JPH07184380A - 圧電モータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 捩り振動の位相検出が可能であり、しかも組
付性および耐久性がよい捩り振動センサを有する圧電モ
ータを提供すること。 【構成】 ステータ部２０は、振動を発生させるために
用いられる圧電素子２２，２４の他に、円周方向に分極
された圧電素子３０を含んで構成される。この圧電素子
３０を捩り振動の腹以外の位置、例えば節の位置に装着
することにより、この圧電素子３０の２つの平面部（端
面）が互いに逆方向に振動し、この振動状態に応じた検
出信号が圧電素子３０の両側に設けられた２つの電極板
３２，３４間に現れる。したがって、この圧電素子３０
を装着することにより捩り振動の位相検出が可能とな
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なう圧電モータに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、ボルト締めランジュバン型の
圧電モータが周知であり、例えば特開昭６１−４９６７
０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】また、これらの圧電モータ（あるいは超音
波モータ）を制御する方法としては、特開平４−２１０
７８４号公報に係るボルト締めランジュバン型超音波モ
ータが知られている。この超音波モータは、図１２に示
すようにステータ部１１１と、このステータ部１１１の
端面に取り付けられた図示しないロータとを有し、この
ステータ部１１１は、圧電素子１１８ａ，１１８ｂと、
ブロック体１１４，１１６と、図示しないボルト等で構
成されている。また、ブロック体１１６の側面所定位置
には捩り振動センサ１３０が取り付け固定されている。

【０００４】上述した公報に開示された圧電モータの制
御方法は、最適駆動周波数がどのように変化した場合で
も、モータ駆動電圧の周波数が最適駆動周波数に制御さ
れている限り、モータ駆動電圧とステータ部１１１に発
生する捩り振動との位相差、すなわち位相角φは常に一
定の値α°になることを利用したものである。このステ
ータ部１１１に発生する捩り振動の位相を検出するため
に上述した捩り振動センサ１３０が設けられており、図
１３に示すように圧電素子１１８ａ，１１８ｂに印加さ
れるモータ駆動電圧Ｖｍと捩り振動の状態を表わす捩り
振動センサ１３０の出力信号Ｖｓとの位相差φが常に一
定の値α°となるようにこのモータ駆動電圧Ｖｍの制御
を行なう。このとき、モータ駆動電圧Ｖｍは最適駆動周
波数に制御され、最も効率のよいモータ駆動を行なうこ
とができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述したよ
うにモータ駆動電圧と捩り振動との位相差φを一定の値
α°に維持するには捩り振動の位相を正確に検出しなけ
ればならず、そのために捩り振動センサ１３０がブロッ
ク体１１６の側面所定位置に取り付け固定されている。
このように従来の超音波モータは、ステータ部１１１の
外側に捩り振動センサ１３０を取り付けなければなら
ず、ステータ部１１１への後付けを行なうために組付性
が悪く、しかも捩り振動センサ１３０の装着部に振動応
力がかかることにより、破損しやすく、耐久性が悪いと
いう問題があった。

【０００６】そのため、振動センサをステータ部１１１
の外側に取り付けずにステータ部１１１の内部に取り込
むことができれば便利であり、このような振動センサと
しては特開平４−２１０７８６号公報あるいは特開平３
−２８９３７５号公報に開示されたものがある。これら
の公報によれば、振動発生用に用いられる圧電素子と同
じ圧電素子を振動検出用に用いており、この振動検出用
の圧電素子をブロック体で挟んで使用するというもので
あり、外付けしないため耐久性および組付性等が向上す
るというものである。しかし、これらの公報に開示され
た振動検出用の圧電素子は、ロータ部の回転軸方向に分
極されており、縦振動の検出は可能であるが捩り振動の
検出ができないという問題がある。

