JP2020205735A - 振動型アクチュエータ、装置、多軸ステージユニット、および多関節ロボット - Google Patents

Abstract

【課題】振動体および接触体における加圧力や反力のばらつきを抑制可能な振動型アクチュエータを提供する。【解決手段】振動型アクチュエータ１０１が、弾性体と電気−機械エネルギ変換素子とを含む振動体１を各々が有する複数の振動体ユニット２０と、複数の振動体１と接触する接触体４と、を備え、接触体４と複数の振動体１とがｙ軸方向に相対移動する。少なくとも１つの振動体ユニット２０である第１振動体ユニットは、第１振動体ユニットを固定してｙ軸方向における自由度を拘束する拘束手段１３と、ｙ軸方向に剛性を有すると共にｙ軸方向以外の方向にｙ軸方向の剛性より小さな剛性を有する可撓性部材１４とを有し、少なくとも１つの振動体ユニット２０である第２振動体ユニットは、可撓性部材１４によって第１振動体ユニットと連結される。【選択図】図３

Description

本発明は、振動体と接触体とが相対移動する振動型アクチュエータ、装置、多軸ステージユニット、および多関節ロボットに関する。

異なる振動モードを組み合わせた振動を振動体に発生させて振動体と接触体との間に推力を得る振動型アクチュエータや、単一の振動モードにて励振することで振動体と接触体との間の摩擦力を変化させる振動型アクチュエータが提案されている。

以上のような振動型アクチュエータにおいて、推力やトルクの増大、設計自由度の向上、故障リスクの分散等を図るために、複数の振動体を設けることが提案されている。例えば、特許文献１は、複数の圧電振動子を直列的に配列し、共通の動体（本明細書における接触体）を所定方向に移動させることを開示している。

特開昭６３−３１６６７５号公報 特開２０１８−１４０１０１号公報

特許文献１に開示される技術のように、振動型アクチュエータが複数の振動体を有する構成においては、振動型アクチュエータの形状に合わせて接触体の長手方向（移動方向）のサイズが増大する。結果として、接触体の移動方向における形状を精度良く形成し維持することが困難となり、接触体の変形が生じやすくなる。

接触体が変形すると、複数の振動体間において、振動体を接触体に圧接させる加圧力にばらつきが生じる。加圧力に対して生じる反力についても同様である。加圧力や反力が相対的に小さい振動体においては、振動体と接触体との間の摩擦力が相対的に低下するので、推力やトルクが低下する可能性がある。一方、加圧力や反力が相対的に大きい振動体においては、振動体と接触体との間の摩擦力が相対的に増大し、設計上の許容範囲を超過する可能性もある。ひいては、異常な摩耗が生じたり、振動体ユニット内の構成要素の変形や破損が生じたりする可能性がある。

以上の事情に鑑み、本発明の目的は、振動体および接触体における加圧力や反力のばらつきを抑制可能な振動型アクチュエータ、装置、多軸ステージユニット、および多関節ロボットを提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明の振動型アクチュエータは、弾性体と電気−機械エネルギ変換素子とを含む振動体を各々が有する複数の振動体ユニットと、複数の前記振動体と接触する接触体と、を備え、前記接触体と複数の前記振動体とが所定方向に相対移動する振動型アクチュエータであって、少なくとも１つの前記振動体ユニットである第１振動体ユニットは、当該第１振動体ユニットを固定して前記所定方向における自由度を拘束する拘束手段と、前記所定方向に剛性を有すると共に前記所定方向以外の方向に前記所定方向の剛性よりも小さな剛性を有する可撓性部材とを有し、少なくとも１つの前記振動体ユニットである第２振動体ユニットは、前記可撓性部材によって前記第１振動体ユニットと連結される。

本発明によれば、複数の振動体ユニットを有する振動型アクチュエータにおいて、振動体および接触体における加圧力や反力のばらつきを抑制することができる。

本発明の第１実施形態に係る振動体を模式的に示す概略図である。 本発明の第１実施形態に係る振動体において励起される２つの振動モードの説明図である。 本発明の第１実施形態に係る振動型アクチュエータの全体構成を示す概略図である。 本発明の第１実施形態において接触体が歪んでいる際の振動型アクチュエータの挙動の説明図である。 本発明の第１実施形態において接触体が歪んでいる際の振動型アクチュエータの挙動の説明図である。 本発明の第１実施形態に係る別の振動体ユニットを模式的に示す概略図である。 本発明の第１実施形態に係る可撓性部材の種々の構成例を示す説明図である。 本発明の第１実施形態において反力受部と接触体支持部とが兼用される構成を示す説明図である。 本発明の第２実施形態に係る振動型アクチュエータを示す概略正面図である。 本発明の第２実施形態に係る他の振動型アクチュエータを示す概略正面図である。 本発明の第２実施形態に係る他の振動型アクチュエータを示す概略正面図である。 本発明の第２実施形態に係る他の振動型アクチュエータを模式的に示す概略図である。 本発明の第２実施形態に係る他の振動体ユニットを模式的に示す概略図である。 本発明の第２実施形態における接触体を支持可能な種々の振動体ユニットの振動体の構成例を示す説明図である。 変位検出手段を有する振動体ユニットの構成例を示す説明図である。 外装部材が装着された振動型アクチュエータであるアクチュエータユニットの構成例を示す説明図である。 本発明の第３実施形態に係る装置を模式的に示す概略図である。 本発明の第３実施形態に係る他の装置を模式的に示す概略図である。 本発明の第４実施形態に係る多軸ステージを示す概略平面図である。 本発明の第５実施形態に係る多関節ロボットを示す概略平面図である。 本発明の第５実施形態に係る多関節ロボットを示す概略斜視図である。 特許文献２に開示されたワイヤ駆動マニピュレータの概略斜視図である。

以下、本発明の実施形態について添付図面を参照しながら詳細に説明する。以下に説明される各実施形態は、本発明を実現可能な構成の一例に過ぎない。以下の各実施形態は、本発明が適用される装置の構成や各種の条件に応じて適宜に修正または変更することが可能である。したがって、本発明の範囲は、以下の各実施形態に記載される構成によって限定されるものではない。例えば、相互に矛盾のない限りにおいて実施形態内に記載された複数の構成を組み合わせた構成も実現可能である。以下の実施形態に係る複数の振動体ユニットを有する振動型アクチュエータは、後述される多軸ステージや多関節ロボットを初めとする種々の装置に適用可能である。

＜第１実施形態＞
図１ないし図８を参照して、本発明の第１実施形態に係る振動型アクチュエータについて説明する。なお、第１実施形態に関する図１ないし図８には、座標軸（ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸）が共通して示されている。

図１は、振動型アクチュエータ１０１が有する振動体１を模式的に示す概略図である。図１（ａ）、図１（ｂ）、および図１（ｃ）は、それぞれ、第三角法に則った概略平面図、概略正面図、および概略右側面図である。振動体１は、弾性を有する弾性体２と、弾性体２に接合された電気−機械エネルギ変換素子３とを有する。

電気−機械エネルギ変換素子３は、例えば、圧電効果によって電圧を力に変換可能な圧電素子によって構成される。電気−機械エネルギ変換素子３は、それぞれに対応する電圧が印加される複数の電極を有する。弾性体２は、突出部２ａ、釣支部２ｂ、および支持端２ｃを有する。突出部２ａは、弾性体２が延在するｘｙ方向に直交するｚ軸方向へ突出する突起状の部材である。支持端２ｃは、後述する保持部８に振動体１を固定して支持する直方体状の部材である。釣支部２ｂは、弾性体２と支持端２ｃとを接続するブリッジ状の部材である。振動体１は、２つの突出部２ａを介して、加圧手段による適切な加圧力で接触体４に圧接される。

