JP2008199772A - 振動アクチュエータ - Google Patents

Abstract

【課題】小型でありながらも単純な構成で容易に作製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課題とする。
【解決手段】２つのローラ５の間が連結ピン６により連結されると共に、ステータ２、振動手段３及び基部支持部材１の内部にロッド１２が挿通され、ロッド１２の一端部の板状部１３が２つのローラ５の中央部で連結ピン６に連結されている。ロッド１２の他端部はバネ受け部材１８に固定され、バネ１９の付勢力によりバネ受け部材１８、ロッド１２及び連結ピン６を介してローラ５がステータ２に対し加圧接触されている。駆動回路８により振動手段３を駆動して複合振動を発生させると、各ローラ５とステータ２との接触部分に楕円運動が発生し、２つのローラ５がそれぞれ連結ピン６を中心にして互いに同一方向に回転駆動され、それに伴って先端部材７がステータ２に対して傾動される。
【選択図】図３

Description

この発明は、振動アクチュエータに係り、特に超音波振動を利用して回転体を回転させる振動アクチュエータに関する。

例えば、特許文献１には、図１８に示されるように、超音波振動を利用して球体状のロータ１０１を回転させる振動アクチュエータが開示されている。ロータ１０１の内部にワイヤ１０２の一端部を固定してこのワイヤ１０２を牽引することによりロータ１０１をステータ１０３に対して加圧接触させ、圧電素子１０４によりステータ１０３に超音波振動を発生させることでロータ１０１が回転される。ロータ１０１をステータ１０３に対し加圧するためのワイヤ１０２がステータ１０３及び圧電素子１０４の内部に通されることにより、この振動アクチュエータ全体の小型化が図られている。

この振動アクチュエータでは、ロータ１０１の内部にその回転中心を通る挿通孔１０５が形成されると共に、ワイヤ１０２の一端部がこの挿通孔１０５に挿入されてベアリング１０６を介して挿通孔１０５の内壁面に固定されることにより、ロータ１０１の回転に伴ったワイヤ１０２の捩れ等の発生が防止されている。また、ワイヤ１０２によりロータ１０１の回転が妨げられないように、挿通孔１０５は、ロータ１０１の回転中心からステータ１０３に対向するロータ１０１の表面に向かって円錐形状を有するように形成されている。

特開２００６−５９７５号公報

しかしながら、特許文献１の振動アクチュエータのように、球体状のロータ１０１の内部に、その回転中心を通ると共に回転中心からステータ１０３に対向するロータ１０１の表面に向かって円錐形状を有する挿通孔１０５を形成することは、容易ではなく、手間がかかると共にコストが嵩むという問題がある。
また、挿通孔１０５の内部に、ワイヤ１０２の一端部を固定するためのベアリング機構１０６を設ける必要があるため、構成が複雑であると共に作製が困難である。
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、小型でありながらも単純な構成で容易に作製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、ステータと、それぞれステータにより接触支持されると共に１つの回転軸を共有する複数のローラと、複数のローラの間を連結する連結ピンと、ステータに連結されると共にステータを振動させることによりステータと複数のローラの接触部分に楕円または円運動を発生させて複数のローラを回転させる振動手段と、その一端部が複数のローラの中間部で連結ピンに連結されて連結ピンをステータに向かって牽引することにより複数のローラをステータに対して加圧する予圧手段とを備えるものである。
なお、「複数のローラの中間部」とは、複数のローラのうち最も外側に位置する２つのローラの間を意味している。

互いに対称に配置された偶数個のローラを有し、予圧手段の一端部が偶数個のローラの中央部で連結ピンに連結されるように構成することもできる。
連結ピンを介して連結された２つのローラを有することが好ましい。
これら偶数個のローラは、互いに同一の大きさ及び形状を有することがより好ましい。
なお、偶数個のローラとして、２つに限らず、４つ以上のローラを設けることもできる。

