JPH04340379A - 振動波モータ及びその製造方法 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、超音波領域の振動を駆
動源とする振動波モータ及びその製造方法に関し、特に
回転角を検出する回転角検出機構を備える振動波モータ
及びその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】この種の振動波モータは、例えば、既に
開示されている特願昭５７ー２９４００号の明細書ある
いは日経メカニカル１９８９、８ー２１（ｎｏ．３０４
）の１１４頁に記載されているように、振動子である圧
電素子と弾性体とを一体化したステータに位相の異なる
２相以上の電気信号を入力し、ステータに波の腹と節が
移動する屈曲進行波を発生させて駆動させている。また
、この屈曲進行波が励振されているステータ上おある一
点に着目すると、進行波の凹凸による上下運動と部材の
伸縮による水平方向（ロータの移動方向）の運動が重な
り、その一点は丁度楕円軌道を描くようになっている。 そして、この楕円軌道における頂点付近をロータを加圧
接触することで、ステータに励振される進行波の進む向
きとは逆方向にロータが駆動される。

【０００３】図４は従来の一例を示す振動波モータの分
解斜視図である。この振動波モータ１は、図４に示すよ
うに、弾性体である共振子５の一面に共振子５と同じ形
状の振動子４を接合して一体化されるステータ２と、こ
のステータ２にライニング７を介して加圧接触するロー
タ３とで構成されている。

【０００４】また、このロータ３には、耐磨耗性に優れ
たエンジニアリングプラスチック製のライニング７に接
合される電極１０が等間隔に配置される圧電素子６と、
この圧電素子６の一面をロータ基板８を介して皿ばね９
で押圧する加圧手段とを備えるロータ３とで構成されて
いる。

【０００５】一方、この振動波モータを駆動制御する回
路部は、ステータ２の振動子４に共振周波数に対応する
位相の異なる振動性のある信号群ｄを与え、この信号群
ｄと同期する信号ｂを出力する駆動信号発生部１３と、
ステータ２に励振される屈曲信号波の凹凸に対応する接
触圧力を検知して電気信号に変換されるロータ３の圧電
素子６の信号ａを入力して信号ｂとの位相差を検出し、
回転角度に対応する信号ｃを出力する回転角検出部とを
有している。また、通常、駆動信号群ｄは９０度の位相
の異なる信号群が使用されている。

【０００６】図５（ａ）及び（ｂ）は回転角検出動作を
説明するために動作順に示す振動波モータの斜視図であ
る。なお、この振動波モータは、圧電素子６には１つの
電極１０をもつ構造で、図面上では紙面の都合によりス
テータにあるきざみやばね等を省略してある。

【０００７】まず、図５（ａ）の状態では、ロータ３の
電極１０の位置とステータ２の基準位置１５と一致して
いる状態を示し、図５（ｂ）の状態では、ロータ３の圧
電素子６の電極１０の位置が基準位置１５と一致してい
ない状態を示している。そして、図５（ａ）に示す状態
では、ステータ２の振動に対応する信号ａとロータ３か
ら得られる信号ｂとは位相が一致しているので、その位
相差は小さい。また、図５（ｂ）に示す状態では、基準
位置１５と電極１０の位置の差に応じて位相差を生ずる
。すなわち、この位相差は回転角に応じて変化する。 例えば、ステータ２に５波長分の振動波が励振されたと
すると、ロータ３がステータ２のまわりを一周する間に
、ロータ３からの信号ｂは、ステータの振動する信号ａ
に比べ、１８００ｄｅｇ（３６０ｄｅｇ×５）だけ変化
する。このように位相差を検知して回転角度を求めるこ
とである。

【０００８】図６（ａ）〜（ｄ）は従来の複数の電極を
もつ圧電素子を有する振動波モータの一例における動作
順に示す斜視図、図７は図６の圧電素子を示す平面図で
ある。従来、この種の振動波モータには、例えば、開示
されている特願昭６３ー２４９４３０号明細書に記載さ
れているように、圧電素子に複数個の電極を設けたもの
がある。すなわち、この振動波モータの圧電素子は、図
７に示すように、極性の異なる電極１０が互いに隣接し
てステータに励振される振動波の波長の１／２（λ／２
）の間隔で円周上に設けられている。そして、これら電
極１０は、線材１６を用いてはんだ１７によって接続さ
れている。このように、圧電素子の分極は隣接する電極
１０で互いに逆向きに施すことによって、圧力を受けた
ときに生ずる電位は逆向きになる。

