WO2007116607A1

WO2007116607A1 - 振動アクチュエータ

Info

Publication number: WO2007116607A1
Application number: PCT/JP2007/052607
Authority: WO
Inventors: Masaki Takasan; Hirohiko Ishikawa; Kazuo Seiki; Tsuyoshi Kodera; Kitaru Iwata
Original assignee: Toyota Industries Corp
Current assignee: Toyota Industries Corp
Priority date: 2006-04-10
Filing date: 2007-02-14
Publication date: 2007-10-18
Anticipated expiration: 2008-10-10
Also published as: KR20080058354A; KR100968394B1; US20090267455A1; JP2007282421A; TW200814507A; JP4788451B2; US7638927B2; CN101351954B; TWI350643B; DE112007001090T5; CN101351954A

Abstract

　１つの振動手段により複数のロータを駆動することができる振動アクチュエータを提供する。　２つのロータＡ及びＢは、ワイヤ部材８の張力を介してそれぞれ対応するステータ３及び４に対して牽引され加圧接触されている。複合振動子２により複数の振動を組み合わせた複合振動を発生させ、各ステータ３及び４の角部に楕円運動を形成することにより、これら２つのステータ３及び４にそれぞれ加圧接触されている２つのロータＡ及びＢがそれぞれの回転中心Ｃ１及びＣ２の回りに互いに同時に回転駆動される。

Description

明細書

振動ァクチユエータ

技術分野

[0001] この発明は、振動ァクチユエータに係り、特に振動手段でステータを振動させることによりステータに接触されたロータを回転駆動する振動ァクチユエータに関する。背景技術

[0002] 例えば、特許文献 1に、超音波振動を利用してロータを回転させる振動ァクチユエータが開示されている。この振動ァクチユエータは、互いに重ね合わされた複数の圧電素子板からなる複合振動子を振動手段として有し、複合振動子の一方の端部に配設されたステータにより 1つのロータが接触支持されている。複合振動子の複数の圧電素子板に駆動電圧を印加し、互いに異なる方向の複数の振動を発生すると共にこれらの振動を組み合わせた複合振動を形成してステータを振動させることによりロータが回転駆動される。

[0003] 特許文献 1 :特開平 11 220892号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0004] し力しながら、特許文献 1の振動ァクチユエータでは、 1つの複合振動子により 1つのロータが回転されるため、複数のロータをそれぞれ回転しょうとするときには、それぞれのロータ毎に専用の複合振動子を設ける必要があるだけでなぐ複数のロータにそれぞれ対応した複数の複合振動子を互いに独立して駆動制御する必要があり、装置が複雑化してしまうという問題点があった。

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、 1つの振動手段により複数のロータを駆動することができる振動ァクチユエータを提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

[0005] この発明に係る振動ァクチユエータは、 2つのステータと、 2つのステータにそれぞれ対応して接触配置される 2つのロータと、 2つのステータの間に配設されると共に互いに異なる方向の複数の振動を組み合わせた複合振動を発生して 2つのステータを振動させることにより 2つのロータを同時に回転駆動する 1つの振動手段と、 2つの口ータの回転角度にかかわらずに 2つのロータの回転中心をそれぞれ通ると共に可撓性を有する牽引部材を有し且つこの牽引部材の張力を介して 2つのロータをそれぞれ対応するステータに対して予圧する予圧手段とを備えるものである。

なお、本発明において予圧とはロータをステータに向けて押し付ける圧力のことをいう。

発明の効果

[0006] この発明によれば、 1つの振動手段により複数のロータを駆動することができる振動ァクチユエータが得られる。

図面の簡単な説明

[0007] [図 1]この発明の実施の形態 1に係る振動ァクチユエータを示す断面図である。

[図 2]実施の形態 1におけるロータの球体部近傍の構造を示す部分斜視図である。

[図 3]実施の形態 1における複合振動子の構成を示す部分拡大断面図である。

[図 4]実施の形態 1で用いられた複合振動子の 2対の圧電素子板の分極方向を示す斜視図である。

[図 5]この発明の実施の形態 1に係る振動ァクチユエータの動作状態を示す断面図である。

[図 6]この発明の実施の形態 1に係る振動ァクチユエータの動作状態を示す断面図である。

[図 7]この発明の実施の形態 2に係る振動ァクチユエータを示す断面図である。

[図 8]実施の形態 2におけるロータの球体部近傍の構造を示す部分斜視図である。

[図 9a]ァクチユエータ本体が Y軸方向の 1次モードのたわみ振動で振動する様子を示す図である。

[図 9b]図 9aにおけるァクチユエータ本体の各部分の Y軸方向の変位を示す図である

[図 10a]ァクチユエータ本体が Z軸方向の 1次モードの縦振動で振動する様子を示す図である。 [図 10b]図 10aにおけるァクチユエータ本体の各部分の Z軸方向の変位を Y軸方向に変換して示す図である。