【０００７】ところで、上述した特開平４−２１０７８
４号公報に開示されている制御方法であるモータ駆動電
圧とステータ部に発生する捩り振動との位相差を一定の
値に制御する代わりに、モータ駆動電圧とステータ部に
発生する縦振動との位相差を一定に制御することにより
最適駆動周波数によるモータ駆動が可能であれば振動セ
ンサの分極方向がロータ部の回転軸方向であっても問題
はなく、上述した特開平４−２１０７８６号等に開示さ
れた技術をそのまま用いればよい。しかし、図１２に示
された超音波モータにおいては、駆動電圧と縦振動の位
相差は、図１４（Ａ）のようになり、最適駆動周波数ｆ
1 での位相差はφb となるが、最適駆動周波数ｆ1 近傍
では、位相差はほとんど変化しないため、縦振動の位相
差をφb一定とする制御では、最適駆動周波数ｆ1 を検
出することは非常に困難である。

【０００８】また、縦振動の振動強度は、図１４（Ｂ）
のようになり、最適駆動周波数ｆ1での強度はその近傍
では、ほとんど変化せず、負荷等でも変化するため、縦
振動の強度で最適駆動周波数ｆ1 を検出することは非常
に困難である。

【０００９】以上のように、特開平４−２１０７８６号
公報あるいは特開平３−２８９３７５号公報に開示され
た技術では、図１２分示した超音波モータを最適駆動周
波数ｆ1 で駆動することはできず、最も効率のよいモー
タ駆動を行うことは困難である。

【００１０】しかしながら、図１４（Ａ）に示すよう
に、駆動電圧と捩り振動の位相差を用いた場合には、こ
の位相差をφa 一定となるよう制御すれば、最適駆動周
波数ｆ１を検出することができる。よって、捩り振動の
位相を検出することができれば、最も効率のよいモータ
駆動を行うことができる。

【００１１】本発明は、このような点に鑑みて創作され
たものであり、捩り振動の位相検出が可能であり、しか
も組付性および耐久性がよい捩り振動センサを有する圧
電モータを提供することを目的とする。

【００１２】

【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
を有し、前記ステータ部に発生した捩り振動を利用して
前記ロータ部の回転を行なう圧電モータにおいて、前記
ステータ部は、直接あるいは間接的に前記捩り振動を発
生させるために用いられる第１の圧電素子と、前記圧電
素子の高周波交流電圧の印加を行なう第１の電極と、前
記ロータ部の円周方向に分極されており、前記捩り振動
の腹以外の位置に設置することにより前記捩り振動の検
出を行なう第２の圧電素子と、前記第２の圧電素子の端
面に発生する電圧を検出する第２の電極と、前記第１お
よび第２の圧電素子と前記第１および第２の電極とを挟
持するようにそれらの両側に取り付け固定された少なく
とも２つのブロック体と、を備え、前記第１の圧電素子
の振動により発生した捩り振動を前記第２の圧電素子に
よって検出したことを特徴とする圧電モータ。

【００１３】請求項２の発明は、請求項１の発明におい
て、前記第２の圧電素子を前記捩り振動の節の位置近傍
に装着することを特徴とする。

【００１４】請求項３の発明は、請求項１または２の発
明において、前記第１の電極に印加する高周波交流電圧
と前記第２の電極からの検出電圧との位相差が所定の値
となるように制御することを特徴とする。

【００１５】

【作用】請求項１の圧電モータでは、第２の圧電素子を
ロータ部の円周方向に分極しておいて、この圧電素子が
捩り振動の腹以外の位置になるようにブロック体により
挟持している。また、この第２の圧電素子には第２の電
極が設けられており、捩り振動によって第２の圧電素子
の端面に発生した電圧が外部に取り出せるようになって
いる。

【００１６】請求項１の発明によれば、第２の圧電素子
を円周方向に分極し、これを捩り振動の腹以外の位置に
装着することにより、捩り振動の位相を効率よく検出す
ることができる。しかも、この第２の圧電素子は振動を
発生させるために用いられる第１の圧電素子と同様に少
なくとも２つのブロック体により挟持されており、ステ
ータ部に外付けしないため、組付性および耐久性を向上
させることができる。

