JP2004254353A - 駆動装置および稼動装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】簡単な構造で、小型化に有利であり、大きな駆動トルクを得ることができるとともに、例えば駆動中においても被制御体の姿勢や位置の調整（変更）を容易かつ確実に行うことができる駆動装置および稼動装置を提供する。
【解決手段】本発明の駆動装置１は、複数の被駆動体と、前記複数の被駆動体をそれぞれ駆動する複数のアクチュエータ３１２Ａ、３１２Ｂ、３１２Ｃとを備え、前記各アクチュエータ３１２Ａ、３１２Ｂ、３１２Ｃは、電気／機械変換素子を備え、前記電気／機械変換素子に交流電圧を印加することにより振動して、対応する前記被駆動体に駆動力を付与する振動体５０で構成されており、前記各アクチュエータ３１２Ａ、３１２Ｂ、３１２Ｃを互いに協調させて対応する前記被駆動体を駆動する。
【選択図】図１
【解決手段】本発明の駆動装置１は、複数の被駆動体と、前記複数の被駆動体をそれぞれ駆動する複数のアクチュエータ３１２Ａ、３１２Ｂ、３１２Ｃとを備え、前記各アクチュエータ３１２Ａ、３１２Ｂ、３１２Ｃは、電気／機械変換素子を備え、前記電気／機械変換素子に交流電圧を印加することにより振動して、対応する前記被駆動体に駆動力を付与する振動体５０で構成されており、前記各アクチュエータ３１２Ａ、３１２Ｂ、３１２Ｃを互いに協調させて対応する前記被駆動体を駆動する。
【選択図】図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、駆動装置および稼動装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、特許文献１には、単葉の羽ばたき駆動装置が開示されている。特許文献２には、複葉の羽ばたき駆動装置が開示されている。特許文献３には、鳥や蝶などに似せた羽ばたき駆動装置が開示されている。
しかしながら、前記特許文献１および２に記載の羽ばたき駆動装置では、胴体上に左右対称的に組み付けた左右一対の羽根体の羽ばたき運動が、ゴム動力にて駆動する動力クランクの回転駆動により行われている。このため、羽根体の羽ばたき運動が、ゴム動力がなくなるまで連続的に行われ、滑空機能を持たせることができない。また、ゴム動力の減衰が、そのまま羽根体の羽ばたき運動、延いては、飛行速度の減衰となる。その結果、長時間に亘る持続性が維持されず、遠距離飛行ができないばかりでなく、羽根体の羽ばたき運動や飛行速度を任意に制御することができない。しかも、羽根体の打下し時および打上げ時のピッチ角（羽根体の羽ばたき運動時における水平面に対する羽根体の前縁部と後縁部とを結ぶ翼面の角度をいう）は、飛行前に一旦設定すると、飛行中に調整することができない。
【０００３】
さらに、前記特許文献３に記載の羽ばたき駆動装置では、胴体に左右対称的に組み付けられる複数枚の羽根体の羽ばたき運動が１つの動力変換装置に連動させて行われている。しかしながら、この動力変換装置は、単に、回転運動を直線運動または揺動運動に変換して、羽根体に羽ばたき運動を伝達するだけの構造である。このため、上述した特許文献１、２と同様に、飛行中における羽根体のピッチ角の調整が行えないばかりでなく、動力変換装置自体も大型化し、重量も増大する。
要するに、前記特許文献１〜３の羽ばたき駆動装置では、玩具として実用性を有するものの、探査用小型飛行体としては実用性に乏しい。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−８５８６０号公報
【特許文献２】
特開２０００−３１７１４８号公報
【特許文献３】
特開２００２−２７４５０６号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、簡単な構造で、小型化に有利であり、大きな駆動トルクを得ることができるとともに、例えば駆動中においても被制御体の姿勢や位置の調整（変更）を容易かつ確実に行うことができる駆動装置および稼動装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
このような目的は、下記の本発明により達成される。
本発明の駆動装置は、複数の被駆動体と、前記複数の被駆動体をそれぞれ駆動する複数のアクチュエータとを備え、
前記各アクチュエータは、電気／機械変換素子を備え、前記電気／機械変換素子に電力を与えることにより変位し、対応する前記被駆動体に駆動力を付与する変形素子で構成されており、
前記各アクチュエータを互いに協調させて対応する前記被駆動体を駆動することを特徴とする。
これにより、装置全体の小型化および軽量化を図ることができ、また、大きな駆動トルクが得られ、負荷（必要とされる駆動力）の増大に応じて駆動トルクの選択、調整を容易かつ確実に行うことができ、特に、例えば駆動中においても被制御体の姿勢や位置の調整（変更）を容易かつ確実に行うことができる。
【０００７】
本発明の駆動装置では、前記協調には、前記複数のアクチュエータのうちの少なくとも２つを同期させて前記被駆動体を駆動する場合と、前記複数のアクチュエータのうちの少なくとも２つに位相差を持たせて前記被駆動体を駆動する場合と、前記複数のアクチュエータのうちの少なくとも２つを差動させて前記被駆動体を駆動する場合とのうちの少なくとも１つが含まれるのが好ましい。
【０００８】
前記同期させて前記被駆動体を駆動する場合は、駆動トルクをアクチュエータの個数に応じて増大（倍増）させることができる。
また、前記位相差を持たせて前記被駆動体を駆動する場合は、被制御体の姿勢や位置の調整を容易かつ確実に行うことができる。
また、前記差動させて前記被駆動体を駆動する場合は、駆動中においても被制御体の姿勢や位置の調整を容易かつ確実に行うことができる。
【０００９】
本発明の駆動装置では、前記差動には、前記複数のアクチュエータのうちの少なくとも２つをそれらの駆動速度に差を持たせて同一方向に駆動する場合と、前記複数のアクチュエータのうちの少なくとも１つを逆方向に駆動する場合と、前記複数のアクチュエータのうちの少なくとも１つを停止状態とする場合とのうちの少なくとも１つが含まれるのが好ましい。
これにより、駆動中においても被制御体の姿勢や位置の調整を容易かつ確実に行うことができる。
【００１０】
本発明の駆動装置は、被制御体に連結される複数の被駆動体と、前記複数の被駆動体をそれぞれ駆動する複数のアクチュエータとを備え、
前記各アクチュエータは、電気／機械変換素子を備え、前記電気／機械変換素子に電力を与えることにより変位し、対応する前記被駆動体に駆動力を付与する変形素子で構成されており、
前記各アクチュエータを互いに協調させて対応する前記被駆動体を駆動することを特徴とする。
これにより、装置全体の小型化および軽量化を図ることができ、また、大きな駆動トルクが得られ、負荷（必要とされる駆動力）の増大に応じて駆動トルクの選択、調整を容易かつ確実に行うことができ、特に、例えば駆動中においても被制御体の姿勢や位置の調整（変更）を容易かつ確実に行うことができる。
【００１１】
本発明の駆動装置は、被制御体に連結される複数の被駆動体と、前記複数の被駆動体とそれぞれ連動する複数の移動体と、前記複数の移動体をそれぞれ駆動する複数のアクチュエータとを備える駆動装置であって、
前記各アクチュエータは、電気／機械変換素子を備え、前記電気／機械変換素子に電力を与えることにより変位し、対応する前記移動体に駆動力を付与する変形素子で構成されており、
前記各アクチュエータを互いに協調させて、対応する前記移動体を介して対応する前記被駆動体を駆動することを特徴とする。
これにより、装置全体の小型化および軽量化を図ることができ、また、大きな駆動トルクが得られ、負荷（必要とされる駆動力）の増大に応じて駆動トルクの選択、調整を容易かつ確実に行うことができ、特に、例えば駆動中においても被制御体の姿勢や位置の調整（変更）を容易かつ確実に行うことができる。
【００１２】
本発明の駆動装置では、前記複数のアクチュエータのうちの少なくとも１つについては、前記変形素子は、振動体であり、前記移動体に当接して設けられ、振動により、前記移動体に力を繰り返し加えて前記移動体を駆動するのが好ましい。
これにより、部品点数を削減することができ、構造を簡素化することができる。
本発明の駆動装置では、前記移動体は、回転自在に設けられたロータであるのが好ましい。
これにより、駆動装置をより円滑に作動させることができる。
【００１３】
本発明の駆動装置では、前記被制御体は、羽ばたき駆動装置の羽根体であるのが好ましい。
これにより、大きな駆動トルクが得られ、負荷（必要とされる駆動力）の増大に応じて駆動トルクの選択、調整を容易かつ確実に行うことができ、特に、飛行中においても羽根体の姿勢や位置の調整（変更）を容易かつ確実に行える羽ばたき駆動装置が実現する。
すなわち、飛行中における羽ばたき駆動装置の羽ばたき運動や旋回・昇降姿勢等の調整が容易に行えるとともに、飛行の持続性、滑空性能および上昇性能が向上し、飛行速度の調整も容易に行える。しかも、小型軽量で少ないエネルギーで遠距離飛行が可能になるため、探査用小型飛行体として実用性に優れる。
【００１４】
本発明の駆動装置では、前記被制御体は、羽ばたき駆動装置のフレームに対し、左右対称的に設けられる少なくとも１対の羽根体であり、
前記被駆動体は、前記羽根体の前縁側基端部を支持し、前記フレームに対し、支軸を支点として回動自在に設けられた第１のステーと、前記羽根体の後縁側基端部を支持し、前記フレームに対し、支軸を支点として回動自在に設けられた第２のステーとを有し、
前記移動体は、前記第１のステーと連動し、回転自在な第１のロータと、前記第２のステーと連動し、回転自在な第２のロータとを有し、
前記第１のロータは、回転運動を往復運動に変換する第１の回転／往復運動変換機構を介し、前記第１のステーを前記支軸を支点として往復運動させ、該第１のステーの往復運動により、前記羽根体の前縁部の羽ばたき動作を行い、
前記第２のロータは、回転運動を往復運動に変換する第２の回転／往復運動変換機構を介し、前記第２のステーを前記支軸を支点として往復運動させ、該第２のステーの往復運動により、前記羽根体の後縁部の羽ばたき動作を行うのが好ましい。
【００１５】
これにより、大きな駆動トルクが得られ、負荷（必要とされる駆動力）の増大に応じて駆動トルクの選択、調整を容易かつ確実に行うことができ、特に、飛行中においても羽根体の姿勢や位置の調整（変更）を容易かつ確実に行える羽ばたき駆動装置が実現する。
すなわち、飛行中における羽ばたき駆動装置の羽ばたき運動や旋回・昇降姿勢等の調整が容易に行えるとともに、飛行の持続性、滑空性能および上昇性能が向上し、飛行速度の調整も容易に行える。しかも、小型軽量で少ないエネルギーで遠距離飛行が可能になるため、探査用小型飛行体として実用性に優れる。
【００１６】
本発明の駆動装置では、前記被制御体は、羽ばたき駆動装置のフレームに対し、左右対称的に設けられる１対の羽根体であり、
前記被駆動体は、前記羽根体の前縁側基端部を支持し、前記フレームに対し、支軸を支点として回動自在に設けられた第１のステーと、前記羽根体の後縁側基端部を支持し、前記フレームに対し、支軸を支点として回動自在に設けられた第２のステーとを有し、
前記移動体は、前記第１のステーと連動し、回転自在な第１のロータと、前記第２のステーと連動し、回転自在な第２のロータとを有し、
前記第１のロータは、回転運動を往復運動に変換する第１の回転／往復運動変換機構を介し、前記第１のステーを前記支軸を支点として往復運動させ、該第１のステーの往復運動により、前記羽根体の前縁部の羽ばたき動作を行い、
前記第２のロータは、回転運動を往復運動に変換する第２の回転／往復運動変換機構を介し、前記第２のステーを前記支軸を支点として往復運動させ、該第２のステーの往復運動により、前記羽根体の後縁部の羽ばたき動作を行うのが好ましい。
【００１７】
これにより、大きな駆動トルクが得られ、負荷（必要とされる駆動力）の増大に応じて駆動トルクの選択、調整を容易かつ確実に行うことができ、特に、飛行中においても羽根体の姿勢や位置の調整（変更）を容易かつ確実に行える羽ばたき駆動装置が実現する。
すなわち、飛行中における羽ばたき駆動装置の羽ばたき運動や旋回・昇降姿勢等の調整が容易に行えるとともに、飛行の持続性、滑空性能および上昇性能が向上し、飛行速度の調整も容易に行える。しかも、小型軽量で少ないエネルギーで遠距離飛行が可能になるため、探査用小型飛行体として実用性に優れる。
【００１８】
本発明の駆動装置では、前記第２のステーは、前記羽根体の後縁側基端部を該羽根体の翼幅方向に移動し得るように支持するのが好ましい。
本発明の駆動装置では、前記左右対称的に設けられる１対の羽根体の前記第１のステーのそれぞれは、互いに連動して同一方向に駆動され、前記第２のステーのそれぞれは、互いに独立して駆動されるのが好ましい。
これにより、一方の羽根体の羽ばたき運動を他方の羽根体に伝達することが可能になり、他方の羽根体を羽ばたき運動させるアクチュエータが不要になる。その結果、小型化および軽量化を図ることができ、また、コストを低減することができる。
【００１９】
本発明の駆動装置では、前記第２のステーを前記支軸を支点として、前記第１のステーに対し、相対的に回動させることにより、前記羽根体のピッチ角を調整するのが好ましい。
これにより、羽根体のピッチ角を容易かつ確実に調整することができ、このピッチ角の調整により、理想的な飛行を行うことができる。
【００２０】
本発明の駆動装置では、前記羽根体の打上げ時は、該羽根体のピッチ角が比較的大きくなり、前記羽根体の打下げ時は、該羽根体のピッチ角が比較的小さくなるように調整するよう構成されているのが好ましい。
これにより、羽根体の打下ろし時に翼裏面側に受ける空気抵抗が大きくなり、大きな揚力が得られ、羽ばたき駆動装置の上昇力が高まる。また、羽根体の打上げ時に翼表面側に受ける空気抵抗が小さくなり、羽根体の打上げ時における羽ばたき駆動装置の下降量が最小限に抑えられる。
【００２１】
本発明の駆動装置では、前記羽ばたき駆動装置が、前記羽根体の羽ばたき角を一定に保持した滑空状態と、前記羽根体が連続的に羽ばたき動作を行う羽ばたき状態とをとり得るよう構成されているのが好ましい。
これにより、理想的な飛行を行うことができる。
本発明の駆動装置では、前記電気／機械変換素子は、圧電素子であるのが好ましい。
【００２２】
本発明の稼動装置は、本発明の駆動装置と、
前記駆動装置により駆動制御される被制御体とを有することを特徴とする。
これにより、装置全体の小型化および軽量化を図ることができ、また、大きな駆動トルクが得られ、負荷（必要とされる駆動力）の増大に応じて駆動トルクの選択、調整を容易かつ確実に行うことができ、特に、例えば駆動中においても被制御体の姿勢や位置の調整（変更）を容易かつ確実に行うことができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の駆動装置および稼動装置を添付図面に示す好適実施形態に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明の駆動装置を羽ばたき駆動装置の駆動装置に適用した場合、すなわち、本発明の稼動装置を羽ばたき駆動装置に適用した場合の実施形態を示す平面図である。
【００２４】
図１に示すように、羽ばたき駆動装置（稼動装置）２０は、互いに平行に設けられた左右１対の胴体を形成するフレーム２１、２２と、これらフレーム２１、２２にそれぞれ左右対称的に組み付けられ、翼形の断面形状をなす１対の羽根体（被制御体）２３、２３と、この１対の羽根体２３、２３を駆動（駆動制御）する駆動装置１とを有している。この駆動装置１は、第１のアクチュエータ３１２Ａを備えた第１の駆動機構３０Ａと、第２のアクチュエータ３１２Ｂを備えた第２の駆動機構３０Ｂと、第３のアクチュエータ３１２Ｃを備えた第３の駆動機構３０Ｃとを有する。
【００２５】
各羽根体２３は、その前縁部２３１側の基端部（前縁側基端部）２３２を支持する第１のステー（被駆動体）２４と、その後縁部２３３側の基端部（後縁側基端部）２３４を支持する第２のステー（被駆動体）２５とを有する。
一方の羽根体２３は、第１のステー２４と第２のステー２５とをフレーム２１に支軸２６Ａ、２６Ｂを介してそれぞれ軸支され、これら支軸２６Ａ、２６Ｂを支点として上下方向（図１中、紙面に垂直な方向）に回動自在に取り付けられる。同様に、他方の羽根体２３は、第１のステー２４と第２のステー２５とをフレーム２２に支軸２７Ａ、２７Ｂを介してそれぞれ軸支され、これら支軸２７Ａ、２７Ｂを支点として上下方向（図１中、紙面に垂直な方向）に回動自在に取り付けられる。
