JP2537947B2 - 超音波モ―タ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は圧電体による超音波振動を利用した超音波モ
ータに関するものである。

従来の技術 一般に超音波モータは、電極を有する圧電体素子を接
着固定した金属弾性体よりなる振動体と移動体とが加圧
接触した構成であり、圧電体素子への電気入力によっ
て、圧電体素子と振動体に第５図に示すような超音波振
動の進行波を発生させ、その振動体と移動体との摩擦力
によって移動体を駆動させて機械エネルギーを得る原理
である。第５図において、１は圧電体素子であり、その
表面に金属弾性体２が接着固定されて、振動体を構成す
る。３は移動体であり、その表面に摩擦材４が固定され
ている。圧電体素子１に電気入力を加えることによって
金属弾性体２にＡ方向の超音波振動の進行波が発生す
る。金属弾性体２の各質点はＢのような楕円運動をして
おり、その各波頭は進行波の方向に対し、逆向きの横に
動き性質がある。進行波の谷の部分は進行波と同じ方向
の横に動く性質がある。したがって、金属弾性体２の表
面に置かれた移動体３は波頭の上部のみに接触して、金
属弾性体２との摩擦力によってＣ方向の横に駆動する。

このような超音波モータにおいて、金属弾性体２およ
び移動体３の材質として鉄やステンレスおよびアルミな
どが使用されている。

圧電体素子１は所定の方向に分離された板状圧電セラ
ミックの両方の表面に、進行波を励起させるために所定
の形状に複数個に分割された電極が付着形成されてい
る。この電極が形成された板状圧電体素子の一方の面
は、接着剤を用いて金属弾性体２に接着固定されて振動
体を構成している。

発明が解決しようとする課題 以上の構成よりなる超音波モータを高い湿度雰囲気中
で駆動させた場合、圧電セラミックの表面に形成された
電極が電気絶縁不良を生じ、モータが駆動しなくなる問
題点がある。また、接着剤部の吸湿による接着力の劣下
により、圧電体素子と金属弾性体との接着が剥がれた
り、また圧電セラミックが割れるという問題点がある。

本発明は、これらの問題点に鑑み、高湿度雰囲気中に
おいて、電気絶縁不良の発生がなく、耐湿信頼性に優れ
た超音波モータを提供することを目的とするものであ
る。

また、高湿度雰囲気中において、圧電体素子の剥離や
割れが生じなく、耐湿信頼性に優れた超音波モータの提
供を目的とするものである。

課題を解決するための手段 上記の目的を達成するために本発明は、電極が付着さ
れた板状圧電体素子の表面を可撓性耐湿性樹脂で被覆し
て構成する。また、他の手段は、圧電体素子と金属弾性
体との接着面に露出する接着剤表面を可撓性耐湿性樹脂
で被覆して構成する。また他の手段は、電極が付着され
た板状圧電体素子の表面および、圧電体素子と金属弾性
体との接着剤部表面を、可撓性耐湿性樹脂で被覆して構
成する。

さらに他の手段は、電極が付着された板状圧電体素子
の表面または（および）、圧電体素子と金属弾性体との
接着剤部表面を、可撓性樹脂で被覆し、さらにその上に
耐湿性樹脂で被覆して構成するものである。

作用 上記の構成によれば、電極が付着された板状圧電体素
子の表面を可撓性耐湿性樹脂で被覆することにより、電
極部および電極間への水分の浸入が抑制されるために、
電極部の電気的絶縁が向上し、また、被覆樹脂が可撓性
を有しているために圧電体素子の振動に応じて容易に変
形が可能であるため共振周波数に与える影響が少なく、
さらに、被覆樹脂の亀裂や剥がれの発生がないなど耐湿
信頼性に優れた超音波モータを得ることができる。

また、圧電体素子と金属弾性体の接着剤表面を可撓性
耐湿性樹脂で被覆することにより、接着剤部への水分の
浸入が抑制されるために、接着力の劣化や圧電体の割れ
が少なくなり、被覆樹脂が可撓性を有しているために圧
電体素子と金属弾性体の振動に応じて容易にに変形が可
能であるために共振周波数に与える影響が少なく、さら
に被覆樹脂の亀裂や剥がれの発生がないなど耐湿信頼性
に優れた超音波モータを得ることができる。

また、電極が付着された板状圧電体素子の表面および
圧電体素子と金属弾性体との接着剤部表面を、可撓性耐
湿性樹脂で被覆することにより、電極部および接着剤部
への水分の浸入が抑制されるために、電極部の電気的絶
縁が向上し、また、接着剤部の接着力の劣化や圧電セラ
ミックの割れが少なくなり、同時に被覆樹脂が可撓性を
有しているために圧電体素子および金属弾性体の振動に
応じて容易に変形が可能であるために共振周波数に与え
る影響が少なく、さらに被覆樹脂の亀裂や剥離の発生が
ないなど耐湿信頼性に優れた超音波モータを得ることが
できる。

