JPH0638557A - 超音波モータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ステータ部のロータ接触面に、進行波ではな
く定在波を発生させ、これによってロータ部を回転駆動
する新たな超音波モータを提供すること。 【構成】 偏平形状のステータ部１００と、所定方向に
回転駆動されるロータ部２００とを有する超音波モータ
である。前記ステータ部１００は、振動弾性体３０と、
圧電素子１０と、ロータ接触面に１１０に形成された複
数の突起部３２とを含む。そして、圧電素子１０の電圧
印加領域に交流電圧を印加することにより、前記ロータ
接触面１１０に定在波を発生させる。この定在波の腹と
節の間に前記突起部３２を設けることにより、突起部３
２に楕円振動を発生させ、突起部３２に接するロータ部
２００を回転駆動する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は超音波モータ、特にロー
タ接触面に発生する定在波によりロータ部を駆動する超
音波モータに関する。

【０００２】

【従来の技術】超音波モータは、圧電素子に交流などの
電圧を印加したときに生ずる振動運動を回転運動または
一次元運動に変換するものである。従来の電磁モータに
比べて巻線を必要としないため、構造が簡単で小型にな
り、低速回転時にも高トルクが得られる利点がある。

【０００３】一般に、超音波モータは、移動体であるロ
ータ部と、振動体であるステータ部およびこれを支持す
る支持部材とから構成されている。

【０００４】この中でステータ部は、銅合金などで作ら
れた振動弾性体に、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）な
どの圧電体を張り合わせて偏平薄型に形成されている。
通常この圧電体は多数に分割して正負交互に分極処理さ
れ、これ等に対応して２組の電極群が設けられている。
これら２組の電極群に、時間的に９０°位相差のある共
振周波数の電圧を印加することにより、２つの定在波が
合成されて、円周方向に時間とともに一定速度で移動す
る複数の山をもった進行波がロータ接触面に励振され
る。従って、ロータ部をステータ部のロータ接触面に接
触させることにより、ロータ部は所定方向に回転駆動さ
れることになる。

【０００５】従来、この種の偏平薄型の超音波モータと
して、例えば特開昭５９−２０１６８５号公報に係る提
案が知られている。特に、この提案に係る超音波モータ
では、ステータ部の一部を構成する振動弾性体の表面を
多数に分割形成することにより、ロータ部の移動速度を
速め、駆動効率の高い超音波モータの実現を可能として
いる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の偏平薄
型の超音波モータでは、進行波によりロータ部を回転駆
動するものは存在したが、定在波によりロータ部を回転
駆動するものは無かった。

【０００７】本発明の目的は、ステータ部のロータ接触
面に、進行波ではなく定在波を発生させ、これによって
ロータ部を回転駆動する新たな超音波モータを提供する
ことにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明は、偏平形状のステータ部と、前記ステータ
部のロータ接触面に圧接され、所定方向に駆動されるロ
ータ部と、 を有する超音波モータにおいて、前記ステ
ータ部は、表面側にロータ接触面が形成された振動弾性
体と、前記振動弾性体の裏面側に設けられ、ロータ部の
移動方向に沿って複数の電圧印加領域が形成された圧電
素子と、前記ロータ接触面に、ロータ移動方向に沿って
形成された複数の突起部と、を含み、前記圧電素子の電
圧印加領域に交流電圧を印加することにより、前記ロー
タ接触面に定在波を発生させ、前記定在波の腹と節の間
に前記突起部を設けることにより、突起部に楕円振動を
発生させ、突起部に接する前記ロータ部を移動させるこ
とを特徴とする。

【０００９】

【作用】本発明では、圧電素子の表面に、ロータ部の移
動方向に沿って複数の電圧印加領域を形成している。し
かも圧電素子の振動により、梁の撓みに起因する曲げ振
動が発生するよう振動弾性体が偏平形状に形成されてい
る。したがって、前記複数個の電圧印加領域に交流電圧
を印加することにより、ステータ部のロータ接触面に
は、梁の撓みに起因する定在波が発生する。特に本発明
では、この定在波の腹と節の間に突起部が設けられてい
るため、突起部の端面には定在波により楕円振動が直接
発生し、ロータ部を駆動することができる。

【００１０】このように、本発明の超音波モータでは、
従来の超音波モータと異なり、ロータ接触面に定在波に
よる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。

【００１１】これに加えて、請求項２の発明では前記圧
電素子が、印加する交流電圧の切り替えにより、ロータ
接触面に位相の異なる第１の定在波および第２の定在波
を選択的に発生させるよう形成される。そして、前記複
数の突起部は、前記第１の定在波の腹と一方側の節の間
に位置するとともに、前記第２の定在波の腹と他方側の
節との間に位置するよう形成されている。

