JP3448783B2 - 超音波モータ - Google Patents
超音波モータInfo
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- JP3448783B2 JP3448783B2 JP15347294A JP15347294A JP3448783B2 JP 3448783 B2 JP3448783 B2 JP 3448783B2 JP 15347294 A JP15347294 A JP 15347294A JP 15347294 A JP15347294 A JP 15347294A JP 3448783 B2 JP3448783 B2 JP 3448783B2
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- ultrasonic motor
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、超音波振動を利用した
超音波モータに関する。
超音波モータに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来この種の超音波モータとして、例え
ば「第５回電磁力関連のダイナミックスシンポジウム講
演論文集」に記載されている「異形縮退縦Ｌ１−屈曲Ｂ
４モード・平板モータ」が知られている。図５は上記文
献に記載されている超音波モータの構造を示す図であ
り、図５（ａ）はこの超音波モータを真上から見た図、
図５（ｂ）はこの超音波モータを図のＰ方向から見た断
面図、図５（ｃ）は図のＱ方向から見た断面図である。
図５において、１は弾性体であり、その上面には圧電素
子２ａ，２ｂが接着され、圧電素子２ａ，２ｂの上面に
は不図示の電極がそれぞれ接着されている。また、弾性
体１の下面には突起部３ａ，３ｂが形成され、この突起
部３ａ，３ｂによって弾性体１に発生した振動が取り出
される。以下、この突起部３ａ，３ｂを駆動力取り出し
部と呼ぶ。圧電素子２ａ，２ｂは同一方向に分極してお
り、各圧電素子２ａ，２ｂには電極を介して互いに９０
度（π／２）位相の異なる高周波電圧が印加される。
ば「第５回電磁力関連のダイナミックスシンポジウム講
演論文集」に記載されている「異形縮退縦Ｌ１−屈曲Ｂ
４モード・平板モータ」が知られている。図５は上記文
献に記載されている超音波モータの構造を示す図であ
り、図５（ａ）はこの超音波モータを真上から見た図、
図５（ｂ）はこの超音波モータを図のＰ方向から見た断
面図、図５（ｃ）は図のＱ方向から見た断面図である。
図５において、１は弾性体であり、その上面には圧電素
子２ａ，２ｂが接着され、圧電素子２ａ，２ｂの上面に
は不図示の電極がそれぞれ接着されている。また、弾性
体１の下面には突起部３ａ，３ｂが形成され、この突起
部３ａ，３ｂによって弾性体１に発生した振動が取り出
される。以下、この突起部３ａ，３ｂを駆動力取り出し
部と呼ぶ。圧電素子２ａ，２ｂは同一方向に分極してお
り、各圧電素子２ａ，２ｂには電極を介して互いに９０
度（π／２）位相の異なる高周波電圧が印加される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】図５に示す突起部３
ａ，３ｂの下面に図６のような移動子４を接触させる
と、突起部３ａ，３ｂが行なう楕円運動が移動子４に伝
達し、移動子４は図示の矢印方向に移動する。また、移
動子４の代わりに固定部材を設置すると、超音波モータ
自身が移動する。さらに、弾性体の形状を円形にすれ
ば、移動子または超音波モータは回転駆動する。ところ
が、この種の超音波モータは、一次元方向にしか移動で
きず、２次元方向に移動させる場合には、各方向ごとに
別々の超音波モータを設ける必要がある。このため、超
音波モータを小型化できず、コストダウンも図れないと
いう問題があった。
ａ，３ｂの下面に図６のような移動子４を接触させる
と、突起部３ａ，３ｂが行なう楕円運動が移動子４に伝
達し、移動子４は図示の矢印方向に移動する。また、移
動子４の代わりに固定部材を設置すると、超音波モータ
自身が移動する。さらに、弾性体の形状を円形にすれ
ば、移動子または超音波モータは回転駆動する。ところ
が、この種の超音波モータは、一次元方向にしか移動で
きず、２次元方向に移動させる場合には、各方向ごとに
別々の超音波モータを設ける必要がある。このため、超
音波モータを小型化できず、コストダウンも図れないと
いう問題があった。
【０００４】本発明の目的は、２次元方向に移動させる
ことができる超音波モータを提供することにある。
ことができる超音波モータを提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】実施例を示す図１に対応
づけて本発明を説明すると、本発明は、電気機械変換素
子２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄと、電気機械変換素子２ａ，
２ｂ，２ｃ，２ｄが一面に設けられた弾性体１とから構
成され、電気機械変換素子２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄに入
力される周波電圧に応じて弾性体１の他面の所定箇所に
楕円運動を発生させ、対象物との間で相対運動を生じさ
せる超音波モータに適用され、第１方向に関して第１モ
ード振動の共振周波数と第２モード振動の共振周波数が
略一致する形状を有し、電気機械変換素子２ａ，２ｂ，
２ｃ，２ｄに第１周波電圧が入力されると、第１モード
振動および第２モード振動の縮退による楕円運動によっ
て対象物との間で第１方向への相対運動を行う第１方向
運動モードと、第２方向に関して第３モード振動の共振
周波数と第４モード振動の共振周波数が略一致する形状
を有し、電気機械変換素子２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄに第
１周波電圧とは異なる周波数の第２周波電圧が入力され
ると、第３モード振動および第４モード振動の縮退によ
る楕円運動によって対象物との間で第２方向への相対運
動を行う第２方向運動モードとを有するように弾性体１
を構成することにより、上記目的は達成される。請求項
２に記載の発明は、請求項１に記載された超音波モータ
において、弾性体１に対象物と接触される複数の突起部
３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄを取り付け、各突起部３ａ，３
ｂ，３ｃ，３ｄを第１方向または第２方向に平行に並べ
て配置するものである。請求項３に記載の発明は、請求
項１または２に記載された超音波モータにおいて、第１
モード振動、第２モード振動、第３モード振動および第
４モード振動の各モード次数と、第１周波電圧および第
２周波電圧の周波数とを、弾性体１の材質、面積、形状
および厚さに基づいて定めるものである。請求項４に記
載の発明は、請求項３に記載された超音波モータにおい
て、第２モード振動のモード次数と第４モード振動のモ
ード次数とが一致しないように、弾性体１の材質、面
積、形状および厚さを定めるものである。請求項５に記
載の発明は、請求項１〜４に記載された超音波モータに
おいて、第１モード振動および第３モード振動を縦振動
とし、第２モード振動および第４モード振動を屈曲振動
としたものである。請求項６に記載の発明は、請求項１
〜３に記載された超音波モータにおいて、第１モード振
動および第３モード振動を１次の縦振動とし、かつ第２
モード振動を４次の屈曲振動とし、かつ第４モード振動
を６次の屈曲振動としたものである。
づけて本発明を説明すると、本発明は、電気機械変換素
子２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄと、電気機械変換素子２ａ，
２ｂ，２ｃ，２ｄが一面に設けられた弾性体１とから構
