JPH11289782A - 超音波モータ用振動体の製造方法及び超音波モータ用振動体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 圧電素子を弾性体に精度良く貼着することが
でき、さらに、応力集中による接着剤の剥離や圧電素子
のクラックによる超音波モータの駆動停止を防止するこ
とができる振動体の製造方法及び振動体を提供するこ
と。 【解決手段】 圧電セラミック層と圧電セラミック層の
両面に配置された外部電極膜とを有すると共に、中心角
αの一の略扇状の領域から成る第１区域、中心角２αの
複数の略扇状の領域から成る第２区域及び中心角３αの
一の略扇状の領域から成る第３区域に分割された円盤状
圧電素子と、圧電素子が一方の面に接着された弾性体と
を備える振動体の製造方法であって、圧電素子の一方の
面に仮固着部材を固着する工程と、各領域を画成する境
界線に沿って、圧電素子に複数の間隙を形成して円周方
向に分離させる工程と、圧電素子の他方の面に、弾性体
の一方の面を接着する工程と、仮固着部材を圧電素子か
ら除去する工程とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、環状の弾性体と円
盤状圧電素子とからなる振動体の製造方法及び振動体に
関し、特に、超音波モータに好適に使用される振動体の
製造方法及び振動体に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来から、特開平１−１７３５４号公報
に開示されているように、圧電素子に交流電圧を印加す
ることにより２つの定在波を発生させ、２つの励振源の
時間的な位相と空間的な位相をそれぞれλ／４ずつずら
すことにより、この２つの定在波が重なり合って圧電素
子の表面、更には金属弾性体の表面に進行波が発生し、
この金属弾性体と加圧接触した移動子（ロータ）を回転
させる超音波モータが知られている。

【０００３】このように、超音波モータを駆動させるう
えで振動源である圧電素子は必須であり、このような圧
電素子を金属弾性体に接着させる技術は極めて重要とな
る。例えば、従来から、特開昭６２−２６０５６６号公
報の〔発明の背景〕の欄にも掲載されているように、図
１に示すような構成をした超音波モータ用振動体が知ら
れている。図１に示されている超音波モータ用振動体
は、環状の金属弾性体２の裏面に、複数個の略扇状の圧
電素子４を互いに所定の間隔を隔てて貼着したものであ
る。この振動体を固定子（ステータ）として用い、金属
弾性体２の圧電素子４が設けられていない他方の面に移
動子（ロータ）を加圧接触し、所定の交流電圧を印加す
れば、当該移動子を回転させることができる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、図１に示され
た振動体は、接着前から互いに分離している複数の略扇
状の圧電素子４を接着剤等で個別に金属弾性体２に接着
するため、各圧電素子４の位置精度の低下や、各圧電素
子４に塗布される接着剤層厚の不均一化が生じ、当該振
動体を超音波モータの固定子として用いても、固定子に
発生する波形が乱れるという問題があった。

【０００５】一方、図２は、円周方向に分離していない
リング状の圧電セラミック層６に、互いに分離した外部
電極膜８を印刷して構成されている圧電素子１０を用い
た超音波モータ用の振動体であり、この振動体では、図
１に示す振動体よりも圧電素子１０が金属弾性体１２に
精度良く貼着されており、更に、圧電素子１０に塗布さ
れる接着剤厚の違いも低減されている。

【０００６】しかしながら、図２に示された振動体にお
いては、分極形成時の直流電圧の印加によって圧電素子
１０が破損する事態を防ぐため、リング状の圧電セラミ
ック層６の厚さと同程度以上の電極非形成部１４（圧電
セラミック層６の外部電極膜８で覆われていない部分）
が必要になる。そして、この電極非形成部１４に生じる
応力集中による接着剤の剥離や、電極非形成部１４近傍
での圧電素子１０のクラックによって超音波モータの駆
動が停止する等の問題があった。

【０００７】尚、特開昭６２−２６０５６６号公報に
は、弾性体と接合する電極の表面を切れ目のない平らな
面とした超音波モータが開示されており、この超音波モ
ータを用いれば、電極非形成部に生じる応力集中はある
程度低減されるものの十分とはいえず、圧電素子のクラ
ックや接着剤の剥離による超音波モータの駆動が停止す
る事態が発生することは否めない。

【０００８】本発明は、かかる事情に鑑みなされたもの
であり、圧電素子を弾性体に精度良く貼着することがで
き、さらに、応力集中による接着剤の剥離や圧電素子の
クラックによる超音波モータの駆動停止を防止すること
ができる振動体の製造方法及び振動体を提供することを
目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明者は、超音波モータの駆動中に生じる応力集
中の発生箇所を追求した。そして、鋭意研究の末、本発
明者は、応力集中は圧電素子に発生する二つの定在波の
節及び腹に相当する部分に生じることを見出した。そこ
で、かかる応力集中の発生箇所を踏まえつつ上記課題を
解決するために本発明者は、以下のような発明を完成さ
せた。

