(57)【要約】本発明は、超音波モータにおいて、ヘリカルコイル状の音響導波路あるいは平面内らせんコイル状の音響導波路を用いてステータ１を構成し、該コイルに近接して配置した移動体２をステータ１上の屈曲波の伝搬により回転、走行移動または曲線運動させるようにする。本発明によれば、予圧用バネと吸収体を不要とし、構造を簡単・小型化、防水なしでの液中動作、中空円筒の回転を可能とする。【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステータをコイル状の音響導波路で構成し、該ステータに近接して配置した移動体を超音波の屈曲波の伝搬により回転、走行移動または曲線運動させるようにした超音波モータ。
【請求項２】
前記ステータが、ヘリカルコイル状の音響導波路又は平面内らせんコイル状の音響導波路である請求項１に記載の超音波モータ。
【請求項３】
前記ステータが、カーボンナノコイルである請求項１に記載の超音波モータ。
【請求項４】
前記移動体が、円形断面をもつロータである請求項１に記載の超音波モータ。
【請求項５】
外部に配置した超音波発生器で超音波を発生させ、音響導波路を介して前記ステータに超音波を伝送する請求項１に記載の超音波モータ。
【請求項６】
２個の振動子から位相差もしくは周波数差を有する超音波を伝送し、前記コイル上に定在波を発生せしめ、該定在波が移動することにより前記ロータを回転させる請求項１に記載の超音波モータ。
【請求項７】
前記音響導波路が、金属、ジルコニア等のセラミックス、石英ファイバーまたはサファイアからなる矩形断面、円形断面もしくは円形断面の一部に平面を有するファイバーまたはテープから構成される請求項１に記載の超音波モータ。
【請求項８】
前記ステータの表面に超音波の進行方向と所定角度を有する方向に溝を形成した請求項１に記載の超音波モータ。
【請求項９】
前記ロータと連動して回転する絶縁部分と導電部分を用いたエンコーダを具備する請求項３に記載の超音波モータ。
【請求項１０】
三次元的構造をもつ音響導波路をステータとし移動体を回転させるようにした請求項１に記載の超音波モータ。
【請求項１１】
前記ステータと前記移動体との間に液体の層を設け非接触型とした請求項１から１０のいずれか１項に記載の超音波モータ。
【請求項１２】
前記ロータが、円筒からなり、該円筒内又は外に同心にヘリカル状コイルの音響導波路を配置した請求項３に記載の超音波モータ。
【請求項１３】
前記ロータが２枚の円板からなり、その間にらせん状コイルを挟んだ請求項２に記載の超音波モータ。
【請求項１４】
請求項１から１３のいずれか１項に記載の超音波モータとアレイ型振動子及び屈曲波の位相制御部を具備する超音波モータ。
【請求項１５】
請求項１から１３のいずれか１項に記載のモータを直列又は並列接続し、かつ、位相制御部を具備する超音波モータ。
【請求項１６】
請求項１から１２のいずれか１項に記載の超音波モータを用いた超音波内視鏡。
【請求項１７】
請求項９に記載のエンコーダを備えた超音波モータを用いた超音波内視鏡。
【請求項１８】
請求項１から１２のいずれか１項に記載の超音波モータを用いた血栓付着防止装置又は血栓除去装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】  本発明は、ヘリカルコイル状の音響導波路あるいは平面内らせんコイル状の音響導波路をステータとして用いた超音波モータに関する。
【背景技術】  超音波モータは、モータを必要とするロボット工学、電気自動車等の機械工学分野、医用診断・治療等の医学分野、電磁界の影響を回避する必要のある計測・生産工学分野など広範囲の技術分野で用いられている。特に、医用分野における血管内超音波画像化法（ＩＶＵＳ：Ｉｎｔｒａｖａｓｃｕｌａｒ  Ｕｌｔｒａｓｏｕｎｄの略）や血栓除去及び血栓付防止用モータには、血管内で使用する必要があるため、
