(57)【要約】【課題】高速回転が容易で、超低速回転にも対応可能なアウターロータモータを提供する。【解決手段】伸縮型の圧電素子を駆動源とする撓み型の変位拡大機構を最小２対ずつ、回転軸を挟んで対向配置し、当該変位拡大機構によってステータ外周を楕円駆動させることで、ステータ外周に設けたステータ側歯車がロータ内周に設けたロータ側歯車を回転方向に送る送り量を増加し、超低速回転から高速回転まで容易に対応できるアウターロータモータを提供することができる。【選択図】  図１
2016127703.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸に対して直交方向に伸縮する圧電素子を駆動源とするアウターロータモータであって、
当該圧電素子の両端同士を２つの出力部材で接続した変位拡大機構を２対以上備え、
各対となる変位拡大機構の出力部材が前記回転軸を挟んで対向するステータを有するアウターロータモータ。
【請求項２】
前記ステータを回転軸方向に複数重ねたアウターロータモータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転軸に対して直交方向に伸縮する駆動源を用いたアウターロータモータに関する。
【０００２】
現在、微細加工及び微細駆動装置用のアクチュエータとして、圧電素子に代表される伸縮部材を用いた圧電モータが広く用いられている。この様なモータの内、代表的な構造として特開昭６１−１７７１７８（以下特許文献１として記載）及び特公平０６−０４８９１０（以下特許文献２として記載）がそれぞれ出願後、公開及び登録されている。
【０００３】
これら２件のうち、特許文献１記載の構造は、伸縮する圧電素子を撓ませることで変位を出力し、ロータ側の歯車を順次送らせることをその技術的特徴としており、具体的な実施形態として当該圧電素子を３個用いたステッピングモータを開示している。また、特許文献２に記載の構造は、圧電素子を３個以上円周状に配置したステータをロータに内接させ、各圧電素子に同一周波数で円周方向に周期のＮ分の１ずつの位相差を有する正弦波電圧を供給することをその技術的特徴としており、当該技術的特徴による低速度かつ高トルクの回転力を容易に得ることのできるモータの提供を可能にしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭６１−１７７１７８
【特許文献２】特公平０６−０４８９１０
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述した技術的特徴及びそれによる効果を有している一方で、上記特許文献１記載の構造は歯車を用いたステップ駆動を前提としている。この為、微細加工等に用いるターンテーブル及び天体観測に用いるカメラ用雲台等の、１日１回転といった連続的に高精度な駆動を要求される機器に対して、断続的な回転によって対応しなければならない。また、特許文献２に記載の構造では、圧電素子の伸縮をそのまま駆動源としており、回転数を上げると駆動源となる圧電素子の固有振動数付近で当該圧電素子が自壊してしまうという課題を有している。
【０００６】
上記課題に対して本願記載の発明では、高速回転が容易で、超低速回転にも対応可能なアウターロータモータの提供を目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的のために本発明に於ける第１の態様記載の発明は、圧電素子の両端同士を２つの出力部材で接続した変位拡大機構を２対以上駆動源として、各対となる変位拡大機構同士を対向配置したことを特徴としている。より具体的には、前記変位拡大機構を、回転軸越しに対向配置してアウターロータ用のステータを構成したことをその技術的特徴としている。
【０００８】
また、本発明に於ける第２の態様記載の発明は前記第１の態様記載のステータを回転軸方向に積層したことをその技術的特徴としている。
【発明の効果】
【０００９】
上述した技術的特徴によって、本発明に於ける第１の態様記載の発明は、超低速回転に対応しつつ、高速回転が容易なアウターロータモータを提供することができる。これは、前記２対の変位拡大機構について、各対となる変位拡大機構同士を対向配置してステータを構成したことによる効果となっている。
【００１０】
即ち、本態様記載の構造では、回転軸に対して直交方向に配置した圧電素子を駆動源として、その変位を変位拡大機構を介した後にロータを回転させている。この為、前記超低速回転に際し、圧電素子への信号を継続して入力していくことで、ロータを駆動させることができる。また、当該ロータの高速回転に際し、当該拡大機構を機能させることで圧電素子への入力周波数の高周波化を抑えつつ、回転速度を上げることが可能となる。更に、当該ステータ構成をアウターロータモータに対して用いることで、駆動源となる圧電素子の長さを確保すると共に、駆動源となるステータの省スペース化という効果をも得ることができる。