[図 11]実施の形態 2における 2つのロータが互いに反対方向に回転駆動される様子を示す図である。

[図 12]Υ軸方向の 2次モードのたわみ振動で振動するァクチユエータ本体の各部分の Υ軸方向の変位を示す図である。

[図 13]実施の形態 2における 2つのロータが互いに同一方向に回転駆動される様子を示す図である。

[図 14]Ζ軸方向の 2次モードの縦振動で振動するァクチユエータ本体の各部分の Ζ軸方向の変位を Υ軸方向に変換して示す図である。

[図 15]この発明の実施の形態 3に係る振動ァクチユエータを示す断面図である。

[図 16]この発明の実施の形態 4に係る振動ァクチユエータを示す断面図である。

[図 17]この発明の実施の形態 5に係る振動ァクチユエータを示す断面図である。

[図 18]実施の形態 5で用いられた複合振動子の 3対の圧電素子板の分極方向を示す斜視図である。

発明を実施するための最良の形態

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に係る振動ァクチユエータを示す。この振動ァクチユエータは、超音波振動を利用してロータを回転させる超音波ァクチユエータであり、ァクチユエータ本体 1と、このァクチユエータ本体 1により回転駆動される 2つのロータ Α及び Βを有している。ァクチユエータ本体 1は、円筒状の 1つの複合振動子 2と、この複合振動子 2の両端部にそれぞれ配置される第 1のステータ 3及び第 2のステータ 4とを有している。これら第 1のステータ 3及び第 2のステータ 4は、互いの間に複合振動子 2を挟持すると共に複合振動子 2に通された連結ボルト 5を介して互いに連結されており、ほぼ円柱状の外形を有するァクチユエータ本体 1が構成されている。このァクチユエータ本体 1は中心軸上に貫通孔 laが形成されている。また、複合振動子 2 には、この複合振動子 2を駆動するための駆動回路 30が接続されている。 [0009] ここで、説明の便宜上、第 2のステータ 4から第 1のステータ 3へと向力ぅァクチユエータ本体 1の中心軸を z軸と規定し、 Z軸に対して垂直方向に X軸力 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。

[0010] 第 1のステータ 3及び第 2のステータ 4にはそれぞれ、複合振動子 2に接する面とは反対側に、凹部 6及び 7が形成されており、各凹部 6及び 7の開口端周縁部には XY 平面上に位置する環状の角部が形成されている。第 1のステータ 3の角部に接して第 1のロータ Aが配置されると共に、第 2のステータ 4の角部に接して第 2のロータ Bが配置されており、その状態で第 1のロータ Aと第 2のロータ Bは、ァクチユエータ本体 1 の貫通孔 laに通された可撓性のワイヤ部材 8を介して互いに連結されている。

[0011] ここで、第 1のロータ Aは、第 1のステータ 3の凹部 6の内径よりも大きい直径の球面を第 1のステータ 3に対する接触面として有する球体部 9と、この球体部 9に一体に形成された円筒部 10を有し、球体部 9が第 1のステータ 3の角部に当接して回転中心 C 1の回りに回転自在に支持されている。同様に、第 2のロータ Bは、第 2のステータ 4の凹部 7の内径よりも大きい直径の球面を第 2のステータ 4に対する接触面として有する球体部 11と、この球体部 11に一体に形成された円筒部 12を有し、球体部 11が第 2 のステータ 4の角部に当接して回転中心 C2の回りに回転自在に支持されている。

[0012] 第 1のロータ Aの円筒部 10内に設けられた収容凹部 13には、その内面に支持部材

14が固定されており、支持部材 14に形成された図示しないネジ孔に調整ネジ 15が螺合されている。第 1のロータ Aの球体部 9には、収容凹部 13に連通すると共にこの球体部 9内にワイヤ部材 8を通すための通路形成空間 16が形成されている。

また、第 2のロータ Bの円筒部 12に設けられた収容凹部 17には、収容凹部 17に対してスライド自在に配置されるパネ受け部材 18が収容されると共に、パネ受け部材 1 8と収容凹部 17の底面との間にバネ部材 19が収容されている。第 2のロータ Bの球体部 11にも、収容凹部 17に連通すると共にこの球体部 11内にワイヤ部材 8を通すための通路形成空間 20が形成されている。

