專利名稱：超聲波馬達(dá)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及超聲波馬達(dá)，特別涉及使轉(zhuǎn)子加壓接觸在定子上而旋 轉(zhuǎn)的馬達(dá)。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，提出了利用超聲波振動(dòng)使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的超聲波馬達(dá)并已實(shí) 用化。該超聲波馬達(dá)是通過(guò)利用壓電元件在定子的表面產(chǎn)生行進(jìn)波、 并使轉(zhuǎn)子加壓接觸在定子上、通過(guò)這兩者間的摩擦力使轉(zhuǎn)子移動(dòng)的結(jié) 構(gòu)。
例如，在專利文獻(xiàn)1中，公開了一種多自由度超聲波馬達(dá)，通過(guò) 經(jīng)由軸承由彈簧對(duì)轉(zhuǎn)子施加預(yù)壓力而使轉(zhuǎn)子加壓接觸在定子上，在此
狀態(tài)下對(duì)相互疊合的多個(gè)壓電元件板施加驅(qū)動(dòng)電壓而在定子中產(chǎn)生超 聲波振動(dòng)，由此使馬達(dá)旋轉(zhuǎn)。這里所謂的預(yù)壓力，是指在至少對(duì)壓電 元件不通電的狀態(tài)下將轉(zhuǎn)子推壓在定子上的壓力。
專利文獻(xiàn)l:特開2004-312809號(hào)公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容
但是，因?yàn)槭怯捎谑┘宇A(yù)壓力而使軸承接觸在轉(zhuǎn)子上，所以有因 摩擦損失使轉(zhuǎn)矩降低的問(wèn)題。
本發(fā)明的為了解決這樣的問(wèn)題而做出的，目的是提供一種能夠?qū)?現(xiàn)高轉(zhuǎn)矩的超聲波馬達(dá)。
本發(fā)明的第1超聲波馬達(dá)具備多個(gè)定子，相互對(duì)置配置；大致 球體狀的轉(zhuǎn)子，由上述多個(gè)定子夾持；l個(gè)定子振動(dòng)機(jī)構(gòu)，共用地設(shè)在 上述多個(gè)定子上，并且使上述多個(gè)定子以產(chǎn)生相互相同的方向的驅(qū)動(dòng) 力的方式振動(dòng)，從而使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。
本發(fā)明的第2超聲波馬達(dá)具備定子；轉(zhuǎn)子，被上述定子接觸支 承；定子振動(dòng)機(jī)構(gòu)，使定子振動(dòng)而使上述轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)；預(yù)壓部件，以至 少在停止時(shí)與上述轉(zhuǎn)子的表面接觸的狀態(tài)配置；預(yù)壓部件振動(dòng)機(jī)構(gòu)， 用來(lái)通過(guò)使上述預(yù)壓部件振動(dòng)而向上述定子加壓轉(zhuǎn)子。
本發(fā)明的第3超聲波馬達(dá)具備定子；大致球體狀的轉(zhuǎn)子，被上述定子接觸支承；定子振動(dòng)機(jī)構(gòu)，通過(guò)使上述定子振動(dòng)而使上述轉(zhuǎn)子 旋轉(zhuǎn)；預(yù)壓部件，對(duì)置于上述轉(zhuǎn)子的表面；預(yù)壓部件振動(dòng)機(jī)構(gòu)，用來(lái)
件的放射壓產(chǎn)生向上述定子預(yù)壓上述^子的預(yù)壓力。 " 根據(jù)本發(fā)明，能夠得到能夠?qū)崿F(xiàn)高轉(zhuǎn)矩的超聲波馬達(dá)。


圖l是表示本發(fā)明的實(shí)施方式l的超聲波馬達(dá)的剖視圖。 圖2是表示實(shí)施方式1的超聲波馬達(dá)的俯視圖。 圖3是表示在實(shí)施方式1中使用的振子的結(jié)構(gòu)的局部剖視圖。 圖4是表示在實(shí)施方式1中使用的振子的3對(duì)壓電元件板的分極 方向的立體圖。
圖5是實(shí)施方式1的超聲波馬達(dá)的局部放大剖視圖。
圖6是表示實(shí)施方式1的變形例的定子的形狀的俯視剖視圖。
圖7是表示實(shí)施方式2的超聲波馬達(dá)的剖視圖。
圖8是表示實(shí)施方式3的超聲波馬達(dá)的剖視圖。
圖9是表示實(shí)施方式4的超聲波馬達(dá)的側(cè)視圖。
圖10是表示實(shí)施方式4的超聲波馬達(dá)的俯視圖。
圖11是表示在實(shí)施方式4中使用的振子的結(jié)構(gòu)的局部剖視圖。
圖12是表示實(shí)施方式5的超聲波馬達(dá)的剖視圖。
圖13是表示實(shí)施方式5的超聲波馬達(dá)的俯視圖。
圖14是實(shí)施方式5的超聲波馬達(dá)的局部放大剖視圖。
圖15是表示實(shí)施方式5的變形例的預(yù)壓部件的形狀的俯視剖視
圖
圖16是表示實(shí)施方式6的超聲波馬達(dá)的剖視圖。
圖17是表示實(shí)施方式7的超聲波馬達(dá)的剖視圖。
圖18是表示在實(shí)施方式7中使用的振子的結(jié)構(gòu)的局部剖視圖。
圖19是表示實(shí)施方式7的變形例的超聲波馬達(dá)的俯視圖。
圖20是表示實(shí)施方式8的超聲波馬達(dá)的剖視圖。
圖21是表示本發(fā)明的實(shí)施方式9的超聲波馬達(dá)的剖視圖。
圖22是表示實(shí)施方式9的超聲波馬達(dá)的俯視圖。
圖23是表示實(shí)施方式9的環(huán)部件的形狀的立體圖。圖24是表示實(shí)施方式9的環(huán)部件的局部剖視圖。
圖25是實(shí)施方式9的超聲波馬達(dá)的部分放大剖視圖。
圖26是表示實(shí)施方式IO的超聲波馬達(dá)的俯視圖。
圖27是表示實(shí)施方式10的變形例的超聲波馬達(dá)的部分放大剖視圖。
圖28是表示實(shí)施方式11的超聲波馬達(dá)的剖視圖。 圖29是表示實(shí)施方式11的超聲波馬達(dá)的俯視圖。 圖30是表示在實(shí)施方式11中使用的振子的結(jié)構(gòu)的局部剖視圖。
具體實(shí)施例方式
以下，基于

本發(fā)明的實(shí)施方式。 實(shí)施方式1
圖1及圖2中表示本發(fā)明的實(shí)施方式1的多自由度超聲波馬達(dá)。 在基部塊1與第1定子2之間夾持有作為定子振動(dòng)機(jī)構(gòu)的圓筒狀的振 子3，并且基部塊l與第l定子2經(jīng)由在振子3內(nèi)通過(guò)的連結(jié)螺栓4相 互連結(jié)，作為多自由度超聲波馬達(dá)整體具有大致圓柱狀的外形。這里， 為了便于說(shuō)明，將從基部塊1朝向第1定子2的圓柱狀的外形的中心 軸規(guī)定為Z軸，設(shè)X軸沿相對(duì)于Z軸垂直的方向延伸、Y軸相對(duì)于Z 軸及X軸垂直地延伸。
振子3具有分別位于XY平面上并且相互疊合的平板狀的第1~第 3壓電元件部31~33，這些壓電元件部31~33以經(jīng)由絕緣片34 ~ 37 與定子2及基部塊1絕緣、并且相互絕緣的狀態(tài)配置。
在第l定子2上，在與和振子3相接的面的相反側(cè)形成有凹部5， 在該凹部5內(nèi)收容有大致球體狀的轉(zhuǎn)子6。凹部5由具有比轉(zhuǎn)子6的直 徑小的內(nèi)徑的小徑部7、和具有比轉(zhuǎn)子6的直徑大的內(nèi)徑的大徑部8構(gòu) 成，在這些小徑部7及大徑部8的邊界部上形成有位于XY平面上的環(huán) 狀的階差9。
進(jìn)而，在第1定子2的上部，在Z軸方向相鄰地配置有環(huán)狀的第2 定子10,在該第2定子IO的內(nèi)周緣上形成有位于XY平面上的環(huán)狀的 角部ll。第2定子10通過(guò)多個(gè)、例如12根固定用螺栓12牢固地固定 在第1定子2上，第1定子2與第2定子10形成對(duì)于從振子3施加的 振動(dòng)以相同的振動(dòng)模式振動(dòng)的單一的定子振動(dòng)體S。轉(zhuǎn)子6與凹部5內(nèi)的階差9及第2定子10的角部11的雙方抵接并 被夾持，被旋轉(zhuǎn)自如地支承。
