JP3297195B2 - 超音波モータ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、圧電素子の振動によっ
てロータ部の回転駆動を行う超音波モータに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、ボルト締めランジュバン型の
超音波モータが周知であり、例えば特開昭６１−４９６
７０号公報に開示された片持ち梁状捩り超音波振動子を
用いた圧電モータや、特開昭６３−２１７９８４号公報
に開示された超音波モータ等が知られている。

【０００３】図１１は、従来のボルト締めランジュバン
型超音波モータの一例を示す図である。同図に示す超音
波モータは、２個の圧電素子１００，１０２の両端に長
さの異なる金属ブロック体１０４，１０６が配置され、
両ブロック体１０４，１０６は、その中心においてボル
ト１０８により圧電素子１００，１０２を締めつけるよ
うに固定されている。

【０００４】この超音波モータは、交流電源１１０から
圧電素子１００，１０２に高周波交流電圧を印加する
と、圧電素子１００，１０２の厚み方向への振動により
縦振動が生じるとともに、ボルト１０８の捩りにより捩
り振動が生じ、ブロック体１０４，１０６の端面には縦
振動と捩り振動を合成した楕円振動が発生することにな
り、この楕円振動により回転駆動力を得ることができ
る。

【０００５】上述したブロック体１０６の端面には、円
板１１２がバネ１１４によりブロック体１０６側へ付勢
されて配設されており、円板１１２の回転軸１１６が軸
受１１８にて支持されている。したがって、円板１１２
をブロック体１０６の端面に接触することにより、合成
振動により得られる回転力は円板１１２に伝達され、回
転軸１１６から回転出力を取り出すことができるという
ものである。

【０００６】ところで、上述したボルト締めランジュバ
ン型の超音波モータは、ボルトの締め付けによって生じ
る捩り振動を利用して楕円振動を発生させるものである
が、ボルトの締め付けを利用しないで直接楕円振動を発
生させる超音波モータも従来から知られている。例え
ば、特開平１−３１８５３５号公報に開示された超音波
モータが知られており、この超音波モータは、縦振動と
捩り振動とを発生する圧電素子によって、ステータに直
接これらの振動を発生させることができるというもので
ある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した従
来の超音波モータにおいては、ステータ部に生じる縦振
動や捩り振動の状態に応じて、圧電素子の位置や圧電素
子を挟み込むブロック体の寸法や締め付け圧が決定され
ており、これによりステータ部のロータ接触面に大きな
楕円振動を生じさせてロータ部を効率良く回転駆動する
ようになっている。

【０００８】ところが、上述したロータ部は、一方の端
面をステータ部のロータ接触面に加圧接触させるため
に、図１１に示すように他方の端面側からバネにより直
接、あるいは軸受けを介して間接的に押圧しており、こ
の押圧部分において振動を抑制することになる。したが
って、ロータ接触面に生じる楕円振動が抑制され、モー
タの回転効率および出力を低下させるという問題があっ
た。また、上述した押圧部分において振動を抑制すると
いうことは、この押圧部分から図示しないモータハウジ
ング側に振動が伝わることにもなるため、モータ全体の
振動や回転駆動音を増加させることにもなる。

【０００９】本発明は、このような点に鑑みて創作され
たものであり、ロータ接触面上に発生した楕円振動を有
効に使用することにより回転効率および出力を向上さ
せ、しかも振動や回転音を低減することができる超音波
モータを提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
ために、請求項１の超音波モータは、ステータ部および
ロータ部を有し、前記ステータ部のロータ接触面に生じ
た楕円振動により前記ロータ部の回転を行う超音波モー
タにおいて、前記ステータ部は、縦振動と捩り振動とに
よりロータ接触面上に楕円振動が生じるとともに、この
ロータ接触面が前記捩り振動のほぼ腹の位置に設けられ
ており、前記ロータ部は、前記ロータ接触面に加圧接触
されたときに、前記ロータ接触面に相対向する前記ロー
タ部のステータ接触面と反対側の端面が前記捩り振動の
ほぼ節の位置となるように高さが設定されていることを
特徴とする。

【００１１】請求項２の超音波モータは、請求項１の超
音波モータにおいて、前記ステータ部は、直接あるいは
間接的にほぼ共振状態にある縦振動と捩り振動を発生す
る圧電素子と、前記圧電素子に対して交流電圧の印加を
行う電極と、前記圧電素子と前記電極とを挟持するよう
にそれらの両側に取り付けられており、一方の端面であ
る前記ロータ接触面を前記捩り振動の腹の位置にほぼ一
致させた少なくとも２つのブロック体とを備えており、
前記ロータ部は、前記捩り振動の１／４波長相当の奇数
倍にほぼ等しい高さを有することを特徴とする。

