JPH07107761A - 振動モータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 寸法精度が比較的緩やかで設計および製造が
容易であり、ロータ回転方向を容易に変えることがで
き、しかも回転効率のよい振動モータを提供すること。 【構成】 ステータ部２０は、斜め方向に分極された２
つの圧電素子２２，２４と、これらに一定周波数の高周
波交流電圧を印加するための２つの電極板２６，２８
と、さらに外側からこれらを挟持するように配置された
第１および第２の金属ブロック体３０，３２と、金属ブ
ロック体を締め付けるための結合ボルト３６とを含む。
斜め方向に分極された圧電素子２２，２４を振動させる
と、ロータの回転軸に沿った縦振動と、ロータの回転方
向に沿った捩り振動とを同時に発生させることができ
る。これにより、ロータ接触面１２上にはこれらの縦振
動と捩り振動とが合成された楕円振動が発生し、ロータ
部１０を回転駆動することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、圧電素子の振動によっ
てロータ部の回転駆動を行う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６１−４９６
７０号公報にかか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号公報にか
か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１３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を示す図である。同図に示す超音
波モータは、２個の圧電素子１００，１０２の両端に長
さの異なる金属ブロック体１０４，１０６が配置され、
両ブロック体１０４，１０６は、その中心においてボル
ト１０８により圧電素子１００，１０２を締め付けるよ
うに固定されている。

【０００５】この超音波モータは、交流電源１１０から
圧電素子１００，１０２に高周波交流電圧を印加する
と、圧電素子１００，１０２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１０８の捩りにより捩
り振動が生じ、ブロック体１０４，１０６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】上述したブロック体１０６の端面には、円
板１１２がバネ１１４によりブロック体１０６側へ付勢
されて配設されており、円板１１２の回転軸１１６が軸
受１１８にて支持されている。したがって、円板１１２
をブロック体１０６の端面に接触することにより、合成
振動により得られる回転力は円板１１２に伝達され、回
転軸１１６から回転出力を取り出すことができるという
ものである。

【０００７】ところで、上述したボルト締めランジュバ
ン型の超音波モータは、ボルトの締め付けによって生じ
る捩り振動を利用して楕円振動を発生させるものである
が、ボルトの締め付けを利用しないで直接楕円振動を発
生させる振動モータも従来から知られており、特開平４
−３５５６７９号公報や特開平５−１４６１７９号公報
にかかる振動モータがある。

【０００８】これらの振動モータは、ロータの回転方向
に複数に分割された電圧印加領域をもつ圧電素子を有し
ており、それぞれの領域に位相の異なる高周波交流電圧
を印加する。これにより圧電素子を挟持する金属ブロッ
ク体に直接曲げ振動を発生させ、そのロータ接触面に楕
円振動が生じるというものである。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】ところで、図１３に示
した従来のボルト締めランジュバン型超音波モータにお
いては、縦振動と捩り振動との共振点を合わせなければ
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１０４を短尺状に形成し、他方のブロック体１
０６を長尺状に形成して共振点を一致させる必要があ
る。しかも、捩り振動発生のためにボルト使用してるた
め、ピッチ，締め付け荷重，各種寸法精度を厳しく管理
する必要があり、設計や製造が難しいという問題があっ
た。

【００１０】また、ボルトの締め付けを利用して捩り振
動を発生させているため、ブロック体１０６の端面に一
方向の楕円振動しか発生できず、円板１１２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。

【００１１】一方、ボルトの締め付けを利用しないで直
接曲げ振動により楕円振動を発生させる従来の振動モー
タにおいては、圧電素子内の各電圧印加領域に位相の異
なる複数の高周波交流電圧を印加する必要があるため、
モータの駆動回路が複雑になり、コスト高につながると
いう問題があった。

【００１２】本発明は、このような点に鑑みて創作され
たものであり、その目的は、寸法精度が比較的緩やかで
設計および製造が容易であり、ロータ回転方向を容易に
変えることができ、しかも回転効率のよい振動モータを
提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
ために請求項１の発明は、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、前記ロ
ータ部の回転軸に対して傾斜した方向であり、かつ前記
ロータ部にほぼ沿った向きに分極されており、前記ステ
ータ部に生じる縦振動のほぼ節の位置に配置された圧電
素子と、前記圧電素子に高周波交流電圧の印加を行う電
極と、前記圧電素子を挟持するようにその両側に取り付
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、を備え、傾斜した分極方向を有する前記圧電素子に
よって縦振動と捩り振動を同時に発生させて、前記ステ
ータ部のロータ接触面に楕円振動を発生させることによ
り、前記ロータ部を回転駆動することを特徴とする。

【００１４】また、請求項２の発明は、請求項１の発明
において、前記圧電素子および前記圧電素子および前記
電極を前記縦振動の複数の節に対応して複数箇所に設
け、高周波交流電圧を印加する前記電極を切り替えるこ
とにより、前記ロータ部の回転方向を変えることを特徴
とする。