成され、電気機械変換素子２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄに入
力される周波電圧に応じて弾性体１の他面の所定箇所に
楕円運動を発生させ、対象物との間で相対運動を生じさ
せる超音波モータに適用され、第１方向に関して第１モ
ード振動の共振周波数と第２モード振動の共振周波数が
略一致する形状を有し、電気機械変換素子２ａ，２ｂ，
２ｃ，２ｄに第１周波電圧が入力されると、第１モード
振動および第２モード振動の縮退による楕円運動によっ
て対象物との間で第１方向への相対運動を行う第１方向
運動モードと、第２方向に関して第３モード振動の共振
周波数と第４モード振動の共振周波数が略一致する形状
を有し、電気機械変換素子２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄに第
１周波電圧とは異なる周波数の第２周波電圧が入力され
ると、第３モード振動および第４モード振動の縮退によ
る楕円運動によって対象物との間で第２方向への相対運
動を行う第２方向運動モードとを有するように弾性体１
を構成することにより、上記目的は達成される。請求項
２に記載の発明は、請求項１に記載された超音波モータ
において、弾性体１に対象物と接触される複数の突起部
３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄを取り付け、各突起部３ａ，３
ｂ，３ｃ，３ｄを第１方向または第２方向に平行に並べ
て配置するものである。請求項３に記載の発明は、請求
項１または２に記載された超音波モータにおいて、第１
モード振動、第２モード振動、第３モード振動および第
４モード振動の各モード次数と、第１周波電圧および第
２周波電圧の周波数とを、弾性体１の材質、面積、形状
および厚さに基づいて定めるものである。請求項４に記
載の発明は、請求項３に記載された超音波モータにおい
て、第２モード振動のモード次数と第４モード振動のモ
ード次数とが一致しないように、弾性体１の材質、面
積、形状および厚さを定めるものである。請求項５に記
載の発明は、請求項１〜４に記載された超音波モータに
おいて、第１モード振動および第３モード振動を縦振動
とし、第２モード振動および第４モード振動を屈曲振動
としたものである。請求項６に記載の発明は、請求項１
〜３に記載された超音波モータにおいて、第１モード振
動および第３モード振動を１次の縦振動とし、かつ第２
モード振動を４次の屈曲振動とし、かつ第４モード振動
を６次の屈曲振動としたものである。
【０００６】
【作用】請求項１に記載の超音波モータの弾性体１は、
第１方向に関して第１モード振動の共振周波数と第２モ
ード振動の共振周波数が略一致し、第２方向に関して第
３モード振動の共振周波数と第４モード振動の共振周波
数が略一致する形状を有し、電気機械変換素子２ａ，２
ｂ，２ｃ，２ｄに第１周波電圧が入力されたときに行う
第１方向運動モードと、第１周波電圧とは異なる周波数
の第２周波電圧が入力されたときに行う第２方向運動モ
ードを有する。すなわち、第１周波電圧が入力される
と、弾性体１に共振周波数が略一致する第１モード振動
と第２モード振動が発生し、これらの振動が縮退して電
気機械変換素子２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄが一面に設けら
れた面の他面の所定箇所が楕円運動を行い、この楕円運
動によって、弾性体１は対象物との間で第１方向への相
対運動を行う。一方、第１周波電圧とは異なる周波数の
第２周波電圧が入力されると、弾性体１に共振周波数が
略一致する第３モード振動と第４モード振動が発生し、
これらの振動が縮退して所定箇所が楕円運動を行い、こ
の楕円運動によって、弾性体１は対象物との間で第２方
向への相対運動を行う。請求項２に記載の発明では、弾
性体１に、第１の方向または第２の方向に平行に複数の
突起部３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄを取り付けて、これら突
起部３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄを対象物に接触させる。こ
れにより、突起部３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄが楕円運動を
行うと、この運動が対象物に伝達し、弾性体１と対象物
との間で相対運動が行われる。請求項３に記載の発明で
は、弾性体１の材質、面積、形状および厚さが異なる
と、弾性体１に発生する振動も異なるため、これら材質
等に基づいて、第１モード振動〜第４モード振動の各モ
ード次数と、第１周波電圧および第２周波電圧の周波数
を定める。請求項４に記載の発明では、第２モード振動
のモード次数と第４モード振動のモード次数が一致する
と、相対運動の際に弾性体１が振動するおそれがあるた
め、一致しないように弾性体１の形状等を定める。請求
項５に記載の発明では、弾性体１に縦振動と屈曲振動を
発生させるため、これらの振動の合成によって突起部３
ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄは安定した楕円運動を行う。請求
項６に記載の発明では、第１方向に相対運動させる場合
には、弾性体１に１次の縦振動と４次の屈曲振動を発生
させ、第２方向に相対運動させる場合には、弾性体１に
１次の縦振動と６次の屈曲振動を発生させるため、これ
ら振動が弾性体１内部で縮退しやすくなり、楕円運動の
運動軌跡が大きくなる。
第１方向に関して第１モード振動の共振周波数と第２モ
ード振動の共振周波数が略一致し、第２方向に関して第
３モード振動の共振周波数と第４モード振動の共振周波
数が略一致する形状を有し、電気機械変換素子２ａ，２
ｂ，２ｃ，２ｄに第１周波電圧が入力されたときに行う
第１方向運動モードと、第１周波電圧とは異なる周波数
の第２周波電圧が入力されたときに行う第２方向運動モ
ードを有する。すなわち、第１周波電圧が入力される
と、弾性体１に共振周波数が略一致する第１モード振動
と第２モード振動が発生し、これらの振動が縮退して電
気機械変換素子２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄが一面に設けら
れた面の他面の所定箇所が楕円運動を行い、この楕円運
動によって、弾性体１は対象物との間で第１方向への相
対運動を行う。一方、第１周波電圧とは異なる周波数の
第２周波電圧が入力されると、弾性体１に共振周波数が
略一致する第３モード振動と第４モード振動が発生し、
これらの振動が縮退して所定箇所が楕円運動を行い、こ
の楕円運動によって、弾性体１は対象物との間で第２方
向への相対運動を行う。請求項２に記載の発明では、弾
性体１に、第１の方向または第２の方向に平行に複数の
突起部３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄを取り付けて、これら突
起部３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄを対象物に接触させる。こ
れにより、突起部３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄが楕円運動を
行うと、この運動が対象物に伝達し、弾性体１と対象物
との間で相対運動が行われる。請求項３に記載の発明で
は、弾性体１の材質、面積、形状および厚さが異なる
と、弾性体１に発生する振動も異なるため、これら材質
等に基づいて、第１モード振動〜第４モード振動の各モ
ード次数と、第１周波電圧および第２周波電圧の周波数
を定める。請求項４に記載の発明では、第２モード振動
のモード次数と第４モード振動のモード次数が一致する
と、相対運動の際に弾性体１が振動するおそれがあるた
め、一致しないように弾性体１の形状等を定める。請求
項５に記載の発明では、弾性体１に縦振動と屈曲振動を