【００１２】請求項３の超音波モータは、請求項２の超
音波モータにおいて、前記圧電素子は、前記ロータ部の
回転軸方向に分極されて縦振動を発生するものであり、
前記ブロック体の少なくとも一つは、前記縦振動の節を
含む位置に前記回転軸に対して傾斜した１本以上のスリ
ット溝が設けられていることを特徴とする。

【００１３】請求項４の超音波モータは、請求項３の超
音波モータにおいて、前記スリット溝が形成された前記
ブロック体は、さらに前記スリット溝が端部に形成され
た第１の分割ブロック体と、前記スリット溝を有しない
第２の分割ブロック体とに分割されて構成されており、
これら第１および第２の分割ブロック体を組み付けたと
きに、前記縦振動の節を含む位置に前記スリット溝が形
成されることを特徴とする。

【００１４】

【作用】請求項１の超音波モータは、ステータ部のロー
タ接触面が捩り振動のほぼ腹の位置になるように設定さ
れており、縦振動と捩り振動の合成により大きな楕円振
動が発生するようになっている。また、ロータ部は、ス
テータ部に加圧接触して振動させたときに、ロータ接触
面に相対向するステータ接触面と反対側の面が捩り振動
の節の位置近傍になるように高さが設定されており、こ
の反対側の面をバネ等により直接あるいは間接的に押圧
して拘束した場合であっても捩り振動の減衰がほとんど
なく、ロータ接触面上に発生する楕円振動が最大とな
る。

【００１５】請求項１の発明によれば、モータハウジン
グ等にロータ部を取り付けることによって捩り振動の減
衰、すなわち楕円振動の減衰が生じないため、回転効率
および出力を向上させるとともに振動や回転音を低減す
ることができる。

【００１６】また、請求項２の超音波モータは、具体的
に上述したステータ部を圧電素子と電極とブロック体と
により構成して、この圧電素子によってほぼ共振周波数
の捩り振動をロータ接触面がこの振動の節となるように
ステータ部に生じさせるとともに、ロータ部の高さをこ
の捩り振動の１／４波長相当あるいはその奇数倍にほぼ
等しくなるように設定している。すなわち、ステータ部
が共振したときにロータ接触面上に最大の捩り振動が現
れ、さらにステータ接触面と反対側のロータ部端面の振
動が最小となる。換言すれば、このような設定を行うこ
とにより、自動的にロータ部のステータ接触面と反対の
面が捩り振動の節の位置となり、この面における捩り振
動およびこの面を拘束したときの捩り振動の減衰が最小
となる。このため、ロータ部を取り付けた際に捩り振動
の減衰が最小限に抑えられ、上述した回転効率と出力の
向上および振動や騒音の低減が可能となる。

【００１７】また、請求項３の超音波モータは、圧電素
子によって縦振動を発生させるとともに、回転軸に対し
て傾斜したスリット溝（斜めスリット溝）によってこの
縦振動を捩り振動に変換することにより、上述した捩り
振動を効率良く発生している。

【００１８】すなわち、縦振動の節を含む位置に形成さ
れた斜めスリット溝が縦振動する場合には、この節を境
にして伸縮する方向が反対となる。したがって、伸縮し
たときのスリット溝の傾斜角が振動状態に応じて変化す
ることになり、結果的に斜めスリット溝部分において捩
り振動が発生する。特に、この捩り振動はボルトの締め
付けを利用して発生させているわけではないため、ボル
トのピッチや締め付け加重あるいは各種寸法精度を厳し
く管理する必要がないため、容易に効率よい捩り振動の
発生が可能となる。

【００１９】また、請求項４の超音波モータは、上述し
たスリット溝が形成されたブロック体をさらに第１の分
割ブロック体と第２の分割ブロック体とに分割してお
り、その端部にスリット溝を形成している。したがっ
て、ブロック体の端部を切削加工するだけで上述したス
リット溝を形成することができ、製造が容易となる。

