JPH09172790A - 超音波モータ - Google Patents
超音波モータInfo
- Publication number
- JPH09172790A JPH09172790A JP8343089A JP34308996A JPH09172790A JP H09172790 A JPH09172790 A JP H09172790A JP 8343089 A JP8343089 A JP 8343089A JP 34308996 A JP34308996 A JP 34308996A JP H09172790 A JPH09172790 A JP H09172790A
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- JP
- Japan
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- rotor
- vibrator
- ultrasonic motor
- oscillator
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- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 振動子の稜線部によって相対運動部材が摩耗
する。 【解決手段】 円環状の振動子Sと、振動子Sに加圧接
触されて振動子Sとの間で相対運動を行う円環状の相対
運動部材3とを備えた超音波モータであって、相対運動
部材3は、振動子Sの少なくとも一方の稜線部に接触し
ないように加圧接触されている。
する。 【解決手段】 円環状の振動子Sと、振動子Sに加圧接
触されて振動子Sとの間で相対運動を行う円環状の相対
運動部材3とを備えた超音波モータであって、相対運動
部材3は、振動子Sの少なくとも一方の稜線部に接触し
ないように加圧接触されている。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、振動を用いて駆動
力を得る超音波モータに関する。
力を得る超音波モータに関する。
【0002】
【従来の技術】従来の超音波モータは、例えば、特開昭
59−204477号公報に記載されているように、圧
電体と弾性体で構成される振動子とロータとが加圧接触
した構造を有している。そして、圧電体により弾性体に
振動を発生させてロータを回転させていた。
59−204477号公報に記載されているように、圧
電体と弾性体で構成される振動子とロータとが加圧接触
した構造を有している。そして、圧電体により弾性体に
振動を発生させてロータを回転させていた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】超音波モータは、振動
子とロータとの摩擦力によってロータを駆動するため、
振動子の稜線部と接触する部分においてロータの摩耗が
激しいという現象が起きていた。そのため、超音波モー
タの所望の性能をが得られなくなり、耐久性を低下させ
る一因となっていた。本発明は、このような従来の問題
点を解決することを目的とする。
子とロータとの摩擦力によってロータを駆動するため、
振動子の稜線部と接触する部分においてロータの摩耗が
激しいという現象が起きていた。そのため、超音波モー
タの所望の性能をが得られなくなり、耐久性を低下させ
る一因となっていた。本発明は、このような従来の問題
点を解決することを目的とする。
【0004】
【課題を解決するための手段】上記目的のために、本発
明では、円環状の振動子と、前記振動子に加圧接触され
て該振動子との間で相対運動を行う円環状の相対運動部
材とを備えた超音波モータであって、前記相対運動部材
が、前記振動子の少なくとも一方の稜線部に接触しない
ように加圧接触されている超音波モータを提供する。
明では、円環状の振動子と、前記振動子に加圧接触され
て該振動子との間で相対運動を行う円環状の相対運動部
材とを備えた超音波モータであって、前記相対運動部材
が、前記振動子の少なくとも一方の稜線部に接触しない
ように加圧接触されている超音波モータを提供する。
【0005】
【発明の実施の形態】図1(A)は、本発明の一実施形
態である超音波モータの平面図、図1(B)は前記超音
波モータの断面図である。図2は、前記超音波モータを
ユニット化した時の断面図である。図3(A)および図
3(B)は、前記超音波モータの回転子の形状を示す構
造図である。図4は、前記超音波モータの駆動原理を示
す説明図である。図5は、前記超音波モータの入力周波
数と振幅との特性曲線を示すグラフである。
態である超音波モータの平面図、図1(B)は前記超音
波モータの断面図である。図2は、前記超音波モータを
ユニット化した時の断面図である。図3(A)および図
3(B)は、前記超音波モータの回転子の形状を示す構
造図である。図4は、前記超音波モータの駆動原理を示
す説明図である。図5は、前記超音波モータの入力周波
数と振幅との特性曲線を示すグラフである。