（１）超小型が可能であること
（２）液中動作が可能であること、
（３）中空軸の移動体の回転が可能であること、
等の条件を満たすがある。
そこで前記（１）から（３）の条件の充足が可能であるか否かを中心に従来技術を検討する。
ここで、超音波モータの中でも、進行波型超音波モータは、電磁モータに比べ小型・大トルク、低速高トルクなどの特徴をもつことから、ロボット工学など広い技術分野で用いられている。
従来の進行波型超音波モータの原理は、次のようである。即ち、平板や弾性棒等の音響導波路に屈曲波（非対称ラム波非対称モード）や表面波を伝搬させると音響導波路上の一点は楕円運動を行うので、ばね等により予圧を与えることにより移動体を平板に押し付けると、移動体は進行波の方向と反対方向に移動する。
これまで開発された進行波型超音波モータにおいては、（Ａ）平板を導波路とするもの、（Ｂ）平面内におけるリング状の導波路を用いるもの、の何れかである。これらの超音波モータにおいて、超音波の伝搬は二次元平面内に限られていた。そのため超音波が伝達する導波路と移動体との接触部が短くなる。そこで駆動力を増すため予圧用バネが用いられていた。それ故、従来の進行波型超音波モータでは以下のような問題点があった。
（１）予圧用バネが不可欠であるため小型化あるいは超小型化が困難である。
（２）液中動作は想定されていない。特に前記（Ｂ）の場合には、振動子と導波路が一体で電極を有するため、液中での使用には防水が必要である。
（３）前記（Ｂ）のモータは中空軸の回転が可能であるものの半径方向の厚さを増加する必要があるため血管内での使用は困難であり、また、前記（Ａ）のモータでは中空軸の回転は不可能である。
従って、従来の超音波モータは、前記条件（１）から（３）の全て又は一部を満たすことができない（特開２０００−１０２２７１号公報、
Ｊ．Ｌ．Ｐｏｎｓ，Ｈ．Ｒｏｄｒｉｇｕｅｚ，Ｒ．Ｃｅｒｅｓ，ａｎｄ  Ｌ．Ｃａｌｄｅｒｏｎ，“Ｎｏｖｅｌ  Ｍｏｄｅｌｉｎｇ  Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ  ｆｏｒ  ｔｈｅ  Ｓｔａｔｏｒ  ｏｆ  Ｔｒａｖｅｌｌｉｎｇ  Ｗａｖｅ  Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ  Ｍｏｔｏｒｓ，”ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ  ｏｆ  Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｓ，Ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃｓ，ａｎｄ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｃｏｎｔｒｏｌ，Ｖｏｌ．５０，Ｎｏ．１１，Ｎｏｖｅｍｂｅｒ  ２００３，ｐｐ．１４２９−１４３５、
浅井勝彦、黒澤  実、弾性表面波モータの摩擦駆動モデル、電子通信学会論文誌、Ａ  Ｖｏｌ．Ｊ８５−Ａ，ＰＰ．１４２８−１４３９，２００２年１２月参照）。
さらに、進行波型超音波モータ以外では、予圧用ばねを使用しないため、小型化可能な従来技術がある。例えば、音響導波路の先端を回転体に接触させて駆動する方式の超音波モータでは、（１）予圧用ばねがないため小型化の可能性はある。しかし、（２）音響導波路の先端を機械的に回転させる必要があるため水中での動作は困難、（３）音響導波路が軸上にあるため中空軸の回転が困難、などの問題点があった（Ｒ．Ｃａｒｏｔｅｎｕｔｏ，Ａ．Ｌｕｌａａ，ａｎｄ  Ｇ．Ｃａｌｉａｎｏ，“Ｆｌｅｘｉｂｌｅ  ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ  ｍｏｔｏｒ  ｂａｓｅｄ  ｏｎ  ａｃｏｕｓｔｉｃ  ｆｉｂｅｒ，”Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ，Ｖｏｌ．２７，Ｎｏ．１２，ｐｐ．１９０５−１９０７参照）。
