JP2000350480A - 超音波モータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 小型化可能な超音波モータを提供する。 【解決手段】超音波モータは、ステータ１及び同ステー
タ１に圧接されたロータ２から構成されており、これら
ステータ１とロータ２との間にはライニング材２３が介
装されている。ロータ２の外周面には、複数の突出片３
１が形成されている。ステータ１の電極板７，８に所定
の縦振動共振周波数を有する高周波交流電圧が印加され
ると、圧電素子５，６が縦振動を発生する。この圧電素
子５，６の縦振動に基づき、ステータ１（ライニング材
２３）の上面に縦振動が発生し、ロータ２に伝搬され
る。ロータ２に伝搬された縦振動は、各突出部３１ごと
に捩じり振動を発生する。この突出部３１ごとの捩じり
振動により、ロータ２は回転駆動される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、定在波型の超音波
モータに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の定在波型の超音波モータは、圧電
素子等が配設されたステータと、同ステータに対して摺
動回転可能に圧接されたロータとから構成されている。

【０００３】そして、このような超音波モータにおいて
は、ステータに所定の縦振動共振周波数が印加される
と、その圧電素子が縦振動を発生する。この圧電素子の
縦振動に基づき、ステータの上面に縦振動が発生され、
ロータに伝搬される。ロータに伝搬された縦振動は、同
ロータの全体に捩じり振動を発生させる。このロータの
捩じり振動により、同ロータは所定の方向に回転駆動さ
れる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、このように
ロータに伝搬された縦振動に基づき同ロータの全体に発
生する捩じり振動の振幅は、大きいことが好ましい。こ
れは、振幅が大きくなるほど同ロータの駆動力が増大
し、効率的に回転させることができるためである。そこ
で、上記捩じり振動の振幅を大きくするために、例えば
図１４に示す形状を有するロータ９１を備えた超音波モ
ータが出願人らによって提案されている。

【０００５】すなわち、上記ロータ９１の外周面には、
複数のロータスリット９２が形成されている。そして、
このロータスリット９２により上記ロータ９１の全体に
発生する捩じり振動は促進され、その振幅が増大され
る。これにより、ロータ９１は効率的に回転される。

【０００６】ところで、このようにロータ９１に伝搬さ
れた縦振動に基づき、同ロータ９１の全体に捩じり振動
を発生させて回転駆動する場合、同ロータ９１が扁平に
なるに従い、十分な駆動力（回転力）が得られなくな
る。すなわち、上記ロータ９１の軸線方向の高さを低減
して扁平とすると、上記のようにロータ９１の全体に捩
じり振動を発生させることが困難となる。これは、ロー
タ９１が扁平になることで、例えば板材の曲げ振動のよ
うな振動状態となり、捩じれにくくなるためである。こ
のような扁平化への制限は、ロータ９１の小型化、ひい
ては超音波モータそのものの小型化を制限することとな
る。

【０００７】本発明の目的は、小型化可能な超音波モー
タを提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに、請求項１に記載の発明は、圧電素子の駆動力によ
り振動するステータと、該ステータに摺動可能に圧接さ
れ、該ステータの振動に基づいて回転するロータとを備
えた超音波モータにおいて、前記ロータは複数の接触部
を備え、該ロータは該ステータの振動に基づき該接触部
ごとに発生する振動により回転駆動されることを要旨と
する。

【０００９】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載
の超音波モータにおいて、前記接触部ごとに発生する振
動は、前記ロータの回転方向への捩じり振動であること
を要旨とする。

【００１０】請求項３に記載の発明は、請求項２に記載
の超音波モータにおいて、前記接触部は、該接触部に発
生する前記ロータの回転方向への捩じり振動を助長する
ように傾斜していることを要旨とする。

【００１１】請求項４に記載の発明は、請求項１〜３の
いずれか１に記載の超音波モータにおいて、前記ロータ
の外径は、該ロータの高さ以上の大きさであることを要
旨とする。

【００１２】請求項５に記載の発明は、請求項１〜４の
いずれか１に記載の超音波モータにおいて、前記接触部
の周方向の幅は、前記ロータの高さ以下の大きさである
ことを要旨とする。

【００１３】請求項６に記載の発明は、請求項１〜４の
いずれか１に記載の超音波モータにおいて、前記接触部
の基端部の周方向の幅は、前記ロータの高さ以下の大き
さであることを要旨とする。

【００１４】例えば、ロータの外周面に複数のロータス
リットを形成した場合には、各隣接するロータスリット
間には、それぞれ外周側に突出してステータと接触する
接触部が形成され、その基端側には同ステータと接触し
ない非接触部が形成される。請求項１〜４に記載の発明
の構成によれば、上記ロータは上記ステータの振動に基
づき上記接触部ごとに発生する振動により回転駆動され
る。従って、例えば上記ロータの非接触部を含む全体に
振動を発生させて回転駆動する場合に比べ、同ロータの
扁平化が可能となる。そして、このようなロータの扁平
化により、超音波モータそのものの小型化が図られる。

【００１５】請求項５に記載の発明の構成によれば、上
記接触部の周方向の幅は、上記ロータの高さ以下の大き
さとされている。また、請求項６に記載の発明の構成に
よれば、上記接触部の基端部の周方向の幅は、上記ロー
タの高さ以下の大きさとされている。従って、各接触部
ごとの振動の発生は容易なものとされる。

【００１６】

【発明の実施の形態】（第１実施形態）以下、本発明を
定在波型の超音波モータに具体化した第１実施形態を図
１〜図６に従って説明する。

【００１７】図１は、超音波モータの全体の斜視図を示
す。図２は、超音波モータの分解斜視図を示す。図３
は、超音波モータの断面図を示す。超音波モータは、ス
テータ１及びロータ２を備えている。ステータ１は第１
及び第２ブロック３，４、第１及び第２圧電素子５，
６、第１及び第２電極板７，８を備えている。

【００１８】第１ブロック３は導電性金属よりなり、本
実施形態ではアルミ合金にて形成されている。この第１
ブロック３は第１及び第２ブロック部１１，１２、フラ
ンジ１３及びボルト１４が一体に形成されている。

【００１９】第１ブロック部１１は円柱体であって、そ
の外周部上端には上記フランジ１３が設けられている。
このフランジ１３は、図示しないケースに超音波モータ
を固定するためのものである。

【００２０】また、第１ブロック部１１上には、上記第
２ブロック部１２が設けられている。この第２ブロック
部１２は上記第１ブロック部１１と同等の外径を有する
略円柱体であって、その外周面には複数（６個）のステ
ータスリット１５が形成されている。

【００２１】図２に示されるように、このステータスリ
ット１５は等角度間隔に形成されており、第２ブロック
部１２（第１ブロック３）の上面１２ａからみた各ステ
ータスリット１５の切り口は、外周面から中心軸線に向
かうほど時計回り方向に傾斜して上記ボルト１４の外周
面近くまで延びている。また、第２ブロック部１２（ス
テータスリット１５）の外周面からみた各ステータスリ
ット１５は、同ブロック部１２の中心軸線に沿って下方
に向かうほど右側にそれぞれ同じ傾斜角度で傾斜してい
る。そして、第２ブロック部１２（第１ブロック３）の
上面１２ａからみた各ステータスリット１５の切り口
は、同ブロック部１２の中心軸線に沿って下方に向かう
ほどに反時計回り方向に傾斜している。

【００２２】上記第２ブロック部１２の上面１２ａの中
心部には、上記ボルト１４が立設されている。このボル
ト１４は軸部１６及び同軸部１６の先端側において縮径
されたネジ部１７からなり、同ネジ部１７の外周面には
ネジ山が設けられている。

【００２３】前記第１電極板７は、上記第２ブロック部
１２の外径と同等の外径を有して略リング状に形成され
ており、その中心部には上記軸部１６の外径より若干大
きい内径を有するボルト挿通孔１８が形成されている。
この第１電極板７はそのボルト挿通孔１８に上記ボルト
１４が挿通されて上記第２ブロック部１２の上面１２ａ
に配置されている。なお、第１電極板７の外周面には端
子片７ａが一体形成されている。

