JP2005210860A - 振動アクチュエータ及び振動アクチュエータの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】弾性体表面と導電性樹脂材料との間の接合強度を向上し、経時変化及び環境変化によらず安定した接合強度及び低い接触抵抗値を確保し、高い信頼性を有した振動アクチュエータ及び振動アクチュエータの製造方法を提供する。
【解決手段】駆動信号により励振される圧電体１３に接合され、励振により駆動面に振動波を生じる弾性体１２を有する振動体１１を有する振動アクチュエータにおいて、振動体１１に形成され、導電接合材料３２によって、弾性体１２と圧電体１１との間を電気的に導通可能に接合する導電接合部を備え、弾性体の導電接合材料が塗布され接合される弾性体側接合部は、十点平均粗さＲｚが、４〜７μｍの範囲とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、振動子を構成する弾性体と圧電体との導電接合部を改良した振動アクチュエータ及び振動アクチュエータの製造方法に関するものである。

従来、この種の振動アクチュエータは、特許文献１で公知のように、圧電体の伸縮を利用して、弾性体の駆動面に進行性振動波を発生させ、この進行波によって、駆動面には楕円運動が生じ、この楕円運動の波頭に加圧接触した移動子が駆動される。このような振動アクチュエータは、低回転でも高トルクを有するという特徴があるので、駆動装置に搭載した場合に、その駆動装置のギアを省略することができるため、ギア騒音をなくしたり、位置決め精度が向上したりできるという利点がある。

このような振動アクチュエータの振動子は、圧電体と弾性体とから構成されており、圧電体と弾性体とは、接着剤等により接合されている。圧電体への駆動信号の供給は、リード線、又は、特許文献２等に開示されているように、フレキシブルプリント基板により行われている。

上述した従来の振動アクチュエータでは、駆動信号の供給は、Ａ相への駆動信号系と、Ｂ相への駆動信号系と、グランド系との少なくとも３系統の信号線が必要となる。これは、信号線に、リード線を用いた場合でも、フレキシブルプリント基板を用いた場合でも、同様である。
例えば、駆動信号の供給がフレキシブルプリント基板により行われる場合には、Ａ相への駆動信号線とＢ相への駆動信号線は、それぞれ圧電体のＡ相電極とＢ相電極とにフレキシブルプリント基板の対応するランド部を接合し、グランドへの信号線は、圧電体のグランド用電極に接合する。

しかし、グランド信号線を接合したグランド用電極は、それ自体ではグランドがとれず、弾性体を介してグランド用電極と導通させてやる必要が生じる。ここで、圧電素子のグランド用電極と弾性体とを電気的に接続する場合、リード線やはんだブリッジ等の方法もあるが、コストが高くなるということと、構造的な制約を受ける場合がある。その対策としてスペースや技術的に容易な導電性樹脂材料（導電接合材料）が多く使用されている。
具体的には、導電性樹脂材料を弾性体と圧電体のグランド用電極とを跨ぐように塗布し、弾性体とグランド用電極とを導通させる。

しかし、上述した、導電性樹脂材料を用いた場合、はんだブリッジと比較すると密着強度が弱い。そのため、接触などにより剥がれる可能性がある。
また、弾性体表面に酸化皮膜が生成されていると、弾性体との間の接触低抗が高くなってしまう場合がある。その場合、モータ性能の悪化や経時変化により接触低抗が増加したり、断線したりするというおそれがあった。
特に、ステンレスを素材とした弾性体では、その表面に酸化被膜が形成されやすく、上記問題が生じるおそれが高かった。

図５は、経時変化による接触抵抗の変化を示す図である。
図５に示したデータは、弾性体の材料として、酸化皮膜の生成しやすいステンレスを用いて、導電性樹脂材料との接触低抗を測定し、高温高湿環境に一定時間放置した後に接触低抗の変化を測定した結果である。経時変化により接触低抗が増加していることが分かる。
特公平１−１７３５４号公報 特開昭６２−２０１０７２号公報

本発明の課題は、弾性体表面と導電性樹脂材料との間の接合強度を向上し、経時変化及び環境変化によらず安定した接合強度及び低い接触抵抗値を確保し、高い信頼性を有した振動アクチュエータ及び振動アクチュエータの製造方法を提供することである。

