JP2006129617A - 超音波モータおよびヘリコプター - Google Patents

Abstract

【課題】 ２本のロータシャフトを同時に駆動する、より小型の超音波モータおよびこれを備えるヘリコプターを実現する。
【解決手段】 異なる２つの振動モードを同時に発生させて２つの出力端Ａにそれぞれ略楕円振動を生じさせる１個または２個の超音波振動子３Ａ，３Ｂと、該超音波振動子３Ａ，３Ｂに対して相対移動可能な２つのホルダ７Ａ，７Ｂに１本ずつ回転自在に支持された２本のロータシャフト２Ａ，２Ｂと、２つのホルダ７Ａ，７Ｂを相反する方向に同時に付勢して、２本のロータシャフト２Ａ，２Ｂの外周面に、超音波振動子３Ａ，３Ｂの２つの出力端Ａをそれぞれ密着させる付勢手段４とを備える超音波モータ１を提供する。
【選択図】 図１

Description

この発明は、超音波モータおよびヘリコプターに関するものである。

圧電アクチュエータを利用した飛行体としては、特許文献１に示される構造のものがある。
この特許文献１には、プロペラの回転軸に固定したロータ部に圧電アクチュエータを接触させて作動させることにより、ロータ部を回転させプロペラを回転軸回りに回転させる構造のプロペラ装置およびこれを備える飛行体が開示されている。圧電アクチュエータを採用することにより、小型のプロペラ装置および飛行体を製造することができるとされている。
特開２００１−９９０４９号公報

しかしながら、特許文献１にはプロペラ装置およびプロペラ飛行機についての開示がなされているが、ヘリコプターについての記載はない。
ヘリコプターは、２つのロータを回転させる必要があるが、特許文献１のプロペラ装置によって２つのロータを回転させる場合には、各ロータについて１個以上の圧電アクチュエータが必要となる。しかも、圧電アクチュエータによりロータを回転させるには、圧電アクチュエータをロータ部に押し付ける機構が必要となるが、特許文献１の構造では、このような押し付ける機構も各圧電アクチュエータ毎に必要となり、装置が大型化する不都合がある。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、２本のロータシャフトを同時に駆動する、より小型の超音波モータおよびこれを備えるヘリコプターを提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提供する。
本発明は、異なる２つの振動モードを同時に発生させて２つの出力端にそれぞれ略楕円振動を生じさせる１個または２個の超音波振動子と、該超音波振動子に対して相対移動可能な２つのホルダに１本ずつ回転自在に支持された２本のロータシャフトと、前記２つのホルダを相反する方向に同時に付勢して、前記２本のロータシャフトの外周面に、前記超音波振動子の２つの出力端をそれぞれ密着させる付勢手段とを備える超音波モータを提供する。

本発明によれば、１個または２個の超音波振動子の２つの出力端に、２本のロータシャフトを密着させる付勢手段を共通化することにより、部品点数を削減し、その占有空間を減らして、小型、軽量化を図ることができる。付勢手段、例えば、スプリングの作動により、２本のロータシャフトを回転自在に支持する２つのホルダが相反する方向に同時に付勢される。これにより、ホルダに回転自在に支持されている２本のロータシャフトが超音波振動子の２つの出力端に同時に押し付けられる。各出力端は異なる２つの振動モードがミックスされた略楕円振動を生ずるので、これに接触するロータシャフトは出力端によって周方向に蹴られるようにして、それらの軸線回りに回転させられるようになる。

上記発明においては、前記２つの出力端を外向きに配置した超音波振動子を挟んで、前記２つのホルダが配置され、前記付勢手段が、２つのホルダを相互に近接する方向に付勢することとしてもよい。
また、上記発明においては、前記２つの出力端を対向して配置した２個の超音波振動子の間に、前記２つのホルダが配置され、前記付勢手段が、２つのホルダを相互に離れる方向に付勢することとしてもよい。
いずれの場合においても、付勢手段を共通化して装置の小型軽量化を図ることができる。

また、上記発明においては、両端に出力端を有する単一の超音波振動子を挟んで、前記２つのホルダが配置されていることが好ましい。
単一の超音波振動子により２本のロータシャフトを駆動できるので、超音波振動子をも共通化して部品点数を低減し、さらなる小型軽量化を図ることができる。

