JPS5996881A - 平板型超音波モータ装置 - 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】 本発明は超音波振動子の表面において励振される進行波
を、相互に加圧接触する位置に配置した動体の一方向運
動に変換することを特徴とするモーター装置に関するも
のである。

従来から広く用いられてｂる各種モーター装置は、その
駆動源として電磁力を応用したものが大部分であり、各
種用途に使われている。しかしこれら装置の大きさや重
量及び回転力（トルク）等は用いられる材料によって一
定の制限を受けるものである。何故ならば上記因子は用
いられる材料の磁気的特性等によって決められるもので
あり、これらの特性を超えた装置は回転駆動を行うこと
が不可能となるためである。

一方上記各種モーター装置に代替する装置として、本出
願人によって超音波振動を利用したモーター装置（特願
昭５４−６１９５５号、特願昭５５−４０６５６号、特
願昭５５−１５２７５６号）が提案されており、その技
術内容として超音波振動子により振動子により振動する
振動体の一端と動体の一端面を相互に対向する位置に配
置し、両者間に板状又は棒状の振動片を介在させて、該
振動片を適当な角度で傾けて超音波振動子の往復運動を
動体の一方向運動に変換する如き装置が開示されている
。上記発明によって超音波の持つ強力な振動エネルギー
を回転又は直進運動に変換することによって小形に）７
て軽量なモーター装置を実現１−だものであるが、本願
は上記装置とは更に観点を変えて、弾性体内に電歪素子
又は磁歪素子を組込構成した超音波振動子の表面忙励振
される進行波を利用したモーター装置の提供を目的とす
るものである。

以下図面を参照ｌ〜で本発明に係るモーター装置の動作
原理と実施例に関し詳細な説明を行う。

第１図は動作原理を説明するための一部拡大斜視図であ
る。１は金属等弾性体であり、その表面１ａ上に横振動
と縦振動が合成された進行波が形成された状態を拡大し
て示している。上記進行波とは第１に一般にレイリー波
と呼ばれる表面波であり、弾性体の表面に沿って伝わる
波が存在する仁とが理論的に解明されている。固体中に
おける弾性波は縦波と横波とがあり、夫々独立に存在す
るが、表面という境界条件のため互いに錯綜し合って合
成される。レイリー波を発生させるには基板媒質上に縦
又は横振動をする振動子をのせて基板の表面をたたけば
よく、どんなたたきかたをｉ〜ても振動源より相当能れ
たところで表面波成分を観測することができる。

第２に棒状（板状）弾性体の屈曲振動による進行波であ
り、弾性体の表面には縦波と横波とが９０°位相のずれ
た楕円振動が形成され、棒状（板状）弾性体に沿って伝
搬する。第６に棒状（板状）弾性体に沿って伝搬する　
縦波航行波であって、弾性体の表面にはポアッソン比に
よる横波が表われる。この場合も弾性体表面は縦波と横
波とが９０°位相のずれた楕円振動を形成する。

前記第１図の場合、振動源は示しておらず、レイリー波
の伝搬−状態のみを示している。即ち、今質点Ｂに着目
すると、横振巾ａ（上下方向）と縦振巾す、（左右方向
）との合成された惰円Ｑ上を矢印Ｎの方向に運動してお
り、その進行波ｔｒｉ　音速Ｕ　ノスピードで移動して
いる。この運動は弾性体表面上１このどの点であっても
同様であって、この状態下でフリーなｉ体２０表面を弾
性体１の表面上に加圧接触させると、該動体２は弾性体
１の進行波の頂点Ａ及びＡ′の部分でのみ接触［７てお
り、且つ該頂点Ａ、　Ａ’は振動速度ｖ　＝　２π４ｂ
（ただし子は振動数）で矢印Ｍの方向に運動しているの
であるから、フリーな動体２は弾性体１との摩擦力によ
って矢印Ｎの方向に駆動されることになる。

本発明は上記進行波にょる動体の駆動を基本としたモー
ター装置に係り、その実施例を以下に説明する。第２図
は装置の一部断面図を示］７ており、図中１１はケーシ
ング本体であって、その内部に筒状屈曲振動子１６の節
部分を支持部材１２で支え、且つ該振動子１６の略中央
部外周面にテーパー１３ａを設け、こノテーバー１６ａ
の面上に動体としての回転子１４の内周面一端側が加圧
接触するように配置する。回転子１４は回転軸１５に対
してその軸方向に移動可能に支持され、回転力が調圧機
構１６を介して回転軸１５に伝えられる。尚調圧機構１
６の一例詳細は第５図によって後述する。１７は軸受を
示している。

振動子１６は中途部において電歪素子１８゜１９を組込
み構成してあり、進行波の励振源となっている。第６図
は上記振動子１６の側面図を示し、第４図は第６図のＡ
−Ａ線断面を示す。

