JP2005176479A - Oscillating body and oscillating wave actuator - Google Patents

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Yutaka Maruyama
裕 丸山
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To solve the problem wherein energy losses during oscillation with a oscillating body are large since a resin-made circuit substrate is interposed between an elastic body of the oscillating body and an electromechanical energy transducer. <P>SOLUTION: The oscillating body is composed of the electromechanical energy transducer and the elastic body 1 and excites oscillation by supplying power to the electromechanical energy transducer. The elastic body 2 is made of ceramics. The power is supplied to the electromechanical energy transducer 5 by forming a wiring pattern 2b on the surface of the elastic body being in contact with the electromechanical energy transducer. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、振動体およびこの振動体を用いた振動波モータなどの振動波アクチュエータに係り、特に、配線パターンを介して電力が供給される振動体に関するものである。   The present invention relates to a vibration body and a vibration wave actuator such as a vibration wave motor using the vibration body, and more particularly to a vibration body to which electric power is supplied via a wiring pattern.

従来、例えば、特許第3170634号、特開平7-193291などのように、振動体の圧電素子に電力を供給するために、回路基板を用いた振動体が考案されている。   Conventionally, a vibrating body using a circuit board has been devised to supply electric power to a piezoelectric element of a vibrating body, such as, for example, Japanese Patent No. 3170634 and Japanese Patent Laid-Open No. 7-193291.

図6は従来の振動波アクチュエータのひとつである棒状振動波モータを構成する振動体41の断面図である。棒状の振動体は、金属製の第1の弾性体42および第2の弾性体43、およびこれらに挟まれ配置される積層圧電素子45、回路基板46の挟持部46dを図に示すように重ね、中央部のシャフト44とナット47により両弾性体42、43間を締め付け、一体構造としている。   FIG. 6 is a cross-sectional view of a vibrating body 41 constituting a rod-like vibration wave motor which is one of conventional vibration wave actuators. As shown in the figure, the rod-shaped vibrating body includes a metal first elastic body 42 and a second elastic body 43, a laminated piezoelectric element 45 disposed between them, and a sandwiching portion 46d of the circuit board 46 as shown in the figure. The shafts 44 and nuts 47 in the center are tightened between the elastic bodies 42 and 43 to form an integral structure.

積層圧電素子45は、電気機械エネルギー変換素子機能を有する圧電セラミックス層(以下、圧電層)と電極層とをそれぞれ複数層交互に重ね合わせ、積層化した素子である。表面に露出する複数の電極に対して、図7に示す回路基板46の挟持部46aの配線パターン46eを弾性体で挟持し、直接、接触させることにより、電気的接続を可能とする。そして、この回路基板46を介して外部電源から、振動体1に電力を供給することができる。   The laminated piezoelectric element 45 is an element in which a plurality of piezoelectric ceramic layers (hereinafter referred to as piezoelectric layers) having an electromechanical energy conversion element function and electrode layers are alternately stacked and laminated. The wiring pattern 46e of the clamping part 46a of the circuit board 46 shown in FIG. 7 is clamped by an elastic body and directly brought into contact with the plurality of electrodes exposed on the surface, thereby enabling electrical connection. Then, electric power can be supplied to the vibrating body 1 from an external power source via the circuit board 46.

この回路基板46は、基板のベースである基材部46d上に、導通を図る配線パターン46e、およびこれと繋がる直線状の配線パターン46fと端子部の配線パターン46gが設けれている。従来、回路基板46の基材部46dは絶縁性を有し、フレキシブル性もあるポリイミド樹脂を、配線パターン46e、46f、46gは銅箔が用いられていた。   The circuit board 46 is provided with a wiring pattern 46e for conducting electrical connection, a linear wiring pattern 46f connected to the wiring pattern 46e, and a wiring pattern 46g for a terminal part on a base part 46d which is a base of the board. Conventionally, the base material portion 46d of the circuit board 46 is made of an insulating and flexible polyimide resin, and the wiring patterns 46e, 46f, and 46g are made of copper foil.

そして、回路基板46の配線パターン部46e、46f、46gは基材部46d上に、エポキシ系の接着剤により接着されたり、または、直接、接合されているものもあった。   In some cases, the wiring pattern portions 46e, 46f, and 46g of the circuit board 46 are bonded to the base portion 46d by an epoxy adhesive or directly bonded.

回路基板46を介して、積層圧電素子45に駆動用の交流電圧を印加すると、積層圧電素子45の内部の電極層の、特別な電極パターン構成により、2箇所の領域が厚み方向の伸縮変位を繰り返し、振動体には2方向の曲げ振動が励起される。   When an AC voltage for driving is applied to the laminated piezoelectric element 45 via the circuit board 46, two regions are expanded and contracted in the thickness direction due to the special electrode pattern configuration of the electrode layer inside the laminated piezoelectric element 45. Repeatedly, bi-directional bending vibrations are excited in the vibrating body.

