WO2022092253A1

WO2022092253A1 - 接触体及び振動体間に生じる力の変化を小さくすることができる振動型アクチュエータ、多軸ステージ、多関節ロボット及び装置

Info

Publication number: WO2022092253A1
Application number: PCT/JP2021/039980
Authority: WO
Inventors: 安倫有満
Original assignee: キヤノン株式会社
Priority date: 2020-11-02
Filing date: 2021-10-29
Publication date: 2022-05-05
Also published as: EP4224698A1; US20230268849A1; JP2022073612A

Abstract

【課題】接触体と振動体との相対移動に伴って接触体と振動体との間に生じる加圧力及びその反力の変化を小さくする。【解決手段】振動型アクチュエータ１０１は、振動体１と、振動体を保持する保持部８とを振動体ユニット５と、接触体４と、加圧部７と、振動体１を接触体４に接触させる加圧部７と、連結部１４とを備え、振動体１に所定の振動が励起されることにより、接触体４と振動体ユニット５とが第１の方向に相対移動する。連結部１４は、接触体４と振動体ユニット５とが相対移動している際に振動体ユニット５が少なくとも加圧部７による加圧方向へ変位することができように、振動体ユニット５の保持部８を、支持部材１５又は別の振動体ユニット５の保持部８に対して、相対移動方向において連結する。

Description

接触体及び振動体間に生じる力の変化を小さくすることができる振動型アクチュエータ、多軸ステージ、多関節ロボット及び装置

　本発明は、接触体及び振動体間に生じる力の変化を小さくすることができる振動型アクチュエータと、振動型アクチュエータを備える多軸ステージ、多関節ロボット及び装置に関する。

　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、振動体とこれに接触する接触体との間に推力を発生させる振動型アクチュエータが知られている。また、単一の振動モードを振動体に発生させて、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知られている。これらの振動型アクチュエータについて、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た構成が提案されている。例えば、特許文献１は、複数の振動体（圧電振動子）を直列に配列して共通の接触体（動体）を所定方向に移動させる構成を開示している。

特開昭６３－３１６６７５号公報

　上記特許文献１に記載された技術のように複数の振動体を備える振動型アクチュエータでは、複数の振動体の構成に合わせて接触体の長手方向（移動方向）のサイズが大きくなる。そのため、接触体を高い精度で成形（製造）することが容易でなくなり、また、経時的に接触体の形状を長手方向において高い精度で維持すること（つまり、長手方向での変形を抑制すること）が容易でなくなる場合がある。

　接触体の形状精度が高くない場合や接触体に変形が生じた場合には、振動体と接触体との間に生じる加圧力とその反力に、複数の振動体ごとにばらつきが生じ、その結果、次のような問題が生じる。例えば、接触体の形状精度が高くない場合には、振動体ごとに接触体へ与える推力がばらついてしまうことにより、所望の駆動特性が得られないおそれがある。また、接触体の変形により加圧力と反力が減少した場合には、振動体と接触体との間に生じる摩擦力が小さくなるため、推力やトルクが低下してしまう。一方、接触体の変形により加圧力と反力が増大した場合には、振動体とこれを保持する各種部品に変形や破損が生じ、また、振動体と接触体との間に生じる摩擦力の増大により振動体又は接触体の摩耗が急速に進行して、装置寿命が短くなるおそれがある。

　なお、振動体が１個のみの振動型アクチュエータであっても、同様の問題が生じ得る。つまり、接触体が相対移動方向となっている一方向にのみ長い形状を有する場合には、振動体と接触体との間に作用する加圧力とその反力の大きさが、接触体の形状に起因して、接触体と振動体との間の相対移動に伴って変化してしまうおそれがある。

　本発明は、接触体と振動体との間の相対移動に伴って接触体と振動体との間に生じる加圧力及びその反力の変化を小さくすることができる振動型アクチュエータ、多軸ステージ、多関節ロボット及び装置を提供する。

　本発明に係る振動型アクチュエータは、振動体と、前記振動体を保持する保持部と、を有する振動体ユニットと、加圧部と、前記加圧部による加圧力により前記振動体と接触する接触体と、連結部と、を備える振動型アクチュエータであって、前記振動体に所定の振動が励起されることにより、前記接触体と前記振動体ユニットとが第１の方向に相対移動し、前記連結部は、前記接触体と前記振動体ユニットとが前記第１の方向に相対移動している際に前記振動体ユニットが少なくとも前記加圧部による加圧方向へ変位することができように、前記保持部を連結対象物に対して前記第１の方向において連結することを特徴とする。

　本発明によれば、接触体と振動体との間の相対移動に伴って接触体と振動体との間に生じる加圧力及びその反力の変化を小さくすることができる振動型アクチュエータを提供することが可能になる。

振動体の概略構成を示す図である。振動体の概略構成を示す図である。振動体の概略構成を示す図である。図１Ａ～図１Ｃの振動体における突起部の概略構造を示す図である。振動体に励起される振動モードを説明するための模式図である。振動体に励起される振動モードを説明するための模式図である。第１実施形態に係る振動型アクチュエータの概略構成を示す正面図である。２個の振動体ユニットの部分的な正面図である。図４Ａに対応する底面図である。図４Ａ、図４Ｂの振動体ユニットにおける不織布及びスペーサを示す斜視図である。振動体ユニットを連結する連結部の構成を説明するための図である。図５Ａの連結部の変形例を説明するための図である。図５Ａの連結部の変形例を説明するための図である。振動体ユニットを連結するための保持部の構成を説明するための図である。図６Ａの保持部の変形例を説明するための図である。接触体に歪みが生じている振動型アクチュエータの挙動を説明するための図である。第２実施形態に係る振動型アクチュエータの概略構成を示す正面図である。振動型アクチュエータにおいて反力受部としても接触体支持部としても機能する構成の例を説明するための図である。振動型アクチュエータにおいて反力受部としても接触体支持部としても機能する構成の例を説明するための図である。振動型アクチュエータにおいて反力受部としても接触体支持部としても機能する構成の例を説明するための図である。振動型アクチュエータにおいて反力受部としても接触体支持部としても機能する構成の例を説明するための図である。第３実施形態に係る振動型アクチュエータの概略構成を示す正面図である。スペーサの概略構成を示す斜視図である。振動型アクチュエータの変位抑制部の概略構成を示す斜視図である。第４実施形態に係る振動型アクチュエータの概略構成を示す正面図である。第５実施形態に係る振動型アクチュエータの概略構成を示す正面図である。第６実施形態に係る振動型アクチュエータの概略構成を示す正面図である。第７実施形態に係る振動型アクチュエータの概略構成を示す平面図である。図１５Ａの振動型アクチュエータの概略構成を示す正面図である。第８実施形態に係る振動型アクチュエータの概略構成を示す正面図である。第９実施形態に係る振動型アクチュエータの概略構成を示す正面図である。複数の振動体による接触体の支持構造を説明する模式図である。複数の振動体による接触体の支持構造を説明する模式図である。複数の振動体による接触体の支持構造を説明する模式図である。複数の振動体による接触体の支持構造を説明する模式図である。複数の振動体による接触体の支持構造を説明する模式図である。複数の振動体による接触体の支持構造を説明する模式図である。振動体ユニットに変位検出手段を設けた構成の例を説明するための図である。第１０実施形態に係るアクチュエータユニットの概略構成を説明するための図である。図２０Ａのアクチュエータユニットの概略構成を説明するための図である。図２０Ａのアクチュエータユニットの概略構成を説明するための図である。図２０Ａのアクチュエータユニットの概略構成を説明するための図である。第１１実施形態に係るアクチュエータユニットの概略構成を説明するための図である。図２１Ａのアクチュエータユニットの概略構成を説明するための図である。図２１Ａのアクチュエータユニットの概略構成を説明するための図である。図２１Ａのアクチュエータユニットの概略構成を説明するための図である。第１２実施形態に係る装置の概略構成を示す平面図である。第１３実施形態に係る装置の概略構成を示す平面図である。図２３Ａの装置を構成する振動型アクチュエータの概略構成を示す側面図である。第１４実施形態に係る多軸ステージの概略構成を示す平面図である。第１５実施形態に係る多関節ロボットの概略構成を示す平面図である。第１６実施形態に係る多関節ロボットの概略構成を示す平面図である。図２６の多関節ロボットを構成するワイヤ駆動マニピュレータの概略構成を示す斜視図である。

　以下、本発明の実施形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。

　最初に後述する各実施形態に係る振動型アクチュエータに共通して用いられる振動体及び接触体について説明する。図１Ａは振動型アクチュエータを構成する振動体１の概略構成を示す平面図であり、図１Ｂは振動体１の正面図であり、図１Ｃは振動体１の側面図である。

　なお、説明の便宜上、図１Ａ～図１Ｃに示すように、振動体１に対して、ｘ軸（ｘ方向）、ｙ軸（ｙ方向）及びｚ軸（ｚ方向）からなる直交座標系を設定する。ｚ方向は、振動体１の厚さ方向であり、２か所に設けられた突起部２ａ（詳細は後述する）の突出方向である。ｙ方向は、振動体１の長手方向であり、２か所の突起部２ａを結ぶ方向である。ｘ方向は、振動体１の短手方向（幅方向）であり、ｙ方向及びｚ方向と直交する方向である。図１Ａ～図１Ｃに示す各方向について、各方向を示す矢印の始点から終点へ向かう方向を正方向（＋方向）とし、終点から始点へ向かう方向を負方向（－方向）とする。

　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を備える。電気－機械エネルギ変換素子３は、例えば、逆圧電効果によって電圧を力に変換する圧電素子であり、矩形薄板状の圧電セラミックスの表裏面に所定の電圧が印加される電極が設けられて構成される。弾性体２は、突起部２ａ、釣支部２ｂ、支持端部２ｃ及びベース部２ｄを有する。２か所の突起部２ａは、矩形平板状のベース部２ｄにおいて電気－機械エネルギ変換素子３が接合されている面の反対の面に＋ｚ方向へ突出するように設けられている。なお、突起部２ａは、弾性体２（ベース部２ｄ）をプレス加工する等して形成してもよいし、突起状部材を所定の方法によりベース部２ｄに接合することによって設けてもよい。支持端部２ｃは、後述する保持部８に振動体１を固定するための矩形平板状の部位である。釣支部２ｂは、ベース部２ｄと支持端部２ｃとを接続する役割を担う矩形平板状の部位である。

　ここで、突起部２ａについてより詳細に説明する。図１Ｄは突起部２ａの概略構造を示す断面図である。突起部２ａの母材２ｅの表面には摩擦材２ｆが設けられている。なお、ここでは、母材２ｅの材質はベース部２ｄ（図１Ｄに不図示）の材質と同じである。母材２ｅ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２ｆ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。また、母材２ｅ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セラミックスを用いることで、母材２ｅを摩擦材２ｆとしても用いる（この場合には母材２ｅと摩擦材２ｆの区別はない）構成を採用することもできる。

　次に、振動体１に励起される２つの振動モード（振動形状）について説明する。図２Ａは振動体１に励起される第１の振動モードを説明する模式図であり、図２Ｂは振動体１に励起される第２の振動モードを説明する模式図である。なお、図２Ａ、図２Ｂでは振動体１の変形は誇張表現されている。また、説明の便宜上、振動体１と接触し、振動体１から推力（摩擦駆動力）を受ける接触体４を図２Ａ、図２Ｂに示している。