発生させるため、これらの振動の合成によって突起部３
ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄは安定した楕円運動を行う。請求
項６に記載の発明では、第１方向に相対運動させる場合
には、弾性体１に１次の縦振動と４次の屈曲振動を発生
させ、第２方向に相対運動させる場合には、弾性体１に
１次の縦振動と６次の屈曲振動を発生させるため、これ
ら振動が弾性体１内部で縮退しやすくなり、楕円運動の
運動軌跡が大きくなる。
【０００７】なお、本発明の構成を説明する上記課題を
解決するための手段と作用の項では、本発明を分かり易
くするために実施例の図を用いたが、これにより本発明
が実施例に限定されるものではない。
解決するための手段と作用の項では、本発明を分かり易
くするために実施例の図を用いたが、これにより本発明
が実施例に限定されるものではない。
【０００８】
【実施例】本発明による超音波モータの一実施例を説明
する前に、まず図４を用いて図５の構造を有する超音波
モータの動作原理を説明する。なお以下では、図５の圧
電素子２ａに印加される高周波電圧を高周波電圧Ａ、圧
電素子２ｂに印加される高周波電圧を高周波電圧Ｂと呼
ぶ。また図４では、各圧電素子２ａ，２ｂが同一方向に
分極している例を示すが、逆方向に分極していてもよ
い。図５の超音波モータでは、各圧電素子に高周波電圧
が印加されると、各圧電素子２ａ，２ｂは高周波電圧の
周波数に応じて振動する。この振動は弾性体１に伝達さ
れ、弾性体１は屈曲振動と縦振動を行う。ここで屈曲振
動とは、図５（ｂ）と同一方向から見た場合に弾性体１
が図４（ｂ）のように振動することをいい、一方縦振動
とは、図５（ａ）と同一方向から見た場合に弾性体１が
図４（ｃ）のように振動することをいう。弾性体１に発
生した屈曲振動と縦振動は弾性体１内部で合成され、弾
性体１の駆動力取り出し部３ａ，３ｂはこれらの振動の
合成によって楕円振動を行う。
する前に、まず図４を用いて図５の構造を有する超音波
モータの動作原理を説明する。なお以下では、図５の圧
電素子２ａに印加される高周波電圧を高周波電圧Ａ、圧
電素子２ｂに印加される高周波電圧を高周波電圧Ｂと呼
ぶ。また図４では、各圧電素子２ａ，２ｂが同一方向に
分極している例を示すが、逆方向に分極していてもよ
い。図５の超音波モータでは、各圧電素子に高周波電圧
が印加されると、各圧電素子２ａ，２ｂは高周波電圧の
周波数に応じて振動する。この振動は弾性体１に伝達さ
れ、弾性体１は屈曲振動と縦振動を行う。ここで屈曲振
動とは、図５（ｂ）と同一方向から見た場合に弾性体１
が図４（ｂ）のように振動することをいい、一方縦振動
とは、図５（ａ）と同一方向から見た場合に弾性体１が
図４（ｃ）のように振動することをいう。弾性体１に発
生した屈曲振動と縦振動は弾性体１内部で合成され、弾
性体１の駆動力取り出し部３ａ，３ｂはこれらの振動の
合成によって楕円振動を行う。
【０００９】図４（ａ）は圧電体に印加される高周波電
圧Ａ，Ｂの時間的変化を示す図であり、図示の時間ｔ１
〜ｔ９はそれぞれπ／４ずつ異なる時間を示す。また、
図４（ａ）の横軸は高周波電圧の振幅値を示し、図４
（ａ）の角度θは高周波電圧の位相を示す。一方、図４
（ｂ）は弾性体１に発生する屈曲振動の波形図、図４
（ｃ）は弾性体１に発生する縦振動の波形図、図４
（ｄ）は弾性体１の駆動力取り出し部の楕円振動の波形
図である。図４（ｂ）〜図４（ｄ）はいずれも図４
（ａ）に対応して描かれている。
圧Ａ，Ｂの時間的変化を示す図であり、図示の時間ｔ１
〜ｔ９はそれぞれπ／４ずつ異なる時間を示す。また、
図４（ａ）の横軸は高周波電圧の振幅値を示し、図４
（ａ）の角度θは高周波電圧の位相を示す。一方、図４
（ｂ）は弾性体１に発生する屈曲振動の波形図、図４
（ｃ）は弾性体１に発生する縦振動の波形図、図４
（ｄ）は弾性体１の駆動力取り出し部の楕円振動の波形
図である。図４（ｂ）〜図４（ｄ）はいずれも図４
（ａ）に対応して描かれている。
【００１０】まず時間ｔ１では、図４（ａ）に示すよう
に、ともに正の電圧である高周波電圧Ａ，Ｂを圧電素子
１１，１２に印加する。高周波電圧Ａによって弾性体１
に発生する屈曲振動と、高周波電圧Ｂによって弾性体１
に発生する屈曲振動の位相は互いにπ／２相違するた
め、これら屈曲振動は互いに打ち消し合い、弾性体１に
は屈曲振動は起こらない。
に、ともに正の電圧である高周波電圧Ａ，Ｂを圧電素子
１１，１２に印加する。高周波電圧Ａによって弾性体１
に発生する屈曲振動と、高周波電圧Ｂによって弾性体１
に発生する屈曲振動の位相は互いにπ／２相違するた
め、これら屈曲振動は互いに打ち消し合い、弾性体１に
は屈曲振動は起こらない。
【００１１】図４（ｂ）では、弾性体１の駆動力取り出
し部での屈曲振動の振幅をそれぞれ質点Ｙ１，Ｚ１で示
しており、この質点Ｙ１，Ｚ１の振幅はいずれも０にな
る。また時間ｔ１において弾性体１に働く縦振動は、図
４（ｃ）のように弾性体１を縦方向に伸ばす方向に働
く。図４（ｃ）では、駆動力取り出し部での縦振動の振
幅を質点Ｙ２，Ｚ２で示しており、縦振動による弾性体
１の伸び量は時間ｔ１において最大となる。駆動力取り
出し部には質点Ｙ１とＹ２を合成した質点Ｙで示す振動
が発生し、駆動力取り出し部１４には質点Ｚ１とＺ２を
合成した質点Ｚで示す振動が発生する（図４（ｄ）参
照）。
し部での屈曲振動の振幅をそれぞれ質点Ｙ１，Ｚ１で示
しており、この質点Ｙ１，Ｚ１の振幅はいずれも０にな
る。また時間ｔ１において弾性体１に働く縦振動は、図
４（ｃ）のように弾性体１を縦方向に伸ばす方向に働
く。図４（ｃ）では、駆動力取り出し部での縦振動の振
幅を質点Ｙ２，Ｚ２で示しており、縦振動による弾性体
１の伸び量は時間ｔ１において最大となる。駆動力取り
出し部には質点Ｙ１とＹ２を合成した質点Ｙで示す振動
が発生し、駆動力取り出し部１４には質点Ｚ１とＺ２を
合成した質点Ｚで示す振動が発生する（図４（ｄ）参
照）。
【００１２】時間ｔ２では、図４（ａ）に示すように、
高周波電圧Ａは最大になり、高周波電圧Ｂは０になる。
このため、弾性体１に発生する屈曲振動は図４（ｂ）の
ようになり、質点Ｙ１は正方向に屈曲し、質点Ｚ１は負
方向に屈曲する。また時間ｔ２では、時間ｔ１と同様に
弾性体１を縦方向に伸ばす方向に縦振動するが、その伸
び量は図４（ｃ）に示すように時間ｔ１よりも小さい。
したがって、質点Ｙ、Ｚはともに、図４（ｄ）に示すよ
うに時間ｔ１から右回りに４５度楕円状に移動する。
高周波電圧Ａは最大になり、高周波電圧Ｂは０になる。
このため、弾性体１に発生する屈曲振動は図４（ｂ）の
ようになり、質点Ｙ１は正方向に屈曲し、質点Ｚ１は負
方向に屈曲する。また時間ｔ２では、時間ｔ１と同様に
弾性体１を縦方向に伸ばす方向に縦振動するが、その伸
び量は図４（ｃ）に示すように時間ｔ１よりも小さい。
したがって、質点Ｙ、Ｚはともに、図４（ｄ）に示すよ
うに時間ｔ１から右回りに４５度楕円状に移動する。
【００１３】時間ｔ３では、図４（ａ）に示すように、
高周波電圧Ａは正の電圧に、高周波電圧Ｂは負の電圧に
なる。このため、弾性体１に発生する屈曲振動は図４
（ｂ）のようになり、質点Ｙ１の屈曲量は正方向に最大
になり、質点Ｚ１の屈曲量は負方向に最大になる。ま
た、この場合の縦振動は、図４（ｃ）に示すように０に
なる。したがって、質点Ｙ，Ｚはともに、図４（ｄ）に
示すように時間ｔ２から右方向に４５度楕円状に移動す
る。
高周波電圧Ａは正の電圧に、高周波電圧Ｂは負の電圧に
なる。このため、弾性体１に発生する屈曲振動は図４
（ｂ）のようになり、質点Ｙ１の屈曲量は正方向に最大
になり、質点Ｚ１の屈曲量は負方向に最大になる。ま
た、この場合の縦振動は、図４（ｃ）に示すように０に
なる。したがって、質点Ｙ，Ｚはともに、図４（ｄ）に
示すように時間ｔ２から右方向に４５度楕円状に移動す
る。
【００１４】時間ｔ４では、図４（ａ）に示すように、
高周波電圧Ａは０になり、高周波電圧Ｂは負の最大値に
なる。このため、弾性体１に発生する屈曲振動は図４