第６図において電歪素子１８．１９は軸方向に矢印のよ
うに伸縮動作する構成とし、その間に電極２０をはさみ
込んである。電歪素子と電極の配置は第４図に示す如く
、対角にある電極ａ。

ｂを結線して端子２１に導き、同様に電極Ｃ１ｄを結線
して端子２２に導く。夫々の対角位置にある電歪素子は
互に逆方向に伸縮するように動作する。即ち、電極ａに
接する電歪素子１８゜１９は伸長方向へ、電極ｂＫ接す
る電歪素子１８゜１９は短縮方向へ動作するように分極
する。更に電極ｄに接する電歪素子１８．１９は伸長方
向へ、電極Ｃに接する電歪素子ｉｓ、１９ａ短縮方向へ
動作するように分極する。

第５図は調圧機構１６の一例を示す断面図である。同図
は自動調圧機構の一例を示しており、回転軸１５と回転
子１４との間にＶ形成をもった特殊なカム２３．２４の
一対と、その中間に介在する複数個の鋼球２５を設ける
ことにより、無負荷のときはカム底部に鋼球があるが、
負荷が加わり、トルクが増加するに従って鋼球が溝をの
り上げて軸方向の圧力が発生するように機能する。それ
によって回転子１４のトルクが回転軸１５側に伝達され
る。

上記の構成により、第４図に示す電極ａ、ｂに結線され
た端子２１と振動子１６との間に高周波電圧を印加する
と、振動子１６は第６図に示すような屈曲振動をひきお
こす。即ち一次の振動状態において、中央部Ｂ点が振動
の腹、Ｈ及びに点が振動の節となる。次に他の一方の電
極ｃ、ｄに結線された端子２２と、振動子１６の間に前
記電極ａ、ｂの電圧に対して９０°位相のずれだ高周波
電圧を加えると前記Ｂ点の振動と垂直方向に位相のずれ
だ振動Ｚ（紙面に垂直方向）が引き起され、いわば縦波
と横波とを人工的に作り出すことになり、その合成波が
回転円振動となる。

第７図により振動子中央部１６Ｂ１即ち振動の腹の部分
と、それに外接する回転子１４の内周面１転との接触状
態を１／４周期毎に分解して（Ａ）（Ｂ）（Ｃ１α））
に示した。即ち回転子１４の内周面１４ａは振動子１６
側の波の頂点と接触しており、その接触点は順次移動し
て１周期毎に回転子１４の内周面１４ａを一周する。頂
点の質点速度は、振動の振巾に比例し、０−数ｍ　／　
ｓｅｃ程度である。上記の接触点の移動によって振動子
側に発生した振動が回転子側の回転力として変換される
理由を以下に述べる。即ち回転子１４の内周面１４ａの
局長と、これに内接する振動子１６の外周面１３Ｂの局
長とを比較した場合、図示より明らかなように当然前者
の周長の方が長く、よって第７図に示したように両者の
接触点が順次移動して、接触点が一周ｌ〜た時、前記の
両局長差の分だけ回転子１４側がずれることに々す、そ
れが回転となりて取り出される。

又電極ａ、ｂ又はｃ、ｄに加える高周波電圧の位相を逆
転することによって回転子の回転方向全切り換えること
ができる。

第８図は本発明の他の実施例を示す（イ）−細断面図、
ｃ口’ＩＡ−Ａ線断面図である。本実施例によればケー
シング本体６１の内部に支持部材６２に支えられたリン
グ状屈曲振動子６６を配置し、その内周面にテーパー３
３８を設け、回転子６４の外周面が接触するように配置
される。

回転子３４は回転軸６５に対して軸方向に対して移動可
能に支持され第５図に示した構成と同様の調圧機構６６
を設けて回転軸６５に回転力を伝える。６７は電歪素子
□を示し６８は軸受を示す。第８図（ロ）において（同
図ではケーシング本体３１の断面を省略しである）リン
グ状屈曲振動子６６は弾性体で構成され、その外周に固
定配置１〜九電歪素子６７は夫々矢印方向に伸縮するよ
うに分極されて、電極”ｌ　ｂｌ　　Ｃ１ｄ１ｅ＋　　
ｆ＋ｇ＋　ｈを設ける。更に電極ａ、ｂ、ｃ。

ｄを結線して端子６９に導き、同様に電極ｅ。

ｆ、ｇ、ｈを結線して端子４０に導く。端子６９と振動
子６６との間に高周波電圧を印加し、更に端子４０と振
動子３６との間に９０°位相をずらした高周波電圧を印
加すると振動子６６がバイモルフ形の屈曲振動を発生中
る。この際の屈曲振動数＋は ただし　Ｅ：ヤング率　　♂：ポアソン比ａ：中心円の
半径ｈ：周壁の厚さ ｎ：屈曲振動の次数　／′：材料の密度上記実施例はｎ
＝　２の場合であって、第９図により振動子６６に内接
する回転子６４の接触状態を１Ｚ４周期毎に分解して（
Ａ）＜Ｂ）（ＣＪ　（Ｄ）に示した。