【００２０】

【実施例】次に、図面に基づいて本発明の一実施例につ
いて詳細に説明する。

【００２１】図１は、本発明を適用した一実施例の超音
波モータの全体構造を示す図であり、モータハウジング
や軸受け部分を除いた内部構造が示されている。

【００２２】同図に示す本実施例の超音波モータは、一
方向に回転駆動されるロータ部１０と、このロータ部１
０を一方の端面であるロータ接触面１２に発生する楕円
振動によって回転駆動するステータ部２０とを含んで構
成される。

【００２３】ロータ部１０は、ロータ接触面１２に一定
の圧力で接触するステータ接触面１３を有する円板１４
と、この円板１４の回転中心に取り付けられた回転出力
軸１６とを含んでいる。したがって、ステータ部２０の
ロータ接触面１２に楕円振動が発生すると、ロータ部１
０の円板１４はこの円板１４と一体的に形成された回転
出力軸１６を中心とし、この回転出力軸とともに一方向
に回転駆動される。

【００２４】上述した円板１４は、回転軸方向に所定の
厚み、すなわち所定の高さｈを有している。この高さｈ
は、ステータ部２０に生じる捩り振動の１／４波長相当
にほぼ等しく設定されており、この根拠については後述
する。

【００２５】また、ステータ部２０は、例えばセラミッ
クス等の圧電体を用いてリング状に形成された圧電素子
２２，２４と、一方の圧電素子２４の両側に全面で接触
するように配置された電極板２６，２８と、これら圧電
素子２２，電極板２６，圧電素子２４，電極板２８を両
側から挟持するように配置された第１の金属ブロック体
３０，第２の金属ブロック体３２，第３の金属ブロック
体３４と、両端に位置する第１の金属ブロック体３０お
よび第３の金属ブロック体３４を締め付け固定するため
の結合ボルト３６とを含んでいる。

【００２６】また、第３の金属ブロック体３４の一方の
端面は上述したロータ接触面１２となるが、他方の端面
は第２の金属ブロック３２と接しており、この他方の端
面に端部が一致するように複数の斜めスリット溝３８が
形成されている。したがって、ステータ部２０を組み立
てた後は、第２の金属ブロック体３２と第３の金属ブロ
ック体３４とが一体となり、そのほぼ中央部近傍に複数
の斜めスリット溝３８が形成されることになる。

【００２７】なお、上述した圧電素子２２，２４は、分
極の際に電極として使用した、例えば銀，ニッケル面を
分極終了後に研磨して除去したものを用いるものとす
る。

【００２８】図２は、ステータ部２０を組み立てた状態
を示す斜視図である。同図に示すように、組み立てられ
たステータ部２０は、第３の金属ブロック体３４，第２
の金属ブロック体３２，圧電素子２２，電極板２６，圧
電素子２４，電極板２８，第１の金属ブロック体３０が
連結されて一体化した構造を有しており、一方の電極板
２６からは外部接続端子４０が、他方の電極板２８から
は外部接続端子４２がそれぞれ突出した形となってい
る。

【００２９】２つの外部接続端子４０，４２は、圧電素
子２４に対して一定周波数の高周波交流電圧を印加する
ためのものである。また、他方の圧電素子２２に対して
は、外部接続端子４２に図１に示す結合ボルト３６を介
して電機的に接続された第２の金属ブロック体３２の端
面が電極板として作用するため、この第２の金属ブロッ
ク体３２と外部接続端子４０とによって一定周波数の高
周波交流電圧が印加される。

【００３０】図３は、ステータ部２０の詳細構造および
組み付け状態を示す分解斜視図である。

【００３１】上述した第１の金属ブロック体３０および
第３の金属ブロック体３４のそれぞれの中心にはネジ孔
が形成されており、結合ボルト３６に形成された雄ネジ
溝が螺合するようになっている。また、第２の金属ブロ
ック体３２の中心には、結合ボルト３６の外形にほぼ等
しい内径を有するボルト挿通孔３２ａが形成されてい
る。圧電素子２２，電極板２６，圧電素子２４，電極板
２８のそれぞれには、結合ボルト３６の外形よりも大き
な内径を有するボルト挿通孔２２ａ，２６ａ，２４ａ，
２８ａが形成されている。これらのボルト挿通孔２２
ａ，２６ａ，２４ａ，２８ａの内径は、圧電素子２２，
電極板２６，圧電素子２４，電極板２８を組み立てる際
に結合ボルト３６の外側に挿通される絶縁性のカラー４
４の外形とほぼ一致するように形成されている。

