JP6921406B2 - Ultrasonic motors, robot arms, and mesh robots - Google Patents

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Description

本発明は、超音波モータ、同超音波モータを搭載するロボットアーム、および同超音波モータを搭載するメッシュロボットに関する。 The present invention relates to an ultrasonic motor, a robot arm equipped with the ultrasonic motor, and a mesh robot equipped with the ultrasonic motor.

超音波モータはコイルや磁石を用いず超音波振動を駆動源とするモータである。超音波モータの長所は、低速で高トルクが出せることや電源を切っても自己保持特性が保たれること、小型軽量、減速機不要、応答性が高いこと、磁界や電界の影響を受けないことなどである。また、超音波モータは、構造が比較的簡単であるとともに、コイルが無いことから小型化に適している。このため、ロボット関節やMRIなどの高磁場下で使用される医療機器などに向いている。 An ultrasonic motor is a motor that uses ultrasonic vibration as a drive source without using a coil or a magnet. The advantages of ultrasonic motors are that they can generate high torque at low speeds, maintain self-holding characteristics even when the power is turned off, are compact and lightweight, do not require a reducer, are highly responsive, and are not affected by magnetic or electric fields. And so on. Further, the ultrasonic motor has a relatively simple structure and is suitable for miniaturization because it does not have a coil. Therefore, it is suitable for medical devices used under a high magnetic field such as robot joints and MRI.

特許文献1には、直方体型の金属(ステータ)に貫通穴をあけ、円筒状のロータシャフトを通した構造の超音波モータが記載されている。ステータの表面には圧電素子が貼り付けられており、超音波モータは圧電素子により貫通穴の内面に振動波を発生させ、ロータシャフトを回転させる。 Patent Document 1 describes an ultrasonic motor having a structure in which a through hole is formed in a rectangular parallelepiped metal (stator) and a cylindrical rotor shaft is passed through the metal (stator). A piezoelectric element is attached to the surface of the stator, and the ultrasonic motor generates a vibration wave on the inner surface of the through hole by the piezoelectric element to rotate the rotor shaft.

超音波モータは、貫通穴とロータシャフトとの間の押しつけ力により、出力トルクと回転数が決定される。例えば、貫通穴とロータシャフトとの間の押しつけ力が大きい場合、超音波モータは大きな出力トルクを得ることができる。貫通穴とロータシャフトとの間の押しつけ力を大きくするためには、貫通穴とロータシャフトとが隙間なく嵌合している必要がある。 In an ultrasonic motor, the output torque and the number of revolutions are determined by the pressing force between the through hole and the rotor shaft. For example, when the pressing force between the through hole and the rotor shaft is large, the ultrasonic motor can obtain a large output torque. In order to increase the pressing force between the through hole and the rotor shaft, the through hole and the rotor shaft must be fitted without a gap.

特開2009−261494号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2009-261494

しかしながら、圧電素子により貫通穴の内面に発生させる振動波の振幅は最大でも数ミクロンメートルと小さい。一方、貫通穴とロータシャフトとが隙間なく嵌合するように、両者を数ミクロンメートルの精度で加工することは難しい。そのため、高い動作精度が要求されるロボット等に超音波モータを搭載する場合、出力トルクと回転数などの特性を所望の値に調整することが困難であった。特に、超音波モータが小型である場合に、この課題は顕著となる。 However, the amplitude of the vibration wave generated on the inner surface of the through hole by the piezoelectric element is as small as several microns at the maximum. On the other hand, it is difficult to process both with an accuracy of several microns so that the through hole and the rotor shaft fit without a gap. Therefore, when an ultrasonic motor is mounted on a robot or the like that requires high operation accuracy, it is difficult to adjust characteristics such as output torque and rotation speed to desired values. Especially when the ultrasonic motor is small, this problem becomes remarkable.

上記事情を踏まえ、本発明は、出力トルクと回転数などの特性を調整可能な超音波モータ、同超音波モータを搭載するロボットアーム、および同超音波モータを搭載するメッシュロボットを提供することを目的とする。 Based on the above circumstances, the present invention provides an ultrasonic motor capable of adjusting characteristics such as output torque and rotation speed, a robot arm equipped with the ultrasonic motor, and a mesh robot equipped with the ultrasonic motor. The purpose.

上記課題を解決するために、この発明は以下の手段を提案している。
本発明の超音波モータは、円筒形状の第一シャフトと、円筒形状の第二シャフトと、を有するロータシャフトと、前記第一シャフトの基端側の開口部である第一開口部と、前記第二シャフトの基端側の開口部である第二開口部とを、近づける方向に力を加える弾性部材と、直方体状で、ロータシャフトが貫通する貫通孔を有するステータと、前記ステータの外側面に取り付けられた超音波発生素子と、を備え、前記第一シャフトと前記第二シャフトとは、前記第一開口部と前記第二開口部とを対向させて設けられており、前記ステータの内周面はテーパ加工されており、前記第一シャフトは基端側の外周にテーパ形状に加工された第一係合部を有し、前記第二シャフトは基端側の外周にテーパ形状に加工された第二係合部を有し、前記ステータの内周面と、第一係合部および第二係合部とが係合する。
In order to solve the above problems, the present invention proposes the following means.
The ultrasonic motor of the present invention includes a rotor shaft having a cylindrical first shaft, a cylindrical second shaft, a first opening which is an opening on the proximal end side of the first shaft, and the above. An elastic member that applies a force in a direction to bring the second opening, which is an opening on the base end side of the second shaft, closer to the second shaft, a rectangular parallelepiped stator having a through hole through which the rotor shaft penetrates, and an outer surface of the stator. The first shaft and the second shaft are provided with the first opening and the second opening facing each other, and the inside of the stator. The peripheral surface is tapered, the first shaft has a first engaging portion that is tapered on the outer periphery on the proximal end side, and the second shaft is tapered on the outer periphery on the proximal end side. It has a second engaging portion, and the inner peripheral surface of the stator is engaged with the first engaging portion and the second engaging portion.

本発明のロボットアームは、上記超音波モータを複数有し、前記超音波モータ同士を接続する接続部材と、を備えるロボットアームである。 The robot arm of the present invention is a robot arm having a plurality of the ultrasonic motors and including a connecting member for connecting the ultrasonic motors to each other.

本発明のメッシュロボットは、上記ロボットアームを複数有し、可撓性を有し、複数の前記ロボットアームが接続されたプレートと、を備える。 The mesh robot of the present invention includes a plate having a plurality of the robot arms, having flexibility, and connecting the plurality of the robot arms.

本発明の超音波モータによれば、出力トルクと回転数などの特性を所望の値に調整することができる。また、本発明のロボットアームおよびメッシュロボットによれば、超小型で出力トルクが大きい超音波モータを搭載し、動作特性を所望の値に調整することができる。 According to the ultrasonic motor of the present invention, characteristics such as output torque and rotation speed can be adjusted to desired values. Further, according to the robot arm and the mesh robot of the present invention, an ultrasonic motor that is ultra-compact and has a large output torque can be mounted, and the operating characteristics can be adjusted to a desired value.

本発明の第一実施形態に係る超音波モータの全体構成を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the whole structure of the ultrasonic motor which concerns on 1st Embodiment of this invention. 本発明の第一実施形態に係る超音波モータの一部を取り除いた構成を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the structure which removed a part of the ultrasonic motor which concerns on 1st Embodiment of this invention. 本発明の第一実施形態に係る超音波モータの分解図である。It is an exploded view of the ultrasonic motor which concerns on 1st Embodiment of this invention. 本発明の第一実施形態に係る超音波モータの一部を取り除いた構成の分解図である。It is an exploded view of the structure which removed a part of the ultrasonic motor which concerns on 1st Embodiment of this invention. 本発明の第一実施形態に係る超音波モータを軸方向に垂直な方向から見た側面図である。It is a side view which looked at the ultrasonic motor which concerns on 1st Embodiment of this invention from the direction perpendicular to the axial direction. 図5の断面図である。FIG. 5 is a cross-sectional view of FIG. 本発明の第二実施形態に係る超音波モータを軸方向に垂直な方向から見た側面図である。It is a side view which looked at the ultrasonic motor which concerns on 2nd Embodiment of this invention from the direction perpendicular to the axial direction. 図7の断面図である。FIG. 7 is a cross-sectional view of FIG. 本発明の第三実施形態に係るロボットアームの全体構成を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the whole structure of the robot arm which concerns on 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第三実施形態に係るロボットアームの全体構成を図9と反対側から見た斜視図である。It is a perspective view which looked at the whole structure of the robot arm which concerns on 3rd Embodiment of this invention from the side opposite to FIG. 本発明の第四実施形態に係るメッシュロボットの全体構成を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the whole structure of the mesh robot which concerns on 4th Embodiment of this invention. 本発明の第四実施形態に係るメッシュロボットのロボットアームの全体構成を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the whole structure of the robot arm of the mesh robot which concerns on 4th Embodiment of this invention. 本発明の第四実施形態に係るメッシュロボットのプレートの構成を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the structure of the plate of the mesh robot which concerns on 4th Embodiment of this invention. 本発明の第四実施形態に係るメッシュロボットのプレートとロボットアームの接続を示す図である。It is a figure which shows the connection of the plate of the mesh robot which concerns on 4th Embodiment of this invention, and a robot arm. 本発明の第四実施形態に係るメッシュロボットの最小構成を示す図である。It is a figure which shows the minimum structure of the mesh robot which concerns on 4th Embodiment of this invention. 本発明の第四実施形態に係るメッシュロボットの使用例を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the use example of the mesh robot which concerns on 4th Embodiment of this invention. 本発明の第四実施形態に係るメッシュロボットの使用例を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the use example of the mesh robot which concerns on 4th Embodiment of this invention. 本発明の第四実施形態に係るメッシュロボットのコンプライアンス制御の一例を示すグラフである。It is a graph which shows an example of the compliance control of the mesh robot which concerns on 4th Embodiment of this invention.

(第一実施形態)
本発明の第一実施形態について、図1から図6を参照して説明する。なお、図面を見やすくするため、各構成要素の厚さや寸法の比率は適宜調整されている。
(First Embodiment)
The first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 6. In order to make the drawings easier to see, the thickness and dimensional ratio of each component are adjusted as appropriate.

