JPH08294289A

JPH08294289A - 超音波モータ

Info

Publication number: JPH08294289A
Application number: JP7093283A
Authority: JP
Inventors: Michihiro Tobe; 通宏戸部
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1995-04-19
Filing date: 1995-04-19
Publication date: 1996-11-05

Abstract

(57)【要約】【目的】弾性体を相対運動部材に向けて加圧する加圧
力を増大しても、速度むらや耐久性の低下を生じること
がない超音波モータを提供する。【構成】加圧機構２１を弾性体１１の駆動力取出部１
１ｂ，１１ｃが設置された位置又はその周辺に設けて、
弾性体１１を加圧する。加圧により弾性体１１に生じる
撓みが抑制され、加圧力を増加しても、駆動力取出部１
１ｂ，１１ｃと相対運動部材２０との接触面積の減少が
抑制され、弾性体１１と相対運動部材２０との摺動状態
の不安定や、弾性体１１の駆動力取出部１１ｂ，１１ｃ
の底面における偏磨耗が抑制される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電気機械変換素子によ
り弾性体を振動し、複数の振動モードを調和的に発生さ
せて弾性体表面に楕円運動を発生させることにより、弾
性体に接触する相対運動部材との間で相対運動を発生さ
せる超音波モータに関する。

【０００２】

【従来の技術】超音波モータは、高トルク，良好な制御
性，高保持力さらには静粛性などの特徴を有しており、
円環型とリニア型とに大別される。円環型のモータは、
カメラのＡＦ用モータなどに用いられている。また、リ
ニア型のモータは、以下のような構造のものが知られて
いる。

【０００３】図１３は、リニア型超音波モータの従来例
を示す図である。従来のリニア型超音波モータは、棒状
弾性体１０１の一端側に加振用の変成器１０２が配置さ
れ、他端側に制振用の変成器１０３が配置されている。
各変成器１０２，１０３には、振動子１０２ａ，１０３
ａが接合されている。加振用の振動子１０２ａに発振器
１０２ｂから交流電圧を印加して棒状弾性体１０１を振
動させ、この振動が棒状弾性体１０１を伝播することに
より進行波となる。この進行波により、棒状弾性体１０
１に加圧接触された移動体１０４が駆動される。

【０００４】一方、棒状弾性体１０１の振動は、制振用
の変成器１０３を通じて振動子１０３ａに伝えられ、こ
の振動子１０３ａによって振動エネルギーが電気エネル
ギーに変換される。この振動子１０３ａに接続された負
荷１０３ｂにより電気エネルギーを消費することにより
振動を吸収する。この制振用の変成器１０３により、棒
状弾性体１０１の端面における反射を抑制して、棒状弾
性体１０１の固有モードの定在波の発生を防いでいる。

【０００５】図１３のリニア型超音波モータは、移動体
１０４の移動範囲だけ、棒状弾性体１０１の長さが必要
であり、その棒状弾性体１０１の全体を加振しなければ
ならず、装置が大型化するとともに、固有モードの定在
波の発生を防止するために、制振用の変成器１０３など
が必要となる、という問題があった。

【０００６】このような問題を解決するために、自走式
の超音波モータが種々提案されており、例えば、「第５
回電磁力関連のダイナミックシンポジウム講演論文集」
の「２２２光ピックアップ移動を目的とした圧電リニ
アモータ」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。

【０００７】図１４は、異形縮退縦Ｌ１−屈曲Ｂ４モー
ド・平板モータの従来例を示す模式図であって、図１４
（Ａ）は正面図、図１４（Ｂ）は側面図、図１４（Ｃ）
は平面図である。弾性体１は、矩形平板状の基礎部１ａ
と，その基礎部１ａの一方の面に突起状に形成された駆
動力取出部１ｂ，１ｃとから構成されている。圧電体
２，３は、弾性体１の基礎部１ａの他方の面に貼付さ
れ、縦振動Ｌ１モードと屈曲振動Ｂ４モードとを発生さ
せる素子である。

【０００８】弾性体１における屈曲振動Ｂ４モードの腹
となる部分に駆動力取出部１ｂ，１ｃが設けられ、レー
ルなどの相対運動部材（不図示）に押し付けられる。

【０００９】この超音波モータは、弾性体１に生じる縦
振動Ｌ１モード及び屈曲振動Ｂ４モードそれぞれの固有
振動数が非常に近い値になるように設計されており、２
つの固有振動数に近い周波数の交流電圧を圧電体２，３
に印加することにより二つの振動モードが調和して楕円
運動を発生させる。発生した楕円運動は、駆動力取出部
１ｂ，１ｃを介して推力として取り出される。図１５
は、弾性体１を相対運動部材４に押しつける機構の従来
例を示す模式図である。弾性体１は、駆動力取出部１
ｂ，１ｃの設置部の中央を、加圧板５及びコイルばね６
により構成される加圧機構７により加圧されて、相対運
動部材４に押しつけられている。

