(57)【要約】【課題】複数の振動体を用いて接触体を駆動する際の各振動体の振動速度の差を少なくすることができる振動型アクチュエータおよび振動型アクチュエータの駆動装置を提供する。【解決手段】相互に相対移動する振動体ユニットと接触体とを備える振動型アクチュエータであって、振動体ユニットは、直列に接続される複数の振動体と、複数の振動体のそれぞれに並列接続されるインダクタと、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
相互に相対移動する振動体ユニットと接触体とを備える振動型アクチュエータであって、
前記振動体ユニットは、
直列に接続される複数の振動体と、
前記複数の振動体のそれぞれに並列接続されるインダクタと、
を備えることを特徴とする振動型アクチュエータ。
【請求項２】
前記インダクタに対してコンデンサが接続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。
【請求項３】
前記複数の振動体は、前記接触体の周囲に略等間隔で配置されて前記接触体を加圧接触していることを特徴とする請求項１または２に記載の振動型アクチュエータ。
【請求項４】
前記インダクタの値は、前記振動体ユニットの共振周波数から所定範囲内の周波数でマッチングされていることを特徴とする請求項１乃至３のうち何れか１項に記載の振動型アクチュエータ。
【請求項５】
前記複数の振動体のそれぞれに並列接続されるインダクタは直列接続されていることを特徴とする請求項１乃至４のうち何れか１項に記載の振動型アクチュエータ。
【請求項６】
前記接触体に、並列に接続された複数の前記振動体ユニットが接続されていることを特徴とする請求項１乃至５のうち何れか１項に記載の振動型アクチュエータ。
【請求項７】
前記複数の振動体の共振周波数の平均値が、所定の周波数範囲内であることを特徴とする請求項５または６に記載の振動型アクチュエータ。
【請求項８】
前記複数の振動体の共振周波数の分散が、所定の分散範囲内であることを特徴とする請求項５または６に記載の振動型アクチュエータ。
【請求項９】
前記複数の振動体ユニットのそれぞれの駆動周波数域は重ならないことを特徴とする請求項６乃至８のうち何れか１項に記載の振動型アクチュエータ。
【請求項１０】
前記振動体ユニットは、入力される交流電圧の位相がそれぞれ異なる複数の振動区画を有する複数の振動体を有し、該複数の振動体の該複数の振動区画は異なる位相毎に直列に接続されており且つ直列に接続された前記複数の振動区画のそれぞれにインダクタが並列に接続されていることを特徴とする請求項１乃至９のうち何れか１項に記載の振動型アクチュエータ。
【請求項１１】
前記振動体ユニットは、入力側にトランスを備えることを特徴とする請求項１乃至１０のうち何れか１項に記載の振動型アクチュエータ。
【請求項１２】
同一の前記接触体を駆動する複数の前記振動体ユニットのそれぞれの前記トランスの巻線比が異なることを特徴とする請求項１１に記載の振動型アクチュエータ。
【請求項１３】
請求項１乃至１０のうち何れか１項に記載の振動型アクチュエータを駆動する振動型アクチュエータの駆動装置であって、
前記振動体ユニットに印可する交流電圧を発生させる電圧発生部と、
前記振動体ユニットに流れる電流から交流電圧の振幅を検知する振幅検知部と、
前記振幅検知部が検知した前記電流の振幅に基づいて、前記電圧発生部が発生する前記交流電圧を制御する電源制御部と、
を備えることを特徴とする振動型アクチュエータの駆動装置。
【請求項１４】
前記振幅検知部は、前記電流の増加量が所定量以上である場合、前記振動体ユニットに故障が生じたことが検知され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の駆動装置。
【請求項１５】
前記電圧発生部は、複数の異なる周波数域の交流電圧を合成した交流電圧を発生し、
前記振幅検知部は、前記異なる周波数域のそれぞれについて前記電流の振幅を検知し、