　接触体４は、振動体１（突起部２ａ）と接触する部材である。振動体１に発生した振動によって、振動体１と接触体４とは、後述するようにｙ方向で相対移動する。接触体４と振動体１との接触は、接触体４と振動体１との間に他の部材が介在しない直接接触に限られない。接触体４と振動体１の接触は、振動体１に発生させた振動によって振動体１と接触体４とが相対移動するのであれば、接触体４と振動体１との間に他の部材が介在する間接接触であってもよい。

　図２Ａに示す第１の振動モードは、ｘ方向に略平行な３個の節線がベース部２ｄに生じる二次の面外曲げ振動モードである。この振動モードによって２か所の突起部２ａの先端にはｙ方向に変位する振動が励起される。一方、図２Ｂに示す第２の振動モードは、ｙ方向に略平行な２個の節線がベース部２ｄに生じる一次の面外曲げ振動モードである。この振動モードによって２か所の突起部２ａの先端にはｚ方向に変位する振動が励起される。

　位相の異なる複数の交番電圧を電気－機械エネルギ変換素子３に印加することによって第１の振動モードの振動と第２の振動モードの各振動を同時に励起させると、２個の突起部２ａの先端部に、両振動が組み合わされた楕円運動をｙｚ平面内で生じさせることができる。突起部２ａの先端部にｙｚ平面内で楕円運動が生じると、接触体４はｙ方向への推力を受け、その結果、振動体１と接触体４をｙ方向に相対移動させることが可能になる。

　なお、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、突起部２ａと接触体４との間の静止摩擦力が、振動体１と接触体４との相対位置を維持する保持力として作用する。また、電気－機械エネルギ変換素子３へ印加する電圧を調整して振動体１に励起する振動の振幅を調整することにより、突起部２ａと接触体４との接触時間を調整して見かけの摩擦力を変化させることができる。更に振動体１に第２の振動モードの振動のみを励起し、その振動振幅を制御することによって、突起部２ａと接触体４との間に生じる摩擦力を変化させることができる。これらを用いれば、例えば、振動体１に対して接触体４が移動する構成の場合、接触体４に外力（振動体１以外からの力）を加えて接触体４を移動させる際の反力の大きさを調節することができる。例えば、ユーザが接触体４に直接的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調節することができる。

　振動体１を用いた振動型アクチュエータでは、図２Ａ、図２Ｂに示すように突起部２ａの先端部は接触体４と接触する（詳細は後述）。接触体４において突起部２ａと接触する表面（摩擦摺動面）には摩擦材４ａが設けられている。そして、前述したように突起部２ａの表面には摩擦材２ｆが設けられている。これにより、弾性体２と接触体４との間で安定した摩擦摺動特性を得ることができる。なお、摩擦材４ａの素材及び形成方法は、摩擦材２ｆの素材及び形成方法に準ずる。

　続いて、振動体１と接触体４に用いられる材料について説明する。弾性体２には、振動損失の少ないマルテンサイト系ステンレス鋼や部分安定化ジルコニア（ＰＳＺ）等の高靭性セラミックスが用いられる。その他に、３０ｗｔ％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（ＦＲＰ）や炭化ケイ素（ＳｉＣ）等の半導体、アルミニウム合金等が、弾性体２に用いられる。電気－機械エネルギ変換素子３には、チタン酸鉛－ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等の圧電セラミックスが用いられる。接触体４には、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ＦＲＰ、ＰＳＺやアルミナ（酸化アルミニウム）等のファインセラミックス等が用いられる。なお、振動体１と接触体４に用いられる材料（素材）は、ここに挙げたもの限定されるものではない。

　図３は第１実施形態に係る振動型アクチュエータ１０１の概略構成を示す正面図である。振動型アクチュエータ１０１は、ｙ方向に直列に配置された２個の振動体ユニット５と、２個の振動体ユニット５のそれぞれの振動体１と接触する接触体４と、を備える。なお、図１Ａ～図２Ｂにおいて振動体１について設定したｘ方向、ｙ方向及びｚ方向にしたがって、振動型アクチュエータ１０１について図３に示すようにｘ方向、ｙ方向及びｚ方向を設定する。また、以下に説明する他の実施形態に係る振動型アクチュエータを含めて、ｙ方向を振動型アクチュエータの左右方向として、＋ｙ側を右側、－ｙ側を左側とする。また、ｚ方向を振動型アクチュエータの上下方向として、＋ｚ側を上側、－ｚ側を下側とする。

　振動体ユニット５は、振動体１、不織布１６、加圧部７、保持部８、反力受部９及び回転支持部１０を有する。振動体ユニット５は、図２Ａ、図２Ｂに示した振動モードの振動を励振可能な加圧支持構造を有する。１つの振動体ユニット５において、振動体１の（弾性体２の）支持端部２ｃは、保持部８の側壁であるｙ方向側の壁部の上面に固定されている。電気－機械エネルギ変換素子３の裏面側（弾性体２と接合されている面の反対の面側）には不織布１６が配置されている。不織布１６は、羊毛フェルト等の不織布素材やグラスウール等からなる布状部材であって、振動体１に生じる振動モードを維持しながら振動体１を支持する。加圧部７が不織布１６と図４Ｃを参照して後述するスペーサ１９とを介して振動体１を接触体４に向けて押圧することにより、振動体１の突起部２ａは接触体４に接触する。なお、振動体１は保持部８に固定されているため、保持部８は振動体１と一体となって接触体４に向けて押圧される。

　ここで、不織布１６の設置方法について説明する。図４Ａは２個の振動体ユニット５の部分的な正面図であり、図４Ｂは図４Ａに対応する底面図である。保持部８にはｚ方向に貫く貫通穴８ｅが設けられている。振動体１が保持部８に保持された状態で保持部８を－ｚ方向側から見ると、電気－機械エネルギ変換素子３が貫通穴８ｅから露出した状態となっている。不織布１６（図４Ｂのハッチング領域）は、電気－機械エネルギ変換素子３に接するように貫通穴８ｅの内部に設置される。

　なお、電気－機械エネルギ変換素子３の裏面（－ｚ方向側の面）には、不図示であるが実際には電気－機械エネルギ変換素子３に給電を行うためのフレキシブル配線板が取り付けられる。よって、正確には、不織布１６は、電気－機械エネルギ変換素子３に取り付けられたフレキシブル配線板と接するように設置される。

　図４Ｃは、不織布１６の－ｚ方向側に配置されるスペーサ１９の概略構成を不織布１６と共に示す斜視図である。なお、スペーサ１９は、図１Ａ乃至図３では保持部８によって隠れるために不図示となっている。スペーサ１９は、略直方体の形状を有し、不織布１６が貼り付けられた状態で、ｚ方向に変位可能に、貫通穴８ｅに嵌め込まれる。

　加圧部７は、スペーサ１９を介して不織布１６を電気－機械エネルギ変換素子３に圧接させ、これにより、振動体１の突起部２ａが接触体４に所定の加圧力で押し当てられる。加圧部７は、例えば、ｚ方向に復元力を呈するコイルばね、板ばね、皿ばね、ウェーブワッシャ、ゴム、エアチューブ等の弾性力を有する部品によって構成される。図３には、加圧部７に圧縮コイルばねを用いた例が示されている。

　反力受部９は、接触体４の上面（＋ｚ側）（接触体４における、突起部２ａとの接触面の反対側の面）に接触するように配置されており、振動体１（突起部２ａ）を接触体４に加圧する力の反力を受ける。振動型アクチュエータ１０１では、反力受部９は、支持部材１５に取り付けられた回転支持部１０に、ｘ軸と平行な軸を中心として回転可能に支持されたローラである。支持部材１５は、振動型アクチュエータ１０１を構成する各種部品を組み付けるための基材である。機器に搭載された振動型アクチュエータ１０１においては、機器のフレーム等に支持部材１５が固定されており、機器内において位置が変わらない支持部材１５（振動体ユニット５）に対して接触体４がｙ方向に移動するものとする。

　接触体４は、２個の振動体ユニット５がそれぞれ備える振動体１から受ける推力によりｙ方向に移動可能な状態で、支持部材１５に支持されている。具体的には、接触体４を移動可能に支持する接触体支持部１２として、ｚ軸と平行な軸を中心として回転可能な４個のローラが、支持部材１５に設けられている。４個の接触体支持部１２は、接触体４のｘ方向における自由度を拘束した状態でｙ方向への移動を可能とする、リニアガイドの役割を担っている。

　２個の振動体ユニット５のうち右側（＋ｙ側）に位置する振動体ユニット５において、保持部８は、連結部１４によって支持部材１５に取り付けられている。また、２個の振動体ユニット５のうち左側の振動体ユニット５の保持部８は、連結部１４によって右側の振動体ユニット５の保持部８に連結されている。

　図５Ａは連結部１４の概略構成を示す斜視図である。連結部１４は、ｘ方向に貫通するように所定の間隔で２個の穴が設けられたリンク部材１４ｂ（結合部）と、リンク部材１４ｂの２つの穴にそれぞれ挿入されて略平行にリンク部材１４ｂに取り付けられる円柱形状のピン１４ａ（軸部）とを有する。２本のピン１４ａは、リンク部材１４ｂのそれぞれの穴においてリンク部材１４ｂに固定されている。なお、２個のピン１４ａとリンク部材１４ｂは、ｚ方向から見た場合にＨ型に一体的に（継ぎ目無く）成形されたものであってもよい。

　２個のピン１４ａの一方は、図３中に示す支持部材１５の基準原点Ｏから＋ｚ方向に距離Ｌ１だけ離れた位置に位置決めされ、これにより連結部１４は支持部材１５に位置決めされたピン１４ａの中心軸を回転中心とした回転自由度を有する。一方、接触体４の中心は、支持部材１５に位置決めされたピン１４ａの中心から＋ｚ方向に距離Ｌ２だけ離れた位置に位置決めされる。こうして、接触体４は、支持部材１５の基準原点Ｏから＋ｚ方向に距離Ｌ１＋Ｌ２だけ離れた位置に精度よく位置決めされる。

　ここで、連結部１４の変形例について説明する。図５Ｂは連結部１４の第１の変形例である連結部１４ｅの概略構成を示す斜視図である。連結部１４ｅは、リンク部材１４ｃと、２本のピン１４ａから構成される。ピン１４ａは、図５Ａを参照して説明したものと同じである。リンク部材１４ｃにはｘ方向に貫通する２個の穴が設けられており、それぞれの穴の一部が開くように＋ｚ側に開口部１４ｄが設けられている。ピン１４ａは、ｘ方向から穴に挿嵌するのではなく、＋ｚ側から開口部１４ｄを通じて穴に押し込んで嵌め込むスナップフィット構造となっており、これにより容易に連結部１４ｅを組み立てることが可能となっている。

　図５Ｃは連結部１４の第２の変形例である連結部１４ｈの概略構成を示す斜視図である。連結部１４ｈは、円柱状のリンク部材１４ｆ（軸部）の両端に球体部１４ｇが設けられたボールジョイントである。連結部１４ｈにより支持部材１５と保持部８とを連結する場合には、一方の球体部１４ｇは保持部８に、他方の球体部１４ｇは支持部材１５にそれぞれ可動に配置される。