【００１０】これは、弾性体１の駆動力取出部１ｂ，１
ｃの設置部の中央が縦振動及び屈曲振動の共通の節にな
るため、加圧による振動の拘束が最も少ないと考えられ
るからである。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】図１５に示す加圧機構
７により弾性体１の駆動力取出部１ｂ，１ｃの設置部の
中央を加圧すると、弾性体１には加圧による撓みが発生
する。図１６は、加圧されることにより撓みが発生した
弾性体１を抽出して示す説明図である。

【００１２】同図に示すように、弾性体１は中央部を頂
点として弓なりに撓み、このような撓みにより駆動力取
出部１ｂ，１ｃと相対運動部材４との接触部に微小な隙
間が生じる。ところで、図１４ないし図１６を参照しな
がら説明してきた超音波モータの駆動力は、弾性体１へ
の加圧力Ｆと，駆動力取出部１ｂ，１ｃ及び相対運動部
材４間の動摩擦係数μとの積Ｆμに比例するため、超音
波モータの駆動力を大きくしたい場合には加圧力を大き
くする必要がある。

【００１３】しかし、加圧力を大きくすると、図１６に
示す弾性体１の撓みが大きくなり、駆動力取出部１ｂ，
１ｃと相対運動部材４との間の隙間が大きくなって、駆
動力取出部１ｂ，１ｃと相対運動部材４との接触面積が
減少する。このような接触面積の減少により、弾性体１
と相対運動部材４との摺動状態が不安定になり、速度む
ら等の問題が生じたり、弾性体１の駆動力取出部１ｂ，
１ｃの底面に偏磨耗が発生して超音波モータの寿命が短
くなってしまう。

【００１４】本発明の目的は、弾性体を相対運動部材に
向けて加圧する加圧力を増大することにより超音波モー
タの駆動力の増大を図っても、速度むらや耐久性の低下
を生じることがない超音波モータを提供することであ
る。

【００１５】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、請求項１の発明は、弾性体と，前記弾性体の一方の
面に接続され前記弾性体に縦振動モードと屈曲振動モー
ドとを調和的に発生させ、前記弾性体の他方の面に設け
られる駆動力取出部に楕円運動を生じさせる電気機械変
換素子と，前記駆動力取出部に接触し、前記弾性体に対
して相対的な運動を行う相対運動部材と，前記弾性体を
前記相対運動部材に向けて加圧する加圧機構とを有し、
前記加圧機構は、前記弾性体の前記駆動力取出部が設置
された位置又はその周辺に設けられることを特徴として
いる。

【００１６】請求項２の発明は、請求項１の超音波モー
タにおいて、前記加圧機構が、前記電気機械変換素子の
表面側に設けられる加圧板と，前記加圧板を前記相対運
動部材側に向けて加圧する付勢部材とを含むことを特徴
としている。

【００１７】請求項３の発明は、請求項１の超音波モー
タにおいて、前記加圧機構が、前記弾性体の側面であっ
て前記駆動力取出部が設置された位置又はその周辺に設
けられる加圧用突起部と，前記加圧用突起部を前記相対
運動部材側に向けて加圧する付勢部材とを含むことを特
徴としている。

【００１８】請求項４の発明は、請求項１の超音波モー
タにおいて、前記加圧機構が、前記弾性体の側面であっ
て前記駆動力取出部が設置された位置又はその周辺に設
けられた付勢部材取付部と，前記付勢部材取付部に対し
て前記相対運動部材側に向けて設置されるとともに前記
付勢部材取付部を前記相対運動部材側に向けて引っ張る
付勢部材とを含むことを特徴としている。

【００１９】請求項５の発明は、請求項４の超音波モー
タにおいて、前記付勢部材取付部が、前記弾性体に対し
て脱着自在であることを特徴としている。

【００２０】請求項６の発明は、請求項１ないし請求項
５のいずれかの超音波モータにおいて、縦振動モードが
１次モードであるとともに屈曲振動モードが４次モード
であり、かつ前記駆動力取出部が前記弾性体の他方の表
面における屈曲振動モードの腹となる部分に配置される
ことを特徴としている。

