JPH07213080A - 超音波モータにおけるステータの給電構造及び給電配線並びにその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】圧電素子の劣化や部分的な破壊がなく、かつ耐
熱性に優れた超音波モータにおけるステータの給電構造
を提供する。 【構成】ステータ１０の片面に配設された圧電素子１６
の共通電極１７ａ，１７ｂに、可撓性を有する銅箔より
なる給電配線２１ａ，２１ｂを接着剤にて接着した。圧
電素子１６に形成されたフィードバック電極１９に、銅
箔よりなるフィードバック用配線２２を接着剤にて接着
した。ステータ１０に銅箔よりなる円環状の接地用配線
２４を接着剤にて接着した。

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におけるス
テータの給電構造及び給電配線並びにその製造方法に係
り、詳しくは、圧電素子の劣化等がなく耐熱性に優れた
ステータの給電構造、及び取付け作業性がよく低コスト
化が可能な給電配線並びにその製造方法に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】近年、電気エネルギーを機械エネルギー
の超音波振動に変換し、回転力を得る超音波モータは、
静粛性、低速回転・高トルク性能等の利点があることか
ら自動車用機能部品、各種ロボット等の分野で応用され
ている。

【０００３】超音波モータの方式には、進行波型超音波
モータ、定在波型超音波モータ、及び複合振動子型超音
波モータ等が提案されており、特に、安定したモータ性
能を長時間得ることができる進行波型超音波モータの技
術的検討がなされている。以下に、進行波型超音波モー
タの構成について簡単に説明する。

【０００４】図８に示すように、ステータ５１は金属製
でリング状に形成されており、その下面に円環状のセラ
ミックよりなる圧電素子５２が貼着されている。圧電素
子５２は図９（ａ）に示すように、貼着面とは反対側の
面に２つの共通電極５３ａ，５３ｂが互いに１／４波長
ずれた状態で形成されている。又、圧電素子５２は予め
前記共通電極５３ａ，５３ｂと、共通電極５３ａ，５３
ｂと対向する圧電素子５２の貼着面に形成された図示し
ない複数の独立電極との間に高電圧が印加されて、図９
（ｂ）に示すように、交互に異なる厚み方向の分極処理
が施されている。

【０００５】そして、分極処理が施された圧電素子５２
の共通電極５３ａ，５３ｂとステータ５１との間に９０
°位相をずらした高周波電圧をそれぞれ印加することに
より、圧電素子５２が伸縮してステータ５１の円周方向
に屈曲振動の進行波が生じる。そして、この屈曲振動の
進行波によってステータ５１に加圧接触された図示しな
いロータが摩擦力によって駆動されて回転するようにな
っている。

【０００６】上記のように構成された超音波モータにお
いて、圧電素子５２に高周波電圧を印加するためには、
従来、リード線を圧電素子５２の共通電極５３ａ，５３
ｂ及びステータ５１にそれぞれ半田付けしていた。又、
特開昭６３−６４５８１号に開示された超音波モータに
おいては、リード線に相当する導体パターンを有するフ
レキシブルプリント配線板を圧電素子の電極部に接着剤
を介して接着していた。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところが、前者のリー
ド線を半田付けする方法では、圧電素子５２が半田付け
による熱的影響を受けて劣化したり、圧電素子５２の半
田付け部分が破壊されて圧電素子５２がもつ特性が失わ
れるという問題点がある。又、共通電極５３ａ，５３ｂ
及びステータ５１に対してリード線の半田付け作業をそ
れぞれ行わなければならないので、作業性が悪いという
問題点がある。

【０００８】又、後者のフレキシブルプリント配線板を
圧電素子の電極部に接着する方法では、その配線板を構
成する樹脂ベース等の材料にかかるコストや、配線板の
製造コストによって、上記した方法よりも高コストとな
るという問題点がある。又、フレキシブルプリント配線
板の樹脂ベースは耐熱性に限界があるため、超音波モー
タを設置する場所が限定されてしまうという問題点があ
る。