[0013] ワイヤ部材 8は、一端部で第 1のロータ Aの収容凹部 13内の調整ネジ 15に固定されると共に、第 1のロータ Aの球体部 9内の通路形成空間 16、ァクチユエータ本体 1 の貫通孔 la及び第 2のロータ Bの球体部 11内の通路形成空間 20を通り、他端部で第 2のロータ Bの収容凹部 17内のバネ受け部材 18に固定されている。このように、ヮィャ部材 8を介して第 1のロータ A及び第 2のロータ Bが互いに連結されている。

[0014] ここで、第 2のロータ B内のバネ部材 19はバネ受け部材 18を収容凹部 17の底面とは反対方向に向かって付勢しており、これによりワイヤ部材 8の他端部が引っ張られてワイヤ部材 8に張力が発生し、この張力を介して 2つのロータ A及び Bがァクチユエータ本体 1のそれぞれ対応するステータ 3及び 4に対し牽引されて加圧接触されている。

また、第 1のロータ A内の調整ネジ 15を回転操作して、この調整ネジ 15の支持部材 14に対する軸方向の位置を変化させることにより、ワイヤ部材 8及びパネ受け部材 1 8を介してパネ部材 19を伸縮させて、ワイヤ部材 8に発生する張力の大きさを調整することが可能である。なお、これら調整ネジ 15及び支持部材 14により、この発明の張力調整手段が構成されてレ、る。

[0015] 図 2に示されるように、第 2のロータ Bの球体部 11内に形成される通路形成空間 20 は、球体部 11の表面から回転中心 C2にまで至るように形成されるスリット状の開口 2 1と、この開口 21と円筒部 12内の収容凹部 17との間を連通する連通路 22とを有してレ、る。開口 21は、回転中心 C2から球体部 9の表面に向かって中心角度が 90度の扇形状に広がるように形成されており、この開口 21に回転中心 C2付近で連通路 22の一端部が連通している。連通路 22は、開口 21の扇形状の広がり方向の両端に位置する一対の内壁 21a及び 21bのうち、一方の内壁 21aに対して垂直な方向で且つ他方の内壁 2 lbと同一方向に延在して他端部で収容凹部 1 Ίに連通しており、回転中心 C2付近に位置する開口 21の一方の内壁 21aと連通路 22の内壁との境界部には、ほぼ 90度に角ばつた係合部 23が形成されている。

[0016] 第 2のロータ Bの球体部 11は、通路形成空間 20の開口 21の少なくとも一部が第 2 のステータ 4の凹部 7と対向するように配置され、ワイヤ部材 8は、第 2のロータ Bの収容凹部 17内から連通路 22を通り、係合部 23に接触して偏向し、開口 21を通って第 2のステータ 4に至るように構成されている。

[0017] なお、図 1に示されるように、第 1のロータ Aの球体部 9内にも、第 2のロータ Bの通路形成空間 20と対称な構造を有する通路形成空間 16が形成されており、ワイヤ部材 8は、第 1のロータ Aの収容凹部 13内から通路形成空間 16における連通路を通り、回転中心 C1付近に位置する係合部に接触して偏向し、開口を通って第 2のステータ 4に至るように構成されてレ、る。

[0018] 図 3に示されるように、複合振動子 2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を有しており、これらの圧電素子部 31及び 32が絶縁シート 33〜35を介して第 1のステータ 3及び第 2のステータ 4から、また互いに絶縁された状態で配置されている。

複合振動子 2の第 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レ、る。

[0019] 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 3 lb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 30に接続されている。

[0020] 図 4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。

[0021] 次に、この実施の形態 1に係る振動ァクチユエータの動作について説明する。駆動回路 30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 32 c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、複合振動子 2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、これら第 1のステータ 3の角部と第 2のステータ 4の角部とに YZ面内における楕円運動がそれぞれ発生し、したがって、図 5及び 6に示されるように、第 1のステータ 3の角部に加圧接触されている第 1のロータ Aと第 2のステータ 4の角部に加圧接触されてレ、る第 2のロータ Bがそれぞれ回転中心 C1及び C2を中心にして X軸回りに互いに同時に回転駆動されることとなる。

[0022] 以上のように、 1つの複合振動子 2により複合振動を発生させて一対のステータ 3及び 4のそれぞれ対応するロータ A及び Bとの接触部分に楕円運動を形成することにより、 2つのロータ A及び Bを同時に回転駆動することができる。したがって、この発明の振動ァクチユエータを用いれば、回転駆動するための複数の関節部を有する関節機構などを単純な構成により実現することができ、小型化及び軽量ィ匕を図ることができる。

