WO2007055052A1 - 超音波モータ - Google Patents

Abstract

　高トルクを実現することができる超音波モータを提供する。 　振動子３の第１の端子３１ｔ、第２の端子３２ｔ及び第３の端子３３ｔのうち２つの端子を選択し、これら２つの端子の双方から位相を９０度シフトさせた交流電圧をそれぞれ印加すると、ステータ振動体Ｓに振動が発生し、ロータ６と接触する第１のステータ２の段差９及び第２のステータ１０の角部１１にそれぞれ楕円振動が発生する。第１のステータ２と第２のステータ１０が単一のステータ振動体Ｓを形成しているので、第１のステータ２の段差９と第２のステータ１０の角部１１は互いに同一の振動モードで振動し、ロータ６が第１のステータ２の段差９と第２のステータ１０の角部１１の双方から回転力が伝達されて高トルクで回転する。

Description

明 細 書

超音波モータ

技術分野

[0001] この発明は、超音波モータに係り、特にロータをステータに加圧接触させて回転さ せるモータに関する。

背景技術

[0002] 近年、超音波振動を利用してロータを回転させる超音波モータが提案され、実用化 されている。この超音波モータは、圧電素子を用いてステータの表面に進行波を発 生させ、ステータにロータを加圧接触させることによりこれら両者間の摩擦力を介して ロータを移動させるものである。

例えば、特許文献 1には、ベアリングを介してパネでロータに予圧をかけることにより ロータをステータに加圧接触させ、この状態で互いに重ね合わされた複数の圧電素 子板に駆動電圧を印カロしてステータに超音波振動を発生させることでロータを回転さ せる多自由度超音波モータが開示されている。ここで予圧とは、少なくとも圧電素子 に通電しな 、状態でロータをステータに押しつける圧力のことを！、う。

[0003] 特許文献 1：特開 2004— 312809号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0004] し力しながら、予圧をかけるためにベアリングをロータに接触させるので、摩擦損失 に起因してトルクが低下するという問題点があった。

この発明はこのような問題点を解消するためになされたもので、高トルクを実現する ことができる超音波モータを提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

[0005] この発明に係る第 1の超音波モータは、互いに対向して配置される複数のステータ と、これら複数のステータにより挟持される略球体状のロータと、複数のステータに共 通に設けられると共に複数のステータを互いに同一の方向の駆動力を発生するよう に振動させてロータを回転させる 1つのステータ振動手段とを備えたものである。 [0006] この発明に係る第 2の超音波モータは、ステータと、ステータにより接触支持される ロータと、ステータを振動させて前記ロータを回転させるステータ振動手段と、少なく とも停止時にロータの表面に接触した状態で配置される予圧部材と、予圧部材を振 動させることによりロータをステータに対して加圧するための予圧部材振動手段とを 備えたものである。

[0007] この発明に係る第 3の超音波モータは、ステータと、ステータにより接触支持される 略球体状のロータと、ステータを振動させることによりロータを回転させるステータ振 動手段と、ロータの表面に対向する予圧部材と、少なくとも前記ロータを回転させる 際に予圧部材を振動させて予圧部材からの放射圧によりロータをステータに対して 予圧する予圧力を発生するための予圧部材振動手段とを備えるものである。

発明の効果

[0008] この発明によれば、高トルクを実現することができる超音波モータが得られる。

図面の簡単な説明

[0009] [図 1]この発明の実施の形態 1に係る超音波モータを示す断面図である。

[図 2]実施の形態 1に係る超音波モータを示す平面図である。

[図 3]実施の形態 1で用いられた振動子の構成を示す部分断面図である。

[図 4]実施の形態 1で用いられた振動子の 3対の圧電素子板の分極方向を示す斜視 図である。

[図 5]実施の形態 1に係る超音波モータの部分拡大断面図である。

[図 6]実施の形態 1の変形例におけるステータの形状を示す平面断面図である。

[図 7]実施の形態 2に係る超音波モータを示す断面図である。

[図 8]実施の形態 3に係る超音波モータを示す断面図である。

[図 9]実施の形態 4に係る超音波モータを示す側面図である。

[図 10]実施の形態 4に係る超音波モータを示す平面図である。

[図 11]実施の形態 4で用いられた振動子の構成を示す部分断面図である。

[図 12]実施の形態 5に係る超音波モータを示す断面図である。

[図 13]実施の形態 5に係る超音波モータを示す平面図である。

[図 14]実施の形態 5に係る超音波モータの部分拡大断面図である。 [図 15]実施の形態 5の変形例における予圧部材の形状を示す平面断面図である。

[図 16]実施の形態 6に係る超音波モータを示す断面図である。

[図 17]実施の形態 7に係る超音波モータを示す断面図である。

圆 18]実施の形態 7で用いられた振動子の構成を示す部分断面図である。

[図 19]実施の形態 7の変形例に係る超音波モータを示す平面図である。

[図 20]実施の形態 8に係る超音波モータを示す断面図である。

圆 21]この発明の実施の形態 9に係る超音波モータを示す断面図である。

[図 22]実施の形態 9に係る超音波モータを示す平面図である。

[図 23]実施の形態 9におけるリング部材の形状を示す斜視図である。

[図 24]実施の形態 9におけるリング部材を示す部分断面図である。

[図 25]実施の形態 9に係る超音波モータの部分拡大断面図である。

[図 26]実施の形態 10に係る超音波モータを示す平面図である。

[図 27]実施の形態 10の変形例に係る超音波モータの部分拡大断面図である。

[図 28]実施の形態 11に係る超音波モータを示す断面図である。

[図 29]実施の形態 11に係る超音波モータを示す平面図である。

圆 30]実施の形態 11で用いられた振動子の構成を示す部分断面図である。

発明を実施するための最良の形態

以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。

実施の形態 1.

図 1及び 2に、この発明の実施の形態 1に係る多自由度超音波モータを示す。基部 ブロック 1と第 1のステータ 2との間にステータ振動手段となる円筒状の振動子 3が挟 持されると共に基部ブロック 1と第 1のステータ 2とが振動子 3内に通された連結ボルト 4を介して互いに連結されており、多自由度超音波モータ全体としてほぼ円柱状の 外形を有している。ここで、説明の便宜上、基部ブロック 1から第 1のステータ 2へと向 力う円柱状の外形の中心軸を Z軸と規定し、 Z軸に対して垂直方向に X軸が、 Z軸及 び X軸に対して垂直に Y軸がそれぞれ延びているものとする。

振動子 3は、それぞれ XY平面上に位置し且つ互いに重ね合わされた平板状の第 1〜第 3の圧電素子部 31〜33を有しており、これらの圧電素子部 31〜33が絶縁シ ート 34〜37を介してステータ 2及び基部ブロック 1から、また互いに絶縁された状態 で配置されている。

[0011] 第 1のステータ 2には、振動子 3に接する面とは反対側に凹部 5が形成されており、 この凹部 5内に略球体状のロータ 6が収容される。凹部 5は、ロータ 6の直径より小さ な内径を有する小径部 7と、ロータ 6の直径より大きな内径を有する大径部 8と力 な り、これら小径部 7及び大径部 8との境界部に XY平面上に位置する環状の段差 9が 形成されている。

さらに、第 1のステータ 2の上部には Z軸方向に隣接して環状の第 2のステータ 10が 配置され、この第 2のステータ 10の内周縁に XY平面上に位置する環状の角部 11が 形成されている。第 2のステータ 10は、多数、例えば 12本の固定用ボルト 12により第 1のステータ 2に堅固に固定されており、第 1のステータ 2と第 2のステータ 10は振動 子 3から与えられる振動に対して同一の振動モードで振動する単一のステータ振動 体 Sを形成する。