図２を参照して、本発明の第１実施形態に係る振動体１において励起される２つの振動モード（振動形状）について説明する。電気−機械エネルギ変換素子３の電極に互いに位相の異なる複数の交番電圧が印加されることによって、図２（ａ）および図２（ｂ）に示すような２つの面外曲げモードの振動が励起される。

図２（ａ）は、突出部２ａと釣支部２ｂとを除く振動体１の矩形部分においてｘ軸方向に平行な３つの節線が生じる二次の面外曲げ振動モードを示す。以上の二次の面外曲げ振動モードの振動によって、２つの突出部２ａの先端に、接触体４に接触する面に平行な方向（ｙ軸方向）に変位する振動が励起される。

他方、図２（ｂ）は、振動体１の長手方向であるｙ軸方向に平行な２つの節線が生じる一次の面外曲げ振動モードを示す。以上の一次の面外曲げ振動モードの振動によって、２つの突出部２ａの先端に、接触体４に接触する面に垂直な方向（ｚ軸方向）に変位する振動が励起される。

上記した２つの振動モードにおける励振を組み合わせることによって２つの突出部２ａの上面にｘｙ平面内における楕円運動が発生し、ひいてはｙ軸方向に接触体４を相対移動させる摩擦力が発生する。なお、上記した振動体１に代えて、特許文献１に開示されるような他の振動モードの振動を励起する振動体１が採用されてもよい。

また、突出部２ａによる楕円運動に代えて、図２（ｂ）に示す接触面と垂直な方向に変異する振動モードのみを励振し、以上の振動モードの振動振幅を制御することによって突出部２ａと接触体４との間に働く摩擦力を変化させてもよい。電気−機械エネルギ変換素子３へ電圧を印加しない状態では、突出部２ａと接触体４との間の静止摩擦力が保持力として作用する。電気−機械エネルギ変換素子３へ電圧を印加して振動振幅を変化させることによって、突出部２ａと接触体４との接触時間が変化するので、見かけの摩擦力を変化させることができる。以上の構成によれば、接触体４に外力を加えて変位させるときの反力を変化させることができる。例えば、ユーザが接触体４に外力を加えて操作した際にユーザが受ける操作反力を変化させることができる。

次いで、振動体１および接触体４を形成する材料について説明する。振動体１が有する弾性体２は、振動損失の少ないマルテンサイト系ステンレス鋼、部分安定化ジルコニア（Partially Stabilized Zirconia，ＰＳＺ）等の高靭性セラミックス、３０［ｗｔ％］程度の炭素繊維によって強化されたポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ−ＣＦ３０）等のエンジニアリングプラスチック、炭化ケイ素（ＳｉＣ）等の半導体、アルミニウム合金等の材料によって形成され得る。

また、振動体１が有する電気−機械エネルギ変換素子３は、チタン酸鉛−ジルコン酸鉛（ＰｂＺｒＯ_３−ＰｂＴｉＯ_３）等の圧電セラミックスによって形成され得る。接触体４は、上述したマルテンサイト系ステンレス鋼、アルミニウム合金、ＰＥＥＫ−ＣＦ３０等の繊維強化されたエンジニアリングプラスチック、部分安定化ジルコニア（ＰＳＺ）や酸化アルミニウムなどのファインセラミックス等の材料によって形成され得る。

図２に示すように、突出部２ａの表面に摩擦材２ｄが設けられ、接触体４の表面に摩擦材４ａが設けられることで、弾性体２と接触体４との間の安定した摩擦摺動特性が実現されると好適である。図２（ｃ）は突出部２ａの概略断面図である。突出部２ａの母材２ｅの表面上には摩擦材２ｄが設けられている。母材２ｅ，４ｂにマルテンサイト系のステンレス鋼が用いられる場合、摩擦材２ｄ，４ａには、無電解ニッケルめっき皮膜、クロームめっき皮膜、焼入れによる硬化層、イオン窒化処理による窒化皮膜等を用いることができる。他に、母材２ｅ，４ｂに、ＰＥＥＫ−ＣＦ３０等の繊維強化されたエンジニアリングプラスチックや硬質のセラミックスを用いることによって、母材と摩擦材を兼用する構成も採用可能である。

図３を参照して、本発明の第１実施形態に係る振動型アクチュエータ１０１の全体構成について説明する。図３（ａ）は概略平面図であり、図３（ｂ）は概略正面図である。振動型アクチュエータ１０１は、接触体４が移動するｙ軸方向（所定方向）に直列的に配置された３つの振動体ユニット２０を有する。３つの振動体ユニット２０によって１つの接触体４がｙ軸方向に移動する。

各振動体ユニット２０は、振動体１と、不織布５と、スペーサ６と、加圧部７と、保持部８と、反力受部９と、架台１０と、シャフト１１とを有する。振動体１が有する支持端２ｃは、保持部８の側壁の上面に固定されている。弾性体２の裏面に接合された電気−機械エネルギ変換素子３と振動体１を保持する保持部８の底部との間には、振動体１側から順に、不織布５、スペーサ６、および加圧部７が挟まれている。

加圧部７は、不織布５およびスペーサ６を介して振動体１の突出部２ａを接触体４に圧接させる要素であって、ｚ軸方向に復元力を呈するバネ要素、例えば、コイルバネ、板バネ、皿バネ、ウェーブワッシャ、ゴム、エアチューブ等によって形成される。不織布５は、羊毛フェルト等の素材によって形成される布状の部材であって、振動体１に生じる振動モードを維持しつつ振動体を支持する。スペーサ６は、加圧部７からの加圧力を均して２つの突出部２ａに対する加圧力のばらつきを抑制する。スペーサ６は保持部８の内壁に沿ってｚ軸方向に摺動可能であり、振動体１をｘｙ平面に対して略平行に維持できる。

反力受部９は、接触体４と突出部２ａとの接触面の反対側（図３（ｂ）の上方）に設けられ、振動体１（突出部２ａ）を接触体４に加圧する加圧力の反力を受ける。反力受部９は、保持部８に固定された２つの架台１０に設けられた２本のシャフト１１にそれぞれ取り付けられ、シャフト１１のｘ軸と平行な中心軸の周りにそれぞれ回転可能なローラである。

図３に示すように、３つの振動体ユニット２０のうち中央に位置する振動体ユニット２０の保持部８は、拘束手段１３によって本体１５に固定される。拘束手段１３は、中央の振動体ユニット２０を本体１５に対して相対的に位置決めする。より具体的には、拘束手段１３が、本体１５の基準位置点Ｏから、負のｘ軸方向（図３（ａ）の下方向）に距離ａだけ、正のｙ軸方向（図３（ａ）の右方向）に距離ｂだけ偏位した位置に、中央の振動体ユニット２０を位置決めする。以上の位置決めは、例えば、ピンやキー等の位置決め手段によって実施される。中央に位置する振動体ユニット２０の架台１０には、ｚ軸と平行な軸周りにそれぞれ回転可能なローラである４つの接触体支持部１２が設けられる。４つの接触体支持部１２は、接触体４のｘ軸方向（面内方向）における自由度を拘束している。以上から理解されるように、接触体４は、中央の振動体ユニット２０の反力受部９および接触体支持部１２によって、拘束手段１３を介して本体１５に精度良く位置決めされる。

