JP2008278562A - 振動アクチュエータ - Google Patents

Abstract

【課題】配線ケーブルを用いることなく固定子側と回転子側との間で送電または／および通信を行うことができる振動アクチュエータを提供する。
【解決手段】電力供給回路１３により固定子２内のコイル１２に所定周波数の交流電流を流すと、コイル１２の周辺に変化する磁界が発生し、コイル１２から固定子２の段差１１を経て回転子６内を通り、反対側の段差１１から再び固定子２内に入ってコイル１２に戻る磁力線Ｍが形成される。この磁力線Ｍが回転子６に埋設されているコイル１４内を通過し、コイル１４に起電力が誘導され、コイル１４に接続されている電力利用回路１５に電力が供給される。
【選択図】図１

Description

この発明は、振動アクチュエータに係り、特に固定子側と回転子側との間で送電または／および通信を行う振動アクチュエータに関する。

近年、超音波振動を利用して回転子を回転させる振動アクチュエータが提案され、実用化されている。この振動アクチュエータは、圧電素子を用いて固定子の表面に進行波を発生させ、固定子に回転子を加圧接触させることによりこれら両者間の摩擦力を介して回転子を移動させるものである。
例えば、特許文献１には、球体状の回転子の表面に四方からそれぞれ固定子を加圧接触させ、各固定子に振動を発生させることにより回転子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、回転子に小型カメラを埋設することでインテリジェントアイとしての利用に供される。小型カメラで撮影された映像は、小型カメラに接続された配線ケーブルを介して振動アクチュエータ外部に配置されたカメラ制御ユニットに送られる。

特開平９−５４３５６号公報

しかしながら、回転子に埋設されている小型カメラに配線ケーブルを接続して映像を取り出すため、配線ケーブルの張力が回転子の移動に影響を与えて、回転子の回転制御の精度が低下したり、配線ケーブルが断線するおそれがある。また、配線ケーブルの設置スペースが必要になるという問題も生じてしまう。
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、配線ケーブルを用いることなく固定子側と回転子側との間で送電または／および通信を行う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、回転子を固定子に対し加圧した状態で固定子に振動を発生させることにより回転子を回転させる振動アクチュエータにおいて、固定子側と回転子側とにそれぞれ配置され且つ互いに非接触で電気的エネルギーの伝達を行う固定子側伝達手段及び回転子側伝達手段を備え、これら固定子側伝達手段及び回転子側伝達手段により固定子側と回転子側との間で送電または／および通信を行うものである。
ここで、固定子側とは、固定子だけでなく、固定子に対して固定される他の部材をも含むものとする。また、回転子側とは、回転子だけでなく、回転子に固定されて回転子と共に移動する他の部材をも含むものとする。

なお、固定子側伝達手段及び回転子側伝達手段が、電磁誘導によって電気的エネルギーの伝達を行うように構成することができる。この場合、固定子及び回転子は、磁性材料から形成されることが好ましい。
固定子側伝達手段及び回転子側伝達手段は、それぞれ少なくとも一つのコイルを含むものから形成することができる。好ましくは、回転子側伝達手段に含まれるコイルは、その一部が回転子の回転中心付近を通るように配置される。さらに、コイルの一部が回転子の回転中心を通る位置、すなわち回転子の回転中心がコイル内に含まれるような位置にコイルが配置されることがより好ましい。また、回転子側伝達手段が、互いに異なる方向に向けられた複数のコイルを含んでいてもよい。

また、固定子側伝達手段及び回転子側伝達手段が、電磁波の１種である電波の送受信によって電気的エネルギーの伝達を行うように構成することもできる。この場合、固定子が、回転子の一部を収容する凹部を有すると共に電気伝導体から形成され、固定子側伝達手段は、固定子の凹部内に配置されることが好ましい。
回転子側伝達手段は、回転子の回転中心付近に配置することができる。あるいは、内部に空洞を有し且つ電気伝導体から形成された可動部を回転子に固定すると共に、回転子が固定子の凹部と可動部の空洞の双方に連通する貫通孔を有し、回転子側伝達手段を、可動部の空洞内に配置することもできる。
なお、固定子側伝達手段及び回転子側伝達手段は、それぞれ少なくとも一つのアンテナを含むものから形成することができる。
この振動アクチュエータをロボットハンドに用いることができる。

