JP4144229B2 - 振動波モータ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、振動子を構成する弾性体と圧電体の導電接合部を改良した振動波モータ関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の振動波モータは、特公平１−１７３５４号等で公知のように、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。このような振動波モータは、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できるという利点がある。
【０００３】
このような振動波モータの振動子は、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、特開昭６２−２０１０７２号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。
【０００４】
また、振動波モータは、バネ部材等により、振動子と移動子とを加圧接触させる構造となっている。振動子の加圧に対する支持方法は、例えば、振動子の一部にヒレ状のフランジ部を出して、そのフランジ部で加圧を受ける方法や、特開昭６２−２０１０７２号等に開示されているように、圧電体の下に振動吸収部材を設け、その部分で加圧を受ける方法等がある。後者の場合には、フランジ部を設ける必要がないので、加工コストが低減でき、径方向の大きさが小さくなり、スペース効率が向上するという利点がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来の振動波モータでは、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。
【０００６】
図７は、従来の振動波モータの課題を説明するための図である。
図７において、１１は振動子、１２は弾性体、１３は圧電体、１４は振動吸収部材、１５は加圧板（加圧力伝達部材）、１０１はフレキシブルプリント基板、１０２は、導電塗料である。
【０００７】
駆動信号の供給がフレキシブルプリント基板１０１で行われる場合には、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１３のＡ相電極とＢ相電極とにフレキシブルプリント基板１０１のランド部を接合し、グランドへの信号線は、圧電体１３のグランド電極に接合する。
【０００８】
しかし、グランド信号線を接合したグランド電極は、それ自体ではグランドがとれず、弾性体１２とグランド電極とを導通させてやる必要が生じる。
そこで、図７（ａ）に示すように、導電塗料１０２を弾性体１２と圧電体１３のグランド電極とを跨ぐように塗布し、弾性体１２とグランド電極とを導通させている。導電塗料１０２とは、細かな導通粒子が含有された一種の接着剤であり、塗布した部分が盛り上がって、盛り上がり部１０２ａを形成してしまう場合がある。
【０００９】
例えば、図７（ｂ）に示すように、導電塗料１０２の盛り上がり部１０２ａを含めて、振動子１１が、振動吸収部材１４を介して、加圧板から加圧力を受けるようになったときに、その盛り上がり部１０２ａが強く当たり、その当たった状態で、振動子１１が振動すると、導電塗料１０２が欠けたりして、弾性体１２と圧電体１３のグランド電極との導通が取れなくなったり、欠けた導電塗料１０２が電気回路に入り込み、ショート等の不良が発生する等の問題点が発生する可能性があった。
【００１０】
本発明の課題は、導電塗料などの導電接合部の信頼性を向上させることができる振動波モータを提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、請求項１の発明は、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と、前記弾性体の前記駆動面が加圧接触され、前記振動波によって相対運動が生じる相対運動部材と、前記圧電体に対して前記弾性体の前記駆動面とは反対側に設けられ、加圧部材からの加圧力を伝達する加圧力伝達部材と、を含む振動波モータにおいて、前記圧電体と前記加圧力伝達部材との間に設けられ、前記圧電体に駆動信号を供給するフレキシブルプリント基板と、前記振動体に形成され、前記弾性体と前記圧電体のグランド用電極との導電接合を行うとともに前記圧電体の前記加圧力伝達部材側の面まで延在する、導電接合材料によって形成された導電接合部とを備え、前記フレキシブルプリント基板は、前記圧電体の前記加圧力伝達部材側の面と接触する部分に切欠き部を有し、前記導電接合材料による盛り上がり部を、前記切欠き部の中に配置するようにしたこと、を特徴とする振動波モータである。
【００１２】
請求項２の発明は、請求項１に記載の振動波モータにおいて、前記導電接合部は、前記導電接合材料による盛り上がり部の前記加圧力方向の厚さが、前記フレキシブルプリント基板の厚さよりも薄いこと、を特徴とする振動波モータである。
【００１４】