【００１７】また、請求項２の圧電モータでは、上述し
た第２の圧電素子を捩り振動の節の位置近傍に装着して
おり、第２の圧電素子の２つの端面間における捩り振動
の振幅の差が最大となる。このため、第２の電極から出
力される電圧の強度も最大となり、ＳＮ比が良好な最も
効率よい捩り振動の検出を行なうことができる。

【００１８】また、請求項３の圧電モータでは、第２の
圧電素子によって検出される捩り振動の位相を利用して
第１の圧電素子に印加する高周波交流電圧とステータ部
に現れる捩り振動との位相差が所定の値となるように制
御してモータ駆動を行なっており、常に最適駆動周波数
の高周波交流電圧を第１の圧電素子に印加することが可
能であり、圧電モータの駆動効率を最大とすることがで
きる。

【００１９】

【実施例】次に、図面に基づいて本発明の一実施例につ
いて詳細に説明する。

【００２０】図１は、本発明の圧電モータを適用した一
実施例の全体構成を示す図である。

【００２１】同図に示す本実施例の圧電モータは、一定
方向に回転駆動されるロータ部１０とこのロータ部１０
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。したがっ
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。

【００２２】また、ステータ部２０は、縦振動を発生さ
せるために用いられる圧電素子２２，２４および電極板
２６，２８と、捩り振動を検出するために用いられる圧
電素子３０および電極板３２，３４，絶縁板３６と、こ
れら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３８，第２の金属ブロック体４０，第３の金属
ブロック体４２と、両端に位置する第１の金属ブロック
体３８と第３の金属ブロック体４２とを締め付け固定す
るための結合ボルト４４とを含んでいる。

【００２３】縦振動発生のために用いられる圧電素子２
２，２４は、例えばセラミックス等の圧電体を用いてリ
ング状に形成されており、ロータ部１０の回転軸方向に
分極されている。また、２つの電極板２６，２８は、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
れており、一方の圧電素子２４に対する駆動電圧の印加
が行われる。しかも、一方の電極板２６は圧電素子２２
の一方の端面にも全面で接触するように配置されている
とともに、他方の電極板２８は第１の金属ブロック体３
８，結合ボルト４４，第２の金属ブロック体４０を介し
て圧電素子２２の他方の端面にも間接的に接触してお
り、これら２つの電極板２６，２８によって他方の圧電
素子２２に対するモータ駆動電圧の印加も行なえるよう
になっている。

【００２４】また、捩り振動検出を行う振動センサとし
て機能する圧電素子３０は、円周方向に分極されてお
り、その両側に全面で接触する電極板３２，３４が配置
されている。さらに、一方の電極板３２の外側には絶縁
板３６が配置されており、２つの電極板３２，３４が第
２の金属ブロック体４０，結合ボルト４４，第３の金属
ブロック体４２を通して同電位となることを防いでお
り、これにより２つの電極板３２，３４からは捩り振動
発生時に圧電素子３０の端面に発生した電圧を取り出せ
るようになっている。

【００２５】なお、上述した圧電素子２２，２４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ものとし、
圧電素子３０の分極の詳細方法等については後述する。

【００２６】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、組み付けられ
たステータ部２０は、第３の金属ブロック体４２，絶縁
板３６，電極板３２，圧電素子３０，電極板３４，第２
の金属ブロック体４０，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３８が
連結されて一体化した構造を有している。そして、圧電
素子２４の両側に配置された一方の電極板２６からは外
部接続端子４６が、他方の電極板２８からは外部接続端
子４８がそれぞれ突出した形となっている。また、圧電
素子３０の両側に配置された一方の電極板３２からは外
部接続端子５０が、他方の電極板３４からは外部接続端
子５２がそれぞれ突出した形となっている。

【００２７】２つの外部接続端子４６，４８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、上述したように、他方の圧電
素子２２に対しては外部接続端子４８に図１に示す結合
ボルト４４を介して電気的に接続された第２の金属ブロ
ック体４０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４０と外部接続端子４６とによって
一定周波数の高周波交流電圧が印加される。

