JP2000060159A - 超音波モータ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 回転運動と直線運動とを取り出し得るコンパ
クト化された超音波モータ装置を提供する。 【解決手段】 圧電体７を貼り付けられた弾性体２をケ
ース底壁１のボス部１ａに固定し、弾性体２に周方向溝
２ｂ・２ｃにより半径方向に分割して設けた各円環状部
４・５の各共振部４ａ・５ａに対応する回転子８・９を
設け、内周側回転子８の回転力により可動軸３を回転さ
せると共に、外周側回転子９の回転力を雌ねじ部１１ａ
及び雄ねじ部１２ａを介することにより可動軸３を軸線
方向の直線運動力に変換する。 【効果】 弾性体を周方向溝で分割して内周側及び外周
側共振部を設けることにより２つの駆動力を取り出し得
るコンパクトな超音波モータ装置を実現し得ると共に、
その出力部材を回転及び直線の異なる運動を行わせるこ
とができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、２つの回転子を有
する超音波モータ装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、１つの駆動対象を２軸について駆
動するもの（例えば自動車のドアミラーや視覚センサ）
にあっては、２つのモータを用いることから、それらを
配置する上で装置が大型化するという問題があった。特
に、大トルクを必要とする場合にはモータ単体が大型に
なり、上記問題が顕著である。

【０００３】一方、円形弾性体に圧電素子を貼り付けて
固定子とし、その圧電素子に９０度位相のずれた２相の
高周波電圧を入力して弾性体に進行波を生じさせ、その
弾性体に所定の押圧力をもって同軸的に２つの回転子を
接触させることにより、各回転子を回転させて２つの駆
動力を取り出すようにした超音波モータがある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】超音波モータにあって
は、大トルクを発生できることから同一トルクを必要と
するモータにおいてコンパクト化が可能であるため、モ
ータ設置スペースに制約があるような装置に好適であ
る。しかしながら、上記したような超音波モータを用い
て２つの駆動軸を同軸的に設けただけでは、同一の軸線
回りに回転する２つの回転運動が得られるだけであり、
その場合には用途が限られてしまう。そのため、例えば
一方の回転子から回転運動を取り出すと共に他方の回転
子から直線運動を取り出し可能な超音波モータ装置が望
まれる。

【０００５】

【課題を解決するための手段】このような課題を解決し
て、回転運動と直線運動とを取り出し得るコンパクト化
された超音波モータ装置を実現するために、本発明に於
いては、円環状圧電体を貼り付けた弾性体に周方向溝に
より半径方向に分割して互いに同心の異なる径の内周側
円環状共振部及び外周側円環状共振部を設けてなる固定
子と、前記各円環状共振部にそれぞれ対応しかつ互いに
独立して回転可能に設けられた第１の回転子及び第２の
回転子とを有し、前記固定子がケースに固定され、前記
回転子の軸線に対して同軸的に回転かつ直線運動し得る
ように前記ケースに支持された出力部材と、前記第１の
回転子の回転運動を前記出力部材の前記直線運動に変換
するべく前記第１の回転子と前記出力部材との間に設け
られた回転−直線運動変換手段と、前記出力部材を前記
直線運動を許容しつつ前記第２の回転子と共に一体的に
回転運動させるべく前記第２の回転子と前記出力部材と
の間に設けられた直線運動許容回転力伝達手段とを有す
るものとした。

【０００６】これによれば、弾性体に設けた周方向溝に
より半径方向に分割した内周側及び外周側円環状共振部
を同心的に設けて、それぞれ異なる共振周波数を有する
ことから、それぞれに対応する高周波電圧を入力して各
回転子から別個の駆動力を取り出すことができるため、
２つの駆動力を取り出し得る超音波モータ装置をコンパ
クト化し得ると共に、第１の回転子と出力部材との間に
回転−直線運動変換手段を設けて直線運動を取り出すと
共に、第２の回転子と出力部材との間に直線運動許容回
転力伝達手段を設けて、直線運動を許容しつつ回転運動
を取り出すことができるようにした。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下に添付の図面に示された具体
例に基づいて本発明の実施の形態について詳細に説明す
る。

