JP4788451B2 - 振動アクチュエータ - Google Patents

Description

この発明は、振動アクチュエータに係り、特に振動手段でステータを振動させることによりステータに接触されたロータを回転駆動する振動アクチュエータに関する。

例えば、特許文献１に、超音波振動を利用してロータを回転させる振動アクチュエータが開示されている。この振動アクチュエータは、互いに重ね合わされた複数の圧電素子板からなる複合振動子を振動手段として有し、複合振動子の一方の端部に配設されたステータにより１つのロータが接触支持されている。複合振動子の複数の圧電素子板に駆動電圧を印加し、互いに異なる方向の複数の振動を発生すると共にこれらの振動を組み合わせた複合振動を形成してステータを振動させることによりロータが回転駆動される。

特開平１１−２２０８９２号公報

しかしながら、特許文献１の振動アクチュエータでは、１つの複合振動子により１つのロータが回転されるため、複数のロータをそれぞれ回転しようとするときには、それぞれのロータ毎に専用の複合振動子を設ける必要があるだけでなく、複数のロータにそれぞれ対応した複数の複合振動子を互いに独立して駆動制御する必要があり、装置が複雑化してしまう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、１つの振動手段により複数のロータを駆動することができる振動アクチュエータを提供することを目的とする。

この発明に係る振動アクチュエータは、２つのステータと、２つのステータにそれぞれ対応して接触配置される２つのロータと、２つのステータの間に配設されると共に互いに異なる方向の複数の振動を組み合わせた複合振動を発生させて２つのステータを振動させることにより各ステータの対応するロータとの接触部分に円又は楕円運動を形成して２つのロータを同時に回転駆動する１つの振動手段と、２つのロータの回転角度にかかわらずに２つのロータの回転中心をそれぞれ通ると共に可撓性を有する牽引部材を有し且つこの牽引部材の張力を介して２つのロータをそれぞれ対応するステータに対して予圧する予圧手段とを備え、各ロータは、対応するステータと接触する部分に形成され且つこのロータの回転中心を中心とする球面状の接触面と、接触面から回転中心にまで至る開口と、回転中心に形成された係合部とを有し、牽引部材は、各ロータの回転中心に対して対応するステータとは反対側でロータに連結され、ロータの係合部に接触して偏向し、ロータの開口を通って対応するステータに至るものである。

牽引部材は、弾性を有する糸状のゴム部材から形成することができる。また、予圧手段は、牽引部材としてのワイヤ部材と、ワイヤ部材の一端部に接続されてこのワイヤ部材に張力を発生させるバネ部材とを有するように構成することもできる。
また、予圧手段は、牽引部材の張力を調整するための張力調整手段をさらに備えることが好ましい。

予圧手段が２つのロータに共通の１本の牽引部材を有し、この牽引部材は、一端部で一方のロータに連結され、一方のステータと振動手段と他方のステータとをそれぞれ貫通し、他端部で他方のロータに連結されるように構成することができる。
また、予圧手段が２つのロータにそれぞれ対応した２本の牽引部材を有し、各牽引部材は、一端部で対応するロータに連結され、他端部でロータに対応するステータに連結されるように構成することもできる。

振動手段は、互いに積層された複数の圧電素子板からなる複合振動子を有し、圧電素子板の積層方向の両端部に２つのステータをそれぞれ配置することができる。
なお、本発明において予圧とはロータをステ―タに向けて押し付ける圧力のことをいう。

また、この発明に係る振動アクチュエータは、２つのステータと、２つのステータにそれぞれ対応して接触配置される２つのロータと、２つのステータの間に配設されると共に互いに異なる方向の複数の振動を組み合わせた複合振動を発生させて２つのステータを振動させることにより各ステータの対応するロータとの接触部分に円又は楕円運動を形成して２つのロータを同時に回転駆動する１つの振動手段と、２つのロータの回転角度にかかわらずに２つのロータの回転中心をそれぞれ通ると共に可撓性を有する牽引部材を有し且つこの牽引部材の張力を介して２つのロータをそれぞれ対応するステータに対して予圧する予圧手段とを備え、予圧手段は、２つのロータにそれぞれ対応した２本の牽引部材を有し、各牽引部材は、一端部で対応するロータに連結され、他端部でロータに対応するステータに連結されるものである。
この場合においても、牽引部材は、弾性を有する糸状のゴム部材から形成することができる。また、予圧手段は、牽引部材としてのワイヤ部材と、ワイヤ部材の一端部に接続されてこのワイヤ部材に張力を発生させるバネ部材とを有するように構成することもできる。さらに、予圧手段は、牽引部材の張力を調整するための張力調整手段をさらに備えることが好ましい。また、振動手段は、互いに積層された複数の圧電素子板からなる複合振動子を有し、圧電素子板の積層方向の両端部に２つのステータをそれぞれ配置することができる。

