(57)【要約】【課題】大型化せず、並進円運動のストロークを大きくできる回転モータを提供する。【解決手段】回転モータは、基台１と、基台１に対して、第１方向に直進可動である第１スライダ３と、第１スライダ３を第１方向に駆動させる第１駆動部６と、第１スライダ３に対して、第１方向とは異なる第２方向に直進可動である第２スライダ４と、第２スライダ４を第２方向に駆動させる第２駆動部と、第２スライダ４に固定された並進歯車５と、並進歯車５と異なる歯数である、回転歯車２１とを備え、第１スライダ３の駆動および第２スライダ４の駆動によって、並進歯車５は第２スライダ４と一体に、基台１に対して並進駆動し、並進歯車５が並進駆動により、回転歯車２１と噛み合うように、円運動することで、回転歯車２１が回転運動する。【選択図】図２
2010007826.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基台と、
前記基台に対して、第１方向に直進可動である第１スライダと、
前記第１スライダを第１方向に駆動させる第１駆動部と、
前記第１スライダに対して、前記第１方向とは異なる第２方向に直進可動である第２スライダと、
前記第２スライダを第２方向に駆動させる第２駆動部と、
前記第２スライダに固定された並進歯車と、
前記並進歯車と異なる歯数である、回転歯車とを備え、
前記第１スライダの駆動および前記第２スライダの駆動によって、前記並進歯車は前記第２スライダと一体に、前記基台に対して並進駆動し、
前記並進歯車が前記並進駆動により、前記回転歯車と噛み合うように、円運動することで、前記回転歯車が回転運動する回転モータ。
【請求項２】
前記並進歯車には内歯が形成され、
前記回転歯車には外歯が形成され、
前記回転歯車が前記並進歯車の内周側に位置し、前記内歯と前記外歯とが噛み合わされている請求項１に記載の回転モータ。
【請求項３】
前記並進歯車には外歯が形成され、
前記回転歯車には内歯が形成され、
前記並進歯車が前記回転歯車の内周側に位置し、前記内歯と前記外歯とが噛み合わされている請求項１に記載の回転モータ。
【請求項４】
前記第１駆動部および前記第２駆動部は、超音波アクチュエータである請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の回転モータ。
【請求項５】
前記第１駆動部および前記第２駆動部は、電磁アクチュエータである請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の回転モータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、独立２方向の並進運動を回転運動に変換して駆動する回転モータに関する。
【背景技術】
【０００２】
外周に歯が形成された外歯歯車および内周に歯が形成された内歯歯車を有し、いずれか一方の歯車をいわゆる並進円運動させ、他方の歯車と噛み合わせることで、他方の歯車を回転駆動させる構造の回転モータが種々提案されている。ここで、並進円運動とは、歯車が自転運動を伴わずに公転運動のみを行うことをいう。そして、例えば内歯歯車が並進円運動をし、その内歯が、内歯歯車の内周側に位置する外歯歯車の外歯と噛み合うことで、外歯歯車は回転軸を中心に回転運動する。このとき、内歯歯車は外歯歯車の回転軸のまわりを回転移動している。また、内歯歯車の内径は外歯歯車の外径よりも大きく、内歯歯車の歯数は外歯歯車の歯数よりも多い。なお、両者の歯数が同一の場合は、外歯歯車が回転することはない。
【０００３】
このように、並進円運動を回転運動に変換することで駆動する回転モータは、比較的大きな減速比を得ることができるため、回転出力トルクを大きくできるという利点がある。例えば、並進円運動を回転運動に変換する回転モータとしては、例えば、特許文献１に開示された回転モータがある。特許文献１に開示された従来の回転モータについて、図１６を用いて説明する。図１６は、従来の回転モータの断面図である。図１６に示すように、従来の回転モータは、外歯歯車である駆動歯車５０５をその中央部に有し、支持球５０２により支持されている駆動軸５０１と、駆動歯車５０５と噛み合う内歯歯車である被駆動歯車５０６をその内面に有する被駆動筒５０４とを備えている。そして、駆動軸５０１は左右両側に４個ずつ設けられた圧電素子５０３と接している。この圧電素子５０３に順次位相が変化する電圧を与えられることで、駆動軸５０１が撓み変形し、その撓み方向が軸の静止中心に対して回転する。これにより駆動歯車５０５は並進円運動をする。これにより、駆動歯車５０５と被駆動歯車５０６との噛み合い位置が前記静止中心の回りを回転して円運動により移動し、被駆動歯車５０６が回転する。そのため、被駆動歯車５０６とともに、被駆動筒５０４が回転し、この被駆動筒５０４から外部へ回転動力が取出される。
【０００４】
また非特許文献１に記載の回転モータも同様に、内歯歯車が並進円運動することで、内歯歯車と噛み合わされた外歯歯車が回転軸を中心に回転運動をする。この回転モータも並進円運動には圧電素子を用いていて、内歯歯車の外周に設置された圧電素子に順次位相が変化する電圧が与えられることで内歯歯車が並進円運動し、内歯歯車と噛み合わされた外歯歯車が回転軸を中心に回転運動をする。このように、圧電素子の変位により並進円運動を発生させる場合は、圧電素子の振幅が微小であることから、内歯歯車の変位が小さく、並進円運動のストロークも比較的小さい。そこで、非特許文献１の回転モータでは、圧電素子と内歯歯車の外周との間にヒンジを有し、てこの原理を用いる変位拡大機構を設置している。これにより、並進円運動のストロークを大きくすることができる。