ロータ 6は凹部 5内の段差 9及び第 2のステータ 10の角部 11の双方に当接して挟 持され、回転自在に支持されている。

[0012] 例えば、基部ブロック 1、第 1のステータ 2及び第 2のステータ 10はそれぞれジエラ ルミンカゝら形成され、多自由度超音波モータ全体が直径 40mm及び高さ 100mm程 度のほぼ円柱体を形成している。ロータ 6としては、直径 25. 8mmの鋼球が用いられ る。

[0013] 図 3に示されるように、振動子 3の第 1の圧電素子部 31は、それぞれ円板形状を有 する電極板 31a、圧電素子板 31b、電極板 31c、圧電素子板 3 Id及び電極板 3 leが 順次重ね合わされた構造を有している。同様に、第 2の圧電素子部 32は、それぞれ 円板形状を有する電極板 32a、圧電素子板 32b、電極板 32c、圧電素子板 32d及び 電極板 32eが順次重ね合わされた構造を有し、第 3の圧電素子部 33は、それぞれ円 板形状を有する電極板 33a、圧電素子板 33b、電極板 33c、圧電素子板 33d及び電 極板 33eが順次重ね合わされた構造を有して 、る。

[0014] 図 4に示されるように、第 1の圧電素子部 31の一対の圧電素子板 31b及び 31dは、 Y軸方向に 2分割された部分が互 、に逆極性を有してそれぞれ Z軸方向（厚み方向） に膨張と収縮の反対の変形挙動を行うように分極されており、圧電素子板 31bと圧電 素子板 31dは互いに裏返しに配置されて 、る。

第 2の圧電素子部 32の一対の圧電素子板 32b及び 32dは、 2分割されることなく全 体が Z軸方向（厚み方向）に膨張あるいは収縮の変形挙動を行うように分極されてお り、圧電素子板 32bと圧電素子板 32dは互いに裏返しに配置されている。

第 3の圧電素子部 33の一対の圧電素子板 33b及び 33dは、 X軸方向に 2分割され た部分が互いに逆極性を有してそれぞれ Z軸方向（厚み方向）に膨張と収縮の反対 の変形挙動を行うように分極されており、圧電素子板 33bと圧電素子板 33dは互いに 裏返しに配置されている。

[0015] 図 1及び図 3に示されるように、第 1の圧電素子部 31の両面部分に配置されている 電極板 31a及び電極板 31eと、第 2の圧電素子部 32の両面部分に配置されている 電極板 32a及び電極板 32eと、第 3の圧電素子部 33の両面部分に配置されている 電極板 33a及び電極板 33eがそれぞれ電気的に接地されている。また、第 1の圧電 素子部 31の一対の圧電素子板 3 lb及び 3 Idの間に配置されて!、る電極板 3 lcから 第 1の端子 31tが、第 2の圧電素子部 32の一対の圧電素子板 32b及び 32dの間に 配置されて!、る電極板 32cから第 2の端子 32tが、第 3の圧電素子部 33の一対の圧 電素子板 33b及び 33dの間に配置されている電極板 33cから第 3の端子 33tがそれ ぞれ引き出されている。

[0016] 次に、この実施の形態 1に係る多自由度超音波モータの動作について説明する。

まず、振動子 3に対して、第 1の端子 31tから第 1のステータ 2と第 2のステータ 10に より形成されるステータ振動体 Sの固有振動数に近い周波数の交流電圧を印加する と、第 1の圧電素子部 31の一対の圧電素子板 31b及び 31dの 2分割された部分が Z 軸方向に膨張と収縮を交互に繰り返し、ステータ振動体 Sに Y軸方向のたわみ振動 を発生する。また、第 2の端子 32tからステータ振動体 Sの固有振動数に近い周波数 の交流電圧を印加すると、第 2の圧電素子部 32の一対の圧電素子板 32b及び 32d 力 軸方向に膨張と収縮を繰り返し、ステータ振動体 Sに Z軸方向の縦振動を発生す る。さらに、第 3の端子 33tからステータ振動体 Sの固有振動数に近い周波数の交流 電圧を印加すると、第 3の圧電素子部 33の一対の圧電素子板 33b及び 33dの 2分割 された部分が Z軸方向に膨張と収縮を交互に繰り返し、ステータ振動体 Sに X軸方向 のたわみ振動を発生する。

[0017] そこで、第 1の端子 31tと第 2の端子 32tの双方から位相を 90度シフトさせた交流電 圧をそれぞれ印加すると、 Y軸方向のたわみ振動と Z軸方向の縦振動とが組み合わ されてロータ 6と接触する第 1のステータ 2の段差 9及び第 2のステータ 10の角部 11 にそれぞれ YZ面内の楕円振動が発生し、摩擦力を介してロータ 6が X軸回りに回転 することとなる。

同様に、第 2の端子 32tと第 3の端子 33tの双方から位相を 90度シフトさせた交流 電圧をそれぞれ印加すると、 X軸方向のたわみ振動と Z軸方向の縦振動とが組み合 わされてロータ 6と接触する第 1のステータ 2の段差 9及び第 2のステータ 10の角部 1 1にそれぞれ XZ面内の楕円振動が発生し、摩擦力を介してロータ 6が Y軸回りに回 転することとなる。

さらに、第 1の端子 31tと第 3の端子 33tの双方から位相を 90度シフトさせた交流電 圧をそれぞれ印加すると、 X軸方向のたわみ振動と Y軸方向のたわみ振動とが組み 合わされてロータ 6と接触する第 1のステータ 2の段差 9及び第 2のステータ 10の角部 11にそれぞれ XY面内の楕円振動が発生し、摩擦力を介してロータ 6が Z軸回りに回 転することとなる。

[0018] このように、振動子 3の第 1の端子 31t、第 2の端子 32t及び第 3の端子 33tのうち 2 つの端子を選択し、これら 2つの端子の双方から位相を 90度シフトさせた交流電圧を それぞれ印加すると、ステータ振動体 Sに振動が発生し、図 5に破線矢印で示される ように、ロータ 6と接触する第 1のステータ 2の段差 9及び第 2のステータ 10の角部 11 にそれぞれ、選択された 2つの端子に対応する面内の楕円振動が発生する。

このとき、第 1のステータ 2と第 2のステータ 10が単一のステータ振動体 Sを形成して いるので、第 1のステータ 2の段差 9と第 2のステータ 10の角部 11は互いに同一の振 動モードで振動する。このため、ロータ 6は、第 1のステータ 2の段差 9と第 2のステー タ 10の角部 11の双方から回転力が伝達され、高トルクで回転することとなる。

[0019] 従って、環状の第 2のステータ 10を通して露出するロータ 6の表面部分に図示しな いアーム、撮像装置等を取り付けることで、多自由度のァクチユエータ、広視野範囲 を対象とするカメラ等を実現することができる。

[0020] なお、第 2のステータ 10を第 1のステータ 2に固定するための固定用ボルト 12は、 1 2本に限るものではなぐ第 1のステータ 2と第 2のステータ 10が互いに同一の振動モ ードで振動する単一のステータ振動体 Sを形成するように第 2のステータ 10を固定す ることができれば、固定用ボルト 12の本数に限定されることはない。また、ロータ 6を 挟んだ状態で第 2のステータ 10を第 1のステータ 2に固着させることができれば、接 着等、ボルト以外の固定方法でもよい。ただし、単一のステータ振動体 Sを形成する ためには、第 1のステータ 2と第 2のステータ 10の接触面積全体を利用して接着等す ることが望ましい。

[0021] また、第 1のステータ 2の段差 9及び第 2のステータ 10の角部 11の少なくとも一方が 、ロータ 6に全周にわたって接触するのではなぐ図 6に示されるように、周方向の複 数箇所、例えば 4箇所でのみロータ 6の表面に接触するように構成することもできる。 このようにすれば、第 1のステータ 2及び第 2のステータ 10とロータ 6との接触による摩 擦損失を低減することができ、さらに高トルクを実現することが可能となる。この場合、 ロータ 6の表面に接触する第 1のステータ 2あるいは第 2のステータ 10の複数の接触 箇所 Cは、ロータ 6に対して互いに対称の位置にあることが好ましい。

[0022] 実施の形態 2.