この発明によれば、１つの振動手段により複数のロータを駆動することができる振動アクチュエータが得られる。

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に、この発明の実施の形態１に係る振動アクチュエータを示す。この振動アクチュエータは、超音波振動を利用してロータを回転させる超音波アクチュエータであり、アクチュエータ本体１と、このアクチュエータ本体１により回転駆動される２つのロータＡ及びＢを有している。アクチュエータ本体１は、円筒状の１つの複合振動子２と、この複合振動子２の両端部にそれぞれ配置される第１のステータ３及び第２のステータ４とを有している。これら第１のステータ３及び第２のステータ４は、互いの間に複合振動子２を挟持すると共に複合振動子２に通された連結ボルト５を介して互いに連結されており、ほぼ円柱状の外形を有するアクチュエータ本体１が構成されている。このアクチュエータ本体１は中心軸上に貫通孔１ａが形成されている。また、複合振動子２には、この複合振動子２を駆動するための駆動回路３０が接続されている。

ここで、説明の便宜上、第２のステータ４から第１のステータ３へと向かうアクチュエータ本体１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。

第１のステータ３及び第２のステータ４にはそれぞれ、複合振動子２に接する面とは反対側に、凹部６及び７が形成されており、各凹部６及び７の開口端周縁部にはＸＹ平面上に位置する環状の角部が形成されている。第１のステータ３の角部に接して第１のロータＡが配置されると共に、第２のステータ４の角部に接して第２のロータＢが配置されており、その状態で第１のロータＡと第２のロータＢは、アクチュエータ本体１の貫通孔１ａに通された可撓性のワイヤ部材８を介して互いに連結されている。

ここで、第１のロータＡは、第１のステータ３の凹部６の内径よりも大きい直径の球面を第１のステータ３に対する接触面として有する球体部９と、この球体部９に一体に形成された円筒部１０を有し、球体部９が第１のステータ３の角部に当接して回転中心Ｃ１の回りに回転自在に支持されている。同様に、第２のロータＢは、第２のステータ４の凹部７の内径よりも大きい直径の球面を第２のステータ４に対する接触面として有する球体部１１と、この球体部１１に一体に形成された円筒部１２を有し、球体部１１が第２のステータ４の角部に当接して回転中心Ｃ２の回りに回転自在に支持されている。

第１のロータＡの円筒部１０内に設けられた収容凹部１３には、その内面に支持部材１４が固定されており、支持部材１４に形成された図示しないネジ孔に調整ネジ１５が螺合されている。第１のロータＡの球体部９には、収容凹部１３に連通すると共にこの球体部９内にワイヤ部材８を通すための通路形成空間１６が形成されている。
また、第２のロータＢの円筒部１２に設けられた収容凹部１７には、収容凹部１７に対してスライド自在に配置されるバネ受け部材１８が収容されると共に、バネ受け部材１８と収容凹部１７の底面との間にバネ部材１９が収容されている。第２のロータＢの球体部１１にも、収容凹部１７に連通すると共にこの球体部１１内にワイヤ部材８を通すための通路形成空間２０が形成されている。

ワイヤ部材８は、一端部で第１のロータＡの収容凹部１３内の調整ネジ１５に固定されると共に、第１のロータＡの球体部９内の通路形成空間１６、アクチュエータ本体１の貫通孔１ａ及び第２のロータＢの球体部１１内の通路形成空間２０を通り、他端部で第２のロータＢの収容凹部１７内のバネ受け部材１８に固定されている。このように、ワイヤ部材８を介して第１のロータＡ及び第２のロータＢが互いに連結されている。

ここで、第２のロータＢ内のバネ部材１９はバネ受け部材１８を収容凹部１７の底面とは反対方向に向かって付勢しており、これによりワイヤ部材８の他端部が引っ張られてワイヤ部材８に張力が発生し、この張力を介して２つのロータＡ及びＢがアクチュエータ本体１のそれぞれ対応するステータ３及び４に対し牽引されて加圧接触されている。
また、第１のロータＡ内の調整ネジ１５を回転操作して、この調整ネジ１５の支持部材１４に対する軸方向の位置を変化させることにより、ワイヤ部材８及びバネ受け部材１８を介してバネ部材１９を伸縮させて、ワイヤ部材８に発生する張力の大きさを調整することが可能である。なお、これら調整ネジ１５及び支持部材１４により、この発明の張力調整手段が構成されている。

図２に示されるように、第２のロータＢの球体部１１内に形成される通路形成空間２０は、球体部１１の表面から回転中心Ｃ２にまで至るように形成されるスリット状の開口２１と、この開口２１と円筒部１２内の収容凹部１７との間を連通する連通路２２とを有している。開口２１は、回転中心Ｃ２から球体部９の表面に向かって中心角度が９０度の扇形状に広がるように形成されており、この開口２１に回転中心Ｃ２付近で連通路２２の一端部が連通している。連通路２２は、開口２１の扇形状の広がり方向の両端に位置する一対の内壁２１ａ及び２１ｂのうち、一方の内壁２１ａに対して垂直な方向で且つ他方の内壁２１ｂと同一方向に延在して他端部で収容凹部１７に連通しており、回転中心Ｃ２付近に位置する開口２１の一方の内壁２１ａと連通路２２の内壁との境界部には、ほぼ９０度に角ばった係合部２３が形成されている。

