JP2005143176A

JP2005143176A - 回転駆動装置

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Publication number: JP2005143176A
Application number: JP2003375529A
Authority: JP
Inventors: Hideshi Koyama; 英志小山
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2003-11-05
Filing date: 2003-11-05
Publication date: 2005-06-02

Abstract

【課題】一つのアクチュエータを用いて、２軸まわりに被回動体を回動させることができるとともに、被回動体をスムーズかつ充分に駆動することのできる回転駆動装置を提供すること。
【解決手段】略球状の面を有する回動部材２１と、該回動部材２１を少なくとも２軸まわりに回動可能に支持する回動部材支持手段と、電気エネルギーを供給する交番電力供給手段と、該交番電力供給手段により供給された電気エネルギーを機械エネルギーに変換することにより３次元の振動を発生させる振動体２０と、該振動体２０と前記回動部材２１の略球状の面とが、所定の角度を保ちながら接触するように前記振動体２０を支持する振動体支持手段２４と、前記回動部材２１の回動によって生じる摩擦を軽減させる回動摩擦緩和手段と、前記回動部材２１と前記振動体２０とが所定の押圧力をもって接触するように、該押圧力を調整する押圧力調整手段２７と、を備えることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、被回転体を２軸まわりに回動させる回転駆動装置に関するものである。

従来より、ある物体を回動させるための装置として種々のアクチュエータが使用されているが、これらアクチュエータは、通常、１軸まわりについてのみ回動させることができるようになっており、物体を２軸まわりに回動させるためには、最低２個のアクチュエータが必要であった。そのため、２軸まわりに回動させる場合、装置全体を小型化したり、コストを低減したりするには限界があった。

このような問題を解決するために、一つのアクチュエータで物体を２軸まわりに回動させる以下の装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。すなわち、この装置は、図１１に示すように、電界や磁界の変化により伸縮変形を起こす振動体１０１と、この振動体１０１の変位に応じて回動させられる回動部材１０２とを備えてなるものである。振動体１０１は、その変形軸の一端が振動体土台部１０６に取り付けられることにより、伸縮変形可能に支持されている。また振動体１０１の同他端は振動体接点部１０３が設けられている。

そして、振動体接点部１０３と振動体土台部１０６とのいずれか一方には、振動体１０１の変形軸に直交する方向に向けて屈曲変形する少なくとも２組のバイモルフ型圧電体１０７と、振動体１０１およびバイモルフ型圧電体１０７に電圧を印加するとともに、交番電圧の位相をずらすことができる交番電力発生手段１０８とが設けられている。
さらに、振動体接点部１０３は、回動部材１０２に形成された球面状の回動部材球面部１０４に接触しており、回動部材１０２は、回動部材保持手段１０５により、その回動中心が回動部材球面部１０４の球の中心と同一になるようにして、２軸まわりに回動可能に支持されている。

このような構成において、交番電力発生手段１０８の出力により、それぞれ同一周波数で位相の異なる電圧が、振動体１０１とバイモルフ型圧電体１０７との少なくともいずれかに印加されると、振動体接点部１０３が振動体１０１を介して任意の方向に振動させられ、この振動により、振動体接点部１０３と回動部材球面部１０４との接触点が移動する。この移動に合わせて、回動部材１０２は、振動体接点部１０３と回動部材球面部１０４との接触上の角度や押圧力が一定に保たれたまま、２軸まわりに回動させられる。
この回転駆動装置によれば、単一のアクチュエータによる簡単な構成で被駆動体をダイレクトに２軸まわりに回動させることができる。
特開平０５−２０３７７２号公報

しかしながら、振動体１０１が発生させる駆動力によって回動部材１０２を適切に回動させるためには、振動体接点部１０３が適切な押圧力をもって回動部材球面部１０４に接触していなければならないが、上記のような構成では、振動体土台部１０６と回動部材保持手段１０５との間の押圧力を調整することができず、そのため被回動体をスムーズに回動させるのが困難であった。また、回動部材１０２と振動体接点部１０３との間の押圧力を大きくしていくと、回動部材保持手段１０５に回動部材１０２の回動を阻止する方向に摩擦が発生し、十分な回動運動が得られないという問題があった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、一つのアクチュエータを用いて、２軸まわりに被回転体を回動させる装置であって、被回動体をスムーズかつ充分に駆動することのできる回転駆動装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を提供する。
請求項１に係る発明は、略球状の面を有する回動部材と、該回動部材を少なくとも２軸まわりに回動可能に支持する回動部材支持手段と、電気エネルギーを供給する交番電力供給手段と、該交番電力供給手段により供給された電気エネルギーを機械エネルギーに変換することにより３次元の振動を発生させる振動体と、該振動体と前記回動部材の略球状の面とが、所定の角度を保ちながら接触するように前記振動体を支持する振動体支持手段と、前記回動部材の回動によって生じる摩擦を軽減させる回動摩擦緩和手段と、前記回動部材と前記振動体とが所定の押圧力をもって接触するように、該押圧力を調整する押圧力調整手段と、を備えることを特徴とする。

