(57)【要約】【課題】電気抵抗溶接により締結部を固定するにあたり、溶接部から発生する熱の影響を圧電素子に与えないようにして、圧電素子の劣化を防ぐ。【解決手段】溶接部と圧電素子の間に別部材を設けた。この別部材により溶接部より発生する熱から圧電素子を守り、圧電素子の劣化を防ぐ。また、溶接部から発生するスパッタ（溶解金属）の付着も防ぎ圧電素子の短絡を防ぐ。【選択図】　　　　図１
2004080946.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気−機械エネルギー変換素子を弾性部材の間に挟み電気抵抗溶接により締結部を固定してなる振動子において、電気−機械エネルギー変換素子と締結部との間に別部材を設ける事を特徴とする振動波発生装置。
【請求項２】
前記別部材が高分子材料である事を特徴とする請求項１に記載した振動波発生装置。
【請求項３】
前記別部材が耐熱性樹脂である事を特徴とする請求項１又は２に記載した振動波発生装置。
【請求項４】
前記別部材がセラミックスである事を特徴とする請求項１又は２に記載した振動波発生装置。
【請求項５】
前記別部材に高分子被覆を施してある事を特徴とする請求項１に記載した振動波発生装置。
【請求項６】
前記別部材と電気−機械エネルギー変換素子が互いにかん合されている事を特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載した振動波発生装置。
【請求項７】
前記別部材に位置決め用の切り欠き又は突起を設けている事を特徴とする請求項６に記載した振動波発生装置。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか１項に記載した振動波発生装置を用いた振動波駆動装置。
【請求項９】
請求項８に記載した振動波駆動装置を用いた機器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電気―機械エネルギー変換素子を駆動源として弾性部材に駆動用振動を形成する振動波発生装置（振動子）に関するものである。
【０００２】
また、該振動子に移動体を加えて構成される振動波駆動装置に関するものである。さらに、該振動波駆動装置を用いた機器に関するものである。
【０００３】
【従来の技術】
従来の振動波発生装置の分解図を図１０に示す。
【０００４】
また、該振動波発生装置を用いた振動波駆動装置の分解図を図１１に示す。
【０００５】
振動子の構成は、ボルト締めランジュバン型振動子に類似している。そして、以前よりこのボルト締めランジュバン型振動子は、振動波駆動装置に限らず、広範な用途に用いられてきた。
【０００６】
更に最近では、性能向上、低コスト化を考慮して、ボルトでの締結に代えて、電気抵抗溶接のスポット溶接により締結を行う事が提案された。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、電気抵抗溶接は溶接部に電流が集中し加熱されるので、溶接部近辺が高温になる。その為、溶接部近辺に配置される圧電素子などの電気―機械エネルギー変換素子の分極解除が進み、極端な場合はキュリー温度を超えて、変換素子としての特性を失ってしまう事もあった。
【０００８】
また、溶接部からスパッタが発生し、その溶融残渣が電気―機械エネルギー変換素子に付着し短絡したり、その熱でやはり電気―機械エネルギー変換素子の劣化を引き起こしてしまう事もあった。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
そこで、弾性部材の締結部分と、電気―機械エネルギー変換素子との間に別部材を設けた。
【００１０】
これにより、溶接部と電気―機械エネルギー変換素子が熱的に絶縁され、また前記溶融残渣が圧電素子に付着する事も防止できる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
（第１の実施例）
