JP2003259668A - Ultrasonic motor - Google Patents

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an ultrasonic motor which is capable of generating large rotating torque. <P>SOLUTION: The ultrasonic motor includes a driving unit 20 composed of first and second straight forward units 30A, 30B combined in an orthogonal direction having a prism atic piezoelectric element as a thrust source, a control means for combining motions of the first and second straight forward moving units and causing eccentric motion to occur in the driving unit, and transmission mechanisms 31, 34 for converting the eccentric motion to rotational motion. <P>COPYRIGHT: (C)2003,JPO

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【０００１】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、超音波モータに関
する。TECHNICAL FIELD The present invention relates to an ultrasonic motor.

【０００２】[0002]

【従来の技術】超音波モータの駆動機構として、例え
ば、摩擦式あるいは弾性変形式が知られている。2. Description of the Related Art As a drive mechanism of an ultrasonic motor, for example, a friction type or an elastic deformation type is known.

【０００３】摩擦式駆動機構においては、円盤に当接さ
せた圧電素子に、電圧を交互に作用させて、振動運動さ
せることによって、円盤を回転させる摩擦力を発生させ
ている。In the friction type drive mechanism, a voltage is alternately applied to the piezoelectric element which is brought into contact with the disk to cause an oscillating motion, thereby generating a frictional force for rotating the disk.

【０００４】弾性変形式駆動機構においては、肉厚の薄
い円筒状構造体の外周に固定された圧電素子に、電圧を
作用させて、周方向に順次伸縮させることによって、構
造体を弾性変形させ、構造体に内接あるいは外接する歯
車を回転させている（特開２０００−１１６１６０号参
照公）。In the elastically deformable drive mechanism, a voltage is applied to a piezoelectric element fixed to the outer periphery of a thin-walled cylindrical structure to sequentially expand and contract it in the circumferential direction, thereby elastically deforming the structure. A gear that is inscribed or circumscribed in the structure is rotated (see Japanese Patent Laid-Open No. 2000-116160).

【０００５】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記駆動機構
は、大きなトルクを発生させることが困難である問題を
有している。However, the drive mechanism described above has a problem that it is difficult to generate a large torque.

【０００６】つまり、摩擦式駆動機構においては、発生
可能な回転トルクの最大値は、円板の摩擦係数に左右さ
れるため、大きなトルクを発生させることができない。That is, in the friction type drive mechanism, the maximum value of the rotational torque that can be generated depends on the friction coefficient of the disc, so that a large torque cannot be generated.

【０００７】一方、弾性変形式駆動機構においては、発
生可能な回転トルクの最大値は、円筒状構造体の弾性限
度に左右されるため、大きなトルクを発生させることが
できない。さらに、円筒状構造体と圧電素子との間の固
定構造を経由して、圧電素子の伸縮によって発生する力
が伝達されるため、固定構造の強度が問題となる。On the other hand, in the elastically deformable drive mechanism, the maximum value of the rotational torque that can be generated depends on the elastic limit of the cylindrical structure, so that a large torque cannot be generated. Furthermore, since the force generated by the expansion and contraction of the piezoelectric element is transmitted via the fixing structure between the cylindrical structure and the piezoelectric element, the strength of the fixing structure becomes a problem.

【０００８】本発明は、上記従来技術に伴う課題を解決
するためになされたものであり、大きな回転トルクを発
生させることができる超音波モータを提供することを目
的とする。The present invention has been made in order to solve the problems associated with the prior art described above, and an object thereof is to provide an ultrasonic motor capable of generating a large rotational torque.

【０００９】[0009]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の請求項１に記載の発明は、角柱状の圧電素子を推力源
として有する第１および第２直進ユニットを、直交方向
に組み合わせてなる駆動ユニットと、前記第１および第
２直進ユニットの運動を合成して、前記駆動ユニットに
偏心運動を発生させるための制御手段と、前記偏心運動
を回転運動に変換するための伝動機構とを有することを
特徴とする超音波モータである。According to a first aspect of the present invention for achieving the above object, first and second rectilinear units having a prismatic piezoelectric element as a thrust source are combined in an orthogonal direction. A drive unit, control means for combining the motions of the first and second rectilinear units to generate an eccentric motion in the drive unit, and a transmission mechanism for converting the eccentric motion into a rotary motion. It is an ultrasonic motor characterized by the above.

【００１０】請求項２に記載の発明は、前記圧電素子
は、Ｚ型リンク部材を介して、２分割して配置されるこ
とを特徴とする請求項１に記載の超音波モータ。The invention according to claim 2 is the ultrasonic motor according to claim 1, characterized in that the piezoelectric element is divided into two via a Z-shaped link member.

