JPH03128683A - 超音波モータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野〕 本発明は超音波モータ、詳しくは超音波振動により接触
部材に駆動力を発生させる超音波モータに関する。

［従来の技術］ 定在波の節を利用して接触部材である移動体を駆動させ
る超音波モータは、例えば、特開昭６３−６９４７２号
公報に開示されている。これは、厚み屈曲振動の定在波
を発生する円板状の振動子の一方側の同一円周上で定在
波の節となる部分に法線方向に突出した突起を配置し、
この振動子の他方側に突起の部分を１つおきに逆位相で
厚み方向に振動させる手段を配置し、この突起に回転子
を圧接することにより定在波によって突起の円周方向の
傾きが変化するので、この変化により回転子に一定方向
の回転力を与えるようにしたものである。そして、上記
公知例中には、円板屈曲振動子の節の位置に複数の横効
果を利用した縦振動子を取り付けた提案も開示されてい
る。

また、特開昭５９−９６８８１号公報によって提案され
ている進行波型のリニア型超音波モータでは、進行波を
効率よく発生させるために閉ループ形状の屈曲振動子を
用いる必要があり、振動子が非常に大型になって、この
振動子の支持機構も複雑化し、モータの効率自体も数％
と必ずしも効率の高い小型のリニアタイプの超音波モー
タにはならなかった。

また特開昭６３−２７７４７７号公報に開示されている
ような板の屈曲共振と板の長手方向の縦共振振動を合成
する型のリニアタイプの超音波モータの場合には、板の
屈曲共振と縦共振の共振周波数を一致させないと高効率
なモータを実現することができず、大きさや形に制約さ
れてしまう。

従って、小型化、高効率化が容易ではなかった。

更にまた、このモータでは摩擦力を発生させるための振
動が圧電体の横効果（電圧印加方向に対し、振動方向が
直交している）を用いているため、圧着力を大きくする
ことができず、大きな駆動力を発生させることができな
いという欠点も有していた。

Ｃ発明が解決しようとする課題］ ところで、上記特開昭６３−６９４７２号公報記載の提
案による構成では、第１の振動子で発生された曲げ振動
に同期して、第２の振動子で発生させた曲げ振動により
第１の振動子の茹上に配置された突起を厚み方向に振動
させなければならない。このためには、第１の振動子の
共振周波数と第２の振動子の共振周波数を合わせこむ必
要があり、振動子製作に高度な技術が要求される。また
、第１の振動子を振動させても、この第１の振動子に配
置されている第２の振動子によって、第１の振動子の振
動が抑制されてしまうし、逆に、第２の振動子の振動は
第１の振動子によってその振動を抑制されてしまうので
、振動エネルギーの損失が大きい。

また、上記特開昭６３−６９４７２号には屈曲円板の茹
上に圧電体の横効果を利用した縦振動子を使用する手段
も開示されているが、この場合、移動体を駆動するため
に必要な振幅で駆動するには、 ■縦振動子に高電圧信号を印加する。

■縦振動子を長くする。

■縦振動子を共振させる。

等の手段が考えられる。しかしながら、上述の各手段を
実施しようとすると、多くの問題点があるので、第１４
図により、その問題点を以下に説明する。

第１４図は、縦振動子の動作を説明するための斜視図で
ある。図において、縦振動子１０１に圧電体の横効果を
利用するための厚み方向に電圧を印加する場合、縦振動
子の元の長さをＬ　（ｍ）　。

厚みをＴ　（ｍ）　、幅をＷ（ｍ）、長さＬ方向の圧電
歪定数をｄ３、（ｍ／Ｖ）、印加電圧をＶ　（ｖ）とす
ると、変位ΔＬ　（ｍ）は ΔＬ　−ｄ　ａｔＴＶ　　・・・・・・・・・（１）な
る関係式で表わされる。

そこで、長さ１０關１幅２ＩＩ１１の縦振動子に１００
ｖの電圧を印加する場合を考える。この場合、電圧印加
方向は分極方向Ａ１に対し逆なのでＶ−−１００Ｖとな
る。今、圧電歪定数ｄ３□を超音波モータに使用される
圧電素子材料の標準値である ｄ　　＝−’に３０Ｘ１０−”’　ｍ／Ｖ１ とすると、変位ΔＬ　（ｍ）は ΔＬ　”　−１３０Ｘ　１０””２Ｘ　Ｏ°０１４ｏ（
１２Ｘ　（１００）−８，５Ｘ　１０−０−８（・・・
・・・・・・（１ａ）となる。即ち、負の１００Ｖの電
圧を印加しても、変位ΔＬ　（ｍ）は、たかだか０．０
６５μｍの伸びにしかならない。そこで、変位ΔＬを大
きくする手段を以下に検討する。

先ず、上記■項のように、電圧を高くして変位ΔＬをか
せぐ場合を考える。例えば、変位１μｍを得ようとする
と、上記（ｌａ）式ではＶ−１００ＶでΔＬ　＝０．０
６５　μｍだったので、１１０．０８５−１５ つまり、ｌ００Ｖ（７）１’５倍にあたる１５００ｖと
いう非常に高い印加電圧Ｖを必要とすることになる。

次に、上記■項のように縦振動子を長くして充分な変位
ΔＬ−１μｍをかせぐ場合を考える。上記（１）式を変
形して縦振動子の元の長さＬを求めとなる。そこで、上
式に実際の数値を代入すると、−０，１５３ （ｍ） となる。つまり、１μｍの変位をかせぐためには、１５
．３ｃｍもの長さの縦振動子を必要とすることになる。

更に、上記■項の共振を利用する場合を考える。

今、長さ方向の周波数定数をＮ２　（Ｈｚ−ｍ）、長さ
をＬ　（ｍ）とすると、長さ方向の共振周波数ｆ　　（
Ｈｚ）は ｆ、−Ｎ２／Ｌ、・・・・・・・・（２〉なる関係式で
表わされる。この（２）式を変形すると、 Ｌ−Ｎ２／ｆｒ−・・・・・（２ａ） が得られる。そこで、長さ方向の周波数定数Ｎ２として
超音波モータに通常使用される材料の値１５７０　（Ｈ
ｚ−ｍ）を、縦振動子の長さ方向の共振周波数ｆ　とし
て超音波モータの一般的な駆動周波数４０ＫＨｚを、そ
れぞれ上記（２ａ）式に代入すれば、縦振動子の長さＬ
は、 Ｌ−１５７０／４００００ −０．０３９２５　　　（ｍ） となる。つまり、４０ＫＨｚで共振する縦振動子の長さ
Ｌは、約４ｃｍ程度となるから、上記■項の検討で得ら
れた１５４ｃｍの約１／４の長さとなるが、これでも縦
振動子としてはかなり長くなってしまう。このような約
４ｃｍの長さの縦振動子では、屈曲の共振点がこれより
低い周波数の所に存在するから縦振動の動作が不安定に
なり実用的でなく、圧電体自体も折れやすくなる。

また、縦振動子を円板上に多数並べる場合、縦振動子で
発生された駆動力を回転子に有効に伝達するためには、
回転子に各縦振動子先端を均一に接触させねばならない
。従って、各振動子の接触面の平面性を保つことが難し
くなってしまう。