また、本発明は、上記いずれかの超音波モータと、該超音波モータのロータシャフトにそれぞれ固定されたロータとを備えるヘリコプターを提供する。
超音波モータの駆動により、２本のロータシャフトがそれぞれ回転させられ、ロータシャフトに固定されているロータが旋回させられる。これにより、機体を旋回させることなく安定して飛行することが可能となる。超音波モータが小型、軽量に構成されているので、ヘリコプターも小型、軽量に構成することができる。

また、本発明は、上記いずれかの超音波モータと、該超音波モータの一のロータシャフトに固定された第１のロータと、該一のロータシャフトに、第１のロータと同軸に回転可能に支持された第２のロータと、該第２のロータに対し他のロータシャフトからの駆動力を伝達する動力伝達機構とを備えるヘリコプターを提供する。

本発明によれば、超音波モータの駆動により、２本のロータシャフトが回転させられる。一のロータシャフトには第１のロータが固定されているので、ロータシャフトの回転により第１のロータが旋回させられる。また、他のロータシャフトが回転させられると動力伝達機構を介して、該他のロータシャフトの回転駆動力が一のロータシャフトに回転可能に支持された第２のロータに伝達される。

すなわち、一のロータシャフトに同軸に取り付けられている２つのロータが、超音波モータの駆動により同時に逆方向に旋回させられることとなり、機体を旋回させることなく安定して飛行することが可能となる。また、上記と同様に、超音波モータが小型、軽量に構成されているので、ヘリコプターも小型、軽量に構成することができる。

本発明によれば、２本のロータシャフトを同時に回転させる超音波モータの部品点数を削減して小型、軽量化し、また製品コストをも低減することができる。したがって、２本のロータシャフトを回転させることが必要とされるヘリコプターを小型、軽量に、かつ安価に製造することができるという効果を奏する。

以下、本発明の第１の実施形態に係る超音波モータおよびヘリコプターについて、図１〜図６を参照して以下に説明する。
本実施形態に係る超音波モータ１は、図１および図２に示されるように、２本のロータシャフト２Ａ，２Ｂと、これらを回転させる２個の超音波振動子３Ａ，３Ｂと、これら超音波振動子３Ａ，３Ｂの出力端Ａをそれぞれロータシャフト２Ａ，２Ｂの外周面に押し付けた状態に保持する付勢手段４とを備えている。

また、本実施形態に係るヘリコプター５は、上記超音波モータ１と、その２本のロータシャフト２Ａ，２Ｂの先端に固定された２つのロータ６Ａ，６Ｂとを備えている。ロータ６Ａ，６Ｂは互いに逆向きの翼形状に形成されている。これにより、ロータ６Ａ，６Ｂは逆回転させられることによって、共に揚力を発生させることができるようになっている。

２本のロータシャフト２Ａ，２Ｂは、それぞれ、別個のホルダ７Ａ，７Ｂにベアリング８によって回転自在に支持されている。ホルダ７Ａ，７Ｂには、ロータシャフト２Ａ，２Ｂの外周面を露出させる貫通孔９が設けられており、該貫通孔９に挿入された超音波振動子３Ａ，３Ｂの出力端がロータシャフト２Ａ，２Ｂの外周面に接触させられるようになっている。２本のロータシャフト２Ａ，２Ｂは平行に配置され、各ロータシャフト２Ａ，２Ｂの軸線は、超音波振動子３Ａ，３Ｂの振動平面に対して直交する方向に配置されている。図中、符号１０はフレーム、符号１０ａはフレーム本体、符号１０ｂはアームをそれぞれ示している。

超音波振動子３Ａ，３Ｂは、例えば、図３および図４に示されるように、矩形板状の圧電セラミックスシート１１の片側面にシート状の内部電極１２を設けたものを複数枚積層してなる直方体状の圧電積層体１３と、該圧電積層体１３の長さ方向の一端に接着された摩擦接触子１４（出力端）とを備えている。なお、摩擦接触子１４を設けることなく、圧電積層体１３の端面を直接出力端Ａとすることにしてもよい。また、摩擦接触子１４または圧電積層体１３とロータシャフト２Ａ，２Ｂとの接触面積を増大させるために、摩擦接触子１４または圧電積層体１３の表面をロータシャフト２Ａ，２Ｂの外周面に面接触するように円弧凹面状に形成してもよい。