【0006】図1(A)および図1(B)に示すよう
に、振動子Sは電気機械変換素子としての圧電素子2と
その圧電素子2に励振され進行波(表面波)を生じる弾
性体1とからなる。そして、この振動子S上に弾性体1
と圧接するリング状回転子3が設置され、この振動子S
とリング状回転子3とから超音波モータが構成されてい
る。このリング状回転子3は、幅が一定の円環であり、
その中心O’が振動子Sの中心Oに対して偏心するよう
に設けられている。そして、このリング状回転子3は振
動子Sの中心Oを回転中心として回動されるように配置
されている。この時、このリング状回転子3は、固定さ
れた振動子S上を回動するが、振動子Sに対して任意の
偏心量δで振れ回ることになる。このように、回転子3
の中心と振動子Sの中心とを偏心させて回転子3を回動
させると、図1(B)に示す断面図において、振動子S
の表面1a上を振動子Sと回転子3との接触部1bが、
回転子3の回動に伴って回転中心Oに対して偏心量δの
片振幅で単振動することになる。すなわち、振動子Sの
表面1a上で回転子3が接触している摩擦接触面が、回
転子3の回動により表面1a上を径方向に偏心量δの範
囲で移動して時々刻々と振動子Sとの接触面が変化して
いることになる。従って、従来のように、回転子3と振
動子Sとの接触面が常に変わらずに摩擦接触されている
のとは違い、振動子3の表面1a上を回転子3の接触面
が時々刻々と移動するので、振動子Sの一ヶ所が摩耗に
より削られることがなく、振動子Sの表面1a全体を効
率良く使うことができるようになっている。この偏心量
δは次に述べる条件を満足する範囲で任意に決定され
る。
に、振動子Sは電気機械変換素子としての圧電素子2と
その圧電素子2に励振され進行波(表面波)を生じる弾
性体1とからなる。そして、この振動子S上に弾性体1
と圧接するリング状回転子3が設置され、この振動子S
とリング状回転子3とから超音波モータが構成されてい
る。このリング状回転子3は、幅が一定の円環であり、
その中心O’が振動子Sの中心Oに対して偏心するよう
に設けられている。そして、このリング状回転子3は振
動子Sの中心Oを回転中心として回動されるように配置
されている。この時、このリング状回転子3は、固定さ
れた振動子S上を回動するが、振動子Sに対して任意の
偏心量δで振れ回ることになる。このように、回転子3
の中心と振動子Sの中心とを偏心させて回転子3を回動
させると、図1(B)に示す断面図において、振動子S
の表面1a上を振動子Sと回転子3との接触部1bが、
回転子3の回動に伴って回転中心Oに対して偏心量δの
片振幅で単振動することになる。すなわち、振動子Sの
表面1a上で回転子3が接触している摩擦接触面が、回
転子3の回動により表面1a上を径方向に偏心量δの範
囲で移動して時々刻々と振動子Sとの接触面が変化して
いることになる。従って、従来のように、回転子3と振
動子Sとの接触面が常に変わらずに摩擦接触されている
のとは違い、振動子3の表面1a上を回転子3の接触面
が時々刻々と移動するので、振動子Sの一ヶ所が摩耗に
より削られることがなく、振動子Sの表面1a全体を効
率良く使うことができるようになっている。この偏心量
δは次に述べる条件を満足する範囲で任意に決定され
る。
【0007】この条件とは、回転子3が偏心して回動し
た場合に、常に振動子Sの表面1a上を回転子3のリン
グがはみ出ずに回動するように設定することである。こ
のとき、回転子3は、振動子Sの内周側および外周側の
稜線部とは接触することなく、振動子Sに接触すること
になる。そのため、稜線部との接触による回転子3の摩
耗を防止でき、超音波モータの耐久性が向上する。
た場合に、常に振動子Sの表面1a上を回転子3のリン
グがはみ出ずに回動するように設定することである。こ
のとき、回転子3は、振動子Sの内周側および外周側の
稜線部とは接触することなく、振動子Sに接触すること
になる。そのため、稜線部との接触による回転子3の摩
耗を防止でき、超音波モータの耐久性が向上する。
【0008】ここで、振動子Sの外径をD、内径をdと
し、回転子3の外径をD’、内径をd’とし、振動子S
のリング幅をa、リング状回転子3のリング幅をbとす
る。このとき、条件としては、
し、回転子3の外径をD’、内径をd’とし、振動子S
のリング幅をa、リング状回転子3のリング幅をbとす
る。このとき、条件としては、
【0009】
【数1】
【0010】であるように偏心量δを設定する。図2
は、図1の超音波モータをユニットに構成した構造図で
ある。超音波モータは筒状のケース10aおよび10b
内に収められている。ケース10aの底には付勢手段
(例えばゴム等の弾性部材)6が配置され、その付勢手
段の上に付勢手段6の付勢力を均等に伝えるための円板
5が、また、この円板5の上に超音波モータの振動子S
の振動を吸振する保護用緩衝材4aが固設されている。
そして、保護用緩衝材4a上に超音波モータの振動子S
が設置されている。
は、図1の超音波モータをユニットに構成した構造図で