[0023] また、 2つのロータ A及び Bは共通の一本のワイヤ部材 8によりそれぞれ対応するステータ 3及び 4に対して牽引されるため、これら 2つのロータ A及び Bに互いに均一な予圧をかけてそれぞれ対応するステータ 3及び 4に加圧接触させることができる。

[0024] また、ワイヤ部材 8は、可撓性を有すると共に第 1のロータ Aの回転中心 C1の係合部と第 2のロータ Bの回転中心 C2の係合部 23に接触して偏向するように構成されているため、 2つのロータ A及び Bの回転角度にかかわらずにワイヤ部材 8は 2つのロータ A及び Bの回転中心 C1及び C2を常に通ると共にワイヤ部材 8が長さ方向に沿って移動することはなレ、。したがって、パネ受け部材 18の収容凹部 17に対するスライド方向の位置も動くこともなぐパネ部材 19の全長が常に一定に保たれてワイヤ部材 8に発生される張力が一定になるため、各ロータ A及び Bにかかる予圧力をロータの回転にかかわらず一定にすることができる。

これにより、ァクチユエータ本体 1の各ステータ 3及び 4により対応するロータ A及び Bに発生する回転トルクを一定にすることができ、 2つのロータ A及び Bをそれぞれ円滑に且つ安定して回転駆動することができる。

[0025] また、ワイヤ部材 8はァクチユエータ本体 1及びロータ A及び Bの内部に通され、ノネ部材 19は第 2のロータ Bに収容されているため、小型の振動ァクチユエータが実現される。

さらに、第 1のロータ A内の調整ネジ 15を操作することで、ワイヤ部材 8に発生する張力の大きさを調整することができるため、 2つのロータ A及び Bにかける予圧力を容易に調整することができる。

[0026] この振動ァクチユエータは、超音波振動を利用した超音波ァクチユエータであるため、高トルク性を有すると共にギヤを用いることなく駆動することができる。

また、圧電素子部 31及び 32と駆動回路 30を接続する配線などをァクチユエータ本体 1及びロータ A及び Bの内部に収容するように構成すれば、全体をより小型化することが可能である。

[0027] 実施の形態 2.

次に図 7を参照して、この発明の実施の形態 2に係る振動ァクチユエータについて説明する。この実施の形態 2は、実施の形態 1において、各ロータ A及び Bの球体部 9及び 11に形成される通路形成空間 16及び 20が、扇形状の開口の代わりに、半円形状の開口 51及び 52を有するものである。

[0028] 図 8に示されるように、第 2のロータ Bの球体部 11内に形成される開口 52は、球体部 11の表面から回転中心 C2にまでスリット状に形成されると共に回転中心 C2を中心にした半円形状を有している。この開口 52に対して回転中心 C2付近で連通路 22 の一端部が連通している。連通路 22は、開口 52の半円形状の直径部にそれぞれ位置する一対の内壁 52a及び 52bの双方に対して垂直な方向に延在して他端部で収容凹部 17に連通している。回転中心 C2付近に位置する開口 52の一対の内壁 52a 及び 52bと連通路 22の内壁との境界部にはそれぞれ、ほぼ 90度に角ばつた係合部 53及び 54が形成されてレ、る。

第 2のロータ Bの球体部 11は、開口 52の少なくとも一部が第 2のステータ 4の凹部 7 と対向するように配置され、ワイヤ部材 8は、第 2のロータ Bの収容凹部 17内から連通路 22を通り、 2つの係合部 53及び 54の一方に接触して偏向し、開口 52を通って第 2 のステータ 4に至るように構成されている。

[0029] なお、図 7に示されるように、第 1のロータ Aの球体部 9内にも、第 2のロータ Bの通路形成空間 20と対称な構造を有する通路形成空間 16が形成されており、ワイヤ部材 8が、第 1のロータ Aの収容凹部 13内から通路形成空間 16における連通路を通り、回転中心 C1付近に位置する 2つの係合部の一方に接触して偏向し、開口 51を通つて第 1のステータ 3に至るように構成されている。

[0030] ここで、駆動回路 30から第 1の圧電素子部 31の電極板 31cに交流電圧を印加して第 1の圧電素子部 31に Y軸方向の 1次モードのたわみ振動を発生させると、第 1の圧電素子部 31の一対の圧電素子板 31b及び 31dの 2分割された部分力軸方向に膨張と収縮を交互に繰り返し、図 9aに示されるように、ァクチユエータ本体 1が振動する。ここで、図 9aのァクチユエータ本体 1の各部分の Y軸方向の変位を図 9bに示す。図 9bから、ァクチユエータ本体 1の両端部、すなわち第 1のステータ 3の角部と第 2のステータ 4の角部は互いに同位相で振動することがわかる。