例如，基部塊l、第l定子2及第2定子10分別由高強(qiáng)度鋁合金 形成，多自由度超聲波馬達(dá)整體形成直徑40mm及高度100mm左右的 大致圓柱體。作為轉(zhuǎn)子6，使用直徑25.8mm的鋼球。
如圖3所示，振子3的第l壓電元件部31具有依次疊合了分別具 有圓板形狀的電極板31a、壓電元件板31b、電極板31c、壓電元件板 31d及電極板31e的構(gòu)造。同樣，第2壓電元件部32具有依次疊合了 分別具有圓板形狀的電極板32a、壓電元件板32b、電極板32c、壓電 元件板32d及電極板32e的構(gòu)造，第3壓電元件部33具有依次疊合了 分別具有圓板形狀的電極板33a、壓電元件板33b、電極板33c、壓電 元件板33d及電極板33e的構(gòu)造。
如圖4所示，第l壓電元件部31的一對(duì)壓電元件板31b及31d的 沿Y軸方向2分割的部分相互具有相反極性，以分別沿Z軸方向(厚 度方向)進(jìn)行膨脹和收縮的相反的變形動(dòng)作的方式被分極，壓電元件 板31b與壓電元件板31d相互翻轉(zhuǎn)而配置。
笫2壓電元件部32的一對(duì)壓電元件板32b及32d不2分割，以整 體沿Z軸方向(厚度方向)進(jìn)行膨脹和收縮的相反的變形動(dòng)作的方式 被分極，壓電元件板32b與壓電元件板32d相互翻轉(zhuǎn)而配置。
第3壓電元件部33的一對(duì)壓電元件板33b及33d的沿X軸方向2 分割的部分相互具有相反極性，以分別沿Z軸方向(厚度方向)進(jìn)行 膨脹和收縮的相反的變形動(dòng)作的方式被分極，壓電元件板33b與壓電 元件板33d相互翻轉(zhuǎn)而配置。
如圖1及圖3所示，配置在笫1壓電元件部31的兩面部分上的電 極板31a及電極板31e、配置在第2壓電元件部32的兩面部分上的電 極板32a及電極板32e、配置在第3壓電元件部33的兩面部分上的電 極板33a及電極板33e分別電氣地接地。此外，從配置在第l壓電元件 部31的一對(duì)壓電元件板31b及31d之間的電極板31c引出第l端子31t、 從配置在第2壓電元件部32的一對(duì)壓電元件板32b及32d之間的電極 板32c引出第2端子32t、從配置在笫3壓電元件部33的一對(duì)壓電元件 板33b及33d之間的電極板33c引出第3端子33t。
接著，對(duì)該實(shí)施方式1的多自由度超聲波馬達(dá)的動(dòng)作進(jìn)行說(shuō)明。首先，如果對(duì)振子3從第1端子31t施加接近于由第l定子2和第 2定子10形成的定子振動(dòng)體S的固有頻率的頻率的交流電壓，則第1 壓電元件部31的一對(duì)壓電元件板31b及31d的2分割的部分沿Z軸方 向交替地反復(fù)膨脹和收縮，在定子振動(dòng)體S上產(chǎn)生Y軸方向的彎曲振 動(dòng)。此外，如果從第2端子32t施加接近于定子振動(dòng)體S的固有頻率的 頻率的交流電壓，則第2壓電元件部32的一對(duì)壓電元件板32b及32d 沿Z軸方向反復(fù)膨脹和收縮，在定子振動(dòng)體S上產(chǎn)生Z軸方向的縱振 動(dòng)。進(jìn)而，如果從第3端子33t施加接近于定子振動(dòng)體S的固有頻率的 頻率的交流電壓，則第3壓電元件部33的一對(duì)壓電元件板33b及33d 的2分割的部分沿Z軸方向交替地反復(fù)膨脹和收縮，在定子振動(dòng)體S 上產(chǎn)生X軸方向的彎曲振動(dòng)。
所以，如果從第1端子31t和第2端子32t的兩者分別施加4吏相位 改變90度的交流電壓，則將Y軸方向的彎曲振動(dòng)與Z軸方向的縱振動(dòng) 組合，在與轉(zhuǎn)子6接觸的第1定子2的階差9及第2定子IO的角部11 上分別產(chǎn)生YZ面內(nèi)的橢圓振動(dòng)，通過(guò)摩擦力使轉(zhuǎn)子6繞X軸旋轉(zhuǎn)。
同樣，如果從第2端子32t和第3端子33t的兩者分別施加^f吏相位 改變90度的交流電壓，則將X軸方向的彎曲振動(dòng)與Z軸方向的縱振動(dòng) 組合，在與轉(zhuǎn)子6接觸的第1定子2的階差9及第2定子IO的角部11 上分別產(chǎn)生XZ面內(nèi)的橢圓振動(dòng)，通過(guò)摩擦力使轉(zhuǎn)子6繞Y軸旋轉(zhuǎn)。
進(jìn)而，如果從第l端子31t和笫3端子33t的兩者分別施加^f吏相位 改變90度的交流電壓，則將X軸方向的彎曲振動(dòng)與Y軸方向的彎曲振 動(dòng)組合，在與轉(zhuǎn)子6接觸的第1定子2的階差9及第2定子IO的角部 11上分別產(chǎn)生XY面內(nèi)的橢圓振動(dòng)，通過(guò)摩擦力使轉(zhuǎn)子6繞Z軸旋轉(zhuǎn)。
這樣，如果選擇振子3的第1端子31t、第2端子32t及笫3端子 33t中的兩個(gè)端子、并從這兩個(gè)端子的兩者分別施加使相位改變90度 的交流電壓，則在定子振動(dòng)體S上產(chǎn)生振動(dòng)，如圖5中虛線箭頭所示， 在與轉(zhuǎn)子6接觸的第1定子2的階差9及第2定子10的角部11上分別 產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于所選擇的兩個(gè)端子的面內(nèi)的橢圓振動(dòng)。
此時(shí)，由于第1定子2與第2定子IO形成單一的定子振動(dòng)體S， 所以第l定子2的階差9與第2定子10的角部11以相互相同的振動(dòng)模 式振動(dòng)。因此，轉(zhuǎn)子6被從第1定子2的階差9和第2定子10的角部 ll兩者傳遞旋轉(zhuǎn)力，以較高的轉(zhuǎn)矩旋轉(zhuǎn)。因而，通過(guò)在經(jīng)由環(huán)狀的第2定子10露出的轉(zhuǎn)子6的表面部分上 安裝未圖示的臂、攝像裝置等，能夠?qū)崿F(xiàn)多自由度的驅(qū)動(dòng)器、以大視 野范圍為對(duì)象的照相機(jī)等。
另外，用來(lái)將第2定子10固定在笫1定子2上的固定用螺栓12 并不限于12根，只要能夠?qū)⒌?定子10固定以形成第1定子2和第2 定子10以相互相同的振動(dòng)模式振動(dòng)的單一的定子振動(dòng)體S，對(duì)固定用 螺栓12的根數(shù)中并沒(méi)有限制。此外，只要能夠在夾著轉(zhuǎn)子6的狀態(tài)下 使第2定子10固接在第1定子2上，也可以是粘接等、螺栓以外的固 定方法。但是，為了形成單一的定子振動(dòng)體S，優(yōu)選地利用第1定子2 和第2定子10的接觸面積整體進(jìn)行粘接等。
此外，也可以構(gòu)成為第1定子2的階差9及第2定子10的角部11 的至少一方不是遍及全周地與轉(zhuǎn)子6接觸，而如圖6所示那樣，僅在 周向的多個(gè)部位、例如4個(gè)部位接觸在轉(zhuǎn)子6的表面上。如果這樣， 則能夠減少第1定子2及第2定子IO與轉(zhuǎn)子6的接觸帶來(lái)的摩擦損失， 還能夠?qū)崿F(xiàn)高轉(zhuǎn)矩。在此情況下，接觸在轉(zhuǎn)子6的表面上的第1定子2 或第2定子10的多個(gè)接觸部位C優(yōu)選地相對(duì)于轉(zhuǎn)子6處于相互對(duì)稱的 位置上。
實(shí)施方式2
圖7中表示本發(fā)明的實(shí)施方式2的多自由度超聲波馬達(dá)。該多自 由度超聲波馬達(dá)是在圖1所示的實(shí)施方式l的多自由度超聲波馬達(dá)中、 代替在內(nèi)周緣上形成有環(huán)狀的角部11的第2定子10而使用具有環(huán)狀 的板簧13a的第2定子13的結(jié)構(gòu)。環(huán)狀的板簧13a在夾持轉(zhuǎn)子6的方 向上具有彈性，板簧13a的內(nèi)周緣13b位于XY平面上，抵接在轉(zhuǎn)子6 的表面上。
與實(shí)施方式1的多自由度超聲波馬達(dá)同樣，第2定子13通過(guò)12 根固定用螺栓12牢固地固定在第1定子2上，形成第1定子2與第2 定子13以相同的振動(dòng)模式振動(dòng)的單一的定子振動(dòng)體S。