【００１０】即ち、請求項１記載の発明に係る振動体の
製造方法は、電圧が印加されることにより歪みが生じる
圧電セラミック層と当該圧電セラミック層の両面にそれ
ぞれ配置された二つの外部電極膜とを有すると共に、円
周方向に中心角αの一つの略扇状の領域から成る第１区
域、中心角が前記αの２倍（２α）である複数の略扇状
の領域から成る第２区域及び中心角が前記αの３倍（３
α）である一つの略扇状の領域から成る第３区域に分割
された円盤状圧電素子と、この圧電素子が一方の面に接
着された環状の弾性体とを備える振動体の製造方法であ
って、圧電素子の一方の面に、仮固着部材を固着する固
着工程と、各領域を画成する境界線に沿って、圧電素子
に複数の間隙を形成して、圧電素子を円周方向に分離さ
せる分離工程と、圧電素子の他方の面に、弾性体の一方
の面を接着する接着工程と、仮固着部材を圧電素子から
除去する除去工程とを備えることを特徴とする。

【００１１】請求項１記載の発明に係る振動体の製造方
法によれば、円盤状圧電素子の一方の面が仮固着部材に
固着されているため、円盤形状を維持しながら、各領域
を画成する境界線に沿って間隙が形成される。そして、
円盤形状を維持しながら圧電素子の他方の面と環状弾性
体の一方の面とを接着するため、円周方向に分離された
圧電素子は弾性体に精度良く貼着される。

【００１２】また、隣り合う各領域に厚さ方向で逆向き
の分極を施せば、請求項１記載の製造方法により製造さ
れた振動体を、超音波モータの固定子として用いること
ができるが、この場合、各領域の境界は、一方の定在波
の節に相当すると共に、他方の定在波の腹に相当する。
即ち、上述したように、各領域の境界は応力集中の発生
箇所となるが、本発明においては各領域の境界に間隙が
形成されているため、応力集中の発生が抑制される。

【００１３】請求項２記載の発明は、請求項１記載の振
動体の製造方法の除去工程において、第２区域を形成す
る各領域を二等分する線及び第３区域を形成する一つの
領域を三等分する線に沿って、更に圧電素子に間隙を形
成することを特徴とする。

【００１４】請求項２記載の発明に係る振動体の製造方
法によれば、各領域を画成する境界線だけでなく、第２
区域を形成する中心角２αの各領域を二等分する線及び
第３区域を形成する中心角３αの一つの領域を三等分す
る線に沿って、間隙が形成される。そのため、請求項２
記載の製造方法により製造した振動体を超音波モータの
固定子として用いた場合、圧電素子に発生する二つの定
在波の全ての節及び腹に相当する位置に間隙が存在する
ことになり、応力集中の発生が更に抑制される。

【００１５】請求項３記載の発明は、請求項１又は請求
項２記載の振動体の製造方法において、固着工程の前、
又は、除去工程の後に、圧電素子に直流電圧を印加する
ことによって当該圧電素子を分極させる工程を更に備え
ることを特徴とする。

【００１６】請求項４記載の発明は、請求項１〜請求項
３記載の振動体の製造方法において、仮固着部材を圧電
素子から除去する工程において、仮固着部材を昇温して
当該仮固着部材と圧電素子との間の接着力を弱めた後
に、仮固着部材を圧電素子から除去することを特徴とす
る。

【００１７】請求項５記載の発明は、請求項１〜請求項
４記載の振動体の製造方法において、圧電素子に形成さ
れた各間隙内に、絶縁物を介在させる工程を更に備える
ことを特徴とする。

【００１８】請求項６記載の発明は、電圧が印加される
ことにより歪みが生じる圧電セラミック層と当該圧電セ
ラミック層の両面にそれぞれ配置された二つの外部電極
膜とを有すると共に、円周方向に中心角αの一つの略扇
状の領域から成る第１区域、中心角が前記αの２倍（２
α）である複数の略扇状の領域から成る第２区域及び中
心角が前記αの３倍（３α）である一つの領域から成る
第３区域に分割され、各領域を画成する境界線に沿って
形成された複数の間隙を有する円盤状圧電素子と、圧電
素子が一方の面に接着された環状の弾性体とを備える振
動体であって、請求項１〜請求項５のうち何れか一項記
載の振動体の製造方法により製造されたことを特徴とす
る。

