JP3124514B2 - 超音波モータ、電子機器、及びアナログ式時計 - Google Patents
超音波モータ、電子機器、及びアナログ式時計Info
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H02N2/00—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
- H02N2/10—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing rotary motion, e.g. rotary motors
- H02N2/16—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing rotary motion, e.g. rotary motors using travelling waves, i.e. Rayleigh surface waves
- H02N2/166—Motors with disc stator
Landscapes
- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、圧電素子の伸縮振
動より周期的に振動して定在波を発生させる振動体につ
いて定在波の節と腹の中間位置に動力伝達突起を備えた
超音波モータ並びにこれを用いた電子機器及びアナログ
式時計の改良に関する。
動より周期的に振動して定在波を発生させる振動体につ
いて定在波の節と腹の中間位置に動力伝達突起を備えた
超音波モータ並びにこれを用いた電子機器及びアナログ
式時計の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】近時、マイクロモータの分野では、圧電
素子を駆動源として利用する超音波モータが注目されて
いる。超音波モータの種類には、平板矩形状の振動体に
おいて、異なる共振モードを組み合わせるタイプや、円
環状の振動体において、９０゜位相の異なる電気的励振
により進行波を生じさせるタイプ等が知られている。
素子を駆動源として利用する超音波モータが注目されて
いる。超音波モータの種類には、平板矩形状の振動体に
おいて、異なる共振モードを組み合わせるタイプや、円
環状の振動体において、９０゜位相の異なる電気的励振
により進行波を生じさせるタイプ等が知られている。
【０００３】また、一つの電源を用いて正逆方向の駆動
力を生じさせる観点から、振動体に定在波を生じさせる
タイプが知られている（特開平２−２８７２８１号公
報、特開平８−１０７６８６号公報参照）。図９は、前
記定在波型の超音波モータの要部を示し、同図（ａ）は
周面の展開構造を、同図（ｂ）は平面構造を示す。
力を生じさせる観点から、振動体に定在波を生じさせる
タイプが知られている（特開平２−２８７２８１号公
報、特開平８−１０７６８６号公報参照）。図９は、前
記定在波型の超音波モータの要部を示し、同図（ａ）は
周面の展開構造を、同図（ｂ）は平面構造を示す。
【０００４】この超音波モータの要部は、周方向に扇形
状に１２等分した分割部を有すると共に、隣接する１対
の分割部を交互に分極方向を逆転するように処理された
圧電素子１１と、圧電素子１１に接合された振動体１２
と、振動体１２の周面上に前記一対の分割部の境界に対
応した位置に設けられた動力伝達突起１３と、動力伝達
突起１３に当接する移動体２４から構成されている。
状に１２等分した分割部を有すると共に、隣接する１対
の分割部を交互に分極方向を逆転するように処理された
圧電素子１１と、圧電素子１１に接合された振動体１２
と、振動体１２の周面上に前記一対の分割部の境界に対
応した位置に設けられた動力伝達突起１３と、動力伝達
突起１３に当接する移動体２４から構成されている。
【０００５】そして、移動体２４を移動させる場合、同
図（ｂ）に示すように、１つおきに配置された圧電素子
１１の分割群（１１ａ若しくは１１ｂ）に電圧を印加し
て、振動体１２に定在波を生じさせる。ここで、動力伝
達突起１３は振動体１２に生じる定在波の腹と節の中間
位置について半波長おきに位置する。このとき、定在波
の山側にあるとき各動力伝達突起１３の先端は移動体２
４に当接して摩擦力を加える一方、定在波の谷と節の中
間に位置する動力伝達突起１３は移動体２４に接触しな
いので、移動体２４は一方向へ回転される。
図（ｂ）に示すように、１つおきに配置された圧電素子
１１の分割群（１１ａ若しくは１１ｂ）に電圧を印加し
て、振動体１２に定在波を生じさせる。ここで、動力伝
達突起１３は振動体１２に生じる定在波の腹と節の中間
位置について半波長おきに位置する。このとき、定在波
の山側にあるとき各動力伝達突起１３の先端は移動体２
４に当接して摩擦力を加える一方、定在波の谷と節の中
間に位置する動力伝達突起１３は移動体２４に接触しな
いので、移動体２４は一方向へ回転される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記超
音波モータの小型化に際して、励振される定在波の振幅
は微小であり、また、振動体１２と移動体２４の摺動面
は、ミクロ的なうねり、粗さにより凸凹を有している。
図１０は、振動体および移動体の表面形状と突起の移動
体表面への接触状態を示す。
音波モータの小型化に際して、励振される定在波の振幅
は微小であり、また、振動体１２と移動体２４の摺動面
は、ミクロ的なうねり、粗さにより凸凹を有している。
図１０は、振動体および移動体の表面形状と突起の移動
体表面への接触状態を示す。
【０００７】即ち、振動体１２および移動体２４の摺動
面に凹凸が存在すると、定在波の山側の動力伝達突起１