この発明によれば、固定子側と回転子側とにそれぞれ固定子側伝達手段及び回転子側伝達手段を備えるので、配線ケーブルを用いることなく固定子側と回転子側との間で送電または／および通信を行うことが可能となる。
振動により回転子を回転させる振動アクチュエータの駆動と固定子側伝達手段及び回転子側伝達手段間の電気的エネルギーの伝達とは相互に干渉しにくいものであるため、振動アクチュエータの駆動と送電または／および通信とを相互に影響を及ぼすことなく独立して行うことができる。

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。
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。基部１と固定子２との間に振動体３が挟持され、基部１と固定子２とが振動体３内に通された連結ボルト４を介して互いに連結されている。固定子２には、振動体３に接する面とは反対側に凹部５が形成されており、この凹部５内に略球体状の回転子６のほぼ下半部が収容されている。回転子６に可動部７が固定されており、可動部７と固定子２とが可撓性の保持部材８で互いに移動自在に連結されている。なお、固定子２及び回転子６はそれぞれ磁性材料から形成されている。
ここで、説明の便宜上、基部１から回転子６に向かってＺ軸が延び、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。

固定子２の凹部５は、回転子６の直径より小さな内径を有する小径部９と、回転子６の直径より大きな内径を有する大径部１０とからなり、これら小径部９及び大径部１０との境界部にＸＹ平面上に位置する環状の段差１１が形成されている。回転子６はこの凹部５内の段差１１に当接した状態で回転可能に支持されている。また、可動部７と固定子２とを連結する保持部材８によって回転子６が固定子２の段差１１に対して加圧接触されている。

固定子２には、凹部５の直下に固定子側伝達手段としてのコイル１２が埋設され、このコイル１２に電力供給回路１３が電気的に接続されている。一方、回転子６には、回転子６の回転中心付近に回転子側伝達手段としてのコイル１４が埋設され、このコイル１４に電力利用回路１５が電気的に接続されている。コイル１４は、その一部が回転子６の回転中心を通るような位置に配置されている。電力利用回路１５は、供給された電力を利用して何らかの動作を行う電気機器で、例えば可動部７に配置された電動モータを電力利用回路１５として用いることができる。

振動体３は、固定子２に超音波振動を発生させて回転子６をＸ、Ｙ、Ｚの３軸の回りにそれぞれ回転させるためのものであり、それぞれＸＹ平面上に位置し且つ互いに重ね合わされた平板状の第１〜第３の圧電素子部３１〜３３を有している。これら第１〜第３の圧電素子部３１〜３３がそれぞれ駆動回路１６に電気的に接続されている。

具体的には、図２に示されるように、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、第３の圧電素子部３３は、それぞれ円板形状を有する電極板３３ａ、圧電素子板３３ｂ、電極板３３ｃ、圧電素子板３３ｄ及び電極板３３ｅが順次重ね合わされた構造を有している。これらの圧電素子部３１〜３３が絶縁シート３４〜３７を介して固定子２及び基部１から、また互いに絶縁された状態で配置されている。

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

第１の圧電素子部３１の両面部分に配置されている電極板３１ａ及び電極板３１ｅと、第２の圧電素子部３２の両面部分に配置されている電極板３２ａ及び電極板３２ｅと、第３の圧電素子部３３の両面部分に配置されている電極板３３ａ及び電極板３３ｅがそれぞれ電気的に接地されている。また、第１の圧電素子部３１の一対の圧電素子板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、第３の圧電素子部３３の一対の圧電素子板３３ｂ及び３３ｄの間に配置されている電極板３３ｃがそれぞれ駆動回路１６に電気的に接続されている。

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。
振動体３に対して、第１の圧電素子部３１の電極板３１ｃに振動アクチュエータの固有振動数に近い周波数の交流電圧を印加すると、第１の圧電素子部３１の一対の圧電素子板３１ｂ及び３１ｄの２分割された部分がＺ軸方向に膨張と収縮を交互に繰り返し、固定子２にＹ軸方向のたわみ振動を発生する。同様に、第２の圧電素子部３２の電極板３２ｃに交流電圧を印加すると、第２の圧電素子部３２の一対の圧電素子板３２ｂ及び３２ｄがＺ軸方向に膨張と収縮を繰り返し、固定子２にＺ軸方向の縦振動を発生する。さらに、第３の圧電素子部３３の電極板３３ｃに交流電圧を印加すると、第３の圧電素子部３３の一対の圧電素子板３３ｂ及び３３ｄの２分割された部分がＺ軸方向に膨張と収縮を交互に繰り返し、固定子２にＸ軸方向のたわみ振動を発生する。

