JPH0775352A - 振動モータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 放熱特性が良好であり、かつ大きな駆動力を
得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、２つの圧電素子４２，４
４と、これらの圧電素子を３分割してそれぞれに３相の
高周波交流電圧を印加するための２つの電極板４６，４
８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５０，５２と、金属
ブロック体を締め付けるための結合ボルト５４とを含
む。第１および第３の金属ブロック体５０，５２のほぼ
中央には、１あるいは複数本の斜めスリット溝が形成さ
れている。圧電素子４２，４４によりステータ部４０の
全体に曲げ振動を発生させると、縦スリット溝７０が曲
げられ、この曲げられた縦スリット溝７０にロータ回転
軸方向の振動が加わると、ロータ回転方向の捩り振動が
発生する。これにより、ステータ部４０のロータ接触面
６０上に生じる楕円振動も増幅され、大きな駆動力が得
られる。

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周を用い
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。しかし、従来この
種のモータは、ボルトによる締め付けを利用して捩り振
動を発生させており、ボルトのピッチや締め付け荷重を
正確に管理しなければならず、設計および製造が容易で
はない。

【０００３】このため、このようなボルトの締め付けに
よる捩り振動を利用しないで直接楕円振動を発生させる
振動モータも提案されている。例えば、特開平５−３８
１６７号公報，特開平５−１４６１７９号公報，特開平
４−３５５６７９号公報等に開示された振動モータがあ
る。

【０００４】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。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上述した直接
的な曲げ振動によりロータ接触面に楕円振動を生じさせ
る従来の振動モータにおいては、一般に圧電素子に印加
する電圧値を高くすることにより大きな駆動力を得るこ
とができるが、圧電素子の特性上印加する電圧値を高く
するにも限界があるため、それ以外の方法により大きな
駆動力を得ることができる振動モータが望まれていた。

【０００６】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、大きな駆動力を得ることが
できる振動モータを提供することにある。

【０００７】

【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、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、前記ロータ部
の回転軸方向に分極された１枚またはそれ以上の圧電素
子と、前記圧電素子の表面を前記ロータ部の回転方向に
分割し、各分割領域を異なる電圧印加領域とするととも
に、各電圧印加領域に多相の高周波交流電圧が印加され
る電極と、前記圧電素子を挟持するようにその両側に取
り付け固定されており、前記ロータ部の回転軸に平行な
１本あるいは複数本の縦スリット溝が、少なくとも一方
の表面に形成された第１のブロック体および第２のブロ
ック体と、を備え、前記各電圧印加領域に対応する前記
圧電素子を振動させることにより、前記ステータ部のロ
ータ接触面に接する前記ロータ部を回転駆動することを
特徴とする。

【０００８】

【作用】本発明の圧電素子に高周波交流電圧を印加する
電極は、この圧電素子の表面をロータ部の回転方向に沿
って分割し、各分割領域を異なる電圧印加領域とするよ
うに形成されている。したがって、各電圧印加領域に多
相の高周波交流電圧を印加することにより、これらの圧
電素子および電極を挟持するようにその両側に取り付け
固定されたブロック体に曲げ振動が生じ、このブロック
体のロータ接触面に楕円振動を直接発生させることがで
きる。したがって、このロータ接触面に接するロータ部
を回転駆動することができる。特に、本発明において
は、第１のブロック体あるいは第２のブロック体の少な
くとも一方の表面に、ロータ回転軸に平行な１本あるい
は複数本の縦スリット溝が形成されている。

【０００９】この縦スリット溝が曲げ振動によって傾斜
した際に縦振動が加わり、結果的に縦スリット溝部分に
おいて捩り振動が生じるため、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。すなわち、曲げ振
動により傾斜した縦スリット溝を考えた場合、この縦ス
リット溝にロータ回転軸方向の振動が加わると回転軸方
向の長さが伸縮し、ブロック体の縦スリット溝部分の全
体が捩れる現象が生じる。したがって、縦スリット溝を
形成することにより、捩り方向の振動が発生し、曲げ振
動のみによって楕円振動を発生させた場合に比べ、大き
な楕円振動が生じることになり、大きな駆動力を得るこ
とができる。

