(57)【要約】【課題】電子回路基板の切損による導通不良を防止し、かつ、小型化に適した振動体を提供する。【解決手段】弾性体と、電気−機械エネルギ変換素子と、該弾性体と該電気−機械エネルギ変換素子との間に挟持される電子回路基板とを有し、該電子回路基板を介して該電気−機械エネルギ変換素子に電力を供給することにより振動を励起する振動体において、該電子回路基板は、該電気−機械エネルギ変換素子と該弾性体との間に配置される狭持部が、基材部と該基材部上に形成された配線パターンとから構成されており、該基材部の外径は、略全周にわたって該電気−機械エネルギ変換素子よりも大きいことを特徴とする振動体。【選択図】  図１
2004180416.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
弾性体と、電気−機械エネルギ変換素子と、前記弾性体と前記電気−機械エネルギ変換素子との間に挟持される電子回路基板とを有し、前記電子回路基板を介して前記電気−機械エネルギ変換素子に電力を供給することにより振動を励起する振動体において、
前記電子回路基板は、前記電気−機械エネルギ変換素子と前記弾性体との間に配置される狭持部が、基材部とこの基材部上に形成された配線パターンとから構成されており、前記基材部の外径は、略全周にわたって前記電気−機械エネルギ変換素子よりも大きいことを特徴とする振動体。
【請求項２】
前記配線パターン部の外径は、略全周にわたって前記電気−機械エネルギ変換素子よりも大きいことを特徴とする請求項１記載の振動体。
【請求項３】
前記弾性体の外径は、略全周にわたって前記基材部よりも大きいことを特徴とする請求項１又は２に記載の振動体。
【請求項４】
前記基材部がフレキシブル性を有する材料からできていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の振動体。
【請求項５】
前記電子回路基板上に電気部品を実装したことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の振動体。
【請求項６】
請求項１から５のいずれかに記載の振動体を有することを特徴とする振動波駆動装置。
【請求項７】
前記振動体の駆動面に加圧接触する接触体を有し、前記振動体と前記接触体とを相対的に移動させることを特徴とする請求項６に記載の振動波駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気的接続手段として電子回路基板を用いた振動体およびこの振動体を用いた振動波モータなどの振動波駆動装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図４は従来の振動波駆動装置のひとつである棒状振動波モータを構成する振動体４０の断面図である。棒状の振動体は、金属製の第１の弾性体４２および第２の弾性体４３との間に、電気−機械エネルギ変換素子である積層圧電素子４５及び電子回路基板４６の挟持部４６ａを図に示すように重ねて配置し、中央部のシャフト４４とナット４７により両弾性体４２、４３間を締め付けて固定することで、一体構造としている。
積層圧電素子４５は、電気−機械エネルギ変換素子機能を有する圧電セラミックス層（以下、圧電層）と電極層とをそれぞれ複数層交互に重ね合わせて積層化した素子である。
【０００３】
図５に電子回路基板４６の展開図を示す。４６ａは積層圧電素子４５と第２の弾性体との間に挟持される挟持部である。表面に露出する複数の電極に対して、挟持部４６ａ上に設けられた配線パターン部４６ｅを接触させることにより電気的接続を可能とし、この電子回路基板を介して外部電源から振動体４０に電力を供給することができる。
【０００４】
電子回路基板４６は、挟持部４６ａから導通部である延出部４６ｂが延び、延出部４６ｂの端部に設けられた接続部４６ｃによって不図示の導通用コネクタとの接続を行っている。電子回路基板４６の挟持部４６ａは、基板のベースである基材部４６ｄ上に、導通を図るための配線パターン部４６ｅを設けた構成となっている。電子回路基板４６の基材部４６ｄは絶縁性を有し、フレキシブル性もあるポリイミド樹脂からなり、配線パターン部４６ｅは銅箔によって形成されている。図６に示した電子回路基板４６では、基材部４６ｄのほぼ全面にわたって銅箔による配線パターン部４６ｅが形成されている。
【０００５】