【特許文献１】特開平６−３０５７０号公報
【非特許文献１】林巌、岩附信行、藤本幸輔，「圧電サイクロイドモータの高周波駆動時の出力特性について」，精密工学会誌，58/11/1992 ｐ.１３３−１３８
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、上記特許文献１の回転モータにおいて、並進円運動のストロークは比較的小さく、変位拡大機構を用いている非特許文献１の回転モータであっても、並進円運動のストロークは比較的小さい。これは、上述のように圧電素子の変位により並進円運動を行っているためである。つまり、圧電素子が直接あるいは間接的に歯車の回転軸と接していて、圧電素子の変位を直接あるいは間接的に歯車の並進円運動のストロークとして用いているためである。例えば、非特許文献１においては、上述のように変位拡大機構を用いているにもかかわらず、並進円運動のストロークは数μｍ〜１ｍｍ程度である。ところで、歯車の歯のサイズは歯車の並進円運動のストロークを大きくできれば、それに応じて大きくできる。歯車の歯のサイズを大きくすれば歯の強度が増すことから、回転モータの出力トルクを大きくすることができる。具体的には、歯車の歯丈は、並進円運動の直径を若干下回る値に設定される。したがって、上述の非特許文献１においては、歯車の歯丈が数μｍ〜１ｍｍ程度よりも小さくなる。つまり、回転モータとしては、微細〜超小型レベルのサイズとなる。そして、回転モータの出力トルクは歯車を破壊しないよう歯車の強度以下に設定されるが、このサイズの歯車における強度では、出力トルクは十分とはいえない。出力トルクをさらに向上させるためには、歯車の強度アップが必要となる。したがって、並進円運動のストロークをさらに大きくする必要がある。また、非特許文献１では、変位拡大機構を備えているが、これは回転モータ全体に対して比較的大きな体積を占めており、回転モータが大型化するという問題もある。
【０００６】
本発明は、上述の事情に鑑みて為された発明であり、その目的は、大型化せず、並進円運動のストロークを大きくできる回転モータを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者は、種々検討した結果、上記目的は、以下の本発明により達成されることを見出した。すなわち、本発明に係る一態様に係る回転モータは、基台と、前記基台に対して、第１方向に直進可動である第１スライダと、前記第１スライダを第１方向に駆動させる第１駆動部と、前記第１スライダに対して、前記第１方向とは異なる第２方向に直進可動である第２スライダと、前記第２スライダを第２方向に駆動させる第２駆動部と、前記第２スライダに固定された並進歯車と、前記並進歯車と異なる歯数である、回転歯車とを備え、前記第１スライダの駆動および前記第２スライダの駆動によって、前記並進歯車は前記第２スライダと一体に、前記基台に対して並進駆動し、前記並進歯車が前記並進駆動により、前記回転歯車と噛み合うように、円運動することで、前記回転歯車が回転運動する。
【０００８】
このような構成とすることで、並進円運動を回転運動に変換する駆動方式であるため、比較的大きな減速比を得ることができ、回転出力トルクを大きくできるという利点がある。また、直線駆動するアクチュエータを２つ組み合わせて、並進歯車を円運動（並進円運動）させ、それによって回転歯車を回転させるので、この並進円運動のストロークを大きくできる。すなわち、並進円運動の径を大きくできる。これにより、これら歯車の歯のサイズを大きくすることができるため、歯車の歯の強度を増大させることが可能であり、歯車の歯が破損しにくいため、回転出力トルクを大きくすることができる。また、大型化することがない。さらに、歯車の歯のサイズを大きくすることができるため、容易に製造できるという効果も奏する。
【０００９】
また、上述の回転モータにおいて、前記並進歯車には内歯が形成され、前記回転歯車には外歯が形成され、前記回転歯車が前記並進歯車の内周側に位置し、前記内歯と前記外歯とが噛み合わされていることが好ましい。
【００１０】
さらに、上述の回転モータにおいて、前記並進歯車には外歯が形成され、前記回転歯車には内歯が形成され、前記並進歯車が前記回転歯車の内周側に位置し、前記内歯と前記外歯とが噛み合わされていることが好ましい。
【００１１】
これらいずれの構成においても、回転動力を取り出すことができ、設計の自由度が高い。
【００１２】
また、上述の回転モータにおいて、前記第１駆動部および前記第２駆動部は、超音波アクチュエータであることが好ましい。
【００１３】
これにより、容易に、直線駆動を得ることができ、構成が大型化することがない。また、超音波アクチュエータは制御が容易であり、ステップ駆動等も可能である。
【００１４】
また、上述の回転モータにおいて、前記第１駆動部および前記第２駆動部は、電磁アクチュエータであることが好ましい。
【００１５】
これにより、容易に、直線駆動を得ることができ、構成が大型化することがない。また、電磁アクチュエータは制御が容易であり、ステップ駆動等も可能である。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、大型化せず、並進円運動のストロークを大きくできる回転モータを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明に係る実施の形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において同一の符号を付した構成は、同一の構成であることを示し、その説明を省略する。