【００２６】
また、各羽根体２３の第１のステー２４同士は、連動機構２８を介して連結されている。これにより、これら第１のステー２４、２４は、連動機構２８によって互いに連動（同期）して同一方向に駆動する。
この場合、各羽根体２３は、第１のステー２４の軸周りに旋回（回動）可能になっている。また、第２のステー２５は、羽根体２３の後縁側基端部２３４に形成されたスライド片部２３５の長孔２３６に係合し（挿入され）、翼幅方向（図１中、上下方向）に移動可能（摺動可能）に羽根体２３の後縁側基端部２３４を支持する。これにより、羽根体２３の第１のステー２４の軸周りの旋回（回動）が許容される。
【００２７】
そして、各羽根体２３の第１のステー２４同士は、第１のアクチュエータ３１２Ａを有する第１の駆動機構３０Ａにより、互いに連動して同一方向に駆動される。各羽根体２３の第２のステー２５は、互いに独立して、それぞれ、第２のアクチュエータ３１２Ｂを有する第２の駆動機構３０Ｂおよび第３のアクチュエータ３１２Ｃを有する第３の駆動機構３０Ｃにより、駆動される。第１の駆動機構３０Ａと第２の駆動機構３０Ｂとは、回転軸２９Ａを共有して同軸上に独立して配置される。一方、第３の駆動機構３０Ｃは、第２の駆動機構３０Ｂと独立して回転軸２９Ｂを介して配置される。
【００２８】
これら第１、第２および第３の駆動機構３０Ａ、３０Ｂおよび３０Ｃ（第１、第２および第３のアクチュエータ３１２Ａ、３１２Ｂ、３１２Ｃ）は、互いに協調して、１対の羽根体２３、２３を駆動する。すなわち、第１、第２および第３のアクチュエータ３１２Ａ、３１２Ｂ、３１２Ｃは、互いに協調して、各羽根体２３の第１のステー２４、第２のステー２５を駆動する。
【００２９】
図２は、図１中のＩＩ−ＩＩ線での断面図であり、上記した羽根体２３の第１のステー２４を駆動する第１の駆動機構３０Ａを示す。
図２に示すように、この第１の駆動機構３０Ａは、回転軸２９Ａに回転自在に設けた第１のロータ（移動体）３１１Ａと、この第１のロータ３１１Ａを回転駆動する第１のアクチュエータ３１２Ａとを有する。以下、第１のロータを単に「ロータ」、第１のアクチュエータを単に「アクチュエータ」とも言う。ロータ３１１Ａには、クランクピン３１３Ａが設けられ、このクランクピン３１３Ａには、クランクアーム３１４の一端が軸支されている。そして、このクランクアーム３１４の他端は、第１のステー２４に設けたピン３１５に軸支し、これらクランクピン３１３Ａ、クランクアーム３１４およびピン３１５により、第１のクランク機構（第１の回転／往復運動変換機構）３２を構成する。
【００３０】
図３は、連動機構を示す説明図である。
図３に示すように、各羽根体２３の第１のステー２４同士は、扇形歯車２８１、２８２を介して連結されている。すなわち、一方の第１のステー２４の端部には、扇形歯車２８１が設けられ、他方の第１のステー２４の端部には、前記扇形歯車２８１と噛合する扇形歯車２８２が設けられており、これら扇形歯車２８１、２８２により連動機構２８が構成される。
【００３１】
この連動機構２８により、各羽根体２３の第１のステー２４同士は、互いに連動（同期）して同一方向に駆動する。
これにより、アクチュエータ（駆動機構）を１つ削減することができ、その結果、小型化および軽量化を図ることができ、また、コストを低減することができる。
【００３２】
図４は、図１中のＩＩＩ−ＩＩＩ線での断面図であり、上記した一方の羽根体２３の第２のステー２５を駆動する第２の駆動機構３０Ｂを示す。
図４に示すように、第２の駆動機構３０Ｂは、回転軸２９Ａに回転自在に設けた第２のロータ（移動体）３１１Ｂと、この第２のロータ３１１Ｂを回転駆動する第２のアクチュエータ３１２Ｂとを有する。以下、第２のロータを単に「ロータ」、第２のアクチュエータを単に「アクチュエータ」とも言う。ロータ３１１Ｂには、クランクピン３１３Ｂが設けられている。このクランクピン３１３Ｂは、第２のステー２５に形成したスライド溝（長孔）３１６に係合し、これらクランクピン３１３Ｂおよびスライド溝３１６により、スライダクランクからなる第２のクランク機構（第２の回転／往復運動変換機構）３３を構成する。
【００３３】
図１に示すように、上記した他方の羽根体２３の第２のステー２５を駆動する第３の駆動機構３０Ｃは、第３のロータ（移動体）３１１Ｃと、この第３のロータ３１１Ｃを回転駆動する第３のアクチュエータ３１２Ｃとを有する。以下、第３のロータを単に「ロータ」、第３のアクチュエータを単に「アクチュエータ」とも言う。この第３の駆動機構３０Ｃは、上記した第２の駆動機構３０Ｂと同様の構成を有する（例えば、第２のクランク機構３３と同様の図示しない第３のクランク機構等を有する）ため、その説明は省略する。
なお、第１のステー２４を駆動する第１の駆動機構３０Ａにおけるクランク機構（図２参照）と、第２のステー２５を駆動する第２の駆動機構３０Ｂにおけるクランク機構（図４参照）とを互いに同一構造のクランク機構（回転／往復運動変換機構）にすることも可能である。
【００３４】
本実施形態における駆動装置１の主要部は、前記第１の駆動機構３０Ａ、第２の駆動機構３０Ｂおよび第３の駆動機構３０Ｃ、すなわち、前記第１、第２および第３のアクチュエータ３１２Ａ、３１２Ｂ、３１２Ｃ、第１、第２および第３のロータ３１１Ａ、３１１Ｂ、３１１Ｃ、１対の第１のステー２４、２４、１対の第２のステー２５、２５、第１のクランク機構３２、第２のクランク機構３３、連動機構２８、図示しない第３のクランク機構等で構成される。
【００３５】
第１、第２、第３のアクチュエータ３１２Ａ、３１２Ｂ、３１２Ｃは、それぞれ、例えば矩形の板状をなす振動体（変形素子）５０で構成され、この振動体５０には、後述する振動伝達体としての凸部５１が突出している。第１のアクチュエータ３１２Ａを構成する振動体５０の凸部５１は、第１のロータ３１１Ａの摺動面（当接部）３１１ａに押圧状態で摩擦摺動可能に接触（当接）している。同様に、第２のアクチュエータ３１２Ｂを構成する振動体５０の凸部５１は、第２のロータ３１１Ｂの摺動面（当接部）３１１ｂに押圧状態で摩擦摺動可能に接触（当接）している。同様に、第３のアクチュエータ３１２Ｃを構成する振動体５０の凸部５１は、第３のロータ３１１Ｃの摺動面（当接部）３１１ｃに押圧状態で摩擦摺動可能に接触（当接）している。
【００３６】
各凸部５１は、第１、第２、第３のロータ３１１Ａ、３１１Ｂ、３１１Ｃの摺動面３１１ａ、３１１ｂ、３１１ｃに対し、滑ることができる。従って、凸部５１と、３１１ａ、３１１ｂ、３１１ｃとで、滑り機構が構成される。この滑り機構の構成により、過大な負荷が加わったとしても、破損を防止することができる。
これら第１、第２、第３のアクチュエータ３１２Ａ、３１２Ｂ、３１２Ｃの駆動により、第１、第２、第３のロータ３１１Ａ、３１１Ｂ、３１１Ｃが個々に回転駆動される。
【００３７】
なお、第１、第２、第３のロータ３１１Ａ、３１１Ｂ、３１１Ｃには、それぞれ、第１、第２、第３のロータ３１１Ａ、３１１Ｂ、３１１Ｃの回転量（移動量）を検出する回転量検出手段（移動量検出手段）としてのロータリエンコーダ８が設置されている。このロータリエンコーダ８の機能は、図７に示す後述する駆動制御回路で説明する。
【００３８】
ここで、前記「協調」とは、第１、第２、第３のアクチュエータ３１２Ａ、３１２Ｂ、３１２Ｃが、相互に関連し合う（所定の関係を持つ）ことであり、例えば、第１、第２、第３のアクチュエータ３１２Ａ、３１２Ｂ、３１２Ｃのうちの２つまたはすべてを同期させて第１、第２のステー（被駆動体）２４、２５を駆動する場合、第１、第２、第３のアクチュエータ３１２Ａ、３１２Ｂ、３１２Ｃのうちの２つまたはすべてに位相差を持たせて第１、第２のステー２４、２５を駆動する場合、第１、第２、第３のアクチュエータ３１２Ａ、３１２Ｂ、３１２Ｃのうちの２つまたはすべてを差動させて第１、第２のステー２４、２５を駆動する場合等が挙げられる。
【００３９】
また、前記「差動」としては、例えば、第１、第２、第３のアクチュエータ３１２Ａ、３１２Ｂ、３１２Ｃのうちの２つまたはすべてをそれらの駆動速度に差を持たせて同一方向に駆動する場合、第１、第２、第３のアクチュエータ３１２Ａ、３１２Ｂ、３１２Ｃのうちの１つまたは２つを逆方向に駆動する場合、第１、第２、第３のアクチュエータ３１２Ａ、３１２Ｂ、３１２Ｃのうちの１つまたは２つを停止状態とする場合等が挙げられる。
【００４０】
図５は、アクチュエータを構成する振動体の斜視図、図６は、図５中のＩ−Ｉ線での断面図である。
なお、第１アクチュエータ３１２Ａと、第２アクチュエータ３１２Ｂと、第３のアクチュエータ３１２Ｃとは、同一構造の振動体５０で構成されているので、ここでは代表的に第１のアクチュエータ３１２Ａを説明する。
【００４１】
図５および図６に示すように、振動体（変形素子）５０は、４つの第１の電極５２ａ、５２ｂ、５２ｃおよび５２ｄと、電気／機械変換素子（第１の電気／機械変換素子）としての第１の圧電素子５３と、補強板５４と、電気／機械変換素子（第２の電気／機械変換素子）としての第２の圧電素子５５と、４つの第２の電極５６ａ、５６ｂ、５６ｃおよび５６ｄとを順に積層して構成されている。この場合、第１の電極５２ａ〜５２ｄ、第２の電極５６ａ〜５６ｄは、第１の電極５２ａ〜５２ｄと、第２の電極５６ａ〜５６ｄとが、それぞれ、対応するように配置されている。
【００４２】
第１の電極５２ａ、５２ｃおよび第２の電極５６ａ、５６ｃは、互いに電気的に直列に接続され、これらにより、第１のグループ電極５７を構成している。同様にして、第１の電極５２ｂ、５２ｄおよび第２の電極５６ｂ、５６ｄもまた、互いに電気的に直列に接続され、これらにより、第２のグループ電極５８を構成している。第１および第２のグループ電極５７、５８は、後述する駆動制御回路に接続されている。
第１および第２の圧電素子５３、５５は、補強板５４の両面にそれぞれ設置（固着）されており、これらに交流電圧が印加されると、第１および第２の圧電素子５３、５５は、長方形状をなす第１および第２の圧電素子５３、５５の長手方向Ｂに伸長・収縮（変位）する。
【００４３】
これらの圧電素子５３、５５の構成材料としては、特に限定されないが、例えばチタン酸ジルコニウム酸鉛（ＰＺＴ）、水晶、ニオブ酸リチウム、チタン酸バリウム、チタン酸鉛、メタニオブ酸鉛、ポリフッ化ビニリデン、亜鉛ニオブ酸鉛、スカンジウムニオブ酸鉛等の各種のものが好適に用いられる。
振動体５０の第１および第２の圧電素子５３、５５に印加する交流電圧の周波数は、特に限定されないが、振動体５０の振動（縦振動）の共振周波数とほぼ同程度であることが好ましい。これにより、振動体５０の振幅が大きくなり、高い効率で第１のロータ３１１Ａを駆動することができる。
【００４４】
前記振動体５０をより詳細に説明すると、振動体５０においては、第１の圧電素子５３を４つの長方形の領域にほぼ等しく分割（区分）し、分割された各領域に、第１の電極５２ａ〜５２ｄがそれぞれ設置されている。同様にして、第２の圧電素子５５もまた４つの領域に分割（区分）し、分割された各領域に、第２の電極５６ａ〜５６ｄが第１の圧電素子５３の第１の電極５２ａ〜５２ｄに対して図５および図６中上下対称的にそれぞれ設置されている。
【００４５】
また、第１および第２の圧電素子５３、５５間に介在された補強板５４は、振動体５０全体を補強する機能を有し、振動体５０が過振幅、外力等によって損傷するのを防止する。補強板５４の構成材料としては、特に限定されないが、例えばステンレス鋼、アルミニウムまたはアルミニウム合金、チタンまたはチタン合金、銅または銅系合金等の弾性を有する各種金属材料であるのが好ましい。
また、補強板５４は、第１および第２の圧電素子５３、５５に対する共通の電極としての機能も有している。なお、補強板５４は、アース（接地）されている。
この補強板５４には、凸部５１が一体的に形成されている。
【００４６】
補強板５４の厚さは、第１および第２の圧電素子５３、５５の厚さよりも薄くするのが好ましい。これにより、振動体５０、すなわち凸部５１を高い効率で振動させることができる。
ここで、第１のグループ電極５７または第２のグループ電極５８からの交流電圧が補強板５４を介して第１の圧電素子５３と第２の圧電素子５５とに印加されると、第１および第２の圧電素子５３、５５は、所定方向に屈曲振動する。これら第１および第２の圧電素子５３、５５の屈曲振動に伴い、補強板５４も屈曲振動し、これにより、凸部５１は、長手方向Ｂに対して傾斜した斜めの方向に往復振動（往復運動）または楕円振動（楕円運動）する（変位する）。この振動が第１のロータ３１１Ａの摺動面３１１ａに伝達され、第１のロータ３１１Ａが、正方向（時計回り方向）Ａ１または逆方向Ａ２（反時計回り方向）に回転駆動される。
【００４７】
このとき、非駆動状態（駆動停止状態）、すなわち通電停止状態にある第１のグループ電極５７または第２のグループ電極５８は、後述するように、振動検出手段として利用される。
ここで、前記振動体５０の「電気／機械変換素子」とは、電気エネルギーが供給されることにより、変形する部材（部分）を有する素子を言う。
なお、本実施形態では、電気／機械変換素子として、圧電素子を用いているが、本発明では、これに限定されない。他の電気／機械変換素子としては、例えば、形状記憶素子、磁歪素子、人工筋肉等が挙げられる。
【００４８】
図７は、アクチュエータの駆動制御回路の構成例を示すブロック図である。
なお、第１のアクチュエータ３１２Ａの駆動制御回路と、第２のアクチュエータ３１２Ｂの駆動制御回路と、第３のアクチュエータ３１２Ｃの駆動制御回路とは、その構成が同様であるので、ここでは代表的に第１のアクチュエータ３１２Ａの駆動制御回路を説明する。
【００４９】
駆動制御回路は、振動体５０が接続されるスイッチング回路９と駆動回路１０とで構成されている。スイッチング回路９は、互いに連動する第１の切換スイッチ部９０Ａと第２の切換スイッチ部９０Ｂとを有する。
第１の切換スイッチ部９０Ａは、振動体５０の第１のグループ電極５７が接続される端子９１および一対の切換端子９２、９３を有する。同様に、第２の切換スイッチ部９０Ｂは、振動体５０の第２のグループ電極５８が接続される端子９４および一対の切換端子９５、９６を有する。
【００５０】
すなわち、スイッチング回路９は、通電による交流電圧の印加により第１および第２の圧電素子５３、５５を屈曲振動させるグループ電極と、非駆動状態を維持させることにより振動検出手段として利用するグループ電極とに切り換える。
一方、駆動回路１０は、発振回路１０１、増幅回路１０２および移動量制御回路１０３を備えている。発振回路１０１の入力側は、第１の切換スイッチ部９０Ａの切換端子９３および第２の切換スイッチ部９０Ｂの切換端子９５にそれぞれ接続される。また、増幅回路１０２の出力側は、第１の切換スイッチ部９０Ａの切換端子９２および第２の切換スイッチ部９０Ｂの切換端子９６にそれぞれ接続される。
【００５１】
スイッチング回路９には、第１のロータ３１１Ａの回転方向（移動方向）として、正方向Ａ１または逆方向Ａ２が指示される。このスイッチング回路９は、第１のロータ３１１Ａの回転方向の指示情報に基づいて、振動体５０の第１のグループ電極５７または第２のグループ電極５８を選択的に切換え、通電させる。これにより、第１および第２の圧電素子５３、５５に交流電圧が、発振回路１０１および増幅回路１０２を介して印加され、第１および第２の圧電素子５３、５５および補強板５４は所定方向に屈曲振動し、凸部５１が長手方向Ｂに対して傾斜した斜めの方向に往復振動または楕円振動する。
【００５２】
この凸部５１の振動により、第１のロータ３１１Ａに力が繰り返し加えられ、その第１のロータ３１１Ａが回転駆動される。この第１のロータ３１１Ａの回転方向は、第１の切換スイッチ部９０Ａおよび第２の切換スイッチ部９０Ｂによる第１のグループ電極５７または第２のグループ電極５８の切り換えにて正方向Ａ１または逆方向Ａ２に切り換えられる。
【００５３】
移動量制御回路１０３には、第１のロータ３１１Ａの外周部に設置された移動量検出手段としてのロータリエンコーダ８が接続される。ロータリエンコーダ８は、複数のスリットが一定間隔で形成されたスリット回転板８１と、発光部および受光部を有するセンサ８２とで構成される。スリット回転板８１は、第１のロータ３１１Ａと一体的に回転する。
【００５４】