（ｂ）のようになり、質点Ｙ１は正方向に屈曲し、質点
Ｚ１は負方向に屈曲する。また、時間ｔ４では、図４
（ｃ）に示すように弾性体を縮める方向に縦振動する。
したがって、質点Ｙ，Ｚはともに、図４（ｄ）に示すよ
うに時間ｔ３から右方向に４５度楕円状に移動する。
高周波電圧Ａは０になり、高周波電圧Ｂは負の最大値に
なる。このため、弾性体１に発生する屈曲振動は図４
（ｂ）のようになり、質点Ｙ１は正方向に屈曲し、質点
Ｚ１は負方向に屈曲する。また、時間ｔ４では、図４
（ｃ）に示すように弾性体を縮める方向に縦振動する。
したがって、質点Ｙ，Ｚはともに、図４（ｄ）に示すよ
うに時間ｔ３から右方向に４５度楕円状に移動する。
【００１５】時間ｔ５では、図４（ａ）に示すように、
高周波電圧Ａ，Ｂはともに負の電圧になるため、図４
（ｂ）に示すように弾性体１は屈曲振動を起こさない。
またこの場合にも弾性体１を縮める方向に縦振動が発生
し、図４（ｃ）に示すように弾性体が縮む量は最大にな
る。したがって、質点Ｙ，Ｚはともに、図４（ｄ）に示
すように時間ｔ４から右方向に４５度楕円状に移動す
る。
高周波電圧Ａ，Ｂはともに負の電圧になるため、図４
（ｂ）に示すように弾性体１は屈曲振動を起こさない。
またこの場合にも弾性体１を縮める方向に縦振動が発生
し、図４（ｃ）に示すように弾性体が縮む量は最大にな
る。したがって、質点Ｙ，Ｚはともに、図４（ｄ）に示
すように時間ｔ４から右方向に４５度楕円状に移動す
る。
【００１６】以下同様に、時間ｔ６〜ｔ９の場合にも弾
性体１に屈曲振動と縦振動が発生し、この結果、質点
Ｙ，Ｚは右方向に４５度ずつ楕円状に移動する。
性体１に屈曲振動と縦振動が発生し、この結果、質点
Ｙ，Ｚは右方向に４５度ずつ楕円状に移動する。
【００１７】このように、図４，５の超音波モータで
は、弾性体１に発生する屈曲振動と縦振動との合成によ
って、弾性体１の駆動力取り出し部３ａ，３ｂに楕円運
動を発生させる。したがって、駆動力取り出し部３ａ，
３ｂに接する位置に例えば図６に示すような移動子４を
設ければ、図示の矢印の向きに移動子４を移動させるこ
とができる。また、圧電素子２ａ，２ｂに印加する高周
波電圧の周波数を変化させると、それに応じて弾性体１
に発生する屈曲振動と縦振動の周波数が変化するため、
駆動力取り出し部３ａ，３ｂの楕円運動の周波数も変化
し、したがって移動子２の移動速度も変化する。すなわ
ち、図４，５の超音波モータでは、圧電素子２ａ，２ｂ
に印加する高周波電圧の周波数を制御することにより、
超音波モータの速度を制御することができる。
は、弾性体１に発生する屈曲振動と縦振動との合成によ
って、弾性体１の駆動力取り出し部３ａ，３ｂに楕円運
動を発生させる。したがって、駆動力取り出し部３ａ，
３ｂに接する位置に例えば図６に示すような移動子４を
設ければ、図示の矢印の向きに移動子４を移動させるこ
とができる。また、圧電素子２ａ，２ｂに印加する高周
波電圧の周波数を変化させると、それに応じて弾性体１
に発生する屈曲振動と縦振動の周波数が変化するため、
駆動力取り出し部３ａ，３ｂの楕円運動の周波数も変化
し、したがって移動子２の移動速度も変化する。すなわ
ち、図４，５の超音波モータでは、圧電素子２ａ，２ｂ
に印加する高周波電圧の周波数を制御することにより、
超音波モータの速度を制御することができる。
【００１８】以下、図１〜３を用いて本発明による超音
波モータの一実施例を説明する。図１は、本発明による
超音波モータの構造を示す図であり、図１（ａ）は上面
図、図１（ｂ）は右側面図、図１（ｃ）は正面図、図１
（ｄ）は背面図を示す。なお、図１では、図５に示す従
来の超音波モータと共通する構成部分には同一符号を付
しており、以下では相違点を中心に説明する。図１の弾
性体１の材料としては、ステンレスやアルミ合金などの
金属、またはプラスチックなどが用いられる。図１で
は、弾性体１の厚さをＨ、長さをＷｘ、幅をＷｙとし、
弾性体１の長さ方向をＸ軸方向、幅方向をＹ軸としてい
る。
波モータの一実施例を説明する。図１は、本発明による
超音波モータの構造を示す図であり、図１（ａ）は上面
図、図１（ｂ）は右側面図、図１（ｃ）は正面図、図１
（ｄ）は背面図を示す。なお、図１では、図５に示す従
来の超音波モータと共通する構成部分には同一符号を付
しており、以下では相違点を中心に説明する。図１の弾
性体１の材料としては、ステンレスやアルミ合金などの
金属、またはプラスチックなどが用いられる。図１で
は、弾性体１の厚さをＨ、長さをＷｘ、幅をＷｙとし、
弾性体１の長さ方向をＸ軸方向、幅方向をＹ軸としてい
る。
【００１９】弾性体１の下面には、４個の駆動力取り出
し部３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄが取り付けられている。駆
動力取り出し部３ａ，３ｂを結ぶ方向と駆動力取り出し
部３ｃ，３ｄを結ぶ方向はいずれもＸ軸に平行とされ、
駆動力取り出し部３ａ，３ｃを結ぶ方向と駆動力取り出
し部３ｂ，３ｄを結ぶ方向はいずれもＹ軸に平行とされ
ている。駆動力取り出し部３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄの材
料としては、テフロンや二硫化モリブデン等を含有した
プラスチック等が用いられる。駆動力取り出し部３ａ，
３ｂ，３ｃ，３ｄの下面に移動子を接触すると、この移
動子は、駆動力取り出し部３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄの楕
円運動に応じて、図１のＸ軸方向またはＹ軸方向に移動
する。
し部３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄが取り付けられている。駆
動力取り出し部３ａ，３ｂを結ぶ方向と駆動力取り出し
部３ｃ，３ｄを結ぶ方向はいずれもＸ軸に平行とされ、
駆動力取り出し部３ａ，３ｃを結ぶ方向と駆動力取り出
し部３ｂ，３ｄを結ぶ方向はいずれもＹ軸に平行とされ
ている。駆動力取り出し部３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄの材
料としては、テフロンや二硫化モリブデン等を含有した
プラスチック等が用いられる。駆動力取り出し部３ａ，
３ｂ，３ｃ，３ｄの下面に移動子を接触すると、この移
動子は、駆動力取り出し部３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄの楕
円運動に応じて、図１のＸ軸方向またはＹ軸方向に移動
する。
【００２０】弾性体１の上面には４個の圧電素子２ａ，
２ｂ，２ｃ，２ｄが接着されており、これら圧電素子２
ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄの上面にはそれぞれ不図示の電極
が焼き付けられている。これら圧電素子２ａ，２ｂ，２
ｃ，２ｄには、電極を介して高周波電圧が印加される。
２ｂ，２ｃ，２ｄが接着されており、これら圧電素子２
ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄの上面にはそれぞれ不図示の電極
が焼き付けられている。これら圧電素子２ａ，２ｂ，２
ｃ，２ｄには、電極を介して高周波電圧が印加される。
【００２１】図２は本発明による超音波モータの動作原
理を示す図である。図２示す弾性体１の長さＷXを
（１）式のように設定し、弾性体１の縦弾性係数をＥ、
密度をρとすると、Ｘ軸方向における１次の縦振動の共
振周波数ΩL1Xは（２）式で示される。
理を示す図である。図２示す弾性体１の長さＷXを
（１）式のように設定し、弾性体１の縦弾性係数をＥ、
密度をρとすると、Ｘ軸方向における１次の縦振動の共
振周波数ΩL1Xは（２）式で示される。
【数１】
ＷX＝３２×π×Ｈ／√（１２） ・・・（１）
【数２】
ΩL1X＝｛π×√（Ｅ／ρ）｝／（２×ＷX）
＝｛√（１２×Ｅ／ρ）｝／（６４×Ｈ） ・・・（２）