【００１０】また、２次的効果としてこの縦スリット溝
を含むブロック体の断面形状が部分的に凹凸形状となる
ことにより、放熱特性も飛躍的に向上する。

【００１１】

【実施例】次に、図面に基づいて本発明の実施例につい
て３相の振動モータを例にとり詳細に説明する。

【００１２】図１は、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。

【００１３】同図に示す本実施例の振動モータは、正転
および逆転の両方向に回転駆動されるロータ部３０と、
このロータ部３０を一方の端面であるロータ接触面６０
に発生する楕円振動によって回転駆動するステータ部４
０とを含んで構成される。

【００１４】このロータ部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とを含んでいる。
したがって、ステータ部４０のロータ接触面６０に楕円
振動が発生すると、ロータ部３０の円板３２は回転出力
軸３４回りに正転あるいは逆転方向に回転駆動される。

【００１５】また、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圧電素子
４２，４４と、一方の圧電素子４４の両側に前面で接触
するように配置された電極板４６，４８と、これら圧電
素子４２，電極板４６，圧電素子４４，電極板４８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
５０および第２の金属ブロック体５２と、これら２つの
金属ブロック体５０，５２を締め付け固定するための結
合ボルト５４とを含んでいる。

【００１６】また、第１および第２の金属ブロック体５
０，５２のそれぞれには、その側面のほぼ中央部近傍に
複数の縦スリット溝７０が形成されている。この縦スリ
ット溝７０の詳細については後述する。

【００１７】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す
る。

【００１８】図２は、ステータ部４０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４０は、第１の金属ブロック体５０，圧電
素子４２，電極板４６，圧電素子４４，電極板４８，第
２の金属ブロック体５２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４６からは３つの外部接続端
子４５Ｕ，４５Ｖ，４５Ｗが、他方の電極板４８からは
１つの外部接続端子４９がそれぞれ突出した形となって
いる。

【００１９】３つの外部接続端子４５Ｕ，４５Ｖ，４５
Ｗのそれぞれは、電極板４６を構成する３つの分割電極
板４６Ｕ，４６Ｖ，４６Ｗ（詳細形状等は後述する）に
接触する圧電素子４４の各部分に対して一定周波数の高
周波交流電圧を印加するものである。しかも、３つの外
部接続端子４５Ｕ，４５Ｖ，４５Ｗには、それぞれの位
相が１２０度ずれた３相の交流電圧が印加されるため、
圧電素子４４の円周方向に沿って振動のピークとなる位
置が巡回的に変化することになる。これにより、金属ブ
ロック体５０，５２には曲げ振動が発生し、ロータ接触
面６０上には所定の楕円振動が生じる。

【００２０】また、他方の圧電素子４２に対しては、外
部接続端子４９に図１に示す結合ボルト５４を介して電
気的に接続された第１の金属ブロック体５０の端面が電
極板として作用するため、この第１の金属ブロック体５
０と３つの外部接続端子４５Ｕ，４５Ｖ，４５Ｗとによ
って３相の高周波交流電圧が印加される。したがって、
圧電素子４２も圧電素子４４と同様に振動することにな
る。

【００２１】図３は、ステータ部４０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。

【００２２】上述した第１の金属ブロック体５０および
第２の金属ブロック体５２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５４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４２，
電極板４６，圧電素子４４，電極板４８のそれぞれに
は、結合ボルト５４の外径よりも大きな内径を有するボ
ルト挿通孔４２ａ，４６ａ，４４ａ，４８ａが形成され
ている。これらのボルト挿通孔の内径は、圧電素子４
２，電極板４６，圧電素子４４，電極板４８を組み立て
る際に結合ボルト５４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。

