JP2877792B1 - 超音波モータ - Google Patents

Abstract

【要約】 【課題】 小型化すると共に製造コストを低減し且つ回
転子を良好に回転制御可能とする。 【解決手段】 両弾性体５ｅ，６ｅを互いに同一形状と
し、固定子５とロータ６の固有振動数の一致を図る。こ
の状態で、両振動子５ｖ，６ｖに固定子５及びロータ６
の共振周波数若しくはその近傍の周波数の信号を各々供
給すると、圧接面に生じる進行波を合致できる。その結
果、進行波の噛み合いロック位置を連続してシフトすれ
ば、回転子６を良好に回転制御できる。また、両弾性体
５ｅ，６ｅの対向する凹部５ｓ，６ｓ同士間に画成され
た空間部Ｙを利用して、当該空間部Ｙに、可動側振動子
６ｖに所定の周波数の信号を供給する給電体２１を配置
しているため、従来技術に比してモータを軸線方向に小
型化できると共に、マッチングの難しいカバー２０とモ
ータの機構部とのマッチングを不要にでき、製造コスト
を低減できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、超音波モータに関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来の一般的な超音波モータとしては、
弾性体及びこの弾性体に設けた圧電素子（振動子）より
構成されるステータ（固定子）と、上記弾性体に対向し
圧接するロータ（回転子）と、を備え、上記圧電素子に
対して所定の周波数の信号を供給することによって、当
該圧電素子を振動させて上記弾性体の圧接面に進行波を
発生させ、この進行波によりロータを回転駆動するもの
が知られている。

【０００３】また、例えば特開平２−１７９２８１号公
報には、上記超音波モータを発展させたものとして、上
記ロータを、弾性体及びこの弾性体に設けた圧電素子よ
り構成し、ステータ側圧電素子及びロータ側圧電素子の
双方に対して所定の周波数の信号を各々供給することに
よって、当該両圧電素子を振動させてステータ側弾性体
及びロータ側弾性体の双方の圧接面に進行波を発生さ
せ、この両進行波によりロータを回転駆動する超音波モ
ータが開示されている。

【０００４】この特開平２−１７９２８１号公報に記載
の超音波モータでは、ケース内に上記ロータ及びステー
タを収容して、ロータ側弾性体の上面（ケース上壁内面
に対向する面）に環状の導電盤を配設すると共に、ケー
ス内面の上記導電盤に対向する位置に上記導電盤に摺接
する導電ブラシを固定し、これら導電ブラシ及び導電盤
より構成される給電体を介して、所定の周波数の信号
が、回転自在なロータ側圧電素子に供給される構成にな
されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記特
開平２−１７９２８１号公報に記載の超音波モータで
は、前述のように、上記給電体が、ロータ側弾性体とケ
ース上壁内面との間に配置されるため、当該ロータ側弾
性体とケース上壁内面との間に、給電体を収容可能な空
間部を敢えて設ける必要があり、モータが軸線方向に必
然的に大型化してしまうといった問題がある。

【０００６】また、導電ブラシがカバーの内面に固定さ
れ、導電盤がロータ側弾性体に固定されて、当該導電ブ
ラシと導電盤とが摺接する構成のため、カバーとモータ
の機構部とをマッチングさせる（合わせる）必要がある
が、当該マッチングは非常に難しく、製造コストが高く
なるといった問題もある。

【０００７】本発明は、このような課題を解決するため
になされたものであり、超音波モータを小型化できると
共に、製造コストを低減でき、しかも回転子を良好に回
転制御可能とする超音波モータを提供することを目的と
する。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の超音波モータ
は、固定側弾性体及びこの固定側弾性体に設けた固定側
振動子を有する固定子と、固定側弾性体に対向し圧接す
る可動側弾性体及びこの可動側弾性体に設けた可動側振
動子を有する回転子と、を備え、両振動子に対して所定
の周波数の信号を各々供給することにより当該両振動子
を振動させ、この振動に応じて各弾性体の圧接面に発生
する進行波により回転子を駆動する超音波モータにおい
て、固定側弾性体及び可動側弾性体は、対向する凹部を
各々備えて互いに同一形状を成し、対向する凹部同士間
に画成された空間部に、可動側振動子に所定の周波数の
信号を供給する給電体を配置したことを特徴としてい
る。

【０００９】本発明の超音波モータによれば、両弾性体
が、互いに同一形状にされているため、固定子と回転子
の固有振動数の一致が図られ得る。従って、両振動子に
固定子及び回転子の共振周波数若しくはその近傍の周波
数の信号を各々供給すると、両弾性体の圧接面に発生す
る進行波が恰も歯車が噛み合った如くロックして（合致
して）回転子が停止状態となり、また、一方の信号の位
相を他方に対して正または負にシフトすることにより、
上記噛み合いロック位置が正転方向または逆転方向にシ
フトし、このシフト量の連続により回転子が正転または
逆転する。すなわち、両弾性体を互いに同一形状とする
ことにより、回転子は良好に回転制御され得るようにな
る。