【００２１】請求項７の発明は、請求項１ないし請求項
６のいずれかに記載の超音波モータにおいて、前記電気
機械変換素子は、１つの圧電体の表面部分に複数の電極
が形成され、それらの電極は少なくとも駆動用として用
いられることを特徴としている。

【００２２】

【作用】請求項１の発明によれば、加圧機構が弾性体の
駆動力取出部が設置された位置又はその周辺に設けられ
ており、駆動力取出部が設置された位置又はその周辺で
弾性体を加圧するため、加圧により弾性体に生じる撓み
が抑制されるようになる。そのため、加圧力を増加して
も、駆動力取出部と相対運動部材との接触面積の減少が
抑制され、弾性体と相対運動部材との摺動状態の不安定
や、弾性体の駆動力取出部の底面における偏磨耗が可及
的抑制されるようになる。

【００２３】請求項２の発明によれば、請求項１の発明
において、加圧機構を、電気機械変換素子の表面側に設
けられる加圧板と，加圧板を相対運動部材側に向けて加
圧する付勢部材とにより構成するため、極めて簡易な構
造で加圧機構を実現できるようになる。

【００２４】請求項３の発明は、請求項１の発明におい
て、加圧機構を、弾性体の側面であって駆動力取出部が
設置された位置又はその周辺に設けられる加圧用突起部
と，加圧用突起部を相対運動部材側に向けて加圧する付
勢部材とにより構成するため、弾性体に生じる振動を阻
害することなく、弾性体の加圧を行うことができるよう
になる。

【００２５】請求項４の発明は、請求項１の発明におい
て、加圧機構を、弾性体の側面であって駆動力取出部が
設置された位置又はその周辺に設けられる付勢部材取付
部と，付勢部材取付部に対して相対運動部材側に向けて
設置されるとともに付勢部材取付部を前記相対運動部材
側に向けて引っ張る付勢部材とにより構成するため、弾
性体に生じる振動を阻害することなく、弾性体の加圧を
行うことができるようになる。

【００２６】請求項５の発明は、請求項４の発明におい
て、付勢部材取付部を、弾性体に対して脱着自在に構成
するため、弾性体の製造が容易になるとともに、弾性体
及び付勢部材取付部それぞれの材質を異ならせることが
できるようになる。

【００２７】請求項６の発明は、請求項１ないし請求項
５のいずれかの発明において、駆動源として公知のＬ１
Ｂ４型超音波モータを用いるため、確実かつ簡単に駆動
力を取り出すことができるようになる。

【００２８】請求項７の発明は、請求項１ないし請求項
６のいずれかの発明において、電気機械変換素子は、１
つの圧電体の表面部分に複数の電極が形成され、それら
の電極は少なくとも駆動用として用いられ、駆動用に加
えて例えば振動モニタ用や接地用としても用いられるた
め、圧電体自体は１枚であり、弾性体への圧電体の装着
作業が簡素化されるようになる。

【００２９】

【実施例】

（第１実施例）以下、図面等を参照して、実施例につ
き、さらに詳細に説明する。図１は、本発明による超音
波モータ単体の第１実施例を全体的に示した斜視図であ
り、図２は、加圧機構を含んだ本発明の超音波アクチュ
エータ全体の正面図である。

【００３０】本発明による超音波モータ１０は、弾性体
１１と，弾性体１１の一方の面に接続される電気機械変
換素子である圧電体１２と，弾性体１１の他方の面に設
けられる駆動力取出部１１ｂ，１１ｃに接触する相対運
動部材２０と，弾性体１１を相対運動部材２０に向けて
加圧する加圧機構２１とにより構成される。弾性体１１
は、平板状の基礎部１１ａと、この基礎部１１ａの下面
に突起状に設けられた駆動力取り出しのための駆動力取
出部１１ｂ，１１ｃとから構成されている。これらの駆
動力取出部１１ｂ，１１ｃは、駆動時に発生する屈曲振
動の腹（振幅最大の部分）の位置に設けられている。

【００３１】圧電体１２は、電気信号を機械的な変位に
変換する電気機械変換素子であり、本実施例では、駆動
用圧電体１２ａ，１２ｂと振動モニタ用圧電体１２ｐ，
１２ｐ’とを備える。各圧電体１２ａ，１２ｂ，１２
ｐ，１２ｐ’は弾性体１１に例えば接着されて装着され
る。なお、図示していないが、駆動力取出部１１ｂ，１
１ｃと相対運動部材２０との間の摺動抵抗を抑制するた
めに、駆動力取出部１１ｂ，１１ｃそれぞれの底面に摺
動材を貼付しておいてもよい。

