JP3207550B2 - Ultrasonic motor - Google Patents

Ultrasonic motor

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JP3207550B2
JP3207550B2 JP24364092A JP24364092A JP3207550B2 JP 3207550 B2 JP3207550 B2 JP 3207550B2 JP 24364092 A JP24364092 A JP 24364092A JP 24364092 A JP24364092 A JP 24364092A JP 3207550 B2 JP3207550 B2 JP 3207550B2
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JP
Japan
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vibrating body
support plate
ultrasonic motor
piezoelectric element
vibrating
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美奈子 鈴木
朗弘 飯野
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セイコーインスツルメンツ株式会社
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  • General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は、圧電素子の伸縮運動
を利用した超音波振動により、移動体を摩擦駆動させる
超音波モータの加圧支持の構造に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a structure for pressurizing and supporting an ultrasonic motor for frictionally driving a moving body by ultrasonic vibration utilizing expansion and contraction of a piezoelectric element.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来は図10に示すように、振動体3の
径方向に対して2次の振動モードの節部近傍を、支持板
1に設けられた突起部11を接着接合やネジ止め等の手
段を用いて支持固定していた。また、図11に示すよう
に、振動体3の中心部に収納配置されたばね18によっ
て振動体3を移動体5に加圧支持していた。例えば、特
開昭62-293977号公報ならびに特開平2-106
182号公報にこのような従来の構造が開示されてい
る。
2. Description of the Related Art Conventionally, as shown in FIG. 10 , a projection 11 provided on a support plate 1 is bonded or screwed near a node of a secondary vibration mode in a radial direction of a vibrating body 3. It was supported and fixed by using such means. Further, as shown in FIG. 11 , the vibrating body 3 is pressurized and supported on the moving body 5 by a spring 18 housed and arranged at the center of the vibrating body 3. For example, JP-A-62-293977 and JP-A-2-106
No. 182 discloses such a conventional structure.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の超音波
モータの構造では、例えば図10に示すような支持板1
の突起部11を有する構造によると、振動体3の径方向
に対して2次の振動モードの節部を固定した場合、振動
体3と支持板1の一体化により、振動を減衰させること
になるため、全体として電気-機械変換効率を低下させ
ることにつながる。また、中心部と節円部の二点で支持
しているため、寸法が異なることにより振動体3に歪み
が生じる恐れがあった。さらに、加圧手段を設けるため
には、振動体3と支持板1の外側に設けることとなるた
め、モータが大きくなり小型、薄型化がはかれないなど
の課題も有していた。
[SUMMARY OF THE INVENTION However, in the structure of the conventional ultrasonic motor, for example, the support plate 1 as shown in FIG. 10
According to the structure having the projections 11, when the node of the secondary vibration mode is fixed in the radial direction of the vibrating body 3, the vibration is attenuated by integrating the vibrating body 3 and the support plate 1. Therefore, it leads to lowering the electro-mechanical conversion efficiency as a whole. In addition, since the supporting member is supported at two points, that is, the central portion and the nodal circle portion, there is a possibility that the vibrating body 3 may be distorted due to different dimensions. Further, since the pressurizing means is provided outside the vibrating body 3 and the support plate 1, there are also problems such as a large motor and a reduction in size and thickness.

