JPH01303076A - 積層超音波モータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 Ａ　発明の目的 （１）産業上の利用分野 本発明は、多自由度を有する機器を駆動−づろために用
いられる複数の出力軸を（ｎηえた超音波モータに関す
る。

（２）従来の技術 従来、直交座標や極座標に沿って移動ずろロポ７　ｌ・
のアームや、ピッチ輔及びロー軸周りの姿勢制御を行・
うためのミザイルの操舵翼のようＫＩ“多自由度を有す
る機器は、各自由度に対応して設＆Ｊられた複数のモー
タによって駆動されていた。

（３）発明が解決しようとする課題 ところで、ロボｙ　ｌ・のようなＦＡ機器やミザイルの
ような航空宇宙機器は小型軽量であることが重要な要件
とされているが、これ等の機２：）を！！［メＪＵ＋す
るために各自由度に対応して複数のモータを装着すると
、モータを取りイ」けるための大きな空間を必要とする
だけでなく、その重量も必然的に増大するという問題点
を有していた。

本発明υＪ、前述の事情に鑑めでなされたもので、？Ｍ
　＆３のモータコーニノＩ・を１（囚のケーシンク内に
収納した小型軽量な積層超音波モータを４に供すること
を技術的課題とずろ。

Ｂ２発明の構成 （１）課題を解決するだめの手段 前記課題を１１４″決するため乙こ、本発明は、円筒状
のケーシングの内部に積層して収納したＮ個（［団≧２
）のモータユニ、ｌ・が、それぞれ対応するＮ重の出力
軸を駆動する積層超音波モータであって。

前記各モークコ−ニア１−が、多数の圧電素子を外周−
」二に配設したステータと、内歯ギアを備え前記スう一
一夕に押圧手段を介して）［−接されろＩ−ン一りと、
前記ケーシングの中心に回転自在に支持された太陽ギア
と、前記Ｎ重の出力軸Ｇこそれぞれ支１、）されるとと
もに前記太陽ギア及び前記ロータの内ＩＭ　４−アに噛
合する遊星ギアとから＋１４成され、前記各し−タコー
ニントの１イ固のｉＭ星キアが該モータゴー二。

Ｉ−に対応する１木の出力軸に固着されたことを第１の
特徴とする。

更に本発明は、円筒状のケーシングの内部に積層して収
納したＮ個（Ｎ２２）の士−タコ−ニットが、それぞれ
対応するＮ重の出力軸を駆動する積層超音波モータであ
って； 前記各モータユニットが、多数の圧電素子を外周」二に
配設したステータと、内歯ギアを備え１ｊｉｌ記ステー
タに押圧手段を介して圧接される１−１−夕と、前記ケ
ーシングの中心に回転自在に支持された太陽ギアと、こ
の太陽ギアの周囲に配設されたＮ重の中間軸にイれぞれ
回１１ｊ７：自ン１に支１、′ｊされろととノ）に前１
己太陽ギア及び前記ロータの内歯ギア乙こ噛合する遊星
ギアとから構成され、前記出力軸が各モータユニン［・
の太陽ギアにそれぞれ固着されたＮ重の同心チューブに
よって構成されたことを第２の特徴とする。

（２）作　用 ｆｉｌ　ｉボの構成を備えた本発明の第］の竹（抄によ
れば、圧電素子に対する通電によってステークが超音波
振動を起ごし、押圧手段によって」二記ステークに圧接
されたロータか回転駆動される。すると各ロータに形成
された内歯ギアに噛合する遊星ギアとその中心に位置す
る太陽ギアが回転し、上記遊星ギアに固着された出力軸
が回転駆動される。

このようにして、それぞれのモータユニットを駆動する
ことにより、各モーフコルニットに対応する出力軸を独
立に回転駆動することができる。

また、本発明の第２の特徴によれば、圧電素子に対する
通電によってステータが超音波振動を起ごし、押圧手段
によって上記ステータに圧接されたロータが回転駆動さ
れる。すると各ロータに形成された内歯ギアに噛合する
遊星ギアとその中心に位置する太陽ギアが回転し、各太
陽ギアにそれぞれ固着された同心チューブによって構成
された出力′軸が回転駆動される。従って、それぞれの
モータユニットを駆動することによって、各モータユニ
ットに対応する出力軸を独立に回転駆動することができ
る。

