JP2000197377A - 超音波モ―タおよび超音波モ―タ付き電子機器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 低電圧で高い回転数を得ると共に、低速時に
安定した回転を得ることができる超音波モータおよび振
動アラーム、並びに振動アラームを用いた携帯電子機
器、超音波モータを用いた電子機器を提供する。 【解決手段】 振動体の突起１０９を振動の腹と節との
中間位置からずれた位置、例えば節よりに設けて同じ振
動でも突起を大きく運動させて低電圧でも大きな移動量
が得られるようにする。逆に、突起を腹よりに設けて突
起を小さく運動させて低速でも安定して回転が得られる
ようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、低電圧で高い回
転数を得ると共に、低速時に安定した回転を得ることが
できる超音波モータおよび振動アラーム、並びに振動ア
ラームを用いた携帯電子機器に関する。

【０００２】

【従来の技術】現在、超音波モータの研究が盛んに行わ
れており、種々の超音波モータが提案されている。超音
波モータは、駆動方式からいえば定在波方式と進行波方
式とに大別される。定在波方式は、圧電素子を駆動材料
とし、回転方向に駆動成分を持つ振動体を回転体に接触
させ、この摩擦力によって当該回転体を回転させるもの
である。本願発明は、この定在波方式の超音波モータに
関するものである。

【０００３】図１３は、従来の定在波方式の超音波モー
タの構造を示す組立図である。図１４は、図１３に示し
た超音波モータを示す断面図である。超音波ステータユ
ニット１の端部には固定軸２が設けられ、当該固定軸２
には押さえバネ座３が挿通されている。また、超音波ス
テータユニット１の略中央には、中心軸４が設けられて
いる。中心軸４には、円盤状の振動体５が固定されてい
る。振動体５の裏面には、圧電素子６が張り付けられて
いる。圧電素子６には、強誘電体材料、例えばチタン酸
バリウム、チタン酸ジルコン酸鉛を用いる。

【０００４】また、圧電素子６には分極処理が施され、
圧電素子リード７を介して電源（図示省略）に接続され
ている。振動体５上には、超音波ロータユニット８に接
触する突起９が形成されている。電極の分極状態および
突起の形成間隔につていは、後述する。

【０００５】超音波ロータユニット８は、ブシュ１０を
介して中心軸４にて回転可能に支持されている。超音波
ロータユニット８は、円柱形状のロータ体１１と、ロー
タ体１１の外周に取り付けた偏心重錘１２と、ロータ体
１１と偏心重錘１２とを固定する固定板１３とから構成
されている。偏心重錘１２を設けたのは、慣性により振
動を発生させるためであり、通常の回転をさせる場合は
ロータ体１１のみでよい。また、超音波ロータユニット
８の上面中心には、ピボット１４が取り付けられてい
る。ピボット１４は、押さえバネ座３にねじ止め固定し
た片持ち構造の押さえバネ１５により、加圧されてい
る。これにより、ロータ体１１と振動体５の突起９との
間に適度な摩擦力が働くようになる。図１５は、組立状
態の超音波モータを示す斜視図である。

【０００６】図１６は、振動体の分極状態を示す平面図
である。この振動体５では、圧電素子６を１２分割する
ように電極１６を形成し、２つの電極毎に正極１６ａと
負極１６ｂとを交互に並べている。図１７は、電極１６
と突起９およびロータ体１１との関係を示す概略構成図
である。突起９は、正極１６ａと正極１６ａとの中間位
置、負極１６ｂと負極１６ｂとの中間位置にそれぞれ設
けられている。

【０００７】この超音波モータの仕様は、振動体５の外
径が８ｍｍ、モータの厚みが４．５ｍｍである。電源に
は、１．５Ｖのものを用い、これによって得られる無負
荷回転数は、１２００ｒｐｍとなる。また、起動トルク
が０．５ｇｆ−ｃｍ、無負荷電流が６０ｍＡとなる。

【０００８】つぎに、この超音波モータの動作について
説明する。図１８は、振動体５の振動状態を示す説明図
である。同図（ａ）に示すように、２枚一組になった電
極１６の一方（図中斜線で示した電極１６ａ、１６ｂ）
にパルス電圧を印加すると、振動体５に振動が発生す
る。このとき、前記突起９は、振動の腹と節とのちょう
ど中間に位置するから、突起９が振動することによって
当該突起９の先端が図中矢印Ａの方向に運動する。この
ような運動をする突起先端がロータ体１１に接触する
と、その回転方向の駆動成分が伝搬し、当該ロータ体１
１が図中矢印方向Ｒに回転することになる。