第２のロータＢの球体部１１は、通路形成空間２０の開口２１の少なくとも一部が第２のステータ４の凹部７と対向するように配置され、ワイヤ部材８は、第２のロータＢの収容凹部１７内から連通路２２を通り、係合部２３に接触して偏向し、開口２１を通って第２のステータ４に至るように構成されている。

なお、図１に示されるように、第１のロータＡの球体部９内にも、第２のロータＢの通路形成空間２０と対称な構造を有する通路形成空間１６が形成されており、ワイヤ部材８は、第１のロータＡの収容凹部１３内から通路形成空間１６における連通路を通り、回転中心Ｃ１付近に位置する係合部に接触して偏向し、開口を通って第２のステータ４に至るように構成されている。

図３に示されるように、複合振動子２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の圧電素子部３１及び第２の圧電素子部３２を有しており、これらの圧電素子部３１及び３２が絶縁シート３３〜３５を介して第１のステータ３及び第２のステータ４から、また互いに絶縁された状態で配置されている。
複合振動子２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３１ｄ及び電極板３１ｅ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ている。

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３１ｂ及び３１ｄの間に配置されている電極板３１ｃと、第２の圧電素子部３２の一対の圧電素子板３２ｂ及び３２ｄの間に配置されている電極板３２ｃとからそれぞれ端子が引き出されて駆動回路３０に接続されている。

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３１ｂと圧電素子板３１ｄは互いに裏返しに配置されている。
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。

次に、この実施の形態１に係る振動アクチュエータの動作について説明する。駆動回路３０により第１の圧電素子部３１の電極板３１ｃと第２の圧電素子部３２の電極板３２ｃとに位相を９０度シフトさせた交流電圧をそれぞれ印加して、複合振動子２によりＹ軸方向のたわみ振動とＺ軸方向の縦振動とを組み合わせた複合振動を発生させると、これら第１のステータ３の角部と第２のステータ４の角部とにＹＺ面内における楕円運動がそれぞれ発生し、したがって、図５及び６に示されるように、第１のステータ３の角部に加圧接触されている第１のロータＡと第２のステータ４の角部に加圧接触されている第２のロータＢがそれぞれ回転中心Ｃ１及びＣ２を中心にしてＸ軸回りに互いに同時に回転駆動されることとなる。

以上のように、１つの複合振動子２により複合振動を発生させて一対のステータ３及び４のそれぞれ対応するロータＡ及びＢとの接触部分に楕円運動を形成することにより、２つのロータＡ及びＢを同時に回転駆動することができる。したがって、この発明の振動アクチュエータを用いれば、回転駆動するための複数の関節部を有する関節機構などを単純な構成により実現することができ、小型化及び軽量化を図ることができる。

また、２つのロータＡ及びＢは共通の一本のワイヤ部材８によりそれぞれ対応するステータ３及び４に対して牽引されるため、これら２つのロータＡ及びＢに互いに均一な予圧をかけてそれぞれ対応するステータ３及び４に加圧接触させることができる。

また、ワイヤ部材８は、可撓性を有すると共に第１のロータＡの回転中心Ｃ１の係合部と第２のロータＢの回転中心Ｃ２の係合部２３に接触して偏向するように構成されているため、２つのロータＡ及びＢの回転角度にかかわらずにワイヤ部材８は２つのロータＡ及びＢの回転中心Ｃ１及びＣ２を常に通ると共にワイヤ部材８が長さ方向に沿って移動することはない。したがって、バネ受け部材１８の収容凹部１７に対するスライド方向の位置も動くこともなく、バネ部材１９の全長が常に一定に保たれてワイヤ部材８に発生される張力が一定になるため、各ロータＡ及びＢにかかる予圧力をロータの回転にかかわらず一定にすることができる。
これにより、アクチュエータ本体１の各ステータ３及び４により対応するロータＡ及びＢに発生する回転トルクを一定にすることができ、２つのロータＡ及びＢをそれぞれ円滑に且つ安定して回転駆動することができる。

また、ワイヤ部材８はアクチュエータ本体１及びロータＡ及びＢの内部に通され、バネ部材１９は第２のロータＢに収容されているため、小型の振動アクチュエータが実現される。
さらに、第１のロータＡ内の調整ネジ１５を操作することで、ワイヤ部材８に発生する張力の大きさを調整することができるため、２つのロータＡ及びＢにかける予圧力を容易に調整することができる。