【００１５】また、請求項３の発明は、請求項２の発明
において、前記複数の電極の中で高周波交流電圧の印加
に使用されていない電極をフィードバック用電極として
用いることを特徴とする。

【００１６】また、請求項４の発明は、請求項１の発明
において、前記圧電素子および前記電極を前記縦振動の
複数の節に対応して複数箇所に設け、これら複数の電極
に同時に高周波交流電圧を印加することにより、前記ス
テータ部のロータ接触面に大きな楕円振動を発生させ
て、前記ロータ部を回転駆動することを特徴とする。

【００１７】また請求項５の発明は、請求項２〜４のい
ずれかの発明において、前記複数の圧電素子の中の少な
くとも１つを、前記ロータ部の回転軸方向に分極された
圧電素子と前記ロータ部の回転方向に沿った向きに分極
された圧電素子との対に置き換えることにより、前記ロ
ータ部の回転駆動を行うことを特徴とする。

【００１８】

【作用】請求項１の振動モータに用いられる圧電素子
は、傾斜した方向に分極されているため、この圧電素子
に高周波交流電圧を印加することにより、傾斜した方向
の振動が生じる。すなわち、この傾斜した方向の振動
は、ロータ部の回転軸方向の縦振動と回転方向の捩り振
動とを合成したものと考えることができ、これら縦振動
と捩り振動を同時に発生させることができる。したがっ
て、ステータ部のロータ接触面にはこれら２種類の振動
が合成された楕円振動が発生し、ロータ部が一方向に回
転駆動されることになる。

【００１９】請求項１の発明においては、ロータ部の回
転駆動を行う楕円振動の発生に必要な縦振動と捩り振動
を斜め方向に分極された圧電素子のみで発生させている
ため、構造が簡単であり各種寸法精度が比較的緩やか
で、設計および製造が容易となる。また、この圧電素子
には単相の高周波交流電圧を印加するだけでよいため、
圧電素子やモータ駆動回路の構造が比較的簡単であり、
コストの上昇を招くこともない。

【００２０】また、請求項２の振動モータにおいては、
上述した圧電素子を縦振動の複数の節の位置に対応して
複数箇所に設けており、これら複数の圧電素子に対して
高周波交流電圧を択一的に印加することにより、いずれ
か一方の圧電素子を斜め方向に振動させてロータ部を回
転駆動する。このとき、選択される圧電素子によって生
じるロータ接触面上の楕円振動の向きが反対になるよう
にこれらの圧電素子の分極方向を決めておけば、高周波
交流電圧を印加する圧電素子を切り替えることにより、
ロータ部の回転方向が切り替わる。

【００２１】請求項２の発明においては、高周波交流電
圧を印加する圧電素子、すなわちこの圧電素子に対応す
る電極を切り替えることにより、ロータ部の回転方向を
変えることができ、容易に両方向回転が可能となる。

【００２２】また、このとき高周波交流電圧が印加され
ていない圧電素子の電極はフィードバック用電極として
用いることができ、このフィードバック用電極に現れる
電圧を検出することにより、精度の高い駆動制御を行う
ことが可能となる。

【００２３】また、請求項４の振動モータは、上述した
圧電素子を縦振動の複数の節に対応して複数箇所設け、
しかもこれら複数の圧電素子のそれぞれを振動させた場
合にロータ接触面に同一方向の楕円信号が生じるように
分極方向を設定する。これにより、複数の圧電素子に同
時に高周波交流電圧を印加して振動させることにより、
ステータ部のロータ接触面上には大きな楕円振動が発生
する。したがって、ロータ部を大きな駆動力で効率よく
回転駆動することができる。

【００２４】また、請求項５の振動モータは、請求項２
〜４の振動モータにおいて、複数の圧電素子の中の少な
くとも１つを、ロータ部の回転軸方向に分極された圧電
素子と回転方向に沿った向きに分極された圧電素子との
対に置き換えるものである。対を構成する２つの圧電素
子は、一方が回転軸方向に振動することにより縦振動を
発生し、他方が回転方向に振動することにより捩り振動
を発生する。したがって、対を構成する２つの圧電素子
を同時に振動させることにより、縦振動と捩り振動を同
時に発生させることができ、上述した斜め方向に分極さ
れた圧電素子とほぼ同等な振動状態を作り出すことがで
きる。しかも、対をなす２つの圧電素子は、分極方向が
単純であるため製造が容易であり、振動モータ全体のコ
ストを低減することができる。

【００２５】

【実施例】次に、図面に基づいて本発明の実施例につい
て詳細に説明する。

【００２６】第１実施例 図１は、本発明の振動モータを適用した第１実施例の全
体構成を示す図である。

【００２７】同図に示す本実施例の振動モータは、一定
方向に回転駆動されるロータ部１０と、このロータ部１
０を一方の端面であるロータ接触面１２に発生する楕円
振動によって回転駆動するステータ部２０とを含んで構
成される。このロータ部１０は、ロータ接触面１２に一
定の圧力で接触する円板１４と、この円板１４の回転中
心に取り付けられた回転出力軸１６とを含んでいる。従
って、ステータ部２０のロータ接触面１２に楕円振動が
発生すると、ロータ部１０の円板１４は回転出力軸１６
の回りに一方向に回転駆動される。