【００１２】したがって、印加する交流電圧を切り替え
制御し、発生する定在波を選択することにより、前記突
起部に接するロータ部の駆動方向の切り替えを行うこと
ができる。

【００１３】

【実施例】次に本発明の好適な実施例を図面に基づき詳
細に説明する。

【００１４】第１実施例 図２には、本発明の第１実施例に係る円環型超音波モー
タの概略が示されている。実施例の超音波モータは、リ
ング形状をした偏平薄型のステータ部１００と、このス
テータ部のロータ接触面１１０に発生する超音波振動に
より回転駆動されるロータ部２００とを含む。なお、同
図において、ロータ部２００は、ステータ部１００の構
造を視覚的に分かり易く図示するため、その一部が切欠
いて示されている。

【００１５】まず、前記ステータ部１００について説明
する。

【００１６】図３には、前記ステータ部１００の分解斜
視図が概略的に示されている。実施例のステータ部１０
０は、例えばセラミックスなどの圧電体を用いてリング
形状に形成された圧電素子１０と、前記圧電素子１０の
片面側に積層されたリング形状の振動弾性体３０とを有
し、両者は接着剤を介して一体的に固定されている。

【００１７】前記圧電素子１０は、電圧を印加すること
により機械的な超音波を発生するものである。実施例の
圧電素子１０の表面側には、図４に示すようロータ部２
００の回転方向に沿って１２個の表面電極２０−１，２
０−２，……２０−１２が、例えば、銀，ニッケル等を
被覆することにより形成されている。さらに、圧電素子
１０の裏面側には、図５に示すよう４個の表面電極２２
−１，２２−２，２２−３，２２−４が同様にして被覆
形成されている。なお、等間隔に形成された５個の電極
２０−１，２０−２，……２０−５は、圧電素子１０を
介してその裏面側の電極２２−１と対向しており、また
同様に等間隔に形成された５個の電極２０−７，２０−
８，……２０−１１は、圧電素子１０を介してその裏面
側の電極２２−３と対向している。さらに、電極２０−
６，２０−１２は、圧電素子１０の裏面側に形成された
電極２２−２，２２−４と対向している。

【００１８】このようにして被覆形成された電極を用
い、図４に示すよう、実施例の圧電素子１０は、その表
面側にロータ回転方向に沿って１２個の分極領域１２−
１，１２−２，……１２−１２が形成される。隣接する
各分極同士は、互いにその分極方向が異なるように形成
される。なお、同図において符号「＋」，「−」は、圧
電素子の分極方向を示している。そして、等間隔に分極
された１２−１，１２−２，……１２−５の５つの領域
はＡ相の分極領域として用いられ、等間隔に分極された
１２−７，１２−８，……１２−１１の５つの分極領域
はＢ相分極領域として用いられ、これらＡ相およびＢ相
の分極領域の間に位置する１２−６，１２−１２の分極
領域はフィードバック用分極領域として用いられる。

【００１９】前記振動弾性体３０は、圧電素子１０に生
じた超音波振動を効率よく伝えて振動するよう、例えば
銅合金などを用いて形成されている。そして、前記圧電
素子１０のＡ相分極領域１２−１，１２−２，……１２
−５またはＢ相分極領域１２−７，１２−８，……１２
−１１に所定の単相交流電圧を印加することにより、前
記振動弾性体１０のロータ接触面１１０には、定在波が
発生する。このとき、圧電素子１０に発生する振動の周
波数および振幅等の情報は、フィードバック用分極領域
２０−６および２２−２と、２０−１２および２２−４
を介して検出され、フィードバック用信号として用いら
れる。

【００２０】前記振動弾性体３０のロータ接触面１１０
の上にはロータ部２００の回転方向に沿って複数の突起
部３２が設けられている。

【００２１】これら各突起部３２は、前記定在波の腹と
節の中間位置に形成され、ロータ接触面１１０に発生す
る定在波を楕円振動に変換し、突起部３２に接する前記
ロータ部２００を回転駆動するよう構成されている。実
施例では、ロータ接触面１１０に６波長の定在波が発生
するため、前記複数の突起部３２は、定在波の腹と節の
中間位置に合計１２個形成されている。

【００２２】次に、前記ロータ部２００について説明す
る。

【００２３】図２に示すよう、前記ロータ部２００は、
リング５０と、このリング５０のステータ接触面に接着
固定された摩擦材５２とを有し、摩擦材５２が振動弾性
体３０の表面側に設けられた突起部３２に所定の圧力を
もって接するよう形成されている。従って、振動弾性体
３０の表面に発生する超音波の楕円振動による駆動力
は、摩擦材５２により効率よくロータ部２００へ伝達さ
れ、ロータ部２００は所定方向に回転駆動されることに
なる。