【発明の開示】
本発明が解決しようとする問題点は、従来の進行波型超音波モータでは、（１）予圧用バネが不可欠であったため該モータの構造が複雑であるため小型化困難、（２）防水なしでは液中動作が不可能、（３）血管内では中空軸を有するロータの回転が困難、等である。
本発明の超音波モータは、進行波型超音波モータの動作原理に基づくものである。該モータでは、音響導波路の先端部をコイル状にしたものがステータとして用いられているため、移動体に駆動力を与える範囲が広くなり、単位長さ当たりの駆動力が小さいままで大きな駆動力を与えることを可能となり、これにより予圧用ばねが不要である。さらに、該ステータに近接して配置した移動体を、ステータ中を伝播する屈曲波の表面粒子の楕円運動で駆動することにより、該移動体を回転、走行移動または曲線運動させるようにする。
本発明の超音波モータでは、予圧用バネと吸収体を不要として構造が簡単化されたため、（１）通常の音響導波路で構成したコイルは言うまでもなくカーボンナノコイルの使用も検討できるほどの超小型化が可能、（２）液中での動作が可能、（３）中空軸の移動体の回転も可能、さらに、（４）移動体を回転しつつ軸方向に直線運動させることが可能、（５）球、楕円、円錐など任意の軸対称の物体の回転が可能、（６）円柱又は円筒である移動体の直線運動が可能、等、の利点がある。
【図面の簡単な説明】  第１図は、進行波型超音波モータの動作原理を示し、（ａ）は、屈曲波の時間変化、（ｂ）は、弾性体下面上の点Ｐの時間軌跡を、また（ｃ）は、駆動原理を示す。
第２図は、本発明の進行波型超音波モータの基本構成を示す概念図であって、円形断面のロータにヘリカル状に巻かれた音響導波路（ステータ）の配置と該導波路表面の質点の位置を示す。
第３図は、本発明の進行波型超音波モータのステータに伝搬する超音波の屈曲波の振動により弾性体表面の粒子が辿る時間軌跡を示す概念図である。
第４図は、本発明の進行波型超音波モータの動作原理を示す概念図であって、時間の経過に伴い音響導波路表面の質点Ｐ，Ｑ，Ｒ，Ｓが次々にロータと接触し、ロータの周方向に駆動力を与える状態を示す。
第５図は、本発明の進行波型超音波モータの実施例１の原理を示すものであって、ヘリカルコイル状のステータを用いたものを示す概念図である。
第６図は、本発明の進行波型超音波モータに用いる導波路の実施例を示す概念図であって、（ａ）は丸みを帯びた断面をもつ複合導波路を、また、（ｂ）は矩形断面をもつ複合導波路を用いた例を示す。
第７図は、本発明の進行波型超音波モータの実施例２の概念図であって、超音波伝送に複合導波路を用い、ステータをロータの外部に配置した例を示す。
第８図は、本発明の進行波型超音波モータの他の実施例の概念図であって、ステータにヘリカル状コイル型ステータを用い、該ステータをロータの内部に配置した例を示す。
第９図は、本発明の進行波型超音波モータの別の実施例の概念図であって、超音波伝送に複合導波路を用い、ステータをヘリカル状コイル型ステータで構成し、該ステータをロータ外部に配置した例を示す。
第１０図は、本発明の超音波モータの実施例３の概念図であって、（ａ）は球形にステータを構成した、また（ｂ）は円筒状ロータ内にステータを内設した例を示す。
第１１図は、本発明の進行波型超音波モータの実施例４の概念図であって、ロータと一体に回転するエンコーダを配置した例を示す。
