JP2902712B2

JP2902712B2 - 超音波モータ

Info

Publication number: JP2902712B2
Application number: JP2079800A
Authority: JP
Inventors: 宏行滝沢; 貞行上羽; 澄夫川合
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1989-07-27
Filing date: 1990-03-27
Publication date: 1999-06-07
Anticipated expiration: 2014-06-07
Also published as: JPH03128683A

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被
駆動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被駆動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
る進行波形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。

［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
の振動子の節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号には屈曲円板の節上に
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19図
により、その問題点を以下に説明する。

第19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d₃₁（m/V），印加電
圧をＶ（ｖ）とすると、変位ΔＬ（ｍ）はなる関係式で表わされる。

そこで、長さ10mm,幅2mmの縦振動子に100V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
d₃₁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 d₃₁＝−130×10^-12m/V とすると、変位ΔＬ（ｍ）は ΔＬ＝−130×10^-12×0.01/0.002×（−100）＝6.5×10^-8ｍ ……（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0.065μｍ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μｍを得ようとする
と、上記（1a）式ではＶ＝100VでΔＬ＝0.065μｍだっ
たので、 1/0.065＝15 つまり、100Vの15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を求めると、となる。そこで、上式に実際の数値を代入すると、となる。つまり、１μｍの変位をかせぐためには、15.3
cm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_r（Hz）は f_r＝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／f_r……（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（Hz−ｍ）
を、縦振動子の長さ方向の共振周波数f_r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（2
a）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1
5.3cm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］本発明による超音波モータは、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、上記弾性体の厚み方向に積層された圧電素子
によって形成された縦振動子とからなる駆動体と、上記
縦振動子の先端面に圧接される被駆動部材と、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、上記駆動体と被駆動部材とを相対移動させ
ることを特徴とし、また、記駆動体の支持部と上記縦振動子は、上記屈曲
振動の位相が同一または異なる節を通り、かつ上記屈曲
振動の中立面に垂直な軸上に配置されたことを特徴と
し、更に、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、上記駆動体の屈曲振動の中立面を、上記弾
性体の厚み方向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、
本発明の実施例を説明するに先立って、本発明の基本原
理を述べた後、第20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個または複数個
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駆動体、および、この縦振動
子の端面に圧接された被駆動部材からなり、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、上記駆動体と被駆動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20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ｌ
（ｍ），積層した枚数をn,高さｌ方向の圧電歪定数をd
₃₃（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Δｌ
（ｍ）は、一般的に、 Δｌ＝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 d₃₃＝635×10^-12m/V 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、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0.12mmの圧電素子を使用した場合 16×0.12＝1.92（mm）となるから、１μｍの変位を得るには、約2mm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とからなる駆動体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
れる被駆動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５に圧接，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、被駆動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、上記被駆動部材に
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駆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→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2
7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），（Ｂ）は駆動体2の側面図，正面図であっ
て、この駆動体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。

駆動体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,10b,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は駆動体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、駆動体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とバネ圧調整ナット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、このバネ圧調整ナット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
ナット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19,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本の取付板ガイド棒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V₀で
角周波数ωの正弦波形l₁の交流電圧V₀sinωｔ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l₁より90°位相が進んだ正弦波形l₂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l₂と180°位相の異なる正
弦波形l₃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、上記駆動体
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、駆動体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
ハ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、駆動体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、駆動体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駆動体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
19,21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180°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
ているときの駆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
小さい場合に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U_M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
幅は被駆動部材（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、被駆動部材（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U_V1，U_V2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、移動速度は零で被駆動部材は移動しない。
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０から縦振動子と
被駆動部材（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7.4m
m、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700KHz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0.12mmの板状圧電体16
枚を積層した高さ2mm程度のものに電圧100V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），（Ｂ）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l₄，l₅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、節面上で縦振動子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てある。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一致しているた
めに、縦振動によって圧接力が有効に被駆動部材（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からなる駆動体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3a,4aからなる
駆動体が載り、該駆動体の縦振動子3a,4aと被駆動部材
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29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15a,
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2
9と、駆動体との接触圧力を調整するようになってい
る。この駆動体に前記第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,4aに印加すると、
移動体29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1A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1Aの先端から（0.2
165/1）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,被駆動部材である
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1Aと縦振動子
3Aとは駆動体を構成する。そこで、上記駆動体に上記第
１実施例と同じ位相差の交流電圧を印加すれば、移動体
5A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
5Aの摺動面5Aa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）は、第13図（Ａ）の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が駆動体
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、被駆動部材である内部
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44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44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，
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節線上で
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。

