JPH0538171A - 減速機構内蔵の超音波モータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】回転ドラムの内包スペースを活用して超音波モ
ータの大きさを変えることなく、減速された大きなトル
クと低速回転が得られるものを提供することにある。 【構成】回転ドラム３に駆動モジュール１を外接させた
超音波モータにおいて、回転ドラム３の内包スペース部
に複数のローラ４を配接し、このローラ４が遊星運動す
るように、摩擦駆動方式にて遊星機構を構築し、回転ド
ラム３の駆動を遊星機構を経由して減速させ、出力す
る。すなわち回転ドラム３の空間を活用して減速機構を
内蔵させ、大きさを変えることなくより大きなトルクと
低回転速度を得るようにしたものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は回転ドラムに駆動モジュ
ールを外接させて回転駆動を得る超音波モータに関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、回転ドラムに駆動モジュールを外
接させて回転駆動を得る超音波モータの一例を図４に示
す。図４は従来の超音波モータの一例を示す要部正面
図、図５は図４のウ−ウ矢視方向断面図であり、圧電素
子などを用いて一体構築した駆動モジュール１″を回転
ドラム13の外径部に外接させ、取付金具２′にてケース
14に弾性的に取着し、外接部には所要の押圧をもたせ、
回転ドラム13と一体化した軸13a を回転軸支しこれらを
一体構築して超音波モータを構成している。このように
構成された超音波モータの駆動作用を説明すれば、駆動
モジュール１″に所要の回転方向として、例えば左回転
を得るときには左用（図５中左用）へパルス状の電源を
給電すれば駆動モジュール１″の押接下面（図５中Ａ′
部）には右廻りの楕円運動した波動が合成され（図示せ
ず）、この面に押接している回転ドラム13は波動の運動
を摩擦駆動により伝達させて回転する。もちろん、右回
転の場合、左用の電源を切り右用の給電をすればよい。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上述した構成
においては、駆動モジュール１″の外接面の波動の力と
速度は駆動モジュール１″の大きさにより決まり、この
大きさを実用的なサイズに決めると、軸13a の出力トル
ク回転数は外接する回転ドラム13の外径によって決って
しまう。すなわち径を極めて大きくすれば、低速で高ト
ルクが得られるが大きなサイズとなり通常の電気モータ
に減速機を付けたものより大きくなり超音波モータの特
質である低速、高トルクが得られてもその質量、大きさ
が増加してしまう。その逆に径を小さくすればコンパク
トにはなるが、高速で極めて小さなトルクしか得られな
いので、例えばロボット、ＦＡ機器などの高トルク低速
回転の所要の出力が得られず実用上、極めて問題となっ
ている。本発明は上述した点に鑑みて創案されたもの
で、その目的とするところは、従来の回転ドラム13の内
包空間（デッドスペース）を活用することにより大きさ
を変えることなく、減速された大きなトルクと低速回転
がえられ、同時に回転ドラム13に直結させた駆動系の２
種類の出力が得られる減速機構内蔵の超音波モータを提
供するものである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】つまり、その目的を達成
するための手段は、 イ．請求項１において 回転ドラムに駆動モジュールを外接させて回転駆動を得
る超音波モータにおいて、回転ドラムの内包空間部に円
面上３箇所以上のローラを配し、このローラは回転方向
には剛で、径方向には弾性機能を有するものとし、これ
が遊星運動するように摩擦駆動により遊星減速機構を構
築し、回転ドラムの駆動をこの遊星減速部を通して出力
させ、この出力軸の先端に回転検出を設け、摩擦駆動系
にすべりが生じてもこれにて補正駆動することにより、
スリップの位置ずれを容易に解決する。しかして、これ
らの遊星機構は回転ドラムの空間部を活用するので超音
波モータの大きさを変えることなく遊星減速の分だけ、
トルクは増加低速回転が得られ従来の問題点を解決す
る。またより利便性を上げるため一方の出力軸には減速
した高トルクを出力させ、他方の軸には回転ドラムの駆
動を直結させた従来どおりの出力駆動を出し、２種類の
出力を得られるようにしている。

【０００５】ロ．請求項２において、 第１項の機構において、摩擦駆動により遊星運動するロ
ーラは、回転方向には剛で径方向には弾性機能を有する
ものであるが、この手段として、円筒型のローラに円錐
状の複数の溝（リング状に）を入れ、この溝間の余肉部
を極薄の皿ばね状に形成し所要の弾性硬さを有するよう
に構築し、このローラの上下部位に遊星機構の内・外リ
ングを配し、この弾性機能を利用してこの内外リングに
押接力を付し、摩擦駆動系を構成するものである。

