1314810 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於超音波馬達，特別是關於將轉子施壓接 觸於定子，進而旋轉之馬達》 【先前技術】 近年，有揭示利用超音波振動，使轉子旋轉之超音波 馬達’並已實用化。此超音波馬達係爲利用壓電元件，使 在定子的表面上產生進行波，另外，將轉子施壓接觸於定 子，藉此’經兩者間之摩擦力，使轉子移動者。 例如，專利文獻1係揭示一種藉彈簧經軸承對轉子施 加預壓，藉此，轉子被施壓接觸於定子，於此狀態下，對 相互疊合之多數壓電元件板供給驅動電壓，使定子產生超 音波振動，從而使轉子旋轉之多自由度超音波馬達。這裡 所謂預壓係指至少在未對壓電元件通電之狀態下，將轉子 推壓於定子之壓力。 (專利文獻1)日本專利公開公報特開2004-312809號 【發明內容】 (發明欲解決之課題） 不過’爲了施加預壓而使軸承接觸於轉子，而有因摩 擦損失引起轉矩降低之問題點。 本發明係爲了消除這樣的問題點而創作出者，其目的 係提供一種能實現高轉矩之超音波馬達。 (解決課題所用之手段） 1314810 本發明有關之第1超音波馬達，具備有相互對向配置 之多數定子；被這些多數定子挾持之近似球體狀之轉子； 及定子振動機構，係對多數定子共通地設置，同時使多數 定子相互產生相同方向之驅動力般地振動，進而使轉子旋 轉。 本發明有關之第2超音波馬達，具備有定子；被定子 接觸支撐之轉子；使定子振動以使轉子轉動之定子振動機 構；預壓構件，係配置成至少在停止時係成接觸於轉子表 面之狀態；及預壓構件振動機構，係用於使預壓構件振動 ，從而使轉子對定子施壓。 本發明有關之第3超音波馬達，係具備有定子；被定 子接觸支撐之近似球體狀之轉子；使定子振動俾使轉子旋 轉之定子振動機構；與轉子表面對向配置之預壓構件；及 預壓構件振動機構，係用於至少在使前述轉子旋轉之際， 使預壓構件振動，藉預壓構件釋出之放射壓，產生使轉子 對定子進行預壓之預壓力。 (發明效果） 依本發明的話，可獲得能實現高轉矩之超音波馬達。 【實施方式】 (實施發明之最佳形態） 下文將根據附圖，說明本發明之實施形態。 (第1實施形態） 第1圖及第2圖係表示有關本發明之第1實施形態之 多自由度超音波馬達。在底部塊1和第1定子2之間挾持 1314810 有成爲定子振動機構之圓筒狀的振動子3,同時底部塊1和 第1定子2經貫通振動子3內部之連結螺栓4而互相連結 ，多自由度超音波馬達整體，具有約略爲圓柱狀之外形。 這裡’爲了說明之方便，將從底部塊1朝第1定子2之圓 柱狀的外形之中心軸規定爲Z軸，對Z軸垂直的方向上有 X軸延伸’對Z軸及X軸垂直的方向上有γ軸延伸。 振動子3具有分別位在χγ平面上，且相互疊合之平 板狀之第1〜第3壓電元件部31〜33，這些壓電元件部31 〜3 3係經絕緣片3 4〜3 7而從第1定子2和底部塊1以相 互絕緣之狀態疊合配置。 在第1定子2上，與接觸振動子3之面相反之側形成 有凹部5’在此凹部5內收容有約呈大致球體狀之轉子6 。凹部5係由具有比轉子6之直徑更小之內徑的小徑部7 、和具有比轉子6之直徑更大之內徑的大徑部8所形成， 在此小徑部7及大徑部8之鄰接部上，形成有位在XY平 面上之環狀段差9。 再者，在第1定子2的上部，於Z軸方向上，鄰接配 置有環狀之第2定子10，於此第2定子10之內周緣上， 形成有位在XY平面上之環狀角部11。第2定子10係藉多 數，例如12根之固定用螺栓12而牢固地固定於第1定子 2上’第1定子2和第3定子10係形成爲對來自振動子3 之振動係以相同之振動模式振動之單一定子振動體S。 轉子6係被抵接挾持在凹部5內之段差9及第2定子 I314S10 10之角部11兩者上，能自由旋轉地被支撐者。 例如，底部塊1、第1定子2及第2定子10係分別由 鋁鎂合金形成，多自由度超音波馬達整體係形成爲直徑 40mm及高度100mm程度之大致圓柱狀。轉子6係使用直 徑25.8mm之鋼球。 如第3圖所示，振動子3之第1壓電元件部31係作成 爲由分別具有圓板形狀之電極板3 1 a、壓電元件板3 1 b、電 極板31c、壓電元件板31d及電極板31e依序疊合而成之構 造。相同地，第2壓電元件部32係作成爲由分別具有圓板 形狀之電極板32a、壓電元件板32b、電極板32c、壓電元 件板32d及電極板32e依序疊合而成之構造，第3壓電元 件部33係作成爲由分別具有圓板形狀之電極板33a、壓電 元件板33b、電極板33c、壓電元件板33d及電極板33e依 序疊合而成之構造。 如第4圖所示，第1.壓電元件部31的一對壓電元件板 31b及31d，在Y軸方向上被二分割之部分係具有互相相反 的極性，被極化成分別在Z軸方向（厚度方向）上進行膨脹 和收縮之相反的變形動作，壓電元件板3 1 b和壓電元件板 3 1 d係相互倒反配置。 第2壓電元件部32的一對壓電元件板32b及32d不被 二分割而係被極化成整體在Z軸方向（厚度方向）上進行膨 脹或收縮之變形動作’壓電兀件板3 2 b和壓電元件板3 2 d 係相互倒反配置。