図３（ａ）に示される圧電セラミックスシート１１は、そのほぼ全面に内部電極１２を備えている。内部電極１２は、圧電セラミックスシート１１の長さ方向に所定の絶縁距離を開けて２つ配列されている。各内部電極１２は、圧電セラミックスシート１１の周縁から所定の隙間を空けて配置されるとともに、その一部が圧電セラミックスシート１１の周縁まで延びている。

図３（ｂ）に示される圧電セラミックスシート１１は、その幅方向の略半分に内部電極１２を備えている。内部電極１２は、圧電セラミックスシート１１の長さ方向に所定の絶縁距離を開けて２つ配列されている。各内部電極１２は、圧電セラミックスシート１１の周縁から所定の隙間を空けて配置されるとともに、その一部が圧電セラミックスシート１１の周縁まで延びている。

これら内部電極１２を備えた圧電セラミックスシート１１は、図３（ａ）に示される内部電極１２の大きいものと、図３（ｂ）に示される内部電極１２の小さいものとが交互に複数枚積層されることにより、直方体状の圧電積層体１３を構成している。

圧電積層体１３の長さ方向の両端面には２個ずつ、合計４個の外部電極１５が設けられている。各外部電極１５には、同種の圧電セラミックスシート１１の同一位置に配される全ての内部電極１２が接続されている。これにより、同種の圧電セラミックスシート１１の同一位置に配される内部電極１２は、同一の電位とされるようになっている。なお、外部電極１５には図示しない配線が接続されている。配線は、リード線、フレキシブル基板等、可撓性を有する配線であれば任意のものでよい。

圧電積層体１３は、例えば、以下の通りに製造される。
圧電積層体１３を製造するには、まず、圧電セラミックスシート１１を製造する。圧電セラミックスシート１１は、例えば、ＰＺＴの仮焼粉末と所定のバインダとを混合して作成された泥しょうをドクターブレード法によってフィルム上にキャスティングした後に乾燥し、フィルムから剥離することにより製造する。

製造された圧電セラミックスシート１１にはそれぞれ内部電極１２のパターンを有するマスクを用いて内部電極材料を印刷する。そして、最初に、内部電極１２を有しない圧電セラミックスシート１１ａを配置し、次いで、内部電極１２を下向きにして正確に位置決めしつつ、形状の異なる内部電極１２を有する圧電セラミックスシート１１を交互に積層していく。積層された圧電セラミックスシート１１は熱圧着した後に、所定の形状に裁断され、１２００℃程度の温度で焼成されることにより圧電積層体１３が製造される。

また、その後、圧電セラミックスシート１１の周縁に露出している内部電極１２を連結するように、それぞれ外部電極１５となる銀を焼き付けて、外部電極１５を形成する。
最後に、対向する内部電極１２間に直流高電圧を加えることにより圧電セラミックスシート１１を分極処理し、圧電的に活性化する。

次に、このようにして構成された圧電積層体１３の動作について説明する。
圧電積層体１３の長さ方向の一端に形成された２つの外部電極１５をＡ相（Ａ＋，Ａ−）、他端に形成された２つの外部電極１５をＢ相（Ｂ＋，Ｂ−）とする。Ａ相およびＢ相に同位相で共振周波数に対応する交番電圧を加えると、図５に示されるような１次の縦振動が励起されるようになっている。また、Ａ相とＢ相とに逆位相で共振周波数に対応する交番電圧を加えると、図６に示されるような２次の屈曲振動が励起されるようになっている。図５および図６は、有限要素法によるコンピュータ解析結果を示す図である。

前記摩擦接触子１４は、前記圧電積層体１３の一端に接着されている。これにより、圧電積層体１３に１次の縦振動が発生したときには、摩擦振動子１４が圧電積層体１３の長さ方向（図４に示されるＸ方向）に変位させられるようになっている。一方、圧電積層体１３に２次の屈曲振動が生じたときには、摩擦接触子１４が、圧電積層体１３の幅方向（図４に示されるＹ方向）に変位させられるようになっている。

