JP3238578B2 - 超音波モータおよび超音波モータ付電子機器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、圧電素子の圧電効果
を利用して発生させる振動波により、摩擦を介して移動
体を駆動する超音波モータおよび超音波モータ付き電子
機器に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来は、図２９および図３０に示すよう
に、振動体１０１に電極パターン１０４ａ及び１０４ｂ
の境界付近の１つおきの位置に移動体に動力を伝達する
ための突起１０７を配設した構造をとっている。例え
ば、特開昭６３ー６９４７２号公報にこのような構造の
超音波モータが開示されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、振動体に電極
パターンの境界付近の１つおきの位置に、移動体に動力
を伝達する突起を配設した構造をとった超音波モータ
は、従来から一般的とされている進行波型超音波モータ
と異なり単一の駆動信号で駆動できるという利点を有し
ている。しかし、振動体の突起の位置を振動体に発生す
る波の１波長分の波中で捉えた場合、片寄って位置して
おり振動体としてはバランスが悪い。そのため振動体の
振動特性は温度、駆動電圧、移動体加圧状態などの変化
の影響を受け安く、強いてはモータの安定駆動が難しく
制御回路も複雑になるなどの課題を有していた。

【０００４】そこで本発明は、単一の駆動信号で駆動で
き、環境変化の影響を受け難い安定性に優れた超音波モ
ータを得ることを目的としている。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、本発明は、超音波モータにおいて、一方の平面に
ほぼ等間隔で複数の電極パターンを形成した圧電素子
と、圧電素子の電極パターンが形成された平面と反対側
の平面に接合されるとともに、圧電素子と電気的な導通
を有する振動体と、振動体の一方の表面上の、電極パタ
ーン境界付近の１つおきの位置に、移動体に動力を伝達
するために配設された突起と、各突起の間に配設される
とともに振動体の振動状態を調整するためであって、突
起と高さが異なり移動体に動力を伝達しない凸部と、移
動体を振動体に所定の圧力で接触するように配置された
加圧手段とからなる構成とし、環境変化の影響を受け難
い安定性に優れた超音波モータを実現した。

【０００６】

【作用】上記のように構成された超音波モータのブロッ
ク図を図１および図２に示す。図１において、圧電素子
１０２は一方の平面に４の倍数でほぼ等間隔の電極パタ
ーン１０３ａ、１０３ｂが形成されている。圧力素子１
０２の隣接する２つずつの電極パターン１０３ａ、１０
３ｂを１組として組ごとに分極方向が交互に逆転してい
る。第１の結線手段１０４ａおよび第２の結線手段１０
４ｂは電極パターン１０３ａ、１０３ｂを各々ひとつお
きに２つのグループを形成するように短絡する。振動体
は、圧電素子の電極パターンが形成された平面と反対側
の平面に接合されるとともに、圧電素子と電気的な導通
を有する。圧電素子１０２を有する振動体１０１の一方
の表面上の、電極パターン１０３ａ、１０３ｂ境界付近
の１つおきの位置に、移動体１０８に動力を伝達するた
めの突起１０７が配設されている。各突起１０７の間に
移動体１０８に動力を伝達せずに振動状態を調整するた
めの凸部１００が配設されている。

【０００７】また、移動体１０８は加圧手段１０９によ
り、振動体１０１に突起１０７を介して所定の圧力で接
触するように配置されている。駆動回路１１３は、第１
の結線手段で短絡された電極パターン１０３ａに駆動信
号を出力する。

【０００８】また図２のブロック図においては、駆動回
路１１３は第２の結線手段で短絡された電極パターン１
０３ｂに駆動信号を出力し、超音波モータの回転方向は
図１の場合に対して逆方向になる。

【０００９】

【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。 （１）第１実施例 図３および図４は、本発明の超音波モータの振動体の第
１実施例の平面図および縦断面図である。

【００１０】円板形状の振動体１０１の平面に円板形状
の圧電素子１０２が接着、または薄膜形成手段等により
接合してある。本実施例では、圧電素子１０２は周方向
に８分割して１つおきに第１の電極パターン１０３ａお
よび第２の電極パターン１０３ｂを形成し、図に示され
るように分極処理（＋）および（−）が施してある。第
１の電極パターン１０３ａは分割パターンａ１、ａ２、
ａ３、ａ４から構成され、各分割パターンは第１の結線
手段１０４ａで短絡してある。第２の電極パターン１０
３ｂは分割パターンｂ１、ｂ２、ｂ３、ｂ４から構成さ
れ、各分割パターンは第２の結線手段１０４ｂで短絡し
てある。ここで、図中の（＋）、（−）は分極処理の方
向を表しており、圧電素子１０２の振動体１０１との接
合面側に対して正の電界、負の電界を印加して分極処理
したものである。振動体１０１は、圧電素子１０２の電
極パターン１０３ａ、１０３ｂが形成された平面と反対
側の平面に接合されるとともに、圧電素子１０２と電気
的な導通を有する。ただし、電気的な導通は振動体１０
１からとっても良いが、圧電素子１０２からとることも
できる。

【００１１】なお、圧電素子は上に記したように円板形
状のものに分割して電極パターンを形成したものの代わ
りに、複数の扇形圧電素子を振動体の平面に円板状に貼
り並べてもよい。振動体１０１の表面上の、電極パター
ン１０３ａ、１０３ｂ境界付近の１つおきの位置に動力
を伝達するための突起１０７を設けてある。さらに、突
起１０７が設けられている位置以外の電極パターン１０
３ａ、１０３ｂ境界付近の位置に突起１０７と同形状で
丈の短い突起１００が設けてある。