【0004】また、図11に示すような振動体3の中心
部に収納配置されたばね18を有する構造によると、加
圧構造が複雑であるため、ばね径を小さくしなければな
らず、大きな加圧力を得るには、ばね18の長さを長く
しなければならなかった。また、振動体3の径方向に対
して2次の振動モードを使用した際に安定性が悪くなる
という課題も有していた。そこで本発明は、小型、薄型
で安定性の良い、高効率な超音波モータを得ることを目
的としている。
Further, according to the structure having the spring 18 housed and arranged at the center of the vibrating body 3 as shown in FIG. 11 , since the pressurizing structure is complicated, the diameter of the spring must be reduced, and a large load is required. To obtain pressure, the length of the spring 18 had to be increased. In addition, there is a problem that stability is deteriorated when a secondary vibration mode is used in the radial direction of the vibrating body 3. Accordingly, an object of the present invention is to obtain a small, thin, stable, and highly efficient ultrasonic motor.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】上記の、振動体と支持板
の一体化等により、モータ効率が低下するという課題を
解決するために、本発明は、超音波モータにおいて、加
圧支持手段を振動体と支持板の間に設けるとともに、振
動体径方向に対して2次の振動モードの節部近傍を加圧
支持する構造とし、小型、薄型で安定性の良い、高効率
な超音波モータを実現した。
SUMMARY OF THE INVENTION In order to solve the above-mentioned problem that the motor efficiency is reduced due to the integration of the vibrating body and the support plate, the present invention provides an ultrasonic motor in which a pressure supporting means is provided. A compact, thin, stable, high-efficiency ultrasonic motor is provided between the vibrating body and the support plate and supports the vicinity of the node of the secondary vibration mode in the radial direction of the vibrating body. did.

【0006】[0006]

【作用】上記のように構成された超音波モータにおいて
は、図1において、支持板1には中心軸2が固定されて
おり、中心軸2は支持板1と一体でも別体でも構わな
い。振動体3には、電極パターン部を有する分極処理さ
れた圧電素子4が接着されており、支持板1に対して移
動可能なように中心軸2に組み込まれている。さらに移
動体5は中心軸2により回転案内されており、支持板1
と、振動体3の間に設けられた加圧支持手段8により、
振動体3が移動体5に圧接され、振動体上にならって回
転可能となっている。ここで、加圧支持手段8は、振動
体3の径方向に対して2次の振動モードの節部近傍に設
けられることにより、加圧と支持を同時に可能としてい
る。また、駆動回路7は振動体3が径方向に対して2次
の振動モードで振動するような振動波を発生可能とする
ような駆動信号を圧電素子4に印加し、移動体5に設け
られた出力取り出し手段6によりモータの出力が取り出
される。
In the ultrasonic motor constructed as described above, the center shaft 2 is fixed to the support plate 1 in FIG. 1, and the center shaft 2 may be integrated with the support plate 1 or separate from the support plate. A polarized piezoelectric element 4 having an electrode pattern portion is bonded to the vibrating body 3, and is incorporated in the center axis 2 so as to be movable with respect to the support plate 1. Further, the moving body 5 is rotationally guided by the center shaft 2, and
And the pressure supporting means 8 provided between the vibrators 3
The vibrating body 3 is pressed against the moving body 5 and is rotatable following the vibrating body. Here, the pressure supporting means 8 is provided near the node of the secondary vibration mode in the radial direction of the vibrating body 3, so that the pressing and supporting can be performed at the same time. The drive circuit 7 applies a drive signal to the piezoelectric element 4 to enable the vibrating body 3 to generate a vibration wave that vibrates in the secondary vibration mode in the radial direction. The output of the motor is extracted by the output extracting means 6.

【0007】また、図2において、支持板1には中心軸
2が固定されており、中心軸2は支持板1と一体でも別
体でも構わない。振動体3には、電極パターン部を有す
る分極処理された圧電素子4が接着されており、支持板
1に対して移動可能なように中心軸2に組み込まれてい
る。また、支持板1および振動体3には、回転止め手段
9が設けられており、振動体3が支持板1に対して回転
することを規正している。さらに移動体5は中心軸2に
より回転案内されており、支持板1と、振動体3の径方
向に対して2次の振動モードの節部近傍の間に設けられ
た加圧支持手段8により、振動体3が移動体5に圧接さ
れ、振動体上にならって回転可能となっている。また、
駆動回路7は振動体3が径方向に対して2次の振動モー
ドで振動するような駆動信号を圧電素子4に印加し、移
動体5に設けられた出力取り出し手段6によりモータの
出力が取り出される。
In FIG. 2, a center shaft 2 is fixed to the support plate 1, and the center shaft 2 may be integrated with the support plate 1 or separate from the support plate 1. A polarized piezoelectric element 4 having an electrode pattern portion is bonded to the vibrating body 3, and is incorporated in the center axis 2 so as to be movable with respect to the support plate 1. Further, the support plate 1 and the vibrating body 3 are provided with rotation stopping means 9, which regulates that the vibrating body 3 rotates with respect to the supporting plate 1. Further, the moving body 5 is rotationally guided by the center shaft 2, and is provided by a pressure supporting means 8 provided between the support plate 1 and the vicinity of a node of a secondary vibration mode in the radial direction of the vibrating body 3. The vibrating body 3 is pressed against the moving body 5 and is rotatable following the vibrating body. Also,
The drive circuit 7 applies a drive signal to the piezoelectric element 4 so that the vibrating body 3 vibrates in the secondary vibration mode in the radial direction, and the output of the motor is taken out by the output taking out means 6 provided on the moving body 5. It is.