第3壓電兀件部33的一對壓電元件板33b及33d在X 1314810 軸方向上被二分割之部分係具有相互相反極性，被 分別在Z軸方向（厚度方向）上進行膨脹和收縮之相 形動作，壓電元件板3 3 b和壓電元件板3 3 d係互相 置。 如第1圖及第3圖所示，配置在第1壓電元件吾 兩面側上之電極板31a及電極板31e、配置在第2壓 部33之兩面側上之電極板32a及電極板32e、及配 3壓電元件部33之兩面側上之電極板33a及電極板 • 分別在電氣上接地。另外，分別從配置在第1壓電 31的一對壓電元件板31b及31d之間的電極板31， 壓電元件部32的一對壓電元件板32b及3 2d之間的 3 2c、及第3壓電元件部33的一對壓電元件板33b 之間的電極板3 3 c，分別引出第1端子3 11、第2韩 、及第3端子3 3 t。 下面將說明有關本第1實施形態之多自由度超 達的動作 • 首先，對振動子3,從第1端子31t —旦施加接 第1定子2和第2定子10形成之定子振動體S之固 數之頻率的交流電壓時，第1壓電元件部3 1之一對 件板3 1 b及3 1 d的二分割之部分即在Z軸方向上交 覆進行膨脹和收縮，進而在定子振動體S上產生Y 之撓曲振動。另外，從第2端子32t —旦施加接近 振動體S之固有振動數之頻率的交流電壓時，第2 件部32之一對壓電元件板32b及3 2d ’即在Z軸方 囤化成 反的變 倒反配 "1之 電元件 置在第 33e係 元件部 、第2 電極板 及33d 子32t 立：/由田 曰攸馬 近於由 有振動 壓電元 替地反 軸方向 於定子 壓電元 向上反 1314810 覆地進行膨脹和收縮，進而在定子振動體S上產生Z軸方 向之縱振動。再者，從第3端子33t —旦施加接近於定子 振動體S之固有振動數之頻率的交流電壓時，第3壓電元 件部33的一對壓電元件板33b及33d之二分割部分即在Z 軸方向上交替地反覆進行膨脹和收縮，進而在定子振動體 S上產生X軸方向之撓曲振動。 因此，從第1端子31t和第2端子32t兩者分別施加 相位移位90度之交流電壓時，Y軸方向的撓曲振動和Z軸 方向之縱振動的組合，則在與轉子6接觸之第1定子2的 段差9及第2定子10的角部11上，分別產生YZ面內之 橢圓振動，經由摩擦力，轉子6環繞著X軸旋轉。 相同地，從第2端子3 2t和第3端子3 31兩者分別施 加相位移位90度之交流電壓時，X軸方向的撓曲振動和Z 軸方向之縱振動的組合，則在與轉子6接觸之第1定子2 的段差9及第2定子10的角部1 1上，分別產生XZ面內 之橢圓振動，經由摩擦力，轉子6環繞著Y軸旋轉。 再者，從第1端子3 11和第3端子3 3t兩者分別施加 相位移位9 0度之交流電壓時，X軸方向的撓曲振動和Y軸 方向之撓曲振動的組合，則在與轉子6接觸之第1定子2 的段差9及第2定子10的角部11上，分別產生XY面內 之橢圓振動，經由摩擦力，轉子6環繞著Z軸旋轉。 這樣子，選擇振動子3之第1端子31t、第2端子32t 及第3端子33t中之兩個端子，從這兩個端子兩者一旦分 別施加相位移位90度之交流電壓時，即在定子振動體S上 -10- 1314810 產生振動，如第5圖之虛線箭頭所示，在與轉子6接觸之 第1定子2的段差9及第2定子10的角部η上，分別產 生對應被選擇之兩個端子之面內的橢圓振動。 這時，第1定子2和第2定子10係形成單—之定子振 動體S，因此，第1定子2之段差9和第2定子1〇之角部 1 1係互相以相同的振動模式振動。從而，旋轉力從第1定 子2的段差9和第2定子10的角部11兩者被傳達到轉子 6，而使轉子6以高轉矩旋轉。 因此，藉在通過環狀的第2定子10露出之轉子6之表 面部分裝設未圖示之臂、攝影裝置等，能實現多自由度之 致動器，以廣視野範圍爲對象之攝影機等。 另外，用於將第2定子10固定於第1定子2上之固定 用螺栓12不限定爲12根’只要能將第2定子10固定成使 第1定子2和第2定子1 〇係形成相互以相同的振動模式振 動之單一定子振動體S的話’則不限定固定用螺栓12的根 數。又，如果能以挾持轉子6的狀態，將第2定子1 〇固定 於第1定子2上的話，則也可使用黏結等螺栓以外之固定 方法。但是，要形成單一之定子振動體S，利用第1定子2 和第2定子1 0之接觸面積整體進行黏結，則爲所望。 又，第1定子2的段差9及第2定子10的角部11之 至少一側，如第6圖所示’也能構成爲僅在周向的多處地 點，例如4個地點接觸於轉子6的表面’而不是涵蓋轉子 6之全周接觸。這樣作的話’能降低第1定子2及第2定 子10因與轉子6接觸所引起之摩擦損失，進而能實現更高 -11- 1314810 轉矩。這種情形，接觸於轉子6之表面的第丨定子 2定子10的多處接觸地點C’最好係對轉子6位在 稱的位置上。 (第2實施形態） 第7圖係表示有關本發明之第2實施形態之多 超音波馬達。此多自由度超音波馬達係在第1圖所 1實施形態之多自由度超音波馬達上，使用具有環 彈簧13a之第2定子13以替代環狀的角部形成 緣上之第2定子10。環狀之板彈簧13a，在挾持轉 方向上具有彈性，另外板彈簧13a的內周緣13b係β 平面上，抵接轉子6的表面。 與第1實施形態的多自由度超音波馬達相同地 定子13係藉12根之固定用螺栓12而牢固地固定於 子2上，進而形成第1定子2和第2定子13以相同 模式振動之單一之定子振動體S。 在此第2實施形態中，也是選擇振動子3之第 31t、第2端子32t及第3端子33t中之兩個端子， 對此兩端子施加交流電壓，藉此，在定子振動體S 振動，從而與轉子6接觸之第1定子2的段差9及 子1 3的板彈簧1 3 a的內周緣！ 3 b係互相以相同的振 振動，轉子6則以高轉矩旋轉。 