JPH05146179A - 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る振動モータ装置
を提供すること。 【構成】 ステータ部４０は、分極方向が異なる２つの
分割領域からなるリング状の圧電素子４４と、その表面
に配置されたリング形状の電極板４６，４８と、電極板
４６，４８および圧電素子４４の両側を挟持するよう配
置された第１のブロック体５０および第２のブロック体
５２とを含む。そして、第２の電極板４８をアースした
状態で、曲げ振動の共振周波数をもつ３相交流電圧を第
１の電極板４６に印加する。これにより、金属ブロック
体５０のロータ接触面６０に、順方向および逆方向の楕
円振動を任意に発生させ、ロータ部３０を正転および逆
転駆動する。また、交流電圧の各相は、圧電素子４４の
分極方向が異なる領域に共に印加され、各領域の伸縮状
態が反対となり、振動の最大振幅を得る。

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１９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】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前記従来の超
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。このため、一
方のブロック体１４を短尺状に形成し、他方のブロック
体１６の長尺状に形成して前記共振点を一致させる必要
があり、従ってモータ設計時における自由度が少いとい
う問題があった。

【０００８】また、このように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駆動できないとい
う問題があった。

【０００９】さらに、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。

【００１０】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
できる振動モータ装置を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】前記上述した課題を解決
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、分極方向が
異なる複数の分極領域に分割されており、振動を発生さ
せる圧電素子と、前記圧電素子の表面を前記ロータ部の
回転方向に少なくとも４分割し、各分割領域を電圧印加
領域とする電極と、前記圧電素子を挟持するようその両
側に取付け固定された第１のブロック体および第２のブ
ロック体と、を有し、前記電極の電圧印加領域は、分極
方向が異なる分極領域のそれぞれに対応する少なくとも
２個の電圧印加領域を１組とする複数組の電圧印加グル
ープに分けられ、前記複数組の電圧印加グループに複数
相の高周波交流電圧を印加することにより前記ロータ部
を回転駆動することを特徴とする。

【００１２】ここにおいて、前記圧電素子は、分極方向
が交互に反転する２個以上の分極領域に分割形成され、
前記電極は、前記圧電素子の各分極領域の表面を前記ロ
ータ部の回転方向に複数相の電圧印加領域に分割するよ
う形成され、前記各電圧印加領域は、前記分極領域の同
相の電圧印加領域を１組とする複数組の電圧印加グルー
プに分けるよう形成することができる。

【００１３】また、前記圧電素子は、分極方向が交互に
反転する４個以上の分極領域に分割形成され、前記電極
は、前記圧電素子の各分極領域の表面を単相の電圧印加
領域とするよう形成され、前記各電圧印加領域は、前記
分極方向が異なる分極領域の電圧印加領域を１組とする
複数組の電圧印加グループに分けることもできる。

【００１４】

【作用】本発明では、圧電素子の表面をロータ部の回転
方向に沿って少なくとも４分割して電圧印加領域を形成
する。これらの電圧印加領域は、分極方向が異なる分極
領域のそれぞれに対応する電圧印加領域を１組とする複
数組の電圧印加グループに分けられる。そして、前記複
数組の電圧印加グループに複数相の高周波交流電圧を印
加することにより、結果的には、印加する高周波交流電
圧の相数の２倍の相数に相当するとともに、互いに位相
が１８０度異なる交流電圧を含む高周波交流電圧を印加
することになり、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】あるいは、本発明では、圧電素子の表面を
ロータ部の回転方向に沿って４以上の偶数個に分割し、
各分割領域を異なる相の電圧印加領域とするよう電極が
形成されている。したがって、前記電極を介して圧電素
子の各電圧印加領域に４以上の偶数相の高周波交流電圧
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。なお、この場合であっても、印加する高周波交
流電圧の相数は偶数であることより、互いに位相が１８
０度異なる交流電圧が含まれている。

【００１６】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、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る。