そして、この2方向の曲げ振動により、振動体の、接触面42aに楕円運動を発生させ、この接触面42aに加圧接触する接触体が、振動体の楕円運動による摩擦力で、振動体に対し相対的に移動するようになる。なお、弾性体42の接触面42aには摩擦材として、硬い耐摩耗性を有する金属(無電解ニッケル)がメッキにより付けられている。
特許第3170634号公報 特開平7-193291号公報
Then, the bending vibration in the two directions causes the vibrating body to generate an elliptical motion on the contact surface 42a, and the contact body that is in pressure contact with the contact surface 42a is caused by the frictional force generated by the elliptical motion of the vibrating body. It moves relative to it. The contact surface 42a of the elastic body 42 is plated with a hard wear-resistant metal (electroless nickel) as a friction material.
Japanese Patent No. 3170634 Japanese Unexamined Patent Publication No. 7-193291

しかしながら、従来、前述のように、振動体は樹脂からなる回路基板46eを挟むため、電力を供給する手段としては簡単で信頼性も高かったが、振動時の振動減衰が大きく、エネルギー損失が大きかった。そのため、このような振動体を用いた、振動波アクチュエータのひとつである振動波モータは、モータ効率やモータ性能の低下を招いていた。   Conventionally, however, as described above, since the vibration body sandwiches the circuit board 46e made of resin, it is simple and reliable as a means for supplying power, but the vibration attenuation during vibration is large and the energy loss is large. It was. Therefore, the vibration wave motor that is one of the vibration wave actuators using such a vibration body has caused a reduction in motor efficiency and motor performance.

さらに、最近のデジタル機器に搭載する振動波モータは、より小型で高性能が要求されてきており、小型の振動体になればなるほど、従来のような回路基板を挟むことが、振動体に悪影響を与え易く、振動波モータの性能を悪くすることが予想された。   Furthermore, the vibration wave motors installed in recent digital devices have been required to be smaller and have higher performance, and the smaller the vibrating body, the more negatively the conventional circuit board is sandwiched. It was predicted that the performance of the vibration wave motor would be deteriorated.

また、振動体の弾性体に加圧接触する接触体は、弾性体の接触面を摩耗させるが、従来のメッキによる硬質金属では、硬質とはいえ金属であるので、耐磨耗性が不十分であった。   In addition, the contact body that is in pressure contact with the elastic body of the vibrating body wears the contact surface of the elastic body. However, the hard metal by conventional plating is a metal although it is hard, so the wear resistance is insufficient. Met.

本出願に係る発明の目的は、振動体に、回路基板を挟むために起こる振動減衰による振動体や振動波モータの効率や性能の低下を防ぎ、振動波モータの高効率化や高性能化が可能で、振動波モータの高寿命化になる信頼性の高い振動体を提供することにある。   The purpose of the invention according to the present application is to prevent a decrease in efficiency and performance of the vibration body and the vibration wave motor due to vibration attenuation caused by sandwiching the circuit board in the vibration body, and to improve the efficiency and performance of the vibration wave motor. An object of the present invention is to provide a highly reliable vibrator capable of extending the life of a vibration wave motor.

本出願に係る発明の目的を実現する第1の構成は、電気機械エネルギー変換素子と、ひとつまたは複数の弾性体からなり、電気機械エネルギー変換素子に電力を供給することにより振動を励起する振動体において、ひとつまたは複数の前記弾性体がセラミックスからなり、前記電気機械エネルギー変換素子に接する前記弾性体の表面に配線パターンを形成し、前記電気機械エネルギー変換素子に電力を供給することとしたを振動体である。   A first configuration that realizes the object of the invention according to the present application includes an electromechanical energy conversion element and one or a plurality of elastic bodies, and a vibration body that excites vibrations by supplying electric power to the electromechanical energy conversion element. The one or more elastic bodies are made of ceramics, a wiring pattern is formed on the surface of the elastic body in contact with the electromechanical energy conversion element, and power is supplied to the electromechanical energy conversion element. Is the body.

本出願に係る発明の目的を実現する第2の構成は、電気機械エネルギー変換素子と、ひとつまたは複数の弾性体からなり、電気機械エネルギー変換素子に電力を供給することにより振動を励起する振動体において、ひとつまたは複数の前記弾性体がセラミックスからなり、前記弾性体と相対的に移動し、前記弾性体の表面に加圧された接触体が接することとした振動体である。   A second configuration that realizes the object of the invention according to the present application includes an electromechanical energy conversion element and one or a plurality of elastic bodies, and a vibration body that excites vibrations by supplying electric power to the electromechanical energy conversion element. 1, wherein one or a plurality of the elastic bodies are made of ceramics, move relative to the elastic bodies, and contact the pressurized contact bodies with the surfaces of the elastic bodies.