　連結部１４，１４ｅ，１４ｈの回転自由度について説明する。本発明に係る振動型アクチュエータに用いられる連結部は、２自由度以上の回転自由度を有する回転軸を有し、１自由度以上の回転自由度を有する回転軸によって振動体ユニットに拘束されるものであればよい。連結部１４，１４ｅは、２本のピン１４ａの軸まわりの２自由度を有する。換言すれば、連結部１４，１４ｅは、支持部材１５や振動体ユニット５に対して、１自由度を有するピン１４ａによって拘束される。一方、連結部１４ｈは、１個の球体部１４ｇについて２自由度を有する。換言すれば、連結部１４ｈは、支持部材１５や振動体ユニット５に対して、２回転自由度を有するの球体部１４ｇによって拘束される。また、連結部１４ｈは、リンク部材１４ｆのｙ軸と平行な軸まわりの１自由度を有する。つまり、連結部１４ｈは、合計で５自由度を有する。よって、連結部１４ｈを用いた場合には、連結部１４，１４ｅを用いた場合と比較して、接触体４の所定の方向での捻れ等を含む複雑な形状に対して振動体ユニット５を追従させることや、振動体ユニット５を曲面に沿って配置することが可能となる。振動体ユニット５を曲面に沿って配置する具体的な構成として、図２１Ａ～図２１Ｄを参照して振動体ユニット５を円周状に配置した構成について後述する。

　次に、連結部１４等を用いて複数の振動体ユニット５を連結するための保持部８の構成について説明する。図６Ａは保持部８の概略構成を示す正面図である。保持部８の左右端（ｙ方向両端）にはそれぞれ、ピン１４ａを挿嵌するための円筒状の隙間穴８ａと、連結部１４のリンク部材１４ｂを配置する凹部８ｇ（図４Ｂ参照）とが設けられている。リンク部材１４ｂと凹部８ｇとの間には、適切な隙間が設けられている。ピン１４ａが隙間穴８ａに対して可能な限りがたつきなく挿嵌されることにより、保持部８は連結部１４によって連結される。その状態で保持部８と連結部１４は、ピン１４ａの中心軸まわりに相対的に回転可能な自由度を有する。つまり、２個の振動体ユニット５は、連結部１４でｘ軸と平行な軸まわりの回転の２自由度を有することによって、ｚ方向に変位可能で且つｘ軸と平行な軸まわりに傾斜可能となっている。

　図６Ｂは保持部８の変形例に係る保持部８ｈの概略構成を示す正面図である。保持部８ｈには、隙間穴８ａの－ｚ側に開口部８ｄが設けられている。保持部８ｈは、ピン１４ａをｘ方向から隙間穴８ａに挿嵌するのではなく、－ｚ側から開口部８ｄを通じて隙間穴８ａに押し込んで嵌め込むスナップフィット構造となっている。この場合、事前にピン１４ａがリンク部材１４ｂに固定された状態の連結部１４を、保持部８ｈに－ｚ側から簡単に組み付けることができるため、生産性を向上させることが可能となる。

　上記の通りに構成された振動型アクチュエータ１０１では、２個の振動体ユニット５を備えることによって、発生する推力やトルクを増大させている。また、接触体４は、その厚さ（ｚ方向長さ）及び幅（ｘ方向長さ）に比較して、移動方向であるｙ方向の長さが大きくなっている。この場合、接触体４には、加工や使用材料の残留応力等に起因してｙ方向において撓みや捻れが生じやすく、よって、接触体４の形状精度を高めることは容易ではない。この問題は、振動型アクチュエータ１０１の小型化を図るために接触体４の厚さを薄くした場合等には更に顕著となる。仮に接触体４を高い形状精度で加工することができたとしても、その後に焼入れやイオン窒化処理、アニール処理等の熱処理を行った場合や経時変化に起因して、接触体４に長手方向で撓みや捻れ等が生じることは容易に想定される。

　接触体４の元々の形状精度が高くない場合や接触体４に変形が生じた場合、接触体４に対する振動体ユニット５の加圧方向であるｚ方向において、接触体４及び振動体ユニット５間の相対位置が変化する。このため、複数の振動体ユニット５ごとに振動体１を接触体４に押し当てる加圧力に差が生じる。このような加圧力の変化は、接触体４のｙ方向の移動によって生じることが想定される。例えば、理想的な状態（設計値）よりも加圧力が小さくなった振動体１の場合は、振動体１と接触体４との間に生じる摩擦力が低下するため、発生する推力やトルクが低下する可能性がある。一方、理想的な状態よりも加圧力が大きくなった振動体１の場合は、振動体１と接触体４の接触面の面圧が過大となってしまうことで異常な摩耗が生じるおそれがある。また、振動体１の駆動時に接触体４から受ける反力が大きくなることによって、振動体１の釣支部２ｂに変形や破損が生じるおそれがある。

　このような問題の発生を回避するために、振動型アクチュエータ１０１は、複数の振動体ユニット５が独立してｚ方向に変位可能に支持されている。以下、この特徴的な構成について詳細に説明する。

　図７は、接触体４にｙｚ平面に平行な平面内で歪みが生じている場合の振動型アクチュエータ１０１の挙動を説明するための正面図である。なお、図７では、振動体ユニット５の動きを分かりやすくするために、接触体４の変形（歪み）が誇張して表現されている。

　振動型アクチュエータ１０１では、２個の振動体ユニット５がそれぞれ連結部１４を介して接触体４の歪みに従動（追従）してｚ方向に変位可能である。これにより、２個の振動体１の接触体４に対するそれぞれの加圧力の変化とその反力の変化とを小さくすることができる。つまり、ｙ方向において接触体４に撓みや捻れ等が生じていても、振動体ユニット５がｚ方向に従動的に変位する。したがって、２個の振動体ユニット５を用いることで、接触体４に対する振動体１の加圧力の大きさや反力受部９が受ける反力の大きさを常に一定に維持することができる。その結果、２個の振動体ユニット５は、接触体４に対して適切な大きさの推力（例えば、設計値の推力）を効率よく発生させることができる。また、２個の振動体ユニット５は、加圧力不足による推力不足の発生や過大な加圧力に起因する摩耗や破損の発生を抑制することができる。

　図８は第２実施形態に係る振動型アクチュエータ１０２の概略構成を示す正面図である。振動型アクチュエータ１０２に対して設定した直交座標系（図示）は第１実施形態のものに準じている。以下に説明する各実施形態に係る振動型アクチュエータ及びアクチュエータユニットに対しても同様に直交座標系を設定する。また、振動型アクチュエータ１０２の構成要素のうち、振動型アクチュエータ１０１（図３参照）の構成要素に対応するものについては、同じ名称と符号を用いて説明し、それらについて共通する機能や構成についての説明は省略する。

　振動型アクチュエータ１０２は３個の振動体ユニット１１を備える。振動体ユニット１１は保持部１８を有する。保持部１８は、振動型アクチュエータ１０１に用いられている振動体ユニット５を構成する保持部８、加圧部７、反力受部９及び回転支持部１０を一体的にユニット化する構成に相当する。振動体ユニット１１では、不織布１６が貼り付けられたスペーサ１９が、保持部１８の内部に配置されている。そして、振動体１を構成する電気－機械エネルギ変換素子３に不織布１６が接触した状態で、振動体１のｙ方向端の支持端部２ｃは保持部１８に固定されている。なお、不織布１６が貼り付けられたスペーサ１９は、振動体ユニット５と振動体ユニット１１とでは形状（サイズ）は異なるが、図４Ｃに示した構成を有する。

　反力受部９は、接触体４の上面（＋ｚ側）（接触体４における、突起部２ａとの接触面の反対側の面）に接触するように配置されており、振動体１（突起部２ａ）を接触体４に加圧する力の反力を受ける。反力受部９は、振動型アクチュエータ１０１の回転支持部１０と同等の回転支持部１０（図８で不図示）によってｘ軸と平行な軸まわりに回転可能に支持されており、且つ、圧縮コイルばねが加圧部１３として回転支持部１０に対して配置されている。この構成により、加圧部１３の加圧反力（圧縮コイルバネがｚ方向に伸びようとする力）によって、反力受部９が接触体４に押圧されると共に、振動体１の突起部２ａの先端が接触体４に押圧される。

　３個の振動体ユニット１１のうち左右（－ｙ側、＋ｙ側）に配置された２個の振動体ユニット１１はそれぞれ、連結部１４を介して支持部材１５に連結されており、これにより振動型アクチュエータ１０１の右側の振動体ユニット５と同様に、ｚ方向に変位可能となっている。中央の振動体ユニット１１は、連結部１４を介して右側の振動体ユニット１１と連結されており、これにより、振動型アクチュエータ１０１の左側の振動体ユニット５と同様に、ｚ方向に変位可能となっている。振動型アクチュエータ１０２では、左側の振動体ユニット１１と中央の振動体ユニット１１とは、互いに拘束されることなく独立している。振動型アクチュエータ１０２の他の要素については、振動型アクチュエータ１０１と同様に構成されているため、説明を省略する。

　なお、振動型アクチュエータ１０２では、連結部１４と接触体４との干渉が懸念される場合には、連結部１４をｘ方向に所定の距離だけオフセットさせて設置することにより、この問題を解消することができる。また、振動型アクチュエータ１０２では、各ピン１４ａが接触体４と突起部２ａとの接触面と同一のｘｙ平面上に配置されるように、複数の（具体的には３個の）連結部１４が配置されることが望ましい。例えば、接触体４に第１実施形態で説明したように歪みや捻れ等の変形が生じているとする。その場合、接触体４の形状に倣ってそれぞれの振動体ユニット１１がｚ方向に変位する時、接触体４と突起部２ａとの間に生じる推力によるｙｚ面内の力のモーメントが連結部１４のピン１４ａを支点として発生する。このとき、接触体４と突起部２ａとの接触面と同一平面上にピン１４ａがあれば、推力が発生する点と回転運動が発生する支点が同一面内となる。したがって、振動体ユニット１１での推力発生時に接触体４に生じさせる曲げモーメントの発生を抑制することができる。その結果、３個の振動体ユニット１１は、接触体４に対して適切な大きさの推力を効率的に発生させることが可能になる。また、３個の振動体ユニット１１のそれぞれの摩擦摺動部における加圧力のばらつきや変動を抑制することが可能になることで、過大な加圧力に起因する接触体４の摩耗や破損を抑制することができる。

　ところで、上述した振動型アクチュエータ１０１，１０２の構成では、接触体支持部１２は、振動体ユニット５，１１に設けられる反力受部９と相異なる構成要素として設けられている。但し、振動型アクチュエータの構成はこれに限られず、図９Ａ～図９Ｄを参照して以下に説明する構成とすることも可能である。

　図９Ａ～図９Ｄはそれぞれ、反力受部９が接触体支持部１２としても機能する構成の例を説明するための図である。図９Ａは、反力受部及び接触体支持部として機能するローラ９ａ，９ｂを備える構成を示している。ローラ９ａ，９ｂは、ｚｘ断面がＶ字形状の溝を有する架台２４に設けられている。ｚｘ断面が三角形状の接触体４Ｋは振動体１によって上方向（＋ｚ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４Ｋに従動して回転する。ローラ９ａ，９ｂは、接触体４Ｋをｚ方向に加圧する力に対する反力を受ける反力受部として機能すると共に、接触体４Ｋのｘ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９Ｂは、反力受部及び接触体支持部として機能する転動体９ｃを備える構成を示している。球状の転動体９ｃは、接触体４Ｌにｙ方向に延在するように設けられたＶ字状の溝４ｄと架台２５とによってｚ方向で挟持されて、振動体１によって上方向（＋ｚ方向）に押圧される。転動体９ｃは、接触体４Ｌをｚ方向に加圧する力に対する反力を受ける反力受部として機能すると共に、接触体４Ｌのｘ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９Ｃは、接触体４Ｍに設けられた複数の（２本の）Ｖ字状の溝４ｄにそれぞれ、図９Ｂの構成に用いられている転動体９ｄ，９ｅを配置した構成を示している。転動体９ｄ，９ｅは、反力受部及び接触体支持部として機能する。図９Ｂ、図９Ｃの各構成からわかるように、接触体に設ける溝の数に制限はない。例えば、接触体の幅（ｘ方向長さ）にうまく整合するように、且つ、接触体を安定してｙ方向に移動可能とするように溝数を決定し、各溝に転動体を配置した構成とすることができる。