【0008】[0008]

【実施例】以下に本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。 (実施例1)図3および図4は、本発明の超音波モータ
の第一実施例の断面図およびブロック図である。図3お
よび図4において、支持板1には中心軸2が固定されて
おり、中心軸2は支持板1と一体でも別体でも構わな
い。振動体3には、電極パターン部を有する分極処理さ
れた圧電素子4が接着されており、支持板1に対して移
動可能なように中心軸2に組み込まれている。さらに移
動体5は中心軸2により回転案内されており、支持板1
と、振動体3の間に設けられたばね18により、振動体
3が移動体5に圧接され、振動体上にならって回転可能
となっている。ここで、ばね18は、振動体3の径方向
に対して2次の振動モードの節部近傍に設けられること
により、加圧と支持を同時に可能としている。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. (Embodiment 1) FIGS. 3 and 4 are a sectional view and a block diagram of a first embodiment of an ultrasonic motor according to the present invention. 3 and 4, a central axis 2 is fixed to the support plate 1, and the central axis 2 may be integral with or separate from the support plate 1. A polarized piezoelectric element 4 having an electrode pattern portion is bonded to the vibrating body 3, and is incorporated in the center axis 2 so as to be movable with respect to the support plate 1. Further, the moving body 5 is rotationally guided by the center shaft 2, and
Then, the vibrating body 3 is pressed against the moving body 5 by a spring 18 provided between the vibrating bodies 3 and is rotatable following the vibrating body. Here, the spring 18 is provided near the node of the secondary vibration mode with respect to the radial direction of the vibrating body 3, so that pressurization and support can be simultaneously performed.

【0009】なお、ばね18は、コイルばね,板ばね,
ゴム等の弾性体を用いることができ、これらを併用して
も構わない。また、駆動回路7は振動体3が径方向に対
して2次の振動モードで振動するような進行波もしくは
定在波を発生可能とするような駆動信号を圧電素子4に
印加し、移動体5に設けられた出力軸16によりモータ
の出力が取り出される。
The spring 18 is a coil spring, a leaf spring,
An elastic body such as rubber can be used, and these may be used in combination. The drive circuit 7 applies a drive signal to the piezoelectric element 4 so as to generate a traveling wave or a standing wave that causes the vibrating body 3 to vibrate in the secondary vibration mode in the radial direction, and The output of the motor is taken out by an output shaft 16 provided in the motor 5.

【0010】(実施例2)図5および図6は、本発明の
超音波モータの第二実施例の断面図およびブロック図で
ある。図5および図6において、支持板1には中心軸2
が固定されており、中心軸2は支持板1と一体でも別体
でも構わない。振動体3には、電極パターン部を有する
分極処理された圧電素子4が接着されており、支持板1
に対して移動可能なように中心軸2に組み込まれてい
る。また、支持板1および振動体3には、回転止め部材
19が設けられており、振動体3が支持板1に対して回
転することを規正している。なお、回転止め部材19
は、例えば柱形状で、支持板1もしくは振動体3と一体
でも別体でも構わないこととし、支持板1および振動体
3のどちらか一方に形成された角部と対する一方に形成
された角穴が噛み合い、回転止めを行なうような構造と
なっている。
(Embodiment 2) FIGS. 5 and 6 are a sectional view and a block diagram of a second embodiment of the ultrasonic motor according to the present invention. 5 and 6, the support plate 1 has a central shaft 2
Are fixed, and the central shaft 2 may be integral with the support plate 1 or may be separate from the support plate 1. A polarized piezoelectric element 4 having an electrode pattern portion is bonded to the vibrating body 3, and the support plate 1
Is mounted on the center shaft 2 so as to be movable with respect to the center shaft 2. The support plate 1 and the vibrating body 3 are provided with a rotation stopping member 19, which regulates that the vibrating body 3 rotates with respect to the support plate 1. The rotation stop member 19
Is, for example, a columnar shape, which may be integral with or separate from the support plate 1 or the vibrating body 3. The holes engage with each other to stop rotation.

