(57)【要約】本発明は、ネジ山付きの超音波モータ駆動機構に関し、超音波応用の分野に属する。その機構は、ネジ山付きのステータとローターとからなり、そのステータが、中空の金属多面体とその多面体に接着される圧電セラミックスシートとから構成される。ステータは、ネジ山によりローターを回転するように駆動するとともに、ネジ山によりローターの回転運動を直線運動に変換する。本発明は、構成が簡単で、他の伝達機構をなくすことができ、微型化により良く適して、微型機械や、光学フォーカスなどの分野において応用見込みがある。【選択図】図３
2009516491.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステータと、ローターと、ステータまたはローターに一体に接着される複数の圧電セラミックスシートとからなるネジ山駆動多面体超音波モータにおいて、
前記ステータのローターと接触する表面にネジ山が設けられ、前記ローターにステータと噛合うネジ山が形成されていることを特徴とするネジ山駆動多面体超音波モータ。
【請求項２】
前記ローターは、多面管体であり、前記圧電セラミックスシートがそれぞれ当該多面体に接着されて振動体を構成し、
そのローターの内面にネジ山が形成され、前記ステータは、ローター内に嵌められる管体であり、当該ステータの外面にはローターと噛合う外ネジ山が設けられ、当該ステータの一端は固定支持されている
ことを特徴とする請求項１記載のネジ山駆動多面体超音波モータ。
【請求項３】
前記ステータは、外面に外ネジ山が形成されているボスを上部に有し、下部の外面が多面体である管体であり、
前記圧電セラミックスシートがそれぞれ当該多面体に接着されて振動体を構成し、
前記ローターは、内ネジ山を有し、前記ステータの外側に嵌められ、ステータの外ネジ山と噛合う管体であり、
ステータ内に、底端がステータの底端に固定支持されるインナー管が挿入されている
ことを特徴とする請求項１記載のネジ山駆動多面体超音波モータ。
【請求項４】
前記ステータは、内面に内ネジ山が形成されているボスを内面の上部に有し、底端が固定支持されている管体であり、
前記ステータの外面が多面体であり、前記圧電セラミックスシートがそれぞれ当該多面体に接着されて振動体を構成し、
前記ローターは、外ネジ山を有し、前記ステータ内に嵌められ、ステータの内ネジ山と噛合う管体である
ことを特徴とする請求項２記載のネジ山駆動多面体超音波モータ。
【請求項５】
前記圧電シートの数目が３又は４の倍数であり、或いは、面内屈曲進行波又は定在波を形成できる圧電シート数目である１，２，３またはその倍数である
ことを特徴とする請求項１、２、３、又は４記載のネジ山駆動多面体超音波モータ。
【請求項６】
前記ステータは、シングルステータ、ダブルステータ又はマルチステータ構成であり、
ステータとローターとのネジ山同士を互いに密着させるように、スプリング又はＵ型弾性シート或いは磁性素子によりプリテンションを提供し、
前記ネジ山は、断面形状が三角形、台形、矩形、凸面又はその組合せである連続的、間欠的又は特定の軌跡に沿う曲線状のネジ山であり、
前記ネジ山の表面に耐摩耗性処理を実行されており、或いは耐磨耗性材料が塗布されている
ことを特徴とする請求項１記載のネジ山駆動多面体超音波モータ。
【請求項７】
前記シングルステータ、或いはダブルステータまたはマルチステータの一つは、一端が薄肉の振動バリア区域によりベースに固定されている
ことを特徴とする請求項６記載のネジ山駆動多面体超音波モータ。
【請求項８】
前記シングルステータ、或いはダブルステータまたはマルチステータの一つは、一端が直接にベースに固定されている
ことを特徴とする請求項６記載のネジ山駆動多面体超音波モータ。
【請求項９】
前記ローターは、ダブル又はマルチローター構成であり、ステータとローターとのネジ山同士を互いに密着させるように、スプリング又はＵ型弾性シート或いは磁性素子によりプリテンションを提供し、
前記ローターは、中実又は中空のものである
ことを特徴とする請求項１、２、又は３記載のネジ山駆動多面体超音波モータ。
【請求項１０】
前記ローターは、ダブル又はマルチローター構成であり、前記ステータは、ダブル又はマルチステータ構成であり、
ダブルステータ又はダブルローターを小さな角度でずらして同軸に接着することにより、プリテンションを提供して、ステータとローターとのネジ山対偶をプリテンションする
ことを特徴とする請求項１、２、又は３記載のネジ山駆動多面体超音波モータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、超音波応用領域に関し、特に、多面体管型超音波モータのネジ山駆動システムの構成設計に関する。
【背景技術】
【０００２】
圧電超音波モータは、圧電材料の逆圧電効果を利用して、特定の構成により製造される駆動機構であり、普通、圧電セラミクスと、ステータと、ローターと、予圧機構と、伝達機構などの機能部材からなる。そのような圧電超音波モータは、圧電材料の逆圧電効果によりステータの表面に超音波振動を生じさせるとともに、ステータとローターとの間の摩擦力によりローターを運動させるように駆動する。超音波モータは、普通の電磁モータより優れた下記利点を有する。
【０００３】
１．回転数が低く、トルクが大きくて、減速機構を必要とせずに負荷を直接駆動できる。
２．体積が小さく、構成がフレキシブルであって、パワー/体積比が電磁モータの３〜１０倍である。
３．起動や停止に対する応答が速くて、応答時間が１ms未満である。
４．電磁妨害を生じることがなく、電磁に妨害されることもない。
５．自己保持トルクを有し、歯車隙間がなく、精密な位置決めが実現できる。
６．運転が静かで、騒音がない。
【０００４】
従来の圧電超音波モータとしては、図１と図２に示された。
【０００５】
図１は、多面体管型超音波モータの構成図である。図１の（１）に示された主要部材の構成として、ステータ１３とその外面に接着されている電歪素子（圧電セラミックスシート）１１、１２とからなる振動体を有する。それらは、圧電管を複数の電極に分割することにより構成され、或いは、複数の圧電シートを圧電管（当該多面体管が金属材料からなり、または、圧電シートと接触する表面が金属導電層である）の外面に接着することにより成型される。その振動体の内面は、滑らかなリング面である。ローターとして、切り込み１４を有する円環体１５とした円管を利用する。それは、振動体の内面に取り付けられ、進行波超音波モータの駆動原理を利用して圧電セラミックスシートに相応的な駆動電圧を印加する場合、振動体の内面に生じる進行波が円環体に対して回転することができる。円環体１５に切り込みを設けるのは、ステータとローターとの接触表面に予圧を増加させるためである。
【０００６】