[0031] また、駆動回路 30から第 2の圧電素子部 32の電極板 32cに交流電圧を印加して第 2の圧電素子部 32に Z軸方向の 1次モードの縦振動を発生させると、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、図 1 Oaに示されるように、ァクチユエータ本体 1が振動する。ここで、図 10aのァクチユエ一タ本体 1の各部分の Z軸方向の変位を Y軸方向に変換したものを図 1 Obに示す。図 1 Obから、ァクチユエータ本体 1の両端部、すなわち第 1のステータ 3の角部と第 2のステータ 4の角部は互いに逆位相で振動することがわかる。

[0032] そこで、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、複合振動子 2により Y軸方向の 1次モードのたわみ振動と Z軸方向の 1次モードの縦振動とを組み合わせた複合振動を発生させると、第 1のステータ 3の角部と第 2のステータ 4の角部は、 Y軸方向の 1次モードのたわみ振動により Y軸方向に互いに同位相で変位すると共に、 Z軸方向の 1次モードの縦振動により Z軸方向の互いに逆位相で変位するため、図 11に示されるように、これら第 1のステータ 3の角部と第 2のステータ 4の角部とに YZ面内における互いに反対方向の楕円運動がそれぞれ発生する。したがって、第 1のステータ 3の角部に加圧接触されている第 1のロータ Aと第 2のステータ 4の角部に加圧接触されている第 2のロータ Bは、それぞれの回転中心 C1及び C2を中心に X軸回りに互いに同時に且つ反対方向に回転駆動されることとなる。 [0033] また、第 1の圧電素子部 31に 2次モードの Y軸方向のたわみ振動を発生させたときのァクチユエータ本体 1の各部分の Υ軸方向の変位を図 12に示す。図 12力ら、ァクチユエータ本体 1の両端部、すなわち第 1のステータ 3の角部及び第 2のステータ 4の角部が互いに逆位相で振動することがわかる。

[0034] そこで、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、複合振動子 2により Y軸方向の 2次モードのたわみ振動と Z軸方向の 1次モードの縦振動とを組み合わせた複合振動を発生させると、第 1のステータ 3の角部と第 2のステータ 4の角部は、 Y軸方向の 2次モードのたわみ振動により Y軸方向に互いに逆位相で変位すると共に、 Z軸方向の 1次モードの縦振動により Z軸方向に互いに逆位相で変位するため、図 13に示されるように、これら第 1のステータ 3の角部と第 2のステータ 4の角部とに YZ面内における互いに同一方向の楕円運動がそれぞれ発生する。したがって、第 1のステータ 3の角部に加圧接触されている第 1のロータ Aと第 2のステータ 4の角部に加圧接触されている第 2のロータ Bは、それぞれの回転中心 C1及び C2を中心に X軸回りに互いに同時に且つ同一方向に回転駆動されることとなる。

[0035] したがって、実施の形態 1と同様に、 1つの複合振動子 2により複合振動を発生させて各ステータ 3及び 4の対応するロータ A及び Bとの接触部分に楕円運動を形成することにより、 2つのロータ A及び Bを同時に回転駆動することができる。

また、上述のように、 Z軸方向の縦振動の振動モードと Y軸方向のたわみ振動の振動モードとの組み合わせを選択することにより、第 1のロータ Aと第 2のロータ Bとを互いに同一方向または反対方向にそれぞれ回転駆動することが可能である。

[0036] なお、ここで、第 2の圧電素子部 32に Z軸方向の 2次モードの縦振動を発生させたときのァクチユエータ本体 1の各部分の Z軸方向の変位を Y軸方向に変換したものを図 14に示す。図 14から、ァクチユエータ本体 1の両端部、すなわち第 1のステータ 3 の角部及び第 2のステータ 4の角部が互いに同位相で振動することがわかる。

したがって、 Y軸方向の 1次モードのたわみ振動と Z軸方向の 2次モードの縦振動とを組み合わせた複合振動を発生させると、 Y軸方向の 2次モードのたわみ振動と軸方向の 1次モードの縦振動とを組み合わせた複合振動を発生させたときと同様に、 2 つのロータ A及び Bを X軸回りに互いに同一方向に回転駆動することができる。

[0037] なお、上述のように、第 1の圧電素子部 31及び第 2の圧電素子部 32は、 Y軸方向のたわみ振動及び Z軸方向の縦振動はそれぞれ、 1次モードまたは 2次モードだけでなぐ 3次以上の振動モードに設定することもできる。例えば、ロータ A及び Bやステータ 3及び 4の形状及び材質等に適した次数の振動モードを用いることができる。

[0038] 実施の形態 3.