【００３２】ステータ部２０の組み立ては、まず第１の
金属ブロック体３０に結合ボルト３６の一方端を螺合し
て取り付けた後、カラー４４を挿通し、その後このカラ
ー４４の外周側に電極板２８，圧電素子２４，電極板２
６，圧電素子２２のそれぞれを順に挿通する。次に、第
２の金属ブロック体３２を結合ボルト３６に挿通し、最
後に第３の金属ブロック体３４を結合ボルト３６の他方
端に螺合させることにより、第１および第３の金属ブロ
ック体３０，３４によってそれ以外の部材を締め付け固
定する。

【００３３】なお、本実施例は、この連結固定に際し、
各部材の積層面の固定に接着剤を用いていないため、共
振周波数のモータ毎のばらつきや、Ｑ値の低下を防ぐこ
とができ、これにより超音波モータの性能および信頼性
の向上を図ることができる。

【００３４】また、圧電素子２２，２４は、図３に示す
ように分極方向が異なるように配置されており、同一極
性の高周波交流電圧を印加して場合に一方が伸びるとき
は他方が縮むことになる。ところが、電極板２６を共通
にして逆極性の高周波交流電圧を印加しているため、一
方の圧電素子２２が伸びる場合には他方の圧電素子２４
も伸び、一方の圧電素子２２が縮む場合には他方の圧電
素子２４も縮むことになる。これにより、ステータ部２
０全体としての縦方向（結合ボルト３６の長手方向）の
振幅値を大きくすることができる。

【００３５】図４は、ステータ部２０の第３の金属ブロ
ック体３４に形成された斜めスリット溝３８の詳細を示
す図である。同図（ａ）は第３の金属ブロック体３４を
側面から見た図を示しており、複数の斜めスリット溝３
８が、第３の金属ブロック体３４の下側端面に部分的に
接するように配置された状態が示されている。これらの
斜めスリット溝３８は、第３の金属ブロック体３４の下
側あるいは横方向から切削することにより形成すること
ができるため、その形成は比較的容易に行うことができ
る。なお、多少切削しにくくなるものの、第２および第
３の金属ブロック体３２，３４を１つの金属ブロック体
で形成し、その中間付近に横方向から刃を入れることに
より斜めスリット溝３８を形成するようにしてもよい。

【００３６】また、同図（ｂ）は第３の金属ブロック体
３４を下側から見た図を示しており、一例として金属ブ
ロック体３４に１２個の斜めスリット溝３８が形成され
た状態が示されている。

【００３７】図５は、ロータ部１０の円板１４の高さｈ
と、斜めスリット溝３８の縦方向（ロータ部１０の回転
方向）の位置を説明するための図である。

【００３８】同図（ａ）に示すように、斜めスリット溝
３８はその中心が同図（ｂ）に示す縦振動の節の位置に
一致するように形成する。同図（ｂ）は縦振動の節およ
び腹の位置を示しており、図中およびが節の位置
を、およびステータ部２０の両端面が腹の位置にそれ
ぞれ対応している。そして、縦振動の一方の節が斜め
スリット溝３８のほぼ中心に、縦振動の他方の節が圧
電素子２２，２４に対応するようにそれぞれなってい
る。

【００３９】このように、斜めスリット溝３８の中心を
縦振動の節の位置に一致させることにより、斜めスリッ
ト溝３８はその中心を境として異なる方向に伸び縮みす
ることになる。しかも、斜めスリット溝３８の傾斜方向
と縦振動の振動方向とは異なっているため、このような
伸び縮みが生じると、中心部を回転中心として一定の角
度範囲で回転する方向に歪む現象が生ずる。これによ
り、第３の金属ブロック体３４の斜めスリット溝３８部
分には捩り方向の振動が発生し、この振動が他の金属ブ
ロック体３０，３２にも伝搬するため、ステータ部２０
の全体に捩り振動が生じることになる。したがって、圧
電素子２２，２４により直接発生させた縦振動と、斜め
スリット溝３８の作用により間接的に発生した捩り振動
とが合成され、ロータ接触面１２上には一定方向の楕円
振動が生じ、この楕円振動によってロータ部１０が一方
向に回転駆動される。