【００１２】また、図５は本発明の超音波モータの第一
実施例の縦断面図である。固定台２０１には中心軸２０
２が固定されている。圧電素子１０２が接着されている
振動体１０１は中心軸２０２によって固定台２０１と一
体となるように中心部近傍で固定支持されている。移動
体１０８は、中心軸２０２により回転案内されており、
図示していない外部に一端を固定支持された加圧ばね１
０９により振動体１０１に突起１０７を介して所定の圧
力で接触する。

【００１３】ここで、図６乃至図１０を用いて本発明の
超音波モータの動作原理について説明する。図示されて
いない駆動回路１１３により電極パターン１０３ａに駆
動信号を入力すると、図６および図７に示されるように
振動体１０１および圧電素子１０２には２つの縮退モー
ドである、モード１およびモード２の屈曲定在波が励振
される。ここで、図中の実線および破線はそれぞれ屈曲
定在波モード１およびモード２の周方向の節位置を表し
ている。

【００１４】突起１０７を図６及び図７に示す位置に配
置すると、図８に示すように、突起１０７は屈曲定在波
モード１の腹部に位置するとともに、屈曲定在波モード
２の節部に位置することとなる。そして、突起１０７の
先端部には、モード１による振動体１０１の表面に対し
垂直方向の変位とモード２による振動体１０１の平面に
対し水平方向の変位が生じる。

【００１５】このような変位をもつ突起１０７に、図示
していない加圧ばね１０９により移動体１０８を所定の
圧力で接触させると、突起１０７のもつ運動が移動体１
０８に摩擦を介して伝達され、移動体は一方方向に回転
する。しかしながら、図６乃至図８に示すように、突起
１０７は電極パターン１０３ａ、１０３ｂ境界付近の１
つおきの位置に設けられているため、屈曲定在波の波に
対して突起１０７の配置が片寄っているためバランスが
悪く、振動状態が不安定になる。そこで本発明では、図
１０に示すように波に関して突起１０７と対称な位置、
つまり突起１０７が配置された位置以外の電極パターン
１０３ａ、１０３ｂ境界付近の位置に、移動体１０８に
動力を伝達せずに振動状態を調整するために突起１０７
と同形状で丈の短い突起１００を設けることにより、振
動体１０１の振動状態の安定化を図っている。

【００１６】一方、図示していない駆動回路１１３から
出力される駆動信号を電極パターン１０３ｂに入力した
場合には、屈曲定在波モード１、モード２と突起１０７
の相対的位置関係は図９のようになり、移動体は先の場
合とは逆の方向に回転する。また、図１１に第１実施例
の圧電素子１０２の電極パターンを示す。

【００１７】本実施例では周方向に励振を所望する波数
の４倍の数の分割パターンを有するがため、各々１つお
きに結線する必要があった。しかし、リード線による結
線には全ての分割パターンに対して半田付けや溶接が必
要となり、また振動漏れや損失の増大にもつながり、製
造上の不具合をきたすことにもなる。そこで、圧電素子
１０２に８分割の電極パターンを蒸着、スパッタリン
グ、印刷等の薄膜形成手段で形成したのち図１１のよう
な分極処理を施し、その後に分割パターンの１つおきに
再度同様な薄膜手段により結線して、第１の電極パター
ン１０３ａおよび第２の電極パターン１０３ｂを形成し
ている。このように電極パターン１０３ａ、１０３ｂを
構成することにより、波数に関係なく駆動信号の印加に
必要なリード線は常に２本で済むことになる。

【００１８】（２）第２実施例 図１２および図１３は、本発明の超音波モータの振動体
の第２実施例の平面図および縦断面図である。円板形状
の振動体１０１の平面に円板形状の圧電素子１０２が接
着、または薄膜形成手段等により接合してある。圧電素
子１０２は周方向に８分割して１つおきに第１の電極パ
ターン１０３ａおよび第２の電極パターン１０３ｂを形
成した先の図１１に示したもの用いている。

【００１９】振動体１０１の表面上の、電極パターン１
０３ａ、１０３ｂ境界付近の１つおきの位置に動力を伝
達するための突起１０７を設けてある。さらに、突起１
０７の各間に、振動状態を調整するためのものであって
移動体１０８に動力を伝達しない、突起１０７より丈が
短い円弧状の突起１００が設けられいる。

【００２０】このように突起１０７の間に円弧状の突起
１００を配設することにより、周方向にわたり一様な円
環状凸部が構成でき、突起１０７のみが点在する振動体
１０１と比較して、より安定な振動状態が得られる。ま
た、従来の切削加工で振動体を製造する場合、このよう
な形状は非常に有効になる。

【００２１】（３）第３実施例 図１４および図１５は、本発明の超音波モータの振動体
の第３実施例の振動体の平面図および縦断面図である。
振動体１０１の表面上の、電極パターン１０３ａ、１０
３ｂ境界付近の１つおきの位置に動力を伝達するための
突起１０７を設けてある。さらに、突起１０７の各間
に、振動状態を調整するためのものであって移動体１０
８に動力を伝達しない、突起１０７より丈が短い突起１
００が３つずつ等間隔に設けられいる。