この場合、センサ８２としては、例えばフォトリフレクタやフォトインタラプタ等が好適に用いられる。フォトリフレクタは、スリット回転板８１の外周部に向けて光を照射する発光素子と、スリット回転板８１にて反射した光（反射光）を受光する受光素子（光電変換素子）とで構成される。一方、フォトインタラプタは、スリット回転板８１の外周部へ向けて光を照射する発光素子と、スリット回転板８１を透過した光（透過光）を受光する受光素子（光電変換素子）とで構成される。
【００５５】
移動量制御回路１０３には、第１のロータ３１１Ａの回転数（回転速度）や回転量が指示される。第１のロータ３１１Ａが回転すると、ロータリエンコーダ８のスリット回転板８１が第１のロータ３１１Ａと一体的に回転する。このスリット回転板８１の回転数（回転速度）や回転量は、第１のロータ３１１Ａの回転数や回転量に対応する。第１のロータ３１１Ａの回転に伴って、センサ８２からは、スリット回転板８１の回転量に応じたパルス信号が出力され、このパルス信号は、移動量制御回路１０３に入力される。
【００５６】
このとき、移動量制御回路１０３は、センサ８２からのパルス信号を計数し、この計数値に基づいて、第１のロータ３１１Ａの回転量を求める。また、第１のロータ３１１Ａの回転速度は、センサ８２からのパルスの周期または所定時間内のパルス数に基づいて求めることができる。
なお、移動量検出手段としては、上記したロータリエンコーダ８のような光学的な検出手段に限らず、磁気的な検出手段であってもよい。
【００５７】
次に、前記駆動制御回路の作用を説明する。
電源スイッチ（図示せず）がオンの状態において、スイッチング回路９では、第１のロータ３１１Ａの回転方向の指示があると、それに基づいて、第１および第２の切換スイッチ部９０Ａ、９０Ｂが連動して作動する。また、駆動回路１０の移動量制御回路１０３では、第１のロータ３１１Ａの回転数（回転速度）や回転量の指示があると、それに基づいて、増幅回路１０２等を制御する。
【００５８】
第１のロータ３１１Ａの回転方向が正方向Ａ１に指示された場合には、第１の切換スイッチ部９０Ａの端子９１と切換端子９３が接続し、第２の切換スイッチ部９０Ｂの端子９４と切換端子９６が接続する。このスイッチング回路９の切り換えにより、駆動回路１０の増幅回路１０２の出力側と、振動体５０の第２のグループ電極５８とが導通し、第１のグループ電極５７と、駆動回路１０の発振回路１０１の入力側とが導通する。これにより、発振回路１０１から出力される交流電圧が、移動量制御回路１０３の指示に基づいて増幅回路１０２にて増幅制御される。
【００５９】
このように、増幅回路１０２により増幅された交流電圧は、第２のグループ電極５８を構成する電極５２ｂ、５２ｄ、５６ｂおよび５６ｄと、補強板５４との間に印加される。これにより、第１および第２の圧電素子５３、５５の電極５２ｂ、５２ｄ、５６ｂおよび５６ｄに対応する部分がそれぞれ繰り返し伸縮し、その第１および第２の圧電素子５３、５５および補強板５４は、屈曲振動する。このような第１および第２の圧電素子５３、５５および補強板５４の屈曲振動により、凸部５１は、長手方向Ｂに対して傾斜した斜めの方向に往復振動または楕円振動する。この凸部５１の振動により、第１のロータ３１１Ａに摩擦力（押圧力）が繰り返し加えられ、第１のロータ３１１Ａが直接回転駆動される。すなわち、第１のロータ３１１Ａは、凸部５１の振動により、その凸部５１に対し摩擦摺動し、正方向Ａ１に回転する。この第１のロータ３１１Ａの回転により、後述するように、第１のステー２４は、第１のクランク機構３２を介して、支軸２６Ａを支点として往復運動（回動）する。
【００６０】
このとき、第１グループ電極５７は、非駆動状態（駆動停止状態）にある。これら第１グループ電極５７を構成する電極５２ａ、５２ｃ、５６ａおよび５６ｃは、それぞれ検出電極（振動検出手段）となり、各電極５２ａ、５２ｃ、５６ａおよび５６ｃと、補強板５４との間に電圧（誘起電圧）が誘起される。この誘起電圧は、発振回路１０１に検出電圧として入力される。そして、発振回路１０１では、入力された検出電圧に基づいて、振動体５０の振幅が最大、すなわち、検出電圧が最大になるような周波数（共振周波数）の交流電圧を出力する。これにより、第１のロータ３１１Ａを効率良く回転させることが可能になる。
【００６１】
移動量制御回路１０３は、ロータリエンコーダ（移動量検出手段）８による検出値と、予め指示された第１のロータ３１１Ａの回転数（目標値）や回転量（目標値）とに基づいて各グループ電極５７、５８への通電を制御する。
すなわち、ロータリエンコーダ８から移動量制御回路１０３にパルス信号が入力されると、上述したように、移動量制御回路１０３は、入力されたパルスを計数し、その計数値（パルス数）に基づいて第１のロータ３１１Ａの回転数や回転量を求め、この実測値と、予め指示された第１のロータ３１１Ａの目標値とを比較する。そして、第１のロータ３１１Ａの実測値が、予め指示された目標値と一致するまで、第１のアクチュエータ３１２Ａが駆動される。これにより、第１のロータ３１１Ａの正方向Ａ１への回転駆動が制御される。
【００６２】
一方、スイッチング回路９に第１のロータ３１１Ａの回転方向が逆方向Ａ２に指示された場合には、第１の切換スイッチ部９０Ａの端子９１と切換端子９２が接続し、第２の切換スイッチ部９０Ｂの端子９４と切換端子９５が接続する。このスイッチング回路９の切り換えにより、駆動回路１０の増幅回路１０２の出力側と、振動体５０の第１のグループ電極５７とが導通し、第２のグループ電極５８と、駆動回路１０の発振回路１０１の入力側とが導通する。以降の動作は、上述した第１のロータ３１１Ａの回転方向が正方向Ａ１に指示された場合と同様であるため、その説明は省略する。
【００６３】
次に、第１のステー２４および第２のステー２５の駆動による各羽根体２３の作動（作動状態）を説明する。この場合、左右両羽根体２３は、実質的に同一の作動を行うので、代表的に、一方の羽根体２３の作動のみを説明する。
図８は、羽根体の前縁部の羽ばたき運動（羽ばたき状態）を示す説明図である。
【００６４】
図８（ａ）に示すように、羽根体２３の第１のステー２４は、初期待機状態において、支軸２６Ａの支点を通る翼長方向（図８中、左右方向）における水平軸線Ｘ−Ｘと平行となっている。図２に示す第１の駆動機構３０Ａは、ロータ３１１Ａを一方向、例えば正方向（時計回りの方向）Ａ１にのみ連続して回転駆動するように、第１のアクチュエータ３１２Ａを駆動制御する。
【００６５】
この状態で、第１のアクチュエータ３１２Ａによりロータ３１１Ａを正方向Ａ１に回転駆動すると、図８（ｂ）に示すように、第１のクランク機構３２のクランクピン３１３Ａは、ロータ３１１Ａの回転駆動と共に正方向Ａ１に回転する。このクランクピン３１３Ａの回転により、第１のステー２４は、クランクアーム３１４およびピン３１５を介して支軸２６Ａを支点として上方（時計回りの方向）に回動し、上昇する。これにより、羽根体２３の前縁部２３１が打上げ方向Ｆ１に跳ね上げられる。
【００６６】
この羽根体２３の前縁部２３１における打上げ動作は、クランクピン３１３Ａがロータ３１１Ａの上死点に至るまで続行される。クランクピン３１３Ａがロータ３１１Ａの上死点に達したとき、水平軸線Ｘ−Ｘと第１のステー２４の中心軸線Ｐ−Ｐとのなす角、すなわち、羽根体２３の前縁部２３１の打上げ角α１が最大（最大打上げ角α１ＭＡＸ）となる。
【００６７】
そして、クランクピン３１３Ａがロータ３１１Ａの上死点を超えると、図８（ｃ）に示すように、第１のステー２４は、支軸２６Ａを支点として下方（反時計回りの方向）に回動し、下降する。これにより、羽根体２３の前縁部２３１が打下し方向Ｆ２に打付けられる。
この羽根体２３の前縁部２３１における打下し動作は、クランクピン３１３Ａがロータ３１１Ａの下死点に至るまで続行される。クランクピン３１３Ａがロータ３１１Ａの下死点に達したとき、水平軸線Ｘ−Ｘと第１のステー２４の中心軸線Ｐ−Ｐとのなす角、すなわち、羽根体２３の前縁部２３１の打下し角α２が最大（最大打下し角α２ＭＡＸ）となる。
【００６８】
このように、第１のアクチュエータ３１２Ａによるロータ３１１Ａの正方向Ａ１の連続的な回転駆動が、第１のクランク機構３２により、支軸２６Ａを支点とする第１のステー２４の往復運動（回動）に変換される。この第１のステー２４の往復運動により、羽根体２３の前縁部２３１には、最大打上げ角α１ＭＡＸおよび最大打下し角α２ＭＡＸに応じた羽ばたき角（α１ＭＡＸ＋α２ＭＡＸ）の範囲で連続的な羽ばたき運動が付与される。
【００６９】
同様に、羽根体２３の後縁部２３３の羽ばたき運動は、図４に示すように、第２のアクチュエータ３１２Ｂによりロータ３１１Ｂを正方向Ａ１に連続して回転駆動することにより行われる。ロータ３１１Ｂが回転駆動すると、第２のクランク機構３３のクランクピン３１３Ｂは、ロータ３１１Ｂの回転駆動と共に正方向Ａ１に回転する。このロータ３１１Ｂの回転で、クランクピン３１３Ｂは、第２のステー２５の軸方向に形成されたスライド溝３１６に沿って摺動し、第２のステー２５は、支軸２６Ｂを支点として上方（時計回りの方向）に回動し、上昇する。これにより、羽根体２３の後縁部２３３が打上げ方向Ｆ１に跳ね上げられる（図８（ｂ）参照）。
【００７０】
この羽根体２３の後縁部２３３における打上げ動作は、クランクピン３１３Ｂがロータ３１１Ｂの上死点に至るまで続行される。クランクピン３１３Ｂがロータ３１１Ｂの上死点に達したとき、水平軸線Ｘ−Ｘと第２のステー２５の中心軸線Ｐ−Ｐとのなす角、すなわち、羽根体２３の後縁部２３３の打上げ角α１が最大（最大打上げ角α１ＭＡＸ）となる（図８（ｂ）参照）。
【００７１】
そして、クランクピン３１３Ｂがロータ３１１Ｂの上死点を超えると、第２のステー２５は、支軸２６Ｂを支点として下方（反時計回りの方向）に回動し、下降する。これにより、羽根体２３の後縁部２３３が打下し方向Ｆ２に打付けられる（図８（ｃ）参照）。
この羽根体２３の後縁部２３３における打下し動作は、クランクピン３１３Ｂがロータ３１１Ｂの下死点に至るまで続行される。クランクピン３１３Ｂがロータ３１１Ｂの下死点に達したとき、水平軸線Ｘ−Ｘと第２のステー２５の中心軸線Ｐ−Ｐとのなす角、すなわち、羽根体２３の後縁部２３３の打下し角α２が最大（最大打下し角α２ＭＡＸ）となる（図８（ｃ）参照）。
【００７２】
このように、第２のアクチュエータ３１２Ｂによるロータ３１１Ｂの正方向Ａ１の連続的な回転駆動が、第２のクランク機構３３により、支軸２６Ｂを支点とする第２のステー２５の往復運動（回動）に変換される。この第２のステー２５の往復運動により、羽根体２３の後縁部２３３には、最大打上げ角α１ＭＡＸおよび最大打下し角α２ＭＡＸに応じた羽ばたき角（α１ＭＡＸ＋α２ＭＡＸ）の範囲で連続的な羽ばたき運動が付与される。
【００７３】
このようにして、羽根体２３の前縁部２３１および後縁部２３３がそれぞれ連続的な羽ばたき動作をし、これにより、羽根体２３全体が連続的に羽ばたき動作を行う（羽ばたき状態となる）。
この場合、前述したように、第１、第２および第３のアクチュエータ３１２Ａ、３１２Ｂ、３１２Ｃは、互いに協調して、第１、第２および第３のロータ３１１Ａ、３１１Ｂ、３１１Ｃと、第１のクランク機構３２と、第２のクランク機構３３と、連動機構２８とを介して、１対の第１のステー２４および１対の第２のステー２５を駆動する。
【００７４】
図９は、図１中のＩＶ−ＩＶ線での断面図であり、羽根体のピッチ角の調整状態を示す。
この場合、例えば、図４に示す第２の駆動機構３０Ｂにおいて、ロータ３１１Ｂを正方向（時計回りの方向）Ａ１または逆方向（反時計周りの方向）Ａ２に所望の回転量で回転駆動するように、第２のアクチュエータ３１２Ｂが駆動制御される。
【００７５】
図９（ａ）に示すように、羽根体２３の後縁側基端部２３４を支持する第２のステー２５は、図８（ａ）および図９（ａ）に示す初期待機状態において、第１のステー２４の支持点を通る翼幅方向における水平軸線Ｙ−Ｙ上に位置する。
そして、例えば、第１のアクチュエータ３１２Ａの停止状態、すなわち、羽根体２３の前縁部２３１を支持する第１のステー２４の停止状態において、第２のアクチュエータ３１２Ｂによりロータ３１１Ｂが正方向Ａ１に回転駆動すると、第２のステー２５は、上述したように、支軸２６Ｂを支点として上方に回動し、上昇する。
【００７６】
これにより、図９（ｂ）に示すように、羽根体２３の前縁部２３１が第１のステー２４の軸周りに時計回りの方向に回転する。すなわち、羽根体２３が第１のステー２４の支持点を支点として上方に旋回（回転）する。このとき、第２のステー２５は、ロータ３１１Ｂの回転駆動と共に羽根体２３の後縁側基端部２３４に形成されたスライド片部２３５の長孔２３６に沿って翼幅方向に移動（摺動）する。
【００７７】
前記羽根体２３の上方への旋回動作により、羽根体２３の上方（＋方向）へのピッチ角（＋β１）の調整がなわれる。この場合、羽根体２３のピッチ角とは、第１のステー２４の支持点を通る翼幅方向における水平軸線Ｙ−Ｙと、第１のステー２４による羽根体２３の前縁側基端部２３２の支持点と第２のステー２５による羽根体２３の後縁側基端部２３４の支持点とを結ぶ直線Ｑ−Ｑとのなす角（角度）を言う。
一方、図８（ａ）および図９（ａ）に示す羽根体２３の初期待機状態において、第２のアクチュエータ３１２Ｂによりロータ３１１Ｂを逆方向Ａ２に回転駆動すると、第２のステー２５は、上述したように、支軸２６Ｂを支点として下方に回動し、下降する。
【００７８】
これにより、図９（ｃ）に示すように、羽根体２３の前縁部２３１が第１のステー２４の軸周りに反時計回りの方向に回転する。すなわち、羽根体２３が第１のステー２４の支持点を支点として下方に旋回（回転）する。このとき、第２のステー２５は、ロータ３１１Ｂの回転駆動と共に羽根体２３の後縁側基端部２３４に形成されたスライド片部２３５の長孔２３６に沿って翼幅方向に移動（摺動）する。
前記羽根体２３の下方への旋回動作により、羽根体２３の下方（−方向）へのピッチ角（−β２）の調整がなされる。
【００７９】
なお、上記した羽根体２３のピッチ角の調整は、第１のステー２４の駆動停止状態、すなわち、羽根体２３の前縁部２３１における羽ばたき運動の停止状態の下で行ったが、これに限らず、第１のステー２４および第２のステー２５をそれぞれ駆動させて行うことも可能である。また、第２のステー２５の駆動停止状態、すなわち、羽根体２３の後縁部２３３における羽ばたき運動の停止状態の下で、第１のステー２４を駆動させて行うことも可能である。
【００８０】
上記した羽ばたき駆動装置２０では、第１の駆動機構３０Ａは、図２に示すように、第１のステー２４を介して羽根体２３の前縁部２３１に羽ばたき運動を付与する。一方、第２の駆動機構３０Ｂは、図４に示すように、第２のステー２５を介して羽根体２３の後縁部２３３に羽ばたき運動を付与する。第１および第２の駆動機構３０Ａ、３０Ｂの第１および第２のアクチュエータ３１２Ａ、３１２Ｂを互いに同期させて同時に駆動を開始すると、ロータ３１１Ａ、３１１Ｂは同一回転速度で正方向Ａ１に回転駆動する。これにより、羽根体２３の前縁部２３１および後縁部２３３は、図９（ａ）に示すようなピッチ角（β１＝β２＝０）の状態を維持して、図８に示す羽ばたき運動を開始する。
飛行中において、羽根体２３のピッチ角を調整する場合には、例えば、下記のようにする。
【００８１】
第１には、第１の駆動機構３０Ａおよび第２の駆動機構３０Ｂを駆動しているとき、第１の駆動機構３０Ａと第２の駆動機構３０Ｂとの一方を停止する。第１の駆動機構３０Ａを停止すると、羽根体２３の後縁部２３３は、第２のステー２５の駆動で羽ばたき運動するが、羽根体２３の前縁部２３１は、そのままの状態を維持する。そして、第１の駆動機構３０Ａを所定時間経過後に第２の駆動機構３０Ｂと同期させて駆動させると、その時間的な位相ずれにより、羽根体２３のピッチ角が可変される。同様に、第２の駆動機構３０Ｂを停止すると、羽根体２３の前縁部２３１は、第１のステー２４の駆動で羽ばたき運動するが、羽根体２３の後縁部２３３は、そのままの状態を維持する。そして、第２の駆動機構３０Ｂを所定時間経過後に第１の駆動機構３０Ａと同期させて駆動させると、その時間的な位相ずれにより、羽根体２３のピッチ角が変更される。
【００８２】
第２には、第１の駆動機構３０Ａおよび第２の駆動機構３０Ｂの駆動を停止しているとき、第１の駆動機構３０Ａのロータ３１１Ａと第２の駆動機構３０Ｂのロータ３１１Ｂとの一方を正方向Ａ１または逆方向Ａ２に所定時間回転駆動する。
第３には、第１の駆動機構３０Ａおよび第２の駆動機構３０Ｂの駆動を停止しているとき、第１の駆動機構３０Ａのロータ３１１Ａおよび第２の駆動機構３０Ｂのロータ３１１Ｂを互いに逆方向に所定時間回転駆動する。
【００８３】