そのようなモータはレンズフォーカスシステムに応用されることが望ましく、その場合のネジ山伝達システムの構成が図１の（２）に示されている。その図から分かるように、鏡筒１５（上記のローター構成に相当する）は、その先端部にネジ山が刻設されている。その鏡筒１５は、装置内に移動しない。１３は、多面体管型リングであり、その外面に圧電セラミックスシート１１、１２が接着されている（上記の振動体構成に相当する）。その多面体管１３の先端に接着される前ホルダー１６が、圧電セラミックスシート１１，１２と一体に形成されている。前ホルダー１６の先端部には、鏡筒１５の先端に形成されるネジ山と噛み合うネジ山が刻設されている。固定リングにより、フォーカスレンズ組を前ホルダに固定するとともに、その前ホルダーの末端に、鏡筒の左端のネジ山と噛み合うネジ山が形成されている。振動体は、前ホルダーの端部に接着され、その振動体の内面と鏡筒の外面とが接触する。圧電セラミックスが電気信号により励起される時、圧電シート１１，１２及び多面体１３が鏡筒１５に対し回転駆動され、前ホルダー１６も従動に回転する。このように、鏡筒の外面に対し環面駆動を形成する。鏡筒の左端にネジ山が刻設されているから、前ホルダーのネジ山が鏡筒先端のネジ山に対して移動した結果、前ホルダーが軸方向に沿って運動するようになる。従って、直線運動に転換され、フォーカスの目的を達成できる。それは、ネジ山伝達システムと称される。該システムにおいて、圧電励起信号を接触スイッチにより導入する必要がある。
【０００７】
図２の（１）と（２）は、多面体管型錐形シャフトにより出力する超音波モータの構造をに示す模式図であり、ステータ２１の内面に錐形歯２２が形成され、その外面に圧電セラミックス２３が接着されて、振動体となる。そのステータ２１の内側には、錐形歯２２と接触する錐形シャフトがローター２４として配置されている。図２の（３）は、その構造をロボット関節に用いる場合の組立図である。その図に示されるように、振動体の外面にモータケーシング２７が嵌められ、その両端には、締め付けネジ２８によりモータケーシング２７と一体に固定される先端カバー２５及び後端カバー２６がゴムワシャー２９を介して付けられている。この構造により、振動体の回転運動を直接にローターに伝達する。
【０００８】
しかし、上記の構造では、実際に実施する場合に、回転運動を直線運動に変換するには、他の伝達機構（ネジ山伝達またはネジ伝達）が必要である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、従来の技術に存在している欠点を解消し、構成が簡単で、ステータとローターとが直接にネジ山接触により相対運動を生じるとともに、回転運動を直線運動に変換できるようにする多面体管型超音波モータネジ山駆動システム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】
【００１０】
本発明のネジ山駆動多面体超音波モータは、ステータと、ローターと、ステータまたはローターに一体に接着される複数の圧電セラミックスシートとからなるネジ山駆動多面体超音波モータにおいて、前記ステータのローターと接触する表面にネジ山が設けられ、前記ローターにもステータと噛合うネジ山が形成されていることを特徴とする。
【００１１】
前記ステータは両端で挟まれてもよく、一端で挟まれてもいい。ステータ及び対応するローターとの外ネジ山又は内ネジ山は、管体の全体に形成されてもよく、一部に形成されてもいい（上部、中部または下部のいずれに形成されてもいい）。
【００１２】
前記圧電セラミックスシートをステータまたはローターに接着して振動体を構成することができる。また、ステータまたはローターの圧電セラミックスを接着する表面が多面体である。
【００１３】
前記ステータをローターの外側に嵌めてもよく、ローター内側に嵌めてもいい。
【００１４】
前記圧電セラミックスシートの数が３または４の倍数であり、または、面内屈曲進行波または定在波を形成できる配列数である１，２，３またはその倍数である。励起方式もそれに対応するものである。
【００１５】
本発明は、構成が簡単で、ステータとローターとがネジ山により直接に接触し、ステータがネジ山によりローターを回転駆動するから、他の伝達機構を必要とせず、微型化により良く適して、微型機械や、光学フォーカスなどの分野において広く応用される見込みがある。
【発明の効果】
【００１６】
本システムによれば、他の伝達機構を省略し、応用構成をより簡単でコンパクトにすることができるから、微型化により良く適して、微型機械や、光学フォーカスなどの分野において広く応用される見込みがある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
実施例１：ネジ山駆動十二面体管型超音波モータ
該ネジ山駆動十二面体管型超音波モータは、図３に示されるように、それぞれ十二面体管３２の外面に接着されて振動体を構成する合計１２枚の圧電セラミックスシート３２を備え、圧電シート３１１，３１２，３１３，３１４，３１５，３１６，３１７，３１８，３１９，３１１０，３１１１，３１１２が順次に配列されている。十二面体管３２の内面にネジ山が形成されおり、その内側に円管３３が嵌められ、円管の外面に、十二面体管３２と噛合う外ネジ山が設けられている。円管３３は、一端が固定支持されてステータとされ、振動体はローターとされる。圧電シート３１１，３１２，３１５，３１６，３１９，３１１０が正方向に分極され、且つ圧電シート３１３，３１４，３１７，３１８，３１１１，３１１２が逆方向に分極される場合には、圧電シート３１１，３１３，３１５，３１７，３１９，３１１１をsinωtの信号により励起し、圧電シート３１２，３１４，３１６，３１８，３１１０，３１１２をcosωtの信号により励起する時、ローター３２には屈曲進行波が生じ、ローターをステータ３３に対して運動させることができる。一方、全ての圧電シートを正方向に分極すれば、sinωt、cosωt、-sinωt、-cosωtの信号を順次に印加する必要がある。
【００１８】
実施例２：ネジ山駆動四面体管型超音波モータ
該ネジ山駆動四面体管型超音波モータは、図４に示されるように、上部にボスを有するインナー管型ステータ４１を備え、ボス部分の外面に外ネジ山が形成され、ステータの下部の外面が四面体であり、圧電シート４２（合計４枚：４２１，４２２，４２３，４２４）がそれぞれ四面体に接着されて振動体を構成する。内ネジ山を有するアウター管式ローター４３がステータ４１の外側に嵌められ、ステータの外ネジ山と嵌め合う。ステータに挿入される固定のパイプ材４４は、底端がステータの底端に固定支持される。
【００１９】
ステータに接着される圧電シートが何れも正方向に分極される場合には、圧電シート４２１，４２２，４２３，４２４にそれぞれsinωt、cosωt、-sinωt、-cosωtの信号を印加して励起する場合、ステータ４１に屈曲進行波を生じさせることができ、ローター４３を回転させるとともに軸方向に運動させるように駆動する。パイプ材４４内にレンズ組またはその他のデバイスを装着することができる。
【００２０】
圧電シート４２１，４２２が正方向に分極され、圧電シート４２３，４２４が逆方向に分極されるとき、圧電シート４２１，４２３にsinωtの信号を印加するとともに、圧電シート４２２，４２４にcosωtの信号を与えることにより駆動することができる。
【００２１】
実施例３：ネジ山駆動八面体管型超音波モータ
該ネジ山駆動八面体管型超音波モータは、図５に示されるように、アウター管型ステータ５１を備える。ステータの内面にボスが設けられ、ボスの内面に内ネジ山が設けられ、ステータの底端が固定支持されており、ステータの外面は八面体であり、該八面体に圧電シート５２（合計八枚：５２１，５２２，５２３，５２４，５２５，５２６，５２７，５２８）がそれぞれ接着されて振動体を構成する。また、外ネジ山を有するインナー管型ローター５３がステータ５１の内側に嵌められ、ステータの内ネジ山と噛合う。
【００２２】
