JP2919658B2 - 超音波モータ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は超音波モータ、特にその
ステータ部の圧電体と振動弾性体との接着構造の改良に
関する。

【０００２】

【従来の技術】超音波モータは、圧電体に交流等の周波
電圧を印加したときに生ずる振動運動を回転運動又は一
次元運動に変換するものである。従来の電磁モータに比
べて巻線を必要としないため、構造が簡単で小型にな
り，低速回転時にも高トルクが得られると共に慣性モー
メントが少ないという利点がある。

【０００３】一般的に、超音波モータは、移動体である
ロータ、振動体であるステータ及びそれらを支持するた
めの支持部材とから構成されている。

【０００４】この中でステータは、銅合金などで作られ
た振動弾性体に、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン鉛）等の圧
電体を貼り合わせて形成されている。そして、前記圧電
体に対する電圧の印加は、振動弾性体に一方の電極リー
ドを接続し、圧電体の振動弾性体と反対側の面に他方の
電極リードを接続して行っていた。このため、振動弾性
体と圧電体との接着は、導電性エポキシ樹脂等の導電性
接着材を用いたり、あるいは、非導電性接着材を用いた
場合には接着層を極力薄くして、両者の電気的な導通を
とる必要があった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、導電性接着材
を用いた場合には、圧電体と振動弾性体との導通が確実
にとれるが、接着時に圧電体や振動弾性体の端面からは
みだした接着材が絶縁不良を引き起こし、電流リークを
発生する可能性があるため、確実な電圧印加が出来ない
おそれがあるという問題があった。さらに、導電性接着
材は、非導電性接着材に比べて一般的に接着強度が低い
ため、繰り返し応力による疲労や経年変化による剥離の
可能性があり、長期の使用に際し不安があった。

【０００６】また、非導電性接着材を用いた場合には、
接着層の厚さが不均一になり易いため、導通が確実にと
れないおそれがあるという問題があった。

【０００７】本発明は、このような点に鑑みてなされた
ものであり、確実に圧電体に所定の電圧を印加すること
ができると共に、圧電体の接着において充分な接着強度
を確保することが可能な超音波モータを提供することを
目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の超音波モータは、表面電極、裏面電極が設
けられた圧電体と、この圧電体の裏面側に接着された振
動弾性体とを有し、前記表面電極と振動弾性体との間に
電圧を印加することにより振動弾性体表面に駆動用の超
音波振動を発生させるステータと、前記振動弾性体表面
に発生した振動により所定方向に移動する移動体と、を
含む超音波モータにおいて、前記圧電体と前記振動弾性
体との接着は、裏面電極と振動弾性体との接着の一部に
導電性接着材を用い両者の電気的導通を確保するととも
に、それ以外の部分の接着に非導電性接着材を用いて行
うことを特徴とする。

【０００９】

【作用】圧電体の振動弾性体への接着は、対向面の一部
を導電性接着材により接着し、対向面のそれ以外の部分
を非導電性接着材により接着する。

【００１０】これにより、電気的導通を導電性接着材を
介して行い、確実に圧電体に所定の電圧を印加すること
が可能となる。

【００１１】また、導通に必要な部分以外は非導電性接
着材によって接着されるため、充分な接着強度を確保す
ることが可能となる。

【００１２】

【実施例】以下、図面に基づいて本発明の実施例につい
て詳細に説明する。

【００１３】図１は、本発明の一実施例における円環形
超音波モータの構造を示す。

【００１４】実施例の超音波モータは、ステータ１００
と、このステータ１００の表面に発生する超音波振動に
より回転駆動されるロータ２００とを含む。

【００１５】前記ステータ１００は、リング形状に形成
された圧電体１２と、この圧電体１２の片面側に接着さ
れた振動弾性体１０とを有する。前記圧電体１２は、電
圧を印加することにより機械的な超音波振動を発生す
る。前記振動弾性体１０は、圧電体１２に生じた超音波
振動を効率良く伝えて振動するためのものであり、表面
には、振幅を大きくするために複数の切り欠きが放射状
に設けられている。従って、振動弾性体１０の表面には
所定方向の超音波楕円振動が効率よく発生することにな
る。

【００１６】また、前記ロータ２００は、リング１６
と、このリング１６のステータ接触面に接着固定された
摩擦材１４とを有し、前記摩擦材１４が振動弾性体１０
の表面に所定の圧力をもって接するよう形成されてい
る。

【００１７】したがって、振動弾性体１０の表面に発生
する超音波振動の進行波による駆動力は、摩擦材１４に
より効率良くロータ２００へ伝達され、ロータ２００は
所定方向に回転駆動されることになる。

