(57)【要約】【課題】  ボルト締めランジュバン型超音波振動子において、圧電セラミックスと各構成部品の接触部での隙間を低減させて、超音波振動子の振動効率が低下することを抑制することを目的としている。これにより、同じ圧電材料を用いても振動エネルギーを効率よく伝達できるようにする。【解決手段】  ボルトと、ナットと、圧電セラミックスと、電極板からなるランジュバン型の超音波振動子において、前記ボルト、前記ナット、前記圧電セラミックス、前記電極板の互いの接触部を接着剤にて接着した。【選択図】  図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ランジュバン型の超音波振動子であって、該超音波振動子はボルトと、ナットと、圧電セラミックスと、電極板からなり、前記ボルト、前記ナット、前記圧電セラミックス、前記電極板は互いの接触部を接着剤にて接着したことを特徴とする超音波振動子。
【請求項２】
ランジュバン型の超音波振動子であって、該超音波振動子はボルトと、ナットと、圧電セラミックスと、電極板からなり、分極した後に表面に形成されている外部電極を除去した前記圧電セラミックス、前記ボルト、前記ナット、前記電極板を互いに接触させ、ボルト締めしたことを特徴とする超音波振動子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば位置決め装置等の電子機器に使用される超音波モータ用駆動素子として用いることが可能な超音波振動子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、２個のボルト締めのランジュバン型超音波振動子と、超音波振動子を所定の角度（例えば、９０度）で保持する保持部と、略Ｖ字型の形状を有し、その頂点部で被駆動体であるロータと接し、その端部（Ｖ字型の開いている方）で超音波振動子と接続された先端部と、を備えた共振型の超音波モータが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
ここで、従来のボルト締めのランジュバン型超音波振動子の模式的な斜視図を図１に、又、その断面図を図２に示した。
超音波振動子１は、両端がネジ切りされたボルト２と、ボルト２のネジ溝に嵌合するネジ穴を有する２個のナット３ａ、３ｂと、ボルト２を通すことができる２個のリング状の圧電セラミックス４ａ、４ｂと、ボルト２を通すことができる２枚のリング状の電極板５ａ、５ｂとを有している。
【０００４】
次に、従来のボルト締めのランジュバン型超音波振動子の模式的な組み立て図を図３に示した。
ランジュバン型の超音波振動子は、圧電セラミックスの孔部に通したボルトをナットにより所定の力でボルト締めすることにより構成されている。
すなわち、図３に示されるように、圧電セラミックス４ａを電極板５ａ、５ｂで挟むように配置し、更に電極板５ｂの上面に圧電セラミックス４ｂを配置する。
次に、電極板及び圧電セラミックスの孔部にボルト２を通し、ボルト２の端部にそれぞれナット３ａ、３ｂを取り付けた後に所定の力で締め付ける。これによってランジュバン型の超音波振動子が得られる。
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−１５２６７１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記した従来のボルト締めのランジュバン型超音波振動子は圧電セラミックスをボルト締めにより締め付け、固定しているが、圧電セラミックスと各構成部品の接触部は圧電セラミックスの表面が平滑な面ではないので、完全に密着されていない。
この為、圧電セラミックスと各構成部品の接触部で締め込み後もわずかな隙間が生じることになるので、ランジュバン型超音波振動子を超音波の反射率が最も大きい空気を介している状態で共振させることとなり、スプリアス振動の原因になったり、共振インピーダンスが上昇し、振動効率が低下してしまうというという課題があった。
【０００７】
本発明は、上記した課題を解決するために鋭意検討して完成したものであり、ランジュバン型超音波振動子の圧電セラミックスと各構成部品の接触部の隙間を低減させて、超音波振動子の振動効率が低下するのを抑制することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
即ち、ランジュバン型の超音波振動子であって、該超音波振動子はボルトと、ナットと、圧電セラミックスと、電極板からなり、前記ボルト、前記ナット、前記圧電セラミックス、前記電極板は互いの接触部を接着剤にて接着したことを特徴とする超音波振動子であることを特徴とする。
【０００９】
好適な実施形態において、ランジュバン型の超音波振動子であって、該超音波振動子はボルトと、ナットと、圧電セラミックスと、電極板からなり、分極した後に表面に形成されている外部電極を除去した前記圧電セラミックス、前記ボルト、前記ナット、前記電極板を互いに接触させ、ボルト締めしたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