【００４０】図５（ｃ）は、ステータ部２０に発生する
捩り振動の概略を示しており、この捩り振動を共振周波
数で発生するように圧電素子２２，２４に印加する高周
波交流電圧の周波数を決定することが望ましい（縦振動
も同様）。ところが、一般には縦弾性係数および横弾性
係数等の違いにより共振周波数も異なってくる。したが
って、ある共振周波数によって同一次数の縦振動と捩り
振動が発生することはなく、ある共振周波数によって圧
電素子２２，２４を振動させたときに異なる共振次数の
縦振動と捩り振動が生じるようにこの高周波交流電圧の
周波数を設定しなければならない。

【００４１】例えば、３つの金属ブロック体３０，３
２，３４をアルミニウムで形成するとともに、ステータ
部２０の長さＬが９０ｍｍ（圧電素子２２，２４の長さ
もアルミニウムに換算するものとする）とした場合の縦
振動の一次共振周波数ｆ01，二次共振周波数ｆ02のそれ
ぞれを計算すると、

【数１】 また、捩り振動の一次共振周波数ｆ11，二次共振周波数
ｆ12，三次共振周波数ｆ13のそれぞれを計算すると、

【数２】 ここで、ｖ0 ，ｖ1 のそれぞれは金属ブロック体３０等
の縦方向および横方向の振動の伝搬速度であり、それぞ
れ５１００ｍ／ｓ，３０００ｍ／ｓとして計算した。

【００４２】このように、共振周波数は縦振動と捩り振
動とで異なる値となるが、例えば縦振動の二次の共振周
波数と捩り振動の三次の共振周波数とはそれぞれ５６ｋ
Ｈｚおよび５１ｋＨｚとなり、比較的近くなる。したが
って、同一の周波数で縦振動および捩り振動ともに共振
を生じさせるようにするには、上述した超音波モータで
は高周波交流電圧の周波数として例えば５０ｋＨｚを用
いればよい。

【００４３】また、ロータ部１０の円板１４は、ステー
タ部２０に生じた捩り振動の１／４波長に相当する高さ
（円板１４の高さをｈ、捩り振動の波長をＬとするとｈ
＝Ｌ／４）に設定されている。したがって、円板１４の
ステータ接触面１３をステータ部２０のロータ接触面１
２に加圧接触して振動させた場合の超音波モータ全体の
捩り振動の状態は図５（ｃ）に示す状態、すなわち、円
板１４の他方の端面（ステータ接触面１３と反対の端
面）が同図（ｃ）に示す捩り振動の節にほぼ一致する
ようになり、ステータ接触面１３と反対側の円板１４の
端面にはほとんど捩り振動が現れないことになる。この
ため、この端面をバネ等で直接あるいは間接的に加圧し
ても捩り振動を妨げることがなく、ロータ接触面１２上
に発生する楕円振動を最大とすることができる。

【００４４】なお、ステータ部２０の各金属ブロック体
３０，３２，３４とロータ部１０の円板１４が同一材料
で形成されている場合には、上述したように捩り振動の
１／４波長をそのまま円板１４の高さとすることができ
るが、材質が異なる場合には円板１４の材質に換算した
場合の捩り振動の波長を求め、さらにこの１／４波長を
求めて円板１４の高さとすればよい。

【００４５】このように、本実施例の超音波モータによ
れば、ステータ部２０に発生する縦振動と捩り振動をと
もに共振させてロータ接触面１２に発生する楕円振動を
最大にするとともに、ロータ部１０の円板１４の高さを
捩り振動の１／４波長相当にほぼ等しくなるように設定
することにより、この円板１４を回転可能に取り付ける
際の捩り振動の減衰を最小限に抑えることができ、モー
タ回転効率および出力を向上させることができる。ま
た、このようにして外部に伝わる振動が最小限になるた
め、モータハウジング等の振動やこれにより発生するモ
ータ回転音を低減することもできる。

【００４６】図６は、円板１４の高さと捩り振幅の関係
を示す図であり、実際に円板１４の高さを変化させた場
合の円板１４の端面（ステータ接触面１３と反対側）の
捩り振動の大きさが示されている。

【００４７】同図に示すように、円板１４の端面に現れ
る捩り振動の振幅値が最小となるのは、円板１４の高さ
ｈと捩り振動の波長λとの関係が、 ｈ＝λ／４ のときであり、反対にこの条件を満たすときに円板１４
の端面に現れる捩り振動が最小となることがわかる。

【００４８】図７は、高さを変えたときの円板１４の振
動状態の概略を示す図であり、円板の高さを捩り振動の
１／４波長相当、およびこの前後で変化させたときの振
動状態を有限要素法によって計算した結果が示されてい
る。同図（ａ）は高さが１／４波長相当より低い場合
を、同図（ｂ）は１／４波長相当の場合を、同図（ｃ）
は１／４波長相当より高い場合をそれぞれ示している。