さらに、電極が付着された板状圧電体素子の表面また
は（および）、圧電体素子と金属弾性体との接着剤部表
面を、可撓性樹脂で被覆し、さらにその上に耐湿性樹脂
で被覆することにより、電極部および接着剤部への水分
の浸入が抑制されるために、電極部の電気的絶縁が向上
し、また、接着剤部の接着力の劣化や圧電体の割れが少
なくなり、同時に、内層に可撓性樹脂を構成しているた
めに圧電体素子および金属弾性体に発生する振動を機械
的に吸収し、共振周波数に与える影響が少なく、さらに
可撓性樹脂および耐湿性樹脂の亀裂や剥離の発生がない
など耐湿信頼性に優れた超音波モータを得ることができ
る。

実 施 例 （実施例１） 本発明の耐湿信頼性に優れた超音波モータの主要部構
成例、すなわち、圧電体セラミック，電極，金属弾性
体，移動体、および可撓性耐湿性樹脂被覆部の各積層構
造および配置関係の一例を第１図に示す。

図示する如く、所定の方向に分極された圧電セラミッ
ク11の両面に、複数個に分割された電極12が付着形成さ
れている。この電極が形成された板状圧電体素子１の一
方の面は、接着剤５を用いて金属弾性体２に接着固定さ
れている。６は可撓性耐湿性樹脂層であり、そのうち、
61は電極が付着形成された板状圧電体素子１の表面に被
覆された可撓性耐湿性樹脂層であり、２は圧電体素子１
と金属弾性体２との接合部の接着剤５の露出する表面に
被覆された可撓性耐湿性樹脂層である。圧電体素子１を
接着した金属弾性体２および可撓性耐湿性樹脂６とによ
て振動部７を構成する。移動部８は本体としての移動体
３と動作面に摩擦材４を固定し、この摩擦材４と金属弾
性体２の表面とが加圧接触した構成である。

可撓性耐湿性樹脂としては特に制限はないが、シリコ
ーン樹脂，フッ素樹脂，合成ゴム，ウレタン樹脂，可撓
性ポリエステル樹脂などの可撓性耐湿性樹脂が使用でき
る。

以下に、具体的な実施例によって、本発明をさらに詳
しく説明する。

第２図ａに示すような直径40mm,厚さ8mmの円板型超音
波モータで構成した。第２図ａにおいて、超音波モータ
の振動部７は、銀製の厚さ５μｍの電極12が付着形成さ
れた厚さ0.5mmの円板型圧電セラミック11の表面に、ほ
ぼ同一直径であって表面に多数の突起セグメント21の円
周配列を有するステンレス製弾性体２の裏面をエポキシ
樹脂製の接着剤５を用いて接着固定し、前記電極12が付
着形成された円板型圧電セラミック11の他の表面および
前記接着剤層５の露出する表面をシリコーン樹脂製の塗
料を用いて0.5mmの厚さに被覆塗布，乾燥してそれぞれ
可撓性耐湿性樹脂層61および62を構成したものである。
突起セグメント21は振動部７を機械的に振動しやすく
し、振動を大きくするために設けられる。対応する移動
部８を構成する円板型ステンレス製移動体３に複合プラ
スチックよりなる摩擦材４が接着固定されている。振動
部７および移動部８は、図示しないが適宜のバネの締め
付け手段によって互いに加圧され、弾性体２の突起21面
と摩擦材４とが接触している。圧電体素子１の外観図を
第2b図に示すが、厚さ約0.5mmの円板状圧電セラミック1
1の表面に、銀塗料を塗布，焼成した電極12が分割して
形成されている。このような電極配置において、電極を
２組に分けて結線し、時間的に90度位相を変えて、約70
KHzの共振周波数，電圧80Vの電力を入力することによっ
て、円板の円周方向に４波の進行波が励起される。

このようにして得た超音波モータの24℃60％RHにおけ
る出力性能は、無負荷回転数500rpm,起動トルク1200gf
−cmであった。また40℃,90％RHの高湿度雰囲気中で200
時間、無負荷駆動させた場合、電極部のリーク，モータ
の停止，圧電体の剥離や割れ等の異常は認められなかっ
た。また、可撓性耐湿性樹脂の亀裂の発生はなかった。
さらに、その後の出力特性は24℃で、無負荷回転数500r
pm,起動トルク1200gf−cmであり、初期と同じであっ
た。