この振動アクチュエータは、超音波振動を利用した超音波アクチュエータであるため、高トルク性を有すると共にギヤを用いることなく駆動することができる。
また、圧電素子部３１及び３２と駆動回路３０を接続する配線などをアクチュエータ本体１及びロータＡ及びＢの内部に収容するように構成すれば、全体をより小型化することが可能である。

実施の形態２．
次に図７を参照して、この発明の実施の形態２に係る振動アクチュエータについて説明する。この実施の形態２は、実施の形態１において、各ロータＡ及びＢの球体部９及び１１に形成される通路形成空間１６及び２０が、扇形状の開口の代わりに、半円形状の開口５１及び５２を有するものである。

図８に示されるように、第２のロータＢの球体部１１内に形成される開口５２は、球体部１１の表面から回転中心Ｃ２にまでスリット状に形成されると共に回転中心Ｃ２を中心にした半円形状を有している。この開口５２に対して回転中心Ｃ２付近で連通路２２の一端部が連通している。連通路２２は、開口５２の半円形状の直径部にそれぞれ位置する一対の内壁５２ａ及び５２ｂの双方に対して垂直な方向に延在して他端部で収容凹部１７に連通している。回転中心Ｃ２付近に位置する開口５２の一対の内壁５２ａ及び５２ｂと連通路２２の内壁との境界部にはそれぞれ、ほぼ９０度に角ばった係合部５３及び５４が形成されている。
第２のロータＢの球体部１１は、開口５２の少なくとも一部が第２のステータ４の凹部７と対向するように配置され、ワイヤ部材８は、第２のロータＢの収容凹部１７内から連通路２２を通り、２つの係合部５３及び５４の一方に接触して偏向し、開口５２を通って第２のステータ４に至るように構成されている。

なお、図７に示されるように、第１のロータＡの球体部９内にも、第２のロータＢの通路形成空間２０と対称な構造を有する通路形成空間１６が形成されており、ワイヤ部材８が、第１のロータＡの収容凹部１３内から通路形成空間１６における連通路を通り、回転中心Ｃ１付近に位置する２つの係合部の一方に接触して偏向し、開口５１を通って第１のステータ３に至るように構成されている。

ここで、駆動回路３０から第１の圧電素子部３１の電極板３１ｃに交流電圧を印加して第１の圧電素子部３１にＹ軸方向の１次モードのたわみ振動を発生させると、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、図９（ａ）に示されるように、アクチュエータ本体１が振動する。ここで、図９（ａ）のアクチュエータ本体１の各部分のＹ軸方向の変位を図９（ｂ）に示す。図９（ｂ）から、アクチュエータ本体１の両端部、すなわち第１のステータ３の角部と第２のステータ４の角部は互いに同位相で振動することがわかる。

また、駆動回路３０から第２の圧電素子部３２の電極板３２ｃに交流電圧を印加して第２の圧電素子部３２にＺ軸方向の１次モードの縦振動を発生させると、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、図１０（ａ）に示されるように、アクチュエータ本体１が振動する。ここで、図１０（ａ）のアクチュエータ本体１の各部分のＺ軸方向の変位をＹ軸方向に変換したものを図１０（ｂ）に示す。図１０（ｂ）から、アクチュエータ本体１の両端部、すなわち第１のステータ３の角部と第２のステータ４の角部は互いに逆位相で振動することがわかる。

そこで、第１の圧電素子部３１の電極板３１ｃと第２の圧電素子部３２の電極板３２ｃとに位相を９０度シフトさせた交流電圧をそれぞれ印加して、複合振動子２によりＹ軸方向の１次モードのたわみ振動とＺ軸方向の１次モードの縦振動とを組み合わせた複合振動を発生させると、第１のステータ３の角部と第２のステータ４の角部は、Ｙ軸方向の１次モードのたわみ振動によりＹ軸方向に互いに同位相で変位すると共に、Ｚ軸方向の１次モードの縦振動によりＺ軸方向の互いに逆位相で変位するため、図１１に示されるように、これら第１のステータ３の角部と第２のステータ４の角部とにＹＺ面内における互いに反対方向の楕円運動がそれぞれ発生する。したがって、第１のステータ３の角部に加圧接触されている第１のロータＡと第２のステータ４の角部に加圧接触されている第２のロータＢは、それぞれの回転中心Ｃ１及びＣ２を中心にＸ軸回りに互いに同時に且つ反対方向に回転駆動されることとなる。

また、第１の圧電素子部３１に２次モードのＹ軸方向のたわみ振動を発生させたときのアクチュエータ本体１の各部分のＹ軸方向の変位を図１２に示す。図１２から、アクチュエータ本体１の両端部、すなわち第１のステータ３の角部及び第２のステータ４の角部が互いに逆位相で振動することがわかる。

