(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転子及び振動子を備える超音波モータと固定対象部材との固定構造であって、
前記超音波モータは、
弾性変形可能な予圧バネと、
前記予圧バネの弾性力により前記回転子を前記振動子に対して加圧可能となるように、前記振動子を前記回転子と前記予圧バネとの間に保持する振動子保持手段と
を備えており、
前記振動子保持手段と前記固定対象部材とが固定され、
前記振動子保持手段は、
前記回転子と同軸に設けられるシャフトと、
前記振動子を貫通するように設けられるロッドと、
前記ロッドの一端側に設けられ、前記シャフトと前記ロッドとを連結する保持部材と、
前記ロッドの他端側に設けられ、前記振動子との間に前記予圧バネを保持する予圧印加用部材と
を有することを特徴とする超音波モータと固定対象部材との固定構造。
【請求項２】
前記シャフトと前記固定対象部材とが固定される請求項１に記載の超音波モータと固定対象部材との固定構造。
【請求項３】
前記ロッドと前記固定対象部材とが固定される請求項１に記載の超音波モータと固定対象部材との固定構造。
【請求項４】
前記保持部材と前記固定対象部材とが固定される請求項１に記載の超音波モータと固定対象部材との固定構造。
【請求項５】
前記回転子は前記シャフトに回転可能に支持されており、
前記シャフトには、前記固定対象部材と係合することにより、前記回転子の回転に伴って前記シャフトが共回りすることを防止する回転拘束部が設けられる請求項１〜４のいずれか一項に記載の超音波モータと固定対象部材との固定構造。
【請求項６】
前記回転子と前記シャフトとは一体として回転可能であり、
前記回転子及び前記シャフトの回転に伴って前記振動子が共回りすることを防止する回転拘束部材が設けられる請求項１〜４のいずれか一項に記載の超音波モータと固定対象部材との固定構造。
【請求項７】
前記固定対象部材は、前記超音波モータを支持するための支持部材である請求項１〜６のいずれか一項に記載の超音波モータと固定対象部材との固定構造。
【請求項８】
前記固定対象部材は、前記超音波モータを覆うための外装部材である請求項１〜６のいずれか一項に記載の超音波モータと固定対象部材との固定構造。
【請求項９】
前記ロッド及び前記シャフトが前記外装部材に固定される請求項８に記載の超音波モータと固定対象部材との固定構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、超音波モータと固定対象部材との固定構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、圧電素子等を含む振動子に超音波振動を発生させ、振動子に加圧接触された回転子を両部材間の摩擦力によって回転させる超音波モータが実現されている。超音波モータを産業用途に適用する場合、超音波モータと何らかの固定対象部材とを固定する必要があり、例えば特許文献１に記載の超音波モータでは、振動子に固定されたシャフトに支持部材を接着し、支持部材を固定対象部材に締結している。
【０００３】
ここで、振動子は振動を発生する部材であるため、特許文献１に記載の超音波モータのように振動子と固定対象部材とを直接的に固定すると、振動子の振動が固定対象部材によって阻害されてしまうという問題が生じる。したがって、超音波モータと固定対象部材との固定構造には、振動子が発生する振動に対して固定対象部材が及ぼす影響を低減することが求められる。
【０００４】
また、特許文献２には、振動子に設けられた支持板を介して固定対象部材に固定される振動型アクチュエータ（超音波モータ）が記載されている。この振動型アクチュエータの支持板は、振動子の径方向外側に向かって延出する複数の腕部を有しており、これらの腕部が固定対象部材に固定される。支持板が設けられている部位は、振動子が発生する縦振動の節となる部位、すなわち振幅がゼロになる部位となっており、それにより、振動子の振動に対して固定対象部材が及ぼす影響が低減される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３２３１３８３号公報
【特許文献２】特許第４０７７９２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述したように、特許文献１に記載の超音波モータでは振動子と固定対象部材とが直接的に固定されているため、振動子の振動が固定対象部材によって阻害されてしまうという問題点が生じる。また、特許文献２に記載の振動型アクチュエータでは、振動子の振動が阻害されることを防止するため、振動の節となる部位に支持板を配置することが必要となり、設計上の制約を受けるという問題点を有していた。さらに、特許文献２における支持板の腕部は振動子の径方向外側に延出しているため、径方向における寸法が大きくなるという問題点も有していた。