【０００９】同図（ｂ）に示すように、他方の電極１６
ａ、１６ｂ（斜線なしの電極）にパルス電圧を印加して
も前記振動体５が振動するが、この場合、突起９の先端
は同図（ａ）と異なり、図中矢印Ｂの方向に運動する。
このような運動をする突起先端がロータ体１１に接触す
ると、その回転方向の駆動成分が伝搬し、当該ロータ体
１１が図中矢印Ｌ方向（（ａ）とは逆方向）に回転する
ことになる。

【００１０】このような超音波モータは、小型で電池に
よる駆動が可能であり、磁気の影響を受けず、磁気ノイ
ズを出さないという特徴がある。また、通電していない
場合にも保持トルクを有し、静粛で微小位置決めが可能
である。本願出願人は、この超音波モータを腕時計に内
蔵し、偏心重錘により発生する振動をアラーム代わりに
利用している。また、超音波モータは、非常に小型であ
るという特徴から、時計以外の種々の分野に適用するこ
とができる。例えば計測機器や医療機器、或いは小型情
報携帯機器などに適用可能である。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の超音波モータでは、曲げ振動の腹と節との中間に突
起９を位置させているので、正逆転を切り替えることが
可能で且つ両方向の回転特性を等しくできるが、この特
性を維持するため、極めて高い回転数を得ることが困難
であるという問題点があった。さらに、高い回転数を得
るには、高い電圧を印加する必要があり、消費電力の点
でも問題点があった。逆に、低速時には振動体厚み方向
の振動振幅も小さくなり回転が安定しないという問題点
があった。

【００１２】そこで、この発明は、上記に鑑みてなされ
たものであって、低電圧で高い回転数を得ると共に、低
速時に安定した回転を得ることができる超音波モータお
よび振動アラーム、並びに振動アラームを用いた携帯電
子機器、超音波モータを用いた電子機器を提供すること
を目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めに、請求項１に係る超音波モータは、板状の振動体
と、この振動体の一面に設けた圧電体と、この圧電体上
に正極および負極が交互になるよう形成した複数の電極
と、前記振動体の他面であって、前記電極に通電して振
動体を振動させ、この振動の腹と節との中間位置からず
れた位置に設けた複数の突起と、前記振動体の他面側に
対向し、片面が前記突起に接触する移動体と、を備えた
ものである。

【００１４】振動の腹と節の中間位置に突起を配置する
ことが必ずしも振動体の移動量を大きくすることになら
ない。すなわち、当該中間位置から節よりに突起を設け
るほうが、同じ振動でも当該突起を移動体の進行方向に
大きく運動できるから、移動体の移動量をより大きくで
きるのである。逆に、突起を腹よりに設けることによ
り、同じ振動でも当該突起を移動体の進行方向に小さ
く、移動体との接触方向には大きく運動させることがで
きる。このため、同じ振動でも移動体の移動量が小さく
なる。しかし、移動体との接触方向の振幅は大きい為、
移動は安定する。以下に、係る視点から好ましい形態を
示す。なお、超音波モータは、回転型、直線型のいずれ
でもよい。

【００１５】また、請求項２に係る超音波モータは、板
状の振動体と、この振動体の一面に設けた圧電体と、こ
の圧電体上に正極および負極がそれぞれ２つおきで交互
になるよう形成した複数の電極と、前記振動体の他面で
あって、前記各極一方の電極に通電して振動体を振動さ
せ、この振動の腹と節との中間位置からずれた位置に設
けた複数の突起と、前記振動体の他面側に対向し、片面
が前記突起に接触する移動体と、を備えたものである。

【００１６】また、請求項３に係る超音波モータは、板
状の振動体と、この振動体の一面に設けた圧電体と、こ
の圧電体上に正極および負極がそれぞれ２つおきで交互
になるよう形成した複数の電極と、前記振動体の他面で
あって、同極となる２つの電極の中心位置からずれた位
置に設けた複数の突起と、前記振動体の他面側に対向
し、片面が前記突起に接触する移動体と、を備えたもの
である。