本実施の形態の振動子は、２つの曲げ振動を合成して、駆動面に円運動を形成するものである。その駆動原理については特開平３−０１１９８１号公報等に記載されている為、詳細な説明は省略する。まず、弾性部材の締結を電気抵抗溶接で行う効果について説明する。
【００１２】
従来、弾性部材の締結に使用していたボルトはネジ山が長い螺旋状であって、軸心に対して対称性に欠いた形状であり、振動子の曲げ振動の方向によって、その変位に大小を生じる事があった。
【００１３】
その為、振動子の端部に移動体を摩擦接触させ、移動体の回転力によって外部に回転出力を取り出す振動波駆動装置用として該振動子を使用すると、振動波駆動装置における摩擦部の接触が不均一になって、摩擦部材の偏摩耗、効率低下、騒音発生などの原因になる事もあった。
【００１４】
その点、電気抵抗溶接では、円形状の締結部を溶接し締結する為、振動子の半径方向の振動における対称性が保たれ、振動子の振動変位も対称になる。
【００１５】
また、ネジ部の加工が不要なため、安価に弾性部材を製作できる他、締結ボルトが不要になり、部品点数が減る。
【００１６】
更に電気抵抗溶接により一瞬で締結するため、組立て時間が大幅に削減するなど、安価で性能の良い振動子を簡単に製作する事ができる。
【００１７】
本発明は、弾性部材を溶接により締結固定する振動子を改良したものである。
【００１８】
図１、図２は本発明の第１の実施の形態を示す。図１は断面図、図２は分解図である。
【００１９】
本実施の形態の振動波駆動装置は、電気−機械エネルギー変換素子としての円環形状の圧電素子２、金属等の薄板で形成された振動子支持部材３及びフレキシブルプリント基板４を２つの弾性部材５、６で挟み、該弾性部材５、６を電気抵抗溶接により接合して棒状の振動子８を構成している。
【００２０】
圧電素子２の内径部には、本発明のリング部材１が設けられている。
【００２１】
図１においてわかるように、溶接機にはクロム銅電極が接続されている。
【００２２】
該電極の間に弾性部材を挟み、加圧したまま電流を流す事で弾性部材の締結部分が溶融し、弾性部材と圧電素子、フレキシブルプリント基板及び支持部材が密着して溶接が完了する。
【００２３】
２つの弾性部材５、６は快削型のオーステナイト系ステンレス　ＪＩＳ　ＳＵＳ３０３を切削加工した。材料はオーステナイト系ステンレスに限らず、マルテンサイト系ステンレスやフェライト系ステンレス、黄銅などの銅合金やアルミニウム合金でも条件を選べば使用できる。
【００２４】
但し、締結部の変形強度を考慮すると鉄系材料の方が好ましい。
【００２５】
後述するが弾性部材の間に挟み込む各部材に密着力を与える必要性から、締結部には大きな張力が加わるためである。また電気抵抗溶接は溶接部分に集中的に電流を流し、局部的に発熱溶融させて接合するので、鉄系材料であっても比較的電気抵抗が大きく、熱伝導が小さいオーステナイト系ステンレスが好ましい。
【００２６】
２つの弾性部材５、６には摩擦部材７が接着、ろう付け、レーザー溶接、あるいは電気抵抗溶接などで接合されている。
【００２７】
摩擦部材７はセラミック、サーメットのほか焼入れ硬化処理をした鉄系材料などが用いられる。
【００２８】
本実施例ではマルテンサイト系ステンレス板をプレス打ち抜きした後、焼入れ硬化処理をして作製した摩擦部材７を電気抵抗溶接により接合している。
【００２９】
前記弾性部材も該摩擦部材もステンレスであるが、同種の材料では融点が近く、互いに溶け合い易い事もあって、極めて溶接性が良好であった。
【００３０】
次に摩擦部材を接合した２つの弾性部材の間に、圧電素子２、金属等の薄板で形成された振動子支持部材３及びフレキシブルプリント基板４を配置した。
【００３１】
図３は弾性部材同士が溶接される部分の拡大図である。弾性部材５の締結部５ａの先端は、プロジェクションと呼ばれる突起になっていて、溶接時この部分に電流が集中して流れる。電流密度が高い所は加熱されやすいので、その部分が局部的に溶融して溶接される。
【００３２】