上記両者の接触する点が波の頂点であり、その頂点は振
動の一周期につき回転子６４の外周面上を半周し、上記
接触点の移動によって振動子６６側に発生した振動が回
転子６４側の回転力として伝達されることは第７図に示
した例によって説明しまた通りである。

第１０図は本発明の更に他の実施例を示し、（イ）図は
一部断面図、（ロ）図は圧電体の電極配置図である。本
実施例によれば９０°位相のずれた２回路の高周波電圧
をそれぞれの電極ａ、ｂに印加し圧電体２を励振させる
。弾性リング１はバイモルフ振動を発生し、その一端面
１人に横波と縦波の合成された表面波が形成され、その
一端面に加圧接触された回転子６が回転駆動を受ける。

第１０図（ロ）は圧電体の分極方向と電極配置である。

電極ピッチを表面波の波長の１／２とし圧電体の分極方
向を図（ロ）に示すようにｅｅ■ｅ・・・とする。（電
極群ＡとＢの位置を１／４波長ずらし）各電極は結線さ
れ端子ａとｂの２回路構成する。上記の構成により端子
ａとｂに９０°位相のずれた高周波電圧を印加すると弾
性体表面上に進行波が形成される。

第１ｉ図は本発明の更に他の実施例を示しており、超音
練振動を直進運動に変換するリニアモーターの一例を示
している。同図において板状部材４１の表面に対して単
数又は複数の弾性体４２　（，１２）を加圧接触さ・せ
、該弾性体４２表面の一部に圧電体、１３（４３）を設
けて、弾性体４２に表面波（レイリー波）を発生させる
。

弾性体４２のコーナ一部４２ａを曲面形状とすることに
よって表面波は弾性体４２の表面に沿って伝搬し、板状
部材４１を矢印Ｗ方向に移動させるように駆動させる。

第１Ｚ図は棒状弾性体１の表面に板状部材２を加圧接触
させ、棒状弾性体１の他の一部に複数の圧電体６を固定
配置ｌ〜、棒状弾性体を曲線形状に曲げてエンドレス構
造としたリニアモーターの一例である。上記の構成によ
り棒状弾性体は屈曲振動をひきおこし、その波動は棒状
弾性体１に沿って伝搬し、進行波となってリング上を循
環する。

第１３図は２本の棒状弾性体１，２を結合子６．４によ
って固定し、一方の棒状弾性体１の表面に板状部材５を
加圧接触させ、他方の棒状弾性体２の一部に複数の圧電
体６を固定配置したリニアモーターの一例である。上記
の構成により棒状弾性体２は圧電体６により屈曲振動を
ひきおこし、その進行波は棒状弾性体１の端部で結合＋
６の縦振動に変換され、その縦振動は棒状弾性体２の屈
曲振動に変換され、進行波となって棒状弾性体２上を伝
搬する。この進行波は結合子４を通ってもとへもどる。

第１４図は棒状弾性体１の両端部に振動子２゜６を結合
し、棒状弾性体の表面に板状部材４を加圧接触させたリ
ニアモーターの一例である。

上記の構成により、棒状弾性体１は振動子２により屈曲
振動をひきおこし、その進行波は振動子６により振動エ
ネルギーを吸収される。この振動エネルギーは電気エネ
ルギーに変換され、回収または振動子２に帰還される。

第１９図は上記実施例に用いた一方向表面波発生方法を
示しており、圧電体４６０表面に複数個の電極４４．４
４・・・を配置し、図示の如く６回路に分割接続して移
相器４５に接続する。

該移相器４５により、夫々の回路に０°、１２０゜２４
０°の如く１２０°位相のずれた高周波電圧を印加する
ことによって圧電体４６に一方向表面波を発生させるこ
とができる。

第１６図は棒状（板状）弾性体１の表面上に２回路（Ａ
及びＢ）の電極を有する圧電体２を固定し、圧電体の分
極方向を１／４波長おきに弾性体１に対して紙面に垂直
方向の矢印Ｍ、Ｍ’・・・となるように配置する。電極
Ａ及びＢにそれぞれ９０’位相のずれだ高周波電圧を印
加すると棒状弾性体はバイモルフ振動をひきおこし一定
方向の進行波を形成する。

第１７図及び第１９図は上記圧電体２の電極Ａ′及びＢ
′の配置を別々の位置におき圧電体の分極方向を１／２
波長おきに弾性体に対して矢印Ｍ、Ｍ’となるように配
置し、圧電体ＡとＢの位置関係を１／４波長十号波長く
ｎ：整数）の間隔とした場合である。

第１８図は棒状（板状）弾性体１の一部分に２ケの結合
子４．５を介した振動子２．６を固定配置した場合であ
る。結合子の間隔を１／４波長十号波長（ｎ：整数）と
してそれぞれの振動子に９０°位相のずれた高周波電圧
を印加すると棒状弾性体１は屈曲振動をひきおこし一定
方向の進行波を形成する。