【００２４】次に、ロータ接触面１１０に発生する定在
波と、突起部３２との位置関係に就いて説明する。

【００２５】図１には、実施例の超音波モータの構成が
概略的に表されている。

【００２６】同図（Ａ）は、ステータ部１００を円周方
向に展開した概略図であり、符号「＋」は印加する交流
電圧が正の時に伸びる領域（圧電素子１０の＋の分極領
域に相当する）を表し、符号「−」は印加する交流電圧
の電位が正のとき縮む領域（圧電素子１０の−の分極領
域に相当する）をそれぞれ示している。

【００２７】同図（Ｂ）は、圧電素子１０のＡ相分極領
域１２−１，１２−２，……１２−５に単相交流電圧を
印加した場合における、ステータ部１００のロータ接触
面１１０の振動の様子が示されている。同図に示すよ
う、Ａ相分極領域１２−１，１２−２，……１２−５に
単相交流電圧を印加した場合には、第１の定在波が発生
する。

【００２８】同図（Ｃ）は、圧電素子１０のＢ相分極領
域１２−７，１２−８，……１２−１１に単相交流電圧
を印加した場合における、ステータ部１００のロータ接
触面１１０の振動の様子が示されている。同図に示すよ
う、Ｂ相分極領域１２−７，１２−８，……１２−１１
に単相交流電圧を印加した場合には、第２の定在波が発
生する。

【００２９】同図（Ｂ）、（Ｃ）に示すよう、実施例の
ステータ部１００では、Ａ相分極領域に単相交流電圧を
印加した場合と、Ｂ相分極領域に単相交流電圧を印加し
た場合とでは、ステータ部１００のロータ接触面１１０
上には異なる位相の第１、第２の定在波振動が発生す
る。本発明者の検討によれば、この定在波は、圧電素子
１０の振動に起因する梁の撓みによる曲げ振動によって
発生するものと推定される。

【００３０】本実施例の突起部３２は、図１（Ｂ）に示
す第１の定在波の腹とその右側の節の中間に位置すると
ともに、図１（Ｃ）に示す第２の定在波の腹とその左側
の節の中間に位置するよう形成されている。

【００３１】実施例は以上の構成をからなり、次にその
作用を説明する。

【００３２】実施例の振動モータを用いてロータ部２０
０を正転駆動する場合には、圧電素子１０のＡ相分極領
域１２−１，１２−２，……１２−５へ単相交流電圧を
印加する。これにより、ステータ部１００のロータ接触
面１００には、図１（Ｂ）に示すような第１の定在波の
超音波振動が発生する。このとき第１の定在波の９０〜
１８０度の中間に位置するグループの突起部３２は、ス
テータ部１００のＡ領域が伸びたときはロータ部２００
を図中右方向に押出すように作用し、縮んだときにはロ
ータ部２００から離れる。そして、ステータ部１００の
Ａ領域が縮むと、第１の定在波の２７０〜３６０度の中
間に位置する他のグループの突起部３２がロータ部２０
０を図中右方向に押出すように作用する。このように２
つのグループの突起部３２が交互に動作し、ロータ部２
００を図中右方向に回転駆動することになる。

【００３３】また、ロータ部２００を逆転駆動する場合
には、圧電素子１０のＢ相分極領域１２ー７，１２−
８，……１２−１１に対して単相交流電圧を印加してや
ればよい。これにより、ステータ部１００には図１
（Ｃ）に示すような第２の定在波の超音波振動が発生す
る。このとき、第２の定在波の２７０〜３６０度の中間
に位置するグループの突起部３２は、ステータ部１００
のＢ領域が伸びたときには、ロータ部２００を図中左方
向に押出すように作用し、縮んだときにはロータ部２０
０から離れる。そして、ステータ部１００のＢ領域が縮
むと、第２の定在波の９０〜１８０度の中間に位置する
他のグループの突起部３２がロータ部２００を図中左方
向に押出すように作用する。このように２つのグループ
の突起部３２が交互に動作し、ロータ部２００を図中左
方向に回転駆動することになる。

【００３４】このように、実施例の超音波モータによれ
ば、単相交流電圧を印加する分極領域を切り替えるのみ
で、ロータ部２００を正転および逆転駆動することがで
きる。 図６には、実施例の超音波モータの制御回路が
示されている。

【００３５】この制御回路は、２つの単相交流電圧Ａ，
Ｂを選択的に出力する電源回路９０と、この単相交流出
力を増幅し、圧電素子１０のＡ相分極領域またはＢ相分
極領域に印加するアンプ９２とを含む。