この発明に係る回転駆動装置によれば、交番電力供給手段により、振動体に電気エネルギーが供給されると、振動体が３次元の振動を発生させ、この振動に応じて回動部材が回動させられる。このとき、回動部材を充分に回動させるためには、振動体が適度な押圧力を持って回動部材に接触している必要がある。そこで、押圧力調整手段を用いることにより、その押圧力が適正に調整される。また、押圧力を大きくすると、それに応じて、回動部材の回動を阻止する方向に摩擦が生じるが、回動摩擦緩和手段により、その摩擦力が軽減される。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の回転駆動装置において、前記押圧力調整手段が、弾性部材であることを特徴とする。
この発明に係る回転駆動装置によれば、弾性部材の弾性力により、適正な押圧力が回動部材に加えられる。

請求項３に係る発明は、請求項１または請求項２に記載の回転駆動装置において、前記振動体支持手段が、前記押圧力調整手段を兼ねることを特徴とする。
この発明に係る回転駆動装置によれば、前記振動体支持手段が前記押圧力調整手段と兼用され、前記振動体支持手段により振動体が支持されるとともに、前記押圧力調整手段により上記適正な押圧力が加えられる。

請求項４に係る発明は、請求項１から請求項３のいずれか一つに記載の回転駆動装置において、前記振動体における前記振動体支持手段の支持位置が、前記振動体が振動する際の振動の節の位置であることを特徴とする。
この発明に係る回転駆動装置によれば、前記振動体支持手段が支持する支持位置を節として、振動体が振動させられる。

請求項１に係る発明によれば、押圧力調整手段を備えているため、振動体の回動部材への押圧力を適正に調整することができ、さらに、回動摩擦緩和手段により、回動部材の回動によって生じる摩擦を軽減させることが可能となる。そのため、回動部材に充分な駆動力を伝達させるとともに、回動部材をスムーズに回動させることが可能となる。
請求項２に係る発明によれば、弾性部材の弾性力を利用するため、適正な押圧力を確実に回動部材に加えることが可能となる。
請求項３に係る発明によれば、振動体支持手段が押圧力調整手段と兼用されていることから、装置自体の構成を簡単にすることができる。そのため、装置の製造、修理が容易となる。
請求項４に係る発明によれば、振動体支持手段によって、振動の節の位置で振動体が支持されていることから、振動体の振動に伴う変位量が最小となり、そのため最小の力で確実に振動体を支持することが可能となる。

（実施例１）
以下、本発明の第１実施例における回転駆動装置について、図面を参照して説明する。
最初に、本発明に係る回転駆動装置の概念について説明する。図３は、本発明の回転駆動装置を示した概念図である。図３において、符号１は回転駆動装置を示している。
回転駆動装置１は、本装置の基体である装置本体部６と、装置本体部６に取り付けられ、電界や磁界の変化により伸縮変形や屈曲変形を起こす振動体２と、この振動体２に対向して装置本体部６に取り付けられ、振動体２の変位に応じて回動させられる回動部材３とを備えてなるものである。振動体２は、その伸縮変形軸の一方端が回動部材３に設けられた球状の回動部材球面部４に当接されている。また、振動体２は、振動体支持手段５を介して装置本体部６に取り付けられることにより、伸縮変形可能に支持されている。さらに、振動体２は、振動体２が回動部材球面部４に接する接点と回動部材球面部４の球中心とを結ぶ直線と、振動体２とのなす角度が常に一定となるように、振動体支持手段５により支持されている。この振動体２には、交番電力供給手段７によって、所定の交番信号が供給されるようになっている。
また、振動体支持手段５と装置本体部６との間には、振動体２と回動部材球面部４との接触における押圧力を調整し、その適正な押圧力を保持する押圧力調整手段８が設けられている。

さらに回動部材３は、回動部材支持手段９により、少なくとも２軸まわりに回動可能とされるとともに、これら２軸は回動部材球面部４の球中心で交差するように装置本体部６の上端に支持されている。回動部材支持手段９と装置本体部６との間には、回動部材３の回動時の摩擦を軽減させるための回動摩擦緩和手段１０が設けられている。
なお、押圧力調整手段８は、振動体２と回動部材球面部４との接触圧を管理できる位置であれば、必ずしも上記位置に設ける必要はない。例えば、回動部材支持手段９側に設けることが考えられる。