何本実施例では主として電歪素子を主として用いている
が、磁歪素子に代替することが可能である。

以上本発明に係る超音波振動を利用したモーター装置に
関して、その駆動原理及び実施例の詳細な説明を行った
が、従来の各種モーター装置と異なり、弾性体内に電歪
素子又は磁歪素子を組込構成することによって、表面に
励振される進行波を利用した装置であって超音波の持つ
強力な振動エネルギーによって楕円振動を伴った進行波
を発生させて動体の回転又は直進運動に変換するという
画期的手法によって成るものであり、強力な回転力、駆
動力を持つ小形軽量なモーター装置が得られるという大
きな効果を有１−でおり、あらゆる用途に適用すること
が可能であるという大きな効果を発揮する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の動作原理・を説明するための一部拡大
斜視図であり、第２図は本発明の実施例を示寸一部断面
図、第６図は振動子の側面図第４図は第６図のＡ−Ａ線
断面図、第５図は調圧機構の一例を示す断面図、第６図
は振動子の屈曲状態を示す状態図、第７図は振動子と回
転子の接触状態を示す分解図、第８図は本発明の別の実
施例を示す（イ）一部所面図、（ロ）Ａ−Ａ線断面図、
第９図は振動子と回転子の接触状態を示す分解図、第１
０図は本発明の更に他の実施例を示すものであって（イ
）図は一部断面図、（ロ）図は圧電体の電極配置図、第
１１図は本発明の更に他の実施例を示す斜視図、第１２
図はエンドレス構造のリニアモーターの一例図、第１６
図は結合子によりエンドレス構造としたりニアモーター
の一例図、第１４図は１本の直線弾性体と２個の振動子
により構成した　リニアモーターの一例図、第１５図は
上記実施例に用いた一方向表面波発生方法を示す態様図
、第１６図、第１７図、第１９図は圧電体により棒状弾
性体に進行波を形成させる電極の配置図、第１８図は振
動子により棒状弾性体に進行波を形成させる配置図であ
る。 １・・・弾性体　　２・・・動体　　１１．３１・・・
ケーシング本体　　１２．３２・・・支持部材　　１６
．３３・・・振動子　　１３ａ　、　６３ａ・・・テー
パー　　１４．３４・・・回転子　　１５．３５・・・
回転軸　　１６．ろ６・・・調圧機構　　１７・・・軸
受　　１８．１９・・・電歪素子２０・・・電極　２３
．２４・・・カム　　２５・・・鋼球６７・・・電歪素
子　　６８・・・軸受　４１・・・板状部材４２・・・
弾性体　４６・・・圧電体　　４４・・・電極４５・・
・移相器 月・１０図 （イ）　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　（。）第１２図 第１３図 第１５図 第１８図 第１９図 手続補正書（自発） 昭和５８年９り／Ｚ日 特許庁長官殿 １、事件の表示　特願昭５７−２０５２２０号２、発明
の名称　超音波振動を利用ｌ〜だモーター装置３、補正
をする者 事件との関係　特許出願人 ４、補正の対象 ｆｌ）明細書の特許請求の範囲の欄 （２）明細書の発明の詳細な説明の欄 （３）明細書の図面の簡単な説明の欄 （４）図面（第８図（ロ）） ５、補正の内容 （１）別紙の通り ア企哨りいＴ１＄壱〇１ｕ゛ 明　　　　細　　　　書 １、発明の名称 超音波振動を利用したモーター装置 ２、特許請求の範囲 （１）複数個の電歪素子又は磁歪素子を組合せて、弾性
体内に組込構成した超音波振動子と、この弾性体の一端
面と、 一定の方向に移動する動体の一端面を相互に加圧接触す
る位置に配置することにより、この弾性体の表面におい
て励振される横波と縦波の合成された表面波を、 との動体の一方向運動に変換することを特徴とする超音
波振動を利用したモーター装置。 （２）超音波振動子は円柱又は円筒状弾性体内に電歪素
子又は磁歪素子を２回路以上組込構成して成り、 この超音波振動子の一端面と相互に加圧接触させる動体
を円筒形回転子と１．て構成することにより、 超音波振動子の表面において励振される横波と縦波の合
成された表面波を動体の一方向回転運動に変換すること
を特徴とする特許請求の範囲第（１１項記載の超音波振
動を利用したモーター装置。 （３）超音波振動子はリング状弾性体内に電歪素子又は
磁歪素子を２回路以上組込構成して成り、 このリング状弾性体内に配置した回転子の一端面とこの
弾性体の一端面とが相互に加圧接触する構成とし、 弾性体の表面において励振される横波と縦波の合成され
た表面波を回転子の一方向回転運動に変換することを特
徴とする特許請求の範囲第（１）項記載の超音波振動を
利用したモーター装置。 （４）動体は一定方向に移動する板状部材より成り、 この板状部材に加圧接触する単数又は複数の弾性体表面
に２回路以上の磁歪又は電歪素子を固定配置し、 それ、ぞれの回路に印加する高周波電圧の位相をずらせ
ることにより、 弾性体表面において横波と縦波が合成された表面波を形
成してこの板状部材を一定方向に直進移動せしめること
を特徴とする特許請求の範囲第（１）項記載の超音波振
動を利用したモーター装置。 ３、発明の詳細な説明 本発明は超音波振動子の表面において励振される表面波
を相互に加圧接触する位置に配置した動体の一方向運動