【００３６】また、この制御回路は、ＯＮ／ＯＦＦスイ
ッチ８２，回転方向入力部８６および回転速度入力部８
８を含む。

【００３７】前記ＯＮ／ＯＦＦスイッチ８２は、電源回
路９０，アンプ９２をＯＮ／ＯＦＦ制御するものであ
る。

【００３８】前記回転方向入力部８６は、ロータ部２０
０の回転方向を選択設定するためのものであり、この出
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、一方のグループのＡ相分極領域
１２−１，１２−２，…１２−５に印加する単相交流電
圧Ａ、あるいは他方のグループのＢ相分極領域１２−
７，１２−８，…１２−１１に印加する単相交流電圧Ｂ
のいずれか一方をのみを選択出力する。これにより、ロ
ータ部２００の回転方向を設定することができる。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２００の回転速度を設定
することができる。

【００３９】さらに、実施例では、電源回路９０から出
力される単相交流電圧は、ステータ部１００の共振モー
ドに対応した共振周波数に設定されているため、入力電
圧を効率よく回転出力に変換し、ロータ部２００を回転
駆動することができる。

【００４０】なお、前記実施例では、ロータ部２００を
双方向に回転駆動する場合を例にとり説明したが、ロー
タ部２００を、一方向にのみ回転駆動する場合には、ス
テータ部を図７に示すように形成してもよい。

【００４１】すなわち、圧電素子１０のＡ相分極領域１
２−１，１２−２，……１２−５およびフィードバック
用分極領域１２−６，１２−１２を、前記第１実施例と
同様に分極形成し、Ｂ相の分極領域１２−７，１２−
８，……１２−１１には分極処理を施さない。

【００４２】以上の構成とすることによっても、Ａ相分
極領域１２−１，１２−２，……１２−５に対し単相交
流電圧を印加することで、前記第１実施例と同様に、ロ
ータ部２００を順方向に回転駆動することができる。

【００４３】第２実施例 図８には、本発明の好適な第２実施例が示されている。
実施例の超音波モータは、ロータ接触面１１０上に設け
られている突起部３２の配置以外の基本構成は、前記第
１実施例と同様である。従って、ここではその特徴部分
の説明のみを行い、他の説明は省略する。

【００４４】本実施例の特徴は、圧電素子１０の全面に
交流電圧を印加することにより、ステータ部１００の全
領域を振動させ、ロータ部２００の出力を大きくするこ
とにある。すなわち、前記第１実施例では、ステータ部
１００のＡ領域を振動させた場合はＢ領域が休止状態に
あり、反対にＢ領域を振動させた場合はＡ領域が休止し
た状態にある。従って、駆動時には常にステータ部１０
０の半分の領域が休止しており、この駆動効率を改善し
たのが本実施例である。

【００４５】図８（Ａ）には、実施例のステータ部１０
０を円周方向に展開した概略図が示されている。

【００４６】同図（Ｂ）には、圧電素子１０のＡ相分極
領域１２−１〜１２−５にＡ相の単相交流電圧を印加し
た場合に、ロータ接触面１１０に発生する定在波振動の
様子が示され、同図（Ｃ）には、Ｂ相分極領域１２−７
〜１２−１１にＡ相と同相のＢ相単相交流電圧を印加し
た場合に発生する定在波振動の状態が実線で示され、さ
らにＢ相とは逆位相のＢ′相の交流電圧を印加した場合
の定在波振動の状態が破線で示されている。

【００４７】また、同図（Ｄ）には、前記Ａ相とＢ相の
交流電圧が同時に印加された場合にロータ接触面１１０
に表れる合成振動の状態が示されている。これは、同図
（Ｂ）および（Ｃ）に示した振動波形を重ね合わせたも
のである。

【００４８】また、同図（Ｅ）には、前記Ａ相とＢ′相
の交流電圧が同時に印加された場合に、ロータ接触面１
１０に表れる合成振動の状態が示されている。これは、
同図（Ｂ）の振動波形および同図（Ｃ）に破線で示した
振動波形を重ね合わせたものである。

【００４９】本実施例において、各突起部３２は、図８
（Ｄ）に示す第１の定在波の腹とその右側の節の中間に
位置するとともに、図８（Ｅ）に示す第２の定在波の腹
とその左側の節の中間に位置するよう形成されている。

【００５０】次に、本実施例の動作を説明する。

【００５１】圧電素子１０のＡ相分極領域１２−１〜１
２−５およびＢ相分極領域１２−７〜１２−１１に、Ａ
相およびＢ相の単相交流電圧を同時に印加した場合に
は、ステータ部１００のロータ接触面１１０上には同図
（Ｄ）に示す第１の定在波振動が発生する。このとき、
突起部３２は、第１の定在波の腹とその右側の節の中間
に位置するため、突起部３２の端面にはロータ部２００
を図中右方向へ回転駆動するような楕円振動が発生す
る。