【００１０】また、両弾性体の対向する凹部同士間に画
成された空間部を利用して、当該空間部に、可動側振動
子に所定の周波数の信号を供給する給電体が配置される
ため、モータ軸線方向に、敢えて給電体収容用の空間部
を設ける必要がなく、従来技術に比してモータが軸線方
向に小型化される。また、マッチングの難しいカバーと
モータの機構部とのマッチングが必要なくなるため、製
造コストが低減される。さらにまた、両弾性体が共通部
品にされるため、低コスト化が図られる。

【００１１】ここで、給電体としては種々のものが考え
られるが、例えばロータリートランスを採用することが
できる。

【００１２】また、給電体としては、例えば、固定子ま
たは回転子の何れか一方に設けられた導電性ブラシと、
他方に設けられ導電性ブラシに摺接する導電体と、から
成る摺電装置を採用することもできる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る超音波モータ
の好適な実施形態について添付図面を参照しながら説明
する。なお、図面の説明において、同一要素または同一
機能を有する要素には同一の符号を付し、重複する説明
は省略する。

【００１４】図１は、第１実施形態に係る超音波モータ
を示す横断面図である。この超音波モータは、機械的駆
動機構から成る超音波モータ本体１及び超音波モータ本
体１の駆動を行う電気制御部２から構成される。

【００１５】超音波モータ本体１は、超音波モータが適
用される例えばカメラ等の本体機器の固定側に固定され
る固定用ベース３と、この固定用ベース３の上部を覆う
ように当該上部に例えば螺子留め等により固定されたカ
バー２０と、を備えると共に、当該固定用ベース３及び
カバー２０により形成される内部空間Ｘに、固定用ベー
ス３側に重ねて固定された外縁円形のステータ５と、固
定用ベース３及びステータ５の中央部を貫挿し、固定用
ベース３側に固定された軸受７ａ，７ｂにより回転自在
に支持された回転軸４と、この回転軸４の上部に固定さ
れた皿バネ２２によりステータ５に対して圧接しながら
回転軸４と共に回転する外縁円形のロータ６と、対向す
るステータ５とロータ６との間に形成される空間部Ｙに
配設されたロータ用給電体２１と、を概略備えている。

【００１６】ロータ６は、ステータ５及びロータ６各々
の対向接触面円周方向に起振した進行波が噛合した状態
で、一方の進行波の位相を他方に対して正または負にシ
フトすることで、噛合位置を正転方向または逆転方向に
シフトし、このシフト量の連続により正転または逆転す
る（詳しくは後述）。

【００１７】上記固定用ベース３の中央には、略中空円
筒形状の軸受ホルダ２３が配設されている。この軸受ホ
ルダ２３は、その上部環状フランジ部２３ａが上記固定
用ベース３に載置されて例えば螺子留め等により固定さ
れている。この軸受ホルダ２３の穴部に、上記軸受７
ａ，７ｂが嵌合固定され、その上部に上記ステータ５が
例えば螺子留め等により固定されている。

【００１８】ステータ５は、セラミック圧電素子から成
る円環状の振動子５ｖと、振動子５ｖが裏面（図示下
面）外周部に貼着された金属から成る円環状の弾性体５
ｅと、を備えている。この弾性体５ｅは、振動子５ｖが
裏面に貼着された円環状の外周部５ｏと、この外周部５
ｏより内周側表面（図示上面）に形成された円環状の凹
部５ｓと、外周部５ｏとは反対方向（図示下方）に凸に
されると共に上記軸受ホルダ２３に固定された円環状の
内周部５ｉと、この内周部５ｉの上部と外周部５ｏの下
部を繋ぐ円環状の中間部５ｍと、から成る。この中間部
５ｍは、外周部５ｏ及び内周部５ｉに比して薄肉であ
り、当該中間部５ｍが外周部５ｏの振動を容易にさせる
と共に、外周部５ｏと内周部５ｉとの間の振動伝達を抑
制している。

【００１９】上記ロータ６は、ステータ側振動子５ｖと
同一の材質から構成されて同一の形状を成すロータ側振
動子６ｖと、このロータ側振動子６ｖが裏面（図示上
面）外周部に貼着され、ステータ側弾性体５ｅと同一の
材質から構成されて同一の形状を成すロータ側弾性体６
ｅを備える。