　図９Ｄは、接触体４Ｎの摩擦摺動面側にＶ字状の溝４ｄを設け、溝４ｄの斜面に突起部２ａを圧接させた構成を示している。この構成では、振動体１の突起部２ａが反力受部及び接触体支持部として機能する。図９Ａ～図９Ｄの構成を振動型アクチュエータ１０１，１０２に適用することにより、振動体ユニット５，１１の部品数を削減して、構成の簡素化を図ることができる。

　ここまで、２個の振動体ユニット５を備える振動型アクチュエータ１０１と、３個の振動体ユニット１１を備える振動型アクチュエータ１０２について説明した。しかし、１個の振動体ユニット５，１１を支持部材１５に連結部１４を介して連結する構成であっても、接触体４に対する振動体１の加圧力及びその反力の変化を小さく保つ効果を得ることができる。

　また、１個の振動型アクチュエータに含まれる振動体ユニットの数は、接触体の長さ、必要とされる推力、振動型アクチュエータの仕様等に応じて、適宜、変更され得る。また、振動型アクチュエータ１０１，１０２では支持部材１５に４個の接触体支持部１２が設けられているが、接触体支持部の数はこれに限定されず、３個以上であればよい。更に、接触体支持部は必ずしも支持部材１５に設ける必要はなく、後述するように振動体ユニットを構成する保持部に設けることも可能である。

　振動型アクチュエータ１０１，１０２では、反力受部９及び接触体支持部１２にはそれぞれ、所定の位置において軸まわりに回転可能であり、且つ、接触体４を支持可能なローラを用いている。反力受部９及び接触体支持部１２には、これに限定されず、可動な回転軸を有し、接触体４に対してばね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を用いてもよい。また、振動体ユニット５，１１の１個ごとに設けられる反力受部９の数や形状、配設位置は任意に設定が可能であり、接触体４に対して加圧する振動体１の力の反力を受ける任意の要素が反力受部９として採用され得る。

　そして、接触体４として、ｙ方向に一体的に（構造的に繋ぎ目なく）延在した棒状の構成要素を説明した。しかしながら、接触体は代わりに、短冊状に形成された複数の素材を接合した積層構造を有してもよい。また、振動体と接触体の相対移動について、振動体ユニットは動かずに接触体が移動する構成について説明したが、接触体が動かずに振動体ユニットが移動する構成とすることも可能である。

　図１０Ａは第３実施形態に係る振動型アクチュエータ２０１の概略構成を示す正面図である。振動型アクチュエータ２０１の構成要素のうち、上述した各振動型アクチュエータの構成要素に対応するものについては、同じ名称と符号を用いて説明し、それらについて共通する機能や構成についての説明は省略する。

　振動型アクチュエータ２０１は、接触体４の移動方向であるｙ方向に直列的に配置されて、接触体４をｙ方向に駆動する３個の振動体ユニット２０を備える。３個の振動体ユニット２０はそれぞれ、接触体４を挟んで上下方向（ｚ方向）で対向するように配置された２個の振動体１を有する。各振動体１の突起部２ａが、接触体４に所定の加圧力で接触している。接触体４の上下面（ｘｙ面）は突起部２ａとの摩擦摺動面となるため、接触体４の上下面には摩擦材４ａ（図２Ａ、図２Ｂ参照）が設けられていることが望ましい。

　振動体ユニット２０は、振動型アクチュエータ１０２（図８参照）の振動体ユニット１１と比較すると、反力受部９を振動体１の突起部２ａに置換した構成と言うことができる。保持部１８は、振動体ユニット１１の保持部１８と同等である。

　図１０Ｂは、スペーサ１９の概略構成を示す斜視図である。保持部１８に保持された振動体１はそれぞれ、上面に不織布１６が貼り付けられたスペーサ１９に支持されている。スペーサ１９は、不織布１６が電気－機械エネルギ変換素子３と接するように、それぞれの振動体１に対して配置される。スペーサ１９の側面には、加圧部１７として用いられている引張コイルばねの端部を引っ掛けるためのフック１９ａが設けられている。振動体ユニット２０では、接触体４を挟んで配置された２個のスペーサ１９をｚ方向において引張コイルばねで互いに引き寄せることにより、２個の振動体１が接触体４に引き寄せられて、突起部２ａが所定の加圧力で接触体４に接触している。

　支持部材１５には接触体支持部１２が設けられている。接触体支持部１２による接触体４のｙ方向への案内方法は、第１及び第２実施形態と同様である。３個の振動体ユニット２０のうち左右（－ｙ側、＋ｙ側）に配置された２個の振動体ユニット２０はそれぞれ、振動型アクチュエータ１０２の左右の振動体ユニット１１と同様に、連結部１４を介して支持部材１５に連結されている。また、３個の振動体ユニット２０のうち中央の振動体ユニット２０は、連結部１４を介して右側の振動体ユニット２０と連結されている。こうして、３個の振動体ユニット２０はそれぞれｚ方向に変位可能となっている。

　第２実施形態でも述べたように、連結部１４と接触体４との干渉が懸念される場合には、連結部１４をｘ方向に所定の距離だけオフセットさせて設置することが望ましい。なお、振動型アクチュエータ２０１では、振動型アクチュエータ１０２と同様に、左側の振動体ユニット２０と中央の振動体ユニット２０とは、互いに拘束されずに独立している。

　振動型アクチュエータ２０１では、連結部１４は、接触体４を挟んで対向する突起部２ａの先端を結ぶ中心点を含む平面内（接触体４のｚ方向の中心を通ってｙ軸と平行な平面内）にピン１４ａの中心が位置するように配置されることが好ましい。これは、第２実施形態で説明したように、振動体ユニット２０での推力発生時に接触体４に生じさせる曲げモーメントの発生を抑制することができるからである。

　振動型アクチュエータ２０１では、右側の振動体ユニット２０と中央の振動体ユニット２０を連結する連結部１４は、変位抑制部２１によってｘ方向の自由度が拘束されている。図１１は変位抑制部２１の概略構成を示す斜視図である。変位抑制部２１は門型の形状を有し、その底面部２１ｂが支持部材１５に固定される。底面部２１ｂの支持部材１５への固定方法には、接着剤を用いる方法や、底面部２１ｂに設けられた隙間穴２１ａを利用してビスやリベット等により固定する方法を用いることができる。

　変位抑制部２１は、連結部１４のリンク部材１４ｂの両側面（ｘ方向側面）が変位抑制部２１の向かい合う内壁２１ｃの間に収まるように支持部材１５に固定される。その際、リンク部材１４ｂの両側面と内壁２１ｃとの間に生じる隙間は、連結部１４がｚ方向に滑らかに動くことができる範囲で、できるだけ小さいことが望ましい。

　振動型アクチュエータ２０１では、振動型アクチュエータ１０２と比較すると、反力受部９が振動体１の突起部２ａに置換され、接触体４を駆動する突起部２ａの数が増大した。したがって、振動型アクチュエータ２０１によって、大きな推力を得ることができる。また、振動型アクチュエータ２０１では、振動体１の突起部２ａが反力受部９として機能するため、反力受部９として別途の部品が不要であるため、構成の簡素化を実現することができる。更に、３個の振動体ユニット２０のうち中央の振動体ユニット２０に取り付けられた連結部１４の側面を、変位抑制部２１で拘束している。これにより、中央の振動体ユニット２０へｘ方向の外力及びｚ軸と平行な軸まわりのモーメントが加わった際に、これらの力やモーメントを受ける部品が破損することを抑制できる。

　図１２は第４実施形態に係る振動型アクチュエータ２０２の概略構成を示す正面図である。振動型アクチュエータ２０２の構成要素のうち、上述した各振動型アクチュエータの構成要素に対応するものについては、同じ名称と符号を用いて説明し、それらについて共通する機能や構成についての説明は省略する。

　振動型アクチュエータ２０２は、接触体４の移動方向であるｙ方向に直列的に配置されて、接触体４をｙ方向に駆動する３個の振動体ユニット２６を備える。なお、支持部材１５には接触体支持部１２が設けられており、接触体支持部１２による接触体４のｙ方向への案内方法は、振動型アクチュエータ１０１（図３参照）と同様である。

　３個の振動体ユニット２０はそれぞれ、接触体４を挟んでｚ方向で対向するように配置された２個の振動体１を有する。各振動体１の突起部２ａが、接触体４に所定の加圧力で接触している。各振動体１は保持部８に支持されており、その支持方法及び不織布及びスペーサの設置方法は振動型アクチュエータ１０２（図８参照）と同様である。保持部８の側面にはフック８ｆが設けられている。フック８ｆには加圧部１７として用いられている引張コイルばねの端部が引っ掛けられている。これにより、個々の振動体ユニット２６において、２個の振動体１は保持部８を介して接触体４に引き寄せられて、突起部２ａが所定の加圧力で接触体４に接触する。

　３個の振動体ユニット２６のうち左右に配置された２個の振動体ユニット２６をそれぞれ構成する２個の保持部８は、振動型アクチュエータ１０１（図３）と同様に、連結部１４を介して支持部材１５に連結されており、これによりｚ方向に変位可能である。中央の振動体ユニット２６を構成する２個の保持部８と右側の振動体ユニット２６を構成する２個の保持部８とは、連結部１４を介して（図４Ａ、図４Ｂに示した構成によって）それぞれ連結されている。これにより、中央の振動体ユニット２６を構成する２個の保持部８は、ｚ方向に変位可能となっている。振動型アクチュエータ２０２では、例えば振動型アクチュエータ１０２と同様に、左側の振動体ユニット２６と中央の振動体ユニット２６は、互いに拘束されずに独立している。

　振動型アクチュエータ２０２では、ｚ方向で対向する突起部２ａの先端を結ぶ中心点を含む平面上に（つまり、接触体４のｚ方向の中心上に）ｚ方向で対向するピン１４ａの中点が配置されるように、連結部１４がｚ方向で対向するように設けられることが望ましい。また、振動型アクチュエータ２０２では、３か所に設けられた変位抑制部２１によって保持部８のｘ方向の自由度を拘束している。変位抑制部２１が保持部８の自由度を拘束する態様は、上述の第３実施形態において変位抑制部２１が連結部１４を拘束する態様と同様である。右側の変位抑制部２１は、その内壁２１ｃ（図１１参照）が２個の振動体ユニット２６を構成する４個の保持部８の側面と対向して設けられ、保持部８のｘ方向の自由度を拘束している。このとき、保持部８のｘ方向側面と変位抑制部２１の内壁２１ｃとの間に生じる隙間は、保持部８がｚ方向に滑らかに動くことができる範囲で、できるだけ小さいことが望ましい。変位抑制部２１の固定方法は、第３実施形態での説明の通りである。