図 7に、この発明の実施の形態 2に係る多自由度超音波モータを示す。この多自由 度超音波モータは、図 1に示した実施の形態 1の多自由度超音波モータにおいて、 環状の角部 11が内周縁に形成された第 2のステータ 10の代わりに、環状の板パネ 1 3aを有する第 2のステータ 13を用いたものである。環状の板パネ 13aはロータ 6を挟 む方向に弾性を有しており、板パネ 13aの内周縁 13bが XY平面上に位置してロータ 6の表面に当接している。

実施の形態 1の多自由度超音波モータと同様に、第 2のステータ 13は 12本の固定 用ボルト 12により第 1のステータ 2に堅固に固定されており、第 1のステータ 2と第 2の ステータ 13が同一の振動モードで振動する単一のステータ振動体 Sを形成している

[0023] この実施の形態 2においても、振動子 3の第 1の端子 31t、第 2の端子 32t及び第 3 の端子 33tのうち 2つの端子を選択して交流電圧をそれぞれ印加することにより、ステ ータ振動体 Sに振動が発生し、ロータ 6と接触する第 1のステータ 2の段差 9及び第 2 のステータ 13の板パネ 13aの内周縁 13bが互 、に同一の振動モードで振動して、口 ータ 6は高トルクで回転する。

このとき、板パネ 13aの内周縁 13bがロータ 6の表面に弾力的に当接しているので、 ロータ 6と第 1のステータ 2の段差 9及び第 2のステータ 13の板パネ 13aの内周縁 13b との間の摩擦力が増加し、ロータ 6の回転トルクの増大がなされることとなる。

[0024] 実施の形態 3.

図 8に、この発明の実施の形態 3に係る多自由度超音波モータを示す。この多自由 度超音波モータは、図 7に示した実施の形態 2の多自由度超音波モータにおいて、 凹部 5内に環状の段差 9が形成された第 1のステータ 2の代わりに、凹部 5内に環状 の板パネ 14aが形成された第 1のステータ 14を用いたものである。この第 1のステー タ 14の板パネ 14aと第 2のステータ 13の板パネ 13aは共にロータ 6を挟む方向に弹 性を有しており、板パネ 14aの内周縁 14bと板パネ 13aの内周縁 13bがそれぞれ XY 平面上に位置してロータ 6の表面に当接している。

実施の形態 1及び 2の多自由度超音波モータと同様に、第 2のステータ 13は 12本 の固定用ボルト 12により第 1のステータ 14に堅固に固定されており、第 1のステータ 1 4と第 2のステータ 13が同一の振動モードで振動する単一のステータ振動体 Sを形成 している。

[0025] この実施の形態 3においても、振動子 3の第 1の端子 31t、第 2の端子 32t及び第 3 の端子 33tのうち 2つの端子を選択して交流電圧をそれぞれ印加することにより、ステ ータ振動体 Sに振動が発生し、ロータ 6と接触する第 1のステータ 14の板パネ 14aの 内周縁 14b及び第 2のステータ 13の板パネ 13aの内周縁 13bが互いに同一の振動 モードで振動して、ロータ 6は高トルクで回転する。

このとき、第 1のステータ 14の板パネ 14aの内周縁 14bと第 2のステータ 13の板バ ネ 13aの内周縁 13bがそれぞれロータ 6の表面に弾力的に当接して 、るので、ロータ 6と第 1のステータ 14の板パネ 14aの内周縁 14b及び第 2のステータ 13の板パネ 13 aの内周縁 13bとの間の摩擦力が増加し、ロータ 6の回転トルクの増大がなされる。 [0026] 実施の形態 4.

図 9及び 10に、この発明の実施の形態 4に係る多自由度超音波モータを示す。上 述した実施の形態 1〜3の多自由度超音波モータでは、第 1のステータ 2あるいは 14 と第 2のステータ 10あるいは 13が固定用ボルト 12によって互いに一体に形成され、 振動子 3の一方の側に配置されていたが、この実施の形態 4の多自由度超音波モー タでは、第 1のステータ 15と第 2のステータ 16が振動子 17を挟んで振動子 17の両側 に配置されている。

[0027] 第 1のステータ 15及び第 2のステータ 16は、それぞれロータ 6をその周方向に沿つ て環状に囲むように配置されるリング形状を有しており、ロータ 6の直径よりわずかに 小さな内径を有する円形の開口部 15a及び 16aが形成されている。ロータ 6は、第 1 のステータ 15の開口部 15a及び第 2のステータ 16の開口部 16aを通して +Z軸方向 及び Z軸方向の双方に露出している。

[0028] 振動子 17は、 XY平面内で周方向に 4分割されており、それぞれ図 11に示すように 、電極板 17a、圧電素子板 17b及び電極板 17cが順次重ね合わされた構造を有して いる。 4分割された振動子 17の圧電素子板 17bは、それぞれ Z軸方向（厚み方向）に 膨張あるいは収縮の変形挙動を行うように分極されており、電極板 17a及び 17c間に 独立した交流電圧を印加することにより、 4分割された振動子 17は互いに独立して駆 動制御することができるように構成されている。このような振動子 17が、絶縁シート 18 及び 19を介して第 1のステータ 15及び第 2のステータ 16から絶縁された状態で配置 されている。

[0029] 4分割された振動子 17をそれぞれ独立して駆動制御することにより、ロータ 6と接触 する第 1のステータ 15の開口部 15aの周縁部及び第 2のステータ 16の開口部 16aの 周縁部に所望の面内の楕円振動を発生させて同一の振動モードで振動させることが でき、ロータ 6を高トルクで回転することが可能となる。

なお、第 1のステータ 15及び第 2のステータ 16が振動子 17によって振動するときに 形成される節位置で固定具 20により第 1のステータ 15及び第 2のステータ 16を支持 すれば、これら第 1のステータ 15及び第 2のステータ 16の振動に与える影響を最小 限に抑えながら、この実施の形態 4に係る多自由度超音波モータを支持することがで きる。

[0030] 例えば、ステータ 15の開口部 15a及び第 2のステータ 16の開口部 16aを通して +Z 軸方向及び Z軸方向に露出するロータ 6の表面部分にそれぞれアーム、撮像装置 等を取り付けることで、多自由度で複数のアームを有するァクチユエータ、極めて広 Vヽ視野範囲を対象とするカメラ等を実現することができる。

[0031] なお、上記実施の形態 1〜4において、振動子 3の第 1の端子 31t、第 2の 32t、第 3 の 33tのうち 2つを選択して印加する交流電圧の位相は 90度シフトさせていた力 90 度に限らず変化させても良い。また、印加する交流電圧の電圧値を変化させてもよい 。交流電圧を様々に制御することで第 1のステータ 2, 14, 15及び第 2のステータ 10 , 13, 16に発生する楕円振動を制御することができる。