這時，板彈簧1 3 a之內周緣1 3 b因係以彈力抵 6之表面，故轉子6與第1定子2的段差9及第2 的板彈簧1 3 a之內周緣1 3 b之間的摩擦力增加，從 2或第 互相對 自由度 示之第 狀之板 在內周 子6之 Ϊ在XY ，第2 第1定 的振動 1端子 並分別 上產生 第2定 動模式 接轉子 定子13 而增加 -12- 1314810 轉子6之旋轉轉矩。 (第3實施形態） 第8圖係表示有關本發明之第3實施形態之多自由度 超音波馬達。此多自由度超音波馬達係在第7圖所示之第 2實施形態的多自由度超音波馬達上，使用在凹部5內形 成環狀之板彈簧14a之第1定子14，以代替在凹部5內形 成環狀之段差9之第1定子2。此第1定子14之板彈簧l4a 和第2定子1 3之板彈簧1 3 a，朝挾持轉子6之方向皆具有 > 彈性，另外，板彈簧1 4 a之內周緣M b和板彈簧1 3 a之內 周緣13b係分別位在XY平面上，抵接轉子6之表面。 與第1及第2實施形態之多自由度超音波馬達相同地 ，第2定子13係藉12根之固定用螺栓12而牢固地固定於 第1定子14上，進而形成第1定子14和第2定子13以相 同之振動模式振動之單一的定子振動體S。 第3實施形態，也是選擇振動子之第1端子31t、第2 端子32t及第3端子33t中之兩個端子，並分別對此兩端 I 子施加交流電壓，藉此，在定子振動體S上產生振動’從 而與轉子6接觸之第1定子14之板彈簧14a的內周緣14b 及第2定子13之板彈簧13a的內周緣13b互相以相同之振 動模式振動，轉子6係以高轉矩旋轉。 這時，第1定子14之板彈簧14a的內周緣14b和第2 定子1 3之板彈簧1 3 a的內周緣1 3 b因係分別以彈力抵接轉 子6的表面，故轉子6與第1定子14之板彈簧14a的內周 緣1 4 b及第2定子1 3之板彈簧1 3 a的內周緣1 3 b之間增加 -13- 1314810 摩擦力，從而增大轉子6之旋轉轉矩。 (第4實施形態） 第9圖及第1〇圖係表示有關本發明之第4實施形態之 多自由度超音波馬達。在上述之第1〜第3實施形態之多 自由度超音波馬達上，第1定子2或14和第2定子10和 13係藉固定用螺栓12而相互形成一體，並配置在振動子3 之~側’但本第4實施形態之多自由度超音波馬達，第1 定子1 5和第2定子1 6係挾持振動子1 7而配置在振動子 1 7之兩側。 第1定子15及第2定子16分別具有配置成沿著轉子 6的周向成環狀包圍轉子6之圓環形狀，形成具有稍小於 轉子6之直徑的內徑之圓形開口部15a及16a。轉子6係通 過第1定子15之開口部15a及第2定子16之開口部16a ’而露出於+Z軸方向及-Z軸方向兩側。 振動子17係在XY平面內，於周向上被分割成4份， 分別如第11圖所示那樣，具有依序疊合電極板17a、壓電 元件板1 7b及電極板1 7c之構造。構成爲被4分割之振動 子17之壓電元件板17b係被極化成分別在Z軸方向（厚度 方向）上進行膨脹或收縮之變形動作，藉在電極板17a及17c 間施加獨立之交流電壓，被4分割之振動子1 7能相互地獨 立地被驅動控制。這樣的振動子1 7係藉絕緣片1 8及1 9而 以與第1定子15及第2定子16絕緣之狀態配置。 藉分別獨立地驅動控制4分割之振動子1 7，能使與轉 子6接觸之第1定子15之開口部&的周緣部及第2定子 -14- 1314810 16之開口部16a的周緣部上產生所要之面內的橢圓振動， 並以相同的振動模式振動，結果能以高轉矩使轉子6旋轉 〇 另外，如果用固定器20將第1定子15及第2定子16 支撐於當第1定子15及第2定子16藉振動子17振動時形 成之節點位置上的話，則能一邊將給予第1定子1 5及第2 定子1 6的振動之影響抑制到最小限度，一邊能支撐本第4 實施形態有關之多自由度超音波馬達。 例如，在通過第1定子15之開口部15a及第2定子 16之開口部16a而露出於+Z軸方向及-Z軸方向之轉子6 的表面部分上，分別裝設臂、攝影裝置等，能實現具有多 自由度且多數之臂的致動器，以極廣視野範圍爲對象之攝 影機等。 另外，在上述之第1〜第4實施形態上，係選擇振動 子3之第1端子31t、第2端子32t、第3端子33t中之兩 個端子，然後施加交流電壓，施加之交流電壓的相位係移 位90度，但也可不限定於移位90度。又，也可改變施加 之交流電壓之電壓値。藉多樣地控制交流電壓，能控制在 第1定子2、14、15及第2定子10、13、16上產生之橢圓 振動。 又，在上述之第1〜第4實施形態上，雖第1定子2 、15及第2定子10、13、16與轉子6之接觸係爲如段差9 和角部1 1那樣的角部，但不限定於此構成。只要能傳達橢 圓運動的話，也可作成以平面接觸，以曲面接觸，而不是 -15- 1314810 成環狀接觸。 另外，在上述之第1〜第4實施形態中’振動子3係 使用在Z方向上產生縱振動，在X、Y方向上產生撓曲振 動的互相不同之三方向上之振動之振動子，但也可爲非相 互地正交之振動。又，雖產生三方向之振動之振動子係使 用分別與第一壓電元件部31、第2壓電元件部32、第3壓 電元件部33之各個方向對應之壓電元件，但也可合成藉多 數之壓電元件部所產生之振動，使產生各個方向之振動， > 也可將一個壓電元件部極化成三個以上，以一個壓電元件 部使產生兩個方向以上之振動。 另外，雖在上述之第1〜第4實施形態，係選擇三方 向中之兩個方向，使產生振動，但是也可施加交流電壓於 對應三方向之所有壓電元件，控制各個方向之振動的相位 或振幅，使產生合成振動。 (第5實施形態） 第1 2圖及第1 3圖係表示本發明之第5實施形態之超 t 音波馬達。具有被挾持在底部塊1和定子41之間，成爲定 子振動機構之圓筒狀的振動子3，同時藉通過振動子3之 內部的連結螺栓4將底部塊1和定子4 1相互連結起來，使 超音波馬達整體具有約略爲圓柱狀之外形。這裡，爲了說 明的方便’將自底部塊1朝定子1 4之圓柱狀的外形之中心 軸規定爲Ζ軸，在對ζ軸之垂直方向上有X軸，在對ζ軸 及X軸之垂直方向上有γ軸延伸。 振動子3具有分別位在ΧΥ平面上，且相互疊合之平 •16- 1314810 板狀的第1〜第3壓電元件部31〜33，這些壓電元件板31 〜3 3係經絕緣片3 4〜3 7，以與定子4 1及底部塊1，以及 相互之間成絕緣之狀態配置。 於定子4 1上，在與接觸於振動子3之面相反側上，形 成有凹部42,在此凹部42內收容有球體狀之轉子6。凹部 42係由具有比轉子6之直徑小之內徑的小徑部43，和具有 比轉子6之直徑大之內徑的大徑部44所形成，在小徑部 43及大徑部44之鄰接部上，形成有位在XY平面上之環狀 的段差45。 另外，於Z軸方向上，圓環形狀之預壓構件47係經板 彈簧46成鄰接那樣，在施加彈簧力之下連結在定子41的 上部。在此預壓構件47之內周緣上，形成有位在XY平面 上之環狀角部48，轉子6係抵接定子41之段差45及預壓 構件47之角部48兩者，而被挾持，並自由旋轉地被支撐。 這裡，預壓構件47係藉板彈簧46朝定子41的方向被 彈迫，經預壓構件47之角部48而對轉子6進行預壓。 又，在定子41與預壓構件47之間有插置板彈簧46， 因此當藉振動子3在定子41上產生振動時，預壓構件47 係以與定子41之振動模式不同的振動模式振動。 例如，底部塊1、定子41及預壓構件47係分別由鋁 鎂金成形成，超音波馬達整體係形成爲直徑40 mm及高度 100mm程度之近似圓柱體。轉子6係使用直徑爲25.8mm 之鋼球。 -17- 1314810 另外，在此，如振動子3般，賦予和上述第1實施形 態之部分相同號碼之構件，係具有與第1實施形態對應號 碼之部分相同的構成。 下面，將說明有關第5實施形態之超音波馬達的動作 〇 首先，對振動子3，從第1端子31t —旦施加與定子 41之固有振動數接近之頻率的交流電壓時，第1壓電元件 部3 1的一對壓電元件板3 1 b及3 1 d之二分割部分即在Z軸 方向上反覆交替地進行膨脹和收縮，進而在定子41上產生 Y軸方向的撓曲振動。另外，從第2端子32t —旦施加與 定子41之固有振動數接近之頻率的交流電壓時，第2壓電 元件部32的一對壓電元件板32b及3 2d即在Z軸方向上反 覆交替地膨脹和收縮，進而在定子41上產生Z軸方向之縱 振動。再者，從第3端子3 3t —旦施加接近定子41之固有 振動數之頻率的交流電壓時，第3壓電元件部33的一對壓 電元件板33b及33d之二分割部分即在Z軸方向上反覆交 替地進行膨脹和收縮，進而在定子41上產生X軸方向之撓 曲振動。 因此，從第1端子3 11和第2端子3 2t兩者分別施加 相位移位90度之交流電壓時，Y軸方向之撓曲振動和z軸 方向的縱振動即組合，而在與轉子6接觸之定子41的段差 45上產生YZ面內之橢圓振動，經摩擦力，轉子6則繞著 X軸周圍旋轉。 同樣地，從第2端子32t和第3端子33t兩者分別施 -18- 1314810 加相位移位9 0度之交流電壓時，即組合χ軸方向之撓曲振 動和Ζ軸方向之縱振動’而在與轉子6接觸之定子41的段 差45上產生ΧΖ面內之橢圓振動，經摩擦力，轉子6環繞 著Υ軸旋轉。 再者’從第1端子3 11和第3端子3 31兩者分別施加 相位移位90度之交流電壓時，即在定子41上產生振動， 進而如第14圖上虛線箭頭所示，在與轉子6接觸之定子 > 41的段差45上’產生YY面內之橢圓振動，經摩擦力，轉 子6環繞著Z軸旋轉。 這樣子，從振動子3之第1端子31t、第2端子32t及 第3端子33t中選擇兩個端子，自此兩個端子兩者分別施 加相位移位90度之交流電壓時，即在定子41上產生振動 ，進而如第14圖上虛線箭頭所示那樣，在與轉子6接觸之 定子41的段差45上，產生對應被選擇之兩個端子之面內 的橢圓振動。 _ 這裡，藉板彈簧46之彈迫力，經預壓構件47之角部 48，使預壓作用在轉子6，轉子6對定子41之段差45加 壓，因此藉轉子6和段差45之間的摩擦力’傳達旋轉力到 轉子6。 這時，藉插置在預壓構件47和定子4 1之間的板彈簧 46，預壓構件47係如第1 4圖上實線箭頭所示那樣，以與 定子4 1之振動模式不同之振動模式振動’因此大幅地降低 預壓構件47的角部48和轉子6的表面之接觸所引起之摩 擦損失，進而轉子6以高轉矩旋轉。 -19- 1314810 另外，預壓構件47係經板彈簧46連結到定子41，利 用振動子3所造成之定子41的振動，使預壓構件47振動 ，因此能獲得單純之構成的超音波馬達。 又’在振動子3停止’預壓構件47不振動時，預壓構 件4 7之角部4 8和轉子6之表面之間的摩擦力增加，藉此 能把持轉子6。 因此，在通過圓環形狀之預壓構件47露出之轉子6之 表面部分上，藉裝設未圖示之臂、攝影裝置等，能實現多 自由度之致動器，以廣視野範圍爲對象之攝影機等。 另外，也能構成爲圓環形狀之預壓構件47之角部48 ，不對轉子6全周進行接觸，而如第15圖所示那樣，僅在 周向上之多處，例如4個地點接觸於轉子6之表面。