JPH05146178A - 振動モータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 双方向への回転が可能であり、しかも構造が
簡単で、回転出力を効率よく発生でき、かつ、曲げ振動
の共振周波数を任意に変えることができる振動モータを
提供すること。 【構成】 ステータ部４０は、振動発生用の圧電素子４
２，４４と、負荷インピーダンス１００が接続される圧
電素子４６，４８と、これらの圧電素子の表面に積層配
置されたリング形状の電極板５０，５２，５４，５６
と、前記電極板及び圧電素子の両側を挟持するよう配置
された３つのブロック体５８，６０，６２とを含む。そ
して、前記電極板５０の分割電極板５０Ｕ，５０Ｖ，５
０Ｗに、曲げ振動の共振周波数をもつ３相交流電圧を印
加することにより、ロータ接触面７０に楕円振動を発生
させ、ロータ部を正転および逆転駆動する。また、負荷
インピーダンス１００の値を変えることにより、この曲
げ振動の共振周波数を変化させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は振動モータに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、ボルト締めランジュバン型の
超音波モータが周知であり、例えば特開昭61-49670号公
報に係る片持ち梁状捩り超音波振動子を用いた圧電モー
タや、特開昭63-217984 号公報に係る超音波モータ等が
知られている。

【０００３】しかし、従来この種のモータは、いずれも
ロータを一方向にしか回転できず、しかも構造が複雑で
高価なものとなってしまうという問題があった。

【０００４】図１２には、従来のボルト締めランジュバ
ン型超音波モータの一例が示されている。この超音波モ
ータは、２個の圧電素子１０，１２の両端に長さの異な
る金属ブロック体１４，１６が配置され、両ブロック体
１４，１６は、その中心においてボルト１８により圧電
素子１０，１２を締付けるように固定されている。

【０００５】そして、この超音波モータは、交流電源２
０から圧電素子１０，１２に高周波交流電圧を印加する
と、圧電素子１０，１２の厚み方向への振動により縦振
動が生じるとともに、ボルト１８の捩りにより捩り振動
が生じ、ブロック体１４，１６の端面には縦振動と捩り
振動を合成した楕円振動が発生することになり、この楕
円振動により回転駆動力を得ることができる。

【０００６】前記ブロック体１６の端面には、円板２２
がバネ２４によりブロック体１６側へ付勢されて配設さ
れており、円板２２の回転軸２６が軸受２８にて支持さ
れている。したがって、前記円板２２をブロック体１６
の端面に接触することにより、前記合成振動により得ら
れる回転力は円板２２に伝達され、回転軸２６から回転
出力を取り出すことができる。

【０００７】また、この超音波モータでは、縦振動と捩
り振動との共振点を合せなければ回転出力を効果的に発
生できないという欠点があり、この欠点を解決する従来
技術としては特開平2-228277号公報に係る超音波駆動装
置が知られている。

【０００８】この装置は、金属ブロック体の一方をさら
に２分割し、この分割した２つの金属ブロック体によっ
て負荷インピーダンスを接続した圧電素子を挟持する構
成を有している。この負荷インピーダンスを可変にする
ことにより、上述した超音波モータの縦振動の共振点を
変化させ、縦振動と捩り振動の共振点を一致させようと
するものである。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した縦
振動と捩り振動との合成により楕円振動を発生させる超
音波モータでは、ブロック体１６の端面に一方向の楕円
振動しか発生できず、回転軸２６を正転および逆転の両
方向に駆動できないという問題があった。

【００１０】また、この超音波モータでは、振動子１
０，１２の振動から楕円振動を直接発生できず、縦振動
と捩り振動を合成しなければならないため、楕円振動の
発生効率が十分でなく、その分、回転出力を効率よく発
生できないという問題があった。

【００１１】さらに、この超音波モータでは、駆動周波
数は金属ブロック体の形状等に定まってしまい、汎用性
が少ないという問題があった。上述した特開平2-228277
号公報に開示された技術を用いれば、縦振動の共振点を
ずらすことができるが、この場合であっても捩り振動の
共振点は固定されており、縦振動の共振点をこの捩り振
動の共振点に一致させているにすぎない。従って、超音
波モータ全体の共振点を変化させるためには、金属ブロ
ック体を削り込む必要があり、超音波モータが製品とし
て完成した後に共振点を変えることは実質的には不可能
であった。