【００２０】このように、本実施形態では、両弾性体５
ｅ，６ｅが同一形状を成しているため、ステータ５とロ
ータ６の固有振動数の一致が図られている。さらに、両
弾性体５ｅ，６ｅが同一の材質より構成されているた
め、ステータ５とロータ６の固有振動数の一致がより図
られており、加えて、両振動子５ｖ，６ｖが同一の材質
から構成されて同一形状を成しているため、ステータ５
とロータ６の固有振動数は一致した状態にある。

【００２１】上記ロータ６は、ステータ側凹部５ｓにロ
ータ側凹部６ｓが対向するように配置される。また、上
記振動子６ｖは、ステータ５と同様に、ロータ６の外周
部６ｏの裏面（図示上面）に貼着され、ロータ６の外周
部６ｏと内周部６ｉとの間の薄肉中間部６ｍは、ステー
タ５の薄肉中間部５ｍと同様に、外周部６ｏの振動を容
易にさせると共に、外周部６ｏと内周部６ｉとの間の振
動伝達を抑制する。

【００２２】上記回転軸４は、軸受ホルダ２３、ステー
タ５及びロータ６の中央部を貫挿し、上記軸受７ａ，７
ｂに回転自在に支持されている。回転軸４の上記上部軸
受７ａによる支承位置より上方には、円環状の第１フラ
ンジ部２４が形成されており、この第１フランジ部２４
と上部の軸受７ａの内輪との間に、円環状のギャップリ
ング３０が介挿されている。

【００２３】また、回転軸４の下部は、軸受ホルダ２３
より下方に突出すると共に固定用ベース３より外方に突
出している。この突出下部には、例えばＣリング等のス
ナップリング２７が上下方向に遊嵌配置されており、こ
のスナップリング２７と下部軸受７ｂの内輪との間に、
ブッシュ２８が介挿されている。

【００２４】このスナップリング２７は、固定組（軸受
７ａ，７ｂ、軸受ホルダ２３、ステータ５、後述のロー
タリートランス２１の固定側コア４０等）の軸受７ａ，
７ｂに、回転組（回転軸４、ロータ６、後述のロータリ
ートランス２１の回転側コア４１等）の回転軸４を図示
上方から挿入した状態で、回転軸４に対して装着され
る。

【００２５】回転軸４は、スナップリング２７及びブッ
シュ２８により上方への移動が規制され、ギャップリン
グ３０により下方への移動が規制される。すなわち、ス
ナップリング２７及びブッシュ２８、ギャップリング３
０により、回転軸４の上下位置の移動が規制される。ま
た、ギャップリング３０の厚みにより、回転軸４の上下
位置が位置決めされる。

【００２６】回転軸４の上部には、円環状の第２フラン
ジ部２９が形成されており、この第２フランジ部２９の
上部に、傘状の皿バネ２２が螺子留めされている。ま
た、第２フランジ部２９の外周面には、軸線方向に延び
る遊嵌溝２９ａが円周方向に複数個等配形成されてい
る。

【００２７】上記皿バネ２２とロータ側弾性体６ｅとの
間には、上記第２フランジ部２９が摺動可能に貫通した
（第２フランジ部２９と隙間嵌めとなる）円環状のスプ
リングベース２５が配置されている。このスプリングベ
ース２５の上部外周側は上記皿バネ２２の外周縁に当接
している。また。スプリングベース２５の上部内周側に
は、円環状のプレート２６が固定されており、このプレ
ート２６の内周に複数個円周方向に等配形成された突起
部２６ａが、上記遊嵌溝２９ａに遊嵌配置されている。
すなわち、スプリングベース２５は、回転軸４と共に回
転可能であり、且つ上下方向に摺動可能である。

【００２８】このスプリングベース２５の下部内周側に
は、円環状の凹部２５ａが形成され、この凹部２５ａに
上記ロータ側弾性体６ｅの内周部６ｉが嵌まり込んで径
方向の位置決め（回転軸４との軸心の一致）がされてお
り、この状態で、内周部６ｉがスプリングベース２５に
対して例えば螺子留め等により固定されている。すなわ
ち、ロータ６は、スプリングベース２５、回転軸４と共
に回転可能であり、且つ皿バネ２２によりスプリングベ
ース２５を介して常時下方に付勢されている。

【００２９】ステータ側弾性体５ｅは、外周部５ｏ表面
に一体成形された幅狭円環状の凸部５ｐを有し、ロータ
側弾性体６ｅは、外周部６ｏ表面に一体成形された幅狭
円環状の凸部６ｐを有する。これらの凸部５ｐ，６ｐ
は、対向配置されて互いに同一形状を成す。ここで、ス
テータ側及びロータ側弾性体５ｅ，６ｅを全面接触させ
ると、励振側の振動が相手側に大部分伝わって進行波の
変位量が減衰してしまうが、ステータ側及びロータ側弾
性体５ｅ，６ｅは凸部５ｐ，６ｐを各々有しており、圧
接面が全面接触に比して狭小にされることから、ステー
タ側及びロータ側凸部５ｐ，６ｐに正常な進行波を保持
することができる。