また、図３に示すように、両端に位置する２つの振動体ユニット２０の保持部８には、中央に位置する振動体ユニット２０の保持部８からｙ軸両方向に延在する２つの可撓性部材１４が、それぞれ連結されている。可撓性部材１４は、長手方向（ｙ軸方向）に剛性を有すると共に、長手方向以外（所定方向以外）の撓り方向（例えば、長手方向に直交する方向（ｘ軸方向、ｚ軸方向））や捻り方向に前記所定方向の剛性よりも小さな剛性を有する部材である。可撓性部材１４は、両端の振動体ユニット２０を、長手方向以外の方向（撓り方向や捻り方向）に移動可能に支持する。なお、上記した長手方向は、接触体４が可撓性部材１４を圧縮する方向（圧縮方向）および引っ張る方向（引張方向）である。

本実施形態のように、推力やトルクを向上させるために振動型アクチュエータ１０１に複数の振動体ユニット２０を設けると、接触体４における移動方向（ｙ軸方向）のサイズが厚さ（ｚ軸方向のサイズ）および幅（ｘ軸方向のサイズ）と比較して大きくなる。結果として、接触体４の部品加工や使用材料の残留応力等に起因して接触体４の移動方向における形状に撓みや捻れが生じるので、接触体４を精度良く形成することが困難となる。

また、小型化するために接触体４の厚さを薄くすると、上記した問題はより顕著となり、接触体４を精度良く形成することがより困難となる。仮に、接触体４の形状を精度良く加工できたとしても、焼入れ、イオン窒化処理、アニール処理等の熱処理や経時変化に起因して接触体４の形状が変化する（長手方向の撓み、捻れが生じる）ことは容易に想定される。

すなわち、振動型アクチュエータ１０１に複数の振動体ユニット２０を設ける構成において接触体４の変形を回避することは困難である。

接触体４が変形していると、各振動体ユニット２０と接触体４との加圧方向（ｚ軸方向）における相対位置が変化するので、振動体ユニット２０間で振動体１を接触体４に押圧する加圧力に差が生じる。以上の変化は、接触体４の移動によって更に増大する可能性がある。加圧力が相対的に小さくなった振動体１においては、接触体４に対する摩擦力が低下するので、推力やトルクが低下する可能性がある。一方、加圧力が相対的に大きくなった振動体１においては、振動体１と接触体４と面圧が過大となって異常摩耗が生じたり、過大な摩擦力によって振動体１を保持する釣支部２ｂが変形、破損したりする可能性がある。

しかしながら、本実施形態においては、振動型アクチュエータ１０１が有する一部の振動体ユニット２０がｚ軸方向（接触体４の移動方向に直交する方向）に摺動可能に支持されているので、上述した問題の発生を抑制できる。より詳細には、以下の通りである。

図４を参照して、接触体４がｙｚ平面に平行な平面内において歪んでいる際の振動型アクチュエータ１０１の挙動を説明する。図４に示すように、両端の振動体ユニット２０の各々が、可撓性部材１４を介して接触体４の歪みに従動（追従）することでｚ軸方向に移動している。

撓みや捻れ等のｙ軸方向に対して接触体４が変形している場合でも、振動体ユニット２０が接触体４の変形に追従するので、接触体４に対する振動体１の加圧力や反力受部９に生じる反力の振動体ユニット２０間のばらつきを抑制することができる。結果として、複数の振動体ユニット２０が接触体４に対して適切かつ効率的に推力を発生させることができると共に、過剰な力による摩耗や破損を防止することができる。

図５を参照して、接触体４がｘｙ平面に平行な平面内において歪んでいる際の振動型アクチュエータ１０２の挙動を説明する。

振動型アクチュエータ１０２では、両端に位置する振動体ユニット２０の架台１０にも、ｚ軸と平行な軸周りにそれぞれ回転可能なローラである４つの接触体支持部１２が、接触体４を挟むように設けられている。したがって、両端に位置する振動体ユニット２０が、接触体４の変形に追従するので、複数の振動体ユニット２０が接触体４に対して適切かつ効率的に推力を発生させることができると共に、過剰な力による摩耗や破損を防止することができる。

図６は、本発明の第１実施形態に係る別の振動型アクチュエータ１０３の概略正面図である。振動体ユニット２０は、図３に示される保持部８および架台１０を一体的に形成した構造に相当する保持部１８を有する。中央に位置する振動体ユニット２０の保持部１８には、ｚ軸と平行な軸周りにそれぞれ回転可能なローラである４つの接触体支持部１２が設けられる。振動型アクチュエータ１０３において、振動体ユニット２０を連結する可撓性部材１４の中心軸１６は、突出部２ａと接触体４とが接触する摩擦摺動面と同一の平面上に配置される。以上の構成によれば、可撓性部材１４の中心と摩擦摺動面の中心とが一致するので、両端の振動体ユニット２０がｙ軸方向に推力を発生させる際に生じるｙｚ平面内の回転モーメントを抑制できる。結果として、可撓性部材１４が変形することが抑制され、各振動体ユニット２０が接触体４に対してより効率良く推力を発生させることができる。

図７を参照して、本発明の第１実施形態に係る可撓性部材１４の種々の構成例について説明する。図７（ａ）は、断面が円である円柱状の可撓性部材１４ａを示す正面図および側面図である。図７（ｂ）は、断面が矩形である直方体状の可撓性部材１４ｂを示す正面図および側面図である。図７（ｃ）は、ｚｘ平面方向に延在する複数の溝１７を有する可撓性部材１４ｃを示す正面図および側面図である。溝１７が存在することで、可撓性部材１４ｃのｙ軸方向以外の方向における剛性が低下している。

図７（ｄ）は、ｙ軸方向の中央付近に、ｙ軸周りに回転可能な２つの回転部１９を有する可撓性部材１４ｄを示す正面図および側面図である。２つの回転部１９間には、所定の弾性を付与する捩りバネが設けられてもよい。可撓性部材１４ｄが回転部１９の周りに回転することで、接触体４の面外方向の変形に対して振動体ユニット２０を追従させることができる。

図７（ｅ）および図７（ｆ）は、中心部に平行バネ２１を有する可撓性部材１４ｅを示す正面図である。接触体４がｙｚ平面に平行な面内において変形すると、図７（ｆ）に示すように、可撓性部材１４ｅの平行バネ２１も変形する。結果として、可撓性部材１４ｅにて連結されている振動体ユニット２０が接触体４の変形に対して追従する。以上の構成によれば、平行バネ２１の変形によって、各振動体ユニット２０がｘ軸と平行な軸周りに回転するのが抑制されるので、ｙ軸における平行関係を維持しながら振動体ユニット２０を接触体４に追従させることができる。また、複数の振動体ユニット２０が発生させる推力の方向がｙ軸と平行な方向に揃うように近付くので、振動型アクチュエータ全体としての推力をより増加させることができる。

図８（ａ）に、反力受部および接触体支持部として機能するローラ９ａ，９ｂを示す。２種類のローラ９ａ，９ｂが、断面Ｖ字状の溝を有する架台２４に設けられる。本例においては、三角形状の断面を有する接触体４ａが振動体１によってｚ軸方向（図面上方向）に押圧される。ローラ９ａ，９ｂは、それぞれ、回転軸２２，２３を中心として接触体４ａに従動して回転する。ローラ９ａ，９ｂは、接触体４ａへの押圧によるｚ軸方向の加圧力に対する反力を生じさせる反力受部として機能すると共に、接触体４ａのｘ軸方向における自由度を拘束する接触体支持部として機能する。