ある。超音波モータは筒状のケース10aおよび10b
内に収められている。ケース10aの底には付勢手段
(例えばゴム等の弾性部材)6が配置され、その付勢手
段の上に付勢手段6の付勢力を均等に伝えるための円板
5が、また、この円板5の上に超音波モータの振動子S
の振動を吸振する保護用緩衝材4aが固設されている。
そして、保護用緩衝材4a上に超音波モータの振動子S
が設置されている。
【0011】振動子Sの中心はケース10aおよび10
bの中心と一致するように配設されている。また、振動
子Sの内径側には、ケース10aの内筒に固設されても
超音波モータの振動をケース10aに伝播させないよう
に構成された支持部7を設けられている。この支持部7
は、振動子Sの内側から突出し、図2に示すようにケー
ス10aの内筒に嵌め合わされるように筒状に形成され
ている。支持部7は、ケース10aに対して振動子3の
位置決めと固定支持とを行うものであって、振動子Sと
一体に形成されていてもよいし、別部材で形成されてい
てもよい。
bの中心と一致するように配設されている。また、振動
子Sの内径側には、ケース10aの内筒に固設されても
超音波モータの振動をケース10aに伝播させないよう
に構成された支持部7を設けられている。この支持部7
は、振動子Sの内側から突出し、図2に示すようにケー
ス10aの内筒に嵌め合わされるように筒状に形成され
ている。支持部7は、ケース10aに対して振動子3の
位置決めと固定支持とを行うものであって、振動子Sと
一体に形成されていてもよいし、別部材で形成されてい
てもよい。
【0012】振動子S上には中心が偏心量δだけ偏心し
ている回転子3が配設され、回転子3上にはその振動を
吸収する緩衝材4bが、さらにその緩衝材4b上にリン
グ部材8が固設されている。リング部材8は、回転子3
の回転をスムースに行わせるためのボールレース9を介
してケース10bに配設されている。このリング部材8
は、ケース10aおよび10bの中心が回転中心となる
ように、ケース10bの中心と同心に設けられたガイド
溝を有する。そして、このガイド溝にケース10bの中
心を中心にして配設されたボールレース9が嵌まり込む
ことで回転自在に構成されている。すなわち、このリン
グ部材8の形状は、回転子3に固設される側が偏心して
おり、ケース10bと当接する側が振動子Sの中心と一
致する偏心リングとなっている。したがって、このユニ
ット化された超音波モータから動力を取り出すには、超
音波モータにより回動されるリング部材8の動力を、こ
のユニットを使う機器に応じて適宜取り出せばよい。例
えば、このユニットをカメラの撮影レンズ鏡筒に使え
ば、絞り羽根の駆動やレンズの駆動等に使用することが
できる。
ている回転子3が配設され、回転子3上にはその振動を
吸収する緩衝材4bが、さらにその緩衝材4b上にリン
グ部材8が固設されている。リング部材8は、回転子3
の回転をスムースに行わせるためのボールレース9を介
してケース10bに配設されている。このリング部材8
は、ケース10aおよび10bの中心が回転中心となる
ように、ケース10bの中心と同心に設けられたガイド
溝を有する。そして、このガイド溝にケース10bの中
心を中心にして配設されたボールレース9が嵌まり込む
ことで回転自在に構成されている。すなわち、このリン
グ部材8の形状は、回転子3に固設される側が偏心して
おり、ケース10bと当接する側が振動子Sの中心と一
致する偏心リングとなっている。したがって、このユニ
ット化された超音波モータから動力を取り出すには、超
音波モータにより回動されるリング部材8の動力を、こ
のユニットを使う機器に応じて適宜取り出せばよい。例
えば、このユニットをカメラの撮影レンズ鏡筒に使え
ば、絞り羽根の駆動やレンズの駆動等に使用することが
できる。
【0013】なお、本発明の一実施形態として、回転子
3の中心を振動子Sの中心に対して偏心させた場合につ
いて説明してきたが、これ以外にも図3(A)および図
3(B)に示すリング状回転子が考えられる。図3
(A)に示すように、リング状回転子31は、外径と内
径との中心を偏心させたリング状に構成してもよい。ま
た、図3(B)に示すように、リング状回転子32は、
楕円形状に構成してもよい。
3の中心を振動子Sの中心に対して偏心させた場合につ
いて説明してきたが、これ以外にも図3(A)および図
3(B)に示すリング状回転子が考えられる。図3
(A)に示すように、リング状回転子31は、外径と内
径との中心を偏心させたリング状に構成してもよい。ま
た、図3(B)に示すように、リング状回転子32は、
楕円形状に構成してもよい。
【0014】図4は、振動子Sと回転子3との動作原理
を示したもので、振動子Sは圧電素子2によって屈曲振
動を起こし、表面に進行波を生じている。この時、振動
子Sの進行波は矢印Pの方向へ進み、表面の粒子P1は
楕円運動をしている。この振動子Sに回転子3を圧接し
た場合、回転子3は振動子Sによって表面波を生じ、そ
の進行方向は矢印Q方向となり、その表面の粒子Q1は