に変換することを特徴とするモーター装置に関するもの
である。 従来から広く用いられている各種モーター装置はその駆
動源として電磁力を応用したものカニ大部分であり、各
種用途に使われている。し７５）しこれら装置の大きさ
や重量及びトルク等は用いられる材料によって一定の制
限を受けるものである。何故ならば、これらの因子は用
いられる材料の磁気的特性等によって決められるもので
あり、これらの特性を超えた装置は回転駆動を行うこと
が不可能となるためである。 本発明はこれら装置とは更に観点を変えて、弾性体内に
電歪素子又は磁歪素子を組込構成した超音波振動子の表
面に励振される表面波を利用したモーター装置の提供を
目的とするものである。 以下、図面を参照して本発明に係るモーター装置の動作
原理と実施例に関Ｌ７詳細な説明を行う。 ＜１〉動作原理について 第１図は動作原理を説明するための一部拡大斜視図であ
オ゛。１は金属等弾性体であり、その表面ｌａ上に横振
動と縦振動が合成された表面波が形成された状態を拡大
して示している。この表面波とは第１に一般にレイリー
波と呼ばれるものであり、弾性体の表面に沿って伝わる
波が存在することが理論的に解明されている。固体中に
おける弾性波は縦波と横波とがあり、それぞれ独立に存
在するが、表面という境界条件のため互いに錯綜し合っ
て合成される。レイリー波を発生させるには基板媒質上
に縦又は横振動をする振動子をのせて弾性体の表面を励
振すれば、振動源より相当離れたところで表面波成分を
観測することができる。 第２に棒状（板状）弾性体の屈曲振動による表面波であ
り、弾性体の表面には縦波と横波とが９０°位相のずれ
た欄内振動が形成され、棒状（板状）弾性体に沿って伝
搬する。 第３に棒状（板状）弾性体に沿って伝搬する縦波弾性波
であって、弾性体の表面にはポアッソン比による横波が
表われる。この場合も弾性体表面は縦波と横波とが９０
°位相のずれだ欄内振動を形成する。 第１図の場合、レイリー波の伝搬状態（振動源は図示せ
ず）のみを示［２ている。即ち、質点Ｂに着目すると、
横振巾ａ（上下方向）と縦振巾ｂ（左右方向）との合成
された欄内Ｑ上を矢印Ｎの方向に運動しており、その表
面波は音速Ｕのスピードで移動１〜でいる。この運動は
弾性体表面上１ａのどの点であっても同様であって、こ
の状態下でフリーな動体２の表面を弾性体１の表面上に
加圧接触させると、この動体２は弾性体１の表面波の頂
点Ａ及びＡ′の部分でのみ接触しており、かつこれらの
頂点Ａ、　Ａ′は振動速度Ｖ　：　’；ｌ　ｘ予ｂ（た
だし子は振動数）で矢印Ｍの方向に運動しているのであ
るから、フリーな動体２は弾性体１との摩擦力はよって
矢印Ｎの方向に駆動されることになる。 〈２〉本発明の実施例につｈて 本発明はこの表面波による動体の駆動を基本としたモー
ター装置に係り、その実施例を以下に説明する。第２図
は装置の一部断面図を示しており、１１はケーシング本
体であって、その内部に筒状屈曲振動子１３の節部分を
支持部材１２で支え、かつこの振動子１３の略中央部外
周面にチー　バー　ｘ３ａを設け、このテーパー１３Ｈ
の面上に動体としての回転子１４の内周面一端側が加圧
接触するように配置する９回転子１４は回転軸１５に対
してその軸方向に移動可能に支持され、回転力が調圧機
構１６を介して回転軸１５罠伝えられる。 なお１．調圧機構１６のｉ例詳細は第５図によって後述
する。１７は軸受を示して込る。 〈３〉振動子について 振動子１３は中途部において電歪素子１８．１９を組込
み構成してあり、表面波の励振源となっている。第３図
は振動子１３の側面図を示し、第４図は第３図のＡ−Ａ
Ｍ断面を示す。第３図において電歪素子１８．１９は軸
方向に矢印のように伸縮動作する構成とし、その間に電
極２０をはさみ込んである。電歪素子と電極の配置は第
４図に示す如く、対角にある電極ａ、ｂを結線して端子
２１に導き、同様に電極ｃ、ｄを結線して端子２２に導
く。それぞれの対角位置にある電歪素子は互に逆方向に
伸縮するように動作する。即ち、電極ａに接する電歪素
子１８．１９は伸長方向へ、電極すに接する電歪素子１
８．１９は短縮方向へ動作するように分極する。さらに
、電極ｄに接する電歪素子１８．１９は伸長方向へ、電
極Ｃに接する電歪素子１８．１９は短縮方向へ動作する
ように分極する。 〈４〉調圧機構について 第５図は調圧機構１６の一例を示す断面図である。同図
は自動調圧機構の一例を示しており、回転軸１５と回転
子１４との間にＶ形成をもった特殊なカム２３．２４の
一対と、その中間に介在する複数個の鋼球２５を設ける
ことにより、無負荷のときはカム底部に鋼球があ名が、
負荷が加わり、トルクが増加するに従って鋼球が溝をの
り上げて軸方向の圧力が発生するように機能する。それ
によって回転子１４のトルクが回転軸１５側に伝達され
る。 この構成により、第４図に示す電極ａ、ｂに結線された
端子２１と振動子１３との間に高周波電圧を印加すると
、振動子１３け第６図に示すような屈曲振動をひきおこ
す。即ち、−次の振動状態において、中央部Ｂ点が振動
の腹、Ｈ及びに点が振動の節となる。次に他の一方の電
