾性体と一体に処理され、圧電チップ固着後に弾性体からガイドジグを抜き取る工程としている。
【００５２】
もちろん、特別な構造なしに位置ずれを抑制手段も考えられる。チップをエポキシ系接着剤等の粘性を有する接着剤で固着する場合、硬化前の粘性を利用し、圧電チップの位置ずれを抑制することが可能である。ただし、圧電チップ搭載時のヘッドの押圧力により、接着剤の層を薄く均一にして、必要以上の接着層の厚さにならないようにする。接着層が厚いと、接着剤上に圧電チップが浮いた状態になり、圧電チップがローリングして傾いてしまうなどの問題を防止する。
【００５３】
また、図１４のように圧電チップ間に空隙が残っていると、振動体として剛性にばらつきが生じる。そのため、剛性調節部材として流動性のある無機接着剤などを、圧電チップ固着後に流し込み振動体の剛性を一様にすることが好ましい。
【００５４】
【発明の効果】
請求項１〜１２の発明により、複数の圧電素子を弾性体上に効率よく配置することができ、量産性に優れた手段により振動体を製造することができる。
【００５５】
請求項１３の発明により、振動波駆動装置あるいは振動波駆動装置を有する装置を安価に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来例１の振動体を説明する図である。
【図２】従来例１の圧電素子を説明する図である。
【図３】分極時の電気力線を説明する図である。
【図４】分極時の電気力線を説明する図である。
【図５】従来例１の振動体のフレキシブル基盤を説明する図である。
【図６】圧電素子の分極パターンを説明する図である。
【図７】従来例３のチップマウンタを説明する図である。
【図８】従来例３のチップマウンタのヘッドを説明する図である。
【図９】実施例１のチップマウンタを説明する図である。
【図１０】実施例１の圧電チップの配置を説明する図である。
【図１１】実施例１の圧電チップを説明する図である。
【図１２】実施例１の圧電チップを説明する図である。
【図１３】実施例２を説明する図である。
【図１４】圧電チップ配置後の振動体を説明する図である。
【図１５】実施例３を説明する図である。
【図１６】実施例３を説明する図である。
【図１７】従来例２の圧電素子を説明する図である。
【符号の説明】
１．　　筐体フレーム部
２．　　圧電チップ
３．　　弾性体
４．　　ヘッド部
５．　　Ｘ方向移動部
６．　　撮像装置
７．　　弾性体支持部
８．　　フィーダ部
９．　　保持台
１０．　パッケージ
１１．　圧電チップ搭載部
１２．　圧電チップ保持部
２１．　圧電材料
２２．　電極
２３．　分極方向表示

Claims (12)

1. 複数の電気−機械エネルギー変換素子である圧電チップにより、弾性体に振動を発生させる振動体において、圧電チップは、分極方向に応じて、分極方向表示が設けられている。
2. 複数の電気−機械エネルギー変換素子である圧電チップにより、弾性体に振動を発生させる振動体において、パッケージ上に等間隔に並べられて送られてくる電子部品をヘッド部で順次保持して移載する、所謂チップマウンタにより電気−機械エネルギー変換素子である圧電チップを弾性体上に配置した振動体。
3. 実装する弾性体が円環形状あるいは円盤形状であり、圧電チップ搭載部に駆動源を設け、軸を中心に弾性体を所定角度で回転させながら圧電チップを配置することを特徴とする請求項２記載の振動体。
4. 該チップマウンタは、圧電チップの撮像装置と、撮像された圧電チップ画像の画像処理装置を有することを特徴とする請求項２記載の振動体。
5. 該チップマウンタは、圧電チップ保持部および撮像装置および圧電チップ搭載部を一軸上に配置することを特徴とする請求項４記載の振動体。
6. 画像処理装置は、撮像された圧電チップ画像において、圧電チップの有無を確認し、分極方向の正否を判定し、圧電チップの位置に基づいてヘッド移動量を演算することを特徴とする請求項４に記載の振動体。
7. 圧電チップは分極処理されると共に、分極方向が所定の順序でパッケージに収納されていることを特徴とする収納手段。
8. 圧電チップの角度長がλ／４であるとともに、該所定の順序は、２つおきに分極方向が入れ替わるような順序であることを特徴とする請求項７記載の収納手段。
9. 圧電チップの角度長がλ／２であるとともに、該所定の順序は、交互に分極方向が入れ替わるような順序であることを特徴とする請求項７記載の収納手段。
10. 弾性体側の搭載面に圧電チップが挿入される段差部を設け、配置後の位置ずれを抑制することを特徴とする請求項２記載の振動体。
11. 円環あるいは円盤である弾性体に、圧電チップのガイドとなるジグを設け、配置後の位置ずれを抑制することを特徴とする請求項２記載の振動体。
12. 振動体に移動体を圧接し、駆動振動によって移動体を相対的に駆動する請求項２〜６、１０、１１のいずれか１項に記載の振動体による振動波駆動装置あるいは振動波駆動装置を有する装置。

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