３ａのみならず、通常では非接触の定在波の谷側の動力
伝達突起１３ｂの一部も移動体２４に接触して、移動体
２４の進行方向と逆方向に摩擦力を加える。これは、振
動体１２の振動エネルギーを移動体２４の回転力に変換
する際のエネルギーロスになり、超音波モータの回転性
能を落としてしまうという技術的課題を導く。
面に凹凸が存在すると、定在波の山側の動力伝達突起１
３ａのみならず、通常では非接触の定在波の谷側の動力
伝達突起１３ｂの一部も移動体２４に接触して、移動体
２４の進行方向と逆方向に摩擦力を加える。これは、振
動体１２の振動エネルギーを移動体２４の回転力に変換
する際のエネルギーロスになり、超音波モータの回転性
能を落としてしまうという技術的課題を導く。
【０００８】また、上記動力伝達突起１３の作成には、
円盤状の振動体１２の表面を各々突起形状に削り出す作
業を必要とするが、多数の突起形状の作成には複雑な研
削手順および時間を必要とするので、製造工程は複雑化
するという問題を有していた。そこで、本発明は、以上
の技術的課題を解決するためなされたものであって、そ
の目的は、振動体の振動エネルギーのロスを防止し、モ
ータの回転性能を向上させると共に、製造工程を簡略化
する超音波モータ並びにこれを用いた電子機器及びアナ
ログ式時計を提供することにある。
円盤状の振動体１２の表面を各々突起形状に削り出す作
業を必要とするが、多数の突起形状の作成には複雑な研
削手順および時間を必要とするので、製造工程は複雑化
するという問題を有していた。そこで、本発明は、以上
の技術的課題を解決するためなされたものであって、そ
の目的は、振動体の振動エネルギーのロスを防止し、モ
ータの回転性能を向上させると共に、製造工程を簡略化
する超音波モータ並びにこれを用いた電子機器及びアナ
ログ式時計を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】即ち、請求項１記載の発
明は、圧電素子の伸縮運動により周期的に振動して定在
波を発生する振動体を備え、前記振動体の定在波を圧接
させて摩擦力により移動体を駆動する超音波モータにお
いて、前記振動体の定在波の腹と節の中間位置について
ｎ波長（ｎ：自然数）おきにに前記移動体に摩擦力を加
える動力伝達突起を備えたことを特徴とする。
明は、圧電素子の伸縮運動により周期的に振動して定在
波を発生する振動体を備え、前記振動体の定在波を圧接
させて摩擦力により移動体を駆動する超音波モータにお
いて、前記振動体の定在波の腹と節の中間位置について
ｎ波長（ｎ：自然数）おきにに前記移動体に摩擦力を加
える動力伝達突起を備えたことを特徴とする。
【００１０】この作用として、圧電素子の伸縮運動は振
動体を振動させて、振動体には定在波が発生する。定在
波の腹と節の中間位置についてｎ波長おきに設けられた
動力伝達突起は、定在波の山側にあるとき移動体に圧接
して摩擦力を加え、移動体を進行方向へ駆動する。一
方、このとき動力伝達突起から半波長おきに定在波の谷
側にある中間位置は、動力伝達突起を設けていないの
で、振動体および移動体の表面に凸凹が存在したとして
も、移動体に非接触である。即ち、移動体に進行方向と
逆方向の摩擦力を加えないようにしたので、移動体は進
行方向のみに摩擦力を受け、振動体の振動エネルギーの
ロスを防止し、超音波モータの回転性能を向上させる。
動体を振動させて、振動体には定在波が発生する。定在
波の腹と節の中間位置についてｎ波長おきに設けられた
動力伝達突起は、定在波の山側にあるとき移動体に圧接
して摩擦力を加え、移動体を進行方向へ駆動する。一
方、このとき動力伝達突起から半波長おきに定在波の谷
側にある中間位置は、動力伝達突起を設けていないの
で、振動体および移動体の表面に凸凹が存在したとして
も、移動体に非接触である。即ち、移動体に進行方向と
逆方向の摩擦力を加えないようにしたので、移動体は進
行方向のみに摩擦力を受け、振動体の振動エネルギーの
ロスを防止し、超音波モータの回転性能を向上させる。
【００１１】ここで、定在波には、単一の振動モードに
よる定在波及び複数の同位相の定在波を合成した定在波
の何れも含まれる。動力伝達突起は、振動体と一体に作
成される場合、振動体と別部材で作成される場合のいず
れも含まれる。請求項２記載の発明は、請求項１記載の
超音波モータにおいて、前記振動体の定在波の腹と節の
中間位置について１波長おきに前記移動体に摩擦力を加
える動力伝達突起を備えたことを特徴とする。
よる定在波及び複数の同位相の定在波を合成した定在波
の何れも含まれる。動力伝達突起は、振動体と一体に作
成される場合、振動体と別部材で作成される場合のいず
れも含まれる。請求項２記載の発明は、請求項１記載の
超音波モータにおいて、前記振動体の定在波の腹と節の
中間位置について１波長おきに前記移動体に摩擦力を加
える動力伝達突起を備えたことを特徴とする。
【００１２】この発明によれば、動力伝達突起を最大数
配置し、移動体に最大摩擦力を加えるようにしたので、
移動体は高トルクで可動される一方、動力伝達突起から
半波長離れた中間位置は、振動体および移動体の表面に
凸凹が存在したとしても、進行方向と逆方向の摩擦力は
移動体に加えない。請求項３記載の発明は、請求項１又
は請求項２記載の超音波モータにおいて、互いに隣接す
る前記動力伝達突起の間であって、前記動力伝達突起を
含めて等間隔となる前記中間位置に、前記動力伝達突起
より低く前記振動体の振動を安定させる振動安定突起を
備えたことを特徴とする。
配置し、移動体に最大摩擦力を加えるようにしたので、
移動体は高トルクで可動される一方、動力伝達突起から
半波長離れた中間位置は、振動体および移動体の表面に
凸凹が存在したとしても、進行方向と逆方向の摩擦力は