【００１９】請求項７記載の発明に係る超音波モータ
は、請求項６記載の振動体を、固定子として備えたこと
を特徴とする。

【００２０】請求項７記載の発明に係る超音波モータに
よれば、圧電素子が弾性体に精度良く貼着された振動体
を固定子として備えているため、圧電素子及び弾性体の
表面に発生する進行波の乱れが低減されて当該固定子に
対向して設けられた移動子の移動効率が高められると共
に、上記固定子は応力集中の発生が抑制されているた
め、応力集中による接着剤の剥離や圧電素子のクラック
による超音波モータの駆動停止が防止される。

【００２１】請求項８記載の発明に係る超音波モータ
は、請求項６記載の振動体を、固定子及び移動子として
備えたことを特徴とする。

【００２２】請求項８記載の発明に係る超音波モータに
よれば、圧電素子が弾性体に精度良く貼着された振動体
を固定子及び移動子として備えているため、固定子及び
移動子のそれぞれに設けられた圧電素子及び弾性体の表
面に発生する進行波の乱れが低減されて移動子の移動効
率が高められると共に、上記固定子及び移動子は応力集
中の発生が抑制されているため、応力集中による接着剤
の剥離や圧電素子のクラックによる超音波モータの駆動
停止が防止される。

【００２３】請求項９記載の超音波モータは、各間隙
が、交流電圧を印加することにより圧電素子に発生する
二つの定在波の節又は腹に相当する位置に形成されてい
ることを特徴とする。

【００２４】請求項１０記載の発明は、円周方向に中心
角αの一つの略扇状の領域から成る第１区域、中心角が
前記αの２倍（２α）である複数の略扇状の領域から成
る第２区域及び中心角が前記αの３倍（３α）である一
つの領域から成る第３区域に分割され、左右に隣り合う
領域の厚さ方向の分極が互いに逆向きの円盤状圧電素子
と、当該圧電素子が一方の面に設けられた環状の弾性体
とを備える振動体であって、各領域を画成する境界線、
第２区域を形成する各領域を二等分する線及び第３区域
を形成する一つの領域を三等分する線に沿う間隙が形成
されていることを特徴とする。

【００２５】請求項１０記載の発明に係る振動体によれ
ば、各領域を画成する境界線、第２区域を形成する各領
域を二等分する線及び第３区域を形成する一つの領域を
三等分する線に沿う間隙が形成されているため、当該振
動体を例えば超音波モータの固定子として用いた場合、
圧電素子に発生する二つの定在波の全ての節及び腹に相
当する位置に間隙が存在することになり、応力集中の発
生が低減される。

【００２６】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る振動体の製造
方法及び振動体の好適な実施形態について詳細に説明す
る。同一要素又は同一機能を有する要素には同一符号を
用いるものとし、重複する記載は省略する。

【００２７】（振動体の製造方法：第１実施形態）ま
ず、図３を参照しながら、本発明に係る超音波モータ用
振動体の製造方法の第１実施形態について説明する。図
３は、超音波モータ用振動体の製造工程図である。第１
の工程（Ｓ１１０）では、まず、Ａｇ等から成る導電ペ
ーストをセラミック板に印刷して、当該セラミック板
を、Ａｇ焼成、切削、研磨等する従来から知られた方法
により、図４に示すようなリング状圧電素子１６を形成
する。リング状圧電素子１６は、圧電セラミック層１８
と、この圧電セラミック層１８の上下面にそれぞれ設け
られた複数の外部電極２０ａ及び外部電極２０ｂとから
構成されている。

【００２８】第２の工程（Ｓ１２０）では、この圧電セ
ラミック層１８に約３ｋＶ／ｍｍの直流電圧を印加し、
分極処理を施す。この際、左右に隣り合う領域で、厚み
方向の分極方向が互いに逆向きなるようにする。図５
（ａ）は、リング状圧電素子１６の外部電極２０ａ側の
平面図であり、分極の方向をプラス記号及びマイナス記
号で示している。この図のように、外部電極２０ａは、
それぞれ４個のｓｉｎ側電極部Ｓ１〜Ｓ４及びｃｏｓ側
電極部Ｃ１〜Ｃ４とを備えていることがわかる。リング
状圧電素子１６のｓｉｎ側電極部Ｓ１〜Ｓ４及びｃｏｓ
側電極部Ｃ１〜Ｃ４で覆われている部分（第２区域）
は、リング状圧電素子１６が周方向全体で５波長（５
λ）の定在波を発生し得るように機械角３６゜で等配さ
れている。尚、ｓｉｎ側電極部Ｓ１〜Ｓ４及びｃｏｓ側
電極部Ｃ１〜Ｃ４の間には、機械角１８°の領域（第１
区域）と機械角５４°の領域（第３区域）が形成されて
いる。