ところで、振動子は圧電素子で発生する微小変位を弾性部材の振動として有効に取り出す必要性から、前記各部材間を確実に密着させなければならない。だから、プロジェクションをある程度溶融させ、締結部の面積を広くし締結力を高める必要がある。その為には溶接時間を適正に設定するなどの条件管理が必要である。
【００３３】
例えば、溶接時間が短すぎると、ナゲットと呼ばれる溶融凝固部が小さくなって、大きな締結力が得られない。逆に長すぎると、溶融残渣が多く発生して、必要なナゲットが形成されなくなってしまう。
【００３４】
本実施例では黄銅のリング部材１を圧電素子の内径部に設ける事により溶接部の熱を遮断できた。更に、たとえ残渣が発生したとしても、それが圧電素子に付着しないようにする事ができた。
【００３５】
リング部材の材料は、黄銅などの銅合金以外にも、鉄系材料、アルミニウム合金などでも良い。
【００３６】
また、本実施例の該リング部材は切削により製作しているが、プレス加工により作製したものでも良い。
【００３７】
図３におけるリング部材１は、圧電素子２、振動子支持部材３及びフレキシブルプリント基板４を重ねた高さより低くなるように設定してある。圧電素子に締結力が加わるようにして、良好な振動子特性を得る為である。
【００３８】
本実施例における直径１２ｍｍの振動子においては、弾性部材の間に挟む圧電素子等には約３００ｋｇｆ程度の力が加わっていないと、良好な振動子特性が得られない事がわかっている。その点リング部材１の高さが、圧電素子２、振動子支持部材３及びフレキシブルプリント基板４を重ねた高さより高くなっている場合、該リング部材で力を受けてしまい、溶接時に圧電素子などに十分な力が加わらない可能性がある。
【００３９】
ところで、電気抵抗溶接は締結部に集中して電流を流し、他の部分よりも締結部が加熱される事で、局部的に溶融接合させる事がポイントである。その為に、他の部分には電流が流れにくい構造にしたり、望ましくは部分的に絶縁塗料等を塗布しておく。
【００４０】
本実施例では、電気伝導の大きい黄銅製のリング部材１を用いた。
この様に金属製リング部材を用いても、１つの弾性部材はリング部材には接触していないので、そこには電流が流れず、確実に締結部のみ溶融接合された。
【００４１】
（第２の実施例）
第２の実施例では、リング部材１の材質に熱伝導の小さい樹脂リング部材を用いているが、その他ゴムなどの高分子材料であっても良く、またセラミックスを用いても効果がある。その構成は第１の実施例と同じであるため、説明の図は図１〜図３になる。
【００４２】
これらの材料は金属と比較するとはるかに熱伝導が小さいので、溶融部の熱が圧電素子に伝わりにくい。又、残渣が該リング部材に付着した場合でも同様のことがいえる。但し、高熱の残渣を確実に遮断する為には、樹脂にあってはエンプラ等の耐熱性樹脂が望ましい。
【００４３】
そして高分子は比較的柔らかい材料である為、圧電素子２、振動子支持部材３及びフレキシブルプリント基板４を重ねた高さより多少高くなったとしても、リング部材自身が変形し圧電素子等に十分な力が加わる。但し、セラミックスのように変形しにくい材料を用いた場合は、高さを低くしておく事が必要である。また高分子被覆を表面に施した金属でも同様のことがいえる。
【００４４】
高分子材料やセラミックスの熱伝導と電気伝導が、金属と比較してはるかに小さいので、リング部材にはほとんど電流が流れず溶接部に集中して流れる。
【００４５】
その為、溶接部を集中的に加熱させ、熱拡散する前に局部的に溶融して溶接させる事が出来る。又、熱伝導が小さいので、熱を圧電素子に伝えない効果も大きい。
【００４６】
（第３の実施例）
図４は第３の実施例の断面拡大図である。
【００４７】
この実施例では、圧電素子２の内径部に、熱伝導の小さい樹脂のリング部材１ａ、１ｃと金属のリング部材１ｂが同心円状に配置されている。樹脂リング部材１ａは熱の影響を防ぎ、耐熱性の高い金属リング部材１ｂは高熱の残渣の飛散を確実に防ぐ。そして樹脂リング部材１ｃにて、圧電素子と金属リング１ｂの短絡を防ぐのである。
【００４８】
金属リング部材１ｂにて残渣の飛散を防いでいる為、樹脂リング部材１ａ、１ｃは極薄いもの、例えばポリイミドフィルム等でも十分である。