ステータに接着される圧電シートがいずれも正方向に分極される場合に、圧電シート５２１，５２２，５２３，５２４，５２５，５２６，５２７，５２８にそれぞれsinωt、cosωt、-sinωt、-cosωt、sinωt、cosωt、-sinωt、-cosωtの信号を印加して励起するとき、ステータ５１の上端部に屈曲進行波が生じ、ローター５３を回転させるとともに軸方向に運動させるように駆動する。
【００２３】
一方、ステータに接着される圧電シートのうち、圧電シート５２１，５２２，５２５，５２６が正方向に分極され、圧電シート５２３，５２４，５２７，５２８が逆方向に分極される場合には、圧電シート５２１，５２３，５２５，５２７にsinωtの信号を印加するとともに、圧電シート５２２，５２４，５２６，５２８にcosωtの信号を印加することにより、ローター５３を回転させるとともに軸方向に運動させるように駆動することができる。また、面内屈曲進行波または定在波を生じさせることができる他の配列の圧電シート枚数である１，２，３またはその倍数、及び対応する励起方式を採用してもいい。
【００２４】
実施例４：プリテンション（引っ張り）スプリング付きの超音波モータネジ山駆動システム
本実施例のプリテンション（引っ張り）スプリング付きの多面体超音波モータネジ山駆動システムは、超音波モータと、その超音波モータ内に嵌め込まれる被駆動素子及びプリテンション（引っ張り）スプリングとを備える。図６に示されるように、超音波モータは、ローター６１と、１２枚の圧電素子６２（圧電素子６２が、シート状、弧状シート、柱状または各種の多面体、一体リング状または錐形圧電素子である）が接着されるステータ６３とを備える。ステータとローターとには、互いに噛合うネジ山が形成されている。当該ネジ山は、三角形、台形、矩形、凸面などの形状や上記形状の組合せの断面を有し、また、連続ネジ山であってもよく、間欠ネジ山または特定な軌跡に沿う曲線状のネジ山であってもいい。さらに、ネジ山の表面に耐磨耗処理を実行したり、耐磨耗性の材料を塗布したりしてもいい。被駆動素子を選択的にステータ６３のチャンバー６９または/及びステータ６１のチャンバー６７に設けることができる。ステータの一端には、一端がベース６４に固定されてベースのステータ振動への影響を軽減するための薄肉バリア区域６５が設けられている。普通のネジ山接触対の間には、ネジ山隙間があり、且つ往復運動するときにリターン隙間が生じることもあるから、運動精度に影響を及ぼす。そのため、ネジ山対偶に対しプリテンション（引っ張り）を印加する必要がある。図６では、圧縮スプリング６８により、ローター６７とベース６４との間に軸方向のプリテンション（引っ張り）を加える。そのプリテンション（引っ張り）により、ネジ山の歯が常に一方向に接触するから、リターン隙間をなくすことができる。また、プリテンション（引っ張り）の存在により、摩擦駆動力の大きさを調整するための機構を提供することもできる。ローターが回転するときに摩擦力を減少させるために、ベースまたはステータにボール付きのベアリング６６を設けることができる。スプリングの形態としては、弾性シートであってもいい。また、ベアリングの形態としては、ボールを収納している溝またはスライドシートであってもいい。
【００２５】
また、その代わりに、素子６６及び６８として二つの磁性リングを使用することもでき、または、一方が磁性リングであり、他方が鉄磁性リングであってもいい。これにより、磁性吸引力を生じさせ、プリテンション（引っ張り）を提供する。
【００２６】
圧電素子６２に交流電圧を印加すると、ステータ６３は、摩擦により直接ローター６１を回転駆動するとともに、ネジ山伝達によってローター６１の回転運動を相応的な軸方向に沿う直線運動に変換する。そして、被駆動素子は、ローターに取り付けられる場合に軸方向の直線運動が得られる。光学レンズ体（組）を従動させると、光学フォーカスの機能を発揮できる。
【００２７】
実施例５：ローターキャップ及びプリテンション（引っ張り）スプリング付きの超音波モータネジ山駆動システム
図７に示されるように、本実施例と実施例４との間に、以下のような主要な区別がある。即ち、この実施例には、プリテンション（引っ張り）スプリング７１２がステータ７３の外部に設けられ、スプリング７１２の二つの支持端のうち、一方がローターキャップ７１１にあり、他方がベアリング７４にある。ローター７１１が回転するときにリターン隙間及び摩擦力を低減するために、ベアリング７４は、ベース７９に設けてもよく、ステータ７３に設けてもいい。また、スプリングの形態としては、弾性シートであってもいい。ベアリングの形態としては、ボールを収納している溝またはスライドシートであってもいい。７７は、耐摩耗性コーティングである。
【００２８】
また、その代わりに、ステータ７３とローター７１との間の断面において二つの磁性リングを使用することもでき、または、一方が磁性リングであり、他方が鉄磁性リングであってもいい。これにより、磁性吸引力を生じさせ、プリテンション（引っ張り）を提供する。
【００２９】
実施例６：プリテンション（引っ張り）スプリング付きのダブルステータ型超音波モータネジ山駆動システム
図８に示されるように、この実施例では、プリテンション（引っ張り）スプリング付きのダブルステータ構成を採用した。ステータ８２と８６は、同時にローター８１０を運動させるように駆動する。ステータ８６は、一端がバリア区域８８によりベース８９に固定される。ステータとローターとのネジ山を互いに密着させるように、二つのステータの間にスプリング８３によりプリテンション（引っ張り）を提供する。ステータ８２、８６に接着されるストッパー８１と８７は、スプリングの両端を止める。ストッパーの材料として、金属であってもよく非金属であってもいい。二つのステータは、係止溝８１３により位置付けられて、ステータ８２を回動させないようにする。圧電素子８４、８５に交流電圧を印加すると、ステータ８２と８６が、同時にローターを運動させるように駆動する。ローターに被駆動素子が装着すれば、軸方向に沿う直線運動が得られる。光学レンズ体（組）を従動させると、光フォーカスの機能を実現できる。その光学レンズ組をローターチャンバー８１１及び/又はステータチャンバー８１２に装着して、光学レンズ組を従動させることにより光フォーカスの機能を発揮するようにしてもいい。
【００３０】
他の構成や使用方法は、実施例４と５と同じ又は類似であるから、その説明を省略する。
【００３１】
実施例７：プリテンション（引っ張り）Ｕ型弾性シート付きのダブルステータ多面体超音波モータネジ山駆動システム
図９に示されるように、この実施例と実施例６との間に、以下のような主要な区別がある。即ち、本実施例には、Ｕ型弾性シート９４は、ステータ９１を回転させないように、二つのステータ９１と９６とを接続するが、ステータとローターとのネジ山同士を密着させるように、ステータ９１と９６との間に支持され、プリテンション（引っ張り）を提供する。
【００３２】
その他の構成や使用方法は、実施例５又は４と同じ又は類似であるから、その説明を省略する。
【００３３】
実施例８：プリテンション（引っ張り）スプリング付きのダブルローター型超音波モータネジ山駆動システム