そこで、例えば、駆動回路１６から第２の圧電素子部３２の電極板３２ｃと第３の圧電素子部３３の電極板３３ｃとの双方に位相を９０度シフトさせた交流電圧をそれぞれ印加すると、Ｘ軸方向のたわみ振動とＺ軸方向の縦振動とが組み合わされて回転子６と接触する固定子２の段差１１にＸＺ面内の楕円振動が発生し、摩擦力を介して回転子６がＹ軸回りに回転する。
同様に、駆動回路１６から第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との双方に位相を９０度シフトさせた交流電圧をそれぞれ印加すると、Ｙ軸方向のたわみ振動とＺ軸方向の縦振動とが組み合わされて回転子６と接触する固定子２の段差１１にＹＺ面内の楕円振動が発生し、摩擦力を介して回転子６がＸ軸回りに回転する。
さらに、駆動回路１６から第１の圧電素子部３１の電極板３１ｃと第３の圧電素子部３３の電極板３３ｃとの双方に位相を９０度シフトさせた交流電圧をそれぞれ印加すると、Ｘ軸方向のたわみ振動とＹ軸方向のたわみ振動とが組み合わされて回転子６と接触する固定子２の段差１１にＸＹ面内の楕円振動が発生し、摩擦力を介して回転子６がＺ軸回りに回転する。
このようにして振動体３を駆動することにより、回転子６がＸ、Ｙ、Ｚの３軸の回りにそれぞれ回転し、これに伴って可動部７が移動する。

ここで、電力供給回路１３により固定子２内のコイル１２に所定周波数の交流電流あるいはパルス電流を流すと、コイル１２の周辺に変化する磁界が発生するが、固定子２と回転子６が共に磁性材料から形成されると共に段差１１を介して互いに当接しているため、図１に示されるように、コイル１２から固定子２の段差１１を経て回転子６内を通り、反対側の段差１１から再び固定子２内に入ってコイル１２に戻る磁力線Ｍが形成される。この磁力線Ｍが回転子６に埋設されているコイル１４内を通過することにより、このコイル１４に起電力が誘導され、コイル１４に接続されている電力利用回路１５に電力が供給される。このようにして、固定子２内のコイル１２と回転子６内のコイル１４とが互いに電磁結合され、これらのコイル１２及び１４間で電気的エネルギーが伝達され、配線ケーブルを用いることなく固定子２側から回転子６側への送電を行うことが可能となる。

配線ケーブルを回転子６に接続していないため、配線ケーブルの張力が回転子６の回転に影響を与えることがなく、回転子６の回転制御の精度が低下したり、配線ケーブルが断線して送電不能となるおそれが回避される。また、配線ケーブルを設置するためのスペースが不要となり、小型の振動アクチュエータが実現される。

なお、上述したように、この振動アクチュエータにおいては、回転子６は固定子２の段差１１に接触して振動により回転駆動されるため、コイル１２及び１４の電磁結合による電気的エネルギーの伝達と振動アクチュエータの駆動とが相互に干渉しにくいものとなっている。このため、振動アクチュエータの駆動と電力の供給とを相互に影響を及ぼすことなく独立して行うことが可能となる。さらに、コイル１４はその一部が回転子６の回転中心を通るような位置に埋設されているので、図４に示されるように、振動アクチュエータの駆動に伴って回転子６が回転しても、固定子２に対するコイル１４の位置はほとんど変わることがなく、このため回転子６の回転に関わらずに安定した電力を供給することができる。

一般に、磁力線は、磁性体を通りやすく且つ非磁性体を通りにくい性質を有しているため、固定子２及び回転子６の適宜箇所に非磁性体を配することで、固定子２側のコイル１２により形成される磁力線Ｍの範囲を規制し、固定子２内のコイル１２と回転子６内のコイル１４との間で効率よく電気的エネルギーの伝達を行うことが可能となる。例えば、振動アクチュエータの駆動に伴って回転子６が回転しても、固定子２の段差１１に接触することがない部分の回転子６の表面に樹脂材等の非磁性体を配することができる。