【００２２】また図１６は、本発明の超音波モータの振
動体の第３実施例の圧電素子の電極パターン図である。
圧電素子１０２は周方向に１２分割して１つおきに第１
の電極パターン１０３ａおよび第２の電極パターン１０
３ｂを形成しており、圧電素子の分割数は１２である
が、電極パターン１０３ａおよび電極パターン１０３ｂ
における結線方法は、第１実施例および第２実施例で用
いている分割数８の圧電素子と全く同じである。

【００２３】振動体に励振される所望の波数が多い場
合、動力伝達用の突起１０７の数が増すため、突起１０
７の各間に振動状態を調整するためのものであって移動
体１０８に動力を伝達しない、突起１０７より丈が短い
突起１００を複数設けることにより、第２実施例にある
帯状の突起１００を設けるのと同様に、振動体１０１の
表面上の周方向にわたり見かけ上の一様な円環状凸部が
形成されるとともに、その突起１００の数を突起１０７
の各間に奇数個とすれば、電極パターン１０３ａ、１０
３ｂの境界付近の全ての位置が突起１０７および突起１
００で埋まり振動体１０１に励振された波に対しても突
起配置のバランスは良くなり、さらに安定した振動状態
が得られる。従って、第３実施例では突起１０７の間に
振動状態調整用の突起１００を各々３つずつ設けている
が、３つでなくとも奇数個であればよく、その数は形状
加工の方法等も考慮に入れて選定することが望ましい。

【００２４】（４）第４実施例 図１７および図１８は、本発明の超音波モータの振動体
の第４実施例の振動体の平面図および縦断面図である。
振動体１０１の表面上の、電極パターン１０３ａ、１０
３ｂ境界付近の１つおきの位置に動力を伝達するための
突起１０７を設けてある。さらに、各突起１０７間にわ
たって、高さが突起１０７より低く周方向にわたりその
断面形状が均一な帯状凸部１００が設けられていて、振
動状態の調整に寄与し、移動体１０８に動力は伝達しな
い。

【００２５】圧電素子１０２の電極パターンは、第３実
施例で用いているものと全く同じである。第４実施例に
ある帯状凸部１００は、第１実施例ないし第３実施例に
ある凸部に対して形状が比較的単純であり、振動体１０
１の製造上非常に優位になる。

【００２６】（５）第５実施例 図１９は、本発明の超音波モータを用いた超音波モータ
駆動装置の第５実施例の縦断面図である。固定台２０１
には中心軸２０２が固定されている。振動体１０１には
圧電素子１０２が接着されており、中心軸２０２によっ
て固定台２０１と一体となるように中心部近傍で固定支
持されている。移動体１０８は、出力軸２０４と出力軸
からのトルクを伝達するための図示しない歯車や摩擦車
などの動力伝達手段を有する。

【００２７】移動体１０８は、加圧ばね１０９により振
動体１０１に所定の圧力で接触し、回転可能となってい
る。また、本実施例においては、第一の電極パターン１
０３ａならびに第二の電極パターン１０３ｂへの導通手
段としては、振動体１０１および圧電素子１０２の中心
部以外の節部近傍に設けた導通と支持を兼ねた弾性支持
部材２０３により行うようにしている。このようにする
ことにより、図９に示したような導通短絡パターンを用
いなくても各分割された電極パターンとの導通が実現で
きる。

【００２８】ここで、図示していない駆動回路１１３は
振動体１０１及び圧電素子１０２を半径方向に対して中
心部以外に一つの節部を有するような駆動信号を第１の
電極パターン１０３ａもしくは第２の電極パターン１０
３ｂに印加する。駆動信号の印加により振動体１０１に
屈曲振動波が生じ、回転運動を生じる。さらに、移動体
１０８に設けられた出力軸２０４と図示しない歯車など
の動力伝達手段２０５によりモータの出力が取り出され
る。

【００２９】（６）第６実施例 図２０は、本発明の超音波モータの第６実施例のブロッ
ク図を示したものである。振動体１０１、圧電素子１０
２、および振動体１０１の支持構造については先の実施
例に示したものを用いている。

【００３０】超音波モータの回転方向を設定するための
正逆転信号を発生するための正逆転信号発生手段１１０
からの正逆転信号により、第２の結線１０４ｂで短絡さ
れた第２の電極パターン１０３ｂから振動体１０１およ
び圧電素子１０２の励振情報を検出する。検出された励
振情報により発振駆動回路１０５において、位相調整な
らびに増幅処理を行うとともに、所望の振動モードで振
動体１０１および圧電素子１０２を励振させ易くするた
めのフィルタ処理を行い、第１の結線１０４ａで短絡さ
れた第１の電極パターン１０３ａに駆動信号を入力す
る。この駆動信号により振動体１０１および圧電素子１
０２に屈曲振動波を励振し、振動体１０１に設けた突起
１０７を介してコイルバネや板バネ等の加圧部材１０９
により、加圧接触するように配置された移動体１０８に
回転運動を発生させる。

【００３１】また、超音波モータの回転方向を切り換え
るためには、切換回路１０６により、第１の結線１０４
ａで短絡された第１の電極パターン１０３ａより励振情
報を検出し、第２の結線１０４ｂで短絡された第２の電
極パターン１０３ｂに駆動周波電圧を印加するように、
発振駆動回路１０５と第１の結線１０４ａおよび第２の
結線１０４ｂとの接続状態を変えればよい。