図１０に示されるように、本実施例では、プリテンション（引っ張り）スプリング付きのダブルローター構成を採用した。この実施例に二つのローター１０３と１０５を採用したが、ステータとローターとのネジ山を互いに密着させるように、ローター１０３と１０５の両者の間に、スプリング１０４によりプリテンション（引っ張り）を提供する。二つのローターは、相対的に回転しないように係止溝１０９により位置付けられている。ステータ１０１は、同時にローター１０３と１０５を運動させるように駆動し、一端が直接にベース１０７に固定されている。また、実施例５のようにバリア区域によりステータをベースに固定してもいい。ローターに被駆動素子が装着すれば、その被駆動素子が軸方向に沿う直線運動を行う。光学レンズ体（組）をローターチャンバー１０１０及び／又はステータチャンバー１０８に装着して、圧電素子１０２に交流電圧を印加すると、ローター１０３と１０５が同時に運動し、光学レンズ組が従動して、光フォーカスの機能を実現できる。
【００３４】
また、その代わりに、二つのローターの間に、二つの磁性リングを使用することもでき、または、一方が磁性リングであり、もう一方が鉄磁性リングであってもいい。これにより、磁性吸引力を生じさせ、プリテンション（引っ張り）力を提供する。
【００３５】
実施例９：プリテンション（引っ張り）Ｕ型弾性シート付きのダブルローター型超音波モータネジ山駆動システム
図１１に示されるように、この実施例と実施例８との間に、以下のような主要な区別がある。即ち、この実施例には、相対に運動させないように二つのローター１１３と１１５とをＵ型弾性シート１１４により接続するが、ステータとローターとのネジ山同士を密着させるように、ローター１１３と１１５との間にプリテンション（引っ張り）力を提供する。
【００３６】
また、その代わりに、二つのローターの間に、二つの磁性リングを使用することもでき、または、一方が磁性リングであり、他方が鉄磁性リングであってもいい。これにより、磁性吸引力を生じさせ、プリテンション（引っ張り）力を提供する。
【００３７】
その他の構成や使用方法は、実施例８と同じ又は類似であるから、ここでその説明を省略する。
【００３８】
実施例１０：磁性リング付きのダブルローター型超音波ネジ山駆動システム
図１２に示されるように、この実施例と実施例８との間に、以下のような主要な区別がある。即ち、この実施例には、ステータとローターとのネジ山同士を密着させるように、二つの磁性リング１２１２によりローター１２３と１２５との間にプリテンション（引っ張り）を提供する。また、二つのローター１２３と１２５とを相対に運動させないように係止溝１２９により接続する。その二つの磁性リングの一方が磁性リング、他方が鉄磁性リングであてっもいい。さらに、磁性リング１２１２をローターとベース（又は、ステータ）との間に、又はダブル（マルチ）ステータの間に介在させてもいい。
【００３９】
その他の構成や使用方法は、実施例８と同じ又は類似するから、ここでその説明を省略する。
【００４０】
実施例１１：シングル圧電シート励起定在波型超音波モータネジ山駆動システム
図１３に示されるように、ローター１３３が中実のものであり、一つだけの圧電シート１３２１により（２、３又はその倍数の数の圧電シートを利用してもいい）ステータ１３１に接着される。面内定在波を生じさせるように、単相信号電圧でステータを励起して、その定在波が、ステータとローターとのネジ山同士の接触によりローターを回転運動と直線運動させるように摩擦駆動する。ローター又はステータは、シングル、ダブル、マルチローター又はステータであってもよく、実施例４−１２のようにプリテンション力を加える。当該ローターによりミクロ位置決めシステム又はミクロポンプを駆動することができる。
【００４１】
上記の実施例によれば、シングルステータ／ローター、又はダブルステータ或いはダブルローター構成を採用して、且つ、ステータとローターとのネジ山同士を互いに密着させるように、スプリング、Ｕ型弾性シート及び磁性素子によりプリテンション（引っ張り）を提供することにより、リターン隙間をなくし、駆動力を増大させることができる。また、ステータとローターとの間に相対的な軸方向運動が生じるから、被駆動素子は、ローターに装着される場合に軸方向に沿う直線運動を行う。さらに、光レンズ体（組）を従動させると、光フォーカスの機能を実現できる。光レンズ体（組）と結像素子との距離が変化して、簡単な又は複合の光学フォーカス、ズーミング機能を実現できる。
【００４２】
プリテンション（引っ張り）を提供する方法として、ダブルステータ（又はダブルローター）を小さな角度でずらして同軸に接着することにより、ネジ山対偶をプリテンションする目的を実現させる。
【００４３】
このようなプリテンション力を与える方法は、一体化構成のマルチステータ、マルチローター型の超音波ネジ山駆動光学フォーカス／ズーミングシステムにも適用する。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】図１は、従来の多面体管型超音波モータの構成の模式図であり、そのうち、図１の（１）が主要部材の構成を示し、図１の（２）がその構成を用いたネジ山駆動システムの概略図である。
【図２】図２は、従来の多面体管型錐形シャフトにより出力する超音波モータの構成の模式図であり、そのうち、図２の（１）、（２）は主要部材の構成を示し、図２の（３）がその構成をロボット関節に用いる場合の組立図である。
【図３】図３は、本発明の実施例１である多面体管型超音波モータネジ山駆動システムの構成の模式図である。
【図４】図４は、本発明の実施例２である四面体管型インナーステータネジ山駆動システムの構成の模式図である。
【図５】図５は、本発明の実施例３である八面体管型アウターステータネジ山駆動システムの構成の模式図である。
【図６】図６は、本発明の実施例４であるプリテンショーン（引っ張り）スプリング付きの超音波モータネジ山駆動システムの断面構成の模式図である。
【図７】図７は、本発明の実施例５であるローターキャップとプリテンショーン（引っ張り力）スプリング付きの超音波モータネジ山駆動システムの断面構成の模式図である。
【図８】図８は、本発明の実施例６であるプリテンショーン（引っ張り）スプリング付きのダブルステータ型超音波モータネジ山駆動システムの断面構成の模式図である。
【図９】図９は、本発明の実施例７であるプリテンショーン（引っ張り）Ｕ型弾性シート付きのダブルステータ型超音波モータネジ山駆動システムの断面構成の模式図である。
【図１０】図１０は、本発明の実施例８であるプリテンショーン（引っ張り）スプリング付きのダブルローター型超音波モータネジ山駆動システムの断面構成の模式図である。
【図１１】図１１は、本発明の実施例９であるプリテンショーン（引っ張り）Ｕ型弾性シート付きのダブルローター型超音波モータネジ山駆動システムの断面構成の模式図である。
【図１２】図１２は、本発明の実施例１０である磁性リング付きのダブルローター型超音波モータネジ山駆動システムの断面構成の模式図である。
【図１３】図１３は、本発明の実施例１１であるシングル圧電シート励起定在波型超音波モータネジ山駆動システムの構成の模式図である。
【図１】
2009516491.tif 000003
【図２】
2009516491.tif 000004
【図３】
2009516491.tif 000005
【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】
2009516491.tif 000010
【図９】
2009516491.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【手続補正書】