図８（ｂ）に、反力受部および接触体支持部として機能する転動体９ｃを示す。球状の転動体９ｃが架台２５に対して設けられる。本例においては、ｙ軸方向に延在するＶ字状の溝４ｄが設けられた接触体４ｂが振動体１によってｚ軸方向（図面上方向）に押圧される。接触体４ｂの溝４ｄに嵌まり込んだ転動体９ｃは、接触体４ｂへの押圧によるｚ軸方向の加圧力に対する反力を生じさせる反力受部として機能すると共に、接触体４ｂのｘ軸方向における自由度を拘束する接触体支持部として機能する。

図８（ｃ）に示すように、接触体４ｃに設けられた複数のＶ字状の溝４ｄに、それぞれ図８（ｂ）と同様の転動体９ｄ，９ｅが設けられてもよい。

他に、図８（ｄ）に示すように、接触体４ｅの摩擦摺動面側にＶ字状の溝４ｄの斜面に突出部２ａを圧接させてもよい。本例では、振動体１の突出部２ａが反力受部および接触体支持部として機能する。以上のように構成することによって、振動体ユニット２０における部品数が削減され構成の簡素化が図られる。

上記した構成においては、３つの振動体ユニット２０を有する１つの振動型アクチュエータ１０１，１０２，１０３が説明されているが、本実施形態は上記した構成に限定されない。長さや推力等の振動型アクチュエータの仕様に応じて、振動型アクチュエータに含まれる振動体ユニットの数が適宜に変更され得る。

上記した構成においては、拘束手段１３を有する振動体ユニットが中央に配置され、少なくともｚ軸方向に移動可能な振動体ユニットが両端に配置される振動型アクチュエータが説明されているが、本実施形態は上記した構成に限定されない。拘束手段１３は、振動型アクチュエータの任意の箇所に設けられてよい。また、複数の拘束手段１３が振動型アクチュエータに設けられてよい。

上記した構成においては、拘束手段１３を有する振動体ユニット２０に４つの接触体支持部１２が設けられているが、振動型アクチュエータが有する接触体支持部の数は３個以上であればよい。３個以上の接触体支持部１２のうち少なくとも１つが拘束手段１３を有する振動体ユニット２０に設けられていればよく、他の接触体支持部１２は拘束手段１３を有さない振動体ユニット２０に設けられていてもよい。

上記した構成においては、反力受部９および接触体支持部１２は、それぞれ、所定の位置において軸周りに回転可能であって接触体を支持可能なローラである。しかしながら、可動な回転軸を有し、接触体に対してバネ等の弾性体で付勢される定圧予圧構成のローラや、接触体を支持可能な任意の滑り案内機構が、反力受部および接触体支持部として採用されてよい。１つの振動体ユニット２０における反力受部９の個数や形状、配置される位置は任意であって、接触体４（４ａ〜４ｅ）に対する振動体１の加圧反力を受けられる任意の要素が反力受部９として採用され得る。

上記した構成においては、接触体４（４ａ〜４ｅ）は、ｙ軸方向に延在し一体として形成された可撓性を有する略直方体状の構成として説明されているが、短冊状に形成された複数の接触体要素を直列に繋ぎ合わせることで接触体が形成されてもよい。

上記した構成においては、複数の振動体ユニットが固定され、接触体が移動するように説明されているが、固定された接触体に対して複数の振動体ユニットが移動する構成にも本実施形態の構成を適用することができる。すなわち、本実施形態の振動型アクチュエータにおいては、接触体と複数の振動体とが所定方向に相対移動可能であればよい。

本実施形態では、保持部、架台、可撓性部材、拘束手段を各々別体の構成要素として例示したが、それらのうちの２つ以上の構成要素を一体部品として形成することも可能である。例えば、射出成形などの方法を用いて一体部品として形成することで、部品点数の削減やコストダウンを図ることが可能となる。さらに部品同士の組付けによって生じるガタや誤差を抑えることができる。

＜第２実施形態＞
図９ないし図１６を参照して、本発明の第２実施形態に係る振動型アクチュエータについて説明する。なお、第２実施形態に関する図９ないし図１６には、第１実施形態と同様に座標軸（ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸）が共通して示されている。以下に例示する各実施形態において、作用、機能が第１実施形態と同等である要素については、以上の説明で参照した符号を流用して各々の説明を適宜に省略する。

図９は、本発明の第２実施形態に係る振動型アクチュエータ２０１の概略正面図である。振動型アクチュエータ２０１は、接触体４が移動するｙ軸方向（所定方向）に直列的に配置された３つの振動体ユニット３０を有する。３つの振動体ユニット３０が１つの接触体４をｙ軸方向に移動させる。

各振動体ユニット３０は、接触体４を挟んで対向するように配置された２つの振動体１を有する。各振動体１の突出部２ａは接触体４に圧接する。第１実施形態と対比して述べると、第２実施形態の振動体ユニット３０は、第１実施形態における振動体ユニット２０の反力受部９を振動体１の突出部２ａに置換した構成に相当する。接触体４の両面には、摩擦材４ａが設けられると好適である。保持部２６は、第１実施形態における振動体ユニット２０の保持部８および架台１０に相当する構成である。保持部２６に保持された振動体１は、第１実施形態と同様のメカニズムで接触体４を加圧する。

図９に示すように、３つの振動体ユニット３０のうち両端に位置する振動体ユニット３０の各々の端部に接触体支持部１２が設けられる。接触体支持部１２は保持部２６上に配置され、接触体４のｘ軸方向における自由度を拘束し、接触体４をｙ軸方向に案内する。図面左端の振動体ユニット３０は回転支点型の拘束手段３１を有する。拘束手段３１は、対応する振動体ユニット３０をｙｚ平面と平行な平面内で支点Ａ周りに回転可能に支持し、ｙ軸方向およびｚ軸方向における位置を拘束する。拘束手段３１は、例えば、蝶番、弾性ヒンジによって構成される。一方、図面右端の振動体ユニット３０は移動支点型の拘束手段３２を有する。拘束手段３２は、対応する振動体ユニット３０をｙｚ平面と平行な平面内で点Ｂ周りに回転可能に支持し、ｚ軸方向における位置を拘束する。拘束手段３２は、例えば、ローラを含んで構成される。左端の振動体ユニット３０の保持部２６は、拘束手段３１によって本体１５に固定される。拘束手段３１は、左端の振動体ユニット３０を本体１５に対して相対的に位置決めする。接触体４は、拘束手段３１を介して本体１５に精度良く位置決めされる。一方、中央の振動体ユニット３０は、可撓性部材１４によって両端の振動体ユニット３０と連結され、ｙ軸方向の位置を拘束される。可撓性部材１４の中心軸１６が、接触体４の中心軸、すなわち、対向配置された突出部２ａの複数の組の中点を結ぶ直線上に位置すると好適である。また、振動型アクチュエータのｙ軸方向の長さが所定長以上である場合に本例の構成が採用されるとより好適である。