【００２８】また、ステータ部２０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圧電素子
２２，２４と、一方の圧電素子２４の両側に全面で接触
するように配置された電極板２６，２８と、これら圧電
素子２２，電極板２６，圧電素子２４，電極板２８を両
側から挟持するように配置された第１の金属ブロック体
３０および第２の金属ブロック体３２と第１の金属ブロ
ック体３０および第２の金属ブロック体３２を締め付け
固定するための結合ボルト３６とを含んでいる。

【００２９】上述した圧電素子２２，２４は、ロータ部
１０の回転軸に対して傾斜した方向であり、かつロータ
部１０の回転方向にほぼ沿った向きに分極されており、
このような斜め方向の分極を行う詳細な工程については
後述する。

【００３０】図２は、ステータ部２０を組み立てた状態
を示す斜視図である。同図に示すように、組み立てられ
たステータ部２０は、第２の金属ブロック体３２，圧電
素子２２，電極板２６，圧電素子２４，電極板２８，第
１の金属ブロック体３０が連結されて一体化した構造を
有しており、一方の電極板２６からは外部接続端子４０
が、他方の電極板２８からは外部接続端子４２がそれぞ
れ突出した形となっている。

【００３１】２つの外部接続端子４０，４２は、圧電素
子２４に対して一定周波数の高周波交流電圧を印加する
ためのものである。また，他方の圧電素子２２に対して
は、外部接続端子４２に図１に示す結合ボルト３６を介
して電気的に接続された第２の金属ブロック体３２の端
面が電極板として作用するため、この第２の金属ブロッ
ク体３２と外部接続端子４０とによって一定周波数の高
周波交流電圧が印加される。

【００３２】図３は、ステータ部２０の詳細構造および
組み付け状態を示す分解斜視図である。

【００３３】上述した第１の金属ブロック体３０および
第２の金属ブロック体３２のそれぞれの中心にはネジ孔
が形成されており、結合ボルト３６に形成された雄ネジ
溝が螺合するようになっている。また、圧電素子２２，
電極板２６，圧電素子２４，電極板２８のそれぞれに
は、結合ボルト３６の外径よりも大きな内径を有するボ
ルト挿通孔２２ａ，２６ａ，２４ａ，２８ａが形成され
ている。これらのボルト挿通孔２２ａ，２６ａ，２４
ａ，２８ａの内径は、圧電素子２２，電極板２６，圧電
素子２４，電極板２８を組み立てる際に結合ボルト３６
の外側に挿通される絶縁性のカラー４４の外径とほぼ一
致するように形成されている。

【００３４】ステータ部２０の組み立ては、まず第１の
金属ブロック体３０に結合ボルト３６の一方端を螺合し
て取付け固定した後、カラー４４を挿通し、その後この
カラー４４の外周側に電極板２８，圧電素子２４，電極
板２６，圧電素子２２のそれぞれを順に挿通する。そし
て、第２の金属ブロック体３２を結合ボルト３６の他方
端に螺合させることにより、第１および第２の金属ブロ
ック体３０，３２によってそれ以外の部材を締め付け固
定する。

【００３５】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および信頼性の
向上を図ることができる。

【００３６】また、圧電素子２２，２４は、図３に示す
ように分極方向が同じで極性が異なるように配置されて
おり、同一極性の高周波交流電圧を印加した場合には一
方が伸びる時は他方が縮むことになる。ところが、電極
板２６を共通にして逆極性の高周波交流電圧を印加して
いるため、一方の圧電素子２２が伸びる場合には他方の
圧電素子２４も伸び、一方の圧電素子２２が縮む場合に
は他方の圧電素子も縮むことになる。これにより、ステ
ータ部２０全体としての振幅値を大きく設定することが
できる。

【００３７】図４は、斜め方向に分極された圧電素子２
２，２４の縦方向、すなわちロータの回転軸方向の位置
を説明するための図である。

【００３８】同図（ａ）に示すように、２つの圧電素子
２２，２４の中心が同図（ｂ）に示す縦振動のほぼ節の
位置に一致するように形成する。このように、２つの圧
電素子２２，２４の中心を縦振動のほぼ節の位置に一致
させることにより、これらの圧電素子２２，２４が伸縮
する際に縦振動が発生し易くなる。しかも、圧電素子２
２，２４を駆動する高周波交流電圧の周波数を縦振動の
共振周波数に一致させた場合には、ステータ部２０のロ
ータ接触面１２上には大きな振幅の縦振動が発生するこ
とになる。