そこで本発明の目的は、上述の問題点を解消し、生産性
が高く、高効率で応答性のよい超音波モータを提供する
ある。

［課題を解決するための手段および作用コ本発明の超音
波モータは、板状もしくは棒状の弾性体と、該弾性体に
固定され、交流電圧を印加されることにより該弾性体に
定在波型の屈曲振動を起こす屈曲振動子と、上記弾性体
の表面で上記屈曲振動の節線上に設けられており、上記
屈曲振動子により該節線を中心として揺動され、交流電
圧を印加されて上記屈曲振動の振幅方向に伸縮する縦振
動子からなる振動体と、上記縦振動子の先端面に圧接さ
れる接触部材と、を具備し、上記屈曲振動に同期して上
記縦振動子を伸縮させることにより、上記振動体と接触
部材とを相対移動させることを特徴とするものである。

［実　施　例］ 以下、図示の実施例により本発明を説明する。

先ず、本発明の詳細な説明するに先立って、本発明の基
本原理を述べた後、第１５図を用いて圧電素子を積層し
て形成した縦振動子を、また第２゜３図を用いて屈曲振
動子と縦振動子等からなる駆動体の構造、動作、振動姿
態等をそれぞれ説明する。

本発明の超音波モータの基本原理を説明すると、両端部
を有する棒状または板状の弾性体に１個また１よ複数個
の圧電素子を固着して厚み屈曲振動の定在波を発生する
屈曲振動子と、この屈曲振動子から励起される定在波の
節線上且つ中立軸より同一高さに厚み縦効果を利用した
圧電素子を複数積層して屈曲振動の振動の振幅方向に振
動する縦振動子とからなる振動体、および、この縦振動
子の端面に圧接された接触部材からなり、屈曲振動子と
縦振動子とを所定の位相差を有する交流電圧で駆動し、
上記振動体と接触部材を相対移動させることを特徴とす
るものである。そして、この超音波モータでは、屈曲振
動子を共振、縦振動子を非共振でそれぞれ使用するため
、屈曲振動子と縦振動子の共振周波数を合わせこむ必要
がないから、生産性がよくなる。また、屈曲振動子は節
をもつので低損失支持が可能となる。更に、縦振動子が
非共振ということは共振に比較して振動形態が非常に安
定することになるので高効率の超音波モータとすること
ができる。

次に、圧電素子を積層して形成された積層縦振動子の構
成、動作を第１５図により説明する。図において、積層
縦振動子の電圧を印加していないときの長さをＪ７（ｍ
）、積層した枚数をｎ、高さｇ方向の圧電歪定数をｄ３
３（ｍ／Ｖ）、印加電圧をＶ　（ｖ）とすると、圧電体
を電気的に並列にｎ層重ねて電圧を印加したときの変位
ΔＤ　　（ｍ）は、一般的に、 Δｇ増ｎｄ３３ｖ　・・・・・・・・・（３）なる関係
式で表わせる。この（３）式を変形すると、となる。そ
こで、圧電歪定数ｄ３３として積層アクチュエータに使
用される圧電素子材料の標準値ｄ　　−６３５×１０−
１２　ｍ／Ｖ ３ を、積層縦振動子に印加する電圧として１００ｖを、そ
れぞれ上記（３ａ）式に代入すれば、変位１μｍをかせ
ぐのに必要とする積層枚数ｎは、−１５，７ となる。つまり、１μｍの変位をかせぐのに圧電素子を
１６枚使用すればよいことになる。

例えば、厚み０．１２＋ｎｍの圧電素子を使用した場合
１６　ＸＯ，１２−１，９２（關） となるから、１μｍの変位を得るには、約２ｍの高さの
積層縦振動子に１００ｖの電圧を印加すればよいことに
なる。このように、縦振動子として圧電素子を積層して
使用することにより、外形が非常に小型になると共に、
低電圧で駆動可能な超音波モータを得ることができる。

次に、本発明の超音波モータに使用される駆動体の構造
、動作、振動姿態を説明する。

第２図（Ａ）、（Ｂ）は、圧電素子６を含む屈曲振動子
１と第１．第２の縦振動子３，４とからなる振動体２の
正面図と振動状態を示す作用図とである。

図において、屈曲振動子１を屈曲振動させても変位のな
い点が節Ｎ、　Ｎ’であり、この節Ｎ、またはＮ′を通
り紙面に垂直な方向に引かれた線が節線である。また、
図中の矢印は分極方向を示している。更に、５は縦振動
子３．４の先端面に圧接される接触部材である移動体を
示す。

屈曲振動子１は板状弾性体７とその下面に板厚方向に分
極された圧電素子６が接着されて構成され、また、屈曲
振動子１の節線上に、分極方向が互いに向き合うように
積層された第１の縦振動子３、第２の縦振動子４が屈曲
振動子表面より突出されて配置されている。

このような構造において、屈曲振動子１が屈曲振動をす
ると、第２図（Ｂ）に示すように屈曲振動の節の部分で
は節Ｎ、Ｎ’を中心とした微小回転往復運動を生ずる。

そこで、第１．第２の縦振動子３．４は互いに回転方向
が異なる微小回転往復運動、つまり揺動されることにな
る。また、この縦振動子３，４上に移動体５が圧接され
ている。

そして、微小回転往復運動のうち往動作あるいは復動作
のうちいずれか一方の動作を移動体５に作用させるよう
に縦振動子３．４を駆動し、移動体５を一方向に相対的
に駆動するようになっている。

次に、圧電素子６および縦振動子３，４の分極方向と積
層方法並びに配線方法を第３図に示す。

第３図において、圧電素子６の下側の電極に印加される
交流電圧が正なら屈曲振動子１は上に凸状に屈曲してお
り、負なら下に凸状に屈曲している。

また、縦振動子３．４の交流電圧が正なら、第１の縦振
動子３は伸張した状態になり、第２の縦振動子４は収縮
した状態になる。そして、縦振動子３．４の交流電圧が
負なら、第１の縦振動子３は収縮した状態になり、第２
の縦振動子４は伸張した状態になる。なお、図中の矢印
は分極方向を示している。

次に、第２図（Ｂ）を用いて、動作の説明をする。

屈曲振動子１と縦振動子３．４とは位相が互いに９０＠
シフトした交流電源で駆動されるから、第１の縦振動子
３が伸張して移動体５１こ圧接、第２の縦振動子４が収
縮して移動体５から離脱するのに同期して、第１の縦振
動子３が配置された屈曲振動子１の節Ｎの位置では、こ
の節Ｎを中心とした第１の縦振動子３の先端Ｐの微少な
反時計方向回転ｐ’−ｐが生ずるので、第１の縦振動子
３は移動体５を右から左へ蹴り上げるように作用し、水
平方向の移動力を移動体５に付与する。このとき、第２
の縦振動子４が配置された屈曲振動子１の節Ｎ′の位置
では、この節Ｎ′を中心とした微少な時計方向回転Ｍ’
−Ｍが生じるが、第２の縦振動子４は収縮して移動体５
と接触していないので移動体５に逆方向の力を付与する
ことはない。

また、第１の縦振動子３が収縮して移動体５から離脱、
第２の縦振動子４が伸張して移動体５と圧接するのに同
期して、第２の縦振動子４が配置された屈曲振動子１の
節Ｎ′の位置では、この節Ｎ′を中心とした微少な反時
計方向回転Ｍ−Ｍ’が生ずるので、第２の縦振動子４は
移動体５を右から左へ蹴り上げるように作用し、水平方
向の移動力を移動体５に付与する。このとき第１の縦振
動子３が配置された屈曲振動子１の節Ｎの位置では、こ
の節Ｎを中心とした微少な時計方向回転ｐ−ｐ’を生ず
るが、第１の縦振動子３は収縮して移動体５と接触して
いないので移動体５に逆方向の力を付与することはない
。従って、この動作の繰返しにより移動体５が水平左方
向に動くことになる。