【００１７】しかも、同位相の高周波交流電圧を分極方
向が異なる圧電素子の複数の分極領域に、あるいは位相
が１８０度異なる４相以上の高周波交流電圧を分極方向
が単一の電圧素子に印加することにより、圧電素子には
最も伸びた領域と最も縮んだ領域とが同時に現れるの
で、発生する振動振幅が大きくなり、さらに回転出力を
効率よく得ることができる。

【００１８】また、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。

【００１９】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。

【００２０】これに加えて、本発明では、前記複数相の
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。

【００２１】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、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、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。

【００２２】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。

【００２３】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。

【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】第１実施例 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４６，４
８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６０に楕円振動を発生させ、これ
によりロータ接触面６０に接するロータ部３０を正転お
よび逆転駆動するものである。

【００２８】前記ロータ部３０は、ロータ接触面６０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かつ互
いに分極方向の異なる２つの分割領域を有する圧電素子
４４と、圧電素子４４の両側に設けられた第１の電極板
４６及び第２の電極板４８と、圧電素子４４の両側にそ
れぞれ配置された第１の金属ブロック体５０及び第２の
金属ブロック体５２と、第１の金属ブロック体５０と第
１の電極板４６とを電気的に絶縁する絶縁シート４２
と、両金属ブロック体５０，５２を圧電素子４２，４４
を締め付けるように連結固定する結合ボルト５４とを含
む。

【００３０】なお、前記圧電素子４４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。

【００３１】図２，図３には、前記ステータ部４０が示
されている。

【００３２】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。

【００３３】前記第１，第２の金属ブロック体５０，５
２の中心にはネジ孔が形成されている。絶縁シート４
２，第１の電極板４６，圧電素子４４，第２の電極板４
８の中心には、ボルト挿通孔４２ａ，４６ａ，４４ａ，
４８ａが設けられている。そして、前記ボルト挿通孔４
２ａ，４６ａ，４４ａ，４８ａに、絶縁体によって形成
されたカラー５６を挿通した結合ボルト５４を挿通し、
この結合ボルト５４の両端に設けられたネジ部を、前記
第１及び第２の金属ブロック体５０，５２の中心に形成
されたネジ孔に螺合させる。これにより、圧電素子４４
の両端に、第１の金属ブロック体５０及び第２の金属ブ
ロック体５２が、圧電素子４４を締め付けるように連結
固定されることになる。

【００３４】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。

【００３５】圧電素子４４は、円周方向に沿って１８０
度毎に分割された２つの領域４４ｘ，４４ｙのそれぞれ
が異なる分極方向を有している。従って、同位相の交流
電圧を印加すると、分割領域４４ｘ，４４ｙの伸縮の関
係が反対になり、一方が伸びるときに他方が縮む。

【００３６】また、前記第１の電極板４６は、円周方向
に６分割されるようにスリット部４６ｃが設けられ、そ
の外周部が連結部４６ｂにより互いに連結されている。
この第１の電極板４６は、その直径が圧電素子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４６ｂ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４
０の組立て終了後に、前記連結部４６ｂ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４６−１，４
６−２，４６−３，４６−４，４６−５，４６−６を得
ることができる。なお、６つの分割電極板４６の内の３
つ分割電極板４６−１，４６−２，４６−３が圧電素子
４４の一方の分割領域４４ｘに対向して配置され、他の
３つの分割電極板４６−４，４６−５，４６−６が圧電
素子４４の他方の分割領域４４ｙに対向して配置され
る。

【００３７】特に、本実施例では、ステータ組立時に各
分割電極板４６−１〜４６−６を１枚の電極板４６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４６−１〜４６−６の位
置決めも正確に行うことができる。

【００３８】また、各分割電極板４６−１〜４６−６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４５−１〜４５−６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６４−１〜４６−６が接
続されることになる。

【００３９】さらに、前記第２の電極板４８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４９
が設けられ、これに、図１に示すよう、接地用の引き出
し線６６が接続されることとなる。