【００１８】
（実施の形態１）
本発明の実施の形態１に係る回転モータについて説明する。まず、本発明の実施の形態１に係る回転モータの構成について説明する。図１は実施の形態１に係る回転モータの構成を説明するための平面図である。また、図２は図１のII−II矢視断面図であり、図３は図１のIII−III矢視断面図である。また、図４は実施の形態１に係る回転モータのＹスライダの平面図であり、図５は実施の形態１に係る回転モータのＸＹスライダの平面図である。なお、図１、図４および図５において、Ｙ方向は上下方向であり、Ｘ方向は左右方向である。また、図２において、Ｙ方向は紙面に対して垂直方向であり、Ｘ方向は上下方向である。また、図３において、Ｙ方向は上下方向であり、Ｘ方向は紙面垂直方向である。
【００１９】
実施の形態１に係る回転モータ１００は、他の部材をその内部に設置されたケース１を備えている。ケース１からは、回転歯車２１の回転軸であって、回転駆動する駆動軸２が突出している。なお、駆動軸２は軸受け２２、２３によって、ケース１に回転可能に支持されている。回転歯車２１はその外周に歯を有する外歯構造である。また、回転モータ１００は、基台であるケース１に対してＹ方向に並進運動が可能なＹスライダ（第１スライダ）３と、Ｙスライダ３に対してＸ方向に並進運動が可能なＸＹスライダ（第２スライダ）４とを備えている。
【００２０】
Ｙスライダ３は円盤状であり、その上面には駆動軸２の伸びる方向に突出し、Ｙ方向に伸びる板状のＹ方向移動部３１と、駆動軸２の伸びる方向に突出し、ボール１２が嵌まり込むＶ溝１３が形成されたＹ方向に伸びる第１Ｙ方向直進案内部３２とを備えている。また、Ｙスライダ３の中心部には、駆動軸２が貫通し、駆動軸２の径よりも十分大きな径を有する貫通孔３６が形成されている。第１Ｙ方向直進案内部３２のＶ溝１３は、ケース１の内側上面に設置され、駆動軸２の伸びる方向に突出し、Ｙ方向に伸びる第２Ｙ方向直進案内部１１に形成されたＶ溝１０と対になっており、これらの間にはボール１２が配置されている。このような構成であることから、Ｙスライダ３はケース１に対してＹ方向へ滑らかに直進運動が可能である。
【００２１】
Ｙ方向駆動部（第１駆動部）６は、バネ８により付勢力をかけられて、Ｙ方向移動部３１に押し付けられている。なお、Ｙ方向駆動部６はＹ方向にずれないように、ケース１に固定された支持部１８により支持されている。また、Ｙ方向駆動部６は圧電素子を有し、電圧をかけることで楕円振動を生じる。その振動により、Ｙ方向移動部３１がケース１に対してＹ方向に沿って移動し、一体となってＹスライダ３もケース１に対してＹ方向に並進運動する。ここで、Ｙ方向駆動部６について図６および図７を用いて説明する。図６はＹ方向駆動部の構成を説明するための図であり、図７はＹ方向駆動部に印加する電圧の波形を示したグラフである。図６に示すように、Ｙ方向駆動部６は、ベース６４と、ベース６４に接着され、互いに略垂直となるように配置されたた第１圧電素子６２および第２圧電素子６３と、第１圧電素子６２および第２圧電素子６３の交差側端部に、例えば、アルミナ、ジルコニア等のセラミックス、超硬合金、タングステン等の、安定して高い摩擦係数が得られ、かつ耐摩耗性に優れた材料からなるチップ部６１が、例えばエポキシ等の比較的高い弾性率を有する接着剤を用いて接着されている。第１圧電素子６２および第２圧電素子６３は、例えば、ＰＺＴ（チタン酸ジルコニウム酸鉛）等からなる、圧電特性を示す複数のセラミック薄板が積層され、それらセラミック薄板の間に交互に異なる電極が挿入されている構成である。このように、Ｙ方向駆動部６は超音波アクチュエータである。
【００２２】
これらの異なる電極に交流電圧をかけることで、第１圧電素子６２および第２圧電素子６３はそれぞれ伸縮を繰り返す。そこで、図７に示すように、第１圧電素子６２および第２圧電素子６３に位相差の異なる電圧を印加することで、第１圧電素子６２および第２圧電素子６３はそれぞれタイミングがずれた伸縮を繰り返すことになる。より具体的には、第１圧電素子６２および第２圧電素子６３の共振周波数に一致し、かつ互いに９０°の位相差をもつ正弦波電圧を第１圧電素子６２および第２圧電素子６３にそれぞれ入力すると、チップ部６１に楕円軌道（円軌道を含む）を描くような運動つまり楕円振動が発生する。チップ部６１はＹ方向移動部３１に接していることから、チップ部６１およびＹ方向移動部３１間の摩擦力と、チップ部６１の楕円振動とにより、Ｙ方向移動部３１は突き動かされる。
【００２３】
なお、Ｙ方向移動部３１の移動方向は楕円振動の回転方向によって切り替えることができる。ここで、楕円振動の回転方向は、第１圧電素子６２および第２圧電素子６３に入力する正弦波の位相差を変化させることで切り替えることができる。すなわち、より具体的には、第１圧電素子６２および第２圧電素子６３への入力正弦波電圧の位相差が＋９０°のときは、Ｙ方向移動部３１がＸの正方向に移動し、位相差が−９０°のときはＸの負方向に移動する。なお、Ｙ方向駆動部６は、上記以外の構成であってもよく、圧電素子により、楕円振動を生じさせ、それによりＹ方向移動部３１を移動させるものであればよい。また、上記構成のＹ方向駆動部６は公知であって、トラス型アクチュエータと呼ばれる構成である。同様の構成による超音波アクチュエータは、例えば、特開２００５−３３３７７８号公報等に開示されている。
