JPH01206879A - 超音波モータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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シ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６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に入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シ、
その各波頭は進行波の方向に対し、逆向きの横に動く性
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２０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
ｙりの両方の表面に、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 以上の構成よシ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。

課題を解決するだめの手段 上記の目的を達成するだめに本発明は、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。まだ、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。

まだ、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変形が可能
であるだ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。

寸だ、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存
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フを得ることがで
きる。

さらに、電極が付着された板状圧電体素子の表面捷たは
（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６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シ、６２は圧電体
素子１と金属弾性体２との接合部の接着剤６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、フン素樹脂９舎成ゴム、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、本発明をさ仮型超音
波モーフを構成した。第２５トおいて、超音波モータの
振動部７ば、銀製の厚さ５μｍの電極１２が付着形成さ
れた厚さ０．５ｆｌの円板型圧電セラミック１１０表面
に、は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６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６の露出する表面をシリコー
ン樹脂製の塗料を用いて０．５ｎ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は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０．５
ｆｌの円板状圧電セラミック１１０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９Ｑ度位相を変えて、約７０ＫＨｚ　　の共振
周波数、電圧ｓｏＶ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ＳＯＯｒｐｍ　　、起
動トルク１２００ｇｆ−α　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５０　Ｏｒｐｍ　　、起動トルり１２００　ｑｆ　
−ｃｔｐｒ　　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％ＲＨＯ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シ、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面１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ｆＪ＝
　ＦＭ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６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
樹脂層であシ、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
あシ、その上面に耐湿性樹脂層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ｅ２ｂ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
らとによって振動部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２０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、シリコーンゴム法どの
可撓性樹脂が使用できる。耐湿性樹脂６１ｂおよびｅ２
ｂ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５０ｆｌ、内径４２ｆｆ。

高さ６ｆｌ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１
μｍの電極１２が蒸着形成された厚さ０．３絹の円環状
圧電セラミック１１の表面に、はぼ同一直径であって表
面に多数の突起セグメント２１０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６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６の露出する
表面を合成ゴム製の塗料を用いて０．３朋の厚式に被覆
塗布、乾燥して、それぞれ可撓性樹脂層６１ａおよび６
２ａ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０．２ｆｌの厚きに被覆塗布、硬化して
、それぞれ耐湿性樹脂層６１ｂ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、撒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に復合プラ
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
０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９ｏ度位相を変えて、約３０　
ＫＨｚ　　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２０Ｏｒｐｍ　　、
起動トルり６００ｇｆ−ｃ＊　　であった。また、４０
℃、９０％ＲＨＯ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
だ、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、初期と同じであシ、出力特性の劣化は認められなっ
た。

これに対し、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％
ＲＨＯ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℃。

９ｏ％ＲＨの高湿度雰囲気中で駆動させた場合、約Ｓ、
Ｏ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、まだは、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、まだ、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、まだは、
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シ、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
、６・・・・・・接着剤、６，６１゜６２．６１　ａ　
、　６１ｂ　、６２ａ　、ｅ２ｂ−−−−−−可撓性耐
湿性樹脂、７・・・・・・振動部、８・・・・・・移動
部。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名Ｉ　
　−−一　圧電体素子 ２−−一扱動体 ３−移動体 ４−摩４＃、拌 ５−　邊者躬 Ａ、６１．Ａ２−一可撓性耐湿Ｐｋ析脂７−　汲動ａＢ ８−　抄動部 １１−−一圧電セチミック ／２−ｔ　　極 第１図 Ｉ−圧電体素子 ２−７ｉＬ初倦 ３−１ｉｐ動体 ４−摩擦材 ５−　擾着炉Ｊ ４Ｊ１．Ａ２−１ｉｒｔＬ性肘工佳桝脂ｑ−＊　ｈ　ｎ ８−一−ＪＩ％ｈ部 第２図　　　　　　　ＴＩ　−圧電セラミックｊ２−　
　電　稼 （ＬＦ！Ｉ−突起ヒジヌント ／−一一圧電体老子 ２−　孤ａｔ。 ３−　移動永 ４−摩擦材 ｓ’−一一＃ｉ−着封 乙、Ａ／ａ、ＡＩＬ１２ａ、／＝２６−　　ｑｒ克　１
　耐湿　住祈脂７−　瓜ｎ部 ８−　修動部 ＩＩ−ｍ−圧電ぜラミ・ツク １２−９　　保 第３図 ２−徹勧体 ５−・−決着　病

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （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可撓性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）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
   湿性樹脂で被覆したことを特徴とする超音波モータ。（
   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接着剤部表面
   を、可撓性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）被覆する可撓性耐湿性樹脂が、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層構成であるこ
   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。