KR101053805B1 - 진동 액츄에이터 - Google Patents

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마사키 다카산
히로히코 이시카와
가즈오 세이키
겐타로 나카무라
사다유키 우에하
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고쿠리츠다이가쿠호진 토쿄고교 다이가꾸
가부시키가이샤 도요다 지도숏키
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Abstract

1 개의 진동 수단에 의해 복수의 로터를 구동할 수 있는 진동 액츄에이터를 제공하는 것을 과제로 한다.
복합 진동자 (2) 를 구동하여, 복수 진동을 조합한 복합 진동을 발생시키면, 제 1 스테이터 (3) 및 제 2 스테이터 (4) 가 진동하고, 이들 제 1 스테이터 (3) 및 제 2 스테이터 (4) 의 모서리부 (8, 9) 에 각각 타원 운동이 형성된다. 이로써, 제 1 스테이터 (3) 의 모서리부 (8) 에 가압 접촉되어 있는 제 1 로터 (A) 와 제 2 스테이터 (4) 의 모서리부 (9) 에 가압 접촉되어 있는 제 2 로터 (B) 가 동시에 각각 회전 구동된다. 또, 이 때, 복합 진동을 구성하는 복수 진동의 진동 모드를 선택함으로써, 2 개의 로터 (A, B) 를 서로 동일 방향 또는 반대 방향으로 회전 구동할 수 있다.

Description

진동 액츄에이터{VIBRATION ACTUATOR}
본 발명은 진동 액츄에이터와 관련되고, 특히 진동 수단으로 스테이터를 진동시킴으로써 스테이터에 접촉된 로터를 회전 구동하는 진동 액츄에이터에 관한 것이다.
예를 들어, 특허 문헌 1 에, 초음파 진동을 이용하여 로터를 회전시키는 진동 액츄에이터가 개시되어 있다. 이 진동 액츄에이터는, 서로 겹쳐진 복수의 압전 소자판으로 이루어지는 복합 진동자를 진동 수단으로서 갖고, 복합 진동자의 일방의 단부에 배치 형성된 스테이터에 의해 1 개의 로터가 접촉 지지되어 있다. 복합 진동자의 복수의 압전 소자판에 구동 전압을 인가하여, 서로 상이한 방향의 복수 진동을 발생시킴과 함께 이들 진동을 조합한 복합 진동을 형성하여 스테이터를 진동시킴으로써 로터가 회전 구동된다.
특허 문헌 1 : 일본 공개특허공보 평11-220892호
발명의 개시
발명이 해결하고자 하는 과제
그러나, 특허 문헌 1 의 진동 액츄에이터에서는, 1 개의 복합 진동자에 의해 1 개의 로터가 회전되기 때문에, 복수의 로터를 각각 회전시키고자 할 때에는, 각각의 로터마다 전용의 복합 진동자를 형성할 필요가 있을 뿐만 아니라, 복수의 로터에 각각 대응한 복수의 복합 진동자를 서로 독립적으로 구동 제어할 필요가 있어, 장치가 복잡해져 버린다는 문제점이 있었다.
본 발명은 이와 같은 문제점을 해소하기 위하여 이루어진 것으로서, 1 개의 진동 수단에 의해 복수의 로터를 구동할 수 있는 진동 액츄에이터를 제공하는 것을 목적으로 한다.
과제를 해결하기 위한 수단
본 발명에 관련된 진동 액츄에이터는, 2 개의 스테이터와, 2 개의 스테이터에 각각 대응하여 접촉 배치되는 2 개의 로터와, 2 개의 스테이터 사이에 배치 형성되면서, 서로 상이한 방향의 복수 진동을 조합한 복합 진동을 발생시켜 2 개의 스테이터를 진동시킴으로써, 2 개의 로터를 동시에 회전 구동하는 1 개의 진동 수단을 구비하는 것이다.
발명의 효과
본 발명에 의하면, 1 개의 진동 수단에 의해 복수의 로터를 구동할 수 있는 진동 액츄에이터가 얻어진다.
도 1 은 본 발명의 실시형태 1 에 관련된 진동 액츄에이터를 나타내는 단면도이다.
도 2 는 실시형태 1 에서 사용된 복합 진동자의 구성을 나타내는 부분 단면 도이다.
도 3 은 실시형태 1 에서 사용된 복합 진동자의 2 쌍의 압전 소자판의 분극 방향을 나타내는 사시도이다.
도 4a 는 액츄에이터 본체가 Y 축 방향의 1 차 모드의 휨 진동으로 진동하는 모습을 나타내는 도면이다.
도 4b 는 도 4a 에 있어서의 액츄에이터 본체의 각 부분의 Y 축 방향의 변위를 나타내는 도면이다.