【００１７】また、請求項４に係る超音波モータは、板
状の振動体と、この振動体の一面に設けた圧電体と、こ
の圧電体上に正極および負極が交互になるよう形成した
複数の電極と、前記振動体の他面であって、前記電極に
通電して振動体を振動させ、この振動の腹と節との中間
位置から節よりの位置に設けた複数の突起と、前記振動
体の他面側に対向し、片面が前記突起に接触する移動体
と、を備えたものである。このように、節よりに突起を
設けると、その分、大きな運動が得られるので、移動体
の移動量が大きくなる。

【００１８】また、請求項５に係る超音波モータは、板
状の振動体と、この振動体の一面に設けた圧電体と、こ
の圧電体上に正極および負極が交互になるよう形成した
複数の電極と、前記振動体の他面であって、前記電極に
通電して振動体を振動させ、この振動の腹と節との中間
位置から腹よりの位置に設けた複数の突起と、前記振動
体の他面側に対向し、片面が前記突起に接触する移動体
と、を備えたものである。このように、腹よりに突起を
設けると、当該突起先端の移動体の移動方向の運動が小
さくなるとともに、接触方向の振幅は大きくなる。ま
た、突起を中間位置に設けた場合に比べ移動体との接触
圧を大きくしても振動が抑えられない為大きなトルクを
発生することができる。

【００１９】つぎに、請求項６に係る超音波モータは、
板状の振動体と、この振動体の一面に設けた圧電体と、
この圧電体上に正極および負極が交互になるよう形成し
た複数の電極と、圧電体上の前記電極を形成した部分以
外に形成したダミー電極と、前記振動体の他面であっ
て、前記電極に通電して振動体を振動させ、この振動の
腹と節との中間位置からずれた位置に設けた複数の突起
と、前記振動体の他面側に対向し、片面が前記突起に接
触する移動体と、を備えたものである。また、突起を中
間位置に設けた場合に比べ移動体との接触圧を大きくし
ても振動が抑えられない為大きなトルクを発生すること
ができる。

【００２０】一方向に移動体を移動させる場合、圧電体
全面に電極を設ける必要はないが、一部に分極処理が施
していないと、振動体の機械的特性が不均一になって好
ましい振動が得られない。更にはスプリアス振動を発生
しやすく、自励発振回路を構成するのが困難となったり
性能が不安定になる場合さえあった。そこで、実際には
使用しないが残る一部にもダミー電極を設けた。

【００２１】つぎに、請求項７、８に係る超音波モータ
は、上記超音波モータにおいて、前記突起と振動体の結
合振動を利用して移動体を駆動するものである。

【００２２】例えば突起を長尺にすると、突起の曲げ振
動の固有振動数が低下するので、当該振動体の振動と突
起の振動との間に結合振動が生じ、当該突起先端が大き
く運動する。これにより、移動体の移動量が大きくな
る。

【００２３】超音波モータは種々の応用が可能であり、
例えば請求項９では、超音波モータを振動アラームに応
用した。この請求項８に係る振動アラームは、円板状の
振動体と、前記振動体の一面に設けた圧電体と、この圧
電体上に正極および負極が交互になるよう形成した複数
の電極と、前記振動体の他面であって、前記電極に通電
して振動体を振動させ、この振動の腹と節との中間位置
からずれた位置に設けた複数の突起と、前記振動体の他
面側に対向し、片面が前記突起に接触し偏心重りを有す
る移動体と、を備えたものである。

【００２４】移動体に偏心部材を設けたので、移動体の
回転に伴い振動が発生する。このため、携帯電子機器な
どに広く適用できる（請求項１０）。更には本発明の超
音波モータを用いれば小型で制御性に優れ、駆動音の静
かな超音波モータ付き電子機器が実現できる。(請求項
１１)

【００２５】

【発明の実施の形態】以下、この発明につき図面を参照
しつつ詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこ
の発明が限定されるものではない。

【００２６】（実施の形態１）図１は、この発明の実施
の形態１に係る超音波モータの、振動体を示す平面図で
ある。この実施の形態１に係る超音波モータ１００は、
従来の超音波モータのように、突起９を腹と節との中間
位置に配置するのではなく、少しずらして配置する点に
特徴がある。従って、具体的な超音波モータの構成は、
図１１に示したものと略同様となり、突起９の位置が異
なるものとなる。