【００５２】また、圧電素子１０のＡ相分極領域１２−
１〜１２−５およびＢ相分極領域１２−７〜１２−１１
に、に、Ａ相とＢ′相の単相交流電圧を同時に印加した
場合には、図８（Ｅ）に示す第２の定在波振動が発生す
る。このとき、突起部３２は、第２の定在波の腹とその
左側の節との間に位置するため、突起部３２の端面に
は、図８（Ｄ）とは逆方向の楕円振動が発生し、ロータ
部２００を図中左方向へ回転駆動することになる。

【００５３】特に、本実施例によれば、前記第１実施例
に比べ、ステータ部１００の全領域（Ａ領域およびＢ領
域の双方）を同時に振動させ、ロータ部２００を回転駆
動するため、前記第１実施例に比べ大きな出力トルクを
得ることができる。

【００５４】なお、実施例の超音波モータの制御回路の
具体的な構成は、図６に示したものとほぼ同じである。
なお、電源回路９０は、互いに同相の二つの交流電圧
（Ａ相およびＢ相）を同時に出力、あるいは互いに逆相
の二つの交流電圧（Ａ相、Ｂ′相）を同時に出力するこ
とができ、この二つの出力の選択は、回転方向入力部８
６によって指示されるようになっている。

【００５５】第３実施例 次に、本発明の好適な第３実施例を説明する。なお、本
実施例は、圧電素子１０の分極構造と突起部３２の配置
を除く他の基本的な構成が前記第１実施例と同様である
ので、ここではその特徴的部分のみを説明し、その他の
説明は省略する。

【００５６】図９には、本実施例の超音波モータに用い
られる圧電素子１０の表面の分極構造が示されている。
実施例の圧電素子１０は、その円周方向に沿って３０°
毎に１２等分された１２個の分極領域１２−１，１２−
２…１２−１２を有し、隣接する二つの領域を一組の分
極領域としている。そして、各組を構成する二つの領域
は、同極性に分極され、その一方の分極領域がＡ相分極
領域、他方の領域がＢ相分極領域を形成する。

【００５７】また、相隣接する各組の分極領域は、互い
にその分極方向が反対になるように形成されている。

【００５８】そして、図１０（Ａ）に示すよう、実施例
の圧電素子１０の表面側には、そのＡ相分極領域にＡ相
の交流電圧、Ｂ相の分極領域にＢ相の交流電圧が選択的
に印加できるように表面電極２０−１，２０−２，……
２０−１２が形成されている。さらに、図１０（Ｂ）に
示すよう、実施例の圧電素子１０の裏面側には、その全
面に共通表面電極２２が形成されている。

【００５９】これら各表面電極２０−１，２０−２，…
…２０−１２，２２は、いずれも圧電素子１０を分極処
理する際に用いたものをそのまま用いている。

【００６０】図１１（Ａ）には、実施例の超音波モータ
を円周方向に展開した状態が概略的に示されている。こ
の超音波モータの圧電素子１０に、Ａ相交流電圧を印加
すると、ステータ部１００のロータ接触面には図１１
（Ｂ）に示す第１の定在波振動が発生する。また、圧電
素子１０に、Ｂ相交流電圧を印加すると、ステータ部１
００のロータ接触面１１０上には図１１（Ｃ）に示す第
２の定在波振動が発生する。

【００６１】本実施例において、各突起部３２は、図１
１（Ｂ）に示す第１の定在波の腹とその右側の節の中間
に位置するとともに、図１１（Ｃ）に示す第２の定在波
の腹とその左側の節の中間に位置するよう形成されてい
る。

【００６２】これにより、圧電素子１０のＡ相分極領域
にＡ相交流電圧を印加すると、突起部３２の端面には、
図１１（Ｂ）に示す楕円振動が発生し、ロータ部２００
を図中右方向へ回転駆動することになる。

【００６３】または逆に、圧電素子１０のＢ相分極領域
に、Ｂ相交流電圧を印加すると、突起部３２の端面には
図１１（Ｃ）に示す楕円振動が発生し、ロータ部２００
を図中左方向へ回転駆動することになる。

【００６４】なお、実施例の超音波モータを、片方向回
転型として形成する場合には、図１２に示すよう、圧電
素子１０のＡ相分極領域のみを図１１と同様に分極処理
し、Ｂ相分極領域に対応する領域には何ら分極処理を施
す必要はない。

【００６５】第４実施例 図１３には、本発明の好適な第４実施例が示されてい
る。本実施例の超音波モータは、ロータ接触面１１０に
設けられている複数の突起部３２の配置を除く他の基本
的な構成が、図１１に示す前記第３実施例と同様である
ので、ここではその特徴的部分のみを説明し、その他の
説明は省略する。

【００６６】本実施例の特徴は、圧電素子１０の全領域
に交流電圧を印加することにより、ステータ部１００の
全領域を振動させることにある。すなわち、前記第３実
施例では、ステータ部１００のＡ領域を振動させた場合
はＢ領域が休止した状態にあり、反対にＢ領域を振動さ
せた場合には、Ａ領域が休止した状態にある。したがっ
て、駆動時には常にステータ部１００の半分の領域が休
止している。これに対して本実施例では、駆動時にステ
ータ部１００の全領域を振動させ、高出力を発生させる
ものである。