好適には、予圧手段は、ステータの内部に通される、若しくは、ステータ及び振動手段の内部に通されて、その一端部で連結ピンに連結されている。ここで、「内部に通され」とは、予圧手段の端部が内部に位置する場合も含む。
また、ステータに、ほぼＶ字型の断面形状を有する溝を形成し、溝の表面に複数のローラを接触支持するように構成することもできる。

予圧手段は、その一端部が連結ピンに連結されるロッドと、ロッドの他端部に接続されると共にロッドを介して連結ピンを牽引する牽引装置とを有するように構成することもできる。
この場合に、ロッドの一端部に第１規制部を形成すると共に、ロッドの一端部に隣接するローラに第１規制部に対応する第２規制部を形成し、これら第１規制部及び第２規制部が互いに係合することで複数のローラの回転が所定の角度範囲に規制されることが好ましい。第１規制部及び第２規制部として、例えば、互いに対応する突起部及び当接面の組み合わせを用いることができる。
さらに、複数のローラが所定の角度範囲の端部に到達したことを検知するための検知手段を備え、振動手段は、互いに積層された複数の圧電素子板を有し、検知手段は、振動手段の電圧を測定することにより振動手段にかかる応力を監視すると共に、第１規制部及び第２規制部が互いに係合した際に生じる振動手段の応力の変化を検出することにより複数のローラが所定の角度範囲の端部に到達したことを検知することがより好ましい。

予圧手段は、その一端部が連結ピンに連結されるワイヤを有するように構成することもできる。
この場合に、ワイヤの他端部に接続されると共にワイヤを介して連結ピンを牽引する牽引装置を予圧手段がさらに有する、あるいは、ワイヤが弾性を有してそれ自身により連結ピンを牽引するように構成することもできる。

複数のローラは、自走可能なロボットのハンド等の関節として用いることができる。

この発明によれば、小型でありながらも単純な構成で作製が容易である振動アクチュエータを実現することができる。

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。
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回転体を回転する超音波アクチュエータであり、例えば、自走可能なロボットにおけるハンドの一本の指を構成するものである。基部支持部材１とステータ２との間に振動手段３が配置されると共に、ステータ２には、振動手段３に接する面とは反対側に溝４が形成されており、この溝４の表面に指の関節として用いられる円柱状の２つのローラ５が接触支持されている。これら２つのローラ５は、同一の大きさを有して互いに平行に配置されると共に、それぞれ共通の１つの回転軸の回りに回転自在に配置されている。各ローラ５の中心に連結ピン６が挿通されて、この連結ピン６により２つのローラ５の間が連結されており、この連結ピン６が双方のローラ５に共通の１つの回転軸を構成している。これらのローラ５は、双方のローラ５の外周部に固定されてローラ５と一体に回転される先端部材７を有している。また、振動手段３には、この振動手段３を駆動するための駆動回路８が接続されている。

図２に示されるように、ステータ２は、その中心に貫通孔９が形成されて全体でほぼ円筒形状を有している。また、ローラ５が接触配置されるステータ２の表面に形成される溝４は、ステータ２の中心を通り且つＶ字型の断面形状を有している。

図３に示されるように、基部支持部材１は、内部に凹部が形成された円筒状の本体部１０と、本体部１０よりも小さい径を有し且つ本体部１０の凹部に連通する貫通孔が形成された円筒状の挿入部１１とを有している。挿入部１１が円筒状の振動手段３内に通されてその先端でステータ２の貫通孔９の内壁面に連結されることにより、基部支持部材１の本体部１０とステータ２との間に振動手段３が挟持され、これらステータ２、振動手段３及び基部支持部材１が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、基部支持部材１からステータ２へと向か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。