【００２８】また、２つの外部接続端子５０，５２は、
圧電素子３０の２つの端面（平面部）間に発生した電圧
を検出するためのものであり、これらの外部接続端子５
０，５２によって外部に検出電圧が取り出せるようにな
っている。

【００２９】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。

【００３０】上述した第１の金属ブロック体３８および
第３の金属ブロック体４２のそれぞれの中心にはねじ孔
が形成されており、結合ボルト４４に形成された雄ねじ
溝が螺合するようになっている。第２の金属ブロック体
４０の中心には、結合ボルト４４の外径にほぼ等しい内
径を有するボルト挿通孔４０ａが形成されている。

【００３１】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４４の
外径よりも大きな内径を有するボルト挿通孔２２ａ，２
６ａ，２４ａ，２８ａが形成されている。これらのボル
ト挿通孔２２ａ，２６ａ，２４ａ，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４４の外側に挿通される絶縁
性のカラー５４の外径とほぼ一致するように形成されて
いる。

【００３２】同様に、絶縁板３６，電極板３２，圧電素
子３０，電極板３４のそれぞれには、結合ボルト４４の
外径よりも大きな内径を有するボルト挿通孔３６ａ，３
２ａ，３０ａ，３４ａが形成されており、これらのボル
ト挿通孔の内径は圧電素子３０等を組み立てる際に結合
ボルト４４の外側に挿通される絶縁性のカラー５６の外
径とほぼ一致するように形成されている。

【００３３】ステータ部２０の組み立ては、まず第１の
金属ブロック体３８に結合ボルト４４の一方端を螺合し
て取り付け固定した後、カラー５４を挿通し、その後こ
のカラー５４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。次
に、第２の金属ブロック体４０とカラー５６を順に挿通
し、その後このカラー５６の外周側に電極板３４，圧電
素子３０，電極板３２，絶縁板３６のそれぞれを挿通す
る。そして、最後に第３の金属ブロック体４２を結合ボ
ルト４４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３８，４２によってそれ以外の部
材を締め付け固定する。

【００３４】なお、圧電素子２２，２４は、図３に示す
ように分極方向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２４も縮むことになる。これによりステータ部２０
全体としての結合ボルト４４の長手方向の縦振動の振幅
値を大きくすることができる。

【００３５】このように、本実施例の圧電モータは、圧
電素子２２，２４に高周波交流電圧を印加することによ
りこの圧電素子２２，２４の厚み方向への縦振動が生じ
ると同時に、結合ボルト４４のねじ溝に起因する捩り振
動が生じ、第３の金属ブロック体４２の端面（第１の金
属ブロック体３８の端面も同様）には縦振動と捩り振動
とを合成した楕円振動が発生することになり、この楕円
振動により図１に示したロータ部１０が一方向に回転駆
動される。

【００３６】次に、捩り振動を検出するために用いられ
る圧電素子３０の作用について説明する。図４は、円周
方向に分極された圧電素子によって捩り振動検出を行う
際の原理を示す図である。

【００３７】同図（Ａ）に示すように、円周方向に分極
された圧電素子３０の一部分Δｔに着目する。この一部
分Δｔは、同図（Ｂ）に示すように長方形形状と考える
ことができ、その分極方向はこの長方形形状の一辺にほ
ぼ平行であると近似することができる。このような長方
形形状を有する圧電素子の２つの端面に高周波交流電圧
を印加すると、同図（Ｃ）に示すように２つの端面が互
いに逆方向に移動するように動作する。したがって、円
形形状を有する圧電素子３０の２つの端面に高周波交流
電圧を印加した場合には、円周方向に向かって２つの端
面が互いに逆方向に移動するように動作する。

【００３８】圧電素子３０の捩り振動検出は、このよう
な原理の逆効果を使用することによって、行えるのでは
ないかという考えに基づいてなされたものである。

【００３９】図５は、捩り振動を検出するために装着す
る圧電素子の最適位置を説明するための図である。同図
（Ａ）はステータ部２０に現れる縦振動の状態を示して
おり、同図（Ｂ）はステータ部２０に現れる捩り振動の
状態を示している。