【０００７】
この発明は、このような問題点を解決するためになされたもので、振動子が発生する振動に対して固定対象部材が及ぼす影響を、設計上の制約を受けることなく低減することを実現した超音波モータと固定対象部材との固定構造を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明は、回転子及び振動子を備える超音波モータと固定対象部材との固定構造であって、超音波モータは、弾性変形可能な予圧バネと、予圧バネの弾性力により回転子を振動子に対して加圧可能となるように、振動子を回転子と予圧バネとの間に保持する振動子保持手段とを備えており、振動子保持手段と固定対象部材とが固定され、振動子保持手段は、回転子と同軸に設けられるシャフトと、振動子を貫通するように設けられるロッドと、ロッドの一端側に設けられ、シャフトとロッドとを連結する保持部材と、ロッドの他端側に設けられ、振動子との間に予圧バネを保持する予圧印加用部材とを有することを特徴とするものである。
【０００９】
この場合、シャフトと固定対象部材とを固定すること、ロッドと固定対象部材とを固定すること、あるいは保持部材と固定対象部材とを固定することが可能である。また、もちろん「固定」とは、他部材を介して固定することも含む概念である。
【００１０】
また、回転子がシャフトに回転可能に支持されている場合、シャフトには、固定対象部材と係合することにより、回転子の回転に伴ってシャフトが共回りすることを防止する回転拘束部を設けてもよい。
さらに、回転子とシャフトとが一体として回転可能である場合、回転子及びシャフトの回転に伴って振動子が共回りすることを防止する回転拘束部材を設けてもよい。
【００１１】
尚、固定対象部材は、超音波モータを支持するための支持部材であってもよく、あるいは、超音波モータを覆うための外装部材であってもよい。また、固定対象部材が外装部材である場合、ロッド及びシャフトを外装部材に固定することも可能である。
【発明の効果】
【００１２】
この発明によれば、振動子を回転子と予圧バネとの間に保持する振動子保持手段が固定対象部材に固定されるため、振動子と固定対象部材との間に予圧バネが介在した状態となる。つまり、振動子は固定対象部材に対し、予圧バネを介して宙に浮いた状態となるため、振動子が発生する振動の腹や節の位置に捉われることなく、振動子と固定対象部材との間で振動を絶縁することが可能となる。したがって、超音波モータと固定対象部材との固定構造において、振動子が発生する振動に対して固定対象部材が及ぼす影響を、設計上の制約を受けることなく低減することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】この発明の実施の形態１に係る超音波モータと固定対象部材との固定構造を示す断面側面図である。
【図２】実施の形態１に係る超音波モータの構成を説明するための部分拡大図である。
【図３】（ａ）は実施の形態１に係る超音波モータにおける回転拘束部を示す拡大図であり、（ｂ）は回転拘束部の変形例を示す拡大図である。
【図４】この発明の実施の形態２に係る超音波モータと固定対象部材との固定構造を示す断面側面図である。
【図５】この発明の実施の形態３に係る超音波モータと固定対象部材との固定構造を示す側面図であり、一部を断面で示している。
【図６】この発明の実施の形態４に係る超音波モータと固定対象部材との固定構造を示す断面側面図である。
【図７】この発明の実施の形態５に係る超音波モータと固定対象部材との固定構造を示す断面側面図である。
【図８】この発明の実施の形態６に係る超音波モータと固定対象部材との固定構造を示す断面側面図である。
【図９】この発明の実施の形態７に係る超音波モータと固定対象部材との固定構造を示す断面側面図である。
【図１０】この発明の実施の形態８に係る超音波モータと固定対象部材との固定構造を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下に、この発明の実施の形態について、添付図面に基づいて説明する。
実施の形態１．
この実施の形態１に係る超音波モータと固定対象部材との固定構造について、図１〜３を用いて説明する。
