JPH05146181A - 超音波モータ用圧電振動板の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 超音波モータ用圧電振動板の分極工程を簡素
化し、分極度合いを安定化する。 【構成】 圧電振動板素子１３の片面に第１及び第２の
駆動用個別電極４３、４５を複数形成し、対向面には第
１及び第２の駆動用個別電極４３、４５に対向する個別
電極２７を同じパターンで複数形成する。第１及び第２
の駆動用個別電極４３、４５には交互にプラス及びマイ
ナスの高電圧を印加し、個別電極２７には第１及び第２
の駆動用個別電極４３、４５とは逆の順序で交互にマイ
ナス及びプラスの高電圧を印加し、一度に圧電振動板素
子１３を分極する。その後、可撓性基板４７に形成した
第１及び第２の接続パターンで、第１の駆動用個別電極
４３どうし及び第２の駆動用個別電極４５どうしを共通
接続して圧電振動板１１を製造する。

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用圧電振動
板の製造方法の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】超音波モータとしては、例えば図６に示
すような構成が知られている。すなわち、中央の貫通孔
にラジアル型ベアリング１をはめた基台３にベアリング
１を囲む環状の凹部５を形成し、片端面側（図６中上
側）に一体的に突出する凸環部７を有する金属製の円盤
状弾性体９をその基台３に固定し、この弾性体９の凸環
部７に放射状方向の切込み（図示せず）を形成して凸環
部７を周方向に多数分割し、弾性体９の他方の端面（図
６中下側）に凸環部７と重合う位置にリング板状の圧電
振動板１１を貼付ける。

【０００３】この圧電振動板１１は、図７に示すよう
に、圧電セラミック板からなる圧電振動板素子１３に分
極方向を交互に変えて厚み方向分極を施した円弧状の第
１の分極領域１５を有し、分極方向を交互に変えて厚み
方向分極を施し第１の分極領域１５とλ／４ずれた円弧
状の第２の分極領域１７を有し、圧電振動板素子１３の
片面にてそれら第１および第２の分極領域１５、１７に
円弧状の共通駆動電極１９、２１を形成し、かつそれら
共通駆動電極１９、２１の間にセンサ電極２３を設けて
いる。センサ電極２３部分にも圧電振動板素子１３に厚
み方向の分極が施されているが、センサ電極２３と対角
位置の第１および第２の分極領域１５、１７間には分極
が施されていない。

【０００４】圧電振動板素子１３の共通駆動電極１９、
２１およびセンサ電極２３には、図６中の可撓性プリン
ト基板２５またはリード線（図示せず）が接続されて外
部に導出されている。圧電振動板素子１３の他方の面に
は、図８のように各分極領域毎に個別電極２７が独立し
て形成されており、それら個別電極２７は図６の弾性体
９を介して共通して可撓性プリント基板２５に導出され
ている。

【０００５】図６の基台３にはカップ状の金属製ケース
２９が被せられ、ケース２９の中央突出部内に軸受３１
とスラスト型のベアリング３３が固定され、ベアリング
１、軸受３１およびベアリング３３でシャフト３５が軸
支されている。ケース２９内において、シャフト３５に
は移動体としての円盤状回転体３７が固定され、シャフ
ト３５に取付けられたフランジ３９によって皿ばね４１
が回転体３７の周縁部を弾性体９の凸環部７に圧接さ
れ、超音波モータが構成されている。

【０００６】このような超音波モータは、互いに９０゜
位相が異なり例えば４０ＫＨｚより若干高い２種類の交
流駆動電圧〔Ｖ＝Ｖ0 ｓｉｎωｔ〕と〔Ｖ’＝Ｖ0 ｓｉ
ｎ（ωｔ±π／２）〕を図示しない駆動回路から共通駆
動電極１９、２１に加えることによってその圧電振動板
１１が屈曲振動し、弾性体９の凸環部７には円周方向に
進行する進行性超音波が生じ、回転体３７が周方向に回
転してシャフト３５が回転する。このように超音波モー
タ用圧電振動板に屈曲振動を生じさせるためには、図７
および図８のように、圧電振動板素子１３に厚み方向の
分極を交互に変えた第１および第２の分極領域１５、１
７を形成する必要がある。