【００３９】図４（ｃ）は、上述した縦振動と同時に発
生する捩り振動の概略を示しており、この捩り振動も共
振周波数で発生するように圧電素子２２，２４に印加す
る高周波交流電圧の周波数を決定することが望ましい。
ところが、一般には縦弾性係数および横弾性係数等の違
いにより共振周波数も異なってくる。従って、同一周波
数の共振周波数によって同一次数の縦振動と捩り振動が
発生することはなく、ある周波数の共振周波数によって
圧電素子２２，２４を振動させた時に異なる共振次数の
縦振動と捩り振動が生じるようにこの高周波交流電圧の
周波数を設定しなければならない。

【００４０】例えば、２つの金属ブロック体３０，３２
をアルミニウムで形成するとともに、ステータ部２０の
直径が３５ｍｍで長さＬが９０ｍｍ（圧電素子２２，２
４の長さもアルミニウムに換算するものとする）とした
場合の縦振動の一次共振周波数ｆ01，二次共振周波数ｆ
02のそれぞれを計算すると、

【数１】 また、捩り振動の一次共振周波数ｆ11，二次共振周波数
ｆ12，三次共振周波数ｆ13のそれぞれを計算すると、

【数２】 ここで、ｖ0,ｖ1 のそれぞれは金属ブロック体３０等の
縦方向および横方向の振動の伝搬速度であり、それぞれ
５１００ｍ／ｓ，３０００ｍ／ｓとして計算した。

【００４１】このように、共振周波数は縦振動と捩り振
動とで異なる値となるが、例えば縦振動の二次の共振周
波数と捩り振動の三次の共振周波数とはそれぞれ５６ｋ
Ｈzおよび５１ｋＨz となり、比較的近くなる。従っ
て、本実施例においては同一の周波数で縦振動および捩
り振動ともに共振を生じさせるように、高周波交流電圧
の周波数として５０ｋＨz を用いるものとする。

【００４２】実際に、本出願人によって上述した設計値
を有する振動モータを試作して確かめたところ、ロータ
接触面１２上に楕円振動が発生し、ロータ部１０を一方
向に回転駆動できることが確かめられている。

【００４３】図５は、圧電素子２２あるいは２４を分極
する工程において、その前段階として焼き付けにより
銀，ニッケル等の電極を形成した状態を示す図である。

【００４４】同図（ａ）には、圧電素子２２の一方の面
（図１等の上側の面）に形成された電極が示されてお
り、４つの電極２２ａ−１，２２ａ−２，２２ａ−３，
２２ａ−４が全体を４分割して形成されている。なお、
隣接する電極同士は電気的に絶縁された状態を保ってい
る。

【００４５】また、同図（ｂ）には圧電素子２２の他方
の面に形成された電極の状態が示されており、４つの分
割電極２２ｂ−１，２２ｂ−２，２２ｂ−３，２２ｂ−
４のそれぞれが上述した一方の面の分割電極板２２ａ−
１等とは４５度回転した位置に形成されている。各電極
間の絶縁状態が保たれている点は上述した分割電極２２
ａ−１等と同じである。

【００４６】図６は、斜め方向に分極する場合の詳細な
工程を示す図である。まず最初に、同図（ａ）に示すよ
うに、一方の面に形成された分割電極２２ａ−１と他方
の面に形成された分割電極２２ｂ−１とが選択される。
そして、これら選択された２つの電極２２ａ−１，２２
ｂ−１間にのみ一定時間高電圧を印加して部分的な分極
を行う。高電圧が印加される２つの分割電極２２ａ−
１，２２ｂ−１は、それぞれ４５度ずれた位置に形成さ
れているため、圧電素子２２内には傾斜した方向の電気
力線が生じ、結果として傾斜した方向に分極されること
になる。同図（ｅ）にはＸ方向から圧電素子２２を見た
場合の分極状態が示されている。

【００４７】次に、上述した高電圧の印加を停止すると
ともに、選択する電極の対を分割電極２２ａ−２，２２
ｂ−２に切り替える。そして、これら分割電極間に一定
時間高電圧を印加することにより、同様に部分的な斜め
方向の分極を行う。

【００４８】このようにして、同図（ｃ）および（ｄ）
に示すように、選択する電極の対を分割電極２２ａ−
３，２２ｂ−３，分割電極２２ａ−４，２２ｂ−４と切
り替えるとともに、それぞれの電極の対に一定時間高電
圧を印加することにより斜め方向の分極を行う。選択さ
れる分割電極が一巡すると、圧電素子２２の全体につい
て、ほぼ回転方向に沿うとともに回転軸に対して傾斜し
た方向の分極が終了する。

【００４９】分極工程が終了した後、各電極を研磨して
除去することにより、最終的に圧電素子２２が完成す
る。

【００５０】このように、本実施例の振動モータは、縦
振動のほぼ節の位置に斜め方向に分極された圧電素子２
２，２４を配置して、この圧電素子２２，２４によって
斜め方向の振動を発生させることにより、縦振動と同時
に捩り振動を発生させており、ボルトの締め付けを利用
して捩り振動を発生させる場合に比べ、ボルトのピッチ
や締め付け荷重および各種寸法精度を緩やかに設定する
ことができるため構造が簡単であり、設計および製造が
容易となる。