これに対して、上記の超音波モータ構成において、電
極が形成された圧電体素子の表面にシリコーン樹脂を被
覆しない超音波モータは、40℃,90％RHの高湿度雰囲気
中で駆動させた場合、電極部がリークして超音波モータ
が駆動しなくなった。

また、接着剤部の表面をシリコーン樹脂で被覆しない
超音波モータは、40℃,90％RHの高湿度雰囲気中で駆動
させた場合、約100時間後に圧電体素子と金属弾性体と
の接着が剥離し、また、圧電セラミックが割れて、超音
波モータが駆動しなくなった。

以上の実施例と比較例から明らかなように、電極が付
着形成された円板型圧電セラミックの表面または（およ
び）、圧電体素子と金属弾性体との接着剤層の表面に可
撓性耐湿性樹脂を被覆することにより、高湿度雰囲気中
において、電極間の絶縁不良がなく、また、接着力の劣
化や圧電セラミックの破壊が生じなくなるなど耐湿信頼
性に優れた超音波モータを得ることができる。

（実施例２） 本発明の耐湿信頼性に優れた超音波モータの主要部構
成の他の一例を第３図に示す。所定の方向に分極された
圧電セラミック11の両面に、複数個に分割された電極12
が付着形成されている。この電極が形成された板状圧電
体素子１の一方の面は、接着剤５を用いて金属弾性体２
に接着固定されている。６は本発明の特徴である２層で
構成された可撓性耐湿性樹脂層であり、そのうち、61a
は電極が付着形成された板状圧電体素子１の表面に被覆
された可撓性樹脂層であり、その上面に耐湿性樹脂61b
が被覆された構成である。62aは圧電体素子１と金属弾
性体２との接着剤５の露出する表面に被覆された可撓性
樹脂層であり、その上面に耐湿性樹脂層62bが被覆され
た構成である。圧電体素子１を接着した金属弾性体２お
よび可撓性耐湿性樹脂６とによって振動部７を構成す
る。移動部８は本体としての移動体３の動作面に摩擦材
４を固定し、この摩擦材４と金属弾性体２の表面とが加
圧接触した構成である。

可撓性樹脂61aおよび62aとしては、特に制限はない
が、合成ゴム，ウレタンゴム，シリコーンゴムなどの可
撓性樹脂が使用できる。耐湿性樹脂61bおよび62bとして
は、特に制限はないが、エポキシ樹脂，アクリル樹脂，
ポリイミド樹脂などの耐湿性樹脂が使用できる。以下に
本発明を具体的実施例によって、さらに詳しく説明す
る。

第4a図に示すような直径50mm,内径42mm,高さ5mmの円
環型超音波モータを構成した。第4a図において、超音波
モータの振動部７は、合金製の厚さ１μｍの電極12が蒸
着形成された厚さ0.3mmの円環状圧電セラミック11の表
面に、ほぼ同一直径であって表面に多数の突起セグメン
ト21の円周配列を有する鉄製弾性体２の裏面をエポキシ
樹脂製の接着剤５を用いて接着固定し、前記電極12が形
成された円環状圧電体セラミック11の他の表面および前
記接着剤層５の露出する表面を合成ゴム製の塗料を用い
て0.3mmの厚さに被覆塗布，乾燥して、それぞれ可撓性
樹脂層61aおよび62aを形成し、さらにその上層に耐湿性
エポキシ樹脂製の塗料を用いて0.2mmの厚さに被覆塗
布，硬化して、それぞれ耐湿性樹脂層61aおよび62bを構
成した。突起セグメント21は振動部７を機械的に振動し
やすくし、振幅を大きくするために設けられる。対応す
る移動部８を構成する円環状永久磁石製移動体３に複合
プラスチックよりなる摩擦材４が接着固定されている。
振動部７および移動部８は、磁力によって加圧され、弾
性体２の突起21面と摩擦材４とが接触している。圧電体
素子１の外観図を第4b図に示すが、圧電セラミック11の
表面に、金を蒸着形成した電極12が分割して形成されて
いる。このような電極配置において、電極を２組に分け
て結線し、時間的に90度位相を変えて、約30KHzの共振
周波数、電圧40Vの電力を入力することによって、円周
方向に７波の進行波が励起される。

このようにして得た超音波モータの24℃,60％RHにお
ける出力特性は、無負荷回転数200rpm,起動トルク600gf
−cmであった。また、40℃,90％RHの高湿度雰囲気中で2
00時間、無負荷駆動させた場合、電極部のリークやモー
タの停止、圧電体素子の剥離や割れ等の異常は認められ
なかった。また、該樹脂層に亀裂の発生も認められなか
った。さらに、その後の出力特性は24℃,60％RHで測定
した結果、初期と同じであり、出力特性の劣化は認めら
れなかった。