【０００７】従来、圧電振動板素子１３に交互に方向の
異なる分極を施す方法としては、圧電振動板素子１３に
形成した共通駆動電極１９、２１、センサ電極２３およ
び個別電極２７を分極用電極として用いる手法が広く知
られている。すなわち、図９に示すように、共通駆動電
極１９（２１）をゼロ電位にして１つ置きの個別電極２
７にプラス（＋）の高電圧を印加して厚み分極を施した
後、図１０のように共通駆動電極１９（２１）をゼロ電
位にしたまま残りの１つ置きの個別電極２７にマイナス
（−）の高電圧を印加して逆方向の厚み分極を施してい
た。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た圧電振動板の製造方法では、圧電振動板素子１３が片
面に共通駆動電極１９、２１を有するとともに、１つ置
きの個別電極２７にプラス（＋）の高電圧を印加してか
ら残りの１つ置きの個別電極２７にマイナス（−）の高
電圧を印加するから、先にプラス（＋）の高電圧を印加
した分極部分の分極が多少戻って弱くなる、いわゆる分
極戻りと言われる分極劣化が生じ易い。そのため、図１
１に示すように、図９の分極工程でプラス（＋）の高圧
を印加した１つ置きの個別電極２７に対し再びプラス
（＋）の電圧を短時間印加して分極劣化を戻す必要があ
り、分極工程が３工程となって工程数が減少せず、製造
の簡素化の障害となっていた。

【０００９】しかも、プラスおよびマイナスの高電圧を
印加した後に再びプラス（＋）の電圧を印加することに
よって分極劣化を戻しても、個々の分極領域における分
極度合いのばらつきが完全に解消されないおそれがあ
り、超音波モータの滑らかな回転を阻害する心配があ
る。さらに、上述した製造方法によって製造した圧電振
動板１１を超音波モータに組込んだ場合、何等かの原因
で圧電振動板素子１３にクラックが生じると、共通駆動
電極１９、２１にもクラックが生じ易くなるが、共通駆
動電極１９、２１の途中でクラックが生じると、このク
ラック部分で放電も生じて、やはり滑らかな回転を阻害
する心配がある。本発明はこのような従来の欠点を解決
するためになされたもので、分極処理の簡素化および分
極の安定化を図ることが容易で、超音波モータに組込ん
だ圧電振動板にクラックが生じても電極のクラックを助
長したり電極部分で放電を発生させないような圧電振動
板の製造方法を提供するものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】このような課題を解決す
るために本発明は、圧電振動板を形成する薄板状の圧電
振動板素子の片面に第１の分極用電極を間隔を置いて複
数形成し、その圧電振動板素子の対向面に第２の分極用
電極をその第１の分極用電極と同ピッチで重なるように
複数形成し、それら第１の分極用電極について交互に異
極の分極電位を接続するとともにそれら第２の分極用電
極について第１の分極用電極と逆の順次でその分極電位
を交互に接続した状態で分極電圧を印加してその圧電振
動板素子に方向の異なる分極を交互に施すものである。
そして、特に、その分極を施した後にそれら第２の分極
用電極を、可撓性接続部材で電気的に共通接続すること
が好ましい。

【００１１】

【作用】このような手段を備えた本発明では、圧電振動
板素子の両面に形成した対向する第１および第２の分極
用電極に対し、個々の面において逆の順で交互に分極電
位を印加するだけで、圧電振動板素子には交互に方向の
異なる分極を一度に施せる。さらに、分極した後に可撓
性接続部材でそれら第２の分極用電極を共通接続すれ
ば、そのまま超音波モータの組立に利用可能である。