這樣 作的話，預壓構件47和轉子6之接觸所造成之摩擦損失更 爲減少，進而能實現更高轉矩。這種情形，接觸於轉子6 之表面的預壓構件47之多處接觸地點C係良好地位在對轉 子6爲相互對稱的位置上。 (第6實施形態） 第1 6圖係表示有關本發明之第6實施形態之超音波馬 達。此超音波馬達係在第1 2圖所示之第5實施形態之超音 波馬達中，於圓環形狀之預壓構件47之內周緣上，安裝有 位在XY平面上之環狀抵接構件49。抵接構件49係由鐵弗 龍（Teflon)(註冊商標）等低摩擦材料所形成，轉子6係抵接 於藉抵接構件49形成之角部50和定子41的段差45之兩 者且被挾持，並旋轉自由地被支撐者。 -20- 1314810 因係經由低摩擦構件形成之抵接構件49對轉子6進行 預壓，故抵接構件49和轉子6之接觸所造成之摩擦損失更 爲減低，進而實現高轉矩之超音波馬達。 (第7實施形態） 第1 7圖係表示有關本發明之第7實施形態之超音波馬 達。此超音波馬達係在第1 2圖所示之第5實施形態之超音 波馬達中，不用藉板彈簧4 6以彈簧力連結於定子4 1的預 壓構件47，而係利用在Z軸方向上與定子5 1隔開間隙配 置之預壓構件52。把持構件54係經振動子53連結於預壓 構件52，使用未圖示之彈簧等使把持構件54朝定子5 1的 方向彈迫而對定子5 1或底部塊1作彈力地支撐。 預壓構件52、振動子53及把持構件54皆形成爲中央 有開口部之圓環形狀，轉子6係通過這些開口部露出。另 外，在預壓構件52之內周緣上形成有位在XY平面上之環 狀角部55。 如第18圖所示，振動子53具有電極板53a、壓電元 件板5 3 b及電極板5 3 c依序疊合之構造。壓電元件板5 3 b 係構成爲被極化成在其厚度方向上能進行膨脹或收縮之變 形動作，藉將交流電壓施加於電極板5 3 a及5 3 c之間，能 驅動控制此振動子5 3。在這樣的振動子5 3之兩面上分別 配置有絕緣片5 6及5 7，振動子5 3係以經這些絕緣片5 6 及57而與預壓構件52及把持構件54絕緣之狀態配置。 另外，定子5 1係與第5實施形態之定子4 1相同地， -21- 1314810 以與底部塊1之間挾持振動子3之狀態，藉連結螺栓4相 互連結，在定子5 1接觸振動子3之面的相反側上，形成有 內徑小於轉子6之直徑的凹部58。於此凹部58之開口端 周緣上，形成有位在XY平面上之環狀角部59，轉子6係 抵接於定子5 1的角部5 9和預壓構件5 2的角部5 5之兩者 而被挾持，且旋轉自由地被把持。 這樣的構成，也是從振動子3之第1端子31t、第2 端子32t及第3端子33t中選擇兩個端子，一旦從這兩個 端子兩者分別施加相位移位90度之交流電壓時，即在定子 51上產生振動，進而在與轉子6接觸之定子51的角部59 上產生對應被選擇之兩個端子之面內的橢圓振動。 這時，藉未圖示之彈簧等，把持構件54朝定子51的 方向被彈迫，經預壓構件52的角部55對轉子6進行預壓 ，進而轉子6對定子5 1之角部5 9被加壓，因此，藉轉子 6與角部5 9之間的摩擦力’將旋轉力傳達於轉子6。 這裡，一旦驅動控制振動子53時，預壓構件52即與 振動子3所造成之定子51的振動分開而獨立振動，藉此， 大幅地減低因預壓構件5 2之角部5 5和轉子6之表面的接 觸所引起之摩擦損失’從而轉子6能以高轉矩旋轉 如第19圖所示’如果藉固定具60將預壓構件52及把 持構件5 4支撐於當預壓構件5 2及把持構件5 4藉振動子5 3 振動時形成之節點位置上的話，能一邊將給與預壓構件52 之振動的影響抑制到最小限度，一邊能支撐預壓構件52。 -22- 1314810 (第8實施形態） 第20圖係表示有關本發明之第8實 達。此超音波馬達係在第17圖所示之第 波馬達中，於圓環形狀之預壓構件52的 在XY平面上之環狀抵接構件61。抵接 (註冊商標）等低摩擦材料所形成，轉子 構件61形成之角部62和定子5 1的角音 持，並旋轉自由地被支撐者。 > 因係經由低摩擦構件形成之抵接構 預壓，故抵接構件61和轉子6的接觸所 爲減低，進而實現高轉矩之超音波馬達 上述之第5〜第8實施形態，轉子 用於藉振動子3，使定子41及51振動 著多數之軸旋轉之多自由度超音波馬達 適用於使馬達繞著單一軸旋轉之單自由 再者，上述之第5〜第8實施形態， 1 之第1端子31t、第2端子32t、第3端 個端子的交流電壓之相位係被移位9 0厓 90度，而使其改變。另外，也可改變施 壓値。藉對交流電壓進行多樣地控制， 51上產生之橢圓振動。 又’在上述之第5〜第8實施形態 子6之接觸係在段差4 5，或角部5 9那 不限定於此構成。只要能傳達橢圓運動 施形態之超音波馬 7實施形態之超音 內周緣上裝設有位 奪件6 1係由鐵弗龍 6係抵接於藉抵接 β 59之兩者而被挾 件6 1對轉子6進行 造成之摩擦損失更 〇 6係爲球體狀，適 ，進而使轉子6繞 ，但替代地，也能 度超音波馬達。 施加於自振動子3 子33t中選出之兩 ί，但也可不受限於 加之交流電壓的電 能控制在定子4 1、 ，定子41、5 1和轉 樣之角部上，但並 的話，也可作成以 -23- 1314810 平面進行接觸，也可用曲面進行接觸’而不是環狀。 另外，在上述之第5〜第8實施形態上’振動子3係 使用產生Z方向之縱振動和產生X、Y方向之撓曲振動的 相互不同之三方向的振動的振動子’但也可爲非相互地正 交之振動。