도 5a 는 액츄에이터 본체가 Z 축 방향의 1 차 모드의 세로 진동으로 진동하는 모습을 나타내는 도면이다.
도 5b 는 도 5a 에 있어서의 액츄에이터 본체의 각 부분의 Z 축 방향의 변위를 Y 축 방향으로 변환하여 나타내는 도면이다.
도 6 은 실시형태 1 에 있어서의 2 개의 로터가 서로 반대 방향으로 회전 구동되는 모습을 나타내는 도면이다.
도 7 은 Y 축 방향의 2 차 모드의 휨 진동으로 진동하는 액츄에이터 본체의 각 부분의 Y 축 방향의 변위를 나타내는 도면이다.
도 8 은 실시형태 1 에 있어서의 2 개의 로터가 서로 동일 방향으로 회전 구동되는 모습을 나타내는 도면이다.
도 9 는 Z 축 방향의 2 차 모드의 세로 진동으로 진동하는 액츄에이터 본체의 각 부분의 Z 축 방향의 변위를 Y 축 방향으로 변환하여 나타내는 도면이다.
도 10 은 일방의 로터가 고정물에 고정되어 있을 때에 액츄에이터 본체와 타 방의 로터가 서로 동일 방향으로 회전하는 모습을 나타내는 도면이다.
도 11 은 일방의 로터가 고정물에 고정되어 있을 때에 액츄에이터 본체와 타방의 로터가 서로 반대 방향으로 회전하는 모습을 나타내는 도면이다.
도 12 는 본 발명의 실시형태 2 에 관련된 진동 액츄에이터를 나타내는 단면도이다.
도 13 은 실시형태 2 에서 사용된 복합 진동자의 3 쌍의 압전 소자판의 분극 방향을 나타내는 사시도이다.
도 14 는 본 발명의 실시형태 3 에 관련된 진동 액츄에이터를 나타내는 단면도이다.
도 15 는 본 발명의 실시형태 4 에 관련된 진동 액츄에이터를 나타내는 단면도이다.
도 16 은 본 발명의 실시형태 5 에 관련된 진동 액츄에이터를 나타내는 단면도이다.
도 17 은 본 발명의 실시형태 5 의 변형예에 있어서의 액츄에이터 본체를 나타내는 측면도이다.
도 18 은 본 발명의 실시형태 5 의 다른 변형예에 있어서의 액츄에이터 본체를 나타내는 측면도이다.
발명을 실시하기 위한 최선의 형태
이하, 본 발명의 실시형태를 첨부 도면에 기초하여 설명한다.
실시형태 1.
도 1 에, 본 발명의 실시형태 1 에 관련된 진동 액츄에이터를 나타낸다. 이 진동 액츄에이터는, 초음파 진동을 이용하여 로터를 회전시키는 초음파 액츄에이터로서, 액츄에이터 본체 (1) 와, 이 액츄에이터 본체 (1) 가 회전 구동하기 위한 2 개의 로터 (A, B) 를 갖고 있다. 액츄에이터 본체 (1) 는, 원통형의 하나의 복합 진동자 (2) 와, 이 복합 진동자 (2) 의 양 단부에 각각 배치되는 제 1 스테이터 (3) 및 제 2 스테이터 (4) 를 갖고 있다. 이들 제 1 스테이터 (3) 및 제 2 스테이터 (4) 는 그 사이에 복합 진동자 (2) 를 위치시키면서, 복합 진동자 (2) 를 통과하는 연결 볼트 (5) 를 통해 서로 연결되어 있어, 거의 원주상의 외형을 갖는 액츄에이터 본체 (1) 를 구성한다. 여기서, 설명의 편의상, 제 2 스테이터 (4) 로부터 제 1 스테이터 (3) 로 향하는 액츄에이터 본체 (1) 의 중심축을 Z 축으로 규정하고, Z 축에 대하여 수직 방향으로 X 축이, Z 축 및 X 축에 대하여 수직으로 Y 축이 각각 연장되어 있는 것으로 한다.
복합 진동자 (2) 는, 각각 XY 평면 상에 위치하고 또한 서로 겹쳐진 평판상의 제 1 압전 소자부 (31) 및 제 2 압전 소자부 (32) 를 갖고 있다. 이들 압전 소자부 (31, 32) 는 절연 시트 (33, 34, 35) 를 개재하여 제 1 스테이터 (3) 및 제 2 스테이터 (4) 로부터, 또 서로 절연된 상태로 배치된다. 또, 이 진동 액츄에이터는, 제 1 압전 소자부 (31) 및 제 2 압전 소자부 (32) 에 구동 전압을 인가하여 각각을 구동하기 위한 구동 회로 (36) 를 갖고 있다.