【００６７】図１３（Ａ）には、実施例の超音波モータ
を円周方向に展開した概略図が示されている。

【００６８】本実施例の突起部３２は、図１３（Ｂ）に
示す第１の定在波の腹とその右側の節の中間に位置する
とともに、図１３（Ｃ）に示す第２の定在波の腹とその
左側の節の中間に位置するよう形成されている。

【００６９】この超音波モータは、圧電素子１０のＡ相
分極領域およびＢ相分極領域の双方に、前記第２実施例
と同様にしてＡ相交流電圧およびＢ相交流電圧を印加す
ると、ステータ部１００のロータ接触面１１０には、図
１３（Ｂ）に示す第１の定在波振動が発生する。この定
在波振動は、図１１（Ｂ）および（Ｃ）に示す振動波形
を重ね合わせたものである。

【００７０】このとき突起部３２の端面には、図中矢印
で示す方向に楕円振動が発生し、これによりロータ部２
００が図中右方向へ回転駆動される。

【００７１】また、圧電素子１０のＡ相分極領域にＡ相
交流電圧を印加し、Ｂ相分極領域に、Ｂ相交流電圧と１
８０°位相の異なるＢ′相交流電圧を印加すると、ロー
タ接触面１１０には、図１３（Ｃ）に示す第２の定在波
振動が発生する。

【００７２】この定在波振動は、図１１（Ｂ）に示す振
動波形と、図１１（Ｃ）の破線で示す振動波形とを重ね
あわせたものである。

【００７３】このとき突起部３２の端面には、図中矢印
で示す方向に楕円振動が発生し、これによりロータ部２
００が図中左方向へ回転駆動される。

【００７４】このように、本実施例では、ステータ部１
００全体が振動し、ロータ部２００を回転駆動するた
め、ロータ部２００からは、前記第３実施例に比べ大き
な出力トルクを得ることができる。

【００７５】なお、超音波モータの動作を制御する制御
回路の具体的な構成については、図６に示したものとほ
ぼ同じである。この場合に電源回路は、互いに同相の２
つの交流電圧（Ａ相，Ｂ相）を同時に出力、あるいは互
いに逆相の２つの交流電圧Ａ相，Ｂ´相を同時に出力す
ることができ、この選択動作は回転方向入力８６によっ
て指示されるように構成されている。

【００７６】第５実施例 次に本発明の好適な第５実施例を説明する。本実施例の
超音波モータの基本的な構成は前記実施例と同様である
ので、ここではその特徴的部分のみを説明し、その他の
説明は省略する。

【００７７】図１４には、実施例の超音波モータのステ
ータ部１００の分解斜視図が示されている。本実施例の
ステータ部１００は、２つの圧電素子１０Ａ，１０Ｂ
と、振動弾性体３０とを含み、これら各部材は接着剤を
用いて積層固定されている。

【００７８】前記圧電素子１０Ａは、６０°毎に６等分
され、隣接する領域はその分極方向が反対になるように
形成されている。同様に圧電素子２０Ｂは、６０°毎に
６等分されており、隣接する領域の分極方向が反対にな
るように形成されている。これら各圧電素子１０Ａおよ
び１０Ｂは、相互に分極領域の位相が３０°ずれるよう
に立体配置されている。

【００７９】そして、前記圧電素子１０Ａの各分極領域
には、Ａ相の交流電圧が印加され、さらに圧電素子１０
Ｂの各分極領域には、Ｂ相の交流電圧が印加できるよう
になっている。

【００８０】図１５（Ａ）には、実施例の超音波モータ
をその円周方向に展開した図が示されている。

【００８１】本実施例の突起部３２は、図１５（Ｂ）に
示す第１の定在波の腹とその右側の節の中間に位置する
とともに、図１５（Ｃ）に示す第２の定在波の腹とその
左側の節の中間に位置するよう形成されている。

【００８２】以上の構成とすることにより、圧電素子１
０Ａの各分極領域１２にＡ相交流電圧を印加すると、ス
テータ部のロータ接触面１１０には、図１５（Ｂ）に示
す第１の定在波振動が発生する。このとき、突起部３２
の端面には、図中矢印で示す方向に楕円振動が発生し、
ロータ部２００を図中右方向へ回転駆動することにな
る。

【００８３】また、これとは逆に、圧電素子１０Ｂの各
分極領域にＢ相交流電圧を印加すると、ロータ接触面１
１０には図１５（Ｃ）において実線で示す第２の定在波
振動が発生する。これにより、突起部３２の端面には、
図中矢印で示す方向に楕円振動が発生し、ロータ部２０
０は図中左方向に回転駆動されることになる。