移動体に加えない。請求項３記載の発明は、請求項１又
は請求項２記載の超音波モータにおいて、互いに隣接す
る前記動力伝達突起の間であって、前記動力伝達突起を
含めて等間隔となる前記中間位置に、前記動力伝達突起
より低く前記振動体の振動を安定させる振動安定突起を
備えたことを特徴とする。
【００１３】ここで、振動安定突起の高さは、定在波の
谷側にあり、かつ、振動体および移動体の表面に凸凹が
あるときでも、移動体に接触しない程度である。この発
明によれば、振動安定突起により、動力伝達突起との平
衡を図り、振動体のバランスを保つようにしたので、超
音波モータの安定駆動が図られると共に環境変化に起因
する振動特性の変化を緩和する。また、振動安定突起は
進行方向と逆方向に摩擦力を加えないようにしたので、
振動体の振動エネルギーのロスは防止される。
谷側にあり、かつ、振動体および移動体の表面に凸凹が
あるときでも、移動体に接触しない程度である。この発
明によれば、振動安定突起により、動力伝達突起との平
衡を図り、振動体のバランスを保つようにしたので、超
音波モータの安定駆動が図られると共に環境変化に起因
する振動特性の変化を緩和する。また、振動安定突起は
進行方向と逆方向に摩擦力を加えないようにしたので、
振動体の振動エネルギーのロスは防止される。
【００１４】請求項４記載の発明は、請求項３記載の超
音波モータにおいて、互いに隣接する前記動力伝達突起
間から等距離の前記中間位置に前記振動安定突起を備え
たことを特徴とする。この発明によれば、最小数の振動
安定突起を作成するようにしたので、製造工程が簡略化
される。
音波モータにおいて、互いに隣接する前記動力伝達突起
間から等距離の前記中間位置に前記振動安定突起を備え
たことを特徴とする。この発明によれば、最小数の振動
安定突起を作成するようにしたので、製造工程が簡略化
される。
【００１５】請求項５記載の発明は、請求項１から請求
項４いずれか記載の超音波モータにおいて、少なくとも
３つ以上の前記動力伝達突起を備えたことを特徴とす
る。この発明によれば、３つ以上の動力伝達突起によ
り、２次元的に移動体を支持するようにしたので、移動
体は安定して駆動される。請求項６記載の発明は、請求
項１又は請求項２記載の超音波モータにおいて、互いに
隣接する前記動力伝達突起の間に一方の前記動力伝達突
起から他方の動力伝達突起まで連続する前記振動安定突
起を備えたことを特徴とする。
項４いずれか記載の超音波モータにおいて、少なくとも
３つ以上の前記動力伝達突起を備えたことを特徴とす
る。この発明によれば、３つ以上の動力伝達突起によ
り、２次元的に移動体を支持するようにしたので、移動
体は安定して駆動される。請求項６記載の発明は、請求
項１又は請求項２記載の超音波モータにおいて、互いに
隣接する前記動力伝達突起の間に一方の前記動力伝達突
起から他方の動力伝達突起まで連続する前記振動安定突
起を備えたことを特徴とする。
【００１６】この発明によれば、振動安定突起の作成を
容易にしたので、製造工程が簡略化される。請求項７記
載の発明は、電子機器に請求項１から請求項６いずれか
記載の超音波モータを備えたことを特徴とする。この発
明によれば、該超音波モータを駆動源とした電子機器が
実現される。
容易にしたので、製造工程が簡略化される。請求項７記
載の発明は、電子機器に請求項１から請求項６いずれか
記載の超音波モータを備えたことを特徴とする。この発
明によれば、該超音波モータを駆動源とした電子機器が
実現される。
【００１７】ここで、電子機器には電子時計、計測器、
カメラ、プリンタ等のマイクロモータを適用可能な分野
は全て含まれる。請求項８記載の発明は、アナログ式時
計に請求項１から請求項６いずれか記載の超音波モータ
を備えたことを特徴とする。この発明によれば、超音波
モータを駆動源としたアナログ式時計が実現される。
カメラ、プリンタ等のマイクロモータを適用可能な分野
は全て含まれる。請求項８記載の発明は、アナログ式時
計に請求項１から請求項６いずれか記載の超音波モータ
を備えたことを特徴とする。この発明によれば、超音波
モータを駆動源としたアナログ式時計が実現される。
【００１８】
【発明の実施の形態】以下、図１〜図８を参照して本発
明を適用した実施の形態を詳細に説明する。 ｛実施の形態１｝図１は、本発明を超音波モータに適用
した実施の形態１の断面構造を示す。本超音波モータ
は、圧電素子１１と、圧電素子１１に接合された振動体
１２と、振動体１２の上面に設けられた動力伝達突起１
３と、圧電素子１１に結合されたリード線１４と、振動
体１２を中心を貫く中心軸２２と、中心軸２２を固定す
る支持板２３と、動力伝達突起１３の上に当接する移動
体２４と、移動体２４を中心部を圧接する加圧ばね２５
から構成されている。
明を適用した実施の形態を詳細に説明する。 ｛実施の形態１｝図１は、本発明を超音波モータに適用
した実施の形態１の断面構造を示す。本超音波モータ
は、圧電素子１１と、圧電素子１１に接合された振動体
１２と、振動体１２の上面に設けられた動力伝達突起１
３と、圧電素子１１に結合されたリード線１４と、振動
体１２を中心を貫く中心軸２２と、中心軸２２を固定す
る支持板２３と、動力伝達突起１３の上に当接する移動
体２４と、移動体２４を中心部を圧接する加圧ばね２５
から構成されている。
【００１９】図２は、超音波モータの振動体および圧電
素子の詳細を示したものであり、同図（ａ）は平面構造
を、同図（ｂ）は周面の展開構造を示す。同図（ａ）に
示すように、圧電素子１１は、円板状であり、周方向に
扇形状に１２等分ａ１…ａ６、ｂ１…ｂ６に分割して、
隣接するａ１とｂ１、ａ２とｂ２、…ａ６とｂ６を組と
して、一組ずつ相互に分極方向が逆転するように分極処
理を施している。