【００４０】なお、前記結合ボルト５４は、絶縁性のカ
ラー５６により圧電素子４４及び第１の電極板４６と電
気的に絶縁されている。また、第１の金属ブロック体５
０は、絶縁シート４２により第１の電極板４６と電気的
に絶縁されている。なお、ブロック体５０が絶縁性の高
い材料を用いて形成されてる場合には、絶縁シート４２
は不要となる。

【００４１】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４８をアースし、６つの分割電極板４６−１〜４６−
６にＡ相，Ｂ相，Ｃ相の３相交流電圧を印加する。

【００４２】図４にはこの３相交流電圧の位相状態が、
図５にはこの３相交流電圧を電極４６に印加する場合の
結線がそれぞれ示されている。図４に示すように、Ａ
相，Ｂ相，Ｃ相は相互に位相が６０度ずれた正弦波であ
り、図５に示すように、Ａ相の交流電圧を４６−１と４
６−４に、Ｂ相の交流電圧を４６−２と４６−５に、Ｃ
相の交流電圧を４６−３と４６−６にそれぞれ印加す
る。なお、図５に示した括弧内の符号（＋，−）は圧電
素子４４の各分割領域４４ｘ，４４ｙの分極方向を示し
ている。

【００４３】これにより、各分割電極板４６−１〜４６
−６と接する圧電素子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６０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６０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。

【００４４】図６には、圧電素子４４の振動状態が示さ
れている。同図（ａ）〜（ｆ）のそれぞれは、分割電極
板４６−１〜４６−６のそれぞれに接する圧電素子４４
の振動状態である。圧電素子４４の２つの分割領域４４
ｘ，４４ｙは分極方向が異なっているため、一方の分割
領域４４ｘの振動状態と他方の分割領域４４ｙの振動状
態とは相互に位相が反転した状態（１８０度ずれた状
態）にある。従って、図６（ａ）に示す分割電極板４６
−１に接する圧電素子４４の振動状態を中心に考える
と、各分割電極板４６−２〜４６−６に接する圧電素子
４４の振動状態は、それぞれ６０度，１２０度，１８０
度，２４０度、３００度遅れており（同図（ｂ）〜
（ｆ））、ロータ接触面６０には順方向の楕円振動が発
生し、ロータ部３０が順方向に回転駆動される。

【００４５】しかも、上述したように、圧電素子４４の
各分割領域４４ｘ，４４ｙの振動状態は相互に位相が反
転した状態にあるため、一方の分割領域４４ｘが最も延
びた状態にあるときに他方の分割領域４４ｙは最も縮ん
だ状態にある（図６の点線の矢印参照）。従って、圧電
素子４４の全体の振動振幅が最大となり、第１の金属ブ
ロック体５０のロータ接触面６０に現れる楕円振動も最
大となり、最も効率よくロータ部３０を回転させること
ができる。

【００４６】また、各分割電極板４６−１〜４６−６に
印加する交流電圧の相順を切り替え、Ａ相，Ｃ相，Ｂ相
の順に印加すると、ロータ接触面６０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。

【００４７】このように、本実施例によれば、各分割電
極板４６−１〜４６−６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６０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。

【００４８】また、圧電素子４４を２つの分割領域４４
ｘ，４４ｙ毎に異なる方向に分極し、各分割領域４４
ｘ，４４ｙに設けた分割電極板４６−１〜４６−６の２
つを１組にして共通の交流電圧を印加することにより、
圧電素子４４の伸縮の振幅が最大となり、回転効率を上
げることができる。

【００４９】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。

【００５０】図７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。

【００５１】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）に設定することにより、ステータ部４０の両
端面６０Ａ，６０Ｂ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６０ａ，６０ｂ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。

【００５２】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。

【００５３】図８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。

【００５４】このとき、ステータ部４０の両端面６０
Ａ，６０Ｂ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。

【００５５】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。

【００５６】 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５０，５２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。

【００５７】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。

【００５８】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。

【００５９】この制御回路８０は、相互に位相が６０度
ずれた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て各分割電極板
４６−１〜４６−６に印加するアンプ９２とを含む。