【００２３】ステータ部４０の組み立ては、先ず第２の
金属ブロック体５２に結合ボルト５４の一方端を螺合し
て取り付け固定した後、カラー５６を挿通し、その後こ
のカラー５６の外周側に電極板４８，圧電素子４４，電
極板４６，圧電素子４２のそれぞれを順に挿通する。次
に、第１の金属ブロック体５０を結合ボルト５４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５０，５２によってそれ以外の部材を締め付け固
定する。

【００２４】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。

【００２５】また、圧電素子４２，４４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
ときは他方が縮むことになる。ところが、電極板４６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４２が伸びる場合には他方の圧電素
子４４も伸び、一方の圧電素子４２が縮む場合には他方
の圧電４４も縮むことになる。これにより、ステータ部
４０の全体の振幅値を大きく設定することができる。

【００２６】また、上述した電極板４６は、円周方向に
３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
の電極板４６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を組み立て
た際、その外周部および連絡部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の組み立て終了後に、上述した連結部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
Ｕ，４６Ｖ，４６Ｗを得ることができる。

【００２７】特に、本実施例では、ステータ組み立て時
に各分割電極板４６Ｕ，４６Ｖ，４６Ｗを１枚の電極板
４６として取り扱うことができるため、その組み立て作
業が容易になるばかりでなく、分割電極板４６Ｕ，４６
Ｖ，４６Ｗの位置決めも正確に行うことができる。

【００２８】また、各分割電極板４６Ｕ，４６Ｖ，４６
Ｗのステータ外部へ突出する部分は、図２に示したよう
に外部接続端子４５Ｕ，４５Ｖ，４５Ｗとして使用する
ことができる。

【００２９】なお、上述した結合ボルト５４は、絶縁性
のカラー５６によって圧電素子４２，４４および電極板
４６と電気的に絶縁されている。

【００３０】図４は、第１の金属ブロック体５０および
第２の金属ブロック体５２のそれぞれに形成された縦ス
リット溝７０の詳細な形状を示す図である。同図（ａ）
にはステータ部４０の側面図が、同図（ｂ）にはＡ−Ａ
線断面図がそれぞれ示されている。

【００３１】同図に示すように、本実施例の縦スリット
溝７０は、第１の金属ブロック体５０および第２の金属
ブロック体５２のそれぞれに１６本形成されている。

【００３２】図５は、支持構造を考慮した実際のステー
タ部の構造を示す図である。同図（ａ）において、第１
の金属ブロック体５０に設けられた複数の縦スリット溝
７０は、回転軸方向に沿って２箇所に分割して設けられ
ており、これら分割された縦スリット溝７０の間にツバ
部７２が設けられている。このツバ部７２は、図示しな
いモータハウジングに対する支持部として機能するもの
であり、第１の金属ブロック体５０の外周面にリング状
に形成されている。また、同図（ｂ）にはステータ部４
０に発生する曲げ振動の２次共振の様子が示されてい
る。同図から明らかなように、ステータ部４０を２次共
振が生じる共振周波数で振動させた場合には、回転軸方
向の２箇所に振動の節の位置が存在する。したがって、
この２箇所の節の一方に対応する位置に上述したツバ部
７２を設けるようにすれば、ステータ部４０に発生した
曲げ振動を吸収することなく効率よくステータ部４０の
支持が可能となる。

【００３３】また、同図（ｃ）および（ｄ）にはステー
タ部に発生する曲げ振動２次共振および３次共振の様子
がそれぞれ示されている。これらの振動モードにおいて
は、回転軸方向にそれぞれ３箇所および４箇所の節が存
在するため、そのいずれか１つの節に対応させてツバ部
７２を設けるようにすればよい。

【００３４】このように、本実施例の振動モータは、ス
テータ部４０の第１および第２の金属ブロック体５０，
５２に複数の縦スリット溝７０を形成しており、この縦
スリット溝７０において各金属ブロック体の断面が部分
的に凹凸形状となる。