移動体５を逆方向に動かすには、屈曲振動子１に対する
第１．第２の縦振動子３，４の伸縮タイミングを逆にす
ればよい。即ち、屈曲振動子１または第１．第２の縦振
動子３．４に印加する信号を上記の場合に対して１８０
”位相をずらせば、移動体５を上記とは逆の方向に駆動
することができる。

以上が本発明の超音波モータに使用される駆動体の構造
、動作、振動姿態の説明である。次に、本発明の具体的
な実施例を図面に基づいて説明する。

第１図、第４図、第５図は、本発明の第１実施例を示す
超音波モータのそれぞれ側断面図、正面図、斜視図であ
る。また、第６図は、この第１実施例における屈曲振動
子に励起された３次の振動状態を示す線図である。なお
、上記第３図までの説明では、屈曲振動子や縦振動子が
固定されていて、接触部材である移動体を移動するとし
ていたが、この第１実施例では、上記接触部材に相当す
るリニアレールがモータ本体に固定されていて屈曲振動
子や縦振動子等からなる振動体を移動するものとして説
明する。

図において、屈曲振動子１は、ステンレス、黄銅、リン
青銅、アルミニウム等からなる弾性体７の下面に第６図
に示す比率に配置された圧電素子６が一体に接着されて
構成されている。このように圧電素子６を配置すると両
端自由の３次の屈曲振動が最も効率よく励起でき、その
場合第６図に示すような位置に振動の節ができる。この
屈曲振動子１の節の位置、つまり弾性体７の左右長手方
向の両側面から（０，０９４４＋０．２６１４）　／１
の比率の位置に厚み方向に分極された複数の圧電素子板
を積層してなる第１．第２の縦振動子３．４が接着され
ており、その縦振動子３，４の端面はリニアレール８の
摺動面８ａに直交する方向に圧接されている。ここで第
１．第２の縦振動３．４は同一の分極構造を持っている
。

なお、本実施例では、第１．第２の縦振動子３゜４の下
面つまり、屈曲振動子１との接着面に絶縁層９を設けて
いる。この絶縁層９が必要になるのは、圧電体を積層し
た第１．第２の縦振動子３゜４の上面のリニアレール摺
動面８ａへの接触部が正の電極になる場合である。しか
し、リニアレール摺動面８ａへの接触部が負の電極の場
合には、リニアレール８を接地すればよく、この場合絶
縁層９は不要になる。そして、この縦振動子３．４の上
面つまり、リニアレール８の摺動面８ａとの接触面に高
分子材料、セラミックス、複合材料等の絶縁性及び耐摩
耗性のある摩擦材２７を張り付ければ、縦振動子３，４
に印加された電圧がリニアレール８へ漏れるのを防止で
きると共に、耐久性のあるモータにすることができる。

また、本実施例では摩擦材２７の先端は蒲鉾状の部分円
柱形をしているが、これは第２図（Ｂ）のように屈曲振
動子１が屈曲振動を起こすと節の部分では節を中心とし
た微少回転往復運動をしているため、縦振動子３．４の
先端が円弧を描くことになる。摩擦材２７の先端つまり
リニアレール８との接触面が角型だと、リニアレール８
への接触箇所が角−平面一角と接触していくため接触状
態が不安定となり、リニアレール８の相対移動速度に斑
が発生する。そこで、摩擦材２７の先端、つまりリニア
レール８との接触面を部分円柱状にすることにより、摩
擦材２７の先端とリニアレール８は常に安定した接触状
態になる。そして、摩擦材２７の部分円柱部の面の曲率
半径Ｒは、第２図（Ｂ）を例にとると、縦振動子３，４
と摩擦材２７の合計高さに関連する、摩擦材の先端Ｐ′
（またはＭ’　）から節Ｎまでの長さＰ’Ｎ（またはＭ
’Ｎ）にするのが望ましい。

更に、摩擦材２７を張り付けることにより、摩擦材２７
の厚みを調整することや圧電素子と上記摩擦材２７を一
体成形した後に摩擦材を研磨することによって、縦振動
子３，４のリニアレール摺動面８ａとこのリニアレール
８との接触を最良の状態にすることができる。

この屈曲振動子１の上記各々の節の位置には、弾性体の
両幅方向の側面に４個の、屈曲振動子１の支持部となる
支持ピン１０ａ、１０ｂ、１０ｃ。

１０ｄが取り付けられている。第７図（Ａ）、＜８）は
振動体２の側面図、正面図であって、この振動体２は弾
性体７．圧電素子６．第１．第２の縦振動子３．４およ
び４個の支持ピン１０ａ、１０ｂ。

１０ｃ、１０ｄより構成されている。なお図中の矢印は
分極方向を示している。

振動体２を形成している弾性体７の側面から出ている４
個の支持ピン１０ａ、１０ｂ、１０ｃ。

１０ｄは、屈曲振動によって生ずる節の微少回転往復運
動を妨げないように短円柱体で形成されており、支持台
取付板１１に固定された支持台１２で支持されている。

そして、この支持台１２の上面は、支持ピン１０ａ、１
０ｂ、１０ｃ、１０ｄとの接触部であり、支持ピンと同
様屈曲振動子の屈曲振動を妨げないことと位置決めが必
要であるため、Ｖ字型の溝になっている。また、この支
持台１２は振動体２で発生する不要な振動を支持台取付
板１１の方へ漏れないように、クランク状の薄肉部を有
していると共に、振動体２が屈曲振動子１の振動方向と
垂直方向にずれないように、支持ピン１０ａ、１０ｂ、
１０ｃ、１０ｄの短円柱部に段差が設けられており、ず
れようとすると支持台１２に当て付くようになっている
。

支持台取付板１１には、支持台取付板１１の中心部に支
持用ボルト１８の先端部が通るような穴が設けられてい
る。また、上下のバネ押え１４゜１６でガイドされた圧
力調整用バネ１５とバネ圧調整ナツト１７がボルト１８
に通され、このボルト１８の上方先端部が支持台取付板
１１の中心部の穴に嵌合されている。そして、このバネ
圧調整ナツト１７は、ボルト１８のネジ部に噛合してい
るので、このバネ圧調整ナツト１７を回すことによって
、図の上方に圧力調整用バネ１５を移動調整することが
できる。そして、支持台取付板１１が上方へ移動し、移
動体に取り付けられた縦振動子３，４の各々の端部を、
リニアレール８の摺動面８ａに圧接するようになってい
る。

下板１９の中央には、ネジが切られており、上記ボルト
１８の下方が下板１９に螺着されている。

そして、ボルト１８の下部は円板状になっており、この
円板の下面が下板１９の上面に接するため、ボルト１８
はガタがなく固定されている。そして、リニアレール８
の摺動面８ｂには、軸２３に挿通されたベアリング２６
に取り付けられ回転自在の車輪２２が載置されている。

上板２１と下板１９は、左右の両側板２０で固定されて
おり、上板２１．下板１９９両側板２０は剛体で形成さ
れている。そして、第１図、第４図に示すように両側板
２０の中心部の上方に上記車輪２２を通した軸２３が固
定されている。上記支持台取付板１１の両側面には、第
１図の手前側と奥側に各１本の取付板ガイド捧２５が埋
設されていて、この取付板ガイド棒２５は側板２０の壁
面中央の上下方向に穿設された溝２４にガイドされるよ
うになっている。これによって、上記リニアレール摺動
面８ａと縦振動子３，４との接触圧の調整時に上下する
支持台取付板１１が、ガタつかないようになっている。