在該實(shí)施方式2中，也通過(guò)選擇振子3的第1端子31t、第2端子 32t及第3端子33t中的兩個(gè)端子而分別施加交流電壓，在定子振動(dòng)體 S上產(chǎn)生振動(dòng)，與轉(zhuǎn)子6接觸的第1定子2的階差9及第2定子13的 板簧13a的內(nèi)周緣13b以相互相同的振動(dòng)模式振動(dòng)，轉(zhuǎn)子6以較高的 轉(zhuǎn)矩旋轉(zhuǎn)。此時(shí)，由于板簧13a的內(nèi)周緣13b彈力地抵接在轉(zhuǎn)子6的表面上， 所以轉(zhuǎn)子6與第1定子2的階差9及第2定子13的板簧13a的內(nèi)周緣 13b之間的摩擦力增加，增大了轉(zhuǎn)子6的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩。
實(shí)施方式3
圖8中表示本發(fā)明的實(shí)施方式3的多自由度超聲波馬達(dá)。該多自 由度超聲波馬達(dá)是在圖7所示的實(shí)施方式2的多自由度超聲波馬達(dá)中、 代替在凹部5內(nèi)形成有環(huán)狀的階差9的第l定子2而使用在凹部5內(nèi)形 成有環(huán)狀的板簧14a的第1定子14的結(jié)構(gòu)。該第1定子14的板簧14a 和第2定子13的板簧13a都在夾持轉(zhuǎn)子6的方向上具有彈性，板簧14a 的內(nèi)周緣14b和板簧13a的內(nèi)周緣13b分別位于XY平面上，抵接在轉(zhuǎn) 子6的表面上。
與實(shí)施方式1及2的多自由度超聲波馬達(dá)同樣，第2定子13通過(guò) 12根固定用螺栓12牢固地固定在第l定子14上，形成第l定子14與 第2定子13以相同的振動(dòng)模式振動(dòng)的單一的定子振動(dòng)體S。
在該實(shí)施方式3中，也通過(guò)選擇振子3的第1端子31t、第2端子 32t及第3端子33t中的兩個(gè)端子分別施加交流電壓，在定子振動(dòng)體S 上產(chǎn)生振動(dòng)，與轉(zhuǎn)子6接觸的第l定子14的板簧14a的內(nèi)周緣14b及 第2定子13的板簧13a的內(nèi)周緣13b以相互相同的振動(dòng)模式振動(dòng)，轉(zhuǎn) 子6以較高的轉(zhuǎn)矩旋轉(zhuǎn)。
此時(shí)，由于第1定子14的板簧14a的內(nèi)周緣14b和第2定子13 的板簧13a的內(nèi)周緣13b分別彈力地抵接在轉(zhuǎn)子6的表面上，所以轉(zhuǎn) 子6與第1定子14的板簧14a的內(nèi)周緣14b及第2定子13的板簧13a 的內(nèi)周緣13b之間的摩擦力增加，增大了轉(zhuǎn)子6的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩。
實(shí)施方式4
圖9及圖10中表示本發(fā)明的實(shí)施方式4的多自由度超聲波馬達(dá)。 在上述實(shí)施方式1~3的多自由度超聲波馬達(dá)中，第1定子2或14與第 2定子10或13通過(guò)固定用螺栓12相互形成為一體，配置在振子3的 一側(cè)，但在該實(shí)施方式4的多自由度超聲波馬達(dá)中，第1定子15與第 2定子16隔著振子17配置在振子17的兩側(cè)。
第1定子15及第2定子16分別具有沿著其周向以環(huán)狀包圍轉(zhuǎn)子6 而配置的環(huán)形狀，形成有具有比轉(zhuǎn)子6的直徑稍小的內(nèi)徑的圓形的開 口部15a及16a。轉(zhuǎn)子6經(jīng)由第1定子15的開口部15a及第2定子16的開口部16a沿+Z軸方向及-Z軸方向的兩個(gè)方向上露出。
振子17在XY平面內(nèi)沿周向被4分割，分別如圖11所示，具有依 次疊合了電極板17a、壓電元件板17b及電極板17c的構(gòu)造。構(gòu)成為， 4分割的振子17的壓電元件板17b以分別在Z軸方向(厚度方向)上 進(jìn)行膨脹或收縮的變形動(dòng)作的方式被分極，通過(guò)對(duì)電極板17a及17c 之間施加獨(dú)立的交流電壓，能夠相互獨(dú)立地驅(qū)動(dòng)控制4分割的振子17。 這樣的振子17在經(jīng)由絕緣片18及19從第1定子15及第2定子16絕 緣的狀態(tài)下配置。
通過(guò)分別獨(dú)立地驅(qū)動(dòng)控制4分割的振子17，在與轉(zhuǎn)子6接觸的笫1 定子15的開口部15a的周緣部及笫2定子16的開口部16a的周緣部上 產(chǎn)生希望的面內(nèi)的橢圓振動(dòng)，能夠以相同的振動(dòng)模式振動(dòng)，能夠使轉(zhuǎn) 子6以高轉(zhuǎn)矩旋轉(zhuǎn)。
另外，如果在第1定子15及第2定子16在振子17的作用下振動(dòng) 時(shí)形成的波節(jié)位置上通過(guò)固定工具20支承笫1定子15及第2定子16， 則能夠在將給這些第1定子15及第2定子16的振動(dòng)帶來(lái)的影響抑制在 最小限度內(nèi)的同時(shí)支承該實(shí)施方式4的多自由度超聲波馬達(dá)。
例如，通過(guò)在經(jīng)由定子15的開口部15a及第2定子16的開口部 16a在+Z軸方向及-Z軸方向上露出的轉(zhuǎn)子6的表面部分上分別安裝臂、 攝像裝置等，能夠?qū)崿F(xiàn)多自由度且具有多個(gè)臂的驅(qū)動(dòng)器、以很大視野 范圍為對(duì)象的照相機(jī)等。
另外，在上述實(shí)施方式1 ~4中，選擇振子3的第1端子31t、第2 端子32t、第3端子335中的兩個(gè)而施加的交流電壓的相位改變90度， 但并不限于90度，也可以變化。此外，也可以使施加的交流電壓的電 壓值變化。通過(guò)各種各樣地控制交流電壓，能夠控制在第1定子2、 14、 15及第2定子10、 13、 16中產(chǎn)生的橢圓振動(dòng)。
此外，在上述實(shí)施方式1~4中，第1定子2、 15及第2定子10、 13、 16與轉(zhuǎn)子6的接觸是階差9或角部11那樣的角部，但并不限于該 結(jié)構(gòu)。只要能夠傳遞橢圓運(yùn)動(dòng)，既可以以平面接觸、也可以以曲面接 觸，也可以不是環(huán)狀。
此外，在上述實(shí)施方式1 4中，振子3使用作為相互不同的3方 向的振動(dòng)而產(chǎn)生Z方向的縱振動(dòng)、X、 Y方向的彎曲振動(dòng)的振子，但也 可以不是這樣相互正交的振動(dòng)。此外，產(chǎn)生3方向的振動(dòng)的振子使用第1壓電元件部31、第2壓電元件部32、第3壓電元件部33的對(duì)應(yīng)于 各個(gè)方向的壓電元件，但也可以為了產(chǎn)生各個(gè)方向的振動(dòng)而將多個(gè)壓 電元件部的振動(dòng)合成，也可以將1個(gè)壓電元件部分極為3個(gè)以上而通 過(guò)1個(gè)壓電元件部產(chǎn)生兩個(gè)以上的方向的振動(dòng)。
此外，在上述實(shí)施方式1~4中，選擇3個(gè)方向中的兩個(gè)方向而產(chǎn) 生了振動(dòng)，但也可以對(duì)對(duì)應(yīng)于3個(gè)方向的所有壓電元件施加交流電壓、 控制各方向的振動(dòng)的相位及振幅而產(chǎn)生合成振動(dòng)。
實(shí)施方式5
圖12及圖13中表示本發(fā)明的實(shí)施方式5的超聲波馬達(dá)。在基部塊 1與定子41之間夾持有作為定子振動(dòng)機(jī)構(gòu)的圓筒狀的振子3，并且基 部塊1與定子41經(jīng)由在振子3內(nèi)通過(guò)的連結(jié)螺栓4相互連結(jié)，作為超 聲波馬達(dá)整體具有大致圓柱形的外形。這里，為了便于說(shuō)明，將從基 部塊1朝向定子41的圓柱狀的外形的中心軸規(guī)定為Z軸，X軸沿相對(duì) 于Z軸垂直的方向延伸，Y軸相對(duì)于Z軸及X軸垂直地延伸。
振子3具有分別位于XY平面上并且相互疊合的平板狀的第1~第 3壓電元件部31~33，這些壓電元件部31~33在經(jīng)由絕緣片34 ~ 37 從定子41及基部塊1并且相互絕緣的狀態(tài)下配置。
在定子41上，在與和振子3相接的面的相反側(cè)形成有凹部42，在 該凹部42內(nèi)收容有球體狀的轉(zhuǎn)子6。凹部42由具有比轉(zhuǎn)子6的直徑小 的內(nèi)徑的小徑部43、和具有比轉(zhuǎn)子6的直徑大的內(nèi)徑的大徑部44構(gòu)成， 在這些小徑部43及大徑部44的邊界部上形成有位于XY平面上的環(huán)狀 的階差45。