極Ｃ９ｄに結線された端子２２と、振動子１３の間にこ
れらの電極ａ、ｂの電圧に対して９０°位相のずれた高
周波電圧を加えると、このＢ点の振動と垂直方向に位相
のずれた振動Ｚ（紙面に垂直方向）が引き起され、いわ
ば縦波と横波とを人工的に作り出すことになり、その表
面波が回転円振動となる。 〈５〉振動子と回転子の接触状態について第７図により
振動子中央部１３Ｂ、即ち、振動の腹の部分と、それに
外接する回転子１４の内周面１４ａとの接触状態を７周
期毎に分解して（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）（Ｄ）に示した。即
ち、回転子１４の内周面１４ａは振動子１３側の波の頂
点と接触しており、その接触点は順次移動して１周期毎
に回転子１４の内周面１４ａを一周する。頂点の質点速
度は、振動の振巾に比例し、０〜数ｍ　／　ｓｅｃ程度
である。これらの接触点の移動によって振動子側に発生
した撮動が回転子側の回転力とじて変換される理由を以
下に述べる。即ち、回転子１４の内周面１４ａの周長と
、これに内接する振動子１３の外周面１３Ｂの周長とを
比較した場合、図示より明らかなように自然前者の局長
の方が長く、よって第７図に示したように両者の接触点
が順次移動して、接触点が一周した時、この両局長差の
分だけ回転子１４側がずれることになり、それが回転と
なって取り出される。 また、電極ａ、ｂ又はｃ、ｄに加える高周波電圧の位相
を逆転することによって回転子の回転方向を切り換える
ことができる。 〈６〉リング状屈曲撮動子について 第８図は本発明の他の実施例を示し、（イ）−細断面図
、（ロ）Ａ−Ａ線断面図である９本実施例によればケー
シング本体３１の内郭に支持部材３２に支えられたリン
グ状屈曲振動子３３を配置し、その内周面にテーパー３
３３を設け、回転子３４の外周面が接触するように配置
される。 回転子３４は回転軸３５に対して軸方向に対して移動可
能に支持され第５図に示した構成と同様の調圧機構３６
を設けて回転軸３５に回転力を伝える。３７け電歪素子
を示し、３８は軸受を示す。第８図（ロ）において（同
図ではケーシング本体３１の断面を省略しである）、 振動子３３は弾性体で構成され、その外周に固定配置し
た。電歪素子３７はそれぞれ矢印方向に伸縮するように
分極されて、電極ａ、ｂ、ｃ、ｄ。 ｅ＋　　ｆ＋ｇ＋　　ｈを設ける。さらに、電極ａ、ｂ
。 ｃ、ｄを結線して端子３９に導き、同様に電極ｅ。 ｆ、ｇ、ｈを結線して端子４０に導く。端子３９と振動
子３３との間に高周波電圧を印加し、さらに、端子４０
と振動子３３との間［９０°位相をずらした高周波電圧
を印加すると振動子３３がバイモルフ形の廟曲振動を発
生する。この際の屈曲振動数すは ただし　　　Ｅ：ヤング率　　　　　ｆ　：ボアツンン
比ａ　：中心円の半径　　　ｈ　：周壁の厚さｎ　：屈
曲振動の次数　　ｆ’材料の密度この実施例はｎ　＝　
２の場合であって、第９図により振動子３３に内接する
回転子３４の接触状態を主局期毎に分解して（Ａ）（Ｂ
）（Ｃ）（Ｄ）に示した。これら両者の接触する点が波
の頂点であり、その頂点は振動の一周期につき回転子３
４の外周面上を半周し、これらの接触点の移動によって
振動子３３側に発生１〜だ振動が回転子３４側の回転力
として伝達されることは第７図に示した例によって説明
した通りである。 〈７〉　高周波電圧による圧電体の励振について第１０
図は本発明の他の実施例を示し、（イ）図は一部断面図
、（ロ）図は圧電体の電極配置図である。 この実施例によれば９０°位相のずれた２回路の高周波
電圧をそれぞれの電極ａ、ｂに印加し圧電体２を励振さ
せる。弾性リング１はバイモルフ振動を発生し、その一
端面ＩＡに横波と縦波の合成された表面波が形成され、
その一端面に加圧接触された回転子３が回転駆動を受け
る。第１０図Ｃ口）は圧電体の分極方向と電極配置であ
る。電極ピッチを表面波の波長の１とし圧電体の分極方
向を図（ロ）に示すようにの○■ｅ・・とする。（電極
群ＡとＢの位置を土波長すらし）各電極は結線され端子
ａとｂの２回路構成する。これらの構成により端子ａと
ｂに９０！相のずれた高周波電圧を印加すると弾性体表
面上に表面波が形成される。。 〈８〉直進運動に変換するリニアモーターについて 第１１図は本発明の他の実施例を示してお６、超音波振
動を直進運動に変換するリニアモーターの一例を示して
いる。同図において板状部材４１の表面に対して単数又
は複数の弾性体４２（４２）を加圧接触させ、この弾性
体４２表面の一部に圧電体４３　（４３）を設けて、弾
性体４２に表面波（レイリー波）を発生させる。弾性体
４２のコーナ一部４２ａを曲面形状とすることによって
表面波は弾性体４２の表面に沿って伝搬し、板状部材４
１を矢印Ｗ方向に移動させるように駆動させる。 〈９〉　　エンドレス構造としたリニアモーターについ
て 第１２図は棒状弾性体１の表面に板状部材２を加圧接触
させ、棒状弾性体１の他の一部に複数の圧電体３を固定
配置し、棒状弾性体を曲線形状に曲げてエンドレス構造
としたリニアモーターの一例である。この構成により棒
状弾性体は屈曲振動をひきおこし、その波動は棒状弾性