実施の形態２
実施の形態１では、回転子側伝達手段として回転子６内に１つのコイル１４が埋設されていたが、回転子６内の回転中心付近にそれぞれ異なる方向を向いた複数のコイルを埋設して、これら複数のコイルを互いに接続することもできる。例えば、図５に示されるように、Ｘ軸方向を向いたコイル１４ｘと、Ｙ軸方向を向いたコイル１４ｙと、Ｚ軸方向を向いたコイル１４ｚとをそれぞれ回転子６内に埋設して互いに直列に接続したものを回転子側伝達手段として用いることができる。これらコイル１４ｘ、コイル１４ｙ、コイル１４ｚは、それぞれ一部が回転子６内の回転中心付近を通るような位置に配置されている。

このような回転子側伝達手段を使用すれば、振動アクチュエータの駆動に伴って回転子６の回転角度が大きくなっても、固定子２内のコイル１２により形成された磁力線Ｍが、コイル１４ｘ、１４ｙ及び１４ｚのうち少なくともいずれかを貫通しやすくなり、より安定した電力の供給が可能となる。

実施の形態３
図６に、実施の形態３に係る振動アクチュエータを示す。この実施の形態３は、図１に示した実施の形態１の振動アクチュエータにおいて、回転子６内の回転中心付近にコイル１４を埋設する代わりに、回転子６の外周部のわずかに内側に直径の大きなコイル１７を埋設し、これを回転子側伝達手段としたものである。コイル１７は、略球体状の回転子６の一直径を含む切断面上で且つ回転子６の直径よりわずかに小さい直径を有しており、コイル１７の中心が回転子６の回転中心とほぼ一致するように配置されている。

このように直径の大きなコイル１７を使用すれば、振動アクチュエータの駆動に伴って回転子６の回転角度が大きくなっても、固定子２内のコイル１２により形成された磁力線Ｍが、コイル１７を貫通しやすくなり、安定した電力の供給が可能となる。
なお、直径の大きな複数のコイル１７を互いに異なる方向を向けて回転子６内に埋設することもできる。

実施の形態４
図７に、実施の形態４に係る振動アクチュエータを示す。この実施の形態４は、図１に示した実施の形態１の振動アクチュエータにおいて、固定子２の凹部５の直下にコイル１２を埋設する代わりに、相対向する凹部５の両側方に位置する固定子２の内部にコイル１２ａ及び１２ｂをそれぞれ埋設し、これらのコイル１２ａ及び１２ｂを互いに接続して固定子側伝達手段としたものである。

図示しない電力供給回路からコイル１２ａ及び１２ｂに交流電流あるいはパルス電流を流すことにより、実施の形態１と同様に、コイル１２ｂから固定子２の段差１１を経て回転子６内を通り、反対側の段差１１から再び固定子２内に入ってコイル１２ａを通り、コイル１２ｂへと戻る磁力線Ｍが形成される。このため、固定子２内のコイル１２ａ及び１２ｂと回転子６内のコイル１４とが互いに電磁結合され、これらのコイル１２ａ、１２ｂとコイル１４との間で電気的エネルギーが伝達され、固定子２側から回転子６側への送電を行うことが可能となる。
このように、複数のコイルを固定子側伝達手段として用いれば、磁力線Ｍを所望の位置に形成することが容易となり、より安定した送電が可能となる。
なお、３つ以上のコイルを固定子２内に埋設し、これらのコイルを互いに接続して固定子側伝達手段としてもよい。また、固定子２内に埋設した複数のコイルの接続を切り替え可能とし、これら複数のコイルから回転子６内のコイル１４との間で感度よく電気的エネルギーの伝達を行うことができるコイルを１つ以上選択して固定子側伝達手段として使用することもできる。

実施の形態５
図８に、実施の形態５に係る振動アクチュエータを示す。この実施の形態５は、図１に示した実施の形態１の振動アクチュエータにおいて、磁性材料から形成された固定子２の代わりに電気伝導体である金属から形成された固定子１８を用いると共に、コイル１２の代わりにアンテナ２３を固定子側伝達手段として用い、コイル１４の代わりにアンテナ２４を回転子側伝達手段として用いたものである。