本出願に係る発明の目的を実現する第3の構成は、上記第1と第2の構成を合わせ、電気機械エネルギー変換素子と、ひとつまたは複数の弾性体からなり、電気機械エネルギー変換素子に電力を供給することにより振動を励起する振動体において、ひとつまたは複数の前記弾性体がセラミックスからなり、前記電気機械エネルギー変換素子に接する一方の表面に配線パターンを形成し、もう一方の表面には、前記弾性体と相対的に移動し、加圧接触する接触体が接することとした振動体である。   A third configuration for realizing the object of the invention according to the present application is a combination of the first and second configurations, and includes an electromechanical energy conversion element and one or a plurality of elastic bodies. In the vibrating body that excites vibrations by supplying the one or more elastic bodies, one or a plurality of the elastic bodies are made of ceramics, and a wiring pattern is formed on one surface in contact with the electromechanical energy conversion element. It is a vibrating body that contacts with a contact body that moves relative to the elastic body and makes pressure contact.

本出願に係る発明の目的を実現する第4の構成は上記第1の構成の振動体を有し、前記弾性体の表面に加圧接触する接触体が前記弾性体と相対的に移動することを特徴とする振動波アクチュエータである。   A fourth configuration for realizing the object of the invention according to the present application includes the vibrating body according to the first configuration, and a contact body that is in pressure contact with the surface of the elastic body moves relative to the elastic body. This is a vibration wave actuator characterized by the following.

本出願に係る発明の目的を実現する第5の構成は上記第2の構成の振動体を有し、前記弾性体の表面に加圧接触する接触体が前記弾性体と相対的に移動することを特徴とする振動波アクチュエータ。
本出願に係る発明の目的を実現する第6の構成は、上記第3の構成の振動体を有し、前記弾性体の表面に加圧接触する接触体が前記弾性体と相対的に移動することを特徴とする振動波アクチュエータ。
A fifth configuration that realizes the object of the invention according to the present application includes the vibrating body according to the second configuration, and a contact body that is in pressure contact with the surface of the elastic body moves relative to the elastic body. Vibration wave actuator characterized by.
A sixth configuration that realizes the object of the invention according to the present application includes the vibrating body according to the third configuration, and a contact body that is in pressure contact with the surface of the elastic body moves relative to the elastic body. A vibration wave actuator characterized by that.

本出願に係る発明の目的を実現する第7の構成は、上記第1から3において、前記電気機械エネルギー変換素子は複数の電極領域を形成した電気機械エネルギー変換素子機能を有する材料を複数層重ねた電気機械エネルギー変換素子であることである。   According to a seventh configuration for realizing the object of the invention according to the present application, in the first to third aspects, the electromechanical energy conversion element includes a plurality of layers of materials having an electromechanical energy conversion element function in which a plurality of electrode regions are formed. It is an electromechanical energy conversion element.

本出願に係る発明の目的を実現する第8の構成は、上記第1から6において、前記弾性体は、アルミナ、炭化ケイ素、窒化ケイ素、ジルコニアか、または、これらを主成分とするセラミックスからなることを特徴とする振動体または振動波アクチュエータである。   According to an eighth configuration for realizing the object of the invention according to the present application, in the first to sixth aspects, the elastic body is made of alumina, silicon carbide, silicon nitride, zirconia, or ceramics mainly composed of these. This is a vibrating body or a vibration wave actuator.

本出願に係る発明の目的を実現する第9の構成は、上記第1、3、4、6において、前記弾性体の表面に形成する前記配線パターンは導電性を有する金属を付着させたことを特徴とする振動体または振動波アクチュエータである。   According to a ninth configuration for realizing the object of the invention according to the present application, in the first, third, fourth, and sixth, the wiring pattern formed on the surface of the elastic body has a conductive metal attached. The vibration body or the vibration wave actuator is characterized.

上記した構成によれば、振動体ならびに振動波アクチュエータのエネルギー損失を少なくでき、高効率化や高性能化が可能となる。さらに、セラミックスからなる前記弾性体の表面に加圧接触する接触体が、前記弾性体と相対的に移動するようにした振動波アクチュエータは、摩擦材料の耐磨耗性も向上し、振動波モータの寿命の向上も図れるものである。とりわけ、小型の振動体や振動波モータにとって好適である。   According to the above configuration, energy loss of the vibrating body and the vibration wave actuator can be reduced, and high efficiency and high performance can be achieved. Further, the vibration wave actuator in which the contact body that is in pressure contact with the surface of the elastic body made of ceramic moves relative to the elastic body improves the wear resistance of the friction material, and the vibration wave motor It is possible to improve the service life of the battery. In particular, it is suitable for a small vibrating body and a vibration wave motor.

本発明によれば、セラミックスからなる弾性体の表面に配線パターンを形成したので、従来の回路基板を廃止でき、振動子のエネルギー損失を低減できる。さらに、セラミックス自体が減衰の少ない材料でもあり、振動子のエネルギー損失を低減できる。これらの結果、振動波モータの効率、性能を向上させることが可能である。同時に、弾性体はセラミックスからなるため、接触部の耐磨耗性も向上し、従来、振動波モータの耐久時間を向上させることが可能となる。   According to the present invention, since the wiring pattern is formed on the surface of the elastic body made of ceramics, the conventional circuit board can be eliminated and the energy loss of the vibrator can be reduced. Furthermore, the ceramic itself is also a material with little attenuation, and energy loss of the vibrator can be reduced. As a result, the efficiency and performance of the vibration wave motor can be improved. At the same time, since the elastic body is made of ceramic, the wear resistance of the contact portion is also improved, and the durability time of the vibration wave motor can be improved conventionally.