【０００９】次に、この振動波モータの動作について説
明する。まず、図６（ａ）に示すように、ステータ２の
振動の山の部分に電極１０と１２が位置し、電極１１が
谷の部分に位置するとき、電極１０と１２は圧力を受け
ていることになる。また、図６（ｂ）及び（ｃ）に示す
ように、ステータ２の進行波の振動が進行するにつれて
、電極１０、１２が谷部に位置し、電極１１が山部に達
すると、電極１１はステータ２との圧力を受けることに
なる。このように、図６の（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）に
示すように、検出されるステータの振動が、山ー谷ー山
ー谷と変化するに従い、圧電素子の受ける圧力変動も大
ー小ー大ー小と変化して、電極１０、１２から出力され
る信号波形も凸ー凹ー凸ー凹と変化する。一方、電極１
１からの信号波形は逆になるはずであるが、電極１０及
び電極１２と電極１１とは逆向きに分極が施されている
ので、やはり電極１１からの信号波形も、凸ー凹ー凸ー
凹と変化する。

【００１０】このように、ステータ２に励振される振動
の波長の半分の間隔で電極を配置し、隣接する電極を互
いに逆向きの分極にすることで、同位相の信号を取り出
すことが出来る。すなわち、分極を１／２波長おきに反
転させて行なうことにより、波数の２倍の電極で発生す
る出力を一つの信号線にまとめて取り出すことが可能で
ある。このことは、互いに逆向きに分極する電極対をス
テータに励振される振動の波長の長さを隔てて複数対を
設けることにより、多くの信号を一つの信号に重ね合せ
て取り出すことが出来る。また、多くの信号を重ね合せ
ることにより、検出信号のノイズ成分も低減させること
もできる。

【００１１】図８は図７の圧電素子の製造方法を説明す
るための流れ図である。次に、図７及び図８を参照して
複数の電極をもつ圧電素子の製造方法を説明する。まず
、図７に示すように、工程Ａでジルコン酸チタン酸鉛を
主成分とする圧電材料を焼成した圧電セラミック板の表
面に、工程Ｂで、ガラス成分を含む銀等の金属を主成分
とする伝導膜材料を付着させる。この伝導膜材料は、液
状の溶媒により粘性のある液状インクであり、このイン
クを多孔質の金属性スクリーンを溶いるスクリーン印刷
により圧電セラミック上に印刷する。次に、電極１０が
印刷されて形成された圧電セラミック板を、工程Ｃで１
００°Ｃ〜１５０°Ｃで１０分間ほど乾燥する。工程Ａ
における工程Ｂ及び工程Ｃで、圧電セラミック板の裏表
の２回繰返して行なわれる。次に、工程Ｄで、工程Ｃで
付着させたインク内に含まれるガラス成分と圧電セラミ
ックのガラス成分とを溶解させて圧電セラミックスとを
接合させ、かつ、ガラス成分を圧電セラミックとの接合
部分に追いやり、銀あるいは金の成分の濃度を上げ、伝
導膜表面の電気伝導度をとる。このときの焼成温度は、
圧電セラミックのキューリー点以上の温度になるため、
次の工程である伝導膜分極工程前に行なう必要がある。

【００１２】次に、工程Ｅでは、伝導膜を１５０°Ｃに
加熱された絶縁油中に浸し、伝導膜に高電圧を印加して
分極処理を行なう。次に、工程Ｆで、図７に示すように
、電極１０を線材１６をはんだ１７で接続する。このよ
うに、印刷工程及び浸漬処理工程及び焼成工程といった
加熱する工程を経て製作されていた。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】上述した圧電素子にお
ける電極間の接続する際に、電極は銀を主成分としてい
るため、はんだには銀を含む必要がある。しかしながら
、はんだの銀成分と電極の銀成分とほ濃度が異なり、は
んだが溶融するときに電極の銀成分がはんだに吹込まれ
、電極が破壊され、歩留りを低下させ、コストの上昇を
もたらすという問題がある。