【００３０】ステータ側凸部５ｐとロータ側凸部６ｐと
の間には、例えば樹脂等より成る環状の緩衝摩擦部材１
２が介在し、緩衝摩擦部材１２はこれらと圧接状態にあ
る。すなわち、ロータ側凸部６ｐは、皿バネ２２の弾性
力によって緩衝摩擦部材１２を介してステータ側凸部５
ｐを押圧している。

【００３１】この緩衝摩擦部材１２は、ステータ側凸部
５ｐまたはロータ側凸部６ｐに生じる進行波を相手側に
伝達し難く動作をする一種の振動のローパスフィルタの
役目を果たしており、ステータ側弾性体５ｅの進行波と
ロータ側弾性体６ｅの進行波の相互干渉を防止して正常
な進行波を両者に発生させると共に、金属同士（凸部５
ｐ，６ｐ）の直接接触を回避して異音の発生を防止し、
さらに圧接部の耐久性を向上させる。なお、緩衝摩擦部
材１２は、凸部５ｐ，６ｐの何れにも固定されずに、凸
部５ｐ，６ｐ間に介在している構成でも、何れか一方に
固定している構成でも良い。

【００３２】特に、本実施形態では、上記対向するステ
ータ側凹部５ｓ及びロータ側凹部６ｓとの間に画成され
た空間部Ｙが利用されて、当該空間部Ｙに、ロータ用給
電体としての非接触回転給電体２１が配設されている。
本実施形態においては、この非接触回転給電体２１とし
ては、ロータリートランスが用いられている。

【００３３】このロータリートランス２１は、円環状の
ステータ側コア４０と、これに対向しステータ側コア４
０と同一形状のロータ側コア４１と、から成る。ステー
タ側コア４０は、ステータ側弾性体５ｅの内周部５ｉ内
周面に圧入固定された円環状のコアプレート３１の上面
に貼着されており、ロータ側コア４１は、回転軸４の第
１、第２フランジ部２４，２９間に形成された円環状の
第３フランジ部３２の下面に貼着されている。これらの
ステータ側コア４０とロータ側コア４１との間のギャッ
プは、前述したギャップリング２７の厚みにより所定の
値に設定されている。

【００３４】ステータ側及びロータ側コア４１，４２に
は、各々４個の対向する円環溝が同軸に形成されてお
り、これらの円環溝に、ステータ側コイル４１ａ〜４１
ｄ、ロータ側コイル４２ａ〜４２ｄが各々配設されてい
る。ステータ側コイル４１ａ，４１ｂは、各々第２駆動
信号の第１成分供給用の一次側コイル、第２駆動信号の
第２成分供給用の一次側コイルであり、ステータ側コイ
ル４１ｃ，４１ｄは、各々グランド用の一次側コイル、
３相の超音波モータに適用する場合の一次側予備コイル
である。これらのステータ側コイル４１ａ〜４１ｄに対
向するロータ側コイル４２ａ〜４２ｄは、各々第２駆動
信号の第１成分供給用の二次側コイル、第２駆動信号の
第２成分供給用の二次側コイル、グランド用の二次側コ
イル、二次側予備コイルである。ここで、第１成分及び
第２成分は、９０°位相差を有し、正弦波であることが
好ましいが、これらは方形波であっても良い。

【００３５】図２は、前述したステータ側振動子５ｖま
たはロータ側振動子６ｖの一方面側の平面図である。振
動子５ｖ，６ｖは、円環状の圧電セラミック板ＣＭと、
圧電セラミック板ＣＭの一方面上に形成された各々４個
の第１電極部Ｓ１〜Ｓ４及び第２電極部Ｃ１〜Ｃ４とを
備えている。第１電極部Ｓ１〜Ｓ４及び第２電極部Ｃ１
〜Ｃ４は、振動子が周方向全体で５波長（５λ）の定在
波を発生し得るように機械角で３６゜で等配されてい
る。第１電極部Ｓ１〜Ｓ４、第２電極部Ｃ１〜Ｃ４は、
各々隣り合う領域で厚み方向の分極方向が互いに逆向き
（図示＋−参照）となるように予め分極処理が施されて
いる。なお、各電極Ｓ１〜Ｓ４及びＣ１〜Ｃ４は、円環
圧電セラミック板ＣＭの内縁及び外縁との間に隙間を空
けることなく設けられている。