次に、本実施例における回転駆動装置１の構成について説明する。
回転駆動装置１は、図１および図２に示すように、上下にコの字状に延びる本体部２２と、本体部２２に取り付けられた略角柱状の振動体２０および真球状の回動部材２１とを備えてなるものである。本体部２２は、棒状のアーム部２２ａと、アーム部２２ａの両端からそれぞれアーム部２２ａと交差する方向に延ばされ、互いに対向する位置に配される基台２２ｂおよび略半環状の回動支持アーム２２ｃとを備えている。
振動体２０は、図３に示す交番電力供給手段７としての交番電力供給装置（不図示）に接続されており、後述するように図１および図２に示すｘｙｚ方向に振動し、その上端部２０ｃが楕円軌道を描いて駆動力を発生させるようになっている。また、振動体２０は、その構成物質や形状から算出される、または複雑な構成や形状であればシュミレーションによって導出される共振周波数、すなわち縦振動と呼ぶｚ軸方向の振動の共振周波数と、屈曲振動と呼ぶｘまたはｙ方向の振動の共振周波数とがほぼ一致するようなサイズに形成されている。また屈曲振動については、ここでは２次の振動となるように共振周波数が設定されている。

この振動体２０が、その長さ方向に延びる軸線Ｌとアーム部２２ａとが平行になるように基台２２ｂと回動支持アーム２２ｃとの間に配され、略有底角筒状の振動体フレーム２３を介して、アーム部２２ａに取り付けられている。すなわち、振動体２０の４つの側面部２０ａであってその長さ方向の中央にそれぞれ形成された孔部２０ｂと、振動体フレーム２３の４つの側面部２３ａの上端であって軸線Ｌと交差する方向に貫通する貫通孔２３ｂとに、ステンレス等からなるピン（振動体支持手段）２４が挿入されることにより、振動体２０が振動体フレーム２３に固定されている。そして、振動体フレーム２３は、４つの側面部２３ａのうちの一面が、アーム部２２ａに設けられたリニアステージ２５およびステージガイド２６に取り付けられることにより、軸線Ｌ方向に沿って移動可能に支持されている。これにより、振動体フレーム２３を軸線Ｌ方向に沿って移動させると、その移動に応じて、振動体２０も移動させられるようになっている。

さらに、上記振動体フレーム２３は、基台２２ｂに設けられた軸線Ｌ方向の不図示のネジ穴に組みつけられたボルト２７の天面２７ａと、振動体フレーム２３の下端面２３ｃとの間に設けられたスプリング（弾性部材）２８により、常に軸線Ｌ方向上方、すなわち回動支持アーム２２ｃに向けて付勢された状態になっている。このボルト２７は、軸線Ｌを中心として回動させることにより、下端面２３ｃと天面２７ａとの間の距離が変更できるようになっており、これにより、スプリング２８の弾性力を変化させ、振動体フレーム２３を介して振動体２０の軸線Ｌ方向の付勢力を調整することができるようになっている。

また、振動体２０の上端部２０ｃは回動部材２１の外周面である球面部２１ｂに当接されており、回動部材２１は、ジルコニア等の硬質材料により形成され、環状部材２９を介して、ジンバル機構により回動支持アーム２２ｃに取り付けられている。すなわち、図２に示すように、回動部材２１の周面にその球中心Ｏに向けて互いに対向するように形成されたそれぞれの凹部２１ａに、ｘ軸取り付けピン（回動部材支持手段）３１の一端が挿入、固着され、ｘ軸取り付けピン３１の他端が、図２に示すｘ軸方向に向けて環状部材２９にそれぞれ形成されたｘ軸受穴２９ａに挿入されることにより、回動部材２１はｘ軸線を中心として回動可能に支持されている。さらに、図２に示すｙ軸方向に向けて環状部材２９にそれぞれ形成されたｙ軸受穴２９ｂに、ｙ軸取り付けピン（回動部材支持手段）４１の一端が挿入、固着され、ｙ軸取り付けピン４１の他端が、ｙ軸方向に向けて回動支持アーム２２ｃにそれぞれ形成された凹部４０に挿入されることにより、環状部材２９は、ｙ軸を中心として回動可能に支持され、この環状部材２９をｙ軸を中心として回動させることにより、その回動に合わせて、回動部材２１もｙ軸を中心として回動させられるようになっている。