また、本発明は小型の振動波モータに適用することで、セラミックスの加工を極力廃止でき、コストの低減につながる。以上の結果、信頼性の高い振動体等を容易に、かつ安価に提供することができ、振動波モータとってその効果は大きい。   Moreover, by applying the present invention to a small vibration wave motor, the processing of ceramics can be eliminated as much as possible, leading to cost reduction. As a result, a highly reliable vibrating body and the like can be provided easily and inexpensively, and the effect of the vibration wave motor is great.

(実施の形態)
図1は本発明に係る第1実施の形態を示す。図1は棒状の新しい振動波アクチュエータのひとつである振動波モータの断面図であり、その振動体1はセラミックス(アルミナ)からなる弾性体2と金属である黄銅からなる弾性体3からなり、その間に、積層圧電素子5を挟み、鋼からなるシャフト4とナット7により締め付けている。
(Embodiment)
FIG. 1 shows a first embodiment according to the present invention. FIG. 1 is a cross-sectional view of a vibration wave motor which is one of new rod-like vibration wave actuators, and its vibration body 1 is composed of an elastic body 2 made of ceramics (alumina) and an elastic body 3 made of metal brass. Further, the laminated piezoelectric element 5 is sandwiched between the shaft 4 and the nut 7 made of steel.

図2にセラミックスからなる弾性体2の積層圧電素子5に接する片面に形成した配線パターン2bを示す。配線パターン2bはセラミックスの表面にスクリーン印刷法にて、厚さ数μmの銀からなる導体を印刷し、その後、焼き付けて形成している。そして、配線パターン2bにはフラットケーブル6がはんだ付けで取り付けられている。配線パターン2bは次に示す積層圧電素子5の表面の電極と直接接触して導通し、外部電源から電力を供給することが可能となっている。   FIG. 2 shows a wiring pattern 2b formed on one surface in contact with the laminated piezoelectric element 5 of the elastic body 2 made of ceramics. The wiring pattern 2b is formed by printing a conductor made of silver having a thickness of several μm on the surface of ceramic by screen printing, and then baking it. A flat cable 6 is attached to the wiring pattern 2b by soldering. The wiring pattern 2b is brought into direct contact with the electrode on the surface of the laminated piezoelectric element 5 described below, and can be supplied with electric power from an external power source.

図3の電気機械エネルギー変換素子は、複数の電極領域を形成した電気機械エネルギー変換素子機能を有する材料を複数層重ねた電気機械エネルギー変換素子であり、従来例より小径化した積層圧電素子5を示す。各層の圧電層の片面側に電極A、A´、B、B´を形成され、圧電層の上下に対向する電極AとAG、A´とA´G、BとBG、B´とB´Gの間に交流電圧を印可することにより、振動体の振動源となる発生力が得られる。   The electromechanical energy conversion element of FIG. 3 is an electromechanical energy conversion element in which a plurality of materials having an electromechanical energy conversion element function in which a plurality of electrode regions are formed are stacked. Show. Electrodes A, A ′, B, and B ′ are formed on one side of the piezoelectric layer of each layer, and electrodes A and AG, A ′ and A′G, B and BG, and B ′ and B ′ are opposed to the top and bottom of the piezoelectric layer. By applying an AC voltage between G, a generating force that becomes a vibration source of the vibrating body is obtained.

図3において、圧電層19−1〜19−nはスルーホール20により各層の8種の各電極A、A´、B、B´AG、AG´、BG、B´Gの導通を独立におこなっている。   In FIG. 3, the piezoelectric layers 19-1 to 19-n perform conduction of each of the eight types of electrodes A, A ′, B, B′AG, AG ′, BG, B′G independently through the through holes 20. ing.

また、表面にある、圧電層19−1に形成されたスルーホール20により外部との導通が得られ、各スルーホールに対応する配線パターン2bを形成した弾性体2と接触することで導通が行われる。   In addition, conduction to the outside is obtained by the through-hole 20 formed in the piezoelectric layer 19-1 on the surface, and conduction is performed by contacting the elastic body 2 in which the wiring pattern 2b corresponding to each through-hole is formed. Is called.

圧電層19−3は、電極A、A´、B、B´、が形成されて駆動用として用いられると共に、圧電層19−1、圧電層19−2に形成されたスルーホールと圧電層19−3以下の電極との接続のための配線部としての機能も併せ持つ。   The piezoelectric layer 19-3 has electrodes A, A ′, B, and B ′ formed thereon, and is used for driving. The piezoelectric layer 19-3 has through holes formed in the piezoelectric layer 19-1 and the piezoelectric layer 19-2 and the piezoelectric layer 19. -3 also has a function as a wiring part for connection with electrodes of 3 or less.