図1は、第一実施形態に係る超音波モータ100の全体構成を示す斜視図である。図2は、図1に示す超音波モータ100の一部を取り除いた構成を示す斜視図である。
超音波モータ100は、ステータ1と、圧電素子(超音波発生素子)2と、ロータシャフト3と、バネ固定部材4と、バネ(弾性部材)5と、を備える。
超音波モータ100は、ロータシャフト3が、ロータシャフト3の長手軸を中心に回転する回転モータとして動作する。以降の説明において、ロータシャフト3の軸方向を「軸方向A」と称し、ロータシャフト3の回転方向を「回転方向R」と称す。
FIG. 1 is a perspective view showing the overall configuration of the ultrasonic motor 100 according to the first embodiment. FIG. 2 is a perspective view showing a configuration in which a part of the ultrasonic motor 100 shown in FIG. 1 is removed.
The ultrasonic motor 100 includes a stator 1, a piezoelectric element (ultrasonic wave generating element) 2, a rotor shaft 3, a spring fixing member 4, and a spring (elastic member) 5.
The ultrasonic motor 100 operates as a rotary motor in which the rotor shaft 3 rotates about the longitudinal axis of the rotor shaft 3. In the following description, the axial direction of the rotor shaft 3 is referred to as "axial direction A", and the rotational direction of the rotor shaft 3 is referred to as "rotation direction R".

ステータ1は、図1に示すように、直方体型に形成されており、対向する側面を貫通する貫通孔Hを有する。また、ステータ1の軸方向Aに垂直な断面の外周輪郭は四角形である。ロータシャフト3は貫通孔Hを通るように配置される。
ステータ1は、例えば2〜3mm角の直方体に形成されている。また、ステータ1の構成材料は、金属材料(鉄,ステンレス,アルミニウム,銅等)が一般であるが、必ずしも金属である必要はなく、プラスチックでもよい。
As shown in FIG. 1, the stator 1 is formed in a rectangular parallelepiped shape and has a through hole H penetrating the facing side surfaces. Further, the outer peripheral contour of the cross section perpendicular to the axial direction A of the stator 1 is a quadrangle. The rotor shaft 3 is arranged so as to pass through the through hole H.
The stator 1 is formed in a rectangular parallelepiped having a square shape of, for example, 2 to 3 mm. Further, the constituent material of the stator 1 is generally a metal material (iron, stainless steel, aluminum, copper, etc.), but it does not necessarily have to be a metal and may be a plastic.

図3は、第一実施形態に係る超音波モータ100の分解図である。図4は、図3に示す超音波モータ100の一部を取り除いた構成を示す分解図である。
図3および図4に示すように、ステータ1の内周面10には、軸方向Aに沿って複数の溝Tが形成されている。複数の溝Tは、ステータ1の内周面10の周方向に沿って等間隔に配置されている。溝Tの形状は、互いに等しく、略円柱形状である。
FIG. 3 is an exploded view of the ultrasonic motor 100 according to the first embodiment. FIG. 4 is an exploded view showing a configuration in which a part of the ultrasonic motor 100 shown in FIG. 3 is removed.
As shown in FIGS. 3 and 4, a plurality of grooves T are formed on the inner peripheral surface 10 of the stator 1 along the axial direction A. The plurality of grooves T are arranged at equal intervals along the circumferential direction of the inner peripheral surface 10 of the stator 1. The shapes of the grooves T are equal to each other and are substantially cylindrical.

図5は、第一実施形態に係る超音波モータ100を軸方向Aに垂直な方向から見た側面図である。図6は、図5の断面図である。
図5および図6が示すように、ステータ1の貫通孔Hは略円柱形状である。貫通孔Hの両端の開口部の径寸法が最も大きく、両端の開口部から軸方向Aの中心部に向かうに従って径寸法が小さくなるように、ステータ1の内周面10はテーパ形状に加工されている。図6が示すように、ステータ1の軸方向Aに水平な断面は、内周面10がくさび形に形成されている。テーパの角度は、軸方向Aに対して2度〜15度程度である。
FIG. 5 is a side view of the ultrasonic motor 100 according to the first embodiment as viewed from a direction perpendicular to the axial direction A. FIG. 6 is a cross-sectional view of FIG.
As shown in FIGS. 5 and 6, the through hole H of the stator 1 has a substantially cylindrical shape. The inner peripheral surface 10 of the stator 1 is machined into a tapered shape so that the diameter dimension of the openings at both ends of the through hole H is the largest and the diameter dimension becomes smaller toward the central portion in the axial direction A from the openings at both ends. ing. As shown in FIG. 6, in the cross section horizontal to the axial direction A of the stator 1, the inner peripheral surface 10 is formed in a wedge shape. The angle of the taper is about 2 to 15 degrees with respect to the axial direction A.

ステータ1の内周面10は、図2に示すように、第一シャフト31と係合する第一内周面11と、第二シャフト32と係合する第二内周面12と、を有する。第一内周面11は、図2、図4、および図6に示すように、内周面10のうち、軸方向Aの中心部から一方の開口部に向かう部分である。一方、第二内周面12は、図2、図4、および図6に示すように、内周面10のうち、軸方向Aの中心部を挟んで第一内周面11の反対側に位置する部分であり、軸方向Aの中心部から他方の開口部に向かう部分である。 As shown in FIG. 2, the inner peripheral surface 10 of the stator 1 has a first inner peripheral surface 11 that engages with the first shaft 31 and a second inner peripheral surface 12 that engages with the second shaft 32. .. As shown in FIGS. 2, 4, and 6, the first inner peripheral surface 11 is a portion of the inner peripheral surface 10 from the central portion in the axial direction A toward one opening. On the other hand, as shown in FIGS. 2, 4, and 6, the second inner peripheral surface 12 is located on the opposite side of the first inner peripheral surface 11 of the inner peripheral surface 10 with the central portion in the axial direction A interposed therebetween. It is a located portion, which is a portion from the central portion in the axial direction A toward the other opening.

溝Tは、図4に示すように、テーパ形状に沿って垂直方向の深さが一定になるように形成されている。溝Tは、貫通孔Hの径寸法が最も小さくなる軸方向Aの中心部においても、それぞれが接触することなく、分離して形成されている。 As shown in FIG. 4, the groove T is formed so that the depth in the vertical direction is constant along the tapered shape. The grooves T are formed separately even in the central portion in the axial direction A where the diameter dimension of the through hole H is the smallest, without contacting each other.

圧電素子2は、セラミックス等の超音波を発生する素子である。図1に示すように、ステータ1の軸方向Aに水平な四つの外側面それぞれに圧電素子2が取り付けられている。圧電素子2には、超音波領域の交流電圧が入力される。四つの圧電素子2は、90度ずつ位相がずれた超音波を発生し、貫通孔Hの内面に回転方向Rの進行波を発生させる。 The piezoelectric element 2 is an element that generates ultrasonic waves such as ceramics. As shown in FIG. 1, the piezoelectric element 2 is attached to each of the four outer surfaces horizontal to the axial direction A of the stator 1. An AC voltage in the ultrasonic region is input to the piezoelectric element 2. The four piezoelectric elements 2 generate ultrasonic waves that are out of phase by 90 degrees, and generate a traveling wave in the rotation direction R on the inner surface of the through hole H.

ロータシャフト3は、第一シャフト31と、第二シャフト32と、を有する。バネ固定部材4は、第一バネ固定部材41と、第二バネ固定部材42と、を有する。 The rotor shaft 3 has a first shaft 31 and a second shaft 32. The spring fixing member 4 includes a first spring fixing member 41 and a second spring fixing member 42.

第一シャフト31および第二シャフト32は、略円筒形状に形成されており、両端は開口している。第一シャフト31および第二シャフト32は、図3および図4が示すように、第一シャフト31の基端開口部(第一開口部)31aと第二シャフト32の基端開口部(第二開口部)32aとを対向させて、内部空間が連通するように設けられている。
なお、第一シャフト31の先端開口部31bおよび第二シャフト32の先端開口部32bは必ずしも必要ではなく、設けられなくてもよい。
The first shaft 31 and the second shaft 32 are formed in a substantially cylindrical shape, and both ends are open. As shown in FIGS. 3 and 4, the first shaft 31 and the second shaft 32 have a base end opening (first opening) 31a of the first shaft 31 and a base end opening (second opening) of the second shaft 32. The opening) 32a is provided so as to face each other and communicate with the internal space.
The tip opening 31b of the first shaft 31 and the tip opening 32b of the second shaft 32 are not always necessary and may not be provided.

第一バネ固定部材41は、第一シャフト31と係合する円柱形状の部材であり、後述するバネ5の一方の端部が取り付けられる部材である。すなわち、第一バネ固定部材41は、バネ5と第一シャフト31との接続を補助する補助部材である。第一バネ固定部材41は、第一シャフト31と係合可能で、かつ、バネ5の端部を取り付け可能な形状であれば、円柱形状以外の形状、例えば角柱形状やフック型形状等であってもよい。 The first spring fixing member 41 is a cylindrical member that engages with the first shaft 31, and is a member to which one end of the spring 5, which will be described later, is attached. That is, the first spring fixing member 41 is an auxiliary member that assists the connection between the spring 5 and the first shaft 31. The first spring fixing member 41 has a shape other than a cylindrical shape, for example, a prism shape, a hook shape, or the like, as long as it has a shape that can be engaged with the first shaft 31 and the end portion of the spring 5 can be attached. You may.

第二バネ固定部材42は、第二シャフト32と係合する円柱形状の部材であり、後述するバネ5の他方の端部が取り付けられる部材である。すなわち、第二バネ固定部材42は、バネ5と第二シャフト32との接続を補助する補助部材である。第二バネ固定部材42は、第二シャフト32と係合可能で、かつ、バネ5の端部を取り付け可能な形状であれば、円柱形状以外の形状、例えば角柱形状等やフック型形状であってもよい。 The second spring fixing member 42 is a cylindrical member that engages with the second shaft 32, and is a member to which the other end of the spring 5, which will be described later, is attached. That is, the second spring fixing member 42 is an auxiliary member that assists the connection between the spring 5 and the second shaft 32. The second spring fixing member 42 has a shape other than a cylindrical shape, for example, a prism shape or a hook shape, as long as it can engage with the second shaft 32 and the end portion of the spring 5 can be attached. You may.