【００２４】前記第１圧電素子５は上記第１電極板７
（第２ブロック部１２）の外径よりも若干小さい外径を
有してリング状に形成されており、その中心部には上記
軸部１６の外径より若干大きい内径を有するボルト挿通
孔１９が形成されている。この第１圧電素子５はそのボ
ルト挿通孔１９に上記ボルト１４が挿通されて上記第１
電極板７の上面に配置されている。

【００２５】前記第２電極板８は、その中心部にボルト
挿通孔２０を有して上記第１電極板７と同様の形状に形
成されている。この第２電極板８はそのボルト挿通孔２
０に上記ボルト１４が挿通されて上記第１圧電素子５の
上面に配置されている。なお、第２電極板８の外周面に
は端子片８ａが一体形成されている。

【００２６】因みに、上記第１及び第２電極板７，８の
端子片７ａ，８ａ間には所定の高周波交流電圧が印加さ
れるようになっている。前記第２圧電素子６は、その中
心部にボルト挿通孔２１を有して上記第１圧電素子５と
同様の形状に形成されている。この第２圧電素子６はそ
のボルト挿通孔２１に上記ボルト１４が挿通されて上記
第２電極板８の上面に配置されている。

【００２７】なお、上記第１及び第２圧電素子５，６
は、分極方向がそれぞれ上下逆になるように形成されて
いる。前記第２ブロック４も導電性金属よりなり、本実
施形態ではアルミ合金にて形成されている。この第２ブ
ロック４は、前記第１ブロック３の外径と同等の外径を
有して略有底円筒状に形成されており、その中心部には
軸線方向に貫通するボルト締結孔２２が形成されてい
る。そして、第２ブロック４は上記ボルト１４のネジ部
１７がこのボルト締結孔２２に螺合されて上記第２圧電
素子６の上面に固定されている。なお、上記ボルト１４
のネジ部１７の先端は、上記第２ブロック４の上方に突
出している（図３参照）。以上により、前記第１、第２
圧電素子５，６及び第１、第２電極板７，８は前記第１
ブロック３と第２ブロック４との間に挟まれてその軸線
方向の移動が規制されている。

【００２８】ちなみに、上記第１、第２圧電素子５，６
及び第１、第２電極板７，８の各ボルト挿通孔１８〜２
１とボルト１４の軸部１６との間には図示しない円筒状
の絶縁性カラーが介装されている。これにより、上記第
１、第２圧電素子５，６及び第１、第２電極板７，８の
内周側は、ボルト１４（軸部１６）に対してそれぞれ電
気的に絶縁状態とされている。

【００２９】上記第２ブロック部４の上面には、同ブロ
ック４と同等の形状を有してリング状に形成されたライ
ニング材２３が接着されている。そして、このライニン
グ材２３の上面２３ａには、前記ロータ２が同心軸上に
載置されている。このロータ２は、ステンレス鋼にて扁
平な略円筒状に形成されており、その外径Ｄは上記ライ
ニング材２３（第２ブロック４）の外径と同等となって
いる。なお、ここでいう扁平な円筒とは、上記ロータ２
の軸線方向の高さをＨ１とすると、上記外径Ｄとの間
に、 Ｄ≧Ｈ１ の関係を満たしていることをいう（図１参照）。ちなみ
に、上記ロータ２の高さＨ１は、後述する設計方法に基
づいて設定されているものである。

【００３０】上記ロータ２の中心部は、軸線方向に貫通
する軸心孔２４となっている。この軸心孔２４は、段差
部２４ａを介して下方に縮径されており、同段差部２４
ａの上方を第１軸心孔２５、同下方を第２軸心孔２６と
している。なお、第２軸心孔２６の内径は、上記第２ブ
ロック４の内径とボルト１４（ネジ部１７）の外径の中
間の内径となっている。

【００３１】図２に示されるように、ロータ２の外周面
には、複数（１２個）のロータスリット２７が形成され
ている。このロータスリット２７は等角度間隔に形成さ
れており、ロータ２の上面からみた各ロータスリット２
７の切り口は、外周面から中心軸線に向かうほど反時計
回り方向に傾斜して上記第１軸心孔２５の内壁面近くま
で延びている。また、ロータ２（ロータスリット２７）
の外周面からみた各ロータスリット２７は、同ロータ２
の中心軸線に沿って下方に向かうほど左側にそれぞれ同
じ傾斜角度で傾斜している。そして、ロータ２の上面か
らみた各ロータスリット２７の切り口は、ロータ２の中
心軸線に沿って下方に向かうほどに時計回り方向に傾斜
している。

【００３２】各隣接するロータスリット２７間は、それ
ぞれ外周側に向かって周方向の幅が広がって突出する略
扇形状の接触部としての突出片３１となっている。そし
て、上記ロータ２を上記ライニング材２３に載置した状
態において各突出片３１と同ライニング材２３との当接
面を接触面３１ａとしている。

【００３３】なお、上記ロータ２（各突出片３１）の高
さＨ１と上記突出片３１の基端部（根本）の周方向の幅
Ｗ１との間には、 Ｗ１≦Ｈ１ の関係を有している（図１参照）。これは、各突出片３
１の基端部を中心に同突出片３１ごとに捩じり振動を発
生しやすくするするためである。

【００３４】図３に示されるように、上記ロータ２は、
加圧機構４１によりステータ１（ライニング材２３の上
面２３ａ）に押圧接触されている。この加圧機構４１
は、収納カップ４２、皿ばね４３、ボールベアリング４
４及びナット４５を備えている。

【００３５】上記収納カップ４２は、ロータ２の軸心孔
２４内に固定されている。この収納カップ４２は、前記
第２軸心孔２６の内径よりも若干小さい外径を有して略
有底円筒状に形成されている。そして、収納カップ４２
の上部開口端には、前記第１軸心孔２５と同等の外径を
有して径方向外側に突出するフランジ部４２ａが形成さ
れている。又、収納カップ４２の底部中央には、前記ボ
ルト１４（ネジ部１７）の外径よりも若干大きい内径を
有する貫通孔４２ｂが形成されている。このように形成
された収納カップ４２は、上記貫通孔４２ｂにボルト１
４（ネジ部１７）が挿通され、そのフランジ部４２ａが
前記段差部２４ａ上において同第１軸心孔２５に嵌着さ
れることで固定されている。

【００３６】上記収納カップ４２内には、上記皿ばね４
３が収納されている。この皿ばね４３はその中央孔４３
ａにボルト１４（ネジ部１７）が挿通され、同皿ばね４
３の円環状の下端は収納カップ４２の底部と接触した状
態とされている。

【００３７】上記皿ばね４３が収容された収納カップ４
２内には、ボールベアリング４４が収納されている。こ
のボールベアリング４４は、その外輪４４ａが収納カッ
プ４２の内壁面に嵌合され、その内輪４４ｂが上記ボル
ト１４のネジ部１７に遊嵌されている。そして、外輪４
４ａの下面には、皿ばね４３の上端が接触している。

【００３８】上記ボールベアリング４４が遊嵌された上
記ボルト１４のネジ部１７の先端には、上記ナット４５
が所定の位置まで螺合されている。なお、このナット４
５の外径は、外輪４４ａの内径より小さく設定されてい
る。従って、ボールベアリング４４の内輪４４ｂはナッ
ト４５にて下方に押圧されている。これにより、皿ばね
４３は外輪４４ａにて下方に押圧され、軸線方向に縮ん
だ状態とされている。そして、収納カップ４２の底部は
皿ばね４３にて下方に付勢され、ロータ２（突出片３
１）は、ステータ１の上面（ライニング材２３の上面２
３ａ）と押圧接触している。又、このとき、ロータ２
は、ボールベアリング４４によりボルト１４（ステータ
１）に対して摺動回転可能に支持されている。

【００３９】次に、上記のように構成された超音波モー
タの設計方法について説明する。 「ステータ１の縦１次振動共振周波数ｆｓ１の算出」ま
ず、ステータ１の縦１次振動共振周波数ｆｓ１を求め
る。本実施形態でいう縦振動共振周波数は圧電素子５，
６にて駆動されるステータ１の上面（ライニング材２３
の上面２３ａ）に発生する縦振動が発振する（振幅が極
値を持つ）ときの周波数をいい、縦１次振動共振周波数
ｆｓ１はその複数存在する縦振動共振周波数のなかの最
も周波数の低い縦振動共振周波数をいう。