【００２４】
Ｙ方向移動部３１はＹスライダ３と一体であることから、Ｙスライダ３がケース１に対してＹ方向に沿って移動する。なお、第１Ｙ方向直進案内部３２のＶ溝１３と第２Ｙ方向直進案内部１１のＶ溝１０との間にボール１２が位置していることで、Ｙスライダ３の移動方向はＹ方向に規制される。バネ８は円弧を描く形状とされた板バネであり、ケース１に固定された２つの係止具８２に引っかけられ、Ｙ方向移動部３１へとＹ方向駆動部６に付勢力をかけている。
【００２５】
ＸＹスライダ４は円盤状であり、その上面には駆動軸２の伸びる方向に突出し、Ｘ方向に伸びる板状のＸ方向移動部４１と、駆動軸２の伸びる方向に突出し、ボール３４が嵌まり込むＶ溝３５が形成されたＸ方向に伸びる第１Ｘ方向直進案内部４２とを備えている。また、ＸＹスライダ４の中心部には、駆動軸２が貫通し、駆動軸２の径よりも十分大きな径を有する貫通孔４６が形成されている。第１Ｘ方向直進案内部４２のＶ溝３５は、Ｙスライダ３の底面に設置され、駆動軸２の伸びる方向に突出し、Ｘ方向に伸びる第２Ｘ方向直進案内部３３に形成されたＶ溝３０と対になっており、これらの間にはボール３４が配置されている。このような構成であることから、ＸＹスライダ４はＹスライダ３に対してＸ方向へ滑らかに直進運動が可能である。
【００２６】
Ｘ方向駆動部（第２駆動部）７は、バネ９により付勢力をかけられて、Ｘ方向移動部４１に押し付けられている。なお、Ｘ方向駆動部７はＸ方向にずれないように、ケース１に固定された支持部１９により支持されている。また、Ｘ方向駆動部７は圧電素子を有し、電圧を印加することで楕円振動を生じ、その振動とＸ方向駆動部７およびＸ方向移動部４１間の摩擦力とにより、Ｘ方向移動部４１がＹスライダ３に対してＸ方向に沿って移動し、一体となってＸＹスライダ４もＹスライダ３に対してＸ方向に沿って直進運動する。Ｘ方向駆動部７は上述のＹ方向駆動部６と同様の構成であり、動作原理も同様であるので説明を省略する。なお、第１Ｘ方向直進案内部４２のＶ溝３５と第２Ｘ方向直進案内部３３のＶ溝３０との間にボール３４が位置していることで、ＸＹスライダ４の移動方向はＹスライダ３に対してＸ方向に規制される。また、バネ９は円弧を描く形状とされた板バネであり、Ｙスライダ３の底面に設置された２つの係止具９２に引っかけられ、Ｘ方向移動部４１へとＸ方向駆動部７に付勢力をかけている。なお、ＸＹスライダ４は、Ｙスライダ３に対してＸ方向に移動し、Ｙスライダ３はケース１に対してＹ方向に移動することから、ＸＹスライダ４はケース１に対して、ＸおよびＹ方向に移動できる。すなわち、ＸＹ平面内を並進運動が可能である。
【００２７】
ＸＹスライダ４はさらに並進歯車５を有している。並進歯車５はＸＹスライダ４の底面に固定設置され、ＸＹスライダ４と一体となって移動する。すなわち、並進歯車５は、ケース１に対してＸＹ平面内を並進運動が可能である。並進歯車５はその内周に歯が設置された内歯構造であり、回転歯車２１と噛み合うよう配置されている。より具体的には、並進歯車５の内径は回転歯車２１の外径よりも大きく、並進歯車５の歯数は回転歯車２１の歯数よりも多い。そして、並進歯車５が並進円運動を行うことで、回転歯車２１と並進歯車５とが噛み合い、回転歯車２１は駆動軸を中心に回転する。
【００２８】
実施の形態１に係る回転モータ１００の動作について、図８を用いて説明する。図８は実施の形態１に係る回転モータの動作について説明するための図であって、図８（Ａ）は回転モータの駆動時における並進歯車の各方向への移動量を示すグラフであり、図８（Ｂ）は回転モータの駆動時における並進歯車の動作を示す図である。実施の形態１に係る回転モータ１００のＹ方向駆動部６およびＸ方向駆動部７は、図示していないが、リード線やＦＰＣ（フレキシブルプリント配線基板）等を介して駆動回路と接続されている。この駆動回路から、Ｙ方向駆動部６およびＸ方向駆動部７を所望の動作をするよう、Ｙ方向駆動部６およびＸ方向駆動部７に電圧（駆動信号）が印加される。より具体的には、Ｙ方向駆動部６およびＸ方向駆動部７における第１圧電素子６２および第２圧電素子６３の各セラミック薄板の間に交互に挿入された電極に交流電圧が印加される。上述のように、この交流電圧を制御することで、チップ部６１の楕円振動の回転方向等を制御することができる。それにより、Ｙ方向移動部３１あるいはＸ方向移動部４１の移動量および移動方向等を制御することができる。したがって、Ｙスライダ３およびＸＹスライダ４の移動量および移動方向を制御することができる。
【００２９】
ここで、上述のように、Ｙスライダ３はケース１に対して、Ｙ方向に沿って移動可能である。また、ＸＹスライダ４はＹスライダ３に対して、Ｘ方向に沿って移動可能である。したがって、ＸＹスライダ４は、ケース１に対してＸＹ平面内を並進運動が可能であり、ケース１に対するＸＹスライダ４の移動量および移動方向を制御することができる。つまり、並進歯車５の駆動を制御することができる。なお、貫通孔３６および４６ｇは駆動軸２の径に比べて大きな径を有しているので、Ｙスライダ３およびＸＹスライダ４は、駆動軸２に干渉されることなく、ＸＹ平面内を移動可能である。
【００３０】