以上の構成によれば、第１実施形態と比較して反力受部９が振動体１の突出部２ａに置換されているので、接触体４に接触する突出部２ａの数が増大することによる推力の増加と、反力受部９を欠くことによる構成の簡略化とが実現される。また、両端の振動体ユニット３０に接触体支持部１２が設けられるので、接触体４の面内方向の位置決め精度をさらに向上できる。

また、構成によれば、複数の拘束手段のうち１つを移動支点型の拘束手段３２とする以上の構成によれば、可撓性部材１４が変形することで生じる振動体ユニット３０のｙ軸方向の変位を拘束手段３２が吸収できる。結果として、接触体４に対する振動体ユニット３０の突出部２ａの加圧力のばらつきが抑制される。

さらに、可撓性部材１４の中心軸１６が接触体４の中心軸上に位置する以上の構成によれば、端部の振動体ユニット３０がｙ軸方向に推力を発生させる際に生じるｙｚ平面内の回転モーメントを抑制できる。結果として、可撓性部材１４が変形することが抑制され、各振動体ユニット３０が接触体４に対してより効率良く推力を発生させることができる。

図１０は、本発明の第２実施形態に係る他の振動型アクチュエータ２０２の概略正面図である。左端の振動体ユニット３０は、図９と同様に、支点Ｃを回転中心とする回転支点型の拘束手段３１によって本体１５に拘束される。右端の振動体ユニット３０は、コイルバネ等の弾性要素３３によって、点Ｄ，Ｅにおいて予圧され支持されている。他の要素については図９と同様である。

以上の構成によれば、弾性要素３３によって振動体ユニット３０の一端を支持することで、接触体４を支点Ｃ周りに回動可能な支持機構を実現できる。

図１１は、本発明の第２実施形態に係る他の振動型アクチュエータ２０３の概略正面図である。振動型アクチュエータ２０３は、ｙ軸方向に直列的に配列された４個の振動体ユニット３０を有する。両端の振動体ユニット３０は、支点Ｆ，Ｇを回転中心とする回転支点型の拘束手段３１によって、それぞれ、本体１５に拘束され位置決めされている。左端およびその隣の振動体ユニット３０間が可撓性部材１４によって連結され、右端およびその隣の振動体ユニット３０間が可撓性部材１４によって連結されている。両端以外の（すなわち、中央の）２つの振動体ユニット３０間は連結されていない。

以上の構成によれば、２個の拘束手段３１が設けられ、点Ｆを支点として回転可能な振動体ユニット３０の組と、点Ｇを支点として回転可能な振動体ユニット３０の組とで接触体４を支持することができる。

図９を参照して前述した構成においては、右端の振動体ユニット３０がｙ軸方向に移動可能であるが、図１１の構成では右端の振動体ユニット３０のｙ軸方向の位置が拘束されている。ところが、両端以外の２つの振動体ユニット３０間は可撓性部材１４で連結されていないので、接触体４の変形に伴う振動体ユニット３０のｙ軸方向の変位を逃がす（吸収する）ことができる。結果として、接触体４に対する振動体ユニット３０の突出部２ａの加圧力のばらつきが抑制される。

図１２は、本発明の第２実施形態に係る他の振動型アクチュエータ２０４を模式的に示す概略図である。図１２（ａ）は概略平面図であり、図１２（ｂ）は概略正面図である。振動型アクチュエータ２０４は、３つの振動体ユニット３０によって１つの接触体４をｙ軸方向に移動させる。

両端の振動体ユニット３０は、それぞれ点Ｈ，Ｉを中心とする回転支点型の拘束手段３１によって本体１５に対して拘束されると共に位置決めされる。左端およびその隣の振動体ユニット３０は、可撓性部材１４によって連結されている。本体１５の両端には、接触体４をｚ軸と平行な軸周りに拘束しｙ軸方向に案内する接触体支持部１２が設けられる。接触体支持部１２は、例えば、軸周りに回転可能なローラである。

以上の構成によれば、接触体支持部１２が直接的に本体１５に取り付けられ位置決めされているので、接触体４を本体１５に対してより精度良く位置決めすることができる。さらに、図１１を参照して説明した構成と同様に、拘束手段で拘束されている振動体ユニット３０の一部が可撓性部材１４で連結されていないので、接触体４のｙ軸方向の変位を吸収することができる。結果として、接触体４に対する振動体ユニット３０の突出部２ａの加圧力のばらつきが抑制される。

図１３は、本発明の第２実施形態に係る他の振動型アクチュエータ２０５を模式的に示す概略図である。図１３（ａ）は概略平面図であり、図１３（ｂ）は概略正面図である。

振動型アクチュエータ２０５は、接触体４をｙ軸方向に移動させる３つの振動体ユニット３０を有する。中央の振動体ユニット３０は、両端の振動体ユニット３０に対して、ｙ軸方向と平行な軸周りに９０°回転した状態で配置されている。両端の振動体ユニット３０は、図９の構成と同様に、それぞれ、支点Ｑ，Ｒを回転中心とする回転支点型の拘束手段３１および移動支点型の拘束手段３２によって拘束されている。中央の振動体ユニット３０は、可撓性部材８４によって両端の振動体ユニット３０に連結されている。

可撓性部材８４は、可撓性部材１４と同様、長手方向に剛性を有すると共に、長手方向以外の方向（撓り方向や捻り方向）に長手方向の剛性より小さな剛性を有する部材である。加えて、可撓性部材８４は、接触体４がその内部を通過可能な中空形状を有している。

以上の構成によれば、複数の振動体ユニット３０が、接触体４の移動方向に垂直な平面（ｚｘ平面）において異なる角度を付けて配置されているので、突出部２ａも異なる角度に配置されている。結果として、振動体１の突出部２ａが接触体支持部１２の機能を担うことができる。そのため、接触体支持部１２が省略でき、部品数の低減に伴う小型化および軽量化が実現される。

図１４を参照して、接触体を支持可能な種々の振動体ユニットの振動体１の構成例について説明する。図１４（ａ）〜（ｆ）は、それぞれ、接触体の支持手法を例示する概略側面図である。なお、不図示の不織布、スペーサ、加圧部、および保持部は、前述と同様に構成され振動体１を接触体に圧接させている。

図１４（ａ）は、上記した振動体ユニット３０にて対向する２つの振動体１が接触体４を支持し案内している例を示す。図１４（ｂ）は、矩形状の断面を有する接触体７４の４つの側面を、それぞれ、４つの振動体１が支持し案内している例を示す。図１４（ｃ）は、略円形の断面を有する接触体７５における略円筒形の側面を、ｚｘ平面において略１２０°毎に配置された３つの振動体１が支持し案内している例を示す。図１４（ｄ）は、多角形状の断面を有する接触体７６の側面を、ｚｘ平面において略１２０°毎に配置された３つの振動体１が支持し案内している例を示す。図１４（ｅ）は、多角形状の断面を有する接触体７７の側面を、サイズおよび推力が相異なる複数の振動体１，８１が支持し案内している例を示す。図１４（ｆ）は、略円形の断面を有する接触体７５における略円筒形の側面を、２つの振動体１と２つの反力受部９とが支持し案内している例を示す。

以上の構成によれば、種々の断面形状を有する接触体を振動体１が適切に支持し案内することができる。

図１５を参照して、変位検出手段８４を有する振動体ユニットの構成例について説明する。本構成例は、第１実施形態と第２実施形態との双方に適用可能である。図１５（ａ）は第１例の概略平面図であり、図１５（ｂ）は第２例の概略正面図である。変位検出手段８４は、スケール８２と検出器８３とを有する。