【００４０】本実施の形態では、ステータ１を構成する
第１ブロック３（第２ブロック部１２）にステータスリ
ット１５が形成されていて、その形状が複雑であるた
め、上記縦１次振動共振周波数ｆｓ１は、解析シミュレ
ーション技術の１つである有限要素法（ＦＥＭ：finite
Elemente Method）を利用して求める（図４参照）。す
なわち、この有限要素法により、対象となる物体（ステ
ータ１）の全てをモデル化して解析シミュレーションを
行ない、同ステータ１の縦１次振動共振周波数ｆｓ１を
求める。

【００４１】有限要素法にてステータ１の縦１次振動共
振周波数ｆｓ１が求められると、同周波数ｆｓ１に基づ
いて前記ロータ２の各突出片３１の形状を特定する。 「ロータ２の各突出片３１の形状の特定」各突出片３１
の形状の特定は、上記同様に有限要素法にて特定する。
すなわち、各突出片３１の捩じり振動の捩じり１次振動
共振周波数ｆｒ１が前記縦１次振動共振周波数ｆｓ１と
一致するように同突出片３１の形状を特定する。本実施
形態でいう捩じり振動共振周波数は各突出片３１に発生
するロータ２を反時計回り方向に回転させるように働く
捩じり振動が発振する（振幅が極値となる）ときの周波
数をいい、捩じり１次振動共振周波数ｆｒ１はその複数
存在する捩じり振動共振周波数のなかの最も周波数の低
い捩じり振動共振周波数をいう。

【００４２】本実施形態では、各突出片３１の数、幅、
突出長及び材料（ステンレス鋼）等の諸条件を予め設定
してロータ２（突出片３１）の高さＨ１を有限要素法に
て求める（図５参照）。そして、上記により各突出片３
１の形状が設定されると、ステータ１が縦１次振動共振
周波数ｆｓ１で縦振動する時、各突出片３１はその縦１
次振動共振周波数ｆｓ１の縦振動と共振して捩じり１次
振動共振周波数ｆｒ１の捩じり振動を行なう。

【００４３】次に、上記のように設計されて構成された
超音波モータの駆動方法について説明する。図示しない
電圧印加装置により、前記ステータ１の第１及び第２電
極板７，８にステータ１の前記縦１次振動共振周波数ｆ
ｓ１の高周波交流電圧を印加する。すると、超音波モー
タの第１及び第２圧電素子５，６が縦振動を発生する。
詳述すると、第１電極板７は、第１ブロック３を介し、
ボルト１４を経て第２ブロック４に電気的に接続されて
いるため、第２電極板８を共通にして、第１及び第２圧
電素子５，６には、上下逆の極性で高周波交流電圧が印
加される。そして、第１及び第２圧電素子５，６の分極
方向は上下が逆であるため、第１圧電素子５が伸びる場
合には、第２圧電素子６も伸び、第１圧電素子５が縮む
場合には、第２圧電素子６も縮む。従って、第１及び第
２圧電素子５，６が大きな振幅の縦振動を発生する（図
４及び図６参照）。この縦振動は縦１次振動共振周波数
ｆｓ１で振動する。従って、発生する縦振動の振幅は最
大となる。

【００４４】そして、この縦振動はロータ２に伝搬さ
れ、各突出片３１に捩じり振動を発生させる（図５及び
図６参照）。この時、前記縦振動の周波数は縦１次振動
共振周波数ｆｓ１であって、各突出片３１の捩じり振動
の捩じり１次振動共振周波数ｆｒ１と一致する。従っ
て、各突出片３１に発生する捩じり振動は捩じり１次振
動共振周波数ｆｒ１で振動し、その振幅は最大となる。
又、ステータ１の縦振動はロータ２に浮力を与える。

【００４５】従って、ロータ２は各突出片３１が発生す
る捩じり振動により高速・高トルクで反時計回り方向に
回転する。以上詳述したように、本実施形態によれば、
以下に示す効果が得られるようになる。

【００４６】（１）本実施形態では、ロータ２の各突出
片３１の捩じり１次振動共振周波数ｆｒ１がステータ１
の縦１次振動共振周波数ｆｓ１と一致するように同突出
片３１の形状を特定して形成した。すなわち、各突出片
３１の数、幅、突出長及び材料（ステンレス鋼）等の諸
条件を予め設定し、上記条件を満たすように有限要素法
にてロータ２（突出片３１）の高さＨ１を求めて同突出
片３１の形状を特定した。そして、ステータ１が縦１次
振動共振周波数ｆｓ１にて振動するとき、ロータ２の各
突出片３１がそれぞれ捩じり１次振動共振周波数ｆｒ１
にて捩じり振動するようにした。この各突出片３１の捩
じり振動により、ロータ２は回転駆動される。各突出片
３１のみのこのような捩じり振動により、ロータ２が回
転駆動されることから、ロータ２を扁平とすることがで
きる。そして、このようなロータ２の扁平化により、超
音波モータそのものの小型化を図ることができる。

【００４７】（２）本実施形態では、ロータ２の各突出
片３１の捩じり１次振動共振周波数ｆｒ１がステータ１
の縦１次振動共振周波数ｆｓ１と一致するように同突出
片３１の形状を特定して形成した。従って、ステータ１
が縦１次振動共振周波数ｆｓ１にて振動するとき、各突
出片３１は捩じり１次振動共振周波数ｆｒ１で捩じり振
動することから、その振幅は最大（極値）となる。従っ
て、ロータ２を高速・高トルクで効率よく回転駆動する
ことができる。

【００４８】（３）本実施形態では、各突出片３１の基
端側の周方向の幅Ｗ１が高さＨ１よりも大きくならない
ように設定されている。従って、各突出片３１の基端部
を中心とした同突出片３１ごとの捩じり振動を発生しや
すくすることができる。

【００４９】（４）本実施形態では、ステータ１の縦振
動は縦１次振動共振周波数ｆｓ１にて振動させるように
した。この縦１次振動共振周波数ｆｓ１は、複数存在す
るステータ１の縦振動共振周波数のなかの最も周波数の
低い縦振動共振周波数である。従って、第１及び第２電
極板７，８に印加する高周波交流電圧は、最も低い周波
数の交流電圧なので、高周波交流電圧を生成する生成回
路はその高周波対策が比較的簡単となる。

【００５０】（第２実施形態）以下、本発明を定在波型
の超音波モータに具体化した第２実施形態を図７〜図９
に従って説明する。尚、本実施形態においては、ステー
タに縦振動成分と捩じり振動成分とが合成された複合振
動を発生させ、各成分がそれぞれロータを正転・逆転さ
せるように作用する超音波モータとしたことが前記第１
実施形態と異なる。このため、本実施形態の超音波モー
タは、前記第１実施形態と同様の構成を有し、軸線方向
の高さがＨ２（図８参照）となるロータ５１を採用した
ことのみが異なる。なお、このロータ５１の高さＨ２と
外径Ｄとの間に、 Ｄ≧Ｈ２ の関係を満たしていることは前記第１実施形態と同様で
ある。このロータ５１の高さＨ２は、後述する設計方法
に基づいて設定されている。

【００５１】図８において上記ロータ５１には、前記第
１実施形態と同様のロータスリット５２にて区画された
複数の突出片５３が配設されている。そして、上記ロー
タ５１（各突出片５３）の高さＨ２と上記突出片５３の
基端部（根本）の周方向の幅Ｗ２（図８参照）との間に
は、 Ｗ２≦Ｈ２ の関係を有していることも前記第１実施形態と同様であ
る。

【００５２】本実施形態においては、前記ステータスリ
ット１５により、第１、第２圧電素子５，６にて駆動さ
れるステータ１の上面（ライニング材２３の上面２３
ａ）に縦振動成分と捩じり振動成分とが合成された複合
振動を発生するようになっている。なお、このときに発
生する捩じり振動成分は、上記ロータ５１を図８におい
て時計回り方向に回転させるものとなっている。