通常、銅箔は露出している表面の酸化を防止するために半田メッキが施されており、電子回路基板４６の配線パターン部４６ｅが基材部４６ｄにエポキシ系の接着剤によって接着されたり、あるいは直接的に接合されたりしている。電子回路基板４６を介して、積層圧電素子４５に駆動用の交流電圧を印加すると、振動体には２方向の曲げ振動が励起される。振動体に２方向の曲げ振動を励起するための積層圧電素子の分極方法や電極パターンは周知であるため、説明は省略する。
【０００６】
そして、この２方向の曲げ振動を合成することで振動体の接触面４２ａに楕円運動を発生させ、この接触面４２ａに加圧接触する接触体と振動体とが、楕円運動による摩擦力で相対的に移動する。なお、接触面には耐摩耗性を有する摩擦材料がメッキ等により設けられている。
【０００７】
【発明が解決しようとしている課題】
しかしながら、従来の電子回路基板の構成では、振動体の組み立て時に電子回路基板４６の狭持部４６ａと延出部４６ｂとの境界部に負荷がかかってしまい、配線パターン部４６ｅを形成する銅箔、あるいは、銅箔と基材部４６ｄを形成するポリイミド樹脂との両方に切断が生じてしまい導通不良になることがあった。
【０００８】
これはとび出した延出部４６ｂが曲がりやすいこと、さらには、組み立ての際に電子回路基板４６の延出部４６ｂを他部材に貼り付けるために延出部が引っ張られ、電子回路基板４６の狭持部４６ａと延出部４６ｂとの境界部に積層圧電素子の角部が当たり、電子回路基板４６を折曲げるような無理な力が加わり易いためである。
【０００９】
そこで、図６に示す特開平１１−２３５０５８号公報に示すように、電子回路基板４６の振動体４１との狭持部４６ａと延出部４６ｂとの境の折り曲げ部に、接着剤のようなもので彎曲状に矯正部材３０を設け、電子回路基板４６が角によって折り曲げられないようにするものが提案された。
【００１０】
しかしながらこの対策では矯正部材３０をつけるために手間がかかる。さらに、最近のデジタル機器に搭載する振動波モータにはより小型で高性能なものが要求されており、小型の振動体になればなるほど、この矯正部材３０が振動体の振動に影響を与え易く、振動波モータの性能を下げてしまうことが予想された。したがって、電子回路基板の切損による導通不良を防止して信頼性を向上させつつも、より小型化可能な振動体を構成するための改良の余地が残されている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本願の請求項１に記載の発明は、弾性体と、電気−機械エネルギ変換素子と、前記弾性体と電気−機械エネルギ変換素子との間に挟持される電子回路基板とを有し、前記電子回路基板を介して前記電気−機械エネルギ変換素子に電力を供給することにより振動を励起する振動体において、前記電子回路基板は、前記電気−機械エネルギ変換素子と前記弾性体との間に配置される狭持部が、基材部と該基材部上に形成された配線パターンとから構成されており、前記基材部は少なくとも一部またはほぼ全周が前記電気−機械エネルギ変換素子よりも大きいことを特徴としている。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１は、本実施形態の棒状の振動波モータの断面図を示したものである。振動体１は金属からなる第１の弾性体２と第２の弾性体３との間に、積層圧電素子５とこれに接触する電子回路基板６とを有しており、シャフト４とナット７により締め付けられて挟持固定されている。
【００１３】
振動体１の長さ（シャフト４の長さ）は９．５ｍｍで、弾性体２と３の外径は９ｍｍ、積層圧電素子５の外径は６ｍｍである。図３に示す電子回路基板６は従来技術と同様に、基材部６ｄと配線パターン部６ｅとから構成されているが、それぞれ挟持部６ａの基材部６ｄの外径は８ｍｍ、配線パターン部６ｅの外径は７ｍｍになっており、基板部６ｄの外径を配線パターン部６ｅの外径より大きくしてある。
【００１４】
一方、上記の振動体１と同等の性能を有する振動体を図６に示す従来技術と同様の形状とすると、４１の長さ（シャフト４４の長さ）は２７ｍｍであり、振動体４１、積層圧電素子４５及び電子回路基板４６における挟持部４６ａの基材部４６ｄの外径は全て同じ１０ｍｍとなる。このように、本実施形態の振動体１は、同等の性能であれば従来例に比べ半分の長さにまで小型化することができる。
【００１５】
図２に示すように、積層圧電素子５は複数の圧電層を有しており、各層の圧電層の片面側にほぼ十字の絶縁部を隔てて４つに分割された電極Ａ，Ａ’，Ｂ，Ｂ’が、あるいはＡＧ，Ａ’Ｇ，ＢＧ，Ｂ’Ｇが形成されている。これらの層は交互に配置されており、上下に対向する電極ＡとＡＧ、Ａ’とＡ’Ｇ、電極ＢとＢＧ、Ｂ’とＢ’Ｇの間に交流電圧を印可することによって、振動体１に振動波が励起される。