前記電源制御部は、前記異なる周波数域のそれぞれについて、前記電圧発生部が発生する交流電圧を制御することを特徴とする請求項１３または１４に記載の振動型アクチュエータの駆動装置。
【請求項１６】
前記電圧発生部と前記振動体ユニットとの間にトランスが挿入されていることを特徴とする請求項１３乃至１５のうち何れか１項に記載の振動型アクチュエータの駆動装置。
【請求項１７】
同一の前記接触体を駆動する複数の前記振動体ユニットのそれぞれの前記トランスの巻線比が異な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の駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、振動型アクチュエータおよび振動型アクチュエータの駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、複数の振動体を用いて、接触体を駆動する機構が知られている。複数の振動体は、圧電素子や電歪素子等の電気−機械エネルギー変換素子を用いており、共通の駆動回路により駆動される。これにより、複数の振動体のそれぞれに個別の駆動回路を設ける場合と比較して、回路規模を少なくすることができる。関連する技術として、３つの板状の振動体が１２０°間隔で３か所に配置され、リング形状の被駆動体を駆動する振動型駆動装置が提案されている（特許文献１を参照）。また、一直線上に１列に並べられた２つの圧電素子が、平板状の単一の可動体を駆動する駆動装置が提案されている（特許文献２を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１７−１０４０１４号公報
【特許文献２】特開２００８−２７８７１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の振動型駆動装置は、各振動体が並列に接続されている。従って、各振動体の共振周波数の違いによって、振動体ごとに異なる振幅および位相で振動するため、各振動体の振動速度差によって振動体と接触体との間に摺動損失が発生する。特許文献１の振動型駆動装置を製造する際に、各振動体の共振周波数を揃えることで、摺動損失をある程度低減できるが、各振動体の周波数を選別する作業が必要となるだけでなく、負荷の違いにより各振動体の振動速度の差をなくすことができない。一方、特許文献２の駆動装置は、各振動体が直列に接続されている。このため、直列に接続された各振動体が１つの共振系として振動する。このため、各振動体の振動位相をある程度は揃えることができ、負荷の大小に応じて印加電圧のバランスが変化するため、摺動損失は少なくなる。しかし、負荷変動により各振動体の共振周波数が変化するため、やはり各振動体の振動速度の差をなくすことはできない。
【０００５】
本発明の目的は、複数の振動体を用いて接触体を駆動する際の各振動体の振動速度の差を少なくすることができる振動型アクチュエータおよび振動型アクチュエータの駆動装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
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、相互に相対移動する振動体ユニットと接触体とを備える振動型アクチュエータであって、前記振動体ユニットは、直列に接続される複数の振動体と、前記複数の振動体のそれぞれに並列接続されるインダクタと、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、複数の振動体を用いて接触体を駆動する際の各振動体の振動速度の差を少なくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】第１実施形態に係る振動体ユニットの構成の一例を示す図である。
【図２】従来の振動体ユニットの構成の一例を示す図である。
【図３】図２の構成に対応する周波数に対する振動振幅の特性を示している。