第１２図は、第１１図に示したエンコーダがパルスをカウントする状態を示す概念図である。
第１３図は、第１１図に示したエンコーダの出力を示すグラフである。
第１４図は、本発明の進行波型超音波モータの実施例５の概念図であって、超音波内視鏡へ応用した例を示す。
第１５図は、移動体を回転しつつ軸方向に移動する超音波モータの実施例６を示し、（ａ）はその正面図、（ｂ）は右側面図、（ｃ）は縦断面図を示す。
第１６図は、アレイ型超音波振動子よりなる超音波発生部で音響導波路中に超音波の進行波を発生させ、音響導波路を介してステータに伝送し、さらにステータで変換されない超音波を位相制御部と音響導波路を介して超音波発生部に同相で帰還させることを特徴とする超音波モータの実施例７を示す。
第１７図は、アレイ型超音波振動子に位相差を与えた電圧を印加し、一方向に伝播する屈曲波を発生する方法を示す。
第１８図は、コイルの内径とコイル上を伝播する屈曲波の群速度とコイル内径との関係とを示す。
第１９図は、本発明の超音波モータの実施例８において超音波モータを直列接続する方法を示す。
第２０図は、本発明の超音波モータの実施例９において超音波モータを並列接続する方法を示す。
第２１図は、本発明の超音波モータの実施例１０の概念図であって、（ａ）はその正面図、（ｂ）はその平面図である。
【発明を実施するための最良の形態】  ［進行波型超音波モータの動作原理］
まず本発明のモータの動作原理は進行波型超音波モータと同一なので、その動作原理を述べる。ここで、まず、屈曲波が平板中を伝播する際の表面各点での変位に着目する。
第１図（ａ）は、弾性体中を時間経過に伴い、屈曲波が右方向へ進んでいく様子を表わしている。ｔ０位を時間的な基準とすると、ｔ１，ｔ２，ｔ３は、それぞれπ／２，π，３π／２秒後の弾性体を表わしている。
いま、弾性体の中心線上の各点（例えば点ｑ）の動きをｔ０から順に追ってみると、点ｑは上下振動のみをしていることが分かる。次に表面の各点（例えば点ｐ）に着目する。ｔ０からｔ３へと時間が経過するに伴い、点ｐは上下だけでなく左右にも変位することが分かる。この点ｐの軌跡を描いたものが第１図（ｂ）である。これは、屈曲波が進行するに伴い、弾性体表面の各点の進行方向に対する運動の存在を表わす。
ここで、第１図（ｃ）に示すように、弾性体と移動体とを接触させ、弾性体に屈曲波を伝播させる。屈曲波の進行方向に伴う弾性体表面の粒子の運動は、弾性体と移動体との摩擦を介して移動体へと伝わり、移動体を駆動する。このときの移動体に加わる力の向きは、その楕円振動の向きから屈曲波の進行方向に対して逆向きとなる。
［本発明の超音波モータの動作原理］
本発明の進行波型超音波モータの基本的構成及び動作原理を説明する。
第２図（ａ）に示すように、本発明の進行波型超音波モータＭは、円形断面をもつロータ２にらせん状に巻回されたヘリカルコイル状の音響導波路あるいは平面内らせんコイル状の音響導波路からなるステータ１とから構成されている。
通常、進行波型超音波モータにおいては、ロータ等の移動体と接する音響導波路の質点を楕円運動させる必要がある。本発明の超音波モータに用いる音響導波路１は、厚みを有するため、この音響導波路１を介して超音波の屈曲波を移動体に伝搬させた場合には、屈曲波の進行に伴い音響導波路１の表面近くの任意の質点（第２図（ａ）中のＰ，Ｑ，Ｒ，Ｓのいずれか一つに着目する）は、楕円運動を行うようになる。
また、第３図に示すように、ステータ１に伝搬する屈曲波の主たる振動方向は半径方向である。ここで、屈曲波の伝搬がない場合には、ロータ２と音響導波路１は非接触とする。屈曲波の伝搬に伴い導波路１の表面の質点は、第３図に示すように、楕円運動を行い、また、屈曲波は周方向に伝搬する場合には、質点は時計回り方向に回転する。屈曲波の振幅が小さく、音響導波路１上の質点とロータ２が接触していない状態では、音響導波路１上の質点は、細線ｌ１で示す軌跡を辿る。これに対して屈曲波の振幅が増大し導波路１とロータ２と接触する場合には、質点の移動がロータにより制限されるため、太い実線ｌ２で示したように、ＡからＢへの軌跡を辿る。このため、ロータ２は屈曲波の伝搬方向と逆方向の駆動力を受け、この駆動力によりロータ２は回転する。