제 1 스테이터 (3) 및 제 2 스테이터 (4) 에는 각각, 복합 진동자 (2) 에 접 하는 면과는 반대측에 오목부 (6, 7) 가 형성되어 있고, 각 오목부 (6, 7) 의 개구단 주연부에는 XY 평면 상에 위치하는 고리형의 모서리부 (8, 9) 가 형성되어 있다. 여기서, 제 1 로터 (A) 는 제 1 스테이터 (3) 의 오목부 (6) 에 대향하고, 오목부 (6) 의 내경보다 큰 직경을 갖는 반구 형상의 볼록부 (10) 를 가지며, 그 볼록부 (10) 가 제 1 스테이터 (3) 의 모서리부 (8) 에 맞닿아 자유롭게 회전할 수 있도록 지지되어 있다. 동일하게, 제 2 로터 (B) 는 제 2 스테이터 (4) 의 오목부 (7) 에 대향하고, 오목부 (7) 의 내경보다 큰 직경을 갖는 반구 형상의 볼록부 (11) 를 가지며, 그 볼록부 (11) 가 제 2 스테이터 (4) 의 모서리부 (9) 에 맞닿아 자유롭게 회전할 수 있도록 지지되어 있다. 또, 이들 로터 (A, B) 는 각각 스프링 (12, 13) 에 의해 대응하는 스테이터 (3 및 4) 에 가압 접촉되어 있다.
도 2 에 나타내는 바와 같이, 복합 진동자 (2) 의 제 1 압전 소자부 (31) 는 각각 원판 형상을 갖는 전극판 (31a), 압전 소자판 (31b), 전극판 (31c), 압전 소자판 (31d) 및 전극판 (31e) 이 순차 겹쳐진 구조를 갖고 있다. 동일하게, 제 2 압전 소자부 (32) 는 각각 원판 형상을 갖는 전극판 (32a), 압전 소자판 (32b), 전극판 (32c), 압전 소자판 (32d) 및 전극판 (32e) 이 순차 겹쳐진 구조를 갖고 있다.
제 1 압전 소자부 (31) 의 양면 부분에 배치되어 있는 전극판 (31a) 및 전극판 (31e) 과, 제 2 압전 소자부 (32) 의 양면 부분에 배치되어 있는 전극판 (32a) 및 전극판 (32e) 이 각각 전기적으로 접지되어 있다. 또, 제 1 압전 소자부 (31) 의 1 쌍의 압전 소자판 (31b, 31d) 의 사이에 배치되어 있는 전극판 (31c) 과, 제 2 압전 소자부 (32) 의 1 쌍의 압전 소자판 (32b, 32d) 사이에 배치되어 있는 전극판 (32c) 으로부터 각각 단자가 인출되어 구동 회로 (36) 에 접속되어 있다.
도 3 에 나타내는 바와 같이, 제 1 압전 소자부 (31) 의 1 쌍의 압전 소자판 (31b, 31d) 은 Y 축 방향으로 2 분할된 부분이 서로 역극성을 갖고, 각각 Z 축 방향 (두께 방향) 으로 팽창과 수축이라는 반대 변형 거동을 행하도록 분극되어 있으며, 압전 소자판 (31b) 과 압전 소자판 (31d) 은 서로 반대 방향으로 배치되어 있다.
제 2 압전 소자부 (32) 의 1 쌍의 압전 소자판 (32b, 32d) 은 2 분할되지 않고 전체가 Z 축 방향 (두께 방향) 으로 팽창 혹은 수축의 변형 거동을 행하도록 분극되어 있고, 압전 소자판 (32b) 과 압전 소자판 (32d) 은 서로 반대 방향으로 배치되어 있다.
다음으로, 이 실시형태 1 에 관련된 진동 액츄에이터의 동작에 대하여 설명한다. 구동 회로 (36) 로부터 제 1 압전 소자부 (31) 의 전극판 (31c) 에 교류 전압을 인가하여 제 1 압전 소자부 (31) 에 Y 축 방향의 1 차 모드의 휨 진동을 발생시키면, 제 1 압전 소자부 (31) 의 1 쌍의 압전 소자판 (31b, 31d) 의 2 분할된 부분이 Z 축 방향으로 팽창과 수축을 교대로 반복하여, 도 4a 에 나타내는 바와 같이, 액츄에이터 본체 (1) 가 진동한다. 여기서, 도 4a 의 액츄에이터 본체 (1) 의 각 부분의 Y 축 방향의 변위를 도 4b 에 나타낸다. 도 4b 로부터, 액츄에이터 본체 (1) 의 양 단부, 즉 제 1 스테이터 (3) 의 모서리부 (8) 와 제 2 스테이터 (4) 의 모서리부 (9) 는 서로 동위상으로 진동하는 것을 알 수 있다.