また、ｘ軸受穴２９ａおよびｙ軸受穴２９ｂには、それぞれｘ軸取り付けピン３１、ｙ軸取り付けピン４１を挟み込むようにして、両ピン３１，４１の周面に当接されたボール状のベアリング（回動摩擦緩和手段）３０が設けられている。そして回動部材２１を回動させると、ｘ軸取り付けピン３１およびｙ軸取り付けピン４１が、それぞれｘ軸受穴２９ａおよびｙ軸受穴２９ｂ内において各ピン軸を中心として回動させられ、これら両ピン３１，４１の回動によってベアリング３０も回動させられるようになっている。

このような構成のもと、振動体２０は、スプリング２８の付勢力により、所定の押圧力をもって回動部材２１を押圧しており、交番電力供給装置により所定の交番電力が供給されると、ｘ軸、ｙ軸方向に変位し、その変位に応じて、回動部材２１がｘ軸およびｙ軸を中心として回動させられるようになっている。

ここで、振動体２０および交番電力供給装置の構成例について説明する。
振動体２０は、図４に示すように、角柱状に形成される圧電素子積層型のものであり、ｘ軸方向に屈曲するｘ方向屈曲部４３と、ｙ軸方向に屈曲するｙ方向屈曲部４４とが、図１に示す孔部２０ｂを周面に有する中間部４５を介して接続されて構成されている。ｘ方向屈曲部４３は、中間部４５の上面に、まず矩形の全面電極４６が配され、その上面に同じく矩形の圧電素子４７が配され、その上面にｘ方向に２分割されてなる分割電極４８，４９が、さらにその上面に圧電素子４７が配され、これら４層を一組として、複数組が積層された状態になっている。
また、ｙ方向屈曲部４４も、ｘ方向に分割された分割電極４８，４９に代えて、ｙ方向に２分割されてなる分割電極５０，５１が配され、その分割電極５０，５１の分割方向以外は前記と同様の４層を一組として、複数組が積層された状態になっている。

それぞれの分割電極４８，４９，５０，５１および全面電極４６には、外部電極が接続されており、交番電力供給装置から、各分割電極４８，４９，５０，５１と、その下の全面電極４６との間に電気信号が印加されるようになっている。以下、分割電極４８と全面電極４６との間に印加される電気信号をＶｘ１とし、分割電極４９と全面電極４６との間に印加される電気信号をＶｘ２とする。さらに、分割電極５０、分割電極５１と全面電極４６間に印加される電気信号をそれぞれＶｙ１、Ｖｙ２とする。
このような構成のもと、上述のように、孔部２０ｂに、図１に示すピン２４が挿入されることにより、この振動体２０が振動体フレーム２３に固定され、この状態でＶｘ１、Ｖｘ２、Ｖｙ１、Ｖｙ２の電気信号を印加すると、各電気信号に応じて圧電素子４７がｘｙｚ方向に変形し、これら印加する電気信号を制御することにより、振動体２０を、中間部４５を節としてｘｙｚ方向に振動させるようになっている。

また、交番電力供給装置は、図５に示すように、振動体２０の共振周波数に等しい周波数の基本信号を生成する基本交番信号発生部６０と、基本交番信号発生部６０により生成された基本信号に基づいて９０度位相の遅れた遅延信号を生成する９０度位相遅延部６１と、９０度位相遅延部６１により生成された遅延信号が入力され、その位相を反転させた反転信号を生成する位相反転部６２とを備えている。さらに、交番電力供給装置は、Ｖｘ１、Ｖｘ２、Ｖｙ１、Ｖｙ２の電気信号をそれぞれ出力するゲイン調整部６５，６６，６７，６８と、９０度位相遅延部６１により生成された遅延信号か、位相反転部６２により生成された反転信号かのどちらか一方を選択してゲイン調整部６６，６８に向けてそれぞれ出力する信号選択器６３，６４と、回動部材２１を駆動させたい所望の方向に応じて、ゲイン調整部６５，６６，６７，６８および信号選択器６３，６４に適切な制御指令を与える駆動方向制御部６９とを備えている。

ゲイン調整部６５，６６，６７，６８から出力される電気信号は、駆動方向制御部６９からの制御指令にしたがって制御され、その振幅はＶｘ１とＶｘ２同士およびＶｙ１とＶｙ２同士でそれぞれ等しくされるとともに、その位相についてはそれぞれのゲイン調整部６５，６６，６７，６８に入力される信号に依存するようになっている。なお、交番電力供給装置の構成は、以下の条件を満たしていれば適宜変更可能である。すなわち、Ｖｘ１とＶｘ２、Ｖｙ１とＶｙ２の信号振幅がそれぞれ等しく可変であるとともに、Ｖｘ１およびＶｙ１が、常に同位相であって且つ振動体２０の共振周波数に等しい周波数の基本信号であり、さらにＶｘ２、Ｖｙ２が、基本信号に対して９０度の位相遅れまたは進みをそれぞれ個別に切り換えられる信号であれば、図５に示す構成の限りではない。