ここで、第２図に示すように、ステータ１のロータ２側で３０°間隔離れた点（第２図（ｂ）参照）をＰ，Ｑ，Ｒ，Ｓとする。また、ここでは、説明を簡単にするために、ステータ１の一周が一波長であるとする。ある時間に点Ｐがロータ２と接触したとすると、第４図（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）に示すように、時間の経過に伴いＱ，Ｒ，Ｓが次々にロータ２と接触し、ロータ２の周方向に駆動力を与える。この駆動力の方向は常に同一である。ここで点Ｐとロータ２の反対側の点でステータ１とロータ２が接触する条件でロータ２とステータ１とを動作させることにより、従来の超音波モータのように予圧用バネを用いることなく駆動力を得ることができる。また、ステータ１上の前述した質点は、らせん方向に楕円運動するので移動体、例えばロータ２、は軸方向にも駆動される。
また、ステータ１としてコイルを多数巻回したものを用いた場合には、屈曲波のエネルギーがロータ２に与えられるため、屈曲波の振幅が次第に小さくなる。そのため、コイルの先端から反射波が生じることはなく、コイル上には進行波のみが存在する。それ故、本発明の超音波モータでは、従来の超音波モータのように反射波抑圧用の吸収体を設ける必要がない。
さらに、このように構成したヘリカルコイル状の音響導波路で構成されるステータを用いれば、予圧用バネと吸収体が不要となるため、構造が簡単になり、小型・堅牢な進行波型超音波モータを実現できる。なお、ステータを平面内らせんコイル状にした場合には、ステータを２枚の円板で挟む構造にすれば、予圧用バネは必要としない。
また、移動体（ロータ）は、軸対称であれば、円柱、円板、円筒、円錐状、テーパ、球等任意の形状の物でよい。円柱又は円筒の表面にらせん状の突起又は溝を設ければ回転を通じた軸方向の直線移動が可能となる。また磨耗することを問題にしなければ任意の固体で作られていても良い。
ここで述べた屈曲波は、通常Ｌａｍｂ波と呼ばれている超音波を想定している。Ｌａｍｂ波を用いる場合、駆動力を高めるためには、音響導波路の板厚が大きいほうが好ましい。さらにコイルとロータの接触面が広い方が望ましいので、円形断面の音響導波路を用いる場合には、円形断面の一部を研削して平面状に加工の上、コイル化するとよい。また、Ｌａｍｂ波の他に表面弾性波等、超音波の伝播とともに表面の粒子が楕円運動する超音波を用いることができる。
【実施例１】  第５図は、本発明の実施例１であるヘリカルコイル状の音響導波路をステータとして用いた進行波型超音波モータの原理図を示す。本実施例１の超音波モータＭは、ロータ２と、このロータ２に巻回されたヘリカルコイル状のステータ１ａと、このヘリカルコイル状のステータ１ａの両端に音響導波路５ａ，５ｂを介して接続した振動子（超音波発生器）３，４とから構成される。
振動子３を駆動すると、振動子３で発生した超音波の屈曲波は、音響導波路５ａを介してヘリカルコイル状のステータ１ａに到達する。ヘリカルコイル上では超音波はヘリカルコイルに沿って伝搬するとともに、移動体であるロータ２に超音波の進行方向と逆向きの駆動力を与える。ここで、ヘリカルコイルの全ての部分で、駆動力は、同一方向である。超音波はヘリカルコイル上を伝搬するにつれ減衰する。ヘリカルコイルの各部分がロータ２に与える駆動力は、小さいもののステータとロータの相互作用する距離が長いため、ヘリカルコイルを超音波が伝搬するときの伝搬損失を除く全てのエネルギーがロータ２の駆動力に用いられる。振動子４を駆動すると、振動子４で発生した超音波は音響導波路５ｂを介してステータ１ｂに達し、ロータを反対方向に回転させる。