【００３２】さらに、検出回路１１１は移動体１０８の
回転情報を歯車などの動力伝達機構２０５から検出し、
検出回路１１１から出力される検出信号によりモータ制
御回路１１２は超音波モータの駆動状態を決定するため
に発振駆動回路１０５の動作を制御する。

【００３３】図２１に本実施例で用いている発振駆動回
路１０５の具体的な回路構成を示す。発振駆動回路１０
５は、第１の結線１０４ａで短絡された第１の電極パタ
ーン１０３ａより励振情報を検出する。インバータ２１
０と抵抗２１２は並列に接続されており、検出された信
号の反転増幅を行う。抵抗２１３とコンデンサ２１６は
積分回路を構成する。インバータ２１１と抵抗２１４は
並列に接続されており、信号の反転増幅を行う。抵抗２
１３、コンデンサ２１６、インバータ２１１および抵抗
２１４は、移相器を構成する。抵抗２１５は、信号の平
滑化処理を行う。

【００３４】発振駆動回路１０５は、移相調整ならびに
増幅処理を行う。平滑化処理を行った信号は、第２の結
線１０４ｂにより短絡された第２の電極パターン１０３
ｂに駆動信号を出力される。尚、必要に応じて図示して
いないフィルタ回路を組み込むことにより、所望の振動
モードで振動体１０１および圧電素子１０２を励振させ
易くするためのフィルタ処理を行うこともできる。

【００３５】また、本実施例ではインバータを用いて反
転増幅を行っているが、バッファあるいはコンパレータ
を用いて非反転増幅で同様の回路を構成してもよい。 （７）第７実施例 図２２は、本発明の超音波モータの第７実施例のブロッ
ク図を示したものである。振動体１０１、圧電素子１０
２、および振動体１０１の支持構造については第５実施
例に示したものを用いている。

【００３６】振動体１０１より振動体１０１及び圧電素
子１０２の励振情報を検出し、移相調整ならびに増幅処
理を行うとともに、第１の結線手段１０４ａで短絡され
た第１の電極パターン１０３ａまたは第２の結線手段１
０４ｂで短絡された第２の電極パターン１０３ｂのいず
れか一方の電極パターンに、振動体１０１および圧電素
子１０２を振動させる駆動信号を入力するための発振駆
動回路３００が設けられている。超音波モータの回転方
向を設定する正逆転信号を発生するための正逆転信号発
生回路１１０の出力に基づき、励振情報を検出するとと
もに発振駆動回路３００が発生する駆動信号を入力する
電極パターンを切り換えるための切換回路１０６が設け
られている。

【００３７】発振駆動回路３００が発生する駆動信号に
より、振動体１０１および圧電素子１０２に屈曲振動波
が励振され、振動体１０１に設けた突起１０７を介して
コイルバネや板バネ等の加圧部材１０９により、加圧接
触するように配置された移動体１０８に回転運動を発生
させる。

【００３８】さらに、検出回路１１１は移動体１０８の
回転情報を歯車などの動力伝達機構２０５から検出し、
検出回路１１１から出力される検出信号によりモータ制
御回路１１２は超音波モータの駆動状態を決定するため
に発振駆動回路３００の動作を制御する。

【００３９】図２３に本実施例で用いている発振駆動回
路３００の具体的な回路構成を示す。振動体１０１は、
圧電素子１０２の電極パターン１０３ａ、１０３ｂが形
成された平面と反対側の平面に接合されるとともに、圧
電素子１０２と電気的な導通を有する。発振駆動回路３
００は、振動体１０１より振動体１０１及び圧電素子１
０２の励振情報を検出し、移相調整ならびに増幅処理を
行うとともに、第１の結線手段１０４ａで短絡された第
１の電極パターン１０３ａまたは第２の結線手段１０４
ｂで短絡された第２の電極パターン１０３ｂのいずれか
一方の電極パターンに、振動体１０１および圧電素子１
０２を振動させる駆動信号を入力する。第１の結線１０
４ａで短絡された第１の電極パターン１０３ａもしくは
第２の結線１０４ｂで短絡された第２の電極パターン１
０３ｂのどちらか一方の電極パターンより振動体１０１
および圧電素子１０２の励振情報を交流電圧の信号とし
て検出するとともに反転増幅するためのインバータ２１
２は圧電素子１０２及び振動体１０１と並列に接続され
ている。さらに、インバータ２１２の動作点を安定化さ
せるためのものであってインバータ２１２と並列接続さ
れた抵抗２２１、ならびに回路内の位相調整を行うため
のものであってインバータ２１２の入力ならびに出力の
それぞれの端子に直列接続されたコンデンサ２２２およ
びコンデンサ２２３で発振駆動回路３００が構成されて
いる。

【００４０】また、インバータ２１２の出力端子とコン
デンサ２２２の間に高周波ゲインを低下させるための抵
抗２２０を挿入して異常発振を抑制することも可能であ
る。さらに、図２２中に示した正逆転信号発生回路１１
０から出力される正逆転信号に基づき、インバータ２１
２の出力端子と、第１の結線１０４ａで短絡された第１
の電極パターン１０３ａもしくは第２の結線１０４ｂで
短絡された第２の電極パターン１０３ｂのどちらか一方
の電極パターンとを結線するための切換スイッチ２２４
が切換回路１０６として設けられている。