【０００９】本発明は上記の問題点を解決するためにな
されたものであって、第１の目的は圧電素子の劣化や部
分的な破壊がなく、かつ耐熱性に優れた超音波モータに
おけるステータの給電構造を提供することにある。

【００１０】第２の目的は圧電素子に対しての取付け作
業性が良く、かつ低コスト化を図ることができる超音波
モータにおけるステータの給電配線並びにその製造方法
を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに請求項１に記載の発明は、ステータに配設された圧
電素子に電極を形成し、該電極に交流電圧を印加して圧
電素子を振動させることによりステータに進行波を発生
させ、前記ステータに接触するロータを回転させる超音
波モータにおけるステータにおいて、可撓性を有する薄
板状の金属よりなる給電配線を前記圧電素子の電極に接
着した。

【００１２】請求項２に記載の発明は、ステータに配設
された圧電素子に形成された電極に接続され、前記圧電
素子に交流電圧を供給する給電配線であって、給電配線
を可撓性を有する薄板状の金属により形成するととも
に、連結部によって一体的にした。

【００１３】請求項３に記載の発明は、ステータに配設
された圧電素子に形成された電極に接続され、前記圧電
素子に交流電圧を供給する給電配線の製造方法におい
て、可撓性を有する薄板状の金属よりなる給電配線と、
該給電配線を相互に連結する連結部とを打ち抜き加工に
より一体に形成するようにした。

【００１４】

【作用】このように構成された請求項１の発明では、可
撓性を有する薄板状の金属よりなる給電配線を前記圧電
素子の電極に接着したことにより、給電配線の取付け時
における圧電素子に対する熱的影響がなくなり、劣化や
接着部分が破壊されることはない。又、給電配線は金属
製であるため耐熱性に優れたものとなる。

【００１５】請求項２に記載の発明では、給電配線を複
数とした場合、各給電配線は連結部と一体的となった状
態で、圧電素子の電極に対して接着される。その後、連
結部が除去されて独立した給電配線が形成される。従っ
て、給電配線を圧電素子に対して一部品として取付ける
ことが可能になるため、取付け作業性が良くなるととも
に、構成が簡単であるため低コスト化を図ることができ
る。

【００１６】請求項３に記載の発明では、給電配線を複
数とした場合、各給電配線と連結部とが打ち抜き加工に
よって一体に形成されるため、製造工程が少なく簡単に
給電配線を製造できるとともに、低コスト化を図ること
ができる。

【００１７】

【実施例】以下、本発明を超音波モータに具体化した一
実施例を図１〜図７に従って説明する。

【００１８】図６に示すように、超音波モータ１の本体
ケース２は基台３と上部ケース４とから構成され、基台
３の中央上面には載置部５が突出形成されるとともに、
基台３の中央下面には収納凹部６が形成されている。そ
して、前記基台３の中央には挿通孔７が形成され、該挿
通孔７を介して回転軸８の先端が本体ケース２内に挿入
配置されている。又、回転軸８は収納凹部６に配置され
た軸受９によって回転可能に支持されている。

【００１９】前記載置部５の上面には金属製の円環状の
ステータ１０がその挿通孔１１が前記回転軸８に挿通さ
れた状態で載置されている。ステータ１０は載置部５に
載置される基台１２と、この基台１２の外周に一体形成
された肉薄部１３と、この肉薄部１３の外周に一体に形
成された支持台１４とから構成されている。支持台１４
の上面には振動部１５が形成されている。なお、振動部
１５は図示はしないが櫛歯状に形成されている。支持台
１４の下面には円環状の圧電素子１６が貼着されてい
る。