【００５１】また、圧電素子２２，２４の全体が同一の
傾斜方向に分極されているにすぎず、しかもこれらの圧
電素子２２，２４の全体に単相の高周波交流電圧を印加
することにより動作させることが可能であり、モータ駆
動回路の構造を簡略化することができ、振動モータ全体
としてのコストの上昇を招くこともない。

【００５２】また、斜め方向に分極された圧電素子２
２，２４は図５および図６に示した工程により比較的簡
単に作ることができ、しかも両方の面に形成された分割
電流２２ａ−１，２２ｂ−１等の相対角度や電圧の印加
時間および電圧値を変更することにより分極方向も任意
に変えることができるため、振動モータの駆動特性の変
更が容易であり、設計の自由度が高い振動モータを実現
することができる。

【００５３】図７は、結合ボルト３６を他の部材に置き
換えた振動モータの構造を示す図である。結合ボルト３
６は、図１に示すように単に第１および第２の金属ブロ
ック体３０，３２に螺合させてその中間に存在する圧電
素子２２，電極板２６，圧電素子２４，電極板２８を両
側から締め付けているに過ぎない。したがって、同様に
締め付けることができるものであれば結合ボルト３６以
外の部材でもよく、また金属ブロック体３０，３２に螺
合させる必要もない。

【００５４】図７（ａ）は、１本の結合ボルト４８と２
つのナット５０，５２によって上述した締め付けを行う
振動モータが示されている。この場合には、第１および
第２の金属ブロック体３０，３２に貫通孔を形成してお
いて、各金属ブロック体３０，３２を外側からナット５
０，５２によって締め付ける。

【００５５】このように、第１および第２の金属ブロッ
ク体３０，３２にネジ孔を形成せずに、結合ボルト４８
と２つのナット５０，５２によって各部材の締め付けを
行うことにより、金属ブロック体３０，３２に生じる歪
みを最少限に抑えることができる。すなわち、金属ブロ
ック体３０，３２にネジ孔を形成しておいて、このネジ
孔を結合ボルト３６に螺合させて全体の締め付けを行う
場合には、ネジ孔付近に局部的な応力が作用し、複雑な
歪みが発生する。これに対し、ナット５０，５２によっ
て金属ブロック体３０，３２の外側から締め付ける場合
には、外側方向から内側に向けてほぼ一応な締め付け応
力が作用することになり、金属ブロック体３０，３２に
作用する応力は比較的単純なものとなり、発生する歪み
も複雑にならない。従って、安定した出力特性が得られ
易くなる。

【００５６】また、図７（ｂ）および（ｃ）には、結合
ボルト４８のかわりに結合ロッド５４を用い、その一方
端をかしめることにより上述した締め付けを行う場合が
示されている。結合ロッド５４に各構成部材を順に挿通
した後、同図（ｃ）に示すようにその一方端をかしめ
る。

【００５７】上述したように、本実施例の振動モータ
は、ボルトによる締め付けを利用して捩り振動を発生さ
せているわけではないため、各部材を締め付ける方法に
ついては何でもよい。従って、図７に示すように、一般
に使われているナット５０，５２を用いたり、結合ロッ
ド５４を単にかしめるだけでよく、部品コストを低減す
ることができるとともに、その製造工程を簡略化するこ
ともできる。

【００５８】図８は、本実施例の変形例を示す図であ
り、図３に対応したステータ部２０の分解斜視図が示さ
れている。この振動モータは、図３に示した振動モータ
における一方の圧電素子２２を絶縁板５６に置き換えた
構造を有している。図３に示した振動モータにおいて
は、縦振動の振幅を大きくするために２つの圧電素子２
２，２４を用いていたが、用途によっては必ずしも大き
な振幅、すなわち大きな駆動力が要求されないため、小
さな駆動力でよい場合に図８に示した振動モータが使用
される。この振動モータは圧電素子２４のみで縦振動を
発生させるため、図３に示した振動モータに比べると約
半分の回転駆動力となる。

【００５９】なお、ロータ部１０およびその組み付け状
態については図１に示した構造をそのまま適用すること
ができる。

【００６０】図９は、本実施例の他の変形例を示す図で
ある。同図（ａ）は、ステータ部２０の側面図であり、
同図（ｂ）はＡ−Ａ線断面図である。

【００６１】同図に示す振動モータの特徴は、第２の金
属ブロック体３２に複数の縦スリット溝５８を形成した
点にある。この縦スリット溝５８は、縦振動および捩り
振動の節の位置にかからないように形成することが好ま
しい。例えば、図４に示す例では縦振動の節と捩り振
動の節の中間に位置するよう縦スリット溝５８を形成
する。