又，雖使產生三方向之振動的振動子使用分別 與第1壓電元件部31、第2壓電元件部32、第3壓電元件 部33之各個方向對應之壓電元件，但也可合成多數之壓電 元件部產生之振動，而產生各個方向的振動’也可將一個 壓電元件部極化成三個以上，進而用一個壓電元件部，使 產生兩個以上之方向的振動。 另外，上述實施形態，係選擇三方向中之兩個方向， 使產生振動，但也可施加交流電壓於對應三方向之全部壓 電元件，以控制各方向的振動之相位或振幅，使產生合成 振動。 (第9實施形態） 第21圖及第22圖係表示有關本發明之第9實施形態 之多自由度超音波馬達。在底部塊1與定子71之間挾持有 作爲定子振動機構之圓筒狀的振動子3，同時藉通過振動 子3內部之連結螺栓4，將底部塊1與定子41相互連結， 作爲多自由度超音波馬達整體，具有近似圓柱狀之外形。 這裡，爲了說明之方便，將自底部塊1朝定子71之圓柱狀 的外形之中心軸規定爲Ζ軸，在垂直於Ζ軸之方向上有X 軸，在垂直於Ζ軸及X軸之方向上有γ軸延伸。 振動子3具有分別位在ΧΥ平面上，且相互疊合之平 -24- 1314810 板狀之第1〜第3壓電元件部31〜33’這些壓電元件板31 〜33係藉絕緣片34〜37而以與定子71及底部塊1，以及 相互之間絕緣之狀態配置。 於定子71上，在與振動子3接觸之面相反側上形成有 凹部72，在此凹部72內收容有球體狀之轉子6。凹部72 係由具有內徑小於轉子6之直徑的小徑部7 3和內徑大於轉 子6之直徑的大徑部7 4所形成’在小徑部7 3和大徑部7 4 之鄰接部上，形成有位在XY平面上之環狀段差75。轉子 6藉抵接於凹部72內之段差75’而旋轉自由地被支撐。另 外，定子71具有從凹部7 2的開口周緣部約略朝Z軸方向 突出那樣地形成之環狀的圓環構件76。圓環構件76係配 置成在周向上，亦即沿著轉子之XY平面方向之剖面之周 向，包圍轉子6，轉子6之一部分係從圓環構件76之末端 部7 6a露出。又，圓環構件76之內面係接近轉子6之表面 成對向。 如第23圖所示，圓環構件76係形成爲從位在凹部72 之開口周緣部之底端部76b愈朝末端部76a，亦即愈朝Z 軸方向時，直徑愈逐漸縮小，同時，如第24圖所示，圓環 構件76之剖面具有對應轉子6之表面的形狀，亦即球面形 狀之彎曲的圓弧形狀。 例如，底部塊1和定子7 1係由鋁鎂合金形成，多自由 度超音波馬達整體係形成爲直徑40mm及高度1 00mm程度 之約略圓柱體。轉子6係使用直徑2 5 . 8 m m的鋼球，定子 71之圓環構件76係成豎立狀態，具有內徑25.4mm、厚度 •25- 1314810 1.5mm，內面形成曲率半徑爲12.7mm及角度爲23度之圓 弧。 另外，在此，如振動子3般，與上述之第1實施形態 之部分賦與相同號碼之構件係具有與對應第1實施形態之 號碼的部分相同的構成。 下面，將說明有關第9實施形態之多自由度超音波馬 達的動作。 首先，對振動子3，從第1端子3 11 —旦施加接近定子 1 7 1之固有振動數之頻率的交流電壓時，第1壓電元件部3 1 之一對壓電元件板31b及31d之二分割部分即在Z軸方向 上反覆交替地進行膨脹和收縮，進而在定子71上產生Y 軸方向之撓曲振動。另外，從第2端子32t施加接近定子 7 1之固有振動數之頻率的交流電壓時，第2壓電元件部32 之一對壓電元件板32b及3 2d即在Z軸方向上反覆地進行 膨脹和收縮，進而在定子71上產生Z軸方向之縱振動。再 > 者，從第3端子33t —旦施加接近定子71之固有振動數之 頻率的交流電壓時，第3壓電元件部33的一對壓電元件板 33b及33d之二分割部分即在Z軸方向上反覆交替地進行 膨脹和收縮，進而在定子7 1上產生X軸方向之撓曲振動。 因此，一旦從第1端子3 11和第2端子3 2t兩者分別 施加相位移位9 0度之交流電壓時，即組合Y軸方向之撓曲 振動和Z軸方向的縱振動，而在與轉子6接觸之定子7 1 的段差75上產生YZ面內之橢圓振動’藉摩擦力，轉子6 -26- 1314810 環繞著X軸旋轉。 同樣地，一旦從第2端子32t和第3端子33t兩者分 別施加相位移位90度之交流電壓時，即組合X軸方向之撓 曲振動和Z軸方向之縱振動，而在與轉子6接觸之定子71 的段差75上產生XZ面內之橢圓振動，藉摩擦力，轉子6 環繞著Y軸旋轉。 再者，一旦從第1端子31t和第3端子33t兩者分別 施加相位移位9 0度之交流電壓時，即組合X軸方向之撓曲 振動和Y軸方向之撓曲振動，而在與轉子6接觸之定子71 的段差75上產生YY面內之橢圓振動，藉摩擦力，轉子6 環繞著Z軸旋轉。 這樣子，選擇振動子3之第1端子31t、第2端子32t 及第3端子33t中之兩個端子，從這兩個端子兩者分別施 加相位移位90度之交流電壓時，即在定子71上產生振動 ，如在第25圖上以虛線箭頭所示，在與轉子6接觸之定子 71的段差75上，產生對應被選擇之兩個端子之面內的橢 圓振動。 這裡’定子71具有一體地形成之圓環構件76，故隨 著定子71之振動，如第25圖上以實線箭頭所示，圓環構 件7 6也以非接觸轉子6之狀態振動。藉此，利用自圓環構 件7 6放射之音波之放射壓，轉子6對定子7 1之段差7 5施 壓。結果，轉子6與段差75之間的摩擦力增大，進而有效 地將旋轉力傳達到轉子6。 如上述，藉圓環構件7 6能以非接觸之狀態對轉子6施 -27- 1314810 加預壓，因此，在圓環構件7 6與轉子6表面之間不會產生 摩擦損失，進而能實現高轉矩且高效率之多自由度超音波 馬達。 