【００１２】

【実施例】以下本発明の実施例を図面を参照して説明す
る。なお、従来例と共通する部分には同一の符号を付
す。図１〜図３は本発明に係る圧電振動板の製造方法の
一実施例を示す工程図である。まず、例えば圧電セラミ
ック板からなるリング板状の圧電振動板素子１３を用意
し、図２に示すように、その片面には後述する円弧状の
第１の分極領域１５に相当する領域に複数の第１の駆動
用個別電極４３を互いに周方向に間隔を置いて形成し、
その第１の分極領域１５の一方の端からλ／４ずれ後述
する円弧状の第２の分極領域１７に相当する領域に複数
の第２の駆動用個別電極４５を互いに周方向に間隔を置
いて形成する。これら第１および第２の駆動用個別電極
４３、４５は上述した従来例の共通駆動電極１９、２１
に対応するもので、後述するように第２の分極用電極と
して機能する

【００１３】また、第１の分極領域１５の他方の端と第
２の分極領域１５の間にはセンサ電極２３を形成する。
圧電振動板素子１３の対向面には、図３に示すように、
第１および第２の分極領域１５、１７に相当する位置に
おいて、第１および第２の駆動用個別電極４３、４５お
よびセンサ電極２３とほぼ同じ形状の個別電極２７を、
それら第１および第２の駆動用個別電極４３、４５およ
びセンサ電極２３と一致するように対向させて形成す
る。これら個別電極２７は後述するように第１の分極用
電極として機能する。

【００１４】第１および第２の駆動用個別電極４３、４
５、センサ電極２３および個別電極２７は、銀ペースト
等の導電塗料を圧電振動板素子１３の表裏面ともに例え
ば同じ電極パターンで塗付・焼付けする等して形成され
る。このような圧電振動板１１について、図１に示すよ
うに、片面側の個別電極２７に分極電源Ｅのプラスおよ
びマイナスの高電圧を交互に接続するとともに、対向面
側の第１および第２の駆動用個別電極４３、４５および
センサ電極２３（図１では図示せず）には分極電源Ｅの
マイナスおよびプラスの高電圧を個別電極２７側とは逆
の順で交互に接続し、個別電極２７を第１の分極用電極
とし、第１および第２の駆動用個別電極４３、４５およ
びセンサ電極２３を第２の分極用電極として一度に分極
する。

【００１５】なお、センサ電極２３に対向する個別電極
２７にはプラス又はマイナスの適当な高電圧を接続して
分極する（図１では図示せず）。さらに、分極は図示し
ない絶縁油中に浸して行なわれる。すると、上述した図
７又は図８のように、圧電振動板１１には厚み方向の分
極を連続して交互に変えた円弧状の第１の分極領域１５
と、この第１の分極領域１５の一方の端からλ／４ずれ
かつ厚み方向の分極を連続的に交互に変えた円弧状の第
２の分極領域１７が形成される。

【００１６】もっとも、λ／４離れたこれら第１および
第２の分極領域１５、１７は、図７のようにマイナス
（−）とプラス（＋）から各々始るように分極してもよ
いし、図示はしないがプラス（＋）とプラス（＋）又は
マイナス（−）とマイナス（−）から各々始るように分
極してもよい。また、圧電振動板１１の分極処理とは別
に又は並行して圧電振動板素子１３とほぼ同様な形状を
有するリング状の薄い可撓性（フレキシブル）基板４７
を用意する。この可撓性基板４７の片面には、第１およ
び第２の駆動用個別電極４３、４５領域に重なるような
円弧状の第１および第２の接続パターン４９、５１、す
なわち第１および第２の分極領域１５、１７に相当し各
々第１および第２の駆動用個別電極４３、４５に重なる
第１および第２の接続パターン４９、５１を形成すると
ともに、センサ電極２３に重なるセンサ接続パターン５
３を形成する。