本発明は、以下のような解決手段により、前記課題を解決する。なお、理解を容易にするために、本発明の実施例に対応する符号を付して説明するが、これに限定されるものではない。すなわち、請求項１の発明は、駆動信号により励振される圧電体（１３）及びその圧電体に接合され、前記励振により駆動面に振動波を生じる弾性体（１２）を有する振動体（１１）を有する振動アクチュエータにおいて、前記振動体に形成され、導電接合材料（３２）によって、前記弾性体と前記圧電体との間を電気的に導通可能に接合する導電接合部を備え、前記弾性体の前記導電接合材料が塗布され接合される弾性体側接合部は、十点平均粗さＲｚが、４〜７μｍの範囲であること、を特徴とする振動アクチュエータである。

請求項２の発明は、請求項１に記載の振動アクチュエータにおいて、前記弾性体側接合部は、酸化被膜が除去されていること、を特徴とする振動アクチュエータである。

請求項３の発明は、駆動信号により励振される圧電体（１３）及びその圧電体に接合され、前記励振により駆動面に振動波を生じる弾性体（１２）を有する振動体（１１）を有する振動アクチュエータの製造方法において、前記弾性体の少なくとも一部を十点平均粗さＲｚが、４〜７μｍの範囲となるように粗面化させる粗面化工程と、前記粗面化工程の後に、前記粗面化された部分と前記圧電体との間に導電接合材料（３２）を塗布してこれらの間を電気的に導通可能に接合する導電接合工程と、を有する振動アクチュエータの製造方法である。

請求項４の発明は、請求項３に記載の振動アクチュエータの製造方法において、前記導電接合工程は、前記粗面化工程終了後、前記粗面化された部分に酸化被膜が形成されるまでの間に行われること、を特徴とする振動アクチュエータの製造方法である。

本発明によれば、以下の効果を奏することができる。
（１）弾性体の導電接合材料が塗布され接合される弾性体側接合部は、十点平均粗さＲｚが、４〜７μｍの範囲であるので、弾性体と導電接合材料との間の接合強度を増すことができ、経時変化及び環境変化によらず安定した接合強度を保持することができる。

（２）弾性体側接合部は、酸化被膜が除去されているので、接触抵抗値を低い値とすることができるとともに、経時変化及び環境変化によらず、この低い接触抵抗値を保つことができる。

以下に図面等を参照して、発明を実施するための最良の形態を、実施例をあげて説明する。

以下、図面等を参照しながら、本発明の実施の形態について、さらに詳しく説明する。
図１は、本発明の実施例の超音波モータ１０を説明する図である。
本実施例の振動アクチュエータは、超音波モータ１０であり、振動子１１と移動子１７とを備え、振動子１１側を固定とし、移動子（相対運動部材）１７側を回転駆動する形態となっている。そして、振動子１１の下側には、振動吸収部材１４、加圧板１５、加圧部材１６、支持部材１９Ａが配置され、移動子１７の上側には、振動吸収部材１８、回転部材１９Ｂが配置されている。

振動子１１は、弾性体１２と、弾性体１２に接合され、電気エネルギーを機械エネルギーに変換する圧電素子や電歪素子等を例とした電気機械変換素子（以下、圧電体と称する）１３とから構成されている。この振動体１１には、進行波が発生するが、本実施例では、９波の進行波が発生する。

弾性体１２は、共振先鋭度が大きな金属材料からなり、その形状は、円環形状となっている。本実施例では、ステンレスを素材としている。この弾性体１２の圧電体１３が接合される反対面には、溝が切ってあり、突起部（溝がない箇所）の先端面が、駆動面となり、移動子１７に加圧接触される。
溝を切る理由は、進行波の中立面をできる限り圧電体１３側に近づけ、これにより、駆動面の進行波の振幅を増幅させるためである。

圧電体１３は、円周方向に沿って２つの相（Ａ相、Ｂ相）に分かれており、各相においては、１／２波長毎に分極が交互となった要素が並べられていて、Ａ相とＢ相との間には、１／４波長分間隔が空くようにしてある。

圧電体１３の下には、振動吸収部材１４、加圧板１５、加圧部材１６、支持部材１９Ａが配置されている。
振動吸収部材１４は、圧電体１３の下に配置されており、振動子１１の振動を加圧板１５や加圧部材１６に伝えないようするための部材であり、例えば、不織布、フェルトなどが使用されている。
加圧板１５は、加圧部材１６の加圧を受けるための加圧力を伝達する部材である。
加圧部材１６は、加圧板１５の下に配置されていて、加圧力を発生させる部材である。本実施例では、加圧部材１６を皿バネとしたが、皿バネでなくとも、コイルバネやウェーブバネでもよい。支持部材１９Ａは、この超音波モータ１０を、固定側に支持する部材である。

移動子１７は、アルミニウム等の軽金属からなり、移動子１７の摺動面となる面には、耐摩耗性向上のための表面処理がなされている。この移動子１７の上には、移動子１７の縦方向の振動を吸収するために、ゴムなどの振動吸収部材１８が配置され、その上には、ベアリングなどの回転部材１９Ｂが配置されている。