したがって、超音波振動子３Ａ，３ＢのＡ相とＢ相とに、位相が９０°ずれた共振周波数に対応する交番電圧を加えることにより、１次の縦振動と２次の屈曲振動とが同時に発生して、図４に矢印Ｃで示されるように、摩擦接触子１４の位置において時計回りまたは反時計回りの略楕円振動が発生するようになっている。

２個の超音波振動子３Ａ，３Ｂは、フレーム１０によって一体的に固定されている。フレーム１０は各超音波振動子３Ａ，３Ｂの長さ方向の略中央位置に固定され、各超音波振動子３Ａ，３Ｂの長さ方向に対して直交する方向に延びる２本のアーム１０ｂと、これらアーム１０ｂを連結するフレーム本体１０ａとから構成されている、各アーム１０ｂの先端と超音波振動子３Ａ，３Ｂとは、例えば、接着剤により固定されている。超音波振動子３Ａ，３Ｂの長さ方向の略中央位置は、１次の縦振動と２次の屈曲振動の両方の節の位置に近接しているので変位が少ない。したがって、この位置で超音波振動子３Ａ，３Ｂを支持することによって、超音波振動子３Ａ，３Ｂをより確実に固定した状態に保持することができる。また、超音波振動子３Ａ，３Ｂの長手方向に直交する方向にアーム１０ｂを延ばすことにより、アーム１０ｂはねじり応力に耐えるだけで足り、過大な負荷がかからないようにすることができる。

フレーム１０によって固定された２個の超音波振動子３Ａ，３Ｂの出力端Ａはそれぞれ外向きに配置されている。ロータシャフト２Ａ，２Ｂを備えたホルダ７Ａ，７Ｂは超音波振動子３Ａ，３Ｂに外側から近接させられて、各出力端Ａにロータシャフト２Ａ，２Ｂの外周面を接触させている。

前記付勢手段４は、例えば、引っ張りコイルバネであり、２つのホルダ７Ａ，７Ｂに設けられたピン１６に掛け渡されている。これにより、２つのホルダ７Ａ，７Ｂは引っ張りコイルバネ４の付勢力によって、相互に近接する方向に付勢され、ロータシャフト２Ａ，２Ｂの外周面を超音波振動子３Ａ，３Ｂの出力端Ａに押し付けることができるようになっている。

また、フレーム１０の下部には図示しない外部電源およびその制御回路が搭載されている。外部電源から供給され、制御回路によって、振幅、位相および周波数を調節された駆動信号が超音波振動子３Ａ，３Ｂに供給されるようになっている。制御回路から供給される駆動信号は、２つの超音波振動子３Ａ，３Ｂに対して逆位相となるように供給されるようになっている。
なお、外部電源や制御回路は比較的重量が重いので、フレーム１０のできるだけ低い位置に固定することにより、ヘリコプター５を低重心化させることができる。

このように構成された本実施形態に係る超音波モータ１とヘリコプター５の作用について、以下に説明する。
本実施形態に係る超音波モータ１を作動させるには、外部電源を作動させて外部電極１５に同周波数で強度、位相が可変の高周波電圧（Ａ相およびＢ相）を供給する。
例えば、強度が等しく、位相が互いに９０°異なる信号を供給すると、振幅の大きい楕円振動が得られることが多い。

これにより、各超音波振動子３Ａ，３Ｂに接着された摩擦接触子１４には、縦振動モードと屈曲振動モードとがミックスされた略楕円振動が発生する。超音波振動子３Ａ，４Ｂは、ホルダ７Ａ，７Ｂに回転自在に支持されたロータシャフト２Ａ，２Ｂに付勢手段４によって押圧状態に接触させられているので、摩擦接触子１４の略楕円振動の接線方向に沿ってロータシャフト２Ａ，２Ｂとの間の生ずる摩擦力により、ロータシャフト２Ａ，２Ｂの表面が周方向に推進される。すなわち、ロータシャフト２Ａ，２Ｂがホルダ７Ａ，７Ｂに対して回転させられる。これにより、本実施形態に係る超音波モータ１によれば、２つのロータシャフト２Ａ，２Ｂを同時に回転させることができる。