【００２０】図１，図６に示すように、圧電素子１６に
はＡ相部１６ａ及びＢ相部１６ｂの２つの領域が設けら
れている。圧電素子１６が前記ステータ１０に貼着され
た面とは反対側の面には、銀薄膜よりなる２つの共通電
極１７ａ，１７ｂがＡ相部１６ａ及びＢ相部１６ｂと対
応してそれぞれ形成されている。又、共通電極１７ａ，
１７ｂ間には３／４波長で区画された駆動に寄与しない
電極１８と、１／４波長で区画されたフィードバック電
極１９とが形成されている。そして、両共通電極１７
ａ，１７ｂ、すなわちＡ相部１６ａ及びＢ相部１６ｂは
互いに１／４波長ずれている。

【００２１】前記フィードバック電極１９は圧電素子１
６の振動状態を検知して、図示しない駆動回路へフィー
ドバックするために形成されている。又、圧電素子１６
は予め前記共通電極１７ａ，１７ｂと、共通電極１７
ａ，１７ｂと対向する圧電素子１６の貼着面に形成され
た複数の独立電極（図示せず）との間に高電圧が印加さ
れて、交互に異なる厚み方向の分極処理が施されてい
る。

【００２２】図１，図２，図６に示すように、前記圧電
素子１６の共通電極１７ａ，１７ｂには厚さ２０〜８０
μｍの可撓性を有する銅箔よりなる給電配線２１ａ，２
１ｂがエポキシ系の接着剤２３を介して接着されてい
る。フィードバック電極１９には同じく銅箔よりなるフ
ィードバック用配線２２が接着剤２３を介して接着され
ている。ステータ１０の基台１２の下面には銅箔よりな
る接地用配線２４が接着剤（図示せず）を介して接着さ
れている。そして、ステータ１０の各配線２１ａ，２１
ｂ，２２，２４が接着された側の全面には、絶縁性の樹
脂Ｓが各配線の接着部を覆うようにして塗布されてい
る。この樹脂Ｓは絶縁性を有するとともに耐熱性を有し
ている。

【００２３】前記給電配線２１ａ，２１ｂは所定の長さ
に形成され、共通電極１７ａ，１７ｂに接着される先端
部２５が幅広で略扇形状に形成されている。又、図１，
図５に示すように、先端部２５の幅方向にはステータ１
０の径方向と一致するように幅０．５ｍｍ程度のスリッ
ト２６が複数（この場合、４箇所）形成されている。

【００２４】図１に示すように、フィードバック用配線
２２は給電配線２１ａ，２１ｂと同じ長さに形成され、
その先端部２７が前記フィードバック電極１９と対応し
た扇形状に形成されている。又、先端部２７には前記と
同様にスリット２８が複数（この場合、３箇所）形成さ
れている。接地用配線２４は基台１２に接着される円環
状の接着部２９と、接着部２８と一体に形成された延出
部３０とから構成されており、延出部３０は給電配線２
１ｂと隣接位置において接触しないように屈曲形成され
ている。図６に示すように、接着部２９は載置部５と基
台１２との間に全周に亘って配置されており、両者の間
にがたつきが生じないようになっている。

【００２５】そして、図４に示すように、給電配線２１
ａ，２１ｂの先端部２５、フィードバック用配線２２及
び接地用配線２４の接着部２９の各接着面は、サンドブ
ラスト、化学処理等によって凹凸状に粗面化された状態
となっている。この状態で各配線２１ａ，２１ｂ，２
２，２４は前記接着剤２３によって共通電極１７ａ，１
７ｂ及び基台１２の下面に接着されている。従って、接
着剤２３が絶縁性を有していても各配線と共通電極１７
ａ，１７ｂ及びステータ１０の導通が確保されている。

【００２６】又、給電配線２１ａ，２１ｂ、フィードバ
ック用配線２２及び延出部３０の基端部で、圧電素子１
６及びステータ１０に接着される側の面には、ウレタン
樹脂等よりなる非導通性のクッション３１が貼着されて
いる。