まず、図１に示される超音波モータ１の構成について説明する。尚、以下の説明の便宜上、超音波モータ１における上下方向を図１等に示す各矢印によって規定する。
超音波モータ１は、略円筒形状を有する回転子２と、超音波振動を利用して回転子２を軸方向周り（矢印Ｒ参照）に回転させるための振動子３とを備えている。また、振動子３は、回転子２が接触する固定子４と、固定子４に超音波振動を発生させる圧電素子５とを有している。
【００１５】
固定子４と圧電素子５とは、固定子４の軸部４ａに設けられた雄ねじ４ｂを圧電素子５の内周部に設けられた雌ねじ５ａに締結することによって固定されている。また、振動子３は全体として略円筒状の外形を有しており、回転子２の軸方向と振動子３の軸方向とが互いに直交した配置となっている。尚、圧電素子５は複数の圧電素子板を積層したものであり、これらの圧電素子板に図示しない駆動回路から交流電圧を印加することにより、固定子４に超音波振動が発生する。
【００１６】
回転子２には、その中央部を軸方向に沿って貫通するシャフト６が設けられており、回転子２の内部に設けられた軸受部材７ａ、７ｂによってシャフト６が回転可能に支持されている。回転子２の軸方向における中間部には下方側に開口する開口部２ａが形成されており、シャフト６の外周部を囲む保持部材７ｃが開口部２ａの内部に収容されている。また、超音波モータ１は、振動子３の中央部を軸方向に沿って貫通するロッド８を備えている。ロッド８の上端部には雄ねじ８ａが形成されており、この雄ねじ８ａが保持部材７ｃに設けられた雌ねじ７ａに締結され、接着材等によって固定されている。尚、ロッド８の上端部はシャフト６の外周面に当接しており、シャフト６とロッド８とが一体として固定されている。すなわち、回転子２に対し同軸に設けられたシャフト６と振動子３を貫通するように設けられたロッド８とは、保持部材７ｃを介して連結された状態となっている。
【００１７】
一方、振動子３の下方側に延出するロッド８の下端部にも雄ねじ８ｂが設けられており、この雄ねじ８ｂには、予圧印加用部材である予圧印加用ナット９が締結されている。また、振動子３と予圧印加用ナット９との間には、弾性変形可能な予圧バネ１０が所定の荷重で圧縮された状態で保持されており、それにより、予圧印加用ナット９、ロッド８、保持部材７ｃ及びシャフト６を介して回転子２が下方側に向かって付勢され、振動子３に対して加圧された状態となっている。ここで、振動子３は、シャフト６、保持部材７ｃ、ロッド８及び予圧印加用ナット９により、予圧バネ１０の弾性力により回転子２を振動子３に対して加圧可能となるように、回転子２と予圧バネ１０との間に保持されている。つまり、シャフト６、保持部材７ｃ、ロッド８及び予圧印加用ナット９は、超音波モータ１における振動子保持手段を構成している。
【００１８】
図２に示すように、固定子４は、回転子２と圧電素子５との間に配置される円筒状の頭部４ｃを有している。頭部４ｃの上部には、図２の奥行き方向、すなわち回転子２及びシャフト６の軸方向に沿って直線状に延びる一対の接触部１１、１２が上方側に突出するように形成されている。また、これらの接触部１１、１２の上部には、回転子２の外周面２ｂに沿った円弧状の断面を有する接触面１１ａ、１２ａが形成されており、これらの接触面１１ａ、１２ａと回転子２の外周面２ｂとが接触している。すなわち、超音波モータ１は、圧電素子５が固定子４に発生させた超音波振動を、回転子２の外周面２ｂと、固定子４の接触面１１ａ、１２ａとの間の摩擦力を利用して伝達することにより、回転子２を矢印Ｒで示される方向に回転させるものである。
【００１９】
次に、超音波モータ１と固定対象部材との固定構造について説明する。
図１に示すように、回転子２の両側部には、シャフト６を支持し、超音波モータ１が左右方向に移動しないように規制する軸受２１がそれぞれ設けられている。また、軸受２１の側部には、固定対象部材としての一対の支持部材２２が配置されており、これらの支持部材２２に対してシャフト６の一端６ａ及び他端６ｂがそれぞれ固定されている。尚、一対の支持部材２２は平板状のプレート２３上にそれぞれ固定されている。図３（ａ）に示すように、支持部材２２は、一対のブロック部材２２ａ及び２２ｂをボルト２４で固定する構成となっており、ブロック部材２２ａ及び２２ｂを組み合わせることによって形成される貫通穴２２ｃ内にシャフト６が配置される。また、シャフト６の一端６ａ側の端面には、凹状の切り込み６ｃが形成されており、支持部材２２には、この切り込み６ｃに係合する図示しない係合部が設けられている。