【００１８】図２には、圧電体１２を振動弾性体１０に
接続した状態の側面図が示され、同図は圧電体１２へ電
圧を印加する場合の概略を示している。

【００１９】実施例では、板状をした圧電体１２の両面
に、電圧を印加するための第１の電極１８、第２の電極
２０が形成されている。これらの電極１８、２０は銀電
極の焼き付けなどにより形成される。そして、圧電体１
２は、接着層２２を介して振動弾性体１０に接着固定さ
れている。

【００２０】図３には、圧電体１２の両面に設けられた
第１の電極１８および第２の電極２０の電極パターンが
示されている。

【００２１】図３（Ｂ）に示すよう、前記第１の電極１
８は、フィードバック用電極３０，３２と、複数の入力
電極３４−１，３４−２…３４−１２とがリング状に配
置されることにより構成されている。これにより、各入
力電極３４−１，３４−２…３４−１２が形成された圧
電体１２の領域は、それぞれ独自の振動領域として機能
することになる。

【００２２】また、図３（Ａ）に示すよう、前記第２の
電極２０は、前記フィードバック電極３０，３２と相対
向するよう形成されたフィードバック電極４０，４２
と、前記入力電極群３４−１，３４−２…３４−６と相
対向するよう形成された入力電極４４−１と、前記入力
電極群３４−７，３４−８…３４−１２と対向するよう
形成された入力電極４４−２とを含む。

【００２３】そして、接着層２２を介した圧電体１２と
振動弾性体１０との接着は、次のようにして行われてい
る。すなわち、第２の電極２０を構成する４つの電極４
０，４２，４４−１，４４−２のそれぞれの中央付近に
は導電性接着材５０が部分的に塗布されており、それ以
外の部分には斜線で示すよう非導電性接着材５２が塗布
されている。したがって、４つの電極４０，４２，４４
−１，４４−２は、それぞれに塗布された導電性接着材
５０を介して振動弾性体１２と確実に電気的に接続され
るようになる。なお、同図では導電性接着材５０を部分
的な円形領域に塗布するようにしたが、点線で示したよ
うな円周方向の細長い領域に塗布したり、複数の部分的
領域に分けて塗布してもよい。そして、このように部分
的に塗布した導電性接着材５０の外周を非導電性接着材
５２で覆うようにする。このように、接着材を分布させ
ることにより、導電性接着材５０は圧電体１２の側面に
はみ出すことがなく、電流のリークを確実に防止するこ
とができる。

【００２４】さらに、実施例では圧電体１２と振動弾性
体１０との接着の大部分に、接着力の強い非導電性接着
材５２を用いているため、両者の接着を確実に行うこと
ができる。

【００２５】以上の構成とすることにより、実施例の超
音波モータでは、振動弾性体１０と電気的に接続された
第２の電極２０、すなわち電極４０，４２，４４−１，
４４−２の全てが共通のアース電極として機能すること
になる。したがって、圧電体１２は、図３（Ｂ）に示す
電極３０，３２，３４−１，３４−２…３４−１２と同
形状の複数の圧電体をリング状に配置した場合と同様に
機能することになり、図２で示すよう、各電極３４−
１，３４−２…３４−１２に電源１０から所定の交流電
圧を印加することにより、振動弾性体１０の表面に超音
波振動の進行波を発生させることができる。

【００２６】例えば、電源１００を、超音波振動を発生
する発振器１１０と、この発振器出力を正弦波として出
力する増幅器１１２と、前記発振器出力の位相を移相器
１１６により９０度変更し余弦波として出力する増幅器
１１４とで構成し、発振器１１０のアース端子を振動弾
性体１０に接続し、増幅器１１２，１１４から出力され
る正弦波、余弦波を第１の電極１８を構成する複数の電
極３４−１，３４−２…３４−１２に所定の組み合わせ
で印加することにより、圧電体１２に超音波の機械的な
振動を発生させ、これにより振動弾性体１０の表面に進
行波を発生させることができる。

【００２７】なお、接着層２２側の電極２０は、一枚の
共通アース電極として形成すれば十分であるが、本実施
例のように複数の分割電極４０，４２，４４−１，４４
−２として形成した場合には、圧電体１２を裏返して使
用し、第１の電極１８を接着層２２を介し弾性振動体１
０と接着固定するようにすることもできる。

【００２８】この場合には、図４（Ｂ）に示すよう、第
１の電極１８を構成する複数の電極３０，３２，３４−
１，３４−２…３４−１２の中央付近に導電性接着材５
０を部分的に塗布し、それ以外の部分には非導電性接着
材５２を塗布する。