固定子１８には、振動体３に接する面とは反対側に凹部１９が形成されている。この凹部１９は、回転子６の直径より小さな内径を有する小径部２０と、回転子６の直径より大きな内径を有する大径部２１とからなり、これら小径部２０及び大径部２１との境界部にＸＹ平面上に位置する環状の段差２２が形成されている。回転子６はこの凹部１９内の段差２２に当接した状態で回転可能に支持され、可動部７と固定子１８とを連結する保持部材８によって回転子６が固定子１８の段差２２に対して加圧接触されている。
固定子１８の凹部１９内で且つ回転子６の下方にアンテナ２３が配置され、このアンテナ２３に電力供給回路１３が電気的に接続されている。また、回転子６の回転中心付近にアンテナ２４が埋設され、このアンテナ２４に電力利用回路１５が電気的に接続されている。

実施の形態１と同様に、駆動回路１６から振動体３の第１〜第３の圧電素子部３１〜３３に選択的に交流電圧を印加して振動体３を駆動することにより、固定子１８の段差２２に楕円振動が発生し、回転子６はＸ、Ｙ、Ｚの３軸の回りにそれぞれ回転し、これに伴って可動部７が移動する。

ここで、電力供給回路１３により固定子１８内のアンテナ２３に所定の周波数の交流電流あるいはパルス電流を流すと、アンテナ２３から電磁波の１種である電波が送信される。回転子６内のアンテナ２４は、この電波を受信して起電力を発生し、アンテナ２４に接続されている電力利用回路１５に電力が供給される。このようにして、固定子１８内のアンテナ２３と回転子６内のアンテナ２４との間で電気的エネルギーが伝達され、配線ケーブルを用いることなく固定子１８側から回転子６側への送電を行うことが可能となる。

なお、実施の形態１と同様に、アンテナ２３及び２４間の電気的エネルギーの伝達と振動アクチュエータの駆動とが相互に干渉しにくいものとなっているため、振動アクチュエータの駆動と電力の供給とを相互に影響を及ぼすことなく独立して行うことが可能となる。
図８に示されるように、双方のアンテナ２３及び２４の間は、金属から形成された固定子１８によってほぼ囲まれているため、固定子１８が電波の送受信に対してシールド効果を発揮し、アンテナ２３及び２４の間で外乱の影響を低減して安定した電波の送受信を行うことができる。
また、アンテナ２４は、回転子６の回転中心付近に埋設されているので、振動アクチュエータの駆動に伴って回転子６が回転しても、固定子１８に対するアンテナ２４の位置はほとんど変わることがなく、このため回転子６の回転に関わらずに安定した電力を供給することが可能となる。
固定子１８は、金属から形成されたが、硬質樹脂の表面にメッキ等で導電性材料をコーティングしたものを用いても電波の送受信に対してシールド効果を得ることができる。

実施の形態６
図９に、実施の形態６に係る振動アクチュエータを示す。この実施の形態６は、図８に示した実施の形態５の振動アクチュエータにおいて、回転子６及び可動部７の代わりに、共に金属から形成された回転子２５及び可動部２６を用い、アンテナ２４を可動部２６の内部に配置したものである。

可動部２６は、回転子２５に固定されると共に内部に空洞２７を有しており、この空洞２７内にアンテナ２４が配置されている。一方、回転子２５は、固定子１８の段差２２に当接した状態で回転可能に支持されており、可動部２６の空洞２７と固定子１８の凹部１９の双方に連通する貫通孔２８を有している。固定子１８の凹部１９内に配置されたアンテナ２３と可動部２６の空洞２７内に配置されたアンテナ２４とが回転子２５の貫通孔２８を介して対向している。

このような構成としても、アンテナ２３及び２４の間で電波の送受信を行うことにより固定子１８側から回転子２５側への送電を行うことが可能となる。
なお、それぞれ金属から形成された固定子１８、回転子２５及び可動部２６がシールド効果を発揮するため、外乱の影響が低減され、アンテナ２３及び２４の間で安定した電波の送受信を行うことができる。
また、振動アクチュエータの駆動に伴って回転子２５が回転しても、アンテナ２３及び２４の相互間の距離はほとんど変わらないため、回転子２５の回転に関わらずに安定した電力を供給することが可能となる。
回転子２５及び可動部２６は、金属から形成されたが、硬質樹脂の表面にメッキ等で導電性材料をコーティングしたものを用いても電波の送受信に対してシールド効果を得ることができる。