このような構成のもと、基本交番信号発生部６０により生成された基本信号の一部はゲイン調整部６５，６７に向けて出力され、残りは９０度位相遅延部６１に入力された後、その入力された信号の一部が９０度位相の遅れた遅延信号として信号選択器６３，６４に向けて出力され、さらにその残りは位相反転部６２より生成された反転信号として信号選択器６３，６４に向けて出力されるようになっている。そして、駆動方向制御部６９により、振動体２０を振動させる所望の方向に応じて、信号選択器６３，６４およびゲイン調整部６５，６６，６７，６８が制御され、所定のＶｘ１、Ｖｘ２、Ｖｙ１、Ｖｙ２が振動体２０に印加されるようになっている。

次に、このように構成された本実施例に係る回転駆動装置１の作用について説明する。
回転駆動装置１は、例えばカメラ等の雲台に適用され、後述するように、振動体２０を所定の方向に振動させることにより、回動部材２１を回動させ、この回動部材２１の回動により、回動部材２１に直接または間接的に繋がれた不図示のカメラ用基台の設置角度が変化する。これにより、カメラ用基台に固定されたカメラが、所望の方向、角度になるように調整され、撮影がなされる。

ここでは、まず、回動部材２１を回動させるための振動体２０の振動動作について説明する。
図６において、上段は振動体２０の振動の振る舞いを示したものであり、下段は振動体２０に印加される電気信号の位相を示したものである。
図６では、簡略化のためにｘ軸方向の振動を生じさせるＶｘ１、Ｖｘ２のみに通電した場合を考える。図６中、振動体２０はｙ軸方向からの視点となり、符号６０は図４に示す分割電極４８が配置されたＶｘ１側積層部を、符号６１は分割電極４９が配置されたＶｘ２側積層部を示している。上述の交番電力供給装置によって、Ｖｘ１およびＶｘ２が制御され、振動体２０に印加されると、以下のように振動体２０が振動する。すなわち、時間軸に従って説明すると、最初のｔ１では、Ｖｘ１＞Ｖｘ２となっており、両者の差が最大となる。したがって、Ｖｘ１側積層部６０側が長く、Ｖｘ２側積層部６１側が短くなり、全体としてｔ１の上段に示すように＋ｘ軸方向の振れが最大となる。次のｔ２では、Ｖｘ１＝Ｖｘ２となり、Ｖｘ１側積層部６０とＶｘ２側積層部６１とが等長となるが、その絶対値は低いため、振動体２０の全長は他の状態と比べて短くなる。さらにｔ３ではＶｘ１＜Ｖｘ２となり、ｔ１時の左右反転の形状、すなわち−ｘ軸方向の振れが最大となる。また、ｔ４ではＶｘ１＝Ｖｘ２となり、ｔ２時と同様、Ｖｘ１側積層部６０とＶｘ２側積層部６１とが等長となるが、その絶対値が高いため、振動体２０の全長は長くなる。以下、これら一連の動作を繰り返すことにより、振動体２０が振動することになる。なお、本図は電気信号の供給開始から充分時間が経過しており、振動体２０が過度状態でなく共振状態にあるときを表わしている。

次いで、図７にしたがって、振動体２０の上端部２０ｃ、すなわち球面部２１ｂとの接触部に注目し、上端部２０ｃが描く軌跡について説明する。
図７は、図６のｔ１からｔ４に示す４つの振動体２０の状態を、支持位置が同一になるように重ね合わせたものである。すなわち、上端部２０ｃは、ｔ１時において、図７に示すＰ１の位置に、そして、ｔ２、ｔ３、ｔ４時においてはそれぞれＰ２、Ｐ３、Ｐ４の位置に配される。ここで、上端部２０ｃの中央点に注目すると、その中央点はｘｙ平面において時計まわりの楕円軌道６２を描くことになり、上端部２０ｃは＋ｘ方向の駆動力を発生させる。また、ここではＶｘ２は進み位相であったが、遅れ位相とすると、図６の時間がｔ１０からｔ１に向かって流れた場合と考えられるので、上端部２０ｃは、−ｘ方向の駆動力を発生させることになる。さらには、Ｖｘ１およびＶｘ２のみを説明してきたが、Ｖｙ１およびＶｙ２に着目すると、上端部２０ｃは、ｙｚ平面上における駆動力を発生させることになる。