【００３２】駆動用圧電体１２ａ，１２ｂは、電気的に
位相が９０度異なる交流電圧が印加されることにより、
弾性体１１に縦振動モード（本実施例ではＬ１モード）
と屈曲振動モード（本実施例ではＢ４モード）の振動を
発生させて、駆動力取出部１１ｂ，１１ｃに楕円運動に
よる駆動力を発生させる。振動モニタ用圧電体１２ｐ、
１２ｐ’は、機械的変位を電気信号に変換する機械電気
変換素子であり、弾性体１１に発生する振動の状態をモ
ニタして、後述する制御回路３５に出力する。

【００３３】なお、図示していないが、弾性体１１はＧ
ＮＤ電位に接続されるのが一般的であり、その場合の電
極（共通電極）は、例えば、弾性体１１にリード線を半
田付けするか、又はリード線の付いた金属箔を弾性体１
１に接着することにより行えばよい。加圧機構２１は、
本実施例では、弾性体１１の幅よりも大きな幅の加圧板
２１ａと，加圧板２１ａを付勢するコイルばね２１ｂ
と，加圧板２１ａに挿通するガイド棒２１ｃとからな
り、この加圧機構２１が弾性体１１を相対運動部材２０
へ向けて４箇所で加圧するべく４基設置される。本実施
例では付勢部材としてコイルばねを用いているが、これ
に限定されるものではなく、例えば板ばねや皿ばね等の
弾性体を用いてもよい。

【００３４】これらの加圧機構２１を、本発明では、弾
性体１１の駆動力取出部１１ｂ，１１ｃが設置された位
置又はその周辺に設ける。本実施例では、駆動力取出部
１１ｂ，１１ｃが設置された位置の真上に設けている
が、真上である必要はなく、加圧により弾性体１１に著
しい撓みを生じさせない範囲であればよい。これらの加
圧機構２１により圧電体２１を介して弾性体１１を加圧
すると、加圧方向の延長上に駆動力取出部１１ｂ，１１
ｃが設置されており、弾性体１１のうちの駆動力取出部
１１ｂ，１１ｃが設置されていない部分には加圧力は直
接には作用しない。そのため、弾性体１１の撓み変形が
抑制されるようになる。したがって、図１及び図２に示
す超音波モータにおいて加圧力を上昇させても、駆動力
取出部１１ｂ，１１ｃと相対運動部材２０との間の隙間
は殆ど増加せず、駆動力取出部１１ｂ，１１ｃと相対運
動部材２０との接触面積も殆ど減少しないため、駆動力
取出部１１ｂ，１１ｃと相対運動部材２０との接触状態
が加圧力の増加に影響されずに安定に維持される。

【００３５】このようにして、本実施例により、従来の
技術で懸念されていた加圧力上昇に起因する速度むらや
寿命低下の問題が解消される。なお、本発明では、従来
のように縦振動及び屈曲振動の共通の節ではない位置を
加圧することになるが、この節をずれた位置で押さえる
ことによる振動阻害効果よりも加圧力を上昇させて駆動
力を上昇させる効果のほうが大きく、駆動力上昇は十分
に達成される。

【００３６】図３は、図１及び図２の超音波モータ１０
の駆動回路の構成例を示すブロック図である。発振器３
１は、弾性体１１と圧電体１２とから構成される振動体
の１次の縦振動モード及び４次の屈曲振動モードそれぞ
れに相当する周波数の信号を発振するためのものであ
る。発振器３１の出力は分岐して、一方の出力は、増幅
器３３によって増幅された後に、Ａ相電圧として、駆動
用圧電体１２ａの電極に入力される。また、分岐した他
方の出力は、移相器３２に接続されており、移相器３２
によって、Ａ相電圧とはπ／２だけ位相をずらしてＢ相
電圧とした後に、増幅器３４を介して、駆動用圧電体１
２ｂの電極に入力される。

【００３７】制御回路３５は、振動モニタ用圧電体１２
ｐ，１２ｐ’の出力電圧が入力されており、予め設定さ
れていた基準電圧と比較して、ｐ，ｐ’端子の出力の方
が小さいときには周波数を低く、また、ｐ，ｐ’端子の
出力の方が大きいときには周波数を高くするように、発
振器３１を制御する。これにより、超音波モータの振動
振幅が所定の大きさに保持される。

【００３８】図４は、図３の超音波モータの動作を説明
するための図である。この超音波モータ１０は、駆動用
圧電体１２ａ，１２ｂに電気的に位相が９０度異なる交
流電圧を印加することにより、屈曲振動と縦振動との複
合振動を起こし、弾性体１１の駆動力取出部１１ｂ，１
１ｃの先端に楕円運動を発生させる。そして、弾性体１
１は、駆動用圧電体１２ａ，１２ｂが貼ってある面から
加圧板２１ａによって加圧され、駆動力取出部１１ｂ，
１１ｃを相対運動部材２０に接触させ、駆動力を得る。