進(jìn)而，在定子41的上部經(jīng)由環(huán)狀的板簧46彈力地連結(jié)有環(huán)形狀 的預(yù)壓部件47，以使其在Z軸方向上相鄰。在該預(yù)壓部件47的內(nèi)周緣 上形成有位于XY平面上的環(huán)狀的角部48，轉(zhuǎn)子6抵接在定子41的階 差45及預(yù)壓部件47的角部48的兩者上而,皮夾持，旋轉(zhuǎn)自如地被支承。
這里，通過(guò)板簧46將預(yù)壓部件47向定子41的方向施力，經(jīng)由預(yù) 壓部件47的角部48對(duì)轉(zhuǎn)子6作用有預(yù)壓。
此外，由于在定子41與預(yù)壓部件47之間夾著板簧46，所以構(gòu)成 為，當(dāng)通過(guò)振子3在定子41上產(chǎn)生了振動(dòng)時(shí)，預(yù)壓部件47以與定子 41的振動(dòng)模式不同的振動(dòng)模式振動(dòng)。
例如，基部塊1、定子41及預(yù)壓部件47分別由高強(qiáng)度鋁合金形成，超聲波馬達(dá)整體形成直徑40mm及高度100mm左右的大致圓柱體。作 為轉(zhuǎn)子6而使用直徑25.8mm的鋼球。
另外，這里，例如如振子3那樣，賦予與上述實(shí)施方式1的部分 相同的號(hào)碼的部分具有與實(shí)施方式l的對(duì)應(yīng)的號(hào)碼的部分相同的結(jié)構(gòu)。
接著，對(duì)該實(shí)施方式5的超聲波馬達(dá)的動(dòng)作進(jìn)行說(shuō)明。
首先，如果對(duì)振子3從第l端子31t施加接近于定子41的固有頻 率的頻率的交流電壓，則第1壓電元件部31的一對(duì)壓電元件板31b及 31d的2分割的部分沿Z軸方向交替地反復(fù)膨脹和收縮，在定子41上 產(chǎn)生Y軸方向的彎曲振動(dòng)。此外，如果從第2端子32t施加接近于定 子41的固有頻率的頻率的交流電壓，則第2壓電元件部32的一對(duì)壓 電元件板32b及32d沿Z軸方向反復(fù)膨脹和收縮，在定子41上產(chǎn)生Z 軸方向的縱振動(dòng)。進(jìn)而，如果從笫3端子33t施加接近于定子41的固 有頻率的頻率的交流電壓，則第3壓電元件部33的一對(duì)壓電元件板33b 及33d的2分割的部分沿Z軸方向反復(fù)膨脹和收縮，在定子41上產(chǎn)生 X軸方向的彎曲振動(dòng)。
所以，如果從第l端子31t和第2端子32t的兩者分別施加使相位 改變90度的交流電壓，則將Y軸方向的彎曲振動(dòng)與Z軸方向的縱振動(dòng) 組合，在與轉(zhuǎn)子6接觸的定子41的階差45上產(chǎn)生YZ面內(nèi)的橢圓振動(dòng)， 通過(guò)摩擦力使轉(zhuǎn)子6繞X軸旋轉(zhuǎn)。
同樣，如果從第2端子32t和第3端子33t的兩者分別施加4吏相位 改變90度的交流電壓，則將X軸方向的彎曲振動(dòng)與Z軸方向的縱振動(dòng) 組合，在與轉(zhuǎn)子6接觸的定子41的階差45上產(chǎn)生XZ面內(nèi)的橢圓振動(dòng)， 通過(guò)摩擦力使轉(zhuǎn)子6繞Y軸旋轉(zhuǎn)。
進(jìn)而，如果從第l端子31t和第3端子33t的兩者分別施加使相位 改變90度的交流電壓，則將X軸方向的彎曲振動(dòng)與Y軸方向的彎曲振 動(dòng)組合，在與轉(zhuǎn)子6接觸的定子41的階差45上產(chǎn)生XY面內(nèi)的橢圓振 動(dòng)，通過(guò)摩擦力使轉(zhuǎn)子6繞Z軸旋轉(zhuǎn)。
這樣，如果選擇振子3的第1端子31t、第2端子32t及第3端子 33t中的兩個(gè)端子、從這兩個(gè)端子的兩者分別施加4吏相位改變90度的 交流電壓，則在定子41上產(chǎn)生振動(dòng)，如圖14中虛線箭頭所示，在與 轉(zhuǎn)子6接觸的定子41的階差45上產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于所選擇的兩個(gè)端子的面 內(nèi)的橢圓振動(dòng)。這里，通過(guò)板簧46的施力經(jīng)由預(yù)壓部件47的角部48對(duì)轉(zhuǎn)子6作 用有預(yù)壓，轉(zhuǎn)子6相對(duì)于定子41的階差45被加壓，所以通過(guò)這些轉(zhuǎn) 子6與階差45之間的摩擦力對(duì)轉(zhuǎn)子6傳遞旋轉(zhuǎn)力。
此時(shí)，由于在夾在預(yù)壓部件47與定子41之間的板簧46的作用下 使預(yù)壓部件47如圖14中用實(shí)線箭頭所示那樣以與定子41的振動(dòng)模式 不同的振動(dòng)模式振動(dòng)，所以大幅地降低了起因于預(yù)壓部件47的角部48 與轉(zhuǎn)子6的表面的接觸的摩擦損失，轉(zhuǎn)子6以較高的轉(zhuǎn)矩旋轉(zhuǎn)。
此外，由于預(yù)壓部件47經(jīng)由板簧46連結(jié)在定子41上，利用振子 3帶來(lái)的定子41的振動(dòng)使預(yù)壓部件47振動(dòng)，所以能夠得到簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu) 的超聲波馬達(dá)。
此外，在將振子3停止而預(yù)壓部件47不振動(dòng)時(shí)，能夠通過(guò)預(yù)壓部 件47的角部48與轉(zhuǎn)子6的表面之間的摩擦力增加來(lái)保持該轉(zhuǎn)子6。
因而，通過(guò)在經(jīng)由環(huán)形狀的預(yù)壓部件47露出的轉(zhuǎn)子6的表面部分 上安裝未圖示的臂、攝像裝置等，能夠?qū)崿F(xiàn)多自由度的驅(qū)動(dòng)器、以大 視野范圍為對(duì)象的照相機(jī)等。
另外，環(huán)形狀的預(yù)壓部件47的角部48也可以構(gòu)成為不是遍及整 周接觸在轉(zhuǎn)子6上、而是如圖15所示那樣僅在周向的多個(gè)部位、例如 4個(gè)部位接觸在轉(zhuǎn)子6的表面上。這樣，能夠進(jìn)一步降低因預(yù)壓部件 47與轉(zhuǎn)子6的接觸帶來(lái)的摩擦損失，能夠?qū)崿F(xiàn)更高的轉(zhuǎn)矩。在此情況 下，接觸在轉(zhuǎn)子6的表面上的預(yù)壓部件47的多個(gè)接觸部位C優(yōu)選地相 對(duì)于轉(zhuǎn)子6處于相互對(duì)稱的位置上。
實(shí)施方式6
圖16中表示本發(fā)明的實(shí)施方式6的超聲波馬達(dá)。該超聲波馬達(dá)是 在圖12所示的實(shí)施方式5的超聲波馬達(dá)中、在環(huán)形狀的預(yù)壓部件47 的內(nèi)周緣上安裝有位于XY平面上的環(huán)狀的抵接部件49的結(jié)構(gòu)。抵接 部件49由特氟龍(注冊(cè)商標(biāo))等的低摩擦材料形成，轉(zhuǎn)子6抵接在由 抵接部件49形成的角部50和定子41的階差45的兩者上而被夾持，被 旋轉(zhuǎn)自如地支承。
由于經(jīng)由由低摩擦材料形成的抵接部件49對(duì)轉(zhuǎn)子6作用預(yù)壓，所 以進(jìn)一步降低了因抵接部件49與轉(zhuǎn)子6的接觸帶來(lái)的摩擦損失，實(shí)現(xiàn) 了高轉(zhuǎn)矩的超聲波馬達(dá)。
實(shí)施方式7圖17中表示本發(fā)明的實(shí)施方式7的超聲波馬達(dá)。該超聲波馬達(dá)是 在圖12所示的實(shí)施方式5的超聲波馬達(dá)中、代替經(jīng)由板簧46彈力地 連結(jié)在定子41上的預(yù)壓部件47、從定子51沿Z軸方向離開而配置預(yù) 壓部件52的結(jié)構(gòu)。在預(yù)壓部件52上經(jīng)由振子53連結(jié)著保持部件54， 保持部件54利用未圖示的彈簧等彈力地支承在定子51或基部塊1上， 以使其被向定子51的方向施力。
預(yù)壓部件52、振子53及保持部件54都形成為在中央具有開口部 的環(huán)形狀，轉(zhuǎn)子6經(jīng)由這些開口部露出。此外，在預(yù)壓部件52的內(nèi)周 緣上形成有位于XY平面上的環(huán)狀的角部55。