振動手段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の圧電素子部３１及び第２の圧電素子部３２を有している。
ステータ２、振動手段３、基部支持部材１の挿入部１１及び本体部１０の内部には、それらの中心軸方向、すなわちＺ軸方向にロッド１２が挿通されている。ロッド１２の一端部は２つのローラ５の間に位置しており、このロッド１２の一端部にほぼ矩形の板状部１３が形成されている。板状部１３に形成された貫通孔に連結ピン６が貫通されることにより、ロッド１２の一端部が連結ピン６に連結されている。ここで、連結ピン６はＸ軸方向に延在すると共に、板状部１３は、連結ピン６の延在方向すなわちＸ軸方向において２つのローラ５の中央部に位置しており、２つのローラ５は板状部１３に関して互いに対称に配置されている。なお、連結ピン６と各ローラ５との間、及び連結ピン６とロッド１２の板状部１３との間のうち、少なくとも一方が回転自在に連結されることによりローラ５がロッド１２に対して回転可能であるように構成されている。

先端部材７は、２つのローラ５の間に突出形成される一対の突起部１４及び１５を有しており、これらの突起部１４及び１５は、ローラ５の周方向に沿って互いに間隔をあけて配置されている。板状部１３において、ステータ２に対向する面とは反対側に位置する面と、一方の側部に位置する面はそれぞれ、突起部１４及び１５が当接することによりローラ５の回転を所定の角度範囲に規制するための当接面１６及び１７を構成している。
これら当接面１６及び１７と突起部１４及び１５はそれぞれ、この発明の第１規制部と第２規制部を構成している。
なお、板状部１３の当接面１６及び１７は、ローラ５の回転に伴った突起部１４及び１５の移動を妨げないように円弧形状に面取りされた面取り部を介して互いに接続されている。

ロッド１２の他端部は、基部支持部材１の本体部１０の凹部内に位置すると共にこの凹部内にスライド自在に収容されたバネ受け部材１８に固定されている。本体部１０の凹部の底面２０とバネ受け部材１８との間には、この発明の牽引装置としてのバネ１９が配置されており、バネ１９はバネ受け部材１８を本体部１０の凹部の底面２０とは反対方向に向かって付勢している。このバネ１９の付勢力により、バネ受け部材１８及びロッド１２を介して連結ピン６がステータ２に向かって牽引され、これによりローラ５がステータ２に対し加圧接触されている。

図４に示されるように、第１の圧電素子部３１及び第２の圧電素子部３２は、絶縁シート３３〜３５を介してステータ２及び基部支持部材１から、また互いに絶縁された状態で配置されている。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８に接続されている。
なお、駆動回路８は、振動手段３の電圧を測定することによりこの振動手段３にかかる応力を監視すると共にこの応力の変化に基づいてローラ５が所定の角度範囲の両端部にそれぞれ到達したことを検知する検知手段を有している。

図５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８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、振動手段３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、各ローラ５とステータ２との接触部分にＹＺ面内における楕円運動が発生し、これにより、２つのローラ５がそれぞれ連結ピン６を中心にしてＸ軸回りに回転駆動されることとなる。これら２つのローラ５は同時に且つ同一方向に回転され、それに伴って先端部材７がステータ２に対して傾動される。

ここで、図６に示されるように、先端部材７の一方の突起部１４がこれに対応する板状部１３の当接面１６に当接することにより、ローラ５が図６において時計回り方向にそれ以上回転することが規制される。また、図７に示されるように、先端部材７の他方の突起部１５がこれに対応する板状部１３の当接面１７に当接することにより、ローラ５が図７において反時計回り方向にそれ以上回転することが規制される。このようにローラ５の回転を所定の角度範囲に規制することができる。このとき、ローラ５の回転は９０°程度の角度範囲に規制される。