【００１７】この第１および第２の接続パターン４９、
５１およびセンサ接続パターン５３を有する可撓性基板
４７は、片面銅張り可撓性基板等からエッチッグ等公知
の手法で形成する。そして、第１の接続パターン４９を
第１の分極領域１５の第１の駆動用個別電極４３全て
に、第２の接続パターン５１を第２の分極領域１７の第
２の駆動用個別電極４５全てに、センサ接続パターン５
３をセンサ電極２３に各々電気的に導通するように可撓
性基板４７を圧電振動板１１に重ねて導電性接着剤等で
固定し、全ての第１の駆動用個別電極４５を第１の接続
パターン４９で電気的に共通接続し、全ての第２の駆動
用個別電極４７を第２の接続パターン５１で電気的に共
通接続する（図１および図５参照）。

【００１８】このように可撓性基板４７によって複数の
第１の駆動用個別電極４３および複数の第２の駆動用個
別電極４５が共通接続された圧電振動板１１に、図５の
ように個別電極２７側を弾性体９に重ねて電気的に共通
接続した状態で固定し、図６のような超音波モータ用が
組立られる。このような本発明に係る圧電振動板の製造
方法では、圧電振動板１１の片面に個別電極２７を形成
し、この個別電極２７と同じような第１および第２の駆
動用個別電極４３、４５を対向形成し、片面側の各個別
電極２７について交互に異極の分極電位を接続するとと
もに、対向面側の第１および第２の駆動用個別電極４
３、４５について片面側と逆の順で異極の分極電位を接
続して一度に分極するから、従来のように分極劣化戻し
と言った図１１のごとき余分な補助分極工程を必要とせ
ず、一度の分極電圧の印加によって圧電振動板１１には
方向の異なる分極を交互に施せる。

【００１９】そのため、分極処理が簡素化されるうえ、
複数の電極に共通して対向する共通電極を設けないで分
極するから、各分極領域における分極度合いが一定とな
って隣合う分極領域毎に分極ばらつきが生じ難く、超音
波モータを組立てた場合にも安定した回転駆動が得られ
る。さらに、超音波モータにおいて何等かの原因で圧電
振動板素子１３にクラックが生じても、クラック近傍の
第１又は第２の駆動用個別電極４３、４５が独立電極で
あって可撓性基板４７の第１又は第２の接続パターン４
９、５１で電気的に共通接続されているから、別の第１
又は第２の駆動用個別電極４３、４５のクラック発生を
助長せず、放電も発生し難く、やはり滑らかな回転を確
保できる。

【００２０】しかも、上述した圧電振動板１１におい
て、可撓性基板４７の第１又は第２の接続パターン４
９、５１の長さを適当に変更すれば、同一の圧電振動板
１１を用いても共通接続される第１又は第２の駆動用個
別電極４３、４５の数、すなわち共通駆動電極面積を任
意に変更可能となり、種々の特性の圧電振動板１１が得
られる。ところで、分極電圧は圧電振動板素子１３の厚
みによって決定され、電極面積の大小によって左右され
ないから、分割独立した個別電極２７や第１および第２
の駆動用個別電極４３、４５を圧電振動板素子１３の両
面側に形成して本発明のように分極しても支障はない。
なお、分極電源Ｅは１個の電源又は２個の電源から直接
又は抵抗回路を介して第１および第２の駆動用個別電極
（第２の分極用電極）４３、４５および個別電極（第１
の分極用電極）２７に加えればよい。

【００２１】上述した本発明に係る製造方法は一例であ
り、第１および第２の駆動用個別電極４３、４５を共通
接続する接続部材としては、第１および第２の接続パタ
ーン４９、５１およびセンサ接続パターン５３を有する
可撓性基板４７に限らず、例えば導線や導箔、その他の
可撓性接続部材を用いて半田付け等によって共通接続し
ても本発明の目的達成が可能である。ところで、上述し
た本発明に係る圧電振動板１１およびこれを用いた超音
波モータの構成は一例であって従来公知の超音波モータ
において実施可能であり、例えば回転駆動するモータ以
外に往復動するモータ構成にも実施可能である。往復動
するモータでは単に細長い薄板状の圧電振動板が用いら
れる。