また、上記実施の形態 1〜4において、第 1のステータ 2, 15及び第 2のステータ 10 , 13, 16とロータ 6との接触は段差 9や角部 11のような角部であった力 この構成に 限らない。楕円運動が伝達できれば平面で接触するようにしても曲面で接触しても良 いし、環状でなくてもよい。

[0032] また、上記実施の形態 1〜4において、振動子 3は互いに異なる 3方向の振動として Z方向の縦振動と、 X, Y方向のたわみ振動を発生する振動子を用いている力 この ように互いに直交する振動でなくても良い。また、 3方向の振動を発生させる振動子 は第 1圧電素子部 31、第 2圧電素子部 32、第 3圧電素子部 33とそれぞれの方向に 対応した圧電素子を用いているが、それぞれの方向の振動を発生させるのに複数の 圧電素子部による振動を合成させても良いし、 1つの圧電素子部を 3つ以上に分極し て 1つの圧電素子部で 2つ以上の方向の振動を発生させても良い。

また、上記実施の形態 1〜4では、 3方向のうちの 2方向を選択して振動を発生させ ていたが、 3方向に対応した圧電素子全てに交流電圧を印加し、各方向の振動の位 相や振幅を制御して合成振動を発生させてもょ ヽ。

[0033] 実施の形態 5.

図 12及び図 13に、この発明の実施の形態 5に係る超音波モータを示す。基部プロ ック 1とステータ 41との間にステータ振動手段となる円筒状の振動子 3が挟持されると 共に基部ブロック 1とステータ 41とが振動子 3内に通された連結ボルト 4を介して互い に連結されており、超音波モータ全体としてほぼ円柱状の外形を有している。ここで、 説明の便宜上、基部ブロック 1からステータ 41へと向力う円柱状の外形の中心軸を Z 軸と規定し、 Z軸に対して垂直方向に X軸が、 Z軸及び X軸に対して垂直に Y軸がそ れぞれ延びて ヽるものとする。

振動子 3は、それぞれ XY平面上に位置し且つ互いに重ね合わされた平板状の第 1〜第 3の圧電素子部 31〜33を有しており、これらの圧電素子部 31〜33が絶縁シ ート 34〜37を介してステータ 41及び基部ブロック 1から、また互いに絶縁された状態 で配置されている。

[0034] ステータ 41には、振動子 3に接する面とは反対側に凹部 42が形成されており、この 凹部 42内に球体状のロータ 6が収容される。凹部 42は、ロータ 6の直径より小さな内 径を有する小径部 43と、ロータ 6の直径より大きな内径を有する大径部 44と力 なり 、これら小径部 43及び大径部 44との境界部に XY平面上に位置する環状の段差 45 が形成されている。

さらに、ステータ 41の上部には Z軸方向に隣接するように環状の板パネ 46を介して リング形状の予圧部材 47が弾力的に連結されて 、る。この予圧部材 47の内周縁に XY平面上に位置する環状の角部 48が形成されており、ロータ 6がステータ 41の段 差 45及び予圧部材 47の角部 48の双方に当接して挟持され、回転自在に支持され ている。

[0035] ここで、板パネ 46により予圧部材 47がステータ 41の方向に付勢されており、予圧 部材 47の角部 48を介してロータ 6に予圧が作用して 、る。

また、ステータ 41と予圧部材 47の間に板パネ 46が介在しているため、振動子 3に よってステータ 41に振動が発生したときに、予圧部材 47がステータ 41の振動モード とは異なる振動モードで振動するように構成されて 、る。

[0036] 例えば、基部ブロック 1、ステータ 41及び予圧部材 47はそれぞれジェラルミンから 形成され、超音波モータ全体が直径 40mm及び高さ 100mm程度のほぼ円柱体を 形成している。ロータ 6としては、直径 25. 8mmの鋼球が用いられる。

なお、ここで、例えば振動子 3のように、上述の実施の形態 1における部分と同一の 番号が付けられているものは、実施の形態 1の対応する番号の部分と同じ構成を有 している。

[0037] 次に、この実施の形態 5に係る超音波モータの動作について説明する。

まず、振動子 3に対して、第 1の端子 31tからステータ 41の固有振動数に近い周波 数の交流電圧を印加すると、第 1の圧電素子部 31の一対の圧電素子板 31b及び 31 dの 2分割された部分力 ¾軸方向に膨張と収縮を交互に繰り返し、ステータ 41に Y軸 方向のたわみ振動を発生する。また、第 2の端子 32tからステータ 41の固有振動数 に近 、周波数の交流電圧を印加すると、第 2の圧電素子部 32の一対の圧電素子板 32b及び 32dが Z軸方向に膨張と収縮を繰り返し、ステータ 41に Z軸方向の縦振動 を発生する。さらに、第 3の端子 33tからステータ 41の固有振動数に近い周波数の交 流電圧を印加すると、第 3の圧電素子部 33の一対の圧電素子板 33b及び 33dの 2分 割された部分力 ¾軸方向に膨張と収縮を交互に繰り返し、ステータ 41に X軸方向の たわみ振動を発生する。

[0038] そこで、第 1の端子 31tと第 2の端子 32tの双方から位相を 90度シフトさせた交流電 圧をそれぞれ印加すると、 Y軸方向のたわみ振動と Z軸方向の縦振動とが組み合わ されてロータ 6と接触するステータ 41の段差 45に YZ面内の楕円振動が発生し、摩 擦力を介してロータ 6が X軸回り〖こ回転することとなる。

同様に、第 2の端子 32tと第 3の端子 33tの双方から位相を 90度シフトさせた交流 電圧をそれぞれ印加すると、 X軸方向のたわみ振動と Z軸方向の縦振動とが組み合 わされてロータ 6と接触するステータ 41の段差 45に XZ面内の楕円振動が発生し、摩 擦力を介してロータ 6が Y軸回りに回転することとなる。

さらに、第 1の端子 31tと第 3の端子 33tの双方から位相を 90度シフトさせた交流電 圧をそれぞれ印加すると、 X軸方向のたわみ振動と Y軸方向のたわみ振動とが組み 合わされてロータ 6と接触するステータ 41の段差 45に XY面内の楕円振動が発生し 、摩擦力を介してロータ 6が Z軸回りに回転することとなる。

[0039] このように、振動子 3の第 1の端子 31t、第 2の端子 32t及び第 3の端子 33tのうち 2 つの端子を選択し、これら 2つの端子の双方から位相を 90度シフトさせた交流電圧を それぞれ印加すると、ステータ 41に振動が発生し、図 14に破線矢印で示されるよう に、ロータ 6と接触するステータ 41の段差 45に、選択された 2つの端子に対応する面 内の楕円振動が発生する。

ここで、板パネ 46の付勢力により予圧部材 47の角部 48を介してロータ 6に予圧が 作用し、ロータ 6がステータ 41の段差 45に対して加圧されているため、これらロータ 6 と段差 45との間の摩擦力によってロータ 6に回転力が伝達される。

このとき、予圧部材 47とステータ 41との間に介在する板パネ 46により予圧部材 47 は図 14に実線矢印で示されるようにステータ 41の振動モードとは異なる振動モード で振動するので、予圧部材 47の角部 48とロータ 6の表面との接触に起因する摩擦損 失が大幅に低減され、ロータ 6が高トルクで回転することとなる。

[0040] また、予圧部材 47は板パネ 46を介してステータ 41に連結され、振動子 3によるステ ータ 41の振動を利用して予圧部材 47を振動させるため、単純な構成の超音波モー タを得ることがでさる。

また、振動子 3が停止されて予圧部材 47が振動しない時には、予圧部材 47の角部 48とロータ 6の表面との間の摩擦力が増加することによりこのロータ 6を保持すること ができる。

[0041] 従って、リング形状の予圧部材 47を通して露出するロータ 6の表面部分に図示しな いアーム、撮像装置等を取り付けることで、多自由度のァクチユエータ、広視野範囲 を対象とするカメラ等を実現することができる。

[0042] なお、リング形状の予圧部材 47の角部 48が、ロータ 6に全周にわたって接触する のではなぐ図 15に示されるように、周方向の複数箇所、例えば 4箇所でのみロータ 6の表面に接触するように構成することもできる。このようにすれば、予圧部材 47と口 ータ 6との接触による摩擦損失がさらに低減され、一層高トルクを実現することが可能 となる。この場合、ロータ 6の表面に接触する予圧部材 47の複数の接触箇所 Cは、口 ータ 6に対して互 、に対称の位置にあることが好ま U、。

[0043] 実施の形態 6.