次に図 15を参照して、この発明の実施の形態 3に係る振動ァクチユエータについて説明する。この実施の形態 3は、実施の形態 1において、ワイヤ部材 8及びパネ部材 19を用いる代わりに、ロータ A及び Bの予圧手段として、弾性を有する糸状のゴム部材 61を用いるものである。ここで、第 2のロータ Bの収容凹部 17には、その内面に支持部材 62が固定されている。ゴム部材 61は、一端部で第 1のロータ Aの収容凹部 13 内の調整ネジ 15に固定され、第 1のロータ Aの通路形成空間 16、ァクチユエータ本体 1の貫通孔 la、及び第 2のロータ Bの通路形成空間 20を通り、他端部で第 2のロータ Bの収容凹部 17内の支持部材 62に固定されている。このように、 2つのロータ A及び Bがゴム部材 61を介して互いに連結されている。なお、ゴム部材 61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いる。

[0039] ゴム部材 61の張力を介して、 2つのロータ A及び Bがァクチユエータ本体 1のそれぞれ対応するステータ 3及び 4に対し牽引されて加圧接触されている。したがって、実施の形態 1と同様に、 1つの複合振動子 2により 2つのロータ A及び Bを回転駆動すること力 Sできる。

2つのロータ A及び Bを一本のゴム部材 61により牽引するため、 2つのロータ A及び Bに互いに均一な予圧をかけることができ、また、ゴム部材 61は回転中心 C1及び C2 を常に通ると共にゴム部材 61の長さ方向に沿った位置は移動しないため、各ロータ A及び Bにかかる予圧力を回転にかかわらず一定にすることができる。

さらに、第 1のロータ A内の調整ネジ 15を操作することで、ゴム部材 61の張力の大きさを調整し、 2つのロータ A及び Bにかける予圧力を容易に調整することができる。

[0040] なお、実施の形態 2の振動ァクチユエータに対しても、ワイヤ部材 8及びパネ部材 1 9の代わりに、ゴム部材 61を用いることにより、各ロータ A及び Bを対応するステータ 3 及び 4に加圧接触することができる。

[0041] 実施の形態 4.

次に図 16を参照して、この発明の実施の形態 4に係る振動ァクチユエータについて説明する。この実施の形態 4は、実施の形態 1において、一本のワイヤ部材 8の代わりに、 2つのロータ A及び Bにそれぞれ対応する 2本のワイヤ部材 71及び 72を用いるものである。ここで、第 1のロータ Aの収容凹部 13内には、第 2のロータ Bの収容凹部 17内と同様に、収容凹部 13に対してスライド自在のパネ受け部材 73が収容されると共に、パネ受け部材 73と収容凹部 13の底面との間に配置されるパネ部材 74が収容されている。

[0042] 第 1のワイヤ部材 71は、一端部で第 1のロータ Aの収容凹部 13内のパネ受け部材

73に固定され、第 1のロータ Aの通路形成空間 16を通って、他端部で第 1のステータ 3に固定されており、パネ部材 74により第 1のワイヤ部材 71に発生される張力によつて第 1のロータ Aが第 1のステータ 3に加圧接触されている。また、第 2のワイヤ部材 72は、一端部で第 2のロータ Aの収容凹部 17内のパネ受け部材 18に固定され、第 2 のロータ Bの通路形成空間 20を通って、他端部で第 2のステータ 4に固定されており、パネ部材 19により第 2のワイヤ部材 72に発生される張力によって第 2のロータ Bが第 2のステータ 4に加圧接触されている。

[0043] このように、 2つのロータ A及び Bはそれぞれ対応するステータ 3及び 4に加圧接触されている。したがって、実施の形態 1と同様に、 1つの複合振動子 2により 2つのロータ A及び Bを回転駆動することができる。

また、この実施の形態 4では、 2つのロータ A及び Bはそれぞれ対応する 2本のワイャ部材 71及び 72によりステータ 3及び 4に牽引されるため、 2つのロータ A及び Bに力、ける予圧力を互いに独立して設定することができ、したがって、これら 2つのロータ A及び Bに生じる回転トルクをそれぞれ別個に調整することができる。