第４には、第１の駆動機構３０Ａおよび第２の駆動機構３０Ｂを駆動しつつ、第１の駆動機構３０Ａのロータ３１１Ａの回転速度と、第２の駆動機構３０Ｂのロータ３１１Ｂの回転速度とを一時的に異ならせる。このようなロータ３１１Ａ、３１１Ｂ間の回転速度の差により、羽根体２３のピッチ角が変更される。
次に、羽ばたき駆動装置２０の飛行動作を具体的に説明する。
【００８４】
飛行中における羽根体２３の羽ばたき運動時（羽ばたき状態）において、羽根体２３の前縁部２３１は、第１の駆動機構３０Ａおよび連動機構２８により一様な羽ばたき運動をする。同様に、羽根体２３の後縁部２３３もまた、第２および第３の駆動機構３０Ｂ、３０Ｃを同期させることにより一様な羽ばたき運動をする。
【００８５】
そして、羽根体２３の打下ろし時には、第１の駆動機構３０Ａと、第２および第３の駆動機構３０Ｂ、３０Ｃとを同期させる。また、図９（ｂ）に示すように、羽根体２３の後縁部２３３が第２および第３の駆動機構３０Ｂ、３０Ｃにより旋回調整され、羽根体２３のプラス方向のピッチ角（＋β１）が小さくなるように、または、羽根体２３のピッチ角が０になるように調整される。これにより、羽根体２３の打下ろし時に翼裏面側に受ける空気抵抗が大きくなり、大きな揚力が得られる。その結果、羽ばたき駆動装置２０の上昇力が高まる。
【００８６】
一方、羽根体２３の打上げ時には、図９（ｃ）に示すように、羽根体２３の後縁部２３３が第２および第３の駆動機構３０Ｂ、３０Ｃにより下方の最大限まで旋回調整され、羽根体２３のマイナス方向のピッチ角（−β２）が最大値に調整される。これにより、羽根体２３の打上げ時に翼表面側に受ける空気抵抗が小さくなる。その結果、羽根体２３の打上げ時における羽ばたき駆動装置２０の下降量が最小限に抑えられる。
【００８７】
また、羽ばたき駆動装置２０は、羽根体２３の羽ばたき角を一定に保持することにより、滑空する（滑空状態となる）。
すなわち、羽ばたき駆動装置２０の滑空時においては、第１、第２および第３の駆動機構３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃによる羽根体２３の羽ばたき運動が停止される。このとき、第２および第３の駆動機構３０Ｂ、３０Ｃが、気流（例えば、上昇気流等）に応じて、羽根体２３の後縁部２３３を旋回調整することにより、ピッチ角の微小調整が行われる。これにより、羽根体２３による羽ばたき駆動装置２０の浮力の低下が防止され、滑空時における安定した水平飛行の姿勢が得られる。
【００８８】
また、羽ばたき駆動装置２０の下降時においては、図９（ｂ）に示すように、羽根体２３の後縁部２３３が第２および第３の駆動機構３０Ｂ、３０Ｃにより上方に旋回調整される。これにより、羽根体２３は、プラス方向にピッチ角（＋β１）が調整される。その結果、羽ばたき駆動装置２０は、速やかに下降する。
逆に、羽ばたき駆動装置２０の上昇時においては、図９（ｃ）に示すように、羽根体２３の後縁部２３３が第２および第３の駆動機構３０Ｂ、３０Ｃにより下方に旋回調整される。これにより、羽根体２３は、マイナス方向にピッチ角（−β２）が調整される。その結果、気流の状態にもよるが、羽ばたき駆動装置２０は、速やかに上昇する。
【００８９】
また、羽ばたき駆動装置２０の旋回時においては、第２および第３の駆動機構３０Ｂ、３０Ｃの駆動により、左右両羽根体２３のピッチ角が相対的に調整される。これにより、羽ばたき駆動装置２０の右旋回または左旋回が行われる。
ここで、本実施形態の羽ばたき駆動装置２０（駆動装置１）は、第１、第２、第３のアクチュエータ３１２Ａ、３１２Ｂ、３１２Ｃのうちの２つまたはすべてを同期させて第１、第２、第３のロータ（移動体）３１１Ａ、３１１Ｂ、３１１Ｃを回転駆動（駆動）する第１の協調モードと、第１、第２、第３のアクチュエータ３１２Ａ、３１２Ｂ、３１２Ｃのうちの２つまたはすべて位相差を持たせて第１、第２、第３のロータ３１１Ａ、３１１Ｂ、３１１Ｃを回転駆動する第２の協調モードと、第１、第２、第３のアクチュエータ３１２Ａ、３１２Ｂ、３１２Ｃのうちの２つまたはすべてを差動させて第１、第２、第３のロータ３１１Ａ、３１１Ｂ、３１１Ｃを回転駆動する第３の協調モードとを有している。
【００９０】
前記第３の協調モードには、第１、第２、第３のアクチュエータ３１２Ａ、３１２Ｂ、３１２Ｃのうちの２つまたはすべてをそれらの駆動速度に差を持たせて同一方向に駆動するモード（第１の差動モード）と、第１、第２、第３のアクチュエータ３１２Ａ、３１２Ｂ、３１２Ｃのうちの１つまたは２つを逆方向に駆動するモード（第２の差動モード）と、第１、第２、第３のアクチュエータ３１２Ａ、３１２Ｂ、３１２Ｃのうちの１つまたは２つを停止状態とするモード（第３の差動モード）とが含まれている。
羽ばたき駆動装置２０の飛行（作動）の際は、これらの各モードのうちから、所定の１または２以上のモードを選択し、それを実行する。これにより、羽ばたき駆動装置２０の駆動を最適に行うことができる。
【００９１】
前記第１の協調モードでは、第１、第２、第３のアクチュエータ３１２Ａ、３１２Ｂ、３１２Ｃのうちの２つまたはすべてを同期させることにより、１つのアクチュエータを駆動する場合に比べ、駆動トルクを増大（倍増）させることができる。すなわち、負荷に対する駆動トルクを分散させることができ、少ないエネルギーで１対の羽根体２３、２３を羽ばたき運動させることができる。しかも、羽根体２３の羽ばたき速度（駆動速度）の可変範囲が広くなり、羽ばたき駆動装置２０の速度（飛行速度や上昇・下降速度）の調整を容易かつ確実に行うことができる。
【００９２】
前記第２の協調モードでは、第１、第２、第３のアクチュエータ３１２Ａ、３１２Ｂ、３１２Ｃのうちの２つまたはすべてに位相差を持たせることにより、飛行中における羽ばたき駆動装置２０の各羽根体２３のピッチ角の調整等を容易、円滑かつ確実に行うことができる。これにより、種々の状況やその状況変化に対応でき、理想的な飛行を行うことができる。
【００９３】
前記第３の協調モードでは、第１、第２、第３のアクチュエータ３１２Ａ、３１２Ｂ、３１２Ｃのうちの２つまたはすべてを差動させることにより、飛行中における羽ばたき駆動装置２０の各羽根体２３のピッチ角の調整等を容易、円滑かつ確実に行うことができる。これにより、種々の状況やその状況変化に対応でき、理想的な飛行を行うことができる。
なお、この羽ばたき駆動装置２０では、第１、第２、第３のアクチュエータ３１２Ａ、３１２Ｂ、３１２Ｃの出力特性は、同一でもよく、また、異なっていてもよい。
【００９４】
以上説明述べたように、この羽ばたき駆動装置２０によれば、独立した第１、第２、第３のアクチュエータ３１２Ａ、３１２Ｂ、３１２Ｃを協調させて１対の羽根体２３、２３を駆動するので、飛行中においても各羽根体２３の姿勢や位置の調整（変更）を容易かつ確実に行うことができる。
すなわち、飛行中における羽ばたき駆動装置２０の羽ばたき運動や旋回・昇降姿勢等の調整が容易かつ確実に行えるとともに、飛行の持続性、滑空性能および上昇性能が向上し、飛行速度の調整も容易かつ確実に行える。しかも、小型軽量で少ないエネルギーで遠距離飛行が可能になるため、探査用小型飛行体として実用性に優れる。
【００９５】
また、第１、第２、第３のアクチュエータ３１２Ａ、３１２Ｂ、３１２Ｃが前述した振動体５０で構成されているので、大きなトルクおよび大きなディテントトルクが得られるとともに、装置全体の小型化および軽量化を図ることができる。
また、第１、第２、第３のロータ３１１Ａ、３１１Ｂ、３１１Ｃが第１、第２、第３のアクチュエータ３１２Ａ、３１２Ｂ、３１２Ｃの振動体５０にて直接駆動（回転）されるため、装置全体の小型化、軽量化に特に有利であるとともに、部品点数を削減することができ、構造を極めて簡素化することができ、また、コストを低減することができる。
【００９６】
また、振動体５０の面内振動を第１、第２、第３のロータ３１１Ａ、３１１Ｂ、３１１Ｃの回転運動（駆動）に変換するため、機械的変換に伴なうエネルギーロスが少なく、第１、第２、第３のロータ３１１Ａ、３１１Ｂ、３１１Ｃを高い効率で駆動することができる。
また、通常の電動モータのような磁力で駆動する場合と異なり、振動体５０からの振動伝播による摩擦摺動により第１、第２、第３のロータ３１１Ａ、３１１Ｂ、３１１Ｃが回転駆動されることから、第１、第２、第３のロータ３１１Ａ、３１１Ｂ、３１１Ｃに対する駆動力が高い。したがって、変速機構（減速機構）を介さなくても、十分な駆動力で、第１、第２、第３のロータ３１１Ａ、３１１Ｂ、３１１Ｃを回転駆動させることができる。
【００９７】
なお、本実施形態では、羽根体２３は、１対設けられているが、本発明では、羽根体２３の数はこれに限らず、羽根体２３が、例えば、２対設けられていてもよく、また、３対以上設けられていてもよい。
また、図１０に示すように、羽根体２３の前縁側基端部２３２を支持する第１のステー２４と、後縁側基端部２３４を支持する第２のステー２５との間の距離（離間間隔）を、本実施形態より小さくしてもよい。
これにより、羽根体２３のピッチ角を、本実施形態より大きく変更することができる。すなわち、羽根体２３のピッチ角を調整し得る範囲が広くなるとともに、瞬時に調整できるようになる。
【００９８】
以上、本発明の駆動装置および稼動装置を、図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置換することができる。
なお、前記実施形態では、各アクチュエータとして、それぞれ、正逆両方向に駆動し得るものを用いているが、本発明では、これに限らず、各アクチュエータとして、それぞれ、一方向のみに駆動し得るものを用いてもよい。
【００９９】
また、前記実施形態では、複数のアクチュエータがそれぞれ被駆動体を間接的に駆動するように構成されているが、例えば、複数のアクチュエータがそれぞれ被駆動体を直接駆動するように構成されていてもよく、また、複数のアクチュエータのうちの一部が被駆動体を直接駆動し、残部が被駆動体を間接的に駆動するように構成されていてもよい。
【０１００】
また、前記実施形態では、アクチュエータの個数は、３個であったが、本発明では、アクチュエータの個数は、２個または４個以上であってもよい。
また、前記実施形態では、駆動装置を羽ばたき駆動装置の駆動装置に適用した場合、すなわち、稼動装置を羽ばたき駆動装置に適用した場合を例に挙げて説明したが、本発明では、駆動装置の用途、すなわち、稼動装置は、羽ばたき駆動装置には限定されない。換言すれば、本発明の稼動装置は、本発明の駆動装置と、この駆動装置により駆動制御される被制御体とを有するものであれば、いかなるものであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態（羽ばたき駆動装置）を示す平面図。
【図２】図１中のＩＩ−ＩＩ線での断面図。
【図３】連動機構の説明図。
【図４】図１中のＩＩＩ−ＩＩＩ線での断面図。
【図５】アクチュエータを構成する振動体の斜視図。
【図６】図５中のＩ−Ｉ線での断面図。
【図７】アクチュエータの駆動制御回路の構成例を示すブロック図。
【図８】羽根体の羽ばたき運動（羽ばたき状態）を示す説明図。
【図９】図１中のＩＶ−ＩＶ線での断面図。
【図１０】羽ばたき駆動装置の他の構成例を示す平面図。
【符号の説明】
１…駆動装置、５０…振動体、５１…凸部、５２ａ〜５２ｄ…第１の電極、５３…第１の圧電素子、５４…補強板、５５…第２の圧電素子、５６ａ〜５６ｄ…第２の電極、５７…第１のグループ電極、５８…第２のグループ電極、６…取付部材、７…軸受部、８…ロータリエンコーダ、８１…スリット回転板、８２…センサ、９…スイッチング回路、９０Ａ…第１の切換スイッチ部、９０Ｂ…第２の切換スイッチ部、９１…端子、９２、９３…切換端子、９４…端子、９５、９６…切換端子、１０…駆動回路、１０１…発振回路、１０２…増幅回路、１０３…移動量制御回路、２０…羽ばたき駆動装置、２１、２２…フレーム、２３…羽根体、２３１…前縁部、２３２…前縁側基端部、２３３…後縁部、２３４…後縁側基端部、２３５…スライド片部、２３６…長孔、２４…第１のステー、２５…第２のステー、２６Ａ、２６Ｂ…支軸、２７Ａ、２７Ｂ…支軸、２８…連動機構、２８１…扇形歯車、２８２…扇形歯車、２９Ａ、２９Ｂ…回転軸、３０Ａ…第１の駆動機構、３１１Ａ…第１のロータ、３１１ａ…摺動面、３１２Ａ…第１のアクチュエータ、３１３Ａ…クランクピン、３１４…クランクアーム、３１５…ピン、３０Ｂ…第２の駆動機構、３１１Ｂ…第２のロータ、３１１ｂ…摺動面、３１２Ｂ…第２のアクチュエータ、３１３Ｂ…クランクピン、３１６…スライド溝、３０Ｃ…第３の駆動機構、３１１Ｃ…第３のロータ、３１１ｃ…摺動面、３１２Ｃ…第３のアクチュエータ、３２…第１のクランク機構、３３…第２のクランク機構
【発明の属する技術分野】
本発明は、駆動装置および稼動装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、特許文献１には、単葉の羽ばたき駆動装置が開示されている。特許文献２には、複葉の羽ばたき駆動装置が開示されている。特許文献３には、鳥や蝶などに似せた羽ばたき駆動装置が開示されている。
しかしながら、前記特許文献１および２に記載の羽ばたき駆動装置では、胴体上に左右対称的に組み付けた左右一対の羽根体の羽ばたき運動が、ゴム動力にて駆動する動力クランクの回転駆動により行われている。このため、羽根体の羽ばたき運動が、ゴム動力がなくなるまで連続的に行われ、滑空機能を持たせることができない。また、ゴム動力の減衰が、そのまま羽根体の羽ばたき運動、延いては、飛行速度の減衰となる。その結果、長時間に亘る持続性が維持されず、遠距離飛行ができないばかりでなく、羽根体の羽ばたき運動や飛行速度を任意に制御することができない。しかも、羽根体の打下し時および打上げ時のピッチ角（羽根体の羽ばたき運動時における水平面に対する羽根体の前縁部と後縁部とを結ぶ翼面の角度をいう）は、飛行前に一旦設定すると、飛行中に調整することができない。
【０００３】
さらに、前記特許文献３に記載の羽ばたき駆動装置では、胴体に左右対称的に組み付けられる複数枚の羽根体の羽ばたき運動が１つの動力変換装置に連動させて行われている。しかしながら、この動力変換装置は、単に、回転運動を直線運動または揺動運動に変換して、羽根体に羽ばたき運動を伝達するだけの構造である。このため、上述した特許文献１、２と同様に、飛行中における羽根体のピッチ角の調整が行えないばかりでなく、動力変換装置自体も大型化し、重量も増大する。
要するに、前記特許文献１〜３の羽ばたき駆動装置では、玩具として実用性を有するものの、探査用小型飛行体としては実用性に乏しい。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−８５８６０号公報
【特許文献２】
特開２０００−３１７１４８号公報
【特許文献３】
特開２００２−２７４５０６号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、簡単な構造で、小型化に有利であり、大きな駆動トルクを得ることができるとともに、例えば駆動中においても被制御体の姿勢や位置の調整（変更）を容易かつ確実に行うことができる駆動装置および稼動装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
このような目的は、下記の本発明により達成される。
本発明の駆動装置は、複数の被駆動体と、前記複数の被駆動体をそれぞれ駆動する複数のアクチュエータとを備え、
前記各アクチュエータは、電気／機械変換素子を備え、前記電気／機械変換素子に電力を与えることにより変位し、対応する前記被駆動体に駆動力を付与する変形素子で構成されており、
前記各アクチュエータを互いに協調させて対応する前記被駆動体を駆動することを特徴とする。
これにより、装置全体の小型化および軽量化を図ることができ、また、大きな駆動トルクが得られ、負荷（必要とされる駆動力）の増大に応じて駆動トルクの選択、調整を容易かつ確実に行うことができ、特に、例えば駆動中においても被制御体の姿勢や位置の調整（変更）を容易かつ確実に行うことができる。
【０００７】
本発明の駆動装置では、前記協調には、前記複数のアクチュエータのうちの少なくとも２つを同期させて前記被駆動体を駆動する場合と、前記複数のアクチュエータのうちの少なくとも２つに位相差を持たせて前記被駆動体を駆動する場合と、前記複数のアクチュエータのうちの少なくとも２つを差動させて前記被駆動体を駆動する場合とのうちの少なくとも１つが含まれるのが好ましい。
【０００８】