【００２７】同図に示すように、振動体５の裏面には圧
電素子６が展着されている。振動体５と圧電素子６とは
接着剤によって接着する。また、圧電素子６には、分極
処理によって１２分割した電極１６が形成され、当該２
つの電極１６毎に正極１６ａと負極１６ｂとが交互に並
べられている。突起１０９は、正極１６ａと正極１６ａ
との中間位置、負極１６ｂと負極１６ｂとの中間位置か
ら少しずれたところに形成されている。ただし、振動体
５が振動した場合の、腹または節の部分に位置しないよ
うにする。

【００２８】また、変形例として、振動体５に１２分割
した圧電素子６を展着し、それぞれの圧電素子６に分極
処理を施すようにしてもよい。

【００２９】図２は、振動体５の振動状態を示す説明図
である。同図（ａ）に示すように、２枚一組になった電
極１６の一方（図中斜線で示した電極１６ａ、１６ｂ）
にパルス電圧を印加すると、振動体５に振動が発生す
る。突起１０９は、腹と節との中間位置から節よりに形
成されているから、当該突起１０９が振動することによ
ってその先端が図中矢印Ｃの方向に運動する。このた
め、突起先端がロータ体１１に接触し、当該ロータ体１
１が図中矢印Ｒ方向に回転する。ところが、前記突起１
０９が節よりに形成されているため、当該突起先端の回
転方向駆動成分は、上記従来例（図１６（ａ）参照）に
比べて大きくなる。このため、従来例に比べて、ロータ
体１１の回転数を極めて高速にできる。

【００３０】つぎに、同図（ｂ）に示すように、他方の
電極１６ａ、１６ｂ（図中斜線なしの電極）にパルス電
圧を印加しても、振動体５に振動が発生し、その先端が
図中矢印Ｄの方向に運動することになる。この場合、前
記突起１０９が腹よりに形成されているため、当該突起
１０９先端の回転方向駆動成分は、上記従来例（図１６
（ｂ）参照）に比べて小さくなる。このため、ロータ体
１１は図中矢印Ｌ方向に回転するが、従来例に比べて、
当該ロータ体１１の回転数が極めて低速になる。

【００３１】図３は、振動体の挙動を示す説明図であ
る。発明者により、上記振動体５の挙動をシミュレーシ
ョンしたところ、振動体５の中心が固定されているこ
と、振動体５が円盤形状であることなどから、実際には
かなり複雑な挙動を示すことが判った。しかし、振動体
５の構造が機械的に均一であれば、突起１０９先端の、
移動体の移動方向に対する軌跡は、ほぼ図２に示すよう
になると考えて差し支えない。

【００３２】以上、この超音波モータでは、正逆転可能
であるが、特に所定一方向に回転させるときに大きな移
動量が得られ（図２の（ａ））、ロータ体１１の回転数
を極めて高くできる。しかも、印加する電圧は、従来例
と変わりない。このため、低電圧で高い回転数を得るこ
とができる。一方、反対方向に回転させるときには移動
量が小さくなるから（図２の（ｂ））、ロータ体１１の
回転数を極めて低くできると共に回転が安定する。すな
わち、この超音波モータ１００は、（１） 両方向に回
転するが、各方向で回転数が異なる、（２） 回転数が
極めて高速で且つ低電圧である、（３） 回転数が極め
て低速で且つ安定である、という特徴を有する。

【００３３】図４は、上記振動体の変形例を示す平面図
である。この振動体５は、突起２０９が、正極１６ａと
正極１６ａとの中間位置（負極１６ｂと負極１６ｂとの
中間位置）を中心に上記振動体５の突起１０９と対称な
位置に形成されている点が異なる。このため、上記同様
に電極１６にパルス電圧を印加すると、その回転方向が
逆になる。しかしながら、通常上記（２）もしくは
（３）の何れか一方の用途のみを目的として使用し、正
逆転の切換えは行わない。但し、この場合にも前述した
ように圧電素子の中で、駆動電圧を印可しない部分や、
振動状態の把握や自励発振回路構成の為の信号検出に使
用しない部分にも分極処理を施すことが望ましい。ま
た、分極時の残留歪みが大きく変化する電極と電極の間
を避けて突起を設けたことにより圧電素子6と振動体5の
接着ずれによる振動状態のばらつき、すなわちモータ特
性のばらつきを小さくすることができる。

