CN100414092C - 振动型致动器和振动型驱动装置 - Google Patents

Abstract

一种振动型致动器，其包括振动部件，用以在至少三个不同方向上产生振动位移，和与振动部件相接的接触部件。在致动器中，在振动部件上可激励在至少三个不同方向上的振动位移，用以产生合成振动，并且可提供振动部件与接触部件在所需方向上相对移动。

Description

振动型致动器和振动型驱动装置

本发明涉及分别利用了振动的一种振动型致动器和一种振动型驱动装置。

对于用以产生绕多轴运动的振动型致动器，已经提出了球面振动型致动器，例如，正如在Seimitsu Kougaku Kai杂志中，Vol.61，No.3，pp.1227-1230，1995，或在NIKKEI MECHANICAL杂志中，No.5，pp.26-27，1997年4月28日，所公开的。

该球面振动型致动器可使球面活动部件(转子)在以直角相交的三个轴中绕两个轴或三个轴转动。多个振动部件(定子)，其每个均可通过利用振动(即，行波)而产生振动力，可被设置为与活动部件压接。

现在在发展中的该球面振动型致动器包括使用四个振动部件的两自由度型和使用三个振动部件的三自由度型。

由球面振动型致动器所使用的振动部件的一个实例是用以驱动摄象机自动聚焦透镜所使用的环形振动型致动器的振动部件。图16是该振动部件的透视图。振动部件19具有环形弹性部件19a，它的基底是由压电陶瓷制成的压电元件19b所制成。压电元件是由两相驱动元件制成，其具有适当的相位差(半波的奇数倍)。这些两相驱动元件是通过具有适当相位差(例如，90°)的交变信号而驱动的，使得在弹性部件19a中沿其圆周方向形成挠曲(弯曲)行波。未示出的接触部件可以通过未示出的压力装置而与弹性部件19a相接，使得接触部件和振动部件可以沿与行波方向相反的方向作相对运动。如果振动部件19被固定的话，接触部件会随着活动部件而转动。

在球面振动型致动器中，例如，在二自由度型球面振动型致动器中，如图17中所示，两对相对振动部件19绕球形活动部件2设置，用以通过将振动部件19的中心线作为转动轴而实现二自由度运动。

对于可产生绕多轴运动的振动型致动器的另一个实例，已经提出了压电操纵器，正如在1996年9月1日，在Chiba举行的第三届运动与振动控制国际会议上发表的论文中，pp.K9-K15，所描述的。在图18中示出了该压电操纵器的结构。

如图所示，压电操纵器是由振动部件19和沿轴向安装在振动部件19两端上的半球形活动部件20a和20b构成。振动部件19是由柱形弹性元件和压电元件构成。未示出的分开的电极可绕振动部件19而制成。半球形活动部件20a和20b通过固定在振动部件19上的弹簧21而相互牵引，使得振动部件20a和20b总是与振动部件19的两开口端相接。

通过将适当的交变信号提供给分开的电极以便调节通过振动部件19激励的振动，使得与振动部件19开口端相接的半球形活动部件20a和20b可通过信号振动部件19而驱动。

按照该驱动原理，在半球形活动部件20a和20b与振动部件19之间的接触点上可形成椭圆形运动。通过改变提供给每个电极的交变电压，可在多个运动平面上形成椭圆形运动，使得可以在所需方向上驱动半球形转子。

然而，由于图17所示的常用球形振动型致动器具有多个振动部件，因此存在下列缺点：

(1)由于将多个振动部件用于绕一个轴转动，因此有必要使每个振动部件具有相同的性能。

(2)由于多个振动部件是沿活动部件的圆周而设置，因此难以使致动器小型化，并且空间利用率也较差。

(3)由于要使不产生振动的另一个轴上的振动部件与活动部件压接，因此会产生转动的阻力，并且会出现效率的问题和热量产生的问题。

对于在图18中所示的具有筒形振动部件的常用振动型致动器，可以指出下列一些缺点。

(1)由于需要将对应于驱动方向的交变信号提供给在振动部件圆周区域上所形成的多个电极，所以信号对于每个电极会有所不同，并且控制会变复杂。

(2)由于将半圆形活动部件20a和20b通过弹簧21相互拉近而与柱形振动部件19压接，所以可移动区域受到限制，并且压力是不均匀的，而且难以调节。

按照本发明的一个方面，提供一种振动型致动器，其包括由振动产生装置制成的振动部件，用以在至少三个不同方向上产生振动位移，其中在振动部件和与振动部件接触的接触部件之间通过在三个方向上提供振动位移而产生在所需方向上的相对运动，用以将合成振动传递给振动部件。

本发明的目的是通过使用单个振动部件产生多自由度的驱动力。

本发明提供了一种具有一个振动部件的振动型致动器，包括一个振动部件，以及一个固定在所述振动部件上的机电能量转换元件，以及与所述振动部分接触的接触部件，其特征在于，所述机电能量转换元件在所述振动部件中产生三个预定振动中的两个或更多，以在希望的方向上移动所述接触部件，其中所述三个预定的振动是具有相位差的两个挠曲振动和一个纵向振动。

本发明提供了一种振动型驱动设备，包括多个弹性部件，一个移动部件接触所述多个弹性部件之一，以及机电能量转换元件固定地夹在所述多个弹性部件的相邻部件之间，其特征在于，所述机电能量转换元件被设置成在所述多个弹性部件的所述之一中产生分别具有相互基本垂直的位移方向的两个挠曲振动，和具有基本垂直于该两个挠曲振动的位移方向的位移方向的纵向振动，并且激励所述挠曲和纵向振动中的两个或更多以移动所述移动部件。

本发明提供了一种振动型驱动设备，包括一个弹性部件、一个移动部件接触所述弹性部件、以及机电能量转换元件，其特征在于，所述弹性部件是柱形的，所述机电能量转换元件设置在所述弹性部件的外侧表面上并且在所述弹性部件中产生分别具有相互基本垂直的位移方向的两个挠曲振动，和具有基本垂直于该两个挠曲振动的位移方向的位移方向的纵向振动，其中所述机电能量转换元件激励该纵向振动和该两个挠曲振动中的两个或更多以移动所述移动部件。

本发明提供了一种振动型驱动设备，包括一个弹性部件、一个移动部件接触所述弹性部件、以及机电能量转换元件，其特征在于，所述机电能量转换元件是一个盘形弹性部件以及一个从所述盘形弹性部件表面凸出的柱形弹性部件，所述柱形弹性部件包括一个机电能量转换元件由所述柱形弹性部件的第一和第二部分固定地夹持，所述机电能量转换元件在所述柱形弹性部件中产生分别具有相互基本垂直的位移方向的两个挠曲振动，并且所述盘形弹性部件具有多个机电能量转换元件设置在所述盘形弹性部件的一个平面上，从而将所述柱形弹性部件定位在所述多个机电能量转换元件的位置的中心，所述机电能量转换元件产生具有基本垂直于该两个挠曲振动的位移方向的位移方向的振动。