図２（ｃ）は、弾性体１のＸ軸方向に発生する１次の縦
振動の様子を示す。
振動の様子を示す。
【００２２】また、Ｘ軸方向における６次の屈曲振動の
共振周波数ΩB6Xは、弾性体１の断面２次モーメントを
Ｉ、断面積をＡとすると、（３）式で示される。
共振周波数ΩB6Xは、弾性体１の断面２次モーメントを
Ｉ、断面積をＡとすると、（３）式で示される。
【数３】
ΩB6X＝｛１６×π×π×√（Ｅ×Ｉ／ρ×Ａ）｝／（ＷX×ＷX）
＝｛√（１２×Ｅ／ρ）｝／（６４×Ｈ） ・・・（３）
図２（ｂ）は弾性体１のＸ軸方向に発生する６次の屈曲
振動の様子を示す。
振動の様子を示す。
【００２３】上記（２），（３）式に示すように、弾性
体１のＸ軸方向に発生する１次の縦振動の共振周波数と
６次の屈曲振動の共振周波数は一致する。このため、こ
の周波数で弾性体１を振動させると、縦振動と屈曲振動
が縮退し、駆動力取り出し部３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄの
楕円運動の軌跡は最大になる。すなわち、弾性体１のＸ
軸方向に１次の縦振動と６次の屈曲振動を発生させる
と、移動子はＸ軸方向に最も効率よく移動する。
体１のＸ軸方向に発生する１次の縦振動の共振周波数と
６次の屈曲振動の共振周波数は一致する。このため、こ
の周波数で弾性体１を振動させると、縦振動と屈曲振動
が縮退し、駆動力取り出し部３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄの
楕円運動の軌跡は最大になる。すなわち、弾性体１のＸ
軸方向に１次の縦振動と６次の屈曲振動を発生させる
と、移動子はＸ軸方向に最も効率よく移動する。
【００２４】一方、弾性体１のＹ軸方向の弾性体１の長
さＷYを（４）式のように設定し、弾性体１の縦弾性係
数をＥ、密度をρとすると、Ｙ軸方向における１次の縦
振動の共振周波数ΩL1Yは（５）式で示される。
さＷYを（４）式のように設定し、弾性体１の縦弾性係
数をＥ、密度をρとすると、Ｙ軸方向における１次の縦
振動の共振周波数ΩL1Yは（５）式で示される。
【数４】
ＷY＝７２×π×Ｈ／√（１２） ・・・（４）
【数５】
ΩL1Y＝｛π×√（Ｅ／ρ）｝／（２×ＷY）
＝｛√（１２×Ｅ／ρ）｝／（１４４×Ｈ） ・・・（５）
図２（ｅ）は、弾性体１のＹ軸方向に発生する１次の縦
振動の様子を示す。
振動の様子を示す。
【００２５】また、Ｙ軸方向における４次の屈曲振動の
共振周波数ΩB4Yは、弾性体１の断面２次モーメントを
Ｉ、断面積をＡとすると、（６）式で示される。
共振周波数ΩB4Yは、弾性体１の断面２次モーメントを
Ｉ、断面積をＡとすると、（６）式で示される。
【数６】
ΩB4Y＝｛１６×π×π×√（Ｅ×Ｉ／ρ×Ａ）｝／（ＷY×ＷY）
＝｛√（１２×Ｅ／ρ）｝／（１４４×Ｈ） ・・・（６）
図２（ｄ）は弾性体１のＹ軸方向に発生する４次の屈曲
振動の様子を示す。
振動の様子を示す。
【００２６】上記（５），（６）式に示すように、弾性
体１のＹ軸方向に発生する１次の縦振動の共振周波数と
４次の屈曲振動の共振周波数は一致する。このため、こ
の周波数で弾性体１を振動させると、縦振動と屈曲振動
が縮退し、駆動力取り出し部３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄの
楕円運動の周期は最大になる。すなわち、弾性体１のＹ
軸方向に１次の縦振動と４次の屈曲振動を発生させる
と、移動子はＹ軸方向に最も効率よく移動する。
体１のＹ軸方向に発生する１次の縦振動の共振周波数と
４次の屈曲振動の共振周波数は一致する。このため、こ
の周波数で弾性体１を振動させると、縦振動と屈曲振動
が縮退し、駆動力取り出し部３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄの
楕円運動の周期は最大になる。すなわち、弾性体１のＹ
軸方向に１次の縦振動と４次の屈曲振動を発生させる
と、移動子はＹ軸方向に最も効率よく移動する。
【００２７】上記のように、Ｘ軸方向に移動させるため
の共振周波数（（２）式）と、Ｙ軸方向に移動させるた
めの共振周波数（（５）式）とは異なるため、どちらか
一方の方向への移動を予め選択して、その方向に上記周
波数で移動子を移動させればよい。なお、（１）〜
（６）式を求める際には、本来は圧電素子２ａ，２ｂ，
２ｃ，２ｄや駆動力取り出し部３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ
の取り付け位置等の影響も考慮に入れる必要があり、よ
り精度を高めたい場合には、これらの影響を考慮に入れ
た式によって共振周波数が一致する振動モードを検出す
ればよい。ただし、Ｘ軸方向の屈曲振動のモード次数
と、Ｙ軸方向の屈曲振動のモード次数が等しい場合に
は、移動子の移動の際に弾性体が振動するおそれがある
ため、これらのモード次数が相違するように、弾性体の
形状等を定めるのが望ましい。あるいは、Ｘ軸方向の屈
曲振動のモード次数と、Ｙ軸方向の屈曲振動のモード次
数が等しい場合には、圧電素子２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ
に印加する高周波電圧の周波数を変えればよい。
の共振周波数（（２）式）と、Ｙ軸方向に移動させるた
めの共振周波数（（５）式）とは異なるため、どちらか
一方の方向への移動を予め選択して、その方向に上記周
波数で移動子を移動させればよい。なお、（１）〜
（６）式を求める際には、本来は圧電素子２ａ，２ｂ，
２ｃ，２ｄや駆動力取り出し部３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ
の取り付け位置等の影響も考慮に入れる必要があり、よ
り精度を高めたい場合には、これらの影響を考慮に入れ
た式によって共振周波数が一致する振動モードを検出す
ればよい。ただし、Ｘ軸方向の屈曲振動のモード次数
と、Ｙ軸方向の屈曲振動のモード次数が等しい場合に
は、移動子の移動の際に弾性体が振動するおそれがある
ため、これらのモード次数が相違するように、弾性体の
形状等を定めるのが望ましい。あるいは、Ｘ軸方向の屈
曲振動のモード次数と、Ｙ軸方向の屈曲振動のモード次
数が等しい場合には、圧電素子２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ
に印加する高周波電圧の周波数を変えればよい。
【００２８】図３は本実施例による超音波モータの駆動
回路のブロック図である。１１は圧電素子２ａ，２ｂ，
２ｃ，２ｄに印加する高周波電圧の周波数を設定する周
波数設定部、１２は周波数設定部１１に設定された周波
数の信号を出力する発振器、１３は発振器１２から出力
された信号の位相を変更する位相器、１４は位相器１３
に対して位相の切り換えを指示する位相指示部である。
１５は発振器１２から出力された信号を増幅して高周波
電圧を出力する増幅器、１６は位相器１３から出力され
た信号を増幅して高周波電圧を出力する増幅器、１７は
移動子の移動方向を指示する移動方向指示部であり、移
動方向指示部１７からはＸ軸方向への移動を指示する信
号Ｌ１と、Ｙ軸方向への移動を指示する信号Ｌ２が出力
される。
回路のブロック図である。１１は圧電素子２ａ，２ｂ，
２ｃ，２ｄに印加する高周波電圧の周波数を設定する周
波数設定部、１２は周波数設定部１１に設定された周波
数の信号を出力する発振器、１３は発振器１２から出力
された信号の位相を変更する位相器、１４は位相器１３
に対して位相の切り換えを指示する位相指示部である。
１５は発振器１２から出力された信号を増幅して高周波
電圧を出力する増幅器、１６は位相器１３から出力され
た信号を増幅して高周波電圧を出力する増幅器、１７は
移動子の移動方向を指示する移動方向指示部であり、移
動方向指示部１７からはＸ軸方向への移動を指示する信
号Ｌ１と、Ｙ軸方向への移動を指示する信号Ｌ２が出力
される。