【００３４】この実施の形態１では、超音波モータ１０
０を振動アラームに応用した例を挙げて説明したが、こ
れに限定されるものではない。例えばカメラのオートフ
ォーカス、ブラインド開閉装置、アームロボットなど様
々な分野に応用できる。原理は上記の通りであるが、超
音波モータ１００の構造は応用分野によって様々であ
る。

【００３５】また、実施の形態１では、回転型の超音波
モータを開示したが、これを直線型の超音波モータとし
て構成してもよい（図示省略）。直線型の超音波モータ
は、上記超音波モータの構成を直線展開すれば実施でき
る。

【００３６】（実施の形態２）図５は、この発明の実施
の形態２に係る超音波モータの、振動体５を示す平面図
である。実際に一方向のみの回転で足りるなら、実施の
形態１のように隣接する同極の電極１６は不要になる。
この観点からすると、電極１６は、６個で事足りること
になる（図中斜線で示す）。しかし、図中斜線なしで示
した電極がなかった場合、機械的に振動特性が変化して
回転が安定しなくなる。そこで、通電しないまでも、圧
電素子６の全面に電極１６を形成するようにした。以上
のように一方向の駆動しかしない場合であっても圧電素
子全体に電圧を印加するのではなく、このように駆動に
大きく寄与する部分だけに電圧信号を印加することで省
電力化が可能となる。

【００３７】すなわち、圧電素子６には、６枚の電極１
６が形成され、正極１６ａおよび負極１６ｂが交互に並
べられている。それぞれの電極１６は、中心の１／２が
実際に用いる電極１６ａ、１６ｂとなり、その両側はダ
ミー電極１６ｘとなっている。突起１０９は、実際の電
極１６ａ、１６ｂとダミー電極１６ｘとの界面より中心
側に形成される（ただし、中心部分直上ではない）。こ
のようにすれば、振動体５全体が機械的に均一な構造に
なるため、ロータ体１１の回転が安定すると共に回転効
率が向上する。

【００３８】（実施の形態３）図６は、この発明の実施
の形態３に係る超音波モータの振動体を示す斜視図であ
る。振動体５の面外曲げモードと突起２０９の曲げモー
ドとの結合振動を用いて、ロータ体１１を回転させる点
に特徴がある。このため、突起２０９は、長尺になって
いる。その他の構成は、上記実施の形態１の振動体５と
同様であるから、説明を省略する。

【００３９】圧電素子６に電圧を印加することにより、
振動体５に特定の面外曲げモードの振動が発生する。こ
の面外曲げモードの固有周波数と突起２０９の曲げモー
ドの固有周波数が近いと、振動体５には面外曲げモード
と突起２０９の曲げモードが結合した振動を持つことに
なる。この時、突起２０９の先端の変位は大きくなる
為、移動体１１は高速で回転するようになる。このため
電圧や移動体１１の加圧条件と合わせて回転効率のよい
突起長を設定する。図９に、一例として突起２０９の寸
法を変えたときの回転数を実測値と予測値に分けて示し
てある。移動体１１の回転数は突起２０９の周方向の変
位に比例するが、突起２０９の周方向変位は振動体5の
面外曲げモードの中立面から移動体１１との接触点まで
の距離に比例する。すなわち、振動体５の厚みをｔ、突
起２０９の高さをｈとすると回転数はｔ/２+ｈに比例す
ると考えられる。図９における実測値は振動体５の厚み
が４５(1/100mm)のときに突起２０９の高さ３５(1/100m
m)の実測値を基に計算したものである。この図から突起
２０９の高さが高くなるほど予測値よりも回転数が高く
なることが分かる。突起２０９の固有周波数は突起２０
９の高さ３５、５０，６５に対して夫々1307kHz、915kH
z、703kHzであり、振動体円板部５の固有周波数363kHz
に対して、夫々3.6倍、2.5倍、1.9倍である。従って、
両者の結合振動により突起２０９の先端の変位が大きく
なり回転数が大幅に大きくなることが確認されている。

【００４０】特に、突起２０９のの径方向の幅を周方向
の幅よりも大きくし、移動体１１の移動方向の曲げ振動
のみ振動体５の面外曲げモードと結合する様にした方が
駆動に寄与する振動成分のみが拡大される為、効率がよ
い。径方向の曲げ振動の影響を受けると突起２０９の運
動が不安定になるとともに移動体１１の移動に対するロ
スとなるとともに、移動体１１並びに突起２０９の摩耗
も多くなる。