本发明提供了一种振动型驱动设备，包括一个弹性部件、一个移动部件接触所述弹性部件、以及机电能量转换元件，其特征在于，所述弹性部件具有盘形以及一个从所述弹性部件表面凸出的驱动部件，并且所述机电能量转换元件在所述弹性部件中产生分别具有平行于所述弹性部件的表面并且相互基本垂直的位移方向的两个振动，和具有基本垂直于所述弹性部件表面的位移方向的振动，其中所述机电能量转换元件包括多个机电能量转换元件设置在所述盘形弹性部件的一个平面上，从而将所述驱动部件定位在所述多个机电能量转换元件的位置的中心。

附图的简要说明。

图1A，1B，1C和1D表示本发明的第一实施例，图1A是振动部件的透视图，图1B表示初始纵向振动形式，和图1C和1D表示次级横向振动形式；

图2A，2B，2C和2D表示本发明的第二实施例，图2A是振动部件的透视图，图2B表示初始轴向振动形式，和图2C和2D表示次级横向振动形式；

图3是按照本发明第三实施例的振动型致动器的截面图；

图4是按照本发明第四实施例的振动型致动器的截面图；

图5是按照本发明第五实施例的振动型致动器的截面图；

图6是按照本发明第六实施例的振动型致动器的截面图；

图7是按照本发明第七实施例的振动型致动器的截面图；

图8是按照本发明第八实施例的振动型致动器的截面图；

图9是按照本发明第九实施例的振动型致动器的截面图；

图10是图9所示振动部件的分解图；

图11A和11B是表示图9所示支撑状态下振动部件的侧视图和顶视图；

图12是表示本发明第十实施例的侧视图；

图13是表示本发明第十一实施例的侧视图；

图14是表示本发明第十二实施例的侧视图；

图15是表示本发明第十三实施例的侧视图；

图16是表示环形振动部件的透视图；

图17是常用球形振动型致动器的透视图；

图18是常用振动型致动器的截面图；

图19是用以驱动第九实施例的振动型致动器的驱动器电路图；

图20是图19所示输出电路的电路图；

图21A和21B表示第十四实施例，图21A是振动部件的透视图，用以表示在不同方向上的振动位移，和图21B是压电元件的平面图；

图22A，22B，22C和22D表示第十五实施例，图22A是振动部件的透视图，图22B是表示压电元件安装方向的示意图，和图22C和22D表示振动部件的位移；

图23是表示吸力保持装置的示意图，其用以保持图22A，22B，22C和22D中所示的振动部件和接触部件；

图24A，24B，24C和24D表示第十六实施例，图24A是振动部件的透视图，和图24B，24C和24D表示振动部件的位移；

图25是按照第十七实施例的振动型致动器的垂直截面图；

图26A和26B表示按照本发明第十八实施例的振动型致动器，图26A是沿图26B的线26A-26A所截的截面图，和图26B是图26A的顶视图；

图27A，27B和27C表示按照本发明第十九实施例的振动型致动器，图27A是沿图27B的线27A-27A所截截面图，图27B是图27A的顶视图，和图27C是图27A的侧视图；

图28是表示本发明第二十实施例原理的矢量图；

图29是表示第二十实施例的原理的矢量图；和

图30是第二十实施例驱动器电路的方框图。

优选实施例的详细描述。

(第一实施例)

图1A-1D表示本发明的第一实施例。

图1A-1D表示第一实施例振动型致动器的驱动原理。在构成单一振动部件的柱形弹性部件1之间，固定地夹有压电元件3。压电元件3起着电-机能量转换元件的作用，用以提供如图1B-1D所示的位移。压电元件，例如，可以是插入有必要电极片的多个单片压电元件。可将交变信号提供给每个电极片，用以驱动相应的必要压电元件片。

在该实施例中，压电元件3在提供交变信号的情况下重复轴向上的膨胀/压缩位移。压电元件3包括第一至第三压电元件。第一压电元件在相互成直角的x-，y-和z-轴方向中沿z轴方向激励纵向振动，如图1B所示。第二压电元件在z-x平面上激励横向(挠曲)振动，如图1C所示。第三压电元件在z-y平面上激励横向(挠曲)振动，如图1D所示。第一压电元件沿厚度方向均匀地极化。第二和第三压电元件沿径向厚度方向在相对的两端上极化，以获得相反的极性。

当将具有90°相位差的交变信号提供给第二和第三压电元件时，振动部件的两个挠曲振动会合成，以便在振动部件表面上形成绕z-轴(在x-y平面上)的椭圆形运动。在这种情况下，由于绕x-和y-轴的振动部件的固有频率通常是相等的，所以如果将以固有频率作为其驱动频率的交变信号提供给第二和第三压电元件的话，会产生椭圆形振动。

然后，当具有通常等于z轴方向上振动部件的固有频率的频率的交变信号被提供给第一压电元件时，振动部件在预定的周期以最初形式重复纵向振动。

在这种情况下，如果向第二压电元件提供以交变信号以便在等于(通常相等)振动部件纵向振动的周期下激励振动部件，则在x-z平面的振动部件表面点上产生椭圆形振动，使得可以获得x轴方向(绕y-轴)的驱动力。在这种情况下，z-轴方向上的振动部件的固有频率不同于在x-z平面上的最初挠曲振动的固有频率。因此，在本实施例中，如图1C所示，第二压电元件在x轴方向上以挠曲振动的固有频率以次级方式进行驱动，由此使纵向振动周期与挠曲振动的振动周期相同。

同样地，如果向第三压电元件提供以交变信号以便在与振动部件的纵向振动周期相等(通常相等)的周期下激励振动部件的话，则在y-z平面上的振动部件的表面点上产生椭圆形振动，使得可以获得在y-轴方向(绕x-轴)上的驱动力。在这种情况下，z-轴方向上振动部件的固有频率不同于在y-z平面上挠曲振动的固有频率。因此，本实施例中，如图1D所示，第三压电元件在y-轴方向上在挠曲振动的固有频率下以次级方式进行驱动，由此使纵向振动的周期与挠曲振动的周期相同。

特别是，通过将具有近似于振动部件1固有频率的频率的交变信号即交变电压提供给第一至第三压电元件，可激励振动部件，而获得如图1B至1D所示具有固有频率的纵向或横向(挠曲)振动。

通过将交变信号提供给第一至第三压电元件中的两个，则振动部件1的纵向振动会与成直角的两种类型的横向(挠曲)振动结合，而在振动部件1的表面点上产生椭圆形振动。例如，图1B所示形式与图1C所示形式结合会产生在x-z平面上的椭圆形运动，图1B所示形式与图1D所示形式结合会产生在y-z平面上的椭圆形运动，或图1C所示形式与图1D所示形式结合会产生在x-y平面上的椭圆形运动，