【００１４】また、製作組立後にロータの振動に対して
、電極の接続部、線材及び線材と接続するフレキシブル
ケーブルにおけるはんだ接続部に与えられる振動による
ストレスの大きさは異なり、加えて、圧電セラミックと
銀膜である電極部との接合強さは、圧電セラミックの結
合力やはんだと電極との接合強さに比べて弱いため、こ
の部分にストレスが集中し、しばしば、電極部が剥離す
るという問題がある。さらに、完全に剥離しないまでも
、電気的な接続が不完全となり、ロータからの検出信号
にノイズが重畳するという問題がある。しかも、これ以
外に電極間を接続する線材やこれら線材と接続するフレ
キシブルケーブルの接続部も振動の影響を受け、長時間
の使用に際しては、疲労破壊を起し断線することがある
。

【００１５】一方、このはんだ付け作業に際しては、電
極の銀膜が剥離しないように、低温度で短時間で行なわ
なければならず、しかも接合部が対振動性をもたせるた
めに確実な接続が要求されるといった作業上の困難を伴
なう。

【００１６】本発明の目的は、かかる問題を解消すべく
、電極部の信頼性の高い接続を得て、ノイズが重畳する
ことなく回転角を正確に検出する安価な振動波モータ及
びその製造方法を提供することである。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明の第１の振動波モ
ータは、位相の異なる少なくとも２相の振動波を有する
電気信号群をもつ駆動信号を入力して機械振動に変換す
る振動子及びこの振動子と結合する共振子とを有するス
テータと、このステータに接触して加圧する手段と、こ
の加圧圧力を電流として出力するとともに互いに逆向き
分極される隣接し合う電極対が配置される圧電素子とを
有するロータとを備える振動波モータにおいて、前記電
極対の電極間を電気的に接続するガラス成分を含まない
信号伝導膜を設けることを特徴としている。

【００１８】本発明の第２の振動波モータは、前記信号
伝導膜の一部がガラス成分を含む信号伝導膜であること
を特徴としている。

【００１９】本発明の第１の振動波モータの製造方法は
、圧電材料を焼結してなる前記圧電素子のセラミック体
の面にガラス成分を含む金属を主成分とする粘液状の伝
導膜材料を塗布して前記電極を形成する電極形成工程と
、塗布される前記電極を乾燥する一次乾燥工程と、前記
電極及び前記セラミック体に含む前記ガラス成分を溶解
させて前記セラミック体に前記電極を接合するとともに
電気伝導度を得る伝導膜焼成工程と、隣接し合う前記電
極に逆方向の電圧を印加して逆向きの分極させる分極処
理工程と、この工程後にガラス成分を含まない金属を前
記圧電素子面に付着させ前記電極間を接続する前記信号
伝導膜を形成する信号伝導膜付着工程とを含むことを特
徴としている。

【００２０】本発明の第２の振動波モータの製造方法は
、前記電極形成工程で前記信号伝導膜の一部を形成する
ことを特徴としている。

【００２１】

【実施例】次に本発明について図面を参照して説明する
。

【００２２】図１（ａ）及び（ｂ）は本発明の一実施励
における振動波モータの圧電素子を示す平面図及び製造
方法を説明するための流れ図である。この振動波モータ
における圧電素子は、図１（ａ）に示すように、分極処
理された隣接する互いに逆向きの電極１０を電気的に導
電性のあるガラス成分を含まない金属信号伝導膜１６ａ
を設けたことである。それ以外は従来と同じである。