このように 2本のワイヤ部材 71及び 72を用いる場合でも、 2本のワイヤ部材 71及び 72はそれぞれ対応するロータ A及び Bの回転中心 C1及び C2を常に通ると共に各ヮィャ部材 71及び 72の長さ方向に沿った位置は移動しないため、各ロータ A及び Bに力、かる予圧力を回転にかかわらず一定にすることができる。 [0044] なお、ワイヤ部材 71及び 72とバネ部材 19及び 74を用いる代わりに、弾性を有する糸状の 2本のゴム部材を用いて各ロータ A及び Bを対応するステータ 3及び 4に連結することにより、 2つのロータ A及び Bをそれぞれ対応するステータ 3及び 4に加圧接角虫させることもできる。

[0045] 実施の形態 2の振動ァクチユエータに対しても、一本のワイヤ部材 8を用いる代わりに、 2本のワイヤ部材 71及び 72を用いて 2つのロータ A及び Bをそれぞれ対応するステータ 3及び 4に連結し、各ワイヤ部材 71及び 72の張力を介してロータ A及び Bを対応するステータ 3及び 4に加圧接触させるように構成することができる。

[0046] なお、上述の実施の形態 1〜4における複合振動子 2では、 Y軸方向のたわみ振動を生じる第 1の圧電素子部 31と Z軸方向の縦振動を生じる第 2の圧電素子部 32を用いていたが、これら第 1の圧電素子部 31または第 2の圧電素子部 32の代わりに、 X 軸方向のたわみ振動を生じる圧電素子部を用いることもできる。すなわち、 X軸方向のたわみ振動と Z軸方向の縦振動を組み合わせた複合振動、あるいは X軸方向のたわみ振動と Y軸方向のたわみ振動を組み合わせた複合振動を発生させることにより、 2つのロータ A及び Bを同時に Y軸回りまたは Z軸回りに回転させることができる。

[0047] 実施の形態 5.

次に図 17を参照して、この発明の実施の形態 5に係る振動ァクチユエータについて説明する。この実施の形態 5は、実施の形態 1において、複合振動子 2が、 Y軸方向のたわみ振動を生じる第 1の圧電素子部 31及び Z軸方向の縦振動を生じる第 2の圧電素子部 32に加えて、 X軸方向のたわみ振動を生じる第 3の圧電素子部 81を有するものである。第 3の圧電素子部 81は、図 18に示されるような一対の圧電素子板 81 b及び 81dを有している。これら一対の圧電素子板 81b及び 81d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 81bと圧電素子板 81d は互いに裏返しに配置されている。なお、第 3の圧電素子部 81は、一対の圧電素子板 81b及び 81d以外は、第 1の圧電素子部 31または第 2の圧電素子部 32と同一の構成を有している。

[0048] 駆動回路 30で複合振動子 2を駆動することにより、第 1の圧電素子部 31による Y軸方向のたわみ振動、第 2の圧電素子部 32による Z軸方向の縦振動、及び第 3の圧電素子部 81による X軸方向のたわみ振動のうち 2つまたは 3つ全てを組み合わせた複合振動を発生させて、第 1のステータ 3の角部と第 2のステータ 4の角部に楕円振動をそれぞれ形成することにより、第 1のロータ A及び第 2のロータ Bを同時に 3次元方向に自由に回転駆動することができる。この場合にも、振動モードの組み合わせを選択することにより、 2つのロータ A及び Bを互いに同一方向または反対方向に回転させること力 Sできる。

なお、実施の形態 2〜4においても、 3つの圧電素子部 31， 32, 81を有する複合振動子 2を用いることができる。

[0049] なお、上述の実施の形態:!〜 5において、ステータ 3及び 4の先端部に凹部 6及び 7 が形成され、ロータ A及び Bの先端部が凸状に形成されていた力これとは逆に、ステータ 3及び 4の先端部が凸状に形成され、ロータ A及び Bの先端部に凹部が形成されていてもよい。

また、実施の形態 1〜5において、 2つのステータ 3及び 4のそれぞれ対応するロータ A及び Bとの接触部分を互いに異なる形状または大きさに形成することができ、これによりロータ A及び Bに互いに異なる大きさの回転トルクを発生させることができる。また、ステータではなぐ 2つのロータのそれぞれ対応するステータとの接触部分を互いに異なる形状または大きさに形成することにより、ロータ A及び Bに生じる回転トルクを互いに異ならせることもできる。

[0050] なお、上記実施の形態 1〜5において、駆動回路 30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力 90度に限らず変化させても良レ、。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 3及び 4に発生する楕円振動を制御することができる。