（３）実施例 以下、図面に基づいて本発明の詳細な説明する。

第１図〜第６図は本発明による積層超音波モータの一実
施例を示すもので、第１図はその仝体斜視図、第２回は
第１図の■−■線による断面図、第３図は第２図の■部
拡大図、第４図は第２図のＴＶ−ＴＶ線による断面図、
第５図は第２図のＶ−Ｖ線による断面図、第６図は第２
関のＶｌ−１１７Ｔ線による断面図である。尚、以下の
説明において、添字り、Ｍ、Ｕはそれぞれ第２図に示し
た下段、中段。

上段のモータユニットに対応し、添字Ａ、Ｂ、Ｃはそれ
ぞれ第１図および第２同に示した３本の出力軸に対応し
ている。

第１図に示すように、この積層超音波モータは円筒状の
ケーシング１を備えており、その上面を覆うカバープレ
ート２からは円周上に等間隔に配置された３木の出力軸
３Ａ、３Ｂ、、３Ｃが外部に突出している。

第２回に示すように、上記ケーシング１の底面１ａとカ
バープレート２間には該ケーシング１の中央に位置する
如く中心軸４が固着されており、この中心軸４の周囲に
は上端がカバープレート２から突出する」二部３木の出
力軸３Ａ、３Ｂ、３Ｃがボールへアリング５によって回
転自在に支持されている。そして、上記ケーシング１の
内部には周知の進行波型の超音波モータを備えた３個の
−［−タユニノ１〜６Ｌ、６Ｍ、６Ｕか上下方向に積層
された状態で収納されている。

第２図及び第４図から明らかなように、下段のモータユ
ニッｌ−６Ｌは、ケーシング１の内周の４カ所に一ト下
方向に刻設した溝１ｂに係合することによって回り止め
か施されたリング状の支持板７Ｌを備えており、この支
持板７Ｌの上面には弾性材料よりなるリング状のステー
タ８　Ｌがネジ９によって固着されている。更に、上記
ステータ８１゜の上面には内周に内歯ギア１０Ｉ７を形
成した１：Ｉ−タＩＩＬが載置されており、この内歯ギ
アＩＯＬには前記３木の出力軸３Ａ、３Ｂ、３Ｃにそれ
ぞれ支持された３個の遊星ギア１２ＡＬ、１２ＢＬ。

１２　ＣＬが噛合するとともに、これ等３個の遊星ギア
］、　２．Ａ、Ｌ、　　１２ＢＬ、　　１２ＣＬは前記
中心軸　　　　　□４にニードルヘアリング１３を介し
て回転自在に支持された太陽ギア１　’４　Ｌに噛合し
ている。そしで、上記３個のＭ星ギア１２ＡＬ、、１２
ＢＬ、１２　ＣＬのうちの２個の遊星ギア１２ＢＬ、１
２ＣＬは出力軸３Ｂ、３Ｃにニードルヘアリング１５を
介して回転自在に支持されるとともに、他の遊星ギア１
２ＡＬは出力軸３Ａにキー１６を介して一体に固着され
ている。

」二部のように構成された下段のモータユニット６Ｌの
」二部には、スラスＩ−ヘアリンク、１７を介して同一
の構成を備えた中段のモータユニット６Ｍが積層されて
いる。ただし第５Ｍに示すように、この中段のモータユ
ニット６Ｍの３個の遊星ギア１２ＡＭ、１２８Ｍ、１２
ｃＭのうちの２個の遊星ギア１２ＡＭ、１２ＣＭは出力
軸３Ａ、３Ｃにニードルへアリング１５を介して回転自
在に支持されろとともに、他の遊星ギア１２ＢＭｌ；ｌ
出力１１１１１Ｉ３Ｂにキー１Ｇを介して一体に固着さ
れている。

また、」−記中段のモークユニノ１−６Ｍの１一部にも
、１：、スラストヘアリング１７を介して同一の（１ｔ
１成を備えた上段のモータユニノ［・６Ｕか積層されで
おり、第６回に示すように、ごの中段のモータユニット
６　Ｕの３個の遊星ギア１２ΔＵ、　　１２ＢｔＪ、　
　１２ＣｔＪのうちの２個の遊星ギア１２ＡＵ、１２Ｂ
Ｕは出力軸３Ａ、３Ｂｌこニー１′ルヘアリング１５を
介して回転自在に支持されるとともに、他の］ｌｌｆ星
ギア１．２　ＣＵ　＋２出力軸３Ｃにキー１Ｇを介しζ
−・体に固着されている。そして、この上段のモークコ
ーニソｈ　６　Ｕの上部にスラストヘアリング１７を介
してｊ取置されたプレッシャブレートカバープレート２
間には押圧手段としての圧縮ハネ１９か装着されており
、その弾発力に３１、っ゛（各モータユニノＩ・６　１
．、　　６　Ｍ．　　６　ＵのロータＩｌｌ。