【００２３】次に、この振動波モータにおける圧電素子
の製造方法を説明する。まず、図１（ｂ）に示すように
、工程Ａで、ジルコン酸チタン酸鉛を主成分とする圧電
セラミック材を成形し、１０００°Ｃで焼成させる。 次に、工程Ｂで、従来例と同様にガラス成分を含む銀等
の金属を主成分とする伝導膜材料を付着させ、電極１０
を形成する。次に、工程Ｃで、付着で形成される電極部
を一次乾燥する。次に、工程Ｄで、高温下でガラス結合
を行なうために焼成させる。このことにより伝導膜に含
まれていたガラス成分が圧電セラミックとの結合のため
に使われ、伝導膜の電気抵抗が低下する。次に、工程Ｅ
で、伝導膜を１５０°Ｃに加熱された絶縁油中に浸し、
伝導膜に高電圧を印加して分極処理を行なう。

【００２４】次に、工程Ｇで、電極１０間の電気的接続
は、硬化特性のある樹脂を含み金属を主成分とする電気
伝導性樹脂の付着、金属蒸着及び金属スパッタリングの
いずれかにより伝導材料を圧電素子に付着させることで
分極処理された電極１０を接続する金属信号伝導膜１６
ａを形成する。

【００２５】図２（ａ）及び（ｂ）は本発明の他の実施
励における振動波モータの圧電素子の平面図及び製造方
法を説明するための流れ図である。この振動波モータに
おける圧電素子の電極１０間の接続は、図２（ａ）に示
すように、分極処理後の電極１０に付着するガラス成分
を含まない金属信号伝導膜１６ｃと、この金属信号伝導
膜１６ｃを連結する分極処理前に形成されるガラス成分
を含むガラス結合信号伝導膜１６ｂとを設けたことであ
る。

【００２６】次に、この圧電素子の製造方法について説
明する。まず、図２（ｂ）に示すように、工程Ａで従来
例と同様に、ジルコン酸チタン酸鉛を主成分とする圧電
セラミック材を成形し、１０００°Ｃで焼成させる。次
に、工程ＢとＦで、電極１０及びガラス結合信号伝導膜
１６ｂを前述の印刷形成方法により形成する。次に、工
程Ｃで印刷で形成された伝導膜を一次乾燥する。次に、
圧電セラミックの裏面を工程Ｂ及びＦで印刷し、工程Ｃ
で一次乾燥する。次に、工程Ｄで、圧電セラミックに形
成される電極１０及びガラス結合信号伝導膜１６ｂのガ
ラスの成分を接合部に吸収させ、電気伝導性を良くする
。次に、工程Ｅで、電極１０のみ電圧を印加し、分極処
理する。

【００２７】次に、工程Ｇで、電気伝導性樹脂の付着、
金属蒸着及び金属スパタリングのいずれかにより金属信
号伝導膜１６ｃを形成し、逆向きに分極処理された隣接
する電極１０を接続する。この実施例における電極間の
接続部は、前工程における印刷工程で、印刷パターンが
前述の実施例より増えるが、接続部におけるガラス結合
による伝導膜部が増えるので、振動に対しては、前述の
実施例よりより強度があるという利点がある。

【００２８】図３（ａ）〜（ｄ）は本発明の振動波モー
タにおける圧電素子の電極間接続の種々の実施例を示す
平面図である。この圧電素子は、前述の実施例で説明し
た電極間の接続部を種々の形状の金属信号伝導膜とガラ
ス結合信号伝導膜で形成した例である。まず、図３（ａ
）に示す場合は、前述の電極印刷工程で電極１０と電極
１０の一側面より伸びるガラス結合信号伝導膜１６ｂを
形成し、電極１０を分極処理後に、金属信号伝導膜１６
ｃを形成した場合である。図３（ｂ）の場合は、電極１
０の両側から伸びるガラス結合信号伝導膜１６ｂを形成
し、電極１０の分極処理後、金属信号伝導膜１６ｃを形
成し接続した場合である。これらの実施例では、ガラス
結合信号伝導膜１６ｂは、電極１０の分極処理を同時に
受けるが、面積が電極１０に比し小さく影響は少ない。