素子の詳細を示したものであり、同図（ａ）は平面構造
を、同図（ｂ）は周面の展開構造を示す。同図（ａ）に
示すように、圧電素子１１は、円板状であり、周方向に
扇形状に１２等分ａ１…ａ６、ｂ１…ｂ６に分割して、
隣接するａ１とｂ１、ａ２とｂ２、…ａ６とｂ６を組と
して、一組ずつ相互に分極方向が逆転するように分極処
理を施している。
【００２０】ここで、図中（＋）もしくは（−）とある
のは、分極の方向を示したものである。（＋）は、圧電
素子１１の下面から圧電素子１１と振動体１２の接合面
に向かって正の電界を印加して、（−）は、負の電界を
印加して分極処理を施したことを示す。また、圧電素子
１１の表面と裏面には、前記分割部ａ１…ａ６、ｂ１…
ｂ６に対応した扇形状に電極パターン（図示省略）を形
成している。
のは、分極の方向を示したものである。（＋）は、圧電
素子１１の下面から圧電素子１１と振動体１２の接合面
に向かって正の電界を印加して、（−）は、負の電界を
印加して分極処理を施したことを示す。また、圧電素子
１１の表面と裏面には、前記分割部ａ１…ａ６、ｂ１…
ｂ６に対応した扇形状に電極パターン（図示省略）を形
成している。
【００２１】同図（ｂ）に示すように、一方の分割部ａ
１…ａ６に対応した電極パターンは第１リード線１４ａ
に結線し、他方の分割部ｂ１…ｂ６に対応した電極パタ
ーンは、第２リード線１４ｂに結線している。振動体１
２（同図（ａ）では図示省略）は、圧電素子１１に対応
した大きさの円板状であり、アルミ合金、ステンレス、
黄銅等の弾性材料からなる。
１…ａ６に対応した電極パターンは第１リード線１４ａ
に結線し、他方の分割部ｂ１…ｂ６に対応した電極パタ
ーンは、第２リード線１４ｂに結線している。振動体１
２（同図（ａ）では図示省略）は、圧電素子１１に対応
した大きさの円板状であり、アルミ合金、ステンレス、
黄銅等の弾性材料からなる。
【００２２】動力伝達突起１３は、各々同一の高さの断
面角柱状であり、（＋）方向に分極処理された１組の分
割部（ａ１とｂ１、ａ３とｂ３、ａ５とｂ５）の境界に
計３箇所設けられている。ここで、３箇所としたのは、
移動体２４を２次元的に支持し移動体２４を安定して回
転運動させるためである。図３は、各動力伝達突起と振
動体に生じる定在波の位置関係を示す。
面角柱状であり、（＋）方向に分極処理された１組の分
割部（ａ１とｂ１、ａ３とｂ３、ａ５とｂ５）の境界に
計３箇所設けられている。ここで、３箇所としたのは、
移動体２４を２次元的に支持し移動体２４を安定して回
転運動させるためである。図３は、各動力伝達突起と振
動体に生じる定在波の位置関係を示す。
【００２３】後述するように、振動体１２を屈曲振動さ
せて周面上に３波長分の定在波を形成させたとき、各動
力伝達突起１３は定在波の腹と節の中間位置に１波長お
きに配置される。次に、図１〜図３に基づいて、本実施
の形態に係わる超音波モータの動作について説明する。
せて周面上に３波長分の定在波を形成させたとき、各動
力伝達突起１３は定在波の腹と節の中間位置に１波長お
きに配置される。次に、図１〜図３に基づいて、本実施
の形態に係わる超音波モータの動作について説明する。
【００２４】移動体２４を正方向に回転させるときは、
図２（ｂ）に示すように、第１リード線１４ａに電圧を
印加すればよい。圧電素子１１の分割部ａ１…ａ６は励
振され、振動体１２は屈曲振動されて周面上に３波長分
の定在波を生じる。各動力伝達突起１３の先端は、上下
方向と、横方向の動きを伴う斜め方向の運動を行い、図
３（ａ）に示すように、定在波の山側にあるとき、移動
体２４の表面に圧接して摩擦力を加える。
図２（ｂ）に示すように、第１リード線１４ａに電圧を
印加すればよい。圧電素子１１の分割部ａ１…ａ６は励
振され、振動体１２は屈曲振動されて周面上に３波長分
の定在波を生じる。各動力伝達突起１３の先端は、上下
方向と、横方向の動きを伴う斜め方向の運動を行い、図
３（ａ）に示すように、定在波の山側にあるとき、移動
体２４の表面に圧接して摩擦力を加える。
【００２５】このとき、各動力伝達突起１３から半波長
離れた定在波の谷側の中間位置は、動力伝達突起１３を
設けていないので、振動体１２および移動体２４の表面
に凸凹が存在したとしても、移動体２４に非接触であ
り、移動体２４に進行方向と逆方向へ摩擦力を加えな
い。よって、移動体２４は、前記定在波の山側の動力伝
達突起１３のみから一方向の摩擦力を加えられて図中矢
印方向へ移動すると共に、図１に示すように、中心軸２
２を中心として回転運動する。
離れた定在波の谷側の中間位置は、動力伝達突起１３を
設けていないので、振動体１２および移動体２４の表面
に凸凹が存在したとしても、移動体２４に非接触であ
り、移動体２４に進行方向と逆方向へ摩擦力を加えな
い。よって、移動体２４は、前記定在波の山側の動力伝
達突起１３のみから一方向の摩擦力を加えられて図中矢
印方向へ移動すると共に、図１に示すように、中心軸２
２を中心として回転運動する。
【００２６】一方、移動体を逆方向に回転させるとき
は、図２（ｂ）に示すように、第２リード線１４ｂに電
圧を印加すればよい。圧電素子１１の分割部ｂ１…ｂ６
は励振され、振動体１２は屈曲振動されて前記定在波に
対して９０°位相の異なる３波長分の定在波を生じる。
各動力伝達突起１３の先端は、先ほどとは逆方向に変位
し、図３（ｂ）に示すように、定在波の山側にあると
き、移動体２４に圧接して図３（ａ）とは逆方向に摩擦
力を加える。よって、移動体２４は、逆方向に回転運動
する。
は、図２（ｂ）に示すように、第２リード線１４ｂに電
圧を印加すればよい。圧電素子１１の分割部ｂ１…ｂ６
は励振され、振動体１２は屈曲振動されて前記定在波に
対して９０°位相の異なる３波長分の定在波を生じる。