【００１２】本発明は、このような従来の課題に鑑みな
されたものであり、その目的は、双方向への回転が可能
であり、しかも構造が簡単で、回転出力を効率よく発生
でき、共振周波数を任意に設定することができる振動モ
ータを提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するた
め、本発明は、ステータ部およびロータ部を有する振動
モータにおいて、前記ステータ部は、振動を発生させる
第１の圧電素子と、前記第１の圧電素子の表面をロータ
部の回転方向に少なくとも３分割し、各分割領域を異な
る電圧印加領域とする電圧印加用電極と、加えられる振
動に応じた電圧を発生する第２の圧電素子と、前記第２
の圧電素子の表面に発生する電圧を取り出す負荷用電極
と、前記負荷用電極に接続される負荷インピーダンス
と、前記第１および第２の圧電素子を挟持するよう取付
け固定された第１のブロック体、第２のブロック体およ
び第３のブロック体と、を含み、前記電圧印加用電極を
介して前記第１の圧電素子の各電圧印加領域に３相以上
の交流電圧を印加することにより、前記ブロック体のロ
ータ接触面に楕円振動を発生させ、このロータ接触面に
接する前記ロータ部を駆動することを特徴とする。

【００１４】

【作用】本発明では、第１の圧電素子の表面をロータ部
の回転方向に沿って少くとも３分割し、各分割領域を異
なる相の電圧印加領域とするよう電圧印加用電極が形成
されている。したがって、前記電圧印加用電極を介して
第１の圧電素子の各電圧印加領域に３相以上の高周波交
流電圧を印加することにより、ブロック体のロータ接触
面に楕円振動を直接発生させ、ロータ部を回転駆動する
ことができる。

【００１５】このように本発明の振動モータでは、従来
のランジュバン型の超音波モータのように、ボルトによ
る捩り振動を用いることなく、第１の圧電素子の振動か
ら直接楕円振動を発生させることができるため、回転出
力を効率よく得ることができ、しかも従来のように縦振
動、捩り振動の共振点を一致させるという設計上の制約
がないため、モータ全体の構成が簡単かつ安価なものと
なる。

【００１６】さらに、本発明によれば、前記各電圧印加
領域に印加する高周波交流電圧の相順を切替えることに
より、ブロック体のロータ接触面に順方向の楕円振動お
よび逆方向の楕円振動を選択的に発生させ、ロータ部を
正転および逆転駆動することができる。

【００１７】また、本発明では、前記３相以上の交流電
圧として、曲げ振動の共振周波数を持つ交流電圧を用い
ることにより、入力される電圧を効率よく回転出力に変
換し、ロータ部を回転駆動することができる。

【００１８】これに加えて本発明では、第２の圧電素子
に負荷インピーダンスを接続しており、この負荷インピ
ーダンスの値を変えることにより、等価的にブロック体
の全長が変化したことになり、曲げ振動の共振周波数を
変えることができる。

【００１９】また、本発明者は、この振動モータの回転
原理についての検討を行った。この種のモータでは、発
生する振動の種類として、縦振動、捩り振動、曲げ振動
が知られている。従来のボルト締めランジュバン型超音
波モータでは、縦振動と捩り振動との合成により楕円振
動を発生させていたが、本発明の振動モータでは、曲げ
振動を用いて直接楕円振動を発生させているものと推定
される。すなわち、第１の圧電素子の振動により、ブロ
ック体には曲げ振動が発生されるが、本発明では、第１
の圧電素子の各電圧印加領域に３相以上の高周波交流電
圧を印加することにより、各相の曲げ振動の合成が直接
楕円振動となって得られるものと推定される。

【００２０】このように、本発明の振動モータは、従来
のランジュバン型超音波モータと異なる原理によって楕
円振動を得ているものと推定され、その結果、正逆転可
能な回転出力を効率よく発生させることができ、しかも
その構造が簡単でかつ安価なものとなる。

【００２１】これに加えて、本発明の振動モータでは、
ステータ部に発生する曲げ振動の共振周波数と同じ周波
数をもつ交流電圧を印加している。このため、ブロック
体のロータ接触面には、曲げ振動の値が最も大きい腹部
が位置することとなるため、この面からも、入力電圧を
効率よく回転出力に変換し、ロータ部を回転駆動するこ
とができる。

【００２２】図６には、ステータ部に発生する曲げ振動
の様子が概念的に示されている。同図（Ａ）には、ステ
ータ部を１共振周波数の交流電圧で共振駆動した場合の
様子が示され、同図（Ｂ）にはステータ部を２次共振周
波数の交流電圧で駆動した場合の様子が示され、同図
（Ｃ）にはステータ部を、３次の共振周波数の交流電圧
で駆動した場合の様子が示されている。