【００５３】この場合の超音波モータの設計方法につい
て以下に説明する。 「ステータ１の捩じり２次振動共振周波数ｆｓ２の算
出」まず、ステータ１の捩じり２次振動共振周波数ｆｓ
２を求める。本実施形態でいう捩じり振動共振周波数は
圧電素子５，６にて駆動されるステータ１の上面（ライ
ニング材２３の上面２３ａ）に発生する縦振動成分と捩
じり振動成分が合成されてなる複合振動が発振するとき
の周波数であって、ロータ５１を時計回り方向に回転さ
せるように働く捩じり振動の振幅が極値を持つときの周
波数をいう。そして、捩じり２次振動共振周波数ｆｓ２
はその複数存在する捩じり振動共振周波数のなかで２番
目に低い周波数の捩じり振動共振周波数をいう。従っ
て、この捩じり２次振動共振周波数ｆｓ２にてステータ
１が振動するとき、捩じり振動の振幅は最大（極値）と
なる。このときの縦振動の成分はこの捩じり２次振動共
振周波数ｆｓ２と同じ周波数で振動するが、その振幅は
最大（極値）とはならない。

【００５４】本実施の形態では、第１実施形態に準じて
ステータ１の捩じり２次振動共振周波数ｆｓ２は、有限
要素法を利用して求める（図７参照）。ちなみに、図７
において矢印Ｘは縦振動成分を示し、矢印Ｙは捩じり振
動成分を示し、矢印Ｚはその複合振動を示す。

【００５５】「ステータ１の縦１次振動共振周波数ｆｓ
３の算出」次に、ステータ１の縦１次振動共振周波数ｆ
ｓ３を求める。本実施形態でいう縦振動共振周波数は圧
電素子５，６にて駆動されるステータ１の上面（ライニ
ング材２３の上面２３ａ）に発生する縦振動成分と捩じ
り振動成分が合成されてなる複合振動が発振するときの
周波数であって、捩じり振動成分がロータ５１を時計回
り方向に回転させず、縦振動成分の振幅が極値を持つと
きの周波数をいう。そして、縦１次振動共振周波数ｆｓ
３はその複数存在する縦振動共振周波数のなかの最も周
波数の低い縦振動共振周波数をいう。従って、この縦１
次振動共振周波数ｆｓ３にてステータ１が振動すると
き、縦振動成分の振幅は最大（極値）となる。また、こ
のときの捩じり振動の成分はこの縦１次振動共振周波数
ｆｓ３と同じ周波数で振動するが、その振幅は最大（極
値）とはならない。

【００５６】本実施の形態では、第１実施形態と同様
に、ステータ１の縦１次振動共振周波数ｆｓ３は、有限
要素法を利用して求める（図７参照）。有限要素法にて
ステータ１の縦１次振動共振周波数ｆｓ３が求められる
と、同周波数ｆｓ３に基づいてロータ５１の各突出片５
３の形状を特定する。

【００５７】「ロータ５１の各突出片５３の形状の特
定」各突出片５３の形状の特定は、上記同様に有限要素
法にて特定する。すなわち、各突出片５３の捩じり振動
の捩じり１次振動共振周波数ｆｒ２が前記縦１次振動共
振周波数ｆｓ３と一致するように同突出片５３の形状を
特定する。又、このとき、各突出片５３の捩じり振動の
捩じり振動共振周波数が前記ステータ１の捩じり２次振
動共振周波数ｆｓ２と一致しないように同突出片５３の
形状を特定する。本実施形態でいう捩じり振動共振周波
数は各突出片５３に発生するロータ５１を反時計回り方
向に回転させるように働く捩じり振動が発振する（振幅
が極値となる）ときの周波数をいい、捩じり１次振動共
振周波数ｆｒ２はその複数存在する捩じり振動共振周波
数のなかの最も周波数の低い捩じり振動共振周波数をい
う。

【００５８】本実施形態では、前記第１実施形態と同
様、各突出片５３の数、幅、突出長及び材料（ステンレ
ス鋼）等の諸条件を予め設定してロータ５１（突出片５
３）の高さＨ２を有限要素法にて求める。そして、上記
により各突出片５３の形状が設定されると、ステータ１
が縦１次振動共振周波数ｆｓ３で捩じり振動する時、各
突出片５３はその縦１次振動共振周波数ｆｓ３の縦振動
成分と共振して捩じり１次振動共振周波数ｆｒ２の捩じ
り振動を行なう。

【００５９】そして、上記のように構成することにより
ロータ５１を時計回り方向に回転（正転）させることが
できるとともに反時計回り方向に回転（逆転）させるこ
とができる。

【００６０】次に、上記のように設計されて構成された
超音波モータの駆動方法について説明する。 「ロータ５１を正転させる場合」図示しない電圧印加装
置により、前記ステータ１の第１及び第２電極板７，８
にステータ１の前記捩じり２次振動共振周波数ｆｓ２の
高周波交流電圧を印加する。すると、超音波モータの第
１及び第２圧電素子５，６が縦振動を発生する。この縦
振動は、前記ステータスリット１５によりステータ１に
捩じり振動を発生する。そして、両振動が合成されるこ
とによりステータ１の上面（ライニング材２３の上面２
３ａ）に、図８に矢印Ａで示すような捩じり振動を主と
した複合振動が発生する。このとき、発生するステータ
１の捩じり振動成分（図８に矢印Ａ１で示す）は捩じり
２次振動共振周波数ｆｓ２で振動し、その振幅は最大
（極値）となる。又、ステータ１の前記複合振動の縦振
動成分（図８に矢印Ａ２で示す）はロータ５１に浮力を
与える。このときにステータ１に発生する縦振動成分が
ロータ５１の各突出片５３に捩じり振動を発生させるこ
とはない。つまり、ロータ５１を逆転させる捩じり振動
が各突出片５３に生じることはない。

【００６１】従って、ロータ５１はステータ１が発生す
る捩じり振動成分により高速・高トルクで正転する。 「ロータ５１を逆転させる場合」図示しない電圧印加装
置により、前記ステータ１の第１及び第２電極板７，８
に縦１次振動共振周波数ｆｓ３の高周波交流電圧を印加
する。すると、超音波モータの第１及び第２圧電素子
５，６が縦振動を発生する。この縦振動は、前記ステー
タスリット１５によりステータ１に捩じり振動を発生す
る。そして、両振動が合成されることによりステータ１
の上面（ライニング材２３の上面２３ａ）に図９に矢印
Ｂに示すような縦振動を主とした複合振動が発生する。
このときにステータ１に発生する捩じり振動成分（図９
に矢印Ｂ１で示す）がロータ５１を正転させることはな
い。一方、ステータ１に発生する縦振動成分（図９に矢
印Ｂ２で示す）は縦１次振動共振周波数ｆｓ３で振動
し、その振幅は最大（極値）となる。このステータ１の
縦振動成分はロータ５１に浮力を与えるとともに、各突
出片５３に伝搬されて同突出片５３に捩じり振動を発生
させる。このとき発生する各突出片５３の捩じり振動は
捩じり１次振動共振周波数ｆｒ２で振動し、その振幅は
最大（極値）となる。そして、このときに発生する捩じ
り振動は、ロータ５１を逆転させるように働く。

【００６２】従って、ロータ５１は各突出片５３が発生
する捩じり振動により高速・高トルクで逆転する。以上
詳述したように、本実施形態によれば、前記第１実施形
態の（１）〜（４）と同様の効果に加えて以下に示す効
果が得られるようになる。

【００６３】（１）本実施形態では、ステータ１が捩じ
り２次振動共振周波数ｆｓ２で振動するとき、同ステー
タ１の捩じり振動成分は捩じり２次振動共振周波数ｆｓ
２で捩じり振動し、その振幅は最大（極値）となる。こ
のステータ１に発生する捩じり振動成分により、ロータ
５１を高速・高トルクで効率よく回転（正転）駆動する
ことができる。