【００３６】図３は、ステータ側振動子５ｖまたはロー
タ側振動子６ｖの他方面側の平面図である。円環状の圧
電セラミック板ＣＭの他方面上には、圧電セラミック板
ＣＭの一方面上の第１電極部Ｓ１〜Ｓ４の形成領域全体
に対向する第１側電極部ＳＳと、第２電極部Ｃ１〜Ｃ４
の形成領域全体に対向する第２側電極部ＣＣとが設けら
れている。第１側電極部ＳＳと第２側電極部ＣＣとの間
には、機械角で１８゜、電気角で９０゜を成して互いに
対向するフィードバック用電極部ＦＢ，ＦＢ’が設けら
れている。

【００３７】図１を再び参照すると、ステータ側振動子
５ｖの上記一方面は、その全面が金属弾性体５ｅの裏面
側に接着剤または導電性接着剤で接着されている。一般
には非導電性接着剤を用いても、接着剤厚が薄いため機
械加工面の荒小部分が接触し、電気的には導通する。金
属弾性体５ｅは、固定用ベース３に電気的に接続されて
おり、従ってステータ側振動子５ｖの一方面に形成され
た電極部Ｓ１〜Ｓ４，ＦＢ，Ｃ１〜Ｃ４は、グランドに
接続されている。

【００３８】一方、ステータ側振動子５ｖの第１側電極
部ＳＳ及び第２側電極部ＣＣは駆動回路１６に接続され
ている。

【００３９】駆動回路１６は、グランドとステータ側振
動子５ｖの第１側電極部ＳＳとの間に第１駆動信号の第
１成分である正弦波電圧信号を印加し、グランドと第２
側電極部ＣＣとの間にこれと９０°の位相差を有する第
１駆動信号の第２成分である正弦波電圧信号を印加す
る。この駆動回路１６には、振動子５ｖの変位量に応じ
てフィードバック用電極部ＦＢ，ＦＢ’間に発生した変
位検出信号としての圧電電圧信号が入力され、入力され
た変位検出信号に基づいてステータ側振動子５ｖに供給
される正弦波電圧信号の周波数及び位相を一定に維持す
る。

【００４０】また、ロータ側振動子６ｖの上記一方面
は、その全面が金属弾性体６ｅの裏面側に接着剤または
導電性の接着剤を用いて接着されている。金属弾性体６
ｅは、これに電気的に順次接続された内部配線１４ｃ、
ロータ側コイル４２ｃ、ステータ側コイル４１ｃ、内部
配線１４ｃｃを介して固定用ベース３に電気的に接続さ
れており、従ってロータ側振動子６ｖの一方面に形成さ
れた電極部Ｓ１〜Ｓ４、ＦＢ、Ｃ１〜Ｃ４は、グランド
に接続されている。

【００４１】一方、ロータ側振動子６ｖの第１側電極部
ＳＳは、これに電気的に順次接続された内部配線１４
ａ、ロータ側コイル４２ａ、ステータ側コイル４１ａを
介して駆動回路１６に接続されている。ロータ側振動子
６ｖの第２側電極部ＣＣは、これに電気的に順次接続さ
れた内部配線１４ｂ、ロータ側コイル４２ｂ、ステータ
側コイル４１ｂを介して駆動回路１６に接続されてい
る。

【００４２】駆動回路１６は、グランドとロータ側振動
子６ｖの第１側電極部ＳＳとの間に第２駆動信号の第１
成分としての正弦波電圧信号を印加し、グランドと第２
側電極部ＣＣとの間にこれと９０°の位相差を有する第
２駆動信号の第２成分としての正弦波電圧信号を印加す
る。

【００４３】次に、このように構成された超音波モータ
の動作について、駆動回路１６と共にさらに詳しく説明
する。駆動回路１６から振動子５ｖの第１側電極部ＳＳ
に第１駆動信号の第１成分としての第１駆動電源を供給
すると、振動子５ｖが励振し弾性体表面に周方向に沿っ
て５波長の定在波が発生する。

【００４４】ここで、前述したように、薄肉中間部５ｍ
により、振動子５ｖが貼着された外周部５ｏが振動する
ようにしているため、定在波は、ステータ５の外周部５
ｏの表面に発生する。

【００４５】また、第２側電極部ＣＣに第１駆動電源に
対して９０°位相差を有する第１駆動信号の第２成分と
しての第２駆動電源を供給すると、ステータ５の外周部
５ｏの表面に円周方向に沿って５波長の定在波が発生す
る。前述したように、上記第１側電極部ＳＳと第２側電
極部ＣＣとは、電気角で９０゜離間しているため、上記
定在波間には９０゜の位相差がある。