【００３９】なお、本実施例では、駆動用圧電体１２
ａ，１２ｂは互いに極性が同一方向になるように分極さ
れ、印加される高周波電圧Ａ，Ｂはπ／２の時間的位相
差を有しているが、これに限定する必要があるものでは
なく、駆動用圧電体１２ａ，１２ｂの分極は互いに逆方
向であってもよい。図４（Ａ）は、超音波モータに入力
される２相の高周波電圧Ａ，Ｂの時間的変化をｔ₁〜ｔ
₉で示す。図４（Ａ）の横軸は、高周波電圧の実効値を
示す。図４（Ｂ）は、超音波モータの断面の変形の様子
を示し、超音波モータに発生する屈曲振動の時間的変化
（ｔ₁〜ｔ₉）を示す。図４（Ｃ）は、超音波モータの
断面の変形の様子を示し、超音波モータに発生する縦振
動の時間的変化（ｔ₁〜ｔ₉）を示す。図４（Ｄ）は、
超音波モータの駆動力取出部１１ｂ，１１ｃに発生する
楕円運動の時間的変化（ｔ₁〜ｔ₉）を示す。

【００４０】次に、この実施例の超音波モータの動作
を、時間的変化（ｔ₁〜ｔ₉）ごとに説明する。時間ｔ
₁において、図４（Ａ）に示すように、高周波電圧Ａは
正の電圧を発生し、同様に高周波電圧Ｂは同一の正の電
圧を発生する。図４（Ｂ）に示すように、高周波電圧
Ａ，Ｂによる屈曲運動は互いに打ち消し合い、質点Ｙ１
とＺ１とが振幅零となる。また、図４（Ｃ）に示すよう
に、高周波電圧Ａ，Ｂによる縦振動は伸張する方向に発
生する。質点Ｙ２とＺ２とは矢印で示されるように、節
Ｘを中心にして最大の伸長を示す。その結果、図４
（Ｄ）に示すように、上記両振動が複合され、質点Ｙ１
とＹ２との運動の合成が質点Ｙの運動となり、また、質
点Ｚ１とＺ２との運動の合成が質点Ｚの運動となる。

【００４１】時間ｔ₂において、図４（Ａ）に示すよう
に、高周波電圧Ｂは零となり、高周波電圧Ａは正の電圧
を発生する。図４（Ｂ）に示すように、高周波電圧Ａに
よる屈曲運動が発生し、質点Ｙ１が正方向に振幅し、質
点Ｚ１が負方向に振幅する。また、図４（Ｃ）に示すよ
うに、高周波電圧Ａによる縦振動が発生し、質点Ｙ２と
質点Ｚ２とが時間ｔ₁のときよりも縮む。その結果、図
４（Ｄ）に示すように、上記両振動が複合され、質点Ｙ
とＺとが時間ｔ₁のときよりも右回りに移動する。

【００４２】時間ｔ₃において、図４（Ａ）に示すよう
に、高周波電圧Ａは正の電圧を発生し、同様に高周波電
圧Ｂは同一の負の電圧を発生する。図４（Ｂ）に示すよ
うに、高周波電圧Ａ及びＢによる屈曲運動が合成されて
増幅され、質点Ｙ１が時間ｔ₂のときよりも正方向に増
幅され、最大の正の振幅値を示す。質点Ｚ１が時間ｔ₂
のときよりも負方向に増幅され、最大の負の振幅値を示
す。また、図４（Ｃ）に示すように、高周波電圧Ａ及び
Ｂによる縦振動が互いに打ち消しあい、質点Ｙ２とＺ２
とが元の位置に戻る。その結果、図４（Ｄ）に示すよう
に、上記両振動が複合され、質点ＹとＺとが時間ｔ₂の
ときよりも右回りに移動する。

【００４３】時間ｔ₄において、図４（Ａ）に示すよう
に、高周波電圧Ａは零となり、高周波電圧Ｂは負の電圧
を発生する。図４（Ｂ）に示すように、高周波電圧Ｂに
よる屈曲運動が発生し、質点Ｙ１は時間ｔ₃のときより
も振幅が低下し、質点Ｚ１は時間ｔ₃のときよりも振幅
が低下する。また、図４（Ｃ）に示すように、高周波電
圧Ｂによる縦振動が発生し、質点Ｙ２とＺ２が収縮す
る。その結果、図４（Ｄ）に示すように、上記両振動が
複合され、質点ＹとＺとが時間ｔ₃のときよりも右回り
に移動する。