図８（Ａ）において、並進歯車５のＸ方向およびＹ方向の位置をグラフで示し、合わせて各区間（０−ａ、ａ−ｂ、ｂ−ｃ、ｃ−ｄ）の、並進歯車５のＸ、Ｙの各移動方向を示している。なお、移動量および移動方向の基準をケース１とし、並進歯車５の中心が回転歯車２１と同一である位置を、（Ｘ，Ｙ）＝（０，０）とする。まず、区間０−ａにおいては、図８（Ａ）に示すように並進歯車５はＸ、Ｙ方向ともに正の方向へと移動している。また、区間ａ−ｂにおいては、図８（Ａ）に示すように並進歯車５は、Ｘ方向において正の方向、Ｙ方向は負の方向へと移動している。区間ｂ−ｃにおいては、図８（Ａ）に示すように並進歯車５はＸ、Ｙ方向ともに負の方向へと移動している。区間ｃ−ｄにおいては、図８（Ａ）に示すように並進歯車５は、Ｘ方向において負の方向、Ｙ方向において正の方向へと移動している。そして、これら時間とＸ方向およびＹ方向位置とを示すグラフは、正弦波となる。このように、並進歯車５の駆動を駆動信号により制御することで、Ｘ方向およびＹ方向の運動成分が合成されて、並進歯車５はＸＹ平面内において時計回りの円運動すなわち並進円運動を行う。なお、並進円運動を反時計回りにするには、駆動信号の順を逆にすればよい。
【００３１】
図８（Ｂ）は、図８（Ａ）中のａ、ｂ、ｃ、ｄの時点における、並進歯車５と回転歯車２１との配置を示しており、並進歯車５が回転歯車２１と噛み合いながら、回転歯車２１の駆動軸２の周りを、円運動していることがわかる。また、回転歯車２１と並進歯車５との噛み合い位置が駆動軸２の周りを回転して円運動により移動している。なお、回転歯車２１は回転するが、その位置は変動しない。このとき、上述したように、並進歯車５の歯数は回転歯車２１の歯数よりも多いことから、回転歯車２１は駆動軸２を中心軸として回転運動する。そして、回転歯車２１と一体に運動する駆動軸２により、回転動力を取り出すことができる。また、回転歯車２１と並進歯車５とは噛み合っているので、これらの間にすべりが発生することがないため、例えばａ、ｂ、ｃ、ｄの各状態において並進歯車５の動作を停止させれば並進円運動を１／４回転ごとにステップ駆動が可能である。したがって、回転歯車２１も、並進歯車５のステップ駆動により、減速比に応じた所定角度回転のステップ駆動が可能である。
【００３２】
なお、回転歯車２１の歯数は並進歯車５の歯数より少ない。また、並進歯車５および回転歯車２１のそれぞれの歯丈が並進円運動の直径よりも大きい場合は、各歯が干渉するため、歯丈は上記並進円運動の直径よりも小さくする必要がある。また、並進歯車５の並進円運動１回転あたり、回転歯車２１は、回転歯車２１の歯数と並進歯車５の歯数との差分だけ回転する。例えば、並進歯車５の歯数が３８であり、回転歯車２１の歯数が３６であれば、並進歯車５が並進円運動を１回する間に、回転歯車２１は３８−３６＝２歯分回転する。
【００３３】
このように、実施の形態１に係る回転モータ１００は、並進円運動を回転運動に変換する駆動方式であるため、比較的大きな減速比を得ることができる。それにより、回転出力トルクを大きくできるという利点がある。また、直線駆動する超音波アクチュエータを２つ組み合わせて並進円運動を実現するので、並進円運動のストロークを大きくできる。すなわち、並進円運動の直径を大きくできる。これにより、歯車の歯のサイズを大きくすることができるため、歯車の歯の強度を増大させることが可能であり、回転モータ１００の出力を大きくしても、歯車の歯が破損することがない。このように、回転モータ１００は回転出力トルクを高出力とすることが可能である。また、歯車の歯のサイズを大きくすることができるため、製造が容易であるという効果も奏する。さらに、直線駆動する超音波アクチュエータは、大型化することがないので、回転モータ１００も大型化することはない。また、超音波アクチュエータは制御も容易である。
【００３４】
また、直線駆動する２つの超音波アクチュエータにより並進円運動を実現しているため、任意位置での動作の停止が可能である。また、内歯と外歯の噛合いにより並進円運動が回転運動に変換されるため、この変換においてすべりが生じることもない。したがって、回転モータ１００は、所定の回転量を得るステップ駆動が可能である。
【００３５】
なお、上述の回転モータ１００は並進歯車５を内歯歯車とし、回転歯車２１を外歯歯車としたが、これは逆でもよい。すなわち、並進歯車５を外歯歯車とし、回転歯車２１を内歯歯車としてもよい。その場合は、例えば外歯歯車をＸＹスライダ４に固定し、駆動軸２が内歯歯車の回転軸となるような構成とすればよい。なお、この場合に、内歯歯車の歯数が外歯歯車の歯数よりも多くなければ回転運動が生じることはない。
【００３６】
（実施の形態２）
本発明の実施の形態２に係る回転モータについて説明する。実施の形態２に係る回転モータ２００は、実施の形態１に係る回転モータ１００の変形例である。具体的には、実施の形態１に係る回転モータ１００と同様に、Ｙ（第１スライダ）スライダおよびＸＹスライダ（第２スライダ）を有し、並進歯車を並進円運動させる構成であるが、ＹスライダおよびＸＹスライダの構成が回転モータ１００とは異なる。また、実施の形態１に係る回転モータ１００においては、Ｙスライダ３およびＸＹスライダ４を直接Ｙ方向およびＸ方向駆動部６および７が駆動させていた。しかし、実施の形態２に係る回転モータ２００においては、Ｙ方向およびＸ方向６ａおよび７ａは、ＸＹスライダ４ａに固定された並進歯車５ａを直接駆動させ、間接的にＹスライダ３ａおよびＸＹスライダ４ａを駆動させる構成である。
【００３７】
なお、実施の形態１で示した部材と同様の部材については、同一の符号を付し説明を省略する。
【００３８】