【００２０】
すなわち、シャフト６の切り込み６ｃは、支持部材２２側の図示しない係合部と係合することにより、回転子２（図１参照）の回転に伴うシャフト６の共回りを防止するものであり、この切り込み６ｃが超音波モータ１における回転拘束部を構成している。尚、図３（ａ）に示される切り込み６ｃは回転拘束部の一例を示すものであり、他の構成とすることも可能である。例えば図３（ｂ）に示すように、シャフト６の一端にＤ字状の断面を有するＤ字状端部６ｄを形成するとともに、支持部材２２の貫通穴２２ｃもＤ字状に形成することによってシャフト６の回転を拘束することも可能であり、この場合、Ｄ字状端部６ｄが超音波モータ１の回転拘束部を構成する。
【００２１】
続いて、この発明の実施の形態１に係る超音波モータ１と支持部材２２との固定構造において、超音波モータ１が作動した状態における作用について説明する。
図１に示すように、まず振動子３における圧電素子５の複数の圧電素子板に対し、図示しない駆動回路から交流電圧が印加される。交流電圧が印加されると、圧電素子５の各電圧素子板は互いに異なる振動方向の超音波振動を発生し、これらの超音波振動が複合されて固定子４に伝達される。超音波振動が固定子４に伝達されると、固定子４の接触面１１ａ、１２ａ（図２参照）には、矢印Ｒで示される回転子２の軸方向周りの超音波楕円振動が発生する。
【００２２】
以上のように振動子３で発生した超音波楕円振動は、固定子４の接触面１１ａ、１２ａと回転子２の外周面２ｂ（図２参照）との間に作用する摩擦力を介して回転子２に伝達され、それにより、回転子２が矢印Ｒで示される方向に回転する。尚、シャフト６は、回転子２の内部に設けられた軸受部材７ａ、７ｂによって回転可能に支持されている。また、シャフト６は、その一端６ａ側の端面に形成された切り込み６ｃ（図３（ａ）参照）と支持部材２２の図示しない係合部とが係合することによって回転を拘束されており、シャフト６とロッド８とは、保持部材７ｃを介して一体として固定されている。したがって、超音波モータ１の作動時に回転するのは回転子２のみである。
【００２３】
ここで、シャフト６、保持部材７ｃ、ロッド８及び予圧印加用ナット９は、予圧バネ１０の弾性力によって回転子２を振動子３に対して加圧可能となるように、振動子３を回転子２と予圧バネ１０との間に保持している。また、このように構成される超音波モータ１において、一対の支持部材２２にはシャフト６が固定されているため、超音波振動を発生する振動子３と支持部材２２との間には予圧バネ１０が介在した状態となる。つまり、振動子３は支持部材２２に対し、予圧バネ１０を介して宙に浮いた状態となるため、振動子３が発生する超音波振動の腹や節の位置に関わらず、振動子３と支持部材２２との間で振動が絶縁される。したがって、超音波モータ１の動作時において、振動子３が発生する超音波振動が支持部材２２によって阻害されることがない。
【００２４】
以上に述べたように、予圧バネ１０の弾性力によって回転子２と振動子３とを加圧接触させる超音波モータ１において、振動子３を回転子２と予圧バネ１０との間に保持する部材の１つであるシャフト６を支持部材２２に固定するように構成したので、振動子３と支持部材２２との間で振動が絶縁される。また、振動子３と支持部材２２との間で振動が絶縁されるため、振動子３が発生する超音波振動の節や腹の位置に基づいて固定を行う必要がない。したがって、超音波モータ１と固定対象部材である支持部材２２との固定構造において、振動子３が発生する振動に対して支持部材２２が及ぼす影響を設計上の制約を受けることなく低減することが可能となる。
【００２５】
また、例えばフランジ等、振動子３の径方向外側に突出する部材等を用いることなく超音波モータ１を固定することができるため、軽量化が可能であるとともに、超音波モータ１をロボットハンドの指等に適用した場合に外径を細くすることもできる。
【００２６】
実施の形態２．
次に、この発明の実施の形態２に係る超音波モータと固定対象部材との固定構造について説明する。
この実施の形態２に係る超音波モータと固定対象部材との固定構造は、実施の形態１に対し、固定対象部材である支持部材と支持部材に対する超音波モータの固定方法とを変更したものである。尚、以下に説明する実施の形態において、図１〜３に示される符号と同一の符号は同一または同様の構成要素であるため、その詳細な説明は省略する。
【００２７】