【００１１】請求項３に記載の発明は、前記伝動機構
は、内歯が形成された外筒ギアと、前記外筒ギアの内部
に配置される、外歯が形成された内筒ギアとを有し、前
記偏心運動は、前記外筒ギアの内歯と前記内筒ギアの外
歯とが噛合うことによって、回転運動に変換されること
を特徴とする。According to a third aspect of the present invention, the transmission mechanism includes an outer cylinder gear having inner teeth formed therein and an inner cylinder gear having outer teeth formed therein, the inner cylinder gear having outer teeth formed therein. The eccentric movement is converted into a rotational movement when the inner teeth of the outer cylinder gear mesh with the outer teeth of the inner cylinder gear.

【００１２】請求項４に記載の発明は、前記外筒ギア
は、前記駆動ユニットに固定されることを特徴とする。According to a fourth aspect of the present invention, the outer cylinder gear is fixed to the drive unit.

【００１３】請求項５に記載の発明は、前記内筒ギア
は、前記駆動ユニットに固定されることを特徴とする。According to a fifth aspect of the present invention, the inner cylinder gear is fixed to the drive unit.

【００１４】請求項６に記載の発明は、前記超音波モー
タは、サーボアクチュエータあるいはクランプアクチュ
エータの駆動源に適用されることを特徴とする。According to a sixth aspect of the present invention, the ultrasonic motor is applied to a drive source of a servo actuator or a clamp actuator.

【００１５】[0015]

【発明の効果】上記のように構成した本発明は、以下の
効果を奏する。The present invention configured as described above has the following effects.

【００１６】請求項１に記載の発明によれば、圧電素子
が角柱状であるため、圧電素子の伸縮運動によって大き
な推力を発生させることができる。したがって、圧電素
子を推力源として発生させられた偏心運動を、回転運動
に変換することで、大きな回転トルクを発生させること
ができる。また、圧電素子による推力の発生には、薄板
状のたわみ運動をするような弾性変形部材を必要としな
いため、良好な疲労強度を有し、信頼性に優れている。According to the first aspect of the invention, since the piezoelectric element has a prismatic shape, a large thrust force can be generated by the expansion and contraction movement of the piezoelectric element. Therefore, a large rotational torque can be generated by converting the eccentric movement generated by using the piezoelectric element as the thrust source into the rotational movement. Further, the generation of thrust by the piezoelectric element does not require a thin plate-like elastically deformable member, and therefore has good fatigue strength and excellent reliability.

【００１７】請求項２に記載の発明によれば、装置を大
型化することなく、圧電素子によって発生される変位量
および推力（回転トルク）を、増加させることができ
る。According to the second aspect of the invention, the displacement amount and thrust (rotation torque) generated by the piezoelectric element can be increased without increasing the size of the device.

【００１８】請求項３に記載の発明によれば、外筒ギア
および内筒ギアを有する単純な伝動機構によって、偏心
運動を回転運動に変換できる。According to the third aspect of the invention, the eccentric motion can be converted into the rotary motion by the simple transmission mechanism having the outer cylinder gear and the inner cylinder gear.

【００１９】請求項４に記載の発明によれば、内筒ギア
は、外側に配置される外筒ギアによって回転駆動される
ため、相対的に高速で回転する。したがって、回転式超
音波モータを容易に構成することができる。According to the fourth aspect of the invention, the inner cylinder gear is driven to rotate by the outer cylinder gear arranged on the outer side, so that the inner cylinder gear rotates at a relatively high speed. Therefore, the rotary ultrasonic motor can be easily configured.

【００２０】請求項５に記載の発明によれば、外筒ギア
は、内側に配置される内筒ギアによって、回転駆動され
るため、相対的に低速かつ高トルクで回転する。したが
って、ダイレクトドライブ式超音波モータを容易に構成
することができる。According to the fifth aspect of the invention, the outer cylinder gear is rotationally driven by the inner cylinder gear arranged inside, so that the outer cylinder gear rotates at a relatively low speed and high torque. Therefore, the direct drive ultrasonic motor can be easily configured.

【００２１】請求項６に記載の発明によれば、小型で高
出力のサーボアクチュエータあるいはクランプアクチュ
エータを得ることができる。According to the invention described in claim 6, it is possible to obtain a small-sized and high-power servo actuator or clamp actuator.

【００２２】[0022]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、図
面を参照しつつ説明する。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【００２３】本発明の実施の形態１に係る超音波モータ
１は、図１示されるように、回転式であり、Ｘ軸ユニッ
ト（第１直進ユニット）３０ＡおよびＹ軸ユニット（第
２直進ユニット）３０Ｂを直交方向に組み合わせてなる
駆動ユニット２０と、伝動機構３１，３４と、駆動ユニ
ット２０を制御するための制御手段（不図示）と、ケー
シング３８と、エンドプレート３９とを有している。As shown in FIG. 1, the ultrasonic motor 1 according to the first embodiment of the present invention is a rotary type, and has an X-axis unit (first straight-moving unit) 30A and a Y-axis unit (second straight-moving unit). It has a drive unit 20 formed by combining 30B in the orthogonal direction, transmission mechanisms 31, 34, control means (not shown) for controlling the drive unit 20, a casing 38, and an end plate 39.