【０００８】図１は、本発明が適用された超音波モータ
装置の要部側断面図であり、図では中心軸線の右半分の
みを示している。図１に示されるように、ケースの一部
である底壁１の中央部には階段型環状ボス部１ａが上方
に向けて突設されており、その最下段部には、中央に開
口を有する円板状をなす弾性体２がその開口外周部をね
じ止めされて同軸的に固設されている。ボス部１ａの軸
心部には軸線方向孔１ｂが設けられており、その軸線方
向孔１ｂ内には、出力部材としての可動軸３の図におけ
る下端部が同軸的に受容されている。

【０００９】弾性体２は、ボス部１ａにねじ止めされた
中央環状部と、その中央環状部から半径方向外向きに延
出するケース連結部２ａと、周方向溝２ｂにより半径方
向について分割された円環状共振部としての内周側円環
状部４と外周側円環状部５とからなる。それら各円環状
部４・５は、ボス部１ａ（可動軸３）に対して同心的に
配設されていると共に、上記周方向溝２ｂの底壁となる
連結部６を介して互いに連結されている。

【００１０】なお、円環状部４・５の軸線方向について
中立面となる位置（曲げ応力の発生しない位置）に上記
連結部６の中心が位置するように連結部６が設けられて
いる。この連結部６は、上記周方向溝２ｂを加工すると
共に、連結部６の周方向溝２ｂとは相反する側にも周方
向溝２ｃを加工することにより形成される。

【００１１】また、両円環状部４・５の底面（図におけ
る下面）には両者に共通の１枚の円環状薄板からなる圧
電体７が貼り付けられている。図２に併せて示されるよ
うに、各円環状部４・５の圧電体７を貼り付けられた側
とは相反する側（図における上部）である一方の軸線方
向端面には、周方向に等ピッチ間隔で複数の半径方向ス
リットを設けることにより環状のくし歯状をなす内周側
くし歯部４ａ・外周側くし歯部５ａがそれぞれ形成され
ている。このようにして固定子が構成されている。

【００１２】上記した各円環状部４・５が互いに同心的
かつ同一平面上に配設されるため、モータ装置としての
軸線方向長さを極力抑制することができる。また、超音
波モータの特性として比較的大トルクが得られるため、
径方向に大型化することもないため、コンパクトな薄型
構造にすることができる。

【００１３】内周側回転子８は、上記ボス部１ａにラジ
アル軸受けを介して同軸的に回転自在に支持された回転
部材１０に固着されて半径方向外向きに一体的に延出す
る皿ばねとしての薄肉ディスク部８ａと、その外周部に
設けられた肉厚の周壁部８ｂとを有し、また、外周側回
転子９は、上記回転部材１０にラジアル軸受けを介して
同軸的に回転自在に設けられたナット部材１１に固着さ
れかつ内周側回転子８と同様に半径方向外向きに一体的
に延出する皿ばねとしての薄肉ディスク部９ａと、その
外周部に設けられた肉厚の周壁部９ｂとを有している。

【００１４】そして、内周側円環状部４には内周側回転
子８の周壁部８ｂの軸線方向下端面が、外周側円環状部
５には外周側回転子９の周壁部９ｂの軸線方向下端面
が、それぞれ各薄肉ディスク部８ａ・９ａの皿ばね作用
によりを弾発的に接触している。

【００１５】上記圧電体７にはＡ相・Ｂ相の２相を構成
する電極が設けられており、それらＡ相・Ｂ相に、各円
環状部４・５の各共振周波数に対応する各高周波電圧を
９０度位相をずらして選択的に入力するようになってい
る。内周側円環状部４に対応する高周波電圧を入力した
場合には内周側回転子８が回転し、外周側円環状部５に
対応する高周波電圧を入力した場合には外周側回転子９
が回転することになる。そして、各回転子８・９の正転
／逆転は２相（Ａ相・Ｂ相）の位相差によって切り替え
られ、例えばＡ相に対してＢ相を１／４周期進ませるこ
とで正転となり、Ａ相に対してＢ相を１／４周期遅らせ
ることで逆転となる。このようにして、各回転子８・９
を選択的にかつ正逆回転させることができるが、それぞ
れ単独に回転させるばかりでなく、各円環状部４・５に
対応する各高周波電圧を同時に入力し得る回路構成にし
て、それぞれを同時に回転させることも可能である。