　このように振動型アクチュエータ２０２は、振動型アクチュエータ２０１（図１０Ａ参照）とは異なる支持構造で、振動型アクチュエータ２０１と同等の性能を得ることができる。また、振動型アクチュエータ２０２では、振動体ユニット２６を連結部１４によって支持部材１５に連結することができる。したがって、その他の支持機構を支持部材１５側に設ける必要がなく、よって、支持部材１５の剛性に対する要求レベルが下がる。したがって、支持部材１５を軽量化・小型化して、振動型アクチュエータ２０２全体の小型軽量化を図ることが可能になる。例えば、接触体４をステンレス系金属で形成する場合、接触体４のｙ方向の曲げ剛性に比べて支持部材１５の曲げ剛性を小さくすることができる。このため、支持部材１５を樹脂等でも形成してよく、軽量化を図ることが可能になる。

　図１３は第５実施形態に係る振動型アクチュエータ２０３の概略構成を示す正面図である。振動型アクチュエータ２０３の構成要素のうち、上述した各振動型アクチュエータの構成要素に対応するものについては、同じ名称と符号を用いて説明し、それらについて共通する機能及び構成についての説明は省略する。

　振動型アクチュエータ２０３は、接触体４の移動方向であるｙ方向に直列的に配置されて、接触体４をｙ方向に駆動する３個の振動体ユニット２０を備える。接触体支持部１２は、３個の振動体ユニット２０のうち左側に位置する振動体ユニット２０の左端部と、右側に位置する振動体ユニット２０の右端部にそれぞれ設けられている。より詳しくは、接触体支持部１２は、振動体ユニット２０を構成する保持部１８に配置され、接触体４のｘ方向の自由度を拘束して、接触体４をｙ方向に案内する。

　３個の振動体ユニット２０のうち左側の振動体ユニット２０の保持部１８は、回転支点型の拘束部３１を介して支持部材１５に支持されている。拘束部３１は、例えば、蝶番や弾性ヒンジ等である。拘束部３１は、ｘ軸と平行で支点Ａを通る軸まわりに振動体ユニット２０を回転可能に支持する一方で、支持した振動体ユニット２０のｙ方向及びｚ方向の位置を拘束している。拘束部３１によって左側の振動体ユニット２０が相対的に支持部材１５に対して位置決めされる。これにより、左側の振動体ユニット２０に設けられた接触体支持部１２によって、接触体４もまた支持部材１５に対して精度よく位置決めされる。

　一方、３個の振動体ユニット２０のうち右側の振動体ユニット２０の保持部１８は、移動支点型の拘束部３２を介して支持部材１５に支持されている。拘束部３２は、例えば、ローラとリニアガイドを含んで構成されている。拘束部３２は、ｘ軸と平行で支点Ｂを通る軸まわりに振動体ユニット２０を回転可能に支持する。振動体ユニット２０は、拘束部３２によって、ｘ方向の位置は拘束されるが、ｙ方向には一定距離だけ移動可能となっている。

　３個の振動体ユニット２０のうち中央の振動体ユニット２０は、連結部１４により左側及び右側の振動体ユニット２０と連結され、その連結方法は振動型アクチュエータ２０１（図１０Ａ参照）での右側及び中央の振動体ユニット２０の連結方法と同じである。つまり、右側及び中央の振動体ユニット２０を連結する連結部１４は、ｘ方向の変位（移動）が変位抑制部２１によって規制されている。

　このように振動型アクチュエータ２０３では、振動型アクチュエータ２０１とは異なる支持構造で、振動型アクチュエータ２０１と同等の性能を得ることができる。また、振動型アクチュエータ２０３では、接触体支持部１２を支持部材にではなく、振動体ユニット２０の一部に設けているため、接触体４と振動体１の相対的な位置決め精度を向上させることができる。その際、接触体４の移動方向において両外側（ｙ方向（左右方向）の左右）に位置する振動体ユニット２０に接触体支持部１２を設けることにより、支持部材１５に対するｙ方向及びｚ方向での接触体４の位置決め精度を向上させることができる。

　図１４は第６実施形態に係る振動型アクチュエータ２０４の概略構成を示す正面図である。振動型アクチュエータ２０４の構成要素のうち、上述した各振動型アクチュエータの構成要素に対応するものについては、同じ名称と符号を用いて説明し、それらについて共通する機能及び構成についての説明は省略する。

　振動型アクチュエータ２０４は、接触体４の移動方向であるｙ方向に直列的に配置されて、接触体４をｙ方向に駆動する３個の振動体ユニット２０を備える。振動型アクチュエータ２０４では、振動型アクチュエータ２０３（図１３参照）と同様に、接触体支持部１２は、３個の振動体ユニット２０のうち左側の振動体ユニット２０の左端部と、右側の振動体ユニット２０の右端部にそれぞれ設けられている。

　左右の振動体ユニット２０の保持部１８はそれぞれ、回転支点型の拘束部３１を介して支持部材１５に支持されている。拘束部３１は、ｘ軸と平行で支点Ｃを通る軸まわりに左側の振動体ユニット２０を回転可能に支持する。同様に他の拘束部３１は、ｘ軸に平行で支点Ｄを通る軸まわりに右側の振動体ユニット２０を回転可能に支持する。こうして、左右の振動体ユニット２０のｙ方向及びｚ方向における位置は、拘束部３１によって拘束される。中央の振動体ユニット２０は、連結部１４によって左側の振動体ユニット２０と連結されている。その連結方法、及び変位抑制部２１によるｘ方向の自由度の拘束については、振動型アクチュエータ２０１（図１０Ａ参照）の中央の振動体ユニットと同様である。

　このように振動型アクチュエータ２０４では、振動型アクチュエータ２０１とは異なる支持構造で、振動型アクチュエータ２０１と同等の性能を得ることができる。第５及び第６実施形態では拘束部３１，３２を用いた振動体ユニットの支持態様の例について説明した。しかし、振動体ユニットの支持態様はこれに限らず、アプリケーションや仕様によって制約されることの多い支持部材１５の内部構造に鑑みて、適切な拘束部を選択すればよい。

　図１５Ａは第７実施形態に係る振動型アクチュエータ２０５の概略構成を示す平面図である。図１５Ｂは振動型アクチュエータ２０５の正面図である。ここでは、振動体ユニット２０の支持構造を明らかにするために、支持部材１５の＋ｚ側の部分を省略している。また、振動型アクチュエータ２０５構成要素のうち、上述した各振動型アクチュエータの構成要素に対応するものについては、同じ名称と符号を用いて説明し、それらについて共通する機能及び構成についての説明は省略する。

　振動型アクチュエータ２０５は、接触体４の移動方向であるｙ方向に直列的に配置されて、接触体４をｙ方向に駆動する３個の振動体ユニット２０を備える。左右の振動体ユニット２０は、振動型アクチュエータ２０１の左右の振動体ユニット２０と同様に、合計４個の連結部１４によって支持部材１５に連結されている。中央の振動体ユニット２０は、左右の振動体ユニット２０に対してｙ軸と平行な軸まわりに９０°回転させた態様で配置されている。中央の振動体ユニット２０は、図５Ｃに示す２個の連結部１４ｈによって右側の振動体ユニット２０と連結されている。連結部１４ｈの球体部１４ｇは、保持部１８に設けられた球状の穴（不図示）に回転可能に嵌め込まれている。なお、図１５Ａ、図１５Ｂでは、リンク部材１４ｆのみが外観に現れた状態が示されている。２個の連結部１４ｈで中央の振動体ユニット２０を支持することにより、中央の振動体ユニット２０は接触体４の形状に倣ってｘ方向及びｚ方向に変位可能に構成されている。

　このように振動型アクチュエータ２０５では、接触体４の移動方向と直交する平面（ｚｘ平面）において異なる角度を付けて複数の振動体ユニット２０が配置されている。すなわち、突起部２ａも、振動体ユニット２０間で異なる角度を付けて配置される。これにより、振動体１の突起部２ａが接触体支持部１２の機能も担うことができる。その結果として、接触体支持部１２を別途設ける必要がなくなり、部品数の削減による小型化、軽量化、低コスト化を図ることができる。

　図１６は第８実施形態に係る振動型アクチュエータ３０１の概略構成を示す正面図である。振動型アクチュエータ３０１の構成要素のうち、上述した各振動型アクチュエータの構成要素に対応するものについては、同じ名称と符号を用いて説明し、それらについて共通する機能及び構成についての説明は省略する。

　振動型アクチュエータ３０１は、接触体４の移動方向であるｙ方向に直列的に配置されて、接触体４をｙ方向に駆動する、２個の振動体ユニット２６及び１個の振動体ユニット２７を含む合計３個の振動体ユニットを備える。左側と中央の振動体ユニット２６の支持構造は、振動型アクチュエータ２０２（第４実施形態、図１２）と同様であるため、説明を省略する。

　右側の振動体ユニット２７は、接触体４をｚ方向（上下方向）で挟んで対向するように配置された２個の振動体１を有する。上側の１個の振動体１は保持部８に支持され、下側の振動体１は保持部２８に支持されている。保持部２８は、ビス止めや接着等によって支持部材１５に固定されている。保持部２８には複数の支持案内部２９が取り付けられている。各支持案内部２９は、スライドピンやリニアガイド等によって構成されている。支持案内部２９は、保持部８をｘ方向とｙ方向において図示の位置で拘束する（ｘ方向及びｙ方向への変位を規制する）一方で、保持部８のｚ方向には自由度を与えている。したがって、振動体ユニット２７では、保持部８が保持部２８に対して相対的にｚ方向に変位可能となっている。保持部８と支持案内部２９との間に設けられる隙間が大きすぎると、保持部８が傾斜することによって、発生する推力が低下するおそれがある。そのため、保持部８を滑らかにｚ方向に変位させるために、例えば、ｙｚ面内の傾斜（ピッチング）及びｚｘ面内の傾斜（ローリング）についての許容範囲を設定した上で、この隙間をできる限り小さく設けることが望ましい。

　振動型アクチュエータ３０１では、保持部２８を支持部材１５に固定するため、上記の各実施形態に係る振動型アクチュエータで得られる効果に加えて、保持部２８に設置した振動体１の位置を基準に接触体４を位置決めすることが可能になるという効果が得られる。なお、振動型アクチュエータ３０１では、振動体ユニット２６に代えて振動体ユニット２７を左側の振動体ユニットとして用いることも可能である。その場合、２個の保持部２８が支持部材１５に固定されるため、２個の保持部２８が支持する２個の振動体１の合計４個の突起部２ａが接触体４に均一に押圧されることが望ましい。そのための構成としては、例えば、右側の振動体ユニット２７と左側の振動体ユニット２７との間隔を十分に長く取る構成や、支持部材１５のｙ方向の曲げ剛性を接触体４の曲げ剛性よりも十分に小さく設定する構成が挙げられる。

　図１７は第９実施形態に係る振動型アクチュエータ３０２の概略構成を示す正面図である。振動型アクチュエータ３０２の構成要素のうち、上述した各振動型アクチュエータの構成要素に対応するものについては、同じ名称と符号を用いて説明し、それらについて共通する機能及び構成についての説明は省略する。