【００２４】Ｘ軸ユニット３０ＡおよびＹ軸ユニット３
０Ｂは、図２に示されるように、圧電素子モジュール１
０と、ベアリングを有する摺動部２１とを有しており、
摺動部２１によってガイドされ、圧電素子モジュール１
０が発生させる推力によって、直線的に駆動される。X-axis unit 30A and Y-axis unit 3
0B indicates the piezoelectric element module 1 as shown in FIG.
0 and a sliding portion 21 having a bearing,
The piezoelectric element module 1 is guided by the sliding portion 21.
It is driven linearly by the thrust generated by 0.

【００２５】したがって、例えば、図に示されるよう
に、Ｘ軸ユニット３０ＡおよびＹ軸ユニット３０Ｂに対
して、位相が９０度ずれた正弦波を有する電圧を作用さ
せるように制御することによって、一体となって偏心運
動（楕円の軌跡）を発生させることができる。つまり、
Ｘ軸ユニット３０ＡおよびＹ軸ユニット３０Ｂの運動を
合成して、駆動ユニット２０に偏心運動を発生させるこ
とができる。Therefore, for example, as shown in the figure, by controlling the X-axis unit 30A and the Y-axis unit 30B so that a voltage having a sine wave whose phase is shifted by 90 degrees is applied, they are integrated. Therefore, it is possible to generate an eccentric movement (elliptical locus). That is,
The motions of the X-axis unit 30A and the Y-axis unit 30B can be combined to cause the drive unit 20 to generate an eccentric motion.

【００２６】次に、圧電素子モジュール１０を説明す
る。Next, the piezoelectric element module 10 will be described.

【００２７】圧電素子モジュール１０は、図３に示され
るように、Ｚ型リンク部材１１を介して２分割されて配
置される角柱状の圧電素子１２Ａ，１２Ｂを有する。As shown in FIG. 3, the piezoelectric element module 10 has prismatic piezoelectric elements 12A and 12B which are divided into two via a Z-shaped link member 11.

【００２８】圧電素子１２Ａ，１２Ｂを分割したのは、
圧電素子モジュール１０を大型化することなく、圧電素
子１２Ａ，１２Ｂによって発生される変位量を、効率的
に利用するためである。また、装置を大型化することな
く、圧電素子によって発生される推力（回転トルク）
を、増加させることができる。The piezoelectric elements 12A and 12B are divided into
This is because the amount of displacement generated by the piezoelectric elements 12A and 12B can be efficiently used without increasing the size of the piezoelectric element module 10. In addition, the thrust (rotation torque) generated by the piezoelectric element without increasing the size of the device.
Can be increased.

【００２９】圧電素子１２Ａ，１２Ｂは、例えば、チタ
ン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）系や、ニオブ酸マグネシウ
ム酸鉛（ＰＭＮ）系や、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ
₃）系のセラミック圧電素子によって構成することがで
きる。セラミック圧電素子は、電圧印加による体積変化
は全長の１％程度であるが、例えば、７ｍｍ角である場
合、約１５０ｋｇｆの推力を発生させることができる。
つまり、圧電素子１２Ａ，１２Ｂが角柱状であるため、
圧電素子１２Ａ，１２Ｂの伸縮運動によって大きな推力
を発生させることができる。The piezoelectric elements 12A and 12B are, for example, lead zirconate titanate (PZT) based, lead magnesium niobate (PMN) based, or barium titanate (BaTiO 3).
₃ ) A ceramic piezoelectric element of the system can be used. The volume change of the ceramic piezoelectric element due to voltage application is about 1% of the total length, but for example, in the case of a 7 mm square, a thrust of about 150 kgf can be generated.
That is, since the piezoelectric elements 12A and 12B are prismatic,
A large thrust can be generated by the expansion and contraction movement of the piezoelectric elements 12A and 12B.

【００３０】また、Ｚ型リンク部材１１および圧電素子
１２Ａ，１２Ｂは、補強プレート１４，１５によって挟
まれており、例えば、ビスなどの締結部材によって、Ｚ
型リンク部材１１が固定される。したがって、圧電素子
１２Ａ，１２Ｂの伸縮運動に基づく変形が防止される。Further, the Z-type link member 11 and the piezoelectric elements 12A and 12B are sandwiched by the reinforcing plates 14 and 15, and for example, by a fastening member such as a screw,
The mold link member 11 is fixed. Therefore, the deformation of the piezoelectric elements 12A and 12B due to the expansion and contraction movement is prevented.