【００２３】同図に示すよう本発明の振動モータでは、
曲げ振動を用いてステータ部のロータ接触面７０Ａ，７
０Ｂに直接楕円振動を発生させることができる。そし
て、ステータ部を１次共振駆動した場合には、両ロータ
接触面７０Ａ，７０Ｂには同方向の楕円振動が発生し、
ステータ部を２次共振駆動した場合には、両ロータ接触
面７０Ａ，７０Ｂに逆方向の楕円振動が発生し、ステー
タ部を３次共振駆動した場合には、両ロータ接触面７０
Ａ，７０Ｂに同方向の楕円振動を発生させることができ
る。

【００２４】

【実施例】次に、本発明の好適な実施例を図面に基づい
て詳細に説明する。

【００２５】図１には、本発明に係る振動モータの好適
な第１実施例が示されている。

【００２６】実施例の振動モータは、ロータ部３０と、
ステータ部４０とを有する。

【００２７】そして、ステータ部４０の電極板５０，５
２に、高周波交流電圧を印加することにより、ステータ
部４０のロータ接触面７０に楕円振動を発生させ、これ
によりロータ接触面７０に接するロータ部３０を正転お
よび逆転駆動する。また、ステータ部４０の電極板５
４，５６に接続する負荷インピーダンス１００の特性値
を変えることにより、ステータ部４０に生じる曲げ振動
の共振周波数を変化させるものである。

【００２８】前記ロータ部３０は、ロータ接触面７０に
一定の圧力で接触する円板３２と、この円板３２の回転
中心に取り付けられた回転出力軸３４とを含む。

【００２９】また、前記ステータ部４０は、例えばセラ
ミックス等の圧電体を用いてリング状に形成された４個
の圧電素子４２，４４，４６，４８と、圧電素子４２の
両側に設けられた第１の電極板５０及び第２の電極板５
２と、圧電素子４６の両側に設けられた第３の電極板５
４及び第４の電極板５６と、第３、第４の電極板５４，
５６に接続された負荷インピーダンス１００と、圧電素
子４２，４４と圧電素子４６，４８を挟持するように配
置された第１の金属ブロック体５８，第２の金属ブロッ
ク体６０及び第３の金属ブロック体６２と、３つの金属
ブロック体５８，６０，６２を圧電素子４２〜４８を締
め付けるように連結固定する結合ボルト６４とを含む。

【００３０】上述した４個の圧電素子の内、圧電素子４
２，４４は曲げ振動を発生させるためのものであり、他
の圧電素子４６，４８はこの曲げ振動の共振周波数を変
えるためのものである。圧電素子４２と圧電素子４４
は、互いに分極方向が異なるように配置されている。同
様に、圧電素子４６と圧電素子４８は、互いに分極方向
が異なるように配置されている。

【００３１】なお、前記圧電素子４２〜４８は、分極の
際に電極として使用した、例えば銀，ニッケル面を、分
極終了後に研磨して除去したものを用いる。

【００３２】図２，図３には、前記ステータ部４０が示
されている。

【００３３】ここにおいて、図２はステータ部４０を組
立てた状態を示し、図３はその分解斜視図を示してい
る。

【００３４】前記第１，第３の金属ブロック体５８，６
２の中心にはネジ孔が形成されている。さらに第２の電
極板５２，圧電素子４２，第１の電極板５０，圧電素子
４４，第２の金属ブロック体６０，第４の電極板５６，
圧電素子４６，第３の電極板５４，圧電素子４８の中心
には、絶縁性のカラー６６を挿通するための挿通孔５２
ａ，４２ａ，５０ａ，４４ａ，６０ａ，５６ａ，４６
ａ，５４ａ，４８ａが設けられている。

【００３５】そして、前記挿通孔５２ａ，４２ａ，５０
ａ，４４ａ，６０ａ，５６ａ，４６ａ，５４ａ，４８ａ
にカラー６６を挿通し、さらにこのカラー６６に結合ボ
ルト６４を挿通し、この結合ボルト６４の両端に設けら
れたネジ部を、前記第１及び第３の金属ブロック体５
８，６２を中心に形成されたネジ孔に螺合させる。

【００３６】これにより、圧電素子４２，４４の両端
に、第１の金属ブロック体５８及び第２の金属ブロック
体６０が、圧電素子４２，４４を締め付けるように連結
固定されることになる。また、圧電素子４６，４８の両
側に、第２の金属ブロック体６０及び第３の金属ブロッ
ク体６２が、圧電素子４６，４８を締め付けるように連
結固定されることになる。