請求項３の発明は、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と、前記弾性体の前記駆動面が加圧接触され、前記振動波によって相対運動が生じる相対運動部材と、前記圧電体に対して前記振動体の前記駆動面とは反対側に設けられ、加圧部材からの加圧力を伝達する加圧力伝達部材と、を含む振動波モータにおいて、前記振動体、前記相対運動部材および前記加圧力伝達部材は円環形状であり、前記加圧力伝達部材と前記振動体との間に設けられ、前記振動体よりも内径が大きい振動吸収部材と、前記振動体に形成され、前記弾性体と前記圧電体のグランド用電極との導電接合を行うとともに前記圧電体の前記加圧力伝達部材側の面まで延在する、導電接合材料によって形成された導電接合部とを備え、前記振動吸収部材の内周を、前記導電接合材料による盛り上がり部よりも外側に配置するようにしたこと、を特徴とする振動波モータである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明にかかる振動波モータの実施形態を添付図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以降の実施形態は、振動波モータとして、超音波の振動域を利用した超音波モータを例にとって説明する。
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態の超音波モータ１０を説明する図である。図２は、第１実施形態の超音波モータ１０の振動子１１及び移動子１７を示す外観斜視図である。
【００１６】
第１実施形態の超音波モータ１０は、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。
【００１７】
振動子１１は、弾性体１２と、弾性体１２に接合され、後述する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、本実施形態では、一例として、９波の進行波として説明する。
【００１８】
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。この弾性体１２は、圧電体１３が接合される反対面には、溝１２ａが切ってあり、突起部（溝１２ａがない箇所）１２ｂの先端面が、駆動面１２ｃとなり、移動子１７に加圧接触される。
溝１２ａ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１２ｃの進行波の振幅を増幅させるためである。
【００１９】
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。
【００２０】
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。この加圧部材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。本実施形態では、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。
【００２１】
移動子１７は、アルミニウム等の軽金属からなり、摺動面１７ａの表面には、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。
【００２２】
図３は、第１実施形態による超音波モータの駆動制御装置２０を説明するブロック図である。まず、超音波モータの駆動制御装置２０の構成を説明する。この駆動制御装置２０は、発振部２１と、制御部２２と、移相部２３と、増幅部２４，２５と、検出部２６等とを備えている。
【００２３】
発振部２１は、制御部２２の指令により、所望の周波数の駆動信号を発生する。移相部２３は、発振器２１で発生した駆動信号を９０゜位相の異なる２つの駆動信号に分ける。増幅部２４，２５は、移相部２３によって分けられた２つの駆動信号を、それぞれ所望の電圧に昇圧する。増幅部２４，２５からの駆動信号は、超音波モータ１０に伝達され、この駆動信号の印加により、振動子１１に進行波が発生し、移動子１７が駆動される。
検出部２６は、光学式リニアエンコーダ等により構成され、移動子１７の駆動によって駆動される被駆動体（不図示）の位置や速度を検出する。
【００２４】
制御部２２は、ＣＰＵからの駆動指令に基づいて、超音波モータ１０の駆動を制御する。そして、制御部２２は、検出部２６からの検出信号を受け、その値に基づいて、位置情報と速度情報を得て、目標位置に位置決めされるように、発振器２１の周波数を制御する。
【００２５】
次に、本実施形態の超音波モータの駆動制御装置２０の動作を説明する。まず、制御部２２に目標位置が伝達される。発振部２１からは、駆動信号が発生し、その信号は、移相部２３により９０゜位相の異なる２つの駆動信号に分割され、増幅部２４，２５により、所望の電圧に増幅される。駆動信号は、超音波モータ１０の圧電体１３に印加され、圧電体１３は、励振され、その励振によって、弾性体１２には、９次の曲げ振動が発生する。
圧電体１３は、Ａ相とＢ相とに分けられており、駆動信号は、それぞれＡ相とＢ相に印加される。Ａ相から発生する９次曲げ振動とＢ相から発生する９次曲げ振動とは、位置的な位相が１／４波長ずれるようになっており、また、Ａ相駆動信号とＢ相駆動信号とは、９０゜位相がずれているために、２つの曲げ振動が合成されて、９波の進行波となる。
【００２６】
進行波は、その波頭には楕円運動が生じている。従って、移動子１７は、駆動面１２ｃに加圧接触されいるので、この楕円運動によって摩擦的に駆動される。検出部２６は、移動子１７の駆動により駆動される被駆動体に配置されており、検出部２６から発生した電気パルスの信号が制御部２２に伝達される。制御部２２は、この信号に基づいて、現在の位置と現在の速度を得ることが可能となり、これらの位置情報、速度情報及び目標位置情報を基に、発振部２１の駆動周波数を制御する。