【００６４】（２）本実施形態では、正・逆回転可能な
超音波モータを提供することができる。 （第３実施形態）以下、本発明を定在波型の超音波モー
タに具体化した第３実施形態を図１０に従って説明す
る。尚、本実施形態においては、ステータに縦振動成分
と捩じり振動成分とが合成された複合振動を発生させ、
これら両成分がロータの一方向への回転を協働する超音
波モータとしたことが前記第１実施形態と異なる。この
ため、本実施形態の超音波モータは、前記第１実施形態
と同様の構成を有し、軸線方向の高さがＨ３となるロー
タ６１を採用したこと、そして、このロータ６１は放射
状に伸びるロータスリット６２にて区画された複数の突
出片６３を有することのみが異なる。すなわち、上記ロ
ータスリット６２は、ロータ６１の外周面に等角度間隔
に放射状に形成されている。そして、ロータ６１（ロー
タスリット６２）の外周面からみた各ロータスリット６
２は、同ロータ６１の中心軸線と平行に形成されてい
る。

【００６５】なお、このロータ６１の高さＨ３と外径Ｄ
との間に、 Ｄ≧Ｈ３ の関係を満たしていることは前記第１実施形態と同様で
ある。なお、上記ロータ６１の高さＨ３は、後述する設
計方法に基づいて設定されている。

【００６６】また、上記ロータ６１（各突出片６３）の
高さＨ３と上記突出片６３の基端部（根本）の周方向の
幅Ｗ３との間には、 Ｗ３≦Ｈ３ の関係を有していることも前記第１実施形態と同様であ
る。

【００６７】本実施形態においては、前記ステータスリ
ット１５により、第１、第２圧電素子５，６にて駆動さ
れるステータ１の上面（第２ブロック４の上面）に縦振
動成分と捩じり振動成分とが合成された複合振動を発生
するようになっている。なお、このときに発生する捩じ
り振動成分は、上記ロータ６１を図１０において時計回
り方向に回転させるものとなっている。

【００６８】この場合の超音波モータの設計方法につい
て以下に説明する。 「ステータ１の捩じり２次振動共振周波数ｆｓ４の算
出」まず、ステータ１の捩じり２次振動共振周波数ｆｓ
４を求める。本実施形態でいう捩じり振動共振周波数は
圧電素子５，６にて駆動されるステータ１の上面（ライ
ニング材２３の上面２３ａ）に発生する縦振動成分と捩
じり振動成分が合成されてなる複合振動が発振するとき
の周波数であって、ロータ６１を時計回り方向に回転さ
せるように働く捩じり振動の振幅が極値を持つときの周
波数をいう。そして、捩じり２次振動共振周波数ｆｓ４
はその複数存在する捩じり振動共振周波数のなかで２番
目に低い周波数の捩じり振動共振周波数をいう。従っ
て、この捩じり２次振動共振周波数ｆｓ４にてステータ
１が振動するとき、捩じり振動の振幅は最大（極値）と
なる。このときの縦振動の成分はこの捩じり２次振動共
振周波数ｆｓ４と同じ周波数で振動するが、その振幅は
最大（極値）とはならない。

【００６９】本実施の形態でも、第１実施形態に準じて
ステータ１の捩じり２次振動共振周波数ｆｓ４は、有限
要素法を利用して求める。有限要素法にてステータ１の
捩じり２次振動共振周波数ｆｓ４が求められると、同周
波数ｆｓ４に基づいてロータ６１の各突出片６３の形状
を特定する。

【００７０】「ロータ６１の各突出片６３の形状の特
定」各突出片６３の形状の特定は、上記同様に有限要素
法にて特定する。すなわち、各突出片６３の捩じり振動
の捩じり１次振動共振周波数ｆｒ３が前記捩じり２次振
動共振周波数ｆｓ４と一致するように同突出片６３の形
状を特定する。本実施形態でいう捩じり振動共振周波数
は各突出片６３に発生するロータ６１を時計回り方向に
回転させるように働く捩じり振動が発振する（振幅が極
値となる）ときの周波数をいい、捩じり１次振動共振周
波数ｆｒ３はその複数存在する捩じり振動共振周波数の
なかの最も周波数の低い捩じり振動共振周波数をいう。

【００７１】本実施形態では、前記第１実施形態と同
様、各突出片６３の数、幅、突出長及び材料（ステンレ
ス鋼）等の諸条件を予め設定してロータ６１（突出片６
３）の高さＨ３を有限要素法にて求める。そして、上記
により各突出片６３の形状が設定されると、ステータ１
が捩じり２次振動共振周波数ｆｓ４で捩じり振動する
時、各突出片６３はその捩じり２次振動共振周波数ｆｓ
４と同じ周波数の縦振動成分と共振して捩じり１次振動
共振周波数ｆｒ３の捩じり振動を行なう。

【００７２】次に、上記のように設計されて構成された
超音波モータの駆動方法について説明する。図示しない
電圧印加装置により、前記ステータ１の第１及び第２電
極板７，８にステータ１の前記捩じり２次振動共振周波
数ｆｓ４の高周波交流電圧を印加する。すると、超音波
モータの第１及び第２圧電素子５，６が縦振動を発生す
る。この縦振動は、前記ステータスリット１５によりス
テータ１に捩じり振動を発生する。そして、両振動が合
成されることによりステータ１の上面（ライニング材２
３の上面２３ａ）に、図１０に矢印Ｃで示すような捩じ
り振動を主とした複合振動が発生する。このとき、発生
するステータ１の捩じり振動成分（図１０に矢印Ｃ１で
示す）は捩じり２次振動共振周波数ｆｓ４で振動し、そ
の振幅は最大（極値）となる。又、ステータ１の前記複
合振動の縦振動成分（図１０に矢印Ｃ２で示す）はロー
タ６１に浮力を与える。

【００７３】従って、ロータ６１はステータ１が発生す
る複合振動の捩じり振動成分により高速・高トルクで時
計回り方向に回転する。一方、ステータ１の複合振動の
縦振動成分（図１０に矢印Ｃ２で示す）は、ロータ６１
に伝達され、各突出片６３に捩じり振動を発生させる。
このとき、発生する各突出片５３の捩じり振動は捩じり
１次振動共振周波数ｆｒ３で振動するため、その振幅は
最大（極値）となる。尚、このとき発生する捩じり振動
は、ロータ６１の時計回り方向の回転を助長するように
働く。

【００７４】従って、ロータ６１はステータ１が発生す
る複合振動の捩じり振動成分と、各突出片６３が発生す
る捩じり振動により更に高速・高トルクで時計回り方向
に回転する。

【００７５】以上詳述したように、本実施形態によれ
ば、前記第１実施形態の（１）〜（４）と同様の効果に
加えて以下に示す効果が得られるようになる。 （１）本実施形態では、ステータ１が発生する複合振動
の捩じり振動成分と、各突出片６３が発生する捩じり振
動により、ロータ６１を更に高速・高トルクで効率よく
回転（正転）駆動することができる。

【００７６】なお、本発明の実施の形態は上記実施形態
に限定されるものではなく、次のように変更してもよ
い。 ・前記第１実施形態における第１ブロック３の第２ブロ
ック部１２を単純な円柱体に形成してもよい。

【００７７】・前記第１実施形態においては、ステータ
１の縦１次振動共振周波数ｆｓ１と各突出片３１の捩じ
り１次振動共振周波数ｆｒ１とが一致するようにロータ
２の形状を特定したが、ステータ１の縦１次振動共振周
波数領域と各突出片３１の捩じり１次振動共振周波数領
域とが少なくとも一部重なる範囲で特定してもよい。
尚、ステータ１の縦１次振動共振周波数領域とは、前記
縦１次振動共振周波数ｆｓ１を中心として予め定めた周
辺に位置する周波数の領域であって、ステータ１の上面
（ライニング材２３の上面２３ａ）に発生する縦振動が
少なくとも半共振する（振幅が極値を持たないが所定の
振幅値を有する）周波数の領域である。一方、各突出片
３１の捩じり１次振動共振周波数領域とは、前記捩じり
１次振動共振周波数ｆｒ１を中心として予め定めた周辺
に位置する周波数領域であって、各突出片３１に発生す
る捩じり振動が少なくとも半共振する（振幅が極値を持
たないが所定の振幅値を有する）周波数の領域である。

【００７８】このようにすれば、ステータ１の縦振動は
縦１次振動共振周波数領域内の重なった周波数にて振動
する。この周波数は、各突出片３１の捩じり１次振動共
振周波数領域内の重なった周波数と一致する。従って、
各突出片３１は重なった周波数で捩じり振動する。その
結果、上記第１実施形態と同様の効果を得ることができ
る。

