(57)【要約】 【課題】  圧電素子の電気絶縁劣化と圧電素子劣化による破壊（破損）を減少させた超音波モータ用圧電素子を提供する。【解決手段】  圧電素子１の内外周エッジ部分に面取り形状を有し、前記圧電素子１の内外周エッジ部分の前記圧電素子厚の１０〜５０％の面取り形状にする。【選択図】  図２
2009153242.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
リング状の圧電セラミックス板の少なくとも一方の面に異なった極性の電極をもつ圧電素子であって、前記圧電素子の内外周エッジ部分に面取り形状を有する事を特徴とする超音波モータ用圧電素子。
【請求項２】
前記圧電素子の内外周エッジ部分が、前記圧電素子厚の１０〜５０%の面取り形状を有する事を特徴とする請求項１記載の超音波モータ用圧電素子。
【請求項３】
前記圧電素子の内外周エッジ部分の上下両面に、前記圧電素子厚の１０〜５０%の面取り形状を有する事を特徴とする請求項１記載の超音波モータ用圧電素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主に円環状の圧電セラミックス板を使用した超音波モータ用圧電素子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
超音波モータは、従来の電磁モータとは動作原理が異なり、巻線がなく、構造が簡単で、小型かつ低速であっても高トルクが得られ、また高応答性、磁力線が出ない等、優れた特徴を生かし多くの分野での使用が期待されている。一般に超音波モータは、圧電素子、ステータ（弾性体）、ロータ及び回転シャフトから構成されており、圧電素子には、定在波が生ずるように複雑な電極パターンが設けられ、その電極パターンが位相差をもつように複数個配列されている。
【０００３】
図５は、従来の超音波モータ用圧電素子を説明する図である。図５（ａ）は全面電極側の平面図、図５（ｂ）は側面図、図５（ｃ）は分割電極側の平面図を示す。圧電素子１の上下面の一方の面には極性の異なる分割電極２が設けられ、もう一方の面には全面電極４が設けられており、これら電極は、銀と硝子成分の混合体をスクリーン印刷し、焼成する事で、金属電極膜を形成している。この例では圧電素子１の厚みｔは０.５ｍｍである。
【０００４】
図６は、従来の超音波モータ用圧電素子の断面図である。圧電素子１の上下面の一方の面には極性の異なる分割電極２が、もう一方の面には全面電極４が設けられている。圧電素子１、分割電極２、全面電極４の幅寸法幅Ｄは、同一である。
【０００５】
図７は、従来の超音波モータの構成例である。上下面に電極が形成されている圧電素子１と弾性体５が接着され、ケース８の中央に設置される。弾性体５の進行波を受けるロータ６が、弾性体５にＡ面で接して対向している。弾性体５とロータ６が一定の圧力で接するように、予圧バネ７が調整している。電気端子９を通して圧電素子１の電極間に高周波高電圧を印加すると、圧電素子１と接続されている弾性体５が進行波の振幅を得て、Ａ面で接しているロータ６を回転させる。ロータ６には、回転シャフト１０が接続されていて、ロータ６の回転力を外部に導く。
【０００６】
また、特許文献１には、振動体１３（圧電素子１＋弾性体５）の面取りが記載されている。図８は、従来の超音波モータの構成例である。圧電素子１と弾性体５で振動体１３を形成している。振動体１３の内周部は上下両面から面取りされ、圧電素子面取り部３、弾性体面取り部１１が形成されて支持体１２が接続されている。図８に示すように振動体１３の内周部に面取りを施し、この面取り部に樹脂製支持体を圧入後、端部をかしめてこの振動体１３の支持を行い、支持体１２の支持構造が高効率でより低コストにする作用を有することで、実施されている。ところが、前記圧電素子面取り部８は、図８より明らかなように、鋭角になっており、樹脂製支持体を圧入する時など、前記圧電素子１を傷つけて、圧電素子劣化の原因を作る可能性がある。
【０００７】
これらに使用される超音波モータの課題は、圧電素子の電気絶縁劣化と圧電素子劣化による破壊（破損）を減少させる事が必要とされている。
【０００８】
【特許文献１】特開平９−３０８２７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