【０００６】

【作用】その作用は次の実施例において併せて説明す
る。以下、本発明の超音波モータの一実施例を、図面に
基づき詳述する。

【０００７】

【実施例】（イ）請求項１において 図１は本発明の一実施例を示す要部正面図、図２は図１
のア−ア矢視方向断面側面図であり、図１，２におい
て、回転ドラム３に軸を付し、その一端を出力軸（3b)
として外部に出し、他端の軸は回転ドラム３の幅内に内
包させ、このロール軸3aの外径（図１ｄ）に回転方向に
は剛で、円径方向には弾性機能を有するローラ４を円面
上３箇所以上等分に配して押接させ、このローラ４をロ
ーラ軸５にて回転支持し、アーム６に取着して一体化
し、さらに各々のローラ４の外径部に固定リング８を内
接（図１Ｄ）させる。これにてローラ４は摩擦駆動によ
りアーム６の中心を軸として遊星運動するようになし、
このアーム６に軸７を付し、これを他端の出力軸７（図
１左側）として外部に出してケース11に回転支持し、他
側の嵌着軸7aを前記のローラ軸５の中心に篏着し、これ
を回転軸支し一体構築する。その所要の減速比は、前記
回転ドラム３のローラ軸3aの径（図１ｄ）と固定リング
の内接径（図１Ｄ）との比、（ｄ／Ｄ）より得られる。
また、前記他端の出力軸７（図１左側）に検出板９を付
しこれに回転検出器10を設けこれらを一体構成し、駆動
モジュール１より回転駆動を一方の軸（図１右側）に直
結させて出力し、他端の軸７には遊星機構の摩擦駆動に
よる減速回転を出力させる２種類の回転出力が得られる
ように構成するものである。なお、本実施例では圧電素
子を用いた駆動モジュール１を回転ドラム３に外接させ
たが、この駆動モジュールに限らず回転ドラム３の外接
部位で駆動がなされる他のモータ、例えば電気モータ、
エアーモータ、水圧モータなど回転ドラム３の内包部位
が空間のあるものならば何れでも適用可能であることは
当然である。

【０００８】（ロ）請求項２について 図３は本発明の他の実施例を示す要部正面図であり、遊
星運動するローラ４は回転方向には剛で、円径方向には
弾性機能を有するが、この手段として円筒形のローラ12
に円錐状の複数の溝( リング状) を入れ、この溝間の余
肉部を極薄の皿ばね状に形成し、所要の弾性硬さを有す
る弾性円錐板12aを一体的に複数構築する。これをロー
ラ軸5 ′に取着し、ローラ12の上・下径部に固定リング
８′とロール軸３′の内外径（図１Ｄ，ｄ）を押接さ
せ、回転ドラム３′の内空部に遊星機構を構築し、これ
らを一体構成し、減速機構内蔵の超音波モータとする。
このように構成された減速機構内蔵の超音波モータの駆
動作用について説明する。

【０００９】（イ）請求項１について 駆動モジュール１に所要の回転方向として、例えば左回
転をえるときには左用（図２左用）へパルス状の電源を
給電すれば、駆動モジュール１の押接下面（図２Ａ部）
には右廻りの楕円運動した波動が剛性され（図示省
略）、この面に押接している回転ドラム３は波動の運動
を摩擦駆動により伝達され回転する。すると、この回転
ドラム３と一体になっているロール軸3aも同時に回転
し、これに押接されているローラ４も押接摩擦力により
回転する。このときローラ４の他方の径部では固定リン
グ８に内接しているので、この摩擦力によりローラ４は
内接径Ｄ部で自転しながら転送する。すなわちローラ４
は遊星運動する。しかして、ローラ４の支軸であるロー
ラ軸５は、ｄ／Ｄの減速比をもってアーム６の中心を回
転する。このアーム６と軸７は一体なので遊星機構にて
減速された出力が得られる。（図１左）、同時に前記回
転ドラム３に直結した出力軸3b( 図1 右)は、当然のこ
とながら回転ドラム３の駆動出力のまま得られる。すな
わち左右側の出力軸７、3bで２種類の駆動が得られるこ
とになる。また、摩擦駆動系でスリップが生じても、回
転検出部９，10で入力に対するスリツプが直ちに検知さ
れ、その分補正制御することにより容易に確実に駆動精
度が得られ、摩擦のスリップを全く問題としない。

【００１０】（ロ）請求項２につして 遊星運動するローラ４として回転方向には剛で、円径方
向には弾性機能を有するローラ12として弾性円錐板12a
を複数体に構築したものを、固定リング８′の内径Ｄ′
とロール軸３′a の外径部ｄ′の間隔部位に所要の押接
力が得られるように弾性硬さに相応させて間隔寸法より
外径を所要量大きく形成しておくことにより、内外径部
Ｄ，ｄにローラ12を挿入、組み込むだけで所要の摩擦力
が得られ回転ドラム３′の駆動を摩擦駆動により遊星運
動しながら減速して出力軸７′に伝達する。またこのロ
ーラ12を円面上で３箇所以上配することにより、このロ
ーラ12と内・外径ｄ，Ｄの押接力が各々内力として相殺
して、各軸、７′、７′a、３′b 、ケース11などの軸
支部には押接力が作用せず効率よいバランスのとれた駆
動がなされる。