体１に沿って伝搬し、表面波となってリング上を循環す
る。 ＜１０＞　２本の棒状弾性体を有するリニアモーターに
ついて 第１３図は２本の棒状弾性体１．２を結合子３゜４によ
って固定し、棒状弾硅体１の表面に板状部材５を加圧接
触させ、棒状弾性体２の一部に複数の圧電体６を固定配
置したリニアモーターの一例である。この構成により棒
状弾性体２は圧電体６により屈曲振動をひきおこし、そ
の表面波は棒状弾性体１の端部で結合子３の縦振動に変
換され、その縦振動は棒状弾性体２の屈曲振動に変換さ
れ、表面波となって棒状弾性体２上を伝搬する。この表
面波は結合子４を通ってもとへもどる。 〈１１〉棒状弾性体に２個の振動子を有するリニアモー
ターについて 第１４図は棒状弾性体１の両端部に振動子２゜３を結合
し、棒状弾性体の表面に板状部材４を加圧接触させたリ
ニアモーターの一例である。 この構成により、棒状弾性体１は振動子２により屈曲振
動をひきおこし、その表面波は振動子３により振動エネ
ルギーを吸収される。こめ振。 動エネルギーは電気エネルギーに変換され、回収まだは
振動子２に帰還される。 〈１２〉一方向表面波発生方法について第１５図は実施
例に用いた一方向表面波発生方法を示しており、圧電体
４３の表面に複数個の電極４４．４４・・・を配置し、
図示の如く３回路に公害Ｕ接続して移相器４５に接続す
る。この移相器４５により、それぞれの回路に００．１
２０°、２４０°の如く１２０°位相のずれた高周波電
圧を印加することによって圧電体４３に一方向表面波を
発生させることができる。 〈１３〉表面波発生方法について 第１６図は棒状（板状）弾性体１の表面上に２回路（Ａ
及びＢ）の電極を有する圧電体２を固定し、圧電体の分
極方向を一波長おきに弾性体１に対して紙面に垂直方向
の矢印Ｍ、Ｍ’・・・となるように配置する。電極Ａ及
びＢにそれぞれ９０゜位相のずれた高周波電圧を印加す
ると棒状弾性体はバイモルフ振動をひきおこし一定方向
の表面波を形成する。 〈１４〉表面波発生方法について 第１７図及び第１９図は圧電体２の電極Ａ′及びＢ′の
配置を別々の位置におき用電体の分極方向を１波長おき
に弾性体に対して矢印Ｍ、　Ｍ’となるように配置し、
圧電体ＡとＢの位置関係を上液長＋７波長（１１：整数
）の間隔とした場合である。 〈１５〉表面波発生方法について 第１８図は棒状（板状）弾性体１の一部分に２ケの結合
子４８．５を介した振動子２，３を固定配置した場合で
ある。結合子の間隔をユ波長十１波長（ｎ：整数）とし
てそれぞれの振動子に９０°位相のずれた高周波電圧を
印加すると棒状弾性体１は屈曲振動をひきおこし一定方
向の表面波を形成する。 なお、本実施例では主として電歪素子を主として用いて
いるが、磁歪素子に代替することが可能である。 ＜１６）本発明の効果について 以上、本発明に係る超音波振動を利用し尼モーター装置
に関して、その駆動原理及び実施例の詳細な説明を行っ
たが、従来の各種モーター装置と異カリ、弾性体内に電
歪素子又は磁歪素子を組込構成することによって、表面
に励振される表面波を利用した装置であって、超音波の
持つ強力な振動エネルギーによって欄内振動を伴った表
面波を発生させて動体の回転又は直進運動に変換す、る
という画期的手法によって成るものであり、強力な回転
力、駆動力を持つ小形軽量なモーター装置が得られると
いう大きな効果を有しており、あらゆる用途に適用する
ことが可能であるという大きな効果を発揮する。 ４、図面の簡単な説明 第１図は本発明の動作原理を説明するための一部拡大斜
視図であり、第２図は本発明の実施例を示す一部断面図
、第３図は振動子の側面図、第４図は第３図のＡ−Ａ線
断面図、第５図は調圧機構の一例を示す断面図、第６図
は振動子の屈曲状態を示す状態図、第７図は振動子と回
転子の接触状態を示す分解図、第８図は本発明の他の実
施例を示す（イ）一部断面図、（ロ）Ａ　−Ａ線断面図
、第９図は撮動子と回転子の接触状態を示す分解図、第
１０図は本発明め他の実施例を示すものであって（イ）
図は一部断面図、（ロ）図は圧電体の電極配置図、第１
１図は本発明の他の実施例を示す斜視図、第１２図はエ
ンドレス構造のリニアモーターの一例図、第１３図は結
合子によりエンドレス構造としたリニアモーターの一例
図、第１４図は１本の直線弾性体と２個の振動子によ、
り構成したリニアモーターの一例図、第１５図は第１４
図に示した実施例に用いた一方向表面波発生方法を示す
態様図、第１６図、第１７図、第１９図は圧電体により
棒状弾性体に表面波を形成させる電極の配置図、第１８
図は振動子により棒状弾性体に表面波を形成させる配置
図である。 １・・・弾性体　　２・・・動体　　１１，３１・・・
ケーシング本体　　１２．３２・・・支持部材　　１３
．３３・・・振動子　１３ａ　、　３３ａ・・・テーパ
ー　　１４．３４・・・回転子　　１５．３５・・・回
転軸　　１６．３６・・・調圧機構　　１７・・・軸受
　　１８．１９・・・電歪素子　　２０・・・電極　　
２３．２４・・・カム　　２５・・・鋼球　　３７・・
・電歪素子　　３８・・・軸受　　４１・・・板状部材
４２・・・弾性体　　４３・・・圧電体　　４４・・・
電極４５・・・移相器