【００４０】このような振動状態を有する本実施例の圧
電モータでは、同図（Ｃ）に示すように捩り振動の節の
位置に圧電素子３０を配置することにより、その検出効
率が最大となると考えられる。すなわち、この位置に圧
電素子３０を配置することにより、図４（Ｃ）に示すよ
うに圧電素子３０の２つの端面が互いに逆方向に移動す
る現象が生じ、２つの端面間に生じる電圧振幅が最大と
なる。ただし、圧電素子３０の２つの端面が反対方向に
移動する場合のみならず、移動方向は同一であるがその
量が異なる場合であっても２つの端面間には電圧が発生
するため、図５（Ｂ）に示す腹１および腹２以外の位置
であれば捩り振動の検出は可能である。

【００４１】図６は、圧電素子３０を円周方向に分極す
る場合の分極方法の一例を示す図である。同図に示すよ
うに、本実施例の圧電素子３０は、平面部が円周方向に
沿って複数の領域（例えば８分割）に分割されており、
それぞれの分割領域に銀蒸着が施されている。同図「分
極１」〜「分極８」に示すように、隣接する２つの分割
領域を抽出し、これら２つの分割領域間に直流電圧を印
加することにより、円周方向の一部の分極を実施する。
この一部の分極を全ての分割領域について終了するまで
一巡して行い、最後に銀蒸着面を研磨することにより、
銀蒸着を除去して圧電素子３０が完成する。

【００４２】なお、図６に示した分極方法では、一例と
して圧電素子３０の平面部を８分割した場合を例にとり
説明したが、それ以外の分割であってもよい。また、隣
接する２つの分割領域毎に分極を行うようにしたが、隣
接する２つの分割領域毎に組を構成し、複数組同時に分
極を行うようにしてもよい。

【００４３】次に、実際に圧電素子３０を用いて捩り振
動の検出を行った結果について説明する。

【００４４】図７は、圧電素子３０の装着位置を変えて
検出信号の強度を測定した結果を示す図であり、電極板
２６，２８間に印加するモータ駆動電圧の周波数と電極
板３２，３４間に現れる検出信号の強度（出力振幅）と
の関係が示されている。同図のａ〜ｃのそれぞれは、図
５（Ｂ）のａ〜ｃのそれぞれに対応している。すなわ
ち、ａは圧電素子３０を図５（Ｂ）に示す捩り振動の節
２の位置に配置した場合の検出結果であり、ｂは捩り振
動の節１から僅かにずれた位置に圧電素子３０を配置し
た場合の検出結果である。また、ｃは捩り振動の腹１の
位置に圧電素子３０を配置した検出結果である。

【００４５】図７に示すように、捩り振動の節の位置に
圧電素子３０を配置した場合に最もその検出強度が大き
くなり、節の位置からずれるにしたがって小さくなるこ
とがわかる。したがって、節の位置に圧電素子３０を配
置した場合には、ＳＮ比が最も良好な効率よい検出動作
が行われることになる。

【００４６】図８は、圧電素子３０の位置を変えて捩り
振動の位相を測定した結果を示す図であり、モータ駆動
電圧と捩り振動との位相差が駆動周波数を変えた場合に
どの様に変化するかが示されている。同図のａ〜ｃのそ
れぞれは、図７および図５（Ｂ）のａ〜ｃのそれぞれに
対応している。

【００４７】図８に示すように、捩り振動の腹以外の位
置に圧電素子３０を配置したａおよびｂでは、ほぼ同一
傾向の位相差曲線が得られる。ただし、図５（Ｂ）の節
２と節１の近傍では捩り振動の方向が反対となるため、
図８のａに示す位相差曲線とｂに示す位相差曲線とでは
位相が１８０度ずれて現れる。