図１５（ａ）に示す例において、スケール８２は、反力受部９が設けられたシャフト１１に取り付けられ、反力受部９に拘束されている。スケール８２は、接触体４が変位するのに伴って滑り無く反力受部９と共に回転する。検出器８３は、スケール８２の回転変位を読み取ることによって、接触体４のｙ軸方向の変位を検出する。

図１５（ｂ）に示す例において、スケール８２は、架台１０に設けられた接触体支持部１２に取り付けられている。スケール８２は、接触体４が変位するのに伴って接触体支持部１２と共に回転する。検出器８３は、スケール８２の回転変位を読み取ることによって、接触体４のｙ軸方向の変位を検出する。検出器８３が出力した接触体４のｙ軸方向の変位に基づいて、接触体４の位置、速度、加速度等の搬送パラメータを制御することができる。

図１５における以上２つの例において、接触体４と物理的に干渉しない位置にスケール８２が取り付けられている。変位検出手段８４は、拘束手段１３を有する振動体ユニットに設けられると変位を精度良く検出できるので好適であるが、他の箇所に設けられてもよい。変位検出手段８４として、光学式、磁気式、静電容量式等の任意の原理に基づいた構成を採用可能である。上記例のような反射型の変位検出手段８４が用いられてもよく、透過型の変位検出手段８４が用いられてもよい。上記したような回転型の変位検出手段８４に代えて、接触体４に直動型のスケール８２を配置し、振動体ユニットに検出器８３を配置した直動型の変位検出手段８４が採用されてもよい。拘束手段１３に拘束されることにより本体１５に位置決めされている振動体ユニットに対して以上の変位検出手段８４を適用することで、本体１５を基準とした接触体４の相対位置を検出することができる。

図１６を参照して、外装部材８６を装着してユニット化した振動型アクチュエータであるアクチュエータユニット２０６の構成例について説明する。本構成例は第１実施形態と第２実施形態との双方に適用可能である。図１６（ａ）は概略平面図であり、図１６（ｂ）は概略正面図であり、図１６（ｃ）は概略側面図であり、図１６（ｄ）は概略斜視図である。

アクチュエータユニット２０６は、振動型アクチュエータ２０４の本体１５を外装部材８６に固定すると共に、外装部材８６の側面を介して接触体４がｙ軸方向に移動できる構造を有する。図１６（ｃ）において、外装部材８６によって覆われて不可視となった振動型アクチュエータ２０４が破線で示されている。図１６に示すように、振動型アクチュエータ２０４を外装部材８６によってパッケージ化することで、振動型アクチュエータ２０４を保護することができる。なお、図１６では振動型アクチュエータ２０４が例示されているが、本発明の実施形態に係る全ての振動型アクチュエータに対して外装部材８６を適用しユニット化することができる。なお、外装部材８６は、本体や拘束手段等と一体的に構成されてもよい。

上記した構成においては、可撓性部材１４の中心軸１６と、接触体４の中心軸とがｚ軸方向において一致しているが、可撓性部材１４の中心軸１６と接触体４の中心軸とが一致していない構成も採用可能である。

上記した構成においては、拘束手段として回転支点型の拘束手段と移動支点型の拘束手段とが例示されている。以上の拘束手段についての模式的な構成が説明されているが、適切な任意の機械要素または機械部品によって上記した拘束手段が実現され得ることは当然に理解される。

＜第３実施形態＞
第３実施形態では、上記した第１実施形態および第２実施形態の振動型アクチュエータを用いた応用例（装置）を示す。

図１７は、本発明の第３実施形態に係る装置３０１の概略平面図である。装置３０１は、６個の振動型アクチュエータ１０１と本体３５とを有する。本体３５は、複数の振動型アクチュエータ１０１に対応する複数の本体１５を、ｘｙ平面方向に延在するように一体的に形成した構造に相当する。振動型アクチュエータ１０１は、それぞれ、拘束手段１３を基準位置として本体３５に固定されている。

以上の構成によれば、複数の振動型アクチュエータ１０１を平面状に容易に整列させることができる。例えば、本体３５の基準位置Ｊからｙ軸方向に距離ｄだけ離れた位置に６個の振動型アクチュエータ１０１を整列させることができる。また、ｘ軸方向については、隣り合う拘束手段１３同士の間隔が距離ｅとなるように６個の振動型アクチュエータ１０１を整列させることで、隣り合う接触体４同士の間隔が全て距離ｆとする（等しくする）ことができる。

図１８を参照して、本発明の第３実施形態に係る他の装置３０２について説明する。図１８（ａ）は、振動型アクチュエータ２０１の概略側面図であり、図１８（ｂ）は、装置３０２の概略側面図である。装置３０２は、１２個の振動型アクチュエータ２０１と本体３６とを有する。本体３６は、複数の振動型アクチュエータ２０１に対応する複数の本体１５を一体的に形成した構造に相当する。ｚｘ平面に平行な本体３６の断面は、点Ｋを中心とする略正１２角形を描く。振動型アクチュエータ２０１は、それぞれ、拘束手段３１を基準位置として本体３６に固定されている。図１８（ｂ）に示すように、１２個の振動型アクチュエータ２０１は、ｚｘ平面における正１２角形断面の１２辺にそれぞれ対応するように放射状に配置される。

以上の構成によれば、ｙ軸方向から見て点Ｋを中心とする直径ｇのピッチ円３７の円周上に複数の接触体４を精度良く配置することができる。

上記した構成においては、複数の振動型アクチュエータ１０１，２０１が拘束手段によって位置決めされているが、本発明の実施形態に係る全ての振動型アクチュエータについて同様に位置決めすることができる。また、装置３０１，３０２においては、複数の振動型アクチュエータ１０１，２０１が平面状または放射状に配置されているが、複数の振動型アクチュエータは任意の箇所に位置決めされ配置され得る。また、本実施形態の装置は、１個以上の振動型アクチュエータを有している構成を含む。

＜第４実施形態＞
第４実施形態では、上記した第１実施形態ないし第３実施形態による応用例（多軸ステージユニット）を示す。

図１９は、本発明の第４実施形態に係る多軸ステージユニット４０１の概略平面図である。多軸ステージユニット４０１は、固定部４１と、ｘステージ４２と、ｙステージ４３と、ｘｙステージ４４とを有する。

固定部４１は、全ての方向における自由度が拘束されている。固定部４１には、４個の振動型アクチュエータ２０２が、ｙ軸方向に並べて、図１７を参照して説明した第３実施形態と同様の手法で固定されている。固定部４１の各振動型アクチュエータ２０２によって駆動される接触体４は、図１９内のｘ軸方向に移動可能であって、接触体４の右端がｘステージ４２に固定されている。

ｘステージ４２は、ｘ軸方向にのみ移動可能であって、その他の方向における自由度が拘束されている。ｘステージ４２には、２個の振動型アクチュエータ２０２がｘ軸方向に並べて固定されている。ｘステージ４２の各振動型アクチュエータ２０２によって駆動される接触体４は、図１９内のｙ軸方向に移動可能であって、接触体４の上端がｙステージ４３に固定されている。

ｙステージ４３は、ｙ軸方向にのみ移動可能であって、その他の方向における自由度が拘束されている。ｙステージ４３には、ｘｙステージ４４が固定されている。ｘステージ４２および／またはｙステージ４３の移動に連動して、ｘｙステージ４４も移動する。