另外，也沒有圓環構件76與轉子6因接觸而產生噪音 〇 又，圓環構件76係與定子7 1 —體地形成，利用振動 子3所造成之定子71的振動使圓環構件76振動，因此能 獲得單純之構成的多自由度超音波馬達。 φ 又，僅藉選擇振動子3之三個端子31t、32t及33t中 之兩個並施加電壓，定子71即產生振動，進而在段差75 上產生使定子6旋轉所需之橢圓振動，同時藉圓環構件76 以非接觸之狀態對轉子6施加預壓，而能以多自由度使轉 子6旋轉。 又，雖也能利用空氣或靜電力、電磁力以非接觸狀態 對轉子6施加預壓，但若是空氣的情形，因需設置吸引裝 置等，故構成有變成複雜之虞，若是靜電力或電磁力之情 # 形’會有靜電力或電磁力影響周圍機器之虞，而有不宜使 用之情事，相對於此，本多自由度超音波馬達係爲單純之 構成，在不宜使用靜電力或電磁力之環境下也能使用。 另外，如果藉振動子3的驅動，來控制圓環構件76之 振幅的話，則能改變圓環構件7 6放射之放射壓之大小，進 而能改變轉子6對段差7 5施加之壓力，藉此，能執行本多 自由度超音波馬達之轉矩控制、位置控制、轉數控制等。 -28- 1314810 因此’藉在通過圓環構件76之末端部76a露出之轉子 6的表面部分上裝設未圖示之臂 '攝影裝置等，能實現多 自由度之致動器’以廣視野範圍爲對象之攝影機等。 (第10實施形態） 參照第26圖，其係表示有關本發明之第10實施形態 之多自由度超音波馬達。本第1 〇實施形態係爲將第9實施 形態上之環狀圓環構件7 6沿著其周向，分割成四個彎曲構 件77者。亦即’定子71上具有形成一體之四個彎曲構件 7 7，同時這四個彎曲構件7 7係沿著轉子6的周向，相互隔 著間隔配置。各個彎曲構件7 7具有沿著轉子6之表面的彎 曲形狀’各個彎曲構件77之內面係接近轉子6之表面成對 向。 作成這樣之構成的話，四個彎曲構件77係相互分割而 各別獨立’因此容易振動。從而，藉振動子3的驅動，使 各個彎曲構件77以非接觸於轉子6之狀態振動，藉此能有 效地對轉子6之施加預壓。 再者’彎曲構件7 7雖能作成在振動時及不振動時皆能 對轉子6爲非接觸狀態，但也能作成爲如第2 7圖上所示， 當振動子3停止不振動時，其末端部7 7 a接觸於轉子6之 表面的構成。這樣作的話，當振動子3停止時，使彎曲構 件7 7之末端部7 7 a接觸於不旋轉之轉子6之表面，從而能 把持轉子6。這種情形，當振動時彎曲構件7 7也有需要成 爲自轉子6的表面分離之狀態。振動停止時接觸於轉子6 之彎曲構件77也可作成藉振動時自彎曲構件77放射之音 -29- 1314810 波的放射壓，使彎曲構件7 7本身從轉子6浮起。 另外’並不限定爲四個彎曲構件77，也可分割成三 以下’或五個以下之彎曲構件。 (第1 1實施形態） 參照第28圖，其係表示有關本發明之第實施形 之多自由度超音波馬達。本第1 1實施形態係使用與定 78隔開間隙配置之圓環構件79，以替代在第9實施形態 一體地形成在定子71上之圓環構件76。即，圓環構件 和定子7 8係形成爲相互獨立之構件，同時在z軸方向相 隔開間隙配置。圓環構件7 9係與第9實施形態之圓環構 7 6相同地具有朝Z軸方向逐漸縮小直徑之形狀，同時其 面係接近轉子6之表面成對向狀態配置，且如第29圖之 線所示那樣被支撐構件80支撐。另外，在圓環構件79 外面黏貼有四個用於使用圓環構件79振動之振動子81 再者’較佳地於圓環構件79藉振動子81振動之情形的 動模式上成爲節點之部分上，藉支撐構件80支撐，或黏 振動子8 1。 如第30圖所示，各個振動子81具有電極板81a、 電元件板81b及電極板81c依序疊合之構造。構成爲各 振動子81之壓電元件板81b係被極化成在其厚度方向上 行膨脹或收縮之變形動作，藉在電極板8 1 a及8 1 c間施 獨立之交流電壓，能驅動控制此振動子8 1。於這樣的振 子8 1之兩面上分別配置絕緣片8 2及8 3，振動子8 1 ί 一側之絕緣片83，以與圓環構件79成絕緣之狀態配置 個 態 子 上 79 互 件 內 虛 的 〇 振 貼 壓 個 進 加 動 藉 -30- 1314810 再者，定子7 8係與第9實施形態之定子71相同地’ 在與底部塊1之間挾持振動子3之狀態下’藉連結螺栓4 相互連結，在定子7 8接觸振動子3之面的相反側上’形成 有內徑小於轉子6之直徑的凹部8 4。在此凹部8 4之開口 端周緣上形成有位在XY平面上之環狀角部85’轉子6係 抵接於此角部85，且旋轉自由地被把持。 這樣的構成，也是選擇振動子3之第1端子3 11、第2 端子32t及第3端子33t中之兩個端子，一旦從這兩個端 子兩者分別施加相位移位9 0度之交流電壓時，在定子7 8 上即產生振動，進而在與轉子6接觸之定子78的角部85 上，產生對應於被選擇之兩個端子之面內的橢圓振動。 這時，一旦驅動控制振動子81時，即在振動子81之 厚度方向，亦即在圓環構件79上產生與轉子6之表面正交 方向的縱振動。從而，藉自圓環構件79放射之音波的放射 壓，轉子6即對定子7 8之角部8 5施壓。因此，與上述之 第9實施形態相同地，能實現高轉矩且高效率之多自由度 超音波馬達，同時能防止因圓環構件79與轉子6之接觸所 造成之噪音。 另外，本第1 1實施形態，圓環構件7 9係藉振動子8 1 而被驅動，同時定子7 8係藉振動子3而被驅動。