実施の形態７
図１０に、実施の形態７に係る振動アクチュエータを示す。この実施の形態７は、図１に示した実施の形態１の振動アクチュエータにおいて、固定子２側のコイル１２に電力供給回路１３を接続すると共に回転子６側のコイル１４に電力利用回路１５を接続する代わりに、逆に、固定子２側のコイル１２に電力利用回路１５を、回転子６側のコイル１４に電力供給回路１３をそれぞれ接続したものである。

電力供給回路１３としては、例えば可動部７に搭載された太陽電池等の発電ユニットを用いることができる。
実施の形態１と同様に、コイル１２及び１４間で電気的エネルギーの伝達を行うことにより、可動部７を含む回転子６側から固定子２側への送電が可能となる。
同様にして、実施の形態２〜６においても、電力供給回路１３と電力利用回路１５とを相互に入れ替えることで、回転子６側から固定子２側へ電力を供給することができる。

実施の形態８
図１１に、実施の形態８に係る振動アクチュエータを示す。この実施の形態８は、図１に示した実施の形態１の振動アクチュエータにおいて、固定子２側のコイル１２に電力供給回路１３を接続すると共に回転子６側のコイル１４に電力利用回路１５を接続する代わりに、これらコイル１２及び１４に通信回路４１及び４２をそれぞれ接続して、固定子２側と回転子６側との間で通信を行うようにしたものである。

固定子２側の通信回路４１から所定の周波数の電気信号を固定子２内のコイル１２に流すと、このコイル１２と回転子６内のコイル１４との間で電気的エネルギーが伝達され、回転子６内のコイル１４から通信回路４２に電気信号が送られる。逆に、回転子６側の通信回路４２から所定の周波数の電気信号を回転子６内のコイル１４に流すと、このコイル１４と固定子２内のコイル１２との間で電気的エネルギーが伝達され、固定子２内のコイル１２から通信回路４１に電気信号が送られる。

このようにして、配線ケーブルを用いることなく、固定子２側と回転子６側との間で通信を行って、制御信号、データ信号等の電気信号を送受信することができる。例えば、可動部７に所定の物理量を検出するセンサを搭載し、このセンサからの検出信号を通信回路４２から回転子６内のコイル１４に送って、固定子２側のコイル１２を介し、通信回路４１へ伝送することが可能となる。同様に、固定子２側の通信回路４１から制御信号を回転子６側の通信回路４２へ伝送して、可動部７に取り付けられた各種装置の動作を制御することもできる。

コイル１２及び１４間の電気的エネルギーの伝達と振動アクチュエータの駆動とが相互に干渉しにくいものとなっているため、振動アクチュエータの駆動と通信とを相互に影響を及ぼすことなく独立して行うことが可能となる。
なお、固定子２側のコイル１２と回転子６側のコイル１４の一方に通信回路と電力供給回路の双方を接続すると共に、他方に通信回路と電力利用回路の双方を接続して、通信と送電とを共に行うように構成することもできる。通信と送電とで、使用周波数を互いに異なるものにすれば、通信と送電を同時に行うことも可能となる。
同様にして、実施の形態２〜６においても、固定子２側と回転子６側との間で通信を行うことができ、さらに通信と送電とを共に行うようにすることも可能となる。

この発明に係る振動アクチュエータは、例えば自走式ロボットのロボットハンドに利用することができる。図１２に示されるロボットハンドは、実施の形態１の振動アクチュエータＶの可動部７を第１節として、可動部７に第２節４３及び第３節４４を順次直列に連結し、これら可動部７、第２節４３及び第３節４４により指部を構成したものである。
可動部７と第２節４３は図示しない連結機構を介して互いに連結され、第２節４３と第３節４４も図示しない連結機構を介して互いに連結されており、回転子６の回転に応じて可動部７、第２節４３及び第３節４４がそれぞれ所定の動きをするように構成されている。
同様にして、実施の形態２〜８の振動アクチュエータを用いてロボットハンドを構成することもできる。

指先に相当する第３節４４に電動モータ等を有する電力利用回路を搭載し、固定子２側から回転子６側へ送電を行って第３節４４の電力利用回路を駆動することが可能となる。また、第３節４４にセンサを搭載し、このセンサからの検出信号を回転子６側から固定子２側へ伝送することが可能となる。