従来、リング状の圧電素子板の少なくとも一方の面に異なった極性の電極を設けた超音波モータ用圧電素子には上下面に電極が形成されており、この上下間の電極間に高周波高電圧を印加し、駆動電流が流れる事で、所定の進行波振幅を得ている。      
【００１０】
この上下間の電極間厚み（圧電素子の厚さ）は、一般的に０.３〜０.７mm程度と薄く、ここに印加される電圧は３００Ｖｐｐ／ｍｍ〜６００Ｖｐｐ／ｍｍと高電圧である。
【００１１】
このように圧電素子の電極間に印加される電圧が高電圧の為、超音波モータ用圧電素子の内外周部分で絶縁破壊（リーク）が発生し、圧電素子が機能しなくなる問題点があった。
【００１２】
また、圧電素子の断面が直角であったので、圧電素子の内外周面のエッジ部に微細なクラックが発生し、高周波高電圧により振動させた際に圧電素子の破壊（破損）が、発生していた。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は上述した問題点を解決すべくなされたもので、絶縁耐圧が高く絶縁破壊とエッジ部の圧電素子の破壊（破損）が起こりにくい超音波モータ用圧電素子を提供するものである。
【００１４】
即ち、本発明によれば、リング状の圧電素子板の少なくとも一方の面に異なった極性の電極をもつ圧電素子であって、前記圧電素子の内外周エッジ部分に面取り形状を有する事を特徴とする超音波モータ用圧電素子が得られる。
【００１５】
また、本発明によれば、前記圧電素子の内外周エッジ部分が、前記圧電素子厚の１０〜５０%の面取り形状を有する事を特徴とする超音波モータ用圧電素子が得られる。
【００１６】
また、本発明によれば、前記圧電素子の内外周エッジ部分の上下両面に、前記圧電素子厚の１０〜５０%の面取り形状を有する事を特徴とする超音波モータ用圧電素子が得られる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、円環状の圧電素子の内外周上下両面に圧電素子厚の１０〜５０%の面取り形状を有する事により、上下電極の沿面距離が、約１．０８倍から最大約１.４倍まで大きくする事が可能になり、印加電圧の約３００Ｖｐｐ／ｍｍ〜約６００Ｖｐｐ／ｍｍの高電圧も、本発明により実質約２１４Ｖｐｐ／ｍｍ〜約４２８Ｖｐｐ／ｍｍまで低減され、絶縁破壊に到達するまでの寿命を向上する事が可能とする事が出きる。
【００１８】
また、面取り形状にする事で、圧電素子の内外周面のエッジ部に発生する微細なクラックの発生を防止する事が可能となり、高周波高電圧を加え、振動させた際の圧電素子の破壊（破損）を低減する事が出きる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明の超音波モータ用圧電素子の実施の形態について具体的に説明する。
【００２０】
図１は本発明による超音波モータ用圧電素子を説明する図である。図１（ａ）は全面電極側の平面図、図１（ｂ）は側面図、図１（ｃ）は分割電極側の平面図を示す。  圧電素子１の上下面の一方の面には極性の異なる分割電極２がある。分極電極は、この例では一面に２０箇設けている。もう一方の面には全面電極４があり、これら電極は、銀と硝子成分の混合体をスクリーン印刷し、焼成する事で、金属電極膜を形成している。この例では従来例と同じく圧電素子１の厚みｔは０.５ｍｍであり、外径は３５ｍｍ・内径２５ｍｍの例で説明する。
【００２１】
図２は、本発明の超音波モータ用圧電素子の断面図である。前記圧電素子１の内外周エッジ部上下両面にはＣ０.２（縦０．２ｍｍ、横０．２ｍｍの面取り）の面取り加工が施されている。面取り加工を施しているため、圧電素子１の幅寸法幅Ｂは、分極電極２、全面電極４の幅寸法幅Ｄより圧電素子面取り部３の分大きくなり、電極間の沿面距離も面取りした分だけ大きくすることが可能になっている。
【００２２】
図３は超音波モータの構成例である。圧電素子１は図１で示したものを使用している。これに加え圧電素子１と接着し進行波を発生させる弾性体５、進行波を受け回転部分にあたるロータ６、弾性体５とロータ６に一定の圧力を与える予圧バネ７、ケース８、圧電素子１の電気端子９に電力を供給する電気端子９から構成されている。電気端子９を通して圧電素子１の電極間に高周波高電圧を印加すると、圧電素子１と接続されている弾性体５が進行波振幅を得て、Ａ面で接しているロータ６を回転させる。ロータ６には、回転シャフト１０が接続されていて、ロータ６の回転力を外部に導く。