バネ5は、図2および図6に示すように、第一シャフト31の内部空間と第二シャフト32の内部空間とを連通する内部空間に配置されている。一方の端部は第一バネ固定部材41に、他方の端部は第二バネ固定部材42に、取り付けられている。バネ5は、軸方向Aに沿って、第一シャフト31と第二シャフト32とを互いに近づける方向に弾性力を加える。 As shown in FIGS. 2 and 6, the spring 5 is arranged in an internal space that communicates the internal space of the first shaft 31 and the internal space of the second shaft 32. One end is attached to the first spring fixing member 41 and the other end is attached to the second spring fixing member 42. The spring 5 applies an elastic force in a direction in which the first shaft 31 and the second shaft 32 are brought closer to each other along the axial direction A.

一対の第一係止孔31cは、第一シャフト31に設けられた孔であり、図1および図2が示すように、円柱形状の第一バネ固定部材41を係止する。図1から図6に示すように、一対の第一係止孔31cは、第一シャフト31の長手軸を挟んで対向する箇所に設けられている。一対の第一係止孔31cのそれぞれは、第一シャフト31の側面を貫通している。 The pair of first locking holes 31c are holes provided in the first shaft 31, and as shown in FIGS. 1 and 2, the first spring fixing member 41 having a cylindrical shape is locked. As shown in FIGS. 1 to 6, the pair of first locking holes 31c are provided at locations facing each other with the longitudinal axis of the first shaft 31 interposed therebetween. Each of the pair of first locking holes 31c penetrates the side surface of the first shaft 31.

一対の第一係止孔31cは、軸方向Aに沿って第一バネ固定部材41を係止する位置を変更するために、第一バネ固定部材が貫通可能な孔を複数有している。第一バネ固定部材が貫通する一対の第一係止孔31cの孔を変更することで、第一バネ固定部材41を係止する位置は変更される。第一バネ固定部材41を係止する位置を変更することで、第一シャフト31と第二シャフト32とを互いに近づけるバネ5の弾性力の大きさを変更することができる。
もちろん、バネ5自体を異なる弾性力を有するバネ5に変更することで、第一シャフト31と第二シャフト32とを互いに近づける弾性力の大きさを調整してもよい。
The pair of first locking holes 31c have a plurality of holes through which the first spring fixing member can penetrate in order to change the position where the first spring fixing member 41 is locked along the axial direction A. By changing the holes of the pair of first locking holes 31c through which the first spring fixing member penetrates, the position where the first spring fixing member 41 is locked is changed. By changing the position where the first spring fixing member 41 is locked, the magnitude of the elastic force of the spring 5 that brings the first shaft 31 and the second shaft 32 closer to each other can be changed.
Of course, by changing the spring 5 itself to a spring 5 having a different elastic force, the magnitude of the elastic force that brings the first shaft 31 and the second shaft 32 closer to each other may be adjusted.

一対の第二係止孔32cは、第二シャフト32に設けられた孔であり、図1および図2が示すように、円柱形状の第二バネ固定部材42を係止する。図3および図4に示すように、一対の第二係止孔32cは、第二シャフト32の長手軸を挟んで対向する箇所に設けられている。一対の第二係止孔32cのそれぞれは、第二シャフト32の側面を貫通している。 The pair of second locking holes 32c are holes provided in the second shaft 32, and as shown in FIGS. 1 and 2, the cylindrical second spring fixing member 42 is locked. As shown in FIGS. 3 and 4, the pair of second locking holes 32c are provided at locations facing each other with the longitudinal axis of the second shaft 32 interposed therebetween. Each of the pair of second locking holes 32c penetrates the side surface of the second shaft 32.

第一シャフト31は、図3に示すように、基端側の外周に第一係合部31dを有している。図6に示すように、ステータ1の第一内周面11と、第一シャフトの第一係合部31dが、対向して配置される。
第一係合部31dは、図3および図6に示すように、基端開口部31aに向かうに従って径寸法が小さくなるようにテーパ形状に加工されている。第一係合部31dのテーパ形状は、対向して配置される第一内周面11のテーパ形状と係合するように形成されている。
As shown in FIG. 3, the first shaft 31 has a first engaging portion 31d on the outer periphery on the proximal end side. As shown in FIG. 6, the first inner peripheral surface 11 of the stator 1 and the first engaging portion 31d of the first shaft are arranged so as to face each other.
As shown in FIGS. 3 and 6, the first engaging portion 31d is processed into a tapered shape so that the diameter dimension becomes smaller toward the proximal end opening 31a. The tapered shape of the first engaging portion 31d is formed so as to engage with the tapered shape of the first inner peripheral surface 11 arranged so as to face each other.

第二シャフト32も、図3に示すように、基端側の外周に第二係合部32dを有している。図6に示すように、ステータ1の第二内周面12と、第二シャフトの第二係合部32dが、対向して配置される。
第二係合部32dは、図3および図6に示すように、基端開口部32aに向かうに従って径寸法が小さくなるようにテーパ形状に加工されている。第二係合部32dのテーパ形状は、対向して配置される第二内周面12のテーパ形状と係合するように形成されている。
As shown in FIG. 3, the second shaft 32 also has a second engaging portion 32d on the outer periphery on the proximal end side. As shown in FIG. 6, the second inner peripheral surface 12 of the stator 1 and the second engaging portion 32d of the second shaft are arranged so as to face each other.
As shown in FIGS. 3 and 6, the second engaging portion 32d is processed into a tapered shape so that the diameter dimension becomes smaller toward the proximal end opening 32a. The tapered shape of the second engaging portion 32d is formed so as to engage with the tapered shape of the second inner peripheral surface 12 arranged so as to face each other.

第一係合部31dは、図3および図4に示すように、基端開口部31aの淵部に、軸方向Aに突出する第一凸部31eを有している。また、第二係合部32dも、基端開口部32aの淵部に、軸方向Aに突出する第二凸部32eを有している。
第一凸部31eと第二凸部32eとは、第一シャフト31および第二シャフト32が、軸方向Aを回転軸として回転した際、回転方向Rの両端部のうち少なくとも一方の端部が係合する。
As shown in FIGS. 3 and 4, the first engaging portion 31d has a first convex portion 31e protruding in the axial direction A at the edge of the proximal end opening 31a. Further, the second engaging portion 32d also has a second convex portion 32e protruding in the axial direction A at the edge of the proximal end opening 32a.
With respect to the first convex portion 31e and the second convex portion 32e, when the first shaft 31 and the second shaft 32 rotate with the axial direction A as the rotation axis, at least one end of both ends in the rotation direction R is Engage.

第一シャフト31と第二シャフト32とが、ステータ1の内周面10と係合して配置されている際、第一シャフト31と第二シャフト32との間には、軸方向Aにわずかに隙間が生じるように、第一係合部31dおよび第二係合部32dの軸方向Aの長さは調整されている。そのため、バネ5の弾性力を調整することで、第一シャフト31および第二シャフト32の相対位置は、軸方向Aに沿って調整される。 When the first shaft 31 and the second shaft 32 are arranged so as to engage with the inner peripheral surface 10 of the stator 1, the first shaft 31 and the second shaft 32 are slightly between the first shaft 31 and the second shaft 32 in the axial direction A. The lengths of the first engaging portion 31d and the second engaging portion 32d in the axial direction A are adjusted so that a gap is formed in the first engaging portion 31d and the second engaging portion 32d. Therefore, by adjusting the elastic force of the spring 5, the relative positions of the first shaft 31 and the second shaft 32 are adjusted along the axial direction A.

第一バネ固定部材41を係止する一対の第一係止孔31cの孔を変更することで、バネ5の弾性力を調整し、ステータ1の第一内周面11と、第一シャフトの第一係合部31dとを、隙間なく係合させ、また、ステータ1の第二内周面12と、第二シャフトの第二係合部32dとを、隙間なく係合させることができる。 By changing the holes of the pair of first locking holes 31c that lock the first spring fixing member 41, the elastic force of the spring 5 is adjusted, and the first inner peripheral surface 11 of the stator 1 and the first shaft The first engaging portion 31d can be engaged without a gap, and the second inner peripheral surface 12 of the stator 1 and the second engaging portion 32d of the second shaft can be engaged without a gap.

次に、超音波モータ100の動作を説明する。
圧電素子2に超音波領域の交流電圧が入力され、圧電素子2は超音波を発生する。四つの圧電素子2には90度ずつ位相がずれた超音波が発生するように交流電圧が入力される。その結果、貫通孔Hの内周面10に回転方向Rの進行波が発生する。
Next, the operation of the ultrasonic motor 100 will be described.
An AC voltage in the ultrasonic region is input to the piezoelectric element 2, and the piezoelectric element 2 generates ultrasonic waves. AC voltage is input to the four piezoelectric elements 2 so as to generate ultrasonic waves that are out of phase by 90 degrees. As a result, a traveling wave in the rotation direction R is generated on the inner peripheral surface 10 of the through hole H.

圧電素子2が貫通孔Hの内周面10に発生させた回転方向Rの進行波により、第一シャフト31および第二シャフト32は、第一凸部31eと第二凸部32eとが回転方向Rの両端部のうち少なくとも一方の端部で係合しながら回転する。第一シャフト31および第二シャフト32の一方に発生する回転運動を他方に伝達することで、第一シャフト31および第二シャフト32の回転速度を均等にすることができる。 Due to the traveling wave of the rotation direction R generated by the piezoelectric element 2 on the inner peripheral surface 10 of the through hole H, the first convex portion 31e and the second convex portion 32e of the first shaft 31 and the second shaft 32 are in the rotation direction. Rotate while engaging at at least one end of both ends of R. By transmitting the rotational motion generated in one of the first shaft 31 and the second shaft 32 to the other, the rotational speeds of the first shaft 31 and the second shaft 32 can be made uniform.