また、２つの超音波振動子３Ａ，３Ｂには各摩擦接触子１４が互いに逆方向の楕円振動をするように駆動信号が送られているので、２つのロータシャフト２Ａ，２Ｂは逆方向に回転させられることになる。ロータシャフト２Ａ，２Ｂの先端にはそれぞれロータ６Ａ，６Ｂが取り付けられているので、これらのロータ６Ａ，６Ｂは逆方向に回転させられる。これにより、本実施形態に係るヘリコプター５は、フレーム１０における回転トルクの発生を抑え、フレーム１０が回転しないように安定させながら、揚力を発生させ、飛行することが可能となる。

すなわち、本実施形態に係る超音波モータ１およびヘリコプター５によれば、２つのロータシャフト２Ａ，２Ｂを回転させる２つの超音波振動子３Ａ，３Ｂをそれぞれロータシャフト２Ａ，２Ｂに押し付ける付勢手段４を共通化しているので、部品点数が少なくて済み、小型軽量化することができるという利点がある。

また、超音波振動子３Ａ，３Ｂをそれぞれ固定支持するフレーム１０のアーム１０ｂは、超音波振動子３Ａ，３Ｂの振動平面に対して直交する方向に延び、しかも振動の節近傍において超音波振動子３Ａ，３Ｂに固定されているので、超音波振動子３Ａ，３Ｂの振動が伝わり難く、それ自体が振動しないようにすることができる。

なお、本実施形態に係る超音波モータ１およびヘリコプター５においては、超音波振動子３Ａ，３Ｂを同軸に配置し、その両側に配置した引っ張りコイルバネ４によって、超音波振動子３Ａ，３Ｂを相互に近接させる方向に付勢することとしたが、これに代えて、超音波振動子３Ａ，３Ｂを同軸ではなく平行に配置してもよい。
引っ張りコイルバネ４に代えて、２つの超音波振動子３Ａ，３Ｂ間に圧縮コイルバネあるいは皿バネのような付勢手段を配置して、出力端Ａをロータシャフト２Ａ，２Ｂに押圧させることにしてもよい。

次に、本発明の第２の実施形態に係る超音波モータ２０およびヘリコプター２１について、図７および図８を参照して以下に説明する。
なお、本実施形態の説明において、上述した第１の実施形態に係る超音波モータ１およびヘリコプター５と構成を共通とする箇所には同一符号を付して説明を省略する。

本実施形態に係る超音波モータ２０およびヘリコプター２１は、図７および図８に示されるように、単一の超音波振動子３を採用している点において、第１の実施形態に係る超音波モータ１およびヘリコプター５と相違している。
単一の超音波振動子３には、図８に示されるように、その長さ方向の両端に出力端Ａが設けられている。これらの出力端Ａは、超音波振動子３が作動させられると、図８に矢印Ｃで示されるように、同一方向に略楕円振動させられるようになっている。

また、これらの出力端Ａは、超音波振動子３の両端が２つのホルダ７Ａ，７Ｂの各貫通孔９に挿入されることにより、各ホルダ７Ａ，７Ｂに回転自在に支持されたロータシャフト２Ａ，２Ｂの外周面に接触させられるようになっている。また、２つのホルダ７Ａ，７Ｂは、引っ張りコイルバネ４によって相互に近接する方向に引き寄せられているので、超音波振動子３の両端の出力端Ａが、各ロータシャフト２Ａ，２Ｂの外周面に押圧状態に接触させられるようになっている。

また、本実施形態に係る超音波モータ２０は、ロータシャフト２Ａの外周に、ベアリング２２によって回転自在に支持されたスリーブシャフト２３を備えている。
また、スリーブシャフト２３の外周面およびロータシャフト２Ｂの外周面には、それぞれ歯車２４Ａ，２４Ｂが固定されている。これらの歯車２４Ａ，２４Ｂは、超音波振動子３の両端の出力端Ａに各ロータシャフト２Ａ，２Ｂが接触させられたときに相互に噛み合う寸法に構成されている。

また、本実施形態に係るヘリコプター２１においては、ロータシャフト２Ａに一方のロータ６Ａが固定されるとともに、該ロータシャフト２Ａに同軸に回転自在に配置されたスリーブシャフト２３にもう一方のロータ６Ｂが固定されている。