また、振動手段３は基部支持部材１とステータ２との間に挟持されると共にローラ５はステータ２に対し加圧接触されているため、先端部材７の一対の突起部１４及び１５がそれぞれ対応するロッド１２の板状部１３の当接面１６及び１７に当接することにより、連結ピン６、ローラ５及びステータ２を介して、振動手段３にかかる応力が変化することとなる。ここで、駆動回路８は、振動手段３の電圧を測定することにより振動手段３にかかる応力を監視しているため、先端部材７の突起部１４及び１５がそれぞれ対応する当接面１６及び１７に当接した際に生じる振動手段３の応力の変化を検出することにより、ローラ５が所定の角度範囲のそれぞれの端部に到達したことを検知することができる。
したがって、ローラ５が可動限界に到達したことを検知するためのリミットセンサ等を新たに設ける必要がない。

この振動アクチュエータでは、円柱状の２つのローラ５の間を連結ピン６で連結すると共に、この連結ピン６にロッド１２の一端部を連結して牽引することにより、ローラ５をステータ２に対し加圧しているため、単純な構成であると共に容易に作製することができる振動アクチュエータを実現することが可能である。
ロッド１２は、２つのローラ５の中央部で連結ピン６を牽引するため、それぞれのローラ５をステータ２に対して均一な力で加圧することができる。また、本体部１０の凹部の底面２０とバネ受け部材１８との間に、付勢力の大きさが異なるバネを配置することで、２つのローラ５をそれぞれステータ２に対して加圧する力の大きさを容易に調整することができる。
また、ロッド１２は、ステータ２、振動手段３及び基部支持部材１の内部に通されると共に、バネ受け部材１８及びバネ１９は、基部支持部材１の凹部内に収容されているため、この振動アクチュエータ全体の小型化が達成される。

また、ステータ２に形成された断面Ｖ字型の溝４の表面に２つのローラ５がそれぞれ接触配置されるため、ステータ２によりこれら２つのローラ５を安定して支持することが可能である。
また、振動手段３でステータ２を振動させることにより、２つのローラ５は共通の１つの回転軸だけの回りに回転されるため、安定した動作を行うことができると共にローラ５の回転を精度良く制御することができる。したがって、この振動アクチュエータを複数用いることにより、人間の手に近似した動作を行うロボットハンドを実現することができる。

実施の形態２．
次に図８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を説明する。この実施の形態２は、実施の形態１の振動アクチュエータにおいて、２つのローラ５の両側に、さらに２つのローラ５を板状部１３に関して互いに対称に設けたものである。すなわち、互いに同一の大きさ及び形状を有する４つのローラ５が連結ピン６を介して連結されると共に、連結ピン６にロッド１２の板状部１３が連結されて牽引されることにより、各ローラ５がステータ２に対し加圧接触されている。ロッド１２の板状部１３は、連結ピン６の延在方向において４つのローラ５の中央部に位置している。なお、ここでは、中間部に位置する２つのローラ５の外周部に固定されている先端部材７の図示を省略している。

円柱状の４つのローラ５の間を連結ピン６で連結し、ステータ２、振動手段３及び基部支持部材１の内部に通されたロッド１２によりこの連結ピン６を牽引することでローラ５をステータ２に対して加圧するため、上述の実施の形態１と同様に、小型でありながらも単純な構成で容易に作製することができる振動アクチュエータを実現することが可能である。
加えて、この実施の形態２では、ステータ２に４つのローラ５がそれぞれ加圧接触されると共にステータ２の振動によりこれら４つのローラ５を回転駆動して先端部材７を傾動させるため、高トルクが実現されると共に各ローラ５及びステータ２の接触部分の摩耗が低減される。

また、４つのローラ５は、ロッド１２の板状部１３に関して互いに対称に配置されているだけでなく、互いに同一の大きさ及び形状を有するため、安定した回転動作を行うことができる。

なお、４つのローラ５の両側に、さらに偶数個のローラ５を板状部１３に関して互いに対称に設けることもできる。

実施の形態３．
次に図９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を説明する。この実施の形態３は、上述の実施の形態２において、中間部に位置する２つのローラ５の両側に、同一の大きさを有する２つのローラ５を設ける代わりに、それぞれローラ５よりも小さい径を有する２つのローラ４１を板状部１３に関して互いに対称に設けるものである。ステータ２の振動手段３に接する面とは反対側の面には、連結ピン６の延在方向に沿って４つのローラ５及び４１に対応した段差状の断面形状を有する接触部４２が形成されている。連結ピン６がロッド１２で牽引されることにより各ローラ５及び４１がステータ２に対し加圧接触されている。