以上、ｘｚ平面、ｙｚ平面上に駆動力を発生させる仕組みについて説明したが、ｚ軸を含む任意の平面において駆動力を発生させる仕組みを、図８を用いて説明する。
図８（ａ）は振動体２０の振動をｚ軸方向より観測した図である。ｘ、ｙ各方向についての振動は前述したが、ｙ軸からの任意の角度θに回動部材２１を駆動することを考える。今、ｘ、ｙ各方向の振動を同時に発生させると、振動体２０に生じる振動はそのベクトル和と考えることができる。ｘ方向振動をＸベクトル、ｙ方向振動をＹベクトルとすると合成振動Ｗベクトルは、
Ｗベクトル＝Ｘベクトル＋Ｙベクトル（１）
で表わされ、Ｘベクトル、Ｙベクトル、Ｗベクトルの振幅｜Ｘ｜、｜Ｙ｜、｜Ｗ｜の間には、
｜Ｘ｜＝｜Ｗ｜ｓｉｎθ （２）
｜Ｙ｜＝｜Ｗ｜ｃｏｓθ （３）
の関係がある。
ここで、あらゆる方向において一定の駆動力を発生させるために、任意の角度θにおける振幅は常に一定であることが求められるので、｜Ｗ｜は一定となるよう制御しなければならない。図８（ａ）のように、θの起点をｙ軸としたとき、θ＝０°のときがｙ方向、θ＝９０°のときがｘ方向への振動となるが、それぞれを式（２）、（３）に代入すると以下のようになる。
｜Ｘ｜＝｜Ｗ｜ｓｉｎ０°＝０、｜Y｜＝｜W｜ｃｏｓ０°＝｜W｜
｜Ｘ｜＝｜Ｗ｜ｓｉｎ９０°＝｜Ｗ｜、｜Ｙ｜＝｜Ｗ｜ｃｏｓ９０°＝０
となり、ｘ方向時およびＹ方向時の振幅は、｜Ｗ｜に等しくなるように制御すればよいことが判る。

そこで、｜Ｗ｜を１００％としたとき、任意の角度における｜Ｘ｜、｜Ｙ｜は、式（２）、（３）より
｜Ｘ｜＝｜Ｗ｜ｓｉｎθ×１００／｜Ｗ｜
＝ｓｉｎθ×１００
｜Ｙ｜＝｜Ｗ｜ｃｏｓθ×１００／｜Ｗ｜
＝ｃｏｓθ×１００
となり、｜Ｘ｜つまりｘ方向屈曲部印加信号と｜Ｙ｜つまりｙ方向屈曲部印加信号を図８（ｂ）のように制御することにより、任意の角度θへの駆動力を得ることができる。

このように、交番電力供給装置により所定の電気信号を出力させると、上端部２０ｃが楕円軌道６２に沿って移動させられ、これにより上端部２０ｃと回動部材２１との接点も移動することになる。通常、振動体２０の共振周波数は、ピン２４の摺動運動の機械時定数よりもはるかに高い。したがって、振動体２０が縮小状態にあるときは、振動体２０と回動部材２１とは離れ、振動体２０が伸長状態のときのみ楕円軌道６２に沿った移動力が回動部材２１に伝達される。これにより、回動部材２１に駆動力が与えられ、その球中心を回動中心として、回動部材２１が回動させられる。
この回動部材２１の回動が充分な駆動力を発揮するためには、回動部材２１と振動体２０との接触押圧力を適度に大きくする必要がある。しかし、押圧力を大きくしていくと、ｘ軸取り付けピン３１およびｙ軸取り付けピン４１と、それぞれのｘ軸受穴２９ａおよびｙ軸受穴２９ｂとの間に働く摩擦力も大きくなるため、回動部材２１は回動し難くなる。

本実施例における回転駆動装置１によれば、以下のようにして、上記押圧力が調整され、さらに、摩擦力が軽減される。
すなわち、回動部材２１と振動体２０との接触押圧力が小さく、充分な駆動力が発揮されないときは、図１に示すボルト２７を軸線Ｌを中心として回転させ、振動体フレーム２３の下端面２３ｃとボルト２７の天面２７ａとの間の距離を短くする。そのため、その間に設けられたスプリング２８が縮められ、その弾性力が大きくなり、振動体フレーム２３を介して、振動体２０が回動部材２１を上方に向けて押圧する押圧力も大きくなる。一方、回動部材２１と振動体２０との押圧力が大きすぎて、回動部材２１が充分回動しないときは、ボルト２７を逆に回転させ、下端面２３ｃと天面２７ａとの間の距離を長くする。これにより、スプリング２８が伸び、その弾性力が小さくなるため、上記とは反対に押圧力は小さくなる。
このようにして、回動部材２１に対する振動体２０の押圧力が適正な大きさになるように調整、保持される。