【００４６】従って、駆動回路１６からステータ側振動
子５ｖに第１駆動電源、第２駆動電源を同時に供給する
と、ステータ５の外周部５ｏの表面に合成波による回転
進行波が形成される。また、ロータ側振動子６ｖに第１
駆動電源、第２駆動電源を、ロータリートランス２１を
介して、同時に供給すると、ロータ６の外周部６ｏの表
面に合成波による回転進行波が形成される。

【００４７】本実施形態では、先ず、駆動回路１６から
ステータ側振動子５ｖに供給される２相の第１駆動信号
の周波数をｆ、ロータ側振動子６ｖに供給される２相の
第２駆動信号の周波数を同様にｆとなるように、制御回
路１７が駆動回路１６を制御する。

【００４８】すると、前述したように、ステータ５とロ
ータ６の固有振動数が一致しているため、上記周波数ｆ
を、ステータ５及びロータ６の共振周波数若しくはその
近傍の周波数とすれば、図４に示すように、ステータ側
外周部５ｏの凸部５ｐに生じる回転進行波Ａとロータ側
外周部６ｏの凸部６ｐに生じる回転進行波Ｂは、恰も歯
車が噛み合った如く合致してロックする。このため、ロ
ータ６は停止状態となる。ここで、本実施形態では、上
記周波数ｆを例えば５０ｋＨｚとしている。

【００４９】この状態で、駆動回路１６からステータ側
振動子５ｖに供給される２相の第１駆動信号の周波数を
ｆ、ロータ側振動子６ｖに供給される２相の第２駆動信
号の周波数を（ｆ＋Δｆ）とするように、制御回路１７
が駆動回路１６を制御すると、上記噛み合っていた回転
進行波Ａ，Ｂのうちの、ロータ側の回転進行波Ｂがステ
ータ側の回転進行波Ａに対して相対的に進もうとするた
め、ステータ５不動の状態で、回転進行波Ａ，Ｂの噛み
合いロック位置が進行波の進行方向に進み、ロータ６は
正転する。

【００５０】一方、駆動回路１６からステータ側振動子
５ｖに供給される２相の第１駆動信号の周波数をｆ、ロ
ータ側振動子６ｖに供給される２相の第２駆動信号の周
波数を（ｆ−Δｆ）とするように、制御回路１７が駆動
回路１６を制御すると、上記噛み合っていた回転進行波
Ａ，Ｂのうちの、ロータ側の回転進行波Ｂがステータ側
の回転進行波Ａに対して相対的に遅れようとするため、
ステータ５不動の状態で、回転進行波Ａ，Ｂの噛み合い
ロック位置が進行波の進行方向とは逆方向に進み、ロー
タ６は逆転する。

【００５１】さらに、上記周波数の可変量±Δｆを増減
させると、ロータ６の回転速度が増減する。±Δｆ値に
よる回転速度（ｒｐｍ）は、６０×Δｆ／波数で定まる
シンクロナス回転速度を示し、例えば図２の５波タイプ
では、Δｆが１Ｈｚの時、６０×１／５＝１２ｒｐｍと
なる。

【００５２】このように、本実施形態においては、両弾
性体５ｅ，６ｅを互いに同一形状とすることにより、ス
テータ５とロータ６の固有振動数の一致を図っているた
め、両振動子５ｖ，６ｖにステータ５及びロータ６の共
振周波数若しくはその近傍の周波数の信号を各々供給す
ることにより、発生する進行波Ａ，Ｂが恰も歯車が噛み
合った如くロックして（合致して）ロータ６が停止状態
となり、また、一方の信号の位相を他方に対して正また
は負にシフトすることにより、上記噛み合いロック位置
が正転方向または逆転方向にシフトし、このシフト量の
連続によりロータ６が正転または逆転するようになって
いる。

【００５３】すなわち、ステータ５及びロータ６の双方
に振動子５ｖ，６ｖを各々備えた超音波モータにおい
て、両弾性体５ｅ，６ｅを互いに同一形状とすること
で、ロータ６を良好に回転制御できるようになってい
る。

【００５４】ここで、ステータ５とロータ６の固有振動
数は、温度、湿度、負荷、加圧力やドライブのパワー等
の影響によりシフトされるため、ステータ５とロータ６
の固有振動数のシフト量が異なると、進行波Ａ，Ｂの噛
み合いロックが崩れてしまう虞があるが、前述のよう
に、両振動子５ｖ，６ｖを、互いに同一材質より構成し
て同一形状とすると共に、両弾性体５ｅ，６ｅを、互い
に同一材質より構成して同一形状としているため、両固
有振動数は互いに同一方向に同量シフトされる。