このように構成しても、上述の実施の形態２と同様の効果が得られる。
加えて、この実施の形態３では、２つのローラ５の両側にそれぞれローラ５よりも小さい径を有する２つのローラ４１が配置されるため、振動アクチュエータをさらに小型化することができる。

なお、逆に、小さい径を有する２つのローラ４１を中間部に配置し、それらの両側にそれぞれローラ５を配置してもよい。
また、４つのローラ５及び４１の両側に、さらに偶数個のローラを板状部１３に関して互いに対称に設けることもできる。このとき、新たに追加されるローラは、ローラ５及び４１と同一の径を有するものでもよいし、ローラ５及び４１とは大きさの異なる径を有するものでもよい。いずれの場合も、ステータ２の振動手段３に接する面とは反対側の面には、連結ピン６の延在方向に沿ってこれらのローラに対応した断面形状を有する接触部が形成されて、各ローラがステータ２に対し加圧接触されることが好ましい。

また、上述の実施の形態１〜３では、偶数個のローラを設ける場合について説明したが、これに限定されるものではなく、３以上の奇数個のローラを設けてもよい。例えば、図１０に示されるように、３つのローラ５を連結ピン６により互いに連結して用いることができる。この場合、ステータ２にその軸方向に沿って２つの貫通孔９を形成すると共に、２つに分岐されたロッド１２の一端部をそれぞれ貫通孔９に挿通して板状部１３で連結ピン６に連結することにより、ロッド１２で連結ピン６を牽引して３つのローラ５をそれぞれステータ２に対し加圧することができる。

実施の形態４．
上述の実施の形態１において、円柱状の２つのローラ５の代わりに、図１１に示されるように、円錐台形状を有する２つのローラ５１を用いることもできる。２つのローラ５１の大径部５２が互いに対向するように配置されている。ステータ２の振動手段３に接する面とは反対側の面には、連結ピン６の延在方向に沿って２つのローラ５１に対応した断面形状を有する接触部５３が形成され、各ローラ５１がステータ２に対して加圧接触されている。なお、２つのローラ５１の外周部に図示しない先端部材が固定されている。
このように構成しても、実施の形態１と同様の効果が得られる。

なお、図１２に示されるように、２つのローラ５１の大径部５２が互いに反対方向を向くように配置してもよい。
また、図１１及び１２においてステータ２に当接される各ローラ５１の外周面は、その中心軸に向かって湾曲形状に切り欠かれる、または、その中心軸とは反対方向に向かって湾曲形状に膨出するように形成されてもよい。
また、上述の実施の形態２及び３における各ローラとして、この円錐台形状のローラ５１を用いることもできる。

実施の形態５．
上述の実施の形態１において、円柱状の２つのローラ５の代わりに、図１３に示されるような半球形状を有する２つのローラ６１を用いることもできる。２つのローラ６１の平面部６２が互いに対向するように配置されている。ステータ２の振動手段３に接する面とは反対側の面には、連結ピン６の延在方向に沿って２つのローラ６１に対応した断面形状を有する接触部６３が形成され、各ローラ６１がステータ２に対して加圧接触されている。なお、２つのローラ６１の外周部に図示しない先端部材が固定されている。
このように構成しても、実施の形態１と同様の効果が得られる。

なお、図１４に示されるように、２つのローラ６１の平面部６２が互いに反対方向を向くように配置してもよい。
また、上述の実施の形態２及び３におけるローラとして、この半球形状のローラ６１を用いることもできる。