とくに、本発明の進行波型超音波モータでは、通常の進行波型超音波モータのように、予圧用バネが不要なことである。ここで、導波路５ａのみを用いて、導波路５ｂを用いない場合には、ロータ２の回転方向は一方向に限られる。
これまでの動作説明は進行波形超音波モータに係るものであった。ここで第５図において、振動子３，４に印加する周波数もしくは位相に差をもたせることにより、コイル上に定在波を発生できる。そこで、一方の周波数を掃引することによりコイル上の定在波は移動するため、ロータを駆動できる。これにより進行波合成による定在波型超音波モータを構成できる。
本発明の進行波型超音波モータの導波路５ａ，５ｂとして、金属、ジルコニア等のセラミックス、石英ファイバーまたはサファイアからなる矩形断面、円形断面あるいは円形断面の一部に平面を有するファイバーまたはテープを用いることができる。
また、第５図に示した本発明の実施例１のヘリカルコイル状のステータを用いる超音波モータでは、超音波振動部から４０ＫＨｚの超音波が導波路５ａ，５ｂ（超音波用導波路）に伝導される。導波路５ａ，５ｂは、例えば幅１ｍｍ、厚さ０．０５ｍｍのニッケル薄膜からなる。導波路５ａ，５ｂを伝搬した超音波は、ヘリカルコイル部分１ａでロータ２を駆動する。ロータ２は、例えば、直径２ｍｍ、長さ２０ｍｍのアルミニウム棒からなり、ロータ２には回転確認用の羽をつけてもよい。
ここで、超音波発生部（振動子）３を導波路５ａに接触させるとロータ２は超音波の伝送方向と逆向きに回転し、また、超音波発生部（振動子）４と導波路５ｂを接触させるとロータ２は先の方向と反対方向に回転する。
実施例１に基づいて試作した超音波モータと得られたトルクを示すと（ただし、この場合には音響導波路は５ａのみである。線径０．２ｍｍのピアノ線を用いて、内径２．１ｍｍ、巻数１０、ピッチ０．４ｍｍのコイル部分を構成し、ロータとして、直径２．０ｍｍ、軸長２０ｍｍの超音波モータを構成した。）ランジュバン型振動子に２８．８ｋＨｚ、８０Ｖの電圧を印加してピアノ線を介して超音波モータに伝送し、錘の巻上げによる起動トルクを測定したところ、０．１μＮ・ｍが得られた。
ここで、第６図は、本発明の進行波型超音波モータに用いる導波路の実施例を示す概念図であって、（ａ）は丸みを帯びた断面をもつ複合導波路を、また、（ｂ）は矩形断面をもつ複合導波路を用いた例を示す。
【実施例２】  第７図は、本発明の進行波型超音波モータの実施例２を示し、複合導波路５ａ，５ｂを用いて振動子３からの超音波伝送を行い、第８図に示すように、ステータ１ａがロータ２の内部に配設された構成となる。
本実施例２は、振動子３で発生した超音波をヘリカルコイル状のステータ１ａに伝送するシステムである。第７図に示すように、振動子３，４から発生した超音波は、振動子３，４に接続された導波路５ａを介して、ヘリカル状コイル型ステータ１ａに伝達され、この際生ずる駆動力により、ロータ２が屈曲波の伝播方向と逆方向に回転される。ここでロータ２の回転方向を反転する場合には、振動子３に代えて振動子４を駆動させる。
また、第９図に示すように、ステータ１ａ内部にロータ２を配置することも可能である。
さらに、本発明の進行波型超音波モータＭでは、その回転数、トルクの調整は、ロータの直径、導波路の幅、超音波強度、駆動超音波等をパルス動作させるなどにより調整できる。また、前述した同じ条件でもステータ表面に超音波の進行方向と所定角度例えば直角に近い方向に適当な溝を設けることにより、超音波モータの回転数、トルクを変えることができる。