【００１１】
また、上述した構造を用いたことで本態様記載のモータは、上記変位拡大機構を最小４個、前記ステータ内の同一平面上に内蔵し、１段構成としてロータを回転させることができる。これは、当該変位拡大機構をアウターロータモータに用いた事による効果となっている。即ち、本態様記載のアウターロータモータでは、前記軸に対して直交配置した変位拡大機構を駆動源としており、当該変位拡大機構を用いたステータの楕円運動によって外側のロータを回転方向に送り、回転駆動させる。この為、本態様記載の構造では、当該ロータ内に搭載するアクチュエータ及び圧電素子の長さを大きく設定しつつ、当該ロータ内に搭載するステータを小形化することが可能になる。また、出力トルクがロータ外径に比例する為、同サイズのインナーロータモータと比較して容易にトルクを増やすことができる。加えて、前記１段構成とすることによって、全体的に薄型の構成とすることもまた、可能となっている。
【００１２】
更に、上記変位拡大機構を最小４個搭載したステータ構造を用いることで、本態様記載のモータは、前記超低速での駆動に際しても途切れのない、安定した回転駆動が可能となっている。即ち、本態様で用いるステータは変位拡大機構を構成する出力部材について、同部材に於ける撓み方向を逆転させた合力により駆動源となる圧電素子の変位を拡大し、前記楕円運動による送り動作を行っている。この為、本態様記載のモータでは前記出力部材の変位量に余裕を持たせ、安定したトルク及び変位での回転駆動を行うことができる。
【００１３】
また、本態様記載の構造では、外側からロータ、ステータ、拡大機構という構成であり、ロータ軸以外の主要な構造体が中心部分に配置されない構造となっている。この為、アウターロータモータ全体を中空に構成することで、固定軸及び可動軸への搭載等、幅広い使用形態に対応することが可能となる。
【００１４】
上記述べた効果に加えて、本発明に於ける第２の態様記載の発明では、前記第１の態様に記載したアウターロータモータについて、回転駆動源としての汎用性を高めることが可能となっている。即ち、前記中空構造等を用いて前記第１の態様記載のステータを重ねることで、同一の回転軸上に複数のロータを設けたアクチュエータを形成することができる。これにより、単にアウターロータモータとしてのトルクを加算するだけではなく、各ステータに対応したロータ毎に異なる回転数を付与することもまた、可能となっている。
【００１５】
以上述べたように、本発明記載の構造を用いることで、高速回転が容易で、超低速回転にも対応可能なアウターロータモータを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の最良の実施形態に於いて用いるアウターロータモータの斜視図
【図２】図１に於いて示したＡ−Ａ’断面での側断面図
【図３】図１に於いて示したアウターロータモータの分解斜視図
【図４】図１に於いて示したアウターロータモータの駆動部説明図
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下に、図１、図２、図３及び図４を用いて、本発明に於ける最良の実施形態を示す。尚、図中の記号及び部品番号について、同じ部品として機能するものには共通の記号又は番号を付与している。
【００１８】
図１に本実施例に於いて用いるアウターロータモータの斜視図を、図２に図１中Ａ−Ａ’断面での側断面図を、図３に図１にて示したアウタロータモータの分解斜視図を、そして図４に同アウタロータモータの駆動部説明図を、それぞれ示す。尚、配線及び駆動回路については、図中での記載を省略している。
【００１９】
図１、図２、及び図３から解るように、本実施形態では外周にステータ側歯車ｓを設けたステータ２に、２対の圧電素子３及び変位拡大機構ｖを設けている。また、ロータ４の内周には当該ステータ側歯車ｓと一部咬み合っているロータ側歯車ｒが形成されており、前記ステータ及びロータはスペーサ６及び軸受８を介して台座５に支持されている。また、歯数について、ステータ側歯車ｓの歯数をロータ側歯車ｒよりも１歯減らした構造を用いている
【００２０】
上記部品構成に加えて、図３及び図４から解るように、本実施形態では回転軸ｏに対して直交配置した２対の変位拡大機構ｖをステータ２と一体成形した構造を用いている。この為、ステータ２に搭載する変位拡大機構ｖ及び圧電素子３の長さを確保しつつ、ステータ２を小型化することが可能となった。加えて、当該ステータ２を１段の構成としたことによって、全体的な薄型化という効果をも得ることができた。