図２は、本実施例による超音波モータ１０の導電接合部を説明する図である。
本実施例の超音波モータ１０は、弾性体１２と圧電体１３の一部との導電接合を行う導電接合部３２を備えている。
また、圧電体１３に駆動信号を供給するフレキシブルプリント基板３１が取り付けられている。
弾性体１２に接合された圧電体１３には、Ａ相の共通電極であるＡ相電極１３Ａと、Ｂ相の共通電極であるＢ相電極１３Ｂと、グランド用電極１３Ｇが設けられており、これらと不図示の駆動回路とが接続されるようにフレキシブルプリント基板３１が設けられている。

フレキシブルプリント基板３１は、Ａ相信号線３１ＡとＢ相信号線３１Ｂとグランド信号線３１Ｇを有しており、それぞれランド部（露出部）があり、その部分で、圧電体１３の銀製などのＡ相電極１３Ａ，Ｂ相電極１３Ｂ，グランド用電極１３Ｇに、導電接合材料３２によって接合されている。また、フレキシブルプリント基板３１の圧電体１３側のランド部とは逆の端部には、コネクタに接合されるランド部があり、その部分が回路につながる信号線にコネクタで接合される。

圧電体１３のＡ相電極１３ＡとＢ相電極１３Ｂとの間には、グランド用電極１３Ｇが設けられているが、グランド電極（不図示）は、Ａ相電極１３Ａ及びＢ相電極１３Ｂの裏面に形成され弾性体と導通しているため、弾性体１２を介してグランド用電極１３Ｇとグランド電極とを導通（導電接合）させてやる必要が生じる。
そこで、本実施例では、導電接合材料３２を弾性体１２と圧電体１３のグランド用電極１３Ｇとを跨ぐように塗布し、弾性体１２とグランド用電極１３Ｇとを導通させている。
本実施例では、導電接合材料３２として、イオタイトＢ−３０Ｔ（イオンケミー株式会社製）を用いた。このイオタイトＢ−３０Ｔは、扁平状銀粒子が変性ウレタン樹脂と溶媒によって精密に混練り分散された接着・導電剤であり、電気的導通を可能とするとともに接合を行う導電接合材料である。導電接合材料３２を塗布した部分には、塗布した部分がやや盛り上がる盛り上がり部３２ａが形成される。
本実施例では、導電接合材料３２は、加圧板１５の加圧力方向に干渉しないように形成してあり、例えば、図２（ｂ）に示すように、フレキシリブルプリント基板３１に、切り欠きを設け、その切り欠きの中から、弾性体１２までを導電接合材料３２で塗布した。

ここで、導電接合材料３２と弾性体１２との間の初期の接触低抗の大小、及び、経時変化の度合いには、弾性体１２の表面粗さが密接に関係している。
図３は、導電接合材料３２と弾性体１２との間の初期の接触低抗に及ぼす表面粗さの影響を示す図である。
図３より、表面粗さ（Ｒｚ）が４〜７μｍの間で接触抵抗値が最も小さく、それ以外の範囲では、接触低抗値が大きくなるのが分かる。
なお、本明細書中において、表面粗さ（Ｒｚ）とは、十点平均粗さを示すものとする。

図３から判るように、接触抵抗値を小さくするためには、弾性体１２の導電接合材料３２が塗布され接合される部分（弾性体側接合部）の表面粗さは、適度に粗いことが望ましいが、ある程度表面粗さが大きくなると接触低抗が上昇している。したがって、初期の接触抵抗値を小さくするためには、弾性体側接合部の表面粗さ（Ｒｚ）は、４〜７μｍの間とすることが望ましい。

図４は、本実施例における弾性体１２の弾性体側接合部の表面粗さが４〜７μｍとなるように表面処理を行った場合（処置Ｎｏ．１〜４）と、表面処理を行わなかった場合（未処置Ｎｏ．１〜３）とについて、高温高湿状態に放置した場合の接触低抗値の変化を示す図である。
図４から、弾性体１２の弾性体側接合部の表面粗さが４〜７μｍとなるように表面処理を行った場合には、経時変化による接触抵抗の増加を最小限に抑えることができることが判る。
このように、表面粗さ（Ｒｚ）を４〜７μｍにすると、最も安定した状態にすることができる。