ランジュバン型超音波振動子の構成部品において、互いの接触部を接着剤で全て接着することによって接触面の密着が良くなり、振動伝達の効率が上昇するとともにスプリアス振動等も抑えることができるという効果がある。
また振動によるエネルギーロスの発熱が抑えられるため、超音波モータとして用いた場合では、推力や速度を上昇できる。
圧電セラミックスを分極後に、圧電セラミックスの表面に形成されている外部電極を除去し、その後に圧電セラミックス、ボルト、ナット、電極板の各構成部品を互いに接触させ、ボルト締めした場合においても、同様に上記の圧電セラミックス、ボルト、ナット、電極板の互いの接触部を接着剤で全て接着することと同様の効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明では、第一の発明として、ランジュバン型の超音波振動子であって、該超音波振動子はボルトと、ナットと、圧電セラミックスと、電極板の互いの接触部を接着剤にて接着したことを特徴とする超音波振動子を提案している。
【００１２】
ここで、超音波振動子の構成部品であるボルトと、ナットと、圧電セラミックスと、電極板の互いの接触部を接着剤で接着する理由は、従来の機械的なボルト締めだけによる接触では、圧電セラミックスと各構成部品の接触部は完全には密着されていないからである。
【００１３】
すなわち、本発明では、圧電セラミックスと各構成部品の締め込み後の隙間を接着剤で充填することにより接触部の密着が可能となる。
【００１４】
ここで、本発明の接着剤は例えばエポキシ系やシリコン系等の樹脂系接着剤や無機系接着剤を用いることができる。
接着剤は、導電性が無くても良い。その理由としては、ボルト締めによる機械的圧力で各構成部品の接触部には接着剤層がほとんど介在しない部位があるため、互いの電気的接触が維持されるためである。
【００１５】
次に、本発明の圧電セラミックスはＰＺＴ系のセラミックスが通常用いられ、圧電セラミックスの表裏面には電極（図示せず。）が焼き付けられている。分極処理は表裏面の電極間に１〜３ｋＶ／ｍｍの直流強電界を加え、内部の電気双極子を一定方向にそろえさせている。
【００１６】
又、ボルトとナットは金属製のものが用いられ、形状は一定のものが使用される訳ではなく、使用の態様により様々な形状のものが用いられる。
【００１７】
以下、ランジュバン型の超音波振動子組立図である図３を用いながら本発明を詳細に説明する。
（１）実施例１
表裏面に電極を焼き付けた圧電セラミックス４ａの表裏面にエポキシ系接着剤（図示
せず。）を塗布してから、これを電極板５ａ、５ｂで挟むように配置し、さらに電極板５ｂの上面にエポキシ系接着剤（図示せず。）を塗布してから圧電セラミックス４ｂを配置した。
次に、ナット３ａと電極板５ｂの接触部および圧電セラミックス４ｂとナット３ｂ
の接触部およびナット３ａ、３ｂの雌ネジのネジ穴および圧電セラミックス４ａ、４ｂの孔部およびボルト２のネジ部にもエポキシ系接着剤（図示せず。）を塗布してから、圧電セラミックスの孔部にボルト２を通し、ボルト２の両端部（雄ネジでネジ切りされている）にそれぞれナット３ａ、３ｂを取り付けて５０Ｎ・ｍにてボルト締めした。更に余分なエポキシ系接着剤をふき取り、除去した。
エポキシ系接着剤が硬化してから、電極板に３ｋＶ／ｍｍの直流強電界を加えて圧電
セラミックス４ａ、４ｂを分極処理して、本発明のランジュバン型の超音波振動子を得た。
【００１８】
（２）比較例１
実施例１では接着剤にて超音波振動子の各構成部品を組み込み後に接着したが、比較
例１としては、各部品を接着していない。最初に、圧電セラミックス４ａ、４ｂと、電極板５ａ、５ｂと、ナット３ａ、３ｂと、ボルト２（両端部が雄ネジでネジ切りされている）の各部品の接触部を図３に示すように組み込み、ナット３ａ、３ｂを５０Ｎ・ｍにてボルト締めした。次に、電極板に３ｋＶ／ｍｍの直流強電界を加えて圧電セラミックス４ａ、４ｂを分極処理して、本発明のランジュバン型の超音波振動子を得た。
【００１９】
（３）評価
得られたランジュバン型の超音波振動子を駆動させた時の出力（Ｗ）とその際の超音波振動子の温度上昇値を放射温度計により測定した。その結果を図４に示す。図より、比較例１である各構成部品を組み込み後に未接着で超音波振動子を構成した場合、接触部の摩擦損失によって温度上昇が大きいことが分かった。一方、本発明の実施例１では、出力に対する温度上昇が小さいことが確認できた。
よって、同じ圧電材料を用いても、本発明によれば振動エネルギーを効率よく伝達することが分かった。
【００２０】
又、本発明では、第二の発明として、ランジュバン型の超音波振動子であって、該超音波振動子はボルトと、ナットと、圧電セラミックスと、電極板からなり、分極した後に表面に形成されている外部電極を除去した前記圧電セラミックス、前記ボルト、前記ナット、前記電極板を互いに接触させ、ボルト締めしたことを特徴とする超音波振動子を提案している。
