JP2877793B1 - 超音波モータ - Google Patents

Abstract

【要約】 【課題】 回転子を良好に回転制御すると共に両弾性体
の圧接面の劣化を防止して耐久性を向上する。 【解決手段】 弾性体５ｅの環状凸部５ｐと弾性体６ｅ
の環状凸部６ｐの反対側の面６ｒを対向圧接して圧接面
を狭小にすると共に、両弾性体５ｅ，６ｅを同一形状と
して固定子５と回転子６の固有振動数の一致を図る。こ
こで、振動子５ｖ，６ｖに固定子５及び回転子６の共振
周波数の信号を各々供給すると、正常な進行波を圧接面
に形成できると共に進行波を合致できる。この進行波の
噛み合い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、凸面５ｐｐの内周縁５ｐｉが
対向面６ｒの内周縁６ｒｉより外周側に、凸面５ｐｐの
外周縁５ｐｏが対向面６ｒの外周縁６ｒｏより内周側に
位置して、回転子６の回転時に、内外周縁同士が交差し
ない構成のため、内外周縁同士の擦れが防止され、圧接
面同士の劣化を防止できると共に圧接面積を一定にでき
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】

【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の構
成では、ステータ側及びロータ側弾性体の圧電素子を有
する側とは反対側の面（対向面）同士が全面接触してい
るため、励振側弾性体の振動が相手側弾性体に大部分伝
わって進行波の変位量が減衰してしまい、両弾性体に進
行波が形成されず、ロータが効率的に回転しないという
問題があった。

【０００５】そこで、両弾性体に、同一形状の環状の凸
部を各々設けてこれら環状の凸部を対向配置して圧接さ
せ、圧接面を狭小にすることにより、進行波の変位量の
減衰を抑えて正常な進行波を両圧接面に形成することが
考えられるが、ステータ等の固定部分に対してロータ等
の回転部分を組み立てる際に、上記環状の凸部同士の軸
心が互いに多少ずれてしまった場合、ロータ回転時に、
一方の環状の凸部の凸面の内外周縁と他方の環状の凸部
の凸面の内外周縁とが擦れてしまい、圧接面同士の劣化
が促進されて、耐久性が低下するといった問題がある。
また、圧接面積が回転に従って変化するため、安定した
進行波が形成されず、ロータを良好に回転できないとい
った問題がある。

【０００６】ここで、上記問題点に対処すべく、両弾性
体のうちの一方の凸部を無くすことが考えられるが、こ
の場合には、ロータを良好に回転制御するのが難しい
（詳しくは後述）。

【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、回転子を良好に回転制御可能と
すると共に、両弾性体の圧接面の劣化が防止されて耐久
性を向上でき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
振動子より構成される固定子と、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
動側振動子より構成される回転子と、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、表
裏面のうちの一方の面に環状の凸部を各々備えて互いに
同一形状を成すと共に、一方の弾性体の環状の凸部と他
方の弾性体の環状の凸部の反対側の面とが対向配置され
て圧接し、凸部の凸面の内周縁は凸部の反対側の面の内
周縁より外周側に位置し、凸面の外周縁は反対側の面の
外周縁より内周側に位置して、回転子の回転時に、凸面
の内外周縁と反対側の面の内外周縁とが交差しないよう
に構成されている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、一方の弾
性体の環状の凸部と他方の弾性体の環状の凸部の反対側
の面とが対向配置されて圧接する構成のため、圧接面が
特開平２−１７９２８１号公報のものに比して狭小にさ
れると共に、両弾性体は、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、変
位量の減衰が抑えられた正常な進行波が両圧接面に形成
されると共に、当該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、上記構成を採
用することにより、回転子は良好に回転制御され得るよ
うになる。