【００４１】図７は、この振動体５の挙動を示す説明図
である。発明者により、上記振動体５の挙動をシミュレ
ーションしたところ、振動体５の面外振動の他、突起２
０９の曲げ振動が顕著に確認された。また、この時、突
起を図１６と同様に電極間に設けたにもかかわらず、突
起は振動の腹と節の中間位置からずれることが確認され
ている。

【００４２】図８は、この振動体の振動状態を示す説明
図である。電極１６の一方１６ａ、１６ｂにパルス電圧
を印加すると、振動体５が振動する。この振動に、突起
２０９の曲げ振動が合成され、当該突起２０９の先端が
図中矢印Ｅの方向に運動する。これにより、突起２０９
先端がロータ体１１に接触し、当該ロータ体１１が図中
矢印方向Ｌに回転する。この振動体５では、突起２０９
の曲げ振動も加わっているから、突起２０９先端の回転
方向駆動成分は、上記実施の形態１の場合に比べて大き
くなる。このため、ロータ体１１の回転数を更に高速化
できる。

【００４３】（実施の形態４）図１０は、超音波モータ
の応用例を示す説明図である。超音波モータ１００を腕
時計のムーブメント２００に組み込む。電源は、クオー
ツ発振器に電力を供給する水銀電池２０１から得る。音
によるアラームは便利であるが、アラームが気になった
り、周囲が迷惑したりすることがある。そこで、この超
音波モータ１００を振動アラームとしてムーブメント２
００に組み込むことで、音を気にせず、時刻を知らせる
ことができる。

【００４４】また、携帯電子機器では、近年、携帯電話
やＰＨＳの呼出音による公害が顕著になってきた（図示
省略）。そこで、この超音波モータ１００を振動アラー
ムとして用いれば、携帯電話のサイズ増大を招くことな
く、ユーザを呼び出すことができる。

【００４５】また、超小型マッサージ機器として使用す
ることもできる。図１１に、その超小型マッサージ機器
３００の構成図を示す。電池室３０１とモータ室３０２
とは、ねじ込むことで一体化できる構造である。電池室
３０１にはボタン電池３０３が収納されており、また、
電池室３０１内壁には、当該ボタン電池３０３の負極に
接続された電極３０４が取り付けられている。モータ室
３０２には、上記超音波モータ１００が収容されてお
り、その中心軸４の底部が当該モータ室３０２の下側か
ら露出している。また、超音波モータ１００は、モータ
室３０２の外側上面に設けた２つの電極３０５、３０６
と接続されている。一方の電極３０５はボタン電池３０
３の正極と接触し、他方の電極３０６は電池室３０１の
電極３０４と同一半径位置に配置する。モータ室３０２
の外側底面３０７には、身体に張り付けるテープ３０８
が設けられている。

【００４６】この超小型マッサージ機器３００を患部に
張り付け、前記電池室３０１を回転させると、電池室側
の電極３０４と電極３０６とが接触して超音波モータ１
００に電力が供給される。これにより、前記ロータ体１
１が回転し、偏心重錘１２の作用によって超音波モータ
１００が振動する。この振動は、中心軸４を介して身体
患部に伝わる。電池室３０１を反対に回転させると、両
電極３０４、３０６が離れて超音波モータ１００の振動
が止まる。このように、超音波モータ１００を超小型マ
ッサージ機器３００に適用すれば、磁石を粘着テープで
患部に貼り付けるような健康器具と同様の用い方をする
ことができる。 （実施の形態５）図1２は本発明に係る超音波モータを
電子機器に適用した実施の形態5のブロック図を示す。
本電子機器は、前述の振動体５と振動体５により駆動さ
れる移動体１１と、移動体１１と振動体１１に接触圧を
与える加圧手段１５と、移動体１１と連動して稼動する
伝達機構１７と、伝達機構１７の動作に基づいて運動す
る出力機構１８を備えることを特徴とする。ここで、伝
達機構１７には、例えば歯車、摩擦車等の伝達者を用い
る。伝達機構１７を省略し、直接出力機構１８を設けて
も構わない。出力機構１８には例えば、指示装置や電子
時計においては指針あるいは指針駆動機構やカレンダ等
の表示板、あるいは表示板駆動機構を、コピー機やプリ
ンタにおいてはレーザーの方向を変えるミラーを、カメ
ラやビデオカメラにおいてはシャッタ駆動機構、絞り駆
動機構、レンズ駆動機構、フィルム巻き上げ機構等を、
レーザーや光を利用した計測器や製造装置、センサーに
おいては光の遮断・透過や特定波長の光のみを透過する
フィルターやスリット板を、音響機器のボリュウム等に
は抵抗値や容量値を可変する接点機構やギャップ板を、
ハードディスクや光ディスクにおいてはピックアップ駆
動機構を用いる。また、移動体１１に出力軸を取りつ
け、出力軸からトルクを伝達する動力伝達機構を有する
構成とすれば、超音波モータ自身で駆動機構が実現でき
る。