【００６０】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。

【００６１】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。

【００６２】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。

【００６３】前記回転方向入力部８６は、ロータ部６０
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４６−１〜４６−６に印加
する３相交流電圧の相順を切替え、ロータ部６０の回転
方向を決定することができる。

【００６４】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。

【００６５】したがって、前記各入力部８４，８６，８
８を用いて、ステータ部４０の共振モード，ロータ部３
０の回転方向，回転速度の設定を行った後に、ＯＮ／Ｏ
ＦＦ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９２で増幅して引き出し線６４−１〜６
４−６に印加することにより、圧電素子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。

【００６６】このとき、圧電素子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３
０を回転駆動することができる。

【００６７】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６４−１〜６
４−６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。

【００６８】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。

【００６９】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、第１、第２の電極板４６，４８および第１、第２の
金属ブロック体５０，５２を、それぞれ結合ボルト５４
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。

【００７０】さらに、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１４，１６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。

【００７１】第２実施例 図１０には、本発明に係る振動モータの好適な第２実施
例が示されている。なお、第１実施例と対応する部材に
は同一符号を付しその説明は省略する。

【００７２】前記第１実施例では、１枚の圧電素子４４
を用い、振動発生部を構成した。

【００７３】本実施例の特徴は、２枚の圧電素子４４，
４５を積層することにより、小さな入力電圧で大きな振
動を発生させ、ロータ部３０を回転駆動できる振動モー
タを提供することにある。

【００７４】このため、実施例のステータ部４０は、第
１の圧電素子４４と分極方向の異なる第２の圧電素子４
５を有し、これら２つの圧電素子４４，４５を第１の電
極板４６を挟んで配置することにより、振動発生部を構
成している。即ち、図３に示した第１の実施例と比較す
ると、絶縁シート４２を第２の圧電素子４５で置き換え
た構成をなしている。

【００７５】また、第１実施例と同様に、金属ブロック
体５０，５２は、金属製の結合ボルト５４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４８をア
ースすると、自動的に第２の金属ブロック体５２，結合
ボルト５４，第１の金属ブロック体５０がアース電位と
なる。したがって、第１の金属ブロック体５０は、圧電
素子４５の片面に対し、第２の電極板４８と同様にアー
ス電極として機能することになる。

【００７６】このように構成された振動モータを用い
て、ロータ部を回転駆動する場合には、第１実施例と全
く同様に結線を行い、図４に示した３相の交流電圧を印
加してやればよい。この電圧印加によって圧電素子４
４，４５の各分割領域に振動を発生させ、ロータ部３０
を回転駆動することができる。

【００７７】また、このとき、圧電素子４４と分極方向
の異なる圧電素子４５には逆極性の交流電圧が印加され
るため、圧電素子４４及び４５の各部の伸縮状態が一致
し、第１実施例の振動モータに比べて約２倍の振動振幅
となり、大きな駆動力を得ることができる。

【００７８】第３実施例 図１１には、本発明に係る振動モータの好適な第３実施
例が示されている。なお、上述した各実施例と対応する
部材には同一符号を付しその説明は省略する。

【００７９】本実施例は、第１実施例と比較して、印加
する交流電圧として相互に位相が１２０度異なる３相交
流電圧を用いるとともに、円周方向に６分割され、隣接
する各分割領域の分極方向が異なる圧電素子１００を用
いる点が異なっている。

【００８０】図１１に示すように、圧電素子１００は、
６つの分割領域１００−１〜１００−６を有し、１つお
きの３つの分割領域１００−１，１００−３，１００−
５が同方向に分極され、これらの合間に位置する３つの
分割領域１００−２，１００−４，１００−６が逆方向
に分極されている。なお、電極板４６は、分割電極板４
６−１が圧電素子１００の分割領域１００−１に、分割
電極板４６−２が分割領域１００−２に、分割電極板４
６−３が分割領域１００−３に、分割電極板４６−４が
分割領域１００−４に、分割電極板４６−５が分割領域
１００−５に、分割電極板４６−６が分割領域１００−
６にそれぞれ対向するように位置決めされている。