【0011】さらに、移動体5は中心軸2により回転案
内されており、支持板1と、振動体3の径方向に対して
2次の振動モードの節部近傍の間に設けられたばね18
により、振動体3が移動体5に圧接され、振動体上にな
らって回転可能となっている。
Further, the movable body 5 is rotationally guided by the center shaft 2, and a spring 18 provided between the support plate 1 and a node near the secondary vibration mode in the radial direction of the vibrator 3 is provided.
As a result, the vibrating body 3 is pressed against the moving body 5 and is rotatable following the vibrating body.

【0012】なお、ばね18は、コイルばね,板ばね,
ゴム等の弾性体を用いることができ、これらを併用して
も構わない。また、駆動回路7は振動体3が径方向に対
して2次の振動モードで振動するような駆動信号を圧電
素子4に印加し、移動体5に設けられた出力軸16によ
りモータの出力が取り出される。
The spring 18 is a coil spring, a leaf spring,
An elastic body such as rubber can be used, and these may be used in combination. The drive circuit 7 applies a drive signal to the piezoelectric element 4 such that the vibrating body 3 vibrates in the secondary vibration mode in the radial direction, and the output of the motor is output by the output shaft 16 provided on the moving body 5. Taken out.

【0013】(実施例3)図7,図8および図9は、本
発明の超音波モータの第三実施例の断面図,平面図およ
びブロック図である。図7,図8および図9において、
支持板1には移動体案内枠10が設けられており、移動
体案内枠10は支持板1と一体でも別体でも構わない。
振動体3には、電極パターン部を有する分極処理された
圧電素子4が接着されており、支持板1に対して移動可
能なように配置されている。移動体5は、支持板1に設
けられた移動体案内枠10により回転案内されている。
(Embodiment 3) FIGS. 7, 8 and 9 are a sectional view, a plan view and a block diagram of a third embodiment of the ultrasonic motor according to the present invention. 7, 8, and 9,
A moving body guide frame 10 is provided on the support plate 1, and the moving body guide frame 10 may be integral with or separate from the support plate 1.
A polarized piezoelectric element 4 having an electrode pattern portion is adhered to the vibrating body 3 and is arranged so as to be movable with respect to the support plate 1. The moving body 5 is rotationally guided by a moving body guide frame 10 provided on the support plate 1.

【0014】さらに、支持板1と振動体3の径方向に対
して2次の振動モードの節部近傍の間に設けられたばね
18により、振動体3が移動体5に圧接され、移動体5
は、振動体上にならって回転可能となっている。本実施
例では、ばね18は、板ばねを用いているとともに回転
止めを兼ねており、振動体3もしくは圧電素子4と接合
もしくはねじ固定されている。さらに、振動体周方向に
対して3ヶ所に配置され、振動体3が支持板1に対して
回転することを規正しているとともに、ばね18を介し
て振動体3の電位を接地させることも可能である。な
お、ばね18は、コイルばね,板ばね,ゴム等の弾性体
を用いることができ、これらを併用しても構わない。駆
動回路7は、振動体3が径方向に対して2次の振動モー
ドで振動するような駆動信号を圧電素子4に印加し、移
動体5に設けられた出力軸16によりモータの出力が取
り出される。
Further, the vibrating body 3 is pressed against the moving body 5 by a spring 18 provided between the support plate 1 and the vicinity of the node of the second vibration mode in the radial direction of the vibrating body 3.
Is rotatable following the vibrating body. In this embodiment, the spring 18 uses a leaf spring and also serves as a rotation stopper, and is joined or screwed to the vibrating body 3 or the piezoelectric element 4. Further, the vibrating body 3 is disposed at three positions in the circumferential direction of the vibrating body to regulate rotation of the vibrating body 3 with respect to the support plate 1, and the potential of the vibrating body 3 may be grounded via a spring 18. It is possible. The spring 18 may be made of an elastic body such as a coil spring, a leaf spring, or rubber, and these may be used in combination. The drive circuit 7 applies a drive signal to the piezoelectric element 4 so that the vibrating body 3 vibrates in the secondary vibration mode in the radial direction, and the output of the motor is taken out by the output shaft 16 provided on the moving body 5. It is.