【００３７】なお、本実施例は、この連結固定に際し、
各部材の積層面の固定に接着剤を用いていないため、共
振周波数のモータ毎のばらつきや、Ｑの値の低下を防ぐ
ことができ、これにより振動モータの性能及び信頼性の
向上を図ることができる。

【００３８】また、振動発生用の圧電素子４２，４４の
間に設けられた第１の電極板５０は、円周方向に３分割
されるようにスリット部５０ｃが設けられ、その外周部
が連結部５０ｂにより互いに連結されている。この第１
の電極板５０は、その直径が圧電素子４２，４４の直径
よりも幾分大きめに形成され、ステータ部４０を組立て
た際、その外周部及び連結部５０ｂがステータ外部へ突
出するようになっている。これにより、ステータ部４０
の組立て終了後に、前記連結部５０ｂを切断すること
で、互いに電気的に絶縁された分割電極板５０Ｕ，５０
Ｖ，５０Ｗを得ることができる。

【００３９】特に、本実施例では、ステータ組立時に各
分割電極板５０Ｕ，５０Ｖ，５０Ｗを１枚の電極板５０
として取り扱うことができるため、その組立作業が容易
になるばかりでなく、各分割電極板５０Ｕ，５０Ｖ，５
０Ｗの位置決めも正確に行うことができる。

【００４０】各分割電極板５０Ｕ，５０Ｖ，５０Ｗのス
テータ外部へ突出する部分は、図２に示すよう、外部接
続端子５１Ｕ，５１Ｖ，５１Ｗを構成することになり、
これに図１に示すよう引き出し線７４Ｕ，７４Ｖ，７４
Ｗが接続されることになる。

【００４１】振動発生用の圧電素子４２に設けられた第
２の電極板５２の外周には、ステータ部４０の外部へ突
出する外部接続端子５３が設けられ、これに、図１に示
すよう、接地用の引き出し線７６が接続されることとな
る。

【００４２】また、周波数可変用の圧電素子４６，４８
に設けられた第３の電極板５４及び第４の電極板５６の
それぞれには、ステータ部４０の外部へ突出する外部接
続端子５５，５７が設けられ、この端子間に、図１に示
すよう、負荷インピーダンス１００接続用の引き出し線
７８，７９が接続されることとなる。

【００４３】また、本実施例の金属ブロック体５８，６
２は、金属製の結合ボルト６４により相互に連結固定さ
れている。このため、第２の電極板５２をアースする
と、自動的に第１の金属ブロック体５８，結合ボルト６
４，第３の金属ブロック体６２がアース電位となる。し
たがって、第３の金属ブロック体６２は、圧電素子４８
の片面に対し、第２の電極板５２と同様にアース電極と
して機能することになる。

【００４４】一方、第４の電極板５６に接する第２の金
属ブロック体６０は圧電素子４４の片面に接しており、
このため、第４の電極板５６をアースすると、自動的に
第２の金属ブロック体６０がアース電位となる。従っ
て、第２の金属ブロック体６０は、圧電素子４４の片面
に対し、アース電極として機能することになる。

【００４５】なお、前記結合ボルト６４は、絶縁性のカ
ラー６６により圧電素子４２，４４，４６，４８及び第
１の電極板５０，第３の電極板５４と電気的に絶縁され
ている。

【００４６】このように構成された振動モータを用い
て、ロータ部３０を正転駆動する場合には、第２の電極
板５２及び第４の電極板５６をアースし、分割電極板５
０Ｕ，５０Ｖ，５０Ｗに図４に示すようＡ相，Ｂ相，Ｃ
相の３相交流電圧を印加する。このとき、第３の電極板
５４，第４の電極板５６間には所定のインピーダンスを
接続するが、これについては後述する。

【００４７】これにより、各分割電極板５０Ｕ，５０
Ｖ，５０Ｗと接する圧電素子４２，４４の各電圧印加領
域には、それぞれＡ相，Ｂ相，Ｃ相の高周波交流電圧に
対応した振動が発生し、ロータ接触面７０には順方向の
楕円振動が発生する。この楕円振動は、Ａ相，Ｂ相，Ｃ
相の各高周波交流電圧に対応して発生する曲げ振動の合
成として得られると推定され、これによりロータ接触面
７０と接するロータ部３０は順方向に回転駆動されるこ
とになる。