以上の構成によれば、前述した本発明の実施形態に係る振動型アクチュエータを用いることによって多軸ステージユニットを実現することができる。固定部４１に設けられる振動型アクチュエータ２０２が移動させることができる質量は、ｘステージ４２に設けられた振動型アクチュエータ２０２が移動させることができる質量と比較して大きい。各軸における振動型アクチュエータ２０２の個数を適宜に変更することによって、各軸において移動させるべき質量に対応させることができる。また、各ステージを移動させる振動型アクチュエータ２０２を複数設けることによって、ｘｙ平面と平行な面内に働くモーメントの発生が抑制されるので、各軸のステージを精度良く移動させることができる。

上記した構成においては、本発明の実施形態に係る振動型アクチュエータを用いてｘｙステージを有する多軸ステージユニット４０１が実現されている。しかしながら、本発明の実施形態に係る振動型アクチュエータを用いて、任意の自由度を有するステージユニットを実現することができる。

各軸における振動型アクチュエータの個数は、各軸での負荷等に応じて任意に増減することができる。本発明の実施形態に係る振動型アクチュエータを用いた多軸ステージユニットは、顕微鏡、工作機械、測定装置等の種々のステージ装置に適用可能である。

＜第５実施形態＞
第５実施形態では、上記した第１実施形態ないし第３実施形態による別の応用例（多関節ロボット）を示す。

図２０は、本発明の第５実施形態に係る多関節ロボット５０１の概略平面図である。多関節ロボット５０１は、第１関節５２と、固定部５４と、第１プーリ５５と、第１リンク５６と、第２リンク５７と、第２関節５８と、第２プーリ５９と、第３プーリ６０とを有する。固定部５４に設けられた複数の振動型アクチュエータ２０２を区別するために、各振動型アクチュエータ２０２にＥ１，Ｆ１，Ｅ２，Ｆ２の符号をそれぞれ付与する。

リンクとプーリとを含む多関節ロボット５０１の骨格について説明する。第１関節５２は、点Ｌを中心とするＺ軸周りに回転可能な回転自由度を有する関節である。第２関節５８は、点Ｍを中心とするＺ軸と平行な軸周りに回転可能な回転自由度を有する関節であり、第１リンク５６の運動に拘束される。

隠れ線で示される第１プーリ５５は、第１リンク５６に拘束され、かつ第１関節５２の周りに回転するように設けられている。第１リンク５６および第２リンク５７は、第２関節５８を介して、第２関節５８の周りに回転するように設けられている。第２プーリ５９は、第２リンク５７に拘束されている。第３プーリ６０は、第１関節５２の周りに自由に回転可能である。

ワイヤ５１ｆは、振動型アクチュエータＦ１の接触体４に結合され、第１プーリ５５に巻きつけられ、他端のワイヤ５１ｅは、振動型アクチュエータＥ１の接触体４に結合されている。同様に、ワイヤ５３ｆは、振動型アクチュエータＦ２の接触体４に結合され、第３プーリ６０に巻きつけられ、他端のワイヤ５３ｅは、振動型アクチュエータＥ２の接触体４に結合されている。無端状に形成されたワイヤ５３ａは、第２プーリ５９と第３プーリ６０とに巻きつけられている。

各振動型アクチュエータ２０２の駆動方法について説明する。ｙ軸方向に延在する接触体４を有する振動型アクチュエータＥ１，Ｆ１は、それぞれ、ワイヤ５１ｆ，５１ｅをｙ軸方向に駆動する。ワイヤ５１ｆ，５１ｅが弛まないように振動型アクチュエータＥ１，Ｆ１がｙ軸負方向の推力を発生させると、発生した推力の差分によってワイヤ５１ｆ，５１ｅと第１プーリ５５との間に摩擦力が生じて、第１リンク５６を第１関節５２周りに駆動できる。すなわち、振動型アクチュエータＥ１，Ｆ１は、ｘ軸に対して角度θ１の変位を第１リンク５６に生じさせることが可能である。

同様に、ｘ軸方向に延在する接触体４を有する振動型アクチュエータＥ２，Ｆ２は、それぞれ、ワイヤ５３ｆ，５３ｅをｘ軸方向に駆動する。ワイヤ５３ｆ，５３ｅが弛まないように振動型アクチュエータＥ２，Ｆ２がｘ軸負方向の推力を発生させると、発生した推力の差分によってワイヤ５３ｆ，５３ｅと第２プーリ５９および第３プーリ６０との間に摩擦力が生じる。以上の摩擦力によって、第１リンク５６と第２リンク５７とを第１関節５２周りおよび第２関節５８周りに駆動できる。すなわち、振動型アクチュエータＥ２，Ｆ２は、ｘ軸に対して角度θ１の変位を第１リンク５６に生じさせると共に、第１リンク５６に対する角度θ２の変位を第２リンク５７に生じさせることが可能である。

また、振動型アクチュエータＥ２，Ｆ２の駆動によって生じる第１リンク５６の角度θ１の変位を打ち消すように振動型アクチュエータＥ１，Ｆ１を駆動することによって、第２リンク５７の角度θ２の変位のみを生じさせることも可能である。

以上の構成によれば、複数の振動型アクチュエータ２０２の駆動によって、第２リンク５７の先端Ｎをｘｙ平面内の目標位置に到達させることができる。ワイヤが弛まないように常に張力をかけた状態で拮抗駆動することにより、関節周りのガタやワイヤの座屈による偏差の発生を抑制できる。ひいては、各関節軸周りの捩り剛性を高めることができると共に、先端Ｎを高精度に位置決めできる。

図２０を参照して上述した構成は、拮抗駆動方式を採用した多関節ロボットの一例に過ぎない。本発明の実施形態に係る振動型アクチュエータまたは振動型アクチュエータを有する装置を、より多くの自由度を有する垂直多関節ロボットやパラレルリンク型のロボットの駆動源として使用することができる。

本発明の実施形態に係る振動型アクチュエータまたは振動型アクチュエータを有する装置を多関節ロボットの駆動源として使用する際の駆動方式は、拮抗駆動方式に限定されない。例えば、図２１に示すように、ワイヤが座屈しない推力の範囲でワイヤを押し引きするタイプの多関節ロボット５０２を構成することもできる。

図２２は、複数の湾曲区間６６ａ，６６ｂを駆動する特許文献２のワイヤ駆動マニピュレータ５０４の概略斜視図を示す。特許文献２では、１つの湾曲区間当たり３本の線状部材６２を設け、３本の線状部材６２のうち１本を案内部材６４ａまたは案内部材６４ｂに固定して、他の２本の線状部材６２をアクチュエータで駆動することによって、各湾曲区間の曲率を変えている。

図２１は、本発明の第５実施形態に係る他の多関節ロボット５０２の概略平面図である。上記したワイヤ駆動マニピュレータ５０４の駆動源として、図２１に示す多関節ロボット５０２を用いることができる。多関節ロボット５０２は、複数の振動型アクチュエータ２０１を含む装置３０２を有する。振動型アクチュエータ２０１の接触体４と図２２中の線状部材６２とが結合されることによって、各湾曲区間の曲率を変える駆動源として装置３０２を用いることができる。装置３０２は、図１６を参照して説明した構成と同様に、外装部材８６を用いてパッケージ化されると好適である。以上のパッケージ化によって、内部部品を適切に保護できると共に人が装置３０２を把持することが容易になる。線状部材６２は、線状部材案内部６１に設けられた案内管の中を座屈することなく摺動することによって、複数の湾曲区間の曲率を変えることができる。図２１に示すように、線状部材案内部６１は可撓性であってよい。複数の湾曲区間は、特許文献２に開示されている案内部材と線状部材とを用いて形成することができる。