如圖18所示，振子53具有依次疊合了電極板53a、壓電元件板53b 及電極板53c的構(gòu)造。壓電元件板53b以在其厚度方向上進(jìn)行膨脹或 收縮的變形動(dòng)作的方式被分極，構(gòu)成為，通過(guò)在電極板53a及53c之間 施加交流電壓，能夠驅(qū)動(dòng)控制該振子53,在這樣的振子53的兩面上分 別配置有絕緣片56及57，振子53在經(jīng)由絕緣片56及57從預(yù)壓部件 52及保持部件54絕緣的狀態(tài)下配置。
另外，定子51與實(shí)施方式5的定子41同樣，在與基部塊l之間夾 持有振子3的狀態(tài)下通過(guò)連結(jié)螺栓4相互連結(jié)，在定子51的與和振子 3相接的面的相反側(cè)，形成有具有比轉(zhuǎn)子6的直徑小的內(nèi)徑的凹部58。 在該凹部58的開口端周緣上形成有位于XY平面上的環(huán)狀的角部59， 轉(zhuǎn)子6抵接在定子51的角部59和預(yù)壓部件52的角部55兩者上而被夾 持，被旋轉(zhuǎn)自如地保持。
在這樣的結(jié)構(gòu)中，如果選擇振子3的第1端子31t、第2端子32t 及第3端子33t中的兩個(gè)端子、分別從這兩個(gè)端子施加使相位改變90 度的交流電壓，則在定子51上產(chǎn)生振動(dòng)，在與轉(zhuǎn)子6接觸的定子51 的角部59上產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于所選擇的兩個(gè)端子的面內(nèi)的橢圓振動(dòng)。
此時(shí)，由于通過(guò)未圖示的彈簧等將保持部件54向定子51的方向 施力、經(jīng)由預(yù)壓部件52的角部55對(duì)轉(zhuǎn)子6作用預(yù)壓、將轉(zhuǎn)子6相對(duì)于 定子51的角部59加壓，所以通過(guò)這些轉(zhuǎn)子6與角部59之間的摩擦力 對(duì)轉(zhuǎn)子6傳遞旋轉(zhuǎn)力。
這里，如果驅(qū)動(dòng)控制振子53，則預(yù)壓部件52從振子3帶來(lái)的定子 51的振動(dòng)獨(dú)立地振動(dòng)，由此大幅地降低起因于預(yù)壓部件52的角部55 與轉(zhuǎn)子6的表面的接觸的摩擦損失，轉(zhuǎn)子6以較高的轉(zhuǎn)矩旋轉(zhuǎn)。如圖19所示，如果在預(yù)壓部件52及保持部件54在振子53的作用 下振動(dòng)時(shí)形成的波節(jié)位置上通過(guò)固定工具60支承這些預(yù)壓部件52及 保持部件54,則能夠在將給預(yù)壓部件52的振動(dòng)帶來(lái)的影響抑制在最小 限度內(nèi)的同時(shí)支承預(yù)壓部件52。
實(shí)施方式8
圖20中表示本發(fā)明的實(shí)施方式8的超聲波馬達(dá)。該超聲波馬達(dá)是 在圖17所示的實(shí)施方式7的超聲波馬達(dá)中、在環(huán)形狀的預(yù)壓部件52 的內(nèi)周緣上安裝有位于XY平面上的環(huán)狀的抵接部件61的結(jié)構(gòu)。抵接 部件61由特氟龍(注冊(cè)商標(biāo))等的低摩擦材料形成，轉(zhuǎn)子6抵接在由 抵接部件61形成的角部62和定子1的角部59的兩者上而被夾持，被 旋轉(zhuǎn)自如地支承。
由于經(jīng)由由低摩擦材料形成的抵接部件61對(duì)轉(zhuǎn)子6作用有預(yù)壓， 所以進(jìn)一步降低了因抵接部件61與轉(zhuǎn)子6的接觸帶來(lái)的摩擦損失，能 夠?qū)崿F(xiàn)高轉(zhuǎn)矩的超聲波馬達(dá)。
上述實(shí)施方式5 ~ 8應(yīng)用在轉(zhuǎn)子6是球體狀、通過(guò)振子3使定子41 及51振動(dòng)而使轉(zhuǎn)子6繞多個(gè)軸旋轉(zhuǎn)的多自由度的超聲波馬達(dá)中，但也 可以代替它而應(yīng)用到使轉(zhuǎn)子繞單一的軸旋轉(zhuǎn)的單自由度的超聲波馬達(dá) 中。
另外，在上述實(shí)施方式5 8中，選擇振子3的第1端子31t、第2 端子32t、第3端子335中的兩個(gè)而施加的交流電壓的相位改變90度， 但并不限于90度，也可以變化。此外，也可以使施加的交流電壓的電 壓值變化。通過(guò)各種各樣地控制交流電壓，能夠控制在定子41、 51上 產(chǎn)生的橢圓振動(dòng)。
此外，在上述實(shí)施方式5~8中，定子41、 51與轉(zhuǎn)子6的接觸是階 差45或角部59那樣的角部，但并不限于該結(jié)構(gòu)。只要能夠傳遞橢圓 運(yùn)動(dòng)，既可以以平面接觸、也可以以曲面接觸，也可以不是環(huán)狀。
此外，在上述實(shí)施方式5 8中，振子3使用作為相互不同的3方 向的振動(dòng)而產(chǎn)生Z方向的縱振動(dòng)、X、 Y方向的彎曲振動(dòng)的振子，但也 可以不是這樣相互正交的振動(dòng)。此外，產(chǎn)生3方向的振動(dòng)的振子使用 第1壓電元件部31、笫2壓電元件部32、第3壓電元件部33的對(duì)應(yīng)于 各個(gè)方向的壓電元件，但也可以為了產(chǎn)生各個(gè)方向的振動(dòng)而將多個(gè)壓 電元件部的振動(dòng)合成，也可以將1個(gè)壓電元件部分極為3個(gè)以上而通過(guò)1個(gè)壓電元件部產(chǎn)生兩個(gè)以上的方向的振動(dòng)。
此外，在上述實(shí)施方式中，選擇3個(gè)方向中的兩個(gè)方向而產(chǎn)生振 動(dòng)，但也可以對(duì)對(duì)應(yīng)于3個(gè)方向的所有壓電元件施加交流電壓、控制 各方向的振動(dòng)的相位及振幅而產(chǎn)生合成振動(dòng)。
實(shí)施方式9
圖21及圖22中表示本發(fā)明的實(shí)施方式9的多自由度超聲波馬達(dá)。 在基部塊1與定子71之間夾持有作為定子振動(dòng)機(jī)構(gòu)的圓筒狀的振子3， 并且基部塊1與定子71經(jīng)由在振子3內(nèi)通過(guò)的連結(jié)螺栓4相互連結(jié)， 作為多自由度超聲波馬達(dá)整體而具有大致圓柱狀的外形。這里，為了 便于說(shuō)明，將從基部塊1朝向定子71的圓柱狀的外形的中心軸規(guī)定為 Z軸，設(shè)X軸沿相對(duì)于Z軸垂直的方向延伸、Y軸相對(duì)于Z軸及X軸 垂直地延伸。
振子3具有分別位于XY平面上并且相互疊合的平板狀的第1~第 3壓電元件部31 ~33,這些壓電元件部31 ~33在經(jīng)由絕緣片34 ~ 37 從定子2及基部塊1絕緣、并且相互絕緣的狀態(tài)下配置。
在定子71上，在與和振子3相接的面的相反側(cè)形成有凹部72，在 該凹部72內(nèi)收容有球體狀的轉(zhuǎn)子6。凹部72由具有比轉(zhuǎn)子6的直徑小 的內(nèi)徑的小徑部73、和具有比轉(zhuǎn)子6的直徑大的內(nèi)徑的大徑部74構(gòu)成， 在這些小徑部73及大徑部74的邊界部上形成有位于XY平面上的環(huán)狀 的階差75。轉(zhuǎn)子6通過(guò)與凹部72內(nèi)的階差75抵接而轉(zhuǎn)動(dòng)自如地被支 承。此外，定子71具有從凹部72的開口周緣部沿大致Z軸方向突出 而形成的環(huán)狀的環(huán)部件76。環(huán)部件76將轉(zhuǎn)子6沿著周向、即沿著轉(zhuǎn)子 的XY平面方向截面的周向包圍而配置，轉(zhuǎn)子6的一部分從環(huán)部件76 的頂端部76a露出。此外，環(huán)部件76的內(nèi)表面接近并對(duì)置于轉(zhuǎn)子6的 表面。
如圖23所示，環(huán)部件76形成為，越是從位于凹部72的開口周緣 部的基端部76b朝向頂端部76a、即越是朝向Z軸方向越逐漸縮徑，并 且如圖24所示，環(huán)部件76的截面具有對(duì)應(yīng)于轉(zhuǎn)子6的表面的形狀即 球面形狀而彎曲的圓弧形狀。
例如，基部塊1與定子71由高強(qiáng)度鋁合金形成，多自由度超聲波 馬達(dá)整體形成直徑40mm及高度100mm左右的大致圓柱體。作為轉(zhuǎn)子 6，使用直徑25，8mm的鋼球，定子71的環(huán)部件76是內(nèi)徑為25.4mm、厚度為1.5mm,內(nèi)表面以使其描繪曲率半徑12.7mm及角度23度的圓 弧的方式豎起。