また、ステータ1の軸方向Aに水平な断面は、内周面10がくさび形に形成されている。従来のような、内周面がくさび形状を有さないステータの場合、ロータシャフトに対して、軸方向Aと垂直な方向にしか振動を伝達することができなった。
一方、本実施形態のステータ1のように内周面10にテーパ形状が形成されている場合、軸方向Aと垂直な方向だけでなく、軸方向Aと水平な方向にも振動を伝達することができる。
従来、振動伝達効率を向上させる場合、軸方向Aと垂直な方向のみに対する振動伝達効率を改善するしか方法がなかった。本実施形態のステータ1では、軸方向Aと垂直な方向と合わせて、軸方向Aと水平な方向に対する振動伝達効率を改善することで、振動伝達効率全体を向上させることができる。
Further, in the cross section horizontal to the axial direction A of the stator 1, the inner peripheral surface 10 is formed in a wedge shape. In the case of a stator whose inner peripheral surface does not have a wedge shape as in the conventional case, vibration can be transmitted only in the direction perpendicular to the axial direction A with respect to the rotor shaft.
On the other hand, when a tapered shape is formed on the inner peripheral surface 10 as in the stator 1 of the present embodiment, vibration is transmitted not only in the direction perpendicular to the axial direction A but also in the direction horizontal to the axial direction A. Can be done.
Conventionally, the only way to improve the vibration transmission efficiency is to improve the vibration transmission efficiency only in the direction perpendicular to the axial direction A. In the stator 1 of the present embodiment, the overall vibration transmission efficiency can be improved by improving the vibration transmission efficiency in the direction perpendicular to the axial direction A in combination with the direction perpendicular to the axial direction A.

さらに、第一シャフト31および第二シャフト32には、バネ5によって、両者を互いに近づける方向に弾性力が加えられる。その弾性力を調整することで、ステータ1の第一内周面11と、第一シャフトの第一係合部31dとを、隙間なく接触させることができる。また、ステータ1の第二内周面12と、第二シャフトの第二係合部32dとを、隙間なく接触させることができる。その結果、圧電素子2が貫通孔Hの内周面10に発生させた回転方向Rの進行波を、第一シャフト31および第二シャフト32に、損失を少なく伝達させることができ、出力トルクを大きくすることができる。 Further, elastic force is applied to the first shaft 31 and the second shaft 32 in the direction of bringing them closer to each other by the spring 5. By adjusting the elastic force, the first inner peripheral surface 11 of the stator 1 and the first engaging portion 31d of the first shaft can be brought into contact with each other without a gap. Further, the second inner peripheral surface 12 of the stator 1 and the second engaging portion 32d of the second shaft can be brought into contact with each other without a gap. As a result, the traveling wave in the rotation direction R generated by the piezoelectric element 2 on the inner peripheral surface 10 of the through hole H can be transmitted to the first shaft 31 and the second shaft 32 with less loss, and the output torque can be reduced. It can be made larger.

ステータ1の内周面10には、溝Tが形成されている。超音波モータ100は進行波の発生に伴うステータ内周表面の楕円運動にロータシャフト3を接触させることで摩擦により駆動力を得る。内周面10の溝Tが形成されていることで、溝Tのエッジ部の楕円運動がステータ内面に引っかかるように接触することで確実な運動と力を伝達することができるため、楕円運動の周方向振幅が増大しロータシャフト3の回転速度特性が改善される。 A groove T is formed on the inner peripheral surface 10 of the stator 1. The ultrasonic motor 100 obtains a driving force by friction by bringing the rotor shaft 3 into contact with the elliptical movement of the inner peripheral surface of the stator accompanying the generation of a traveling wave. Since the groove T of the inner peripheral surface 10 is formed, the elliptical motion of the edge portion of the groove T comes into contact with the inner surface of the stator so as to be caught, so that reliable motion and force can be transmitted. The circumferential amplitude is increased and the rotational speed characteristic of the rotor shaft 3 is improved.

(第一実施形態の効果)
本実施形態の超音波モータ100によれば、ステータ1の軸方向Aに水平な断面にくさび形状を設け、ロータシャフトに対する振動伝達効率を改善できる。また、ロータシャフト3を、第一シャフト31と第二シャフト32とから構成し、バネ5で結合することで、ステータ1の内周面10とロータシャフト3の係合部(31d、32d)とを隙間なく接触させることができる。また、その接触力をバネ5により調整することができる。
(Effect of the first embodiment)
According to the ultrasonic motor 100 of the present embodiment, a wedge shape is provided in a cross section horizontal to the axial direction A of the stator 1, and the vibration transmission efficiency to the rotor shaft can be improved. Further, the rotor shaft 3 is composed of the first shaft 31 and the second shaft 32, and is connected by the spring 5 to engage with the inner peripheral surface 10 of the stator 1 and the engaging portions (31d, 32d) of the rotor shaft 3. Can be brought into contact without gaps. Further, the contact force can be adjusted by the spring 5.

従来の超音波モータでは、ロータシャフトおよびステータを加工成形した後は、加工精度によって十分な振動伝達効率が得られない場合に、振動伝達効率を向上させるための調整手段がなかった。
本実施形態の超音波モータ100によれば、バネ5およびバネ固定部材4により、第一シャフト31と第二シャフト32とを互いに近づける力を調整し、振動伝達効率を調整することができる。
In the conventional ultrasonic motor, after the rotor shaft and the stator are machined and molded, there is no adjusting means for improving the vibration transmission efficiency when sufficient vibration transmission efficiency cannot be obtained due to the machining accuracy.
According to the ultrasonic motor 100 of the present embodiment, the force of bringing the first shaft 31 and the second shaft 32 closer to each other can be adjusted by the spring 5 and the spring fixing member 4, and the vibration transmission efficiency can be adjusted.

(変形例)
以上、本発明の第一実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。また、上述の第一実施形態および以下で示す変形例において示した構成要素は適宜に組み合わせて構成することが可能である。
(Modification example)
Although the first embodiment of the present invention has been described in detail with reference to the drawings, the specific configuration is not limited to this embodiment, and includes design changes and the like within a range that does not deviate from the gist of the present invention. .. In addition, the components shown in the above-described first embodiment and the modifications shown below can be appropriately combined and configured.

例えば、圧電素子2は、ステータ1の二側面(隣接する二側面でもよいし対向する二側面でもよい)に取り付けることもできる。また、一側面または三側面に超音波発生素子
13を取り付けることもできる。また、それぞれの側面に複数の圧電素子を取り付けることもできる。貫通孔Hの内周面10に進行波を発生させる構成であれば、どのような構成態様であっても構わない。
For example, the piezoelectric element 2 can be attached to two side surfaces of the stator 1 (either two adjacent side surfaces or two opposite side surfaces). Further, the ultrasonic wave generating element 13 can be attached to one side surface or three side surfaces. Further, a plurality of piezoelectric elements can be attached to each side surface. Any configuration may be used as long as it is configured to generate a traveling wave on the inner peripheral surface 10 of the through hole H.

(第二実施形態)
本発明の第二実施形態について、図7および図8を参照して説明する。以降の説明において、既に説明したものと共通する構成については、同一の符号を付して重複する説明を省略する。
第二実施形態に係る超音波モータ100Bは、超音波モータ100と比較して、バネが、第一シャフト31の内部空間と第二シャフト32の内部空間とを連通する内部空間ではなく、外部空間に配置されている点が異なる。
(Second Embodiment)
A second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 7 and 8. In the following description, the same reference numerals will be given to the configurations common to those already described, and duplicate description will be omitted.
In the ultrasonic motor 100B according to the second embodiment, as compared with the ultrasonic motor 100, the spring is not an internal space in which the internal space of the first shaft 31 and the internal space of the second shaft 32 communicate with each other, but an external space. The difference is that they are placed in.

図7は、超音波モータ100Bを軸方向Aに垂直な方向から見た側面図である。図8は、図7の断面図である。
超音波モータ100Bは、図7および図8が示すように、ステータ1と、圧電素子(超音波発生素子)2と、ロータシャフト3と、バネ固定部材4Bと、バネ(弾性部材)5Bと、を備える。
FIG. 7 is a side view of the ultrasonic motor 100B as viewed from a direction perpendicular to the axial direction A. FIG. 8 is a cross-sectional view of FIG. 7.
As shown in FIGS. 7 and 8, the ultrasonic motor 100B includes a stator 1, a piezoelectric element (ultrasonic wave generating element) 2, a rotor shaft 3, a spring fixing member 4B, a spring (elastic member) 5B, and the like. To be equipped.

第二実施形態においては、第一シャフト31には先端開口部31b、第二シャフト32には先端開口部32bが設けられている。 In the second embodiment, the first shaft 31 is provided with a tip opening 31b, and the second shaft 32 is provided with a tip opening 32b.

バネ5Bは、図7および図8が示すように、皿ばね50と、一対の円盤状部材(51、52)と、を有する。
皿バネ50は、中心に貫通孔を有する円盤状の板を略円錐状に形成したものである。皿バネ50の貫通孔方向の両側には、中心に貫通孔を有する一対の円盤状部材(51、52)が、皿バネ50の一部と接触するように設けられている。具体的には、皿バネ50の円錐形状の上側部分が円盤状部材52と接触しており、バネ5Bの円錐形状の下側部分が円盤状部材51と接触している。
バネ5Bは、円盤状部材51と円盤状部材52とを近づける方向に荷重が加わると、円盤状部材51と円盤状部材52とを遠ざける方向に弾性力を加えるバネ効果を有する。
The spring 5B has a disc spring 50 and a pair of disc-shaped members (51, 52), as shown in FIGS. 7 and 8.
The disc spring 50 is formed by forming a disk-shaped plate having a through hole in the center in a substantially conical shape. A pair of disc-shaped members (51, 52) having through holes in the center are provided on both sides of the disc spring 50 in the through hole direction so as to come into contact with a part of the disc spring 50. Specifically, the upper portion of the conical shape of the disc spring 50 is in contact with the disc-shaped member 52, and the lower portion of the conical shape of the spring 5B is in contact with the disc-shaped member 51.
The spring 5B has a spring effect of applying an elastic force in a direction of moving the disk-shaped member 51 and the disk-shaped member 52 away from each other when a load is applied in the direction of bringing the disk-shaped member 51 and the disk-shaped member 52 closer to each other.