また、ステータ 3及び 4とそれぞれ対応するロータ A及び Bとの接触は角部であったが、この構成に限らなレ、。楕円運動が伝達できれば平面で接触するようにしても曲面で接触しても良いし、環状でなくてもよい。

[0051] また、上述の実施の形態:!〜 5において、 Z軸方向の縦振動、 Y軸方向または X軸方向のたわみ振動の代わりに、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 2つのロータ A及び Bを回転させることもできる。

また、上記各実施の形態では、 X軸方向のたわみ振動、 Y軸方向のたわみ振動、 Z 軸方向の縦振動をそれぞれ別の圧電素子部で発生させ、振動を合成させて複合振動を発生させていた力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レ、。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、ステータとロータ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。

Claims

請求の範囲

[1] 2つのステータと、

前記 2つのステータにそれぞれ対応して接触配置される 2つのロータと、前記 2つのステータの間に配設されると共に互いに異なる方向の複数の振動を組み合わせた複合振動を発生して前記 2つのステータを振動させることにより前記 2つのロータを同時に回転駆動する 1つの振動手段と、

前記 2つのロータの回転角度にかかわらずに前記 2つのロータの回転中心をそれぞれ通ると共に可撓性を有する牽引部材を有し、前記牽引部材の張力を介して前記 2つのロータをそれぞれ対応するステータに対して予圧する予圧手段と

を備えることを特徴とする振動ァクチユエータ。

[2] 前記牽引部材は、弾性を有する糸状のゴム部材からなる請求項 1に記載の振動ァクチユエータ。

[3] 前記予圧手段は、前記牽引部材としてのワイヤ部材と、前記ワイヤ部材の一端部に接続されてこのワイヤ部材に張力を発生させるパネ部材とを有する請求項 1に記載の振動ァクチユエータ。

[4] 前記予圧手段は、前記牽引部材の張力を調整するための張力調整手段をさらに備える請求項 1に記載の振動ァクチユエータ。

[5] 前記予圧手段は、前記 2つのロータに共通の 1本の前記牽引部材を有し、

前記牽引部材は、一端部で一方のロータに連結され、一方のステータと前記振動手段と他方のステータとをそれぞれ貫通し、他端部で他方のロータに連結される請求項 1に記載の振動ァクチユエータ。

[6] 前記予圧手段は、前記 2つのロータにそれぞれ対応した 2本の前記牽引部材を有し、

各牽引部材は、一端部で対応するロータに連結され、他端部で前記ロータに対応するステータに連結される請求項 1に記載の振動ァクチユエータ。

[7] 各ロータは、対応するステータと接触する部分に形成され且つこのロータの回転中心を中心とする球面状の接触面と、前記接触面から回転中心にまで至る開口と、回転中心に形成された係合部とを有し、前記牽引部材は、各ロータの回転中心に対して対応するステータとは反対側で前記ロータに連結され、前記ロータの係合部に接触して偏向し、前記ロータの開口を通つて対応するステータに至る請求項 1に記載の振動ァクチユエータ。

[8] 前記開口は、対応するロータの前記接触面から回転中心にまで至るようにスリット状に形成されている請求項 7に記載の振動ァクチユエータ。

[9] 前記開口は、対応するロータの回転中心から前記接触面に向かって扇形に広がるような断面形状を有する請求項 8に記載の振動ァクチユエータ。

[10] 前記開口は、対応するロータの回転中心を中心にした半円形の断面形状を有する請求項 8に記載の振動ァクチユエータ。

[11] 前記振動手段は、互いに積層された複数の圧電素子板からなる複合振動子を有し

、前記圧電素子板の積層方向の両端部に前記 2つのステータがそれぞれ配置されている請求項 1に記載の振動ァクチユエータ。

[12] 前記振動手段を駆動するための駆動回路をさらに備え、前記駆動回路により、前記振動手段で発生される前記複合振動を構成する複数の振動の振動モードの組み合わせを選択することで前記 2つのロータが互いに同一方向及び反対方向に回転駆動される請求項 1に記載の振動ァクチユエータ。

[13] 前記振動手段は、前記複合振動を発生して各ステータの対応するロータとの接触部分に楕円運動を形成することにより前記 2つのロータを同時に回転駆動する請求項 1に記載の振動ァクチユエータ。

[14] 前記振動手段は、前記複合振動を発生して各ステータの対応するロータとの接触部分に円運動を形成することにより前記 2つのロータを同時に回転駆動する請求項 1 に記載の振動ァクチユエータ。