【００４８】また、各分割電極板５０Ｕ，５０Ｖ，５０
Ｗの相順を切り替え、Ａ相，Ｃ相，Ｂ相の順に３相交流
電圧を印加すると、ロータ接触面７０には逆方向の楕円
振動が発生し、ロータ部３０を逆方向に回転駆動するこ
とができる。

【００４９】このように、本実施例によれば、各分割電
極板５０Ｕ，５０Ｖ，５０Ｗに印加する３相交流電圧の
相順を切り替えることで、ロータ部３０を正転及び逆転
駆動することができる。しかも捩り振動を必要とするこ
となく、ロータ接触面７０に直接楕円振動を発生させる
ことができるため、モータの構成が簡単なものとなり、
しかも回転出力を効率よく発生させることができる。

【００５０】ところで、本実施例の振動モータを、より
効率よく駆動するためには、前記交流電圧の周波数を、
ステータ部４０が共振現象をおこすような値（共振周波
数）とすることが好ましい。

【００５１】図５には、ステータ部４０に発生する曲げ
振動の共振の様子が示されている。

【００５２】同図から明らかなように、前記交流電圧の
周波数を、ステータ部４０に発生する曲げ振動の共振周
波数、例えば１次共振周波数，２次共振周波数，３次共
振周波数などに設定することにより、ステータ部４０の
両端面７０Ａ，７０Ｂに、曲げ振動が最大となる振動の
腹部を位置させることができる。これにより、ステータ
部４０の両端面７０ａ，７０ｂに発生する楕円振動を最
大の値とすることができ、これにより回転出力効率を向
上させることができる。

【００５３】なお、前記共振周波数は、何次の共振周波
数を用いてもよい。

【００５４】図６には、前記交流電圧の周波数を１次共
振周波数，２次共振周波数，３次共振周波数に設定した
場合におけるステータ部４０の共振モデルが示されてい
る。

【００５５】このとき、ステータ部４０の両端面７０
Ａ，７０Ｂには、共振周波数を奇数モードに設定した場
合には同方向の楕円振動が現われ、共振周波数を偶数モ
ードに設定した場合には逆方向の楕円振動が発生するこ
とになる。

【００５６】ここにおいて、これら各モデルにおける曲
げ振動の共振周波数ｆは、概略次式によって求めること
ができる。

【００５７】 ｆ＝λ2 ｛Ｒ／（２πＬ2 ）｝（Ｅ／ρ）1/2 λ；定数 （１次共振の時4.73、２次共振の時7.853 、３次共振の
時10.996） Ｒ；０．２５×Ｄ （Ｄはステータ部４０の外径） Ｌ；ステータ部４０の全長 （Ｅ／ρ）1/2 ；音速 （Ｅはヤング率、ρは密度） したがって、例えばＤ，Ｌが次のような値で、金属ブロ
ック体５８，６０，６２がアルミニウムの振動モデルを
考えると、 Ｄ＝３５×１０-3［ｍ］ Ｌ＝６０×１０-3［ｍ］ （Ｅ／ρ）1/2 は約５８００［ｍ／ｓ］となる。

【００５８】したがって、この振動モデルでは、ステー
タ部４０の１次共振周波数ｆの値は、約５０kHz とな
る。

【００５９】ところで、本実施例の振動モータにおいて
は、圧電素子４６，４８に設けられた電極板５４，５６
の２本の引き出し線７８，７９に負荷インピーダンス１
００が接続される。圧電素子４２，４４によって発生し
た振動が圧電素子４６，４８に達すると、これらの圧電
素子４６，４８は、この振動による歪みに応じた電圧を
発生し、この電圧が電極５４，５６を介して引き出し線
７８，７９に現れる。引き出し線７８，７９に接続され
た負荷インピーダンス１００は、圧電素子４６，４８に
より発生した電気エネルギーを消費し、あるいは一時蓄
える役目をなしている。従って、この負荷インピーダン
ス１００の特性値を変えることにより、等価的にステー
タ部４０の全長Ｌが変化することになり、図５に示した
１次，２次及び３次等の共振周波数が変化する。

【００６０】負荷インピーダンス１００としては、図７
（Ａ）に示す抵抗器、同図（Ｂ）に示すインダクタ、同
図（Ｃ）に示すキャパシタが代表的なものである。例え
ば、負荷インピーダンス１００として抵抗器を用いた場
合、抵抗値の異なる抵抗器に交換し、あるいは可変抵抗
器を操作して抵抗値を変えることにより、共振周波数を
変えることができる。同様に、キャパシタ，インダクタ
を用いた場合も、特性値の異なるキャパシタ等に交換
し、あるいは可変型のキャパシタ等を用いることにより
共振周波数を変えることができる。また、抵抗器，イン
ダクタ，キャパシタを適宜組み合わせて負荷インピーダ
ンス１００を構成してもよい。