【００２２】

【発明の効果】以上説明したように本発明の製造方法
は、圧電振動板を形成する圧電振動板素子の両面に独立
した複数の第１および第２の分極用電極を対向して形成
し、片面側の第１の分極用電極に交互に異極の分極電位
を接続するとともに、対向する第２の分極用電極につい
て第１の分極用電極とは逆の順で異極の分極電位を接続
して分極するから、一度の分極電圧印加によって圧電振
動板素子には各第１および第２の分極用電極毎に方向の
異なる分極を交互に施すことができる。そのため、分極
劣化戻しも不必要となって分極処理が簡素となるうえ、
分極ばらつきを抑えることができる。しかも、超音波モ
ータに組込んだ場合に圧電振動板にクラックが生じて
も、第１および第２の分極用電極のクラックを助長させ
たり、さらに放電を発生させることもなく、超音波モー
タの円滑な回転を確保できる。さらに、分極した後に接
続パタンーを有する可撓性基板や接続導体等の可撓性接
続部材で第２の分極用電極を電気的に共通接続する方法
では、第２の分極用電極の共通接続状態をそのまま超音
波モータの組立に利用できるので、超音波モータの組立
効率が良い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る超音波モータ用圧電振動板の製造
方法の主要工程を説明する要部部分断面図（図２中のＩ
−Ｉ間断面）である。

【図２】本発明の超音波モータ用圧電振動板の製造方法
の一工程を示す平面図である。

【図３】本発明の超音波モータ用圧電振動板の製造方法
の一工程を示す平面図である。

【図４】図３の圧電振動板に重ねる可撓性接続部材の一
例として可撓性基板を示す平面図である。

【図５】本発明で製造された圧電振動板を超音波モータ
の弾性体に重ねた状態を示す概略半断面図である。

【図６】圧電振動板を用いた超音波モータの一例を示す
半断面図である。

【図７】従来の圧電振動板の一方の面を示す平面図であ
る。

【図８】従来の圧電振動板の他方の面を示す平面図であ
る。

【図９】従来の圧電振動板の分極工程を示す要部部分断
面図である。

【図１０】従来の圧電振動板の分極工程を示す要部部分
断面図である。

【図１１】従来の圧電振動板の分極工程を示す要部部分
断面図である。

【符号の説明】

１ ベアリング ３ 基台 ５ 凹部 ７ 凸環部 ９ 弾性体 １１ 圧電振動板 １３ 圧電振動板素子 １５ 第１の分極領域 １７ 第２の分極領域 １９、２１ 共通駆動電極 ２３ センサ電極 ２５ 可撓性プリント基板 ２７ 個別電極（第１の分極用電極） ２９ ケース ３１ 軸受 ３３ ベアリング ３５ シャフト ３７ 回転体 ３９ フランジ ４１ 皿ばね ４３ 第１の駆動用個別電極（第２の分極用電極） ４５ 第２の駆動用個別電極（第２の分極用電極） ４７ 可撓性基板（可撓性接続部材） ４９ 第１の接続パターン ５１ 第２の接続パターン ５３ センサ接続パターン

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧電振動板を形成する薄板状の圧電振動
   板素子の片面に第１の分極用電極を間隔を置いて複数形
   成する工程と、 前記圧電振動板素子の対向面に第２の分極用電極を前記
   第１の分極用電極と同ピッチで互いに重なるように複数
   形成する工程と、 前記第１の分極用電極について交互に異極の分極電位を
   接続するとともに前記第２の分極用電極について前記第
   １の分極用電極側と逆の順で交互に異極の前記分極電位
   を接続した状態で分極電圧を印加し、前記圧電振動板素
   子に方向の異なる分極を交互に施す工程と、 を具備することを特徴とする超音波モータ用圧電振動板
   の製造方法。
2. 【請求項２】 前記分極を施した後、前記第２の分極用
   電極を可撓性接続部材にて電気的に共通接続する請求項
   １記載の超音波モータ用圧電振動板の製造方法。