【提出日】平成20年5月21日(2008.5.21)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステータと、ローターと、ステータまたはローターに一体に結合される圧電素子とを有し、外形が多面体であるネジ山駆動多面体超音波モータにおいて、
上記ステータ又はローターに多面体周方向に沿う面内屈曲進行波又は定在波が励起され、前記ステータとローターとの接触する面同士には相互に噛合うネジ山が設けられていることを特徴とするネジ山駆動多面体超音波モータ。
【請求項２】
前記ローターは、前記圧電素子を多面体に接着することにより構成され、当該ローターの内面に内ネジ山が形成され、前記ローターには多面体管に沿う面内屈曲進行波が励起され、
上記ローターに対応し、外面に前記ローターの内ネジ山と噛合う外ネジ山が形成されているステータが、前記内ネジ山が形成されるローター内に嵌められる
ことを特徴とする請求項１記載のネジ山駆動多面体超音波モータ。
【請求項３】
前記ステータは、外面の一部に外側に面するボスを有する管体であり、上記外側に面するボスの外面に外ネジ山が形成され、そのステータの残った部分の外面が多面体であり、
前記圧電素子が上記ステータの多面体に接着されて超音波モータのステータを構成し、そのステータに多面体に沿う面内屈曲進行波が励起され、
前記ローターは、内ネジ山を有し、前記ステータボスの外側に嵌められ、ステータのボスの外ネジ山と噛合う管体であり、
ステータ内に、底端がステータの底端に固定支持されるインナー管が挿入されている
ことを特徴とする請求項１記載のネジ山駆動多面体超音波モータ。
【請求項４】
前記ステータは、内面の一部に内側に面するボスを有する管体であり、上記内側に面するボスの内面に内ネジ山が形成され、上記ステータは、上記圧電素子を多面体に接着することにより構成され、前記ローターは、外ネジ山を有し、前記ステータ内に嵌められ、ステータのボスの内ネジ山と噛合う管体である
ことを特徴とする請求項１記載のネジ山駆動多面体超音波モータ。
【請求項５】
前記ステータは、上記圧電素子を多面体に接着することにより構成され、上記ステータの内面に内ネジ山が形成され、上記ステータに多面体管に沿う面内屈曲進行波が励起され、
上記ステータに対応するローターは、前記内ネジ山を有するステータ内に嵌められ、上記ローターの外面に上記ステータと噛合う外ネジ山が形成されている
ことを特徴とする請求項１記載のネジ山駆動多面体超音波モータ。
【請求項６】
前記圧電素子の数は、面内屈曲進行波又は定在波を形成できる１、２、３、４又はそれ以上であり、特に６、８、又は１２であり、
その圧電素子は、シート状、弧状シート、柱状であり、或いは全体リング状又は錐形圧電セラミックスを分割してなる
ことを特徴とする請求項１、２、３、４、又は５記載のネジ山駆動多面体超音波モータ。
【請求項７】
前記ステータは、シングルステータ、ダブルステータ又はマルチステータ構成であり、
ステータとローターとのネジ山同士を互いに密着させるように、スプリング又はＵ型弾性シート或いは磁気素子によりプリテンションを提供し、
前記ネジ山は、断面形状が三角形、台形、矩形、凸面又はその組合せである連続的、間欠的又は特定の軌跡に沿う曲線状のネジ山であり、
前記ネジ山の表面に耐摩耗性処理を実行されており、或いは耐磨耗性材料が塗布されている
ことを特徴とする請求項１、２、３、４、又は５記載のネジ山駆動多面体超音波モータ。  
【請求項８】
前記シングルステータ、或いはダブルステータまたはマルチステータの一つは、一端が薄肉の振動バリア区域によりベースに固定されている、又は、一端が直接にベースに固定されている
ことを特徴とする請求項６記載のネジ山駆動多面体超音波モータ。
【請求項９】
前記ローターは、ダブル又はマルチローター構成であり、ステータとローターとのネジ山同士を互いに密着させるように、スプリング又はＵ型弾性シート或いは磁性素子によりプリテンションを提供し、
前記ローターは、中実又は中空のものである
ことを特徴とする請求項１、２、３、４、又は５記載のネジ山駆動多面体超音波モータ。
【請求項１０】
前記ローターは、ダブル又はマルチローター構成であり、前記ステータは、ダブル又はマルチステータ構成であり、
ダブルステータ又はダブルローターを小さな角度でずらして同軸に接着することにより、プリテンションを提供して、ステータとローターとのネジ山対偶をプリテンションする
ことを特徴とする請求項１、２、３、４、又は５記載のネジ山駆動多面体超音波モータ。
【手続補正書】
【提出日】平成20年10月3日(2008.10.3)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、超音波応用領域に関し、特に、多面体管型超音波モータのネジ山駆動システムの構成設計に関する。
【背景技術】
【０００２】
圧電超音波モータは、圧電材料の逆圧電効果を利用して、特定の構成により製造される駆動機構であり、普通、圧電セラミクスと、ステータと、ローターと、予圧機構と、伝達機構などの機能部材からなる。そのような圧電超音波モータは、圧電材料の逆圧電効果によりステータの表面に超音波振動を生じさせるとともに、ステータとローターとの間の摩擦力によりローターを運動させるように駆動する。超音波モータは、普通の電磁モータより優れた下記利点を有する。
【０００３】
１．回転数が低く、トルクが大きくて、減速機構を必要とせずに負荷を直接駆動できる。
２．体積が小さく、構成がフレキシブルであって、パワー/体積比が電磁モータの３〜１０倍である。
３．起動や停止に対する応答が速くて、応答時間が１ms未満である。
４．電磁妨害を生じることがなく、電磁に妨害されることもない。
５．自己保持トルクを有し、歯車隙間がなく、精密な位置決めが実現できる。
６．運転が静かで、騒音がない。
【０００４】
従来の圧電超音波モータとしては、図１と図２に示された。
【０００５】
図１は、多面体管型超音波モータの構成図である。図１の（１）に示された主要部材の構成として、ステータ１３とその外面に接着されている電歪素子（圧電セラミックスシート）１１、１２とからなる振動体を有する。それらは、圧電管を複数の電極に分割することにより構成され、或いは、複数の圧電シートを圧電管（当該多面体管が金属材料からなり、または、圧電シートと接触する表面が金属導電層である）の外面に接着することにより成型される。その振動体の内面は、滑らかなリング面である。ローターとして、切り込み１４を有する円環体１５とした円管を利用する。それは、振動体の内面に取り付けられ、進行波超音波モータの駆動原理を利用して圧電セラミックスシートに相応的な駆動電圧を印加する場合、振動体の内面に生じる進行波が円環体に対して回転することができる。円環体１５に切り込みを設けるのは、ステータとローターとの接触表面に予圧を増加させるためである。
【０００６】