そこで、第１の圧電素子部３１の電極板３１ｃと第２の圧電素子部３２の電極板３２ｃとに位相を９０度シフトさせた交流電圧をそれぞれ印加して、複合振動子２によりＹ軸方向の２次モードのたわみ振動とＺ軸方向の１次モードの縦振動とを組み合わせた複合振動を発生させると、第１のステータ３の角部と第２のステータ４の角部は、Ｙ軸方向の２次モードのたわみ振動によりＹ軸方向に互いに逆位相で変位すると共に、Ｚ軸方向の１次モードの縦振動によりＺ軸方向に互いに逆位相で変位するため、図１３に示されるように、これら第１のステータ３の角部と第２のステータ４の角部とにＹＺ面内における互いに同一方向の楕円運動がそれぞれ発生する。したがって、第１のステータ３の角部に加圧接触されている第１のロータＡと第２のステータ４の角部に加圧接触されている第２のロータＢは、それぞれの回転中心Ｃ１及びＣ２を中心にＸ軸回りに互いに同時に且つ同一方向に回転駆動されることとなる。

したがって、実施の形態１と同様に、１つの複合振動子２により複合振動を発生させて各ステータ３及び４の対応するロータＡ及びＢとの接触部分に楕円運動を形成することにより、２つのロータＡ及びＢを同時に回転駆動することができる。
また、上述のように、Ｚ軸方向の縦振動の振動モードとＹ軸方向のたわみ振動の振動モードとの組み合わせを選択することにより、第１のロータＡと第２のロータＢとを互いに同一方向または反対方向にそれぞれ回転駆動することが可能である。

なお、ここで、第２の圧電素子部３２にＺ軸方向の２次モードの縦振動を発生させたときのアクチュエータ本体１の各部分のＺ軸方向の変位をＹ軸方向に変換したものを図１４に示す。図１４から、アクチュエータ本体１の両端部、すなわち第１のステータ３の角部及び第２のステータ４の角部が互いに同位相で振動することがわかる。
したがって、Ｙ軸方向の１次モードのたわみ振動とＺ軸方向の２次モードの縦振動とを組み合わせた複合振動を発生させると、Ｙ軸方向の２次モードのたわみ振動とＺ軸方向の１次モードの縦振動とを組み合わせた複合振動を発生させたときと同様に、２つのロータＡ及びＢをＸ軸回りに互いに同一方向に回転駆動することができる。

なお、上述のように、第１の圧電素子部３１及び第２の圧電素子部３２は、Ｙ軸方向のたわみ振動及びＺ軸方向の縦振動はそれぞれ、１次モードまたは２次モードだけでなく、３次以上の振動モードに設定することもできる。例えば、ロータＡ及びＢやステータ３及び４の形状及び材質等に適した次数の振動モードを用いることができる。

実施の形態３．
次に図１５を参照して、この発明の実施の形態３に係る振動アクチュエータについて説明する。この実施の形態３は、実施の形態１において、ワイヤ部材８及びバネ部材１９を用いる代わりに、ロータＡ及びＢの予圧手段として、弾性を有する糸状のゴム部材６１を用いるものである。ここで、第２のロータＢの収容凹部１７には、その内面に支持部材６２が固定されている。ゴム部材６１は、一端部で第１のロータＡの収容凹部１３内の調整ネジ１５に固定され、第１のロータＡの通路形成空間１６、アクチュエータ本体１の貫通孔１ａ、及び第２のロータＢの通路形成空間２０を通り、他端部で第２のロータＢの収容凹部１７内の支持部材６２に固定されている。このように、２つのロータＡ及びＢがゴム部材６１を介して互いに連結されている。なお、ゴム部材６１は、所定の張力を生じる長さに伸張された状態で取り付けられている。

ゴム部材６１の張力を介して、２つのロータＡ及びＢがアクチュエータ本体１のそれぞれ対応するステータ３及び４に対し牽引されて加圧接触されている。したがって、実施の形態１と同様に、１つの複合振動子２により２つのロータＡ及びＢを回転駆動することができる。
２つのロータＡ及びＢを一本のゴム部材６１により牽引するため、２つのロータＡ及びＢに互いに均一な予圧をかけることができ、また、ゴム部材６１は回転中心Ｃ１及びＣ２を常に通ると共にゴム部材６１の長さ方向に沿った位置は移動しないため、各ロータＡ及びＢにかかる予圧力を回転にかかわらず一定にすることができる。
さらに、第１のロータＡ内の調整ネジ１５を操作することで、ゴム部材６１の張力の大きさを調整し、２つのロータＡ及びＢにかける予圧力を容易に調整することができる。

なお、実施の形態２の振動アクチュエータに対しても、ワイヤ部材８及びバネ部材１９の代わりに、ゴム部材６１を用いることにより、各ロータＡ及びＢを対応するステータ３及び４に加圧接触することができる。