【0015】このような構成とすることにより、複雑な
加圧および支持機構が不要になり、モータの小型、薄型
化がはかれるとともに、特に振動体径方向に対して2次
の振動モードを使用した際でも、安定性の良いモータを
得ることができる。従って、電気−機械変換効率を低下
させることなく、高効率なモータが実現できる。このた
め、本発明による超音波モータによれば、カメラ,時計
等の電子機器ならびにロボット駆動等の工作産業機械等
への利用が可能となる。
With such a configuration, a complicated pressurizing and supporting mechanism is not required, and the motor can be reduced in size and thickness. In addition, a secondary vibration mode is used particularly in the radial direction of the vibrating body. Even in this case, a stable motor can be obtained. Therefore, a highly efficient motor can be realized without lowering the electro-mechanical conversion efficiency. Therefore, the ultrasonic motor according to the present invention can be used for electronic equipment such as a camera and a clock, as well as for industrial machines such as a robot driven machine.

【0016】[0016]

【発明の効果】本発明による超音波モータによれば、加
圧支持手段を振動体と支持板の間に設けるとともに、振
動体径方向に対して2次の振動モードの節部近傍を加圧
支持するという簡単な構成で、以下のような効果を有す
る。
According to the ultrasonic motor of the present invention, the pressure supporting means is provided between the vibrating body and the supporting plate, and the vicinity of the node in the secondary vibration mode in the radial direction of the vibrating body is pressurized and supported. With such a simple configuration, the following effects can be obtained.

【0017】(1)モータ駆動時の移動体と振動体の接
触状況が良好になる。 (2)加圧機構の簡易化がはかれるとともに、加圧手段
と支持手段の部品の兼用化がはかれる。 (3)振動体の安定性が良好となるため、モータ駆動時
の摺動音の低減が図れるとともに、モータ性能の向上が
図れる。
(1) The state of contact between the moving body and the vibrating body when driving the motor is improved. (2) The simplification of the pressing mechanism can be achieved, and the parts of the pressing means and the supporting means can be shared. (3) Since the stability of the vibrating body is improved, the sliding noise when driving the motor can be reduced, and the motor performance can be improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の超音波モータの第一ブロック図であ
る。
FIG. 1 is a first block diagram of an ultrasonic motor according to the present invention.

【図2】本発明の超音波モータの第二ブロック図であ
る。
FIG. 2 is a second block diagram of the ultrasonic motor of the present invention.

【図3】本発明の超音波モータの第一実施例の断面図で
ある。
FIG. 3 is a sectional view of a first embodiment of the ultrasonic motor according to the present invention.

【図4】本発明の超音波モータの第一実施例のブロック
図である。
FIG. 4 is a block diagram of a first embodiment of the ultrasonic motor according to the present invention.

【図5】本発明の超音波モータの第二実施例の断面図で
ある。
FIG. 5 is a sectional view of a second embodiment of the ultrasonic motor according to the present invention.

【図6】本発明の超音波モータの第二実施例のブロック
図である。
FIG. 6 is a block diagram of a second embodiment of the ultrasonic motor according to the present invention.

【図7】本発明の超音波モータの第三実施例の断面図で
ある。
FIG. 7 is a sectional view of a third embodiment of the ultrasonic motor according to the present invention.