【００１０】また、固定子、回転子の同心が、加工、組
立誤差等により多少ズレても、凸部の凸面の内周縁は凸
部の反対側の面の内周縁より外周側に位置し、凸面の外
周縁は反対側の面の外周縁より内周側に位置して、回転
子の回転時に、凸面の内外周縁と反対側の面の内外周縁
とが交差しないようにされているため、凸部の凸面の内
外周縁が、凸部の反対側の面の内外周縁に擦れることは
ない。このため、圧接面同士の劣化が防止されて、耐久
性が向上されると共に、圧接面積が回転に従って変化せ
ず、安定した進行波が形成されて、回転子が良好に回転
制御され得るようになる。また、両弾性体は互いに同一
形状であるため、部品が共通化され、低コスト化が図ら
れる。

【００１１】ここで、固定側振動子及び可動側振動子
は、弾性体の対向側の面とは反対側の面に各々設けられ
ているのが好ましい。このような構成を採用した場合、
振動子を弾性体の対向側の面に設けた場合に比して、圧
接面に進行波を効率良く形成することができる。

【００１２】

【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。

【００１３】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。

【００１４】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を覆うように
当該固定用ベース３に固定されたカバー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に固定された
軸受７ａ、カバー２０に固定された軸受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に圧入固定
され上記ステータ５に対向する外縁円形のロータ６と
このロータ６をステータ５に圧接させる圧縮バネ１１
と、ロータ用給電体５１と、を概略備えている。

【００１５】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）。

【００１６】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部３ａが形成されており、この軸受
ホルダ部３ａの穴部上部に、上記軸受７ａが嵌合固定さ
れている。また、軸受ホルダ部３ａの上面には、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。

【００１７】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、から成る。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、上記軸受ホルダ部
３ａに固定された円環状の内周部５ｉと、この内周部５
ｉと外周部５ｏを繋ぐ円環状の中間部５ｍと、を備えて
いる。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。また、弾性体５ｅは、外周
部５ｏの表面（図示上面）に、断面矩形の幅狭円環状の
凸部５ｐを備えており、上記振動子５ｖは、この凸部５
ｐの上下方向の延長線上より外周側に貼着されている。

【００１８】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６ｅと、から成る。

【００１９】ロータ６は、外周部６ｏの円環状の凸部６
ｐを有する面（以下ロータ６、ステータ５の当該面を単
に凸部側の面と呼ぶ）６ｄとは反対側の面（以下ロータ
６、ステータ５の当該面を単に反対面と呼ぶ）６ｒが、
上記ステータ５の円環状の凸部５ｐ、すなわちステータ
５の凸部側の面５ｄに対向するように配置される。

【００２０】凸部５ｐ，６ｐは、その凸面５ｐｐ，６ｐ
ｐ内外周縁が凸部側の面５ｄ、６ｄの内外周縁から所定
距離離間するように形成されている。この所定距離は、
ステータ５、ロータ６の同心が、加工、組立誤差等によ
りズレても、ロータ６の回転時に、ステータ側凸部５ｐ
の凸面５ｐｐ内外周縁５ｐｉ，５ｐｏが、ロータ６の反
対面６ｒの内外周縁６ｒｉ，６ｒｏに交差しない距離で
ある。

【００２１】上記ロータ側振動子６ｖは、凸部側の面６
ｄの凸部６ｐより外周側で上記ステータ側振動子５ｖと
径方向に同一の位置（振動子５ｖに対向する位置）に貼
着されている。また、ロータ６の外周部６ｏと内周部６
ｉ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】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は、貼着され
る弾性体の面が異なるだけで、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。

【００２３】上記回転軸４は、軸受ホルダ部３ａ、ステ
ータ５及びロータ６の中央部を貫挿し、軸受ホルダ部３
ａに固定された軸受７ａ、カバー２０に固定された軸受
７ｂにより回転自在に支持されている。この回転軸４の
下部軸受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４ａが形成されており、この第１フランジ
部４ａの上部には、当該第１フランジ部４ａより大径の
円環状の第２フランジ部４ｂが形成されている。上記ロ
ータ側弾性体６ｅの内周部６ｉは、第２フランジ部４ｂ
に当接するように第１フランジ部４ａに圧入固定されて
いる。すなわち、ロータ６は、回転軸４に一体化されて
いる。