【００３１】なお、図４に示されるように、圧電素子１
２Ａの一端は、固定端１３Ａに連結され、圧電素子１２
Ｂの一端は、出力端１３Ｂに連結される。つまり、圧電
素子１２Ａ，１２Ｂの伸縮運度によって発生する推力
は、出力端１３Ｂによって伝達される。As shown in FIG. 4, the piezoelectric element 1
One end of 2A is connected to the fixed end 13A, and the piezoelectric element 12
One end of B is connected to the output end 13B. That is, the thrust generated by the expansion and contraction motives of the piezoelectric elements 12A and 12B is transmitted by the output end 13B.

【００３２】また、圧電素子１２Ａ，１２ＢのＺ型リン
ク部材１１に対する固定は、例えば、図５（Ａ）に示さ
れるように、圧電素子１２Ａ，１２Ｂの端部に雌ネジ部
を有する凹部を形成し、Ｚ型リンク部材１１の接触面部
に雄ネジ部を有する凸部を形成し、ネジ締めする方法を
適用することができる。Further, the piezoelectric elements 12A and 12B are fixed to the Z-shaped link member 11 by forming recesses having female screw portions at the ends of the piezoelectric elements 12A and 12B, for example, as shown in FIG. 5 (A). However, a method of forming a convex portion having a male screw portion on the contact surface portion of the Z-shaped link member 11 and tightening the screw can be applied.

【００３３】あるいは、図５（Ｂ）に示されるように、
圧電素子１２Ａ，１２Ｂの端部に断面Ｔ型のくぼみ部を
形成し、Ｚ型リンク部材１１の接触面部に断面Ｔ型の突
起部を形成し、くぼみ部と突起部とを嵌合する方法を適
用することもできる。Alternatively, as shown in FIG.
A method of forming a recess having a T-shaped cross section at the ends of the piezoelectric elements 12A and 12B and forming a protrusion having a T-shaped cross section on the contact surface of the Z-shaped link member 11 and fitting the recess and the protrusion together is described. It can also be applied.

【００３４】また、圧電素子モジュール１０は、圧電素
子を２分割するものに限定されず、Ｚ型リンク構造を繰
り返すことによって、例えば、圧電素子を３分割するこ
とも可能である。この場合、圧電素子によって発生され
る推力をさらに増加させることが可能である点で好まし
い。Further, the piezoelectric element module 10 is not limited to one that divides the piezoelectric element into two, but it is also possible to divide the piezoelectric element into three by repeating the Z-type link structure. In this case, it is preferable in that the thrust generated by the piezoelectric element can be further increased.

【００３５】さらに、圧電素子を分割せず、Ｚ型リンク
部材１１を設けないことも可能である。この場合、圧電
素子モジュール１０の構造を簡素化することが可能であ
る点で好ましい。Further, it is possible to divide the piezoelectric element and not provide the Z-type link member 11. This case is preferable in that the structure of the piezoelectric element module 10 can be simplified.

【００３６】次に、超音波モータ１の伝動機構を説明す
る。Next, the transmission mechanism of the ultrasonic motor 1 will be described.

【００３７】伝動機構は、駆動ユニット２０に固定され
る外筒ギア３１（図６（Ａ）参照）と、外筒ギア３１の
内部３２に配置される内筒ギア３４（図６（Ｂ）参照）
とを有する。なお、出力軸３７は、内筒ギア３４の中央
部３５に挿入され、内筒ギア３４に固定される。The transmission mechanism includes an outer cylinder gear 31 fixed to the drive unit 20 (see FIG. 6A) and an inner cylinder gear 34 arranged inside the outer cylinder gear 31 (see FIG. 6B). )
Have and. The output shaft 37 is inserted into the central portion 35 of the inner cylinder gear 34 and fixed to the inner cylinder gear 34.

【００３８】また、外筒ギア３１には、内歯３３が形成
されている。一方、内筒ギア３４には、内歯３３と異な
る歯数を有する外歯３６が形成されている。したがっ
て、偏心運動は、外筒ギアの内歯と内筒ギアの外歯とが
噛合うことによって、回転運動に変換される。Inner teeth 33 are formed on the outer cylinder gear 31. On the other hand, the inner cylindrical gear 34 is formed with outer teeth 36 having a different number of teeth from the inner teeth 33. Therefore, the eccentric motion is converted into rotational motion by the inner teeth of the outer cylinder gear and the outer teeth of the inner cylinder gear meshing with each other.

【００３９】次に、偏心運動を回転運動に変換するため
の伝動機構を詳細に説明する。Next, the transmission mechanism for converting the eccentric motion into the rotary motion will be described in detail.