【００２９】１８〜２１は圧電素子２ａ，２ｂ，２ｃ，
２ｄと増幅器１５，１６との接続を切り換えるアナログ
スイッチであり、アナログスイッチ１８，２０は信号Ｌ
１によってオン・オフが切り換えられ、アナログスイッ
チ１９，２１は信号Ｌ２によってオン・オフが切り換え
られる。なお、上述した移動方向指示部１７、位相指示
部１４および周波数設定部１１は不図示のＣＰＵによっ
て制御される。
２ｄと増幅器１５，１６との接続を切り換えるアナログ
スイッチであり、アナログスイッチ１８，２０は信号Ｌ
１によってオン・オフが切り換えられ、アナログスイッ
チ１９，２１は信号Ｌ２によってオン・オフが切り換え
られる。なお、上述した移動方向指示部１７、位相指示
部１４および周波数設定部１１は不図示のＣＰＵによっ
て制御される。
【００３０】以下、図３の超音波モータの駆動回路の動
作を説明する。移動子を図１に示すＸ軸の正方向に移動
させる場合には、移動方向指示部１７から出力される信
号Ｌ１によってＸ軸の正方向への移動が指示される。こ
れにより、アナログスイッチ１８，２０がオンして増幅
器１６と圧電素子２ａ，２ｃが接続され、同時に増幅器
１５と圧電素子２ｂ，２ｄが接続される。次に、位相指
示部１４から位相器１３に発振器１２の出力を＋π／２
ずらすことが指示される。次に、移動方向指示部１７か
ら信号Ｌ１を介して周波数設定部１１に対して移動子の
移動が指示され、周波数設定部１１から指示を受けた発
振器１２は第１周波数の高周波信号を出力する。この高
周波信号は増幅器１５で増幅されて高周波電圧Ａとなっ
て圧電素子２ｂ，２ｄに印加される。一方、位相器１３
で＋π／２位相がずれた高周波信号は、増幅器１６で増
幅されて高周波電圧Ｂとなって圧電素子２ａ，２ｃに印
加される。これにより、弾性体１には（２）式に示す１
次の縦振動と（３）式に示す６次の屈曲振動が発生し、
これら２種類の振動の縮退によって、駆動力取り出し部
３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄは楕円運動を行ない、この楕円
運動によって移動子はＸ軸の正方向に移動する。
作を説明する。移動子を図１に示すＸ軸の正方向に移動
させる場合には、移動方向指示部１７から出力される信
号Ｌ１によってＸ軸の正方向への移動が指示される。こ
れにより、アナログスイッチ１８，２０がオンして増幅
器１６と圧電素子２ａ，２ｃが接続され、同時に増幅器
１５と圧電素子２ｂ，２ｄが接続される。次に、位相指
示部１４から位相器１３に発振器１２の出力を＋π／２
ずらすことが指示される。次に、移動方向指示部１７か
ら信号Ｌ１を介して周波数設定部１１に対して移動子の
移動が指示され、周波数設定部１１から指示を受けた発
振器１２は第１周波数の高周波信号を出力する。この高
周波信号は増幅器１５で増幅されて高周波電圧Ａとなっ
て圧電素子２ｂ，２ｄに印加される。一方、位相器１３
で＋π／２位相がずれた高周波信号は、増幅器１６で増
幅されて高周波電圧Ｂとなって圧電素子２ａ，２ｃに印
加される。これにより、弾性体１には（２）式に示す１
次の縦振動と（３）式に示す６次の屈曲振動が発生し、
これら２種類の振動の縮退によって、駆動力取り出し部
３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄは楕円運動を行ない、この楕円
運動によって移動子はＸ軸の正方向に移動する。
【００３１】一方、Ｘ軸の負方向に移動させる場合に
は、移動方向指示部１７からの信号Ｌ１によってアナロ
グスイッチ１８，２０はオンに設定される。次に、位相
指示部１４から位相器１３に発振器１２の出力を−π／
２ずらすことが指示される。次に、移動方向指示部１７
から信号Ｌ１を介して周波数設定部１１に移動子の移動
が指示され、周波数設定部１１からの指示を受けた発振
器１２は第１周波数の高周波信号を出力する。これによ
り、弾性体１には（２）式に示す１次の縦振動と（３）
式に示す６次の屈曲振動が発生し、これら振動の縮退に
より、駆動力取り出し部３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄは楕円
運動を行ない、この楕円運動によって移動子はＸ軸の負
方向に移動する。
は、移動方向指示部１７からの信号Ｌ１によってアナロ
グスイッチ１８，２０はオンに設定される。次に、位相
指示部１４から位相器１３に発振器１２の出力を−π／
２ずらすことが指示される。次に、移動方向指示部１７
から信号Ｌ１を介して周波数設定部１１に移動子の移動
が指示され、周波数設定部１１からの指示を受けた発振
器１２は第１周波数の高周波信号を出力する。これによ
り、弾性体１には（２）式に示す１次の縦振動と（３）
式に示す６次の屈曲振動が発生し、これら振動の縮退に
より、駆動力取り出し部３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄは楕円
運動を行ない、この楕円運動によって移動子はＸ軸の負
方向に移動する。
【００３２】一方、Ｙ軸の正方向に移動させる場合に
は、移動方向指示部１７からの信号Ｌ２によってアナロ
グスイッチ１９，２１はオンに設定される。次に、位相
指示部１４から位相器１３に発振器１２の出力を＋π／
２ずらすことが指示される。次に、移動方向指示部１７
から信号Ｌ２を介して周波数設定部１１に移動子の移動
が指示され、周波数設定部１１から指示を受けた発振器
１２は第２周波数の高周波信号を出力する。これによ
り、弾性体１には（５）式に示す１次の縦振動と（６）
式に示す４次の屈曲振動が発生し、これら振動の縮退に
より、駆動力取り出し部３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄは楕円
運動を行ない、この楕円運動によって移動子はＹ軸の正
方向に移動する。
は、移動方向指示部１７からの信号Ｌ２によってアナロ
グスイッチ１９，２１はオンに設定される。次に、位相
指示部１４から位相器１３に発振器１２の出力を＋π／
２ずらすことが指示される。次に、移動方向指示部１７
から信号Ｌ２を介して周波数設定部１１に移動子の移動
が指示され、周波数設定部１１から指示を受けた発振器
１２は第２周波数の高周波信号を出力する。これによ
り、弾性体１には（５）式に示す１次の縦振動と（６）
式に示す４次の屈曲振動が発生し、これら振動の縮退に
より、駆動力取り出し部３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄは楕円
運動を行ない、この楕円運動によって移動子はＹ軸の正
方向に移動する。
【００３３】一方、Ｙ軸の負方向に移動させる場合に
は、移動方向指示部１７からの信号Ｌ２によってアナロ
グスイッチ１９，２１はオンに設定される。次に、位相
指示部１４から位相器１３に発振器１２の出力を−π／
２ずらすことが指示される。次に、移動方向指示部１７
から信号Ｌ２を介して周波数設定部１１に移動子の移動
が指示され、周波数設定部１１から指示を受けた発振器
１２は第２周波数の高周波信号を出力する。これによ
り、弾性体１には１次の縦振動と４次の屈曲振動が発生
し、これら振動の縮退により、駆動力取り出し部３ａ，
３ｂ，３ｃ，３ｄは楕円運動を行ない、この楕円運動に
よって移動子はＹ軸の負方向に移動する。
は、移動方向指示部１７からの信号Ｌ２によってアナロ
グスイッチ１９，２１はオンに設定される。次に、位相
指示部１４から位相器１３に発振器１２の出力を−π／
２ずらすことが指示される。次に、移動方向指示部１７
から信号Ｌ２を介して周波数設定部１１に移動子の移動
が指示され、周波数設定部１１から指示を受けた発振器
１２は第２周波数の高周波信号を出力する。これによ
り、弾性体１には１次の縦振動と４次の屈曲振動が発生
し、これら振動の縮退により、駆動力取り出し部３ａ，
３ｂ，３ｃ，３ｄは楕円運動を行ない、この楕円運動に
よって移動子はＹ軸の負方向に移動する。
【００３４】以上、図３の超音波モータの駆動回路の動