【００６１】図８には、負荷インピーダンス１００の特
性値と共振周波数の関係を測定した実験データが示され
ている。同図（Ａ）は負荷インピーダンス１００として
抵抗を用いた場合の抵抗値Ｒと共振周波数ｆr の関係
を、同図（Ｂ）はインダクタを用いた場合のインダクタ
ンスＬと共振周波数ｆr の関係を、同図（Ｃ）はキャパ
シタを用いた場合のキャパシタンスＣと共振周波数ｆr
の関係をそれぞれ示している。

【００６２】これらの実験データから明らかなように、
負荷インピーダンス１００として抵抗，インダクタ，キ
ャパシタのいずれを用いても共振周波数ｆr を連続的に
変化させることができるので、任意の共振周波数を有す
る振動モータを実現することが可能になる。従って、振
動モータの組み立てが終了した後に、製品毎にばらつき
のある共振周波数を調整することや、周波数の異なる電
源に同一の振動モータを接続することが容易に行えるよ
うになる。

【００６３】図９には、前記振動モータの動作を制御す
る制御回路８０の具体的な構成が示されている。

【００６４】この制御回路８０は、Ａ相，Ｂ相，Ｃ相の
３相交流電圧を出力する電源回路９０と、この３相交流
出力を増幅し分割電極板５０Ｕ，５０Ｖ，５０Ｗに印加
するアンプ９２とを含む。

【００６５】また、この制御回路８０は、ＯＮ／ＯＦＦ
スイッチ８２，共振モード入力部８４，回転方向入力部
８６，回転速度入力部８８を含む。

【００６６】前記ＯＮ／ＯＦＦスイッチ８２は、電源回
路９０，アンプ９２をオン・オフ制御するものである。

【００６７】前記共振モード入力部８４は、ステータ部
４０の共振モードを選択設定するものであり、その出力
信号は電源回路９０に入力される。そして、電源回路９
０は、この入力信号に基づき、３相交流出力電圧の周波
数を、設定された共振モードの共振周波数に切替え制御
し、これにより例えばステータ部４０の曲げ振動を１次
共振，２次共振、あるいはそれ以上の次数の共振モード
に設定することができる。

【００６８】前記回転方向入力部８６は、ロータ部３０
の回転方向を選択設定するものであり、その出力信号は
電源回路９０に入力される。電源回路９０は、この入力
信号に基づき、各分割電極板５０Ｕ，５０Ｖ，５０Ｗに
印加する３相交流電圧の相順を切替え、ロータ部３０の
回転方向を決定することができる。

【００６９】また、前記回転速度入力部８８は、アンプ
９２の増幅率を制御することにより、ロータ部６０の回
転速度を設定することができる。

【００７０】したがって、負荷インピーダンス１００の
値を設定するとともに（電源回路９０から出力する３相
交流電圧の周波数が一定であれば毎回設定する必要はな
く、振動モータの使用環境が決まった際に設定するだけ
でよい）、前記各入力部８４，８６，８８を用いてステ
ータ部４０の共振モード，ロータ部３０の回転方向，回
転速度の設定を行った後に、ＯＮ／ＯＦＦスイッチ８２
をオンすると、電源回路９０が設定に応じた相順および
周波数の高周波交流電圧を出力する。これを、アンプ９
２で増幅して引き出し線７４Ｕ，７４Ｖ，７４Ｗに印加
することにより、圧電素子４２，４４に前述した３相交
流電圧を印加し、ロータ部３０を回転駆動すことができ
る。

【００７１】このとき、圧電素子４２，４４に印加され
る３相交流電圧は、共振モード切替え操作部８４にて設
定された共振モードに対応した共振周波数に制御されて
いるため、入力電圧を効率よく回転出力に変換し、ロー
タ部３０を回転駆動することができる。

【００７２】さらに、本実施例の振動モータによれば、
回転方向入力部８６により、各引き出し線７４Ｕ，７４
Ｖ，７４Ｗに印加する３相交流電圧の相順を切替えるこ
とで、ロータ部３０の回転方向を選択的に決定すること
ができる。

【００７３】さらに、実施例の振動モータでは、回転速
度入力部８８を用いて交流電圧の電圧値を制御すること
により、ロータ部３０の回転速度を任意の速度に制御す
ることができる。