【００４０】まず、Ｘ軸ユニット３０Ａは、摺動部２１
によって誘導される方向（図中上下方向）に、直線的に
移動する（図７（Ａ）参照）。一方、Ｙ軸ユニット３０
Ｂは、圧電素子モジュール１０によって発生される推力
に基づいて、Ｘ軸ユニット３０Ａの摺動部２１に対して
直交する方向に配置される摺動部２１によって誘導され
る方向（図中左右方向）に、直線的に移動する（図７
（Ｂ）参照）。First, the X-axis unit 30A includes the sliding portion 21.
It moves linearly in the direction (vertical direction in the figure) guided by (see FIG. 7A). On the other hand, the Y-axis unit 30
B is a direction guided by the sliding portion 21 arranged in a direction orthogonal to the sliding portion 21 of the X-axis unit 30A based on the thrust generated by the piezoelectric element module 10 (left-right direction in the drawing). To move linearly (Fig. 7
(See (B)).

【００４１】Ｘ軸ユニット３０ＡおよびＹ軸ユニット３
０Ｂの運動は、駆動ユニット２０に、偏心運動を発生さ
せるように制御される。その結果、駆動ユニット２０に
固定される中空の外筒ギア３１も、同様な偏心運動を発
生させる。X-axis unit 30A and Y-axis unit 3
The OB movement is controlled to cause the drive unit 20 to generate an eccentric movement. As a result, the hollow outer cylinder gear 31 fixed to the drive unit 20 also causes a similar eccentric movement.

【００４２】この時、外筒ギア３１は、内歯３３を内筒
ギア３４の外歯３６に噛合わせることによって、内筒ギ
ア３４を回転させる（図７（Ｃ）参照）。したがって、
内筒ギア３４に固定される出力軸３７が、回転駆動され
る。例えば、圧電素子が７ｍｍ角である場合、約１５０
ｋｇｆの推力を発生させることができるため、内筒ギア
３４の半径Ｄを１０ｍｍとする、出力トルクは、合計で
約３００ｋｇｃｍｆとなる。At this time, the outer cylinder gear 31 rotates the inner cylinder gear 34 by engaging the inner teeth 33 with the outer teeth 36 of the inner cylinder gear 34 (see FIG. 7C). Therefore,
The output shaft 37 fixed to the inner cylinder gear 34 is rotationally driven. For example, when the piezoelectric element is 7 mm square, about 150
Since a thrust of kgf can be generated, the output torque when the radius D of the inner cylinder gear 34 is 10 mm is about 300 kgcmf in total.

【００４３】以上のように、外筒ギア３１および内筒ギ
ア３４を有する単純な伝動機構によって、偏心運動を回
転運動に変換できる。As described above, the eccentric motion can be converted into the rotary motion by the simple transmission mechanism having the outer cylinder gear 31 and the inner cylinder gear 34.

【００４４】また、内筒ギア３４は、内筒ギア３４の外
側に配置される外筒ギア３１によって、回転駆動される
ため、内筒ギア３４は、相対的に高速で回転する。した
がって、回転式超音波モータを容易に構成することがで
きる。Since the inner cylinder gear 34 is rotationally driven by the outer cylinder gear 31 arranged outside the inner cylinder gear 34, the inner cylinder gear 34 rotates at a relatively high speed. Therefore, the rotary ultrasonic motor can be easily configured.

【００４５】例えば、超音波モータ１は、図８に示され
るように、ロボット等に使用されるサーボアクチュエー
タ４０の駆動源に適用することによって、サーボアクチ
ュエータ４０を小型で高出力とすることがでる。For example, as shown in FIG. 8, the ultrasonic motor 1 can be applied to a drive source of a servo actuator 40 used in a robot or the like, so that the servo actuator 40 can have a small size and a high output. .

【００４６】この場合、サーボアクチュエータ４０は、
超音波モータ１の出力軸３７に連結されたネジ軸４１
と、ボールネジ部４２と、ボールネジ部４２に固定され
たスライドベース４３と、ネジ軸４１およびボールネジ
部４２を収容するためのフレーム４４とを有する。In this case, the servo actuator 40 is
Screw shaft 41 connected to the output shaft 37 of the ultrasonic motor 1
A ball screw portion 42, a slide base 43 fixed to the ball screw portion 42, and a frame 44 for housing the screw shaft 41 and the ball screw portion 42.

【００４７】したがって、超音波モータ１の出力軸３７
が回転することによって、ボールネジ部４２つまりスラ
イドベース４２が、ネジ軸４１に沿って直線移動するこ
とになる。Therefore, the output shaft 37 of the ultrasonic motor 1
As the ball rotates, the ball screw portion 42, that is, the slide base 42, moves linearly along the screw shaft 41.