【００２３】
この電気端子９はＣＯＭ端子と９０°位相の異なる電圧（Ｖ１、Ｖ２）を、圧電素子１の分割電極２と全面電極４に印加し弾性体５のＡ面に、進行波を発生させる。
【００２４】
ここで、圧電素子の分割電極２と全面電極４の間には、６００Ｖｐｐ／ｍｍ程度の電圧が印加される。
【００２５】
ここで圧電素子の内外周エッジ部にはＣ０.２（縦０．２ｍｍ、横０．２ｍｍの面取り）の面取り加工を施すと、分割電極２と全面電極４の沿面距離は０.６７ｍｍとなり、従来面取りが無い場合の沿面距離である素子厚み０．５ｍｍより１.３４倍大きくなり、電極間電圧が単位距離当たり６００Ｖｐｐ／ｍｍの場合は、実質４４７Ｖｐｐ／ｍｍと約２５％低下する。
【００２６】
また、従来の圧電素子の断面が直角であったので、圧電素子の内外周面のエッジ部に微細なクラックが発生し、高周波高電圧により振動させた際に圧電素子の破損が発生していたが、本発明の超音波モータの圧電素子は、面取りを行っているので圧電素子の破壊（破損）が少なくなっている。
【００２７】
図４に、高温高湿下での本発明品と従来品の絶縁破壊頻度比較グラフを示す。上記寸法の面取りが無い場合の従来品と本発明の超音波モータを、高温高湿下（８５℃、９０％）で、同じ条件で駆動試験したところ図４の結果が得られた。本発明品は従来品と比較して、故障頻度の傾きは同じ傾向を示しているが、故障までの時間が延びている。上記の単位距離当たりの実質電圧が２５％低下したことと圧電素子の破壊（破損）が減少したことにより、故障率は約２５％程度低下し、絶縁破壊に到達するまでの寿命を向上する事が可能とする事が出きた。
【００２８】
なお、面取りが１０％以下の場合は、沿面距離は最大でも約１．０８倍程度しか増加できず、寿命向上の効率はほとんど認められない。
【００２９】
今回の圧電素子の面取りは、角を削って面を作り出す加工（Ｃ：４５°の面取り）によって説明したが、角を丸めて面を作り出す加工（Ｒ：半径の面取り）等であっても良い。
【００３０】
以上、１例を持ってこの発明の実施の形態を説明したが、この発明は、これらに限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更であっても本発明に含まれる。すなわち、当業者であれば、当然なしえるであろう各種変形、修正もまた本発明に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
本発明の超音波モータ用圧電素子を用いることにより、もっとも最良な使用分野として、本圧電素子を使用した超音波モータを使用するロボットに利用される。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の超音波モータ用圧電素子を示す図、図１（ａ）は全面電極側の平面図、図１（ｂ）は側面図、図１（ｃ）は分割電極側の平面図。
【図２】本発明の超音波モータ用圧電素子断面図。
【図３】本発明の超音波モータ構成例を示す図。
【図４】本発明品と従来品の高温高湿下での絶縁破壊頻度比較グラフ。
【図５】従来の超音波モータ用圧電素子を示す図、図５（ａ）は全面電極側の平面図、図５（ｂ）は側面図、図５（ｃ）は分割電極側の平面図。
【図６】従来の超音波モータ用圧電素子の断面図。
【図７】従来の超音波モータ構成例を示す図。
【図８】従来の超音波モータ構成例を示す図。
【符号の説明】
【００３３】
１    圧電素子
２    分割電極
３    圧電素子面取り部
４    全面電極
５    弾性体
６    ロータ
７    予圧バネ
８    ケース
９    電気端子
１０    回転シャフト
１１    弾性体面取り部
１２    支持体
１３    振動体（圧電素子＋弾性体）
【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】
2009153242.tif 000007
【図６】
2009153242.tif 000008
【図７】
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【図８】
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