１１Ｍ．Ｉｌｌをステーク８Ｌ，８Ｍ，１３Ｕに圧接し
ている。ｌＩ′お、第２図では、前記各太陽ギア］／Ｉ
Ｌ．　　１７１Ｍ．　　１．／ＩＬＪ及び前記各遊星ギ
ア１２ΔＬ，　　１　２ＢＬ，　　］　２ＣＬ　、　Ｉ
　２ＡＭ，１２１３Ｍ。

１２ＣＭ；１２ΔＵ，１２ＢＵ，１２ＣＵＯ軸方向の移
動を規制する構成をＶ示していないが、この構成は例え
ば従来公知のスラスＩ・ヘアリングまたは軸受ヘアリン
グ等を用いて適当に構成することが可能である。

以トの説明から明らかなように、下段，中段。

上段のモータユニット６１−．６Ｍ．６Ｕは、その３　
（Ｉｌｌの遊星ギアのうちのキー］６によって固着さた
各１イ固のノ於星ギア１２ΔＬ，１　２方Ｍ，１　２Ｃ
Ｕを介してそれぞれ対応する出力軸３△，３Ｂ。

３Ｃを駆動するようになっており、ニーＩ・ルヘアリン
グ１５によって支持された他の遊星ギア１２ＢＬ．１２
ＣＬ１１２ＡＭ．１２ＣＭ；１２△Ｕ。

１２ＢＵば出力軸３Ａ．３１３，３Ｃの駆動には寄与−
Ｕず、太陽ギア’１４Ｌ．１４Ｍ，１４Ｕとともに各ロ
ータ］　ＩＬ．ｉ　ＩＭ，］　ＩＵを位置決め保持する
役割を果している。

次に、モータユニッｌ−６Ｌ，６Ｍ，６［Ｊの駆りＪ原
理を、第３図に示す下段のモータユニッｌ−　６　Ｌに
ついて説明する。同図に示すよ・うに、支持板７Ｉ，に
固着されたステータ８Ｌの下面のり＋Ｉｖ；Ｉｔこは円
周方向に分割された多数の圧電素子２０が設りられでお
り、その」二下面にはそれぞれ電極２１ａ。

２１ｂか配設されている。周知のように、上記圧電素子
２０は電極２１δ２　２１ｂに印力１１する電圧の極性
を反転さーｌると厚さ方向及び幅方向に伸１１ｈする性
質を備えており、弾性４Ａ籾よりなるステータ８Ｉ−の
円周方向に配設された多数の圧電素子２０に印加する電
圧の位相を順次すらずことによって，該ステータ８　Ｌ
が共振してその表面に進行波が形成される。するよ、ご
のステーク８［、に圧縮ハネ１９によって圧接されたロ
ータ］　］、Ｌば上記進行波によって進行波の進む方向
と逆方向に押圧されて回転駈１すＪされるごとになる。

なお、前述の超音波モータはその厚さを極めて薄く形成
することが可能であり、低速回転において大きなトルク
を有するとともに、高い静上性を備えている。

次Ｇこ、前辺の構成を備えた本発明による積層超音波モ
ータの一実施例の作用について説明する。

第４Ｖに示すように、下段のモークユニノ１−６Ｌのス
テーク８Ｌに装着した圧電素子２０に通電してロータ１
１１，を矢印Ｌ　１方向に駆φノ］すると、このロータ
１　］、　＋−に噛合する３個の遊星ギア１２△Ｌ．ｌ
　２ＢＬ．１．２ＣＬは矢印１．、２方（１１］に回転
するとともに、その中心に位置する太陽ギア１４１−は
矢印１−３方向に回転する。このとき、２個のｉＩＩｉ
星ギア１　２Ｂ＋−、１．２Ｃｌ−は出力軸３Ｂ，３Ｃ
−　１．　４　− に対してニードルヘアリング１５によって支持されてい
るため、その回転は該出力軸３Ｂ、３Ｃには伝達されな
い。一方、他の遊星ギア１２ＡＩ−はキー１６によって
出力軸３Δに固着されているため、その回転によって該
出力軸３Ａは回転駆動されることになる。また、上記大
腸−ト７１４Ｆ、はケーシング１に固着した中心軸４に
ニードルヘアリング１３を介して支持されているため、
その回転は他のモータユニット６Ｍ、６１Ｊに影響を与
えることばない。以上のようにして、下段のモータユニ
ッ）６Ｌの駆動によって出力軸３Ａののか独立に回転駆
動される。