　振動型アクチュエータ３０２は、接触体４の移動方向であるｙ方向に直列的に配置されて、接触体４をｙ方向に駆動する、１個の振動体ユニット２６及び２個の振動体ユニット３０を含む合計３個の振動体ユニットを備える。３個の振動体ユニットのうち中央に配置された振動体ユニット２６の支持構造は、振動型アクチュエータ２０２（第４実施形態、図１２）と同様であるため、説明を省略する。

　３個の振動体ユニットのうち左右それぞれの振動体ユニット３０の下側の保持部８には、支持案内部２９が固定されている。支持案内部２９の構成及び上側の保持部８の支持態様は、振動型アクチュエータ３０１（図１６参照）の振動体ユニット２７のものと同様である。そして、振動型アクチュエータ３０２では、支持案内部２９に、接触体支持部１２が設けられている。接触体支持部１２による接触体４の支持方法及び案内方法は、振動型アクチュエータ２０３（図１３参照）のものと同様である。

　左右の振動体ユニット３０の保持部１８はそれぞれ、回転支点型の拘束部３１を介して支持部材１５に支持されている。拘束部３１は、ｘ軸と平行で支点Ｅを通る軸まわりに左側の振動体ユニット３０を回転可能に支持する。他の拘束部３１は、ｘ軸と平行で支点Ｆを通る軸まわりに右側の振動体ユニット３０を回転可能に支持する。こうして、左右の振動体ユニット３０のｙ方向及びｚ方向における位置は、拘束部３１により拘束される。このように振動型アクチュエータ３０２では、振動型アクチュエータ３０１とは異なる支持構造で、振動型アクチュエータ３０１と同等の性能を得ることができる。

　次に、上述した各実施形態に係る振動型アクチュエータへの適用が可能な構成を説明する。すなわち、１個の振動体ユニットが複数の振動体を備えて、各振動体の突起部を接触体に接触させて支持する構成の例を説明する。図１８Ａ～図１８Ｆはそれぞれ、複数の振動体による接触体の支持構造を説明する模式図であり、接触体の移動方向であるｙ方向から見て簡易的に示している。なお、座標軸は図１８Ａにのみ示し、図１８Ｂ～図１８Ｆでは省略している。また、振動体に対する不織布、スペーサ、加圧部及び保持部については、図１８Ａ～図１８Ｆでは不図示であるが、上記の各実施形態で説明したものを適宜選択して用いることができる。

　図１８Ａは、互いに対向する２個の振動体１が接触体４を支持する構成を示し、例えば、振動型アクチュエータ２０１（図１０Ａ参照）等で用いられている構成である。図１８Ｂは、矩形状の断面を有する接触体７４の４側面にそれぞれ振動体１を配置して接触体７４を支持する構成を示している。図１８Ｃ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（曲面）を、同一ｚｘ平面において略１２０°間隔で配置された３個の振動体１で支持する構成を示している。

　図１８Ｄは、多角形状の断面を有する接触体７６の側面のうちの３側面にそれぞれ振動体１を配置して接触体７６を支持する構成を示している。図１８Ｅは、多角形状の断面を有する接触体７７の側面のうちの３側面を、それぞれ、サイズと推力が異なる振動体１，８１により支持した構成を示している。図１８Ｆ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個の振動体１と２個の反力受部９とで支持した構成を示している。これらの構成を取捨選択して用いることにより、接触体がどのような断面形状を有していても、接触体を振動体により適切に支持することができる。

　続いて、上述した各実施形態に係る振動型アクチュエータを構成する振動体ユニットに変位検出手段を設けた構成の例について説明する。図１９は、振動体ユニット２０に変位検出部８４を取り付けた状態を示す正面図である。ここでは振動体ユニット２０を取り上げるが、変位検出部８４は他の振動体ユニット（２６，２７，他）等にも搭載可能である。

　変位検出部８４は、スケール８２と検出器８３を有する。スケール８２は、保持部１８に設けられた接触体支持部１２において接触体４（図１９に不図示）と物理的に干渉しない（接触しない）位置に取り付けられる。スケール８２は、接触体４の変位に従って接触体支持部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方向移動量を検出する。検出器８３が備える光源部がスケール８２へ光を照射し、スケール８２での反射光を検出器８３の受光部が受光することにより、スケール８２の回転変位を読み取ることができる。検出器８３が出力した接触体４のｙ方向移動量に基づいて、接触体４の位置や速度、加速度等の駆動パラメータを制御することができる。

　なお、変位検出部８４は、拘束部３１等に支持された振動体ユニットに設けられた場合、移動量をより高い精度で検出することができる。また、変位検出部８４としては、光学式、磁気式又は静電容量式等の種々のものを採用することができる。変位検出部８４として、ここでは光学式で反射型のものについて説明したが、光学式の変位検出部８４として、透過型のものを用いることもできる。更に、回転型の変位検出部８４に代えて、接触体４に直動型のスケールを配置し、振動体ユニットに検出器を配置した直動型の変位検出部を採用してもよい。拘束部３１等に拘束されることにより支持部材１５に対して位置決めされている振動体ユニットに変位検出部８４を適用することにより、支持部材１５を基準とした接触体４の相対位置を検出することが可能になる。

　図２０Ａ～図２０Ｄは第１０実施形態に係るアクチュエータユニット４０１の概略構成を説明するための図であり、アクチュエータユニット４０１の平面図（上面図）（図２０Ａ）、側面図（図２０Ｂ）、正面図（図２０Ｃ）及び斜視図（図２０Ｄ）である。アクチュエータユニット４０１の構成要素のうち、上述した各振動型アクチュエータの構成要素に対応するものについては、同じ名称と符号を用いて説明し、それらについて共通する機能及び構成についての説明は省略する。

　アクチュエータユニット４０１は、振動型アクチュエータ２０４を外装部材８６を用いてパッケージ化したものである。つまり、アクチュエータユニット４０１では、振動型アクチュエータ２０４の保持部１８が拘束部３１を介して外装部材８６の内側底面に可動に固定されている。そして、接触体４が外装部材８６の端面（ｚｘ面）を貫通した状態でｙ方向に移動することで、接触体４の動力を取り出す。このような構成を有するため、アクチュエータユニット４０１は、振動型アクチュエータ２０４の接触体４のみが外装部材８６から露出した外観を有する。なお、外装部材８６によって覆われて不可視となった振動体ユニット２０等は図２０Ｃにおいて破線で示されている。

　このように、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してアクチュエータユニット４０１とすることにより、ユーザは外装部材８６を把持して安全に取り扱うことができ、また、振動型アクチュエータ２０４を保護することができる。なお、ここでは振動型アクチュエータ２０４をパッケージ化した例を示したが、上述した各実施形態に係る振動型アクチュエータはいずれも例外なく外装部材８６を用いてユニット化することができる。なお、外装部材８６は、支持部材１５や拘束部３１等と一体的に構成されてもよい。また、拘束部３１に代えて、拘束部３１と同等の機能を有する他の機械要素又は機械部品を用いることが可能である。

　図２１Ａ～図２１Ｄは第１１実施形態に係るアクチュエータユニット４０２の概略構成を説明するための図であり、アクチュエータユニット４０２の平面図（上面図）（図２１Ａ）、側面図（図２１Ｃ）及び斜視図（図２１Ｄ）である。図２１Ｂは、アクチュエータユニット４０２を構成する外装部材９０，９２及び変位抑制部２１を非表示とした平面図である。

　アクチュエータユニット４０２は、振動体１を有する３個の振動体ユニット４０を備え、３個の振動体ユニット４０は円柱状の外装部材９２に保持されている。３個の振動体ユニット４０は、振動体１をそれぞれ保持する隣り合う保持部８が連結部１４ｈ（図５Ｃ参照）によって連結されて、外装部材９２の円周上に配置されている。

　接触体９１は、円環状（リング状）の形状を有する。接触体９１は、不図示の回転支持機構に回転可能に支持された状態で、接触体９１の一方のｘｙ面が３個の振動体１の突起部２ａに接触している。接触体９１の回転支持機構は、例えば、転がり軸受けや滑り軸受け等によって構成される軸支機構である。接触体９１の他方のｘｙ面には外装部材９０が取り付けられている。

　アクチュエータユニット４０２では、振動体ユニット４０を駆動すると、接触体９１と外装部材９０は一体となって、外装部材９０のｘｙ面の中心を通りｚ軸と平行な軸まわりに、外装部材９２に対して相対的に回転する。つまり、アクチュエータユニット４０２は、外装部材９０の回転運動を動力として外部に出力する。

　振動体ユニット４０の構成についてより詳細に説明する。振動体ユニット４０は、保持部８、振動体１及び加圧部７と、不図示の不織布が貼り付けられたスペーサとを有する。加圧部７を用いた振動体１の接触体９１への押圧方法は、振動型アクチュエータ１０１の振動体ユニット５における振動体１の接触体４への押圧方法と同じである（図３参照）。３個の振動体ユニット４０のうち図２１Ｃでの左側の振動体ユニット４０は、連結部１４ｈを用いて外装部材９２に固定された支持部材９３に連結されている。残りの２個の振動体ユニット４０は、順次、連結部１４ｈを用いて右側へ連結されている。よって、３個の振動体ユニット４０のそれぞれの振動体１は、接触体４に周方向で撓み等の変形が生じていても、接触体４の変形に追従して変位することができる。

　このように、振動体ユニット４０及び接触体９１を外装部材９０，９２によってパッケージ化してアクチュエータユニット４０２とすることにより、第１０実施形態と同様に、ユーザは外装部材９０，９２を把持して安全に取り扱うことができ、また、振動体ユニット４０を保護することができる。

　アクチュエータユニット４０２では、振動体ユニット４０が径方向にずれないように、連結部１４ｈは、外装部材９２に固定された変位抑制部２１によって拘束されてしている。このとき、振動体１が接触体９１の概ね中央部（図２１Ｂに示す一点鎖線Ｇ部分）を摩擦摺動するように、連結部１４の形状や変位抑制部２１の位置を適切に設計することが望ましい。また、連結部１４を用いて振動体ユニット４０を周方向に連結することにより、図２１Ｂに破線Ｈで囲まれた空きスペースを広く取ることが可能となる。こうして生じた空きスペースを変位検出手段や回路基板等の配置スペースとして有効活用することにより、アクチュエータユニット４０２の小型化を図ることができる。

　なお、上述のアクチュエータユニット４０２は、連結された３個の振動体ユニット４０を備える。しかし、連結された複数の振動体ユニット４０の振動体１を接触体９１の変形に追従させて変位させる観点からは、振動体ユニット４０は２個以上連結されていればよい。第１０及び第１１実施形態において、アクチュエータユニットが適用される機器の仕様に合わせるように、振動型アクチュエータの構成を選択して、また、振動体ユニットの配置や数を適宜調整して、パッケージ化によってアクチュエータユニットが構成されることが望ましい。

　以下の各実施形態では、上述した各種の振動型アクチュエータの応用例、つまり、振動型アクチュエータを搭載した各種の装置（機器）について説明する。

　図２２は第１２実施形態に係る装置５０１の概略構成を示す平面図である。装置５０１は、６個の振動型アクチュエータ２０５（図１５Ａ，図１５Ｂ参照）と支持部材３５を備える。６個の振動型アクチュエータ２０５は、支持部材１５を介して、且つ、連結部１４または支持部材１５を振動型アクチュエータ２０５内の基準位置として、支持部材３５に固定されている。支持部材３５は、支持部材１５をｘｙ平面内で拡大したものに相当し、一部材として形成されている。