【００４９】同図に示すように、円板１４の高さを捩り
振動の１／４波長とした場合に、円板１４の端面（ロー
タ接触面１２と反対側）上の振動が最も小さくなる。ま
た、円板１４の高さをそれ以外に設定した場合には、円
板１４の全体および端面上に、捩り振動と縦振動とが合
成されて各高さに特有な大きな振動が現れる。したがっ
てこの計算結果からも、円板１４の高さを捩り振動の１
／４波長相当にほぼ等しくなるように設定することによ
り、円板１４の端面上における振動を最小限に抑え、こ
れにより円板１４を取り付けることによってロータ接触
面１２上の楕円振動の減衰を最小限に抑えることができ
ることが理解される。

【００５０】なお、本発明は上述した実施例に限定され
るものではなく、要旨の範囲内で種々の変形実施が可能
である。

【００５１】例えば、上述した実施例では、第３の金属
ブロック体３４に斜めスリット３８を形成し、この斜め
スリット３８に縦振動を与えることにより捩り振動を発
生させるようにしたが、この捩り振動の発生原理はこれ
に限定されるものではない。

【００５２】図８は、ボルトの締め付けを利用して捩り
振動を発生するようにした他の実施例におけるステータ
部の分解斜視図を示しており、図１０に示した従来のボ
ルト締めランジュバン型超音波モータの振動原理をその
まま適用したものである。

【００５３】図８に示す超音波モータのステータ部は、
図３に示した第２の金属ブロック体３２と第３の金属ブ
ロック体３４とを１つの金属ブロック５０に置き換える
とともに、この金属ブロック体５０を結合ボルト３６に
螺合させることにより、金属ブロック体３０と５０とに
よって圧電素子２２，電極板２６，圧電素子２４，電極
板２８を両側から挟持して固定するようになっている。

【００５４】したがって、２つの圧電素子２２，２４の
厚み方向への振動により縦振動が生じるとともに、結合
ボルト３６の捩りにより捩り振動が生じ、金属ブロック
体５０のロータ接触面１２上には縦振動と捩り振動を合
成した楕円振動が現れる。

【００５５】また、この捩り振動は、結合ボルト３６の
ネジピッチあるいは金属ブロック体３０，５０の締め付
け圧等を調整することによりステータ部に共振を生じる
ように設定することが好ましく、この捩り振動の１／４
波長に相当する高さの円板１４を用いることにより、ロ
ータ接触面１２上の楕円振動の抑制を最小限に抑えるこ
とができ、超音波モータとして出力や回転効率の向上を
達成することができるとともに、モータハウジングに伝
わる振動やこの振動に基づく音の発生を抑えることがで
きる。

【００５６】図９は、圧電素子のみを用いて縦振動と捩
り振動の両方を発生するようにした他の実施例における
ステータ部の分解斜視図を示している。

【００５７】図９に示す超音波モータのステータ部は、
図３に示した第２の金属ブロック３２と第３の金属ブロ
ック３４とを１つの金属ブロック体６０に、厚み方向に
沿って分極された一方の圧電素子２４を円周方向に沿っ
て分極された圧電素子６２にそれぞれ置き換えるととも
に、絶縁板７０および電極板７２を追加し金属ブロック
３０と６０とによって圧電素子２２，電極板２６，絶縁
板７０，電極板７２，圧電素子６２，電極板２８を両側
から挟持して固定するようになっている。

【００５８】一方の圧電素子２２は厚み方向に分極され
ているため、電極板２６と電極板２８とによって交流電
圧が印加されたときに縦振動が発生する。これに対し、
他方の圧電素子６２は円周方向に分極されているため、
２つの電極板７２，２８によって交流電圧が印加された
ときに円周方向の振動、すなわち捩り振動が発生する。
したがって、これら２つの圧電素子２２，６２を同時に
振動させることにより、縦振動および捩り振動が同時に
発生し、金属ブロック体６０上のロータ接触面１２には
縦振動と捩り振動とを合成した楕円振動が現れる。

【００５９】また、２つの圧電素子２２，６２により発
生する縦振動および捩り振動のそれぞれは、ともにステ
ータ部に共振を生じるように設定することが好ましく、
この捩り振動の１／４波長に相当する高さの円板１４を
用いることにより、ロータ接触面１２上の楕円振動の抑
制を最小限に抑えることができる点は、図１〜３あるい
は図８に構造を示した各実施例の超音波モータと同じで
ある。