前記同期させて前記被駆動体を駆動する場合は、駆動トルクをアクチュエータの個数に応じて増大（倍増）させることができる。
また、前記位相差を持たせて前記被駆動体を駆動する場合は、被制御体の姿勢や位置の調整を容易かつ確実に行うことができる。
また、前記差動させて前記被駆動体を駆動する場合は、駆動中においても被制御体の姿勢や位置の調整を容易かつ確実に行うことができる。
【０００９】
本発明の駆動装置では、前記差動には、前記複数のアクチュエータのうちの少なくとも２つをそれらの駆動速度に差を持たせて同一方向に駆動する場合と、前記複数のアクチュエータのうちの少なくとも１つを逆方向に駆動する場合と、前記複数のアクチュエータのうちの少なくとも１つを停止状態とする場合とのうちの少なくとも１つが含まれるのが好ましい。
これにより、駆動中においても被制御体の姿勢や位置の調整を容易かつ確実に行うことができる。
【００１０】
本発明の駆動装置は、被制御体に連結される複数の被駆動体と、前記複数の被駆動体をそれぞれ駆動する複数のアクチュエータとを備え、
前記各アクチュエータは、電気／機械変換素子を備え、前記電気／機械変換素子に電力を与えることにより変位し、対応する前記被駆動体に駆動力を付与する変形素子で構成されており、
前記各アクチュエータを互いに協調させて対応する前記被駆動体を駆動することを特徴とする。
これにより、装置全体の小型化および軽量化を図ることができ、また、大きな駆動トルクが得られ、負荷（必要とされる駆動力）の増大に応じて駆動トルクの選択、調整を容易かつ確実に行うことができ、特に、例えば駆動中においても被制御体の姿勢や位置の調整（変更）を容易かつ確実に行うことができる。
【００１１】
本発明の駆動装置は、被制御体に連結される複数の被駆動体と、前記複数の被駆動体とそれぞれ連動する複数の移動体と、前記複数の移動体をそれぞれ駆動する複数のアクチュエータとを備える駆動装置であって、
前記各アクチュエータは、電気／機械変換素子を備え、前記電気／機械変換素子に電力を与えることにより変位し、対応する前記移動体に駆動力を付与する変形素子で構成されており、
前記各アクチュエータを互いに協調させて、対応する前記移動体を介して対応する前記被駆動体を駆動することを特徴とする。
これにより、装置全体の小型化および軽量化を図ることができ、また、大きな駆動トルクが得られ、負荷（必要とされる駆動力）の増大に応じて駆動トルクの選択、調整を容易かつ確実に行うことができ、特に、例えば駆動中においても被制御体の姿勢や位置の調整（変更）を容易かつ確実に行うことができる。
【００１２】
本発明の駆動装置では、前記複数のアクチュエータのうちの少なくとも１つについては、前記変形素子は、振動体であり、前記移動体に当接して設けられ、振動により、前記移動体に力を繰り返し加えて前記移動体を駆動するのが好ましい。
これにより、部品点数を削減することができ、構造を簡素化することができる。
本発明の駆動装置では、前記移動体は、回転自在に設けられたロータであるのが好ましい。
これにより、駆動装置をより円滑に作動させることができる。
【００１３】
本発明の駆動装置では、前記被制御体は、羽ばたき駆動装置の羽根体であるのが好ましい。
これにより、大きな駆動トルクが得られ、負荷（必要とされる駆動力）の増大に応じて駆動トルクの選択、調整を容易かつ確実に行うことができ、特に、飛行中においても羽根体の姿勢や位置の調整（変更）を容易かつ確実に行える羽ばたき駆動装置が実現する。
すなわち、飛行中における羽ばたき駆動装置の羽ばたき運動や旋回・昇降姿勢等の調整が容易に行えるとともに、飛行の持続性、滑空性能および上昇性能が向上し、飛行速度の調整も容易に行える。しかも、小型軽量で少ないエネルギーで遠距離飛行が可能になるため、探査用小型飛行体として実用性に優れる。
【００１４】
本発明の駆動装置では、前記被制御体は、羽ばたき駆動装置のフレームに対し、左右対称的に設けられる少なくとも１対の羽根体であり、
前記被駆動体は、前記羽根体の前縁側基端部を支持し、前記フレームに対し、支軸を支点として回動自在に設けられた第１のステーと、前記羽根体の後縁側基端部を支持し、前記フレームに対し、支軸を支点として回動自在に設けられた第２のステーとを有し、
前記移動体は、前記第１のステーと連動し、回転自在な第１のロータと、前記第２のステーと連動し、回転自在な第２のロータとを有し、
前記第１のロータは、回転運動を往復運動に変換する第１の回転／往復運動変換機構を介し、前記第１のステーを前記支軸を支点として往復運動させ、該第１のステーの往復運動により、前記羽根体の前縁部の羽ばたき動作を行い、
前記第２のロータは、回転運動を往復運動に変換する第２の回転／往復運動変換機構を介し、前記第２のステーを前記支軸を支点として往復運動させ、該第２のステーの往復運動により、前記羽根体の後縁部の羽ばたき動作を行うのが好ましい。
【００１５】
これにより、大きな駆動トルクが得られ、負荷（必要とされる駆動力）の増大に応じて駆動トルクの選択、調整を容易かつ確実に行うことができ、特に、飛行中においても羽根体の姿勢や位置の調整（変更）を容易かつ確実に行える羽ばたき駆動装置が実現する。
すなわち、飛行中における羽ばたき駆動装置の羽ばたき運動や旋回・昇降姿勢等の調整が容易に行えるとともに、飛行の持続性、滑空性能および上昇性能が向上し、飛行速度の調整も容易に行える。しかも、小型軽量で少ないエネルギーで遠距離飛行が可能になるため、探査用小型飛行体として実用性に優れる。
【００１６】
本発明の駆動装置では、前記被制御体は、羽ばたき駆動装置のフレームに対し、左右対称的に設けられる１対の羽根体であり、
前記被駆動体は、前記羽根体の前縁側基端部を支持し、前記フレームに対し、支軸を支点として回動自在に設けられた第１のステーと、前記羽根体の後縁側基端部を支持し、前記フレームに対し、支軸を支点として回動自在に設けられた第２のステーとを有し、
前記移動体は、前記第１のステーと連動し、回転自在な第１のロータと、前記第２のステーと連動し、回転自在な第２のロータとを有し、
前記第１のロータは、回転運動を往復運動に変換する第１の回転／往復運動変換機構を介し、前記第１のステーを前記支軸を支点として往復運動させ、該第１のステーの往復運動により、前記羽根体の前縁部の羽ばたき動作を行い、
前記第２のロータは、回転運動を往復運動に変換する第２の回転／往復運動変換機構を介し、前記第２のステーを前記支軸を支点として往復運動させ、該第２のステーの往復運動により、前記羽根体の後縁部の羽ばたき動作を行うのが好ましい。
【００１７】
これにより、大きな駆動トルクが得られ、負荷（必要とされる駆動力）の増大に応じて駆動トルクの選択、調整を容易かつ確実に行うことができ、特に、飛行中においても羽根体の姿勢や位置の調整（変更）を容易かつ確実に行える羽ばたき駆動装置が実現する。
すなわち、飛行中における羽ばたき駆動装置の羽ばたき運動や旋回・昇降姿勢等の調整が容易に行えるとともに、飛行の持続性、滑空性能および上昇性能が向上し、飛行速度の調整も容易に行える。しかも、小型軽量で少ないエネルギーで遠距離飛行が可能になるため、探査用小型飛行体として実用性に優れる。
【００１８】
本発明の駆動装置では、前記第２のステーは、前記羽根体の後縁側基端部を該羽根体の翼幅方向に移動し得るように支持するのが好ましい。
本発明の駆動装置では、前記左右対称的に設けられる１対の羽根体の前記第１のステーのそれぞれは、互いに連動して同一方向に駆動され、前記第２のステーのそれぞれは、互いに独立して駆動されるのが好ましい。
これにより、一方の羽根体の羽ばたき運動を他方の羽根体に伝達することが可能になり、他方の羽根体を羽ばたき運動させるアクチュエータが不要になる。その結果、小型化および軽量化を図ることができ、また、コストを低減することができる。
【００１９】
本発明の駆動装置では、前記第２のステーを前記支軸を支点として、前記第１のステーに対し、相対的に回動させることにより、前記羽根体のピッチ角を調整するのが好ましい。
これにより、羽根体のピッチ角を容易かつ確実に調整することができ、このピッチ角の調整により、理想的な飛行を行うことができる。
【００２０】
本発明の駆動装置では、前記羽根体の打上げ時は、該羽根体のピッチ角が比較的大きくなり、前記羽根体の打下げ時は、該羽根体のピッチ角が比較的小さくなるように調整するよう構成されているのが好ましい。
これにより、羽根体の打下ろし時に翼裏面側に受ける空気抵抗が大きくなり、大きな揚力が得られ、羽ばたき駆動装置の上昇力が高まる。また、羽根体の打上げ時に翼表面側に受ける空気抵抗が小さくなり、羽根体の打上げ時における羽ばたき駆動装置の下降量が最小限に抑えられる。
【００２１】
本発明の駆動装置では、前記羽ばたき駆動装置が、前記羽根体の羽ばたき角を一定に保持した滑空状態と、前記羽根体が連続的に羽ばたき動作を行う羽ばたき状態とをとり得るよう構成されているのが好ましい。
これにより、理想的な飛行を行うことができる。
本発明の駆動装置では、前記電気／機械変換素子は、圧電素子であるのが好ましい。
【００２２】
本発明の稼動装置は、本発明の駆動装置と、
前記駆動装置により駆動制御される被制御体とを有することを特徴とする。
これにより、装置全体の小型化および軽量化を図ることができ、また、大きな駆動トルクが得られ、負荷（必要とされる駆動力）の増大に応じて駆動トルクの選択、調整を容易かつ確実に行うことができ、特に、例えば駆動中においても被制御体の姿勢や位置の調整（変更）を容易かつ確実に行うことができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の駆動装置および稼動装置を添付図面に示す好適実施形態に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明の駆動装置を羽ばたき駆動装置の駆動装置に適用した場合、すなわち、本発明の稼動装置を羽ばたき駆動装置に適用した場合の実施形態を示す平面図である。
【００２４】
図１に示すように、羽ばたき駆動装置（稼動装置）２０は、互いに平行に設けられた左右１対の胴体を形成するフレーム２１、２２と、これらフレーム２１、２２にそれぞれ左右対称的に組み付けられ、翼形の断面形状をなす１対の羽根体（被制御体）２３、２３と、この１対の羽根体２３、２３を駆動（駆動制御）する駆動装置１とを有している。この駆動装置１は、第１のアクチュエータ３１２Ａを備えた第１の駆動機構３０Ａと、第２のアクチュエータ３１２Ｂを備えた第２の駆動機構３０Ｂと、第３のアクチュエータ３１２Ｃを備えた第３の駆動機構３０Ｃとを有する。
【００２５】
各羽根体２３は、その前縁部２３１側の基端部（前縁側基端部）２３２を支持する第１のステー（被駆動体）２４と、その後縁部２３３側の基端部（後縁側基端部）２３４を支持する第２のステー（被駆動体）２５とを有する。
一方の羽根体２３は、第１のステー２４と第２のステー２５とをフレーム２１に支軸２６Ａ、２６Ｂを介してそれぞれ軸支され、これら支軸２６Ａ、２６Ｂを支点として上下方向（図１中、紙面に垂直な方向）に回動自在に取り付けられる。同様に、他方の羽根体２３は、第１のステー２４と第２のステー２５とをフレーム２２に支軸２７Ａ、２７Ｂを介してそれぞれ軸支され、これら支軸２７Ａ、２７Ｂを支点として上下方向（図１中、紙面に垂直な方向）に回動自在に取り付けられる。
【００２６】
また、各羽根体２３の第１のステー２４同士は、連動機構２８を介して連結されている。これにより、これら第１のステー２４、２４は、連動機構２８によって互いに連動（同期）して同一方向に駆動する。
この場合、各羽根体２３は、第１のステー２４の軸周りに旋回（回動）可能になっている。また、第２のステー２５は、羽根体２３の後縁側基端部２３４に形成されたスライド片部２３５の長孔２３６に係合し（挿入され）、翼幅方向（図１中、上下方向）に移動可能（摺動可能）に羽根体２３の後縁側基端部２３４を支持する。これにより、羽根体２３の第１のステー２４の軸周りの旋回（回動）が許容される。
【００２７】
そして、各羽根体２３の第１のステー２４同士は、第１のアクチュエータ３１２Ａを有する第１の駆動機構３０Ａにより、互いに連動して同一方向に駆動される。各羽根体２３の第２のステー２５は、互いに独立して、それぞれ、第２のアクチュエータ３１２Ｂを有する第２の駆動機構３０Ｂおよび第３のアクチュエータ３１２Ｃを有する第３の駆動機構３０Ｃにより、駆動される。第１の駆動機構３０Ａと第２の駆動機構３０Ｂとは、回転軸２９Ａを共有して同軸上に独立して配置される。一方、第３の駆動機構３０Ｃは、第２の駆動機構３０Ｂと独立して回転軸２９Ｂを介して配置される。
【００２８】
これら第１、第２および第３の駆動機構３０Ａ、３０Ｂおよび３０Ｃ（第１、第２および第３のアクチュエータ３１２Ａ、３１２Ｂ、３１２Ｃ）は、互いに協調して、１対の羽根体２３、２３を駆動する。すなわち、第１、第２および第３のアクチュエータ３１２Ａ、３１２Ｂ、３１２Ｃは、互いに協調して、各羽根体２３の第１のステー２４、第２のステー２５を駆動する。
【００２９】
図２は、図１中のＩＩ−ＩＩ線での断面図であり、上記した羽根体２３の第１のステー２４を駆動する第１の駆動機構３０Ａを示す。
図２に示すように、この第１の駆動機構３０Ａは、回転軸２９Ａに回転自在に設けた第１のロータ（移動体）３１１Ａと、この第１のロータ３１１Ａを回転駆動する第１のアクチュエータ３１２Ａとを有する。以下、第１のロータを単に「ロータ」、第１のアクチュエータを単に「アクチュエータ」とも言う。ロータ３１１Ａには、クランクピン３１３Ａが設けられ、このクランクピン３１３Ａには、クランクアーム３１４の一端が軸支されている。そして、このクランクアーム３１４の他端は、第１のステー２４に設けたピン３１５に軸支し、これらクランクピン３１３Ａ、クランクアーム３１４およびピン３１５により、第１のクランク機構（第１の回転／往復運動変換機構）３２を構成する。
【００３０】
図３は、連動機構を示す説明図である。
図３に示すように、各羽根体２３の第１のステー２４同士は、扇形歯車２８１、２８２を介して連結されている。すなわち、一方の第１のステー２４の端部には、扇形歯車２８１が設けられ、他方の第１のステー２４の端部には、前記扇形歯車２８１と噛合する扇形歯車２８２が設けられており、これら扇形歯車２８１、２８２により連動機構２８が構成される。
【００３１】
この連動機構２８により、各羽根体２３の第１のステー２４同士は、互いに連動（同期）して同一方向に駆動する。
これにより、アクチュエータ（駆動機構）を１つ削減することができ、その結果、小型化および軽量化を図ることができ、また、コストを低減することができる。
【００３２】
図４は、図１中のＩＩＩ−ＩＩＩ線での断面図であり、上記した一方の羽根体２３の第２のステー２５を駆動する第２の駆動機構３０Ｂを示す。
図４に示すように、第２の駆動機構３０Ｂは、回転軸２９Ａに回転自在に設けた第２のロータ（移動体）３１１Ｂと、この第２のロータ３１１Ｂを回転駆動する第２のアクチュエータ３１２Ｂとを有する。以下、第２のロータを単に「ロータ」、第２のアクチュエータを単に「アクチュエータ」とも言う。ロータ３１１Ｂには、クランクピン３１３Ｂが設けられている。このクランクピン３１３Ｂは、第２のステー２５に形成したスライド溝（長孔）３１６に係合し、これらクランクピン３１３Ｂおよびスライド溝３１６により、スライダクランクからなる第２のクランク機構（第２の回転／往復運動変換機構）３３を構成する。
【００３３】
図１に示すように、上記した他方の羽根体２３の第２のステー２５を駆動する第３の駆動機構３０Ｃは、第３のロータ（移動体）３１１Ｃと、この第３のロータ３１１Ｃを回転駆動する第３のアクチュエータ３１２Ｃとを有する。以下、第３のロータを単に「ロータ」、第３のアクチュエータを単に「アクチュエータ」とも言う。この第３の駆動機構３０Ｃは、上記した第２の駆動機構３０Ｂと同様の構成を有する（例えば、第２のクランク機構３３と同様の図示しない第３のクランク機構等を有する）ため、その説明は省略する。
なお、第１のステー２４を駆動する第１の駆動機構３０Ａにおけるクランク機構（図２参照）と、第２のステー２５を駆動する第２の駆動機構３０Ｂにおけるクランク機構（図４参照）とを互いに同一構造のクランク機構（回転／往復運動変換機構）にすることも可能である。
【００３４】
本実施形態における駆動装置１の主要部は、前記第１の駆動機構３０Ａ、第２の駆動機構３０Ｂおよび第３の駆動機構３０Ｃ、すなわち、前記第１、第２および第３のアクチュエータ３１２Ａ、３１２Ｂ、３１２Ｃ、第１、第２および第３のロータ３１１Ａ、３１１Ｂ、３１１Ｃ、１対の第１のステー２４、２４、１対の第２のステー２５、２５、第１のクランク機構３２、第２のクランク機構３３、連動機構２８、図示しない第３のクランク機構等で構成される。