以上の構成によれば、本発明の実施形態に係る振動型アクチュエータを拘束手段を基準として装置３０２に配置することによって、ワイヤ駆動マニピュレータを駆動する線状部材を高精度に配置できる。そのため、湾曲区間の曲率を高精度に制御することが可能となる。本発明の実施形態に係る振動型アクチュエータがワイヤ駆動マニピュレータの駆動源として使用されるので、駆動部の小型化が可能である。振動体ユニットの数を増減することによって、各湾曲区間において要求される出力に対応することができる。さらに、振動体ユニットは部品が共通化されているので、出力を増減させるための構成変更についてのコストも削減できる。本発明の実施形態に係る振動型アクチュエータの接触体を従来よりも軽量化できるので、電磁モータと減速機構とを組み合わせた駆動源と比較して、応答性をより向上させることができる。

また、図２に示される複数の振動モードの振幅比率を変化させることによって、湾曲区間の駆動する速度や推力を自由に制御することができる。電気−機械エネルギ変換素子に電圧を印加しない場合には、突出部と接触体との間に作用する静止摩擦力によって湾曲区間の姿勢を維持することが可能となる。他方、図２（ｂ）に示される振動モードのみにて励振させることで、突出部と接触体との間に作用する摩擦力を変化させることができる。ひいては、湾曲部に外力が作用した際に、外力が作用しなくなるように湾曲部が姿勢を変えることができる。以上の構成は、例えば、ワイヤ駆動マニピュレータが人体に触れたときに、人体に対する危険を回避するのに用いられる安全機構に対して適用できる。上記した多関節ロボット５０２は、例えば、工業用内視鏡、医療用内視鏡、および、治療や生検、検査等の医療行為に用いられるカテーテル等の手術器具に適用することができる。

上記した構成においては、２つの湾曲区間を有する４自由度の多関節ロボットを例示しているが、湾曲区間、すなわち自由度は容易に増加できる。したがって、より多くの自由度を有する多関節ロボットを実現することが可能である。駆動する湾曲区間の数や案内部材の径に応じて、本体３６の形状やピッチ円３７の直径ｇ、振動型アクチュエータの数や配置を適宜変更すると好適である。

１ 振動体
２ 弾性体
２ａ 突出部
３ 電気−機械エネルギ変換素子
４ 接触体
７ 加圧部
８ 保持部
９ 反力受部
１２ 接触体支持部
１３ 拘束手段
１４ 可撓性部材
１５ 本体
２０ 振動体ユニット

Claims (20)

1. 弾性体と電気−機械エネルギ変換素子とを含む振動体を各々が有する複数の振動体ユニットと、
   複数の前記振動体と接触する接触体と、を備え、
   前記接触体と複数の前記振動体とが所定方向に相対移動する振動型アクチュエータであって、
   少なくとも１つの前記振動体ユニットである第１振動体ユニットは、当該第１振動体ユニットを固定して前記所定方向における自由度を拘束する拘束手段と、前記所定方向に剛性を有すると共に前記所定方向以外の方向に前記所定方向の剛性よりも小さな剛性を有する可撓性部材とを有し、
   少なくとも１つの前記振動体ユニットである第２振動体ユニットは、前記可撓性部材によって前記第１振動体ユニットと連結される、ことを特徴とする振動型アクチュエータ。
2. 複数の前記振動体ユニットが前記所定方向に直列的に配列されている、ことを特徴とする請求項１に記載の振動型アクチュエータ。
3. 前記電気−機械エネルギ変換素子に印加される交番電圧に応じて前記振動体が振動することで生じる推力によって前記接触体と前記振動体とが相対移動する、ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の振動型アクチュエータ。
4. 前記可撓性部材は、前記第２振動体ユニットの移動に伴って前記所定方向と直交する前記方向に前記接触体を案内する、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の振動型アクチュエータ。
5. 前記可撓性部材は、前記所定方向と平行な軸の周りに回転可能な回転部を有する、ことを特徴とする請求項４に記載の振動型アクチュエータ。
6. 複数の前記振動体ユニットの各々は、前記振動体を保持する保持部を有し、
   少なくとも１つの前記振動体ユニットは、前記保持部に設けられ、前記接触体の自由度を拘束することによって前記接触体を前記所定方向に案内する接触体支持部を有する、ことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の振動型アクチュエータ。
7. 前記拘束手段によって固定された前記第１振動体ユニットが前記接触体支持部を有する、ことを特徴とする請求項６に記載の振動型アクチュエータ。
8. 前記所定方向における両端に位置する２つの前記振動体ユニットの各々の前記保持部に前記接触体支持部が設けられる、ことを特徴とする請求項６に記載の振動型アクチュエータ。
9. 前記振動体が前記接触体支持部として機能する、ことを特徴とする請求項６に記載の振動型アクチュエータ。
10. 前記可撓性部材の中心軸は、前記振動体が前記接触体に接触している摩擦摺動面と同一の平面上に設けられる、ことを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の振動型アクチュエータ。
11. 前記可撓性部材の中心軸は、対向して配置される前記振動体が前記接触体に接触している２つの摩擦摺動面の間に位置する平面上に設けられる、ことを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の振動型アクチュエータ。
12. 複数の前記振動体ユニットの各々は、前記振動体を加圧して前記接触体に圧接させる加圧部と、前記加圧部による加圧力の反力を受ける反力受部とを有する、ことを特徴とする請求項１から請求項１１のいずれか１項に記載の振動型アクチュエータ。
13. 前記反力受部は、前記接触体に接触し、前記所定方向に直交する中心軸の周りに回転可能であるローラである、ことを特徴とする請求項１２に記載の振動型アクチュエータ。
14. 前記弾性体は、前記接触体に接触する突出部を有し、
    交番電圧が前記電気−機械エネルギ変換素子に印加されると、前記接触体に接触する面に平行な方向に変位する振動が前記突出部の先端に励起される、ことを特徴とする請求項１２に記載の振動型アクチュエータ。
15. 前記反力受部が前記突出部である、ことを特徴とする請求項１４に記載の振動型アクチュエータ。
16. 請求項１から請求項１５のいずれか１項に記載された１個以上の振動型アクチュエータと、
    前記拘束手段によって前記振動型アクチュエータが固定されている本体と、を有することを特徴とする装置。
17. 前記本体が、前記接触体の自由度を拘束することによって前記接触体を前記所定方向に案内する接触体支持部を有する、ことを特徴とする請求項１６に記載の装置。
18. 複数の前記振動型アクチュエータが、前記所定方向から見て所定の直径を有するピッチ円の円周上に配置されている、ことを特徴とする請求項１６または請求項１７に記載の装置。
19. 請求項１から請求項１５のいずれか１項に記載された振動型アクチュエータまたは請求項１６から請求項１８のいずれか１項に記載された装置が設けられた固定部と、
    前記接触体に接続されたステージとを有する、ことを特徴とする多軸ステージユニット。
20. 請求項１から請求項１５のいずれか１項に記載された振動型アクチュエータまたは請求項１６から請求項１８のいずれか１項に記載された装置を駆動源として備える、ことを特徴とする多関節ロボット。

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