これに対して、上記の超音波モータ構成において、電
極が形成された圧電体素子の表面に可撓性樹脂層および
耐湿性樹脂層を被覆しない超音波モータは、40℃,90％R
Hの高湿度雰囲気中で駆動させた場所、電極部がリーク
して超音波モータが駆動しなくなった。

また、接着剤部の表面を可撓性樹脂層および耐湿性樹
脂層で被覆しない超音波モータは、40℃,90％RHの高湿
度雰囲気中で駆動させた場合、約80時間後に圧電体素子
と金属弾性体との接着が剥離し、また、圧電セラミック
が割れて、超音波モータが駆動しなくなった。

以上の実施例と比較例から明らかなように、電極が形
成された圧電セラミックの表面または（および）、圧電
体素子と金属弾性体との接着剤層の表面に可撓性樹脂層
を被覆し、さらにその上層に耐湿性樹脂層を被覆するこ
とにより、高湿度雰囲気中において、電極間の絶縁不良
がなく、また、接着力の劣化や圧電セラミックの破壊が
生じなくなるなど耐湿信頼性に優れた超音波モータを得
ることができる。

発明の効果 以上の説明から明らかな如く本発明は、電極が付着形
成された板状圧電体素子の表面を、可撓性耐湿性樹脂で
被覆して構成することにより、または、可撓性樹脂で被
覆後さらにその上に耐湿性樹脂層で被覆して構成するこ
とにより、高湿度雰囲気中において、電極部および電極
間への水分の浸入が抑制され、電極部の電気絶縁性能が
向上し、また、共振周波数の変動が少なく、該樹脂の亀
裂がない等耐湿信頼性に優れた超音波モータを得ること
ができる。

また、圧電体素子と金属弾性体との接着剤表面を、可
撓性耐湿性樹脂で被覆して構成することにより、また
は、可撓性樹脂で被覆後さらにその上に耐湿性樹脂層で
被覆して構成することにより、高湿度雰囲気中におい
て、接着剤部への水分の浸入が抑制されるために、接着
力の劣化や圧電体の割れが少なくなり、また、共振周波
数の変動が少なく、該樹脂の亀裂がない等耐湿信頼性に
優れた超音波モータを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図と第３図は本発明の超音波モータの主要部構成の
断面拡大図、第２図と第４図は本発明の一実施例を説明
する斜視図、第５図は超音波モータの原理を示す動作説
明図である。 １……圧電体素子、11……圧電セラミック、12……電
極、2,21……振動体、３……移動体、４……摩擦材、５
……接着剤、6,61,62,61a,61b,62a,62b……可撓性耐湿
性樹脂、７……振動部、８……移動部。

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】所定の方向に分極され所定の形状に電極が
   形成された板状圧電体素子の一方の面が金属弾性体に接
   着固定されてなる表面に進行波を発生する超音波振動体
   と、前記振動体に加圧接触する移動体とより構成され、
   前記振動体と前記移動体との間の摩擦力を介して前記移
   動体を駆動する超音波モータにおいて、前記電極が形成
   された板状圧電体素子の表面を前記振動体の振動に対応
   して変形可能な可撓性を有する耐湿性樹脂で被覆したこ
   とを特徴とする超音波モータ。
2. 【請求項２】所定の方向に分極され所定の形状に電極が
   形成された板状圧電体素子の一方の面が金属弾性体に接
   着固定されてなる表面に進行波を発生する超音波振動体
   と、前記振動体に加圧接触する移動体とより構成され、
   前記振動体と前記移動体との間の摩擦力を介して前記移
   動体を駆動する超音波モータにおいて、前記圧電体素子
   と前記金属弾性体との前記接着剤部表面を前記振動体の
   振動に対応して変形可能な可撓性を有する耐湿性樹脂で
   被覆したことを特徴とする超音波モータ。
3. 【請求項３】所定の方向に分極され所定の形状に電極が
   形成された板状圧電体素子の一方の面が金属弾性体に接
   着固定されてなる表面に進行波を発生する超音波振動体
   と、前記振動体に加圧接触する移動体とより構成され、
   前記振動体と前記移動体との間の摩擦力を介して前記移
   動体を駆動する超音波モータにおいて、前記電極が形成
   された板状圧電体素子の表面および、前記圧電体素子と
   前記金属弾性体との前記接着剤部表面を前記振動体の振
   動に対応して変形可能な可撓性を有する耐湿性樹脂で被
   覆したことを特徴とする超音波モータ。
4. 【請求項４】可撓性を有する耐湿性樹脂が、下層が可撓
   性樹脂であり、その上層が耐湿性樹脂である２層構造で
   あることを特徴とする特許請求の範囲第１項乃至第３項
   のいずれかに記載の超音波モータ。