【００７９】また、ステータ１の縦振動共振周波数領域
と各突出片３１の捩じり振動共振周波数領域とが少なく
とも一部重なる範囲でロータ２の形状を特定してもよ
い。尚、ステータ１の縦振動共振周波数領域とは、例え
ばステータ１の縦１次振動共振周波数領域、縦２次振動
共振周波数領域、縦３次振動共振周波数領域等、複数存
在する縦振動共振周波数のそれぞれを中心として予め定
めた周辺に位置する周波数領域の全てであって、ステー
タ１の上面（ライニング材２３の上面２３ａ）に発生す
る縦振動が少なくとも半共振する（振幅が極値を持たな
いが所定の振幅値を有する）周波数の領域の全てであ
る。又、各突出片３１の捩じり振動共振周波数領域と
は、例えば各突出片３１の捩じり１次振動共振周波数領
域、捩じり２次振動共振周波数領域、捩じり３次振動共
振周波数領域等、複数存在する捩じり振動共振周波数の
それぞれを中心として予め定めた周辺に位置する周波数
領域の全てであって、各突出片３１に発生する捩じり振
動が少なくとも半共振する（振幅が極値を持たないが所
定の振幅値を有する）周波数の領域の全てである。この
ようにすれば、ステータ１の縦振動は重なった周波数に
て振動する。この周波数は、各突出片３１の捩じり振動
共振周波数領域内の重なった周波数と一致する。従っ
て、各突出片３１は重なった周波数で捩じり振動する。

【００８０】更に、例えば、ステータ１の縦１次振動共
振周波数ｆｓ１と各突出片３１の捩じり２次振動共振周
波数領域とが重なるようにロータ２の形状を特定した
り、ステータ１の縦２次振動共振周波数領域内の一部と
各突出片３１の捩じり１次振動共振周波数ｆｒ１とが重
なるようにロータ２の形状を特定したり、ステータ１の
縦１次振動共振周波数領域と各突出片３１の捩じり２次
振動共振周波数領域とが重なる範囲でロータ２の形状を
特定したり、或いはステータ１の縦３次振動共振周波数
と各突出片３１の捩じり２次振動共振周波数とが一致す
るようにロータ２の形状を特定したりしてもよい。

【００８１】・前記第１実施形態においては、ステータ
１の第１及び第２電極板７，８にステータ１の縦１次振
動共振周波数ｆｓ１の高周波交流電圧を印加したが、ス
テータ１の前記縦１次振動共振周波数領域と各突出片３
１の前記捩じり１次振動共振周波数領域とが重なった範
囲内の周波数の高周波交流電圧を印加してもよい。この
ようにすれば、ステータ１の縦振動は前記重なった範囲
内の周波数にて振動する。この周波数は、各突出片３１
の捩じり１次振動共振周波数領域内の周波数と一致す
る。従って、各突出片３１は前記重なった範囲内の周波
数で捩じり振動する。その結果、上記第１実施形態と同
様の効果を得ることができる。

【００８２】・前記第２実施形態においては、ステータ
１の縦１次振動共振周波数ｆｓ３と各突出片５３の捩じ
り１次振動共振周波数ｆｒ２とが一致するようにロータ
５１の形状を特定したが、ステータ１の縦１次振動共振
周波数領域と各突出片５３の捩じり１次振動共振周波数
領域とが少なくとも一部重なる範囲で特定してもよい。
尚、ステータ１の縦１次振動共振周波数領域とは、前記
縦１次振動共振周波数ｆｓ３を中心として予め定めた周
辺に位置する周波数の領域であって、ステータ１の上面
（ライニング材２３の上面２３ａ）に発生する複合振動
が少なくとも半共振する（縦振動成分の振幅が極値を持
たないが所定の振幅値を有する）周波数の領域である。
一方、各突出片５３の捩じり１次振動共振周波数領域と
は、前記捩じり１次振動共振周波数ｆｒ２を中心として
予め定めた周辺に位置する周波数領域であって、各突出
片５３に発生する捩じり振動が少なくとも半共振する
（振幅が極値を持たないが所定の振幅値を有する）周波
数の領域である。

【００８３】このようにすれば、ステータ１の複合振動
における縦振動成分は縦１次振動共振周波数領域内の重
なった周波数にて振動する。この周波数は、各突出片５
３の捩じり１次振動共振周波数領域内の重なった周波数
と一致する。従って、各突出片５３は重なった周波数で
捩じり振動する。その結果、上記第２実施形態と同様の
効果を得ることができる。

【００８４】また、ステータ１の縦振動共振周波数領域
と各突出片５３の捩じり振動共振周波数領域とが少なく
とも一部重なる範囲でロータ５１の形状を特定してもよ
い。尚、ステータ１の縦振動共振周波数領域とは、例え
ばステータ１の縦１次振動共振周波数領域、縦２次振動
共振周波数領域、縦３次振動共振周波数領域等、複数存
在する縦振動共振周波数のそれぞれを中心として予め定
めた周辺に位置する周波数領域の全てであって、ステー
タ１の上面（ライニング材２３の上面２３ａ）に発生す
る複合振動が少なくとも半共振する（縦振動成分の振幅
が極値を持たないが所定の振幅値を有する）周波数の領
域の全てである。又、各突出片５３の捩じり振動共振周
波数領域とは、例えば各突出片５３の捩じり１次振動共
振周波数領域、捩じり２次振動共振周波数領域、捩じり
３次振動共振周波数領域等、複数存在する捩じり振動共
振周波数のそれぞれを中心として予め定めた周辺に位置
する周波数領域の全てであって、各突出片５３に発生す
る捩じり振動が少なくとも半共振する（振幅が極値を持
たないが所定の振幅値を有する）周波数の領域の全てで
ある。このようにすれば、ステータ１の複合振動におけ
る縦振動成分は重なった周波数にて振動する。この周波
数は、各突出片５３の捩じり振動共振周波数領域内の重
なった周波数と一致する。従って、各突出片５３は重な
った周波数で捩じり振動する。

【００８５】更に、例えば、ステータ１の縦１次振動共
振周波数ｆｓ３と各突出片５３の捩じり２次振動共振周
波数領域とが重なるようにロータ５１の形状を特定した
り、ステータ１の縦２次振動共振周波数領域内の一部と
各突出片５３の捩じり１次振動共振周波数ｆｒ２とが重
なるようにロータ５１の形状を特定したり、ステータ１
の縦１次振動共振周波数領域と各突出片５３の捩じり２
次振動共振周波数領域とが重なる範囲でロータ５１の形
状を特定したり、或いはステータ１の縦３次振動共振周
波数と各突出片５３の捩じり２次振動共振周波数とが一
致するようにロータ５１の形状を特定したりしてもよ
い。

【００８６】・前記第２実施形態においては、ステータ
１の第１及び第２電極板７，８にステータ１の縦１次振
動共振周波数ｆｓ３の高周波交流電圧を印加したが、ス
テータ１の前記縦１次振動共振周波数領域と各突出片５
３の前記捩じり１次振動共振周波数領域とが重なった範
囲内の周波数の高周波交流電圧を印加してもよい。この
ようにすれば、ステータ１の複合振動における縦振動成
分は前記重なった範囲内の周波数にて振動する。この周
波数は、各突出片５３の捩じり１次振動共振周波数領域
内の周波数と一致する。従って、各突出片５３は前記重
なった範囲内の周波数で捩じり振動する。その結果、上
記第２実施形態と同様の効果を得ることができる。

【００８７】・前記第３実施形態においては、ステータ
１の捩じり２次振動共振周波数ｆｓ４と各突出片６３の
捩じり１次振動共振周波数ｆｒ３とが一致するようにロ
ータ６１の形状を特定したが、ステータ１の捩じり２次
振動共振周波数領域と各突出片６３の捩じり１次振動共
振周波数領域とが少なくとも一部重なる範囲で特定して
もよい。尚、ステータ１の捩じり２次振動共振周波数領
域とは、前記捩じり２次振動共振周波数ｆｓ４を中心と
して予め定めた周辺に位置する周波数の領域であって、
ステータ１の上面（ライニング材２３の上面２３ａ）に
発生する複合振動が少なくとも半共振する（捩じり振動
成分の振幅が極値を持たないが所定の振幅値を有する）
周波数の領域である。一方、各突出片６３の捩じり１次
振動共振周波数領域とは、前記捩じり１次振動共振周波
数ｆｒ３を中心として予め定めた周辺に位置する周波数
領域であって、各突出片６３に発生する捩じり振動が少
なくとも半共振する（振幅が極値を持たないが所定の振
幅値を有する）周波数の領域である。