另外，這里，例如如振子3那樣、賦予了與上述實(shí)施方式1的部 分相同的標(biāo)號(hào)的部分具有與實(shí)施方式1的對(duì)應(yīng)的號(hào)碼的部分相同的結(jié) 構(gòu)。
接著，對(duì)該實(shí)施方式9的多自由度超聲波馬達(dá)的動(dòng)作進(jìn)行說(shuō)明。
首先，如果對(duì)振子3從第1端子31t施加接近于定子71的固有頻 率的頻率的交流電壓，則第l壓電元件部31的一對(duì)壓電元件板31b及 31d的2分割的部分沿Z軸方向交替地反復(fù)膨脹和收縮，在定子71上 產(chǎn)生Y軸方向的彎曲振動(dòng)。此外，如果從第2端子32t施加接近于定 子71的固有頻率的頻率的交流電壓，則第2壓電元件部32的一對(duì)壓 電元件板32b及32d沿Z軸方向反復(fù)膨脹和收縮，在定子71上產(chǎn)生Z 軸方向的縱振動(dòng)。進(jìn)而，如果從第3端子33t施加接近于定子71的固 有頻率的頻率的交流電壓，則第3壓電元件部33的一對(duì)壓電元件板33b 及33d的2分割的部分沿Z軸方向反復(fù)膨脹和收縮，在定子71上產(chǎn)生 X軸方向的彎曲振動(dòng)。
所以，如果從第l端子31t和第2端子32t的兩者分別施加使相位 改變90度的交流電壓，則將Y軸方向的彎曲振動(dòng)與Z軸方向的縱振動(dòng) 組合，在與轉(zhuǎn)子6接觸的定子71的階差75上產(chǎn)生YZ面內(nèi)的橢圓振動(dòng)， 通過(guò)摩擦力使轉(zhuǎn)子6繞X軸旋轉(zhuǎn)。
同樣，如果從第2端子32t和笫3端子33t的兩者分別施加使相位 改變90度的交流電壓，則將X軸方向的彎曲振動(dòng)與Z軸方向的縱振動(dòng) 組合，在與轉(zhuǎn)子6接觸的定子71的階差75上產(chǎn)生XZ面內(nèi)的橢圓振動(dòng)， 通過(guò)摩擦力使轉(zhuǎn)子6繞Y軸旋轉(zhuǎn)。
進(jìn)而，如果從第l端子31t和第3端子33t的兩者分別施加使相位 改變90度的交流電壓，則將X軸方向的彎曲振動(dòng)與Y軸方向的彎曲振 動(dòng)組合，在與轉(zhuǎn)子6接觸的定子71的階差75上產(chǎn)生XY面內(nèi)的橢圓振 動(dòng)，通過(guò)摩擦力使轉(zhuǎn)子6繞Z軸旋轉(zhuǎn)。
這樣，如果選擇振子3的第1端子31t、第2端子32t及第3端子 33t中的兩個(gè)端子、從這兩個(gè)端子的兩者分別施加使相位改變90度的 交流電壓，則在定子71上產(chǎn)生振動(dòng)，如圖25中虛線箭頭所示，在與 轉(zhuǎn)子6接觸的定子71的階差75上產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于所選擇的兩個(gè)端子的面內(nèi)的橢圓振動(dòng)。
這里，由于定子71具有一體形成的環(huán)部件76，所以隨著定子71 的振動(dòng)，如圖25中用實(shí)線表示那樣，環(huán)部件76也在與轉(zhuǎn)子6非接觸 的狀態(tài)下振動(dòng)。由此，通過(guò)從環(huán)部件76放射的聲波的放射壓向定子71 的階差75對(duì)轉(zhuǎn)子6加壓。結(jié)果，這些轉(zhuǎn)子6與階差75之間的摩擦力變 大，能夠?qū)D(zhuǎn)子6有效地傳遞旋轉(zhuǎn)力。
如上所述，由于能夠通過(guò)環(huán)部件76對(duì)轉(zhuǎn)子6在非接觸的狀態(tài)下施 加預(yù)壓力，所以不會(huì)在環(huán)部件76與轉(zhuǎn)子6的表面之間產(chǎn)生摩擦損失， 由此能夠以高轉(zhuǎn)矩實(shí)現(xiàn)高效率的多自由度超聲波馬達(dá)。
此外，也沒(méi)有環(huán)部件76與定子71接觸而發(fā)生噪音等的情況。
此外，由于環(huán)部件76與定子71 —體地設(shè)置、利用振子3帶來(lái)的定 子71的振動(dòng)使環(huán)部件76振動(dòng)，所以能夠得到簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)的多自由度 超聲波馬達(dá)。
此外，僅通過(guò)選擇振子3的3個(gè)端子31t、 32t及33t中的兩個(gè)施加 電壓，定子71振動(dòng)而在階差75上產(chǎn)生用來(lái)使轉(zhuǎn)子6旋轉(zhuǎn)的橢圓運(yùn)動(dòng)， 并且通過(guò)環(huán)部件76對(duì)轉(zhuǎn)子6在非接觸的狀態(tài)下施加預(yù)壓力，能夠使轉(zhuǎn) 子6以多自由度旋轉(zhuǎn)。
此外，也可以利用空氣或靜電力、電磁力非接觸地對(duì)轉(zhuǎn)子6施加 預(yù)壓，但在空氣的情況下，由于需要設(shè)置吸引裝置等，所以結(jié)構(gòu)會(huì)變 得復(fù)雜，在靜電力或電磁力的情況下，靜電力或電磁力有可能對(duì)周邊 的設(shè)備帶來(lái)影響，所以有時(shí)并不優(yōu)選使用。相對(duì)于此，該多自由度超 聲波馬達(dá)是簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)，在靜電力及電磁力的使用并不優(yōu)選的環(huán)境中 也能夠使用。
此外，如果通過(guò)振子3的驅(qū)動(dòng)來(lái)控制環(huán)部件76的振幅，則通過(guò)使 從環(huán)部件76放射的放射壓的大小變化而使轉(zhuǎn)子6對(duì)階差75的加壓力 變化，能夠進(jìn)行該多自由度超聲波馬達(dá)的轉(zhuǎn)矩控制、位置控制、轉(zhuǎn)速 控制等。
因而，通過(guò)在經(jīng)由環(huán)部件76的頂端部76a露出的轉(zhuǎn)子6的表面部 分上安裝未圖示的臂、攝像裝置等，能夠?qū)崿F(xiàn)多自由度的驅(qū)動(dòng)器、以 大視野范圍為對(duì)象的照相機(jī)等。
實(shí)施方式10
參照?qǐng)D26，表示本發(fā)明的實(shí)施方式10的多自由度超聲波馬達(dá)。該曲部件77的結(jié)構(gòu)。即，定子71具有一體形成的4個(gè)彎曲部件77，并 且這4個(gè)彎曲部件77沿著轉(zhuǎn)子6的周向相互隔開間隔配置。各個(gè)彎曲 部件77具有沿著轉(zhuǎn)子6的表面的彎曲形狀，各彎曲部件77的內(nèi)表面 接近并對(duì)置于轉(zhuǎn)子6的表面。
如果做成這樣的結(jié)構(gòu)，則由于4個(gè)彎曲部件77相互分割并分別獨(dú) 立，所以容易振動(dòng)。因而，通過(guò)由振子3的驅(qū)動(dòng)使各個(gè)彎曲部件77以 非接觸于轉(zhuǎn)子6的狀態(tài)下振動(dòng)，能夠有效地對(duì)轉(zhuǎn)子6施加預(yù)壓。
另外，彎曲部件77在振動(dòng)時(shí)和不振動(dòng)時(shí)都能夠成為相對(duì)于轉(zhuǎn)子6 非接觸的狀態(tài)，但也可如圖27所示，構(gòu)成為在將振子3停止而不振動(dòng) 時(shí)，其頂端部77a接觸在轉(zhuǎn)子6的表面上的結(jié)構(gòu)。如果這樣，則當(dāng)振 子3的停止時(shí)能夠使彎曲部件77的頂端部77a接觸在不旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子6 的表面上而保持該轉(zhuǎn)子6。在此情況下，在振動(dòng)時(shí)彎曲部件77需要成 為從轉(zhuǎn)子6的表面離開的狀態(tài)。在振動(dòng)停止時(shí)接觸在轉(zhuǎn)子6上的彎曲 部件77只要設(shè)為當(dāng)振動(dòng)時(shí)在從彎曲部件77放射的聲波的放射壓的作 用下彎曲部件77自身從轉(zhuǎn)子6浮起就可以。
此外，并不限于4個(gè)彎曲部件77，也可以分割為3個(gè)以下或5個(gè) 以上彎曲部件，