【００４８】これに対し、振動の腹に圧電素子３０を設
置したｃの位相差曲線は、一定の傾向を示さずに不安定
となる。

【００４９】このような位相差特性を有する圧電モータ
の最適駆動周波数をｆ1 とすると、図５（Ｂ）の節に圧
電素子３０を装着した場合（ａの場合）には、モータ駆
動電圧と捩り振動との位相差が約−７０度となるように
駆動電圧の周波数制御を行うことにより、常にモータ駆
動を最大効率で行うことができる。同様に図５（Ｂ）の
節１の近傍に圧電素子３０を装着した場合（ｂの場合）
には、モ−タ駆動電圧と捩り振動との位相差が約１１０
度となるようにモータ駆動電圧の制御を行うことによ
り、最大効率でのモータ駆動が可能となる。

【００５０】ところが、図５（Ｂ）の腹１の位置に圧電
素子３０を装着した場合（ｃの場合）には、モータ駆動
電圧と捩り振動との位相差を約−８０度に設定しても、
対応する駆動周波数が定まらないため、この検出信号に
基づいてモータ駆動を行うことはできない。

【００５１】図９は、捩り振動の腹以外の位置に圧電素
子を装着した場合の位相差曲線を詳細に示す図であり、
一例としてモータ駆動電圧と捩り振動との位相差が約９
０°のときに最適駆動周波数ｆ1 となる圧電モータの場
合が示されている。最適駆動周波数ｆ1 近傍では位相差
が急激に変化するため、反対に位相差が一定となるよう
に制御した場合には駆動周波数の変化が少なく、安定し
た制御を行うことができる。

【００５２】このように、本実施例の圧電モータは、捩
り振動を利用してロータ接触面１２に楕円振動を発生さ
せており、この捩り振動の位相を捩り振動の腹以外の位
置（好ましくは節の近傍の位置）に装着した圧電素子３
０によって検出している。特に、この圧電素子３０は、
円周方向に分極されているため、捩り方向の振動状態を
効率良く検出することができ、しかも第２および第３の
金属ブロック体４０，４２で挟持することにより装着が
可能であるため、振動によって部分的に応力が作用して
破損したり、はずれてしまうということがなく、組付性
および耐久性を向上させることができる。

【００５３】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、要旨の範囲内で種々の変形実施が可能
である。

【００５４】例えば、上述した実施例においては、第２
の金属ブロック体４０と第３の金属ブロック体４２との
間に円周方向に分極された圧電素子３０を配置したため
に少なくとも３つの金属ブロック体３８，４０，４２が
必要となったが、第１の金属ブロック体３８と振動発生
用に用いられる圧電素子２２等との間に捩り振動検出用
の圧電素子等を配置してもよい。すなわち、図５（Ｃ）
に示すように縦振動を発生させるために用いられる圧電
素子２２，２４はほぼ縦振動および捩り振動の節の位置
となるように配置されているため、これらの圧電素子２
２，２４等に隣接して捩り振動検出用の圧電素子３０等
を配置した場合であっても、必ず捩り振動の節の位置近
傍になる。したがって、捩り振動の節の位置に完全に対
応させて圧電素子３０を配置した場合に比べると若干そ
の検出信号の強度が低下するものの、図８のｂに示した
ような良好な位相差曲線が得られ、最適駆動周波数によ
るモータ駆動が可能となる。しかも、このように圧電素
子３０を配置した場合には、第２の金属ブロック体４０
と第３の金属ブロック体４２とを分割する必要はないた
め、これらの両方を一体化して形成することができ、組
付性をさらに向上させることができる。

【００５５】また、上述した実施例においては、圧電素
子によって発生した縦振動とボルトのねじ溝に起因する
捩り振動を利用してロータ接触面１２に楕円振動を発生
させるようにしたが、捩り振動の発生原理はこれに限定
されるものではない。

【００５６】図１０は第３の金属ブロック体４２の一方
の端面（ロータ接触面１２と反対側）に端部が一致する
ように複数の斜めスリット溝５８が形成されている。し
たがって、ステータ部２０を組み立てた後は、第２の金
属ブロック体４０と第３の金属ブロック体４２とが圧電
素子３０等を挟んで一体となり、そのほぼ中央部近傍に
複数の斜めスリット溝５８が形成されることになる。