図４に示すように、この実施の形態２における固定対象部材は、超音波モータ３１の下方に配置された平板状の支持部材３２であり、この支持部材３２に対し、超音波モータ３１のロッド３３が固定されている。ロッド３３は、実施の形態１のロッド８における雄ねじ８ａ及び雄ねじ８ｂと同様の雄ねじ３３ａ及び雄ねじ３３ｂを有している。また、ロッド３３の下端部は予圧印加用ナット９を貫通して下方側に延びており、その先端部には、予圧印加用ナット９が締結される雄ねじ３３ｂより小さい外径を有する雄ねじ３３ｃが設けられている。超音波モータ３１と支持部材３２とは、ロッド３３の雄ねじ３３ｃを支持部材３２に設けられた雌ねじ３２ａに締結することによって固定されている。また、超音波モータ３１のその他の構成は、実施の形態１における超音波モータ１と同様である。
【００２８】
つまり、超音波モータ３１において振動子支持手段を構成する部材はシャフト６、保持部材７ｃ、ロッド３３及び予圧印加用ナット９であり、これらの部材のうち、本実施の形態２ではロッド３３を支持部材３２に固定している。このように、超音波モータ３１のロッド３３を支持部材３２に対して固定するように構成しても、振動子３が宙に浮いた状態となって振動が絶縁された状態となるため、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。
尚、この実施の形態２における固定対象部材は平板状の支持部材３２として構成されたが、支持部材３２を平板状の部材に限定するものではなく、例えば、複数の超音波モータ３１同士を連結するような構成にも適用可能である。すなわち、超音波モータ３１の回転子２に支持部材３２の雌ねじ３２ａと同様の雌ねじを設けることにより、超音波モータ３１同士を連結できるため、ロボットハンドの指や、蛇型のロボット等に本発明を適用することが可能となる。この場合、上記のような雌ねじが形成された回転子が固定対象部材となる。
【００２９】
実施の形態３．
次に、この発明の実施の形態３に係る超音波モータと固定対象部材との固定構造について説明する。
この実施の形態３は、実施の形態１に係る超音波モータ１における回転子がシャフトに対して回転可能な構成であったのに対し、回転子とシャフトとが一体として回転可能である構成に変更するとともに、以下に説明する回転拘束部材を用いて超音波モータの回転を防止する固定構造としたものである。
【００３０】
図５に示すように、超音波モータ４１における回転子２の内部には、例えばシャフトフォルダやセットカラー、あるいはカップリング等である一対の嵌合部材４２ａ、４２ｂが設けられている。これらの嵌合部材４２ａ、４２ｂにはシャフト６が嵌合されて固定されており、回転子２とシャフト６とが一体として回転可能となっている。あるいは、嵌合部材４２ａ、４２ｂを省略し、回転子２とシャフト６とを接着して一体として回転可能としてもよい。また、回転子２の開口部２ａには、シャフト６を回転可能に支持するベアリング等の保持部材４３が収容されており、この保持部材４３に設けられた雌ねじ４３ａにロッド８の雄ねじ８ａが締結され、接着等によって固定されている。つまり、本実施の形態３に係る超音波モータ４１では、シャフト６、保持部材４３、ロッド８及び予圧印加用ナット９が振動子支持手段を構成している。超音波モータ４１におけるその他の構成は、実施の形態１の超音波モータ１と同様である。
【００３１】
以上のように構成される超音波モータ４１の両側部に一対の支持部材４４が配置されており、支持部材４４の内部に設けられた軸受４５によってシャフト６が回転可能に支持されている。尚、支持部材４４はプレート４６上に固定された部材であり、超音波モータ４１もこのプレート４６上に載置されている。ここで、超音波モータ４１の回転子２とシャフト６とは一体として回転可能であり、且つシャフト６はロッド８に対して回転可能に連結されている。つまり、超音波モータ４１の振動子３は、ロッド８、予圧印加用ナット９及び予圧バネ１０と共に、回転子２及びシャフト６に対して回転可能となっているため、回転子２の回転に伴って振動子３が共回りし、図５の奥行き方向における奥側から手前側に向かって浮き上がる事態が生じ得る。
【００３２】
このように超音波モータ４１の振動子が浮き上がることを防止するため、支持部材４４が固定されているプレート４６には、バー状（棒状）の回転拘束部材４６ａが固定されている。バー状の回転拘束部材４６ａは、棒状の部材を図５の奥行き方向に向かってコ字状に形成したものであり、超音波モータ４１の振動子３の外周部に当接するように設けられている。したがって、超音波モータ４１の作動時に振動子３が図５の奥行き方向手前側に浮き上がるように回転しようとしても、その回転を回転拘束部材４６ａによって規制することが可能となっている。この回転拘束部材４６ａは棒状の部材に限られず、例えば板状の部材など適宜の形状を取ることができる。また、以上のように超音波モータ４１を支持部材４４に固定する場合においても、振動子３は支持部材４４に対して振動を絶縁された状態となっているため、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。