【００２７】図６に示すように、基台３及び上部ケース
４の側部にはコネクタ収納突部３２，３３がそれぞれ形
成されており、両コネクタ収納突部３２，３３によって
コネクタホルダ３４が形成されている。このコネクタホ
ルダ３４内には前記給電配線２１ａ，２１ｂ、フィード
バック用配線２２及び延出部３０の基端部とクッション
３１とが収納されている。又、コネクタホルダ３４内に
は本体ケース２の外部から、各配線と対応する複数（一
箇所のみ図示）のターミナル３５を備えたコネクタ３６
が挿入配置されて、各ターミナル３５と各配線とが電気
的に接続されている。すなわち、前記各配線及びクッシ
ョン３１はターミナル３５とコネクタ３６のカバー３８
の内壁面との間に配設されており、クッション３１の弾
性力によって各配線がターミナル３５に押圧された状態
で接触している。従って、ターミナル３５は各配線から
容易に離脱しないようになっている。なお、ターミナル
３５はハーネス３７と電気的に接続されている。

【００２８】前記ステータ１０の上面にはアルミニウム
製のロータ３９が前記振動部１５と接触した状態で載置
されている。ロータ３９はその中心部に透設された挿通
孔３９ａが前記回転軸８と嵌合した状態で挿通されて一
体回転するようになっている。回転軸８には加圧用プレ
ート４０が嵌合した状態で挿通固定されされている。
る。加圧用プレート４０とロータ３９との間には弾性部
材４１が配置されており、ロータ３９は加圧プレート４
０によって弾性部材４１を介して常時、ステータ１０に
押圧接触されている。

【００２９】そして、図示しない駆動回路からハーネス
３７、ターミナル３５、給電配線２１ａ，２１ｂ及び接
地用配線２４を介して９０°位相をずらした高周波電圧
が圧電素子１６のＡ相部１６ａ及びＢ相部１６ｂにそれ
ぞれ印加されるようになっている。この電圧印加によっ
て圧電素子１６が伸縮してステータ１０の円周方向に屈
曲振動の進行波が生じ、その屈曲振動の進行波によって
ステータ１０の支持台１４に加圧接触されたロータ３９
が、摩擦力によって進行波とは逆の方向に回転駆動され
るようになっている。又、圧電素子１６の屈曲振動によ
って発生した逆起電圧がフィードバック電極１９にて検
知され、フィードバック用配線２２、ターミナル３５及
びハーネス３７を介して図示しない駆動回路へフィード
バックされるようになっている。

【００３０】図３，図４に示すように、前記給電配線２
１ａ，２１ｂ、フィードバック用配線２２及び接地用配
線２４は、圧電素子１６及びステータ１０に接着される
以前において一体に形成されている。すなわち、給電配
線２１ａ，２１ｂは両者間にフィードバック用配線２２
を挟んだ状態で、２つの連結部４２ａ，４２ｂによって
それぞれのほぼ中央部が相互に連結されている。又、給
電配線２１ｂのほぼ中央部と接地用配線２４の延出部３
０の中央部よりも若干基端部側とが連結部４２ｃによっ
て相互に連結されている。前記連結部４０ａ〜４０ｃは
各配線を圧電素子１６及びステータ１０に接着した後に
切断して除去される。

【００３１】又、延出部３０の共通電極１７ｂと対向す
る側の面には絶縁剤４３が塗布されており、延出部３０
が共通電極１７ｂと接触してもショートしないようにな
っている。

【００３２】上記したように本実施例の超音波モータ１
においては、各共通電極１７ａ，１７ｂに対応した銅箔
よりなる給電配線２１ａ，２１ｂを圧電素子１６に接着
剤２３によって接着した。従って、給電配線２１ａ，２
１ｂの取付け時における圧電素子１６に対する熱的影響
がなくなり、圧電素子１６が劣化したり、その接着部分
が破壊されるのを防止することができる。又、給電配線
２１ａ，２１ｂは銅箔であるため耐熱性に優れたものと
なる。

【００３３】又、各配線２１ａ，２１ｂ，２２，２４の
接着面を、サンドブラスト、化学処理等によって凹凸状
に粗面化して、接着剤２３によって共通電極１７ａ，１
７ｂ及び基台１２の下面に接着したことにより接着力が
増す。又、絶縁性を有する接着剤２３を使用しても、各
配線の接着面が凹凸状に粗面化されているため、共通電
極１７ａ，１７ｂ及びステータ１０の導通を確保するこ
とができる。