【図４】図１（ｂ）の直列回路に印加される交流電圧の周波数に対する電流の振動振幅を示す図である。
【図５】円柱シャフトを回転させる振動型アクチュエータの構造を示す図および電気的な接続関係を示す図である。
【図６】円柱シャフトを回転駆動させたときに、各振動体に印加される交流電圧の振幅と回転角度との関係を示した図である。
【図７】第１実施形態に係る振動体ユニットを用いた振動型アクチュエータの駆動回路の一例を示す図である。
【図８】図７の回路にトランスを付加した振動型アクチュエータの駆動回路の一例を示す図である。
【図９】図８の振動体ユニットの他の構成例を示す図である。
【図１０】第１実施形態に係る振動型アクチュエータの一例を示す図である。
【図１１】円柱シャフトに対する各振動体ユニットの取り付け位相を示す図である。
【図１２】図１０（ｂ）の３つの振動型アクチュエータの駆動回路を示す図である。
【図１３】第２実施形態の振動型アクチュエータの一例を示す図である。
【図１４】第２実施形態に係る振動型アクチュエータの構成の一例を示す図である。
【図１５】円環状の圧電体の電極構造を示す図である。
【図１６】圧電体の配線構造を示す図である。
【図１７】第２実施形態の振動型アクチュエータの駆動回路の第１の例を示す図である。
【図１８】第２実施形態に係る振動型アクチュエータの駆動回路の第２の例を示す図である。
【図１９】第３実施形態の振動体の構成および振動モードを示す図である。
【図２０】第３実施形態の直動型の振動型アクチュエータの第１の例を示す図である。
【図２１】第３実施形態に係る振動型アクチュエータの駆動回路の第１の例を示す図である。
【図２２】第３実施形態の直動型の振動型アクチュエータの第２の例を示す図である。
【図２３】第３実施形態の直動型の振動型アクチュエータの第３の例を示す図である。
【図２４】第４実施形態の直動型の振動型アクチュエータの第１の例を示す図である。
【図２５】第４実施形態の振動型アクチュエータの駆動回路の第１の例を示す図である。
【図２６】第４実施形態における各振動体ユニットの振動特性を示す図である。
【図２７】第４実施形態の振動型アクチュエータの駆動回路の第２の例を示す図である。
【図２８】第４実施形態の振動型アクチュエータの第２の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の各実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。しかしながら、以下の各実施形態に記載されている構成はあくまで例示に過ぎず、本発明の範囲は各実施形態に記載されている構成によって限定されることはない。
【００１０】
＜第１実施形態＞
図１は、第１実施形態に係る振動体ユニット１０の構成の一例を示す図である。振動体ユニット１０は、接触体と接触して、相互に相対移動する。これにより、振動体ユニット１０は、接触体を駆動する。図１（ａ）は、３つの振動体１、２、３が直列に接続されている回路構成を示す。振動体１、２、３には、電気−機械エネルギー変換手段である圧電体や電歪素子等が接合されている。以下、各振動体には圧電体が接合されているものとして説明する。図１（ｂ）は、図１（ａ）の振動体ユニット１０の等価回路図である。図１（ａ）および（ｂ）に示されるように、振動体１、２、３には、それぞれ、インダクタが並列に接続されている。図１（ａ）の例では、振動体１にインダクタ５が並列接続されており、振動体２にインダクタ６が並列接続されており、振動体３にインダクタ７が並列接続されている。また、インダクタ５とインダクタ６とインダクタ７とは直列に接続されている。本実施形態では、振動体１、２、３に圧電体が接合されている場合について説明するが、振動体１、２、３自体が圧電体で構築されていてもよい。また、圧電体は積層圧電体であってもよい。振動体ユニット１０の振動子の数およびインダクタの数は３つに限定されない。
【００１１】