【００２７】
図４は、第１実施形態による超音波モータの導電接合部を説明するための図である。
本実施形態の超音波モータ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を備えテおり、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と、その近辺を改良したものである。
この超音波モータ１０は、弾性体１２に接合された圧電体１３には、Ａ相の共通電極１３Ａと、Ｂ相の共通電極１３Ｂと、グランド用電極１３Ｇが設けられており、それらの電極１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｇと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。
【００２８】
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の銀製などの電極１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｇに、導電塗料３２によって接合されている。また、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。
【００２９】
圧電体１３は、Ａ相電極１３ＡとＢ相電極１３Ｂの間には、グランド用電極１３Ｇが設けられているが、それ自体ではグランドがとれないため、弾性体１２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、本実施形態では、導電塗料３２を弾性体１２と圧電体１３のグランド電極１３Ｇとを跨ぐように塗布し、弾性体１２とグランド電極１３Ｇとを導通させている。ここで、導電塗料３２とは、細かな導通粒子が含有された一種の接着剤であり、塗布した部分がやや盛り上がる盛り上がり部３２ａを形成する。
【００３０】
第１実施形態では、導電塗料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４（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３１ａを設け、その切り欠き３１ａの中から、弾性体１２までを導電塗料３２で塗布した。
このとき、図４（ｃ）に示すように、導電塗料３２の盛り上がり部３２ａの厚さａを、フレキシリブルプリント基板３１の厚さｔよりも薄くした。具体的には、フレキシブルプリント基板３１は、その厚さａ＝０. ３ｍｍ程度に対し、導電塗料３２の厚さｔ＝０. ２ｍｍ以下とした。この導電塗料３２の厚さａは、塗布する刷毛や塗布量を適正に設定することによって、十分可能なレベルである。
【００３１】
第１実施形態によれば、導電塗料３２が他の部材に接触することがなくなり、導電塗料３２が欠けたり、削れたりすることがなくなった。
また、導電塗料３２の盛り上がり部３２ａの厚さを、フレキシブルプリント基板３１の厚さよりも薄く（低く）した。このために、図７において説明した従来の振動波モータの有していた、導電塗料の盛り上がり部がフレキシブルプリント基板よりも高いと、加圧板を介した加圧部材の加圧力が、この盛り上がり部に集中し、振動子の加圧力の加わり方が一様でなくなり、振動特性に悪影響を与え、特性不良が生じたり、また、加圧力が盛り上がり部に集中し、それ以外の部分で加圧板と振動子とが浮いた状態となり、異音が発生する等の問題点を解消することができた。
【００３２】
（第２実施形態）
図５は、第２実施形態による超音波モータの導電接合部を説明するための図である。
第２実施形態の超音波モータ１０−２は、加圧板１５に切り欠き１５ａを設けて、導電塗料３２に外力がかからないようにしたものである。
この超音波モータ１０−２は、振動子１１の圧電体１３側には、振動吸収部材１４が設けられ、その上に加圧板１５が設けられ、その上に加圧部材（図１参照）が設けられている。
【００３３】
加圧板１５は、ステンレス鋼や真鍮等の金属からなり、加圧板１５には切り欠き１５ａが設けられている。その切り欠き１５ａの位置に、振動子１１の導電塗料３２の盛り上がり部３２ａが位置するように配置してある。
【００３４】
第２実施形態によれば、上記のようにすることによって、導電塗料３２が欠けたり、削れたりすることがなくなった。
なお、第２実施形態では、導電塗料３２は、振動吸収部材１４のみには接触するが、振動吸収部材１４は、不織布やフェルト等の柔らかいものが使用されているため、接触により欠けたり、削れたりすることはない。
また、第２実施形態においても、加圧力の分布ムラがなくなり、特性不良や異音発生が解消できることは、第１実施形態と同様である。
【００３５】
図６は、第３実施形態による超音波モータの導電接合部を説明するための図である。
第３実施形態の超音波モータ１０−３は、振動吸収部材１４の内径を大きくし、導電塗料３２の盛り上がり部３２ａに当たらないようにして、導電塗料３２に外力がかからないようにしたものである。
この超音波モータ１０−３は、振動子１１の圧電体１３側には、振動吸収部材１４が設けられ、その上に加圧板１５が設けられ、その上に加圧部材（図１参照）が設けられている。
振動吸収部材１４は、不織布やフェルト等からなり、その内径を導電塗料３２の盛り上がり部３２ａより外径側になるように設定した。