【００２９】これにより、第１の電極１８と、振動弾性
体１０との電気的な導通を確保しながら、圧電体１２を
振動弾性体１０へ確実に接着固定することができる。

【００３０】このとき、振動体１０の表面には、図４
（Ａ）に示すような第２の電極２０が形成されたため、
圧電体１２は、第２の電極２０を構成する複数の電極４
０，４２，４４−１，４４−２と同じ形状を持った複数
の圧電体がリング状に配置された場合と同様に機能する
ことになる。

【００３１】以上の説明から明らかなように、接着層２
２側の電極は複数に分割する必要はないが、本実施例の
ように圧電体１２の両面に形成される第１および第２の
電極１８，２０を、図３，図４に示すように分割してお
けば、用途に応じて接着する側の面をかえて使用するこ
とができる利点がある。

【００３２】特に、実施例のように、接着層側の電極が
複数に分割された圧電体１２を用いた場合には、この圧
電体１２を振動弾性体１０に接着する際に、前述したよ
うに部分的に導電性接着材５０を用いることが極めて効
果的となる。すなわち、分割された複数の電極とを圧電
体１２との接続を導電性接着材を介して行うことによ
り、両者の電気的な接続を確実に行い、電流リーク等を
心配することなく圧電体１２に電圧を印加することとが
できる。

【００３３】また、それ以外の部分に接着力に優れる非
導電性接着材を用いることにより、充分な接着強度を確
保することができる。更に、接着層２２を薄くすること
により導通をとっていないので、接着層２２を厚くする
ことができる。例えば圧電体１２としてＰＺＴを使用し
た場合、振動弾性体１０として使用される金属とセラミ
ックスであるＰＺＴとは熱膨張係数の差が大きく、この
熱膨張係数の差により生じる応力を厚い接着層２２で吸
収し、温度変化による接着の信頼性を向上させることが
できる。

【００３４】なお、本発明は上記実施例に限定されるも
のではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が
可能である。

【００３５】例えば、前記実施例においては、１つの圧
電体１２を用いる形式の超音波モータを説明したが、例
えば図５に示すように、複数の圧電体１２を振動弾性体
１０に接着して用いる形式の超音波モータにも本発明を
適用することができる。

【００３６】また、前記実施例では円環形の超音波モー
タについて説明したが、円板形の超音波モータやリニア
形の超音波モータにおいて圧電体を接着する場合にも本
発明を適用することができる。

【００３７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
圧電体の振動弾性体への接着を、部分的に導電性接着材
により、それ以外の部分を非導電性接着材により行うこ
とにより、印加電圧の導通を導電性接着材を介して行
い、圧電体に所定の電圧を確実に印加することが可能と
なる。また、導通に必要な部分以外は非導電性接着材に
よって接着されるため、充分な接着強度を確保すること
が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例における円環形の超音波モー
タの構造を示す図である。

【図２】圧電体を振動弾性体に接着した状態を示す図で
ある。

【図３】圧電体の表面に形成された電極パターンと、接
着層の導電性接着材及び非導電性接着材の塗布分布とを
示す図である。

【図４】圧電体の表面に形成された電極パターンと、接
着層の導電性接着材及び非導電性接着材の塗布分布とを
示す図である。

【図５】分割した複数の圧電体を接着する他の実施例の
説明図である。

【符号の説明】

１０ 振動弾性体 １２ 圧電体 １４ 摩擦材 １６ リング １８ 第１の電極 ２０ 第２の電極 ２２ 接着層 ３０，３２，４０，４２ フィードバック用電極 ３４−１，３４−２…３４−１７ 入力電極 ４４−１，４４−２ 入力電極 ５０ 導電性接着材 ５２ 非導電性接着材
ＡＳ０１１１０１

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 表面電極、裏面電極が設けられた圧電体
   と、この圧電体の裏面側に接着された振動弾性体とを有
   し、前記表面電極と振動弾性体との間に電圧を印加する
   ことにより振動弾性体表面に駆動用の超音波振動を発生
   させるステータと、 前記振動弾性体表面に発生した振動により所定方向に移
   動する移動体と、 を含む超音波モータにおいて、 前記圧電体と前記振動弾性体との接着は、裏面電極と振
   動弾性体との接着の一部に導電性接着材を用い両者の電
   気的導通を確保するとともに、それ以外の部分の接着に
   非導電性接着材を用いて行うことを特徴とする超音波モ
   ータ。