実施の形態４．
次に図１６を参照して、この発明の実施の形態４に係る振動アクチュエータについて説明する。この実施の形態４は、実施の形態１において、一本のワイヤ部材８の代わりに、２つのロータＡ及びＢにそれぞれ対応する２本のワイヤ部材７１及び７２を用いるものである。ここで、第１のロータＡの収容凹部１３内には、第２のロータＢの収容凹部１７内と同様に、収容凹部１３に対してスライド自在のバネ受け部材７３が収容されると共に、バネ受け部材７３と収容凹部１３の底面との間に配置されるバネ部材７４が収容されている。

第１のワイヤ部材７１は、一端部で第１のロータＡの収容凹部１３内のバネ受け部材７３に固定され、第１のロータＡの通路形成空間１６を通って、他端部で第１のステータ３に固定されており、バネ部材７４により第１のワイヤ部材７１に発生される張力によって第１のロータＡが第１のステータ３に加圧接触されている。また、第２のワイヤ部材７２は、一端部で第２のロータＡの収容凹部１７内のバネ受け部材１８に固定され、第２のロータＢの通路形成空間２０を通って、他端部で第２のステータ４に固定されており、バネ部材１９により第２のワイヤ部材７２に発生される張力によって第２のロータＢが第２のステータ４に加圧接触されている。

このように、２つのロータＡ及びＢはそれぞれ対応するステータ３及び４に加圧接触されている。したがって、実施の形態１と同様に、１つの複合振動子２により２つのロータＡ及びＢを回転駆動することができる。
また、この実施の形態４では、２つのロータＡ及びＢはそれぞれ対応する２本のワイヤ部材７１及び７２によりステータ３及び４に牽引されるため、２つのロータＡ及びＢにかける予圧力を互いに独立して設定することができ、したがって、これら２つのロータＡ及びＢに生じる回転トルクをそれぞれ別個に調整することができる。
このように２本のワイヤ部材７１及び７２を用いる場合でも、２本のワイヤ部材７１及び７２はそれぞれ対応するロータＡ及びＢの回転中心Ｃ１及びＣ２を常に通ると共に各ワイヤ部材７１及び７２の長さ方向に沿った位置は移動しないため、各ロータＡ及びＢにかかる予圧力を回転にかかわらず一定にすることができる。

なお、ワイヤ部材７１及び７２とバネ部材１９及び７４を用いる代わりに、弾性を有する糸状の２本のゴム部材を用いて各ロータＡ及びＢを対応するステータ３及び４に連結することにより、２つのロータＡ及びＢをそれぞれ対応するステータ３及び４に加圧接触させることもできる。

実施の形態２の振動アクチュエータに対しても、一本のワイヤ部材８を用いる代わりに、２本のワイヤ部材７１及び７２を用いて２つのロータＡ及びＢをそれぞれ対応するステータ３及び４に連結し、各ワイヤ部材７１及び７２の張力を介してロータＡ及びＢを対応するステータ３及び４に加圧接触させるように構成することができる。

なお、上述の実施の形態１〜４における複合振動子２では、Ｙ軸方向のたわみ振動を生じる第１の圧電素子部３１とＺ軸方向の縦振動を生じる第２の圧電素子部３２を用いていたが、これら第１の圧電素子部３１または第２の圧電素子部３２の代わりに、Ｘ軸方向のたわみ振動を生じる圧電素子部を用いることもできる。すなわち、Ｘ軸方向のたわみ振動とＺ軸方向の縦振動を組み合わせた複合振動、あるいはＸ軸方向のたわみ振動とＹ軸方向のたわみ振動を組み合わせた複合振動を発生させることにより、２つのロータＡ及びＢを同時にＹ軸回りまたはＺ軸回りに回転させることができる。

実施の形態５．
次に図１７を参照して、この発明の実施の形態５に係る振動アクチュエータについて説明する。この実施の形態５は、実施の形態１において、複合振動子２が、Ｙ軸方向のたわみ振動を生じる第１の圧電素子部３１及びＺ軸方向の縦振動を生じる第２の圧電素子部３２に加えて、Ｘ軸方向のたわみ振動を生じる第３の圧電素子部８１を有するものである。第３の圧電素子部８１は、図１８に示されるような一対の圧電素子板８１ｂ及び８１ｄを有している。これら一対の圧電素子板８１ｂ及び８１ｄ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８１ｂと圧電素子板８１ｄは互いに裏返しに配置されている。なお、第３の圧電素子部８１は、一対の圧電素子板８１ｂ及び８１ｄ以外は、第１の圧電素子部３１または第２の圧電素子部３２と同一の構成を有している。

駆動回路３０で複合振動子２を駆動することにより、第１の圧電素子部３１によるＹ軸方向のたわみ振動、第２の圧電素子部３２によるＺ軸方向の縦振動、及び第３の圧電素子部８１によるＸ軸方向のたわみ振動のうち２つまたは３つ全てを組み合わせた複合振動を発生させて、第１のステータ３の角部と第２のステータ４の角部に楕円振動をそれぞれ形成することにより、第１のロータＡ及び第２のロータＢを同時に３次元方向に自由に回転駆動することができる。この場合にも、振動モードの組み合わせを選択することにより、２つのロータＡ及びＢを互いに同一方向または反対方向に回転させることができる。
なお、実施の形態２〜４においても、３つの圧電素子部３１，３２，８１を有する複合振動子２を用いることができる。