なお、上記の実施の形態１〜８においては、第１〜第３の圧電素子部３１〜３３を用いて回転子６あるいは２５をＸ、Ｙ、Ｚの３つの回転軸の回りに回転させるものを例示したが、これに限るものではなく、１つの回転軸の回りのみ、あるいは２つの回転軸の回りにのみ回転する振動アクチュエータに対しても、この発明を適用することができる。１つの回転軸の回りのみ回転する場合には、回転子は略球体状である必要はなく、例えば円柱形状とすることもできる。

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断面図である。 実施の形態１で用いられた振動体の構成を示す部分断面図である。 実施の形態１で用いられた振動体の３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において回転子が回転された状態を示す断面図である。 実施の形態２で用いられた回転子を示す斜視図である。 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。 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。 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６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。 実施の形態１に係る振動アクチュエータを用いたロボットハンドを示す斜視図である。

符号の説明

１ 基部、２，１８ 固定子、３ 振動体、４ 連結ボルト、５，１９ 凹部、６，２５ 回転子、７，２６ 可動部、８ 保持部材、９，２０ 小径部、１０，２１ 大径部、１１，２２ 段差、１２，１２ａ，１２ｂ，１４，１４ｘ，１４ｙ，１４ｚ，１７ コイル、１３ 電力供給回路、１５ 電力利用回路、１６ 駆動回路、２３，２４ アンテナ、２７ 空洞、２８ 貫通孔、３１ 第１の圧電素子部、３２ 第２の圧電素子部、３３ 第３の圧電素子部、４１，４２ 通信回路、４３ 第２節、４４ 第３節、Ｍ 磁力線、Ｖ 振動アクチュエータ。

Claims (12)

1. 回転子を固定子に対し加圧した状態で前記固定子に振動を発生させることにより前記回転子を回転させる振動アクチュエータにおいて、
   前記固定子側と前記回転子側とにそれぞれ配置され且つ互いに非接触で電気的エネルギーの伝達を行う固定子側伝達手段及び回転子側伝達手段を備え、
   前記固定子側伝達手段及び前記回転子側伝達手段により前記固定子側と前記回転子側との間で送電または／および通信を行うことを特徴とする振動アクチュエータ。
2. 前記固定子側伝達手段及び前記回転子側伝達手段は、電磁誘導によって電気的エネルギーの伝達を行う請求項１に記載の振動アクチュエータ。
3. 前記固定子及び前記回転子は、磁性材料から形成される請求項２に記載の振動アクチュエータ。
4. 前記固定子側伝達手段及び前記回転子側伝達手段は、それぞれ少なくとも一つのコイルを含む請求項２または３に記載の振動アクチュエータ。
5. 前記回転子側伝達手段に含まれる前記コイルは、その一部が前記回転子の回転中心付近を通るように配置されている請求項４に記載の振動アクチュエータ。
6. 前記回転子側伝達手段は、互いに異なる方向に向けられた複数のコイルを含む請求項５に記載の振動アクチュエータ。
7. 前記固定子側伝達手段及び前記回転子側伝達手段は、電波の送受信によって電気的エネルギーの伝達を行う請求項１に記載の振動アクチュエータ。
8. 前記固定子は、前記回転子の一部を収容する凹部を有すると共に電気伝導体から形成され、前記固定子側伝達手段は、前記固定子の前記凹部内に配置される請求項７に記載の振動アクチュエータ。
9. 前記回転子側伝達手段は、前記回転子の回転中心付近に配置される請求項７または８に記載の振動アクチュエータ。
10. 前記回転子に固定されると共に内部に空洞を有し且つ電気伝導体から形成された可動部を備え、前記回転子は前記固定子の前記凹部と前記可動部の前記空洞の双方に連通する貫通孔を有し、前記回転子側伝達手段は、前記可動部の前記空洞内に配置される請求項８に記載の振動アクチュエータ。
11. 前記固定子側伝達手段及び前記回転子側伝達手段は、それぞれ少なくとも一つのアンテナを含む請求項７〜１０のいずれか一項に記載の振動アクチュエータ。
12. ロボットハンドに用いられる請求項１〜１１のいずれか一項に記載の振動アクチュエータ。

Images