このように構成された本実施形態に係る超音波モータ２０およびヘリコプター２１の作用について以下に説明する。
本実施形態に係る超音波モータ２０によれば、超音波振動子３を作動させることにより、その長さ方向の両端に設けた２つの出力端Ａに略楕円振動が生ずる。２つの出力端Ａの略楕円振動は、上述したように同一方向に回転するように発生する。

超音波振動子３の出力端Ａは、付勢手段４によってロータシャフト２Ａ，２Ｂに押し付けられているので、出力端Ａの略楕円振動の接線方向に沿ってロータシャフト２Ａ，２Ｂとの間の生ずる摩擦力により、ロータシャフト２Ａ，２Ｂの表面が周方向に推進される。すなわち、ロータシャフト２Ａ，２Ｂがホルダ７Ａ，７Ｂに対して回転させられる。これにより、本実施形態に係る超音波モータ１によれば、２つのロータシャフト２Ａ，２Ｂを同時に回転させることができる。

この場合において、本実施形態に係る超音波モータ１によれば、歯車２４Ａ，２４Ｂからなる伝達機構の作動により、ロータシャフト２Ｂの回転がロータシャフト２Ａに同軸に回転自在に支持されているスリーブシャフト２３に伝達されるので、ロータシャフト２Ａの回転と同期してスリーブシャフト２３も回転させられる。伝達機構が２つの歯車２４Ａ，２４Ｂにより構成されているので、ロータシャフト２Ｂの回転は歯車２４Ａ，２４Ｂによって逆方向の回転に変換されてスリーブシャフト２３に伝達される。

その結果、ロータシャフト２Ａに取り付けられているロータ６Ａとスリーブシャフト２３に取り付けられているロータ６Ｂとは、同軸に逆方向に回転させられることになる。ロータ６Ａ，６Ｂの形状は異なる回転方向において揚力を生ずる形状に形成されているので、これらロータ６Ａ，６Ｂが相互に逆回転させられることにより、いずれも揚力を発生するように回転させられ、ヘリコプター２１が飛行することが可能となる。

この場合において、本実施形態に係る超音波モータ２０およびヘリコプター２１によれば、超音波振動子に２つのロータシャフト２Ａ，２Ｂを押圧状態に接触させる付勢手段４を共通化しているので、部品点数が少なくて済み、小型軽量化することができるという第１の実施形態に係る超音波モータ１およびヘリコプター５と同様の利点がある。
本実施形態においては、さらに、超音波振動子３を１つにして、第１の実施形態において超音波振動子３を支持していたフレームをなくし、しかも、ロータシャフト２Ａとスリーブシャフト２３とを同軸に配して、２つのロータ６Ａ，６Ｂを同軸にしたので、コンパクトかつ小型軽量に構成することができるという利点がある。

なお、脚部２５も含めたヘリコプター２１の全体構成例を図９に示す。
図９においては、第２の実施形態に係るヘリコプター２１を示しているが、これに限定されるものではなく、第１の実施形態に係るヘリコプター５を用いてもよい。

図９において、ヘリコプター２１には、４本の脚部２５と、これら脚部２５の間に配置され駆動系（電気回路）を搭載する駆動系搭載部２６と、前記ロータ６Ａ，６Ｂの軸２Ａと直交する軸線２Ｃ回りに回転するロータ６Ｃとが備えられている。

前記脚部２５は、例えばカーボンファイバのような柔軟な部材の先端に錘２８を備えており、ホルダ７Ａに固定されたブラケット２９から、前記ロータ６Ａ，６Ｂの軸と略同軸に延びる支持シャフト３０から片持ち梁状に延びている。４本の脚部２５は、支持シャフト３０から同一の長さで等間隔をあけて延びている。また、４本の脚部２５の先端に設けた錘２８の重さは同一に設定されている。これにより、４本の脚部２５を含めたヘリコプター２１全体の重心位置が支持シャフト３０の延長線上に配置され、機体が水平にバランスされるようになっている。