また、上記本発明の屈曲振動子と縦振動子とで構成さ
れる駆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、その駆動体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。従って駆動体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質量により屈曲振動子81自体の
節81b,81c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
図の駆動体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,82c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図の駆動体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m₁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r₁とする。ま
た、縦振動子84a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I₁，I₂はそれぞれとなる。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r₁，r₂はr₁＜r₂の関係を持
つ。また、質量m₁，m₂の関係はm₂には縦振動子84aが付
加されているので、m₁＜m₂となる。上記（１），（２）
式より節81bを回転軸とした上，下回転慣性質量I₁，I₂
の関係はI₁＜I₂となり、アンバランス状態であって、節
81bが駆動体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を支持して駆動体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。

上記のように駆動体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r₂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駆動体を用いるも
のである。そして、その駆動体における上記等価質量
m₁，m₂および節までの距離r₁，r₂はそれぞれm₁＝m₂，r₁
＝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、その駆動体
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
に駆動体を構成する。この駆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駆
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、本モータにおける駆動体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54a,54b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,54b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54a,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、図示被駆動部材で
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が駆動体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52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51には上記ガイド溝52
a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51
a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61の幅方向に突
出する円柱軸状の支持ピン55a,55b,55c,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ヶ所設けられている。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。

駆動体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、その左右両側縁部の、上記支持ピ
ン55a〜55dに対向する部位に、係合切欠部57c,57d,57e,
57fが穿設されている。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57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59を介して２本のビス60を取付片57
a,57bに貫通させて支持枠51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59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からなる駆動体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、駆動体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54c,54d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、駆動部である駆動
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
も勿論異なる節位置としてもよい。また、圧電素子56a,
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65a,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駆動体69の側
面図である。第３実施例の駆動体62と異なる点は、弾性
体55に圧電素子56a,56b、縦振動子54a,54b、付加質量体
65a,65bの取り付け位置決めのための溝55e,55fと55g,55
h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、駆動体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駆動体を示
す。この変形例の駆動体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
形例による駆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
駆動体を示す。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、
駆動体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との変位量ｄだけずれた節の位置を
求め、その位置に駆動体92を支持する４つの支持ピン55
a,55b（他の支持部は図示せず）を配設するものであ
る。

本変形例の駆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。

本実施例では、駆動体106，109に圧接される被駆動部
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
動する駆動体106，109はそれぞれ支持ピン105a,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、上記駆動体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、駆動体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、二つの駆動体10
6，109を用いたが、他に一つの駆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被駆動部材を移動できる
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駆動体を構成でき、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
される駆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法の一例と、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図における駆動体の
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），
（Ｆ），（Ｇ），（Ｈ）は、上記第１図における駆動体
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駆動体の動きを
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
生しているときの駆動体の動作を示す作用図、第10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、駆
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）のＸ−Ｘ断面図、第15図は、上記第14図（Ａ），（Ｂ）の第３実施例の変
形例を示す駆動体の要部側面図、第16図は、上記第14図（Ａ）の第３実施例の別の変形例
を示す駆動体の要部側面図、第17図は、上記第14図（Ａ）の第３実施例の更に別の変
形例を示す駆動体の要部側面図、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、従来例の駆動体の要部側面図、第22図は、上記第21図の駆動体の回転慣性質量のバラン
ス状態を示す図である。2 ，62，69，72，92，106，109……駆動体 1,1a,1A,61,71,105,108……屈曲振動子 3,4,3a,4a,3A……積層圧電素子からなる縦振動子 54a,54b,74,74b……積層圧電素子からなる縦振動子 94a,94b,104,107……積層圧電素子からなる縦振動子 5,5A,29,110……移動体（被駆動部材）８……リニアレール（被駆動部材） 52……レール部材（被駆動部材） 6,6A,56a,56b,76,96……屈曲振動を与える圧電素子 7,55,75,95……弾性体 10a,10b,10c,10d……支持ピン（屈曲振動子の支持ピ
ン） 55a,55b,55c,55d……支持ピン（屈曲振動子の支持ピ
ン） 75a,75b,95a,95b……支持ピン（屈曲振動子の支持ピ
ン） 105a,108a……支持ピン（屈曲振動子の支持ピン）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開平３−65075（ＪＰ，Ａ) 実開昭63−66097（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H02N 2/00 - 2/18

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項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、上
記弾性体の厚み方向に積層された圧電素子によって形成
された縦振動子と、からなる駆動体と、上記縦振動子の先端面に圧接される被駆動部材と、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、上記駆動体と被駆動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。
【請求項２】上記駆動体の支持部と上記縦振動子は、上
記屈曲振動の位相が同一または異なる節を通り、かつ上
記屈曲振動の中立面に垂直な軸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。
【請求項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、上記駆動体の屈曲振動の中立面を、上記
弾性体の厚み方向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。