【００６２】このように縦スリット溝５８を金属ブロッ
ク体３２の一部に形成することにより、この縦スリット
溝５８が形成された部分においては重量が減少し、この
縦スリット溝５８により縦振動が拡大され、より大きな
楕円振動がロータ接触面１２上に発生することになる。
従って、このロータ接触面１２に接触したロータ部１０
はより大きな駆動力で回転駆動されることになる。

【００６３】また、この縦スリット溝５８は、放熱効果
を高める働きもある。特に、振動モータは放熱性能の低
さが問題となっているため、縦スリット溝５８を設ける
ことにより、放熱性の向上も併せて図ることができる効
果は大きい。

【００６４】第２の金属ブロック体３２に形成される縦
スリット溝５８の数は８本に限定されず、１本あるいは
それ以上の複数本数とすることができる。また、図９に
示した例では縦振動と捩り振動の節の位置にかからない
ように形成したが、節の位置を含んで形成するようにし
てもよい。また、縦スリット溝５８を分割して形成する
場合、あるいは第１お金属ブロック体３０に形成する場
合等が可能である。

【００６５】なお、本発明は上述した実施例に限定され
るものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形実
施が可能である。

【００６６】第２実施例 図１０は、第２実施例の振動モータのステータ部の詳細
構造および組み付け状態を示す分解斜視図である。同図
は、第１実施例の図３に対応するものである。

【００６７】本実施例の振動モータの特徴は、ステータ
部に発生する縦振動の複数の位置に対応して複数の圧電
素子を配置した点にあり、いずれかの圧電素子を振動さ
せることにより、あるいは複数の圧電素子を同時に振動
させることによりロータ部の回転駆動を行うものであ
る。具体的には、図３に示す第２の金属ブロック体３２
を第２の金属ブロック体６６，カラー７０，圧電素子６
４，電極板６８，圧電素子６２，第３の金属ブロック体
６０に置き換えた構造を有している。

【００６８】上述した第３の金属ブロック体６０の中心
にはネジ孔が形成されており、結合ボルト３６に形成さ
れた雄ネジ溝が螺合するようになっている。また、第２
の金属ブロック体６６の中心には結合ボルト３６の外径
にほぼ等しい内径を有するボルト挿通孔６６ａが形成さ
れている。圧電素子６２，電極板６８，圧電素子６４の
それぞれには、結合ボルト３６の外径よりも大きな内径
を有するボルト挿通孔６２ａ，６８ａ，６４ａが形成さ
れている。これらのボルト挿通孔６２ａ，６８ａ，６４
ａの内径は、圧電素子６２，電極板６８，圧電素子６４
を組み立てる際に結合ボルト３６の外側に挿通される絶
縁性のカラー７０の外径とほぼ一致するように形成され
ている。

【００６９】このような構造を有するステータ部２０の
組立ては、最初は図３に示した第１実施例のステータ部
と同様に行われる。すなわち、先ず第１の金属ブロック
体３０と結合ボルト３６の一方端を螺合して取り付け固
定した後、カラー４４を挿通し、その後このカラー４４
の外周側に電極板２８，圧電素子２４，電極板２６，圧
電素子２２をそれぞれを順に挿通する。次に、第２の金
属ブロック体６６を結合ボルト３６に挿通する。

【００７０】その後、結合ボルト３６にカラー７０を挿
通し、このカラー７０の外周側に圧電素子６４，電極板
６８，圧電素子６２のそれぞれを順に挿通する。そして
最後に、第３の金属ブロック体６０を結合ボルト３６の
他方端に螺合させることにより、第１および第３の金属
ブロック体３０，６０によってそれ以外の部材を締め付
け固定する。

【００７１】なお、このような構造を有する第２実施例
の振動モータにおいて、圧電素子２２，２４を振動させ
る場合には第１実施例の振動モータと同様に２つの電極
板２６，２８間に高周波交流電圧を印加すればよい。ま
た、他の圧電素子６２，６４を振動させる場合には、こ
れらの圧電素子間に挿入された電極板６８と上述した電
極板２８の間に高周波交流電圧を印加すればよい。

【００７２】図１１は、本実施例の振動モータにおける
圧電素子の位置を説明するための図である。

【００７３】同図（ａ）に示すように本実施例の振動モ
ータは、圧電素子２２，２４とは隔たった位置に圧電素
子６２，６４を有している。そして、これらの圧電素子
の位置は同図（ｂ）に示す縦振動の複数の位置にそれぞ
れ対応するように設定されている。したがって、縦振動
の共振モードとしては、少なくとも２次であることが必
要である。