【００４４】時間ｔ₅において、図４（Ａ）に示すよう
に、高周波電圧Ａは負の電圧を発生し、同様に高周波電
圧Ｂは同一の負の電圧を発生する。図４（Ｂ）に示すよ
うに、高周波電圧Ａ，Ｂによる屈曲運動は互いに打ち消
し合い、質点Ｙ１とＺ１とが振幅零となる。また、図４
（Ｃ）に示すように、高周波電圧Ａ，Ｂによる縦振動は
収縮する方向に発生する。質点Ｙ２とＺ２とは矢印で示
されるように、節Ｘを中心にして最大の収縮を示す。そ
の結果、図４（Ｄ）に示すように、上記両振動が複合さ
れ、質点ＹとＺとが時間ｔ₄のときよりも右回りに移動
する。

【００４５】時間ｔ₆〜ｔ₉に変化するにしたがって、
上述の原理と同様に屈曲振動及び縦振動が発生し、その
結果、図４（Ｄ）に示すように、質点Ｙ及び質点Ｚが右
回りに移動し、楕円運動をする。以上の原理により、こ
の超音波モータは、駆動力取出部１１ｂ，１１ｃとの先
端に楕円運動を発生させ、駆動力を発生させる構成とな
っている。したがって、駆動力取出部１１ｂ，１１ｃの
先端を相対運動部材２０に加圧すると、相対運動部材２
０は駆動される。

【００４６】図５は、図１ないし図４により説明した本
発明にかかる超音波モータを用いた駆動装置の全体構成
例を示す図であり、図５（Ａ）は正面図，図５（Ｂ）は
図５（Ａ）におけるＡ−Ａ断面図である。圧電体１２を
貼付された弾性体１１と，この弾性体１１に設けられた
駆動力取出部１１ｂ，１１ｃに接触する相対運動部材２
０と，弾性体１１を相対運動部材２０へ向けて加圧する
加圧機構２１とを備える本発明の超音波モータは、図５
（Ｂ）に示す溝型の段面形状を有する連結部材２５の一
つの内面２５ａと，これと対向する内面２５ｂに固定さ
れる溝型の断面形状のリニアガイド２４に支持されるリ
ニアガイドレール２３の外面２３ａとの間に、設置され
る。

【００４７】すなわち、加圧機構２１のうちのコイルば
ね２１ｂ及びガイド棒２１ｃの一端は連結部材２５の内
面２５ａに固定されており、一方、相対運動部材２０と
リニアガイドレール２３とは、本実施例ではねじ止めに
より、固定されている。このように構成された駆動装置
において圧電体１２に高周波電圧を印加して弾性体１１
に楕円振動を発生させると、連結部材２５が固定されている場合、すなわち超音波
モータが移動しない場合には、相対運動部材２０とリニ
アガイドレール２３とが一体となって相対移動する。相対運動部材２０が固定されている場合、すなわち超
音波モータが移動する場合には、超音波モータ本体、連
結部材２５及びリニアガイド２４が一体となって相対移
動する。

【００４８】（第２実施例）図６は、第２実施例による
超音波モータを用いた駆動装置を示す図であり、図６
（Ａ）は正面図，図６（Ｂ）は図６（Ａ）におけるＡ−
Ａ断面図である。なお、以下に示す各実施例では、第１
実施例と同様な機能を果たす部分には、同一の符号を付
して、重複する説明を適宜省略する。第２実施例の超音
波モータは、図２に示す第１実施例の超音波モータにお
いて矩形平板型の加圧板２１ａの形状を、対向する二つ
の縁部にフランジ２６ａ，２６ｂを有する加圧板２６を
用い、この加圧板の中央部を挿通する２本のガイド棒２
１ｃとコイルばね２１ｂとにより加圧するものである。

【００４９】弾性体１１は、フランジ２６ａ，２６ｂに
より加圧されるため、第１実施例と加圧状態は同じであ
り、加圧板２６を用いたことでガイド棒２１ｃとコイル
ばね２１ｂとを２組使用するだけで済むため、第１実施
例に比べて構造を簡素化できるという効果が得られる。

【００５０】（第３実施例）図７及び図８は、ともに本
発明による超音波モータを示す図であり、図７は超音波
モータ単体を抽出して示す斜視図であり，図８は全体構
成を示す正面図である。第３実施例の超音波モータ１０
−２は、第１実施例の超音波モータ１０と基本的に同様
に構成されるが、相違点は、電気機械変換素子が一つの
圧電体１２の表面に接地用電極（図示しない），駆動用
電極１４ａ，１４ｂ及び振動モニタ用電極１４ｐ，１４
ｐ’に分極されている点である。