圧電層19−4には電極A、A´、B、B´、が形成され、さらに振動検出用の電極Sが形成され、この電極Sと上下に形成される電極AG間に、振動に伴い発生する電圧によりセンサ(S相)としての出力を発生する。   Electrodes A, A ′, B, and B ′ are formed on the piezoelectric layer 19-4, and further, an electrode S for vibration detection is formed. The vibration between the electrode S and the upper and lower electrodes AG is accompanied by vibration. Output as sensor (S phase) is generated by the generated voltage.

圧電層19−5〜19−(n−1)においても同様にほぼ十字形状の絶縁部で隔てられた4つに分割された電極A、A´、B、B´または,AG、AG´、BG、B´Gが形成されている。そして、同一の圧電層において、中心軸に対して対向する電極AとAG、A´とA´G間は互いに逆方向に、事前に分極されている。さらに、電極BとBG、B´とB´G間も互いに逆方向に、事前に分極されている。   Similarly, the piezoelectric layers 19-5 to 19- (n-1) are divided into four electrodes A, A ', B, B' or AG, AG ', separated by a substantially cross-shaped insulating portion. BG and B′G are formed. In the same piezoelectric layer, the electrodes A and AG and A ′ and A′G facing the central axis are previously polarized in opposite directions. Further, the electrodes B and BG and B ′ and B′G are also polarized in advance in opposite directions.

圧電層19−3以下の、これら4つの電極A、A´、B、B´は電極A、A´がA相駆動用、同様に、電極B、B´がB相駆動用にそれぞれ用いられる。   These four electrodes A, A ′, B, and B ′ below the piezoelectric layer 19-3 are used for driving the A phase for the electrodes A and A ′, and similarly for the B phase driving for the electrodes B and B ′. .

また、積層圧電素子5において、電極が4つの領域に分割されているのは、振動波モータの駆動力を有効に使うためである。   In the laminated piezoelectric element 5, the electrodes are divided into four regions in order to effectively use the driving force of the vibration wave motor.

これらの圧電層19は積層化され一体化された後、焼成されて積層圧電素子5が作られる。   These piezoelectric layers 19 are laminated and integrated, and then fired to produce the laminated piezoelectric element 5.

圧電層19−nは、絶縁層としての役目を有するとともに、本積層圧電素子が焼成一体化されたのちに、圧電層19−1、19−2と共に、両面ラップ加工され平滑にする際の加工代の役目も持つ。   The piezoelectric layer 19-n has a role as an insulating layer, and after the laminated piezoelectric element is fired and integrated, the piezoelectric layers 19-1 and 19-2 are processed together with a double-sided lapping process for smoothing. Also serves as a teenager.

そして、積層圧電素子5の表面にある圧電層19−1に形成された各スルーホール20と、各スルーホール20に対応する図2の弾性体2の片面に形成した配線パターン2bが直接接触することで導通が行われる。   And each through-hole 20 formed in the piezoelectric layer 19-1 in the surface of the laminated piezoelectric element 5 and the wiring pattern 2b formed in the single side | surface of the elastic body 2 of FIG. In this way, conduction is performed.

なお、振動体1の長さ(シャフト4の長さ)は9.5mmで、弾性体2と3の外径は9mm、厚さはそれぞれ1.0mm、0.8mm、配線パターン2bの直径は7mmである。積層圧電素子5の外径は6mm、厚さ約1.3mm、層数は22層(図において、nは22)である。層数はモータの仕様に合わせ任意に変えることが出きる。   The length of the vibrating body 1 (the length of the shaft 4) is 9.5 mm, the outer diameters of the elastic bodies 2 and 3 are 9 mm, the thicknesses are 1.0 mm and 0.8 mm, respectively, and the diameter of the wiring pattern 2b is 7 mm. . The laminated piezoelectric element 5 has an outer diameter of 6 mm, a thickness of about 1.3 mm, and 22 layers (n is 22 in the figure). The number of layers can be changed arbitrarily according to the motor specifications.

図1において、アルマイト処理が施されたアルミのロータ8には、鉄系金属製のばねケース9が接着剤等により接合されている。ばねケース9には、ばねをガイドするシリンダー部とその下部にばねを受けるフランジ部とが設けられており、このフランジとギア11の下部とで加圧ばね14を挟み込んで圧縮し、ロータ8の先端を弾性体2の接触面2aに押し付けている。   In FIG. 1, a ferrous metal spring case 9 is joined to an aluminum rotor 8 that has been subjected to alumite treatment by an adhesive or the like. The spring case 9 is provided with a cylinder portion that guides the spring and a flange portion that receives the spring at a lower portion thereof. A compression spring 14 is sandwiched between the flange and the lower portion of the gear 11 to compress the spring 8. The tip is pressed against the contact surface 2 a of the elastic body 2.