【００８１】図１２には電極板４６に印加する３相交流
電圧の位相状態が、図１３にはこの３相交流電圧を電極
４６に印加する場合の結線がそれぞれ示されている。

【００８２】図１２に示すように、Ａ相，Ｂ相，Ｃ相は
相互に位相が１２０度ずれた正弦波であり、図１３に示
すように、Ａ相の交流電圧を１００−１と１００−４
に、Ｂ相の交流電圧を１００−２と１００−５に、Ｃ相
の交流電圧を１００−３と１００−６にそれぞれ印加す
る。なお、図１３に示した括弧内の符号（＋，−）は圧
電素子１００内の各分割領域の分極方向を示している。

【００８３】図１４には、圧電素子１００の振動状態が
示されている。同図（ａ）〜（ｆ）のそれぞれは、分割
電極板４６−１〜４６−６のそれぞれに接する圧電素子
１００の振動状態である。

【００８４】分割領域１００−１に印加されるＡ相の交
流電圧の位相が、分割領域１００−２に印加されるＢ相
の交流電圧の位相より１２０度進んでおり、しかも、こ
れら２つの分割領域１００−１，１００−２は逆方向に
分極されている（同位相の交流電圧を印加すると振動状
態の位相が相互に１８０度ずれる関係にある）。従っ
て、分割領域１００−１の振動状態を中心に考えると、
分割領域１００−２の振動状態の位相は６０度進む関係
にある（図１４（ａ），（ｂ））。

【００８５】同様に、他の分割領域１００−３〜１００
−６の振動状態の位相は、分割領域１００−１に対して
それぞれ１２０度，１８０度，２４０度、３００度進む
ことになり（同図（ｃ）〜（ｆ））、ロータ接触面６０
には逆方向（第１実施例に対して逆方向）の楕円振動が
発生する。この楕円運動は、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６０と接す
るロータ部３０は逆方向に回転駆動されることになる。

【００８６】また、交流電圧のＡ相，Ｂ相，Ｃ相のそれ
ぞれが印加される圧電素子１００の２つの分割領域に着
目すると、例えば、同相電圧が印加される分割領域１０
０−１と１００−４に着目すると、相互に分極方向が反
転しているため振動状態の位相も反転した状態にあり、
一方が最も伸びた状態にあるときに他方は最も縮んだ状
態にある。従って、圧電素子１００の全体の振動振幅が
最大となり、第１の金属ブロック体５０のロータ接触面
６０に現れる楕円振動も最大となり、最も効率よくロー
タ部３０を回転させることができる。

【００８７】また、ロータ部３０の回転方向を切り替え
るには、各分割電極板４６−１〜４６−６に印加する交
流電圧の相順を切り替えればよい点は、第１実施例と同
様である。

【００８８】図１５には、本実施例の変形例が示されて
いる。

【００８９】この変形例は、１枚の圧電素子１００を用
いた第３実施例の構成に第２の圧電素子１０２を追加し
た構成を有している。その目的とするところは、小さな
入力電圧で大きな振動を発生させることであり、第２実
施例に対応するものである。即ち、第３実施例で用いた
絶縁シート４２を第２の圧電素子１０２で置き換えた構
成をなしている。

【００９０】第４実施例 図１６には、本発明に係る振動モータの好適な第４実施
例が示されている。なお、上述した各実施例と対応する
部材には同一符号を付しその説明は省略する。

【００９１】上述した各実施例では、３相交流電圧の各
相を印加したときに最大に伸びた部分と最大に縮んだ部
分とが同時に現れるようにするために、圧電素子４４，
１００等を２つあるいは６つに分割し、各分割領域を反
対方向に分極していた。