バネ5Bは、皿バネ50の貫通孔と、一対の円盤状部材(51、52)の貫通孔と、から構成される貫通孔を有している。皿バネ50の貫通孔と一対の円盤状部材(51、52)の貫通孔とは互いに中心軸が一致しており、その中心軸がバネ5Bの貫通孔の中心軸である。 The spring 5B has a through hole composed of a through hole of the disc spring 50 and a through hole of a pair of disc-shaped members (51, 52). The through holes of the disc spring 50 and the through holes of the pair of disc-shaped members (51, 52) have the same central axes, and the central axis is the central axis of the through holes of the spring 5B.

バネ5Bは、バネ5Bの貫通孔の中心軸が、ロータシャフト3の長手軸と一致し、かつ、円盤状部材51が第一シャフト31の先端開口部31bを有する面に接触するように、配置される。また、バネ5Bは、バネ5Bの貫通孔が、第一シャフト31の内部空間と連通するように配置されている。 The spring 5B is arranged so that the central axis of the through hole of the spring 5B coincides with the longitudinal axis of the rotor shaft 3 and the disk-shaped member 51 contacts the surface of the first shaft 31 having the tip opening 31b. Will be done. Further, the spring 5B is arranged so that the through hole of the spring 5B communicates with the internal space of the first shaft 31.

バネ固定部材4Bは、図7および図8が示すように、ナット(第一バネ固定部材)43と、ボルト(第二バネ固定部材)44と、を有する。 As shown in FIGS. 7 and 8, the spring fixing member 4B has a nut (first spring fixing member) 43 and a bolt (second spring fixing member) 44.

ナット(第一バネ固定部材)43は、内周面に雌ネジが設けられた貫通孔を有するナット部材である。
ナット43は、ナット43の貫通孔の中心軸が、バネ5Bの貫通孔の中心軸と一致するように、ナット43の貫通孔を有する面が円盤状部材52の貫通孔を有する面に接合されている。また、ナット43は、ナット43の貫通孔が、バネ5Bの貫通孔と連通するようにバネ5Bに接合されている。
The nut (first spring fixing member) 43 is a nut member having a through hole provided with a female screw on the inner peripheral surface.
In the nut 43, the surface having the through hole of the nut 43 is joined to the surface having the through hole of the disc-shaped member 52 so that the central axis of the through hole of the nut 43 coincides with the central axis of the through hole of the spring 5B. ing. Further, the nut 43 is joined to the spring 5B so that the through hole of the nut 43 communicates with the through hole of the spring 5B.

ボルト(第二バネ固定部材)44は、外周面に雄ネジが設けられた円筒部44aと、頭部44bと、有するボルト部材である。円筒部44aは、外周面に設けられた雄ネジによりナット43と嵌合可能である。なお、円筒部44aの外周面の雄ネジは、ナット43と嵌合する部分に設けられていれば十分である。
ナット43が嵌合するボルト44の位置を変更することで、ナット43とボルト44との相対位置を調整することができる。
The bolt (second spring fixing member) 44 is a bolt member having a cylindrical portion 44a provided with a male screw on the outer peripheral surface and a head portion 44b. The cylindrical portion 44a can be fitted to the nut 43 by a male screw provided on the outer peripheral surface. It is sufficient that the male screw on the outer peripheral surface of the cylindrical portion 44a is provided at a portion that fits with the nut 43.
By changing the position of the bolt 44 to which the nut 43 is fitted, the relative position between the nut 43 and the bolt 44 can be adjusted.

ボルト44の円筒部44aは、第一シャフト31の内部空間と、第二シャフト32の内部空間と、バネ5Bの貫通孔と、を貫通し、ナット43の内側面に設けられた雌ネジと嵌合している。ボルト44の長手軸は、ロータシャフト3の長手軸と一致している。
また、ボルト44の頭部44bは、第二シャフト32の先端開口部32bを有する面に接合されている。
The cylindrical portion 44a of the bolt 44 penetrates the internal space of the first shaft 31, the internal space of the second shaft 32, and the through hole of the spring 5B, and is fitted with a female screw provided on the inner surface of the nut 43. It fits. The longitudinal axis of the bolt 44 coincides with the longitudinal axis of the rotor shaft 3.
Further, the head portion 44b of the bolt 44 is joined to the surface of the second shaft 32 having the tip opening 32b.

ボルト44が貫通する第一シャフト31と、第二シャフト32と、バネ5Bとは、ボルト44の長手軸方向、すなわち軸方向Aに移動可能に支持される。また、第一シャフト31と、第二シャフト32と、バネ5Bとは、ボルト44の長手軸を中心として、回転方向Rに回動自在に支持される。 The first shaft 31, the second shaft 32, and the spring 5B through which the bolt 44 penetrates are movably supported in the longitudinal axial direction of the bolt 44, that is, in the axial direction A. Further, the first shaft 31, the second shaft 32, and the spring 5B are rotatably supported in the rotation direction R about the longitudinal axis of the bolt 44.

ナット43とボルト44との相対位置が固定され、ナット43とボルト44の頭部44bとの相対距離が固定される。
ボルト44が貫通する第一シャフト31と、第二シャフト32と、バネ5Bとは、ナット43とボルト44の頭部44bとに挟まれているため、軸方向Aへの移動範囲が制限される。
The relative positions of the nut 43 and the bolt 44 are fixed, and the relative distance between the nut 43 and the head 44b of the bolt 44 is fixed.
Since the first shaft 31, the second shaft 32, and the spring 5B through which the bolt 44 penetrates are sandwiched between the nut 43 and the head 44b of the bolt 44, the range of movement in the axial direction A is limited. ..

ここで、円盤状部材51と円盤状部材52とが近づくように、ナット43とボルト44との相対位置を調整し、バネ5Bに円盤状部材51と円盤状部材52とを遠ざける方向への弾性力を発生させる。 Here, the relative positions of the nut 43 and the bolt 44 are adjusted so that the disc-shaped member 51 and the disc-shaped member 52 are close to each other, and the elasticity in the direction of moving the disc-shaped member 51 and the disc-shaped member 52 away from the spring 5B. Generate force.

ナット43とボルト44との相対位置を調整することで、バネ5Bは第一シャフト31を第二シャフト32に近づける方向に弾性力を加えることができる。
すなわち、ナット43およびボルト44は、バネ5Bと第一シャフト31との接続を補助する補助部材である。
By adjusting the relative positions of the nut 43 and the bolt 44, the spring 5B can apply an elastic force in the direction of bringing the first shaft 31 closer to the second shaft 32.
That is, the nut 43 and the bolt 44 are auxiliary members that assist the connection between the spring 5B and the first shaft 31.

ナット43とボルト44との相対位置を調整することで、バネ5Bは、ナット43およびボルト44を経由して、第二シャフト32を第一シャフト31に近づける方向に弾性力を加えることができる。
すなわち、ナット43およびボルト44は、バネ5Bと第二シャフト32との接続を補助する補助部材である。
By adjusting the relative positions of the nut 43 and the bolt 44, the spring 5B can apply an elastic force in the direction of bringing the second shaft 32 closer to the first shaft 31 via the nut 43 and the bolt 44.
That is, the nut 43 and the bolt 44 are auxiliary members that assist the connection between the spring 5B and the second shaft 32.

バネ5Bは、ナット43とボルト44との相対位置を調整することで、軸方向Aに沿って、第一シャフト31と第二シャフト32とを互いに近づける方向に弾性力を加える。具体的には、バネ5Bは、第一シャフト31の基端側の開口部である基端開口部(第一開口部)31aと、第二シャフト32の基端側の開口部である基端開口部(第二開口部)32aとを、近づける方向に弾性力を加える。 By adjusting the relative positions of the nut 43 and the bolt 44, the spring 5B applies an elastic force in the direction in which the first shaft 31 and the second shaft 32 are brought closer to each other along the axial direction A. Specifically, the spring 5B has a proximal end opening (first opening) 31a which is an opening on the proximal end side of the first shaft 31 and a proximal end which is an opening on the proximal end side of the second shaft 32. An elastic force is applied in the direction of bringing the opening (second opening) 32a closer to the opening (second opening) 32a.

第一シャフト31と第二シャフト32とが、ステータ1の内周面10と係合して配置されている際、第一シャフト31と第二シャフト32との間には、軸方向Aにわずかに隙間が生じるように、第一係合部31dおよび第二係合部32dの軸方向Aの長さは調整されている。そのため、ナット43とボルト44との相対位置を調整することで、第一シャフト31および第二シャフト32の相対位置は、軸方向Aに沿って調整される。 When the first shaft 31 and the second shaft 32 are arranged so as to engage with the inner peripheral surface 10 of the stator 1, the first shaft 31 and the second shaft 32 are slightly between the first shaft 31 and the second shaft 32 in the axial direction A. The lengths of the first engaging portion 31d and the second engaging portion 32d in the axial direction A are adjusted so that a gap is formed in the first engaging portion 31d and the second engaging portion 32d. Therefore, by adjusting the relative positions of the nut 43 and the bolt 44, the relative positions of the first shaft 31 and the second shaft 32 are adjusted along the axial direction A.

ボルト44の円筒部44aの先端には、図7および図8に示すように、円筒状の回転伝達部材9が取り付けられている。回転伝達部材9の長手軸が回転軸となり、回転伝達部材9の長手軸は、ボルト44の長手軸と一致している。 As shown in FIGS. 7 and 8, a cylindrical rotation transmission member 9 is attached to the tip of the cylindrical portion 44a of the bolt 44. The longitudinal axis of the rotation transmission member 9 serves as the rotation axis, and the longitudinal axis of the rotation transmission member 9 coincides with the longitudinal axis of the bolt 44.