次に、従来の振動体ユニットの一例について説明する。図２は、従来の振動体ユニットの構成の一例を示す図である。図２（ａ）は、それぞれ圧電体が接合された３つの振動体１、２、３が直列に接続されている。図２（ａ）に示されるように、振動体１、２、３には、インダクタが並列に接続されていない。
【００１２】
図２（ｂ）は、図２（ａ）の等価回路図であり、Ｃ０、Ｌ１、Ｃ１、Ｒ１からなる回路は、振動体１の等価回路を表している。Ｃ０、Ｌ２、Ｃ２、Ｒ２からなる回路は振動体２の等価回路を表している。Ｃ０、Ｌ３、Ｃ３、Ｒ３からなる回路は振動体３の等価回路を表している。各等価回路の制動容量Ｃ０は、振動体１、２、３に接合された圧電体の電気的な特性を表す。Ｌｘ、Ｃｘ、Ｒｘ（ｘは１から３の整数）からなる直列共振回路は、振動体１、２、３の機械的特性を表す。ＩＥ１、ＩＥ２、ＩＥ３は、それぞれ振動体１、２、３の制動容量Ｃ０に流れる電流の値であり、ＩＭ１、ＩＭ２、ＩＭ３は、振動体１、２、３の直列共振回路Ｌｘ、Ｃｘ、Ｒｘに流れる電流の値である。そして、電流Ｉｏの値は、「ＩＥ１＋ＩＭ１」、「ＩＥ２＋ＩＭ２」および「ＩＥ３＋ＩＭ３」と等しくなる。
【００１３】
図３は、図２の構成に対応する周波数に対する振動振幅の特性を示している。図３（ａ）は、振動体１、２、３のそれぞれについて、交流電圧を印加したときの周波数に対する振動振幅の特性を示す図である。振動体１、２、３は、異なる共振周波数Ｆｒ１、Ｆｒ２、Ｆｒ３で最大振幅となる振動特性を有している。図３（ｂ）は、図２（ｂ）のＬｘ、Ｃｘ、Ｒｘの直列共振回路に印可される交流電圧の周波数に対する電流ＩＭ１（一点鎖線）、ＩＭ２（実線）、ＩＭ３（破線）および電流Ｉｏ（点線）の振動振幅を示す図である。
【００１４】
図３（ｂ）に示されるように、図２（ｂ）のＬｘ、Ｃｘ、Ｒｘの直列共振回路に交流電圧を印可した場合、振動体１、２、３の振動速度を表す電流ＩＭ１、ＩＭ２、ＩＭ３は共振周波数Ｆｒ０で最大振幅となるが、各電流の最大振幅が異なっている。共振周波数Ｆｒ０で振動体１、２、３の電流の最大振幅が異なると、振動体１、２、３の振動速度に差を生じる。振動体１、２、３の振動速度に差を生じている状態で、振動体１、２、３に接触体を加圧接触させて駆動する場合、接触体の接触部位のすべり量に差を生じる。すべり量に差が生じると、駆動に寄与しない損失が発生し、接触体の駆動効率が低下する。また、図３（ｂ）に示されるように、振動体ユニット１０に流れる電流Ｉｏの変化は、電流ＩＭｘ（ｘは１から３の整数）の変化とは大きく異なる。このため、電流Ｉｏを検知することにより、電流ＩＭｘの大きさを正確に検知することは難しい。
【００１５】
そこで、本実施形態では、図１（ｂ）に示されるように、振動体１、２、３の制動容量Ｃ０にインダクタ（インダクタＬ０１、Ｌ０２、Ｌ０３）が並列に接続されている。制動容量Ｃ０と並列に接続された各インダクタは所定の周波数にて並列共振する。従って、インダクタＬ０ｘ（ｘは１から３の整数）と制動容量Ｃ０とからなる並列回路に着目すると、該並列回路に流れる電流ＩＥｘ’（ｘは１から３の整数）の大きさはゼロに近づく。電流ＩＥｘ’がほぼゼロになると、「電流ＩＭｘ’＋ＩＥｘ’」（ｘは１から３の整数）は電流ＩＭｘ’と略等しくなる。従って、図１（ａ）に示される振動体ユニット１０に流れる電流Ｉｏ’は電流ＩＭｘ’と略等しくなる。
【００１６】
図４は、図１（ｂ）のＬｘ、Ｃｘ、Ｒｘの直列回路に印加される交流電圧の周波数に対する電流ＩＭ１’（一点鎖線）、ＩＭ２’（実線）、ＩＭ３’（破線）および電流Ｉｏ’（点線）の振動振幅を示す図である。電流ＩＭ１’、ＩＭ２’、ＩＭ３’の振幅は略同じであり、それぞれ同じ共振周波数Ｆｒ０’で最大振幅となっている。共振周波数Ｆｒ０’は、Ｆｒ１（振動体１の共振周波数）とＦｒ２（振動体２の共振周波数）とＦｒ３（振動体３の共振周波数）との略平均の周波数である。また、電流Ｉｏ’は、一定以上の振幅の周波数の範囲では、電流ＩＭｘ’と略同じ振幅となっている。
【００１７】