因此，在多个方向上可驱动与振动部件压接的活动部件。

采用常用压电型致动器的驱动原理，通过将具有相位差的交变信号提供给构成振动部件的压电元件的两相驱动元件，可产生绕一个轴的弹性元件的表面点上的椭圆形运动。然而，在本实施例中，三相压电元件(第一至第三压电元件)的结合可允许产生绕三个轴(在以直角相交的三个平面上)的椭圆形运动。因此，可通过单个振动部件实现振动型致动器在成直角相交的三个平面上驱动活动部件，并且可使致动器小型化。

(第二实施例)

图1A至1D所示第一实施例的振动型致动器的振动部件为柱形。在第二实施例中，振动部件为长方体。压电元件3与长方体弹性部件1的侧面粘接。

例如，在本实施例中，用以产生横向(挠曲)振动的第二和第三压电元件可粘结到矩形固体弹性元件1的相邻侧面上。因此，第二和第三压电元件可设置为具有90°的相位差。用以产生纵向振动的第一压电元件可采用粘接而接合到一个剩余侧面上。

还是在本实施例中，如在第一实施例中所使用的交变信号可提供给第一至第三压电元件。在交变信号提供给第一压电元件时，振动部件会产生如图2B所示的纵向振动，在交变信号提供给第二压电元件时，振动部件会产生在图2C所示的x-z平面上的挠曲振动，和在交变信号提供给第三压电元件时，振动部件会产生如图2D所示的y-z平面上的挠曲振动。

因此，类似于第一实施例，三种类型振动中的两种结合可提供在成直角相交的三个平面上的驱动力。

在本实施例中，由于振动部件是通过将压电元件粘接到长方体侧面上而制成，所以振动部件可以很容易地制成。另外，只有通过在相邻侧面上粘接两个用以产生挠曲振动的压电元件，两个压电元件的位置(相位差)才可确定。

在第一和第二实施例中，如果振动部件被固定的话，与振动部件驱动表面压接并作为活动部件使用的接触部件(图1A和2A中用虚线表示)可被提供在垂直的三轴方向上的驱动力。相反地，如果固定接触部件的话，振动部件可沿成直角相交的三轴方向被提供相对于接触部件的驱动力。

(第三实施例)

图3表示本发明的第三实施例。

第三实施例的振动型致动器的基本结构类似于图1A至1D所示的第一实施例。压电元件3设置在顶部弹性元件4与中间弹性部件5a之间，顶部弹性部件4具有中央空心部分，其内表面形成有阴螺纹，中间弹性部件5a具有中央空心部分，并且压电元件3还设置在中间弹性部件5a与底部弹性部件5b之间。可用作中轴部件并可从底部弹性部件5b侧插入的螺栓6可与顶部弹性部件4的阴螺纹配合。因此，压电元件3可固定地夹在顶部弹性部件4与中间弹性部件5a之间，以及在中间弹性部件5a与底部弹性部件5b之间，并且这些部件可整体地连接在一起。

在本实施例中，设置在顶部弹性部件4与中间弹性部件5a之间的压电元件3为第一压电元件，用以激励振动部件的纵向振动，设置在中间弹性部件5a与底部弹性部件5b之间的压电元件3为第二压电元件，用以激励振动部件在x-z平面上纵向挠曲振动，以及第三压电元件，用以激励振动部件在y-z平面上纵向挠曲振动。第二和第三压电元件可设置为具有90°的位置相位差。

顶部弹性部件4的上端部具有内锥表面，其斜交于振动部件的轴向，内锥表面与球形活动部件2相接。

因此，还是在本实施例中，类似于第一实施例，在纵向振动和在两个方向上的挠曲振动中的两种振动的结合可使球形部件2绕x-，y-和z-轴转动。

例如，图1C所示的方式与图1D所示的方式结合可使活动部件2绕z-轴转动，图1B所示的方式与图1C所示的方式结合可使活动部件2绕y-轴转动，和图1B所示的方式与图1D所示的方式结合可使活动部件2绕x-轴转动。因此，活动部件2可绕成直角相交的三个轴转动。

(第四实施例)

图4表示本发明的第四实施例。

第四实施例的振动型致动器的基本结构类似于图3所示第三实施例的结构。与第三实施例的不同点在于在正交的三个平面上以椭圆形运动的顶部4a上的活动部件2具有扁平形状。

在本实施例中，与顶部弹性部件4的顶部压接的活动部件2可在x-和y-轴方向上并绕z-轴运动。例如，如果通过驱动第一压电元件所产生的z-轴方向上的纵向振动和通过驱动第二压电元件所产生的x-z轴方向上的横行振动在约90°相位差下进行激励的话，在振动部件顶部4a会产生在x-z平面上的椭圆形运动，并且与顶部4a接触的活动部件2会在x-轴方向上直线地移动。

如果在约90°相位差下激励z-轴方向上的纵向振动和在y-z平面上的横向振动的话，会在顶部4a上产生y-x平面上的椭圆形运动，并且与顶部4a相接的活动部件2会在y-轴方向上直线地移动。

还有，如果在约90°相位差下激励x-y平面和y-z平面上的横行振动的话，在顶部4a上会产生在x-y平面上椭圆形运动，并且与顶部4a相接的活动部件2会绕z-轴转动。

(第五实施例)

图5表示本发明的第五实施例。

在本实施例中，球形活动部件2通过安装在顶部弹性部件4顶部凹槽4b上的永久磁铁7的磁力而吸向并压在图3所示第三实施例振动型致动器的振动部件上。

(第六实施例)

图6表示本发明的第六实施例。

在本实施例中，球形活动部件2通过设置在顶部弹性部件4外圆周区域上所形成槽4c中的线圈8供电的电磁铁的磁力而吸向并压在图3所示第三实施例振动型致动器的振动部件上。线圈8安装在支撑部件30上，该部件可绕振动部件而设置。由振动部件而延伸的支撑板9的末端可连接于支撑部件30上。

线圈8可设置在振动部件周围的任何区域上，只要其能够构成磁路就可以。

(第七实施例)

图7表示本发明的第七实施例。

本实施例试图改进相对于图3所示第三实施例振动型致动器振动部件的球形活动部件2的接触性能。在活动部件2与顶部弹性部件4之间的接触区域可通过将由弹性部件制成的接触部件10安装在靠近接触区域的顶部弹性部件4的顶部凹槽4b上而得以加大。