次に、超音波モータ100Bの動作を説明する。
圧電素子2に超音波領域の交流電圧が入力され、圧電素子2は超音波を発生する。四つの圧電素子2には90度ずつ位相がずれた超音波が発生するように交流電圧が入力される。その結果、貫通孔Hの内周面10に回転方向Rの進行波が発生する。
Next, the operation of the ultrasonic motor 100B will be described.
An AC voltage in the ultrasonic region is input to the piezoelectric element 2, and the piezoelectric element 2 generates ultrasonic waves. AC voltage is input to the four piezoelectric elements 2 so as to generate ultrasonic waves that are out of phase by 90 degrees. As a result, a traveling wave in the rotation direction R is generated on the inner peripheral surface 10 of the through hole H.

圧電素子2が貫通孔Hの内周面10に発生させた回転方向Rの進行波により、第一シャフト31および第二シャフト32は、第一凸部31eと第二凸部32eとが回転方向Rの両端部のうち少なくとも一方の端部で係合しながら回転する。第一シャフト31および第二シャフト32の一方に発生する回転運動を他方に伝達することで、第一シャフト31および第二シャフト32の回転速度を均等にすることができる。 Due to the traveling wave in the rotation direction R generated by the piezoelectric element 2 on the inner peripheral surface 10 of the through hole H, the first convex portion 31e and the second convex portion 32e of the first shaft 31 and the second shaft 32 are in the rotation direction. Rotate while engaging at at least one end of both ends of R. By transmitting the rotational motion generated in one of the first shaft 31 and the second shaft 32 to the other, the rotational speeds of the first shaft 31 and the second shaft 32 can be made uniform.

ナット43とボルト44とは、バネ5Bおよびロータシャフト3を挟み込んでおり、バネ5Bはバネの弾性力が働くように、ナット43とボルト44との間の距離が調整されている。そのため、バネ5Bと第一シャフト31、および頭部44bと第二シャフト32は密接している。そのため、ロータシャフト3が回転方向Rに回転することで、ナット43とボルト44とバネ5Bとは、ロータシャフト3の回転と合わせて回転方向Rに回転する。ボルト44の回転に合わせて、回転伝達部材9も回転方向Rに回転する。 The nut 43 and the bolt 44 sandwich the spring 5B and the rotor shaft 3, and the distance between the nut 43 and the bolt 44 is adjusted so that the elastic force of the spring acts on the spring 5B. Therefore, the spring 5B and the first shaft 31, and the head 44b and the second shaft 32 are in close contact with each other. Therefore, when the rotor shaft 3 rotates in the rotation direction R, the nut 43, the bolt 44, and the spring 5B rotate in the rotation direction R together with the rotation of the rotor shaft 3. The rotation transmission member 9 also rotates in the rotation direction R in accordance with the rotation of the bolt 44.

また、ステータ1の軸方向Aに水平な断面は、第一実施形態と同様に、内周面10がくさび形に形成されている。ステータ1の内周面10にテーパ形状が形成されている場合、軸方向Aと垂直な方向だけでなく、軸方向Aと水平な方向にも振動を伝達することができる。本実施形態のステータ1では、軸方向Aと垂直な方向と合わせて、軸方向Aと水平な方向に対する振動伝達効率を改善することで、振動伝達効率全体を向上させることができる。 Further, in the cross section horizontal to the axial direction A of the stator 1, the inner peripheral surface 10 is formed in a wedge shape as in the first embodiment. When the inner peripheral surface 10 of the stator 1 is formed with a tapered shape, vibration can be transmitted not only in the direction perpendicular to the axial direction A but also in the direction horizontal to the axial direction A. In the stator 1 of the present embodiment, the overall vibration transmission efficiency can be improved by improving the vibration transmission efficiency in the direction perpendicular to the axial direction A in combination with the direction perpendicular to the axial direction A.

さらに、第一シャフト31および第二シャフト32には、バネ5Bによって、両者を互いに近づける方向に弾性力が加えられる。その弾性力を調整することで、ステータ1の第一内周面11と、第一シャフトの第一係合部31dとを、隙間なく接触させることができる。また、ステータ1の第二内周面12と、第二シャフトの第二係合部32dとを、隙間なく接触させることができる。その結果、圧電素子2が貫通孔Hの内周面10に発生させた回転方向Rの進行波を、第一シャフト31および第二シャフト32に、損失を少なく伝達させることができ、出力トルクを大きくすることができる。 Further, elastic force is applied to the first shaft 31 and the second shaft 32 in the direction of bringing them closer to each other by the spring 5B. By adjusting the elastic force, the first inner peripheral surface 11 of the stator 1 and the first engaging portion 31d of the first shaft can be brought into contact with each other without a gap. Further, the second inner peripheral surface 12 of the stator 1 and the second engaging portion 32d of the second shaft can be brought into contact with each other without a gap. As a result, the traveling wave in the rotation direction R generated by the piezoelectric element 2 on the inner peripheral surface 10 of the through hole H can be transmitted to the first shaft 31 and the second shaft 32 with less loss, and the output torque can be reduced. It can be made larger.

(第二実施形態の効果)
本実施形態の超音波モータ100Bによれば、第一実施形態の超音波モータ100と同様、ステータ1の軸方向Aに水平な断面にくさび形状を設け、ロータシャフトに対する振動伝達効率を改善できる。また、ロータシャフト3を、第一シャフト31と第二シャフト32とから構成し、バネ5Bで両者を近付けることで、ステータ1の内周面10とロータシャフト3の係合部(31d、32d)とを隙間なく接触させることができる。また、その接触力をバネ5Bにより調整することができる。
(Effect of the second embodiment)
According to the ultrasonic motor 100B of the present embodiment, similarly to the ultrasonic motor 100 of the first embodiment, a wedge shape is provided in a cross section horizontal to the axial direction A of the stator 1, and the vibration transmission efficiency to the rotor shaft can be improved. Further, the rotor shaft 3 is composed of the first shaft 31 and the second shaft 32, and by bringing them close to each other by the spring 5B, the engaging portions (31d, 32d) between the inner peripheral surface 10 of the stator 1 and the rotor shaft 3 are formed. Can be brought into contact with each other without a gap. Further, the contact force can be adjusted by the spring 5B.

本実施形態の超音波モータ100Bによれば、第一シャフト31と第二シャフト32とを近付けるバネ5Bを、第一シャフト31と第二シャフト32の内部空間ではなく外部空間に配置することができ、超音波モータ100Bを超音波モータ100と比較して、容易に構成することができる。特に、超音波モータ100Bが小型である場合に、この効果は顕著となる。 According to the ultrasonic motor 100B of the present embodiment, the spring 5B that brings the first shaft 31 and the second shaft 32 close to each other can be arranged not in the internal space of the first shaft 31 and the second shaft 32 but in the external space. , The ultrasonic motor 100B can be easily configured as compared with the ultrasonic motor 100. In particular, this effect becomes remarkable when the ultrasonic motor 100B is small.

本実施形態の超音波モータ100Bによれば、第一実施形態の超音波モータ100と比較して、ナット43とボルト44との相対位置を変更することで、バネ5Bの弾性力をより細かな間隔で変更することができる。ステータ1の内周面10とロータシャフト3の係合部(31d、32d)とを隙間をより細かい粒度で調整することができる。 According to the ultrasonic motor 100B of the present embodiment, the elastic force of the spring 5B is made finer by changing the relative positions of the nut 43 and the bolt 44 as compared with the ultrasonic motor 100 of the first embodiment. It can be changed at intervals. The gap between the inner peripheral surface 10 of the stator 1 and the engaging portions (31d, 32d) of the rotor shaft 3 can be adjusted with a finer particle size.

(第三実施形態)
本発明の第三実施形態について、図9および図10を参照して説明する。以降の説明において、既に説明したものと共通する構成については、同一の符号を付して重複する説明を省略する。
(Third Embodiment)
A third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 9 and 10. In the following description, the same reference numerals will be given to the configurations common to those already described, and duplicate description will be omitted.

図9は、第三実施形態に係るロボットアーム200の全体構成を示す斜視図である。また、図10は、図9と反対側から見たロボットアーム200の全体構成を示す斜視図である。 FIG. 9 is a perspective view showing the overall configuration of the robot arm 200 according to the third embodiment. Further, FIG. 10 is a perspective view showing the overall configuration of the robot arm 200 as viewed from the side opposite to that of FIG. 9.

ロボットアーム200は、6個の超音波モータ100で構成される超小型6自由度ロボットアームである。一自由度の超音波モータ100を6個並べ、隣り合う超音波モータ100を接続部材7で接続することで、ロボットアーム200は構成される。 The robot arm 200 is an ultra-compact 6-DOF robot arm composed of 6 ultrasonic motors 100. The robot arm 200 is configured by arranging six ultrasonic motors 100 having one degree of freedom and connecting adjacent ultrasonic motors 100 with a connecting member 7.

6個の超音波モータ100によるロボットアーム200の構成態様は、公知の6自由度ロボットアームの構成態様を適宜採用すればよい。ロボットアーム200の姿勢や位置から、隣り合う超音波モータ100がなす角度を、逆運動学により算出できるように、ロボットアーム200を構成する。
なお、ロボットアーム200は6自由度のロボットアームに限定されない。ロボットアーム200は、6自由度以外の多自由度ロボットアームでもよい。
As the configuration mode of the robot arm 200 by the six ultrasonic motors 100, a known configuration mode of the 6-DOF robot arm may be appropriately adopted. The robot arm 200 is configured so that the angle formed by the adjacent ultrasonic motors 100 can be calculated from the posture and position of the robot arm 200 by inverse kinematics.
The robot arm 200 is not limited to a robot arm having 6 degrees of freedom. The robot arm 200 may be a multi-DOF robot arm other than the 6-DOF robot arm.

接続部材7は、金属材料(鉄,ステンレス,アルミニウム,銅等)が一般であるが、必ずしも金属である必要はなく、プラスチックでもよい。接続部材7は、ステータ1の振動を阻害しないように、隣り合う超音波モータ100を接続している。 The connecting member 7 is generally made of a metal material (iron, stainless steel, aluminum, copper, etc.), but it does not necessarily have to be a metal and may be a plastic. The connecting member 7 connects adjacent ultrasonic motors 100 so as not to hinder the vibration of the stator 1.