各動力伝達突起１３の先端は、先ほどとは逆方向に変位
し、図３（ｂ）に示すように、定在波の山側にあると
き、移動体２４に圧接して図３（ａ）とは逆方向に摩擦
力を加える。よって、移動体２４は、逆方向に回転運動
する。
【００２７】以上より、本実施の形態によれば、動力伝
達突起１３から半波長離れた定在波の谷側の中間位置を
移動体２４に非接触とし、移動体２４に進行方向と逆方
向の摩擦力を加えないようにしたので、振動体１２の振
動エネルギーのロスが防止され、超音波モータの回転性
能が向上される。なお、本実施の形態では単一波形から
なる定在波に限られず、超音波モータのトルクを強化す
る観点から、複数の同位相の定在波を重ね合わせた合成
定在波を用いて、動力伝達突起１３を合成定在波の腹と
節の中間位置に対して１波長おきに設けてもよい。 ｛実施の形態２｝図４は、本発明を超音波モータに適用
した実施の形態２の要部を示したものであり、同図
（ａ）は平面構造を、同図（ｂ）は周面の展開構造を示
す。
達突起１３から半波長離れた定在波の谷側の中間位置を
移動体２４に非接触とし、移動体２４に進行方向と逆方
向の摩擦力を加えないようにしたので、振動体１２の振
動エネルギーのロスが防止され、超音波モータの回転性
能が向上される。なお、本実施の形態では単一波形から
なる定在波に限られず、超音波モータのトルクを強化す
る観点から、複数の同位相の定在波を重ね合わせた合成
定在波を用いて、動力伝達突起１３を合成定在波の腹と
節の中間位置に対して１波長おきに設けてもよい。 ｛実施の形態２｝図４は、本発明を超音波モータに適用
した実施の形態２の要部を示したものであり、同図
（ａ）は平面構造を、同図（ｂ）は周面の展開構造を示
す。
【００２８】本実施の形態の平面構造及び周面の展開構
造は、実施の形態１と略同様の構造であり、共通部分に
ついては説明を省略する。本実施の形態の特徴は、
（−）方向に分極処理された１組の分割部（ａ２とｂ
２、ａ４とｂ４、ａ６とｂ６）の境界に、四角柱状の振
動安定突起１５を設けた点である。この振動安定突起１
５は、図３に示すように、振動体１２に生じる定在波に
対して、各動力伝達突起１３から半波長離れた腹と節の
中間位置にあり、隣接する動力伝達突起１３とは等距離
の位置にある。
造は、実施の形態１と略同様の構造であり、共通部分に
ついては説明を省略する。本実施の形態の特徴は、
（−）方向に分極処理された１組の分割部（ａ２とｂ
２、ａ４とｂ４、ａ６とｂ６）の境界に、四角柱状の振
動安定突起１５を設けた点である。この振動安定突起１
５は、図３に示すように、振動体１２に生じる定在波に
対して、各動力伝達突起１３から半波長離れた腹と節の
中間位置にあり、隣接する動力伝達突起１３とは等距離
の位置にある。
【００２９】また、その高さは、定在波の谷側にあると
きでも、動力伝達突起１３より移動体２４の表面に触れ
ない程度に低く、さらに、振動体１２又は移動体２４の
表面に凸凹があったとしても、移動体２４に非接触とな
るよう設計されており、全てが同じ高さである必要はな
い。この振動安定突起１５によれば、動力伝達突起１３
との平衡を図り、定在波の生じている振動体１２のバラ
ンスを維持するようにしたので、振動体１２および圧電
素子１１の振動状態を安定化すると共に、環境変化に起
因する振動特性の変化を緩和する。また、定在波の谷側
にあるとき進行方向とは逆方向に摩擦力を加えないよう
にしたので、振動エネルギーをロスすることもない。さ
らに、製造工程も簡略化される。 ｛実施の形態３｝図５は、本発明を超音波モータに適用
した実施の形態３の要部を示したものであり、同図
（ａ）は平面構造を、同図（ｂ）は周面の展開構造を示
す。
きでも、動力伝達突起１３より移動体２４の表面に触れ
ない程度に低く、さらに、振動体１２又は移動体２４の
表面に凸凹があったとしても、移動体２４に非接触とな
るよう設計されており、全てが同じ高さである必要はな
い。この振動安定突起１５によれば、動力伝達突起１３
との平衡を図り、定在波の生じている振動体１２のバラ
ンスを維持するようにしたので、振動体１２および圧電
素子１１の振動状態を安定化すると共に、環境変化に起
因する振動特性の変化を緩和する。また、定在波の谷側
にあるとき進行方向とは逆方向に摩擦力を加えないよう
にしたので、振動エネルギーをロスすることもない。さ
らに、製造工程も簡略化される。 ｛実施の形態３｝図５は、本発明を超音波モータに適用
した実施の形態３の要部を示したものであり、同図
（ａ）は平面構造を、同図（ｂ）は周面の展開構造を示
す。
【００３０】本実施の形態の平面構造及び周面の展開構
造は、実施の形態１と略同様の構造であり、共通部分に
ついては説明を省略する。本実施の形態の特徴は、
（−）方向に分極処理された１組の分割部（ａ２とｂ
２、ａ４とｂ４、ａ６とｂ６）の境界に設けた振動安定
突起１５に加え、動力伝達突起１３と振動安定突起１５
の間に等間隔になるように振動安定突起１６を設けた点
にある。
造は、実施の形態１と略同様の構造であり、共通部分に
ついては説明を省略する。本実施の形態の特徴は、
（−）方向に分極処理された１組の分割部（ａ２とｂ
２、ａ４とｂ４、ａ６とｂ６）の境界に設けた振動安定
突起１５に加え、動力伝達突起１３と振動安定突起１５
の間に等間隔になるように振動安定突起１６を設けた点
にある。
【００３１】この振動安定突起１５、１６は、図３を参
照すると、隣接する動力伝達突起１３の間に１／８波長
おきの等間隔にある。これによれば、さらなる振動安定
突起１６により、振動体１２および圧電素子１１の振動
状態はさらに安定化される。 ｛実施の形態４｝図６は、本発明を超音波モータに適用
した実施の形態４の要部を示したものであり、同図
（ａ）は平面構造を、同図（ｂ）は周面の展開構造を示