또, 구동 회로 (36) 로부터 제 2 압전 소자부 (32) 의 전극판 (32c) 에 교류 전압을 인가하여 제 2 압전 소자부 (32) 에 Z 축 방향의 1 차 모드의 세로 진동을 발생시키면, 제 2 압전 소자부 (32) 의 1 쌍의 압전 소자판 (32b, 32d) 이 Z 축 방향으로 팽창과 수축을 반복하여, 도 5a 에 나타내는 바와 같이, 액츄에이터 본체 (1) 가 진동한다. 여기서, 도 5a 의 액츄에이터 본체 (1) 의 각 부분의 Z 축 방향의 변위를 Y 축 방향으로 변환한 것을 도 5b 에 나타낸다. 도 5b 로부터, 액츄에이터 본체 (1) 의 양 단부, 즉 제 1 스테이터 (3) 의 모서리부 (8) 와 제 2 스테이터 (4) 의 모서리부 (9) 는 서로 역위상으로 진동하는 것을 알 수 있다.
그래서, 제 1 압전 소자부 (31) 의 전극판 (31c) 과 제 2 압전 소자부 (32) 의 전극판 (32c) 에 위상을 90 도 시프트시킨 교류 전압을 각각 인가하고, 복합 진동자 (2) 에 의해 Y 축 방향의 1 차 모드의 휨 진동과 Z 축 방향의 1 차 모드의 세로 진동을 조합한 복합 진동을 발생시키면, 제 1 스테이터 (3) 의 모서리부 (8) 와 제 2 스테이터 (4) 의 모서리부 (9) 는, Y 축 방향의 1 차 모드의 휨 진동에 의해 Y 축 방향으로 서로 동위상으로 변위함과 함께, Z 축 방향의 1 차 모드의 세로 진동에 의해 Z 축 방향의 서로 역위상으로 변위하기 때문에, 도 6 에 나타내는 바와 같이, 이들 제 1 스테이터 (3) 의 모서리부 (8) 와 제 2 스테이터 (4) 의 모서리부 (9) 에 YZ 면 내에서의 서로 반대 방향의 타원 운동이 각각 발생한다. 따라서, 제 1 스테이터 (3) 의 모서리부 (8) 에 가압 접촉되어 있는 제 1 로터 (A) 와 제 2 스테이터 (4) 의 모서리부 (9) 에 가압 접촉되어 있는 제 2 로터 (B) 는, X 축 주 위에 서로 동시에 또한 반대 방향으로 회전 구동되게 된다.
또, 제 1 압전 소자부 (31) 에 2 차 모드의 Y 축 방향의 휨 진동을 발생시켰을 때의 액츄에이터 본체 (1) 의 각 부분의 Y 축 방향의 변위를 도 7 에 나타낸다. 도 7 로부터, 액츄에이터 본체 (1) 의 양 단부, 즉 제 1 스테이터 (3) 의 모서리부 (8) 및 제 2 스테이터 (4) 의 모서리부 (9) 가 서로 역위상으로 진동하는 것을 알 수 있다.
그래서, 제 1 압전 소자부 (31) 의 전극판 (31c) 과 제 2 압전 소자부 (32) 의 전극판 (32c) 에 위상을 90 도 시프트시킨 교류 전압을 각각 인가하여, 복합 진동자 (2) 에 의해 Y 축 방향의 2 차 모드의 휨 진동과 Z 축 방향의 1 차 모드의 세로 진동을 조합한 복합 진동을 발생시키면, 제 1 스테이터 (3) 의 모서리부 (8) 와 제 2 스테이터 (4) 의 모서리부 (9) 는, Y 축 방향의 2 차 모드의 휨 진동에 의해 Y 축 방향으로 서로 역위상으로 변위함과 함께, Z 축 방향의 1 차 모드의 세로 진동에 의해 Z 축 방향으로 서로 역위상으로 변위하기 때문에, 도 8 에 나타내는 바와 같이, 이들 제 1 스테이터 (3) 의 모서리부 (8) 와 제 2 스테이터 (4) 의 모서리부 (9) 에 YZ 면 내에서의 서로 동일 방향의 타원 운동이 각각 발생한다. 따라서, 제 1 스테이터 (3) 의 모서리부 (8) 에 가압 접촉되어 있는 제 1 로터 (A) 와 제 2 스테이터 (4) 의 모서리부 (9) 에 가압 접촉되어 있는 제 2 로터 (B) 는, X 축 주위에서 서로 동시에 또한 동일 방향으로 회전 구동되게 된다.