【００１６】
圧電層１９−１〜１９−ｎはスルーホール２０によって、各層に設けられた電極Ａ，Ａ’，Ｂ，Ｂ’ＡＧ，ＡＧ’，ＢＧ，Ｂ’Ｇへの導通を行っている。表面にある圧電層１９−１に形成された複数のスルーホール２０により外部と導通し、各スルーホール２０と、これらと対応する配線パターン部を形成した電子回路基板６とを接触させることで導通が行われる。
【００１７】
圧電層１９−３は、電極Ａ，Ａ’，Ｂ，Ｂ’が形成されて駆動用に用いられると共に、圧電層１９−１，１９−２に形成されたスルーホールと圧電層１９−３以下の電極とを接続するための配線部としての機能をも併せ持つものである。
圧電層１９−４には電極Ａ，Ａ’，Ｂ，Ｂ’と振動検出用の電極Ｓとが形成されている。圧電層１９−４の電極Ｓは、この電極Ｓを挟んで上下に形成された電極ＡＧ間に発生する振動に応じて電圧を発生することで、センサ（Ｓ相）として機能する。
【００１８】
圧電層１９−５〜１９−（ｎ−１）においても、ほぼ十字の絶縁部を隔てて４つに分割された電極Ａ，Ａ’，Ｂ，Ｂ’または，ＡＧ，ＡＧ’，ＢＧ，Ｂ’Ｇが形成されている。そしてこれらの層では、同一の圧電層において中心軸に対して対向する電極ＡとＡ’、ＡＧとＡ’Ｇ、ＢとＢ’、ＢＧとＢ’Ｇとは互いに逆方向に分極されている。
【００１９】
圧電層１９−３以下のこれら４つの電極Ａ，Ａ’，Ｂ，Ｂ’は、電極Ａ，Ａ’がＡ相における振動を、電極Ｂ，Ｂ’がＡ相に対して位相が９０度ずれたＢ相における振動を励起するためにそれぞれ用いられる。このように積層圧電素子５において、電極が４つの領域に分割されているのは、振動波モータの駆動力を有効に使うためである。
【００２０】
これらの圧電層１９は積層化によって一体化された後、焼成されて積層圧電素子５が作られる。圧電層１９−ｎは、絶縁層としての役目を有するとともに、本積層圧電素子が焼成一体化されたのちに、圧電層１９−１と共に両面ラップ加工される際の加工代の役目も持つ。そして、積層圧電素子５の表面にある圧電層１９−１に形成された各スルーホール２０と、図３の電子回路基板６の各スルーホール２０に対応する配線パターン部６ｅが接触することで導通が行われる。
【００２１】
また、電子回路基板６には、挟持部６ａから延びる延出部６ｂが形成されており、この延出部６ｂの端部には不図示の導通用コネクタとの接続を行うための接続部６ｃが形成されている。ここで、電子回路基板６の挟持部６ａの基材部６ｄは、積層圧電素子５の外径より大きくなっており、延出部６ｂからの引っ張り力を分散させ、積層圧電素子５の角部の曲がりを弱くする効果がある。これにより、導通不良を防ぐことができる。
【００２２】
さらに、配線パターン部６ｅも積層圧電素子５の外径より大きくなっている。図３において積層圧電素子５の外径を破線５’で示す。これは、従来技術の積層圧電素子４５に比べて、積層圧電素子５の断面積が３６％にまで縮小されたからである。表面の電極に対して積層圧電素子５の小さな面積内では、有効な配線パターン部６ｅを作ることが難しいため、大きく構成された基材部６ｄのスペースを有効に使って配線パターン部６ｅを設けたものである。
【００２３】
さらに、この拡大した基材部６ｄ上の配線パターン部６ｅの上に電気素子３１（積層チップコンデンサー）を半田付けにより実装した。これは、基板としてのスペースを有効に活用したものである。この電気素子３１を使用することにより、Ａ相のグランド成分がＳ相の出力に加えられるため、Ｓ相の信号のノイズを軽減することができる。
【００２４】
振動体１は、積層圧電素子５のＡ相とＢ相の２つの相に駆動信号が印加されることにより駆動され、それぞれの駆動相は独立したグランド相を有し、また振動状態を検出可能なセンサ相を備えているため、５つのルートにより外部との電気的な接続が図られる。これらの電気的な接続は、電子回路基板６を介して行われるため、電子回路基板６には５つの配線パターン部６ｅが形成されている。
【００２５】
電子回路基板６に設けられた基材部６ｄは、この厚さが約２５μｍで、この材料がポリイミド樹脂である。配線パターン部６ｅは、この厚さが約３５μｍで、この材料が銅箔である。銅箔の露出部には、銅箔の酸化を防止するために半田メッキが施されている。また、延出部６ｂの一部には、絶縁用の厚さ約２５μｍのポリイミド樹脂がカバーコートされており。配線パターン部６ｅは、基材部６ｄ上に、厚さ平均１５μｍのエポキシ系の接着剤にて接着されて形成されている。