す。
照すると、隣接する動力伝達突起１３の間に１／８波長
おきの等間隔にある。これによれば、さらなる振動安定
突起１６により、振動体１２および圧電素子１１の振動
状態はさらに安定化される。 ｛実施の形態４｝図６は、本発明を超音波モータに適用
した実施の形態４の要部を示したものであり、同図
（ａ）は平面構造を、同図（ｂ）は周面の展開構造を示
す。
【００３２】本実施の形態の平面構造及び周面の展開構
造は、実施の形態１と略同様の構造であり、共通部分に
ついては説明を省略する。本実施の形態の特徴は、隣接
する動力伝達突起１３の間を連続して動力伝達突起１３
より低い帯状の振動安定突起１７を設けている点にあ
る。これによれば、実施の形態２、３に四角柱の形状の
振動伝達突起１５、１６と比較して形状が単純であり、
製造工程も簡略化される。 ｛実施の形態５｝図７は、本発明に係わる超音波モータ
をアナログ式時計に適用した実施の形態５の断面構造を
示す。
造は、実施の形態１と略同様の構造であり、共通部分に
ついては説明を省略する。本実施の形態の特徴は、隣接
する動力伝達突起１３の間を連続して動力伝達突起１３
より低い帯状の振動安定突起１７を設けている点にあ
る。これによれば、実施の形態２、３に四角柱の形状の
振動伝達突起１５、１６と比較して形状が単純であり、
製造工程も簡略化される。 ｛実施の形態５｝図７は、本発明に係わる超音波モータ
をアナログ式時計に適用した実施の形態５の断面構造を
示す。
【００３３】本アナログ式時計は、圧電素子１１、振動
体１２、動力伝達突起１３、移動体２４、加圧ばね２５
からなる超音波モータと、振動体１２の中心に設けられ
た止ねじ３５、案内ピン３６と、止ねじ３５を押える地
板４０と、地板４０の前面に配置された文字盤３１と、
文字盤３１の前面に設けられた時針３２、分針３３、秒
針３４と、移動体歯車２４ａと噛合するとともに、回転
軸が秒針３４と一体に設けられた四番車４４と、四番車
４４の回転軸と噛合する三番車４３と、三番車４３の回
転軸と噛合し、分針３３と一体に設けられた分車４２
と、分車４２の前方にあって、時針３２と一体に設けら
れた筒車４５と、筒車４５を裏側へ押える裏押え４６
と、三番車４３と四番車４４の回転軸を受ける輪列受４
１から構成されている。
体１２、動力伝達突起１３、移動体２４、加圧ばね２５
からなる超音波モータと、振動体１２の中心に設けられ
た止ねじ３５、案内ピン３６と、止ねじ３５を押える地
板４０と、地板４０の前面に配置された文字盤３１と、
文字盤３１の前面に設けられた時針３２、分針３３、秒
針３４と、移動体歯車２４ａと噛合するとともに、回転
軸が秒針３４と一体に設けられた四番車４４と、四番車
４４の回転軸と噛合する三番車４３と、三番車４３の回
転軸と噛合し、分針３３と一体に設けられた分車４２
と、分車４２の前方にあって、時針３２と一体に設けら
れた筒車４５と、筒車４５を裏側へ押える裏押え４６
と、三番車４３と四番車４４の回転軸を受ける輪列受４
１から構成されている。
【００３４】ここで、分車４２及び三番車４３は、四番
車４４、即ち秒針３４の回転速度に対して、分針３３を
１／６０の回転速度になるように歯車の歯数を設定し、
筒車４５および裏車（図示省略）は四番車４４に対して
時針３２を１／７２０の回転速度になるように歯車比を
設定する。次に、図７に基づいて、アナログ式時計の動
作について説明する。
車４４、即ち秒針３４の回転速度に対して、分針３３を
１／６０の回転速度になるように歯車の歯数を設定し、
筒車４５および裏車（図示省略）は四番車４４に対して
時針３２を１／７２０の回転速度になるように歯車比を
設定する。次に、図７に基づいて、アナログ式時計の動
作について説明する。
【００３５】移動体２４を回転させると、移動体歯車２
４ａは所定の回転速度で四番車４４を回転させ、四番車
４４と一体の秒針３４は、従動回転して秒を表示する。
四番車４４の回転速度は三番車４３と分車４２により減
速され、分車４２と一体の分針３３は、秒針の１／６０
の回転速度で従動回転して、分を表示する。一方、四番
車４４の回転速度は裏車（図示省略）と筒車４５により
減速され、筒車４５と一体の時針３２は、秒針３４の１
／７２０の回転速度で従動回転して、時を表示する。
４ａは所定の回転速度で四番車４４を回転させ、四番車
４４と一体の秒針３４は、従動回転して秒を表示する。
四番車４４の回転速度は三番車４３と分車４２により減
速され、分車４２と一体の分針３３は、秒針の１／６０
の回転速度で従動回転して、分を表示する。一方、四番
車４４の回転速度は裏車（図示省略）と筒車４５により
減速され、筒車４５と一体の時針３２は、秒針３４の１
／７２０の回転速度で従動回転して、時を表示する。
【００３６】以上より、本実施の形態によれば、超音波
モータを用いたアナログ式時計が実現される。なお、時
刻情報の表示は、上記のように複数の輪列と指針により
行うほかに、移動体２４の軸方向に直接指針や指標を取
付けて行ってもよく、これらは、文字盤３１側から、お
よび加圧ばね２５側から見ることもできる。
モータを用いたアナログ式時計が実現される。なお、時
刻情報の表示は、上記のように複数の輪列と指針により
行うほかに、移動体２４の軸方向に直接指針や指標を取
付けて行ってもよく、これらは、文字盤３１側から、お
よび加圧ばね２５側から見ることもできる。
【００３７】さらに、モータ制御回路によりモータ駆動
回路から圧電素子１１に与える周波電圧の周波数の調整
により秒針３４を毎秒のステップ運針若しくは連続運針
させてもよい。また、時刻表示以外にも年月日などのカ
レンダ表示、電池残量、環境情報、からくり等の表示を
行わせてもよい。 ｛実施の形態６｝図８は、本発明に係わる超音波モータ