이상과 같이, 1 개의 복합 진동자 (2) 에 의해 복합 진동을 발생시켜 각 스테이터 (3, 4) 의 각각 대응하는 로터 (A, B) 와의 접촉 부분에 타원 운동을 형성 함으로써, 2 개의 로터 (A, B) 를 동시에 회전 구동할 수 있다. 따라서, 본 발명의 진동 액츄에이터를 사용하면, 회전 구동하기 위한 복수의 관절부를 갖는 관절 기구 등을 단순한 구성에 의해 실현할 수 있어, 소형화 및 경량화를 도모할 수 있다.
또, Z 축 방향의 세로 진동의 진동 모드와 Y 축 방향의 휨 진동의 진동 모드의 조합을 선택함으로써, 제 1 로터 (A) 와 제 2 로터 (B) 를 서로 동일 방향 또는 반대 방향으로 각각 회전 구동할 수 있다.
이 진동 액츄에이터는, 초음파 진동을 이용한 초음파 액츄에이터이기 때문에, 고토크성을 가짐과 함께 기어를 사용하지 않고 구동할 수 있다.
또, 스프링 (12, 13) 이나, 압전 소자부 (31, 32) 와 구동 회로 (36) 를 접속하는 배선 등을 액츄에이터 본체 (1) 및 로터 (A) 및 B 의 내부에 수용하도록 구성하면, 전체를 보다 소형화할 수 있다.
또한, 여기서, 제 2 압전 소자부 (32) 에 Z 축 방향의 2 차 모드의 세로 진동을 발생시켰을 때의 액츄에이터 본체 (1) 의 각 부분의 Z 축 방향의 변위를 Y 축 방향으로 변환한 것을 도 9 에 나타낸다. 도 9 로부터, 액츄에이터 본체 (1) 의 양 단부, 즉 제 1 스테이터 (3) 의 모서리부 (8) 및 제 2 스테이터 (4) 의 모서리부 (9) 가 서로 동위상으로 진동하는 것을 알 수 있다.
따라서, Y 축 방향의 1 차 모드의 휨 진동과 Z 축 방향의 2 차 모드의 세로 진동을 조합한 복합 진동을 발생시키면, Y 축 방향의 2 차 모드의 휨 진동과 Z 축 방향의 1 차 모드의 세로 진동을 조합한 복합 진동을 발생시켰을 때와 마찬가지로, 2 개의 로터 (A, B) 를 X 축 주위에 서로 동일 방향으로 회전 구동할 수 있다.
또, 이 진동 액츄에이터는, 액츄에이터 본체 (1) 를 고정물에 고정시켜 사용하거나, 혹은 제 1 로터 (A) 및 제 2 로터 (B) 중 일방을 고정물에 고정시켜 사용할 수 있다.
예를 들어, 제 2 로터 (B) 를 고정물에 고정시켜 사용하는 경우에, 복합 진동자 (2) 에 의해 Z 축 방향의 1 차 모드의 세로 진동과 Y 축 방향의 1 차 모드의 휨 진동을 조합한 복합 진동을 발생시키면, 도 10 에 나타내는 바와 같이, 제 2 로터 (B) 에 대하여 액츄에이터 본체 (1) 가 상대 이동하여 회전함과 함께, 액츄에이터 본체 (1) 에 대하여 제 1 로터 (A) 가 액츄에이터 본체 (1) 의 회전 방향과 동일 방향으로 회전한다.
또, 복합 진동자 (2) 에 의해 예를 들어 Z 축 방향의 1 차 모드의 세로 진동과 Y 축 방향의 2 차 모드의 휨 진동을 조합한 복합 진동을 발생시키면, 도 11 에 나타내는 바와 같이, 제 2 로터 (B) 에 대하여 액츄에이터 본체 (1) 가 상대 이동하여 회전함과 함께, 액츄에이터 본체 (1) 에 대하여 제 1 로터 (A) 가 액츄에이터 본체 (1) 의 회전 방향과는 반대 방향으로 회전한다.
또한, Y 축 방향의 휨 진동을 발생시키는 제 1 압전 소자부 (31) 또는 Z 축 방향의 세로 진동을 발생시키는 제 2 압전 소자부 (32) 대신, X 축 방향의 휨 진동을 발생시키는 압전 소자부를 사용할 수도 있다. 즉, X 축 방향의 휨 진동과 Z 축 방향의 세로 진동을 조합한 복합 진동, 혹은 X 축 방향의 휨 진동과 Y 축 방향의 휨 진동을 조합한 복합 진동을 발생시킴으로써, 2 개의 로터 (A, B) 를 동시에 Y 축 주위 또는 Z 축 주위에 회전시킬 수 있다. 또, 어느 경우에도, 복합 진동을 구성하는 2 개의 진동의 진동 모드의 조합을 선택함으로써, 2 개의 로터 (A, B) 를 서로 동일 방향 또는 반대 방향으로 각각 회전 구동할 수 있다.