【００４９】
また、金属リング部材１ｂは、圧電素子２、フレキシブルプリント基板４を重ねた高さより低くなるように設定してある。金属リング部材への漏電を防ぎ、溶接部に集中して電流を流す為である。
【００５０】
（第４の実施例）
図５は第４の実施例の断面拡大図である。この実施例では、圧電素子２の内径部に、蛇腹状の樹脂リング部材１ｄを配置している。
【００５１】
前述の通り、良好な振動子特性を得る為には、弾性部材の間に挟む圧電素子等には約３００ｋｇｆ程度の力を加える必要がある。その為には、本発明の別部材であるリング部材が、圧電素子に加わる必要のある力を受けてしまわないようにようにする必要がある。
【００５２】
本実施例では、リング部材１ｃ蛇腹形状をしているので、小さな力で軸方向に変形し、多少リング部材の高さが、圧電素子２、振動子支持部材３及びフレキシブルプリント基板４を重ねた高さより高くなってしまっても圧電素子に十分な力が加わるのである。
【００５３】
これは蛇腹状のリング部材１ｄに高分子被覆を表面に施した黄銅などの銅合金、アルミ合金等の比較的柔らかい金属を用いた場合も同様の効果が得られる。
【００５４】
（第５の実施例）
図６は第５の実施例の断面拡大図である。本実施例では、圧電素子２の内径部に、コイルバネ状の別部材１ｅを配置している。
【００５５】
別部材がコイルバネの形状をしている為、溶接時に溶接部が溶融され軸方向に縮んだ時、別部材も同時に縮み隙間が狭くなる為、残渣の飛散を防いでいるのである。またコイルバネは、軸方向に変形しやすいので圧電素子には十分な力が加わる。この実施例でも第４の実施例同様の効果が得られる。また、第２〜５の実施例では、別部材を圧電素子などの同軸度を高める為の位置決め用としても活用している。
【００５６】
上記、各部材の外周部で位置決めを行うとすると、振動子支持部材やフレキシブルプリント基板が外に延出している為、位置決め治具が複雑な形状で大掛かりなものになる。
【００５７】
（第６の実施例）
図７は第６の実施例の分解斜視図である。
【００５８】
本実施例では、リング部材１に突起１ｆを設けており、圧電素子２、振動子支持部材３及びフレキシブルプリント基板４には突起に対応した切り欠き２ａ、３ａ、４ａを設けている。
【００５９】
フレキシブルプリント基板４は圧電素子２への給電のため、電極位置をあわせる必要があり、また支持部材３は支持部が放射状に延出している為、フレキシブルプリント基板４と干渉しない位置関係を望む事もある。
【００６０】
そこで、位置決め用の突起や切り欠きをそれぞれの部材に設けておくようにした。それにより、簡単に位置決めを行う事ができるようになり、組立性が向上する。
【００６１】
本実施例では、リング部材１に突起を設けたが、圧電素子等に突起、リング部材１に切り欠きを設けても良い。また、複数の突起とそれに対応した切り欠きや、異形状の位置決め部を設けても良い。
【００６２】
（第７の実施例）
図８は第７の実施例の断面図である。
【００６３】
これは振動波発生装置である振動子８を中央部に配置し、その両端に２つの移動体１１を摩擦接触させて、それぞれの移動体を中心を通る出力軸１５に連結し、該出力軸によって外部に回転出力を取り出す振動波駆動装置である。
【００６４】
振動子内には、軸受け１０が配置されており出力軸と振動子の同軸性を向上させて、前記した移動体との偏心をおさえるためのものである。該軸受けは、樹脂を切削加工したものである。これは射出成形により作製したものでも良い。
【００６５】
また、プレス成形により作製した金属部材に、出力軸と摺動する部分にのみ樹脂部材を取り付けた軸受けでも良い。
【００６６】
前記プレス成形した金属部材に樹脂コーティングしたものであっても良い。ところで、振動子５と軸受け１０の接触する位置は振動の節に当たる付近を選定してはいるが、それでも微小振動している部分である。その為、金属同士の接触による不要振動が発生し異音の原因になったり、逆に必要な振動を抑制してしまう恐れがある。その為、該軸受けは振動を減衰しやすい高分子材料が適している。
【００６７】