【００８８】このようにすれば、ステータ１の複合振動
における捩じり振動成分は捩じり２次振動共振周波数領
域内の重なった周波数にて振動する。この周波数は、各
突出片６３の捩じり１次振動共振周波数領域内の重なっ
た周波数と一致する。従って、各突出片６３は重なった
周波数で捩じり振動する。その結果、上記第３実施形態
と同様の効果を得ることができる。

【００８９】また、ステータ１の捩じり振動共振周波数
領域と各突出片６３の捩じり振動共振周波数領域とが少
なくとも一部重なる範囲でロータ６１の形状を特定して
もよい。尚、ステータ１の捩じり振動共振周波数領域と
は、例えばステータ１の捩じり１次振動共振周波数領
域、捩じり２次振動共振周波数領域、捩じり３次振動共
振周波数領域等、複数存在する捩じり振動共振周波数の
それぞれを中心として予め定めた周辺に位置する周波数
領域の全てであって、ステータ１の上面（ライニング材
２３の上面２３ａ）に発生する複合振動が少なくとも半
共振する（捩じり振動成分の振幅が極値を持たないが所
定の振幅値を有する）周波数の領域の全てである。又、
各突出片６３の捩じり振動共振周波数領域とは、例えば
各突出片６３の捩じり１次振動共振周波数領域、捩じり
２次振動共振周波数領域、捩じり３次振動共振周波数領
域等、複数存在する捩じり振動共振周波数のそれぞれを
中心として予め定めた周辺に位置する周波数領域の全て
であって、各突出片６３に発生する捩じり振動が少なく
とも半共振する（振幅が極値を持たないが所定の振幅値
を有する）周波数の領域の全てである。このようにすれ
ば、ステータ１の複合振動における捩じり振動成分は重
なった周波数にて振動する。この周波数は、各突出片６
３の捩じり振動共振周波数領域内の重なった周波数と一
致する。従って、各突出片６３は重なった周波数で捩じ
り振動する。

【００９０】更に、例えば、ステータ１の捩じり２次振
動共振周波数ｆｓ４と各突出片６３の捩じり２次振動共
振周波数領域とが重なるようにロータ６１の形状を特定
したり、ステータ１の捩じり１次振動共振周波数領域内
の一部と各突出片６３の捩じり１次振動共振周波数ｆｒ
３とが重なるようにロータ６１の形状を特定したり、ス
テータ１の捩じり２次振動共振周波数領域と各突出片６
３の捩じり２次振動共振周波数領域とが重なる範囲でロ
ータ６１の形状を特定したり、或いはステータ１の捩じ
り３次振動共振周波数と各突出片６３の捩じり２次振動
共振周波数とが一致するようにロータ６１の形状を特定
したりしてもよい。

【００９１】・前記第３実施形態においては、ステータ
１の第１及び第２電極板７，８にステータ１の捩じり２
次振動共振周波数ｆｓ４の高周波交流電圧を印加した
が、ステータ１の前記捩じり２次振動共振周波数領域と
各突出片６３の前記捩じり１次振動共振周波数領域とが
重なった範囲内の周波数の高周波交流電圧を印加しても
よい。このようにすれば、ステータ１の複合振動におけ
る捩じり振動成分は前記重なった範囲内の周波数にて振
動する。この周波数は、各突出片６３の捩じり１次振動
共振周波数領域内の周波数と一致する。従って、各突出
片６３は前記重なった範囲内の周波数で捩じり振動す
る。その結果、上記第３実施形態と同様の効果を得るこ
とができる。

【００９２】・前記各実施形態におけるロータ２，５
１，６１に代えて、例えば図１１に示すロータ７１を採
用してもよい。すなわち、このロータ７１の外周面に
は、複数のロータスリット７２が形成されている。この
ロータスリット７２は等角度間隔に形成されており、ロ
ータ７１の上面からみた各ロータスリット７２の切り口
は、外周面から中心軸線に向かうほど時計回り方向に傾
斜して延びている。また、ロータ７１（ロータスリット
７２）の外周面からみた各ロータスリット７２は、同ロ
ータ７１の中心軸線に沿って下方に向かうほど右側にそ
れぞれ同じ傾斜角度で傾斜している。そして、ロータ７
１の上面からみた各ロータスリット７２の切り口は、ロ
ータ７１の中心軸線に沿って下方に向かうほど反時計回
り方向に傾斜している。そして、各隣接するロータスリ
ット７２間には、それぞれ外周側に向かって周方向の幅
が広がって突出する略扇形状の接触部としての突出片７
３が形成されている。このような突出片７３の形状の特
定を前記各実施形態に準じて行うことにより、同実施形
態と同様な効果が得られる。

【００９３】・前記各実施形態においては、突出片３
１，５３，６３が一体に形成されたロータ２，５１，６
１としたが、例えば図１２に示すように、別体となる突
出片７６を備えたロータ７７としてもよい。この場合、
別体で形成された突出片７６を、例えば接合するなどし
てロータ７７を形成する。

【００９４】・前記第１及び第２実施形態においては、
ロータスリット２７，５２の切り口が外周面から中心軸
線に向かうほど反時計回り方向に傾斜して延びているよ
うなロータ２，５１としたが、例えば図１３のようなロ
ータ８１であってもよい。なお、図１３（ａ）はロータ
８１の平面図を、図１３（ｂ）はロータ８１の斜視図
を、図１３（ｃ）はロータ８１の底面図をそれぞれ示し
ている。このようなヘリカルギヤのようなロータ８１と
し、そのロータスリット８２は上面・下面とも外周面か
ら中心軸線に向かって延ばして形成されている。なお、
各隣接するロータスリット８２間は、接触部としての突
出片８３となっている。このようなロータスリット８２
とすることで、焼結、鍛造などによりロータ８１の成形
が可能となり、安価に製造することができる。

【００９５】・前記各実施形態においては、ロータ２，
５１，６１の各突出片３１，５３，６３の数を１２個と
したが、複数であればいくつでもよい。 ・前記各実施形態においては、ロータ２，５１，６１の
各突出片３１，５３，６３の周方向の幅が外周側に向か
って広がるように形成したが、外周側に向かって一定の
周方向の幅で伸びる突出片や、外周側に向かって周方向
の幅が狭くなる突出片であってもよい。要は、このよう
な突出片の高さがその基端部の周方向の幅よりも小さく
ならなければよい。

【００９６】・前記各実施形態においては、ロータ２，
５１，６１がそれぞれ有する複数の突出片３１，５３，
６３の形状を同一の形状としたがこのようにする必要は
必ずしもない。例えば、ロータの外周側に異なる２種類
の形状を有する突出片が互い違いに配設されたロータで
あってもよい。この場合、例えば、一方の突出片の形状
を所定の周波数でロータを正転させる捩じり振動が発生
するように特定し、他方の突出片の形状を上記とは異な
る所定の周波数でロータを逆転させる捩じり振動が発生
するように特定しておくことで、正・逆回転可能な超音
波モータとすることができる。

【００９７】・前記各実施形態においては、ロータ２，
５１，６１の突出片３１，５３，６３の高さＨ１，Ｈ
２，Ｈ３がそれぞれ突出片３１，５３，６３の基端部の
周方向の幅Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３以上となるように設定した
が、同高さＨ１，Ｈ２，Ｈ３がそれぞれ突出片３１，５
３，６３の基端部以外のその他の位置での周方向の幅以
上となるように設定してもよい。また、このような設定
をする必要は必ずしもない。

【００９８】・前記各実施形態においては、ロータ２，
５１，６１の高さＨ１，Ｈ２，Ｈ３が外径Ｄ以下となる
ように設定したが、このように設定する必要は必ずしも
ない。