【００９２】これに対し、本実施例の特徴は、圧電素子
の分極方向を単一にして同様の効果を持たせた振動モー
タを提供することにある。

【００９３】このため、実施例のステータ部４０は、分
極方向の異なる２つの圧電素子１０４，１０６を有し、
これら２つの圧電素子１０４，１０６を第１の電極板４
６を挟んで配置することにより、振動発生部を構成して
いる。そして、第１の電極板４６の６つの分割電極板４
６−１〜４６−６のそれぞれに６相の交流電圧を印加す
る。

【００９４】図１７には、この６相の交流電圧の位相状
態が示されている。同図に示すＡ相，Ｂ相，Ｃ相，Ｄ
相，Ｅ相，Ｆ相の各正弦波交流電圧は、それぞれ位相が
６０度ずれており、６つの分割電極板４６−１〜４６−
６のそれぞれに６相のそれぞれの正弦波電圧を印加す
る。このように６相の交流電圧を印加することにより、
６つの分割電極板４６−１〜４６−６のそれぞれに対応
する圧電素子１０４，１０６の各印加領域には、それぞ
れＡ相〜Ｆ相の各高周波交流電圧に対応した振動が発生
する。各印加領域の振動状態は、図６に示したものと同
様であり、ロータ接触面６０には順方向の楕円振動が発
生する。これによりロータ接触面６０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。

【００９５】また、Ａ相とＤ相、Ｂ相とＥ相、Ｃ相とＦ
相のそれぞれは相互に１８０度の位相差を有しているた
め、圧電素子１０４，１０６のいずれかの印加領域が最
も伸びた状態にあるときは最も縮んだ状態の印加領域が
存在することになる。従って、圧電素子１０４，１０６
の振動振幅が最大となり、第１の金属ブロック体５０の
ロータ接触面６０に現れる楕円振動も最大となる。

【００９６】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。

【００９７】例えば、上述した各実施例では、第１の電
極板４６を６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４６を４以上の任意の
偶数の分割電極板に分割形成してもよい。この場合は、
第３，第４実施例に示した圧電素子１００，１０２をこ
の分割電極板の数に合わせて円周方向に分割し、隣接す
る各分割領域が異なる分極方向を示すようにする。

【００９８】また、前記実施例では、ステータ部４０の
一方の端面６０Ａ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６０Ａ，６０Ｂ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８
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。

【００９９】また、前記実施例によれば、ブロック体５
０，５２の連結固定に結合ボルト５４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５４以外の結合部材を用いてブロック体５０，
５２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。

【０１００】また、前記実施例では、６つの分割電極板
４６−１〜４６−６を金属ブロック体５０，５２等で挟
んで固定しているが、圧電素子４２等の振動により径方
向に移動しないように、電極板４６の内周部を折り曲げ
て、係合片を設けてもよい。

【０１０１】図１８には、このような係合片４７が形成
された電極板４６の拡大図が示されている。同図（Ａ）
は、電極板４６の平面図、同図（Ｂ）は電極板４６と圧
電素子４４等との位置関係を示している。ステータ組み
立て時に、係合片４７の外周部と圧電素子４４の内周部
とを嵌合させることにより、電極板４６を正確に位置決
めすることができ、さらにステータ部４０の振動に伴っ
て径方向の位置がずれることを防止することができる。

【０１０２】また、前記実施例では、１つあるいは２つ
の圧電素子を用いる場合を例にとって説明したが、本発
明はこれに限らず、３つ以上の圧電素子を積層すること
により、振動の振幅を増すようにしてもよい。

【０１０３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
構造が簡単で、回転出力を効率よく発生でき、しかも印
加電圧の相順の切り替えにより双方向への回転が可能な
振動モータ装置を提供することができる。

【０１０４】特に、本発明によれば、圧電素子には最も
伸びた領域と最も縮んだ領域とが同時に現れるので、発
生する振動振幅が大きくなり、さらに回転出力を効率よ
く得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る振動モータ装置の好適な第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】第１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】図４に示した交流電圧を印加する場合の電極板
の結線の説明図である。