を電子機器に適用した実施の形態６のブロック図を示
す。
回路から圧電素子１１に与える周波電圧の周波数の調整
により秒針３４を毎秒のステップ運針若しくは連続運針
させてもよい。また、時刻表示以外にも年月日などのカ
レンダ表示、電池残量、環境情報、からくり等の表示を
行わせてもよい。 ｛実施の形態６｝図８は、本発明に係わる超音波モータ
を電子機器に適用した実施の形態６のブロック図を示
す。
【００３８】本電子機器は、前述の振動体１３と、振動
体１３により移動される移動体２４と、移動体２４と振
動体１３を加圧する加圧機構５１と、移動体１１と一体
に可動する伝達機構５２と、伝達機構５２の動作に基づ
いて動作する出力機構５３とを備えることにより実現す
る。ここで、伝達機構５２には、例えば、歯車、摩擦車
等の伝達車を用いる。
体１３により移動される移動体２４と、移動体２４と振
動体１３を加圧する加圧機構５１と、移動体１１と一体
に可動する伝達機構５２と、伝達機構５２の動作に基づ
いて動作する出力機構５３とを備えることにより実現す
る。ここで、伝達機構５２には、例えば、歯車、摩擦車
等の伝達車を用いる。
【００３９】出力機構５３には、例えば、カメラにおい
てはシャッタ駆動機構、レンズ駆動機構を、電子時計に
おいては指針駆動機構、カレンダ駆動機構を、工作機械
においては刃具送り機構、加工部材送り機構等を用い
る。本発明に係わる電子機器としては、例えば、電子時
計、計測器、カメラ、プリンタ、印刷機、工作機械、ロ
ボット、移動装置などが実現できる。さらに、移動体に
出力軸を取り付け、出力軸からトルクを伝達するための
動力伝達機構を有する構成にすれば、超音波モータの駆
動機構が実現できる。
てはシャッタ駆動機構、レンズ駆動機構を、電子時計に
おいては指針駆動機構、カレンダ駆動機構を、工作機械
においては刃具送り機構、加工部材送り機構等を用い
る。本発明に係わる電子機器としては、例えば、電子時
計、計測器、カメラ、プリンタ、印刷機、工作機械、ロ
ボット、移動装置などが実現できる。さらに、移動体に
出力軸を取り付け、出力軸からトルクを伝達するための
動力伝達機構を有する構成にすれば、超音波モータの駆
動機構が実現できる。
【００４０】
【発明の効果】以上より、請求項１記載の発明によれ
ば、動力伝達突起は、定在波の山側にあるとき移動体に
圧接して摩擦力を加え、移動体を進行方向へ駆動する一
方、このとき動力伝達突起から半波長おきに振動体の定
在波の谷側にある中間位置は移動体に非接触であり、移
動体に進行方向と逆方向の摩擦力を加えないようにした
ので、振動体の振動エネルギーのロスは防止され、超音
波モータの回転性能が向上される。
ば、動力伝達突起は、定在波の山側にあるとき移動体に
圧接して摩擦力を加え、移動体を進行方向へ駆動する一
方、このとき動力伝達突起から半波長おきに振動体の定
在波の谷側にある中間位置は移動体に非接触であり、移
動体に進行方向と逆方向の摩擦力を加えないようにした
ので、振動体の振動エネルギーのロスは防止され、超音
波モータの回転性能が向上される。
【００４１】請求項２記載の発明によれば、移動体に最
大摩擦力を加えるようにしたので、移動体は高トルクで
可動される。請求項３記載の発明によれば、動力伝達突
起との平衡を図り、振動体のバランスを保つようにした
ので、超音波モータの安定駆動が図られると共に、環境
変化に対する振動特性の変動を緩和する。また、進行方
向と逆方向に摩擦力を加えないようにしたので、振動体
の振動エネルギーのロスは防止される。
大摩擦力を加えるようにしたので、移動体は高トルクで
可動される。請求項３記載の発明によれば、動力伝達突
起との平衡を図り、振動体のバランスを保つようにした
ので、超音波モータの安定駆動が図られると共に、環境
変化に対する振動特性の変動を緩和する。また、進行方
向と逆方向に摩擦力を加えないようにしたので、振動体
の振動エネルギーのロスは防止される。
【００４２】請求項４記載の発明によれば、最小数の振
動安定突起を作成するようにしたので、製造固定が簡略
化される。請求項５記載の発明によれば、３つ以上の動
力伝達突起により、移動体を２次元的に支持するように
したので、移動体は安定して駆動される。請求項６記載
の発明によれば、振動安定突起の作成を容易にしたの
で、製造工程が簡略化される。
動安定突起を作成するようにしたので、製造固定が簡略
化される。請求項５記載の発明によれば、３つ以上の動
力伝達突起により、移動体を２次元的に支持するように
したので、移動体は安定して駆動される。請求項６記載
の発明によれば、振動安定突起の作成を容易にしたの
で、製造工程が簡略化される。
【図１】本発明を超音波モータに適用した実施の形態１
の断面構造を示す説明図である。
の断面構造を示す説明図である。
【図２】同図（ａ）は、図１に係わる超音波モータの要
部の平面構造を示したものであり、同図（ｂ）はその周
面の展開構造を示す説明図である。
部の平面構造を示したものであり、同図（ｂ）はその周
面の展開構造を示す説明図である。
【図３】図１に係わる各動力伝達突起と振動体に生じる
定在波の位置関係および動作原理を示す説明図である。
定在波の位置関係および動作原理を示す説明図である。
【図４】同図（ａ）は、本発明を超音波モータに適用し
た実施の形態２の要部の平面構造を示したものであり、
同図（ｂ）は周面の展開構造を示す説明図である。
た実施の形態２の要部の平面構造を示したものであり、
同図（ｂ）は周面の展開構造を示す説明図である。
【図５】同図（ａ）は本発明を超音波モータに適用した
実施の形態３の要部の平面構造を示したものであり、同
図（ｂ）は周面の展開構造を示す説明図である。
実施の形態３の要部の平面構造を示したものであり、同
図（ｂ）は周面の展開構造を示す説明図である。