本実施形態では、直列に接続されている各振動子のそれぞれにインダクタを並列に接続した構成を採用している。これにより、上述した「電流ＩＭｘ’＋ＩＥｘ’」は電流ＩＭｘ’と略等しくなることから、１つの駆動電圧で複数の振動体を振動させた場合でも、振動体１、２、３の電流の振幅および位相を揃えることができる。これにより、各振動体の振動速度の差を少なくすることができ、各振動体が発生する力を良好な効率で１つの接触体に伝達することができる。また、複数の振動体を用いて高い推力で接触体を駆動することができる。
【００１８】
図５は、振動体１、２、３を円柱シャフト４の外周に接触させ、円柱シャフト４を回転させる振動型アクチュエータの構造を示す図および電気的な接続関係を示す図である。図５（ａ）は、円柱シャフト４を回転させる振動型アクチュエータの構造を示す図である。振動体１、２、３は、それぞれ縦方向（矢印の方向）に振動する振動体であり、円柱シャフト４は接触体の一例であり、振動体１、２、３により駆動される。振動体１、２、３は、円柱シャフト４の周囲に１２０°ごとに略等間隔に配置されている。そして、振動体１、２、３は、円柱シャフト４に対して、不図示の加圧機構によって均等に加圧接触している。振動体１、２、３の加振により縦方向の振動が励起することにより、図５の例では、円柱シャフト４は時計周りに回転する。
【００１９】
図５（ｂ）は振動体ユニット１０内の電気的な接続関係を示す図である。インダクタ５、６、７は、それぞれ、振動体１、２、３に接合された圧電体に並列に接続されている。振動体ユニット１０には、交流電圧を入力するためのコネクタ８が設けられている。振動体３と振動体１と振動体２とは直列接続されており、直列接続されている各振動体の回路の両端がコネクタ８に接続されている。振動体１、２、３、円柱シャフト４および各インダクタ５、６、７は、リング状のケース９に収容されており、これらが一体となって振動体ユニット１０を構成している。また、振動体１、２、３は、ケース９の円柱シャフト４を通す中空円筒部に、１２０°ごとに円柱シャフト４に加圧接触される突出部を有しており、不図示のバネ構造を含む支持部材によって一定の加圧力で円柱シャフト４に押し当てられている。また、各突出部の突出量および加圧力は、ケース９に設けられた回転直動変換機構等によって調整可能となっている。
【００２０】
図６は、振動体ユニット１０に交流電圧を印加して円柱シャフト４を回転駆動させたときに、振動体１、２、３に印加される交流電圧の振幅と回転角度との関係を示した図である。円柱シャフト４の偏芯等の影響による負荷変動により、円柱シャフト４の回転に同期して１周期の負荷変動が生じる。従って、負荷が重くなると交流電圧の電圧振幅が増加し、負荷が軽くなると交流電圧の電圧振幅が減少する。振動体１、２、３は、円柱シャフト４の周上に略１２０°間隔で略等間隔に配置されていることから、図６の３つの波形（振動体１、２、３の電圧振幅を示す波形）は、略１２０°ずつ回転位相がずれた特性を示す。また、円柱シャフト４が１回転する間の振動体１、２、３の電圧振幅の平均値はそれぞれ異なっている。これは、主に振動体１、２、３の内部損や共振周波数の差に起因している。
【００２１】
上述したように、本実施形態の振動体ユニット１０では、各振動体に、それぞれ、インダクタが並列に接続されているため、振動体１、２、３の電流の振幅および位相が揃うことにより、各振動体の振動速度の差を少なくすることができる。これにより、振動体１、２、３の共振周波数に差が発生し、或いは負荷変動が生じたとしても、自動的に印加される交流電圧の振幅が調整され、振動体１、２、３の振動速度が揃うため、円柱シャフト４を高い効率で駆動することができる。
【００２２】
図７は、第１実施形態に係る振動体ユニット１０を用いた振動型アクチュエータの駆動回路の一例を示す図である。振動型アクチュエータの駆動回路は、振動型アクチュエータの駆動装置に対応する。図７の振動型アクチュエータの駆動回路は、振動体ユニット１０、電圧発生部１３、抵抗１４、振幅検知部１５、比較部１６および電源制御部１７を有する。振動体ユニット１０は、図７において点線で囲まれた部分に対応する。振動体ユニット１０において、振動体１と振動体２と振動体３とが直列に接続されている。そして、振動体１とインダクタ５とは並列に接続されており、振動体２とインダクタ６とは並列に接続されており、振動体３とインダクタ７とは並列に接続されている。