【図６】同図（ａ）〜（ｆ）は、圧電素子の各電圧印加
領域の振動状態の説明図である。

【図７】ステータ部に発生する共振曲げ振動の説明図で
ある。

【図８】ステータ部の共振モデルを示す概念図である。

【図９】図１に示す振動モータ装置に用いられる制御回
路のブロック図である。

【図１０】第２実施例のステータ部の分解斜視図であ
る。

【図１１】第３実施例のステータ部の分解斜視図であ
る。

【図１２】第３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１３】図１２に示した交流電圧を印加する場合の電
極板の結線の説明図である。

【図１４】同図（ａ）〜（ｆ）は、圧電素子の各電圧印
加領域の振動状態の説明図である。

【図１５】図１１に示した実施例の変形例のステータ部
の分解斜視図である。

【図１６】第４実施例のステータ部の分解斜視図であ
る。

【図１７】第４実施例の振動モータに印加する６相交流
電圧の説明図である。

【図１８】位置決め用の係合片を有する電極板の拡大図
である。

【図１９】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 ４２，４３，１００，１０２，１０４，１０６ 圧電素
子 ４６ 第１の電極板 ４６−１，４６−２，４６−３，４６−４，４６−５，
４６−６ 分割電極板 ４８ 第２の電極板 ５０ 第１の金属ブロック体 ５２ 第２の金属ブロック体 ５４ 結合ボルト ６０ ロータ接触面 ８０ 制御回路
ＡＳ０１２００１

───────────────────────────────────────────────────── 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 (5)

【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、 分極方向が異なる複数の分極領域に分割されており、振
   動を発生させる圧電素子と、 前記圧電素子の表面を前記ロータ部の回転方向に少なく
   とも４分割し、各分割領域を電圧印加領域とする電極
   と、 前記圧電素子を挟持するようその両側に取付け固定され
   た第１のブロック体および第２のブロック体と、 を有し、 前記電極の電圧印加領域は、分極方向が異なる分極領域
   のそれぞれに対応する少なくとも２個の電圧印加領域を
   １組とする複数組の電圧印加グループに分けられ、前記
   複数組の電圧印加グループに複数相の高周波交流電圧を
   印加することにより前記ロータ部を回転駆動することを
   特徴とする振動モータ。
2. 【請求項２】 請求項１において、 前記圧電素子は、 分極方向が交互に反転する２個以上の分極領域に分割形
   成され、 前記電極は、 前記圧電素子の各分極領域の表面を前記ロータ部の回転
   方向に複数相の電圧印加領域に分割するよう形成され、 前記各電圧印加領域は、 前記分極領域の同相の電圧印加領域を１組とする複数組
   の電圧印加グループに分けられたことを特徴とする振動
   モータ。
3. 【請求項３】 請求項１において、 前記圧電素子は、 分極方向が交互に反転する４個以上の分極領域に分割形
   成され、 前記電極は、 前記圧電素子の各分極領域の表面を単相の電圧印加領域
   とするよう形成され、 前記各電圧印加領域は、 前記分極方向が異なる分極領域の電圧印加領域を１組と
   する複数組の電圧印加グループに分けられたことを特徴
   とする振動モータ。
4. 【請求項４】 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、 振動を発生させる圧電素子と、 前記圧電素子の表面を前記ロータ部の回転方向に４以上
   の偶数個に分割し、各分割領域を異なる電圧印加領域と
   する電極と、 前記圧電素子を挟持するようその両側に取付け固定され
   た第１のブロック体および第２のブロック体と、 を有し、前記電極を介して前記圧電素子の各電圧印加領
   域に、４以上の偶数相の高周波交流電圧を印加すること
   により前記ロータ部を回転駆動することを特徴とする振
   動モータ。
5. 【請求項５】 請求項１〜４のいずれかにおいて、 前記圧電素子はリング状に形成され、 前記電極は、 前記圧電素子の一方の面をロータ回転方向に少なくとも
   ４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、 前記第１のブロック体および第２のブロック体は、前記
   圧電素子の中央孔部に挿通された結合ボルトにより圧電
   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。