【００４８】以上のように、本実施の形態１に係る超音
波モータ１においては、推力源である圧電素子が角柱状
であるため、圧電素子の伸縮運動によって大きな推力を
発生させることができる。したがって、圧電素子を推力
源として発生させられた偏心運動を、回転運動に変換す
ることで、大きな回転トルクを発生させることができ
る。As described above, in the ultrasonic motor 1 according to the first embodiment, since the piezoelectric element that is the thrust source has a prismatic shape, it is possible to generate a large thrust by the expansion and contraction movement of the piezoelectric element. Therefore, a large rotational torque can be generated by converting the eccentric movement generated by using the piezoelectric element as the thrust source into the rotational movement.

【００４９】また、圧電素子による推力の発生には、薄
板状のたわみ運動をするような弾性変形部材を必要とし
ないため、良好な疲労強度を有し、信頼性に優れてい
る。Further, generation of thrust by the piezoelectric element does not require a thin plate-like elastically deformable member, and therefore has good fatigue strength and excellent reliability.

【００５０】次に、本発明の実施の形態２に係る超音波
モータ２を説明する。Next, the ultrasonic motor 2 according to the second embodiment of the present invention will be described.

【００５１】図１１に示される超音波モータ２は、ダイ
レクトドライブ式であり、内筒ギア３４が、駆動ユニッ
ト２０に固定されている。つまり、実施の形態１におい
ては、内筒ギア３４が被駆動ギアであり、外筒ギア３１
が駆動ギアである。しかし、実施の形態２においては、
内筒ギア３４（図１０（Ａ）参照）が駆動ギアであり、
外筒ギア３１（図１０（Ａ）参照）が被駆動ギアであ
る。The ultrasonic motor 2 shown in FIG. 11 is of a direct drive type, and the inner cylinder gear 34 is fixed to the drive unit 20. That is, in the first embodiment, the inner cylinder gear 34 is the driven gear and the outer cylinder gear 31.
Is the drive gear. However, in the second embodiment,
The inner cylinder gear 34 (see FIG. 10A) is a drive gear,
The outer cylinder gear 31 (see FIG. 10A) is a driven gear.

【００５２】次に、偏心運動を回転運動に変換するため
の伝動機構を説明する。Next, a transmission mechanism for converting the eccentric motion into the rotary motion will be described.

【００５３】まず、実施の形態１の場合と同様に、Ｘ軸
ユニット３０ＡおよびＹ軸ユニット３０Ｂの運動の合成
によって、駆動ユニット２０は、偏心運動を発生させる
（図１１（Ａ）および図１１（Ｂ）参照）。First, similarly to the case of the first embodiment, the drive unit 20 generates an eccentric motion by combining the motions of the X-axis unit 30A and the Y-axis unit 30B (see FIGS. 11A and 11 ( See B)).

【００５４】その結果、駆動ユニット２０に固定される
内筒ギア３４は、同様な偏心運動が引き起こされる。As a result, the inner cylinder gear 34 fixed to the drive unit 20 undergoes similar eccentric movement.

【００５５】この時、内筒ギア３４は、外歯３６を外筒
ギア３１の内歯３３に噛合わせることによって、外筒ギ
ア３１を回転させる（図１１（Ｃ）参照）。At this time, the inner cylinder gear 34 rotates the outer cylinder gear 31 by engaging the outer teeth 36 with the inner teeth 33 of the outer cylinder gear 31 (see FIG. 11C).

【００５６】以上のように、本実施の形態２に係る超音
波モータ２においても、外筒ギア３１および内筒ギア３
４を有する単純な伝動機構によって、角柱状の圧電素子
を推力源として発生させられた偏心運動を、回転運動に
変換することで、大きな回転トルクを発生させることが
できる。As described above, the outer cylinder gear 31 and the inner cylinder gear 3 are also included in the ultrasonic motor 2 according to the second embodiment.
A large transmission torque can be generated by converting the eccentric movement generated by using the prismatic piezoelectric element as the thrust source into the rotation movement by the simple transmission mechanism having 4.

【００５７】また、外筒ギア３１は、外筒ギア３１の内
部３２に配置される内筒ギア３４によって回転駆動され
るため、相対的に低速かつ高トルクで回転する。したが
って、ダイレクトドライブ式超音波モータを容易に構成
することができる。Since the outer cylinder gear 31 is rotationally driven by the inner cylinder gear 34 arranged inside the outer cylinder gear 31, the outer cylinder gear 31 rotates at a relatively low speed and high torque. Therefore, the direct drive ultrasonic motor can be easily configured.