　装置５０１のように、６個の振動型アクチュエータ２０５を平面上に整列させて配置することは容易である。例えば、振動型アクチュエータ２０５内の基準位置が支持部材３５の基準位置Ｊからｙ方向に距離ｄだけ離れるように、且つ、ｘ方向においては隣り合う２つの振動型アクチュエータ２０５内の基準位置の間隔が距離ｅとなるようにして、６個の振動型アクチュエータ２０５を簡単に整列配置することができる。この場合、ｘ方向で隣り合う２つの振動型アクチュエータ２０５の接触体４の間隔を全て同じ距離ｆにする（距離ｆに統一する）ことができる。６個の振動型アクチュエータ２０５のそれぞれの接触体４は、１個の駆動部品に接続されてもよいし、異なる駆動部品に接続されてもよい。

　なお、６個の振動型アクチュエータ２０５を備える装置５０１を上述したが、任意の複数の振動型アクチュエータ２０５を用いて装置５０１と同様の装置を構成してもよい。また、装置の構成によっては、複数の振動型アクチュエータは、同一平面上又は異なる平面上の任意の位置に配置され得る。

　図２３Ａは第１３実施形態に係る装置５０２の概略構成を示す平面図である。図２３Ｂは装置５０２を構成する振動型アクチュエータ２０１の概略構成を示す側面図である。装置５０２は、１２個の振動型アクチュエータ２０１（図１０Ａ参照）と支持部材３６を備える。支持部材３６によって、ｙ方向を軸方向とする１２個の振動型アクチュエータ２０１が、柱状に１部材として形成される。具体的には、支持部材３６のｙ方向と直交する断面は点Ｋを中心とする略正十二角形を描き、その各辺に１個の振動型アクチュエータ２０１の支持部材１５が接するように１２個の振動型アクチュエータ２０１が配置されている。１２個の振動型アクチュエータ２０１はそれぞれ、指示部材１５を介して、且つ、支持部材１５を基準位置として、支持部材３６の１２側面に放射状に固定されている。なお、支持部材３６の１２側面は、すなわち、ｙ軸と平行な１２個の面であって、支持部材３６のｚｘ断面の略正十二角形の各辺に対応する１２側面である。こうして、装置５０２では、ｙ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（ここでは１２個の）接触体４を精度よく配置することができる。なお、装置５０２では支持部材３６の全ての側面に振動型アクチュエータ２０１を配置したが、振動型アクチュエータ２０１は支持部材３６の任意の側面の任意の位置に配置され得る。また、支持部材３６は、十二角柱に限定されず、任意の多角柱であってよい。

　図２４は第１４実施形態に係る多軸ステージ５０３の概略構成を示す平面図である。多軸ステージ５０３は、固定部４１、ｘ－ステージ４２、ｙ－ステージ４３及びｘｙ－ステージ４４を備える。

　固定部４１は、全ての方向で自由度が拘束されており、不動である。図２２を参照して説明した装置５０１と同様の手法で、４個のアクチュエータユニット４０１（図２０Ａ～図２０Ｄ参照）がｙ方向に並べられて固定部４１に固定されている。固定部４１に固定された４個のアクチュエータユニット４０１の４個の接触体４は、図２４でのｘ方向に移動可能であり、それぞれの右端が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は、固定部４１に固定された４個のアクチュエータユニット４０１によってｘ方向に駆動される。ｘ－ステージ４２には、２個のアクチュエータユニット４０１がｘ方向に並べて固定されている。ｘ－ステージ４２に固定された２個のアクチュエータユニット４０１の２個の接触体４は、ｙ方向に移動可能であり、それぞれの上端が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は、ｘ－ステージ４２に固定された２個のアクチュエータユニット４０１によってｙ方向に駆動される。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及び／又はｙ－ステージ４３の移動に連動して、ｘｙ－ステージ４４はｘｙ平面内で移動する。

　固定部４１に設けられるアクチュエータユニット４０１が移動させる質量は、ｘ－ステージ４２に設けられたアクチュエータユニット４０１が移動させる質量よりも大きい。このことを考慮して、固定部４１とｘ－ステージ４２とにそれぞれ配置されるアクチュエータユニット４０１の数は、移動対象物の質量に対応して設定すればよい。多軸ステージ５０３は２自由度のｘｙ－ステージとして構成されているが、多軸ステージはこれに限られず、アクチュエータユニット４０１を任意の数だけ用いて任意の自由度を有するステージを実現することができる。

　多軸ステージ５０３では、複数のアクチュエータユニット４０１によって駆動対象物を所定の方向に移動させる構成となっているため、ｘｙ平面と平行な面内でのモーメントの発生が抑制される。その結果、ｘｙ－ステージ４４をｘｙ平面内で精度よく移動させることができる。

　図２５は第１５実施形態に係る多関節ロボット５０５の概略構成を示す平面図である。多関節ロボット５０５は、拮抗駆動方式を採用した多関節ロボットの一例である。多関節ロボット５０５は、第１関節５２、固定部５４、第１プーリ５５、第１リンク５６、第２リンク５７、第２関節５８、第２プーリ５９、第３プーリ６０、ワイヤ５１ｅ及びワイヤ５３ｅを備える。以下の説明では、固定部５４に設けられた複数のアクチュエータユニット４０１を区別するために、アクチュエータユニット４０１にＥ１，Ｆ１，Ｅ２，Ｆ２の符号をそれぞれ付与する。

　第１関節５２は、点Ｌを中心とするｚ軸と平行な軸まわりに回転可能な回転自由度を有する。第２関節５８は、点Ｍを中心とするｚ軸と平行な軸まわりに回転可能な回転自由度を有し、第１リンク５６の運動に拘束される。破線で示される第１プーリ５５は、第１リンク５６に拘束され、且つ、第１関節５２（点Ｌ）を中心に回転可能に設けられている。第２リンク５７は、第２関節５８を介して第２関節５８（点Ｍ）を中心に回転可能に設けられている。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（点Ｌ）を中心に回転可能に設けられている。

　ワイヤ５１ｅは、第１プーリ５５に巻き付けられており、その一端がアクチュエータユニットＦ１の接触体４に結合され、その他端はアクチュエータユニットＥ１の接触体４に結合されている。ワイヤ５３ｅは、第３プーリ６０に巻きつけられており、その一端がアクチュエータユニットＦ２の接触体４に結合され、その他端がアクチュエータユニットＥ２の接触体４に結合されている。ワイヤ５３ａは、無端状（輪状）に形成されており、第２プーリ５９と第３プーリ６０に架設されている。

　接触体４が図２５でのｙ方向に移動可能となるように配置されているアクチュエータユニットＥ１，Ｆ１はそれぞれ、ワイヤ５１ｅをｙ方向に駆動する。ワイヤ５１ｅが弛まないようにアクチュエータユニットＥ１，Ｆ１がｙ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関節を中心に回動させることができる。これにより、アクチュエータユニット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できる。

　同様に、接触体４が図２５でのｘ方向に移動可能となるように配置されたアクチュエータユニットＥ２，Ｆ２はそれぞれ、ワイヤ５３ｅをｘ方向に駆動する。ワイヤ５３ｅが弛まないようにアクチュエータユニットＥ２，Ｆ２がｘ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５３ｅと第３プーリ６０との間に摩擦力が生じて、第３プーリ６０を回転させることができる。これにより、第１リンク５６を第１関節５２を中心として回動させることができる。また、第３プーリ６０が回転すると、ワイヤ５３ａと第３プーリ６０との間に摩擦力が生じて、ワイヤ５３ａが駆動される。ワイヤ５３ａが駆動されると、ワイヤ５３ａと第２プーリ５９との間に摩擦力が生じて、第２プーリ５９が回転する。これにより、第２リンク５７を第２関節５８を中心として回動させることができる。つまり、アクチュエータユニットＥ２，Ｆ２は、図２５での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できる。なお、その際にアクチュエータユニットＥ２，Ｆ２の駆動により生じる第１リンク５６の角度θ１の変位を打ち消すようにアクチュエータユニットＥ１，Ｆ１を駆動することで、第２リンク５７の角度θ２の変位のみを生じさせることができる。

　こうして、多関節ロボット５０５は、複数のアクチュエータユニット４０１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。そして、ワイヤ５１ｅ，５３ｅ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、関節まわりのがたつきやワイヤ５１ｅ，５３ｅの座屈による偏差の発生を抑制することができる。その結果、各関節まわりの捩り剛性を高めることができる。また、先端Ｎを高精度に位置決めすることが可能になる。

　図２６は第１６実施形態に係る多関節ロボット５０６の概略構成を示す平面図である。第１５実施形態に係る多関節ロボット５０５は拮抗駆動方式で動作する。これに対して多関節ロボット５０６は、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駆動方式で動作する。

　多関節ロボット５０６は、装置５０２、ワイヤ駆動マニピュレータ５０４を備える。図２７は、ワイヤ駆動マニピュレータ５０４の概略構成を示す斜視図である。ワイヤ駆動マニピュレータ５０４は、例えば、特開２０１８－１４０１０１号公報に記載されているものと同等である。ワイヤ駆動マニピュレータ５０４は、線状部材案内部６１と、２か所の湾曲区間６６ａ，６６ｂを有する。線状部材６２は、線状部材案内部６１に設けられた案内管６５の中空部を座屈することなく摺動することによって、湾曲区間６６ａ，６６ｂの曲率を変えることができる。なお、線状部材案内部６１は、図２６に示されるように、可撓性を有して構わない。

　ワイヤ駆動マニピュレータ５０４では、１個の湾曲区間当たり３本の線状部材６２が設けられている。具体的には、６本の線状部材６２のうち３本の線状部材６２の先端は案内部材先端部材６３ａに固定されている。３本の線状部材６２のうち１本は案内部材６４ａに固定され、他の２本の線状部材６２を駆動することによって湾曲区間６６ａの曲率を変えている。同様に、６本の線状部材６２のうち残りの３本の線状部材６２の先端は、先端部材６３ｂに固定されている。３本の線状部材６２のうち１本の線状部材６２は案内部材６４ｂに固定され、他の２本の線状部材６２を駆動することによって湾曲区間６６ｂの曲率を変えている。

　多関節ロボット５０６では、ワイヤ駆動マニピュレータ５０４の駆動源として装置５０２（図２３Ａ参照）が用いられている。装置５０２の振動型アクチュエータ２０１の接触体４は、線状部材６２に結合されており、この構成は、ワイヤ駆動マニピュレータ５０４の湾曲区間６６ａ，６６ｂの曲率を変える駆動源として用いられる。なお、装置５０２は、図２０Ａ～図２０Ｄを参照して説明した構成と同様に、外装部材を用いてパッケージ化されていることが望ましく、これにより内部部品を適切に保護することができ、また、操作性を高めることができる。

　多関節ロボット５０６では、装置５０２によりワイヤ駆動マニピュレータ５０４を駆動することにより、湾曲区間６６ａ，６６ｂの曲率を高精度に制御することができる。また、ワイヤ駆動マニピュレータ５０４を駆動する駆動部に装置５０２を用いることにより、駆動部を小型化、軽量化して、操作性を高めることができる。更に、装置５０２での振動体ユニット数を増減させることによって、湾曲区間６６ａ，６６ｂに要求される出力に容易に対応することができる。加えて、ワイヤ駆動マニピュレータ５０４の線状部材６２の駆動にダイレクトドライブ型の振動型アクチュエータを用いれば、電磁モータと減速機構を組み合わせた駆動手段を用いる場合と比較して、応答性を向上させることができる。