【００２９】図５（ｂ）は、リング状圧電素子１６の他
方面側の平面図である。この図より、外部電極２０ｂ
は、外部電極２０ａのｓｉｎ側電極部Ｓ１〜Ｓ４の形成
領域全体に対向するｓｉｎ側電極部ＳＳと、ｃｏｓ側電
極部Ｃ１〜Ｃ４の形成領域全体に対向するｃｏｓ側電極
部ＣＣとを備えていることがわかる。ｓｉｎ側電極部Ｓ
Ｓとｃｏｓ側電極部ＣＣとの間には、機械角で１８゜、
電気角で９０゜をなして互いに対向するフィードバック
用電極部ＦＢ，ＦＢ’が設けられている。

【００３０】第３の工程（Ｓ１３０）では、図６に示す
ように、リング状圧電素子１６の外部電極２０ｂ側の面
に、仮固着部材である発泡シート２２を貼着する。発泡
シート２２は、基材となるフィルム２２ａと、このフィ
ルム２２ａの上に位置すると共に、所定温度まで昇温さ
れることによって接着力が無くなる発泡粘着剤層２２ｂ
とを備えている。尚、本実施形態では、このような発泡
シート２２を用いたが、リング状圧電素子１６を固着す
る仮固着部材は、発泡シート２２に限定されない。例え
ば、所定温度まで昇温されることにより接着力が小さく
なるワックスを用いて、リング状圧電素子１６をプレー
トに貼着しても良い。

【００３１】第４の工程（Ｓ１４０）では、図７に示す
ように、所定の厚さのダイヤモンドブレードを備えたダ
イシングソーを用い、リング状圧電素子１６の各領域の
境界線に沿って、即ち、圧電セラミック層１８の外部電
極２０ａで覆われていない部分に沿ってスリット（間
隙）２４を形成し、リング状圧電素子１６を複数の略扇
状の圧電素子に分離する。このとき、リング状圧電素子
１６は発泡シート２２によって固着されているため、分
離される各扇状の圧電素子は、ダイシングソーの振動等
によって移動されることもなく、分離前の位置を保持す
ることができる。尚、ダイヤモンドブレードの厚さ等を
適宜変えることにより、スリット２４の幅を自由に設定
することができる。

【００３２】第５の工程（Ｓ１５０）では、まず、分離
されたリング状圧電素子１６を発泡シート２２ごと印刷
機へ装着し、リング状圧電素子１６の外部電極２０ａ側
に接着剤を塗布する。尚、本実施形態では、接着剤は非
導電性のＵＶ硬化嫌気性接着剤を用い、各スリット２４
間にも当該接着剤を充填したが、エポキシ系接着剤を用
いても良い。続いて、リング状圧電素子１６を発泡シー
ト２２ごと圧着機へ装着し、図８に示すように、リング
状圧電素子１６の接着剤が塗布された外部電極２０ａ側
を、環状の金属弾性体２６の裏面に加圧接触させる。こ
の際、各扇状の圧電素子は発泡シート２２によって固着
されているため、リング状圧電素子１６を精度良く金属
弾性体２６に接着することができる。

【００３３】第６の工程（Ｓ１６０）では、発泡シート
２２を加熱することにより、発泡粘着剤層２２ｂを発泡
させて接着力を無くし、リング状圧電素子１６から発泡
シート２２を剥離する。このように、仮固着部材として
発泡シート２２を用いれば、加熱するだけで剥離するこ
とができるため、金属弾性体２６とリング状圧電素子１
６との接着力や外部電極２０ａ，２０ｂと圧電セラミッ
ク層１８との接着力を弱めることがない。尚、発泡シー
ト２２でなくても、金属弾性体２６とリング状圧電素子
１６との接着力、及び外部電極２０ａ，２０ｂと圧電セ
ラミック層１８との接着力よりも接着力の弱い接着剤を
用いてリング状圧電素子１６をプレートに接着すれば、
当該仮固着部材を剥離する際に、金属弾性体２６からリ
ング状圧電素子１６、また、圧電セラミック層１８から
外部電極２０ａ，２０ｂを剥がすことがない。発泡シー
ト２２を剥離した後、リング状圧電素子１６と金属弾性
体２６の接着面からはみ出した接着剤及びスリット２４
内部の接着剤に紫外線を照射して、当該接着剤を硬化さ
せる。