【００２４】また、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９が取り付けられており、このス
ナップリング９と上記下部軸受７ａの内輪との間に、ブ
ッシュ１０を介して圧縮バネ１１が介挿されている。こ
の圧縮バネ１１によって、回転軸４及びロータ６は常時
下方に付勢されている。

【００２５】前述したステータ側凸部５ｐとロータ側の
反対面６ｒとの間には、例えば樹脂等より成る環状の緩
衝摩擦部材１２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、ロータ側の反対面６ｒは、
圧縮バネ１１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５ｐを押圧している。

【００２６】この緩衝摩擦部材１２は、ステータ側凸部
５ｐまたはロータ側の反対面６ｒ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５ｐ、反対面６ｒ）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、反対面６ｒの何れにも
固定されずに、凸部５ｐ、反対面６ｒ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。

【００２７】また、回転軸４の第２フランジ部４ｂとカ
バー２０の上壁内面との間には、ロータ用給電体として
の摺電装置（接触回転給電体）５１が配設されている。
この摺電装置５１は、ステータ側給電体５１Ａと、ロー
タ側給電体５１Ｂと、から成る。

【００２８】ロータ側給電体５１Ｂは、回転軸４の第２
フランジ部４ｂ上面に回転軸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の図示上面に同軸に
形成された３個の円環状の導電体５５ａ〜５５ｃと、を
備えている。

【００２９】一方、ステータ側給電体５１Ａは、カバー
２０の上壁内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の下面に植設され上記導電体５５ａ〜５５ｃに各
々摺接する３個の導電性ブラシ５３ａ〜５３ｃと、を備
えている。導電性ブラシ５３ａ〜５３ｃ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。

【００３０】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。

【００３１】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。

【００３２】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の反対
面５ｒ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。

【００３３】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。

【００３４】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。

【００３５】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の凸部側の面６ｄ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６ｅは、これに電気的に順次接続された内部配線
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。

【００３６】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、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
１４ｂ、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。

【００３７】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。

【００３８】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が励振し弾性体図示上面に周方向に
沿って５波長の定在波が発生する。

【００３９】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の凸部５ｐを含む凸部側の面５ｄに発生する。

【００４０】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の凸部５ｐを含む凸部側の面５ｄ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。

【００４１】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の凸部５ｐを含む凸部側の
面５ｄ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、
摺電装置５１を介して、同時に供給すると、ロータ６の
外周部６ｏの反対面６ｒに合成波による回転進行波が形
成される。

【００４２】この時、緩衝摩擦部材１２を間に介したス
テータ５とロータ６の圧接面は、特開平２−１７９２８
１号公報のものに比して狭小であるため、相手側に進行
波が殆ど伝わらず、変位量の減衰が抑えられた正常な進
行波が両圧接面に形成されることになる。

【００４３】ここで、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。

【００４４】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の反対面６ｒ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。

【００４５】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。

【００４６】この時、ステータ５、ロータ６の同心が、
加工、組立誤差等によりズレても、ロータ６の回転時
に、ステータ側凸部５ｐの凸面５ｐｐ内外周縁５ｐｉ，
５ｐｏは、ロータ６の反対面６ｒの内外周縁６ｒｉ，６
ｒｏには交差せず、ステータ側凸部５ｐの凸面５ｐｐ内
周縁５ｐｉは、ロータ６の反対面６ｒの内周縁６ｒｉよ
り外周側に位置し、ステータ側凸部５ｐの凸面５ｐｐ外
周縁５ｐｏは、ロータ６の反対面６ｒの外周縁６ｒｏよ
り内周側に位置する。すなわち、ステータ側凸部５ｐの
凸面５ｐｐ内外周縁５ｐｉ，５ｐｏがロータ６の反対面
６ｒの内外周縁６ｒｉ，６ｒｏに擦れることなくロータ
６は正転する。