　装置５０２を構成する複数の振動型アクチュエータ２０１は、共通の部品を用いた複数の振動体ユニット２０によって構成されているため、それぞれの振動型アクチュエータ２０１からの出力の変更を振動体ユニット２０の増減によって容易に行うことができる。また、振動体１に励起される複数の振動モードの振動の振幅比率を変化させることによって、湾曲区間６６ａ，６６ｂを駆動する（変形させる）ための推力の大きさや駆動速度を制御することもできる。電気－機械エネルギ変換素子３に電圧を印加しない場合には、突起部２ａと接触体４との間に作用する静止摩擦力によって湾曲区間６６ａ，６６ｂの姿勢を維持することができる。

　更に、第２の振動モード（図２Ｂ）のみで振動体１を駆動して突起部２ａと接触体４との間に作用する摩擦力を変化させることで、湾曲区間６６ａ，６６ｂに外力が作用した際に、その外力にしたがって湾曲区間６６ａ，６６ｂの姿勢が変わる構成とすることもできる。この構成は、例えば、ワイヤ駆動マニピュレータ５０４が人体に触れた際に人体に対する危険を回避するための安全機構として用いることができる。

　なお、多関節ロボット５０６は、例えば、工業用内視鏡や医療用内視鏡、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。また、多関節ロボット５０６は、２か所の湾曲区間６６ａ，６６ｂを有する４自由度の構成となっているが、湾曲区間数、つまり自由度は任意に設定することができる。これは、湾曲区間の数や案内部材の径に応じて、装置５０２に対して支持部材３６の形状やピッチ円３７の直径ｇ、振動型アクチュエータ２０１の数や配置を適切な条件に設定することで可能である。

　以上、本発明をその好適な実施形態に基づいて詳述してきたが、本発明はこれら特定の実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の様々な形態も本発明に含まれる。更に、上述した各実施形態は本発明の一実施形態を示すものにすぎず、各実施形態を適宜組み合わせることも可能である。

　例えば、振動体ユニットと連結部によって連結される連結対象物は、上記実施形態では別の振動体ユニットや支持部材としたが、これら限られず、接触体との相対移動が可能な部位や部品であればよい。また、更に、上記の各実施形態に係る振動型アクチュエータ及びアクチュエータユニットを適用した装置の例として、多軸ステージ５０３、多関節ロボット５０５，５０６を取り上げたが、適用可能な装置の例はこれらに限られるものではない。例えば、本発明に係る装置の別の例としては、顕微鏡や工作機械、測定装置等の種々のステージ装置、多関節ロボット５０５よりも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等を挙げることができる。

その他の実施形態

　本発明は、上述の実施形態の１以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける１つ以上のプロセッサーがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。また、１以上の機能を実現する回路（例えば、ＡＳＩＣ）によっても実現可能である。

　本発明は上記実施の形態に制限されるものではなく、本発明の精神及び範囲から逸脱することなく、様々な変更及び変形が可能である。従って、本発明の範囲を公にするために以下の請求項を添付する。

　本願は、２０２０年１１月２日提出の日本国特許出願特願２０２０－１８３７１３、を基礎として優先権を主張するものであり、その記載内容の全てをここに援用する。

　１　振動体
　４　接触体
　５，１１，２０，２６，２７，３０，４０　振動体ユニット
　７，１３，１７　加圧部
　８，１８，２８　保持部
　９　反力受部
　１２　接触体支持部
　１４　連結部
　１５，３５，３６　支持部材
　２１　変位抑制部
　２９　支持案内部
　３１，３２　拘束部
　１０１，１０２，２０１～２０５，３０１，３０２　振動型アクチュエータ
　５０１，５０２　装置
　５０３　多軸ステージ
　５０５，５０６　多関節ロボット

Claims

　振動体と、前記振動体を保持する保持部と、を有する振動体ユニットと、
　加圧部と、
　前記加圧部による加圧力により前記振動体と接触する接触体と、
　連結部と、
を備える振動型アクチュエータであって、
　前記振動体に所定の振動が励起されることにより、前記接触体と前記振動体ユニットとが第１の方向に相対移動し、
　前記連結部は、前記接触体と前記振動体ユニットとが前記第１の方向に相対移動している際に前記振動体ユニットが少なくとも前記加圧部による加圧方向へ変位することができように、前記保持部を連結対象物に対して前記第１の方向において連結する
ことを特徴とする振動型アクチュエータ。
　前記連結部は、２自由度以上の回転自由度を有する回転軸を有し、前記振動体ユニットに対して１自由度以上の回転自由度を有する回転軸によって拘束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。
　前記連結部は、所定の間隔をもって略平行に配置される２本の円柱状の軸部を有し、
　前記保持部は、前記２本の軸部のうちの一方の軸部を回転可能に保持する隙間穴を有する
ことを特徴とする請求項２に記載の振動型アクチュエータ。
　前記連結部は、軸部の両端に球体部が設けられた構造を有し、
　前記保持部は、前記球体部を回転可能に保持する球状の穴を有する
ことを特徴とする請求項２に記載の振動型アクチュエータ。
　複数の前記振動体ユニットを備え、
　前記連結部は、前記第１の方向に並べて配置される２個の前記振動体ユニットを連結し、前記２個の振動体ユニットのそれぞれに１自由度の回転自由度をもって拘束されている
ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の振動型アクチュエータ。
　前記複数の振動体ユニットを支持する支持部材と、
　前記支持部材に取り付けられて、前記第１の方向と前記加圧部による加圧方向とに直交する第２の方向への前記連結部の変位を規制する変位抑制部と、
を備えることを特徴とする請求項５に記載の振動型アクチュエータ。
　前記複数の振動体ユニットのうち前記第１の方向の端にそれぞれ位置する振動体ユニットの保持部に取り付けられて、前記接触体を前記第１の方向に移動可能に支持する接触体支持部を備えることを特徴とする請求項５又は６に記載の振動型アクチュエータ。
　前記振動体ユニットを支持する支持部材と、
　前記支持部材に取り付けられて、前記複数の振動体ユニットのうち前記第１の方向の少なくとも一方の端に位置する振動体ユニットの前記第１の方向への移動を規制する第１の拘束部と、
を備えることを特徴とする請求項７に記載の振動型アクチュエータ。
　前記第１の拘束部は、前記第１の方向と前記加圧部による加圧方向とに直交する第２の方向への前記振動体ユニットの移動を規制することを特徴とする請求項８に記載の振動型アクチュエータ。
　前記支持部材に取り付けられて、前記複数の振動体ユニットのうち前記第１の方向の一方の端に位置する振動体ユニットの、前記第１の方向と前記加圧部による加圧方向とに直交する第２の方向への変位を規制する第２の拘束部を備えることを特徴とする請求項８又は９に記載の振動型アクチュエータ。
　前記複数の振動体ユニットのうちすくなくとも１つの振動体ユニットが保持部に取り付けられ、前記第１の方向と前記加圧部による加圧方向とに直交する第２の方向および前記第１の方向への前記保持部の変位を規制する支持案内部を備えることを特徴とする請求項６乃至１０のいずれか１項に記載の振動型アクチュエータ。
　前記複数の振動体ユニットのうち少なくとも２個の振動体ユニットは、前記２個の振動体ユニットのそれぞれが有する振動体が前記第１の方向と直交する平面において異なる角度で前記接触体に接触するよう配置されていることを特徴とする請求項５又は６に記載の振動型アクチュエータ。
　前記振動体ユニットを支持する支持部材を備え、
　前記連結部は、前記振動体ユニットおよび前記支持部材のそれぞれに対して１自由度の回転自由度をもって拘束された状態で、前記振動体ユニットと前記支持部材とを連結している
ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の振動型アクチュエータ。
　前記支持部材に取り付けられて、前記接触体を前記第１の方向に移動可能に支持する接触体支持部を備えることを特徴とする請求項１３に記載の振動型アクチュエータ。
　前記支持部材に取り付けられて、前記第１の方向と前記加圧部による加圧方向とに直交する第２の方向への前記連結部の変位を規制する変位抑制部を備えることを特徴とする請求項１３又は１４に記載の振動型アクチュエータ。
　前記振動体ユニットは、前記加圧部が前記振動体を前記接触体に押し当てる加圧力の反力を受ける反力受部を備えることを特徴とする請求項１乃至１５のいずれか１項に記載の振動型アクチュエータ。
　前記反力受部は、前記接触体に接触し、前記接触体との間に生じる摩擦力によって前記接触体の移動に伴って回転するローラであることを特徴とする請求項１６に記載の振動型アクチュエータ。
　前記振動体ユニットは、前記接触体を挟んで配置された２つの前記振動体を有し、
　前記２つの振動体のうち１つの振動体が前記反力受部として機能する
ことを特徴とする請求項１６に記載の振動型アクチュエータ。
　前記振動体は、前記接触体と接触する突起部を有する弾性体と、前記弾性体に取り付けられた電気－機械エネルギ変換素子と、を有し、
　前記突起部の先端に前記第１の方向と前記加圧部による加圧方向とを含む平面内で楕円運動が励起されて前記突起部が前記接触体に推力が与えられることにより前記接触体と前記振動体ユニットとが相対移動する
ことを特徴とする請求項１乃至１７のいずれか１項に記載の振動型アクチュエータ。
　接触体と、
　それぞれが、前記接触体と接触する振動体と、前記振動体を保持する保持部とを有する第１の振動体ユニットおよび第２の振動体ユニットと、
　前記第１の振動体ユニットの振動体を前記接触体に対して所定の加圧力で押し当てる第１の加圧部と、
　前記第１の加圧部による加圧力の反力を受ける第１の反力受部と、
　前記第２の振動体ユニットの振動体を前記接触体に対して前記所定の加圧力で押し当てる第２の加圧部と、
　前記第２の加圧部による加圧力の反力を受ける第２の反力受部と、
　連結部と、
を備える振動型アクチュエータであって、
　前記連結部は、
　前記第１の振動体ユニットおよび前記第２の振動体ユニットと前記接触体とが相対移動する際に前記接触体の形状に起因して、前記第１の振動体ユニットの振動体と前記接触体との接触面の位置が前記第１の加圧部による加圧方向において変化し、且つ／または、前記第２の振動体ユニットの振動体と前記接触体との接触面の位置が前記第２の加圧部による加圧方向において変化した場合に、前記第１の加圧部による加圧力と前記第２の加圧部による加圧力との差が小さくなり、且つ、前記第１の反力受部が受ける反力と前記第２の反力受部が受けるの反力との差が小さくなるように、前記第１の振動体ユニットと前記第２の振動体ユニットとを、前記第１の振動体ユニットを前記第１の加圧部による加圧方向へ変位可能に且つ前記第２の振動体ユニットを前記第２の加圧部による加圧方向へ変位可能に連結する
ことを特徴とする振動型アクチュエータ。
　請求項１乃至２０のいずれか１項に記載の振動型アクチュエータと、
　前記振動型アクチュエータにより駆動される部品と、
を備えることを特徴とする装置。
　請求項１乃至２０のいずれか１項に記載の振動型アクチュエータと、
　前記振動型アクチュエータが固定される固定部と、
　前記接触体に接続されて前記固定部に対して所定の方向に相対移動するステージと、
を備えることを特徴とする多軸ステージ。
　請求項１乃至２０のいずれか１項に記載の振動型アクチュエータ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。