次に、第５図において、中段のモータユニソ１−６Ｍの
ロータＩＩＭを矢印Ｍ１方向に駆動すると、このロータ
ＩＩＭに噛合する３個の遊星ギア１２△Ｍ、１２８Ｍ、
１２ＣＭは矢印Ｍ２方向に回転するとともに、その中心
に位置する太陽ギア１４Ｍは矢印Ｍ３方向に回転する。

そして上述と同様に、キー１６によって固着された遊星
ギア１’２８Ｍの回転のみが出力軸３Ｂに伝達されて、
該出力軸３Ｂが回転駆動される。

また、第６回において、上段のモータユニット６Ｕのロ
ータＩＩＵを矢印Ｕ１方向に駆動すると、このロータ１
１Ｕに噛合する３個の遊星ギア１２ＡＵ、１２ＢＵ、１
２ＣＵは矢印Ｕ２方向に回転するとともに、その中心に
位置する太陽ギア１４Ｕは矢印Ｕ３方向に回転する。そ
して上述と同様に、キー１６によって固着された遊星ギ
ア１２ＣＵの回転のみが出力軸３Ｃに伝達されて、該出
力軸３Ｃが回転駆動される。

以上の説明から明らかなように、各モータユニット６１
−，６Ｍ、６Ｕによって、対応する出力軸３Δ、３Ｂ、
３Ｃをそれぞれ独立に回転駆動することができ、ロータ
Ｉ　Ｉｆ、ＩＩＭ、ｌ　ＩＵの駆動方向を選択すること
によって、その回転方向も任意に設定することができる
。

次に、第７０に基づいて本発明の他の実施例を説明する
。同図において、先の実施例と同一の部材には同一の符
号か付してあり、その重複した説明は省略する。

この実施例の積層超音波モータは、前述した実施例の３
木の出力軸３Ａ、３Ｂ、３Ｃに対応する位置にケーシン
グ１に固着した３木の中間軸２２を備えており、各モー
タユニン１−６Ｌ、　　６Ｍ、　　６Ｕの全ての遊星ギ
ア１２　Ｌ、　　１２Ｍ、　　１２　Ｕ！、Ｊニードル
ヘアリング１５を介して該中間軸２２に回転自在に支持
されている。そして、下段の−し一タユニント６Ｌの太
陽ギア１４Ｌは、ケーノンク１の底面１ａにボールヘア
リング２３ａによって回転自在に支持された出力軸２４
Ａに固着されている。

また、中段のモータユニッ１−６Ｍの太陽ギア１４Ｍは
前記出力軸２４Ａの外側に一対のニードルヘアリング２
５ａ、２５ａを介して回転自在に被嵌されたチューブ状
の出力軸２４Ｂに固着され、上段のモータユニット６Ｕ
の太陽ギア１４Ｕは前記出力軸２４Ｂの更に外側に一対
のニードルヘアリング２６ａ、２６ａを介して回転自在
に被嵌されたデユープ状の出力軸２４Ｃに固着されてお
り、この出力軸２４Ｃはカバープレー１−２に前記ポー
ルヘアリング２３ｂによって回転自在に支持されている
。従って、各モータユニｙ）６Ｌ、［ｉＭ。

６Ｕを駆動することによって、同軸に配置された３重の
同心チューブよりなる３木の出力軸２４Ａ。

２４Ｂ、２４Ｃを独立に回転駆動することができる。な
お、第７Ｖでは前記各遊星ギア１２Ｌ、１２Ｍ、１２Ｕ
の軸方向の移動を規制する構成を開示していないが、こ
の構成は例えば従来公知のスラス１−ヘアリングまたは
軸受ヘアリング等を用いて適当に構成することか可能で
ある。