【００３５】この縦スリット溝７０は、圧電素子４２，
４４によって発生した曲げ振動により曲げられる。そし
てこの曲げられた縦スリット溝７０にロータ回転軸方向
の振動が加わると、縦スリット溝７０が回転軸方向に伸
縮してその傾斜が所定の範囲で変動するため、この縦ス
リット溝７０付近の金属ブロック体５０，５２において
ロータ回転方向の捩り振動が発生する。これにより、ス
テータ部４０のロータ接触面６０上に生じる楕円振動も
増幅され、大きな駆動力を得ることができる。

【００３６】また、この縦スリット溝７０が放熱フィン
として機能するため、圧電素子４２，４４の振動により
温度が上昇したステータ部４０を効率よく冷却すること
が可能となり、放熱特性を飛躍的に改善することができ
る。

【００３７】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。

【００３８】例えば、上述した実施例においては、第１
および第３の金属ブロック体５０，５２の両方に１２箇
所の縦スリット溝７２を形成する場合を例にとり説明し
たが、いずれか一方の金属ブロック体のみに縦スリット
溝７２を形成する場合、あるいは形成する縦スリット溝
７０の数を１本あるいは１２本以外の複数本にする場合
が考えられる。

【００３９】また、上述した実施例においては、電極板
４６を３分割し、それぞれの位相が１２０度異なる３相
の高周波交流電圧を印加するようにしたが、電極板４６
の分割数を変更して２相もしくは４相以上の高周波交流
電圧を印加する場合であってもよい。

【００４０】また、上述した実施例においては、従来の
ボルト締めランジュバン型振動モータのようにボルトの
締め付けを利用して捩り振動を発生させておらず、直接
曲げ振動を発生してロータ部３０の駆動を行っているた
め、結合ボルト５４以外の部材によって第１および第３
の金属ブロック体５０，５２の締め付けを行うようにし
てもよい。例えば、第１および第３の金属ブロック体５
０，５２のそれぞれに貫通孔を形成しておいて、各金属
ブロック体５０，５２を外側からボルトおよびナットに
よって締め付けたり、同様に貫通孔を有する第１および
第３の金属ブロック体５０，５２を結合ロッドを用いて
連結し、この結合ロッドの一方端あるいは両端をかしめ
ることにより締め付けを行う場合が考えられる。

【００４１】

【発明の効果】このように、本発明によれば、縦スリッ
ト溝を形成することにより、捩り方向の振動が増幅され
るため、曲げ振動のみによってロータ接触面に楕円振動
を発生させる場合に比べ大きな楕円振動を生じさせ、大
きな駆動力を得ることができる。

【００４２】また、２次的効果として、この縦スリット
溝を含むブロック体の断面形状が部分的に凹凸形状とな
るため、振動モータの放熱特性を飛躍的に向上させるこ
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】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構造を示
す分解斜視図である。

【図４】第１および第２の金属ブロック体のそれぞれに
形成された縦スリット溝の詳細の形状を示す図である。

【図５】ステータ部に発生する曲げ振動と縦スリット溝
の関係を示す図である。

【符号の説明】

３０ ロータ部 ４０ ステータ部 ４２，４４ 圧電素子 ４６，４８ 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 ７０ 縦スリット溝

Claims (1)

【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方向に分極された１枚またはそれ
   以上の圧電素子と、 前記圧電素子の表面を前記ロータ部の回転方向に分割
   し、各分割領域を異なる電圧印加領域とするとともに、
   各電圧印加領域に多相の高周波交流電圧が印加される電
   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
   されており、前記ロータ部の回転軸に平行な１本あるい
   は複数本の縦スリット溝が、少なくとも一方の表面に形
   成された第１のブロック体および第２のブロック体と、 を備え、前記各電圧印加領域に対応する前記圧電素子を
   振動させることにより、前記ステータ部のロータ接触面
   に接する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。