【００２３】
各振動体に並列に接続されたインダクタ５、６、７の値は、振動体ユニット１０の共振周波数に近い所定の周波数（振動体ユニット１０の共振周波数から所定範囲内の周波数）でマッチングされている。即ち、マッチング周波数をＦ０、制動容量をＣ０、インダクタの値をＬ０とすると、各値の関係は、以下の数式１で表される。
【００２４】
【数１】
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【００２５】
電圧発生部１３は、振動体ユニット１０に印加する交流電圧を発生する。抵抗１４は、振動体ユニット１０に流れる電流を計測するために、振動体ユニット１０に接続される。抵抗１４は、振動体１、２、３の振動速度に比例した電圧を出力する。振動体の振幅は、正確には振動速度を時間で積分した値に比例するが、振動速度の振幅は概ね振動振幅に比例するため、以下、振動速度の振幅を制御することで振動振幅が制御されるものとする。振幅検知部１５は、抵抗１４で検知された交流電圧の振幅を検知する。比較部１６は、不図示の振動振幅指令手段からの振幅指令と振幅検知部１５が出力した交流電圧の振幅とを比較し、比較結果を電源制御部１７に出力する。電源制御部１７は、比較部１６が出力した比較結果に基づいて、電圧発生部１３を制御する。電源制御部１７は、交流電圧の周波数または振幅を制御する指令を電圧発生部１３に出力することで、電圧発生部１３が出力する交流電圧を制御することができる。振動体ユニット１０に流れる電流は、インダクタ５、６、７の効果によって振動体１、２、３の振動速度に略比例した電流となる。抵抗１４が、振動体ユニット１０に流れる電流を検知して、電源制御部１７が交流電圧を制御することで、振動体ユニット１０の振動体１、２、３の振幅を、安定して即応性高く制御することができる。
【００２６】
ここで、図７の例に示されるように、各振動体のそれぞれにインダクタが並列に接続されているが、各振動体のそれぞれに対して、インダクタとコンデンサとの並列回路が並列に接続されていてもよい。高い精度で周波数マッチングを可能とするため、各振動子のそれぞれに対して、直列または並列に接続された複数のインダクタを並列に接続することが考えられる。しかし、形状が大きいインダクタを複数使用すると、振動体ユニット１０の全体のサイズが大型化するため、インダクタを調整する代わりに制動容量Ｃ０に並列にコンデンサを追加して、制動容量Ｃ０の値を調整することもできる。この場合、振動体ユニット１０のサイズが大型化することを抑制できる。
【００２７】
次に、本実施形態における振動体ユニット１０の故障について説明する。振動体ユニッ
ト１０は、振動体１、２、３にショートや断線等の故障が発生したとしても、インダクタ５、６、７は、直列接続されているため、接触体（例えば、円柱シャフト４等）の駆動を継続することができる。図７の振動体１、２、３のうち一部の振動体が電気的にショートしたとしても、残りの振動体に継続して交流電圧が印加される。ショートした振動体は振動が停止するため、その分、負荷が重くなり、直列接続されている振動体の数が減り推力が低下する。一方、振動体の数が減り、残りの振動体への印加電圧が増加して推力を維持しようとするフィードバックが自動的にかかる。これにより、振動体ユニット１０の駆動制御を継続することができる。
【００２８】