【００３４】第７の工程（Ｓ１７０）では、接着剤が硬
化した後に、リング状圧電素子１６に約３ｋＶ／ｍｍの
直流電圧を印加することにより、当該リング状圧電素子
１６を再び分極させて、本実施形態に係る超音波モータ
用の振動体が完成する。この際、各スリット２４間に非
導電性の接着剤が充填されているため、再分極工程時の
絶縁層として機能し、扇状の各圧電素子間に放電を生じ
させることなくリング状圧電素子１６を分極させること
ができる。尚、分極後の機械的加工による分極の乱れを
補うため、本実施形態のように、複数の扇状圧電素子に
分離された状態のリング状圧電素子１６を再分極させる
工程を経ることで分極状態を飽和にすることができる
が、本工程は、必ずしも必要ではない。また、第２の工
程による分極処理を省き、分極されていないリング状圧
電素子１６を金属弾性体２６に接着させた後に、初めて
分極処理を行うようにしても良い。

【００３５】（振動体の製造方法：第２実施形態）続い
て、本発明に係る超音波モータ用振動体の製造方法の第
２実施形態について説明する。本実施形態の振動体の製
造方法は、図３に示した第１実施形態とほぼ同様の工程
を経るものであり、図３の第４の工程（Ｓ１４０）であ
るスリットの形成方法のみ第１実施形態と異なる。

【００３６】図９は、本実施形態の第４の工程（Ｓ１４
０）を経た状態のリング状圧電素子１６を示す平面図で
ある。この図に示されているように、本実施形態では、
発泡シート２２に貼着されたリング状圧電素子１６は、
各領域を画成する境界線だけでなく、ｓｉｎ側電極部Ｓ
１〜Ｓ４及びｃｏｓ側電極部Ｃ１〜Ｃ４が印刷されてい
る第２区域を形成する機械角３６゜の各領域を二等分す
る線及び機械角５４゜の第３区域を形成する一つの領域
を三等分する線に沿って、スリット２４が形成される。
即ち、リング状圧電素子１６は、機械角１８°で２０個
の略扇状の圧電素子に分離されている。また、本実施形
態により製造された振動体を超音波モータの固定子とし
て用いた場合、圧電素子に生じる二つの定在波の全ての
節及び腹に相当する位置に、スリット２４が形成されて
いることになる。

【００３７】次に、本発明に係る製造方法により製造さ
れた超音波モータ用振動体を用いた超音波モータの実施
形態について説明する。

【００３８】（超音波モータ：第１実施形態）図１０
は、第１実施形態に係る超音波モータを示す断面図であ
る。この超音波モータは、機械的駆動機構から成る超音
波モータ本体１０１と、この超音波モータ本体１０１の
駆動を行う駆動回路１０２とから構成される。また、図
８に示した金属弾性体２６とリング状圧電素子１６とか
ら成る第１実施形態の製造方法により製造した振動体
を、超音波モータ本体１０１のステータ（固定子）１０
５として用いている。

【００３９】超音波モータ本体１０１は、超音波モータ
が適用される例えばカメラ等の本体機器に固定される固
定用ベース１０３と、この固定用ベース１０３に重ねて
固定された外縁円形の上記ステータ１０５と、固定用ベ
ース１０３及びステータ１０５の中央部を貫通し、当該
ステータ１０５に固定された軸受１０７により回転自在
に支持された回転軸１０４と、この回転軸１０４に圧入
固定され、上記ステータ１０５に対向する外縁円形のロ
ータ（移動子）１０６と、を備えている。ロータ１０６
は、ステータ１０５の表面（図中上側）の円周方向に進
行する進行波により回転する（詳しくは後述する）。

【００４０】上記ステータ１０５は、上述のように、金
属から成る円環状の弾性体２６の裏面外周部に、リング
状圧電素子１６を貼着して構成されている。このステー
タ１０５の外周部１０５ｏ及び内周部１０５ｉは厚肉で
あり、外周部１０５ｏの裏面に上記圧電素子１６が貼着
され、内周部１０５ｉが、例えばネジ留め等により固定
用ベース１０３に固定される。ステータ１０５の外周部
１０５ｏと内周部１０５ｉとの間の円環状の中間部１０
５ｍは薄肉であり、この中間部１０５ｍが外周部１０５
ｏの振動を容易にさせると共に、外周部１０５ｏと内周
部１０５ｉとの間の振動伝達を抑制している。