【００１１】

【発明の効果】以上説明したごとく本発明によれば、従
来の回転ドラム13の内包空間（デッドスペース）を活用
することにより大きさを変えることなく、減速された大
きなトルクと低速回転がえられ、同時に回転ドラム13に
直結させた駆動系の２種類の出力が得られる。しかも、
摩擦駆動系にすべりが生じても出力側の回転検出９．10
により直ちに補正制御できるので、この問題を解消し、
摩擦駆動なので高い剛生が得られ、歯車などの、バック
ラッシュの介在・歯の剛性弱による伝達系の遅れなどす
べて解決できる極めて精度のよい駆動がえられる。な
お、回転ドラム13の径を小さくすればデットマスペース
がなくなると考えられるが、径を小さくすれば、（駆動
モジュール１″の接線力を一定と仮定）その駆動出力は
低トルク、高回転になり、例えば高トルク、低回転を必
要とするロボット、ＦＡなどには実際に使用が出来なく
なる。また駆動モジュール１″を回転ドラム13の内側に
配設することも考えられるが、この場合内接の曲率によ
り駆動モジュール１″の両端に強い面圧が作用し、円滑
な駆動特性がえられずこれも実際には困難なメカニズム
となり、実用化としては従来例のごとく駆動モジュール
１″を回転ドラム13の外径部に配設することになる。こ
の場合本発明のようにすれば、より強力な駆動トルクと
低回転が得られ、超精密の位置決めなどにも広く活用可
能となるので、極めて有用度の高い発明となる。

【００１２】

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は請求項１記載の本発明の減速機構内蔵の
超音波モータの一実施例を示す要部正面図である。

【図２】図２は図１のア−ア矢視方向断面図である。

【図３】図３は請求項２の本発明の一実施例を示す要部
正面図である。

【図４】図４は従来の超音波モータの一例の要部正面図
である。

【図５】図５はそのウ−ウ矢視方向断面図である。

【００１３】

【符号の説明】

１ 駆動モジュール ２ 取り着け金具 ３ 回転ドラム ４ ローラ ５ ローラ軸 ６ アーム ７ 軸 ８ 固定リング ９ 検出板 10 回転検出器 11 ケース 12 ローラ 13 回転ドラム 14 ケース １′ 駆動モジュール ２′ 取付金具 ３′ 回転ドラム ５′ ローラ軸 ６′ アーム ７′ 軸 ８′ 固定リング ９′ 検出板 10′ 回転検出器 11′ ケース １″ 駆動モジュール 3a ロール軸 3b 軸 7a 篏挿軸 12a 弾性円錐板 13a 軸 3 ′a ロール軸 3 ′b 軸 7 ′a 篏挿軸

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転ドラムに駆動モジュールを外接させ
   て回転駆動を得る超音波モータにおいて、回転ドラムに
   軸を付し、その一端を出力軸として外部に出し、他端の
   軸は回転ドラムの幅内に内包させ、このロール軸の外径
   に回転方向には剛で、円径方向には弾性機能を有するロ
   ーラを円面上３箇所以上等分に配して押接させ、このロ
   ーラをローラ軸にて回転支持し、これをアームに取着し
   て一体化し、さらに各々のローラの外径部に固定リング
   を内接させ、これにてローラは摩擦駆動によりアームの
   中心を軸にして遊星運動するようになし、このアームに
   軸を付し、これを他端の出力軸として外部に出し、ケー
   スに回転ドラム内包部位に摩擦駆動による回転支持する
   遊星減速機構が構成され、その所要の減速比は前記回転
   ドラムの他端の軸径と固定リングの内接径との比（ｄ／
   Ｄ）より得られ、また、前記他端の出力軸に回転検出器
   を設け、これらを一体構成して、駆動モジュールよりの
   回転駆動を一方の軸に直結させて出力し、他端の軸には
   遊星機構の摩擦駆動による減速回転を出力させる２種類
   の回転出力が得られるようにしたことを特徴とする減速
   機構内蔵の超音波モータ。
2. 【請求項２】 前記遊星運動するローラは回転方向には
   剛で、円径方向には弾性機能を有するが、この手段構造
   として円筒形のローラに円錐状の複数のリング状の溝を
   入れ、この溝間の余肉部を極薄の皿ばね状に形成し、所
   要の弾性硬さを有する弾性円錐板を複数個一体的に構築
   し、これをローラ軸に取着して一体構成したことを特徴
   とする請求項１記載の減速機構内蔵の超音波モータ。