これら脚部２５の長さ方向の途中位置と、前記支持シャフト３０との間には、形状記憶合金からなるＳＭＡファイバアクチュエータ３１がそれぞれ配置されている。ＳＭＡファイバアクチュエータ３１は、所定の電流を流すことにより縮む性質を有している。したがって、ＳＭＡファイバアクチュエータ３１に電流を流してその長さを縮めることにより、脚部２５を内側に湾曲させるように引きつけることができる。

そして、脚部２５が内側に湾曲させられると、先端に取り付けた錘２８が中央に近づくこととなるので、重心バランスが崩れ、駆動したＳＭＡファイバアクチュエータ３１とは反対側に重心位置が移動してロータ６Ａ，６Ｂの軸２Ａが傾くことにより、その方向に機体を進行させることができるようになっている。
すなわち、進行させたい方向とは逆方向のＳＭＡファイバアクチュエータ３１を駆動することにより、機体を傾けて推進力を発生させ、傾けた方向に向けてヘリコプター２１を進行させることができる。

その結果、４本のＳＭＡファイバアクチュエータ３１のいずれか１本を駆動することにより、その逆方向に機体を進行させることができ、駆動するＳＭＡファイバアクチュエータ３１を切り替えることで４方向への移動が可能となる。また、２本以上のＳＭＡファイバアクチュエータ３１を駆動することにより、上記４方向の中間方向への移動も可能となる。

本発明の一実施形態に係る超音波モータおよびヘリコプターを示す斜視図である。 図１の超音波モータおよびヘリコプターの分解斜視図である。 図１の超音波モータに使用する超音波振動子を構成する圧電セラミックスシートを示す斜視図である。 図３の圧電セラミックスシートを積層した圧電積層体を有する超音波振動子を示す斜視図である。 図４の圧電積層体が１次の縦振動モードで振動する様子をコンピュータ解析により示す図である。 図４の圧電積層体が２次の屈曲振動モードで振動する様子をコンピュータ解析により示す図である。 本発明の第２の実施形態に係る超音波モータおよびヘリコプターを示す斜視図である。 図７の超音波モータおよびヘリコプターの分解斜視図である。 図７のヘリコプターに脚部を付けた全体構成を示す図である。

符号の説明

Ａ 出力端
１，２０ 超音波モータ
２Ａ，２Ｂ ロータシャフト
３，３Ａ，３Ｂ 超音波振動子
４ 圧縮コイルバネ（付勢手段）
５，２１ ヘリコプター
６Ａ 第１のロータ（ロータ）
６Ｂ 第２のロータ（ロータ）
７Ａ，７Ｂ ホルダ
２４Ａ，２４Ｂ 歯車（動力伝達機構）

Claims (6)

1. 異なる２つの振動モードを同時に発生させて２つの出力端にそれぞれ略楕円振動を生じさせる１個または２個の超音波振動子と、
   該超音波振動子に対して相対移動可能な２つのホルダに１本ずつ回転自在に支持された２本のロータシャフトと、
   前記２つのホルダを相反する方向に同時に付勢して、前記２本のロータシャフトの外周面に、前記超音波振動子の２つの出力端をそれぞれ密着させる付勢手段とを備える超音波モータ。
2. 前記２つの出力端を外向きに配置した超音波振動子を挟んで、前記２つのホルダが配置され、
   前記付勢手段が、２つのホルダを相互に近接する方向に付勢する請求項１に記載の超音波モータ。
3. 前記２つの出力端を対向して配置した２個の超音波振動子の間に、前記２つのホルダが配置され、
   前記付勢手段が、２つのホルダを相互に離れる方向に付勢する請求項１に記載の超音波モータ。
4. 両端に出力端を有する単一の超音波振動子を挟んで、前記２つのホルダが配置されている請求項２に記載の超音波モータ。
5. 請求項１から請求項４のいずれかに記載の超音波モータと、
   該超音波モータのロータシャフトにそれぞれ固定されたロータとを備えるヘリコプター。
6. 請求項１から請求項４のいずれかに記載の超音波モータと、
   該超音波モータの一のロータシャフトに固定された第１のロータと、
   該一のロータシャフトに、第１のロータと同軸に回転可能に支持された第２のロータと、
   該第２のロータに対し他のロータシャフトからの駆動力を伝達する動力伝達機構とを備えるヘリコプター。

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