【００４１】また、発振駆動回路３００内の位相調整を
するためのコンデンサ２２２、コンデンサ２２３ならび
に異常発振を抑制するための抵抗２２０の値を可変可能
な状態にしておき、移動体１０８の回転情報を検出する
ための検出回路１１１からの出力信号にもとづいて、モ
ータを安定に駆動するためのモータ制御回路１１２によ
り、コンデンサ２２２、コンデンサ２２３ならびに抵抗
２２０の少なくても１つを調整することで、より安定し
た駆動を達成することも可能である。ここで、移動体１
０８の回転情報のみならず、環境温度や駆動電圧などを
検出することで、モータ制御回路を介してコンデンサ２
２２、コンデンサ２２３ならびに抵抗２２０の少なくて
も１つを調整してもよい。

【００４２】（８）第８実施例 図２４は、本発明の超音波モータを用いた超音波モータ
付き電子機器の第８実施例のブロック図である。

【００４３】先の実施例に示した超音波モータを用い
て、超音波モータの移動体１０８と一体に動作する歯車
などの動力伝達機構２０５と、動力伝達機構２０５の動
作に基づいて動作する軸などの出力機構２０６とを設け
る構成とすることにより、超音波モータ付電子機器が実
現できる。

【００４４】動力伝達機構２０５としては、好ましく
は、歯車や摩擦車等の伝達車などを用いる。出力機構２
０６としては、好ましくは、電子時計及び計測機におい
ては指針を用い、カメラにおいてはオート・フォーカ等
のレンズ送り装置、工作機械においては刃具送り装置や
加工部材送り装置を用い、ロボットにおいてはアーム等
を用いる。

【００４５】本発明の超音波モータ付電子機器として
は、好ましくは、電子時計、計測機、カメラ、プリン
タ、印刷機、工作機械、ロボット、移動装置などが実現
できる。 （９）第９実施例 図２５は、本発明の超音波モータを用いた振動発生装置
の第９実施例の縦断面図である。

【００４６】図１９に示す本発明の第５実施例との相違
点は、出力軸２０４に代わって偏心おもり２０９を有す
る点である。移動体１０８は、偏心おもり２０９と一体
に回転する。外部から無線情報もしくは時刻情報等によ
り、所定の信号により、超音波モータの移動体１０８と
偏心おもり２０９が回転して、使用者に情報を振動で伝
える。

【００４７】（１０）第１０実施例 図２６は、本発明の超音波モータを用いたアナログ式電
子時計の第１０実施例の縦断面図を示したものである。
先の実施例に示した振動体１０１を案内ピン３０２に固
定し、この案内ピンを地板３０１に止めねじ３０３でね
じ止めする。移動体１０８は加圧ばね１０９により突起
１０７を介して振動体１０１に所定の圧力で接触される
とともに、案内ピン３０２の先端部３０２ａに案内され
て回転可能に組み込まれている。

【００４８】圧電素子１０２に接合された第１の結線手
段１０４ａもしくは第二の結線手段１０４ｂを介して、
図示しない源振の出力する基準信号により動作する時計
回路の出力信号を入力して動作するモータ駆動回路から
一定の周波電圧を圧電素子１０２に与えることにより、
振動体１０１は変形し、突起１０７の変形により移動体
１０８を一定の速度で回転させる。

【００４９】移動体１０８の外周部の移動体歯車１０８
ａが４番車３０４を回転させ、さらに３番車３０５、分
車３０６、図示しない日の裏車、そして筒車３０７を一
定の速度にて回転させる。圧電素子１０２に与える周波
電圧の周期と上記の各歯車の歯数を所定の値に定めれ
ば、筒車に取り付けた時針により時を、分車に取り付け
た分針に分を、４番車に取り付けた秒針により秒を表示
することができる。

【００５０】なお、時刻情報の表示は、上記のように複
数の輪列と指針により行うほかに、移動体１０８に直接
指針や指標を付けることによって行え、これは図２６の
文字板３０８のある側から見ることも、逆に加圧ばね１
０９のある側から見ることもできる。

【００５１】さらに、モータ制御回路によりモータ駆動
回路から圧電素子１０２に出力される駆動信号の調整を
行うことにより、秒針は毎秒ごとのステップ運針するこ
とも、連続運針することも可能となる。また、時刻表示
以外にも年月日などのカレンダ表示や、電池残量、環境
情報、ならびにからくり等の表示を行うことも可能であ
る。

【００５２】（１１）第１１実施例 図２７および図２８は、本発明の超音波モータの第１１
実施例の振動体の平面図および縦断面図である。本実施
例は、本発明の超音波モータの第１実施例の振動体を、
２枚の積層した圧電素子を用いて構成したものである。

【００５３】一方の平面にほぼ等間隔に４分割して、図
に示されるように方向が交互に逆転するように分極処理
を施し電極パターン１０３を構成した２枚の圧電素子１
０２ａ、１０２ｂを、一方の圧電素子１０２ａの電極パ
ターン１０３と他方の圧電素子１０２ｂの電極パターン
１０３を互いに半ピッチずらして積層し、振動体（１０
１）に接合してある。