【００５１】すなわち、弾性体１１の表面に例えば接着
等により装着される圧電体１２が本実施例では１枚であ
るため、超音波モータ１０−２の製造が簡略化されると
いう効果がある。

【００５２】（第４実施例）図９及び図１０は、ともに
本発明による超音波モータを示す図であり、図９は超音
波モータ単体を抽出して示す斜視図であり，図１０
（Ａ）は全体構成を示す正面図，図１０（Ｂ）は図１０
（Ａ）のＡ−Ａ断面図である。第４実施例の超音波モー
タ１０−３は、第１実施例の超音波モータ１０と基本的
に同様に構成されるが、相違点は、加圧機構２１とし
て、弾性体１１の側面であって駆動力取出部１１ｂ，１
１ｃが設置された位置又はその周辺（本実施例では駆動
力取出部１１ｂ，１１ｃの設置位置）に加圧用突起２７
を４個配設し、各加圧用突起２７を４組のコイルばね２
１ｂ及びガイド棒２１ｃにより加圧するように構成した
点である。

【００５３】加圧機構２１が圧電体１２を介して弾性体
１１を加圧するものではないため、加圧に起因して圧電
体１２に生じる導電不良を解消できる。

【００５４】（第５実施例）図１１及び図１２は、とも
に本発明による超音波モータを示す図であり、図１１
（Ａ）及び図１１（Ｂ）はともに超音波モータ単体を抽
出して示す斜視図であり，図１２は（Ａ）は全体構成を
示す正面図，図１２（Ｂ）は図１２（Ａ）のＡ−Ａ断面
図である。

【００５５】本実施例の超音波モータ１０−４では、加
圧機構２１として、弾性体１１の側面であって駆動力取
出部１１ｂ，１１ｃが設置された位置又はその周辺（本
実施例では駆動力取出部１１ｂ，１１ｃの設置位置）
に、中心部に引張ばね取付穴２８ａを有する引張ばね取
付部２８を４個配設する。この引張ばね取付部２８は、
図１１（Ｂ）に示すように、弾性体１１の側面に取付穴
１１ｄを設けてこれに嵌合させることにより、弾性体１
１に対して脱着自在に取り付けておいてもよい。

【００５６】そして、この引張ばね取付穴２８ａに引張
ばね２１ｄの一端を引っかけ、もう一端を図１２（Ａ）
及び図１２（Ｂ）に示すように、リニアガイド２４を支
持する支持板２９に引っかける。このようにして弾性体
１１を相対運動部材２０に向けて加圧することとしても
よい。溝型の連結部材２５が不要となり、構造が簡素化
される。

【００５７】（変形例）以上説明した実施例に限定され
ず、種々の変形や変更が可能であって、それらも本発明
に含まれる。例えば、超音波モータは、縦−屈曲複合振
動を利用した超音波モータを用いた例を示したが、例え
ばいわゆるＬ１−Ｂ２型等の他の原理によって駆動され
る超音波モータを用いる場合でも本発明と同様の効果を
得ることができる。また、実施例１ないし実施例５にお
いては、電気機械変換素子として圧電体を利用したが、
これに限定されるものではなく圧電体の代わりに電歪体
等を用いることも可能である。

【００５８】

【発明の効果】請求項１の発明によれば、加圧により弾
性体に生じる撓みが最小限に抑制されるため、加圧力を
増加しても、駆動力取出部と相対運動部材との接触面積
の減少が抑制され、弾性体と相対運動部材との摺動状態
の不安定や、弾性体の駆動力取出部の底面における偏磨
耗が可及的抑制される。

【００５９】請求項２の発明によれば、極めて簡易な構
造で加圧機構を実現できる。請求項３の発明によれば、
弾性体に生じる振動を抑制して、弾性体の加圧を行うこ
とができる。請求項４の発明によれば、弾性体に生じる
振動を抑制して、弾性体の加圧を行うことができる。

【００６０】請求項５の発明によれば、弾性体の製造が
容易になるとともに、弾性体及び付勢部材取付部それぞ
れの材質を違うものにすることができるようになる。請
求項６の発明によれば、確実かつ簡単に駆動力を取り出
すことができるようになる。請求項７の発明によれば、
圧電体自体は１枚で済むため、弾性体への圧電体の装着
作業が簡略化されるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の超音波モータ単体の第１実施例を全体
的に示した斜視図である。