このように構成されたこの第１実施例において、リニア
レール８以外の移動対象をリニアレールに沿って第１図
の矢印Ａのように右方向に移動する方法を、第８図、第
９図により以下に説明する。

屈曲振動子１に、第８図（Ａ）に示すような振幅■　で
角周波数ωの正弦波形ＩＩ、の交流電圧Ｖ（、ｓｉｎ　
（ＩＪ　ｔを印加する。また、第１の縦振動子３に第８
図（Ｂ）に示すような上記正弦波形Ｉ１１より９０°位
相が進んだ正弦波形ｆＩ２の交流電圧を印加する。そし
て、第２の縦振動子４に第１の縦振動子３に加えた正弦
波形ρ２と１８００位相の異なる正弦波形ＩＩ３の交流
電圧を印加すると、第９図（Ａ）〜（Ｄ）に示すように
第１の縦振動子３が伸張、第２の縦振動子４が収縮する
のに同期して屈曲振動子１が駆動され、縦振動子３，４
がハの字型から逆ハの字型になる屈曲振動をする。する
と、摺動面８ａに第１の縦振動子３が圧接し、第２の縦
振動子４が離れる。そこで、上記振動体２は、第１の縦
振動子３がリニアレール８の摺動面８ａを右から左に蹴
り上げることになり、その結果、振動体２が右方向に移
動する。

次に、第９図（Ｅ）〜（Ｈ）において第１の縦振動子３
が収縮、第２の縦振動子４が伸張するのに同期して屈曲
振動子１が駆動され、縦振動子３．４が逆ハの字型から
への字型になる屈曲振動をする。

すると、摺動面８ａと第２の縦振動子４が圧接し、第１
の縦振動子３は離れるので、振動体２は第２の縦振動子
４が摺動面８ａを右から左に蹴り上げることになり、そ
の結果、振動体２が右方向に移動する。

そして、上記作動の連続繰返しにより振動体２は屈曲振
動子１の屈曲に伴って移動する。これと共に、上下板１
９．２１に一体となった移動対象がリニアレール８の摺
動面８ｂ上の車輪２２を回動しながら右側へ走行する。

尚、リニアレール以外の移動対象を左側へ走行させる場
合には、屈曲振動子に対する縦振動子３，４の伸縮タイ
ミングを逆にすればよい。つまり、屈曲振動子１または
縦振動子３．４に印加する信号を上記の場合に対して１
８０”位相をずらせば、第１図におけるリニアレール８
以外の移動対象を矢印Ａとは逆の方向に駆動することが
できる。

この第１実施例における上記移動対象の移動速度と駆動
力は、屈曲振動子１の屈曲振動振幅と縦振動子３，４の
振動振幅との振幅比に関係することになるので、第１０
図によりこれを説明する。

第１０図（Ａ）　、　（Ｂ）は縦振動子の振動振幅が零
で屈曲振動子の屈曲振動のみが発生しているときの振動
体の動作を示す作用図である。また、第１０図（Ｃ）　
、　（Ｄ）は屈曲振動子１の屈曲振動振幅と縦振動子３
．４の振動振幅が合成された場合の縦振動子３．４の先
端Ｔ（第１０図（Ａ）、’（Ｂ）参照）の軌跡を示す線
図である。この第１０図において、（Ａ）。

（Ｃ）は屈曲振動子１の振動振幅が大きい場合を、（Ｂ
）　、　（Ｄ）は小さい場合をそれぞれ示している。第
１０図（Ｃ）　、　（Ｄ）において、縦振動子３．４の
振動振幅ＵＭは同じである。これは、縦振動子３．４に
印加する電圧振幅を一定に保つことによって実現できる
。このときの縦振動子の振幅は接触部材（リニアレール
８）との接触面の面精度以上の値であることが必要で、
実用的には０．１μｍ以上の振幅を必要とする。また、
縦振動子３．４の発生力は縦振動子に印加する電圧に比
例し、接触部材（リニアレール８）への圧接力に抗して
上述の必要な振幅０．１μｍ以上を発生させるだけの値
が必要である。リニアレール８への圧接力はモータの駆
動力に比例し、駆動力を大きくする場合は圧接力を大き
く、かつ縦振動子への印加電圧を高くすればよい。

次に、移動速度は第１０図で屈曲振動子１の屈曲振動に
よって生ずる水平方向成分Ｕｖｌ’　Ｕｖ□に比例し、
これは屈曲振動子１と一体の圧電体に印加する電圧に比
例する。即ち、縦振動子３．４のみ駆動し、屈曲振動子
１を駆動しない場合は、移動速度は零で接触部材は移動
しない。従って移動対象も動かない。その状態から徐々
に屈曲振動子１への振幅を増してゆくと、移動速度はそ
れに比例して速くなる。屈曲振動子１の振幅を変化させ
るには上述の印加電圧を変化する方法の他、屈曲振動子
１の駆動周波数を共振点から変化させる方法、屈曲振動
子に印加する高周波電圧をバースト信号として間欠的に
する方法等がある。これらの方法を用いて速度Ｏから縦
振動子と接触部材（リニアレール８）との接触面間に滑
りの発生しない最大の速度まで無段階に速度を変えるこ
とができる。

また、この第１実施例では縦振動子３．４の屈曲振動子
１への接着部における、屈曲振動子１の長さ方向に沿っ
た縦振動子３，４の幅は小さい方がよい。何故なら、屈
曲振動子１には屈曲振動が起っているので、縦振動子３
，４の幅を広くすると、屈曲振動子１に起っている屈曲
振動を妨げることになるからである。一方、縦振動子３
．４の幅をあまり狭くすると、屈曲振動子１への接着力
が弱まるから、屈曲振動子１の屈曲振動によって縦振動
子３，４と屈曲振動子１の接着部や縦振動子の破壊が起
こる可能性がある。しかし、この第１実施例では、縦振
動子に積層縦振動子を使用しているため、縦振動子の高
さ方向を十分に低くすることができ、これによって縦振
動子が破壊する虞がない。

この第１実施例では縦振動子３．４は幅１．５ｍｍ、長
さ７．４　ｔａ■、高さ２ｍｍ程度の寸法のものを使用
している。この縦振動子では、長さ方向の共振周波数が
約２００ＫＨｚ付近、縦方向の共振周波数が約７００Ｋ
Ｈｚ付近に存在している。また、屈曲振動子の屈曲振動
の共振周波数は４０ＫＨｚ付近であり、縦振動子の長手
方向の共振周波数の１／３以下なので、屈曲振動子の共
振時に縦振動子は屈曲振動の影響を受けることがない。

前記第１５図で詳細に述べたが、縦振動子は本実施例の
場合、変位１μｍかせぐのに板厚０．１２ｍ＋ｓの板状
圧電体１６枚を積層した高さ２ｍｍ程度のものに電圧１
００ｖを印加すればよく、非常に小型で且つ低電圧で駆
動可能な超音波モータを得ることができる。

更に、屈曲振動子の屈曲振動をしている変位の殆んどな
い点、つまり第１０図（Ａ）　、　＜８）における屈曲
振動子１の中立面Ｓ１．Ｓ２に垂直で、その交線が節線
１４．１５となる節Ｎ１．Ｎ２の面内に縦振動子３．４
と支持部位を配置したことにより、屈曲振動子１で発生
している屈曲振動の漏れを最小限にしたから、屈曲振動
を最もよく励振することができる。