【００５４】また、振動体（１０１）の一方の表面上に
は、圧電素子１０２ａもしくは圧電素子１０２ｂのいず
れか一方の電極パターン１０３境界付近の１つおきの位
置に、移動体１０８に動力を伝達するための突起１０７
が設けてあり、突起１０７が設けられている位置以外の
圧電素子１０２ａもしくは圧電素子１０２ｂのいずれか
一方の電極パターン１０３境界付近の位置に、突起１０
７と同形状で丈の短い突起１００が設けてあり、振動体
１０１の振動状態の安定化を図っている。

【００５５】

【発明の効果】本発明による超音波モータによれば、振
動体の表面の、圧電素子の分割パターン境界付近の１つ
おきの位置に、移動体に動力を伝達するための突起を配
設し、突起の各間に移動体に動力を伝達しない凸部を設
けることにより、振動体および圧電素子の振動状態を安
定なものにし、超音波モータ駆動時の環境変化に対する
安定化が図れる、という効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の超音波モータの代表的な構成の一例を
示すブロック図である。

【図２】本発明の超音波モータの代表的な構成の一例を
示すブロック図である。

【図３】本発明の超音波モータの第１実施例の振動体の
平面図である。

【図４】本発明の超音波モータの第１実施例の振動体の
縦断面図である。

【図５】本発明の超音波モータの第１実施例の縦断面図
である。

【図６】本発明の超音波モータの動作原理の説明図であ
る。

【図７】本発明の超音波モータの動作原理の説明図であ
る。

【図８】本発明の超音波モータの動作原理の説明図であ
る。

【図９】本発明の超音波モータの動作原理の説明図であ
る。

【図１０】本発明の超音波モータの動作原理の説明図で
ある。

【図１１】本発明の超音波モータの第１実施例の圧電素
子の電極パターン図である。

【図１２】本発明の超音波モータの第２実施例の振動体
の平面図である。

【図１３】本発明の超音波モータの第２実施例の振動体
の縦断面図である。

【図１４】本発明の超音波モータの第３実施例の振動体
の平面図である。

【図１５】本発明の超音波モータの第３実施例の振動体
の縦断面図である。

【図１６】本発明の超音波モータの第３実施例の圧電素
子の電極パターン図である。

【図１７】本発明の超音波モータの第４実施例の振動体
の平面図である。

【図１８】本発明の超音波モータの第４実施例の振動体
の縦断面図である。

【図１９】本発明の超音波モータ駆動装置の第５実施例
の縦断面図である。

【図２０】本発明の超音波モータの第６実施例のブロッ
ク図である。

【図２１】本発明の超音波モータの第６実施例の発振駆
動回路の回路図である。

【図２２】本発明の超音波モータの第７実施例のブロッ
ク図である。

【図２３】本発明の超音波モータの第７実施例の発振駆
動回路の回路図である。

【図２４】本発明の超音波モータ付き電子機器の第８実
施例のブロックである。

【図２５】本発明の超音波モータ付き振動発生装置の第
９実施例の縦断面図である。

【図２６】本発明の超音波モータ付きアナログ式電子時
計の第１０実施例の縦断面図である。

【図２７】本発明の超音波モータの第１１実施例の振動
体の平面図である。

【図２８】本発明の超音波モータの第１１実施例の振動
体の縦断面図である。

【図２９】従来の超音波モータの平面図である。

【図３０】従来の超音波モータの縦断面図である。

【符号の説明】

１００ 凸部 １０１ 振動体 １０２ 圧電素子 １０３ａ 第１の電極パターン １０３ｂ 第２の電極パターン １０４ａ 第１の結線手段 １０４ｂ 第２の結線手段 １０５ 発振駆動回路 １０６ 切換回路 １０７ 突起 １０８ 移動体 １０９ 加圧手段 １１０ 正逆転信号発生手段 １１１ 検出回路 １１２ モータ制御回路 １１３ 駆動回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鈴木 美奈子 東京都江東区亀戸６丁目31番１号 セイ コー電子工業株式会社内 (72)発明者 飯野 朗弘 東京都江東区亀戸６丁目31番１号 セイ コー電子工業株式会社内 (56)参考文献 特開 昭63−69472（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−250679（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−287281（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−58770（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−276769（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H02N 2/00