實(shí)施方式11
參照?qǐng)D28，表示本發(fā)明的實(shí)施方式11的多自由度超聲波馬達(dá)。該 實(shí)施方式11是在實(shí)施方式9中、代替一體地設(shè)在定子71上的環(huán)部件 76、從定子78離開而配置環(huán)部件79的結(jié)構(gòu)。即，環(huán)部件79與定子78 分別形成為相互獨(dú)立的部件，并且在Z軸方向上相互隔開間隔配置。 環(huán)部件79與實(shí)施方式9的環(huán)部件76同樣具有越是朝向Z軸方向越是 逐漸縮徑那樣的形狀，并且在其內(nèi)表面接近于轉(zhuǎn)子6的表面而對(duì)置的 狀態(tài)配置，如圖29中用虛線表示那樣被支承部件80支承。此外，在 環(huán)部件79的外表面上粘貼有用來(lái)使環(huán)部件79振動(dòng)的4個(gè)振子81。另 外，在環(huán)部件79在振子81的作用下振動(dòng)時(shí)的振動(dòng)模式中，優(yōu)選地在 作為波節(jié)的部分處由支承部件80支承或粘貼振子81。
如圖30所示，各振子81具有依次疊合了電極板81a、壓電元件板 81b及電極板81c的構(gòu)造。各振子81的壓電元件板81b以在其厚度方 向上進(jìn)行膨脹或收縮的變形動(dòng)作的方式被分極，構(gòu)成為，通過(guò)在電極板81a及81c之間施加獨(dú)立的交流電壓，能夠驅(qū)動(dòng)控制該振子81。在 這樣的振子81的兩面上分別配置有絕緣片82及83，振子81在經(jīng)由一 方的絕緣片83從環(huán)部件79絕緣的狀態(tài)下配置。
另外，定子78與實(shí)施方式9的定子71同樣，在與基部塊l之間夾 持有振子3的狀態(tài)下通過(guò)連結(jié)螺栓4相互連結(jié)，在定子78的與和振子 3相接的面的相反側(cè)，形成有具有比轉(zhuǎn)子6的直徑小的內(nèi)徑的凹部84。 在該凹部84的開口端周緣上形成有位于XY平面上的環(huán)狀的角部85， 轉(zhuǎn)子6抵接在該角部85上，被旋轉(zhuǎn)自如地保持。
在這樣的結(jié)構(gòu)中，如果選擇振子3的第1端子31t、第2端子32t 及第3端子33t中的兩個(gè)端子、分別從這兩個(gè)端子施加使相位改變90 度的交流電壓，則在定子78上產(chǎn)生振動(dòng)，在與轉(zhuǎn)子6接觸的定子78 的角部85上產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于所選擇的兩個(gè)端子的面內(nèi)的橢圓振動(dòng)。
此時(shí)，如果驅(qū)動(dòng)控制振子81,則在環(huán)部件79上產(chǎn)生振子81的厚 度方向、即正交于轉(zhuǎn)子6的表面的方向的縱振動(dòng)，環(huán)部件79在與轉(zhuǎn)子 6非接觸的狀態(tài)下振動(dòng)。由此，通過(guò)從環(huán)部件79放射的聲波的放射壓 向定子78的角部85對(duì)轉(zhuǎn)子6加壓。因而，與上述實(shí)施方式9同樣，能 夠?qū)崿F(xiàn)高轉(zhuǎn)矩、高效率的多自由度超聲波馬達(dá)，并且能夠防止環(huán)部件 79與轉(zhuǎn)子6的接觸帶來(lái)的噪音等。
除此以外，在該實(shí)施方式ll中，環(huán)部件79被振子81驅(qū)動(dòng)，并且 定子78被振子3驅(qū)動(dòng)，能夠使環(huán)部件79與定子78獨(dú)立地振動(dòng)，所以 通過(guò)振子81的驅(qū)動(dòng)能夠控制環(huán)部件79的振幅，能夠容易地進(jìn)行該多 自由度超聲波馬達(dá)的轉(zhuǎn)矩控制、位置控制、轉(zhuǎn)速控制等。
此外，能夠在環(huán)部件79在振子81的作用下振動(dòng)時(shí)形成的波節(jié)位 置處通過(guò)支承部件80支承環(huán)部件79，這樣，能夠在將給環(huán)部件79的 振動(dòng)帶來(lái)的影響抑制在最小限度內(nèi)的同時(shí)支承環(huán)部件79。
進(jìn)而，也能夠使用未圖示的彈簧等將支承部件80彈力地保持在定 子78或基部塊1上。
另外，環(huán)部件79也可以與上述實(shí)施方式10同樣、沿著其周向分 割為多個(gè)彎曲部件，在此情況下，多個(gè)彎曲部件分別在振動(dòng)時(shí)的波節(jié) 位置上受支承部件80支承，并且構(gòu)成為在各彎曲部件上粘貼1個(gè)振子 81。如果做成這樣的結(jié)構(gòu)，則由于多個(gè)彎曲部件相互分割且分別獨(dú)立， 所以容易振動(dòng)，能夠有效地對(duì)轉(zhuǎn)子6施加預(yù)壓。環(huán)部件沿轉(zhuǎn)子的周向配置，但只要能夠通過(guò)放射壓產(chǎn)生預(yù)壓力， 并不限于周向。
此外，環(huán)部件79也可以如上述實(shí)施方式10的變形例那樣，被彈 性地保持以使其在停止時(shí)與轉(zhuǎn)子6接觸、在轉(zhuǎn)子6的旋轉(zhuǎn)時(shí)使振子81 振動(dòng)、通過(guò)從環(huán)部件79放射的聲波的放射壓使環(huán)部件79自身從轉(zhuǎn)子6 浮起。
另外，在上述實(shí)施方式9~11中，選擇振子3的第1端子31t、第 2端子32t、第3端子335中的兩個(gè)而施加的交流電壓的相位改變90度， 但并不限于卯度，也可以變化。此外，也可以使施加的交流電壓的電 壓值變化。通過(guò)各種各樣地控制交流電壓，能夠控制在定子71、 78上 產(chǎn)生的橢圓振動(dòng)。
此外，在上述實(shí)施方式9~11中，定子71、 78與轉(zhuǎn)子6的接觸是 階差75或角部85那樣的角部，但并不限于該結(jié)構(gòu)。只要能夠傳遞橢 圓運(yùn)動(dòng)，既可以以平面接觸、也可以以曲面接觸，也可以不是環(huán)狀。
此外，在上述實(shí)施方式9~11中，振子3使用作為相互不同的3 方向的振動(dòng)而產(chǎn)生Z方向的縱振動(dòng)、X、 Y方向的彎曲振動(dòng)的振子，但 也可以不是這樣相互正交的振動(dòng)。此外，產(chǎn)生3方向的振動(dòng)的振子使 用第1壓電元件部31、第2壓電元件部32、第3壓電元件部33的對(duì)應(yīng) 于各個(gè)方向的壓電元件，但也可以為了產(chǎn)生各個(gè)方向的振動(dòng)而將多個(gè) 壓電元件部的振動(dòng)合成，也可以將1個(gè)壓電元件部分極為3個(gè)以上而 通過(guò)1個(gè)壓電元件部產(chǎn)生兩個(gè)以上的方向的振動(dòng)。
此外，在上述實(shí)施方式中，選擇3個(gè)方向中的兩個(gè)方向而產(chǎn)生了 振動(dòng)，但也可以對(duì)對(duì)應(yīng)于3個(gè)方向的所有壓電元件施加交流電壓、控 制各方向的振動(dòng)的相位及振幅而產(chǎn)生合成振動(dòng)。
權(quán)利要求
1、一種超聲波馬達(dá)，其特征在于，具備多個(gè)定子，相互對(duì)置配置；大致球體狀的轉(zhuǎn)子，由上述多個(gè)定子夾持；1個(gè)定子振動(dòng)機(jī)構(gòu)，共用地設(shè)在上述多個(gè)定子上，并且使上述多個(gè)定子以產(chǎn)生相互相同的方向的驅(qū)動(dòng)力的方式振動(dòng)，由此使上述轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。
2、 如權(quán)利要求1所述的超聲波馬達(dá)，上述多個(gè)定子配置在上述定 子振動(dòng)機(jī)構(gòu)的一側(cè)并且相互一體地形成。
3、 如權(quán)利要求1所述的超聲波馬達(dá)，上述多個(gè)定子隔著上迷定子 振動(dòng)機(jī)構(gòu)配置在上述定子振動(dòng)機(jī)構(gòu)的兩側(cè)。
4、 如權(quán)利要求3所述的超聲波馬達(dá)，上述多個(gè)定子分別具有沿著 周向環(huán)狀地包圍上述轉(zhuǎn)子配置的環(huán)形狀.