図 16に、この発明の実施の形態 6に係る超音波モータを示す。この超音波モータ は、図 12に示した実施の形態 5の超音波モータにおいて、リング形状の予圧部材 47 の内周縁に XY平面上に位置する環状の当接部材 49が取り付けられたものである。 当接部材 49はテフロン (登録商標)等の低摩擦材カも形成され、ロータ 6が当接部材 49により形成される角部 50とステータ 41の段差 45の双方に当接して挟持され、回 転自在に支持されている。

低摩擦材カゝら形成された当接部材 49を介してロータ 6に予圧を作用させるため、当 接部材 49とロータ 6との接触による摩擦損失がさらに低減され、高トルクの超音波モ ータが実現される。

[0044] 実施の形態 7.

図 17に、この発明の実施の形態 7に係る超音波モータを示す。この超音波モータ は、図 12に示した実施の形態 5の超音波モータにおいて、ステータ 41に板パネ 46を 介して弾力的に連結された予圧部材 47の代わりに、ステータ 51から Z軸方向に離間 して予圧部材 52を配置するものである。予圧部材 52に振動子 53を介して保持部材 54が連結されており、保持部材 54がステータ 51の方向に付勢されるように図示しな V、パネ等を用いてステータ 51あるいは基部ブロック 1に対して弾力的に支持されて ヽ る。

予圧部材 52、振動子 53及び保持部材 54は、いずれも中央に開口部を有するリン グ形状に形成されており、これらの開口部を通してロータ 6が露出している。また、予 圧部材 52の内周縁に XY平面上に位置する環状の角部 55が形成されている。

[0045] 図 18に示すように、振動子 53は、電極板 53a、圧電素子板 53b及び電極板 53cが 順次重ね合わされた構造を有している。圧電素子板 53bは、その厚み方向に膨張あ るいは収縮の変形挙動を行うように分極されており、電極板 53a及び 53c間に交流電 圧を印加することにより、この振動子 53を駆動制御することができるように構成されて いる。このような振動子 53の両面にそれぞれ絶縁シート 56及び 57が配置され、振動 子 53はこれら絶縁シート 56及び 57を介して予圧部材 52及び保持部材 54から絶縁 された状態で配置されて 、る。

[0046] なお、ステータ 51は、実施の形態 5におけるステータ 41と同様に、基部ブロック 1と の間に振動子 3を挟持した状態で連結ボルト 4により互いに連結されており、ステータ 51の振動子 3に接する面とは反対側に、ロータ 6の直径より小さな内径を有する凹部 58が形成されている。この凹部 58の開口端周縁に XY平面上に位置する環状の角 部 59が形成されており、ロータ 6がこのステータ 51の角部 59と予圧部材 52の角部 5 5の双方に当接して挟持され、回転自在に保持されている。

[0047] このような構成にしても、振動子 3の第 1の端子 31t、第 2の端子 32t及び第 3の端 子 33tのうち 2つの端子を選択し、これら 2つの端子の双方から位相を 90度シフトさせ た交流電圧をそれぞれ印加すると、ステータ 51に振動が発生し、ロータ 6と接触する ステータ 51の角部 59に、選択された 2つの端子に対応する面内の楕円振動が発生 する。

[0048] このとき、図示しないパネ等により保持部材 54がステータ 51の方向に付勢され、予 圧部材 52の角部 55を介してロータ 6に予圧が作用し、ロータ 6がステータ 51の角部 5 9に対して加圧されているため、これらロータ 6と角部 59との間の摩擦力によってロー タ 6に回転力が伝達される。

ここで、振動子 53を駆動制御すると、予圧部材 52が振動子 3によるステータ 51の 振動から独立して振動し、これにより予圧部材 52の角部 55とロータ 6の表面との接触 に起因する摩擦損失が大幅に低減され、ロータ 6が高トルクで回転することとなる。

[0049] 図 19に示されるように、予圧部材 52及び保持部材 54が振動子 53によって振動す るときに形成される節位置で固定具 60によりこれら予圧部材 52及び保持部材 54を 支持すれば、予圧部材 52の振動に与える影響を最小限に抑えながら、予圧部材 52 を支持することができる。

[0050] 実施の形態 8.

図 20に、この発明の実施の形態 8に係る超音波モータを示す。この超音波モータ は、図 17に示した実施の形態 7の超音波モータにおいて、リング形状の予圧部材 52 の内周縁に XY平面上に位置する環状の当接部材 61が取り付けられたものである。 当接部材 61はテフロン (登録商標)等の低摩擦材カも形成され、ロータ 6が当接部材 61により形成される角部 62とステータ 51の角部 59の双方に当接して挟持され、回 転自在に支持されている。

低摩擦材カも形成された当接部材 61を介してロータ 6に予圧を作用させるため、当 接部材 61とロータ 6との接触による摩擦損失がさらに低減され、高トルクの超音波モ ータが実現される。

[0051] 上記の実施の形態 5〜8は、ロータ 6が球体状であり、振動子 3によりステータ 41及 び 51を振動させてロータ 6を複数の軸回りに回転させる多自由度の超音波モータに 適用されていた力 その代わりに、ロータを単一の軸の回りに回転させる 1自由度の 超音波モータにも適用することができる。

[0052] なお、上記実施の形態 5〜8において、振動子 3の第 1の端子 31t、第 2の 32t、第 3 の 33tのうち 2つを選択して印加する交流電圧の位相は 90度シフトさせていた力 90 度に限らず変化させても良い。また、印加する交流電圧の電圧値を変化させてもよい 。交流電圧を様々に制御することでステータ 41, 51に発生する楕円振動を制御する ことができる。

また、上記実施の形態 5〜8においてステータ 41, 51とロータ 6との接触は段差 45 や角部 59のような角部であつたが、この構成に限らない。楕円運動が伝達できれば 平面で接触するようにしても曲面で接触しても良 ヽし、環状でなくてもよ!/ヽ。

[0053] また、上記実施形態 5〜8において振動子 3は互いに異なる 3方向の振動として Z方 向の縦振動と、 X, Y方向のたわみ振動を発生する振動子を用いているが、このよう に互いに直交する振動でなくても良い。また、 3方向の振動を発生させる振動子は第 1圧電素子部 31、第 2圧電素子部 32、第 3圧電素子部 33とそれぞれの方向に対応 した圧電素子を用いているが、それぞれの方向の振動を発生させるのに複数の圧電 素子部による振動を合成させても良いし、 1つの圧電素子部を 3つ以上に分極して 1 つの圧電素子部で 2つ以上の方向の振動を発生させても良 、。

また、上記実施の形態では 3方向のうちの 2方向を選択して振動を発生させていた 力 3方向に対応した圧電素子全てに交流電圧を印加し、各方向の振動の位相や振 幅を制御して合成振動を発生させてもょ ヽ。

[0054] 実施の形態 9.