【００３４】更に、給電配線２１ａ，２１ｂ及びフィー
ドバック配線２２の先端部２５，２７にスリット２６，
２８を形成したことにより、接着剤２３がスリット２
６，２８に入り込んだ状態となるため、確実に先端部２
５，２７を共通電極１７ａ，１７ｂに接着することがで
きる。この結果、圧電素子１６の屈曲振動により先端部
２５，２７が共通電極１７ａ，１７ｂから容易にはがれ
ないようにすることができる。

【００３５】又、接地用配線２４を円環状に形成してス
テータ１０の基台１２の下面に接着したことにより、ス
テータ１０の基台１２を基材３の載置部５に載置したと
きに載置部５と基台１２との間のがたつきを防止するこ
とができる。

【００３６】又、給電配線２１ａ，２１ｂ、フィードバ
ック用配線２２及び延出部３０の基端部にウレタン樹脂
等よりなる非導通性のクッション３１を貼着したことに
より、各配線を連結状態に維持することができ、ターミ
ナル３５との接続をスムーズに行うことができる。

【００３７】コネクタホルダ３４内にコネクタ３６を挿
入して、各配線２１ａ，２１ｂ，２２，２４とターミナ
ル３５とを接続するようにしたので、接続作業性が向上
する。又、コネクタ３６を挿入したときに各配線及びク
ッション３１をターミナル３５とカバー３８の内壁面と
の間に配設したことにより、クッション３１の弾性力に
よって各配線とターミナル３５とを確実に接続すること
ができる。

【００３８】又、ステータ１０の各配線２１ａ，２１
ｂ，２２，２４が接着された側の全面に、絶縁性の樹脂
Ｓを各配線の接着部を覆うようにして塗布したことによ
り、各配線の絶縁性を確保することができる。

【００３９】前記各配線２１ａ，２１ｂ，２２，２４は
連結部４２ａ〜４２ｃによって一体に形成された状態
で、圧電素子１６の各共通電極１７ａ，１７ｂ及びフィ
ードバック電極１９並びにステータ１０の基台の下面に
接着される。その後、各連結部４２ａ〜４２ｃが切断さ
れてそれぞれ独立した配線が形成される。従って、各配
線を圧電素子１６及びステータ１０に対して一部品とし
て取付けることが可能になるため、取付け作業性が良く
なるとともに、構成が簡単であるため低コスト化を図る
ことができる。

【００４０】又、各配線２１ａ，２１ｂ，２２，２４と
連結部４２ａ〜４２ｃとは銅箔を金型を用いた打ち抜き
加工によって一体に形成される。従って、各配線を別々
に製造する必要がなく、製造工程が少なくなって低コス
ト化を図ることができる。

【００４１】なお、本発明は上記実施例に限定されるこ
とはなく、本発明の趣旨から逸脱しない範囲で例えば以
下のようにしてもよい。 （１）上記実施例では給電配線２１ａ，２１ｂ、フィー
ドバック用配線２２、接地用配線２４を銅箔にて構成し
たが、接地用配線２４のみをリード線としたり、フィー
ドバック用配線２２を設けずに、給電配線２１ａ，２１
ｂを連結部によって一体に形成してもよい。

【００４２】（２）図７に示すように、各配線２１ａ，
２１ｂ，２２，２４を銅箔の代わりに、網状の銅線を薄
板状に形成したものを使用してもよい。このような配線
を用いた場合、接着面を粗面化しなくても接着剤によっ
て接着することができる。

【００４３】（３）ステータ１０の各配線が接着された
面に樹脂Ｓを塗布したが、必要なければ塗布しなくても
よい。又、樹脂Ｓはアクリル樹脂、ウレタン樹脂、エポ
キシ樹脂、ポリイミド樹脂、フタル酸ジアリル樹脂、シ
リコン樹脂等が好ましく、中でもエポキシ樹脂が耐磨耗
性、機械的強度に優れ、ポリイミド樹脂が耐磨耗性、耐
熱性に優れているという点から好ましい。