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）複数個の電歪素子又は磁歪素子を組合せて、弾性
   体内に組込構成した超音波振動子と、該弾性体の一端面
   と、一定の方向に移動する動体の一端面を相互に加圧接
   触する位置に配置することにより、前記弾性体の表面に
   おいて励振される横波と縦波の合成された進行波を、前
   記動体の一方向運動に変換することを特徴とする超音波
   振動を利用したモーター装置。
2. （２）超音波振動子は、円柱又は円筒状弾性体内に電歪
   素子又は磁歪素子を２回路以上組込構成して成り、前記
   超音波振動子の一端面と相互に加圧接触させる動体を円
   筒形回転子として構成することにより、超音波振動子の
   表面において励振される横波と縦波の合成された進行波
   を動体の一方向回転運動に変換することを特徴とする特
   許請求の範囲第（１）項記載の超音波振動を利用したモ
   ーター装置。
3. （３）超音波振動子はリング状弾性体内に電歪素子又は
   磁歪素子を２回路以上組込構成して成り、該り／グ状弾
   性体内に配置した回転子の一端面と前記弾性体の一端面
   とが相互に加圧接触する構成とし、弾性体の表面におい
   て励振される横波と縦波の合成された進行波を回転子の
   一方向回転運動に変換することを特徴とする特許請求の
   範囲第（１）項記載の超音波振動を利用したモーター装
   置。
4. （４）動体は一定方向に移動する板状部材より成り、該
   板状部材に加圧接触する単数又は複数の弾性体表面に２
   回路以上の磁歪又は電歪素子を固定配置し、夫々の回路
   に印加する高周波電圧の位相をずらせることにより、弾
   性体表面において横波と縦波が合成された進行波を形成
   して前記板状部材を一定方向に直進移動せしめることを
   特徴とする特許請求の範囲第（１）項記載の超音波振動
   を利用したモーター装置。