実施の形態６．
上述の実施の形態１〜５では、ロッド１２の一端部に矩形の板状部１３が設けられていたが、その板状部１３の一対の当接面１６及び１７の部分を切り欠くことにより、例えば図１５に示されるように、斜めの当接面７１及び７２を形成することもできる。この場合、先端部材に設けられた一対の突起部がそれぞれ対応する当接面７１及び７２に当接することにより、ローラの回転が９０°よりも大きい所定の角度範囲に規制される。
すなわち、突起部の突出高さ及び当接面の角度を選択することにより、ローラの回転を規制する角度範囲を変更することができる。

なお、突起部は、先端部材に設けられる代わりに、板状部１３に隣接するローラに設けられてもよい。また、板状部１３に突起部を設け、先端部材またはローラに当接面を設けてもよい。
また、突起部と当接面の組み合わせに限らず、互いに係合することでローラの回転を規制することができる各種の第１規制部及び第２規制部を設けることができる。例えば、突起部と突起部、あるいは当接面と当接面の組み合わせを第１規制部及び第２規制部として用いることもできる。

実施の形態７．
次に図１６を参照して、この発明の実施の形態７に係る振動アクチュエータを説明する。この実施の形態７は、実施の形態１の振動アクチュエータにおいて、ロッド１２の代わりに、ワイヤ８１を連結ピン６に連結して牽引するものである。ワイヤ８１は、ステータ２、振動手段３及び基部支持部材１の内部にそれらの中心軸方向、すなわちＺ軸方向に挿通されている。このワイヤ８１の一端部は、連結ピン６の延在方向、すなわちＸ軸方向において２つのローラ５の中央部に位置して連結ピン６に連結されている。

ワイヤ８１の他端部は、基部支持部材１の本体部１０の凹部内のバネ受け部材１８に固定されており、バネ１９の付勢力により、バネ受け部材１８及びワイヤ８１を介して連結ピン６がステータ２に向かって牽引され、これによりローラ５がステータ２に対し加圧接触されている。なお、２つのローラ５の外周部には、ほぼ平坦な底面を有する先端部材８２が固定されている。

円柱状の２つのローラ５の間を連結ピン６で連結し、ステータ２、振動手段３及び基部支持部材１の内部に通されたワイヤ８１により連結ピン６を牽引することでローラ５をステータ２に対し加圧するため、上述の実施の形態１と同様に、小型でありながらも単純な構成で容易に作製することができる振動アクチュエータを実現することができる。
ワイヤ８１は、２つのローラ５の中央部で連結ピン６を牽引するため、それぞれのローラ５をステータ２に対して均一な力で加圧することができる。
また、本体部１０の凹部の底面２０とバネ受け部材１８との間に付勢力の大きさが異なるバネを配置する、あるいは、連結ピン６からバネ受け部材１８までのワイヤ８１の長さを調節することにより、ステータ２に対する２つのローラ５の加圧力の大きさを容易に調整することができる。

なお、実施の形態２〜５においても、ロッド１２の代わりに、ワイヤ８１を連結ピン６に連結して牽引することにより、ローラをステータ２に対し加圧することができる。

なお、上述の実施の形態１〜７におけるロッド１２及びワイヤ８１はそれぞれバネ１９の付勢力により牽引されていたが、バネ１９の代わりに、空圧または油圧を用いた牽引装置をロッド１２及びワイヤ８１の他端部に接続してロッド１２及びワイヤ８１を牽引することもできる。
この空圧または油圧を用いた牽引装置では、ロッド１２及びワイヤ８１を牽引する力の大きさを容易に制御することができ、したがって、ステータ２に対する２つのローラ５の加圧力の大きさを容易に調整することができる。
例えば、振動手段３が駆動されていないときは、振動手段３の駆動時よりも、ロッド１２及びワイヤ８１に対する牽引力が大きくなるように牽引装置を制御すれば、静止時におけるローラ５とステータ２との間の保持トルクを増大させることができる。