因此，可使活动部件2与振动部件的接触得到稳定，使得输出转矩增加，并且可增大部件工作误差的允许范围。

类似于图5所示第五实施例，在第五实施例中，永久磁铁7可安装在顶部弹性部件4的顶部凹槽4b上，并且球形活动部件2可通过永久磁铁7的磁力而吸向并压在振动部件上。

(第八实施例)

图8表示本发明的第八实施例。

本实施例试图改进相对于类似第七实施例的图3所示第三实施例振动型致动器振动部件的球形活动部件2的接触性能。振动部件顶部弹性部件4的顶部凹槽4b可制成弹性管状凸缘11。

在本实施例中，可通过未示出的压力装置使活动部件2以一定的弹力与弹性管状凸缘11接触。因此，活动部件2的球形表面与凸缘11的接触区域可以得到扩大。由此使活动部件2与振动部件的接触得到稳定，使得输出转矩增加，并且部件工作误差的允许范围得到增大。

类似于图5所示第五实施例，在第八实施例中，将永久磁铁7安装在顶部弹性部件4的顶部凹槽4b上，并且球形活动部件2通过永久磁铁7的磁力而吸向并压在振动部件上。

(第九实施例)

图9，10，11A，和11B表示本发明的第九实施例。

本实施例表示柱形振动部件的特定结构。在顶部弹性部件4下面，可直接设置第一弹性部件5c。设置在第一弹性部件5c与第二弹性部件5d之间的是压电元件片3a和3b，用以激励其中的纵向振动，压电元件片3c用以检测振动，支撑片9，用以支撑振动部件，其中的中央区域9a也起着与压电元件片3a相接的电极片作用，和电极片12z，12sz，和13。设置在第二弹性部件5d与第三弹性部件5e之间的是压电元件片3e，3f，3g，和3h，用以激励横向(挠曲)振动，压电元件片3d和3i，用以检测振动，电极片12SA，12A，12SB，12B，和13，和薄片14。通过使连接螺栓6的顶部螺纹与在顶部弹性部件4空心部分内表面上所形成的阴螺纹相配合，可将顶部弹性部件4、第一弹性部件5c、第二弹性部件5d、第三弹性部件5e、压电元件片3e至3i、电极片12和13、和薄片14所有部件整体地夹住，如图10所示的安装状态，以构成振动部件。电极片13可用作接地电极。

支撑片9可通过将其由中央电极片区域9a径向伸出的臂部固定到图11A和11B所示固定部件30上而支撑振动部件。支撑片9可采用不同于片状的任何形状，只要其形状不影响其振动部件的固有频率。很明显，支撑片9也不起着电极片的作用。

压电元件片3d，3e，和3f以及压电元件片3g，3h，和3I被极化，而在每个片的左右两侧上具有相反极性，并且片3d，3e，和3f可在挠曲振动方向上与片3g，3h，和3i成90°相位差而设置。薄片14是绝缘的，以便使第二弹性部件5d与电极片12或使第三弹性部件5e与电极片12电气绝缘，其分别设置在薄片14的两侧上。

当将具有近似于如上构成的振动部件固有频率的交变电压由下述图19所示驱动器电路提供给夹于压电元件片3a和3b之间的电极片12(12z)时，这些片3a和3b会在厚度方向上重复膨胀和收缩，以便激励振动部件的纵向振动。压电元件片3c由于压电元件片3a和3b所产生的纵向振动而具有应变，并产生电动力。由连接于压电元件片3c上的电极片12(12SZ)所获得的交变电压可用以检测振动。

当将具有近似于振动部件固有频率的交变电压提供给夹于压电元件片3e和3f之间的电极片12(12A)时，这些片3e和3f会在径向厚度方向上重复膨胀和收缩，用以激励振动部件的横向振动。

压电元件片3d由于由压电元件片3e和3f所激励的振动部件的横向振动而具有应变，并产生电动力。由连接于压电元件片3d的电极片12(12AS)所获得的交变电压可用于检测振动。当将具有近似于振动部件固有频率的交变电压提供给夹于压电元件片3g和3h之间的电极片12(12B)时，其中压电元件片3g和3h设置在相对于压电元件片3d和3e成90°相位差的位置上，由其直径所分开的这些片3g和3h的两侧部分会在径向厚度方向上重复膨胀和收缩，用以激励振动部件的横向(挠曲)振动。压电元件片3i由于由压电元件片3g和3h所激励的振动部件横向(挠曲)振动而具有应变，并且产生电动力。由连接于压电元件片3i的电极片12(12SB)所获得的交变电压可用于检测振动。

用以产生纵向振动的压电元件片3a至3c的位置相当于初始纵向振动方式的波节。用以产生横向振动的压电元件片3d至3i的位置相当于次级横向振动方式的波腹。

在顶部弹性部件4外部周围区域上所形成的颈部(凹槽)4c可增加固有振动的振幅，并且可降低固有频率。在连接螺栓(中轴)6上所形成的颈部(凹槽)6a可降低大部分纵向振动的固有频率。

图19是用以驱动上述振动部件的驱动器电路的方框图。参考标号101表示CPU，用以控制整个系统，参考标号102表示振荡器，参考标号103表示移相器，和参考标号104表示选择开关。参考标号105表示输出电路，用以形成驱动波形，输出电路105的每个均由图20所示的电路制成。输出电路105z，105A，和105B连接于电极片12z，12A，和12B上，通过电极片可将交变电压(交变信号)分别提供给压电元件3a和3b，3e和3f，和3g和3h。这些压电元件产生在z-轴上的纵向振动，在z-x平面上的横向(挠曲)振动，和在z-y平面上的横向(挠曲)振动。

根据CPU 101的命令，选择开关104可选择Z，A和B输出中的两个，用以通过振荡器102和移相器103提供两个信号。以该方式，可选择绕三个轴中的一个轴转动。

参考标号107表示脉宽控制器，用以控制脉宽，脉宽控制器可控制提供给压电元件的交变电压的振幅。通过改变脉宽而独立地改变交变电压，可改变每个椭圆形轨迹的垂直/水平比(长轴与短轴的比)。

椭圆形轨迹的大小可通过改变振动部件振动的振幅而改变，而振动部件振动的振幅可通过将振荡器102的固有频率设定为接近或远离振动部件固有频率而改变。

通过电极片12SZ，12SA，和12SB可检测压电元件片3c，3d，和3i在z-轴方向上纵向振动、在z-x和z-y平面上的横向(挠曲)振动的振幅和相位信息以及其对应于各振动的电压，并且可通过检测电路106提供给CPU 101。

根据所提供的信息，CPU 101可控制脉宽控制器107，移相器103，和振荡器102，由此来控制椭圆形轨迹，使其具有所需形状。

下列操作通过上述控制来实现。

1.由于振动部件的速度分布在运动方向上是变化的，因此可以改变活动部件的速度可以改变。

2.由于摩擦力分布的变化，因而可形成具有最小摩擦损耗的椭圆形轨迹。例如，就椭圆形轨迹的倾斜来说，椭圆形轨迹的轴最好是控制为与活动部件的球形表面垂直相交。特别是，通过在图3所示弹性部件4内圆周表面(倾斜于轴向)的径向上产生椭圆形轨迹，可以改进效率。