【００１６】本発明によれば、上記各回転力から回転及
び直線の各運動を取り出すようにしている。すなわち、
内周側回転子８と一体的に回転する回転部材１０には内
向突部１０ａが設けられ、その内向突部１０ａが、可動
軸３の中間部に形成されたスプライン部３ａに係合して
おり、内周側回転子８の回転力が、直線運動許容回転力
伝達手段としての内向突部１０ａ及びスプライン部３ａ
を介して可動軸３に伝達されるため、可動軸３は、図１
の矢印Ａに示されるように軸線回りに回転し得る。

【００１７】また、可動軸３の中間部には、ラジアル軸
受けを介して同軸的に回転時材に円筒状ボルト部材１２
が支持されており、そのボルト部材１２の外周面に形成
された雄ねじ部１２ａに、外周側回転子９と一体的に回
転するナット部材１１の雌ねじ部１１ａが螺合してい
る。さらに、ボルト部材１２には半径方向外向きの外向
突部１２ｂが設けられて、その外向突部１２ｂが、ケー
スの内壁面の一部（図１における上部）に設けられた縦
溝１ｃに係合している。

【００１８】したがって、外周側回転子９の回転力が、
回転−直線運動変換手段としての雌ねじ部１１ａ及び雄
ねじ部１２ａを介することにより、ボルト部材１２の軸
線方向力に変換される。そして、ボルト部材１２の軸線
方向力が、可動軸３との間のラジアル軸受けを介して可
動軸３に伝達されるため、可動軸３の軸線方向（図１の
矢印Ｂに示される上下方向）に可動軸３が直線運動し得
る。

【００１９】なお、可動軸３の軸端（図１においては上
端）に取付板１３を固着しておくことにより、その取付
板１３を上記回転（パン）及び直線（リニア）駆動する
ことができる。例えば、取付板１３上に視覚センサやレ
ーザポインタなどを取り付けることにより、それらの全
周及び上下方向の駆動を行わせるコンパクトなアクチュ
エータを実現し得る。

【００２０】

【発明の効果】このように本発明によれば、弾性体を周
方向溝で分割して内周側及び外周側共振部を設けること
により２つの駆動力を取り出し得るコンパクトな超音波
モータ装置を実現し得ると共に、その出力部材を回転及
び直線の異なる運動を行わせることができることから、
出力部材に視覚センサやレーザポインタなどを取り付け
るなど、本装置を用いたアクチュエータを種々の用途に
適用し得る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明が適用された超音波モータ装置の要部側
断面図。

【図２】図１の超音波モータの要部分解組立斜視図。

【符号の説明】

１ 底壁 ２ 弾性体、２ｂ周方向溝、２ｃ 周方向溝 ３ 可動軸、３ａ スプライン部 ４ 内周側円環状部、４ａ 内周側くし歯部 ５ 外周側円環状部、５ａ 外周側くし歯部 ６ 連結部 ７ 圧電体 ８ 内周側回転子 ９ 外周側回転子 １０ 回転部材、１０ａ 内向突部 １１ ナット部材、１１ａ 雌ねじ部 １２ ボルト部材、１２ａ 雄ねじ部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小林 幸治 群馬県桐生市広沢町１丁目2681番地 株式 会社ミツバ内 Ｆターム(参考） 5H680 AA01 AA08 AA19 BB13 BB17 BB19 BB20 BC00 DD01 DD23 DD53 DD75 DD87 DD92 DD97 DD98 EE03 EE12 FF04 FF08 FF26 FF27 FF33 GG20

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 円環状圧電体を貼り付けた弾性体に周方
   向溝により半径方向に分割して互いに同心の異なる径の
   内周側円環状共振部及び外周側円環状共振部を設けてな
   る固定子と、前記各円環状共振部にそれぞれ対応しかつ
   互いに独立して回転可能に設けられた第１の回転子及び
   第２の回転子とを有し、 前記固定子がケースに固定され、 前記回転子の軸線に対して同軸的に回転かつ直線運動し
   得るように前記ケースに支持された出力部材と、 前記第１の回転子の回転運動を前記出力部材の前記直線
   運動に変換するべく前記第１の回転子と前記出力部材と
   の間に設けられた回転−直線運動変換手段と、 前記出力部材を前記直線運動を許容しつつ前記第２の回
   転子と共に一体的に回転運動させるべく前記第２の回転
   子と前記出力部材との間に設けられた直線運動許容回転
   力伝達手段とを有することを特徴とする超音波モータ装
   置。