【００５７】図１１は、第３の金属ブロック体４０に形
成された斜めスリット溝５８の詳細を示す図である。同
図（Ａ）は、第３の金属ブロック体４２を側面から見た
図を示しており、複数の斜めスリット溝５８が、第３の
金属ブロック体４２の下側端面に部分的に接するように
配置される状態が示されている。これらの斜めスリット
溝５８は、第３の金属ブロック体４２の下側あるいは横
方向から切削することにより形成することができるた
め、その形成は比較的容易に行うことができる。

【００５８】また、同図（Ｂ）は第３の金属ブロック体
４２を下側から見た図を示しており、一例として１２個
の斜めスリット溝５８が形成された状態が示されてい
る。

【００５９】このような複数の斜めスリット溝５８の中
心を縦振動の節の位置にほぼ一致させるように配置させ
ることにより、斜めスリット溝５８はその中心を境とし
て異なる方向に伸び縮みすることになる。しかも、斜め
スリット溝５８の傾斜方向と縦振動の振動方向とは異な
っているため、このような伸び縮みが生じると、中心部
を回転中心として一定の角度範囲で回転する方向に歪む
現象が生じる。これにより、第３の金属ブロック体４２
の斜めスリット溝５８部分には捩り方向の振動が発生
し、この振動が他の金属ブロック体３８，４０にも伝搬
するため、ステータ部２０の全体に捩り振動が生じるこ
とになる。したがって、圧電素子２２，２４により直接
発生させた縦振動と、斜めスリット溝５８の作用により
発生した捩り振動とが合成され、ロータ接触面１２上に
は一定方向の楕円振動が生じ、この楕円振動によってロ
ータ部１０が一方向に回転駆動される。

【００６０】この図１０の圧電モータの縦振動および捩
り振動とモータ駆動電圧との位相差は図１５（Ａ）のよ
うになり、振動強度は図１５（Ｂ）のようになる。最適
駆動周波数ｆ1 に対する縦振動とモータ駆動電圧との位
相差はφb 、捩り振動とモータ駆動電圧との位相差はφ
a であるが、縦振動においてはφb となる周波数が多数
存在することとなり、縦振動とモータ駆動電圧との位相
差をφb 一定に制御することによる最適駆動周波数ｆ1
の検出は困難である。また、最適駆動周波数ｆ1 に対す
る強度はｇb であるが、負荷等の変化でｇb の値は変化
するため、振動強度においても最適駆動周波数ｆ1 の検
出は困難である。

【００６１】以上のことより、図１０の圧電モータにお
いても特開平−２１０７８６号公報に開示された技術で
は、最も効率のよいモータ駆動を行うことは困難であ
る。

【００６２】しかしながら、捩り振動の位相差をφa 一
定とする制御では、最適駆動周波数ｆ1 を検出すること
ができるため、図１０の圧電モータにおいても、本発明
によって、同様に、最も効率のよいモータ駆動を行うこ
とができる。したがって、このようにして捩り振動が発
生する場合であっても、上述した実施例と同様に捩り振
動の節の位置近傍（あるいは腹以外の位置）に円周方向
に分極された圧電素子３０を装着しておくことにより、
捩り振動を効率よく検出することが可能となり、これに
よりモータ駆動電圧と捩り振動との位相差を利用したモ
ータ制御が可能となる。

【００６３】また、それ以外に捩り振動を発生する方法
としては、例えば回転軸方向に分極された圧電素子と円
周方向に分極された圧電素子とを同時に振動させ、これ
により縦振動と円周方向の振動とが合成された捩り振動
が生じるようにしてもよい。

【００６４】また、本実施例においては、円周方向に分
極された圧電素子３０を圧電モータの一部に装着する場
合を説明したが、例えば捩り振動子が用いられる他の装
置内に組み込んで、この捩り振動子によって発生した捩
り振動を直接検出するようにしてもよい。