【００８４】このように、本実施例によれば、印加する
交流電圧を切り替えることで、ロータ部２００を正転お
よび逆転駆動することができる。

【００８５】第６実施例 次に、本発明の第６実施例を説明する。なお、実施例の
超音波モータは、ロータ接触面１１０に形成される突起
部３２の配置が前記第５実施例と異なるのみで、その他
の基本的構成は前記第５実施例と同様であるので、ここ
ではその特徴部分の説明のみを行い、他の説明は省略す
る。

【００８６】前記第５実施例では、一方の圧電素子を振
動させた場合には他方の圧電素子が休止した状態になる
が、本実施例では、２つの圧電素子１０Ａ，１０Ｂを同
時に駆動し、大きな出力トルクが得られるようにしたこ
とを特徴とする。

【００８７】図１６（Ａ）には、実施例の超音波モータ
を円周方向に展開した図が示されている。

【００８８】本実施例の突起部３２は、図１６（Ｂ）に
示す第１の定在波の腹とその右側の節の中間に位置する
とともに、図１６（Ｃ）に示す第２の定在波の腹とその
左側の節の中間に位置するよう形成されている。

【００８９】以上の構成とすることにより、圧電素子１
０Ａ，１０ＢにそれぞれＡ相およびＢ相の交流電圧を同
時に印加するとステータ部１００のロータ接触面１１０
には図１６（Ｂ）に示す第１の定在波振動が発生する。
この定在波振動は、図１５（Ｂ），（Ｃ）において実線
で示す定在波振動を合成したものである。

【００９０】このとき、突起部３２の端面には、図中矢
印で示す楕円振動が発生し、ロータ部２００を図中右方
向へ回転駆動することになる。

【００９１】また、圧電素子１０Ａ、圧電素子１０Ｂ
に、Ａ相の交流電圧およびＢ′相の交流電圧（Ｂ相と１
８０度位相の異なる電圧）を印加すると、ステータ部１
００のロータ接触面１１０には図１６（Ｃ）に示す第２
の定在波振動が発生する。この定在波振動は、図１５
（Ｂ）に示す振動と、同図（Ｃ）において破線で示す振
動とを合成したものである。このとき突起部３２の端面
には、楕円振動が発生し、ロータ部２００を図中左方向
へ回転駆動することになる。

【００９２】このように、本実施例によれば、二つの圧
電素子１０Ａ、１０Ｂの双方を同時に駆動し、ロータ部
２００を回転駆動できるため、前記第５実施例の超音波
モータに比べ、より大きな出力トルクを得ることができ
る。

【００９３】第７実施例 図１７には、本発明の好適な第７実施例が示されてい
る。

【００９４】実施例の超音波モータにおいて、ステータ
部１００の構成は、前記第１実施例と同様であるので、
ここではその詳細な説明は省略する。

【００９５】本実施例では、ロータ部２００のステータ
接触面に、その回転方向に沿って一定間隔で複数のスリ
ット部５４が形成されている。

【００９６】以上の構成とすることにより、実施例の振
動モータを用いてロータ部２００を正転駆動する場合に
は、圧電素子１０のＡ相分極領域１２−１，１２−２，
……１２−５へ単相交流電圧を印加する。これにより、
ステータ部１００のロータ接触面１１０には、図１
（Ｂ）に示すような第１の定在波の超音波振動が発生す
る。このとき第１の定在波の９０〜１８０度の中間に位
置するグループの突起部３２は、ステータ部１００のＡ
領域が伸びたときはロータ部２００を図中右方向に押出
すように作用する。そして、ロータ部２００のスリット
部５４位置に、突起部３２が来ると、突起部３２とロー
タ部２００は非接触状態となり、それ以上ロータ部２０
０を図中右方向へ押せなくなるため、ロータ部２００の
回転は一時的に停止する。

【００９７】次に、ステータ部１００のＡ領域が縮む
と、第１の定在波の２７０〜３６０度の中間に位置する
他のグループの突起部３２がロータ部２００を図中右方
向に押出すように作用しロータ部２００を回転駆動す
る。そして、スリット部５４位置に突起部３２が来る
と、突起部３２とロータ部２００は非接触状態となり、
ロータ部２００の回転は一時的に停止する。

【００９８】このようにして、実施例の超音波モータに
よれば、スリット部５４において突起部３２とロータ部
２００とが非接触状態となり、ロータ部２００をそれ以
上押せなくなるという現象を利用し、ロータ部２００を
ステッピング駆動することができる。

【００９９】なお、ここでは、前記第１実施例の超音波
モータを例にとり、ステッピング駆動する場合を例にと
り示したが、前記第２〜第６実施例の超音波モータに対
しても、ロータ部２００にスリット部５４を同様に形成
することで、ロータ部２００をステッピング駆動するこ
とができる。