如此，能 使圓環構件79與定子78分開獨立振動，因此，藉振動子 8 1之驅動，控制圓環構件79的振幅，進而能容易地執行 此多自由度超音波馬達之轉矩控制、位置控制、轉數控制 -3 1- 1314810 又，能在圓環構件79上藉振動子81振動時形成之節 點位置上，利用支撐構件8 0支撐圓環構件7 9，這樣作的 話，能一邊將給與圓環構件7 9之振動的影響抑制到最小限 度，一邊支撐圓環構件79。 再者，也能利用未圖示之彈簧等’對定子81或底部塊 1以彈簧力把持支撐構件8 0。 另外，圓環構件79也可與上述第1 0實施形態相同地 ，沿著其周向分割成多數之彎曲構件，這種情形，多數之 彎曲構件係分別在振動時之節點位置上被支撐構件80支 撐，同時能構成爲在各個彎曲構件上黏貼一個振動子81。 作成這樣構成的話，多數之彎曲構件係相互分割並各自獨 立，因此變成容易振動，進而能有效地對轉子6進行預壓 〇 圓環構件雖係配置在轉子之周向上，但只要能藉放射 壓產生預壓力的話，則不限定在周向上。 另外，圓環構件7 9係如上述之第1 0實施形態之變更 例那樣，也可作成爲當轉子6停止時使接觸轉子那樣地彈 性把持轉子6，轉子6旋轉時使振動子81振動，進而藉自 圓環構件79放射之音波的放射壓，使圓環構件79本身從 轉子6浮起。 再者’在上述之第9〜第11實施形態上，對從振動子 3之第1端子31t、第2端子32t、第3端子33t中選出之 兩個端子施加交流電壓的相位係移位9 0度，但不限定爲 9 〇度而可改變。又，也可改變施加之交流電壓的電壓値。 -32- 1314810 藉對交流電壓行多樣的控制，能控制在定子7 1、7 8上產生 之橢圓振動。 另外，在上述之第9〜第11實施形態中，定子71、78 與轉子6之接觸係在段差75或角部85那樣之角部上，但 並不限定於此構成。只要能傳達橢圓運動的話，也可作成 以平面接觸，也可以曲面接觸而不必是環狀。 另外，在上述之第9〜第1 1實施形態上，振動子3係 使用產生Z方向的縱振動和X、Y方向之撓曲振動來作爲 ► 相互不同之三方向的振動之振動子，但也可爲非相互正交 之振動。又，使產生三方向之振動的振動子係使用分別對 應第1壓電元件部31、第2壓電元件部32、第3壓電元件 部33的各個方向之壓電元件，但也可合成藉多數之壓電元 件部所產生之振動以使產生各個方向的振動，也可將一個 壓電元件部極化成三個以上，而以一個壓電元件部使產生 兩個以上之方向的振動。 另外，上述之實施形態係選擇三方向中之兩個方向而 I 產生振動，但也可將交流電壓施加於對應三方向之全部壓 電元件，以控制各方向的振動之相位或振幅，使產生合成 振動。 【圖式簡單說明】 第1圖係爲表示有關本發明之第1實施形態之超音波 馬達之剖面圖。 第2圖係爲表示有關第1實施形態之超音波馬達之平 面圖。 -33- 1314810 第3圖係爲表示第1實施形態上使用之振動子的構成 部分剖面圖。 第4圖係爲表示第1實施形態上使用之振動子之三對 壓電元件板之極化方向之立體圖。 第5圖係爲有關第1實施形態之超音波馬達的部分放 大剖面圖。 第6圖係爲表示第1實施形態之變更例之定子的形狀 之平面剖面圖。 第7圖係爲表示有關第2實施形態之超音波馬達的剖 面圖。 第8圖係爲表示有關第3實施形態之超音波馬達的剖 面圖。 第9圖係爲表示有關第4實施形態之超音波馬達的剖 面圖。 第1 0圖係爲表示有關第4實施形態之超音波馬達的平 面圖β 第1 1圖係爲表示第4實施形態上使用之振動子的構成 部分剖面圖。 第1 2圖係爲表示第5實施形態之超音波馬達的剖面圖 〇 第1 3圖係爲表示有關第5實施形態之超音波馬達的平 面圖。 第1 4圖係爲有關第5實施形態之超音波馬達的部分放 大剖面圖。 -34- 1314810 第1 5圖係爲表示第5實施形態之變更例的預壓構件之 形狀的平面剖面圖。 第1 6圖係爲表示有關第6實施形態之超音波馬達的剖 面圖。 第1 7圖係爲表示有關第7實施形態之超音波馬達的剖 面圖。 第1 8圖係爲表示第7實施形態上使用之振動子的構成 部分剖面圖。 • 第19圖係爲表示有關第7實施形態之變更例之超音波 馬達的平面圖。 第20圖係爲表示有關第8實施形態之超音波馬達的剖 面圖。 第21圖係爲表示有關本發明之第9實施形態之超音波 馬達的剖面圖。 第22圖係爲表示有關第9實施形態之超音波馬達的平 面圖。 ® 第23圖係爲表示第9實施形態之圓環構件之形狀的立 體圖。 第24圖係爲表示第9實施形態之圓環構件之部分剖面 圖。 第25圖係爲有關第9實施形態之超音波馬達的部分放 大剖面圖。 第2 6圖係爲表示有關第1 〇實施形態之超音波馬達的 平面圖。 -35- 1314810 第2 7圖係爲有關第1 〇實施形態之變更例之超音波馬 達的部分放大剖面圖。 第2 8圖係爲表示有關第η實施形態之超音波馬達的 剖面圖。 第2 9圖係爲表示有關第！丨實施形態之超音波馬達的 平面圖。 第30圖係爲表示第11實施形態上使用之振動子的構 成部分剖面圖。 【主要元件符號說明】 1 底部塊 2 第1定子 3 振動子 4 連結螺栓 5 凹部 6 轉子 9 段差 10 第2定子 11 角部 13a 板彈簧 31， 32， 33 壓電元件部 3 1a, 3 1c，3 1 e 電極板 3 lb, 3 1 d 壓電元件板 3 It, 21t, 33t 端子 34， 35， 36， 37 絕緣片 -36-