また、回動部材２１を回動させると、その回動に応じてｘ軸取り付けピン３１およびｙ軸取り付けピン４１も回動させられるが、各ピン３１，４１の他端は、各軸受穴２９ａ，２９ｂにおいて、ベアリング３０により当接、支持されているため、各ピン３１，４１の回動に応じて、それぞれのベアリング３０も回動させられる。そのため、各部材同士の接触、摺動面積が小さくなり、各ピン３１，４１と各軸受穴２９ａ，２９ｂとの間に生じる摩擦力が軽減される。

以上より、本実施例における回転駆動装置１によれば、ボルト２７を回動させてスプリング２８の弾性力を変化させることにより、回動部材２１と振動体２０との接触押圧力を調整、保持することができる。
また、押圧力を大きくしていくと、各ピン３１，４１と各軸受穴２９ａ，２９ｂとの間に生じる摩擦力も大きくなるため、回動部材２１は回動し難くなるが、ベアリング３０を介在させ、これらベアリング３０を回動させることによって、回動抵抗となる摩擦を最小限に抑えることができる。
さらに、振動体２０は、電気信号を印加することにより激しく振動するが、本実施例では、図２に示すピン２４が、振動体２０の長さ方向の中央の孔部２０ｂに挿入され、すなわち振動体２０がその振動の節位置において支持されることにより、その変位量が最小となるため、最小の力により振動体２０を確実に支持することができる。
また、振動体フレーム２３は、リニアステージ２５、ステージガイド２６を介して本体部２２に組みつけられているので、ｚ軸方向のみに押圧力をスムーズに伝えることができる。

（実施例２）
次に、本発明の第２実施例について説明する。
図９は、第２の実施例の概略構成図である。
図９において、図１および図２に記載の構成要素と同一部分については同一符号を付し、その説明を省略する。
本実施例における回転駆動装置１は、上記と同様の振動体２０と、ＣＣＤ等の撮像素子７０が固着された真球状の回動部材２１と、略円筒状の本体部７１と、略半球状に形成された外囲器７２とを備えている。

振動体２０は、弾性部材からなる長ピン（振動体支持手段、弾性部材）７３が孔部２０ｂに挿入されることにより、本体部７１に伸縮変形可能に支持されている。振動体２０の上端部２０ｃには、例えば金属からなる摺動部材７４が設けられ、この摺動部材７４を介して、上端部２０ｃは回動部材２１に当接されている。なお、摺動部材７４を設けたのは、振動体２０と回動部材２１との接触、摺動により、振動体２０が摩耗するのを抑制するためである。回動部材２１は、複数のボール部材７７と、これらボール部材７７の位置関係を保持するリテーナー７５とを備えた球面軸受機構（回転摩擦緩和手段、回動部材支持手段）７６により、回動部材２１の球中心を回動中心として回動可能に外囲器７２内において支持されている。そして、これらボール部材７７と回動部材２１の周面とが接触した状態になっている。

また、本体部７１の上方には、外囲器７２が螺合されており、所定の高さにおいて不図示のネジにより固定されている。この外囲器７２は、その螺合長が調整できるようになっている。そのため、螺合長を長くし、外囲器７２をより低い位置に固定すると、ベアリング３０、回動部材２１を介して振動体２０がより下方に押圧され、これによって生じる長ピン７３の弾性力により、振動体２０も回動部材２１をより強く上方に押圧するようになっている。つまり、外囲器７２の螺合長を変化させることにより、振動体２０の回動部材２１に対する押圧力を調整することができるようになっている（押圧力調整手段）。また、外囲器７２の天面には、開口部７２ａが形成され、この開口部７２ａから回動部材２１に固着された撮像素子７０が上方に向けて突出した状態になっている。

このような構成のもと、上記第１実施例と同様の作用により、振動体２０を振動させることによって、回動部材２１が回動させられる。このとき、回動部材２１の回動によって、ボール部材７７が回動させられる。また、本体部７１に対して外囲器７２を回転させて螺合長を変化させることにより、振動体２０の振動時において、回動部材２１に対して適度な押圧力が加えられる。

以上より、本実施例における回転駆動装置１によれば、上記第１実施例と同様に、ボール部材７７を介在させることにより、回動部材２１の回動により生じる摩擦力を軽減させ（回動摩擦緩和手段）、適度な押圧力を持って振動体２０を回動部材２１に当接させることができる。
また、本実施例では、外囲器７２の螺合長を適切に設定することによって生じる長ピン７３の弾性力により押圧力を加えているため、装置自体の構成を簡単にすることができる。そのため装置の製造、修理が容易となる。