실시형태 2.
다음으로 도 12 를 참조하여, 본 발명의 실시형태 2 에 관련된 진동 액츄에이터에 대하여 설명한다. 이 실시형태 2 는, 실시형태 1 에 있어서, 복합 진동자 (2) 가, Y 축 방향의 휨 진동을 발생시키는 제 1 압전 소자부 (31) 및 Z 축 방향의 세로 진동을 발생시키는 제 2 압전 소자부 (32) 에 덧붙여, X 축 방향의 휨 진동을 발생시키는 제 3 압전 소자부 (41) 를 갖는 것이다. 제 3 압전 소자부 (41) 는, 도 13 에 나타내는 바와 같은 1 쌍의 압전 소자판 (41b, 41d) 을 갖고 있다. 이들 1 쌍의 압전 소자판 (41b, 41d) 은, X 축 방향으로 2 분할된 부분이 서로 역극성을 갖고 각각 Z 축 방향 (두께 방향) 으로 팽창과 수축이라는 반대 변형 거동을 행하도록 분극되어 있고, 압전 소자판 (41b) 과 압전 소자판 (41d) 은 서로 반대 방향으로 배치되어 있다.
또한, 제 3 압전 소자부 (41) 는, 1 쌍의 압전 소자판 (41b, 41d) 이외에는, 제 1 압전 소자부 (31) 또는 제 2 압전 소자부 (32) 와 동일한 구성을 갖고, 이들 제 1 압전 소자부 (31) 및 제 2 압전 소자부 (32) 와 함께 서로 겹쳐져 있다. 제 3 압전 소자부 (41) 의 양면 부분에 배치되어 있는 1 쌍의 전극판이 각각 전기적으로 접지됨과 함께, 1 쌍의 압전 소자판 (41b, 41d) 사이에 배치되어 있는 전극판이 구동 회로 (36) 에 접속되어 있다. 또, 이들 3 개의 압전 소자부 (31, 32, 41) 가 절연 시트 (33, 34, 35, 42) 를 개재하여 2 개의 스테이터 (3, 4) 로부터, 또 서로 절연된 상태로 배치되어 있다.
구동 회로 (36) 로부터 제 3 압전 소자부 (41) 의 전극판에 교류 전압을 인가하여 제 3 압전 소자부 (41) 를 구동하면, 제 3 압전 소자부 (41) 의 1 쌍의 압전 소자판 (41b, 41d) 의 2 분할된 부분이 Z 축 방향으로 팽창과 수축을 교대로 반복하여, 제 1 스테이터 (3) 및 제 2 스테이터 (4) 에 X 축 방향의 휨 진동을 발생시킨다.
그래서, 복합 진동자 (2) 를 구동함으로써, 제 1 압전 소자부 (31) 에 의한 Y 축 방향의 휨 진동, 제 2 압전 소자부 (32) 에 의한 Z 축 방향의 세로 진동, 및 제 3 압전 소자부 (41) 에 의한 X 축 방향의 휨 진동 중 2 개 또는 3 개 모두를 조합한 복합 진동을 발생시키고, 제 1 스테이터 (3) 의 모서리부 (8) 와 제 2 스테이터 (4) 의 모서리부 (9) 에 타원 진동을 각각 형성함으로써, 제 1 로터 (A) 및 제 2 로터 (B) 를 동시에 3 차원 방향으로 자유롭게 회전 구동할 수 있다. 이 경우에도, 진동 모드의 조합을 선택함으로써, 2 개의 로터 (A, B) 를 서로 동일 방향 또는 반대 방향으로 회전시킬 수 있다.
실시형태 3.
다음으로 도 14 를 참조하여, 본 발명의 실시형태 3 에 관련된 진동 액츄에이터에 대하여 설명한다. 이 실시형태 3 은, 실시형태 1 에 있어서, 스프링 (12, 13) 대신, 자유롭게 신축할 수 있는 고무 커버 (51) 를 사용함에 따라, 2 개의 로터 (A, B) 를 각각 대응하는 스테이터 (3, 4) 에 가압 접촉시키는 것이다. 고무 커버 (51) 는, 원통 형상을 갖고 액츄에이터 본체 (1) 의 외주부 전체를 덮음과 함께, 중심축 방향으로 신장된 상태에서 그 양 단부가 각각 제 1 로터 (A) 및 제 2 로터 (B) 의 외주부에 고정되어 있다. 고무 커버 (51) 의 탄성 지지력에 의해, 2 개의 로터 (A, B) 가 각각 대응하는 스테이터 (3, 4) 의 모서리부 (8, 9) 에 가압 접촉되어 있다. 따라서, 실시형태 1 과 마찬가지로, 1 개의 복합 진동자 (2) 에 의해 2 개의 로터 (A, B) 를 회전 구동할 수 있다.