【００４７】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。この時、正転時と同様に、ステータ側
凸部５ｐの凸面５ｐｐ内外周縁５ｐｉ，５ｐｏがロータ
６の反対面６ｒの内外周縁６ｒｉ，６ｒｏに擦れること
なくロータ６は逆転する。

【００４８】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。

【００４９】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。

【００５０】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。

【００５１】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。

【００５２】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。

【００５３】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。

【００５４】また、特に、本実施形態によれば、ステー
タ５、ロータ６の同心が、加工、組立誤差等によりズレ
ても、ロータ６の回転時に、ステータ側凸部５ｐの凸面
５ｐｐ内外周縁５ｐｉ，５ｐｏが、ロータ６の反対面６
ｒの内外周縁６ｒｉ，６ｒｏに交差しないように凸部５
ｐを構成しているため、圧接面同士の劣化が防止され
て、耐久性を向上できると共に、圧接面積が回転に従っ
て変化せず、安定した進行波が形成されて、ロータ６を
より良好に回転制御できるようになっている。

【００５５】また、両振動子５ｖ，６ｖは、両外周部５
ｏ，６ｏの対向側の面とは反対側の面、すなわちステー
タ５の反対面５ｒ及びロータ６の凸部側の面６ｄに各々
設けられているため、両振動子５ｖ，６ｖを両外周部５
ｏ，６ｏの対向側の面、すなわちステータ５の凸部側の
面５ｄ及びロータ６の反対面６ｒに設けた場合に比し
て、圧接面に進行波を効率良く形成することができ、ロ
ータ６をより良好に回転制御できるようになっている。

【００５６】さらに、ステータ側凸部５ｐがロータ６の
反対面６ｒに圧接する構成のため、圧接面が特開平２−
１７９２８１号公報のものに比して狭小にされて、変位
量の減衰が抑えられた正常な進行波が両圧接面に形成さ
れ、ロータ６をより良好に回転制御できるようになって
いる。

【００５７】図５は、第２実施形態に係る超音波モータ
のステータ５及びロータ６部分を抽出して示す拡大横断
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、ステータ側及びロータ側凸部
の形状を変えると共に、弾性体の振動子を貼着する位置
を変えた点である。

【００５８】すなわち、ステータ側及びロータ側外周部
５ｏ，６ｏは、各々図示上面外周側に、互いに同一形状
を成す断面台形の円環状の凸部２５ｐ，２６ｐを備えて
おり、ステータ側凸部２５ｐとロータ６の反対面６ｒと
が緩衝摩擦部材１２を介して圧接されている。

【００５９】このステータ側凸部２５ｐの底部の外周縁
は、ロータ６の外周部６ｏの外周面と同径となっている
が、凸部２５ｐの凸面２５ｐｐの外周縁２５ｐｏは、当
該凸部２５ｐが断面台形のため、ステータ６の反対面６
ｒの外周縁６ｒｏより内周側に位置している。

【００６０】この凸部２５ｐの凸面２５ｐｐの外周縁２
５ｐｏとステータ６の反対面６ｒの外周縁６ｒｏとの間
の距離、当該凸面２５ｐｐの内周縁２５ｐｉとステータ
６の反対面６ｒの内周縁６ｒｉとの間の距離は、第１実
施形態と同様に、ステータ５、ロータ６の同心が、加
工、組立誤差等によりズレても、ロータ６の回転時に、
ステータ側凸部２５ｐの凸面２５ｐｐの内外周縁２５ｐ
ｉ，２５ｐｏが、ロータ６の反対面６ｒの内外周縁６ｒ
ｉ，６ｒｏに交差しない距離に設定されている。

【００６１】また、ロータ側振動子６ｖａは、ステータ
側凸部２６ｐに対する対向面（反対面）６ｒに進行波を
効率良く形成すべく、ロータ側凸部２６ｐの凸面２６ｐ
ｐに貼着され、ステータ側振動子５ｖａは、ステータ５
の反対面５ｒの上記ロータ側振動子６ｖａと径方向に同
一の位置（振動子６ｖａに対向する位置）に貼着されて
いる。