ギア11は、シャフト4に設けられた位置決め用段部により位置決めされたモータ取り付け用フランジ12と、これを固定するためのナット13によりスラスト方向に位置決めされ、フランジ12との接触個所で回転摺動部が形成されて回転自在に支持されている。   The gear 11 is positioned in the thrust direction by a motor mounting flange 12 positioned by a positioning step provided on the shaft 4 and a nut 13 for fixing the motor mounting flange 12, and rotates and slides at a contact point with the flange 12. A part is formed and is rotatably supported.

上記構成の振動波モータの駆動は、不図示の外部電源から位相の異なる2相の交流信号を積層圧電素子5に印可すると、シャフト4の長手方向に対する2方向の曲げ振動が前記弾性体に励振され、該弾性体は曲げ振動を発生する。このとき、弾性体2の片面の摩擦面である接触面2aとロータ8との接触部には楕円振動が起こり、これによりロータ8、ばねケース9、ギア11は一体となって回転する。なお、ばねケース9には半径方向に2本の溝9aが設けられており、この溝9aとギア11に設けられた2本の突起11aが嵌合しているので、ロータ8の回転力がギア11に伝達されるよう構成されている。   The vibration wave motor configured as described above is driven by applying two-phase AC signals having different phases to the laminated piezoelectric element 5 from an external power source (not shown), and bending vibration in two directions with respect to the longitudinal direction of the shaft 4 is excited in the elastic body. The elastic body generates a bending vibration. At this time, elliptical vibration occurs in the contact portion between the contact surface 2a, which is a friction surface on one side of the elastic body 2, and the rotor 8, whereby the rotor 8, the spring case 9, and the gear 11 rotate together. The spring case 9 is provided with two grooves 9a in the radial direction. Since the grooves 9a and the two protrusions 11a provided on the gear 11 are fitted, the rotational force of the rotor 8 is reduced. It is configured to be transmitted to the gear 11.

そして、振動波モータはフランジ12を介して取り付け台16に、ネジ15で締め付けられて機器に組み込まれる。   Then, the vibration wave motor is fastened to the mounting base 16 via the flange 12 with a screw 15 and incorporated into the device.

つまり、振動体1の弾性体2は絶縁性を有するセラミックスであるアルミナからなり、接触面2aはロータと接触し、摩擦力を与える摩擦材として、もう一方の片面は積層圧電素子5に電力を供給するための配線パターンの基板としての役割を有している。   That is, the elastic body 2 of the vibrating body 1 is made of alumina, which is an insulating ceramic, the contact surface 2a is in contact with the rotor, and the other surface serves as a friction material for applying a frictional force. It serves as a substrate for a wiring pattern to be supplied.

この結果、従来のように、振動子を減衰させる回路基板を挟む必要がなくなり、モータ効率が高く、性能のよい振動波モータとなった。さらに、弾性体は摩擦材として、セラミックスを用いているので耐磨耗性が向上し、振動波モータの耐久性、すなわち、寿命も長くなった。   As a result, there is no need to sandwich a circuit board for attenuating the vibrator as in the prior art, and the vibration wave motor has high motor efficiency and good performance. Further, since the elastic body uses ceramics as a friction material, the wear resistance is improved, and the durability, that is, the life of the vibration wave motor is extended.

さらに詳しく説明すると、弾性体にセラミックスを用いた理由は3つある。ひとつは、機械的な性質が振動体に有利であること。すなわち、従来、振動体は黄銅やアルミ、鋼などの金属であったが、セラミックは金属と同様に振動の減衰の少ない材料であるとともに、比重が金属よりも小さく、ヤング率が大きいなど軽量化、小型化に有利である。   More specifically, there are three reasons for using ceramics for the elastic body. One is that the mechanical properties are advantageous for vibrating bodies. In other words, the vibrating body has conventionally been a metal such as brass, aluminum, or steel, but ceramic is a material with less vibration damping, as is the case with metals, and has a lower specific gravity and a higher Young's modulus. This is advantageous for downsizing.

2つめは、セラミックスは金属よりも硬い材料であり、摺動部の摩擦材料として最適である。3つめは、金属と異なり、導電性をもたない材料であるため、回路パターンの基板として使い易い。   Second, ceramic is a material harder than metal, and is optimal as a friction material for sliding parts. The third, unlike metal, is a material that does not have conductivity, so it is easy to use as a circuit pattern substrate.

ただし、従来、セラミックスが弾性体として、使用されなかった理由は、加工性が悪く機械加工費がかなり高くなるためであった。今回、弾性体の形状は極力単純化し、円盤状にしたこと。さらに、小型の振動波モータの開発のため、振動体の寸法が小型化したため、セラミックス焼成後の外径や内径の加工を省いても、比較的精度の良い部品になり、コストがあまり上がらなかった。以上のような理由で今回、セラミックスを採用した。   However, the reason why ceramics have not been used as an elastic body is that the workability is poor and the machining cost is considerably high. This time, the shape of the elastic body was simplified as much as possible to make it a disk. Furthermore, because the size of the vibrating body has been reduced due to the development of a small vibration wave motor, even if the outer and inner diameters after firing the ceramic are omitted, it becomes a relatively accurate part and the cost does not increase much. It was. For this reason, ceramics was used this time.