【０１００】なお、本発明は前記各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各種の変形実施
が可能である。

【０１０１】例えば、前記実施例では、ロータ部が円運
動する場合を例にとり示したが、本発明はこれに限ら
ず、ロータ部を円運動以外、例えば直線等の一次元運動
をさせるリニアタイプの超音波モータにも適用できる。

【０１０２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ステータ部のロータ接触面に発生する定在波を、突起部
を用いて楕円運動に変換し、ロータ部を回転駆動するこ
とにより、従来不可能だった定在波によるロータ部の駆
動を行う偏平の超音波モータを得ることができるという
効果がある。

【０１０３】また、請求項２の発明によれば、ロータ接
触面に異なる位相の定在波を発生させることで、ロータ
部を正転および逆転駆動できる超音波モータを得ること
ができる。

【０１０４】さらに、請求項３の発明によればロータ部
のステータ接触面に、所定間隔で複数のスリット部を形
成することにより、ロータ部をステッピング駆動できる
超音波モータを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の超音波モータの好適な第１実施例の説
明図である。

【図２】第１実施例にかかる超音波モータの一部切り欠
いた外観斜視説明図である。

【図３】図２に示す超音波モータのステータ部分の分解
斜視図である。

【図４】本実施例に用いられる圧電素子の表面の説明図
である。

【図５】本実施例に用いられる圧電素子の裏面の説明図
である。

【図６】実施例の超音波モータの制御回路の説明図であ
る。

【図７】前記第１実施例の変形例の説明図である。

【図８】第２実施例の概略説明図である。

【図９】第３実施例に用いられる圧電素子の説明図であ
る。

【図１０】図９に示す圧電素子の電圧印加領域の概略説
明図である。

【図１１】第３実施例の超音波モータの概略説明図であ
る。

【図１２】前記第３実施例の変形例の説明図である。

【図１３】第４実施例の超音波モータの概略説明図であ
る。

【図１４】第５実施例の超音波モータに用いられるステ
ータ部の分解斜視説明図である。

【図１５】第５実施例の超音波モータの概略説明図であ
る。

【図１６】第６実施例にかかる超音波モータの概略説明
図である。

【図１７】第７実施例の超音波モータの概略説明図であ
る。

【符号の説明】

１０ 圧電素子 ３０ 振動弾性体 ３２ 突起部 ５４ スリット部 １００ ステータ部 １１０ ロータ接触面 ２００ ロータ部

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 偏平形状のステータ部と、 前記ステータ部のロータ接触面に圧接され、所定方向に
   駆動されるロータ部と、 を有する超音波モータにおいて、 前記ステータ部は、 表面側にロータ接触面が形成された振動弾性体と、 前記振動弾性体の裏面側に設けられ、ロータ部の移動方
   向に沿って複数の電圧印加領域が形成された圧電素子
   と、 前記ロータ接触面に、ロータ移動方向に沿って形成され
   た複数の突起部と、 を含み、前記圧電素子の電圧印加領域に交流電圧を印加
   することにより、前記ロータ接触面に定在波を発生さ
   せ、前記定在波の腹と節の間に前記突起部を設けること
   により、突起部に楕円振動を発生させ、突起部に接する
   前記ロータ部を移動させることを特徴とする振動モー
   タ。
2. 【請求項２】 偏平形状のステータ部と、 前記ステータ部のロータ接触面に圧接され、所定方向に
   駆動されるロータ部と、 を有する超音波モータにおい
   て、 前記ステータ部は、 表面側にロータ接触面が形成された振動弾性体と、 前記振動弾性体の裏面側に設けられ、ロータ部の移動方
   向に沿って複数の電圧印加領域が形成された圧電素子
   と、 前記ロータ接触面に、ロータ移動方向に沿って形成され
   た複数の突起部と、 を含み、前記圧電素子の電圧印加領域に印加する交流電
   圧の切り替え制御により、前記ロータ接触面に位相の異
   なる第１の定在波および第２の定在波を選択的に発生さ
   せるよう形成され、 前記複数の突起部は、前記第１の定在波の腹と一方側の
   節の間に位置するとともに、前記第２の定在波の腹と他
   方側の節との間に位置するよう形成され、印加する前記
   交流電圧を切り替え制御し、発生する前記定在波を選択
   することにより、前記突起部に接するロータ部の移動方
   向を切り替えることを特徴とする振動モータ。
3. 【請求項３】 請求項１，２のいずれかにおいて、 前記ロータ部のステータ接触面側には、所定間隔毎にス
   リット部が設けられ、前記突起部とロータ部との接触が
   前記スリット部で解消されることにより、ロータ部をス
   テッピング駆動することを特徴とする超音波モータ。