前述の各実施例のように各ロータの位置を３個以北の遊
星ギアによって規定すると、各１７１−夕の正確な位置
決めを行うことができる。

以」二、本発明による積層超音波モータの実施例を詳述
したが、本発明は、前記実施例にＦ、定されるものでは
なく、特許請求の範囲に記載された本発明を逸脱するこ
となく、種々の小設計変更を行うことか可能である。

例えば、モークユニノ）・の数は２個以」二であれば任
意数を積層することか可能であり、また、各モータユニ
ットに設けられる遊星ギアの数も任意の適当な数とする
ことか可能である。

Ｃ１発明の効果 前述の本発明の積層超音波モータによれは、）Ｘ１７厚
の超音波モータを備えた複数のモータユニ・７１・を１
個のケーシング内に積層状態で収納するとともに各モー
タユニットの各ステークにロータを圧接する押圧手段を
共用し、それぞれのモータユニソＩ・に対応する出力軸
を独立に駆動しているので、モータ全体をコンパクトに
形成することがてきる。

更に、必要に応して複数の出力軸を円周」二に配置した
り同軸に配置することかできるので、多自由度を有する
各種の機器Ｑこ適応することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図Ｃ１１本発明の一実施例による積層超音波モータ
の全体斜視図、第２図は第１図のｎ　−Ｉｆ線による断
面図、第３図は第２同のＩＩＩ部拡大図、第４Ｍは第２
図のＩＶ−ＩＶ線による断面図、第５図は第２図のＶ−
Ｖ線による断面ｌ、第６図は第２図のＶ＋−Ｖ＋線によ
る断面図、第７図＆ｊ同しく他の実施例の縦断面Ｍであ
る。 １・・・ケーシング、３Ａ、３Ｂ、３Ｃ・・・出力軸、
６Ｌ、６Ｍ、６Ｕ・モータユニット、８Ｌ、８１剖。 ８Ｕ・・・ステータ、］、　ＯＬ、］、ＯＭ、１０１ノ
・内ｒＪｒキア、ＩＩＬ、ＩＩＭ、ＩＩＵ・・・ロータ
、１２／＼Ｌ、　　　］　　２ＢＬ、　　　１　２Ｃ１
−、１，２ＡＭ、　　　１．　２８Ｍ。 １２ＣＭ、　　１　２ＡＵ、　　１　２ＢｔＪ、　　１
　２ＣＵ；　　Ｉ　　２Ｌ、１２Ｍ、］、２Ｕ　・遊星
ギア、１４Ｌ、ＩＩＭ。 １４ｔＪ・・・太陽ギア、１９・・・圧縮ばね（押圧手
段）、２０・・圧電素子、２２・・中間軸、２４Ａ、２
４１３゜２４Ｃ・・・出力軸

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）　円筒状のケーシングの内部に積層して収納した
   Ｎ個（Ｎ≧２）のモータユニットが、それぞれ対応する
   Ｎ本の出力軸を駆動する積層超音波モータであって； 前記各モータユニットが、多数の圧電素子を外周上に配
   設したステータと、内歯ギアを備え前記ステータに押圧
   手段を介して圧接されるロータと、前記ケーシングの中
   心に回転自在に支持された太陽ギアと、前記Ｎ本の出力
   軸にそれぞれ支持されるとともに前記太陽ギア及び前記
   ロータの内歯ギアに噛合する遊星ギアとから構成され、
   前記各モータユニットの１個の遊星ギアが該モータユニ
   ットに対応する１本の出力軸に固着されたことを特徴と
   する、積層超音波モータ。
2. （２）　円筒状のケーシングの内部に積層して収納した
   Ｎ個（Ｎ≧２）のモータユニットが、それぞれ対応する
   Ｎ本の出力軸を駆動する積層超音波モータであって； 前記各モータユニットが、多数の圧電素子を外周上に配
   設したステータと、内歯ギアを備え前記ステータに押圧
   手段を介して圧接されるロータと、前記ケーシングの中
   心に回転自在に支持された太陽ギアと、この太陽ギアの
   周囲に配設されたＮ本の中間軸にそれぞれ回転自在に支
   持されるとともに前記太陽ギア及び前記ロータの内歯ギ
   アに噛合する遊星ギアとから構成され、前記出力軸が各
   モータユニットの太陽ギアにそれそれ固着されたＮ重の
   同心チューブによって構成されたことを特徴とする、積
   層超音波モータ。