弾性体2は99.5%のアルミナ粉末を、有機バインダーと混ぜ顆粒状に造粒し、粉末プレスの金型に入れ、加圧成形し、約1650℃で焼成し製作した。もちろん、セラミックスは、一般に市販され入手しやすく安価なものほど良いが、一般的には、アルミナ(Al2O3)、炭化ケイ素(SiC)、窒化ケイ素(Si3N4)、ジルコニア(ZrO2)などがある。また、これらは各メーカにより微量な添加成分が異なり、それぞれの用途に供されている。本発明では、これらを主成分とするセラミックスなどであっても良い。各セラミックスはコスト、耐磨耗性などを考慮して、モータの仕様にあわせて選択すれば良い。ちなみに、本例ではコストを重視し、耐磨耗性も比較的良好なアルミナを使った。 The elastic body 2 was produced by mixing 99.5% alumina powder with an organic binder and granulating it into granules, placing it in a powder press mold, press molding, and firing at about 1650 ° C. Of course, ceramics that are generally commercially available and inexpensive are better, but in general, alumina (Al 2 O 3 ), silicon carbide (SiC), silicon nitride (Si 3 N 4 ), zirconia (ZrO 2 ) )and so on. In addition, these manufacturers have a small amount of additive components and are used for their respective purposes. In the present invention, ceramics having these as main components may be used. Each ceramic may be selected according to the motor specifications in consideration of cost, wear resistance, and the like. By the way, in this example, importance was put on cost, and alumina with relatively good wear resistance was used.

弾性体2の片面の配線パターンは、本例の様にスクリーン印刷法で、金属ペーストを印刷し焼き付けても良く、また、焼き付け温度が低く安価な接着剤入りの金属粉末を印刷する方法でも良い。また、大量生産には、真空蒸着法やスパッタ法などで金属を付着させても良い、使用する金属は、導電性の良いものが望ましい。例えば、銀、金、白金、パラジウムなどの貴金属、また、ニッケル、クロム、銅などでも良い。また、付着させる金属層の厚さはセラミックスの表面の粗さを考慮し、0.1から10μmもあれば問題はない。   The wiring pattern on one side of the elastic body 2 may be printed by a metal paste by screen printing as in this example, or may be printed by a metal powder containing an adhesive having a low baking temperature and low cost. . Further, for mass production, a metal may be deposited by a vacuum deposition method, a sputtering method, or the like. The metal to be used is preferably a conductive material. For example, noble metals such as silver, gold, platinum and palladium, nickel, chromium and copper may be used. Further, the thickness of the metal layer to be deposited is not problematic if it is 0.1 to 10 μm in consideration of the roughness of the ceramic surface.

なお、本例では、弾性体2のセラミックスは、成形焼成後、両面ラップ加工を行い、両面の表面粗さを約数μmにした後、片面の接触面はさらにポリッシュ加工し粗さ0.5μm以上に良く仕上げ耐磨耗性を向上させている。そして、もう一方のラップ面に銀ペーストを印刷し配線パターンを形成した。   In this example, the ceramic of the elastic body 2 is subjected to double-sided lapping after forming and firing to reduce the surface roughness on both sides to about several μm, and then the one-side contact surface is further polished to have a roughness of 0.5 μm or more. It has a good finish and improved wear resistance. Then, a silver paste was printed on the other wrap surface to form a wiring pattern.

また、配線パターンとの導通は、本例以外に、ワイヤや他の回路基板であっても良いし、はんだ付け以外に導電性接着剤を用いても良い。本例では、積層圧電素子を用いたが、もちろん、単板の圧電素子であっても、従来通常は銅板を用いていたが、本例は適用可能である。   In addition to this example, the wiring pattern may be electrically connected to a wire or another circuit board, or a conductive adhesive may be used in addition to soldering. In this example, a laminated piezoelectric element is used. Of course, even a single-plate piezoelectric element has conventionally used a copper plate, but this example is applicable.

本発明による実施例の振動体を組み込んだ振動波モータを示す。1 shows a vibration wave motor incorporating a vibrating body according to an embodiment of the present invention. 本発明の振動体に形成した配線パターンを示す。The wiring pattern formed in the vibrating body of this invention is shown. 本発明による実施例の振動体を組み込んだ振動波モータに用いた積層圧電素子を示す。The laminated piezoelectric element used for the vibration wave motor incorporating the vibrating body of the Example by this invention is shown. 従来の回路基板を用いた振動体を示す。A vibrator using a conventional circuit board is shown. 従来の回路基板を示す。1 shows a conventional circuit board.