図 21及び 22に、この発明の実施の形態 9に係る多自由度超音波モータを示す。 基部ブロック 1とステータ 71との間にステータ振動手段となる円筒状の振動子 3が挟 持されると共に基部ブロック 1とステータ 71とが振動子 3内に通された連結ボルト 4を 介して互いに連結されており、多自由度超音波モータ全体としてほぼ円柱状の外形 を有している。ここで、説明の便宜上、基部ブロック 1からステータ 71へと向力 円柱 状の外形の中心軸を Z軸と規定し、 Z軸に対して垂直方向に X軸が、 Z軸及び X軸に 対して垂直に Y軸がそれぞれ延びて!/ヽるものとする。

振動子 3は、それぞれ ΧΥ平面上に位置し且つ互いに重ね合わされた平板状の第 1〜第 3の圧電素子部 31〜33を有しており、これらの圧電素子部 31〜33が絶縁シ ート 34〜37を介してステータ 71及び基部ブロック 1から、また互いに絶縁された状態 で配置されている。

[0055] ステータ 71には、振動子 3に接する面とは反対側に凹部 72が形成されており、この 凹部 72内に球体状のロータ 6が収容される。凹部 72は、ロータ 6の直径より小さな内 径を有する小径部 73と、ロータ 6の直径より大きな内径を有する大径部 74と力もなり 、これら小径部 73と大径部 74との境界部に ΧΥ平面上に位置する環状の段差 75が 形成されている。ロータ 6は凹部 72内の段差 75に当接することにより回転自在に支 持されている。また、ステータ 71は、凹部 72の開口周縁部からほぼ Ζ軸方向に突出 するように形成された環状のリング部材 76を有している。リング部材 76は、ロータ 6を 周方向、つまりロータの ΧΥ平面方向断面の周方向に沿って囲むように配置され、リ ング部材 76の先端部 76aからロータ 6の一部が露出している。また、リング部材 76の 内面がロータ 6の表面に近接して対向して 、る。

[0056] 図 23に示されるように、リング部材 76は、凹部 72の開口周縁部に位置する基端部 76bから先端部 76aに向力 ほど、すなわち Z軸方向に向かうほど徐々に縮径するよ うに形成されると共に、図 24に示されるように、リング部材 76の断面は、ロータ 6の表 面の形状すなわち球面形状に対応して湾曲した円弧形状を有している。

[0057] 例えば、基部ブロック 1とステータ 71はジュラルミン力も形成され、多自由度超音波 モータ全体が直径 40mm及び高さ 100mm程度のほぼ円柱体を形成している。ロー タ 6としては、直径 25. 8mmの鋼球が用いられ、ステータ 71のリング部材 76は、内径 25. 4mm、厚さを 1. 5mmで、内面が曲率半径 12. 7mm及び角度 23度の円弧を 描くように立ち上がつている。

なお、ここで、例えば振動子 3のように、上述の実施の形態 1における部分と同一の 番号が付けられているものは、実施の形態 1の対応する番号の部分と同じ構成を有 している。

[0058] 次に、この実施の形態 9に係る多自由度超音波モータの動作について説明する。 まず、振動子 3に対して、第 1の端子 31tからステータ 71の固有振動数に近い周波 数の交流電圧を印加すると、第 1の圧電素子部 31の一対の圧電素子板 31b及び 31 dの 2分割された部分力 ¾軸方向に膨張と収縮を交互に繰り返し、ステータ 71に Y軸 方向のたわみ振動を発生する。また、第 2の端子 32tからステータ 71の固有振動数 に近 、周波数の交流電圧を印加すると、第 2の圧電素子部 32の一対の圧電素子板 32b及び 32dが Z軸方向に膨張と収縮を繰り返し、ステータ 71に Z軸方向の縦振動 を発生する。さらに、第 3の端子 33tからステータ 71の固有振動数に近い周波数の交 流電圧を印加すると、第 3の圧電素子部 33の一対の圧電素子板 33b及び 33dの 2分 割された部分力 ¾軸方向に膨張と収縮を交互に繰り返し、ステータ 71に X軸方向の たわみ振動を発生する。

[0059] そこで、第 1の端子 31tと第 2の端子 32tの双方から位相を 90度シフトさせた交流電 圧をそれぞれ印加すると、 Y軸方向のたわみ振動と z軸方向の縦振動とが組み合わ されてロータ 6と接触するステータ 71の段差 75に YZ面内の楕円振動が発生し、摩 擦力を介してロータ 6が X軸回り〖こ回転することとなる。

同様に、第 2の端子 32tと第 3の端子 33tの双方から位相を 90度シフトさせた交流 電圧をそれぞれ印加すると、 X軸方向のたわみ振動と Z軸方向の縦振動とが組み合 わされてロータ 6と接触するステータ 71の段差 75に XZ面内の楕円振動が発生し、摩 擦力を介してロータ 6が Y軸回りに回転することとなる。

さらに、第 1の端子 31tと第 3の端子 33tの双方から位相を 90度シフトさせた交流電 圧をそれぞれ印加すると、 X軸方向のたわみ振動と Y軸方向のたわみ振動とが組み 合わされてロータ 6と接触するステータ 71の段差 75に XY面内の楕円振動が発生し 、摩擦力を介してロータ 6が Z軸回りに回転することとなる。

[0060] このように、振動子 3の第 1の端子 31t、第 2の端子 32t及び第 3の端子 33tのうち 2 つの端子を選択し、これら 2つの端子の双方から位相を 90度シフトさせた交流電圧を それぞれ印加すると、ステータ 71に振動が発生し、図 25に破線矢印で示されるよう に、ロータ 6と接触するステータ 71の段差 75に、選択された 2つの端子に対応する面 内の楕円振動が発生する。

ここで、ステータ 71は一体に形成されたリング部材 76を有しているため、ステータ 7 1の振動に伴って図 25に実線矢印で示されるように、リング部材 76もロータ 6に非接 触の状態で振動することになる。これにより、リング部材 76から放射される音波の放 射圧によってロータ 6がステータ 71の段差 75に対して加圧される。その結果、これら ロータ 6と段差 75との間の摩擦力が大きくなり、ロータ 6に効果的に回転力が伝達さ れる。

[0061] 上述のように、リング部材 76によりロータ 6に非接触の状態で予圧をかけることがで きるため、リング部材 76とロータ 6の表面との間で摩擦損失を生じることがなぐこれに より高トルクで高効率な多自由度超音波モータを実現することができる。

また、リング部材 76とロータ 6とが接触して騒音等を生じることもない。

[0062] また、リング部材 76はステータ 71と一体に設けられ、振動子 3によるステータ 71の 振動を利用してリング部材 76を振動させるため、単純な構成の多自由度超音波モー タを得ることがでさる。

また、振動子 3の 3つの端子 31t及び 32t及び 33tのうち 2つを選択して電圧を印加 するだけで、ステータ 71が振動して段差 75にロータ 6を回転するための楕円運動が 生じると共にリング部材 76によりロータ 6に非接触の状態で予圧がかけられ、ロータ 6 を多自由度で回転させることができる。

[0063] また、エアーゃ静電力、電磁力を用いてロータ 6に非接触で予圧をかけることもでき るが、エアーの場合には、吸引装置等を設ける必要があるため構成が複雑になるお それがあり、静電力または電磁力の場合には、静電力または電磁力が周りの機器に 影響を及ぼすおそれがあり使用が好ましくないことがある。これに対して、この多自由 度超音波モータは、単純な構成であり、静電力や電磁力の使用が好ましくない環境 でち用いることがでさる。

[0064] また、振動子 3の駆動によりリング部材 76の振幅を制御すれば、リング部材 76から 放射される放射圧の大きさを変化させて段差 75に対するロータ 6の加圧力を変化さ せることにより、この多自由度超音波モータのトルク制御、位置制御、回転数制御等 を行うことができる。

[0065] 従って、リング部材 76の先端部 76aを通して露出するロータ 6の表面部分に図示し ないアーム、撮像装置等を取り付けることで、多自由度のァクチユエータ、広視野範 囲を対象とするカメラ等を実現することができる。

[0066] 実施の形態 10.