【００４１】上記ロータ１０６は、金属から成る円環状
の弾性体から構成される。このロータ１０６の内周部１
０６ｉ及びステータ１０５の外周部１０５ｏに対向する
外周部１０６ｏは厚肉であり、ロータ１０６の外周部１
０６ｏと内周部１０６ｉとの間に、円環状の薄肉中間部
１０６ｍを備え、内周部１０６ｉが上記回転軸１０４に
圧入固定される。この回転軸１０４の上部には、フラン
ジ部１０４ｆが設けられ、さらに下部には、例えばＣリ
ング等のスナップリング１０９が取り付けられており、
このスナップリング１０９と上記軸受１０７との間に、
スペーサ１１０を介して圧縮バネ１１１が介挿されてい
る。この圧縮バネ１１１とフランジ部１０４ｆによっ
て、回転軸１０４及びロータ１０６は常時下方に付勢さ
れている。

【００４２】ロータ１０６は、外周部１０６ｏにおける
上記ステータ１０５の外周部１０５ｏに対向する面の略
中央部に、幅狭円環状の凸部１０６ｐを有する。ステー
タ側弾性体２６とロータ１０６を全面接触させると、励
振側（ステータ側弾性体）の振動が相手側（ロータ）に
大部分伝わって進行波の変位量が減衰してしまうが、ロ
ータ１０６は凸部１０６ｐを有しており、圧接面が全面
接触に比して狭小にされることから、ステータ側弾性体
２６に正常な進行波を形成することができる。ロータ側
凸部１０６ｐとステータ１０５の外周部１０５ｏとの間
には、例えば樹脂等より成る環状の緩衝摩擦部材１１２
が介在し、緩衝摩擦部材１１２はこれらと圧接状態にあ
る。すなわち、ロータ側凸部１０６ｐは、圧縮バネ１１
１の弾性力によって緩衝摩擦部材１１２を介してステー
タ１０５の外周部１０５ｏを押圧している。

【００４３】以上が超音波モータ本体１０１の構成であ
り、当該超音波モータ本体１０１の圧電素子１６のｓｉ
ｎ側電極部及びｃｏｓ側電極部に、前述した駆動回路１
０２が接続されている。この駆動回路１０２は、グラン
ド（ＧＮＤ）と圧電素子２のｓｉｎ側電極部との間に正
弦波電圧信号（ｓｉｎ波電圧信号）を印加し、グランド
とｃｏｓ側電極部との間にこれと電気角で９０°の位相
差を有する正弦波電圧信号（ｃｏｓ波電圧信号）を同時
に印加する。この時、印加される電圧信号の周波数は、
ステータ１０５自身が最も共振する周波数（共振周波
数）若しくはその近傍の周波数である。このような周波
数の信号が圧電素子１６に印加されると、圧電素子１６
が振動して、ステータ１０５の外周部１０５ｏの表面
に、位相の異なる二つの定在波が発生する。そして、こ
れら二つの定在波が合成されることにより、外周部１０
５ｏの表面を円周方向に進む進行波が発生する。

【００４４】進行波が発生すると、ステータ１０５の外
周部１０５ｏの表面上の微小領域各点は、進行波の進行
方向及びステータ側弾性体１０５ｅの厚み方向で規定さ
れる平面内で、上記進行波の進行方向とは逆回りの楕円
運動を行う。この楕円運動による駆動力は、当該ステー
タ１０５の外周部１０５ｏに圧接する緩衝摩擦部材１１
２を介して、正確にロータ側凸部１０６ｐに摩擦伝達さ
れる。これにより、ロータ１０６は、進行波の進行方向
とは逆方向に回転する。この時、緩衝摩擦部材１１２に
より、異音（囓り音）の発生が防止されると共に圧接部
の耐久性が向上される。また、印加電圧の位相を逆にす
れば、進行波の進行方向が逆となり、ロータ１０６も上
記回転方向とは逆方向に回転する。

【００４５】ここで、特に、本実施形態における超音波
モータ１０１に用いたリング状圧電素子１６は、弾性体
２６に精度良く貼着されているため、リング状圧電素子
１６及び弾性体２６の表面に発生する進行波の乱れが低
減し、ロータの回転効率を高めることができる。また、
各領域の境界は応力集中の発生箇所となるが、上述のよ
うに、リング状圧電素子１６の各領域の境界にはスリッ
トが形成されているため、応力集中の発生を抑制するこ
とができる。そのため、応力集中による接着剤の剥離や
圧電素子のクラックによる超音波モータの駆動停止を防
止することができる。尚、リング状圧電素子１６に形成
されたスリットの幅が小さいほど、安定した進行波を得
ることができる。但し、隣り合う領域間で、放電しない
距離幅に設定することが望ましい。