ロボットアーム200は、例えば、全長約18mmであり、可搬重量は約0.1kgである。 The robot arm 200 has, for example, a total length of about 18 mm and a payload of about 0.1 kg.

(第三実施形態の効果)
本実施形態のロボットアーム200によれば、超小型で出力トルクが大きい超音波モータ100を接続して組み合わせることで、6自由度の超小型のロボットアーム200を実現することができる。ロボットアーム200は、低速で高トルクが出せることや電源を切っても自己保持特性が保たれること、小型軽量、減速機不要、応答性が高いこと、磁界や電界の影響を受けない等のメリットを有し、ロボット関節や医療機器などに好適に使用することができる。
(Effect of Third Embodiment)
According to the robot arm 200 of the present embodiment, an ultra-compact robot arm 200 with 6 degrees of freedom can be realized by connecting and combining an ultra-compact ultrasonic motor 100 having a large output torque. The robot arm 200 can generate high torque at low speed, maintains self-holding characteristics even when the power is turned off, is compact and lightweight, does not require a speed reducer, has high responsiveness, and is not affected by magnetic fields or electric fields. It has merits and can be suitably used for robot joints and medical devices.

以上、本発明の第三実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。また、上述の第三実施形態および変形例において示した構成要素は適宜に組み合わせて構成することが可能である。 Although the third embodiment of the present invention has been described in detail with reference to the drawings, the specific configuration is not limited to this embodiment, and includes design changes and the like within a range that does not deviate from the gist of the present invention. .. In addition, the components shown in the above-described third embodiment and modification can be appropriately combined and configured.

(第四実施形態)
本発明の第四実施形態について、図11から図18を参照して説明する。以降の説明において、既に説明したものと共通する構成については、同一の符号を付して重複する説明を省略する。
(Fourth Embodiment)
A fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 11 to 18. In the following description, the same reference numerals will be given to the configurations common to those already described, and duplicate description will be omitted.

図11は、第四実施形態に係るメッシュロボット300の全体構成を示す斜視図である。
メッシュロボット300は、円板形状のプレート8と、隣り合うプレート8を接続するロボットアーム200Bと、を備える。
FIG. 11 is a perspective view showing the overall configuration of the mesh robot 300 according to the fourth embodiment.
The mesh robot 300 includes a disk-shaped plate 8 and a robot arm 200B that connects adjacent plates 8.

図12は、ロボットアーム200Bの全体構成を示す斜視図である。
ロボットアーム200Bは、第二実施形態のロボットアーム200と比較して、第一シャフトの構成が異なっている。ロボットアーム200Bの第一シャフト31Bには、先端開口部32bは設けられていない。また、先端は軸方向Aから見て半円形状の切り欠き31eが形成されている。
FIG. 12 is a perspective view showing the overall configuration of the robot arm 200B.
The robot arm 200B has a different configuration of the first shaft as compared with the robot arm 200 of the second embodiment. The first shaft 31B of the robot arm 200B is not provided with the tip opening 32b. Further, a semicircular notch 31e is formed at the tip when viewed from the axial direction A.

図13は、プレート8のプレート裏面8bを構成を示す斜視図である。
プレート8は、円板形状であり、四個の分割プレート80から構成されている。分割プレート80は、図13が示すように、円板形状を中心角90度ごとに4分割した形状となっている。隣り合う分割プレート80同士は、接辺を中心軸として回転可能に接続されており、その接続部は隣り合う分割プレート80の法線が平行になるようにバネ等により付勢されている。そのため、プレート8は、板バネのような可撓性を有する。プレート8は可撓性を有することで、ロボットアーム200Bの姿勢や位置の制御誤差を吸収できる。
FIG. 13 is a perspective view showing the configuration of the plate back surface 8b of the plate 8.
The plate 8 has a disk shape and is composed of four divided plates 80. As shown in FIG. 13, the dividing plate 80 has a shape in which the disk shape is divided into four at every 90 degrees of the central angle. The adjacent dividing plates 80 are rotatably connected to each other with the tangent side as the central axis, and the connecting portion is urged by a spring or the like so that the normals of the adjacent dividing plates 80 are parallel to each other. Therefore, the plate 8 has flexibility like a leaf spring. Since the plate 8 has flexibility, it can absorb control errors in the posture and position of the robot arm 200B.

図13に示すように分割プレート80それぞれに、凹部81が形成されている。プレート8の周方向を等分割する位置に、凹部81が形成されている。凹部81の底部には、図14に示すように、半円形状の切り欠き81eが形成されている。 As shown in FIG. 13, recesses 81 are formed in each of the divided plates 80. A recess 81 is formed at a position that equally divides the circumferential direction of the plate 8. As shown in FIG. 14, a semicircular notch 81e is formed at the bottom of the recess 81.

図14に示すように、凹部81は、ロボットアーム200Bの先端の第一シャフト31Bと係合する。第一シャフト31Bの切り欠き31eと、凹部81の切り欠き81eと、を係合させることで、ロボットアーム200Bの傾きおよび上下変位を確実にプレート8に伝達することができる。 As shown in FIG. 14, the recess 81 engages with the first shaft 31B at the tip of the robot arm 200B. By engaging the notch 31e of the first shaft 31B and the notch 81e of the recess 81, the inclination and vertical displacement of the robot arm 200B can be reliably transmitted to the plate 8.

図15は、二個のプレート8と、一個のロボットアーム200Bとを接続したメッシュロボット300の最小構成を示す図である。図15に示すように、ロボットアーム200Bを操作することで、二個のプレート8の傾きおよび上下変位を変更することができる。 FIG. 15 is a diagram showing a minimum configuration of a mesh robot 300 in which two plates 8 and one robot arm 200B are connected. As shown in FIG. 15, the inclination and vertical displacement of the two plates 8 can be changed by operating the robot arm 200B.

メッシュロボット300は、図11に示すように、25個のプレート8を格子状に並べ、隣り合うプレート8をロボットアーム200Bで接続して構成される。メッシュロボット300の寸法は、例えば一辺が40mm〜64mmである。 As shown in FIG. 11, the mesh robot 300 is configured by arranging 25 plates 8 in a grid pattern and connecting adjacent plates 8 with a robot arm 200B. The dimensions of the mesh robot 300 are, for example, 40 mm to 64 mm on each side.

図16および図17は、メッシュロボット300の使用例を示す斜視図である。なお、図16および図17において、メッシュロボット300のロボットアーム200Bの図示は省略されている。
メッシュロボット300は、図16および図17が示すように、プレート8の傾きおよび変位を、ロボットアーム200により変更することで、複数のプレート8の表面8aが作り出す面を様々な3次元形状に変形させることができる。
16 and 17 are perspective views showing a usage example of the mesh robot 300. Note that in FIGS. 16 and 17, the robot arm 200B of the mesh robot 300 is not shown.
As shown in FIGS. 16 and 17, the mesh robot 300 transforms the surface created by the surfaces 8a of the plurality of plates 8 into various three-dimensional shapes by changing the inclination and displacement of the plate 8 by the robot arm 200. Can be made to.

次に、メッシュロボット300の動作を説明する。
メッシュロボット300を制御する不図示のコントローラは、各プレート8の傾きおよび変位を求め、その傾きおよび変位から各ロボットアーム200Bの姿勢や位置を求める。ロボットアーム200Bの姿勢や位置から、隣り合う超音波モータ100がなす角度を、逆運動学から算出する。隣り合う超音波モータ100がなす角度が算出した角度となるように、各超音波モータ100のロータシャフト3を回転させる。
Next, the operation of the mesh robot 300 will be described.
A controller (not shown) that controls the mesh robot 300 obtains the inclination and displacement of each plate 8 and obtains the posture and position of each robot arm 200B from the inclination and displacement. From the posture and position of the robot arm 200B, the angle formed by the adjacent ultrasonic motors 100 is calculated from inverse kinematics. The rotor shaft 3 of each ultrasonic motor 100 is rotated so that the angle formed by the adjacent ultrasonic motors 100 becomes the calculated angle.

メッシュロボット300は、超小型で出力トルクが大きい超音波モータ100を搭載しているため、次に示すような、複数のプレート8の表面8aが作り出す面の硬軟を触れた者に感じさせるコンプライアンス制御も可能である。 Since the mesh robot 300 is equipped with an ultrasonic motor 100 that is ultra-compact and has a large output torque, compliance control that makes the person who touches the surface created by the surfaces 8a of the plurality of plates 8 feel as shown below. Is also possible.

図18は、メッシュロボット300のコンプライアンス制御の一例を示すグラフである。グラフ横軸は、プレート8に力が加えられた場合におけるプレート8の変位である。グラフ縦軸は、上記の力が加えられた場合のロボットアーム200Bがプレート8に加える反力の大きさを示している。
コントローラは、変位が所定のXmmとなるまでは、反力が変位と比例して大きくなるように制御する。コントローラは、変位が所定のXmmを超えると、反力が一定となるように制御する。
FIG. 18 is a graph showing an example of compliance control of the mesh robot 300. The horizontal axis of the graph is the displacement of the plate 8 when a force is applied to the plate 8. The vertical axis of the graph shows the magnitude of the reaction force applied to the plate 8 by the robot arm 200B when the above force is applied.
The controller controls the reaction force to increase in proportion to the displacement until the displacement reaches a predetermined X mm. The controller controls so that the reaction force becomes constant when the displacement exceeds a predetermined X mm.

このように制御することで、プレート8に力が加えられた場合、初めは変位に比例して反力が大きくなるため、プレート8に触れた者は硬い面と感じる。変位が所定のXmmを超えると、反力が一定となるため、プレート8に触れた者は軟らかい面と感じる。 By controlling in this way, when a force is applied to the plate 8, the reaction force initially increases in proportion to the displacement, so that a person who touches the plate 8 feels that it is a hard surface. When the displacement exceeds a predetermined X mm, the reaction force becomes constant, so that a person who touches the plate 8 feels a soft surface.