【００５５】すなわち、本実施形態によれば、進行波
Ａ，Ｂの噛み合いロックは崩れることはなく、ロータ６
を常に良好に回転制御できるようになっている。

【００５６】また、両振動子５ｖ，６ｖ及び両弾性体５
ｅ，６ｅを、各々共通化できるため、低コスト化を図れ
るようになっている。

【００５７】また、特に、本実施形態によれば、同一形
状より成る両弾性体５ｅ，６ｅの対向する凹部５ｓ，６
ｓ同士間に画成された空間部Ｙを利用して、当該空間部
Ｙに、ロータ側振動子６ｖに所定の周波数の信号を供給
する給電体としてのロータリートランス２１を配設して
いるため、従来技術に比してモータを軸線方向に小型化
できると共に、マッチングの難しいカバー２０とモータ
の機構部とのマッチングが不要にされて、製造コストを
低減できるようになっている。

【００５８】図５は、第２実施形態に係る超音波モータ
を示す横断面図である。この第２実施形態の超音波モー
タが第１実施形態のそれと違う点は、ステータ側とロー
タ側とを圧接させる付勢手段を、上記皿バネ２２に代え
て、圧縮バネ４４とすると共に、回転軸４を１個の軸受
７ａにより支承するようにした点であり、これらの変更
に伴って種々の変更がなされている。

【００５９】すなわち、上記軸受７ａは、固定用ベース
３及びステータ側弾性体５ｅの内周部５ｉに嵌合固定さ
れており、この軸受７ａにより上記回転軸４は回転自在
に支持されている。この回転軸４は、上部に１個のフラ
ンジ部４３のみを有し、このフランジ部４３にロータ側
弾性体６ｅの内周部６ｉが圧入固定されている。

【００６０】回転軸４の下部には、例えばＣリング等の
スナップリング２７が取り付けられており、このスナッ
プリング２７と上記軸受７ａとの間に、ブッシュ２８を
介して圧縮バネ４４が介挿されている。この圧縮バネ４
４により、回転軸４及びロータ６は常時下方に付勢され
ており、ステータ側凸部５ｐとロータ側凸部６ｐは、第
１実施形態と同様に、緩衝摩擦部材１２を介して圧接状
態にされている。

【００６１】ステータ側コア４０は、ステータ側弾性体
５ｅの内周部５ｉ上面に貼着され、ロータ側コア４１
は、ロータ側弾性体６ｅの内周部６ｉ下面に貼着されて
おり、空間部Ｙを利用して当該空間部Ｙにロータリート
ランス２１が配設されている点は第１実施形態と同様で
ある。

【００６２】このように構成しても、第１実施形態と同
様な効果を得ることができるというのはいうまでもな
い。

【００６３】図６は、第３実施形態に係る超音波モータ
を示す横断面図である。この第３実施形態の超音波モー
タが第２実施形態のそれと違う点は、空間部Ｙに配設さ
れるロータ用給電体を、非接触回転給電体２１に代え
て、接触回転給電体としての摺電装置５１とした点であ
る。

【００６４】この摺電装置５１は、ステータ側給電体５
１Ａとロータ側給電体５１Ｂを備えている。ロータ側給
電体５１Ｂは、ロータ側弾性体６ｅの内周部６ｉ下面に
回転軸４と同軸に固定された円環状のベース５４と、こ
のベース５４の図示下面に同軸に形成された４個の円環
状の導電体５５ａ〜５５ｄと、から成る。

【００６５】一方、ステータ側給電体５１Ａは、ステー
タ側弾性体５ｅの内周部５ｉ上面に固定され上記円環状
のベース５４の一部に対向するブラシ用ベース５２と、
このブラシ用ベース５２の上面に植設され上記導電体５
５ａ〜５５ｄに各々摺接する４個の導電性ブラシ５３ａ
〜５３ｄと、から成る。導電性ブラシ５３ａ〜５３ｄ
は、各々第２駆動信号の第１成分供給用のブラシ、第２
駆動信号の第２成分供給用のブラシ、グランド用のブラ
シ、予備ブラシである。

【００６６】ロータ側振動子６ｖの第１側電極部ＳＳ
は、これに電気的に順次接続された内部配線１４ａ、導
電体５５ａ、導電性ブラシ５３ａを介して駆動回路１６
に接続されている。ロータ側振動子６ｖの第２側電極部
ＣＣは、これに電気的に順次接続された内部配線１４
ｂ、導電体５５ｂ、導電性ブラシ５３ｂを介して駆動回
路１６に接続されている。また、ロータ側振動子６ｖの
一方面（図示下面）に形成された電極部Ｓ１〜Ｓ４、Ｆ
Ｂ、Ｃ１〜Ｃ４は、これに電気的に順次接続された金属
弾性体６ｅ、内部配線１４ｃ、導電体５５ｃ、導電性ブ
ラシ５３ｃ、内部配線１４ｃｃを介して固定用ベース３
に電気的に接続されることにより、グランドに接続され
ている。