実施の形態８．
次に図１７を参照して、この発明の実施の形態８に係る振動アクチュエータを説明する。この実施の形態８は、実施の形態１の振動アクチュエータにおいて、ロッド１２の代わりに、弾性を有する糸状のゴム、樹脂、スプリング等からなるワイヤ９１により連結ピン６を牽引するものである。ワイヤ９１は、ステータ２、振動手段３及び基部支持部材１の内部に挿通されており、ワイヤ９１の一端部は２つのローラ５の中央部に位置して連結ピン６に連結されている。

また、基部支持部材１の本体部１０の凹部内に固定部材９２が固定されており、この固定部材９２にワイヤ９１の他端部が固定されている。ワイヤ９１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おり、このワイヤ９１の張力により連結ピン６がステータ２に向かって牽引されてローラ５がステータ２に対し加圧接触されている。なお、２つのローラ５の外周部に、ほぼ平坦な底面を有する先端部材９３が固定されている。

このように構成しても、実施の形態１と同様に、小型でありながらも単純な構成で容易に作製することができると共にそれぞれのローラ５をステータ２に対して均一な力で加圧することができる振動アクチュエータを実現することができる。
また、ワイヤ９１の伸張の度合いを調節してワイヤ９１の張力の大きさを変更することにより、ステータ２に対する２つのローラ５の加圧力の大きさを容易に調整することができる。

なお、上述の実施の形態２〜５においても、ロッド１２の代わりに、ワイヤ９１を連結ピン６に連結して牽引することにより、ローラをステータ２に対し加圧することができる。

なお、上述の実施の形態１〜８において、先端部材を省略することにより、ローラを１回転以上回転させることが可能である。
また、ロッド１２及びワイヤ８１，９１の他端部は、基部支持部材１の本体部１０の凹部内に位置していたが、ステータ２の貫通孔９内に位置していてもよい。

なお、上記各実施の形態において、駆動回路８は、振動手段３の電圧を測定する代わりに、振動手段３の電流、振動周波数または位相等を測定することにより、振動手段３にかかる応力を監視することができる。この場合に、ローラの回転が所定の角度範囲に規制されるように構成されていれば、駆動回路８は振動手段３の応力の変化に基づいてローラが所定の角度範囲の端部に到達したことを検知することができる。
また、振動手段にかかる応力を監視し且つこの応力の変化に基づいてローラが所定の角度範囲の端部に到達したことを検知する検知手段は、駆動回路８に内蔵されずに、駆動回路８とは別に設けられてもよい。

なお、駆動回路８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ータ２に発生する楕円振動を制御することができる。

なお、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複数のローラを共通の１つの回転軸の回りに回転させることもできる。
また、それぞれ別の圧電素子部で発生させた２つの振動を合成させて複合振動を発生させる代わりに、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２とローラ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。

また、この振動アクチュエータは、ハンドの指だけでなく、例えば自走可能なロボットの脚のように、関節を有する各種の部分に適用することができる。すなわち、この振動アクチュエータのローラを関節として用いることができる。

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斜視図である。 実施の形態１におけるステータを示す斜視図である。 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で用いられた振動手段の構成を示す部分断面図である。 実施の形態１で用いられた圧電素子手段の２対の圧電素子板の分極方向を示す斜視図である。 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。 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。 実施の形態２におけるローラ近傍の構造を示す図である。 実施の形態３におけるローラ近傍の構造を示す図である。 実施の形態１の変形例におけるローラ近傍の構造を示す図である。 実施の形態４におけるローラ近傍の構造を示す図である。 実施の形態４の変形例におけるローラ近傍の構造を示す図である。 実施の形態５におけるローラ近傍の構造を示す図である。 実施の形態５の変形例におけるローラ近傍の構造を示す図である。 実施の形態６におけるロッドの板状部を示す図である。 実施の形態７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８に係る振動アクチュエータを示す断面図である。 従来の振動アクチュエータを示す断面図である。