【００３３】
実施の形態４．
次に、この発明の実施の形態４に係る超音波モータと固定対象部材との固定構造について説明する。この実施の形態４は、実施の形態１〜３に係る固定構造が単体の超音波モータを支持部材に固定するものであったのに対し、２つの超音波モータを連結する固定構造に適用したものである。
図６に示すように、２つの超音波モータ５１が、互いの振動子３同士が対向するように配置されており、これらの超音波モータ５１の間には、固定対象部材である円筒状の連結部材５２が配置されている。各超音波モータ５１は、先端部に雄ねじ５３ａが形成されたロッド５３を有しており、この雄ねじ５３ａを連結部材５２の内周部に設けられた雌ねじ５２ａに両側からそれぞれ締結することにより、超音波モータ５１同士が連結されている。また、２つの超音波モータ５１の間には、１つの予圧バネ５４が互いの振動子３に接触するように設けられており、この予圧バネ５４によって各回転子２を加圧するようになっている。超音波モータ５１におけるその他の構成は、実施の形態１と同様である。
【００３４】
以上のように、円筒状の連結部材５２を固定対象部材として２つの超音波モータ５１同士を連結するように構成した場合においても、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。また、この実施の形態４のように超音波モータ５１同士を連結した場合、１つの予圧バネ５４を共用することができるため、軽量化及び小型化することが可能となる。
尚、本実施の形態４のように一対の超音波モータ５１を連結させる場合、一方の超音波モータ５１における振動子保持手段は、この超音波モータ５１のシャフト６、保持部材７ｃ及びロッド５３と、他方の超音波モータ５１の振動子３となる。
【００３５】
実施の形態５．
次に、この発明の実施の形態５に係る超音波モータと固定対象部材との固定構造について説明する。尚、この実施の形態５に係る超音波モータと固定対象部材との固定構造は、超音波モータを覆うための外装部材を固定対象部材としたものである。
図７に示すように、超音波モータ６１は、実施の形態２における超音波モータ３１に対し、実施の形態３における一対の嵌合部材４２ａ、４２ｂ及び保持部材４３を用いるように構成したものであり、回転子２とシャフト６とが一体として回転可能となっている。このように構成される超音波モータ６１に対し、外装部材であるカバー６２が固定されている。
【００３６】
カバー６２は、上方側の底部６２ａ及び下方側の底部６２ｂを有する有底円筒状の部材であって、超音波モータ６１を全体的に覆って密閉するために設けられている。また、カバー６２は、その内部に超音波モータ６１を収容するために３つに分割可能となっており、上方側の底部６２ａを含む半円筒状の部材である２つの上部カバー片６３、６４と、下方側の底部６２ｂを含む略円板状の下部カバー片６５とから構成されている。尚、超音波モータ６１をカバー６２で密閉する理由の例としては、回転子２と固定子４との摩擦によって生じる磨耗粉が外部に飛散することを防止することや、超音波モータ６１に防水対策を施すこと、あるいはカバー６２によって密閉された空間内に潤滑油や冷却液等を満たすことなどが挙げられる。
【００３７】
超音波モータ６１のシャフト６の両端部は、カバー６２の上部カバー片６３、６４において対応する部位に形成された貫通穴６３ａ、６４ａを貫通して外部に露出している。また、貫通穴６３ａ、６４ａの内部には軸受部材６６ａ、６６ｂがそれぞれ設けられており、これらの軸受部材６６ａ、６６ｂがシャフト６を回転可能に支持している。さらに、カバー６２の外部に露出するシャフト６において、軸受部材６６ａ、６６ｂの側部に位置する部位には止め輪６７ａ、６７ｂがそれぞれ取り付けられており、シャフト６が左右方向に移動するのを防止している。ここで、超音波モータ６１の回転子２とシャフト６とは一体として回転可能となっている。すなわち、超音波モータ６１の出力は、シャフト６を介してカバー６２の外部に出力される。
【００３８】