ここで、第８図に示す構造の試作例を示す。ただしこの試作例では、音響導波路は５ａのみである。線径０．２ｍｍのピアノ線を用いて、外径０．７ｍｍ、巻数１５、ピッチ０．１ｍｍのコイル（ステータ）、チタンを用いて外径１．０ｍｍ、内径０．８ｍｍ、軸長５．０ｍｍのロータを製作し、ロータをステータの外側に配置し、１．２ｍの導波路を介して実施例１の場合と同様にして駆動し、水中での回転を確認した。この構造のモータは、モータの中空軸の中に溶解剤輸送用細径カテーテルを通すことが可能であるため、血栓除去術における血栓溶解剤と血栓（血餅）との攪拌や血管内モニター装置への血栓付着防御に用いることができる。
【実施例３】三次元的構造、例えば、第１０図に示すように、音響導波路（振動子３ａ，３ｂ）を用いて球状あるいはテーパ状にステータ１を構成し、球状あるいはテーパ状の移動体２をステータ１内に保持して回転させて進行波型超音波モータとすることも可能である。（第１０図（ａ））
さらに、円筒状ロータ２内に同心にヘリカルコイル状の音響導波路よりなるステータ１を内設して、円筒状ロータ２をステータ１の軸方向に移動させてもよい。（第１０図（ｂ））
【実施例４】  第１１図から第１３図は、本発明の進行波型超音波モータＭに、エンコーダを配設した実施例４を示す。
第１１図と第１２図に示すように、ロータ２と一体となってロータ２の一部からなるエンコーダは回転する。図中太線で示した部分は導電部分７であり、また細線で示した部分は絶縁部分８である。ここでは導電部分７と静止した外部回路との接続部は示していない。導電部分７に電気的接触部９を接触させることで電池−抵抗−エンコーダで電気回路を閉じる。そのため抵抗部の電圧を計測することによりロータ２の回転数が検出できる。
ここで第１２図について説明する。
第１２図（１）のＯＮ状態では、電気的接触部９ａ、導電部分７ａ、導電部分７ｂ、および電気的接触部９ｂが導通するため、電池、抵抗を含めた回路が閉じて電流が流れる（ＯＮ）。
第１２図（２）ＯＮ終了状態では、ＯＮの状態が終了する。
第１２図（３）のＯＦＦ状態では、電気的接触部９ａと導電部分７ａ、電気的接触部９ｂと導電部分７ｂが離れるためＯＦＦ状態になる。
第１２図（４）のＯＦＦ終了状態では、ＯＦＦ状態が終了する。
そして、第１３図に示すように、エンコーダからのパルス数をカウントすることにより、進行波型超音波モータＭの回転数を設定できる。
【実施例５】  本発明の進行波型超音波モータの一応用例として、超音波内視鏡への適用した実施例５を説明する。従来の機械回転式の超音波内視鏡では、カテーテル内に探触子を配置し、探触子に接続されたトルクワイヤー全体を回転させている。そのため、生体への安全性を考慮して、保護チューブを硬いものにしているため、先端部分の曲率を小さく出来ないので、生体内の細かい部分の観察が出来ない。
そこで本発明の小型化した進行波型超音波モータＭを、第１４図に示すように、先端部分に付けて超音波内視鏡を構成し、ミラー１２を回転させれば、超音波振動子から発生した超音波の伝搬方向を回転させられる。この場合、超音波モータが小型化されていて、回転部分は先端部分だけであるので、曲率を小さく出来る。従って、生体内の細かい部分の観察が可能となる。
また、本発明の進行波型超音波モータを生体の血管内に挿入して、異常部分を検出する血管内エコー法に適用することも可能である。
【実施例６】  小型カメラのレンズ移動用モータとしては第１５図に示すように、中空のロータ２の表面に螺旋状の溝２ａを設けておき、この溝２ａに適合する螺旋状コイルからなるステータ１に振動子３から屈曲波を伝送すれば、ロータ２を回転させながら軸方向に直線運動させることが可能である。位相制御部１４を設置することにより駆動力を高めることができる。第１５図（ａ）はロータ２とステータ１の部分の正面図、第１５図（ｂ）は側面図、第１５図（ｃ）は断面図である。