【図２】加圧機構を含んだ本発明の超音波アクチュエー
タ全体の正面図である。

【図３】本発明の超音波モータの駆動回路を示すブロッ
ク図である。

【図４】超音波モータの動作を説明するための図であ
る。

【図５】本発明の超音波モータを用いた駆動装置の全体
構成例を示す図である。

【図６】第２実施例による超音波モータを用いた駆動装
置の全体構成例を示す図である。

【図７】第３実施例による超音波モータ単体を抽出して
示す斜視図である。

【図８】第３実施例による超音波モータの全体構成を示
す正面図である。

【図９】第４実施例による超音波モータ単体を抽出して
示す斜視図である。

【図１０】第４実施例による超音波モータを示す図であ
る。

【図１１】第５実施例による超音波モータ単体を抽出し
て示す斜視図である。

【図１２】第５実施例による超音波モータを示す図であ
る。

【図１３】リニア型超音波モータの従来例を示す図であ
る。

【図１４】異形縮退縦Ｌ１−屈曲Ｂ４モード・平板モー
タの従来例を示す模式図である。

【図１５】弾性体を相対運動部材に押し付ける機構の従
来例を示す模式図である。

【図１６】弾性体に生じる撓み状態を示す模式図であ
る。

【符号の説明】

１０−１，１０−２，１０−３，１０−４超音波モー
タ１１弾性体１１ａ基礎部１１ｂ，１１ｃ駆動力取出部１１ｄ取付穴１２圧電体１２ａ，１２ｂ駆動用圧電体１２ｐ，１２ｐ’ 振動モニタ用圧電体１４ａ，１４ｂ駆動用電極１４ｐ，１４ｐ’ 振動モニタ用電極２０相対運動部材２０ａ接触面２０ｂ対向面２１加圧機構２１ａ加圧板２１ｂコイルばね２１ｃガイド棒２１ｄ引張ばね２３リニアガイドレール２３ａ外面２４リニアガイド２５連結部材２５ａ．２５ｂ内面２６加圧板２６ａ，２６ｂフランジ２７加圧用突起２８引張ばね取付部２８ａ引張ばね取付穴２９支持板３１発振器３２移相器３３，３４増幅器３５制御回路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】弾性体と，前記弾性体の一方の面に接続
され前記弾性体に縦振動モードと屈曲振動モードとを調
和的に発生させ、前記弾性体の他方の面に設けられる駆
動力取出部に楕円運動を生じさせる電気機械変換素子
と，前記駆動力取出部に接触し、前記弾性体に対して相
対的な運動を行う相対運動部材と，前記弾性体を前記相
対運動部材に向けて加圧する加圧機構とを有し、前記加圧機構は、前記弾性体の前記駆動力取出部が設置
された位置又はその周辺に設けられ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、前記加圧機構は、前記電気機械変換素子の表面側に設け
られる加圧板と，前記加圧板を前記相対運動部材側に向
けて加圧する付勢部材とを含むことを特徴とする超音波
モータ。
【請求項３】請求項１に記載された超音波モータにお
いて、前記加圧機構は、前記弾性体の側面であって前記駆動力
取出部が設置された位置又はその周辺に設けられる加圧
用突起部と，前記加圧用突起部を前記相対運動部材側に
向けて加圧する付勢部材とを含むことを特徴とする超音
波モータ。
【請求項４】請求項１に記載された超音波モータにお
いて、前記加圧機構は、前記弾性体の側面であって前記駆動力
取出部が設置された位置又はその周辺に設けられた付勢
部材取付部と，前記付勢部材取付部に対して前記相対運
動部材側に向けて設置されるとともに前記付勢部材取付
部を前記相対運動部材側に向けて引っ張る付勢部材とを
含むことを特徴とする超音波モータ。
【請求項５】請求項４に記載された超音波モータにお
いて、前記付勢部材取付部は、前記弾性体に対して脱着自在で
あることを特徴とする超音波モータ。
【請求項６】請求項１ないし請求項５のいずれか１項
に記載された超音波モータにおいて、前記縦振動モードは１次モードであるとともに屈曲振動
モードは４次モードであり、かつ前記駆動力取出部は前
記弾性体の他方の表面における屈曲振動モードの腹とな
る部分に配置されることを特徴とする超音波モータ。
【請求項７】請求項１ないし請求項６のいずれか１項
に記載された超音波モータにおいて、前記電気機械変換素子は、１つの圧電体の表面部分に複
数の電極が形成され、それらの電極は少なくとも駆動用
に用いられることを特徴とする超音波モータ。