【００５８】例えば、超音波モータ２は、図１２および
図１３に示されるように、ロボット等に使用されるクラ
ンプアクチュエータ５０の駆動源に適用することによっ
て、クランプアクチュエータ５０を小型で高出力とする
ことがでる。For example, as shown in FIGS. 12 and 13, the ultrasonic motor 2 is applied to the drive source of the clamp actuator 50 used in a robot or the like to make the clamp actuator 50 compact and have high output. It is possible.

【００５９】この場合、クランプアクチュエータ５０
は、超音波モータ２のエンドプレート５９に取付けられ
る固定側クランプ部材５２と、超音波モータ２の外筒ギ
ア３１に連結される可動側クランプ部材５３とを有す
る。In this case, the clamp actuator 50
Has a fixed side clamp member 52 attached to the end plate 59 of the ultrasonic motor 2 and a movable side clamp member 53 connected to the outer cylinder gear 31 of the ultrasonic motor 2.

【００６０】したがって、超音波モータ２の外筒ギア３
１が回転することによって、可動側クランプ部材５３が
旋回し、例えば、ワークを把持して固定することができ
る。Therefore, the outer cylinder gear 3 of the ultrasonic motor 2 is
The rotation of 1 rotates the movable clamp member 53, and for example, the work can be gripped and fixed.

【００６１】なお、本発明は、上述した実施の形態に限
定されるものではなく、特許請求の範囲の範囲内で種々
改変することができる。The present invention is not limited to the above-mentioned embodiments, but can be variously modified within the scope of the claims.

【００６２】例えば、実施の形態１に係る超音波モータ
１を、クランプアクチュエータに適用することも可能で
ある。また、実施の形態２に係る超音波モータ２を、サ
ーボアクチュエータに適用することも可能である。For example, the ultrasonic motor 1 according to the first embodiment can be applied to a clamp actuator. Also, the ultrasonic motor 2 according to the second embodiment can be applied to a servo actuator.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図１】 本発明の実施の形態１に係る回転式超音波モ
ータの断面である。FIG. 1 is a cross section of a rotary ultrasonic motor according to a first embodiment of the present invention.

【図２】 回転式超音波モータの駆動部における駆動ユ
ニットが有するＸ軸ユニットおよびＹ軸ユニットを説明
するための図である。FIG. 2 is a diagram illustrating an X-axis unit and a Y-axis unit included in a drive unit in a drive unit of a rotary ultrasonic motor.

【図３】 Ｘ軸ユニットおよびＹ軸ユニットが有する圧
電素子モジュールを説明するための分解図である。FIG. 3 is an exploded view for explaining a piezoelectric element module included in an X-axis unit and a Y-axis unit.

【図４】 圧電素子モジュールが有する圧電素子を説明
するための要部平面図である。FIG. 4 is a main part plan view for explaining a piezoelectric element included in a piezoelectric element module.

【図５】 （Ａ）および（Ｂ）は、圧電素子のＺ型リン
ク部材に対する固定方法を説明するための断面図であ
る。5A and 5B are cross-sectional views for explaining a method of fixing the piezoelectric element to the Z-type link member.

【図６】 （Ａ）および（Ｂ）は、回転式超音波モータ
に係る外筒ギアおよび内筒ギアの斜視図である。6 (A) and 6 (B) are perspective views of an outer cylinder gear and an inner cylinder gear of the rotary ultrasonic motor.

【図７】 （Ａ）〜（Ｃ）は、駆動ユニットの偏心運動
を出力軸の回転運動に変換するための伝動機構を説明す
るための平面図である。7A to 7C are plan views for explaining a transmission mechanism for converting an eccentric motion of a drive unit into a rotary motion of an output shaft.

【図８】 本発明の実施の形態１に係る回転式超音波モ
ータが適用されるサーボアクチュエータを説明するため
の断面図である。FIG. 8 is a sectional view for explaining a servo actuator to which the rotary ultrasonic motor according to the first embodiment of the present invention is applied.

【図９】 本発明の実施の形態２に係るダイレクトドラ
イブ式超音波モータの断面である。FIG. 9 is a cross section of a direct drive ultrasonic motor according to a second embodiment of the present invention.

【図１０】 （Ａ）および（Ｂ）は、ダイレクトドライ
ブ式超音波モータに係る内筒ギアおよび外筒ギアの斜視
図である。10 (A) and 10 (B) are perspective views of an inner cylinder gear and an outer cylinder gear of a direct drive ultrasonic motor.

【図１１】 （Ａ）〜（Ｃ）は、駆動ユニットの偏心運
動を外筒ギアの回転運動に変換するための伝動機構を説
明するための平面図である。11A to 11C are plan views for explaining a transmission mechanism for converting the eccentric motion of the drive unit into the rotational motion of the outer cylinder gear.

【図１２】 ダイレクトドライブ式超音波モータが適用
されるクランプアクチュエータを説明するための断面で
ある。FIG. 12 is a cross section for explaining a clamp actuator to which a direct drive ultrasonic motor is applied.