まず、本発明の実施の形態２に係る回転モータの構成について説明する。図９は実施の形態２に係る回転モータの構成を説明するための断面図である。また、図１０は実施の形態２に係る回転モータのスライダの平面図であって、図１０（Ａ）は実施の形態２に係る回転モータのＹスライダの平面図であり、図１０（Ｂ）は実施の形態２に係る回転モータのＸＹスライダの平面図である。また、図１１は実施の形態２に係る回転モータにおける並進歯車の平面図である。なお、図９において、Ｙ方向は紙面垂直方向であり、Ｘ方向は左右方向であり、図１０（Ａ）、図１０（Ｂ）および図１１においてＹ方向は上下方向であり、Ｘ方向は左右方向である。
【００３９】
実施の形態２に係る回転モータ２００は、他の部材をその内部に設置されたケース１ａを備えている。ケース１ａからは、実施の形態１の回転モータ１００と同様に、回転歯車２１の回転軸であって、回転駆動する駆動軸２が突出している。なお、駆動軸２は軸受け２２、２３によって、ケース１ａに回転可能に支持されている。回転歯車２１はその外周に歯を有する外歯構造である。回転モータ２００は、基台であるケース１ａに対してＹ方向に並進運動が可能なＹスライダ（第１スライダ）３ａと、Ｙスライダ３ａに対してＸ方向に並進運動が可能なＸＹスライダ（第２スライダ）４ａとを備えている。
【００４０】
Ｙスライダ３ａは板状であり、その上面にはボール１２ａが嵌まり込む、Ｙ方向に伸びるＶ溝１３ａが形成されている。そして、ケース１ａの内側上面にはＶ溝１３ａと対であり、ボール１２ａが嵌まり込むＶ溝１０ａが形成されている。このような構成とすることで、Ｙスライダ３ａのケース１ａに対する移動方向はＹ方向に規制され、Ｙスライダ３ａはケース１ａに対してＹ方向へ滑らかに直進運動が可能である。また、Ｙスライダ３ａの中心部には、駆動軸２が貫通し、駆動軸２の径よりも十分大きな径を有する貫通孔３６ａが形成されている。
【００４１】
ＸＹスライダ４ａは板状であり、その上面にはボール３４ａが嵌まり込む、Ｘ方向に伸びるＶ溝３５ａが形成されている。そして、Ｙスライダ３ａの底面にはＶ溝３５ａと対であり、ボール３４ａが嵌まり込むＶ溝３０ａが形成されている。このような構成とすることで、ＸＹスライダ４ａの移動方向はＹスライダ３ａに対してＸ方向に規制され、ＸＹスライダ４ａはＹスライダ３ａに対してＸ方向へ滑らかに直進運動が可能である。また、ＸＹスライダ４ａの中心部には、駆動軸２が貫通し、駆動軸２の径よりも十分大きな径を有する貫通孔４６ａが形成されている。
【００４２】
また、ＸＹスライダ４ａはさらに並進歯車５ａを有している。並進歯車５ａはＸＹスライダ４ａの底面に固定設置され、ＸＹスライダ４ａと一体となって移動する。すなわち、並進歯車５ａは、ケース１ａに対してＸＹ平面内を並進運動が可能である。並進歯車５ａはその内周に歯が設置された内歯構造であり、回転歯車２１と噛み合うよう配置されている。より具体的には、並進歯車５ａの内径は回転歯車２１の外径よりも大きく、並進歯車５ａの歯数は回転歯車２１の歯数よりも多い。そして、並進歯車５ａが並進円運動を行うことで、回転歯車２１と並進歯車５ａとが噛み合い、回転歯車２１は駆動軸を中心に回転する。
【００４３】
Ｙ方向駆動部（第１駆動部）６ａおよびＸ方向駆動部（第２駆動部）７ａは、押圧台９ａ上に設置されている。押圧台９ａは、円盤状であり並進歯車５ａの下方に設置され、その中心部には、駆動軸２が貫通し、駆動軸２の径よりも十分大きな径を有する貫通孔５６が形成されている。このため、押圧台９ａが駆動軸２と干渉することはない。また、押圧台９ａとケース１ａの内部底面と押圧台９ａの底面との間にはバネ８ａが設置されていて、押圧台９ａは上方（並進歯車方向）へと付勢力をかけられている。それにより、Ｙ方向駆動部６ａおよびＸ方向駆動部７ａは、並進歯車５ａの底面に押し付けられている。また、Ｙ方向駆動部６ａおよびＸ方向駆動部７ａは実施の形態１に係る回転モータ１００のＹ方向駆動部６と同様の構成であり、交流電圧を印加することで、楕円振動を生じる。また、その振動は、印加する電圧の位相差のずれにより制御できる。Ｙ方向駆動部６ａは並進歯車５ａをＹ方向に駆動させるよう、楕円振動の方向を考慮して配置され、Ｘ方向駆動部７ａは並進歯車５ａをＸ方向に駆動させるよう、楕円振動の方向を考慮して配置される。これにより、Ｙ方向駆動部６ａを楕円振動させれば、並進歯車５ａと共に、Ｙスライダ３ａがＹ方向に沿って移動する。また、Ｘ方向駆動部７ａを楕円振動させれば、並進歯車５ａと共に、ＸＹスライダ４ａがＸ方向に沿って移動する。これにより、並進歯車５ａはケース１ａｂに対して、ＸＹ平面内を並進運動が可能である。なお、印加する交流電圧を制御することで、Ｙ方向駆動部６ａおよびＸ方向駆動部７ａを上下振動させることも可能である。この場合は、これらＹ方向駆動部６ａおよびＸ方向駆動部７ａと並進歯車５ａの底面との間の摩擦力が低減する。
【００４４】
このような回転モータ２００において、Ｙ方向駆動部６ａおよびＸ方向駆動部７ａの移動量および移動方向等を制御し、具体的には、図８（Ａ）で示すように制御することで、図８（Ｂ）に示すように回転歯車２１と噛み合いながら、回転歯車２１の駆動軸２の周りを円運動（並進円運動）するよう、並進歯車５ａの駆動を制御することができる。これにより、回転歯車２１は駆動軸２を中心軸として回転運動する。そして、回転歯車２１と一体に運動する駆動軸２により、回転動力を取り出すことができる。
【００４５】