【図６】同図（ａ）は本発明を超音波モータに適用した
実施の形態４の要部の平面構造を示したものであり、同
図（ｂ）は周面の展開構造を示す説明図である。
実施の形態４の要部の平面構造を示したものであり、同
図（ｂ）は周面の展開構造を示す説明図である。
【図７】本発明に係わる超音波モータをアナログ式時計
に適用した実施の形態５を示す説明図である。
に適用した実施の形態５を示す説明図である。
【図８】本発明を適用した実施の形態６を表すブロック
図を示す説明図である。
図を示す説明図である。
【図９】同図（ａ）は周面の展開構造を示し、同図
（ｂ）は従来技術に係わる超音波モータの要部の平面構
造を示す説明図である。
（ｂ）は従来技術に係わる超音波モータの要部の平面構
造を示す説明図である。
【図１０】従来技術に係わる動力伝達突起の配置に起因
する問題点を示す説明図である。
する問題点を示す説明図である。
１１ 圧電素子 １２ 振動体 １３ 動力伝達突起 １４ リード線 １４ａ 第１リード線 １４ｂ 第２リード線 １５、１６、１７ 振動安定突起 ２２ 中心軸 ２３ 支持板 ２４ 移動体 ３１ 文字盤 ３２ 時針 ３３ 分針 ３４ 秒針 ３５ 止ねじ ３６ 案内ピン ４０ 地板 ４１ 輪列受 ４２ 分車 ４３ 三番車 ４４ 四番車 ４５ 筒車 ４６ 裏押え ５１ 加圧機構 ５２ 伝達機構 ５３ 出力機構
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鈴木 誠 千葉県千葉市美浜区中瀬１丁目８番地 セイコーインスツルメンツ株式会社内 (72)発明者 山中 崇史 千葉県千葉市美浜区中瀬１丁目８番地 セイコーインスツルメンツ株式会社内 (56)参考文献 特開 昭60−183981（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−193076（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−90574（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−75472（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H02N 2/10
Claims (8)
- 【請求項１】 周方向に分極処理された複数の分割部を
有する圧電素子の伸縮運動により周期的に振動して定在
波を発生する振動体を備え、前記振動体の定在波を圧接
させて摩擦力により移動体を駆動する超音波モータにお
いて、前記振動体の定在波の腹と節の中間位置である隣
り合う分割部同士の境界についてｎ波長（ｎは自然数）
おきにのみ、前記移動体に摩擦力を加える動力伝達突起
を備えたこと特徴とする超音波モータ。 - 【請求項２】 前記振動体の定在波の腹と節の中間位置
について１波長おきに前記動力伝達突起を備えたことを
特徴とする請求項１記載の超音波モータ。 - 【請求項３】 互いに隣接する前記動力伝達突起の間に
あって、前記動力伝達突起を含めて等間隔となる前記中
間位置に、前記動力伝達突起より低く前記振動体の振動
を安定させる振動安定突起を備えたことを特徴とする請
求項１又は請求項２記載の超音波モータ。 - 【請求項４】 互いに隣接する前記動力伝達突起間から
等距離の前記中間位置に前記振動安定突起を備えたこと
を特徴とする請求項３記載の超音波モータ。 - 【請求項５】 少なくとも３つ以上の前記動力伝達突起
を備えたことを特徴とする請求項１から請求項４いずれ
か記載の超音波モータ。 - 【請求項６】 互いに隣接する前記動力伝達突起の間に
連続して設けられた、前記動力伝達突起よりも低い帯状
の振動安定突起を備えたことを特徴とする請求項１又は
請求項２記載の超音波モータ。 - 【請求項７】 請求項１から請求項６いずれか記載の超
音波モータを備えたことを特徴とする電子機器。 - 【請求項８】 請求項１から請求項６いずれか記載の超
音波モータを備えたことを特徴とするアナログ式時計。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP09208050A JP3124514B2 (ja) | 1997-08-01 | 1997-08-01 | 超音波モータ、電子機器、及びアナログ式時計 |
| EP98306124A EP0895294A1 (en) | 1997-08-01 | 1998-07-31 | Ultrasonic motor, electronic appliance, and analog timepiece |
| US09/127,098 US6104124A (en) | 1997-08-01 | 1998-07-31 | Ultrasonic motor and electronic apparatus and analog timepiece having the ultrasonic motor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP09208050A JP3124514B2 (ja) | 1997-08-01 | 1997-08-01 | 超音波モータ、電子機器、及びアナログ式時計 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1155971A JPH1155971A (ja) | 1999-02-26 |
| JP3124514B2 true JP3124514B2 (ja) | 2001-01-15 |
Family
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