【００２６】
一方、図１においてアルマイト処理が施されたアルミのロータ８には、鉄系金属製のばねケース９が接着剤等により接合されている。ばねケース９には、ばねをガイドするシリンダ部とその下部にばねを受けるフランジ部とが設けられており、このフランジ部とギア１１の下部とで加圧ばね１４を挟み込んで圧縮することにより、ロータ８の先端を弾性体２の接触面２ａに押し付けている。
【００２７】
ギア１１は、シャフト４に設けられた位置決め用段部により位置決めされたモータの取り付けに使用されるフランジ１２と、このフランジを固定するナット１３によりスラスト方向に位置決めされている。ギア１１は、フランジ１２との接触個所で回転摺動部が形成されて回転自在に支持されている。
【００２８】
次に、上記構成の振動波モータが駆動される状態を説明する。不図示の外部電源から位相の異なる２相の交流信号が積層圧電素子５に印可されると、シャフト４の長手方向に対する２方向の曲げ振動が上記弾性体に励振され、この弾性体は曲げ振動を発生する。
【００２９】
このとき第１の弾性体２とロータ８との接触部には楕円振動が励起されるため、この楕円振動によりロータ８、ばねケース９及びギア１１が一体となって回転する。なお、ばねケース９には半径方向に２本の溝部９ａが設けられており、この溝部９ａとギア１１に設けられた２本の突起１１ａとの係合作用により、ロータ８の回転力をギア１１に伝達できるようにしている。
【００３０】
振動波モータは、フランジ１２を介して取り付け台１６に、ネジ１５で締め付けられて機器に組み込まれる。取り付け台１６は、電子回路基板６を固定する用途を成す基板支持部１６ａを併せ持つ。
【００３１】
電子回路基板６は、振動体１を実際の機器に組み込むときに、延出部６ｂで基板支持部１６ａと粘着性の接着剤により固定される。これが前述したように、固定時の無理な力が導通不良の原因のひとつで、電子回路基板６の延出部６ｂを引っ張ることとなる。この力を、面積を大きくした基材部６ｄで分散させることで電子回路基板６の切損による導通不良を防止し、信頼性の高い棒状振動体を実現するようにしている。即ち、折り曲げ部に生じる折り曲げ力を分散させるため確実な効果が得られる。また、基材部６ｄを支えるために、電子回路基板６に接する第２の弾性体３の外径をほぼ全周にわたって、挟持部６ａより大きくしている。
【００３２】
上記実施形態では、圧電素子として積層圧電素子５を用いたが、これに限定されるものではなく、１枚の板で構成される圧電素子でも構わない。また、振動体１の形状、振動体１および電子回路基板６の形状寸法は、本実施形態に示す形状寸法に限定されるものではない。
【００３３】
上記の電子回路基板６に設けられた基材部６ｄは、延出部６ｅを除き、ほぼ全周にわたり円形状で拡大されている。これは基材部を金型で打ち抜いて作っているので単純な丸形状にしたためで、延出部６ｂの両側やその周囲の一部分のみが拡大したような形状であっても同様な効果を有する。
【００３４】
なお、電気部品として積層チップコンデンサーを用いたものを説明したが、コイル、インダクタなどの電気部品であっても実装可能である。
【００３５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、電子回路基板の切損による導通不良を防止し、かつ、小型化に適した振動体を提供することができる。これにより、信頼性の高い振動体を容易に、かつ安価に提供することができるようにもなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態の電子回路基板を備えた振動波駆動装置を示した図である。
【図２】図１の振動波駆動装置に用いた積層圧電素子の構成を示した図である。
【図３】図１の振動波駆動装置に用いた電子回路基板を示した図である。
【図４】従来の振動波駆動装置に用いる振動体を示した図である。
【図５】従来の振動波駆動装置に用いる電子回路基板を示した図である。
【図６】従来の電子回路基板の導通不良の対策をした振動体を示した図である。
【符号の説明】
１  振動体
２、３    弾性体
５  積層圧電素子
６  電子回路基板
６ａ  挟持部
６ｂ  延出部
６ｃ  接続部
６ｄ  基材部
６ｅ  配線パターン部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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