Claims (17)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧電素子（１０２）を有する振動体（１
   ０１）と，圧電素子（１０２）の伸縮運動により振動体
   （１０１）に発生する振動波により、移動体（１０８）
   を摩擦駆動する超音波モータにおいて、 一方の平面に４の倍数でほぼ等間隔の電極パターン（１
   ０３ａ、１０３ｂ）を形成するとともに、隣接する２つ
   ずつの電極パターン（１０３ａ、１０３ｂ）を１組とし
   て組ごとに分極方向が交互に逆転しているように構成さ
   れた圧電素子（１０２）と、 電極パターン（１０３ａ、１０３ｂ）を各々１つおきに
   ２つのグループを形成するように短絡する第１の結線手
   段（１０４ａ）および第２の結線手段（１０４ｂ）と、 圧電素子（１０２）の電極パターン（１０３ａ、１０３
   ｂ）が形成された平面と反対側の平面に接合されるとと
   もに、圧電素子（１０２）と電気的な導通を有する振動
   体（１０１）と、 振動体（１０１）の一方の表面上の、電極パターン（１
   ０３ａ、１０３ｂ）境界付近の１つおきの位置に、移動
   体（１０８）に動力を伝達するために配設された突起
   （１０７）と、 各突起（１０７）の間に配設されるとともに振動体（１
   ０１）の振動状態を調整するための、突起（１０７）と
   高さが異なり移動体（１０８）に動力を伝達しない凸部
   （１００）と、 振動体（１０１）に突起（１０７）を介して接触するよ
   うに配置された移動体（１０８）と、 移動体（１０８）を振動体（１０１）に所定の圧力で接
   触するように配置された加圧手段（１０９）と、を有す
   ることを特徴とする超音波モータ。
2. 【請求項２】 請求項１記載の超音波モータにおいて、 凸部（１００）が、移動体（１０８）に動力を伝達する
   ために配設された突起（１０７）と同形状で丈が短い突
   起である超音波モータ。
3. 【請求項３】 請求項１あるいは請求項２のどちらか１
   項に記載の超音波モータにおいて、 凸部（１００）が、移動体（１０８）に動力を伝達する
   ための突起（１０７）が配設された位置以外の電極パタ
   ーン（１０３ａ、１０３ｂ）境界付近のすべての位置に
   配設されている超音波モータ。
4. 【請求項４】 請求項１ないし請求項３のいずれか１項
   に記載の超音波モータにおいて、 凸部（１００）が、移動体（１０１）に動力を伝達する
   ために配設された各突起（１０７）間に等間隔で奇数個
   配設されている超音波モータ。
5. 【請求項５】 請求項１記載の超音波モータにおいて、 凸部（１００）が、各突起（１０７）間にわたって高さ
   が均一の帯状凸部である超音波モータ。
6. 【請求項６】 請求項１ないし請求項５のいずれか１項
   記載の超音波モータにおいて、 固定台（２０１）と、 固定台（２０１）に固定された中心軸（２０２）と、 中心軸（２０２）によって固定台（２０１）と一体とな
   るように中心部近傍で固定支持された円板形状の弾性部
   材からなる振動体（１０１）と、 振動体（１０１）及び圧電素子（１０２）を振動させる
   駆動信号を入力するための駆動回路（１１３）と、を有
   することを特徴とする超音波モータ。
7. 【請求項７】 請求項１ないし請求項６のいずれか１項
   に記載の超音波モータにおいて、 第１の結線手段（１０４ａ）で短絡された第１の電極パ
   ターン（１０３ａ）または第２の結線手段（１０４ｂ）
   で短絡された第２の電極パターン（１０３ｂ）のいずれ
   か一方の電極パターンより励振情報を検出し、位相調整
   ならびに増幅処理を行うと共に、第１の結線手段（１０
   ４ａ）で短絡された第１の電極パターン（１０３ａ）ま
   たは第２の結線手段（１０４ｂ）で短絡された第２の電
   極パターン（１０３ｂ）の他方の電極パターンに駆動信
   号を入力するための発振駆動回路（１０５）を有する超
   音波モータ。
8. 【請求項８】 請求項１ないし請求項６のいずれか１項
   に記載の超音波モータにおいて、 第１の結線手段（１０４ａ）で短絡された第１の電極パ
   ターン（１０３ａ）より励振情報を検出し、位相調整な
   らびに増幅処理を行うと共に、第２の結線手段（１０４
   ｂ）で短絡された第２の電極パターン（１０３ｂ）に駆
   動信号を入力するための発振駆動回路（１０５）と、 超音波モータの回転方向を設定するための正逆転信号を
   発生するための正逆転信号発生手段（１１０）と、 正逆転信号発生手段（１１０）の正逆転信号により第１
   の結線手段（１０４ａ）で短絡された第１の電極パター
   ン（１０３ａ）と第２の結線手段（１０４ｂ）で短絡さ
   れた第２の電極パターン（１０３ｂ）のそれぞれに対
   し、駆動周波電圧を印加するか、もしくは励振情報を検
   出するかを切り換えるための切換回路（１０６）と、を
   有する超音波モータ。
9. 【請求項９】 請求項１ないし請求項６のいずれか１項
   に記載の超音波モータにおいて、 振動体（１０１）より振動体（１０１）及び圧電素子
   （１０２）の励振情報を検出し、移相調整ならびに増幅
   処理を行うとともに、第１の結線手段（１０４ａ）で短
   絡された第１の電極パターン（１０３ａ）または第２の
   結線手段（１０４ｂ）で短絡された第２の電極パターン
   （１０３ｂ）のいずれか一方の電極パターンに、振動体
   （１０１）および圧電素子（１０２）を振動させる駆動
   信号を入力するための発振駆動回路（３００）を有する
   超音波モータ。
10. 【請求項１０】 請求項１ないし請求項６のいずれか１
    項に記載の超音波モータにおいて、 振動体（１０１）から検出される振動体（１０１）およ
    び圧電素子（１０２）の励振情報である電気信号を反転
    増幅し、出力端子が第１の結線手段（１０４ａ）で短絡