5、 如權(quán)利要求3所述的超聲波馬達(dá)，在上述多個(gè)定子由上述定子 振動(dòng)機(jī)構(gòu)振動(dòng)時(shí)形成的波節(jié)位置處支承這些定子。
6、 如權(quán)利要求1所述的超聲波馬達(dá)，上述多個(gè)定子中的至少l個(gè) 僅在周向的多個(gè)部位處與上述轉(zhuǎn)子的表面接觸。
7、 如權(quán)利要求6所述的超聲波馬達(dá)，上述多個(gè)部位處于相對(duì)于上 述轉(zhuǎn)子相互對(duì)稱的位置上。
8、 如權(quán)利要求1所述的超聲波馬達(dá)，上述多個(gè)定子中的至少l個(gè) 在夾持上述轉(zhuǎn)子的方向上具有彈性。
9、 如權(quán)利要求l所迷的超聲波馬達(dá)，上述定子振動(dòng)機(jī)構(gòu)具有產(chǎn)生 相互不同的3方向的振動(dòng)的3對(duì)壓電元件板，通過(guò)產(chǎn)生將這3個(gè)方向 的振動(dòng)中的至少兩方向的振動(dòng)相互錯(cuò)開相位而組合的合成振動(dòng)，在上 述定子的與上述轉(zhuǎn)子的接觸部分上形成橢圓運(yùn)動(dòng)。
10、 一種超聲波馬達(dá)，其特征在于，具備定子；轉(zhuǎn)子，被上述定子接觸支承；定子振動(dòng)機(jī)構(gòu)，使上述定子振動(dòng)而使上述轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)； 預(yù)壓部件，以至少在停止時(shí)與上述轉(zhuǎn)子的表面接觸的狀態(tài)配置； 預(yù)壓部件振動(dòng)機(jī)構(gòu)，用來(lái)通過(guò)使上述預(yù)壓部件振動(dòng)而將上迷轉(zhuǎn)子 相對(duì)于上述定子預(yù)壓。
11、 如權(quán)利要求io所述的超聲波馬達(dá)，上述預(yù)壓部件振動(dòng)機(jī)構(gòu)通過(guò)使上述預(yù)壓部件以與上述定子的振動(dòng)模式不同的振動(dòng)模式振動(dòng)，相 對(duì)于上述定子預(yù)壓上述轉(zhuǎn)子。
12、 如權(quán)利要求IO所述的超聲波馬達(dá)， 上述預(yù)壓部件彈力地支承在上述定子上； 上述定子振動(dòng)機(jī)構(gòu)兼作為上述預(yù)壓部件振動(dòng)機(jī)構(gòu)。
13、 如權(quán)利要求12所述的超聲波馬達(dá)，上述預(yù)壓部件經(jīng)由彈簧支 承在上述定子上。
14、 如權(quán)利要求10所述的超聲波馬達(dá)， 上述預(yù)壓部件從上述定子離開而配置；上述預(yù)壓部件振動(dòng)機(jī)構(gòu)具有安裝在上述預(yù)壓部件上的壓電元件板。
15、 如權(quán)利要求14所述的超聲波馬達(dá)，上述預(yù)壓部件在由上述壓 電元件板振動(dòng)時(shí)形成的波節(jié)位置處被支承。
16、 如權(quán)利要求10所述的超聲波馬達(dá)， 上述轉(zhuǎn)子是大致球體狀；上述定子振動(dòng)機(jī)構(gòu)使上述定子振動(dòng)而使上述轉(zhuǎn)子繞多個(gè)軸旋轉(zhuǎn)。
17、 如權(quán)利要求16所述的超聲波馬達(dá)，上述預(yù)壓部件具有沿著周 向環(huán)狀地包圍上述轉(zhuǎn)子配置的環(huán)形狀。
18、 如權(quán)利要求16所述的超聲波馬達(dá)，上迷預(yù)壓部件在與上述轉(zhuǎn) 子的表面接觸的部位上具有由低摩擦材料構(gòu)成的抵接部件。
19、 如權(quán)利要求16所述的超聲波馬達(dá)，上述定子僅在周向的多個(gè) 部位處與上述轉(zhuǎn)子的表面接觸。
20、 如權(quán)利要求19所述的超聲波馬達(dá)，上述多個(gè)部位處于相對(duì)于 上述轉(zhuǎn)子相互對(duì)稱的位置上。
21、 如權(quán)利要求16所述的超聲波馬達(dá)，上述定子振動(dòng)機(jī)構(gòu)具有產(chǎn) 生相互不同的3個(gè)方向的振動(dòng)的3對(duì)壓電元件板，通過(guò)產(chǎn)生將這3個(gè) 方向的振動(dòng)中的至少兩個(gè)方向的振動(dòng)相互錯(cuò)開相位而組合的合成振 動(dòng)，在上述定子的與上述轉(zhuǎn)子的接觸部分上形成橢圓運(yùn)動(dòng)。
22、 一種超聲波馬達(dá)，其特征在于，具備定子；大致球體狀的轉(zhuǎn)子，被上述定子接觸支承；定子振動(dòng)機(jī)構(gòu)，通過(guò)使上述定子振動(dòng)而使上述轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)； 預(yù)壓部件，對(duì)置于上述轉(zhuǎn)子的表面；預(yù)壓部件振動(dòng)機(jī)構(gòu)，用來(lái)至少在使上述轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)使上述預(yù)壓部 件振動(dòng)，通過(guò)來(lái)自上述預(yù)壓部件的放射壓產(chǎn)生向上述定子預(yù)壓上述轉(zhuǎn) 子的預(yù)壓力。
23、 如權(quán)利要求22所述的超聲波馬達(dá)，上述預(yù)壓部件由具有對(duì)應(yīng) 于上述轉(zhuǎn)子的表面的彎曲形狀的環(huán)部件構(gòu)成。
24、 如權(quán)利要求22所述的超聲波馬達(dá)，上述預(yù)壓部件由分別具有 對(duì)應(yīng)于上述轉(zhuǎn)子的表面的彎曲形狀的多個(gè)彎曲部件構(gòu)成。
25、 如權(quán)利要求22所述的超聲波馬達(dá)，上述預(yù)壓部件從上述定子 離開而配置，上述預(yù)壓部件振動(dòng)機(jī)構(gòu)具有安裝在上述預(yù)壓部件上的壓 電元件板。
26、 如權(quán)利要求25所述的超聲波馬達(dá)，上述預(yù)壓部件在上述壓電 元件板的作用下振動(dòng)時(shí)形成的波節(jié)位置處被支承。
27、 如權(quán)利要求22所述的超聲波馬達(dá)，上述預(yù)壓部件與上述定子 一體地形成，上述定子振動(dòng)機(jī)構(gòu)兼作為上述預(yù)壓部件振動(dòng)機(jī)構(gòu)。
28、 如權(quán)利要求22所述的超聲波馬達(dá)，上述預(yù)壓部件在上述預(yù)壓 部件振動(dòng)機(jī)構(gòu)的作用下振動(dòng)時(shí)處于從上述轉(zhuǎn)子的表面離開的狀態(tài)，在 不振動(dòng)時(shí)接觸在上述轉(zhuǎn)子的表面上而保持該轉(zhuǎn)子。
29、 如權(quán)利要求22所述的超聲波馬達(dá)，通過(guò)控制在上迷預(yù)壓部件 振動(dòng)機(jī)構(gòu)的作用下振動(dòng)的上述預(yù)壓部件的振幅，令向上述定子預(yù)壓上 述轉(zhuǎn)子的預(yù)壓力的大小變化。
30、 如權(quán)利要求22所述的超聲波馬達(dá)，上述定子振動(dòng)機(jī)構(gòu)具有產(chǎn) 生相互不同的3個(gè)方向的振動(dòng)的3對(duì)壓電元件板，通過(guò)產(chǎn)生將這3個(gè) 方向的振動(dòng)中的至少兩個(gè)方向的振動(dòng)相互錯(cuò)開相位而組合的合成振 動(dòng)，在上述定子的與上述轉(zhuǎn)子的接觸部分上形成橢圓運(yùn)動(dòng)。
全文摘要
提供一種能夠?qū)崿F(xiàn)高轉(zhuǎn)矩的超聲波馬達(dá)。如果選擇振子(3)的第1端子(31t)、第2端子(32t)及第3端子(33t)中的兩個(gè)端子、從這兩個(gè)端子的兩者分別施加使相位改變90度的交流電壓，則在定子振動(dòng)體(S)上產(chǎn)生振動(dòng)，在與轉(zhuǎn)子(6)接觸的第1定子(2)的階差(9)及第2定子(10)的角部(11)上分別產(chǎn)生橢圓振動(dòng)。由于第1定子(2)與第2定子(10)形成單一的定子振動(dòng)體(S)，所以第1定子(2)的階差(9)與第2定子(10)的角部(11)以相互相同的振動(dòng)模式振動(dòng)，轉(zhuǎn)子(6)被從第1定子(2)的階差(9)和第2定子(10)的角部(11)兩者傳遞旋轉(zhuǎn)力，以較高的轉(zhuǎn)矩旋轉(zhuǎn)。
文檔編號(hào)H02N2/00GK101310433SQ20068004257
公開日2008年11月19日 申請(qǐng)日期2006年7月27日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月10日
發(fā)明者前田浩司, 小寺剛史, 清木和夫, 石川洋彥, 高三正己 申請(qǐng)人:株式會(huì)社豐田自動(dòng)織機(jī)