そのようなモータはレンズフォーカスシステムに応用されることが望ましく、その場合のネジ山伝達システムの構成が図１の（２）に示されている。その図から分かるように、鏡筒１５（上記のローター構成に相当する）は、その先端部にネジ山が刻設されている。その鏡筒１５は、装置内に移動しない。１３は、多面体管型リングであり、その外面に圧電セラミックスシート１１、１２が接着されている（上記の振動体構成に相当する）。その多面体管１３の先端に接着される前ホルダー１６が、圧電セラミックスシート１１，１２と一体に形成されている。前ホルダー１６の先端部には、鏡筒１５の先端に形成されるネジ山と噛み合うネジ山が刻設されている。固定リングにより、フォーカスレンズ組を前ホルダ１６に固定するとともに、その前ホルダーの末端に、鏡筒１５の左端のネジ山と噛み合うネジ山が形成されている。振動体は、前ホルダーの端部に接着され、その振動体の内面と鏡筒１５の外面とが接触する。圧電セラミックスが電気信号により励起される時、圧電シート１１，１２及び多面体１３が鏡筒１５に対し回転駆動され、前ホルダー１６も従動に回転する。このように、鏡筒の外面に対し環面駆動を形成する。鏡筒の左端にネジ山が刻設されているから、前ホルダーのネジ山が鏡筒先端のネジ山に対して移動した結果、前ホルダーが軸方向に沿って運動するようになる。従って、直線運動に転換され、フォーカスの目的を達成できる。それは、ネジ山伝達システムと称される。該システムにおいて、圧電励起信号を接触スイッチにより導入する必要がある。
【０００７】
図２の（１）は、多面体管型錐形シャフトにより出力する超音波モータの構造をに示す模式図であり、ステータ２１の内面に錐形歯２２が形成され、その外面に圧電セラミックス２３が接着されて、振動体となる。そのステータ２１の内側には、錐形歯２２と接触する錐形シャフトがローター２４として配置されている。図２の（２）は、その構造をロボット関節に用いる場合の組立図である。その図に示されるように、振動体の外面にモータケーシング２７が嵌められ、その両端には、締め付けネジ２８によりモータケーシング２７と一体に固定される先端カバー２５及び後端カバー２６がゴムワシャー２９を介して付けられている。この構造により、振動体の回転運動を直接にローターに伝達する。
【０００８】
しかし、上記の構造では、実際に実施する場合に、回転運動を直線運動に変換するには、他の伝達機構（ネジ山伝達またはネジ伝達）が必要である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、従来の技術に存在している欠点を解消し、構成が簡単で、ステータとローターとが直接にネジ山接触により相対運動を生じるとともに、回転運動を直線運動に変換できるようにする多面体管型超音波モータネジ山駆動システム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】
【００１０】
本発明のネジ山駆動多面体超音波モータは、ステータと、ローターと、ステータまたはローターに一体に接着される複数の圧電セラミックスシートとからなるネジ山駆動多面体超音波モータにおいて、前記ステータのローターと接触する表面にネジ山が設けられ、前記ローターにもステータと噛合うネジ山が形成されていることを特徴とする。
【００１１】
前記ステータは両端で挟まれてもよく、一端で挟まれてもいい。ステータ及び対応するローターとの外ネジ山又は内ネジ山は、管体の全体に形成されてもよく、一部に形成されてもいい（上部、中部または下部のいずれに形成されてもいい）。
【００１２】
前記圧電セラミックスシートをステータまたはローターに接着して振動体を構成することができる。また、ステータまたはローターの圧電セラミックスを接着する表面が多面体である。
【００１３】
前記ステータをローターの外側に嵌めてもよく、ローター内側に嵌めてもいい。
【００１４】
前記圧電セラミックスシートの数が３または４の倍数であり、または、面内屈曲進行波または定在波を形成できる配列数である１，２，３またはその倍数である。励起方式もそれに対応するものである。
【００１５】
本発明は、構成が簡単で、ステータとローターとがネジ山により直接に接触し、ステータがネジ山によりローターを回転駆動するから、他の伝達機構を必要とせず、微型化により良く適して、微型機械や、光学フォーカスなどの分野において広く応用される見込みがある。
【発明の効果】
【００１６】
本システムによれば、他の伝達機構を省略し、応用構成をより簡単でコンパクトにすることができるから、微型化により良く適して、微型機械や、光学フォーカスなどの分野において広く応用される見込みがある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
実施例１：ネジ山駆動十二面体管型超音波モータ
該ネジ山駆動十二面体管型超音波モータは、図３に示されるように、それぞれ十二面体管３２の外面に接着されて振動体を構成する合計１２枚の圧電セラミックスシート３２を備え、圧電シート３１１，３１２，３１３，３１４，３１５，３１６，３１７，３１８，３１９，３１１０，３１１１，３１１２が順次に配列されている。十二面体管３２の内面にネジ山が形成されおり、その内側に円管３３が嵌められ、円管の外面に、十二面体管３２と噛合う外ネジ山が設けられている。円管３３は、一端が固定支持されてステータとされ、振動体はローターとされる。圧電シート３１１，３１２，３１５，３１６，３１９，３１１０が正方向に分極され、且つ圧電シート３１３，３１４，３１７，３１８，３１１１，３１１２が逆方向に分極される場合には、圧電シート３１１，３１３，３１５，３１７，３１９，３１１１をsinωtの信号により励起し、圧電シート３１２，３１４，３１６，３１８，３１１０，３１１２をcosωtの信号により励起する時、ローター３２には屈曲進行波が生じ、ローターをステータ３３に対して運動させることができる。一方、全ての圧電シートを正方向に分極すれば、sinωt、cosωt、-sinωt、-cosωtの信号を順次に印加する必要がある。
【００１８】
実施例２：ネジ山駆動四面体管型超音波モータ
該ネジ山駆動四面体管型超音波モータは、図４に示されるように、上部にボスを有するインナー管型ステータ４１を備え、ボス部分の外面に外ネジ山が形成され、ステータの下部の外面が四面体であり、圧電シート４２（合計４枚：４２１，４２２，４２３，４２４）がそれぞれ四面体に接着されて振動体を構成する。内ネジ山を有するアウター管式ローター４３がステータ４１の外側に嵌められ、ステータの外ネジ山と嵌め合う。ステータに挿入される固定のパイプ材４４は、底端がステータの底端に固定支持される。
【００１９】
ステータに接着される圧電シートが何れも正方向に分極される場合には、圧電シート４２１，４２２，４２３，４２４にそれぞれsinωt、cosωt、-sinωt、-cosωtの信号を印加して励起する場合、ステータ４１に屈曲進行波を生じさせることができ、ローター４３を回転させるとともに軸方向に運動させるように駆動する。パイプ材４４内にレンズ組またはその他のデバイスを装着することができる。
【００２０】
圧電シート４２１，４２２が正方向に分極され、圧電シート４２３，４２４が逆方向に分極されるとき、圧電シート４２１，４２３にsinωtの信号を印加するとともに、圧電シート４２２，４２４にcosωtの信号を与えることにより駆動することができる。
【００２１】
実施例３：ネジ山駆動八面体管型超音波モータ
該ネジ山駆動八面体管型超音波モータは、図５に示されるように、アウター管型ステータ５１を備える。ステータの内面にボスが設けられ、ボスの内面に内ネジ山が設けられ、ステータの底端が固定支持されており、ステータの外面は八面体であり、該八面体に圧電シート５２（合計八枚：５２１，５２２，５２３，５２４，５２５，５２６，５２７，５２８）がそれぞれ接着されて振動体を構成する。また、外ネジ山を有するインナー管型ローター５３がステータ５１の内側に嵌められ、ステータの内ネジ山と噛合う。