【００７４】さらに、実施例の振動モータでは、従来の
ランジュバン型超音波モータのように、楕円振動の発生
に捩り振動を必要としない。したがって、圧電素子４
２，４４，４６、４８、第１〜第４の電極板５０，５
２，５４，５６および第１〜第３の金属ブロック体５
８，６０，６２を、それぞれ結合ボルト６４で締付ける
ことによって、各構成部材の連結固定を行いステータ部
４０を構成することができ、前記構成部材の接合面に接
着剤を塗布することが不要となる。したがって、接着剤
を用いた場合のような、共振周波数のモータごとのばら
つきや、Ｑの値の低下を防ぐことができ、これにより超
音波モータの性能および信頼性を向上させることができ
る。

【００７５】また、本実施例では、楕円振動の発生に曲
げ振動という１種類の振動を使用するのみであり、従来
の超音波モータのように縦振動と捩り振動という２種類
の振動を必要としない。したがって、ステータ部４０の
設計、特に金属ブロック体５８，６０，６２等の設計の
自由度がひろがり、モータの小型化を図ることが可能と
なる。

【００７６】さらに、本実施例では、共振周波数可変用
の圧電素子４６，４８を用い、これに接続する負荷イン
ピーダンス１００の値を変えることにより、共振周波数
を一定範囲で任意に設定することが可能である。従っ
て、上述した設計の自由度を一層増すことができる。ま
た、印加する交流電源の周波数に振動モータの共振周波
数を合わせることもできるので、ロータ接触面７０に現
れる楕円振動を最大の値にすることができ、特に交流電
源の周波数が固定的である場合や周波数が異なる電源が
複数ある場合等には有効である。

【００７７】なお、本発明は前記実施例に限定されるも
のでなく本発明の要旨の範囲内で各種の変形実施が可能
である。

【００７８】例えば、本実施例では、第１の電極板５０
を３分割した場合を例にとり説明したが、本発明はこれ
に限らず、第１の電極板５０を３以上の任意の数の分割
電極板に分割形成してもよい。

【００７９】図１０には、このような分割電極板の変形
例が示されている。

【００８０】同図（Ａ）は、前記実施例と同様に、第１
の電極板５０を３分割した場合の具体例である。

【００８１】同図（Ｂ）は、第１の電極板５０を４分割
し、制御回路８０からの９０°位相の異なる４相の交流
電圧を印加する場合の具体例である。

【００８２】同図（Ｃ），（Ｄ），（Ｅ）は、第１の電
極板５０を６分割した場合の具体例である。ここにおい
て、同図（Ｃ），（Ｄ）は、６分割された各分割電極板
に、３相の交流電圧を印加する方法の具体例である。ま
た、同図（Ｅ）は、６分割された各分割電極板に、６相
の交流電圧を印加する場合の具体例である。

【００８３】また、図１１には、第１の電極板５０を、
９分割した場合の具体例が示されている。

【００８４】ここにおいて、同図（Ａ），（Ｂ），
（Ｃ）は、それぞれ異なる結線方法で各分割電極板に３
相の交流電圧を印加する場合の具体例である。

【００８５】また、同図（Ｄ）は、９個の分割電極板
に、９相の交流電圧を印加する場合の具体例である。

【００８６】このように、本実施例の振動モータでは、
第１の電極板５０を３以上の分割電極板に分割し、これ
ら各分割電極板に３相以上の交流電圧を印加すること
で、ロータ部３０を回転駆動することができる。

【００８７】また、前記実施例では、ステータ部４０の
一方の端面７０Ａにのみロータ部３０を設ける場合を例
にとり説明したが、本発明はこれに限らず、ステータ部
４０の両端面７０Ａ，７０Ｂにロータ部を設けるように
してもよい。これにより、実施例の振動モータから、２
つの回転出力を同時に取り出すことができ、しかも図６
に示す共振モデルから明らかなように、振動モードを偶
数モードに設定することにより、両ロータ部の回転方向
を同方向とし、振動モードを奇数モードにすることによ
り、両ロータ部の回転出力を逆方向に設定することがで
きる。

【００８８】また、前記実施例によれば、ブロック体５
８，６２の連結固定に結合ボルト６４を用いた場合を例
にとり説明したが、本発明では従来のランジュバン型超
音波モータのように、捩り振動を必要としないため、結
合ボルト６４以外の結合部材を用いてブロック体５８，
６２を連結固定するようにしてもよい。例えば、ロッド
を用いて連結し、その両端をかしめるようにしてもよ
い。