（実施例３）
次に、本発明の第３実施例について説明する。
図１０は、第３実施例の要部の概略構成図である。
この実施例と上記第２実施例とは基本的構成は同一であり、以下の点において異なるものとなっている。すなわち、振動体２０は、弾性体からなる略矩形の板状支持部材（振動体支持手段、弾性部材）８０により支持されている。板状支持部材８０は、その中央に略矩形の切欠８０ｂが形成され、この切欠８０ｂに振動体２０を通すことができるようになっている。また、切欠８０ｂの４辺の中央には、板状支持部材８０の中心部に向けられた突起部８０ａがそれぞれ形成され、振動体２０を切欠８０ｂに通した状態で、各突起部８０ａの先端が孔部２０ｂに嵌合されるようになっている。

このような構成のもと、振動体２０を振動させると、第２実施例と同様に、本体部７１に対して外囲器７２を回転させて螺合長を変化させた場合、板状支持部材８０の弾性力により、適度な押圧力を加えることができる。
また、振動体２０を支持する部材が、板状の薄い部材であるため、装置自体を非常に小型に構成することができる。
さらに、板状支持部材８０の弾性力は、振動体２０の軸線方向にのみ働き、同軸線を中心とする振動体２０の回転方向に対しては剛性を保つので、振動体２０の振動によるエネルギーのロスを抑制し、その伝達効率を向上させることができる。

なお、上記第１の実施例においては、スプリング２８を設けるとしたが、これに限ることはなく、他の弾性部材であってもよい。
また、上記実施例では、本回転駆動装置１をカメラの雲台に適用するとしたが、これに限らず、さまざまな装置に適用できるのは言うまでもない。

本発明に係る回転駆動装置の第１実施例を示す概略構成図である。同実施例における回転駆動装置の上面図である。本発明に係る回転駆動装置を示す概念図である。本発明に係る回転駆動装置の振動体の構成を示す説明図である。本発明に係る回転駆動装置の交番電力供給装置の原理を示すブロック図である。本発明に係る回転駆動装置の振動体の振動の様子と、交番電力供給装置からの電気信号との関係を示す説明図である。本発明に係る回転駆動装置の振動体の上端部の振動の軌跡を示す説明図である。本発明に係る回転駆動装置の振動体の屈曲方向と、回動部材の駆動方向と印加信号との関係を示す図であって、(ａ)は振動体の振動をｚ軸方向からみた説明図であり、（ｂ）は回動部材駆動方向とｘｙ方向に屈曲させるための印加信号との関係を示したグラフである。本発明に係る回転駆動装置の第２実施例を示す概略構成図である。本発明に係る回転駆動装置の第３実施例を示す概略構成図である。従来の回転駆動装置を示す概念図である。

符号の説明

１回転駆動装置
２，２０振動体
３，２１回動部材
５振動体支持手段
７交番電力供給手段
８押圧力調整手段
９回動部材支持手段
１０回動摩擦緩和手段
２４ピン（振動体支持手段）
２７ボルト（押圧力調整手段）
２８スプリング（弾性部材）
３０ベアリング（回動摩擦緩和手段）
３１ｘ軸取り付けピン（回動部材支持手段）
４１ｙ軸取り付けピン（回動部材支持手段）
７３長ピン（振動体支持手段、弾性部材）
７６球面軸受機構（回動摩擦緩和手段）
８０板状支持部材（振動体支持手段、弾性部材）

Claims

略球状の面を有する回動部材と、該回動部材を少なくとも２軸まわりに回動可能に支持する回動部材支持手段と、電気エネルギーを供給する交番電力供給手段と、該交番電力供給手段により供給された電気エネルギーを機械エネルギーに変換することにより３次元の振動を発生させる振動体と、該振動体と前記回動部材の球状の面とが、所定の角度を保ちながら接触するように前記振動体を支持する振動体支持手段と、前記回動部材の回動によって生じる摩擦を軽減させる回動摩擦緩和手段と、前記回動部材と前記振動体とが所定の押圧力をもって接触するように、該押圧力を調整する押圧力調整手段と、を備える回転駆動装置。
前記押圧力調整手段が、弾性部材を有する請求項１に記載の回転駆動装置。
前記振動体支持手段が、前記押圧力調整手段の弾性部材を兼ねる請求項１または請求項２に記載の回転駆動装置。
前記振動体における前記振動体支持手段の支持位置が、前記振動体が振動する際の振動の節の位置である請求項１から請求項３のいずれか一つに記載の回転駆動装置。