【００２２】
ステータに接着される圧電シートがいずれも正方向に分極される場合に、圧電シート５２１，５２２，５２３，５２４，５２５，５２６，５２７，５２８にそれぞれsinωt、cosωt、-sinωt、-cosωt、sinωt、cosωt、-sinωt、-cosωtの信号を印加して励起するとき、ステータ５１の上端部に屈曲進行波が生じ、ローター５３を回転させるとともに軸方向に運動させるように駆動する。
【００２３】
一方、ステータに接着される圧電シートのうち、圧電シート５２１，５２２，５２５，５２６が正方向に分極され、圧電シート５２３，５２４，５２７，５２８が逆方向に分極される場合には、圧電シート５２１，５２３，５２５，５２７にsinωtの信号を印加するとともに、圧電シート５２２，５２４，５２６，５２８にcosωtの信号を印加することにより、ローター５３を回転させるとともに軸方向に運動させるように駆動することができる。また、面内屈曲進行波または定在波を生じさせることができる他の配列の圧電シート枚数である１，２，３またはその倍数、及び対応する励起方式を採用してもいい。
【００２４】
実施例４：プリテンション（引っ張り）スプリング付きの超音波モータネジ山駆動システム
本実施例のプリテンション（引っ張り）スプリング付きの多面体超音波モータネジ山駆動システムは、超音波モータと、その超音波モータ内に嵌め込まれる被駆動素子及びプリテンション（引っ張り）スプリングとを備える。図６に示されるように、超音波モータは、ローター６１と、１２枚の圧電素子６２（圧電素子６２が、シート状、弧状シート、柱状または各種の多面体、一体リング状または錐形圧電素子である）が接着されるステータ６３とを備える。ステータとローターとには、互いに噛合うネジ山が形成されている。当該ネジ山は、三角形、台形、矩形、凸面などの形状や上記形状の組合せの断面を有し、また、連続ネジ山であってもよく、間欠ネジ山または特定な軌跡に沿う曲線状のネジ山であってもいい。さらに、ネジ山の表面に耐磨耗処理を実行したり、耐磨耗性の材料を塗布したりしてもいい。被駆動素子を選択的にステータ６３のチャンバー６９または/及びステータ６１のチャンバー６７に設けることができる。ステータの一端には、一端がベース６４に固定されてベースのステータ振動への影響を軽減するための薄肉バリア区域６５が設けられている。普通のネジ山接触対の間には、ネジ山隙間があり、且つ往復運動するときにリターン隙間が生じることもあるから、運動精度に影響を及ぼす。そのため、ネジ山対偶に対しプリテンション（引っ張り）を印加する必要がある。図６では、圧縮スプリング６８により、ローター６７とベース６４との間に軸方向のプリテンション（引っ張り）を加える。そのプリテンション（引っ張り）により、ネジ山の歯が常に一方向に接触するから、リターン隙間をなくすことができる。また、プリテンション（引っ張り）の存在により、摩擦駆動力の大きさを調整するための機構を提供することもできる。ローターが回転するときに摩擦力を減少させるために、ベースまたはステータにボール付きのベアリング６６を設けることができる。スプリングの形態としては、弾性シートであってもいい。また、ベアリングの形態としては、ボールを収納している溝またはスライドシートであってもいい。
【００２５】
また、その代わりに、素子６６及び６８として二つの磁性リングを使用することもでき、または、一方が磁性リングであり、他方が鉄磁性リングであってもいい。これにより、磁性吸引力を生じさせ、プリテンション（引っ張り）を提供する。
【００２６】
圧電素子６２に交流電圧を印加すると、ステータ６３は、摩擦により直接ローター６１を回転駆動するとともに、ネジ山伝達によってローター６１の回転運動を相応的な軸方向に沿う直線運動に変換する。そして、被駆動素子は、ローターに取り付けられる場合に軸方向の直線運動が得られる。光学レンズ体（組）を従動させると、光学フォーカスの機能を発揮できる。
【００２７】
実施例５：ローターキャップ及びプリテンション（引っ張り）スプリング付きの超音波モータネジ山駆動システム
図７に示されるように、本実施例と実施例４との間に、以下のような主要な区別がある。即ち、この実施例には、プリテンション（引っ張り）スプリング７１２がステータ７３の外部に設けられ、スプリング７１２の二つの支持端のうち、一方がローターキャップ７１１にあり、他方がベアリング７４にある。ローター７１１が回転するときにリターン隙間及び摩擦力を低減するために、ベアリング７４は、ベース７９に設けてもよく、ステータ７３に設けてもいい。また、スプリングの形態としては、弾性シートであってもいい。ベアリングの形態としては、ボールを収納している溝またはスライドシートであってもいい。７７は、耐摩耗性コーティングである。
【００２８】
また、その代わりに、ステータ７３とローター７１との間の断面において二つの磁性リングを使用することもでき、または、一方が磁性リングであり、他方が鉄磁性リングであってもいい。これにより、磁性吸引力を生じさせ、プリテンション（引っ張り）を提供する。
【００２９】
実施例６：プリテンション（引っ張り）スプリング付きのダブルステータ型超音波モータネジ山駆動システム
図８に示されるように、この実施例では、プリテンション（引っ張り）スプリング８３付きのダブルステータ構成を採用した。ステータ８２と８６は、同時にローター８１０を運動させるように駆動する。ステータ８６は、一端がバリア区域８８によりベース８９に固定される。ステータとローターとのネジ山を互いに密着させるように、二つのステータの間にスプリング８３によりプリテンション（引っ張り）を提供する。ステータ８２、８６に接着されるストッパー８１と８７は、スプリングの両端を止める。ストッパーの材料として、金属であってもよく非金属であってもいい。二つのステータは、係止溝８１３により位置付けられて、ステータ８２を回動させないようにする。圧電素子８４、８５に交流電圧を印加すると、ステータ８２と８６が、同時にローター８１０を運動させるように駆動する。ローター８１０に被駆動素子が装着すれば、軸方向に沿う直線運動が得られる。光学レンズ体（組）を従動させると、光フォーカスの機能を実現できる。その光学レンズ組をローターチャンバー８１１及び/又はステータチャンバー８１２に装着して、光学レンズ組を従動させることにより光フォーカスの機能を発揮するようにしてもいい。
【００３０】
他の構成や使用方法は、実施例４と５と同じ又は類似であるから、その説明を省略する。
【００３１】
実施例７：プリテンション（引っ張り）Ｕ型弾性シート付きのダブルステータ多面体超音波モータネジ山駆動システム
図９に示されるように、この実施例と実施例６との間に、以下のような主要な区別がある。即ち、本実施例には、Ｕ型弾性シート９４は、ステータ９１を回転させないように、二つのステータ９１と９６とを接続するが、ステータ９１と９６とローター９３とのネジ山同士を密着させるように、ステータ９１と９６との間に支持され、プリテンション（引っ張り）を提供する。
【００３２】
その他の構成や使用方法は、実施例５又は４と同じ又は類似であるから、その説明を省略する。
【００３３】
実施例８：プリテンション（引っ張り）スプリング付きのダブルローター型超音波モータネジ山駆動システム