なお、上述の実施の形態１〜５において、ステータ３及び４の先端部に凹部６及び７が形成され、ロータＡ及びＢの先端部が凸状に形成されていたが、これとは逆に、ステータ３及び４の先端部が凸状に形成され、ロータＡ及びＢの先端部に凹部が形成されていてもよい。
また、実施の形態１〜５において、２つのステータ３及び４のそれぞれ対応するロータＡ及びＢとの接触部分を互いに異なる形状または大きさに形成することができ、これによりロータＡ及びＢに互いに異なる大きさの回転トルクを発生させることができる。
また、ステータではなく、２つのロータのそれぞれ対応するステータとの接触部分を互いに異なる形状または大きさに形成することにより、ロータＡ及びＢに生じる回転トルクを互いに異ならせることもできる。

なお、上記実施の形態１〜５において、駆動回路３０から各圧電素子部に印加する交流電圧の位相は９０度シフトさせていたが、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―タ３及び４に発生する楕円振動を制御することができる。
また、ステ―タ３及び４とそれぞれ対応するロータＡ及びＢとの接触は角部であったが、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いし、環状でなくてもよい。

また、上述の実施の形態１〜５において、Ｚ軸方向の縦振動、Ｙ軸方向またはＸ軸方向のたわみ振動の代わりに、互いに直交しない複数の振動を組み合わせた複合振動を発生させて２つのロータＡ及びＢを回転させることもできる。
また、上記各実施の形態では、Ｘ軸方向のたわみ振動、Ｙ軸方向のたわみ振動、Ｚ軸方向の縦振動をそれぞれ別の圧電素子部で発生させ、振動を合成させて複合振動を発生させていたが、一つの圧電素子部を複数に分極し、各分極電極に印加する電圧を個別にコントロールしても良い。すなわち位相、振幅などの異なる交流電圧を合成した電圧を各分極電極に印加して単一の圧電素子部で複合振動を発生させても良い。
また、上記各実施の形態では、ステータとロータとの接触部分に楕円運動を発生させていたが、各軸方向の振幅を制御することで円運動を発生させても良い。

この発明の実施の形態１に係る振動アクチュエータを示す断面図である。 実施の形態１におけるロータの球体部近傍の構造を示す部分斜視図である。 実施の形態１における複合振動子の構成を示す部分拡大断面図である。 実施の形態１で用いられた複合振動子の２対の圧電素子板の分極方向を示す斜視図である。 この発明の実施の形態１に係る振動アクチュエータの動作状態を示す断面図である。 この発明の実施の形態１に係る振動アクチュエータの動作状態を示す断面図である。 この発明の実施の形態２に係る振動アクチュエータを示す断面図である。 実施の形態２におけるロータの球体部近傍の構造を示す部分斜視図である。 （ａ）はアクチュエータ本体がＹ軸方向の１次モードのたわみ振動で振動する様子を示す図であり、（ｂ）は（ａ）のアクチュエータ本体の各部分のＹ軸方向の変位を示す図である。 （ａ）はアクチュエータ本体がＺ軸方向の１次モードの縦振動で振動する様子を示す図であり、（ｂ）は（ａ）のアクチュエータ本体の各部分のＺ軸方向の変位をＹ軸方向に変換して示す図である。 実施の形態２における２つのロータが互いに反対方向に回転駆動される様子を示す図である。 Ｙ軸方向の２次モードのたわみ振動で振動するアクチュエータ本体の各部分のＹ軸方向の変位を示す図である。 実施の形態２における２つのロータが互いに同一方向に回転駆動される様子を示す図である。 Ｚ軸方向の２次モードの縦振動で振動するアクチュエータ本体の各部分のＺ軸方向の変位をＹ軸方向に変換して示す図である。 この発明の実施の形態３に係る振動アクチュエータを示す断面図である。 この発明の実施の形態４に係る振動アクチュエータを示す断面図である。 この発明の実施の形態５に係る振動アクチュエータを示す断面図である。 実施の形態５で用いられた複合振動子の３対の圧電素子板の分極方向を示す斜視図である。