另外，通过反馈来自未示出的转动检测器和功率表的信号，可以在具有最大效率的椭圆形轨迹状态下驱动振动部件。

3.由于活动部件和振动部件的接触状态(在法向上的位移和速度)也是变化的，因此可形成椭圆形轨迹，使其可提供具有最小冲击的接触状态或不产生异常噪音如颤动声。

(第十实施例)

图12表示本发明的第十实施例。

在本实施例中，例如，图9所示支撑片9可通过支撑基座15来支撑，其支撑基座15可在所需方向土使包括支撑片9的振动部件活动。支撑基座15具有管状，并且可安装在机械臂或类似物上，使得可将多自由度振动型致动器提供给能够完成多自由度运动的铰接头上。

(第十一实施例)

图13表示本发明第十一实施例。

在本实施例中，两个串联连接振动型致动器40，其类似于上述实施例以及下面将要描述的图21A和21B至27A到27B的实施例中的一些，可用于右和左操作臂的每个。操作臂可通过使用操作手套而由控制系统41来遥控。用以通过能够指示人关节角度变化的控制系统41和操作臂16的组合来驱动致动器的遥控操作系统已经公知了。因此，省略了这些部件结构的描述。

本实施例的操作臂可以按下列来构成。在靠近端侧上的振动型致动器40的活动部件42具有球形，并且可安装在末端侧上振动型致动器40的底端上。在末端侧上的振动型致动器40的活动部件43具有操作指形部分(活动部件43具有在振动部件顶部弹性部件的接触区域上的球形表面)的棒状。活动部件42和43可安装在操作臂上对应于人关节位置上。以该方式，可获得实现人运动的遥控操作机(机器人)。遥控操作机是一种能够象人运动的机器。

该遥控操作机可用于腹腔镜手术或显微手术。腹腔镜手术是一种使用插入人体内的内窥镜和镊子的手术，其无须打开病人的人体。

该实施例的应用可实现在病人人体内部人手的复杂运动，而无须用人手进入其中。因此，比通常腹腔镜手术更加精密的手术成为可能。显微手术是一种精密操作的外科，其可用于精细的生物细胞组织。目前，显微外科可通过使用显微镜而用人手直接进行。通过使用遥控操作机来改变病人侧的尺度和机器侧的尺度，可以实现难以用人手完成的精细手术。

(第十二实施例)

图14表示本发明第十二实施例。

在本实施例中，类似于上述实施例以及下面描述的图21A和21B到27A至27C中所示的实施例的多个振动型致动器(多自由度振动型致动器)50，可安装在底盘17上，并且可使用球形活动部件。以该方式，可使底盘17以所需方式包括平移和转动在x-y平面上运动。在图14所示实例中，虽然多自由度振动型致动器50的活动部件2与未示出的地板接触，但是其还与安装于高位置上的导轨下表面接触，用以实现悬挂型运动机构。

(第十三实施例)

图15表示本发明第十三实施例。

在本实施例中，摄象机18可安装在类似于上述实施例以及下面将要描述的图21A和21B到27A至27C所示实施例的一个振动型致动器(多自由度的振动型致动器)50的活动部件的球形活动部件2中，由此可实现图象摄取装置，用以使图象信息进入监视摄象机、计算机等中。

(第十四实施例)

图21A和21B表示振动型致动器及其驱动原理的第十四实施例。在构成单个振动部件100的柱形弹性部件101和102之间，可将分成四个极化区即图21B所示并起着机电能量转换元件作用的压电元件103固定地夹住(压电元件103具有多个压电元件片层，其每个片可分成具有相同相位的四个极化区)。可提供用以独立驱动压电元件103的每个极化区的交变信号(电压)。构成与活动部件102接触区域(驱动区域)的振动部件内圆周表面100a可设置成与振动部件的轴向一致，并且可使球形活动部件102略进入振动部件100内部中。

压电元件103的极化区A至D具有相同极性。为了使振动部件100在z-轴方向上移动，可提供下列交变信号：

V_A＝V_B＝V_C＝V_D＝sinωt

V_A＝V_C＝sinωt或V_B＝V_D＝sinωt

为了使振动部件100在x-轴方向上(在z-x平面上挠曲振动)移动，可提供下列交变信号：

V_A＝sinωt，V_C＝-sinωt，或

V_A＝cosωt，V_C＝-cosωt

为了使振动部件100在y-轴方向上(在z-y平面上挠曲振动)移动，可提供下列交变信号：

V_B＝sinωt，V_D＝-sinωt，或

V_B＝cosωt，V_D＝-cosωt

在应用了这些交变信号的情况下，振动部件100会在z-，x-，和y-轴方向上移动，如图21A所示。在各轴上的振动可通过将初始振动方式设置为在z-轴方向上的振动并将次级振动方式设置为在x-和y-轴方向上的振动而共振。

由于环形槽而具有较小刚性的第一部分101a对应于在x-和y-轴方向上的振动波节，并且可用以增强挠曲(弯曲)振动的位移。

由于环形槽而具有较小刚性的第二部分101b对应于在z-轴方向上的振动波节，并且可用以增强纵向振动的位移。

图21A和21B所示的实施例不需要象第一至第十三实施例那样纵向振动所专用的机电能量转换元件。通过有选择地将交变信号提供给多个极化区可允许振动部件100在三个方向上的移动。

下面将描述提供交变信号使球形活动部件102绕每个轴转动。

为了使活动部件102绕x-轴转动，例如，可在90°相位差下给予在z-和y-轴方向上的位移。也就是说，可将下列交变信号提供给对应的极化区A至D：

V_A＝V_B＝V_C＝V_D＝sinωt(在z-轴方向上的位移)

V_B＝cosωt，V_D＝-cosωt(在y-轴方向上的位移)

因此，可将下列交变信号提供给极化区A至D：

V_A＝sinωt

$V_B=\sin \mathrm{\ωt}+\cos \mathrm{\ωt}=\sqrt{2}\sin \mathrm{\ωt}(\mathrm{\ωt}+\mathrm{\π}/4)$

V_C＝sinωt

$V_D=\sin \mathrm{\ωt}-\cos \mathrm{\ωt}=\sqrt{2}\sin \mathrm{\ωt}(\mathrm{\ωt}-\mathrm{\π}/4)$

为了使活动部件102绕y-轴转动，例如，可在90°相位差下给予在z-和x-轴方向上的位移。也就是说，可将下列交变信号提供给对应的极化区A至D：

V_A＝V_B＝V_C＝V_D＝sinωt(在z-轴方向上的位移)