【図１３】 クランプアクチュエータの側面図であるFIG. 13 is a side view of a clamp actuator.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

１，２…超音波モータ、 １０…圧電素子モジュール、 １１…Ｚ型リンク部材、 １２Ａ，１２Ｂ…圧電素子、 １３Ａ…固定端、 １３Ｂ…出力端、 １４，１５…補強プレート、 ２０…駆動ユニット、 ２１…摺動部、 ３０Ａ…Ｘ軸ユニット（第１直進ユニット）、 ３０Ｂ…Ｙ軸ユニット（第２直進ユニット）、 ３１…外筒ギア、 ３２…内部、 ３３…内歯、 ３４…内筒ギア、 ３５…中央部、 ３６…外歯、 ３７…出力軸、 ３８…ケーシング、 ３９…エンドプレート、 ４０…サーボアクチュエータ、 ４１…ネジ軸、 ４２…ボールネジ部、 ４３…スライドベース、 ４４…フレーム、 ５０…クランプアクチュエータ、 ５２…固定側クランプ部材、 ５３…可動側クランプ部材、 ５９…エンドプレート、 ６０…サーボアクチュエータ、 ６１…ネジ軸。 1,2 ... Ultrasonic motor, 10 ... Piezoelectric element module, 11 ... Z-type link member, 12A, 12B ... Piezoelectric element, 13A ... fixed end, 13B ... Output end, 14, 15 ... Reinforcement plate, 20 ... Drive unit, 21 ... sliding part, 30A ... X-axis unit (first straight unit), 30B ... Y-axis unit (second straight unit), 31 ... Outer cylinder gear, 32 ... inside, 33 ... internal teeth, 34 ... Inner cylinder gear, 35 ... central part, 36 ... external teeth, 37 ... Output shaft, 38 ... Casing, 39 ... End plate, 40 ... Servo actuator, 41 ... screw shaft, 42 ... Ball screw part, 43 ... slide base, 44 ... frame, 50 ... Clamp actuator, 52 ... Fixed side clamp member, 53 ... movable side clamp member, 59 ... End plate, 60 ... Servo actuator, 61 ... Screw shaft.

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項１】 角柱状の圧電素子を推力源として有する
第１および第２直進ユニットを、直交方向に組み合わせ
てなる駆動ユニットと、 前記第１および第２直進ユニットの運動を合成して、前
記駆動ユニットに偏心運動を発生させるための制御手段
と、 前記偏心運動を回転運動に変換するための伝動機構とを
有することを特徴とする超音波モータ。1. A drive unit formed by combining first and second rectilinear units each having a prismatic piezoelectric element as a thrust source in an orthogonal direction, and the motions of the first and second rectilinear units are combined, An ultrasonic motor comprising: a control unit for causing the drive unit to generate an eccentric movement; and a transmission mechanism for converting the eccentric movement into a rotational movement. 【請求項２】 前記圧電素子は、Ｚ型リンク部材を介し
て、２分割して配置されることを特徴とする請求項１に
記載の超音波モータ。2. The ultrasonic motor according to claim 1, wherein the piezoelectric element is divided into two via a Z-shaped link member. 【請求項３】 前記伝動機構は、内歯が形成された外筒
ギアと、前記外筒ギアの内部に配置される、外歯が形成
された内筒ギアとを有し、 前記偏心運動は、前記外筒ギアの内歯と前記内筒ギアの
外歯とが噛合うことによって、回転運動に変換されるこ
とを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の超音波モ
ータ。3. The transmission mechanism includes an outer cylinder gear having inner teeth formed therein, and an inner cylinder gear having outer teeth formed therein, the inner cylinder gear having outer teeth formed therein. The ultrasonic motor according to claim 1 or 2, wherein the inner teeth of the outer cylinder gear and the outer teeth of the inner cylinder gear are converted into rotational motion by meshing with each other. 【請求項４】 前記外筒ギアは、前記駆動ユニットに固
定されることを特徴とする請求項３に記載の超音波モー
タ。4. The ultrasonic motor according to claim 3, wherein the outer cylinder gear is fixed to the drive unit. 【請求項５】 前記内筒ギアは、前記駆動ユニットに固
定されることを特徴とする請求項３に記載の超音波モー
タ。5. The ultrasonic motor according to claim 3, wherein the inner cylinder gear is fixed to the drive unit. 【請求項６】 前記超音波モータは、サーボアクチュエ
ータあるいはクランプアクチュエータの駆動源に適用さ
れることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記
載の超音波モータ。6. The ultrasonic motor according to claim 1, wherein the ultrasonic motor is applied to a drive source of a servo actuator or a clamp actuator.