또한, 실시형태 2 의 진동 액츄에이터에 대해서도, 스프링 (12, 13) 대신, 고무 커버 (51) 를 사용함에 따라, 로터 (A, B) 를 각각 대응하는 스테이터 (3, 4) 에 가압 접촉시킬 수 있다.
실시형태 4.
다음으로 도 15 를 참조하여, 본 발명의 실시형태 4 에 관련된 진동 액츄에이터에 대하여 설명한다. 이 실시형태 4 는, 실시형태 1 에 있어서, 스테이터 (3, 4) 의 오목부와 로터 (A, B) 의 볼록부의 관계를 서로 역전시킨 것이다. 즉, 스테이터 (3, 4) 는, 복합 진동자 (2) 에 접하는 면과는 반대측에 반구 형상의 볼록부 (61, 62) 를 각각 가짐과 함께, 로터 (A, B) 에는, 각각 대응하는 스테이터 (3, 4) 에 대향하는 면에 오목부 (63, 64) 가 형성되어 있다. 로터 (A, B) 의 오목부 (63, 64) 의 개구단 주연부에 각각 고리형의 모서리부가 형성되어 있고, 각 로터 (A, B) 의 모서리부가 대응하는 스테이터 (3, 4) 의 볼록부 (61, 62) 에 맞닿아 자유롭게 회전할 수 있도록 지지되어 있다.
또한, 로터 (A, B) 는, 실시형태 1 과 마찬가지로, 각각 스프링 (12, 13) 에 의해 대응하는 스테이터 (3, 4) 에 가압 접촉되어 있다.
이와 같이 구성해도, 복합 진동자 (2) 에 의해 복합 진동을 발생시켜 스테이터 (3, 4) 의 각각 대응하는 로터 (A, B) 와의 접촉 부분에 타원 운동을 형성함으로써, 2 개의 로터 (A, B) 를 각각 회전 구동함과 함께, 복합 진동을 구성하는 2 개 진동의 진동 모드의 조합을 선택함으로써 2 개의 로터 (A, B) 를 서로 동일 방향 또는 반대 방향으로 각각 회전 구동할 수 있다. 이로써, 실시형태 1 에서 동일한 효과가 얻어진다.
또한, 실시형태 2 및 3 의 진동 액츄에이터에 있어서도, 스테이터 (3, 4) 에 볼록부가, 로터 (A, B) 에 오목부가 각각 형성되어 있어도 된다.
실시형태 5.
다음으로 도 16 을 참조하여, 본 발명의 실시형태 5 에 관련된 진동 액츄에이터에 대하여 설명한다. 이 실시형태 5 는, 실시형태 1 에 있어서, 제 2 스테이터 (4) 는 그대로이고, 제 1 스테이터로서, 로터 (A) 와 접하는 접촉 부분을 향하여 서서히 직경이 줄어들도록 형성된 스테이터 (71) 를 사용하는 것이다. 이 때문에, 복합 진동자 (2) 의 구동시에 제 1 스테이터 (71) 의 로터 (A) 와의 접촉 부분에 발생하는 타원 운동은, 제 2 스테이터 (4) 의 로터 (B) 와의 접촉 부분에 발생하는 타원 운동보다 큰 진폭을 갖고, 제 1 로터 (A) 에 발생하는 회전 토크가 제 2 로터 (B) 에 발생하는 회전 토크보다 커진다. 이와 같이, 제 1 스테이터 (71) 및 제 2 스테이터 (4) 의 각각 대응하는 로터 (A, B) 와의 접촉 부분을 서로 상이한 형상으로 형성함으로써, 2 개의 로터 (A, B) 에 서로 상이한 크기의 회전 토크를 발생시킬 수 있다.
또한, 실시형태 2 및 3 에 있어서도, 2 개의 스테이터의 각각 대응하는 로터 (A, B) 와의 접촉 부분을 서로 상이한 형상으로 형성함으로써, 2 개의 로터 (A, B) 에 서로 상이한 크기의 회전 토크를 발생시킬 수 있다.