そして、筒面上で縦振動子３，４の縦振動方向と同一方
向に圧接力が働くよう支持部位を配置しである。そして
、屈曲振動子１が屈曲振動をする場合、屈曲振動子の中
立面は節を中心として紙面上で左右の部分が上下に振動
することになる。このため屈曲振動の節の位置以外に支
持部を設けると屈曲振動子の屈曲振動を妨げることにな
り、振動状態が不安定になるからモータ効率が低下する
ことになる。また、縦振動子３，４の縦振動方向と支持
部位の支持のための力の方向と位置が略−致しているた
めに、縦振動によって圧接力が有効に接触部材（リニア
レール８）に伝わるから効率の高い安定したモータが実
現できる。

以上説明したこの第１実施例では、リニアレール８を固
定し、屈曲振動子１や縦振動子３，４からなる振動体２
を含めた移動対象を、リニアレール８に沿って走行させ
るように構成した、例えば自走式モータを示していた。

しかしながら、上記移動対象を固定し、リニアレール８
を移動させるようにしたこの第１実施例における変形例
を、第１１図（Ａ）　、　（Ｂ）により以下に説明する
。

第１１図（Ａ）　、　（Ｂ）は、この変形例の正面図と
側面図である。図において、下板１９ａで固定された一
対の支持台１２ａの上に、屈曲振動子１ａや縦振動子３
ａ、４ａからなる振動体が載り、該振動体の縦振動子３
ａ、４ａと接触部材である移動体２９の下面の一部が接
触している。また、その上部には圧力調整用バネ１５ａ
、１５ｂで下方に引張された支軸２３ａに車輪２２ａを
取着したものが配置されている。この車輪２２ａは、移
動体２つに接触して回転できるようになっていて、この
車輪２２ａの支軸２３ａと圧力調整用バネｔＳａ。

１５ｂは、車輪が上下に移動可能な構造のフレーム３０
に組み込まれ、このフレーム３０は下板１９ａに取り付
けられている。そして、圧力調整用バネ１５ａ、１５ｂ
により、移動体２９と、振動体との接触圧力を調整する
ようになっている。

この振動体に前記第１実施例と同じ位相差の交流電圧を
屈曲振動子１ａおよび縦振動子３ａ、　４ｇに印加する
と、移動体２つのみがリニアに移動することになる。ま
た、この変形例では、移動体２９の摺動面２９ｂ上には
車輪２２ａがリニアレールの幅方向に外れないように車
輪の幅よりやや広い溝２９ａが設けられている。

第１２図（Ａ）　、　（Ｂ）は、本発明の第２実施例を
示す超音波モータの正面図と側面図で、縦振動子が１個
の場合を示している。上記第１実施例が節が４つある両
端自由の３次屈曲振動モードを使用していたのに対し、
この第２実施例では節が１個である一端クランプの２次
屈曲振動モードを使用した点が異なる。

振動モードとしては、第１２図（Ｃ〉に示すように、片
側を完全にクランプした状態の２次屈曲共振モードを考
えると、この板の屈曲振動の節は全長を１とした場合、
板の先端から０．２１６５の所にあることになる。よっ
て、本実施例では屈曲振動子ＩＡの一端を完全にクラン
プするように側板２１Ａに固定し、該屈曲振動子ＩＡの
先端から（０，２１８５／　１　）の比率の節の位置に
縦振動子３Ａを配置している。そして、該縦振動子３Ａ
を配置した節の位置に、上記第１実施例と同じように、
支持台１２Ａ、接触部材である移動体５Ａ、圧力調整用
バネ１５Ａ；１５Ｂ、車輪２２Ａ、一対のフレーム３３
を配置する。なお、上記屈曲振動子ＩＡと縦振動子３Ａ
とは振動体を構成する。そこで、上記振動体に上記第１
実施例と同じ位相差の交流電圧を印加すれば、移動体５
Ａのみがリニアに移動することになる。ここで、移動体
５Ａが水平方向に移動した場合、移動体５Ａが傾むくこ
とがないように車輪２２Ａの両側に、フレーム３３に横
架した２本の支軸２８ａ、２８ｂに回転可能な小型の車
輪３１．３２をそれぞれ取り付け、これらを移動体５Ａ
に押し当てている。

この第２実施例の場合も上記第１実施例と同様移動体５
Ａの摺動面ＳＡａ上に溝２９ａが設けられている。

以上が本発明の第２実施例を示す超音波モータの概要で
ある。次に、これら第１．第２実施例を示す超音波モー
タの応用例として、超音波モータをカメラのレンズ鏡筒
に適用した例を第１３図（Ａ）　、　（Ｂ）により説明
する。

第１３図（Ａ）　、　（Ｂ）は、上記超音波モータを使
用してカメラのレンズ鏡筒のような円筒の中にある内部
移動体、例えばレンズ支持枠を移動させるようにした応
用例である。

第１３図（Ａ）は、レンズ鏡筒の断面図であり、第１３
図（Ｂ）　（；ｉ、第１３図（Ａ）（７）Ｘ−Ｘ線に沿
う断面図である。図において、この応用例は、鏡筒外壁
４１に圧力調整用板バネ４２が固定され、該圧力調整用
板バネ４２が振動体である圧電素子４３および縦振動子
４４の貼着された屈曲振動子４５を固定支持しており、
該屈曲振動子４５に貼着された縦振動子４４の先端が、
円筒状からなり内部にレンズを固定した内部移動体４７
に圧力調整用板バネ４２によって圧力調整されて接して
いる。また、接触部材である内部移動体４７の縦振動子
４４に接している箇所は、屈曲振動子４５と縦振動子４
４で発生した駆動力を効率よく伝達させるように平面状
になっており、また、平面状であるために不要な回転が
発生しない。そして、上記屈曲振動子４５と縦振動子４
４に上記実施例と同様の位相の異なる電圧を印加すると
、レンズを固定した内部移動体４７を外壁４１の中心軸
に沿って平行に移動させることができる。

本実施例では内部移動体４７として円筒状の中にレンズ
４６を固定したものを示し、このレンズ４６を第１３図
（Ｂ）の矢印Ｅ方向に移動させたが、内部移動体４７は
、円筒１円柱または円筒の中へ取り付けられるものなら
どんなものであってもよい。

上記各実施例では、屈曲振動子の支持部分と縦振動子は
屈曲振動の同一節線上屈曲振動の振幅方向にあるが、屈
曲振動子の支持部分と縦振動子は屈曲振動のＷＪ綿線上
あり、かつ、上記屈曲振動の支持部と縦振動子は屈曲振
動子のそれぞれ左右対称の位置にあれば同一節線上でな
くてもよい。即ち、屈曲振動子の支持部と縦振動子は、
屈曲振動の同一または異なる節を通り、かつ屈曲振動の
振幅方向に延びる直線上に配置されてもよい。

次に本発明の第３実施例を示す超音波モータについて説
明する。本実施例の超音波モータは、付加質量体を設け
ることによって、縦振動子及び屈曲振動子の屈曲振動の
１次の共振の節の位置を弾性体自体の厚み方向の中心面
上に位置せしめるものであって、駆動時に節回りの微少
往復振動である屈曲振動ができる限り阻害されないよう
にした効率のよい超音波モータである。

従来の屈曲振動子と縦振動子とで構成される振動体を用
いた超音波モータにおいては、第２１図の模式図に示さ
れるように、その振動体８２においては屈曲振動子８１
の片側に縦振動子８４ａ。