（製造方法）
弾性体１２の弾性体側接合部の表面粗さを４〜７μｍとなるようにする具体的な方法として、本実施例では、砥石を利用して粗面化させる粗面化工程を行った。本実施例における弾性体１２の表面では、＃１２０の砥石を利用した場合が、最も安定した結果が得られた。
この粗面化する範囲は、導電接合材料３２を塗布する弾性体側接合部となる領域を行えばよく、弾性体１２の全体に行う必要はない。
なお、砥石を利用する以外にも、機械加工時の切削痕を上記の表面粗さに合わせてもよい。

上記粗面化工程を行った後、粗面化した部分と圧電体１３との間に導電接合材料を塗布してこれらの間を電気的に導通可能に接合する導電接合工程を行う。
なお、この導電接合工程は、粗面化工程終了後、粗面化された部分に酸化被膜が形成されるまでの間に行う必要がある。そのようにすることにより、弾性体１２の弾性体側接合部の表面から酸化被膜が粗面化工程により除去された状態で接合されることとなり、酸化被膜によって接触抵抗が上昇してしまうといった悪影響を排除することができる。

本実施例によれば、弾性体表面と導電性樹脂材料との間の接合強度が高まるので、経時変化及び環境変化によらず安定した接合強度を保持することができる。また、弾性体表面と導電性樹脂材料との間の密着性が高まり、接触抵抗値を低い値とすることができるとともに、経時変化及び環境変化によらずその低い接触抵抗値を保つことができる。

（変形例）
以上説明した実施例に限定されることなく、種々の変形や変更が可能であって、それらも本発明の均等の範囲内である。
（１）本実施例に示した導電接合材料は、一例であって、他の導電性接着剤であってもよい。

（２）本実施例において、超音波モータ１０は、９波の進行性振動波の超音波モータを用いたが、他の波数の進行性振動波でも、他の振動を用いた振動アクチュエ−タであっても、グランド用電極と弾性体との導通を導電接合材料等も用いて行う場合には、同様に適用でき、同様な効果が得られる。

本発明の実施例の超音波モータ１０を説明する図である。 本実施例による超音波モータ１０の導電接合部を説明する図である。 導電接合材料３２と弾性体１２との間の初期の接触低抗に及ぼす表面粗さの影響を示す図である。 本実施例における弾性体１２の弾性体側接合部の表面粗さが４〜７μｍとなるように表面処理を行った場合（処置Ｎｏ．１〜４）と、表面処理を行わなかった場合（未処置Ｎｏ．１〜３）とについて、高温高湿状態に放置した場合の接触低抗値の変化を示す図である。 経時変化による接触抵抗の変化を示す図である。

符号の説明

１０ 超音波モータ
１１ 振動子
１２ 弾性体
１３ 圧電体
１３Ａ Ａ相電極
１３Ｂ Ｂ相電極
１３Ｇ グランド用電極
１４ 振動吸収部材
１５ 加圧板
１５ａ 切り欠き
１６ 加圧部材
１７ 移動子
１８ 振動吸収部材
１９Ａ 支持部材
１９Ｂ 回転部材
３１ フレキシブルプリント基板
３１Ａ Ａ相信号線
３１Ｂ Ｂ相信号線
３１Ｇ グランド信号線
３２ 導電接合材料
３２ａ 盛り上がり部

Claims (4)

1. 駆動信号により励振される圧電体及びその圧電体に接合され、前記励振により駆動面に振動波を生じる弾性体を有する振動体を有する振動アクチュエータにおいて、
   前記振動体に形成され、導電接合材料によって、前記弾性体と前記圧電体との間を電気的に導通可能に接合する導電接合部を備え、
   前記弾性体の前記導電接合材料が塗布され接合される弾性体側接合部は、十点平均粗さＲｚが、４〜７μｍの範囲であること、
   を特徴とする振動アクチュエータ。
2. 請求項１に記載の振動アクチュエータにおいて、
   前記弾性体側接合部は、酸化被膜が除去されていること、
   を特徴とする振動アクチュエータ。
3. 駆動信号により励振される圧電体及びその圧電体に接合され、前記励振により駆動面に振動波を生じる弾性体を有する振動体を有する振動アクチュエータの製造方法において、
   前記弾性体の少なくとも一部を十点平均粗さＲｚが、４〜７μｍの範囲となるように粗面化させる粗面化工程と、
   前記粗面化工程の後に、前記粗面化された部分と前記圧電体との間に導電接合材料を塗布してこれらの間を電気的に導通可能に接合する導電接合工程と、
   を有する振動アクチュエータの製造方法。
4. 請求項３に記載の振動アクチュエータの製造方法において、
   前記導電接合工程は、前記粗面化工程終了後、前記粗面化された部分に酸化被膜が形成されるまでの間に行われること、
   を特徴とする振動アクチュエータの製造方法。
   

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