V_A＝sinωt，V_C＝-sinωt(在x-轴方向上的位移)

因此，可将下列交变信号(z-轴方向上的位移+x-轴方向上的位移)提供给极化区A至D：

$V_A=\sqrt{2}\sin \mathrm{\ωt}(\mathrm{\ωt}+\mathrm{\π}/4)$

V_B＝sinωt

$V_C=\sqrt{2}\sin \mathrm{\ωt}(\mathrm{\ωt}-\mathrm{\π}/4)$

V_D＝sinωt

为了使活动部件102绕z-轴转动，例如，可在90°相位差下给予在x-和y-轴方向上的位移。也就是说，可将下列交变信号(x-轴方向上的位移+y-轴方向上的位移)提供给对应的极化区A至D：

V_A＝sinωt

V_B＝cosωt

V_C＝-sinωt

V_D＝-cosωt

在给予z-轴方向上的位移中，如果只使用压电元件103的极化区A和C的话，提供给每个极化区的交变信号可如下变化。

也就是说，对于绕x-轴转动，可提供下列交变信号：

V_A＝V_C＝sinωt

V_B＝cosωt

V_D＝-cosωt

对于绕y-轴转动，可提供下列交变信号：

V_A＝cosωt

V_B＝sinωt

V_C＝-cosωt

V_D＝sinωt

对于绕z-轴转动，可提供下列交变信号：

V_A＝sinωt

V_B＝cosωt

V_C＝-sinωt

V_D＝-cosωt

如果相位差改变90°的话，椭圆形运动的形状会改变，使得能以高转矩来驱动振动部件，其转矩匹配于活动部件102与振动部件100驱动区之间的接触角。

(第十五实施例)

图22A至22D表示按照第十五实施例的振动型致动器的结构和移动形式。

在本实施例中，柱形弹性部件201和盘形弹性部件202连接在一起构成单一振动部件200。弹性部件201实际上可分为两部分，其间可固定地夹持压电元件203和204作为机电能量转换元件。盘形弹性部件202具有四个安装在弹性部件202表面上的压电元件205a至205d作为机电能量转换元件。

压电元件203可在x-方向上移动用作驱动部分的弹性部件201，如图22C所示，并且可提供与图10所示压电元件3e和3f相同的作用。压电元件204可在y-方向上移动用作驱动部分的弹性部件201，并且可提供与图10所示压电元件3g和3h相同的作用。压电元件203和204具有90°的极化相移。

压电元件205a至205d均具有相同的极化极性，并且如图22D所示使盘形弹性部件202弯曲，由此使用作驱动部分的弹性部件201在z-轴方向上移动。

类似于第十四实施例的球形活动部件206可接合在用作驱动部分的弹性部件201上。通过将具有例如90°相移的交变信号提供给压电元件204，205a至205d，可使活动部件206绕x-轴转动。通过将具有例如90°相移的交变信号提供给压电元件203，205a至205d，可使活动部件206绕y-轴转动。

为了使活动部件206绕z-轴转动，可将具有例如90°相移的交变信号提供给压电元件203和204。

为了使活动部件206总是与弹性部件201压接而不管活动部件206的重力方向，可将永久磁铁210安装在图23所示的弹性部件201上，并且活动部件206本身可由磁性材料制成。采用这些方法，由于永久磁铁的引力，可使活动部件201总是与振动部件200压接，而不管重力的方向。

椭圆形运动的形状可通过设置不同于90°的相移而改变，以获得一些有益的结果。

(第十六实施例)

图24A至24D表示按照第十六实施例的振动型致动器的结构和移动形式。

在本实施例中，柱形弹性部件301和盘形弹性部件302连接在一起构成了单一振动部件300。永久磁铁(未示出)可安装在弹性部件301上，用以使由磁性材料制成的活动部件306通过永久磁铁的引力总是与振动部件300压接。

弹性部件302具有安装在弹性部件302表面上的四个压电元件(极化区)303a至303d作为机电能量转换元件。通过选择地将交变信号提供给压电元件303a至303d，可使用作驱动部分的弹性部件301在x-，y-，和z-轴方向上移动，如图24B至24D所示。

为了使活动部件306绕x-轴转动，可给予具有例如90°相位差的y-轴方向上的位移(图24C)和z-轴方向上的位移(图24D)。为了使活动部件306绕y-轴转动，可给予具有例如90°相位差的x-轴方向上的位移(图24B)和z-轴方向上的位移(图24D)。为了使活动部件306绕z-轴转动，可给予具有例如90°相位差的x-轴方向上的位移(图24B)和y-轴方向上的位移(图24C)。椭圆形运动的形状可通过设置不同于90°的相移而改变，以获得一些有益的结果。

将交变信号提供给压电元件303a至303d的情况类似于第十四实施例，因此省略了对其的详细描述。

(第十七实施例)

图25表示按照第十七实施例的振动型致动器的结构。

在本实施例中，多个柱形弹性部件401，402，和403构成单一振动部件400。在弹性部件401和402之间，夹有压电元件404，并且在弹性部件402和403之间夹有压电元件405。这三个弹性部件401至403可通过用作连接部件的螺栓407而连接在一起。参考标号406表示球形活动部件。

本实施例的特征在于，在振动部件400与活动部件406之间的压接可通过空吸而保证。特别是，可将软管408插入到靠近振动部件400驱动部分的槽401a中，并且通过软管408抽空槽中的空气，以产生靠近驱动部件的吸力。因此，可以使活动部件总是与振动部件400压接，而不管重力的方向。

参考标号410表示外壳。夹于弹性部件401和402之间的支撑部件411末端可固定于外壳410上，由此支撑振动部件400。

(第十八实施例)

第十八实施例是第十七实施例的改进，其具有如图26A所示的不同结构，用以使活动部件406与振动部件400的驱动部分压接。

特别是，上圆顶盖412可通过滚珠轴承413可旋转地安装在外壳410上部上。四个推杆415可移动地安装在上盖412上，推杆415通过线圈弹簧414将活动部件406推向振动部件400。推杆415的该推力使活动部件406与振动部件400压接，而不管重力方向。振动部件400通过支撑部件411而由外壳410支撑。

用作活动部件406实际驱动部分的凸起406a在上盖412上延伸。为了使活动部件406在任何方向上转动，上盖406可形成有图26B所示的十字凹槽412a。

活动部件406的凸起406a可插入到凹槽412a中，并且上盖412可自由地相对于外壳410转动。因此，即使凸起406a在任何方向上转动(摆动)，上盖412也会转动，使凸起406a无任何限制地进入凹槽412a中。

(第十九实施例)