図 26を参照して、この発明の実施の形態 10に係る多自由度超音波モータを示す。 この実施の形態 10は、実施の形態 9における環状のリング部材 76をその周方向に 沿って 4つの湾曲部材 77に分割したものである。すなわち、ステータ 71は一体に形 成される 4つの湾曲部材 77を有すると共に、これら 4つの湾曲部材 77はロータ 6の周 方向に沿って互いに間隔を隔てて配置されている。それぞれの湾曲部材 77はロータ 6の表面に沿った湾曲形状を有しており、各湾曲部材 77の内面がロータ 6の表面に 近接して対向している。

[0067] このような構成にすれば、 4つの湾曲部材 77は互いに分割されてそれぞれ独立し ているため振動しやすくなる。したがって、振動子 3の駆動によりそれぞれの湾曲部 材 77をロータ 6に非接触の状態で振動させることにより、ロータ 6に効果的に予圧を 力けることができる。

[0068] なお、湾曲部材 77は、振動する時も振動しない時もロータ 6に対して非接触の状態 とすることができる力 図 27に示されるように、振動子 3が停止されて振動しない時に は、その先端部 77aがロータ 6の表面に接触するような構成とすることもできる。このよ うにすれば、振動子 3の停止時に回転して 、な 、ロータ 6の表面に湾曲部材 77の先 端部 77aを接触させてこのロータ 6を保持することができる。この場合でも、振動時に は湾曲部材 77がロータ 6の表面力も離れた状態になることが必要である。振動停止 時にロータ 6に接触している湾曲部材 77も、振動時には湾曲部材 77から放射される 音波の放射圧によって、湾曲部材 77自体がロータ 6から浮き上がるようにすればよい また、 4つの湾曲部材 77に限定されず、 3つ以下、あるいは 5つ以上の湾曲部材に 分割されてもよい。

[0069] 実施の形態 11.

図 28を参照して、この発明の実施の形態 11に係る多自由度超音波モータを示す。 この実施の形態 11は、実施の形態 9において、ステータ 71に一体に設けられるリン グ部材 76の代わりに、ステータ 78から離間してリング部材 79を配置するものである。 すなわち、リング部材 79とステータ 78とは、互いに独立した部材としてそれぞれ形成 されると共に Z軸方向に互いに間隔をあけて配置されている。リング部材 79は、実施 の形態 9のリング部材 76と同様に Z軸方向に向力うほど徐々に縮径するような形状を 有すると共に、その内面がロータ 6の表面に近接して対向した状態に配置され、図 2 9に破線で示されるように支持部材 80により支持されている。また、リング部材 79の 外面には、リング部材 79を振動させるための 4つの振動子 81が貼付されている。な お、リング部材 79が振動子 81によって振動した場合の振動モードにおいて、節にな る部分で支持部材 80によって支持したり振動子 81を貼付けたりするのが好ましい。

[0070] 図 30に示すように、各振動子 81は、電極板 81a、圧電素子板 8 lb及び電極板 81c が順次重ね合わされた構造を有している。各振動子 81の圧電素子板 81bは、その 厚み方向に膨張ある 、は収縮の変形挙動を行うように分極されており、電極板 81a 及び 81 c間に独立した交流電圧を印加することにより、この振動子 81を駆動制御す ることができるように構成されている。このような振動子 81の両面にそれぞれ絶縁シ ート 82及び 83が配置され、振動子 81は一方の絶縁シート 83を介してリング部材 79 力 絶縁された状態で配置されて 、る。

[0071] なお、ステータ 78は、実施の形態 9におけるステータ 71と同様に、基部ブロック 1と の間に振動子 3を挟持した状態で連結ボルト 4により互いに連結されており、ステータ 78の振動子 3に接する面とは反対側に、ロータ 6の直径より小さな内径を有する凹部 84が形成されている。この凹部 84の開口端周縁に XY平面上に位置する環状の角 部 85が形成され、この角部 85にロータ 6が当接して回転自在に保持されている。

[0072] このような構成にしても、振動子 3の第 1の端子 31t、第 2の端子 32t及び第 3の端 子 33tのうち 2つの端子を選択し、これら 2つの端子の双方から位相を 90度シフトさせ た交流電圧をそれぞれ印加すると、ステータ 78に振動が発生し、ロータ 6と接触する ステータ 78の角部 85に、選択された 2つの端子に対応する面内の楕円振動が発生 する。

[0073] このとき、振動子 81を駆動制御すると、振動子 81の厚み方向、すなわちロータ 6の 表面に直交する方向の縦振動がリング部材 79に発生し、リング部材 79がロータ 6に 非接触の状態で振動する。これにより、リング部材 79から放射される音波の放射圧に よってロータ 6がステータ 78の角部 85に対して加圧される。したがって、上述の実施 の形態 9と同様に、高トルクで高効率な多自由度超音波モータを実現することができ ると共にリング部材 79とロータ 6との接触による騒音等を防止できる。

[0074] カロえて、この実施の形態 11では、リング部材 79は振動子 81により駆動されると共に ステータ 78は振動子 3により駆動され、リング部材 79をステータ 78と独立して振動さ せることができるため、振動子 81の駆動によりリング部材 79の振幅を制御することで 、この多自由度超音波モータのトルク制御、位置制御、回転数制御等を容易に行うこ とがでさる。

また、リング部材 79が振動子 81によって振動するときに形成される節位置で支持 部材 80によりリング部材 79を支持することができ、このようにすればリング部材 79の 振動に与える影響を最小限に抑えながらリング部材 79を支持することができる。 さらに、図示しな!、パネ等を用いてステータ 78ある 、は基部ブロック 1に対して弾力 的に支持部材 80を保持することもできる。

[0075] なお、リング部材 79は、上述の実施の形態 10と同様に、その周方向に沿って複数 の湾曲部材に分割されてもよぐこの場合、複数の湾曲部材はそれぞれ振動時の節 位置で支持部材 80により支持されると共に、各湾曲部材に 1つの振動子 81が貼付さ れるように構成することができる。このような構成とすれば、複数の湾曲部材は互いに 分割されてそれぞれ独立しているため振動しやすくなり、ロータ 6に効果的に予圧を 力けることができる。

[0076] リング部材はロータの周方向に配置された力 放射圧によって予圧力を発生できる のであれば、周方向に限らない。

また、リング部材 79は、上述の実施形態 10の変形例のように、ロータ 6停止時に接 触させるように弹性的に保持するようにし、ロータ 6回転時には振動子 81を振動させ 、リング部材 79から放射される音波の放射圧によってリング部材 79自体がロータ 6か ら浮き上がるようにしても良!、。

[0077] なお、上記実施の形態 9〜11において、振動子 3の第 1の端子 31t、第 2の 32t、第 3の 33tのうち 2つを選択して印加する交流電圧の位相は 90度シフトさせていた力 9 0度に限らず変化させても良い。また、印加する交流電圧の電圧値を変化させてもよ い。交流電圧を様々に制御することでステータ 71, 78に発生する楕円振動を制御す ることがでさる。