또, 실시형태 4 에 있어서, 예를 들어 도 17 에 나타내는 바와 같이, 서로 반경의 크기가 상이한 반구 형상의 볼록부 (81, 82) 를 갖는 1 쌍의 스테이터 (83, 84) 나, 예를 들어 도 18 에 나타내는 바와 같이, 선단을 향할수록 서서히 직경이 줄어드는 원추 사다리꼴 형상의 볼록부 (91) 와 원주상의 볼록부 (92) 를 각각 갖는 1 쌍의 스테이터 (93, 94) 를 사용할 수도 있다. 어느 경우에도, 2 개의 로터 (A, B) 에 대하여 서로 상이한 크기의 회전 토크를 발생시킬 수 있다.
또한, 스테이터가 아니라, 2 개의 로터의 각각 대응하는 스테이터와의 접촉 부분을 서로 상이한 형상 또는 크기로 형성해도 된다.
또, 상기 각 실시형태에서는, X 축 방향의 휨 진동, Y 축 방향의 휨 진동, Z 축 방향의 세로 진동을 각각 다른 압전 소자부에서 발생시키고, 진동을 합성시켜 복합 진동을 발생시켰는데, 하나의 압전 소자부를 복수로 분극하고, 각 분극 전극에 인가하는 전압을 개별적으로 컨트롤해도 된다. 즉 위상, 진폭 등이 상이한 교류 전압을 합성한 전압을 각 분극 전극에 인가하여 단일 압전 소자부에서 복합 진동을 발생시켜도 된다.
또, 상기 각 실시형태에서는, 스테이터와 로터의 접촉 부분에 타원 운동을 발생시켰는데, 각 축 방향의 진폭을 제어함으로써 원 운동을 발생시켜도 된다.

Claims (11)

  1. 2 개의 스테이터와,
    상기 2 개의 스테이터에 각각 대응하여 접촉 배치되는 2 개의 로터와,
    상기 2 개의 스테이터 사이에 배치 형성되면서, 서로 상이한 방향의 복수 진동을 조합한 복합 진동을 발생시켜 상기 2 개의 스테이터를 진동시킴으로써, 상기 2 개의 로터를 동시에 회전 구동하는 1 개의 진동 수단을 구비하며,
    상기 스테이터 및 상기 로터는 오목부와 볼록부의 관계 또는 볼록부와 오목부의 관계를 갖고,
    상기 진동 수단은, 서로 적층된 복수의 압전 소자판으로 이루어지는 복합 진동자를 갖고, 상기 압전 소자판의 적층 방향의 양 단부에 상기 2 개의 스테이터가 각각 배치되어 있으며,
    상기 복수의 압전 소자판은, 서로 상이한 방향의 복수 진동에 각각 대응하는 것을 특징으로 하는 진동 액츄에이터.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 진동 수단을 구동하기 위한 구동 회로를 추가로 구비하고, 상기 구동 회로에 의해, 상기 진동 수단에서 발생되는 상기 복합 진동을 구성하는 복수 진동의 진동 모드의 조합을 선택함으로써 상기 2 개의 로터를 서로 동일 방향으로 회전 구동하는 진동 액츄에이터.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 진동 수단을 구동하기 위한 구동 회로를 추가로 구비하고, 상기 구동 회로에 의해, 상기 진동 수단에서 발생되는 상기 복합 진동을 구성하는 복수 진동의 진동 모드의 조합을 선택함으로써 상기 2 개의 로터를 서로 반대 방향으로 회전 구동하는 진동 액츄에이터.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 2 개의 스테이터의 각각 대응하는 로터와의 접촉 부분은 서로 상이한 형상으로 형성되어 있는 진동 액츄에이터.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 2 개의 스테이터의 각각 대응하는 로터와의 접촉 부분은 서로 상이한 크기로 형성되어 있는 진동 액츄에이터.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 2 개의 스테이터의 각각 대응하는 로터와의 접촉 부분은 서로 상이한 반경을 갖는 구면으로 형성되어 있는 진동 액츄에이터.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 2 개의 스테이터의 각각 대응하는 로터와의 접촉 부분은 서로 상이한 반경을 갖는 원주면으로 형성되어 있는 진동 액츄에이터.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 진동 수단은 상기 복합 진동을 발생시켜 각 스테이터의 대응하는 로터와의 접촉 부분에 타원 운동을 형성함으로써 상기 2 개의 로터를 동시에 회전 구동하는 진동 액츄에이터.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 진동 수단은 상기 복합 진동을 발생시켜 각 스테이터의 대응하는 로터와의 접촉 부분에 원 운동을 형성함으로써 상기 2 개의 로터를 동시에 회전 구동하는 진동 액츄에이터.
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