【００２１】
また、前述したように、本実施形態記載のモータ１は、圧電素子３の両端を２枚の出力部材ｐによって接続した変位拡大機構ｖを、前記外周に歯車ｓを形成したステータ２に２対設けた構造となっている。これにより、本実施形態記載のモータは、１日１回転といった超低速回転に対応しつつ、容易に高速回転での駆動を行う事が可能となった。
【００２２】
即ち、図４から解るように、前記超低速回転に際して、本実施形態記載のモータ１は変位拡大機構ｖによってステータ側歯車ｓを楕円状に動かし、ロータ側歯車ｒを順次回転方向に送ることによって回転駆動を生じさせている。より具体的には、圧電素子３への信号を継続して入力し、ステータ側歯車ｓを１周につき１歯ずつずらしてロータ側歯車ｒの送り動作を行うことで、当該回転駆動を行っている。この為、圧電素子を直接駆動源とした従来のモータと比較して、ロータ側歯車ｒの送り量が増加すると共に、幅広い速度での回転駆動が可能となった。尚、当該回転駆動によって、本実施形態記載のモータ１ではステータ側歯車ｓとロータ側歯車ｒとが常に一部だけ接している状態となる。この為、初期位置を調整することによって、無通電時でもロータ４を固定することができる。
【００２３】
加えて、本実施形態記載のステータ２はその構造上、当該ステータ中で変位拡大機構ｖを構成する出力部材ｐについて、回転軸ｏを挟んだ２つの変位拡大機構によって生じる撓み方向を逆転させた合力を用いて、前記送り動作を行っている。この為、本実施形態記載のモータを用いることで、前記超低速での駆動に際しても変位拡大機構の変位量に余裕を持たせ、安定したトルク及び変位での回転駆動を行うことができた。また、当該ステータ２の送り動作について、ステータ２に設けられた変位拡大機構ｖ単体の動作は、圧電素子３に電圧を印可して出力部材ｐを伸ばす動きと、当該圧電素子３の出力と釣り合う、当該変位拡大機構ｖに働く復元力によって出力部材ｐが戻る動きと、によって構成されている。この為、ステータ２はその構造に於いて、連続した動作を出力することが可能となっている。これらの効果によって本実施形態記載のモータ１は、当該超低速での駆動時に途切れを生じない、安定した回転駆動を提供することが可能となった。
【００２４】
更に、前記高速回転での駆動に際して、本実施形態では前記拡大機構ｖを用いることで、圧電素子３へ入力する信号周波数の高周波化を抑えつつ、回転速度を上げることを可能にしている。これは、前記変位拡大機構ｖによって、１回の伸縮毎にステータ２からロータ４に伝達可能な送り量が増加することによる効果となっている。即ち、圧電素子等の伸縮部材を駆動源とするモータに於いて、当該伸縮部材の変位を直接回転方向の送り動作に用いる場合、送り速度の上限は伸縮部材の固有振動数によって決定する。これに対して、本実施形態のモータ１は変位拡大機構ｖを介して回転方向の送り動作を行う為、同じ駆動源を用いていながら、当該送り速度の上限を高く設定することが可能となっている。尚、本実施形態ではステータ側歯車ｓの歯数をロータ側歯車ｒよりも１歯減らした構造を用いているが、当該歯数の差を増やすことによっても、送り速度を上げることができる。
【００２５】
上記基本構造による効果に加えて、本実施形態ではステータ２及び変位拡大機構ｖを一体に形成した構造を用いている。この為、駆動時に於ける応力の集中を抑え、高い耐久性と共に上記か移転駆動を行うことが可能となった。また、外側からロータ４、ステータ２、圧電素子３及び拡大機構ｖという構成であり、ロータ軸ｈ以外の主要な構造体が中心部分に配置されない中空構造となっている。この為、固定軸及び可動軸への搭載等、幅広い使用形態に対応することができると共に、ステータ２の多段化による多機能化といった効果についても、容易に付与することが可能となっている。
【００２６】
以上述べたように、本実施形態記載の構造を用いることで、高速回転が容易で、超低速回転にも対応可能なアウターロータモータを提供することができた。
【符号の説明】
【００２７】
１  アウターロータモータ
２  ステータ
３  圧電素子
４  ロータ
５  台座
６  スペーサ
７  軸受け
８  ストッパ
ｒ  ロータ側歯車
ｓ  ステータ側歯車
ｖ  変位拡大機構
ｐ  出力部材
ｈ  ロータ軸
ｏ  回転軸
【図１】
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【図２】
2016127703.tif 000004
【図３】
2016127703.tif 000005
【図４】
2016127703.tif 000006