８４ｂが取り付けられている。従って振動体８２の屈曲
振動の節８２ｂ、８２ｃの位置は、縦振動子のアンバラ
ンスｆ［量により屈曲振動子８１自体の節８１ｂ、８１
ｃの位置と少しずれる。また、屈曲振動子８１自体の節
の位置も弾性体８５の片側にのみ圧電素子８６が取り付
けられているため、実際には弾性体厚み方向中央には無
く、わずかに圧電素子側にずれている。そこで、第２１
図の振動体８２における上記節８２ｂ、８２ｃの位置と
屈曲振動子８１自体の節８１ｂ、８１ｃの差異の原因と
なるアンバランス質量について説明する。

まず、第２１図の振動体８２のＡ−Ａ面からＢ−Ｂ面の
範囲を考えた場合、縦振動子８４ａが固着されていない
上側の等価質量をｍｌとし、その等価質量の中心から仮
想の回転軸までの距離をｒｌとする。また、縦振動子８
４ａが固着される下側の等価質量をｍ２とし、その質量
中心から上記軸心までの距離をｒ２とする（第２２図参
照）。上記仮想回転軸回りの上、下側の回転慣性質量１
１゜Ｉ２はそれぞれ １　−ｍ　　Ｘｒ　　　　・・・・旧・・（１）１１ １　−ｍ　　Ｘｒ２　　・・・・・・・・・（２）２　
　　２　　　２ となる。いま、仮想回転軸を従来例のように屈曲振動子
８１の中立面８１ａ上の節８１ｂとした場合、この節位
置は、圧電素子８６が軽量であるので弾性体８５の中心
位置の近傍に位置する。従って、上記距離ｒｔ、ｒ２は
ｒ　ｔ　＜　ｒ　２の関係を持つ。また、質ｆｉ１ｍｌ
、ｍ２の関係はｍ２には縦振動子８４ａが付加されてい
るので、ｍ　ｌ＜　ｍ　２となる。上記（１）　、　（
２）式より節８１ｂを回転軸とした上、下回転慣性質ｆ
ｆ１Ｉ、、Ｉ、の関係はＩ１くＩ２となり、アンバラン
ス状態であって、節ｇｔｂが振動体８２の屈曲振動の真
の節とはならない。

そして、そのような屈曲振動子８１の節８１ｂを中心と
する支持部８５ａ、８５ｂを支持して振動体８２を屈曲
振動させた場合は、その屈曲振動は阻害され、効率のよ
い駆動が不可能となる。、上記のように振動体８２にお
ける屈曲振動に対する中立面８２ａ上の真の節をそれぞ
れ節８２ｂ。

８２ｃとするならば（第２１図参照）、第２２図に示さ
れるように回転軸心Ｃから上側の質量ｍ１の位置までの
距離ｒ１は、縦振動子のある下側の質量ｍ２の位置まで
の距離「２よりも短くなるような軸心Ｃが上記節８２ｂ
あるいは８２ｃとなる。

しかしながら、この節８２ｂ、８２ｃの位置を計算等で
求めるのは極めて困難である。

そこで本実施例の超音波モータにおいては、前述のよう
に縦振動子の質量に相当する質量を持つ付加質量体を弾
性体の縦振動子対向位置に固着した振動体を用いるもの
である。そして、その振動体における上記等価質ｌ１ｍ
１１ｍ２および節までの距離ｒｒ　　はそれぞれｍｌ”
’ｍ２　＊　　ｒ　１−１’　　　２ ｒ２の関係を持ち、上記節回りの上下の回転慣性質量の
値もバランスのとれた構造となる。従って、その振動体
の屈曲振動の節は弾性体の中立面上に位置するようにな
る。そして、その節を支持部とし支持体で支持するよう
に振動体を構成する。この振動体を用いるならば、屈曲
振動の節部回りの微少往復振動は阻害されない状態で振
動体を効率よく振動せしめることができる。

第１４図（Ａ）は、上記第３実施例の超音波モータの要
部縦断面図であって、本モータにおける振動体６２は、
縦振動子５４ａ、５４ｂと屈曲振動子６１および付加質
量体６５ａ、６５ｂで構成される。屈曲振動子６１は、
平面形状が長方形をなす比較的厚みのある板状の弾性体
５５の上面および下面に、板厚方向に分極された薄板状
圧電素子５６ａ、５６ｂを接着して形成されている。上
記圧電素子５６ａ、５６ｂは、その分極方向に高周波電
圧を印加すると屈曲振動子６１は屈曲振動を生じ、更に
特定の周波数の信号を印加すれば、共振の屈曲定在波振
動をする。本実施例の場合は１次の屈曲共振振動が最も
効率よく励振されるような構成の屈曲振動子６１となっ
ている。

一方、上記縦振動子５４　ａ、　　５４　ｂは、上記屈
曲振動子６１より幅広（第１４図（Ａ）参照）の積層圧
電素子で形成されている。そして、上記屈曲振動子６１
の１次の屈曲振動のそれぞれ２つの節の位置から屈曲振
動の振幅方向に延びる直線上の屈曲振動子６１の弾性体
５５の表面に固着されている。この縦振動子５４ａ、５
４ｂは高周波電圧が印加されると屈曲振動子６１の板厚
方向に振動する。また、この縦振動子５４ａ、５４ｂの
固着された屈曲振動子の弾性体５５の面とは反対側の面
で屈曲振動の節に対して対称な位置に該縦振動子と同比
重で、同形状の付加質量体６５ａ。

６５ｂが固着されている。さらには、上記縦振動子５４
ａ、５４ｂの先端面には、それぞれ耐摩耗性の摩擦材で
形成されたスライダ５４ｃ、５４ｄが固着されている。

そして、このスライダ５４ｃ、５４ｄは、図示接触部材
であるレール部材５２の上面に固着された耐摩耗性摩擦
材のスライド板５２ｂに圧接され、摩擦接触が保持され
る。なお、上記レール部材５２は図示されない他の不動
部材に固定されるものとする。

他方、上記レール部材５２の、上記スライド板５２ｂの
固着されていない側の面には、断面半円状の直線状の２
列のガイド溝５２ａが振動体６２の駆動される方向に平
行に穿設されている。また、上記レール部材５２の一部
および前記屈曲振動子６１はモータ支持枠５１内に配設
されており、このモータ支持枠５１は上記レール部材５
２の一部と前記屈曲振動子６１を囲むように断面Ｕの字
型のチャンネル状部材で形成されている。この支持枠５
１には上記ガイド溝５２ａに相対向する位置にガイド溝
５２ａと同様な断面半円状をなす直線状の平行な有端の
ボール収納溝５１ａが穿設されていて、このボール収納
溝５１ａと上記ガイド溝５２ａとの両溝内には複数個の
ベアリングボール６３が配設されている。これによって
支持枠５１はボール６３をボール収納溝５１ａ内に保持
した状態でレール部材５２のガイド溝５２ａの方向にの
み可動し得るように構成される。

そして、前記屈曲振動子６１は上記支持枠５１に対して
次のようにして取り付けられている。即ち、屈曲振動子
６１の屈曲振動の節の位置には、屈曲振動子６・１の幅
方向に突出する円柱軸状の支持ピン５５ａ、５５ｂ、５
５ｃ、５５ｄが弾性体５５に一体的に左右対称位置であ
って、弾性体５５の厚み方向の中心位置上に４ケ所設け
られている。この支持ピンは屈曲振動子の支持部となる
。

支持ピン５５ａ〜５５ｄの外周にはそれぞれフランジ付
の摺動性の良い材質からなる支持部材６４ａ、６４ｂ、
６４ｃ、６４ｄが固着または嵌合されている。

振動体６２の保持部材である保持体５７は、屈曲振動子
６１を上方から囲むように断面逆Ｕ字型に形成されたチ
ャンネル状部材からなり、その左向する部位に、係合切
欠部５７ｃ、５７ｄ。