【００６０】また、上述した各実施例の超音波モータ
は、ステータ部に発生する振動振幅を大きくあるいは小
さくするために、使用する圧電素子の枚数を変えるよう
にしてもよい。

【００６１】例えば、図１〜図３に構造を示した超音波
モータは、２つの圧電素子２２，２４によって縦振動を
発生させたが、出力が小さくてもよい場合には、一方の
圧電素子２２を省略するとともに第２の金属ブロック体
３２と電極板２６の間に絶縁板を挿入する。反対に、出
力を大きくしたい場合には、圧電素子を１枚あるいはそ
れ以上の枚数追加して挿入するとともに、それぞれの圧
電素子間に電極板を、さらに圧電素子の総数が奇数枚の
場合には端部に位置する圧電素子と第２の金属ブロック
３２との間に絶縁板を追加する。

【００６２】また、図８に構造を示した超音波モータに
ついても同様であり、出力が小さくてもよい場合は圧電
素子２２を省略するとともにこの省略した圧電素子２２
の位置に絶縁板を挿入する。反対に、出力を大きくした
い場合には、圧電素子やこれに伴って電極板や絶縁板を
追加する。

【００６３】また、図１〜図３に構造を示した超音波モ
ータにおいては、縦振動の１つの節の位置に斜めスリッ
ト溝３８を形成するようにしたが、２つ以上の節の位置
に斜めスリット溝を形成することにより、縦振動の振幅
を大きくしてもよい。但し、この場合はそれぞれの斜め
スリット溝によって生じる捩り振動が互いに打ち消され
ることがないように斜めスリット溝の傾斜方向を考慮す
る必要がある。

【００６４】すなわち、三次以上の縦振動の２か所の節
が同じタイミングで圧縮（あるいは伸長）する場合に
は、同一傾斜方向の斜めスリット溝を形成することによ
り、２群の斜めスリット溝が発生する捩り振動の振幅を
大きくすることができる。また、三次以上の縦振動の２
か所の内の一方が圧縮するときに他方が伸長している場
合には、反対傾斜方向の斜めスリット溝を形成すること
により、２群の斜めスリット溝が発生する捩り振動の振
幅を大きくすることができる。

【００６５】また、図１〜図３あるいは図９に構造を示
した超音波モータは、ボルトの締め付けによって直接的
に捩り振動を発生させていないため、ステータ部に含ま
れる結合ボルトを使わずに、単に金属棒等をかしめるこ
とにより金属ブロック体同士の締め付けを行うようにし
てもよい。

【００６６】また、上述した各実施例では、ロータ部１
０の円板１４の高さを捩り振動の１／４波長相当に設定
することとしたが、１／４波長相当の奇数倍としてもよ
い。図１０は奇数倍の一例として３倍にしたときの振動
状態を示す図である。この場合であっても、同図（ｃ）
に示すように円板１４のステータ接触面１３と反対の端
面に生じる捩り振動が最小となる。

【００６７】

【発明の効果】上述したように請求項１の発明によれ
ば、ステータ部のロータ接触面が捩り振動のほぼ腹の位
置にあり、かつロータ部のステータ接触面と反対の面を
捩り振動の節の位置としたことにより、このステータ接
触面と反対の面を加圧してもロータ接触面上に発生する
楕円振動の減衰が生じないため、回転効率および出力を
向上させるとともに振動や回転音を低減することができ
る。

【００６８】また、請求項２の発明によれば、請求項１
において、ロータ部のステータ接触面と反対の面が捩り
振動のほぼ節の位置となるようなロータ部の高さを明確
にしたものであり、ロータ部の高さを捩り振動の１／４
波長相当の奇数倍に設定することにより、自動的にロー
タ部のステータ接触面と反対の端面の振動が最小となる
ため、ロータ部を取り付けた際に捩り振動の減衰が最小
限に抑えられ、上述した回転効率と出力の向上および振
動や騒音の低減が可能となる。

【００６９】また、請求項３の発明によれば、縦振動の
節を含む位置に形成された斜めスリット溝により捩り振
動を発生させており、ボルトの締め付けを利用して捩り
振動を発生させているわけではないため、ボルトのピッ
チや締め付け加重あるいは各種寸法精度を厳しく管理す
る必要がなく、容易に効率よい捩り振動の発生が可能と
なる。