【００６７】このように構成しても、第２実施形態と同
様な効果を得ることができるというのはいうまでもな
い。

【００６８】以上、本発明者によってなされた発明を実
施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施
形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない
範囲で種々変更可能であるというのはいうまでもなく、
例えば、第３実施形態においては、導電性ブラシ５３ａ
〜５３ｄをステータ側に固定し、導電体５５ａ〜５５ｄ
をロータ側に固定するようにしているが、これとは逆
に、導電性ブラシ５３ａ〜５３ｄをロータ側に固定し、
導電体５５ａ〜５５ｄをステータ側に固定するようにし
て良い。

【００６９】また、上記実施形態においては、２相の駆
動信号により進行波を発生する超音波モータに対する適
用が述べられているが、３相以上の駆動信号により進行
波を発生する超音波モータに対しても同様に適用でき
る。因みに、上記実施形態においては、前述したように
３相の駆動信号に対応できるように、予備コイル４１
ｄ，４２ｄまたは予備ブラシ５３ｄ、予備導電体５５ｄ
が各々備えられている。

【００７０】

【発明の効果】本発明による超音波モータは、両弾性体
を互いに同一形状にしているため、固定子と回転子の固
有振動数の一致を図り得る。このため、両振動子に固定
子及び回転子の共振周波数若しくはその近傍の周波数の
信号を各々供給すると、圧接面に生じる進行波を合致で
きる。その結果、進行波の噛み合いロック位置を連続し
てシフトすれば、回転子を良好に回転制御することが可
能となる。

【００７１】また、両弾性体の対向する凹部同士間に画
成された空間部を利用して、当該空間部に、可動側振動
子に所定の周波数の信号を供給する給電体を配置し、モ
ータ軸線方向に敢えて給電体収容用の空間部を設ける必
要をなくしているため、従来に比してモータを軸線方向
に小型化できると共に、マッチングの難しいカバーとモ
ータの機構部とのマッチングが不要にされて、製造コス
トを低減できる。さらにまた、両弾性体が共通部品にさ
れるため、低コスト化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施形態に係る超音波モータを示す横断面
図である。

【図２】ステータ側振動子またはロータ側振動子の一方
面側の平面図である。

【図３】ステータ側振動子またはロータ側振動子の他方
面側の平面図である。

【図４】進行波が発生している際のステータ／ロータ接
触部分を円周方向に沿って切った断面図である。

【図５】第２実施形態に係る超音波モータを示す横断面
図である。

【図６】第３実施形態に係る超音波モータを示す横断面
図である。

【符号の説明】

１…超音波モータ本体、２…電気制御部、５…ステータ
（固定子）、５ｅ…ステータ側弾性体（固定側弾性
体）、５ｓ…ステータ側凹部（固定側弾性体の凹部）、
５ｖ…ステータ側振動子（固定側振動子）、６…ロータ
（回転子）、６ｅ…ロータ側弾性体（可動側弾性体）、
６ｓ…ロータ側凹部（可動側弾性体の凹部）、６ｖ…ロ
ータ側振動子（可動側振動子）、２１…ロータリートラ
ンス（給電体）、５１…摺電装置（給電体）、５１Ａ…
ステータ側給電体、５１Ｂ…ロータ側給電体、５３ａ〜
５３ｄ…導電性ブラシ、５５ａ〜５５ｄ…導電体、Ｙ…
空間部。

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 固定側弾性体及びこの固定側弾性体に設
   けた固定側振動子を有する固定子と、前記固定側弾性体
   に対向し圧接する可動側弾性体及びこの可動側弾性体に
   設けた可動側振動子を有する回転子と、を備え、前記両
   振動子に対して所定の周波数の信号を各々供給すること
   により当該両振動子を振動させ、この振動に応じて前記
   各弾性体の圧接面に発生する進行波により前記回転子を
   駆動する超音波モータにおいて、 前記固定側弾性体及び前記可動側弾性体は、対向する凹
   部を各々備えて互いに同一形状を成し、 前記対向する凹部同士間に画成された空間部に、前記可
   動側振動子に前記所定の周波数の信号を供給する給電体
   を配置したことを特徴とする超音波モータ。
2. 【請求項２】 前記給電体は、ロータリートランスであ
   ることを特徴とする請求項１記載の超音波モータ。
3. 【請求項３】 前記給電体は、前記固定子または前記回
   転子の何れか一方に設けられた導電性ブラシと、他方に
   設けられ前記導電性ブラシに摺接する導電体と、から成
   る摺電装置であることを特徴とする請求項１記載の超音
   波モータ。