第十九实施例是第十八实施例的改进，如图27A所示，上盖420通过滚针轴承413可旋转地安装在外壳410的上部上，在其上的盘形弹簧(belleville spring)422安装有滚针轴承推杆423，其设置在盘形弹簧422的下面。盘形弹簧422可将上盖420向下向外壳410推，用以在压接方向上激励活动部件406和振动部件400。

在上盖420内表面上所形成的三个固定推杆424使活动部件406与振动部件压接。

如图27B所示，上盖420具有通常Y字形槽420a。槽420a的作用与图26B所示槽412a的作用相同。图27C表示振动型致动器的外部形状。

在具有图26A和26B以及27A至27C所示的上盖412和420的实施例中，活动部件406实际上是由上盖所覆盖，使得可以防止在触及其时由油或灰尘引起摩擦系数的变化。

(第二十实施例)

在本实施例中，活动部件可以任何所需角度转动。图29中所示的虚线是在x-z平面上由x-轴到z-轴倾斜角θ1的轴，而图29中的实线是在x-y平面上由x-轴到y-轴倾斜角θ2的轴。

如果实现绕倾斜于x-，y-，和z-参考轴中的两个θ1和θ2角度的轴转动的话，那么也可实现在任意方向上绕任何轴转动。

作为一个特定的实例，下面将描述实现绕倾斜于x-轴θ1和θ2角度的轴的转动方法。

如图28所示，在x-z平面上绕倾斜于x-轴θ1角度的轴的转动可定义为：

ωθ1＝Aωx+Bωz

其中B/A＝tanθ1和|ωx|＝|ωz|

如图29所示，在x-z平面上绕倾斜于x-轴θ2角度的轴的转动可定义为：

ωθ2＝Cωx+Dωy

其中D/C＝tanθ2和|ωx|＝|ωy|

绕倾斜(θ1+θ2)角度的轴的转动可定义为：

ω(θ1+θ2)＝ωθ1+ωθ2＝Aωx+Bωy+Cωz

其中B/A＝tanθ2和C/A＝tanθ1

在下列描述中，首先假设相位差为90°。

使用图1A至1D，2A至2D和3至10的振动型致动器，来描述提供给图10所示电极片12A，12B，和12Z的交变信号，其可使振动部件绕具有所需角度的轴驱动。

绕x-轴转动ωx可以通过下列交变信号来实现：

V_12Z＝sinωt(z方向)

V_12B＝cosωt(y方向)

绕y-轴转动ωy可以通过下列交变信号来实现：

V_12Z＝sinωt(z方向)

V_12A＝cosωt(x方向)

绕z-轴转动ωz可以通过下列交变信号来实现：

V_12A＝sinωt(x方向)

V_12B＝cosωt(y方向)

下面，在x-z平面上绕倾斜于x-轴θ1角度的轴的转动可通过下列交变信号来实现：

V_12A＝Bsinωt

V_12B＝Acosωt+Bcosωt＝(A+B)cosωt

V_12Z＝Asinωt

其中B/A＝tanθ1

在x-y平面上绕倾斜于x-轴θ2角度的轴的转动可通过下列交变信号来实现：

V_12A＝Dcosωt

V_12B＝Ccosωt

V_12Z＝Csinωt+Dsinωt＝(C+D)sinωt

其中D/C＝tanθ2

绕倾斜(θ1+θ2)角度的轴的转动可通过下列交变信号来实现：

$V_{12A}=B\cos \mathrm{\ωt}+C\sin \mathrm{\ωt}=\sqrt{(B^2+C^2)}\sin (\mathrm{\ωt}+\mathrm{\α})$

V_12B＝Acosωt+Ccosωt＝(A+C)cosωt

V_12Z＝Asinωt+Bsinωt＝(A+B)sinωt

其中B/A＝tanθ2，B/C＝tanα，和C/A＝tanθ1

下面，使用图21A和21B以及图24A至24D所示振动型致动器，并将描述提供给每个压电元件极化区A至D的交变信号。

V_A至V_D对应于图21B中的极化区A至D和图24A中的压电元件303a至303d。

在x-z平面上绕倾斜于x-轴θ1角度的轴的转动可通过下列交变信号来实现：

V_A＝Asinωt+Bsinωt＝(A+B)sinωt

V_B＝Acosωt+Bcosωt＝(A+B)cosωt

V_C＝Asinωt-Bsinωt＝(A-B)sinωt

V_D＝-Acosωt-Bcosωt＝-(A+B)cosωt

其中B/A＝tanθ1

在x-y平面上绕倾斜于x-轴θ2角度的轴的转动可通过下列交变信号来实现：

$V_A=C\sin \mathrm{\ωt}+D\cos \mathrm{\ωt}=\sqrt{(C^2+D^2)}\sin (\mathrm{\ωt}+\mathrm{\θ}2)$

$V_B=C\cos \mathrm{\ωt}-D\sin \mathrm{\ωt}=\sqrt{(C^2+D^2)}\cos (\mathrm{\ωt}+\mathrm{\θ}2)$

$V_C=C\sin \mathrm{\ωt}-D\cos \mathrm{\ωt}=-\sqrt{(C^2+D^2)}\sin (-\mathrm{\ωt}+\mathrm{\θ}2)$

$V_D=-C\cos \mathrm{\ωt}-D\sin \mathrm{\ωt}=-\sqrt{(C^2+D^2)}\cos (\mathrm{\ωt}+\mathrm{\θ}2)$

其中D/C＝tanθ2

绕倾斜(θ1+θ2)角度的轴的转动可通过下列交变信号来实现：

$V_A=A\sin \mathrm{\ωt}+B\cos \mathrm{\ωt}+C\sin \mathrm{\ωt}$

$=(A+C)\sin \mathrm{\ωt}+B\cos \mathrm{\ωt}$

$=\sqrt{\{{(A+C)}^2+B^2\}}\sin (\mathrm{\ωt}+\mathrm{\α})$

$V_B=A\cos \mathrm{\ωt}+B\sin \mathrm{\ωt}+C\cos \mathrm{\ωt}$

$=(A+C)\cos \mathrm{\ωt}+B\sin \mathrm{\ωt}$

$=\sqrt{\{{(A+C)}^2+B^2\}}\cos (-\mathrm{\ωt}+\mathrm{\α})$

$V_C=A\sin \mathrm{\ωt}-B\cos \mathrm{\ωt}-C\sin \mathrm{\ωt}$

$=(A-C)\sin \mathrm{\ωt}-B\cos \mathrm{\ωt}$

$=-\sqrt{\{{(A-C)}^2+B^2\}}\sin (-\mathrm{\ωt}+\mathrm{\β})$

$V_D=-A\cos \mathrm{\ωt}+B\sin \mathrm{\ωt}-C\cos \mathrm{\ωt}$

$=-(A+C)\cos \mathrm{\ωt}+B\sin \mathrm{\ωt}$

$=-\sqrt{\{{(A+C)}^2+B^2\}}\cos (\mathrm{\ωt}+\mathrm{\α})$

其中B/A＝tanθ2，C/A＝tanθ1，tanα＝B/A+C，和tanβ＝B/(A-C)。

图30是表示用以驱动图21A和21B以及图24A至24D所示振动型致动器的驱动器电路方框图。

参考标号101表示CPU，用以控制整个系统，参考标号102表示振荡器，参考标号103A和103B表示移相器，和参考标号104表示选择开关。

参考标号105Z，105A，和105B表示输出电路，用以形成驱动波形。输出电路105Z，105A，和105B连接于极化区303a至303d，并且可对其提供交变电压(信号)。这些压电元件激励z-，x-，和y-轴方向的振动。