【００４６】また、本実施形態のように第１実施形態に
係る振動体の製造方法で製造された圧電素子、即ち、各
領域の境界のみにスリットが形成されている圧電素子で
はなく、振動体の製造方法の第２実施形態で説明したよ
うに、各領域を画成する境界線のみならず、第２区域を
形成する各領域を二等分する線及び第３区域を形成する
一つの領域を三等分する線に沿ってスリットが形成され
た圧電素子を用いても良い。この場合、圧電素子に発生
する二つの定在波の全ての節及び腹に相当する位置にス
リットが存在することになり、応力集中の発生を更に抑
制することができる。尚、上記製造方法（第２実施形態
に係る振動体の製造方法）と異なる製造方法で圧電素子
を製造しても、当該圧電素子の各領域の境界線、第２区
域を形成する各領域を二等分する線及び第３区域を形成
する領域を三等分する線に沿うスリットがあれば、同様
の効果を得ることができる。

【００４７】（超音波モータ：第２実施形態）次に、本
発明に係る超音波モータの第２実施形態について説明す
る。本実施形態の超音波モータでは、ステータのみなら
ずロータにも、図８に示した金属弾性体２６とリング状
圧電素子１６とから成る振動体を用いている。金属弾性
体２６の裏面に貼着されたリング状圧電素子１６に、上
述のような位相の異なる２相の信号を印加することによ
り、ロータ表面にも円周方向に進む進行波を発生させ
る。そして、このロータ表面に発生した進行波と前述の
ステータ表面に発生した進行波の位相差を利用して、ロ
ータを回転駆動する。

【００４８】本実施形態の超音波モータによれば、リン
グ状圧電素子１６が金属弾性体２６に精度良く貼着され
ているため、固定子及び移動子のそれぞれに設けられた
圧電素子及び弾性体の表面に発生する進行波の乱れが低
減し、ロータの回転効率を高めることができる。また、
リング状圧電素子１６の各領域の境界にはスリットが形
成されているため、応力集中の発生を抑制することがで
きる。そのため、応力集中による接着剤の剥離や圧電素
子のクラックによる超音波モータの駆動停止を防止する
ことができる。

【００４９】尚、第１実施形態と同様に、本実施形態に
おいても、各領域を画成する境界線のみならず、第２区
域を形成する各領域を二等分する線及び第３区域を形成
する一つの領域を三等分する線に沿ってスリットが形成
された圧電素子を用いても良い。この場合、圧電素子に
発生する二つの定在波の全ての節及び腹に相当する位置
にスリットが存在することになり、応力集中の発生を更
に抑制することができる。

【００５０】以上、本発明者によってなされた発明を実
施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施
形態に限定されるものではない。例えば、圧電素子は、
リング状ではなく、開口部の無い円盤状のものを用いて
も良い。

【００５１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る振動
体の製造方法によれば、円盤状圧電素子の一方の面が仮
固着部材に固着されているため、円盤形状を維持しなが
ら、各領域を画成する境界線に沿って間隙が形成され
る。そして、円盤形状を維持しながら圧電素子の他方の
面と環状弾性体の一方の面とを接着するため、円周方向
に分離された圧電素子は弾性体に精度良く貼着される。

【００５２】さらに、このようにして製造した振動体を
超音波モータ用の固定子として用いれば、圧電素子が弾
性体に精度良く貼着されているため、圧電素子及び弾性
体の表面に発生する進行波の乱れが低減し、移動子の移
動効率を高めることができる。また、圧電素子の各領域
の境界は応力集中の発生箇所となるが、各領域の境界に
は間隙が形成されているため、応力集中の発生が抑制さ
れる。そのため、応力集中による接着剤の剥離や圧電素
子のクラックによる超音波モータの駆動停止を防止する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の超音波モータ用振動体の一例を示す全体
斜視図である。

【図２】従来の超音波モータ用振動体の他の例を示す全
体斜視図である。

【図３】第１実施形態に係る超音波モータ用の振動体の
製造方法を示す工程図である。

【図４】第１実施形態に係る振動体の製造に用いる圧電
素子を示す斜視図である。

【図５】（ａ）は、第１実施形態に係る振動体の製造に
用いる圧電素子の分極方向を示すための上面図である。
（ｂ）は、第１実施形態に係る振動体の製造に用いる圧
電素子の下面図である。

【図６】第１実施形態に係る振動体の製造に用いる圧電
素子に発泡シートを貼着した状態を示す斜視図である。

【図７】第１実施形態に係る振動体の製造に用いる圧電
素子にスリットを形成した状態を示す斜視図である。

【図８】第１実施形態に係る振動体の製造に用いる圧電
素子を金属弾性体に接着した状態を示す断面図である。

【図９】第２実施形態に係る振動体の製造方法により形
成されるスリットを説明するために用いたリング状圧電
素子の平面図である。

【図１０】第１実施形態に係る超音波モータを示す断面
図である。

【符号の説明】

１６…リング状圧電素子、１８…圧電セラミック層、２
０ａ，２０ｂ…外部電極、２２…発泡シート、２４…ス
リット、２６…金属弾性体、１０１…超音波モータ本
体、１０２…駆動回路、１０５…ステータ、１０６…ロ
ータ。