実施例６の実験例として直径６ｍｍ長さ、２０ｍｍの標準ボルトに直径０．５ｍｍの鉄線を５回巻きつけ、５０ｋＨｚにおいて出力１０Ｗの超音波振動子に鉄線を接触させることにより、約１０ｍｍのストロークが容易に得られた。
【実施例７】  コイルの巻き数が少ない状態で駆動力を高める方法を第１６図に示す。第１６図において超音波発生部１３は、一方向に伝播する屈曲波を発生するアレイ型振動子で音響導波路５ａを介してステータ１に屈曲波を伝送する。ステータ１において回転運動に変換されなかった屈曲波は導波路５ｂを介し超音波発生部１３に戻る。このとき位相制御部１４で屈曲波の位相を制御することにより、超音波発生部１３で発生する超音波と同位相で加算されるため、屈曲波から移動体に変換されるエネルギーが大きくなる。
超音波発生部１３ではＡ，Ｂ，Ｃ，・・・で示すように、振動子が幾つかに分割されている。ここで第１７図に示すように各振動子Ａ，Ｂ，Ｃ，・・・に印加する電圧の位相を調整することにより一方向に進行する屈曲波を発生できる。
なお、屈曲波の位相はコイルの直径や音響導波路の厚さや長さを変えることにより調整できる。一例として第１８図に直径０．１ｍｍから０．３ｍｍのステンレス線をコイル化した場合の群速度の大きさとコイルの半径との関係を示す。
【実施例８】  第１９図は本発明の超音波モータを直列接続して駆動力を大きくしたモータを示す。超音波発生部１３−１で発生した屈曲波は音響導波路５ａ−１を介しステータに伝送され、ロータ２を駆動する。超音波発生部１３−２、１３−３で発生した屈曲波も同様にロータ２を同一方向に駆動するように配置する。１４−１〜１４−３は位相調整器を示す。
【実施例９】  第２０図は本発明のモータを並列接続して幾つかのモータを同時に駆動する方法を示す。超音波発生部１３で発生した屈曲波は、音響導波路を介して超音波モータ１５−１〜１５−３を駆動する。超音波発生部１３と位相制御部１４を独立させることにより、各モータ１５−１〜１５−３を独立に駆動することも可能となる。
【実施例１０】  らせん状ステータを用いたモータを構成する場合には、第２１図（ａ），（ｂ）に示すように、ヨーヨーのようにステータ１の両側を円盤（ロータ）２で挟んだ構成とする。一例として、直径０．３ｍｍの真鍮線をらせん状に巻き直径１０ｍｍの円盤２で挟んだ構造のモータを試作し、４０ｋＨｚにおいて出力１０Ｗの超音波振動子３に真鍮線を接触させ、円盤２の回転を確認した。
【産業上の利用可能性】  以上のように、本発明の超音波モータは、モータを必要とするロボット工学、電気自動車等の機械工学分野、医用診断・治療等の医学分野、電磁界の影響を回避する必要のある計測・生産工学分野など広範囲の技術分野で用いられる。特に、超小型、水中動作、及び中空軸の移動体の回転が可能な、医用分野における血管内超音波画像化法（ＩＶＵＳ）や血栓除去及び血栓付防止用モータ等、血管内で使用するモータに利用可能である。
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【手続補正書】
【提出日】平成19年4月26日(2007.4.26)
【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】請求項１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１】
ステータをコイル状の音響導波路で構成し、該ステータに近接してあるいは接触して配置した移動体を超音波の屈曲波の伝搬により回転、走行移動または曲線運動させるようにした超音波モータ。
【国際調査報告】
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