このように、実施の形態２に係る回転モータ２００は、実施の形態１に係る回転モータ１００と同様に、並進円運動を回転運動に変換する駆動方式であるため、比較的大きな減速比を得ることができる。それにより、回転出力トルクを大きくできるという利点がある。また、直線駆動するアクチュエータを２つ組み合わせて並進円運動を実現するので、並進円運動のストロークを大きくできる。すなわち、並進円運動の径を大きくできる。これにより、歯車の歯のサイズを大きくすることができるため、歯車の歯の強度を増大させることが可能であり、回転モータ２００の出力を大きくしても、歯車の歯が破損することがない。このように、回転モータ２００は回転出力トルクを高出力とすることが可能である。また、歯車の歯のサイズを大きくすることができるため、容易に製造できる。さらに、直線駆動するアクチュエータは、大型化することがないので、回転モータ２００も大型化することはない。
【００４６】
また、直線駆動する２つの超音波アクチュエータにより並進円運動を実現しているため、任意位置での動作の停止が可能である。また、内歯と外歯の噛合いにより並進円運動が回転運動に変換されるため、この変換においてすべりが生じることもない。したがって、回転モータ２００は、所定の回転量を得るステップ駆動が可能である。
【００４７】
また、Ｙ方向駆動部６ａおよびＸ方向駆動部７ａは押圧台９ａ上に設置し、回転モータ２００の駆動により移動しない構成としたので、Ｙ方向駆動部６ａおよびＸ方向駆動部７ａに電圧を印加するための配線等に力がかかることがなく、絡まる、断線等が起こりえない。また、バネ８ａがＹ方向駆動部６ａおよびＸ方向駆動部７ａに付勢力をかける構造なので、複数のバネを設置する必要がない。
【００４８】
なお、上述の回転モータ２００は並進歯車５ａを内歯歯車とし、回転歯車２１を外歯歯車としたが、これは逆でもよい。すなわち、並進歯車５ａを外歯歯車とし、回転歯車２１を内歯歯車としてもよい。その場合は、例えば外歯歯車をＸＹスライダ４に固定し、駆動軸２が内歯歯車の回転軸となるような構成とすればよい。なお、この場合に、内歯歯車の歯数が外歯歯車の歯数よりも多くなければ回転運動が生じることはない。
【００４９】
（実施の形態３）
本発明の実施の形態３に係る回転モータについて説明する。実施の形態３の回転モータ３００は、実施の形態１の回転モータ１００と略同様の構成であり、並進歯車５を並進円運動させるための直線駆動するアクチュエータが、超音波アクチュエータでなく、電磁リニアアクチュエータである点が異なる。なお、電磁リニアアクチュエータは、超音波アクチュエータと同様、制御が容易であり、超音波アクチュエータを用いた場合と同様の動作が可能である。
【００５０】
図１２は図１のII−II矢視断面図であり、図１３は図１のIII−III矢視断面図である。また、図１４は実施の形態３に係る回転モータのＹスライダの平面図であり、図１５は実施の形態３に係る回転モータのＸＹスライダの平面図である。なお、図１４および図１５において、Ｙ方向は上下方向であり、Ｘ方向は左右方向である。また、図１２において、Ｙ方向は紙面に対して垂直方向であり、Ｘ方向は上下方向である。また、図１３において、Ｙ方向は上下方向であり、Ｘ方向は紙面垂直方向である。
【００５１】
実施の形態３に係る回転モータ３００と実施の形態１に係る回転モータ１００との相違点は、具体的には、Ｙ方向駆動部６およびＸ方向駆動部７の代わりに、Ｙ方向駆動コイル１６ａ、Ｙ方向駆動マグネット１６ｂおよびＸ方向駆動コイル１７ａ、Ｘ方向駆動マグネット１７ｂが設置されている点であり、それ以外は同様である。図１２〜図１５に示すように、Ｙ方向移動部３１にＹ方向駆動マグネット１６ｂが設置され、Ｙ方向駆動マグネット１６ｂと対向するように、Ｙ方向駆動コイル１６ａが設置されている。なお、Ｙ方向駆動コイル１６ａはケース１に固定されている。また、Ｘ方向移動部４１にＸ方向駆動マグネット１７ｂが設置され、Ｘ方向駆動マグネット１７ｂと対向するように、Ｘ方向駆動コイル１７ａが設置されている。なお、Ｘ方向駆動コイル１７ａはＹスライダ３に固定されている。電磁リニアアクチュエータは、Ｙ方向駆動コイル１６ａおよびＹ方向駆動マグネット１６ｂ、Ｘ方向駆動コイル１７ａおよびＸ方向駆動マグネット１７ｂにより構成されている。
【００５２】
このような構成であって、Ｙ方向駆動コイル１６ａおよびＸ方向駆動コイル１７ａには、図示していないが、リード線やＦＰＣ（フレキシブルプリント配線基板）等を介して駆動回路と接続されている。この駆動回路から、Ｙ方向駆動コイル１６ａおよびＸ方向駆動コイル１７ａに所望とする磁力を発生させるよう電流（駆動信号）が流れる。Ｙ方向駆動コイル１６ａからの磁力により、Ｙ方向駆動マグネット１６ｂに力がかかり、Ｙ方向移動部３１がケース１に対してＹ方向に沿って移動し、一体となってＹスライダ３もケース１に対してＹ方向に沿って並進運動する。また、Ｘ方向駆動コイル１７ａからの磁力により、Ｘ方向駆動マグネット１７ｂに力がかかり、Ｘ方向移動部４１がＹスライダ３に対してＸ方向に沿って移動し、一体となってＸＹスライダ４もＹスライダ３に対してＸ方向に沿って並進運動する。ＸＹスライダ４およびＹスライダ３の移動量および移動方向等は、Ｙ方向駆動コイル１６ａおよびＸ方向駆動コイル１７ａへの駆動信号により制御できる。
【００５３】
実施の形態３に係る回転モータ３００は、このような構成であって、実施の形態１に係る回転モータ１００と同様の動作によって、並進歯車５を並進円運動させることで、回転歯車２３を回転運動させて、回転動力を駆動軸２から取り出すことができる。
【００５４】