５７ｅ、５７ｆ穿設されている。屈曲振動子６１の弾性
体５５に設けられる支持ピン５５ａ〜５５ｄはその係合
切欠部５７ｃ〜５７ｅに支持部材６４ａ〜６４ｄを介し
て回動自在に嵌着されるものとする。そして、上記保持
体５７は左右両側縁部の中程が上方に向けて折り曲げら
れて幅方向の外方左右に向けて水平に張り出した取付片
５７ａ、５７ｂを有しており、上記支持ピン５５ａ　〜
５５ｄを係合切欠部５７Ｃ〜５７ｅに嵌着した保持体５
７の両取付片５７ａ、５７ｂを上記支持枠５１の上面に
載置し、皿ばね５８およびスペーサ５つを介して２本の
ビス６０を取付片５７ａ、５７ｂに貫通させて支持枠５
１の上面にねじ込む。このようにして保持体５７は支持
枠５１に固定される。また、この取付状態において取付
片５７ａ、５７ｂと支持枠５１上面との間には僅かな隙
間が生じるように設計されている。

上記皿ばね５８によって発生するばね付勢力の一方は上
記保持体５７．振動子５４ａ、５４ｂ等を介してスライ
ダ５４ｃ、５４ｄに伝達される。

他の一方のばね付勢力は、支持枠５１．レール部材５２
等を介してスライド板５２ｂに伝達される。

従って、その付勢力はスライダ５４ｃ、５４ｄとスライ
ド板５２ｂとの接触面の圧接付勢力として作用する。そ
して、その付勢力の調節は上記スペーサ５つの厚みを変
化させることによって行われる。以上のようにして屈曲
振動子６１と縦振動子５４ａ、５４ｂおよび付加質量体
６５ａ、６５ｂからなる振動体６２をレール部材５２の
スライド板５２ａに適切な圧接力で圧接することが可能
となる。

上述したように、上記第３実施例の超音波モータによれ
ば、まず、屈曲振動子６１は弾性体５５の中立面６１ａ
に対して、形状及び質量が対称になるように同形状の圧
電素子５６ａ、５６ｂを弾性体５５の上下面に固着する
。更に、縦振動子５４ａ、５４ｂに対しては上記中立面
６１ａに関して対称の位置に同形状、同質量の付加質量
体６５ａ、６５ｂが固着される。従って、振動体６２の
屈曲振動の節６２ｂ、６２Ｃは上記中立面６１ａ上に位
置する。なお、具体的にはその節６２ｂ、６２ｃは弾性
体５５の板厚方向の中央に位置せしめることになる。

以上のように構成されたこの第３実施例の超音波モータ
は、屈曲振動子６１並びに縦振動子５４ａ。

５４ｂにそれぞれ位相制御された交流電圧を印加するこ
とによって駆動される。そして、レール部材５２のスラ
イド板５２ｂに圧接される縦振動子５４ａ、５４ｂに固
着されたスライダ５４Ｃ２５４ｄが前述の第１実施例の
場合に示したような円または楕円軌跡の挙動を行う。従
って、レール部材５２に沿って支持枠５１が移動せしめ
られ、支持枠５１に取付けられる移動対象（、図示せず
）も同時に駆動されることになる。

本実施例の超音波モータによれば、駆動部である振動体
６２の屈曲振動の節を正確に弾性体の中立面上に設定す
ることができて、その部分を保持体５７で支持するので
、その屈曲振動が阻止されることなく、効率のよい安定
した駆動状態が実現され、更に、駆動時の不快な可聴音
の発生を防止できる。また、弾性体自体の設計も容易に
なり、更に、部品の誤差によって節の位置が多少ずれた
りした場合でも、付加質量の大きさを調節することによ
って簡単に修正することもできる。

上記第３実施例では屈曲振動の次数は１次であったが、
これは他の２次とか３次とかもっと高い次数の振動であ
っても勿論適用できる。また、支持ピン５５ａ〜５５ｄ
は縦振動子の取り付けられた位置と同じであったが、こ
れも勿論具なる節位置としてもよい。また、圧電素子５
６ａ、５６ｂは弾性体５５の両側に取り付けられている
がこれも片側のみでも構わない。更に、付加質量体６５
ａ。

６５ｂは縦振動子５４ａ、５４ｂと同比重、同形状であ
ったが、節回りの回転慣性質量が節の上下、即ち、振幅
方向で等しくなるようにすれば異なる比重とか形状を持
っていてもよいことは勿論である。例えば、付加質量体
６５ａ、６５ｂと弾性体５５を一体に形成してもよい。

この場合、構成要素が少なくなり、また、付加質量体を
弾性体に取り付ける工数も不用となる。

第１５図は上記第３実施例の変形例を示す振動体６９の
側面図である。第３実施例の振動体６２と異なる点は、
弾性体５５に圧電素子５６ａ。

５６ｂ１縦振動子５４　ａ　、　　５４　ｂ　ｓ付加質
量体６５ａ、６５ｂの取り付は位置決めのための溝５５
ｅ、５５ｆと５５ｇ、５５ｈと５５ｉ、’５５ｊを設け
たことと、更に、付加質量体６５ａ。

６５ｂに比重の大きい材質を用いて、付加質量体６５ａ
、６５ｂの寸法を小さくしたことである。

このようにすると振動子の製作誤差をより小さく抑える
ことができるので、屈曲振動は、より振動の対称性の精
度を増し、より安定で高効率なものとなる。また、振動
体６９を小型にすることが可能となる。上記付加質量体
６５ａ、６５ｂの材質としては鉄系、銅系などの金属が
好適である。さらに小型化するにはタングステンなどが
良い。

第１６図は上記第３実施例の別の変形例の振動体を示す
。この変形例の振動体７２は、特別な付加質量体を用い
ないものであって、縦振動子７４ａ、７４ｂの質量を小
さくし、また、片側に付けた圧電素子７６が付加質量の
作用をするものである。この変形例では弾性体７５の質
量が縦振動子７４ａ、７４ｂの質量よりも充分大きいの
で、特別に付加質量体を付けなくても、屈曲振動の節に
対する回転慣性質量は節の上下に関してあまり大きな差
が無くなり屈曲振動のアンバランスはほとんど生じない
。従って、本変形例による振動体を適用した超音波モー
タは上述の第３実施例の超音波モータと同様、そのモー
タの駆動において、その屈曲振動が阻害されることが少
なく、効率のよい超音波モータを提供することが可能と
となる。

第１７図は、前述の第３実施例の更に別の変形例である
振動体を示す。この変形例は、上記変形例と同様に特別
な付加質量体を設ける必要のないものである。そして、
振動体９２を支持する支持部５５ａ、５５ｂを必ずしも
弾性体９５の振動方向の中立面９１ａ上には設定しない
ものである。

その屈曲振動方向の圧電素子９６や弾性体９５あるいは
縦振動子９４ａ、９４ｂの回転慣性質量のバランス、あ
るいは弾性体の剛性のバランス等を考慮して、計算上あ
るいは実験上の上記中立面９１ａとの変位ｌｉｄだけず
れた節の位置を求め、その位置に振動体９２を支持する
４つの支持ビン５５ａ、５５ｂ　（他の支持部は図示せ
ず）を配設するものである。

本変形例の振動体を用いた超音波モータは、上記変形例
を用いたものと同様、効率もよく、不快な可聴音等も発
生しない。なお、前述の第３実施例およびその変形例に
よる超音波モータにおいては、支持体を移動部材とし、
レール部材を固定支持するものとした。しかし、上記支
持体を固定支持し、レール部材を移動部材とした超音波
モータを提供することも勿論可能である。