符号の説明

１ 基部支持部材、２ ステータ、３ 振動手段、４ 溝、５，４１，５１，６１ ローラ、６ 連結ピン、７，８２，９３ 先端部材、８ 駆動回路、９ 貫通孔、１０ 本体部、１１ 挿入部、１２ ロッド、１３ 板状部、１４，１５ 突起部、１６，１７，７１，７２ 当接面、１８ バネ受け部材、１９ バネ、２０ 底面、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 圧電素子板、３３〜３５ 絶縁シート、４２，５３，６３ 接続部、５２ 大径部、６２ 平面部、８１，９１ ワイヤ、９２ 固定部材。

Claims (13)

1. ステータと、
   それぞれ前記ステータにより接触支持され、１つの回転軸を共有する複数のローラと、
   前記複数のローラの間を連結する連結ピンと、
   前記ステータに連結されると共に前記ステータを振動させることにより前記ステータと前記複数のローラの接触部分に楕円または円運動を発生させて前記複数のローラを回転させる振動手段と、
   その一端部が前記複数のローラの中間部で前記連結ピンに連結されて前記連結ピンを前記ステータに向かって牽引することにより前記複数のローラを前記ステータに対して加圧する予圧手段と
   を備えることを特徴とする振動アクチュエータ。
2. 互いに対称に配置された偶数個のローラを有し、前記予圧手段の一端部は、前記偶数個のローラの中央部で前記連結ピンに連結されている請求項１に記載の振動アクチュエータ。
3. 前記連結ピンを介して連結された２つのローラを有する請求項１または２に記載の振動アクチュエータ。
4. 前記偶数個のローラは、互いに同一の大きさ及び形状を有する請求項２または３に記載の振動アクチュエータ。
5. 前記予圧手段は、前記ステータの内部、若しくは、前記ステータ及び振動手段の内部に通されて、その一端部で前記連結ピンに連結されている請求項１〜４のいずれか一項に記載の振動アクチュエータ。
6. 前記ステータに、ほぼＶ字型の断面形状を有する溝が形成され、前記溝の表面に前記複数のローラが接触支持されている請求項１〜５のいずれか一項に記載の振動アクチュエータ。
7. 前記予圧手段は、その一端部が前記連結ピンに連結されるロッドと、前記ロッドの他端部に接続されると共に前記ロッドを介して前記連結ピンを牽引する牽引装置とを有する請求項１〜６のいずれか一項に記載の振動アクチュエータ。
8. 前記ロッドの一端部に第１規制部を形成すると共に、前記ロッドの一端部に隣接するローラに前記第１規制部に対応する第２規制部を形成し、前記第１規制部と前記第２規制部とが互いに係合することで前記複数のローラの回転が所定の角度範囲に規制される請求項７に記載の振動アクチュエータ。
9. 前記複数のローラが前記所定の角度範囲の端部に到達したことを検知するための検知手段をさらに備え、前記振動手段は、互いに積層された複数の圧電素子板を有し、前記検知手段は、前記振動手段の電圧を測定することにより前記振動手段にかかる応力を監視し、前記第１規制部と前記第２規制部とが互いに係合した際に生じる前記振動手段の応力の変化を検出することにより、前記複数のローラが前記所定の角度範囲の端部に到達したことを検知する請求項８に記載の振動アクチュエータ。
10. 前記予圧手段は、その一端部が前記連結ピンに連結されるワイヤを有する請求項１〜６のいずれか一項に記載の振動アクチュエータ。
11. 前記予圧手段は、前記ワイヤの他端部に接続されると共に前記ワイヤを介して前記連結ピンを牽引する牽引装置をさらに有する請求項１０に記載の振動アクチュエータ。
12. 前記ワイヤは、弾性を有してそれ自身により前記連結ピンを牽引する請求項１０に記載の振動アクチュエータ。
13. 前記複数のローラは、自走可能なロボットのハンド等の関節として用いられる請求項１〜１２のいずれか一項に記載の振動アクチュエータ。

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