ところで、弾性部材は振動子全体の振動特性を決定する重要な部材である。特に弾性部材に設けられた外側の小径部であるいわゆるくびれ部の太さ、形状及び位置は振動子全体として、その振動周波数、振動方向及び振動変位量を決める因子となっている。
【００６８】
実施例の振動子のように、２つの曲げ振動を合成して縄跳びのような振動をする振動子では、弾性部材のくびれ部は振動の節に近いのではあるが反面大きな歪を発生する。
【００６９】
その為、該軸受けがくびれ部にはかからないように段差を設けた。移動体１１本体には板金プレス加工により製作した硬質のステンレス製の摩擦部材１２が一体に接合されている。該移動体にはコイルバネ１３を介して回り止め１４により振動子の摩擦部材に圧接されている。該回り止め部材には凸部１４ａがあり、移動体本体の凹部１１ａと噛み合う事で回転力を伝達している。該回り止めには、止めネジが取り付けられ、該止めネジによって、該回り止めは出力軸に固定される。
【００７０】
図９は前記振動波駆動装置をプリンターの紙送りローラ１６に直結した場合の構成例である。
【００７１】
移動体及び紙送りローラ１６の回転位置、回転速度を検出する為に、光学式エンコーダーパルス板１７が紙送りローラ１６と同軸に配置され、エンコーダー１８で位置、速度を検出する。
【００７２】
【発明の効果】
以上本発明により、弾性部材の電気抵抗溶接により締結される部分と、圧電素子などの電気―機械エネルギー変換素子との間に別部材を設けた為、溶接部からの熱伝導をおさえ溶接部から発生する残渣を遮断して、圧電素子が劣化せず短絡も防止できた。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１、２の実施例を示す振動波発生装置の断面図
【図２】第１、２の実施例を示す振動波発生装置の断面分解図
【図３】第１、２の実施例を示す溶接部の拡大断面図
【図４】第３の実施例を示す溶接部の拡大断面図
【図５】第４の実施例を示す溶接部の拡大断面図
【図６】第５の実施例を示す溶接部の拡大断面図
【図７】第６の実施例を示す振動波発生装置の分解斜視図
【図８】第７の実施例を示す振動波駆動装置の断面図
【図９】第７の実施例を示す振動波駆動装置の平面図
【図１０】従来例の振動波発生装置の分解斜視図
【図１１】従来の振動波駆動装置の断面分解図
【符号の説明】
１　　リング部材
１ａ、１ｃ　　樹脂リング部材
１ｂ　　金属リング部材
１ｄ　　蛇腹状リング部材
１ｅ　　コイルバネ状リング部材
１ｆ　　突起
２　　圧電素子
３　　支持部材
４　　フレキシブルプリント基板
２ａ、３ａ、４ａ　　切り欠き
６　　弾性部材
５ａ　　締結部
７　　摩擦部材
８　　振動子
９　　電極
１０　　振動子内軸受け
１１　　移動体
１１ａ　　凹部
１２　　摩擦部材
１３　　コイルバネ
１４　　回り止め
１４ａ　　凸部
１５　　出力軸
１６　　紙送りローラ
１７　　エンコーダーパルス板
１８　　エンコーダー
１０１　　締結ボルト
１０２　　圧電素子
１０３　　支持板
１０４　　フレキシブルプリント基板
１０５　　弾性部材
１０６　　摩擦部材
１０７　　振動子内軸受け
１０８　　振動子
１０９　　移動体
１０９ａ　　凹部
１１０　　摩擦部材
１１１　　コイルバネ
１１２　　回り止め
１１２ａ　　凸部
１１３　　出力軸
【図１】
2004080946.tif 000003
【図２】
2004080946.tif 000004
【図３】
2004080946.tif 000005
【図４】
2004080946.tif 000006
【図５】
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【図６】
2004080946.tif 000008
【図７】
2004080946.tif 000009
【図８】
2004080946.tif 000010
【図９】
2004080946.tif 000011
【図１０】
2004080946.tif 000012
【図１１】
2004080946.tif 000013