図１０に示されるように、本実施例では、プリテンション（引っ張り）スプリング１０４付きのダブルローター構成を採用した。この実施例に二つのローター１０３と１０５を採用したが、ステータ１０１とローター１０３と１０５とのネジ山を互いに密着させるように、ローター１０３と１０５の両者の間に、スプリング１０４によりプリテンション（引っ張り）を提供する。二つのローター１０３と１０５は、相対的に回転しないように係止溝１０９により位置付けられている。ステータ１０１は、同時にローター１０３と１０５を運動させるように駆動し、一端が直接にベース１０７に固定されている。また、実施例５のようにバリア区域によりステータ１０１をベースに固定してもいい。ローター１０３と１０５に被駆動素子が装着すれば、その被駆動素子が軸方向に沿う直線運動を行う。光学レンズ体（組）をローターチャンバー１０１０及び／又はステータチャンバー１０８に装着して、圧電素子１０２に交流電圧を印加すると、ローター１０３と１０５が同時に運動し、光学レンズ組が従動して、光フォーカスの機能を実現できる。
【００３４】
また、その代わりに、二つのローターの間に、二つの磁性リングを使用することもでき、または、一方が磁性リングであり、もう一方が鉄磁性リングであってもいい。これにより、磁性吸引力を生じさせ、プリテンション（引っ張り）力を提供する。
【００３５】
実施例９：プリテンション（引っ張り）Ｕ型弾性シート付きのダブルローター型超音波モータネジ山駆動システム
図１１に示されるように、この実施例と実施例８との間に、以下のような主要な区別がある。即ち、この実施例には、相対に運動させないように二つのローター１１３と１１５とをＵ型弾性シート１１４により接続するが、ステータ１１１とローター１１３と１１５とのネジ山同士を密着させるように、ローター１１３と１１５との間にプリテンション（引っ張り）力を提供する。
【００３６】
また、その代わりに、二つのローターの間に、二つの磁性リングを使用することもでき、または、一方が磁性リングであり、他方が鉄磁性リングであってもいい。これにより、磁性吸引力を生じさせ、プリテンション（引っ張り）力を提供する。
【００３７】
その他の構成や使用方法は、実施例８と同じ又は類似であるから、ここでその説明を省略する。
【００３８】
実施例１０：磁性リング付きのダブルローター型超音波ネジ山駆動システム
図１２に示されるように、この実施例と実施例８との間に、以下のような主要な区別がある。即ち、この実施例には、ステータとローター１２３と１２５とのネジ山同士を密着させるように、二つの磁性リング１２１２によりローター１２３と１２５との間にプリテンション（引っ張り）を提供する。また、二つのローター１２３と１２５とを相対に運動させないように係止溝１２９により接続する。その二つの磁性リングの一方が磁性リング、他方が鉄磁性リングであてっもいい。さらに、磁性リング１２１２をローター１２３又は１２５とベース（又は、ステータ１２１）との間に、又はダブル（マルチ）ステータの間に介在させてもいい。
【００３９】
その他の構成や使用方法は、実施例８と同じ又は類似するから、ここでその説明を省略する。
【００４０】
実施例１１：シングル圧電シート励起定在波型超音波モータネジ山駆動システム
図１３に示されるように、ローター１３３が中実のものであり、一つだけの圧電シート１３２１により（２、３又はその倍数の数の圧電シートを利用してもいい）ステータ１３１に接着される。面内定在波を生じさせるように、単相信号電圧でステータ１３１を励起して、その定在波が、ステータ１３１とローター１３３とのネジ山同士の接触によりローター１３３を回転運動と直線運動させるように摩擦駆動する。ローター１３３又はステータ１３１は、シングル、ダブル、マルチローター又はステータであってもよく、実施例４−１２のようにプリテンション力を加える。当該ローター１３３によりミクロ位置決めシステム又はミクロポンプを駆動することができる。
【００４１】
上記の実施例によれば、シングルステータ１３１／ローター１３３、又はダブルステータ或いはダブルローター構成を採用して、且つ、ステータ１３１とローター１３３とのネジ山同士を互いに密着させるように、スプリング、Ｕ型弾性シート及び磁性素子によりプリテンション（引っ張り）を提供することにより、リターン隙間をなくし、駆動力を増大させることができる。また、ステータ１３１とローター１３３との間に相対的な軸方向運動が生じるから、被駆動素子は、ローター１３３に装着される場合に軸方向に沿う直線運動を行う。さらに、光レンズ体（組）を従動させると、光フォーカスの機能を実現できる。光レンズ体（組）と結像素子との距離が変化して、簡単な又は複合の光学フォーカス、ズーミング機能を実現できる。
【００４２】
プリテンション（引っ張り）を提供する方法として、ダブルステータ（又はダブルローター）を小さな角度でずらして同軸に接着することにより、ネジ山対偶をプリテンションする目的を実現させる。
【００４３】
このようなプリテンション力を与える方法は、一体化構成のマルチステータ、マルチローター型の超音波ネジ山駆動光学フォーカス／ズーミングシステムにも適用する。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】図１は、従来の多面体管型超音波モータの構成の模式図であり、そのうち、図１の（１）が主要部材の構成を示し、図１の（２）がその構成を用いたネジ山駆動システムの概略図である。
【図２】図２は、従来の多面体管型錐形シャフトにより出力する超音波モータの構成の模式図であり、そのうち、図２の（１）は主要部材の構成を示し、図２の（２）がその構成をロボット関節に用いる場合の組立図である。
【図３】図３は、本発明の実施例１である多面体管型超音波モータネジ山駆動システムの構成の模式図である。
【図４】図４は、本発明の実施例２である四面体管型インナーステータネジ山駆動システムの構成の模式図である。
【図５】図５は、本発明の実施例３である八面体管型アウターステータネジ山駆動システムの構成の模式図である。
【図６】図６は、本発明の実施例４であるプリテンショーン（引っ張り）スプリング付きの超音波モータネジ山駆動システムの断面構成の模式図である。
【図７】図７は、本発明の実施例５であるローターキャップとプリテンショーン（引っ張り力）スプリング付きの超音波モータネジ山駆動システムの断面構成の模式図である。
【図８】図８は、本発明の実施例６であるプリテンショーン（引っ張り）スプリング付きのダブルステータ型超音波モータネジ山駆動システムの断面構成の模式図である。
【図９】図９は、本発明の実施例７であるプリテンショーン（引っ張り）Ｕ型弾性シート付きのダブルステータ型超音波モータネジ山駆動システムの断面構成の模式図である。
【図１０】図１０は、本発明の実施例８であるプリテンショーン（引っ張り）スプリング付きのダブルローター型超音波モータネジ山駆動システムの断面構成の模式図である。
【図１１】図１１は、本発明の実施例９であるプリテンショーン（引っ張り）Ｕ型弾性シート付きのダブルローター型超音波モータネジ山駆動システムの断面構成の模式図である。
【図１２】図１２は、本発明の実施例１０である磁性リング付きのダブルローター型超音波モータネジ山駆動システムの断面構成の模式図である。
【図１３】図１３は、本発明の実施例１１であるシングル圧電シート励起定在波型超音波モータネジ山駆動システムの構成の模式図である。
【国際調査報告】
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