【００７０】また、請求項４の発明によれば、上述した
スリット溝が形成されたブロック体をさらに第１の分割
ブロック体と第２の分割ブロック体とに分割しており、
その端部にスリット溝を形成しているため、ブロック体
の端部を切削加工するだけでスリット溝を形成すること
ができ、製造が容易となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用した一実施例における超音波モー
タの全体構造を示す図である。

【図２】図１の超音波モータのステータ部の組付け状態
の外観を示す斜視図である。

【図３】図１の超音波モータのステータ部の組付け状態
を示す分解斜視図である。

【図４】スリット溝の形状を説明するための図である。

【図５】ステータ部およびロータ部と捩り振動との関係
を示す図である。

【図６】ロータ部の高さを変えたときのロータ部端面に
おける捩り振動の大きさを説明するための図である。

【図７】ロータ部の高さを変えたときのロータ部の振動
状態を解析した結果を示す図である。

【図８】本発明を適用した他の実施例のステータ部の組
付け状態を示す分解斜視図である。

【図９】本発明を適用した他の実施例のステータ部の組
付け状態を示す分解斜視図である。

【図１０】ロータ部の高さを３／４波長相当としたとき
の振動状態を示す図である。

【図１１】従来のボルト締めランジュバン型超音波モー
タの概略を示す図である。

【符号の説明】

１０ ロータ部 １２ ロータ接触面 １３ ステータ接触面 １４ 円板 ２０ ステータ部 ２２，２４ 圧電素子 ２６，２８ 電極板 ３０ 第１の金属ブロック体 ３２ 第２の金属ブロック体 ３４ 第３の金属ブロック体 ３６ 結合ボルト ３８ 斜めスリット溝

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平２−228275（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−150080（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−26281（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H02N 2/00

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ステータ部およびロータ部を有し、前記
   ステータ部のロータ接触面に生じた楕円振動により前記
   ロータ部の回転を行う超音波モータにおいて、 前記ステータ部は、縦振動と捩り振動とによりロータ接
   触面上に楕円振動が生じるとともに、このロータ接触面
   が前記捩り振動のほぼ腹の位置に設けられており、 前記ロータ部は、前記ロータ接触面に加圧接触されたと
   きに、前記ロータ接触面に相対向する前記ロータ部のス
   テータ接触面と反対側の端面が前記捩り振動のほぼ節の
   位置となるように高さが設定されていることを特徴とす
   る超音波モータ。
2. 【請求項２】 請求項１において、 前記ステータ部は、 直接あるいは間接的にほぼ共振状態にある縦振動と捩り
   振動を発生する圧電素子と、 前記圧電素子に対して交流電圧の印加を行う電極と、 前記圧電素子と前記電極とを挟持するようにそれらの両
   側に取り付けられており、一方の端面である前記ロータ
   接触面を前記捩り振動の腹の位置にほぼ一致させた少な
   くとも２つのブロック体とを備えており、 前記ロータ部は、 前記捩り振動の１／４波長相当の奇数倍にほぼ等しい高
   さを有することを特徴とする超音波モータ。
3. 【請求項３】 請求項２において、 前記圧電素子は、前記ロータ部の回転軸方向に分極され
   て縦振動を発生するものであり、 前記ブロック体の少なくとも一つは、前記縦振動の節を
   含む位置に前記回転軸に対して傾斜した１本以上のスリ
   ット溝が設けられ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３において、 前記スリット溝が形成された前記ブロック体は、さらに
   前記スリット溝が端部に形成された第１の分割ブロック
   体と、前記スリット溝を有しない第２の分割ブロック体
   とに分割されて構成されており、これら第１および第２
   の分割ブロック体を組み付けたときに、前記縦振動の節
   を含む位置に前記スリット溝が形成されることを特徴と
   する超音波モータ。
5. 【請求項５】 請求項３、４のいずれかにおいて、 前記スリット溝は、前記回転軸方向に対する中心の位置
   が前記縦振動の節の位置となるように形成されているこ
   とを特徴とする超音波モータ。
6. 【請求項６】 請求項１〜５のいずれかにおいて、 前記ロータ部は、ステータ接触面と反対側の端面をバネ
   等により直接あるいは間接的に押圧して拘束され、前記
   ステータ部に加圧接触されることを特徴とする超音波モ
   ータ。