符号の説明Explanation of symbols

1 振動体
2 セラミックスからなる弾性体
2a 接触面
2b 配線パターン
3 金属弾性体
5 積層圧電素子
6 ケーブル
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Vibration body 2 Elastic body which consists of ceramics 2a Contact surface 2b Wiring pattern 3 Metal elastic body 5 Multilayer piezoelectric element 6 Cable

Claims (9)

電気機械エネルギー変換素子と、ひとつまたは複数の弾性体からなり、電気機械エネルギー変換素子に電力を供給することにより振動を励起する振動体において、ひとつまたは複数の前記弾性体がセラミックスからなり、前記電気機械エネルギー変換素子に接する前記弾性体の表面に配線パターンを形成し、前記電気機械エネルギー変換素子に電力を供給することを特徴とする振動体。   An electromechanical energy conversion element and one or a plurality of elastic bodies, and a vibration body that excites vibrations by supplying electric power to the electromechanical energy conversion element, wherein the one or more elastic bodies are made of ceramics, A vibrating body, wherein a wiring pattern is formed on a surface of the elastic body in contact with a mechanical energy conversion element, and electric power is supplied to the electromechanical energy conversion element. 電気機械エネルギー変換素子と、ひとつまたは複数の弾性体からなり、電気機械エネルギー変換素子に電力を供給することにより振動を励起する振動体において、ひとつまたは複数の前記弾性体がセラミックスからなり、前記弾性体と相対的に移動し、前記弾性体の表面に加圧された接触体が接することを特徴とする振動体。   An electromechanical energy conversion element and one or a plurality of elastic bodies, and a vibration body that excites vibrations by supplying electric power to the electromechanical energy conversion element, wherein one or a plurality of the elastic bodies are made of ceramics and the elastic A vibrating body, wherein the vibrating body moves relative to the body, and a pressed contact body contacts the surface of the elastic body. 電気機械エネルギー変換素子と、ひとつまたは複数の弾性体からなり、電気機械エネルギー変換素子に電力を供給することにより振動を励起する振動体において、ひとつまたは複数の前記弾性体がセラミックスからなり、前記電気機械エネルギー変換素子に接する一方の表面に配線パターンを形成し、もう一方の表面には、前記弾性体と相対的に移動し、加圧接触する接触体が接することを特徴とする振動体。   An electromechanical energy conversion element and one or a plurality of elastic bodies, and a vibration body that excites vibrations by supplying electric power to the electromechanical energy conversion element, wherein the one or more elastic bodies are made of ceramics, A vibrating body, wherein a wiring pattern is formed on one surface in contact with a mechanical energy conversion element, and a contact body that moves relative to the elastic body and is in pressure contact is in contact with the other surface. 請求項1の振動体を有し、前記弾性体の表面に加圧接触する接触体が前記弾性体と相対的に移動することを特徴とする振動波アクチュエータ。   A vibration wave actuator comprising the vibrating body according to claim 1, wherein a contact body that is in pressure contact with a surface of the elastic body moves relative to the elastic body. 請求項2の振動体を有し、前記弾性体の表面に加圧接触する接触体が前記弾性体と相対的に移動することを特徴とする振動波アクチュエータ。   A vibration wave actuator comprising the vibrating body according to claim 2, wherein a contact body that pressurizes and contacts the surface of the elastic body moves relative to the elastic body. 請求項3の振動体を有し、前記弾性体の表面に加圧接触する接触体が前記弾性体と相対的に移動することを特徴とする振動波アクチュエータ。   A vibration wave actuator comprising the vibrating body according to claim 3, wherein a contact body that is in pressure contact with the surface of the elastic body moves relative to the elastic body. 請求項1から3において、前記電気機械エネルギー変換素子は複数の電極領域を形成した電気機械エネルギー変換素子機能を有する材料を複数層重ねた電気機械エネルギー変換素子であることを特徴とする振動体。   4. The vibrating body according to claim 1, wherein the electromechanical energy conversion element is an electromechanical energy conversion element in which a plurality of layers having a material having an electromechanical energy conversion element function in which a plurality of electrode regions are formed are stacked. 請求項1から6において、前記弾性体は、アルミナ、炭化ケイ素、窒化ケイ素、ジルコニアか、または、これらを主成分とするセラミックスからなることを特徴とする振動体または振動波アクチュエータ。   7. The vibrating body or the vibration wave actuator according to claim 1, wherein the elastic body is made of alumina, silicon carbide, silicon nitride, zirconia, or ceramics mainly composed of these. 請求項1、3、4、6において、前記弾性体の表面に形成する前記配線パターンは導電性を有する金属を付着させたことを特徴とする振動体または振動波アクチュエータ。   7. The vibrating body or the vibration wave actuator according to claim 1, wherein the wiring pattern formed on the surface of the elastic body has a conductive metal attached thereto.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2016040993A (en) * 2014-08-13 2016-03-24 セイコーエプソン株式会社 Piezoelectric drive device, robot, and drive method therefor

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