【００４７】

【発明の効果】以上説明したように、この発明の超音波
モータ（請求項１〜５）によれば、振動体の突起を振動
の腹と節との中間位置からずれた位置、例えば節よりに
設けたので、同じ振動でも当該突起を大きく運動できる
から、移動体の移動量をより大きくできる。このため、
低電圧で大きな移動量を得ることができる。逆に、突起
を腹よりに設けることにより、当該突起の運動が小さく
なるから、低速で安定した回転が得られる。

【００４８】つぎに、この発明の超音波モータ（請求項
６）によれば、圧電体上の電極を形成した部分以外にダ
ミー電極を形成したので、振動体の機械的特性が均一に
なって移動体の移動が安定し、効率がよくなる。

【００４９】つぎに、この発明の超音波モータ（請求項
７、８）によれば、突起を長尺にしたので、周方向の変
位が拡大されるとともに振動体の振動と突起の振動との
結合振動により当該突起先端が大きく運動する。これに
より、移動体の移動量が大きくなる。

【００５０】つぎに、この発明の振動アラーム（請求項
９）によれば、移動体に偏心部材を設け、移動体の回転
に伴い振動が発生するようにしたので、振動によって情
報を伝えることができる。

【００５１】つぎに、この発明の携帯電子機器（請求項
１０）によれば、超音波モータが小型であるという点か
ら種々の携帯電子機器に適用することができる。つぎ
に、この発明の超音波モータ付き電子機器（請求項１
１）によれば、超音波モータが小型・高トルクであると
いう点から種々の電子機器の小型化に寄与することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施の形態１に係る超音波モータ
の、振動体を示す平面図である。

【図２】図１に示した振動体の振動状態を示す説明図で
ある。

【図３】図１に示した振動体の挙動を示す説明図であ
る。

【図４】図１に示した振動体の変形例を示す平面図であ
る。

【図５】この発明の実施の形態２に係る超音波モータ
の、振動体を示す平面図である。

【図６】この発明の実施の形態３に係る超音波モータの
振動体を示す斜視図である。

【図７】図６に示した振動体の挙動を示す説明図であ
る。

【図８】図６に示した振動体の変形例を示す平面図であ
る。

【図９】突起の高さと回転数の関係を示した図である。

【図１０】超音波モータの応用例を示す説明図である。

【図１１】超音波モータの応用した超小型マッサージ機
器の構成図である。

【図１２】この発明の実施の形態５に係る超音波モータ
付き電子機器のブロック図である。

【図１３】従来の定在波方式の超音波モータの構造を示
す組立図である。

【図１４】図１１に示した超音波モータを示す断面図で
ある。

【図１５】組立状態の超音波モータを示す斜視図であ
る。

【図１６】振動体の分極状態を示す平面図である。

【図１７】電極と突起およびロータ体との関係を示す概
略構成図である。

【図１８】振動体の振動状態を示す説明図である。

【符号の説明】

１００ 超音波モータ １ 超音波ステータユニット ２ 固定軸 ３ 押さえバネ座 ４ 中心軸 ５ 振動体 ６ 圧電素子 ７ 圧電素子リード ８ 超音波ロータユニット １０９ 突起 １０ ブシュ １１ ロータ体 １２ 偏心重錘 １３ 固定板 １４ ピボット １５ 押さえバネ １６ 電極 １７ 伝達機構 １８ 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 Ｆターム(参考） 5H680 AA06 BB01 BB13 BC01 BC04 BC05 BC08 CC06 DD15 DD23 DD28 DD53 DD66 DD73 DD85 DD92 EE12 FF08