【００３５】
第１、第２、第３のアクチュエータ３１２Ａ、３１２Ｂ、３１２Ｃは、それぞれ、例えば矩形の板状をなす振動体（変形素子）５０で構成され、この振動体５０には、後述する振動伝達体としての凸部５１が突出している。第１のアクチュエータ３１２Ａを構成する振動体５０の凸部５１は、第１のロータ３１１Ａの摺動面（当接部）３１１ａに押圧状態で摩擦摺動可能に接触（当接）している。同様に、第２のアクチュエータ３１２Ｂを構成する振動体５０の凸部５１は、第２のロータ３１１Ｂの摺動面（当接部）３１１ｂに押圧状態で摩擦摺動可能に接触（当接）している。同様に、第３のアクチュエータ３１２Ｃを構成する振動体５０の凸部５１は、第３のロータ３１１Ｃの摺動面（当接部）３１１ｃに押圧状態で摩擦摺動可能に接触（当接）している。
【００３６】
各凸部５１は、第１、第２、第３のロータ３１１Ａ、３１１Ｂ、３１１Ｃの摺動面３１１ａ、３１１ｂ、３１１ｃに対し、滑ることができる。従って、凸部５１と、３１１ａ、３１１ｂ、３１１ｃとで、滑り機構が構成される。この滑り機構の構成により、過大な負荷が加わったとしても、破損を防止することができる。
これら第１、第２、第３のアクチュエータ３１２Ａ、３１２Ｂ、３１２Ｃの駆動により、第１、第２、第３のロータ３１１Ａ、３１１Ｂ、３１１Ｃが個々に回転駆動される。
【００３７】
なお、第１、第２、第３のロータ３１１Ａ、３１１Ｂ、３１１Ｃには、それぞれ、第１、第２、第３のロータ３１１Ａ、３１１Ｂ、３１１Ｃの回転量（移動量）を検出する回転量検出手段（移動量検出手段）としてのロータリエンコーダ８が設置されている。このロータリエンコーダ８の機能は、図７に示す後述する駆動制御回路で説明する。
【００３８】
ここで、前記「協調」とは、第１、第２、第３のアクチュエータ３１２Ａ、３１２Ｂ、３１２Ｃが、相互に関連し合う（所定の関係を持つ）ことであり、例えば、第１、第２、第３のアクチュエータ３１２Ａ、３１２Ｂ、３１２Ｃのうちの２つまたはすべてを同期させて第１、第２のステー（被駆動体）２４、２５を駆動する場合、第１、第２、第３のアクチュエータ３１２Ａ、３１２Ｂ、３１２Ｃのうちの２つまたはすべてに位相差を持たせて第１、第２のステー２４、２５を駆動する場合、第１、第２、第３のアクチュエータ３１２Ａ、３１２Ｂ、３１２Ｃのうちの２つまたはすべてを差動させて第１、第２のステー２４、２５を駆動する場合等が挙げられる。
【００３９】
また、前記「差動」としては、例えば、第１、第２、第３のアクチュエータ３１２Ａ、３１２Ｂ、３１２Ｃのうちの２つまたはすべてをそれらの駆動速度に差を持たせて同一方向に駆動する場合、第１、第２、第３のアクチュエータ３１２Ａ、３１２Ｂ、３１２Ｃのうちの１つまたは２つを逆方向に駆動する場合、第１、第２、第３のアクチュエータ３１２Ａ、３１２Ｂ、３１２Ｃのうちの１つまたは２つを停止状態とする場合等が挙げられる。
【００４０】
図５は、アクチュエータを構成する振動体の斜視図、図６は、図５中のＩ−Ｉ線での断面図である。
なお、第１アクチュエータ３１２Ａと、第２アクチュエータ３１２Ｂと、第３のアクチュエータ３１２Ｃとは、同一構造の振動体５０で構成されているので、ここでは代表的に第１のアクチュエータ３１２Ａを説明する。
【００４１】
図５および図６に示すように、振動体（変形素子）５０は、４つの第１の電極５２ａ、５２ｂ、５２ｃおよび５２ｄと、電気／機械変換素子（第１の電気／機械変換素子）としての第１の圧電素子５３と、補強板５４と、電気／機械変換素子（第２の電気／機械変換素子）としての第２の圧電素子５５と、４つの第２の電極５６ａ、５６ｂ、５６ｃおよび５６ｄとを順に積層して構成されている。この場合、第１の電極５２ａ〜５２ｄ、第２の電極５６ａ〜５６ｄは、第１の電極５２ａ〜５２ｄと、第２の電極５６ａ〜５６ｄとが、それぞれ、対応するように配置されている。
【００４２】
第１の電極５２ａ、５２ｃおよび第２の電極５６ａ、５６ｃは、互いに電気的に直列に接続され、これらにより、第１のグループ電極５７を構成している。同様にして、第１の電極５２ｂ、５２ｄおよび第２の電極５６ｂ、５６ｄもまた、互いに電気的に直列に接続され、これらにより、第２のグループ電極５８を構成している。第１および第２のグループ電極５７、５８は、後述する駆動制御回路に接続されている。
第１および第２の圧電素子５３、５５は、補強板５４の両面にそれぞれ設置（固着）されており、これらに交流電圧が印加されると、第１および第２の圧電素子５３、５５は、長方形状をなす第１および第２の圧電素子５３、５５の長手方向Ｂに伸長・収縮（変位）する。
【００４３】
これらの圧電素子５３、５５の構成材料としては、特に限定されないが、例えばチタン酸ジルコニウム酸鉛（ＰＺＴ）、水晶、ニオブ酸リチウム、チタン酸バリウム、チタン酸鉛、メタニオブ酸鉛、ポリフッ化ビニリデン、亜鉛ニオブ酸鉛、スカンジウムニオブ酸鉛等の各種のものが好適に用いられる。
振動体５０の第１および第２の圧電素子５３、５５に印加する交流電圧の周波数は、特に限定されないが、振動体５０の振動（縦振動）の共振周波数とほぼ同程度であることが好ましい。これにより、振動体５０の振幅が大きくなり、高い効率で第１のロータ３１１Ａを駆動することができる。
【００４４】
前記振動体５０をより詳細に説明すると、振動体５０においては、第１の圧電素子５３を４つの長方形の領域にほぼ等しく分割（区分）し、分割された各領域に、第１の電極５２ａ〜５２ｄがそれぞれ設置されている。同様にして、第２の圧電素子５５もまた４つの領域に分割（区分）し、分割された各領域に、第２の電極５６ａ〜５６ｄが第１の圧電素子５３の第１の電極５２ａ〜５２ｄに対して図５および図６中上下対称的にそれぞれ設置されている。
【００４５】
また、第１および第２の圧電素子５３、５５間に介在された補強板５４は、振動体５０全体を補強する機能を有し、振動体５０が過振幅、外力等によって損傷するのを防止する。補強板５４の構成材料としては、特に限定されないが、例えばステンレス鋼、アルミニウムまたはアルミニウム合金、チタンまたはチタン合金、銅または銅系合金等の弾性を有する各種金属材料であるのが好ましい。
また、補強板５４は、第１および第２の圧電素子５３、５５に対する共通の電極としての機能も有している。なお、補強板５４は、アース（接地）されている。
この補強板５４には、凸部５１が一体的に形成されている。
【００４６】
補強板５４の厚さは、第１および第２の圧電素子５３、５５の厚さよりも薄くするのが好ましい。これにより、振動体５０、すなわち凸部５１を高い効率で振動させることができる。
ここで、第１のグループ電極５７または第２のグループ電極５８からの交流電圧が補強板５４を介して第１の圧電素子５３と第２の圧電素子５５とに印加されると、第１および第２の圧電素子５３、５５は、所定方向に屈曲振動する。これら第１および第２の圧電素子５３、５５の屈曲振動に伴い、補強板５４も屈曲振動し、これにより、凸部５１は、長手方向Ｂに対して傾斜した斜めの方向に往復振動（往復運動）または楕円振動（楕円運動）する（変位する）。この振動が第１のロータ３１１Ａの摺動面３１１ａに伝達され、第１のロータ３１１Ａが、正方向（時計回り方向）Ａ１または逆方向Ａ２（反時計回り方向）に回転駆動される。
【００４７】
このとき、非駆動状態（駆動停止状態）、すなわち通電停止状態にある第１のグループ電極５７または第２のグループ電極５８は、後述するように、振動検出手段として利用される。
ここで、前記振動体５０の「電気／機械変換素子」とは、電気エネルギーが供給されることにより、変形する部材（部分）を有する素子を言う。
なお、本実施形態では、電気／機械変換素子として、圧電素子を用いているが、本発明では、これに限定されない。他の電気／機械変換素子としては、例えば、形状記憶素子、磁歪素子、人工筋肉等が挙げられる。
【００４８】
図７は、アクチュエータの駆動制御回路の構成例を示すブロック図である。
なお、第１のアクチュエータ３１２Ａの駆動制御回路と、第２のアクチュエータ３１２Ｂの駆動制御回路と、第３のアクチュエータ３１２Ｃの駆動制御回路とは、その構成が同様であるので、ここでは代表的に第１のアクチュエータ３１２Ａの駆動制御回路を説明する。
【００４９】
駆動制御回路は、振動体５０が接続されるスイッチング回路９と駆動回路１０とで構成されている。スイッチング回路９は、互いに連動する第１の切換スイッチ部９０Ａと第２の切換スイッチ部９０Ｂとを有する。
第１の切換スイッチ部９０Ａは、振動体５０の第１のグループ電極５７が接続される端子９１および一対の切換端子９２、９３を有する。同様に、第２の切換スイッチ部９０Ｂは、振動体５０の第２のグループ電極５８が接続される端子９４および一対の切換端子９５、９６を有する。
【００５０】
すなわち、スイッチング回路９は、通電による交流電圧の印加により第１および第２の圧電素子５３、５５を屈曲振動させるグループ電極と、非駆動状態を維持させることにより振動検出手段として利用するグループ電極とに切り換える。
一方、駆動回路１０は、発振回路１０１、増幅回路１０２および移動量制御回路１０３を備えている。発振回路１０１の入力側は、第１の切換スイッチ部９０Ａの切換端子９３および第２の切換スイッチ部９０Ｂの切換端子９５にそれぞれ接続される。また、増幅回路１０２の出力側は、第１の切換スイッチ部９０Ａの切換端子９２および第２の切換スイッチ部９０Ｂの切換端子９６にそれぞれ接続される。
【００５１】
スイッチング回路９には、第１のロータ３１１Ａの回転方向（移動方向）として、正方向Ａ１または逆方向Ａ２が指示される。このスイッチング回路９は、第１のロータ３１１Ａの回転方向の指示情報に基づいて、振動体５０の第１のグループ電極５７または第２のグループ電極５８を選択的に切換え、通電させる。これにより、第１および第２の圧電素子５３、５５に交流電圧が、発振回路１０１および増幅回路１０２を介して印加され、第１および第２の圧電素子５３、５５および補強板５４は所定方向に屈曲振動し、凸部５１が長手方向Ｂに対して傾斜した斜めの方向に往復振動または楕円振動する。
【００５２】
この凸部５１の振動により、第１のロータ３１１Ａに力が繰り返し加えられ、その第１のロータ３１１Ａが回転駆動される。この第１のロータ３１１Ａの回転方向は、第１の切換スイッチ部９０Ａおよび第２の切換スイッチ部９０Ｂによる第１のグループ電極５７または第２のグループ電極５８の切り換えにて正方向Ａ１または逆方向Ａ２に切り換えられる。
【００５３】
移動量制御回路１０３には、第１のロータ３１１Ａの外周部に設置された移動量検出手段としてのロータリエンコーダ８が接続される。ロータリエンコーダ８は、複数のスリットが一定間隔で形成されたスリット回転板８１と、発光部および受光部を有するセンサ８２とで構成される。スリット回転板８１は、第１のロータ３１１Ａと一体的に回転する。
【００５４】
この場合、センサ８２としては、例えばフォトリフレクタやフォトインタラプタ等が好適に用いられる。フォトリフレクタは、スリット回転板８１の外周部に向けて光を照射する発光素子と、スリット回転板８１にて反射した光（反射光）を受光する受光素子（光電変換素子）とで構成される。一方、フォトインタラプタは、スリット回転板８１の外周部へ向けて光を照射する発光素子と、スリット回転板８１を透過した光（透過光）を受光する受光素子（光電変換素子）とで構成される。
【００５５】
移動量制御回路１０３には、第１のロータ３１１Ａの回転数（回転速度）や回転量が指示される。第１のロータ３１１Ａが回転すると、ロータリエンコーダ８のスリット回転板８１が第１のロータ３１１Ａと一体的に回転する。このスリット回転板８１の回転数（回転速度）や回転量は、第１のロータ３１１Ａの回転数や回転量に対応する。第１のロータ３１１Ａの回転に伴って、センサ８２からは、スリット回転板８１の回転量に応じたパルス信号が出力され、このパルス信号は、移動量制御回路１０３に入力される。
【００５６】
このとき、移動量制御回路１０３は、センサ８２からのパルス信号を計数し、この計数値に基づいて、第１のロータ３１１Ａの回転量を求める。また、第１のロータ３１１Ａの回転速度は、センサ８２からのパルスの周期または所定時間内のパルス数に基づいて求めることができる。
なお、移動量検出手段としては、上記したロータリエンコーダ８のような光学的な検出手段に限らず、磁気的な検出手段であってもよい。
【００５７】
次に、前記駆動制御回路の作用を説明する。
電源スイッチ（図示せず）がオンの状態において、スイッチング回路９では、第１のロータ３１１Ａの回転方向の指示があると、それに基づいて、第１および第２の切換スイッチ部９０Ａ、９０Ｂが連動して作動する。また、駆動回路１０の移動量制御回路１０３では、第１のロータ３１１Ａの回転数（回転速度）や回転量の指示があると、それに基づいて、増幅回路１０２等を制御する。
【００５８】
第１のロータ３１１Ａの回転方向が正方向Ａ１に指示された場合には、第１の切換スイッチ部９０Ａの端子９１と切換端子９３が接続し、第２の切換スイッチ部９０Ｂの端子９４と切換端子９６が接続する。このスイッチング回路９の切り換えにより、駆動回路１０の増幅回路１０２の出力側と、振動体５０の第２のグループ電極５８とが導通し、第１のグループ電極５７と、駆動回路１０の発振回路１０１の入力側とが導通する。これにより、発振回路１０１から出力される交流電圧が、移動量制御回路１０３の指示に基づいて増幅回路１０２にて増幅制御される。
【００５９】
このように、増幅回路１０２により増幅された交流電圧は、第２のグループ電極５８を構成する電極５２ｂ、５２ｄ、５６ｂおよび５６ｄと、補強板５４との間に印加される。これにより、第１および第２の圧電素子５３、５５の電極５２ｂ、５２ｄ、５６ｂおよび５６ｄに対応する部分がそれぞれ繰り返し伸縮し、その第１および第２の圧電素子５３、５５および補強板５４は、屈曲振動する。このような第１および第２の圧電素子５３、５５および補強板５４の屈曲振動により、凸部５１は、長手方向Ｂに対して傾斜した斜めの方向に往復振動または楕円振動する。この凸部５１の振動により、第１のロータ３１１Ａに摩擦力（押圧力）が繰り返し加えられ、第１のロータ３１１Ａが直接回転駆動される。すなわち、第１のロータ３１１Ａは、凸部５１の振動により、その凸部５１に対し摩擦摺動し、正方向Ａ１に回転する。この第１のロータ３１１Ａの回転により、後述するように、第１のステー２４は、第１のクランク機構３２を介して、支軸２６Ａを支点として往復運動（回動）する。
【００６０】
このとき、第１グループ電極５７は、非駆動状態（駆動停止状態）にある。これら第１グループ電極５７を構成する電極５２ａ、５２ｃ、５６ａおよび５６ｃは、それぞれ検出電極（振動検出手段）となり、各電極５２ａ、５２ｃ、５６ａおよび５６ｃと、補強板５４との間に電圧（誘起電圧）が誘起される。この誘起電圧は、発振回路１０１に検出電圧として入力される。そして、発振回路１０１では、入力された検出電圧に基づいて、振動体５０の振幅が最大、すなわち、検出電圧が最大になるような周波数（共振周波数）の交流電圧を出力する。これにより、第１のロータ３１１Ａを効率良く回転させることが可能になる。
【００６１】
移動量制御回路１０３は、ロータリエンコーダ（移動量検出手段）８による検出値と、予め指示された第１のロータ３１１Ａの回転数（目標値）や回転量（目標値）とに基づいて各グループ電極５７、５８への通電を制御する。
すなわち、ロータリエンコーダ８から移動量制御回路１０３にパルス信号が入力されると、上述したように、移動量制御回路１０３は、入力されたパルスを計数し、その計数値（パルス数）に基づいて第１のロータ３１１Ａの回転数や回転量を求め、この実測値と、予め指示された第１のロータ３１１Ａの目標値とを比較する。そして、第１のロータ３１１Ａの実測値が、予め指示された目標値と一致するまで、第１のアクチュエータ３１２Ａが駆動される。これにより、第１のロータ３１１Ａの正方向Ａ１への回転駆動が制御される。
【００６２】
一方、スイッチング回路９に第１のロータ３１１Ａの回転方向が逆方向Ａ２に指示された場合には、第１の切換スイッチ部９０Ａの端子９１と切換端子９２が接続し、第２の切換スイッチ部９０Ｂの端子９４と切換端子９５が接続する。このスイッチング回路９の切り換えにより、駆動回路１０の増幅回路１０２の出力側と、振動体５０の第１のグループ電極５７とが導通し、第２のグループ電極５８と、駆動回路１０の発振回路１０１の入力側とが導通する。以降の動作は、上述した第１のロータ３１１Ａの回転方向が正方向Ａ１に指示された場合と同様であるため、その説明は省略する。