超音波モータ１のロッド３３の下端部は、予圧印加用ナット９とカバー６２の底部６２ｂに形成された貫通穴６２ｃを貫通してカバー６２の外部に露出している。また、ロッド３３の下端部に設けられた雄ねじ３３ｃには、底部６２ｂの内部側及び外部側に配置された固定用ナット６８ａ、６８ｂが締結されている。つまり、カバー６２は、回転子２に固定されたシャフト６が貫通する二箇所と、シャフト６を介して回転子２に連結されたロッド３３が貫通する一箇所との三箇所で、超音波モータ６１に固定された状態となっている。
【００３９】
つまり、振動子３は、カバー６２の内部において宙に浮いた状態、すなわちカバー６２に対して振動を絶縁された状態となっている。したがって、実施の形態１と同様に、超音波モータ６１にカバー６２を固定することによって振動子３の超音波振動が阻害されることがない状態となっている。
【００４０】
尚、以上のように構成される超音波モータ６１に対してカバー６２を固定する場合、まず、下部カバー片６５の貫通穴６２ｃに超音波モータ６１のロッド３３が挿入され、超音波モータ６１と下部カバー片６５とが固定用ナット６８ａ、６８ｂによって固定される。次いで、上部カバー片６３と上部カバー片６４とが左右方向から組み合わされ、超音波モータ６１のシャフト６の両端部が、上部カバー片６３に設けられた軸受部材６６ａと上部カバー片６４に設けられた軸受部材６６ｂとを貫通してカバー６２の外部に露出される。カバー６２の外部に露出したシャフト６に止め輪６７ａ、６７ｂが取り付けられ、超音波モータ６１に対するカバー６２の固定が完了する。
【００４１】
実施の形態６．
次に、この発明の実施の形態６に係る超音波モータと固定対象部材との固定構造について説明する。
この実施の形態６に係る超音波モータと固定対象部材との固定構造は、実施の形態５におけるカバー６２が、固定用ナット６８ａ、６８ｂを用いて超音波モータ６１のロッド３３に固定されていたのに対し、以下に説明するブラケットを介して固定するように構成したものである。
【００４２】
図８に示すように、超音波モータ６１のロッド３３の下端部とカバー７２とが、ブラケット７１を介して固定されている。ブラケット７１は、ロッド３３が固定される平板状のロッド固定部７３と、ロッド固定部７３の両端部から下方側に延びる一対のカバー固定部７４とを有する略コ字状の部材である。ロッド固定部７３には雌ねじ７３ａが形成されており、この雌ねじ７３ａにロッド３３の雄ねじ３３ｃを締結するとともに、ロッド固定部７３を貫通した雄ねじ３３ｃにナット７５を取り付けることによって、ロッド３３とブラケット７１とが固定されている。
【００４３】
カバー７２は、実施の形態５と同様の２つの上部カバー片６３、６４と、これらの上部カバー片６３、６４の下部に取り付けられる下部カバー片７６とを有している。下部カバー片７６は、ブラケット７１の一対のカバー固定部７４を間に挟むように開口するとともに下方側に延びる側壁部７６ａを有しており、この側壁部７６ａとブラケット７１のカバー固定部７４とが、ボルト７７によって固定されている。その他の構成については、実施の形態５と同様である。
【００４４】
以上のように構成されるカバー７２を超音波モータ６１に固定する場合、まず、超音波モータ６１のロッド３３にブラケット７１が固定され、次いで、ブラケット７１に下部カバー片７６が固定される。その後、実施の形態５と同様に上部カバー片６３、６４を左右方向から組み合わせることにより、カバー７２が超音波モータ６１に固定される。このように、超音波モータ６１のロッド３３とカバー７２とをブラケット７１を介して固定するように構成した場合においても、振動子３の超音波振動がカバー７２に対して絶縁されるため、実施の形態５と同様の効果を得ることができる。
【００４５】
実施の形態７．
次に、この発明の実施の形態７に係る超音波モータと固定対象部材との固定構造について説明する。
この実施の形態７に係る超音波モータと固定対象部材との固定構造は、超音波モータ６１の出力を回転子２の中央部を貫通するシャフト６から取り出す構成であった実施の形態５に対し、回転子の外周部に設けられた回動部材から出力を取り出す構成に適用したものである。
【００４６】
図９に示すように、超音波モータ８１における回転子２の外周部には、例えばロボットハンドの指として用いられる棒状の部材である回動部材８２が一体として固定されている。また、回転子２には、その中央部を軸方向に沿って貫通するシャフト８３が設けられており、回転子２の内部に設けられたベアリング等の軸受部材７ａ、７ｂによってシャフト８３が回転可能に支持されている。すなわち、この実施の形態７における超音波モータ８１は、実施の形態２における超音波モータ３１と同様に、回転子２及び回動部材８２が回転してもシャフト８３は回転しないように構成されたものであり、この点が実施の形態５、６における超音波モータ６１と異なっている。