【００６５】

【発明の効果】このように、請求項１の発明によれば、
第２の圧電素子を円周方向に分極し、これを捩り振動の
腹以外の位置に装着することにより、捩り振動の位相を
効率よく検出することができる。しかも、この第２の圧
電素子は振動を発生するために用いられる第１の圧電素
子と同様に少なくとも２つのブロック体により挟持され
ており、ステータ部に外付けしないため、組付性および
耐久性を向上させることができる。

【００６６】また、請求項２の圧電モータによれば、上
述した第２の圧電素子を捩り振動の節の位置近傍に装着
しており、第２の圧電素子の２つの平面部間における捩
り振動の振幅の差が最大となるため、第２の電極から出
力される電圧の振幅強度も最大となり、ＳＮ比が良好な
最も効率のよい捩り振動検出を行うことができる。

【００６７】また請求項３の圧電モータによれば、第２
の圧電素子によって検出される捩り振動の位相を利用し
て第１の圧電素子に印加する高周波交流電圧とステータ
部に現れる捩り振動との位相差が所定の値となるような
モータ駆動が可能であり、常に最適駆動周波数の高周波
交流電圧を第１の圧電素子に印加することが可能であ
り、圧電モータの駆動効率を最大とすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の圧電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】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付け状態を示す
分解斜視図である。

【図４】円周方向に分極された圧電素子によって捩り振
動検出を行う際の原理を示す図である。

【図５】捩り振動を検出するために装着する圧電素子の
最適位置を説明するための図である。

【図６】圧電素子を円周方向に分極する場合の分極方法
の一例を示す図である。

【図７】圧電素子の装着位置を変えて検出信号の強度を
測定した結果を示す図である。

【図８】圧電素子の位置を変えて捩り振動の位相を測定
した結果を示す図である。

【図９】捩り振動の位相差と駆動周波数との関係を示す
図である。

【図１０】金属ブロック体の一方の端面に複数の斜めス
リット溝が形成されている圧電モータの構造を示す図で
ある。

【図１１】金属ブロック体に形成された斜めスリット溝
の詳細を示す図である。

【図１２】従来の圧電モータを示す図である。

【図１３】図１２に示す圧電モータを駆動する際の駆動
周波数と捩り振動の位相の関係を示す図である。

【図１４】図１２に示す圧電モータの縦振動に対する位
相差および振幅強度と駆動周波数との関係を示す図であ
る。

【図１５】図１０に示す圧電モータの縦振動と捩り振動
に対する位相差および振幅強度と駆動周波数との関係を
示す図である。

【符号の説明】

１０ ロータ部 ２０ ステータ部 ２２，２４，３０ 圧電素子 ２６，２８，３２，３４ 電極板 ３６ 絶縁板 ３８ 第１の金属ブロック体 ４０ 第２の金属ブロック体 ４２ 第３の金属ブロック体 ４４ 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 (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し、前記
   ステータ部に発生した捩り振動を利用して前記ロータ部
   の回転を行なう圧電モータにおいて、 前記ステータ部は、 直接あるいは間接的に前記捩り振動を発生させるために
   用いられる第１の圧電素子と、 前記圧電素子に対して高周波交流電圧の印加を行なう第
   １の電極と、 前記ロータ部の円周方向に分極されており、前記捩り振
   動の腹以外の位置に設置することにより前記捩り振動の
   検出を行なう第２の圧電素子と、 前記第２の圧電素子の端面に発生する電圧を検出する第
   ２の電極と、 前記第１および第２の圧電素子と前記第１および第２の
   電極とを挟持するようにそれらの両側に取り付け固定さ
   れた少なくとも２つのブロック体と、 を備え、前記第１の圧電素子の振動により発生した捩り
   振動を前記第２の圧電素子によって検出したことを特徴
   とする圧電モータ。
2. 【請求項２】 請求項１において、 前記第２の圧電素子を前記捩り振動の節の位置近傍に装
   着することを特徴とする圧電モータ。
3. 【請求項３】 請求項１または２において、 前記第１の電極に印加する高周波交流電圧と前記第２の
   電極からの検出電圧との位相差が所定の値となるように
   制御することを特徴とする圧電モータ。