符号の説明

１ アクチュエータ本体、１ａ 貫通孔、２ 複合振動子、３ 第１のステータ、４ 第２のステータ、５ 連結ボルト、６，７ 凹部、８，７１，７２ ワイヤ部材、９，１１ 球体部、１０，１２ 円筒部、１３，１７ 収容凹部、１４，６２ 支持部材、１５ 調整ネジ、１６，２０ 通路形成空間、１８，７３ バネ受け部材、１９，７４ バネ部材、２１，５１，５２ 開口，２２ 連通路、２３，５３，５４ 係合部、３０ 駆動回路、３１ 第１の圧電素子部、３２ 第２の圧電素子部、３１ａ，３１ｃ，３１ｅ，３２ａ，３２ｃ，３２ｅ 電極板、３１ｂ，３１ｄ，３２ｂ，３２ｄ，８１ｂ，８１ｄ 圧電素子板、３３〜３５ 絶縁シート、６１ ゴム部材、８１ 第３の圧電素子部、Ａ，Ｂ ロータ。

Claims (12)

1. ２つのステータと、
   前記２つのステータにそれぞれ対応して接触配置される２つのロータと、
   前記２つのステータの間に配設されると共に互いに異なる方向の複数の振動を組み合わせた複合振動を発生させて前記２つのステータを振動させることにより各ステータの対応するロータとの接触部分に円又は楕円運動を形成して前記２つのロータを同時に回転駆動する１つの振動手段と、
   前記２つのロータの回転角度にかかわらずに前記２つのロータの回転中心をそれぞれ通ると共に可撓性を有する牽引部材を有し、前記牽引部材の張力を介して前記２つのロータをそれぞれ対応するステータに対して予圧する予圧手段と
   を備え、
   各ロータは、対応するステータと接触する部分に形成され且つこのロータの回転中心を中心とする球面状の接触面と、前記接触面から回転中心にまで至る開口と、回転中心に形成された係合部とを有し、
   前記牽引部材は、各ロータの回転中心に対して対応するステータとは反対側で前記ロータに連結され、前記ロータの係合部に接触して偏向し、前記ロータの開口を通って対応するステータに至ることを特徴とする振動アクチュエータ。
2. 前記牽引部材は、弾性を有する糸状のゴム部材からなる請求項１に記載の振動アクチュエータ。
3. 前記予圧手段は、前記牽引部材としてのワイヤ部材と、前記ワイヤ部材の一端部に接続されてこのワイヤ部材に張力を発生させるバネ部材とを有する請求項１に記載の振動アクチュエータ。
4. 前記予圧手段は、前記牽引部材の張力を調整するための張力調整手段をさらに備える請求項１〜３のいずれか一項に記載の振動アクチュエータ。
5. 前記予圧手段は、前記２つのロータに共通の１本の前記牽引部材を有し、
   前記牽引部材は、一端部で一方のロータに連結され、一方のステータと前記振動手段と他方のステータとをそれぞれ貫通し、他端部で他方のロータに連結される請求項１〜４のいずれか一項に記載の振動アクチュエータ。
6. 前記予圧手段は、前記２つのロータにそれぞれ対応した２本の前記牽引部材を有し、
   各牽引部材は、一端部で対応するロータに連結され、他端部で前記ロータに対応するステータに連結される請求項１〜４のいずれか一項に記載の振動アクチュエータ。
7. 前記振動手段は、互いに積層された複数の圧電素子板からなる複合振動子を有し、前記圧電素子板の積層方向の両端部に前記２つのステータがそれぞれ配置されている請求項１〜６のいずれか一項に記載の振動アクチュエータ。
8. ２つのステータと、
   前記２つのステータにそれぞれ対応して接触配置される２つのロータと、
   前記２つのステータの間に配設されると共に互いに異なる方向の複数の振動を組み合わせた複合振動を発生させて前記２つのステータを振動させることにより各ステータの対応するロータとの接触部分に円又は楕円運動を形成して前記２つのロータを同時に回転駆動する１つの振動手段と、
   前記２つのロータの回転角度にかかわらずに前記２つのロータの回転中心をそれぞれ通ると共に可撓性を有する牽引部材を有し、前記牽引部材の張力を介して前記２つのロータをそれぞれ対応するステータに対して予圧する予圧手段と
   を備え、
   前記予圧手段は、前記２つのロータにそれぞれ対応した２本の前記牽引部材を有し、
   各牽引部材は、一端部で対応するロータに連結され、他端部で前記ロータに対応するステータに連結されることを特徴とする振動アクチュエータ。
9. 前記牽引部材は、弾性を有する糸状のゴム部材からなる請求項８に記載の振動アクチュエータ。
10. 前記予圧手段は、前記牽引部材としてのワイヤ部材と、前記ワイヤ部材の一端部に接続されてこのワイヤ部材に張力を発生させるバネ部材とを有する請求項８に記載の振動アクチュエータ。
11. 前記予圧手段は、前記牽引部材の張力を調整するための張力調整手段をさらに備える請求項８〜１０のいずれか一項に記載の振動アクチュエータ。
12. 前記振動手段は、互いに積層された複数の圧電素子板からなる複合振動子を有し、前記圧電素子板の積層方向の両端部に前記２つのステータがそれぞれ配置されている請求項８〜１１のいずれか一項に記載の振動アクチュエータ。

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