【００９９】・前記各実施形態においては、各突出片３
１，５３，６３のの数、幅、突出長及び材料（ステンレ
ス鋼）等の諸条件を予め設定し、「ロータ２，５１，６
１の各突出片３１，５３，６３の形状の特定」にて各突
出片３１，５３，６３の高さＨ１，Ｈ２，Ｈ３を特定し
たが、同高さを予め設定しておいて、「ロータ２，５
１，６１の各突出片３１，５３，６３の形状の特定」に
て各突出片３１，５３，６３の数、幅、突出長及び材料
等を特定するようにしてもよい。

【０１００】・前記各実施形態においては、解析シミュ
レーション技術のうちの有限要素法を利用したが、振動
物体の表面だけをモデル化する境界要素法（ＢＥＭ：Bo
undary Element Method ）等の他の解析シミュレーショ
ン技術を利用してもよい。

【０１０１】・前記各実施形態の設計方法では、ステー
タ１の形状を設定し、そのステータ１の共振周波数に応
じてロータ２，５１，６１の形状を特定したが、先にロ
ータ２，５１，６１の形状を設定し、そのロータ２，５
１，６１の共振周波数に応じてステータ１の形状を特定
するようにしてもよい。

【０１０２】・前記各実施形態においては、ライニング
材２３はステータ１側に配置したが、ロータ２，５１，
６１側に配置してもよい。次に、以上の実施形態から把
握することができる請求項以外の技術的思想を、その効
果とともに以下に記載する。

【０１０３】（イ）圧電素子（５，６）の駆動力により
振動するステータ（１）と、該ステータ（１）に摺動可
能に圧接され、該ステータ（１）の振動に基づいて回転
するロータ（２，５１，６１，７１，７７）とを備えた
超音波モータにおいて、前記ロータ（２，５１，６１，
７１，７７）は、前記ステータ（１）の振動共振周波数
領域と少なくとも一部重なる振動共振周波数領域を有す
る複数の接触部（３１，５３，６３，７３，７６）を備
え、該ロータ（２，５１，６１，７１，７７）は、該重
なった周波数を有する交流電圧を前記圧電素子（５，
６）に印加して該ステータ（１）に振動を発生させ、該
振動に基づき該接触部（３１，５３，６３，７３，７
６）ごとに発生する振動により回転駆動されることを特
徴とする超音波モータ。

【０１０４】同構成によれば、上記ロータは、重なった
周波数を有する交流電圧を上記圧電素子に印加して上記
ステータに振動を発生させ、この振動に基づき上記接触
部のみに発生する振動により回転駆動される。従って、
例えば上記ロータの全体に振動を発生させて回転駆動す
る場合に比べ、同ロータの扁平化が可能となる。そし
て、このようなロータの扁平化により、超音波モータそ
のものの小型化が図られる。

【０１０５】（ロ）上記（イ）に記載の超音波モータに
おいて、前記接触部（３１，５３，６３，７３，７６）
の振動共振周波数領域は、振幅が極値となる振動が発生
する振動共振周波数であることを特徴とする超音波モー
タ。

【０１０６】同構成によれば、上記接触部に振幅が極値
となる振動が発生される。 （ハ）上記（イ）又は（ロ）に記載の超音波モータにお
いて、前記ステータ（１）の振動共振周波数領域は、複
数存在する振動共振周波数領域のうち、最も周波数が低
い振動共振周波数領域であることを特徴とする超音波モ
ータ。

【０１０７】同構成によれば、上記ステータの振動共振
周波数領域は、複数存在する振動共振周波数領域のう
ち、最も周波数が低い振動共振周波数領域であるため、
前記重なった周波数の交流電圧を生成する生成回路の高
周波対策が比較的簡単となる。

【０１０８】（ニ）上記（イ）〜（ハ）のいずれか１に
記載の超音波モータにおいて、前記接触部（３１，５
３，６３，７３，７６）の振動共振周波数領域は、複数
存在する振動共振周波数領域のうち、最も周波数が低い
振動共振周波数領域であることを特徴とする超音波モー
タ。

【０１０９】同構成によれば、上記接触部の振動共振周
波数領域は、複数存在する振動共振周波数領域のうち、
最も周波数が低い振動共振周波数領域であるため、前記
重なった周波数の交流電圧を生成する生成回路の高周波
対策が比較的簡単となる。

【０１１０】

【発明の効果】以上詳述したように、請求項１〜４に記
載の発明では、小型化可能な超音波モータを提供するこ
とができる。

【０１１１】請求項５及び６に記載の発明では、各接触
部ごとの振動の発生を容易にすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る超音波モータの第１実施形態を示
す斜視図。

【図２】同実施形態の分解斜視図。

【図３】同実施形態の断面図。

【図４】有限要素法によるステータの解析を説明するた
めの説明図。

【図５】有限要素法によるロータの解析を説明するため
の説明図。

【図６】同実施形態における振動を説明するための説明
図。

【図７】本発明に係る超音波モータの第２実施形態が備
えるステータの有限要素法による解析を説明するための
説明図。

【図８】同実施形態における振動を説明するための説明
図。

【図９】同実施形態における振動を説明するための説明
図。

【図１０】本発明に係る超音波モータの第３実施形態に
おける振動を説明するための説明図。

【図１１】ロータの別例を示す斜視図。

【図１２】ロータの別例を示す斜視図。

【図１３】ロータの別例を示す平面図、斜視図及び底面
図。

【図１４】従来の超音波モータを示す斜視図。

【符号の説明】

１…ステータ、２，５１，６１，７１，７７，８１…ロ
ータ、５…第１圧電素子、６…第２圧電素子、３１，５
３，６３，７３，７６，８３…接触部としての突出片。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5H680 AA01 AA04 AA06 AA19 BB04 BB15 CC03 CC06 DD01 DD11 DD23 DD39 DD55 DD65 DD75 DD87 DD88 DD92 FF04 FF26 FF36 GG25 GG27

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧電素子（５，６）の駆動力により振動
   するステータ（１）と、該ステータ（１）に摺動可能に
   圧接され、該ステータ（１）の振動に基づいて回転する
   ロータ（２，５１，６１，７１，７７，８１）とを備え
   た超音波モータにおいて、 前記ロータ（２，５１，６１，７１，７７，８１）は複
   数の接触部（３１，５３，６３，７３，７６，８３）を
   備え、該ロータ（２，５１，６１，７１，７７，８１）
   は該ステータ（１）の振動に基づき該接触部（３１，５
   ３，６３，７３，７６，８３）ごとに発生する振動によ
   り回転駆動されることを特徴とする超音波モータ。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の超音波モータにおい
   て、 前記接触部（３１，５３，６３，７３，７６，８３）ご
   とに発生する振動は、前記ロータ（２，５１，６１，７
   １，７７，８１）の回転方向への捩じり振動であること
   を特徴とする超音波モータ。
3. 【請求項３】 請求項２に記載の超音波モータにおい
   て、 前記接触部（３１，５３，７３，７６，８３）は、該接
   触部（３１，５３，７３，７６，８３）に発生する前記
   ロータ（２，５１，７１，７７，８１）の回転方向への
   捩じり振動を助長するように傾斜していることを特徴と
   する超音波モータ。
4. 【請求項４】 請求項１〜３のいずれか１に記載の超音
   波モータにおいて、 前記ロータ（２，５１，６１，７１，７７，８１）の外
   径は、該ロータ（２，５１，６１，７１，７７，８１）
   の高さ以上の大きさであることを特徴とする超音波モー
   タ。
5. 【請求項５】 請求項１〜４のいずれか１に記載の超音
   波モータにおいて、 前記接触部（３１，５３，６３，７３，７６，８３）の
   周方向の幅は、前記ロータ（２，５１，６１，７１，７
   ７，８１）の高さ以下の大きさであることを特徴とする
   超音波モータ。
6. 【請求項６】 請求項１〜４のいずれか１に記載の超音
   波モータにおいて、 前記接触部（３１，５３，６３，７３，７６，８３）の
   基端部の周方向の幅は、前記ロータ（２，５１，６１，
   ７１，７７，８１）の高さ以下の大きさであることを特
   徴とする超音波モータ。