なお、実施の形態１に係る回転モータ１００と同様に、上述の回転モータ３００において、並進歯車５を外歯歯車とし、回転歯車２１を内歯歯車としてもよい。その場合は、例えば外歯歯車をＸＹスライダ４に固定し、駆動軸２が内歯歯車の回転軸となるような構成とすればよい。なお、この場合に、内歯歯車の歯数が外歯歯車の歯数よりも多くなければ回転運動が生じることはない。
【００５５】
また、実施の形態２に係る回転モータ２００において、Ｙ方向駆動部６ａおよびＸ方向駆動部７ａの代わりに、Ｙ方向駆動コイル１６ａ、Ｙ方向駆動マグネット１６ｂおよびＸ方向駆動コイル１７ａ、Ｘ方向駆動マグネット１７ｂを用いてもよい。
【００５６】
なお、実施の形態１〜３において、駆動部は超音波アクチュエータまたは電磁リニアアクチュエータとしたが、駆動部はこれらに限定されるわけではなく、これら以外の直線駆動するアクチュエータを用いてもよい。
【００５７】
本発明を表現するために、上述において図面を参照しながら実施形態を通して本発明を適切且つ十分に説明したが、当業者であれば上述の実施形態を変更および／または改良することは容易に為し得ることであると認識すべきである。したがって、当業者が実施する変更形態または改良形態が、請求の範囲に記載された請求項の権利範囲を離脱するレベルのものでない限り、当該変更形態または当該改良形態は、当該請求項の権利範囲に包括されると解釈される。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】実施の形態１に係る回転モータの構成を説明するための平面図である。
【図２】図１のII−II矢視断面図である。
【図３】図１のIII−III矢視断面図である。
【図４】実施の形態１に係る回転モータのＹスライダの平面図である。
【図５】実施の形態１に係る回転モータのＸＹスライダの平面図である。
【図６】Ｙ方向駆動部の構成を説明するための図である。
【図７】Ｙ方向駆動部に印加する電圧の波形を示したグラフである。
【図８】実施の形態１に係る回転モータの動作について説明するための図であって、図８（Ａ）は回転モータの駆動時における並進歯車の各方向への移動量を示すグラフであり、図８（Ｂ）は回転モータの駆動時における並進歯車の動作を示す図である。
【図９】実施の形態２に係る回転モータの構成を説明するための断面図である。
【図１０】実施の形態２に係る回転モータのスライダの平面図であって、図１０（Ａ）は実施の形態２に係る回転モータのＹスライダの平面図であり、図１０（Ｂ）は実施の形態２に係る回転モータのＸＹスライダの平面図である。
【図１１】実施の形態２に係る回転モータにおける駆動装置の並進歯車の平面図である。
【図１２】図１のII−II矢視断面図である。
【図１３】図１のIII−III矢視断面図である。
【図１４】実施の形態３に係る回転モータのＹスライダの平面図である。
【図１５】実施の形態３に係る回転モータのＸＹスライダの平面図である。
【図１６】従来の回転モータの断面図である。
【符号の説明】
【００５９】
１、１ａ      ケース
２            駆動軸
３、３ａ      Ｙスライダ
４、４ａ      ＸＹスライダ
５、５ａ      並進歯車
６、６ａ      Ｙ方向駆動部
７、７ａ      Ｘ方向駆動部
８、８ａ、９  バネ
９ａ          押圧台
１０、１０ａ、１３、１３ａ、３０、３０ａ、３５、３５ａ  Ｖ溝
１１          第２Ｙ方向直進案内部
１２、１２ａ、３４、３４ａ  ボール
１６ａ        Ｙ方向駆動コイル
１６ｂ        Ｙ方向駆動マグネット
１７ａ        Ｘ方向駆動コイル
１７ｂ        Ｘ方向駆動マグネット
１８、１９    支持部
２１          回転歯車
２２、２３    軸受け
３１          Ｙ方向移動部
３２          第１Ｙ方向直進案内部
３３          第２Ｘ方向直進案内部
３６、３６ａ、４６、４６ａ、５６  貫通孔
４１          Ｘ方向移動部
４２          第１Ｘ方向直進案内部
６１          チップ部
６２          第１圧電素子
６３          第２圧電素子
６４          ベース
９２、８２    係止具
１００、２００、３００  回転モータ
５０１        駆動軸
５０２        支持球
５０３        圧電素子
５０４        被駆動筒
５０５        駆動歯車
５０６        被駆動歯車
【図１】
2010007826.tif 000003
【図２】
2010007826.tif 000004
【図３】
2010007826.tif 000005
【図４】
2010007826.tif 000006
【図５】
2010007826.tif 000007
【図６】
2010007826.tif 000008
【図７】
2010007826.tif 000009
【図８】
2010007826.tif 000010
【図９】
2010007826.tif 000011
【図１０】
2010007826.tif 000012
【図１１】
2010007826.tif 000013
【図１２】
2010007826.tif 000014
【図１３】
2010007826.tif 000015
【図１４】
2010007826.tif 000016
【図１５】
2010007826.tif 000017
【図１６】
2010007826.tif 000018