【００８９】また、前記実施例によれば、第１の圧電素
子４２，４４，第２の圧電素子４６，４８をそれぞれ１
組ずつ設けた場合を例にとり説明したが、必要に応じこ
れら第１の圧電素子を複数設けてもよく、第２の圧電素
子を複数設けてもよい。この場合には、第２のブロック
体が複数のブロック体で構成されることになる。

【００９０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
双方向への回転が可能であり、しかも構造が簡単で、回
転出力を効率よく発生できる振動モータを提供すること
ができる。

【００９１】特に、本発明によれば、第１の圧電素子の
各電圧印加領域に、曲げ振動の共振周波数を持つ３相以
上の交流電圧を印加するように形成したため、発生する
曲げ振動の腹部がステータ部のロータ接触面と一致する
ことになり、少い消費電力で大きな回転出力を効率よく
得ることができる。

【００９２】これに加えて、本発明によれば、第２の圧
電素子に接続する負荷インピーダンスの値を変えること
により、曲げ振動の共振周波数を変えることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る振動モータの好適な第１実施例の
全体説明図である。

【図２】図１に示す振動モータのステータ部を示す概略
斜視説明図である。

【図３】図２に示すステータ部の分解斜視図である。

【図４】実施例の振動モータに印加する３相交流電圧の
説明図である。

【図５】ステータ部に発生する共振曲げ振動の説明図で
ある。

【図６】ステータ部の共振モデルを示す概念図である。

【図７】ステータ部に接続する負荷インピーダンスの説
明図である。

【図８】負荷インピーダンスの値と共振周波数の関係を
示す図である。

【図９】図１に示す振動モータに用いられる制御回路の
ブロック図である。

【図１０】本発明に用いられる分割電極板の他の実施例
の説明図である。

【図１１】本実施例に用いられる分割電極板の他の実施
例の説明図である。

【図１２】従来のボルト締めランジュバン型超音波モー
タの説明図である。

【符号の説明】

３０ ロータ部 ４０ ステータ部 ４２，４４，４６，４８ 圧電素子 ５０ 第１の電極板 ５０Ｕ，５０Ｖ，５０Ｗ 分割電極板 ５２ 第２の電極板 ５４ 第３の電極板 ５６ 第４の電極板 ５８ 第１の金属ブロック体 ６０ 第２の金属ブロック体 ６２ 第３の金属ブロック体 ６４ 結合ボルト ７０ ロータ接触面 ８０ 制御回路 １００ 負荷インピーダンス
ＡＳ０１１９０１

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 竹村 芳孝 静岡県湖西市梅田390番地 アスモ株式会 社内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ステータ部およびロータ部を有する振動
   モータにおいて、 前記ステータ部は、 振動を発生させる第１の圧電素子と、 前記第１の圧電素子の表面をロータ部の回転方向に少な
   くとも３分割し、各分割領域を異なる電圧印加領域とす
   る電圧印加用電極と、 加えられる振動に応じた電圧を発生する第２の圧電素子
   と、 前記第２の圧電素子の表面に発生する電圧を取り出す負
   荷用電極と、 前記負荷用電極に接続される負荷インピーダンスと、 前記第１および第２の圧電素子を挟持するよう取付け固
   定された第１のブロック体、第２のブロック体および第
   ３のブロック体と、 を含み、前記電圧印加用電極を介して前記第１の圧電素
   子の各電圧印加領域に３相以上の交流電圧を印加するこ
   とにより、前記ブロック体のロータ接触面に楕円振動を
   発生させ、このロータ接触面に接する前記ロータ部を駆
   動することを特徴とする振動モータ。
2. 【請求項２】 請求項１において、 前記第１の圧電素子および第２の圧電素子はリング状に
   形成され、 前記電圧印加用電極は、 前記第１の圧電素子の一方の面をロータ回転方向に少な
   くとも３分割する第１の電極部と、 前記圧電素子の他方の面をアースする第２の電極部と、 を含み、３相以上の交流電圧を印加できるよう形成さ
   れ、 前記第１のブロック体および第３のブロック体は、前記
   第１の圧電素子、前記第２のブロック体および前記第２
   の圧電素子の各中央孔部に挿通された結合ボルトにより
   前記第１の圧電素子および第２の圧電素子を締め付ける
   よう固定されたことを特徴とする振動モータ。
3. 【請求項３】 請求項１，請求項２のいずれかにおい
   て、 前記負荷インピーダンスは、抵抗、インダクタ、キャパ
   シタを択一的に用いて、あるいは組み合わせて用いて構
   成したことを特徴とする振動モータ。