作をまとめると、移動子をＸ軸方向に移動させるのかＹ
軸方向に移動させるのかを移動方向指示部１７によって
指示し、この移動方向指示部１７の出力に応じてアナロ
グスイッチ１８〜２１を切り換える。４個の圧電素子２
ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄを２個ずつ２組に分け、組とする
圧電素子をアナログスイッチ１８〜２１の切り換えに応
じて変更する。Ｘ軸方向に移動子を移動させる場合には
Ｙ軸方向に並んだ圧電素子（２ａ，２ｃ）、（２ｂ，２
ｄ）を組とし、Ｙ軸方向に移動子を移動させる場合には
Ｘ軸方向に並んだ圧電素子（２ａ，２ｂ）、（２ｃ，２
ｄ）を組とする。そして、各組にそれぞれ互いにπ／２
位相の異なる高周波電圧を印加して駆動力取り出し部３
ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄに楕円運動を発生させ、Ｘ軸方向
またはＹ軸方向に移動子を移動させる。一方、正負のど
ちらに移動させるかは位相指示部１４から位相器１３に
入力される信号によって切り換える。
作をまとめると、移動子をＸ軸方向に移動させるのかＹ
軸方向に移動させるのかを移動方向指示部１７によって
指示し、この移動方向指示部１７の出力に応じてアナロ
グスイッチ１８〜２１を切り換える。４個の圧電素子２
ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄを２個ずつ２組に分け、組とする
圧電素子をアナログスイッチ１８〜２１の切り換えに応
じて変更する。Ｘ軸方向に移動子を移動させる場合には
Ｙ軸方向に並んだ圧電素子（２ａ，２ｃ）、（２ｂ，２
ｄ）を組とし、Ｙ軸方向に移動子を移動させる場合には
Ｘ軸方向に並んだ圧電素子（２ａ，２ｂ）、（２ｃ，２
ｄ）を組とする。そして、各組にそれぞれ互いにπ／２
位相の異なる高周波電圧を印加して駆動力取り出し部３
ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄに楕円運動を発生させ、Ｘ軸方向
またはＹ軸方向に移動子を移動させる。一方、正負のど
ちらに移動させるかは位相指示部１４から位相器１３に
入力される信号によって切り換える。
【００３５】このように、上記実施例では、一つの超音
波モータで二次元方向に移動子を移動させることができ
るため、超音波モータを複数設ける必要がなく、コスト
ダウンと超音波モータの小型化が図れる。
波モータで二次元方向に移動子を移動させることができ
るため、超音波モータを複数設ける必要がなく、コスト
ダウンと超音波モータの小型化が図れる。
【００３６】上記実施例では、弾性体１に圧電素子２
ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄが接着されている例を示したが、
電気信号を機械的な振動に変換できる部材であれば圧電
素子に限定されず、例えば印加電圧のｎ乗に比例して振
動する電歪素子などを用いてもよい。上記実施例では、
Ｘ軸方向には１次の縦振動と４次の屈曲振動を発生さ
せ、Ｙ軸方向には１次の縦振動と６次の屈曲振動を発生
させるようにしたが、上述した（２），（３），
（５），（６）式に示すように、弾性体１の材質、厚さ
等が変わると、共振周波数も変化するため、弾性体１の
材質、面積、形状および厚さ等に基づいて振動のモード
次数を決定するのが望ましい。上記実施例では、９０度
隔てた２方向に移動子を移動させる例を説明したが、移
動させる方向は実施例に限定されない。図３に示す移動
方向指示部１７、位相指示部１４および周波数設定部１
１をＣＰＵの中に含め、ソフト的に処理してもよい。上
記実施例では、超音波モータの駆動力取り出し部３ａ，
３ｂ，３ｃ，３ｄに移動子を接触させて、この移動子を
移動させる例を説明したが、駆動力取り出し部３ａ，３
ｂ，３ｃ，３ｄに固定部材を接触させて、超音波モータ
自身を移動させるようにしてもよい。
ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄが接着されている例を示したが、
電気信号を機械的な振動に変換できる部材であれば圧電
素子に限定されず、例えば印加電圧のｎ乗に比例して振
動する電歪素子などを用いてもよい。上記実施例では、
Ｘ軸方向には１次の縦振動と４次の屈曲振動を発生さ
せ、Ｙ軸方向には１次の縦振動と６次の屈曲振動を発生
させるようにしたが、上述した（２），（３），
（５），（６）式に示すように、弾性体１の材質、厚さ
等が変わると、共振周波数も変化するため、弾性体１の
材質、面積、形状および厚さ等に基づいて振動のモード
次数を決定するのが望ましい。上記実施例では、９０度
隔てた２方向に移動子を移動させる例を説明したが、移
動させる方向は実施例に限定されない。図３に示す移動
方向指示部１７、位相指示部１４および周波数設定部１
１をＣＰＵの中に含め、ソフト的に処理してもよい。上
記実施例では、超音波モータの駆動力取り出し部３ａ，
３ｂ，３ｃ，３ｄに移動子を接触させて、この移動子を
移動させる例を説明したが、駆動力取り出し部３ａ，３
ｂ，３ｃ，３ｄに固定部材を接触させて、超音波モータ
自身を移動させるようにしてもよい。
【００３７】このように構成した実施例にあっては、圧
電素子２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄが電気機械変換素子に、
駆動力取り出し部３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄが突起部に、
それぞれ対応する。
電素子２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄが電気機械変換素子に、
駆動力取り出し部３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄが突起部に、
それぞれ対応する。
【００３８】
【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
れば、弾性体は第１方向に関する第１モード振動と第２
モード振動の共振周波数、および第２方向に関する第３
モード振動と第４モード振動の共振周波数がそれぞれ略
一致する形状とし、電気機械変換素子に入力する第１周
波電圧および第１周波電圧とは異なる周波数の第２周波
電圧に応じて、弾性体が第１方向または第２方向に相対
運動するようにした。そのため、２次元座標系のどの方
向にも超音波モータを最も効率よく駆動させることがで
き、弾性体に発生する不所望の振動を抑えることができ
る。請求項２に記載の発明によれば、弾性体に、第１の
方向または第２の方向に平行に複数の突起部を取り付け
るため、突起部に発生した楕円運動によって、対象物を
２次元方向に相対運動させることができる。請求項３に
記載の発明によれば、弾性体の材質等を考慮に入れて、
弾性体に発生する各振動のモード次数と周波電圧の周波
数を設定するため、いつも最適な状態で弾性体を振動さ
せることができる。請求項４に記載の発明によれば、第
２モード振動のモード次数と第４モードのモード次数を
変えるようにしたため、弾性体に発生する不所望の振動
を抑えることができる。請求項５に記載の発明によれ
ば、弾性体に縦振動と屈曲振動を発生させるようにした
ため、これらの振動の合成により、突起部に安定した楕
円運動を発生させることができる。請求項６に記載の発
明によれば、弾性体に発生した各振動が縮退するように
したため、突起部の楕円運動の軌跡を最大にすることが
できる。
れば、弾性体は第１方向に関する第１モード振動と第２
モード振動の共振周波数、および第２方向に関する第３
モード振動と第４モード振動の共振周波数がそれぞれ略
一致する形状とし、電気機械変換素子に入力する第１周
波電圧および第１周波電圧とは異なる周波数の第２周波
電圧に応じて、弾性体が第１方向または第２方向に相対
運動するようにした。そのため、２次元座標系のどの方