【００７４】また、同図（ａ）には、高周波交流電圧を
印加する圧電素子を切り替えることにより、ステータ部
２０のロータ接触面１２に発生する楕円振動の方向を変
え、これによりロータ部１０の回転方向を変えることが
できる振動モータのステータ部２０が示されている。す
なわち、圧電素子６２，６４の分極方向および極性を圧
電素子２２，２４と同一に設定する。振動により発生す
る捩り振動のモードを図４（ｃ）に示したように３次と
した場合には、圧電素子２２，２４を振動させることに
より、ロータ接触面１２に接するロータ部１０を時計回
り方向に回転させることができる。一方、他方の圧電素
子６２，６４を振動させることにより、ロータ接触面１
２に接するロータ部１０を反時計回り方向に回転させる
ことができる。したがって、図１０に示す電極板２８を
共通にしてそれ以外の２つの電極板２６，６８に対して
選択的に単相の高周波交流電圧を印加することにより、
ロータ部１０を正転あるいは逆転方向に回転駆動するこ
とができる。

【００７５】また、図１１（ｃ）には、圧電素子６２，
６４の分極の傾斜方向を圧電素子２２，２４とは反対方
向にした場合が示されている。すなわち、同図（ｃ）に
示すように分極された圧電素子６２，６４を振動させる
と、同図（ａ）に示した場合に比べて捩り振動が反対方
向に発生する。したがって、圧電素子６２，６４を振動
させた場合には、圧電素子２２，２４と同方向にロータ
接触面１２上の楕円振動を発生させることができ、同時
に振動させることによりステータ部２０全体としての振
幅値を約２倍にすることができる。

【００７６】なお、同図（ｃ）に示す圧電素子２２，２
４と圧電素子６２，６４を同時に振動させるためには、
図１０に示す電極板２８，２６間と、電極板２８，６８
間と同時に同相の高周波交流電圧を印加すればよい。

【００７７】このように縦振動の複数のほぼ節のそれぞ
れに対応した位置に複数の圧電素子２２，２４および６
２，６４を設けるとともに、一方の圧電素子６２，６４
の分極方向を他方の圧電素子２２，２４と同一あるいは
反対方向に設定することにより、両方向回転可能な振動
モータあるいは振幅値が大きくて大きな駆動力を得るこ
とができる振動モータを実現することができる。

【００７８】なお、両方向回転が可能な振動モータにお
いては、いずれか一方の圧電素子が動作状態にあるとき
には他方の圧電素子は休止した状態にある。したがっ
て、この休止状態にある圧電素子をフィードバック用の
圧電素子として用い、このフィードバック用圧電素子に
電気的に接続された電極板の電圧値を検出することによ
り、振動モータのフィードバック制御が可能となる。具
体的には、圧電素子２２，２４を用いて振動させている
場合には、電極板２８，６８間の電圧値をフィードバッ
ク用信号として用いることができる。一方、圧電素子６
２，６４を振動させている場合には、電極板２８，２６
間の電圧をフィードバック用信号として用いることがで
きる。このようなフィイードバック制御が可能となるこ
とより、現在の振動状態をモニタしながら効率よい回転
駆動を行うことができる。

【００７９】図１２は、本実施例の振動モータの変形例
を示す図であり、斜め方向に分極された圧電素子の振動
状態を、回転軸方向に分極された圧電素子と回転方向に
沿った向きに分極された圧電素子とを同時に振動させる
ことにより実現した場合が示されている。なお、同図に
示す振動モータのステータ部の詳細構造は、図１０に示
したものと同じであり、その詳細説明は省略する。

【００８０】圧電素子７４，８０のそれぞれは回転方向
（円周方向に平行な向き）に分極されている。また、圧
電素子７６，７８のそれぞれは、回転軸方向に分極され
ている。したがって、２つの圧電素子７４，７６を同時
に振動させることにより、圧電素子７４によって捩り振
動が発生し、圧電素子７６によって縦振動が発生する。
これにより、ロータ接触面１２上には楕円振動が生じ、
図示しないロータ部１０を一方向に回転駆動することが
できる。他方の圧電素子７８，８０を振動させる場合も
同様であり、これらの振動により縦振動と捩り振動を同
時に発生させ、ロータ接触面１２上に楕円振動を発生さ
せることができる。

【００８１】しかも、対を構成する圧電素子の分極の極
性を反対にすることにより、発生する楕円振動の方向も
反対となるため、図１２（ａ）に示したステータ部の部
品のみを用いることによって、図１１（ａ）および
（ｃ）の両方の振動状態を実現することが可能となる。

【００８２】なお、本発明は上述した実施例に限定され
るものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形実
施が可能である。

【００８３】例えば、上述した第２実施例においては、
二次の縦振動において２つの振動のほぼ節のそれぞれに
対応させて圧電素子を配置した場合を説明したが、縦振
動の次数が三次以上の場合には、３箇所以上のほぼ節の
位置に対応させて２組あるいはそれ以上の圧電素子を設
けるようにしてもよい。

【００８４】また、第２実施例の振動モータに図９に示
した縦スリット溝５８を形成する場合や、図７に示した
方法を用いて各金属ブロック体の締め付けを行う場合で
あってもよい。