【００２１】
ここで、圧電セラミックスを分極後に圧電セラミックスの表裏面に形成している外部電極を除去する理由は、外部電極の厚みが約１０μｍ有るので、外部電極が形成している面の面粗度が１０μｍ以上あることになり、従来の機械的なボルト締めだけによる接触では、圧電セラミックスと各構成部品の接触部に隙間が生じることになる。
【００２２】
すなわち、本発明では、圧電セラミックスを分極後に、圧電セラミックスの表裏面に形成している外部電極を除去し、その後に超音波振動子の各構成部品をボルト締めすることにより接触部の密着が可能となる。
【００２３】
ここで、分極済の圧電セラミックスの外部電極を除去する方法としては、精密なラップ加工、鏡面加工が適当であるが、圧電セラミックスの表裏面の平行が維持されるならば切断することで外部電極を除去しても良い。
【００２４】
圧電セラミックスはＰＺＴ系のセラミックスを用いること、圧電セラミックスの表裏面には電極（図示せず。）が焼き付けられ、分極処理は表裏面の電極間に１〜３ｋＶ／ｍｍの直流強電界を加えて内部の電気双極子を一定方向にそろえさせていること、ボルトとナットは金属製であることは本発明の第一の発明と同様である。
【００２５】
以下、ランジュバン型の超音波振動子組立図である図３を用いながら本発明を詳細に説明する。
（１）実施例２
表裏面に電極を焼き付けた圧電セラミックスに対して、電極間に３ｋＶ／ｍｍの直流強電界を加えることで、分極処理を行った。
次に、分極済の圧電セラミックスの表裏面に形成されている外部電極を片面ラップ盤
にて研磨して、電極がなくなるまでラップ加工した。結果、圧電セラミックスの表裏面の面粗度は２〜３μｍ位になった。
次に、分極後、ラップ加工して表裏面の外部電極を除去した圧電セラミックス４ａの表裏面に電極板５ａ、５ｂで挟むように配置し、さらに電極板５ｂの上面に分極後、ラップ加工して表裏面の外部電極を除去した圧電セラミックス４ｂを配置した。
そして、ナット３ａと電極板５ｂの接触部および圧電セラミックス４ｂとナット３ｂ
の接触部およびナット３ａ、３ｂの雌ネジのネジ穴および圧電セラミックス４ａ、４ｂの孔部にボルト２を通し、ボルト２の両端部（雄ネジでネジ切りされている）にそれぞれナット３ａ、３ｂを取り付けて、ナット３ａ、３ｂを５０Ｎ・ｍにてボルト締めした。
【００２６】
（２）比較例２
最初に、圧電セラミックス４ａ、４ｂの表裏面の電極間に３ｋＶ／ｍｍの直流強電界を加えて分極した後に、表裏面に外部電極が形成されている圧電セラミックス４ａ、４ｂと、電極板５ａ、５ｂと、ナット３ａ、３ｂと、ボルト２（両端部が雄ネジでネジ切りされている）の各部品の接触部を図３に示すように組み込み、ナット３ａ、３ｂを５０Ｎ・ｍにてボルト締めした。
【００２７】
（３）評価
得られたランジュバン型の超音波振動子を駆動させた時の出力（Ｗ）とその際の超音波振動子の温度上昇値を放射温度計により測定した。その結果を図５に示す。図より、比較例である表裏面に外部電極が形成されている圧電セラミックスとその他の構成部品を組み込んで超音波振動子を構成した場合、接触部の摩擦損失によって温度上昇が大きいことが分かった。一方、本発明の実施例２では、出力に対する温度上昇が小さいことが確認できた。この結果、実施例１と同様の結果が、実施例２でも得られることが分かった。
よって、超音波振動子の構成部品を接着剤で接触させた場合、又は分極後に外部電極を除去した圧電セラミックスをその他の構成部品とボルト締めした場合の何れも、ほぼ同じように振動エネルギーを効率よく伝達することが分かった。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
本発明は、半導体製造装置等に装着されるＸ−Ｙステージ装置の駆動に用いられる超音波モータの使用に好適である。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】ボルト締めランジュバン型超音波振動子の模式的な斜視図である。
【図２】ボルト締めランジュバン型超音波振動子の模式的な断面図である。
【図３】ボルト締めランジュバン型超音波振動子の模式的な組立図である。
【図４】構成部品を全接着した場合のランジュバン型超音波振動子の出力と温度上昇値を示す図である。
【図５】外部電極を除去した圧電セラミックスとその他の構成部品をボルト締めした場合のランジュバン型超音波振動子の出力と温度上昇値を示す図である。
【符号の説明】
【００３０】
１：超音波振動子
２：ボルト
３ａ、３ｂ：ナット
４ａ、４ｂ：圧電セラミックス
５ａ、５ｂ：電極板
【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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