向にも超音波モータを最も効率よく駆動させることがで
き、弾性体に発生する不所望の振動を抑えることができ
る。請求項２に記載の発明によれば、弾性体に、第１の
方向または第２の方向に平行に複数の突起部を取り付け
るため、突起部に発生した楕円運動によって、対象物を
２次元方向に相対運動させることができる。請求項３に
記載の発明によれば、弾性体の材質等を考慮に入れて、
弾性体に発生する各振動のモード次数と周波電圧の周波
数を設定するため、いつも最適な状態で弾性体を振動さ
せることができる。請求項４に記載の発明によれば、第
２モード振動のモード次数と第４モードのモード次数を
変えるようにしたため、弾性体に発生する不所望の振動
を抑えることができる。請求項５に記載の発明によれ
ば、弾性体に縦振動と屈曲振動を発生させるようにした
ため、これらの振動の合成により、突起部に安定した楕
円運動を発生させることができる。請求項６に記載の発
明によれば、弾性体に発生した各振動が縮退するように
したため、突起部の楕円運動の軌跡を最大にすることが
できる。
【図１】本発明による超音波モータの構造を示す図。
【図２】本発明による超音波モータの動作原理を説明す
る図。
る図。
【図３】超音波モータの駆動回路のブロック図。
【図４】図５の超音波モータの動作原理を説明する図。
【図５】Ｌ１−Ｂ４モード平板モータの構造を示す図。
【図６】図５のモータによって駆動される移動子を示す
図。
図。
１ 弾性体
２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ 圧電素子
３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ 駆動力取り出し部
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H02N 2/00
Claims (6)
- 【請求項１】 電気機械変換素子と該電気機械変換素子
が一面に設けられた弾性体とから構成され、前記電気機
械変換素子に入力される周波電圧に応じて前記弾性体の
他面の所定箇所に楕円運動を発生させ、対象物との間で
相対運動を生じさせる超音波モータにおいて、 前記弾性体は、第１方向に関して第１モード振動の共振周波数と第２モ
ード振動の共振周波数が略一致する形状を有し、 前記電
気機械変換素子に第１周波電圧が入力されると、前記第
１モード振動および前記第２モード振動の縮退による前
記楕円運動によって前記対象物との間で前記第１方向へ
の相対運動を行う第１方向運動モードと、第２方向に関して第３モード振動の共振周波数と第４モ
ード振動の共振周波数が略一致する形状を有し、 前記電
気機械変換素子に前記第１周波電圧とは異なる周波数の
第２周波電圧が入力されると、前記第３モード振動およ
び前記第４モード振動の縮退による前記楕円運動によっ
て前記対象物との間で前記第２方向への相対運動を行う
第２方向運動モードとを有することを特徴とする超音波
モータ。 - 【請求項２】 請求項１に記載された超音波モータにお
いて、 前記弾性体には前記対象物と接触される複数の突起部が
取り付けられ、前記各突起部は前記第１方向または前記
第２方向に平行に並べて配置されることを特徴とする超
音波モータ。 - 【請求項３】 請求項１または２に記載された超音波モ
ータにおいて、 前記第１モード振動、前記第２モード振動、前記第３モ
ード振動および前記第４モード振動の各モード次数と、
前記第１周波電圧および前記第２周波電圧の周波数と
を、前記弾性体の材質、面積、形状および厚さに基づい
て定めることを特徴とする超音波モータ。 - 【請求項４】 請求項３に記載された超音波モータにお
いて、 前記第２モード振動のモード次数と前記第４モード振動
のモード次数とが一致しないように、前記弾性体の材
質、面積、形状および厚さを定めることを特徴とする超
音波モータ。 - 【請求項５】 請求項１〜４に記載された超音波モータ
において、 前記第１モード振動および前記第３モード振動は縦振動
で、前記第２モード振動および前記第４モード振動は屈
曲振動であることを特徴とする超音波モータ。 - 【請求項６】 請求項１〜３に記載された超音波モータ
において、 前記第１モード振動および前記第３モード振動が１次の
縦振動で、かつ前記第２モード振動が４次の屈曲振動
で、かつ前記第４モード振動が６次の屈曲振動であるこ
とを特徴とする超音波モータ。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15347294A JP3448783B2 (ja) | 1994-07-05 | 1994-07-05 | 超音波モータ |
| EP95304676A EP0691692B1 (en) | 1994-07-05 | 1995-07-04 | Vibration driven motor |
| DE69507857T DE69507857T2 (de) | 1994-07-05 | 1995-07-04 | Durch Vibrationen angetriebener Motor |
| US08/967,343 US5917268A (en) | 1994-07-05 | 1997-10-27 | Vibration driven motor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15347294A JP3448783B2 (ja) | 1994-07-05 | 1994-07-05 | 超音波モータ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0823686A JPH0823686A (ja) | 1996-01-23 |
| JP3448783B2 true JP3448783B2 (ja) | 2003-09-22 |
Family
ID=15563324
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15347294A Expired - Lifetime JP3448783B2 (ja) | 1994-07-05 | 1994-07-05 | 超音波モータ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3448783B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH09219980A (ja) * | 1995-12-04 | 1997-08-19 | Nikon Corp | 多自由度形駆動装置 |
| JP4704537B2 (ja) * | 2000-01-31 | 2011-06-15 | セイコーインスツル株式会社 | 超音波モータ及び超音波モータ付き電子機器 |
| JP5144149B2 (ja) * | 2007-07-12 | 2013-02-13 | ペンタックスリコーイメージング株式会社 | 移動装置 |
-
1994
- 1994-07-05 JP JP15347294A patent/JP3448783B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0823686A (ja) | 1996-01-23 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120711 Year of fee payment: 9 |
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| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
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| EXPY | Cancellation because of completion of term |