また、上記実施の形態 9〜： L 1においてステータ 71, 78とロータ 6との接触は段差 7 5や角部 85のような角部であつたが、この構成に限らない。楕円運動が伝達できれば 平面で接触するようにしても曲面で接触しても良 ヽし、環状でなくてもよ!/ヽ。

また、上記実施形態 9〜11において振動子 3は互いに異なる 3方向の振動として Z 方向の縦振動と、 X, Y方向のたわみ振動を発生する振動子を用いているが、このよ うに互いに直交する振動でなくても良い。また、 3方向の振動を発生させる振動子は 第 1圧電素子部 31、第 2圧電素子部 32、第 3圧電素子部 33とそれぞれの方向に対 応した圧電素子を用いているが、それぞれの方向の振動を発生させるのに複数の圧 電素子部による振動を合成させても良いし、 1つの圧電素子部を 3つ以上に分極して 1つの圧電素子部で 2つ以上の方向の振動を発生させても良い。

また、上記実施の形態では 3方向のうちの 2方向を選択して振動を発生させていた 力 3方向に対応した圧電素子全てに交流電圧を印加し、各方向の振動の位相や振 幅を制御して合成振動を発生させてもょ ヽ。

Claims

請求の範囲

[1] 互いに対向して配置される複数のステータと、

前記複数のステータにより挟持される略球体状のロータと、

前記複数のステータに共通に設けられると共に前記複数のステータを互いに同一 の方向の駆動力を発生するように振動させて前記ロータを回転させる 1つのステータ 振動手段と

を備えることを特徴とする超音波モータ。

[2] 前記複数のステータは、前記ステータ振動手段の一方の側に配置されると共に互 いに一体に形成された請求項 1に記載の超音波モータ。

[3] 前記複数のステータは、前記ステータ振動手段を挟んで前記ステータ振動手段の 両側に配置された請求項 1に記載の超音波モータ。

[4] 前記複数のステータは、それぞれ前記ロータをその周方向に沿って環状に囲むよう に配置されるリング形状を有する請求項 3に記載の超音波モータ。

[5] 前記複数のステータが前記ステータ振動手段により振動するときに形成される節位 置でこれらステータを支持する請求項 3に記載の超音波モータ。

[6] 前記複数のステータのうち少なくとも 1つは、周方向の複数箇所でのみ前記ロータ の表面に接触する請求項 1に記載の超音波モータ。

[7] 前記複数箇所は、前記ロータに対して互いに対称の位置にある請求項 6に記載の 超音波モータ。

[8] 前記複数のステータのうち少なくとも 1つは、前記ロータを挟む方向に弾性を有する 請求項 1に記載の超音波モータ。

[9] 前記ステータ振動手段は、互いに異なる 3方向の振動を生じる 3対の圧電素子板を 有し、これら 3方向の振動のうち少なくとも 2方向の振動を互 ヽに位相をずらして組み 合わせた合成振動を発生させることにより前記ステータの前記ロータとの接触部分に 楕円運動を形成する請求項 1に記載の超音波モータ。

[10] ステータと、

前記ステータにより接触支持されるロータと、

前記ステータを振動させて前記ロータを回転させるステータ振動手段と、 少なくとも停止時に前記ロータの表面に接触した状態で配置される予圧部材と、 前記予圧部材を振動させることにより前記ロータを前記ステータに対して予圧する ための予圧部材振動手段と

を備えることを特徴とする超音波モータ。

[11] 前記予圧部材振動手段は、前記予圧部材を前記ステータの振動モードとは異なる 振動モードで振動させることにより前記ロータを前記ステータに対して予圧する請求 項 10に記載の超音波モータ。

[12] 前記予圧部材は、前記ステータに弾力的に支持され、

前記ステータ振動手段は、前記予圧部材振動手段を兼ねている請求項 10に記載 の超音波モータ。

[13] 前記予圧部材は、パネを介して前記ステータに支持されている請求項 12に記載の 超音波モータ。

[14] 前記予圧部材は、前記ステータから離間して配置され、

前記予圧部材振動手段は、前記予圧部材に取り付けられた圧電素子板を有する 請求項 10に記載の超音波モータ。

[15] 前記予圧部材は、前記圧電素子板により振動するときに形成される節位置で支持 される請求項 14に記載の超音波モータ。

[16] 前記ロータは略球体状であり、

前記ステータ振動手段は前記ステータを振動させて前記ロータを複数の軸回りに 回転させる請求項 10に記載の超音波モータ。

[17] 前記予圧部材は、前記ロータをその周方向に沿って環状に囲むように配置されるリ ング形状を有する請求項 16に記載の超音波モータ。

[18] 前記予圧部材は、前記ロータの表面に接触する部位に低摩擦材カ なる当接部材 を有する請求項 16に記載の超音波モータ。

[19] 前記ステータは、周方向の複数箇所でのみ前記ロータの表面に接触する請求項 1

6に記載の超音波モータ。

[20] 前記複数箇所は、前記ロータに対して互いに対称の位置にある請求項 19に記載 の超音波モータ。

[21] 前記ステータ振動手段は、互いに異なる 3方向の振動を生じる 3対の圧電素子板を 有し、これら 3方向の振動のうち少なくとも 2方向の振動を互 ヽに位相をずらして組み 合わせた合成振動を発生させることにより前記ステータの前記ロータとの接触部分に 楕円運動を形成する請求項 16に記載の超音波モータ。

[22] ステータと、

前記ステータにより接触支持される略球体状のロータと、

前記ステータを振動させることにより前記ロータを回転させるステータ振動手段と、 前記ロータの表面に対向する予圧部材と、

少なくとも前記ロータを回転させる際に前記予圧部材を振動させて前記予圧部材 力 の放射圧により前記ロータを前記ステータに対して予圧する予圧力を発生させる ための予圧部材振動手段と

を備えることを特徴とする超音波モータ。

[23] 前記予圧部材は、前記ロータの表面に対応した湾曲形状を有するリング部材から なる請求項 22に記載の超音波モータ。

[24] 前記予圧部材は、それぞれ前記ロータの表面に対応した湾曲形状を有する複数の 湾曲部材カもなる請求項 22に記載の超音波モータ。

[25] 前記予圧部材は前記ステータから離間して配置され、前記予圧部材振動手段は、 前記予圧部材に取り付けられる圧電素子板を有する請求項 22に記載の超音波モー タ。

[26] 前記予圧部材は、前記圧電素子板により振動するときに形成される節位置で支持 される請求項 25に記載の超音波モータ。

[27] 前記予圧部材は前記ステータと一体に形成され、前記ステータ振動手段は前記予 圧部材振動手段を兼ねている請求項 22に記載の超音波モータ。

[28] 前記予圧部材は、前記予圧部材振動手段により振動するときには前記ロータの表 面力 離れた状態にあり、振動しないときには前記ロータの表面に接触してこのロー タを保持する請求項 22に記載の超音波モータ。

[29] 前記予圧部材振動手段により振動される前記予圧部材の振幅を制御することによ り、前記ロータを前記ステータに対して予圧する予圧力の大きさを変化させる請求項 22に記載の超音波モータ。

前記ステータ振動手段は、互いに異なる 3方向の振動を生じる 3対の圧電素子板を 有し、これら 3方向の振動のうち少なくとも 2方向の振動を互 ヽに位相をずらして組み 合わせた合成振動を発生させることにより前記ステータの前記ロータとの接触部分に 楕円運動を形成する請求項 22に記載の超音波モータ。