(第四実施形態の効果)
本実施形態のメッシュロボット300によれば、超小型で出力トルクが大きい超音波モータ100を搭載したロボットアーム200により、複数のプレート8を任意の位置・姿勢に変形できる超小型のメッシュ状の面を実現することができる。
(Effect of Fourth Embodiment)
According to the mesh robot 300 of the present embodiment, an ultra-small mesh-like surface capable of deforming a plurality of plates 8 into an arbitrary position / posture by a robot arm 200 equipped with an ultrasonic motor 100 which is ultra-small and has a large output torque. Can be realized.

本実施形態のメッシュロボット300によれば、低速で高トルクで、応答性が高い超音波モータ100を搭載したロボットアーム200をコンプライアンス制御することで、複数のプレート8の表面8aが作り出す面の硬軟を制御することができる。コンプライアンス制御を用いることで、メッシュロボット300は、任意の形状を再現でき、さらにその表面の硬軟も再現可能な形状提示装置として使用することができる。 According to the mesh robot 300 of the present embodiment, the surface 8a created by the surfaces 8a of the plurality of plates 8 is hard and soft by controlling the robot arm 200 equipped with the ultrasonic motor 100 having high low speed, high torque, and high responsiveness. Can be controlled. By using the compliance control, the mesh robot 300 can be used as a shape presenting device that can reproduce an arbitrary shape and can also reproduce the hardness and softness of the surface thereof.

(変形例)
以上、本発明の第四実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。また、上述の第四実施形態および以下で示す変形例において示した構成要素は適宜に組み合わせて構成することが可能である。
(Modification example)
Although the fourth embodiment of the present invention has been described in detail with reference to the drawings, the specific configuration is not limited to this embodiment, and includes design changes and the like within a range that does not deviate from the gist of the present invention. .. In addition, the components shown in the fourth embodiment described above and the modified examples shown below can be appropriately combined and configured.

例えば、上記実施形態では、プレート8は、4つの分割プレート80から構成されていたが、プレートの構成はこれに限定されない。例えば、プレートは1枚の可撓性を有する円板部材で構成されていてもよい。プレートが可撓性を有してロボットアーム200Bの姿勢や位置の制御誤差を吸収可能であれば、プレートはどのような構成態様であってもよい。 For example, in the above embodiment, the plate 8 is composed of four divided plates 80, but the structure of the plate is not limited to this. For example, the plate may be composed of a single flexible disc member. The plate may have any configuration as long as it is flexible and can absorb control errors in the posture and position of the robot arm 200B.

また、上記実施形態では、メッシュロボット300は、25個のプレート8を格子状に並べて構成されていたが、メッシュロボットの構成はこれに限定されない。例えば、複数のプレート8を円形状に並べた形状に構成されていてもよいし、円環状に並べた形状に構成されていてもよい。複数のプレート8がどのように配置されていても、隣り合うプレート8同士をロボットアーム200Bで接続することで、メッシュロボット300を構成することができる。 Further, in the above embodiment, the mesh robot 300 is configured by arranging 25 plates 8 in a grid pattern, but the configuration of the mesh robot is not limited to this. For example, a plurality of plates 8 may be arranged in a circular shape, or may be arranged in an annular shape. Regardless of how the plurality of plates 8 are arranged, the mesh robot 300 can be configured by connecting the adjacent plates 8 with the robot arm 200B.

本発明は、超音波モータ、ロボットアーム、およびメッシュロボットに適用することができる。 The present invention can be applied to ultrasonic motors, robot arms, and mesh robots.

1 ステータ
10 内周面
11 第一内周面
12 第二内周面
2 圧電素子(超音波発生素子)
3 ロータシャフト
31,31B 第一シャフト
31a 基端開口部(第一開口部)
31b 先端開口部
31c 第一係止孔
31d 第一係合部
31e 第一凸部
32 第二シャフト
32a 基端開口部(第二開口部)
32b 先端開口部
32c 第二係止孔
32d 第二係合部
32e 第二凸部
4,4B バネ固定部材
41 第一バネ固定部材
42 第二バネ固定部材
5,5B バネ(弾性部材)
7 接続部材
8 プレート
8a プレート表面
8b プレート裏面
80 分割プレート
81 凹部
100,100B 超音波モータ
200,200B ロボットアーム
300 メッシュロボット
1 Stator 10 Inner peripheral surface 11 First inner peripheral surface 12 Second inner peripheral surface 2 Piezoelectric element (ultrasonic wave generating element)
3 Rotor shafts 31, 31B First shaft 31a Base end opening (first opening)
31b Tip opening 31c First locking hole 31d First engaging portion 31e First convex portion 32 Second shaft 32a Base end opening (second opening)
32b Tip opening 32c Second locking hole 32d Second engaging portion 32e Second convex portion 4, 4B Spring fixing member 41 First spring fixing member 42 Second spring fixing member 5, 5B Spring (elastic member)
7 Connecting member 8 Plate 8a Plate front surface 8b Plate back surface 80 Divided plate 81 Recess 100, 100B Ultrasonic motor 200, 200B Robot arm 300 Mesh robot

Claims (9)

円筒形状の第一シャフトと、円筒形状の第二シャフトと、を有するロータシャフトと、
前記第一シャフトの基端側の開口部である第一開口部と、前記第二シャフトの基端側の開口部である第二開口部と、を近づける方向に力を加える弾性部材と、
直方体状で、前記ロータシャフトが貫通する貫通孔を有するステータと、
前記ステータの外側面に取り付けられた超音波発生素子と、
を備え、
前記第一シャフトと前記第二シャフトとは、前記第一開口部と前記第二開口部とを対向させて設けられており、
前記ステータの内周面はテーパ加工されており、
前記第一シャフトは基端側の外周にテーパ形状に加工された第一係合部を有し、
前記第二シャフトは基端側の外周にテーパ形状に加工された第二係合部を有し、
前記ステータの内周面と、第一係合部および第二係合部とが係合する、
超音波モータ。
A rotor shaft having a cylindrical first shaft and a cylindrical second shaft,
An elastic member that applies a force in a direction that brings the first opening, which is the opening on the base end side of the first shaft, and the second opening, which is the opening on the base end side of the second shaft, closer to each other.
A stator that is rectangular parallelepiped and has a through hole through which the rotor shaft penetrates.
The ultrasonic wave generating element attached to the outer surface of the stator and
With
The first shaft and the second shaft are provided so that the first opening and the second opening face each other.
The inner peripheral surface of the stator is tapered.
The first shaft has a first engaging portion processed into a tapered shape on the outer circumference on the base end side.
The second shaft has a second engaging portion processed into a tapered shape on the outer circumference on the base end side.
The inner peripheral surface of the stator is engaged with the first engaging portion and the second engaging portion.
Ultrasonic motor.
前記第一係合部は、前記第一開口部に向かうに従って径寸法が小さくなるようにテーパ形状に加工され、
前記第二係合部は、前記第二開口部に向かうに従って径寸法が小さくなるようにテーパ形状に加工された、
請求項1に記載の超音波モータ。
The first engaging portion is processed into a tapered shape so that the diameter dimension becomes smaller toward the first opening.
The second engaging portion is processed into a tapered shape so that the diameter dimension becomes smaller toward the second opening.
The ultrasonic motor according to claim 1.
前記第一シャフトは、前記第一開口部に、長手軸方向に突出する第一凸部を有し、
前記第二シャフトは、前記第二開口部に、長手軸方向に突出する第二凸部を有し、
前記第一シャフトおよび前記第二シャフトが長手軸方向を回転軸として回転した際、回転方向の両端部のうち少なくとも一方の端部が係合する、
請求項1または請求項2に記載の超音波モータ。
The first shaft has a first convex portion protruding in the longitudinal axis direction in the first opening.
The second shaft has a second convex portion protruding in the longitudinal axis direction in the second opening.
When the first shaft and the second shaft rotate with the longitudinal axis direction as the rotation axis, at least one end of both ends in the rotation direction engages.
The ultrasonic motor according to claim 1 or 2.
前記ステータの内周面には、長手軸方向に沿って複数の溝が形成されている、
請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の超音波モータ。
A plurality of grooves are formed on the inner peripheral surface of the stator along the longitudinal direction.
The ultrasonic motor according to any one of claims 1 to 3.
前記弾性部材の一方の端部が取り付けられ、前記第一シャフトに係止される第一バネ固定部材と、
前記弾性部材の他方の端部が取り付けられ、前記第二シャフトに係止される第二バネ固定部材と、をさらに有し、
前記第一バネ固定部材は、前記第一シャフトの複数の位置のうち、いずれか一か所で係止される、
請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の超音波モータ。
A first spring fixing member to which one end of the elastic member is attached and locked to the first shaft,
Further comprising a second spring fixing member to which the other end of the elastic member is attached and locked to the second shaft.
The first spring fixing member is locked at any one of a plurality of positions of the first shaft.
The ultrasonic motor according to any one of claims 1 to 4.
請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の超音波モータを複数有し、
前記超音波モータどうしを接続する接続部材と、を備えるロボットアーム。
The ultrasonic motor according to any one of claims 1 to 5 is provided.
A robot arm including a connecting member for connecting the ultrasonic motors.
請求項6に記載のロボットアームを複数有し、
可撓性を有し、複数の前記ロボットアームが接続されたプレートと、
を備えるメッシュロボット。
Having a plurality of robot arms according to claim 6,
A flexible plate to which the plurality of robot arms are connected,
A mesh robot equipped with.
前記プレートは、四つの分割プレートから構成され、
四つの分割プレートのそれぞれに、一つの前記ロボットアームが接続される、
請求項7に記載のメッシュロボット。
The plate is composed of four divided plates.
One robot arm is connected to each of the four dividing plates.
The mesh robot according to claim 7.
前記プレートが外力による変位が所定の値になるまで、前記外力に比例して反力を生成し、
前記変位が前記所定の値を超えたとき、前記反力は一定となる、
請求項7または請求項8に記載のメッシュロボット。
A reaction force is generated in proportion to the external force until the displacement of the plate due to the external force reaches a predetermined value.
When the displacement exceeds the predetermined value, the reaction force becomes constant.
The mesh robot according to claim 7 or 8.
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