【００６２】なお、ロータ側振動子６ｖａがロータ側凸
部２５ｐの凸面２５ｐｐに貼着される関係上、両振動子
５ｖａ，６ｖａは、第１実施形態に比して、径方向の幅
が短くされている。

【００６３】このように構成しても、両振動子５ｖａ，
６ｖａが貼着される弾性体の面が異なるだけで、両弾性
体５ｅ，６ｅが同一形状であるという点は第１実施形態
と同様であり、しかも、ロータ６の回転時に、ステータ
側凸面２５ｐｐの内外周縁２５ｐｉ，２５ｐｏが、ロー
タ６の反対面６ｒの内外周縁６ｒｉ，６ｒｏより内側に
位置する（内外周縁同士が交差しない）という関係も第
１実施形態と同様であるため、第１実施形態と同様な効
果を得ることができる。

【００６４】なお、両振動子５ｖａ，６ｖａを径方向に
小さくし、ロータ側振動子６ｖａをロータ６の凸部側の
面６ｄに貼着し、ステータ側振動子５ｖａをステータ５
の反対面５ｒの上記ロータ側振動子６ｖａと径方向に同
一の位置に貼着するようにしても良い。

【００６５】図６は、第３実施形態に係る超音波モータ
のステータ５及びロータ６部分を抽出して示す拡大横断
面図である。この第３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５及びロータ６の反
対面も各々凸部形状にすると共に、弾性体の振動子を貼
着する位置を変えた点である。

【００６６】すなわち、ステータ側及びロータ側外周部
５ｏ，６ｏは各々、図示上面外周側に、互いに同一形状
を成す断面矩形の円環状の凸部３５ｐ，３６ｐを備える
と共に、凸部とは反対側の面の内周側に円環状の凹部５
ｓ，６ｓを設けることにより外周側に形成された円環状
の凸部５ｑ，６ｑを備えている。この凸部５ｑ，６ｑの
凸面、すなわち凸部３５ｐ，３６ｐの反対面４５ｒ，４
６ｒは、凸部３５ｐ，３６ｐの凸面３５ｐｐ，３６ｐｐ
に比して幅広であり、ステータ側凸部３５ｐとロータ６
の反対面４６ｒとが緩衝摩擦部材１２を介して圧接され
ている。

【００６７】凸部３５ｐの凸面３５ｐｐの外周縁３５ｐ
ｏとステータ６の反対面４６ｒの外周縁４６ｒｏとの間
の距離、凸面３５ｐｐの内周縁３５ｐｉとステータ６の
反対面４６ｒの内周縁４６ｒｉとの間の距離は、第１実
施形態と同様に、ステータ５、ロータ６の同心が、加
工、組立誤差等によりズレても、ロータ６の回転時に、
ステータ側凸部３５ｐの凸面３５ｐｐの内外周縁３５ｐ
ｉ，３５ｐｏが、ロータ６の反対面４６ｒの内外周縁４
６ｒｉ，４６ｒｏに交差しない距離に設定されている。

【００６８】また、円環状のステータ側振動子５ｖｂ
は、外周部５ｏの円環状の凹部５ｓに収容される形状に
されて当該凹部５ｓに貼着され、ロータ側振動子６ｖｂ
は、ロータ６の凸部側の面６ｄの上記ステータ側振動子
５ｖｂと径方向に同一の位置（振動子５ｖｂに対向する
位置）に貼着されている。

【００６９】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。

【００７０】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、上記実施形態においては、ステータ側凸部５
ｐ，２５ｐ，３５ｐとロータ６の反対面６ｒ，４６ｒと
が圧接するようにしているが、ステータ５及びロータ６
の上下を各々逆にして、ロータ側凸部６ｐ，２６ｐ，３
６ｐとステータ５の反対面５ｒ，４５ｒとが圧接するよ
うにしても良い。この場合には、圧接面に進行波を効率
良く形成すべく、振動子５ｖ，６ｖ〜５ｖｂ，６ｖｂを
上記実施形態とは反対側の面に貼着するのが好ましい。