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 板状の振動体と、 この振動体の一面に設けた圧電体と、 この圧電体上に正極および負極が交互になるよう形成し
   た複数の電極と、 前記振動体の他面であって、前記電極に通電して振動体
   を振動させ、この振動の腹と節との中間位置からずれた
   位置に設けた複数の突起と、 前記振動体の他面側に対向し、片面が前記突起に接触す
   る移動体と、を備えたことを特徴とする超音波モータ。
2. 【請求項２】 板状の振動体と、 この振動体の一面に設けた圧電体と、 この圧電体上に正極および負極がそれぞれ２つおきで交
   互になるよう形成した複数の電極と、 前記振動体の他面であって、前記各極一方の電極に通電
   して振動体を振動させ、この振動の腹と節との中間位置
   からずれた位置に設けた複数の突起と、 前記振動体の他面側に対向し、片面が前記突起に接触す
   る移動体と、を備えたことを特徴とする超音波モータ。
3. 【請求項３】 板状の振動体と、 この振動体の一面に設けた圧電体と、 この圧電体上に正極および負極がそれぞれ２つおきで交
   互になるよう形成した複数の電極と、 前記振動体の他面であって、２つの電極の中心位置から
   ずれた位置に設けた複数の突起と、 前記振動体の他面側に対向し、片面が前記突起に接触す
   る移動体と、を備えたことを特徴とする超音波モータ。
4. 【請求項４】 板状の振動体と、 この振動体の一面に設けた圧電体と、 この圧電体上に正極および負極が交互になるよう形成し
   た複数の電極と、 前記振動体の他面であって、前記電極に通電して振動体
   を振動させ、この振動の腹と節との中間位置から節より
   の位置に設けた複数の突起と、 前記振動体の他面側に対向し、片面が前記突起に接触す
   る移動体と、を備えたことを特徴とする超音波モータ。
5. 【請求項５】 板状の振動体と、 この振動体の一面に設けた圧電体と、 この圧電体上に正極および負極が交互になるよう形成し
   た複数の電極と、 前記振動体の他面であって、前記電極に通電して振動体
   を振動させ、この振動の腹と節との中間位置から腹より
   の位置に設けた複数の突起と、 前記振動体の他面側に対向し、片面が前記突起に接触す
   る移動体と、を備えたことを特徴とする超音波モータ。
6. 【請求項６】 板状の振動体と、 この振動体の一面に設けた圧電体と、 この圧電体上に正極および負極が交互になるよう形成し
   た複数の電極と、 圧電体上の前記電極を形成した部分以外に形成したダミ
   ー電極と、 前記振動体の他面であって、前記電極に通電して振動体
   を振動させ、この振動の腹と節との中間位置からずれた
   位置に設けた複数の突起と、 前記振動体の他面側に対向し、片面が前記突起に接触す
   る移動体と、を備えたことを特徴とする超音波モータ。
7. 【請求項７】 前記移動体を駆動する振動体の振動モー
   ドは振動体平板部の曲げ振動と突起の少なくとも一方向
   の曲げ振動の結合振動であることを特徴とする請求項１
   〜６のいずれか１つに記載の超音波モータ。
8. 【請求項８】 板状の振動体と、 この振動体の一面に設けた圧電体と、 この圧電体上に正極および負極が交互になるよう形成し
   た複数の電極と、 前記振動体の他面であって、前記電極に通電して振動体
   を振動させ、この振動の腹と節との中間位置に設けた複
   数の突起と、 前記振動体の他面側に対向し、片面が前記突起に接触す
   る移動体と、を備えたことを特徴とする超音波モータで
   あって、 前記移動体を駆動する振動体の振動モードは振動体平板
   部の曲げ振動と突起の少なくとも一方向の曲げ振動の結
   合振動であることを特徴とする超音波モータ。
9. 【請求項９】 請求項１〜８のいずれかに記載の超音波
   モータの移動体に偏心重りを設けることにより、移動体
   の回転で生じる振動で情報を伝達する振動アラーム。
10. 【請求項１０】 請求項９に記載の振動アラームを用い
    たことを特徴とする携帯電子機器。
11. 【請求項１１】 請求項１〜８のいずれかに記載の超音
    波モータを用いたことを特徴とする超音波モータ付き電
    子機器。