次に、本発明の第４実施例を示す超音波モータについて
第１８図を用いて説明する。

本実施例は、振動体１０６，１０９に圧接される接触部
材が円板状の移動体１１０である回転駆動型の超音波モ
ータに本発明を適用したものである。上記移動体１１０
を駆動する振動体１０６゜１０９はそれぞれ支持ピン１
０５ａ、１０８ａを有する屈曲振動子１０５，１０８お
よび縦振動子１０４．１０７とで構成される。そして、
上記縦振動子１０４．１０７はそれぞれ支持体（図示し
ない）を介して移動体１１０に圧接せしめられる。

また、上記移動体１１０は、軸受け１１１により移動体
１１０と一体の出力軸部１１０ａで軸支して支持される
。その他、上記振動体１０６゜１０９は前述の各実施例
に用いられるものと同様の構造を有する。

以上のように構成された本実施例の超音波モータの動作
について説明すると、まず、振動体１０６．１０９の各
振動子にそれぞれ位相制御された交流電圧を印加して振
動を与え、移動体１１０を左または右回転駆動し出力軸
部１１０ａにより負荷とする移動対象（図示せず）を駆
動せしめる。

本実施例によれば、同様に、高効率を有し、更に安定し
た特性を有する回転型の超音波モータを提供することが
できる。なお、本実施例においては二つの振動体１０６
，１０９を用いたが、他に一つの振動体のみを用いて超
音波モータを構成することも可能である。

［発明の効果］ 以上述べたように、本発明によれば、屈曲振動子によっ
て発生する定在波振動の節線上に縦振動子を設け、屈曲
振動子と縦振動子との伸縮タイミングを調整することに
より、縦振動子先端に接した接触部材を移動できるよう
にしたものなので、タイミング変換によって移動方向を
調整でき、電圧制御により駆動力を調整できる。しかも
、この制御が容易であり、また屈曲振動子は共振状態で
、縦振動子は非共振状態でそれぞれ駆動されるので屈曲
振動子と縦振動子の共振周波数を合わせこむ必要がなく
製作も容易にできる。そして、屈曲振動子と厚さの薄い
縦振動子のみで振動体を構成でき、非常に小型で薄形の
モータを得ることができる等の数々の顕著な効果が発揮
される。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の第１実施例を示す超音波モータの側
断面図、 第２図（Ａ）　、　（Ｂ）は、本発明の超音波モータに
使用される振動体の側面図と振動状態を示す作用図、第
３図は、上記第２図（Ａ）における圧電素子と縦振動子
への交流電圧を印加する際の配線方性の一例と、このと
きの分極方向の状態を示す線図、第４図と第５図は、上
記第１図における超音波モータの正面図と斜視図、 第６図は、上記第１図における屈曲振動子に励起された
３次の屈曲振動状態を示す線図、第７図（Ａ）　、　（
Ｂ）は、上記第１図における振動体の側面図と正面図、 第８図（Ａ）　、　（Ｂ）　、　（Ｃ）は、上記第１図
における屈曲振動子、第１の縦振動子、第２の縦振動子
のそれぞれに印加する交流電圧の位相を示す波形図、第
９図（Ａ）　、（Ｂ）　、（Ｃ）　、　（Ｄ）　、　（
Ｅ）　、　（Ｐ）　、　（Ｇ）　、　（＋１）は、上記
第１図における振動体に、上記第８図（Ａ〉。 （Ｂ）　、　（Ｃ）に示す交流電圧を印加したときのリ
ニアレールに対する振動体の動きを説明する作用図、第
１０図（Ａ）　、　（Ｂ）は、上記第１実施例における
縦振動子の振動振幅が零で、屈曲振動子の屈曲振動のみ
が発生しているときの振動体の動作を示す作用図、第１
０図（Ｃ）　、　（Ｄ）は、縦振動子の先端の軌跡を示
す線図で、第１０図（Ａ）　、　（Ｃ）は屈曲振動振幅
が大きい場合を、第１０図（Ｂ）　、　（Ｄ）は屈曲振
動振幅が小さい場合をそれぞれ示す図、第１１図（Ａ）
　、　（Ｂ）は、上記第１実施例において、振動体を固
定してリニアレールが移動するようにした変形例の正面
図と側面図、 第１２図（Ａ）　、　（Ｂ）は、本発明の第２実施例を
示す超音波モータの正面図と側面図で、第１２図・（Ｃ
）はこの第２実施例の振動状態の作用図、第１３図（Ａ
）、（Ｂ）は、本発明の超音波モータを、例えばカメラ
のレンズ鏡筒に適用した場合の応用例におけるレンズ鏡
筒の断面図とＸ−Ｘ線に沿う断面図、 第１４図（Ａ）は、本発明の第３実施例を示す超音波モ
ータの要部縦断面図、 第１４図（Ｂ）は、上記第１４図（Ａ）（７）Ｘ−Ｘ断
面図、 第１５図は、上記第１４図（Ａ）、＜８）の第３実施例
の変形例を示す振動体の要部側面図、第１６図は、上記
第１４図（Ａ）の第３実施例の別の変形例を示す振動体
の要部側面図、第１７図は、上記第１４図（Ａ）の第３
実施例の更に別の変形例を示す振動体の要部側面図、第
１８図は、本発明の第４実施例を示す超音波モータの要
部概略の斜視図、 第１９図と第２０図は、縦振動子の動作を説明する斜視
図で、第１９図は従来の、第２０図は積層型の、それぞ
れの縦振動子を示した図、第２１図は、従来例の振動体
の要部側面図、第２２図は、上記第２１図の振動体の回
転慣性質量のバランス状態を示す図である。 ２、８２．８９．７２．９２．１０８　、１０９・・・
・・・振動体１、　１　ａ、　　ＩＡ、　６１．７１．
１０５．１０８　＝−屈曲振動子６゜ ６Ａ。 ６ａ ５６ｂ。 ７Ｂ。 ９６・・・・・・屈曲振動を与 える圧電素子 ７゜ ５５゜ ７５゜ ９５・・・・・・弾性体

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）板状もしくは棒状の弾性体と、該弾性体に固定さ
   れ、交流電圧を印加されることにより該弾性体に定在波
   型の屈曲振動を起こす屈曲振動子と、上記弾性体の表面
   で上記屈曲振動の節線上に設けられており、上記屈曲振
   動子により該節線を中心として揺動され、交流電圧を印
   加されて上記屈曲振動の振幅方向に伸縮する縦振動子か
   らなる振動体と、 上記縦振動子の先端面に圧接される接触部材と、 を具備し、上記屈曲振動に同期して上記縦振動子を伸縮
   させることにより、上記振動体と接触部材とを相対移動
   させることを特徴とする超音波モータ。
2. （２）上記振動体の支持部と上記縦振動子は、上記屈曲
   振動の同一または異なる節を通り、かつ上記屈曲振動の
   振幅方向に延びる直線上に配置されたことを特徴とする
   請求項１記載の超音波モータ。
3. （３）上記縦振動子が設けられた屈曲振動子の反対側の
   面には、これら縦振動子及び屈曲振動子の中立面を、上
   記弾性体の略中心に一致させる付加質量体を設けたこと
   を特徴とする、請求項１記載の超音波モータ。
4. （４）上記縦振動子は上記弾性体の厚み方向に積層され
   た圧電素子で構成されたことを特徴とする、請求項１記
   載の超音波モータ。