同様に楕円運動を行う。ここで、振動子Sおよび回転子
3はその材質および形状により表面波を発生させる振動
の振幅が変化し、振動子および回転子の振幅を次の3つ
の場合について考える。
を示したもので、振動子Sは圧電素子2によって屈曲振
動を起こし、表面に進行波を生じている。この時、振動
子Sの進行波は矢印Pの方向へ進み、表面の粒子P1は
楕円運動をしている。この振動子Sに回転子3を圧接し
た場合、回転子3は振動子Sによって表面波を生じ、そ
の進行方向は矢印Q方向となり、その表面の粒子Q1は
同様に楕円運動を行う。ここで、振動子Sおよび回転子
3はその材質および形状により表面波を発生させる振動
の振幅が変化し、振動子および回転子の振幅を次の3つ
の場合について考える。
【0015】第一に、振動子Sの振幅AS が回転子3の
振幅A3 より大きい場合、すなわち図4の状態では、振
動子Sと回転子3との接触は、振動子Sの波の山と回転
子3の波の谷とになる。この場合は、振動子Sと回転子
3との接触点においてはそれぞれの粒子P1およびQ1
の運動が反対方向となり、超音波モータの駆動力は大き
くなる。
振幅A3 より大きい場合、すなわち図4の状態では、振
動子Sと回転子3との接触は、振動子Sの波の山と回転
子3の波の谷とになる。この場合は、振動子Sと回転子
3との接触点においてはそれぞれの粒子P1およびQ1
の運動が反対方向となり、超音波モータの駆動力は大き
くなる。
【0016】第二に、振動子Sの振幅AS と回転子3の
振幅A3 とが等しい場合は、振動子Sと回転子3とが全
面で接触することになる。この場合は、振動子Sの波の
山と谷とで粒子の運動が反対となるので駆動する力は打
ち消し合ってしまう。第三に、振動子Sの振幅AS が回
転子3の振幅A3 より小さい場合は、振動子Sと回転子
3との接触は、振動子Sの波の谷と回転子3の波の山と
になる。この場合は、振動子Sと回転子3との接触点に
おいてはそれぞれの粒子P1およびQ1の運動が反対方
向となり、超音波モータの駆動力は大きくなり、図4の
運動方向とは逆方向となる。
振幅A3 とが等しい場合は、振動子Sと回転子3とが全
面で接触することになる。この場合は、振動子Sの波の
山と谷とで粒子の運動が反対となるので駆動する力は打
ち消し合ってしまう。第三に、振動子Sの振幅AS が回
転子3の振幅A3 より小さい場合は、振動子Sと回転子
3との接触は、振動子Sの波の谷と回転子3の波の山と
になる。この場合は、振動子Sと回転子3との接触点に
おいてはそれぞれの粒子P1およびQ1の運動が反対方
向となり、超音波モータの駆動力は大きくなり、図4の
運動方向とは逆方向となる。
【0017】振動子Sと回転子3との防振を考えた場
合、回転子3はその回転を外部機構へ伝えなければなら
ず、振動子Sに比べて防振を行ない難くなっている。し
たがって、前述した駆動力が大きくなる第一の場合と第
三の場合との何方を選択するかを考えると、回転子3の
振幅A3 が振動子Sの振幅AS より小さくなる第一の場
合の方がより良いことになる。そこで、回転子3の振幅
A3 が振動子Sの振幅AS より小さする方法を以下に示
す。
合、回転子3はその回転を外部機構へ伝えなければなら
ず、振動子Sに比べて防振を行ない難くなっている。し
たがって、前述した駆動力が大きくなる第一の場合と第
三の場合との何方を選択するかを考えると、回転子3の
振幅A3 が振動子Sの振幅AS より小さくなる第一の場
合の方がより良いことになる。そこで、回転子3の振幅
A3 が振動子Sの振幅AS より小さする方法を以下に示
す。
【0018】図5は、振動子Sの共振周波数をfS 、回
転子3の共振周波数をf3 とすると、それぞれの振動数
と振幅との関係を示している。ただし、共振点における
振動子Sと回転子3との振幅は同一振幅であると仮定す
る。振動子Sの共振周波数fS で回転子3が振動させら
れる状態では、回転子3の振幅A3 が振動子Sの振幅A
S より小さくなる。したがって、振動子Sの振幅を1と
した場合に、回転子3の振幅A3 が所望される大きさ1
/Xとなるように、回転子3の共振周波数f3を決定す
るように設計すれば良い。
転子3の共振周波数をf3 とすると、それぞれの振動数
と振幅との関係を示している。ただし、共振点における
振動子Sと回転子3との振幅は同一振幅であると仮定す
る。振動子Sの共振周波数fS で回転子3が振動させら
れる状態では、回転子3の振幅A3 が振動子Sの振幅A
S より小さくなる。したがって、振動子Sの振幅を1と
した場合に、回転子3の振幅A3 が所望される大きさ1
/Xとなるように、回転子3の共振周波数f3を決定す
るように設計すれば良い。
【0019】なお、本実施形態では、振動子Sの中心O
と回転子3の中心O’とが偏心している構成の超音波モ
ータについて説明したが、本発明はこのような構成に限
定されるものではない。振動子Sの中心Oと回転子3の
中心O’とが一致する構成の超音波モータにおいても、
振動子の稜線部に相対運動部材が接触しないように構成