振动部件的振动幅度可通过可将振荡器102的振荡频率设定为接近或远离振动部件的固有频率而加以改变。

参考标号107表示脉宽控制器，用以控制脉冲宽度，脉宽控制器能够控制提供给压电元件的交变电压的振幅。通过控制脉宽，交变电压和振动幅度可独立地对于每个电压和振幅加以改变。

移相器103A和103B可改变来自振荡器102的输出信号的相位。

通过提供三个第二十实施例中所示等式所给出的具有电压和相位差的交变电压，可实现绕所需轴的转动。

由压电元件103(303)所产生z-，x-，和y-轴方向上的振动幅度和相位信息以及其对应于振动的电压可作为检测信号12SZ，12SA，和12SB由检测电路106提供给CPU 101。

根据所提供的信息，CPU 101可控制脉宽控制器107，移相器103A和103B，以及振荡器102，由此控制每个振动，使其具有预定振幅和相位差。

转动检测器108的信号可反馈给CPU 101，使得可更加精确地控制转动轴和数量。

通过根据由检测电路106所提供的信息来控制脉宽控制器107、移相器103A和103B等，可按需要控制振动的椭圆形轨迹的形状。

通过上述控制可实现下列操作。

1.由于振动部件的速度分布在运动方向上可以改变，所以可改变活动部件的速度。

2.由于摩擦力分布改变，因此可形成具有最小摩擦损耗的椭圆形轨迹。例如，对于椭圆形轨迹的倾斜，可将椭圆形轨迹的轴控制为与活动部件的球形表面垂直相交。特别是，通过在图21A所示弹性部件100内圆周表面100a(倾斜于轴向)的径向上产生椭圆形轨迹，可以改善效率。

另外，通过未示出的转动检测器和功率表的反馈信号，可以在具有最大效率的椭圆形轨迹状态下驱动振动部件。

3.由于活动部件与振动部件的接触状态(在法向上的移动和速度)也是可以改变的，所以可形成椭圆形轨迹，其可提供具有最小冲击的接触状态或不产生异常噪音如颤动声。

很明显，上述第十四实施例至第二十实施例的振动型致动器可通过图13至15中所示振动型致动器来代替。

虽然x-和y-轴的原点设定为压电元件极化区的中心，如图21B所示，但是不作为对其的限制。

振动部件可相对于活动部件移动。

按照上述实施例，可以提供在振动部件与活动部件之间的所需的相对运动。由于使用了单一振动部件，可节省致动器的空间。振动部件与活动部件之间的相对运动可设定为任意方向，如，不仅可绕x-，y-，和z-轴方向转动，而且可在斜向上运动，使得本发明的应用领域大大增大。

另外，通过上述实施例可获得机电能量转换元件本身设置的简化，必要空间的减小，以及信号提供装置如线路布置更加容易。

再有，由于振动部件的接触表面可驱动球形接触部件，所以接触部件可在多自由度下移动，只要接触部件具有局部球形区域。

还有，振动部件可被支撑，而不会对振动部件所激励的振动产生不良影响。

进一步地，可实现使用多自由度振动型致动器的小型振动型驱动装置。因此，可实现医疗设备或人手难以进入的小空间中所使用的装置的精细操作。

再有，由于通过使用压力装置可使活动部件与接触部件压接，所以其间的压接可以可靠地保持。

还有，通过恒定的吸力可使接触部件与振动部件接触，从而在稳定压力下驱动活动部件。

还可以可靠地吸气并使接触部件吸在并压在振动部件上。

进一步地，由于接触部件以正压压在振动部件上，因此压力很容易得到控制。还可以通过使用保持部件来防止灰尘等进入接触部件与振动部件之间的接触区域。由于可允许保持部件在一个自由度下移动，所以相应地可容易地使其在其它自由度下运动。

还有，通过根据驱动表面的角度调整使用中的三种振动类型中至少一种振动类型的相位差，可改变振动部件的振动角度，使得可在振动部件上产生适用于驱动接触部件的椭圆形运动。

由于振动部件纵向和横向振动的固有频率相互一致，因此在成直角相交的三个平面上的振动部件每个点上产生椭圆形运动。通过将接触部件耦合到振动部件每个点上的椭圆形运动，接触部件可实现多自由度运动。由于使用单一振动部件，可以节省致动器的空间，并且不必要使多个振动部件象常用情况那样具有相同的性能。

再有，可以降低振动部件纵向振动的固有频率，并且可使纵向和横向振动的固有频率一致。

进一步地，通过调整横向振动的固有频率，可使初始纵向振动方式与次级横向振动方式的固有频率一致。因此，可实现多自由度振动型致动器，其利用了振动部件的初始纵向振动方式和次级横向振动方式。

还有，通过调整纵向振动的固有频率，可使初始纵向振动方式和次级横行振动方式的固有频率一致。因此，可实现多自由度振动型致动器，其利用了振动部件的初始纵向振动方式和次级横向振动方式。

Claims (2)

1. 一种振动型致动器，具有一个包括一个机电能量转换元件以及多个弹性部件的振动部件，以及一个与所述振动部件接触的被驱动部件，其中所述多个弹性部件固定到所述机电能量转换元件上以将所述机电能量转换元件夹在所述多个弹性部件之间，其特征在于

所述机电能量转换同时产生两个挠曲振动和一个纵向振动中的两个或更多振动，其中两个挠曲振动的位移方向相互垂直，一个纵向振动具有垂直于所述两个挠曲振动的位移方向的位移方向，并且在与所述被驱动部件接触的所述振动部件的接触表面上产生环形运动或椭圆形运动以便移动所述被驱动部件，

其中所述多个弹性部件之一包含一个具有减小的刚性的部分以增加挠曲振动的振动位移，以及一个具有减小的刚性的部分以增强纵向振动的振动位移。

2. 根据权利要求1的振动型致动器，进一步包括覆盖所述多个弹性部件以及所述被驱动部件的外壳和上盖，以及一个提供在所述外壳和上盖上的压力部件，保持所述被驱动部件与所述多个弹性部件的所述之一压力接触。

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