【００７１】また、凸部５ｐ，６ｐ〜３５ｐ，３６ｐを
外周部５ｏ，６ｏの中央に設けるようにしても良く、ま
た、外周側にある凸部を内周側に、内周側にある凸部を
外周側に、各々設けるようにしても良い。なお、この凸
部位置の変更により振動子５ｖ，６ｖ〜５ｖｂ，６ｖｂ
は径方向に大きくまたは小さくされて同一面内に貼着さ
れる。

【００７２】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。

【００７３】

【発明の効果】本発明による超音波モータは、一方の弾
性体の環状の凸部と他方の弾性体の環状の凸部の反対側
の面とを対向配置して圧接する構成のため、圧接面を特
開平２−１７９２８１号公報のものに比して狭小にでき
ると共に、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、変位量の減
衰が抑えられた正常な進行波を両圧接面に形成できると
共に当該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。

【００７４】また、固定子、回転子の同心が、加工、組
立誤差等により多少ズレても、凸部の凸面の内周縁が凸
部の反対側の面の内周縁より外周側に位置し、凸面の外
周縁が反対側の面の外周縁より内周側に位置して、回転
子の回転時に、凸面の内外周縁と反対側の面の内外周縁
とが交差しないように構成しているため、凸部の凸面の
内外周縁が、凸部の反対側の面の内外周縁に擦れること
はない。このため、圧接面同士の劣化が防止されて、耐
久性を向上できると共に、圧接面積が一定にされて、安
定した進行波を形成でき、回転子を良好に回転制御する
ことが可能となる。さらにまた、固定子及び回転子の部
品が共通化されるため、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のステータ及
びロータ部分を抽出して示す拡大横断面図である。

【図６】第３実施形態に係る超音波モータのステータ及
びロータ部分を抽出して示す拡大横断面図である。

【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）、５ｐ，６ｐ，２５ｐ，２６ｐ，３５ｐ，３６ｐ…
凸部、５ｐｉ，２５ｐｉ，３５ｐｉ…凸面の内周縁、５
ｐｏ，２５ｐｏ，３５ｐｏ…凸面の外周縁、５ｐｐ，６
ｐｐ，２５ｐｐ，２６ｐｐ，３５ｐｐ，３６ｐｐ…凸
面、５ｒ，６ｒ，４５ｒ，４６ｒ…反対面（凸部の反対
側の面）、５ｖ，５ｖａ，５ｖｂ…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）、６ｒｉ，４６ｒｉ…反対
面の内周縁（凸部の反対側の面の内周縁）、６ｒｏ，４
６ｒｏ…反対面の外周縁（凸部の反対側の面の外周
縁）、６ｖ，６ｖａ，６ｖｂ…ロータ側振動子（可動側
振動子）。

Claims (2)

(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
   けた固定側振動子より構成される固定子と、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より構成される回転子と、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、表裏面のう
   ちの一方の面に環状の凸部を各々備えて互いに同一形状
   を成すと共に、一方の弾性体の環状の凸部と他方の弾性
   体の環状の凸部の反対側の面とが対向配置されて圧接
   し、 前記凸部の凸面の内周縁は前記凸部の反対側の面の内周
   縁より外周側に位置し、前記凸面の外周縁は前記反対側
   の面の外周縁より内周側に位置して、前記回転子の回転
   時に、前記凸面の内外周縁と前記反対側の面の内外周縁
   とが交差しないように構成されていることを特徴とする
   超音波モータ。
2. 【請求項２】 前記固定側振動子及び前記可動側振動子
   は、前記弾性体の対向側の面とは反対側の面に各々設け
   られていることを特徴とする請求項１記載の超音波モー
   タ。