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電圧が印加されることにより歪みが生じ
   る圧電セラミック層と当該圧電セラミック層の両面にそ
   れぞれ配置された二つの外部電極膜とを有すると共に、
   円周方向に中心角αの一つの略扇状の領域から成る第１
   区域、中心角が前記αの２倍（２α）である複数の略扇
   状の領域から成る第２区域及び中心角が前記αの３倍
   （３α）である一つの略扇状の領域から成る第３区域に
   分割された円盤状圧電素子と、前記圧電素子が一方の面
   に接着された環状の弾性体とを備える振動体の製造方法
   であって、 前記圧電素子の一方の面に、仮固着部材を固着する固着
   工程と、 前記各領域を画成する境界線に沿って、前記圧電素子に
   複数の間隙を形成して、前記圧電素子を円周方向に分離
   させる分離工程と、 前記圧電素子の他方の面に、前記弾性体の一方の面を接
   着する接着工程と、 前記仮固着部材を前記圧電素子から除去する除去工程
   と、 を備えることを特徴とする振動体の製造方法。
2. 【請求項２】 前記除去工程において、前記第２区域を
   形成する各領域を二等分する線及び前記第３区域を形成
   する一つの領域を三等分する線に沿って、更に前記圧電
   素子に間隙を形成することを特徴とする請求項１記載の
   振動体の製造方法。
3. 【請求項３】 前記固着工程の前、又は、前記除去工程
   の後に、前記圧電素子に直流電圧を印加することによっ
   て当該圧電素子を分極させる工程を更に備えることを特
   徴とする請求項１又は請求項２記載の振動体の製造方
   法。
4. 【請求項４】 前記除去工程において、前記仮固着部材
   を昇温して当該仮固着部材と前記圧電素子との間の接着
   力を弱めた後に、前記仮固着部材を前記圧電素子から除
   去することを特徴とする請求項１〜請求項３のうち何れ
   か一項記載の振動体の製造方法。
5. 【請求項５】 前記圧電素子に形成された前記各間隙内
   に、絶縁物を介在させる工程を更に備えることを特徴と
   する請求項１〜請求項４のうち何れか一項記載の振動体
   の製造方法。
6. 【請求項６】 電圧が印加されることにより歪みが生じ
   る圧電セラミック層と当該圧電セラミック層の両面にそ
   れぞれ配置された二つの外部電極膜とを有すると共に、
   円周方向に中心角αの一つの略扇状の領域から成る第１
   区域、中心角が前記αの２倍（２α）である複数の略扇
   状の領域から成る第２区域及び中心角が前記αの３倍
   （３α）である一つの領域から成る第３区域に分割さ
   れ、前記各領域を画成する境界線に沿って形成された複
   数の間隙を有する円盤状圧電素子と、前記圧電素子が一
   方の面に接着された環状の弾性体とを備える振動体であ
   って、 請求項１〜請求項５のうち何れか一項記載の振動体の製
   造方法により製造されたことを特徴とする振動体。
7. 【請求項７】 請求項６記載の振動体を、固定子として
   備えたことを特徴とする超音波モータ。
8. 【請求項８】 請求項６記載の振動体を、固定子及び移
   動子として備えたことを特徴とする超音波モータ。
9. 【請求項９】 前記各間隙は、交流電圧を印加すること
   により前記圧電素子に発生する二つの定在波の節又は腹
   に相当する位置に形成されていることを特徴とする請求
   項７又は請求項８記載の超音波モータ。
10. 【請求項１０】 円周方向に中心角αの一つの略扇状の
    領域から成る第１区域、中心角が前記αの２倍（２α）
    である複数の略扇状の領域から成る第２区域及び中心角
    が前記αの３倍（３α）である一つの領域から成る第３
    区域に分割され、左右に隣り合う前記領域の厚さ方向の
    分極が互いに逆向きの円盤状圧電素子と、当該圧電素子
    が一方の面に設けられた環状の弾性体とを備える振動体
    であって、 前記各領域を画成する境界線、前記第２区域を形成する
    各領域を二等分する線及び前記第３区域を形成する一つ
    の領域を三等分する線に沿う間隙が形成されていること
    を特徴とする振動体。