【００６３】
次に、第１のステー２４および第２のステー２５の駆動による各羽根体２３の作動（作動状態）を説明する。この場合、左右両羽根体２３は、実質的に同一の作動を行うので、代表的に、一方の羽根体２３の作動のみを説明する。
図８は、羽根体の前縁部の羽ばたき運動（羽ばたき状態）を示す説明図である。
【００６４】
図８（ａ）に示すように、羽根体２３の第１のステー２４は、初期待機状態において、支軸２６Ａの支点を通る翼長方向（図８中、左右方向）における水平軸線Ｘ−Ｘと平行となっている。図２に示す第１の駆動機構３０Ａは、ロータ３１１Ａを一方向、例えば正方向（時計回りの方向）Ａ１にのみ連続して回転駆動するように、第１のアクチュエータ３１２Ａを駆動制御する。
【００６５】
この状態で、第１のアクチュエータ３１２Ａによりロータ３１１Ａを正方向Ａ１に回転駆動すると、図８（ｂ）に示すように、第１のクランク機構３２のクランクピン３１３Ａは、ロータ３１１Ａの回転駆動と共に正方向Ａ１に回転する。このクランクピン３１３Ａの回転により、第１のステー２４は、クランクアーム３１４およびピン３１５を介して支軸２６Ａを支点として上方（時計回りの方向）に回動し、上昇する。これにより、羽根体２３の前縁部２３１が打上げ方向Ｆ１に跳ね上げられる。
【００６６】
この羽根体２３の前縁部２３１における打上げ動作は、クランクピン３１３Ａがロータ３１１Ａの上死点に至るまで続行される。クランクピン３１３Ａがロータ３１１Ａの上死点に達したとき、水平軸線Ｘ−Ｘと第１のステー２４の中心軸線Ｐ−Ｐとのなす角、すなわち、羽根体２３の前縁部２３１の打上げ角α１が最大（最大打上げ角α１ＭＡＸ）となる。
【００６７】
そして、クランクピン３１３Ａがロータ３１１Ａの上死点を超えると、図８（ｃ）に示すように、第１のステー２４は、支軸２６Ａを支点として下方（反時計回りの方向）に回動し、下降する。これにより、羽根体２３の前縁部２３１が打下し方向Ｆ２に打付けられる。
この羽根体２３の前縁部２３１における打下し動作は、クランクピン３１３Ａがロータ３１１Ａの下死点に至るまで続行される。クランクピン３１３Ａがロータ３１１Ａの下死点に達したとき、水平軸線Ｘ−Ｘと第１のステー２４の中心軸線Ｐ−Ｐとのなす角、すなわち、羽根体２３の前縁部２３１の打下し角α２が最大（最大打下し角α２ＭＡＸ）となる。
【００６８】
このように、第１のアクチュエータ３１２Ａによるロータ３１１Ａの正方向Ａ１の連続的な回転駆動が、第１のクランク機構３２により、支軸２６Ａを支点とする第１のステー２４の往復運動（回動）に変換される。この第１のステー２４の往復運動により、羽根体２３の前縁部２３１には、最大打上げ角α１ＭＡＸおよび最大打下し角α２ＭＡＸに応じた羽ばたき角（α１ＭＡＸ＋α２ＭＡＸ）の範囲で連続的な羽ばたき運動が付与される。
【００６９】
同様に、羽根体２３の後縁部２３３の羽ばたき運動は、図４に示すように、第２のアクチュエータ３１２Ｂによりロータ３１１Ｂを正方向Ａ１に連続して回転駆動することにより行われる。ロータ３１１Ｂが回転駆動すると、第２のクランク機構３３のクランクピン３１３Ｂは、ロータ３１１Ｂの回転駆動と共に正方向Ａ１に回転する。このロータ３１１Ｂの回転で、クランクピン３１３Ｂは、第２のステー２５の軸方向に形成されたスライド溝３１６に沿って摺動し、第２のステー２５は、支軸２６Ｂを支点として上方（時計回りの方向）に回動し、上昇する。これにより、羽根体２３の後縁部２３３が打上げ方向Ｆ１に跳ね上げられる（図８（ｂ）参照）。
【００７０】
この羽根体２３の後縁部２３３における打上げ動作は、クランクピン３１３Ｂがロータ３１１Ｂの上死点に至るまで続行される。クランクピン３１３Ｂがロータ３１１Ｂの上死点に達したとき、水平軸線Ｘ−Ｘと第２のステー２５の中心軸線Ｐ−Ｐとのなす角、すなわち、羽根体２３の後縁部２３３の打上げ角α１が最大（最大打上げ角α１ＭＡＸ）となる（図８（ｂ）参照）。
【００７１】
そして、クランクピン３１３Ｂがロータ３１１Ｂの上死点を超えると、第２のステー２５は、支軸２６Ｂを支点として下方（反時計回りの方向）に回動し、下降する。これにより、羽根体２３の後縁部２３３が打下し方向Ｆ２に打付けられる（図８（ｃ）参照）。
この羽根体２３の後縁部２３３における打下し動作は、クランクピン３１３Ｂがロータ３１１Ｂの下死点に至るまで続行される。クランクピン３１３Ｂがロータ３１１Ｂの下死点に達したとき、水平軸線Ｘ−Ｘと第２のステー２５の中心軸線Ｐ−Ｐとのなす角、すなわち、羽根体２３の後縁部２３３の打下し角α２が最大（最大打下し角α２ＭＡＸ）となる（図８（ｃ）参照）。
【００７２】
このように、第２のアクチュエータ３１２Ｂによるロータ３１１Ｂの正方向Ａ１の連続的な回転駆動が、第２のクランク機構３３により、支軸２６Ｂを支点とする第２のステー２５の往復運動（回動）に変換される。この第２のステー２５の往復運動により、羽根体２３の後縁部２３３には、最大打上げ角α１ＭＡＸおよび最大打下し角α２ＭＡＸに応じた羽ばたき角（α１ＭＡＸ＋α２ＭＡＸ）の範囲で連続的な羽ばたき運動が付与される。
【００７３】
このようにして、羽根体２３の前縁部２３１および後縁部２３３がそれぞれ連続的な羽ばたき動作をし、これにより、羽根体２３全体が連続的に羽ばたき動作を行う（羽ばたき状態となる）。
この場合、前述したように、第１、第２および第３のアクチュエータ３１２Ａ、３１２Ｂ、３１２Ｃは、互いに協調して、第１、第２および第３のロータ３１１Ａ、３１１Ｂ、３１１Ｃと、第１のクランク機構３２と、第２のクランク機構３３と、連動機構２８とを介して、１対の第１のステー２４および１対の第２のステー２５を駆動する。
【００７４】
図９は、図１中のＩＶ−ＩＶ線での断面図であり、羽根体のピッチ角の調整状態を示す。
この場合、例えば、図４に示す第２の駆動機構３０Ｂにおいて、ロータ３１１Ｂを正方向（時計回りの方向）Ａ１または逆方向（反時計周りの方向）Ａ２に所望の回転量で回転駆動するように、第２のアクチュエータ３１２Ｂが駆動制御される。
【００７５】
図９（ａ）に示すように、羽根体２３の後縁側基端部２３４を支持する第２のステー２５は、図８（ａ）および図９（ａ）に示す初期待機状態において、第１のステー２４の支持点を通る翼幅方向における水平軸線Ｙ−Ｙ上に位置する。
そして、例えば、第１のアクチュエータ３１２Ａの停止状態、すなわち、羽根体２３の前縁部２３１を支持する第１のステー２４の停止状態において、第２のアクチュエータ３１２Ｂによりロータ３１１Ｂが正方向Ａ１に回転駆動すると、第２のステー２５は、上述したように、支軸２６Ｂを支点として上方に回動し、上昇する。
【００７６】
これにより、図９（ｂ）に示すように、羽根体２３の前縁部２３１が第１のステー２４の軸周りに時計回りの方向に回転する。すなわち、羽根体２３が第１のステー２４の支持点を支点として上方に旋回（回転）する。このとき、第２のステー２５は、ロータ３１１Ｂの回転駆動と共に羽根体２３の後縁側基端部２３４に形成されたスライド片部２３５の長孔２３６に沿って翼幅方向に移動（摺動）する。
【００７７】
前記羽根体２３の上方への旋回動作により、羽根体２３の上方（＋方向）へのピッチ角（＋β１）の調整がなわれる。この場合、羽根体２３のピッチ角とは、第１のステー２４の支持点を通る翼幅方向における水平軸線Ｙ−Ｙと、第１のステー２４による羽根体２３の前縁側基端部２３２の支持点と第２のステー２５による羽根体２３の後縁側基端部２３４の支持点とを結ぶ直線Ｑ−Ｑとのなす角（角度）を言う。
一方、図８（ａ）および図９（ａ）に示す羽根体２３の初期待機状態において、第２のアクチュエータ３１２Ｂによりロータ３１１Ｂを逆方向Ａ２に回転駆動すると、第２のステー２５は、上述したように、支軸２６Ｂを支点として下方に回動し、下降する。
【００７８】
これにより、図９（ｃ）に示すように、羽根体２３の前縁部２３１が第１のステー２４の軸周りに反時計回りの方向に回転する。すなわち、羽根体２３が第１のステー２４の支持点を支点として下方に旋回（回転）する。このとき、第２のステー２５は、ロータ３１１Ｂの回転駆動と共に羽根体２３の後縁側基端部２３４に形成されたスライド片部２３５の長孔２３６に沿って翼幅方向に移動（摺動）する。
前記羽根体２３の下方への旋回動作により、羽根体２３の下方（−方向）へのピッチ角（−β２）の調整がなされる。
【００７９】
なお、上記した羽根体２３のピッチ角の調整は、第１のステー２４の駆動停止状態、すなわち、羽根体２３の前縁部２３１における羽ばたき運動の停止状態の下で行ったが、これに限らず、第１のステー２４および第２のステー２５をそれぞれ駆動させて行うことも可能である。また、第２のステー２５の駆動停止状態、すなわち、羽根体２３の後縁部２３３における羽ばたき運動の停止状態の下で、第１のステー２４を駆動させて行うことも可能である。
【００８０】
上記した羽ばたき駆動装置２０では、第１の駆動機構３０Ａは、図２に示すように、第１のステー２４を介して羽根体２３の前縁部２３１に羽ばたき運動を付与する。一方、第２の駆動機構３０Ｂは、図４に示すように、第２のステー２５を介して羽根体２３の後縁部２３３に羽ばたき運動を付与する。第１および第２の駆動機構３０Ａ、３０Ｂの第１および第２のアクチュエータ３１２Ａ、３１２Ｂを互いに同期させて同時に駆動を開始すると、ロータ３１１Ａ、３１１Ｂは同一回転速度で正方向Ａ１に回転駆動する。これにより、羽根体２３の前縁部２３１および後縁部２３３は、図９（ａ）に示すようなピッチ角（β１＝β２＝０）の状態を維持して、図８に示す羽ばたき運動を開始する。
飛行中において、羽根体２３のピッチ角を調整する場合には、例えば、下記のようにする。
【００８１】
第１には、第１の駆動機構３０Ａおよび第２の駆動機構３０Ｂを駆動しているとき、第１の駆動機構３０Ａと第２の駆動機構３０Ｂとの一方を停止する。第１の駆動機構３０Ａを停止すると、羽根体２３の後縁部２３３は、第２のステー２５の駆動で羽ばたき運動するが、羽根体２３の前縁部２３１は、そのままの状態を維持する。そして、第１の駆動機構３０Ａを所定時間経過後に第２の駆動機構３０Ｂと同期させて駆動させると、その時間的な位相ずれにより、羽根体２３のピッチ角が可変される。同様に、第２の駆動機構３０Ｂを停止すると、羽根体２３の前縁部２３１は、第１のステー２４の駆動で羽ばたき運動するが、羽根体２３の後縁部２３３は、そのままの状態を維持する。そして、第２の駆動機構３０Ｂを所定時間経過後に第１の駆動機構３０Ａと同期させて駆動させると、その時間的な位相ずれにより、羽根体２３のピッチ角が変更される。
【００８２】
第２には、第１の駆動機構３０Ａおよび第２の駆動機構３０Ｂの駆動を停止しているとき、第１の駆動機構３０Ａのロータ３１１Ａと第２の駆動機構３０Ｂのロータ３１１Ｂとの一方を正方向Ａ１または逆方向Ａ２に所定時間回転駆動する。
第３には、第１の駆動機構３０Ａおよび第２の駆動機構３０Ｂの駆動を停止しているとき、第１の駆動機構３０Ａのロータ３１１Ａおよび第２の駆動機構３０Ｂのロータ３１１Ｂを互いに逆方向に所定時間回転駆動する。
【００８３】
第４には、第１の駆動機構３０Ａおよび第２の駆動機構３０Ｂを駆動しつつ、第１の駆動機構３０Ａのロータ３１１Ａの回転速度と、第２の駆動機構３０Ｂのロータ３１１Ｂの回転速度とを一時的に異ならせる。このようなロータ３１１Ａ、３１１Ｂ間の回転速度の差により、羽根体２３のピッチ角が変更される。
次に、羽ばたき駆動装置２０の飛行動作を具体的に説明する。
【００８４】
飛行中における羽根体２３の羽ばたき運動時（羽ばたき状態）において、羽根体２３の前縁部２３１は、第１の駆動機構３０Ａおよび連動機構２８により一様な羽ばたき運動をする。同様に、羽根体２３の後縁部２３３もまた、第２および第３の駆動機構３０Ｂ、３０Ｃを同期させることにより一様な羽ばたき運動をする。
【００８５】
そして、羽根体２３の打下ろし時には、第１の駆動機構３０Ａと、第２および第３の駆動機構３０Ｂ、３０Ｃとを同期させる。また、図９（ｂ）に示すように、羽根体２３の後縁部２３３が第２および第３の駆動機構３０Ｂ、３０Ｃにより旋回調整され、羽根体２３のプラス方向のピッチ角（＋β１）が小さくなるように、または、羽根体２３のピッチ角が０になるように調整される。これにより、羽根体２３の打下ろし時に翼裏面側に受ける空気抵抗が大きくなり、大きな揚力が得られる。その結果、羽ばたき駆動装置２０の上昇力が高まる。
【００８６】
一方、羽根体２３の打上げ時には、図９（ｃ）に示すように、羽根体２３の後縁部２３３が第２および第３の駆動機構３０Ｂ、３０Ｃにより下方の最大限まで旋回調整され、羽根体２３のマイナス方向のピッチ角（−β２）が最大値に調整される。これにより、羽根体２３の打上げ時に翼表面側に受ける空気抵抗が小さくなる。その結果、羽根体２３の打上げ時における羽ばたき駆動装置２０の下降量が最小限に抑えられる。
【００８７】
また、羽ばたき駆動装置２０は、羽根体２３の羽ばたき角を一定に保持することにより、滑空する（滑空状態となる）。
すなわち、羽ばたき駆動装置２０の滑空時においては、第１、第２および第３の駆動機構３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃによる羽根体２３の羽ばたき運動が停止される。このとき、第２および第３の駆動機構３０Ｂ、３０Ｃが、気流（例えば、上昇気流等）に応じて、羽根体２３の後縁部２３３を旋回調整することにより、ピッチ角の微小調整が行われる。これにより、羽根体２３による羽ばたき駆動装置２０の浮力の低下が防止され、滑空時における安定した水平飛行の姿勢が得られる。
【００８８】
また、羽ばたき駆動装置２０の下降時においては、図９（ｂ）に示すように、羽根体２３の後縁部２３３が第２および第３の駆動機構３０Ｂ、３０Ｃにより上方に旋回調整される。これにより、羽根体２３は、プラス方向にピッチ角（＋β１）が調整される。その結果、羽ばたき駆動装置２０は、速やかに下降する。
逆に、羽ばたき駆動装置２０の上昇時においては、図９（ｃ）に示すように、羽根体２３の後縁部２３３が第２および第３の駆動機構３０Ｂ、３０Ｃにより下方に旋回調整される。これにより、羽根体２３は、マイナス方向にピッチ角（−β２）が調整される。その結果、気流の状態にもよるが、羽ばたき駆動装置２０は、速やかに上昇する。
【００８９】
また、羽ばたき駆動装置２０の旋回時においては、第２および第３の駆動機構３０Ｂ、３０Ｃの駆動により、左右両羽根体２３のピッチ角が相対的に調整される。これにより、羽ばたき駆動装置２０の右旋回または左旋回が行われる。
ここで、本実施形態の羽ばたき駆動装置２０（駆動装置１）は、第１、第２、第３のアクチュエータ３１２Ａ、３１２Ｂ、３１２Ｃのうちの２つまたはすべてを同期させて第１、第２、第３のロータ（移動体）３１１Ａ、３１１Ｂ、３１１Ｃを回転駆動（駆動）する第１の協調モードと、第１、第２、第３のアクチュエータ３１２Ａ、３１２Ｂ、３１２Ｃのうちの２つまたはすべて位相差を持たせて第１、第２、第３のロータ３１１Ａ、３１１Ｂ、３１１Ｃを回転駆動する第２の協調モードと、第１、第２、第３のアクチュエータ３１２Ａ、３１２Ｂ、３１２Ｃのうちの２つまたはすべてを差動させて第１、第２、第３のロータ３１１Ａ、３１１Ｂ、３１１Ｃを回転駆動する第３の協調モードとを有している。
【００９０】
前記第３の協調モードには、第１、第２、第３のアクチュエータ３１２Ａ、３１２Ｂ、３１２Ｃのうちの２つまたはすべてをそれらの駆動速度に差を持たせて同一方向に駆動するモード（第１の差動モード）と、第１、第２、第３のアクチュエータ３１２Ａ、３１２Ｂ、３１２Ｃのうちの１つまたは２つを逆方向に駆動するモード（第２の差動モード）と、第１、第２、第３のアクチュエータ３１２Ａ、３１２Ｂ、３１２Ｃのうちの１つまたは２つを停止状態とするモード（第３の差動モード）とが含まれている。
羽ばたき駆動装置２０の飛行（作動）の際は、これらの各モードのうちから、所定の１または２以上のモードを選択し、それを実行する。これにより、羽ばたき駆動装置２０の駆動を最適に行うことができる。
【００９１】
前記第１の協調モードでは、第１、第２、第３のアクチュエータ３１２Ａ、３１２Ｂ、３１２Ｃのうちの２つまたはすべてを同期させることにより、１つのアクチュエータを駆動する場合に比べ、駆動トルクを増大（倍増）させることができる。すなわち、負荷に対する駆動トルクを分散させることができ、少ないエネルギーで１対の羽根体２３、２３を羽ばたき運動させることができる。しかも、羽根体２３の羽ばたき速度（駆動速度）の可変範囲が広くなり、羽ばたき駆動装置２０の速度（飛行速度や上昇・下降速度）の調整を容易かつ確実に行うことができる。