    された第１の電極パターン（１０３ａ）または第２の結
    線手段（１０４ｂ）で短絡された第２の電極パターン
    （１０３ｂ）のいずれか一方の電極パターンと並列に接
    続されているインバータ（２１２）と、 インバータ（２１２）の動作点を安定させるためのもの
    であってインバータ（２１２）と並列接続された帰還抵
    抗（２２１）と、 回路内の位相を調整するためのものであってインバータ
    （２１２）の入力ならびに出力のそれぞれの端子に直列
    接続したコンデンサ（２２２，２２３）と、から構成さ
    れた、振動体（１０１）および圧電素子（１０２）を振
    動させる駆動信号を発生させるための発振駆動回路（３
    ００）を有する超音波モータ。
11. 【請求項１１】 請求項９または請求項１０のいずれか
    １項に記載の超音波モータにおいて、 振動体（１０１）より振動体（１０１）及び圧電素子
    （１０２）の励振情報を検出し、移相調整ならびに増幅
    処理を行うとともに、第１の結線手段（１０４ａ）で短
    絡された第１の電極パターン（１０３ａ）または第２の
    結線手段（１０４ｂ）で短絡された第２の電極パターン
    （１０３ｂ）のいずれか一方の電極パターンに、振動体
    （１０１）および圧電素子（１０２）を振動させる駆動
    信号を入力するための発振駆動回路（３００）と、 超音波モータの回転方向を設定するための正逆転信号を
    発生するための正逆転信号発生手段（１１０）と、 正逆転信号発生手段（１１０）の正逆転信号により、発
    振駆動回路（３００）からの出力される駆動信号を入力
    する電極パターンを切り換えるための切換回路（１０
    ６）と、を有する超音波モータ。
12. 【請求項１２】 請求項１ないし請求項１１のいづれか
    １項に記載の超音波モータにおいて、 移動体（１０８）の回転情報を検出するための検出手段
    （１１１）と、 検出手段（１１１）の検出信号により超音波モータの駆
    動状態を決定するために発振駆動回路（１０５）の動作
    を制御するためのモータ制御回路（１１２）とを有する
    超音波モータ。
13. 【請求項１３】 圧電素子（１０２）を有する振動体
    （１０１）と、圧電素子（１０２）の伸縮運動により振
    動体（１０１）に発生する振動波により、移動体（１０
    ８）を摩擦駆動する超音波モータにおいて、 一方の平面に２の倍数でほぼ等間隔に分割された電極パ
    ターン（１０３）を形成した複数の圧電素子（１０２
    ａ、１０２ｂ）と、 圧電素子（１０２ａ、１０２ｂ）の電極パターン（１０
    ３）を短絡させる結線手段（１０４）と、 一方の圧電素子（１０２ａ）の電極パターン（１０３）
    と他方の圧電素子（１０２ｂ）の電極パターン（１０
    ３）を互いに半ピッチずらすように接合された振動体
    （１０１）と、 固定台（２０１）と、 振動体を中心部近傍で固定台と一体となるように固定支
    持するための、固定台（２０１）に固定された中心軸
    （２０２）と、 振動体（１０１）の一方の表面上の、圧電素子（１０２
    ａ）もしくは圧電素子（１０２ｂ）のいずれか一方の電
    極パターン（１０３ａ、１０３ｂ）境界付近の１つおき
    の位置に、移動体（１０８）に動力を伝達するために配
    設された突起（１０７）と、 各突起（１０７）の間に配設されるとともに振動体（１
    ０１）の振動状態を調整するための、突起（１０７）と
    高さが異なり移動体（１０８）に動力を伝達しない凸部
    （１００）と、 振動体（１０１）に突起（１０７）を介して接触するよ
    うに配置された移動体（１０８）と、 移動体（１０８）を振動体（１０１）に所定の圧力で接
    触するように配置された加圧手段（１０９）と、 振動体（１０１）及び圧電素子（１０２）を半径方向に
    対して中心部以外に１つの節部を有するように振動させ
    る駆動信号を入力するための駆動回路（１１３）と、を
    有することを特徴とする超音波モータ。
14. 【請求項１４】 請求項１ないし請求項１３のいづれか
    １項に記載の超音波モータを有し、移動体（１０８）に
    取り付けた出力軸（２０４）と、出力軸（２０４）から
    の出力トルクを伝達するための動力伝達手段（２０５）
    とを有する超音波モータ駆動装置。
15. 【請求項１５】 請求項１４記載の超音波モータ駆動装
    置において、 動力伝達手段（２０５）の回転情報を検出するための検
    出手段（１１１）と、 検出手段（１１１）の検出信号により超音波モータの駆
    動状態を決定するために駆動回路（１１３）もしくは発
    振駆動回路（１０５、３００）の動作を制御するための
    モータ制御回路（１１２）とを有することを特徴とする
    超音波モータ駆動装置。
16. 【請求項１６】 請求項１ないし請求項１３のいずれか
    １項に記載の超音波モータを有し、移動体（１０８）と
    一体に動作する動力伝達手段（２０５）と、動力伝達手
    段（２０５）の動作に基づいて動作する出力手段（２０
    ６）とを有することを特徴とする超音波モータ付電子機
    器。
17. 【請求項１７】 電源と、 基準信号を出力する源振と、 源振の出力する基準信号を入力して所定の時刻信号を出
    力する時計回路と、 時計回路の出力する出力信号を入力して超音波モータの
    動作のための駆動信号を出力するモータ駆動回路と、 モータ駆動回路の出力する駆動信号を入力して動作する
    請求項１ないし請求項１３のいずれか１項に記載の超音
    波モータと、 超音波モータの動作により所定の情報を表示する表示手
    段と、を有することを特徴とする超音波モータを用いた
    アナログ式電子時計。