【００２９】また、図３（ｃ）及び（ｄ）の場合は、圧
電素子の内径あるいは外径に沿って印刷によりガラス結
合信号伝導膜１６ｂを形成し、電極１０とガラス結合信
号伝導膜１６ｂとの間を金属信号伝導膜１６ｃで接続し
たものである。これらの電極間の接続部の形成に際して
より簡単に製作することを目的とするとともに接着強度
のあるガラス結合信号伝導膜の領域を増やすことを目的
としている。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように本発明は、圧電素子
の逆向き分極された隣接し合う電極間に接続するための
圧電素子体面に付着するガラス成分を含まない伝導膜を
設けることによって、不必要な線材が不要となるばかり
か、接続のためのはんだ作業を必要となくなり、電極部
の銀の吸込みによる電極の破壊もなくなり、さらに電極
及び伝導膜の剥離及び断線が減少し、信頼性が高く、か
つノイズが混入しなくなる。従って、本発明によれば、
より歩留りが向上し、電極部の信頼性の高い接続を得て
、ノイズが重畳することなく回転角を正確に検出する安
価な振動波モータ及びその製造方法が得られるという効
果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施励における振動波モータの圧電
素子を示す（ａ）は平面図、（ｂ）は圧電素子の製造方
法を説明するための流れ図である。

【図２】本発明の他の実施励における振動波モータの圧
電素子を示す（ａ）は平面図、（ｂ）は圧電素子の製造
方法を説明するための流れ図である。

【図３】本発明の振動波モータにおける圧電素子の電極
間接続の種々の実施例を示す平面図である。

【図４】従来の一例を示す振動波モータの分解斜視図で
ある。

【図５】回転角検出動作を説明するために動作順に示す
振動波モータの斜視図である。

【図６】従来の複数の電極をもつ圧電素子を有する振動
波モータの一例における動作順に示す斜視図である。

【図７】図６の圧電素子を示す平面図である。

【図８】図７の圧電素子の製造方法を説明するための流
れ図である。

【符号の説明】

１　　　　振動波モータ ２　　　　ステータ ３　　　　ロータ ４　　　　振動子 ５　　　　共振子 ６　　　　圧電素子 ７　　　　ライニング ８　　　　ロータ基板 ９　　　　皿ばね １０、１１、１２　　　　電極 １３　　　　駆動信号発生部 １４　　　　回転角検出部 １５　　　　基準位置 １６ａ、１６ｃ　　　　金属信号伝導膜１６ｂ　　　　
ガラス結合信号伝導膜

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　位相の異なる少なくとも２相の振動波
   を有する電気信号群をもつ駆動信号を入力して機械振動
   に変換する振動子及びこの振動子と結合する共振子とを
   有するステータと、このステータに接触して加圧する手
   段と、この加圧圧力を電流として出力するとともに互い
   に逆向き分極される隣接し合う電極対が配置される圧電
   素子とを有するロータとを振動波モータにおいて、前記
   電極対の電極間を電気的に接続するガラス成分を含まな
   い信号伝導膜を設けることを特徴とする振動波モータ。
2. 【請求項２】　　前記信号伝導膜の一部がガラス成分を
   含む信号伝導膜であることを特徴とする請求項１記載の
   振動波モータ。
3. 【請求項３】　　圧電材料を焼結してなる前記圧電素子
   のセラミック体の面にガラス成分を含む金属を主成分と
   する粘液状の伝導膜材料を塗布して前記電極を形成する
   電極形成工程と、塗布される前記電極を乾燥する一次乾
   燥工程と、前記電極及び前記セラミック体に含む前記ガ
   ラス成分を溶解させて前記セラミック体に前記電極を接
   合するとともに電気伝導度を得る伝導膜焼成工程と、隣
   接し合う前記電極に逆方向の電圧を印加して逆向きの分
   極させる分極処理工程と、この工程後にガラス成分を含
   まない金属を前記圧電素子面に付着させ前記電極間を接
   続する前記信号伝導膜を形成する信号伝導膜付着工程と
   を含むことを特徴とする請求項１記載の振動波モータの
   製造方法。
4. 【請求項４】　　前記電極形成工程で前記信号伝導膜の
   一部を形成することを特徴とする請求項２記載の振動波
   モータの製造方法。