【００９２】
前記第２の協調モードでは、第１、第２、第３のアクチュエータ３１２Ａ、３１２Ｂ、３１２Ｃのうちの２つまたはすべてに位相差を持たせることにより、飛行中における羽ばたき駆動装置２０の各羽根体２３のピッチ角の調整等を容易、円滑かつ確実に行うことができる。これにより、種々の状況やその状況変化に対応でき、理想的な飛行を行うことができる。
【００９３】
前記第３の協調モードでは、第１、第２、第３のアクチュエータ３１２Ａ、３１２Ｂ、３１２Ｃのうちの２つまたはすべてを差動させることにより、飛行中における羽ばたき駆動装置２０の各羽根体２３のピッチ角の調整等を容易、円滑かつ確実に行うことができる。これにより、種々の状況やその状況変化に対応でき、理想的な飛行を行うことができる。
なお、この羽ばたき駆動装置２０では、第１、第２、第３のアクチュエータ３１２Ａ、３１２Ｂ、３１２Ｃの出力特性は、同一でもよく、また、異なっていてもよい。
【００９４】
以上説明述べたように、この羽ばたき駆動装置２０によれば、独立した第１、第２、第３のアクチュエータ３１２Ａ、３１２Ｂ、３１２Ｃを協調させて１対の羽根体２３、２３を駆動するので、飛行中においても各羽根体２３の姿勢や位置の調整（変更）を容易かつ確実に行うことができる。
すなわち、飛行中における羽ばたき駆動装置２０の羽ばたき運動や旋回・昇降姿勢等の調整が容易かつ確実に行えるとともに、飛行の持続性、滑空性能および上昇性能が向上し、飛行速度の調整も容易かつ確実に行える。しかも、小型軽量で少ないエネルギーで遠距離飛行が可能になるため、探査用小型飛行体として実用性に優れる。
【００９５】
また、第１、第２、第３のアクチュエータ３１２Ａ、３１２Ｂ、３１２Ｃが前述した振動体５０で構成されているので、大きなトルクおよび大きなディテントトルクが得られるとともに、装置全体の小型化および軽量化を図ることができる。
また、第１、第２、第３のロータ３１１Ａ、３１１Ｂ、３１１Ｃが第１、第２、第３のアクチュエータ３１２Ａ、３１２Ｂ、３１２Ｃの振動体５０にて直接駆動（回転）されるため、装置全体の小型化、軽量化に特に有利であるとともに、部品点数を削減することができ、構造を極めて簡素化することができ、また、コストを低減することができる。
【００９６】
また、振動体５０の面内振動を第１、第２、第３のロータ３１１Ａ、３１１Ｂ、３１１Ｃの回転運動（駆動）に変換するため、機械的変換に伴なうエネルギーロスが少なく、第１、第２、第３のロータ３１１Ａ、３１１Ｂ、３１１Ｃを高い効率で駆動することができる。
また、通常の電動モータのような磁力で駆動する場合と異なり、振動体５０からの振動伝播による摩擦摺動により第１、第２、第３のロータ３１１Ａ、３１１Ｂ、３１１Ｃが回転駆動されることから、第１、第２、第３のロータ３１１Ａ、３１１Ｂ、３１１Ｃに対する駆動力が高い。したがって、変速機構（減速機構）を介さなくても、十分な駆動力で、第１、第２、第３のロータ３１１Ａ、３１１Ｂ、３１１Ｃを回転駆動させることができる。
【００９７】
なお、本実施形態では、羽根体２３は、１対設けられているが、本発明では、羽根体２３の数はこれに限らず、羽根体２３が、例えば、２対設けられていてもよく、また、３対以上設けられていてもよい。
また、図１０に示すように、羽根体２３の前縁側基端部２３２を支持する第１のステー２４と、後縁側基端部２３４を支持する第２のステー２５との間の距離（離間間隔）を、本実施形態より小さくしてもよい。
これにより、羽根体２３のピッチ角を、本実施形態より大きく変更することができる。すなわち、羽根体２３のピッチ角を調整し得る範囲が広くなるとともに、瞬時に調整できるようになる。
【００９８】
以上、本発明の駆動装置および稼動装置を、図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置換することができる。
なお、前記実施形態では、各アクチュエータとして、それぞれ、正逆両方向に駆動し得るものを用いているが、本発明では、これに限らず、各アクチュエータとして、それぞれ、一方向のみに駆動し得るものを用いてもよい。
【００９９】
また、前記実施形態では、複数のアクチュエータがそれぞれ被駆動体を間接的に駆動するように構成されているが、例えば、複数のアクチュエータがそれぞれ被駆動体を直接駆動するように構成されていてもよく、また、複数のアクチュエータのうちの一部が被駆動体を直接駆動し、残部が被駆動体を間接的に駆動するように構成されていてもよい。
【０１００】
また、前記実施形態では、アクチュエータの個数は、３個であったが、本発明では、アクチュエータの個数は、２個または４個以上であってもよい。
また、前記実施形態では、駆動装置を羽ばたき駆動装置の駆動装置に適用した場合、すなわち、稼動装置を羽ばたき駆動装置に適用した場合を例に挙げて説明したが、本発明では、駆動装置の用途、すなわち、稼動装置は、羽ばたき駆動装置には限定されない。換言すれば、本発明の稼動装置は、本発明の駆動装置と、この駆動装置により駆動制御される被制御体とを有するものであれば、いかなるものであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態（羽ばたき駆動装置）を示す平面図。
【図２】図１中のＩＩ−ＩＩ線での断面図。
【図３】連動機構の説明図。
【図４】図１中のＩＩＩ−ＩＩＩ線での断面図。
【図５】アクチュエータを構成する振動体の斜視図。
【図６】図５中のＩ−Ｉ線での断面図。
【図７】アクチュエータの駆動制御回路の構成例を示すブロック図。
【図８】羽根体の羽ばたき運動（羽ばたき状態）を示す説明図。
【図９】図１中のＩＶ−ＩＶ線での断面図。
【図１０】羽ばたき駆動装置の他の構成例を示す平面図。
【符号の説明】
１…駆動装置、５０…振動体、５１…凸部、５２ａ〜５２ｄ…第１の電極、５３…第１の圧電素子、５４…補強板、５５…第２の圧電素子、５６ａ〜５６ｄ…第２の電極、５７…第１のグループ電極、５８…第２のグループ電極、６…取付部材、７…軸受部、８…ロータリエンコーダ、８１…スリット回転板、８２…センサ、９…スイッチング回路、９０Ａ…第１の切換スイッチ部、９０Ｂ…第２の切換スイッチ部、９１…端子、９２、９３…切換端子、９４…端子、９５、９６…切換端子、１０…駆動回路、１０１…発振回路、１０２…増幅回路、１０３…移動量制御回路、２０…羽ばたき駆動装置、２１、２２…フレーム、２３…羽根体、２３１…前縁部、２３２…前縁側基端部、２３３…後縁部、２３４…後縁側基端部、２３５…スライド片部、２３６…長孔、２４…第１のステー、２５…第２のステー、２６Ａ、２６Ｂ…支軸、２７Ａ、２７Ｂ…支軸、２８…連動機構、２８１…扇形歯車、２８２…扇形歯車、２９Ａ、２９Ｂ…回転軸、３０Ａ…第１の駆動機構、３１１Ａ…第１のロータ、３１１ａ…摺動面、３１２Ａ…第１のアクチュエータ、３１３Ａ…クランクピン、３１４…クランクアーム、３１５…ピン、３０Ｂ…第２の駆動機構、３１１Ｂ…第２のロータ、３１１ｂ…摺動面、３１２Ｂ…第２のアクチュエータ、３１３Ｂ…クランクピン、３１６…スライド溝、３０Ｃ…第３の駆動機構、３１１Ｃ…第３のロータ、３１１ｃ…摺動面、３１２Ｃ…第３のアクチュエータ、３２…第１のクランク機構、３３…第２のクランク機構
Claims (19)
- 複数の被駆動体と、前記複数の被駆動体をそれぞれ駆動する複数のアクチュエータとを備える駆動装置であって、
前記各アクチュエータは、電気／機械変換素子を備え、前記電気／機械変換素子に電力を与えることにより変位し、対応する前記被駆動体に駆動力を付与する変形素子で構成されており、
前記各アクチュエータを互いに協調させて対応する前記被駆動体を駆動することを特徴とする駆動装置。 - 前記協調には、前記複数のアクチュエータのうちの少なくとも２つを同期させて前記被駆動体を駆動する場合と、前記複数のアクチュエータのうちの少なくとも２つに位相差を持たせて前記被駆動体を駆動する場合と、前記複数のアクチュエータのうちの少なくとも２つを差動させて前記被駆動体を駆動する場合とのうちの少なくとも１つが含まれる請求項１に記載の駆動装置。
- 前記差動には、前記複数のアクチュエータのうちの少なくとも２つをそれらの駆動速度に差を持たせて同一方向に駆動する場合と、前記複数のアクチュエータのうちの少なくとも１つを逆方向に駆動する場合と、前記複数のアクチュエータのうちの少なくとも１つを停止状態とする場合とのうちの少なくとも１つが含まれる請求項２に記載の駆動装置。
- 被制御体に連結される複数の被駆動体と、前記複数の被駆動体をそれぞれ駆動する複数のアクチュエータとを備える駆動装置であって、
前記各アクチュエータは、電気／機械変換素子を備え、前記電気／機械変換素子に電力を与えることにより変位し、対応する前記被駆動体に駆動力を付与する変形素子で構成されており、
前記各アクチュエータを互いに協調させて対応する前記被駆動体を駆動することを特徴とする駆動装置。 - 被制御体に連結される複数の被駆動体と、前記複数の被駆動体とそれぞれ連動する複数の移動体と、前記複数の移動体をそれぞれ駆動する複数のアクチュエータとを備える駆動装置であって、
前記各アクチュエータは、電気／機械変換素子を備え、前記電気／機械変換素子に電力を与えることにより変位し、対応する前記移動体に駆動力を付与する変形素子で構成されており、
前記各アクチュエータを互いに協調させて、対応する前記移動体を介して対応する前記被駆動体を駆動することを特徴とする駆動装置。 - 前記複数のアクチュエータのうちの少なくとも１つについては、前記変形素子は、振動体であり、前記移動体に当接して設けられ、振動により、前記移動体に力を繰り返し加えて前記移動体を駆動する請求項５に記載の駆動装置。
- 前記移動体は、回転自在に設けられたロータである請求項５または６に記載の駆動装置。
- 前記被制御体は、羽ばたき駆動装置の羽根体である請求項４ないし７のいずれかに記載の駆動装置。
- 前記被制御体は、羽ばたき駆動装置のフレームに対し、左右対称的に設けられる少なくとも１対の羽根体であり、
前記被駆動体は、前記羽根体の前縁側基端部を支持し、前記フレームに対し、支軸を支点として回動自在に設けられた第１のステーと、前記羽根体の後縁側基端部を支持し、前記フレームに対し、支軸を支点として回動自在に設けられた第２のステーとを有し、
前記移動体は、前記第１のステーと連動し、回転自在な第１のロータと、前記第２のステーと連動し、回転自在な第２のロータとを有し、
前記第１のロータは、回転運動を往復運動に変換する第１の回転／往復運動変換機構を介し、前記第１のステーを前記支軸を支点として往復運動させ、該第１のステーの往復運動により、前記羽根体の前縁部の羽ばたき動作を行い、
前記第２のロータは、回転運動を往復運動に変換する第２の回転／往復運動変換機構を介し、前記第２のステーを前記支軸を支点として往復運動させ、該第２のステーの往復運動により、前記羽根体の後縁部の羽ばたき動作を行う請求項５ないし７のいずれかに記載の駆動装置。 - 前記被制御体は、羽ばたき駆動装置のフレームに対し、左右対称的に設けられる１対の羽根体であり、
前記被駆動体は、前記羽根体の前縁側基端部を支持し、前記フレームに対し、支軸を支点として回動自在に設けられた第１のステーと、前記羽根体の後縁側基端部を支持し、前記フレームに対し、支軸を支点として回動自在に設けられた第２のステーとを有し、
前記移動体は、前記第１のステーと連動し、回転自在な第１のロータと、前記第２のステーと連動し、回転自在な第２のロータとを有し、
前記第１のロータは、回転運動を往復運動に変換する第１の回転／往復運動変換機構を介し、前記第１のステーを前記支軸を支点として往復運動させ、該第１のステーの往復運動により、前記羽根体の前縁部の羽ばたき動作を行い、
前記第２のロータは、回転運動を往復運動に変換する第２の回転／往復運動変換機構を介し、前記第２のステーを前記支軸を支点として往復運動させ、該第２のステーの往復運動により、前記羽根体の後縁部の羽ばたき動作を行う請求項５ないし７のいずれかに記載の駆動装置。 - 前記第２のステーは、前記羽根体の後縁側基端部を該羽根体の翼幅方向に移動し得るように支持する請求項９または１０に記載の駆動装置。
- 前記左右対称的に設けられる１対の羽根体の前記第１のステーのそれぞれは、互いに連動して同一方向に駆動され、前記第２のステーのそれぞれは、互いに独立して駆動される請求項９ないし１１のいずれかに記載の駆動装置。
- 前記第２のステーを前記支軸を支点として、前記第１のステーに対し、相対的に回動させることにより、前記羽根体のピッチ角を調整するよう構成されている請求項９ないし１２のいずれかに記載の駆動装置。
- 前記羽根体の打上げ時は、該羽根体のピッチ角が比較的大きくなり、前記羽根体の打下げ時は、該羽根体のピッチ角が比較的小さくなるように調整する請求項８ないし１３のいずれかに記載の駆動装置。
- 前記羽ばたき駆動装置が、前記羽根体の羽ばたき角を一定に保持した滑空状態と、前記羽根体が連続的に羽ばたき動作を行う羽ばたき状態とをとり得るよう構成されている請求項８ないし１４のいずれかに記載の駆動装置。
- 前記協調には、前記複数のアクチュエータのうちの少なくとも２つを同期させて前記被駆動体を駆動する場合と、前記複数のアクチュエータのうちの少なくとも２つに位相差を持たせて前記被駆動体を駆動する場合と、前記複数のアクチュエータのうちの少なくとも２つを差動させて前記被駆動体を駆動する場合とのうちの少なくとも１つが含まれる請求項４ないし１５のいずれかに記載の駆動装置。
- 前記差動には、前記複数のアクチュエータのうちの少なくとも２つをそれらの駆動速度に差を持たせて同一方向に駆動する場合と、前記複数のアクチュエータのうちの少なくとも１つを逆方向に駆動する場合と、前記複数のアクチュエータのうちの少なくとも１つを停止状態とする場合とのうちの少なくとも１つが含まれる請求項１６に記載の駆動装置。
- 前記電気／機械変換素子は、圧電素子である請求項１ないし１７のいずれかに記載の駆動装置。
- 請求項１ないし１８のいずれかに記載の駆動装置と、
前記駆動装置により駆動制御される被制御体とを有することを特徴とする稼動装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2003039028A JP2004254353A (ja) | 2003-02-17 | 2003-02-17 | 駆動装置および稼動装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2003039028A JP2004254353A (ja) | 2003-02-17 | 2003-02-17 | 駆動装置および稼動装置 |
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|---|---|
| JP2004254353A true JP2004254353A (ja) | 2004-09-09 |
| JP2004254353A5 JP2004254353A5 (ja) | 2006-04-06 |
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ID=33023322
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|---|---|
| JP (1) | JP2004254353A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US10097111B2 (en) | 2015-03-04 | 2018-10-09 | Seiko Epson Corporation | Piezoelectric drive device and robot |
-
2003
- 2003-02-17 JP JP2003039028A patent/JP2004254353A/ja not_active Withdrawn
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US10097111B2 (en) | 2015-03-04 | 2018-10-09 | Seiko Epson Corporation | Piezoelectric drive device and robot |
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