【００４４】（４）給電配線２１ａ，２１ｂ、フィード
バック用配線２２の先端部２５，２６の接着面を粗面化
するとともに、共通電極１７ａ，１７ｂ及びフィードバ
ック電極１９の接着部分をサンドブラスト等によって粗
面化してもよい。

【００４５】（５）接着剤２３としては絶縁性あるいは
導電性のものを使用してもよい。 （６）上記実施例の給電配線をステータの両面に貼着さ
れた圧電素子の電極に接着したり、圧電素子に対して一
箇所のみ形成された電極に接着するようにしてもよい。

【００４６】（７）給電配線２１ａ，２１ｂ、フィード
バック用配線２２、接地用配線２４を銅箔以外の銀、金
等の金属にて形成してもよい。 （８）接地用配線２４の接着部２９を接着剤を用いずに
接触させるようにしてもよい。この理由は、接着部２９
は常時、ステータ１０の基台１２と載置部５との間に挟
まれた状態となるからである。

【００４７】

【発明の効果】以上詳述したように請求項１に記載の超
音波モータにおけるステータの給電構造によれば、圧電
素子の劣化や部分的な破壊がなく、かつ耐熱性に優れた
ものとなるという効果がある。

【００４８】請求項２に記載の超音波モータにおけるス
テータの給電配線においては、圧電素子に対しての取付
け作業性が良く、かつ低コスト化を図ることができると
いう効果がある。

【００４９】請求項３に記載の超音波モータにおけるス
テータの給電配線の製造方法においては、給電配線を簡
単に製造できるとともに、低コスト化を図ることができ
るという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の超音波モータにおけるステー
タの給電構造を示す平面図である。

【図２】ステータを示す一部拡大断面図である。

【図３】圧電素子及びステータに接着される前の配線を
示す平面図である。

【図４】同じく、図３の底面図である。

【図５】給電配線の先端部を示す一部拡大平面図であ
る。

【図６】超音波モータを示す断面図である。

【図７】別の実施例のステータの給電構造を示す平面図
である。

【図８】ステータを示す概略斜視図である。

【図９】圧電素子を示し、（ａ）は共通電極が形成され
た面を示す平面図であり、（ｂ）は分極処理が施された
状態を示す平面図である。

【符号の説明】 １…超音波モータ、１０…ステータ、１６…圧電素子、
１７ａ，１７ｂ…共通電極、１９…フィードバック電
極、２１ａ，２１ｂ…給電配線、２２…フィードバック
配線、２４…接地用配線、３９…ロータ、４２ａ〜４２
ｃ…連結部。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ステータに配設された圧電素子に電極を
   形成し、該電極に交流電圧を印加して圧電素子を振動さ
   せることによりステータに進行波を発生させ、前記ステ
   ータに接触するロータを回転させる超音波モータにおけ
   るステータにおいて、 可撓性を有する薄板状の金属よりなる給電配線を前記圧
   電素子の電極に接着したことを特徴とする超音波モータ
   におけるステータの給電構造。
2. 【請求項２】 ステータに配設された圧電素子に形成さ
   れた電極に接続され、前記圧電素子に交流電圧を供給す
   る給電配線であって、 給電配線を可撓性を有する薄板状の金属により形成する
   とともに、連結部によって一体的にしたことを特徴とす
   る超音波モータにおけるステータの給電配線。
3. 【請求項３】 ステータに配設された圧電素子に形成さ
   れた電極に接続され、前記圧電素子に交流電圧を供給す
   る給電配線の製造方法において、 可撓性を有する薄板状の金属よりなる給電配線と、該給
   電配線を相互に連結する連結部とを打ち抜き加工により
   一体に形成することを特徴とする超音波モータにおける
   ステータの給電配線の製造方法。