【００４７】
超音波モータ８１には、回動部材８２を外部に露出させるための上部開口８４ａを有するカバー８４が固定されている。カバー８４において、シャフト８３に対応する部位には貫通穴８４ｂ、８４ｃが設けられており、これらの貫通穴８４ｂ、８４ｃを通ってシャフト８３の両端部が外部に露出している。また、シャフト８３の両端部には雄ねじ８３ａ、８３ｂがそれぞれ設けられている。これらの雄ねじ８３ａ、８３ｂには、ナット８５ａ、８５ｂがカバー８４の外部壁面に当接する位置まで締結されており、それにより、シャフト８３が左右方向に移動するのを防止している。その他の構成については、実施の形態５と同様である。
【００４８】
以上のように、回転子２の外周面に固定された回動部材８２を有する超音波モータ８１にカバー８４を固定するよう構成としても、振動子３の超音波振動は阻害されないため、実施の形態５と同様の効果を得ることができる。
また、カバー８４は上部開口８４ａを有しているため、実施の形態５、６のように超音波モータ８１を密閉することはできなくなっているが、上述したように、超音波モータ８１及びカバー８４をロボットハンドの指等である外骨格として適用することができる。この場合、ロボットハンドの外骨格には、何らかの物体を把持する際等に衝撃が作用することがあるが、カバー８４は、ロッド３３の下端部とシャフト８３の両端部との三箇所で超音波モータ８１に堅牢に支持されているため、作用する衝撃を受け止めることが可能となり、破損や故障等を低減することができる。
【００４９】
実施の形態８．
次に、この発明の実施の形態８に係る超音波モータと固定対象部材との固定構造について説明する。
この実施の形態８に係る固定構造は、実施の形態１における超音波モータ１が、その振動子保持手段であるシャフト６、保持部材７ｃ、ロッド８及び予圧印加用ナット９のうちのシャフト６を固定対象部材である支持部材２２に固定していたのに対し、保持部材を固定対象部材に固定するように構成したものである。
【００５０】
図１０に示すように、超音波モータ９１は、シャフト６の外周部を囲む保持部材９７ｃを開口部２ａの内部に有している。保持部材９７ｃには、回転子２の開口部２ａを通る棒状部材９８の一端が例えばねじ止めや接着等によって一体として固定されており、この棒状部材９８の他端側が図示しない固定対象部材に固定されている。尚、保持部材９７ｃは、棒状部材９８が固定されること以外は実施の形態１における保持部材７ｃと同様の構成を有している。また、超音波モータ９１は、保持部材７ｃの代わりに保持部材９７ｃを用いること以外は、実施の形態１における超音波モータ１と同様の構成を有している。
【００５１】
以上のように、超音波モータ９１における振動子保持手段であるシャフト６、保持部材９７ｃ、ロッド８及び予圧印加用ナット９（図１参照）のうち、シャフト６とロッド８とを連結する保持部材９７ｃを固定対象部材に固定するように構成しても、振動子３が宙に浮いた状態となって振動が絶縁された状態となるため、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。
【００５２】
実施の形態１〜７における超音波モータは、円筒状の回転子と、全体として略円筒形状を有する振動子とを、互いの軸方向が直行するように配置されるものとして構成されたが、このような構成に限定するものではない。回転子の軸方向と振動子の軸方向とが一致する配置となる構成の超音波モータに本発明による固定構造を適用することも可能である。
【符号の説明】
【００５３】
１，３１，４１，５１，６１，８１，９１  超音波モータ、２  回転子、３  振動子、
６，８３  シャフト（振動子支持手段）、６ｃ  切り込み（回転拘束部）、６ｄ  Ｄ字状端部（回転拘束部）、７ｃ，４３，９７ｃ  保持部材（振動子支持手段）、８，３３，５３  ロッド（振動子支持手段）、９  予圧印加用ナット（予圧印加用部材、振動子支持手段）１０，５４  予圧バネ、２２，３２，４４  支持部材（固定対象部材）、４６ａ  回転拘束部材、５２  連結部材（固定対象部材）、６２，７２，８４  カバー（外装部材、固定対象部材）。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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