【００８５】

【発明の効果】このように、請求項１の発明によれば、
ロータ部の回転駆動を行う楕円振動の発生に必要な縦振
動と捩り振動を斜め方向に分極された圧電素子のみで発
生させているため、構造が簡単であり、各種寸法精度が
比較的緩やかで、設計および製造が容易となる。また、
この圧電素子には単相の高周波交流電圧を印加するだけ
でよいため、圧電素子やモータ駆動回路の構造が比較的
簡単であり、コストの上昇を招くこともない。

【００８６】また、請求項２の発明によれば、高周波交
流電圧を印加する圧電素子、すなわちこの圧電素子に対
応する電極を切り替えることにより、ロータ部の回転方
向を変えることができ、容易に両方向回転が可能とな
る。

【００８７】また、このとき高周波交流電圧が印加され
ていない圧電素子の電極はフィードバック用電極として
用いることができ、このフィードバック用電極に現れる
電圧を検出することにより、精度の高い駆動制御を行う
ことが可能となる。

【００８８】また、請求項４の発明によれば、圧電素子
を縦振動の複数のほぼ節に対応して複数箇所に設け、こ
れらを同時に振動させることによりロータ接触面上に大
きな楕円振動を発生させることができ、ロータ部を大き
な駆動力で効率よく回転駆動することができる。

【００８９】また、請求項５の発明によれば、回転軸方
向に分極された圧電素子と回転方向に沿った向きに分極
された圧電素子とを組み合わせることにより、斜め方向
に分極された圧電素子とほぼ同等な振動状態を作り出す
ことができ、これらの対をなす２つの圧電素子は分極方
向が単純であるため製造が容易であり、振動モータ全体
のコストを低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の振動モータを適用した一実施例の全体
構成を示す図である。

【図２】図１に示すステータ部を組み立てた状態を示す
斜視図である。

【図３】ステータ部の詳細構造および組み付け状態を示
す分解斜視図である。

【図４】斜め方向に分極された圧電素子のロータ回転軸
方向の位置を説明するための図である。

【図５】圧電素子を斜め方向に分極する工程において、
その前段階として焼き付けにより銀，ニッケル等の電極
を形成した状態を示す図である。

【図６】斜め方向に分極する場合の詳細な工程を示す図
である。

【図７】結合ボルトを他の部材に置き換えた振動モータ
の構造を示す図である。

【図８】第１実施例の変形例を示す図である。

【図９】第１実施例の他の変形例を示す図である。

【図１０】第２実施例の振動モータのステータ部の詳細
構造および組み付け状態を示す分解斜視図である。

【図１１】第２実施例の振動モータにおける圧電素子の
位置を説明するための図である。

【図１２】第２実施例の振動モータの変形例を示す図で
ある。

【図１３】従来のボルト締めランジュバン型超音波モー
タの一例を示す図である。

【符号の説明】

１０ ロータ部 ２０ ステータ部 ２２，２４，６２，６４，７４，７６，７８，８０ 圧
電素子 ２６，２８，６８ 電極板 ３０ 第１の金属ブロック体 ３２ 第２の金属ブロック体 ３６ 結合ボルト

フロントページの続き (72)発明者 本多 敬介 愛知県豊橋市大岩町字小山塚20番地 本多 電子株式会社内 (72)発明者 宮本 年昭 愛知県豊橋市大岩町字小山塚20番地 本多 電子株式会社内

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、 前記ロータ部の回転軸に対して傾斜した方向であり、か
   つ前記ロータ部にほぼ沿った向きに分極されており、前
   記ステータ部に生じる縦振動のほぼ節の位置に配置され
   た圧電素子と、 前記圧電素子に高周波交流電圧の印加を行う電極と、 前記圧電素子を挟持するようにその両側に取り付け固定
   された第１のブロック体および第２のブロック体と、 を備え、傾斜した分極方向を有する前記圧電素子によっ
   て縦振動と捩り振動を同時に発生させて、前記ステータ
   部のロータ接触面に楕円振動を発生させることにより、
   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、 前記圧電素子および前記電極を前記縦振動の複数の節に
   対応して複数箇所に設け、高周波交流電圧を印加する前
   記電極を切り替えることにより、前記ロータ部の回転方
   向を変えることを特徴とする振動モータ。
3. 【請求項３】 請求項２において、 前記複数の電極の中で高周波交流電圧の印加に使用され
   ていない電極をフィードバック用電極として用いること
   を特徴とする振動モータ。
4. 【請求項４】 請求項１において、 前記圧電素子および前記電極を前記縦振動の複数の節に
   対応して複数箇所に設け、これら複数の電極に同時に高
   周波交流電圧を印加することにより、前記ステータ部の
   ロータ接触面に大きな楕円振動を発生させて、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２〜４のいずれかにおいて、 前記複数の圧電素子の中の少なくとも１つを、前記ロー
   タ部の回転軸方向に分極された圧電素子と前記ロータ部
   の回転方向に沿った向きに分極された圧電素子との対に
   置き換えることにより、前記ロータ部の回転駆動を行う
   ことを特徴とする振動モータ。