【図8】本発明の超音波モータの第三実施例の平面図で
ある。
FIG. 8 is a plan view of a third embodiment of the ultrasonic motor according to the present invention.

【図9】本発明の超音波モータの第三実施例のブロック
図である。
FIG. 9 is a block diagram of a third embodiment of the ultrasonic motor according to the present invention.

【図10】従来の超音波モータの断面図である。FIG. 10 is a sectional view of a conventional ultrasonic motor.

【図11】従来の他の超音波モータの断面図である。FIG. 11 is a sectional view of another conventional ultrasonic motor.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 支持板 2 中心軸 3 振動体 4 圧電素子 5 移動体 6 出力取り出し手段 7 駆動回路 8 加圧支持手段 9 回転止め手段 10 移動体案内枠 11 突起部 16 出力軸 18 ばね 19 回転止め部材 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Support plate 2 Center axis 3 Vibrating body 4 Piezoelectric element 5 Moving body 6 Output taking-out means 7 Drive circuit 8 Pressure supporting means 9 Rotation stopping means 10 Moving body guide frame 11 Projection 16 Output shaft 18 Spring 19 Rotation stopping member

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平2−23074(JP,A) 特開 昭64−60271(JP,A) 特開 平2−106182(JP,A) 特開 昭62−126878(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H02N 2/00 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (56) References JP-A-2-23074 (JP, A) JP-A-64-60271 (JP, A) JP-A-2-106182 (JP, A) JP-A Sho 62- 126878 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) H02N 2/00

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 圧電素子を有する振動体と、前記振動体
に圧接され、前記圧電素子の伸縮運動を利用した超音波
振動により移動体を摩擦駆動させる超音波モータにおい
て、 支持板と、 前記支持板に固定された中心軸に案内される振動体と、 前記中心軸を回転案内として回転運動する移動体と、 前記振動体と前記支持板の間で、振動体径方向に対する
振動の節円部近傍に設けられるとともに、前記振動体を
前記移動体に圧接する加圧手段と、 前記支持板と前記振動体間に設けられ、前記支持板に対
して前記振動体が回転することを規正する回転止め部材
とを有することを特徴とする超音波モータ。
1. A vibrating body having a piezoelectric element, and an ultrasonic motor that is pressed against the vibrating body and frictionally drives a moving body by ultrasonic vibration using expansion and contraction movement of the piezoelectric element. A vibrating body guided by a central axis fixed to a plate, a moving body that rotates by using the central axis as a rotation guide , and a vibrating body radial direction between the vibrating body and the support plate .
Rutotomoni provided near nodal-circular portion of the vibration, and pressure means for pressing the vibrating body to the movable body, provided between the vibrating body and the support plate, the vibrator relative to the support plate rotates An ultrasonic motor, comprising: a rotation stopping member for regulating the rotation.
【請求項2】 圧電素子を有する振動体と、前記振動体
に圧接され、前記圧電素子の伸縮運動を利用した超音波
振動により移動体を摩擦駆動させる超音波モータにおい
て、 前記移動体を回転可能に案内する案内部材と、 前記振動体と前記支持板の間で、振動体径方向に対する
振動の節円部近傍に設けられ、前記振動体を前記移動体
に圧接するとともに、前記振動体の周方向への動きを規
制する加圧手段とを有することを特徴とする超音波モー
タ。
2. A vibrating body having a piezoelectric element, and an ultrasonic motor which is pressed against the vibrating body and frictionally drives the moving body by ultrasonic vibration utilizing expansion and contraction of the piezoelectric element, wherein the moving body is rotatable. A guide member for guiding the vibrating body between the vibrating body and the supporting plate in the radial direction of the vibrating body.
The vibrating body is provided in the vicinity of a nodal circle of vibration, and
While pressing the vibrating body in the circumferential direction.
Ultrasonic motor and having a pressurizing means for win.
JP24364092A 1992-09-11 1992-09-11 Ultrasonic motor Expired - Lifetime JP3207550B2 (en)

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