すれば同様の効果を得ることができ、前記偏心の有無に
関わるものではない。
と回転子3の中心O’とが偏心している構成の超音波モ
ータについて説明したが、本発明はこのような構成に限
定されるものではない。振動子Sの中心Oと回転子3の
中心O’とが一致する構成の超音波モータにおいても、
振動子の稜線部に相対運動部材が接触しないように構成
すれば同様の効果を得ることができ、前記偏心の有無に
関わるものではない。
【0020】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、相対運
動部材が振動子の少なくとも一方の稜線部に接触しない
ように加圧接触しているので、振動子の稜線部によって
生じる相対運動部材の摩耗が減少する。そのため、超音
波モータの耐久性を高めることができる。
動部材が振動子の少なくとも一方の稜線部に接触しない
ように加圧接触しているので、振動子の稜線部によって
生じる相対運動部材の摩耗が減少する。そのため、超音
波モータの耐久性を高めることができる。
【図1】図1(A)は、本発明の実施例である超音波モ
ータの平面図、図1(B)は前記超音波モータの断面図
である。
ータの平面図、図1(B)は前記超音波モータの断面図
である。
【図2】超音波モータをユニット化したときの断面図で
ある。
ある。
【図3】図3(A)および図3(B)は、前記超音波モ
ータの回転子の形状を示す構造図である。
ータの回転子の形状を示す構造図である。
【図4】超音波モータの駆動原理を示す説明図である。
【図5】超音波モータの入力周波数と振幅との特性曲線
を示すグラフである。
を示すグラフである。
1・・・弾性体 2・・・圧電素子 3、31、32・・・回転子 S・・・振動子
Claims (1)
- 【請求項1】 円環状の振動子と、前記振動子に加圧接
触されて該振動子との間で相対運動を行う円環状の相対
運動部材とを備えた超音波モータであって、 前記相対運動部材は、前記振動子の少なくとも一方の稜
線部に接触しないように加圧接触されていることを特徴
とする超音波モータ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8343089A JPH09172790A (ja) | 1996-12-24 | 1996-12-24 | 超音波モータ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8343089A JPH09172790A (ja) | 1996-12-24 | 1996-12-24 | 超音波モータ |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6286612A Division JP2760297B2 (ja) | 1994-11-21 | 1994-11-21 | 超音波モータ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09172790A true JPH09172790A (ja) | 1997-06-30 |
Family
ID=18358862
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8343089A Pending JPH09172790A (ja) | 1996-12-24 | 1996-12-24 | 超音波モータ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09172790A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009201191A (ja) * | 2008-02-19 | 2009-09-03 | Nikon Corp | 振動アクチュエータ、レンズ鏡筒、カメラ |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59110388A (ja) * | 1982-12-15 | 1984-06-26 | Canon Inc | 振動波モ−タ |
-
1996
- 1996-12-24 JP JP8343089A patent/JPH09172790A/ja active Pending
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59110388A (ja) * | 1982-12-15 | 1984-06-26 | Canon Inc | 振動波モ−タ |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009201191A (ja) * | 2008-02-19 | 2009-09-03 | Nikon Corp | 振動アクチュエータ、レンズ鏡筒、カメラ |
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