【００３６】
第３実施形態によれば、上記のようにすることにより、導電塗料３２が他部材に接触することがなくなり、導電塗料３２が欠けたり、削れたりすることがなくなった。
また、第３実施形態においても、加圧力の分布ムラがなくなり、特性不良や異音発生が解消できることは、第１実施形態と同様である。
【００３７】
（変形形態）
以上説明した実施形態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）導電接合部は、導電塗料の例で説明したが、他の導電性接着剤や、半田などの接合部材であっても、同様に適用できる。
（２）第３実施形態では、導電塗料３２を弾性体１２の内周側から圧電体１３内径側に配置し、振動吸収部材１４を振動子１１の外径側にするようにしたが、導電塗料３２を弾性体１２の外周側から圧電体１３の外径側に配置し、振動吸収部材１４を弾性体１２の内径側にするようにしてもよい。
【００３８】
（３）上記各実施形態では、超音波モータは、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、他の振動を用いた超音波モータやアクチュエ−タでも、グランド電極と弾性体との導通を導電塗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。
【００３９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、以下のような種々の効果がある。
（１）導電接合部は、加圧力伝達部材と加圧力方向に干渉しないように形成したきで、導電接合部が他の部材に接触することがなくなり、導電接合部が欠けたり、削れたりすることがなくなった。
（２）また、加圧力の分布ムラがなくなり、特性不良や異音の発生を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態の超音波モータ１０を説明する図である。
【図２】第１実施形態の超音波モータ１０の振動子１１及び移動子１７を示す外観斜視図である。
【図３】第１実施形態による超音波モータの駆動制御装置２０を説明するブロック図である。
【図４】第１実施形態による超音波モータの導電接合部を説明する図である。
【図５】第２実施形態による超音波モータの導電接合部を説明する図である。
【図６】第３実施形態による超音波モータの導電接合部を説明する図である。
【図７】図７は、従来の振動波モータの課題を説明するための図である。
【符号の説明】
１０ 超音波モータ
１１ 振動子
１２ 弾性体
１２ａ 溝
１２ｂ 突起部
１２ｃ 駆動面
１３ 圧電体
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
２０ 駆動制御装置
２１ 発振部
２２ 制御部
２３ 移相部
２４，２５ 増幅部
２６ 検出部
３１ フレキシブルプリント基板
３２ 導電塗料
３２ａ 盛り上がり部

Claims (3)

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と；
   前記弾性体の前記駆動面が加圧接触され、前記振動波によって相対運動が生じる相対運動部材と；
   前記圧電体に対して前記弾性体の前記駆動面とは反対側に設けられ、加圧部材からの加圧力を伝達する加圧力伝達部材と；
   を含む振動波モータにおいて、
   前記圧電体と前記加圧力伝達部材との間に設けられ、前記圧電体に駆動信号を供給するフレキシブルプリント基板と、
   前記振動体に形成され、前記弾性体と前記圧電体のグランド用電極との導電接合を行うとともに前記圧電体の前記加圧力伝達部材側の面まで延在する、導電接合材料によって形成された導電接合部とを備え、
   前記フレキシブルプリント基板は、前記圧電体の前記加圧力伝達部材側の面と接触する部分に切欠き部を有し、前記導電接合材料による盛り上がり部を、前記切欠き部の中に配置するようにしたこと、
   を特徴とする振動波モータ。
2. 請求項１に記載の振動波モータにおいて、
   前記導電接合部は、前記導電接合材料による盛り上がり部の前記加圧力方向の厚さが、前記フレキシブルプリント基板の厚さよりも薄いこと、
   を特徴とする振動波モータ。
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と；
   前記弾性体の前記駆動面が加圧接触され、前記振動波によって相対運動が生じる相対運動部材と；
   前記圧電体に対して前記振動体の前記駆動面とは反対側に設けられ、加圧部材からの加圧力を伝達する加圧力伝達部材と；
   を含む振動波モータにおいて、
   前記振動体、前記相対運動部材および前記加圧力伝達部材は円環形状であり、
   前記加圧力伝達部材と前記振動体との間に設けられ、前記振動体よりも内径が大きい振動吸収部材と、
   前記振動体に形成され、前記弾性体と前記圧電体のグランド用電極との導電接合を行うとともに前記圧電体の前記加圧力伝達部材側の面まで延在する、導電接合材料によって形成された導電接合部とを備え、
   前記振動吸収部材の内周を、前記導電接合材料による盛り上がり部よりも外側に配置するようにしたこと、
   を特徴とする振動波モータ。

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