次に、振動体に断線が生じた場合について説明する。各振動体のそれぞれにインダクタ（インダクタ５、６、７）が並列に接続されている。このため、振動の影響等によって圧電体と配線との接続が切れたとしても、直列接続されているインダクタ間の接続が切れなければ、残りの振動体に対して継続して交流電圧が印加される。断線した振動体は停止するため、その分、負荷が重くなり、駆動可能な振動体が減り推力が低下する。一方、振動体に接合されている圧電体と配線との間に断線が生じた場合、制動容量Ｃ０とインダクタとの並列共振回路による高インピーダンス状態から制動容量Ｃ０がなくなった状態となる。これにより、インピーダンスが低下し、程度は異なるが、振動体がショートした状態と同様な状態になる。そのため、振動体がショートした場合と同じく、残りの振動体への印加電圧が増加することで、自動的に各振動体に対する加振力が増加する。これにより、振動体ユニット１０の駆動制御を継続することができる。
【００２９】
振動体ユニット１０の内部で、上述したショートや断線が生じると、ショートや断線が生じていないときと比較して、振動体ユニット１０を流れる電流が増加する。抵抗１４は、振動体ユニット１０を流れる電流を計測している。抵抗１４に流れる電流の増加が検知されることで、ショートや断線等の故障が生じたことを検知することができる。例えば、抵抗１４に流れる電流の増加量が所定量以上である場合、振幅検知部１５は、振動体ユニット１０に故障が生じたことを検知してもよい。
【００３０】
次に、増幅回路を付加した振動型アクチュエータの駆動回路について説明する。図８は、図７の回路にトランス１８を付加した振動型アクチュエータの駆動回路の一例を示す図である。増幅回路としてのトランス１８は、昇圧用のトランスであり、電圧発生部１３の出力側に接続されている。トランス１８の２次側には、周波数マッチング用のコンデンサ１９が並列接続されている。トランス１８の２次側のインダクタの値をＬｔ、コンデンサ１９の静電容量をＣｔとし、振動体ユニット１０の駆動周波数範囲により決定されるマッチング周波数をＦｔとすると、各値の関係は、以下の数式２で表される。
【００３１】
【数２】
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【００３２】
上記数式２が成立するように、適切にトランス１８の２次側の周波数マッチングを取ることにより、上述した駆動周波数範囲ではトランス１８の１次側には２次側電流に略比例する電流が流れる。従って、トランス１８の１次側電流を、図７の駆動回路と同様に、抵抗１４で検知することで、図７と同様の動作が実現できる。図９は、図８の振動体ユニット１０の他の構成例を示す図である。図９に示されるように、トランス１８およびコンデンサ１９は、振動体ユニット１０に内蔵されている。振動体ユニット１０の入力側にトランス１８が内蔵されることで、振動体ユニット１０を比較的低い電圧で駆動できる。
【００３３】
図１０は、第１実施形態に係る振動型アクチュエータの一例を示す図である。図１０（ａ）は、３つの振動体ユニット１０を直列に接続して構成される振動型アクチュエータの例を示す図である。図１０（ｂ）は、３つの振動体ユニット１０を並列に接続して構成される振動型アクチュエータの例を示す図である。直列または並列に接続される複数の振動体ユニット１０の数は、３つには限定されない。上述したように、１つの振動体ユニット１０は、３つの振動体を有しているため、図１０（ａ）の場合、合計９つの振動体が用いられる。ここで、９つの振動体を直列に接続した振動体ユニットを１つ構築してもよいが、各振動体を、複数の振動体ユニットに分けて構築することにより、必要な出力トルクに応じて振動体ユニットの数で調節できるメリットがある。振動体ユニット１１、１２は、振動体ユニット１０と同様である。各振動体ユニット１０、１１、１２には、直列に接続された３つの振動体が組み込まれており、３つの振動体の共振周波数の平均値は所定の周波数範囲内になっている。
【００３４】
ここで、図１０に示される振動体ユニット１０、１１、１２の製造の例を説明する。振動体ユニット１０、１１、１２の製造は、手動または自動で行われ得る。例えば、一定数（例えば、数十個から数百個）の振動体が製造された場合、各振動体の共振周波数の計測結果から、共振周波数のリストが作成される。次に、共振周波数のリストに基づいて、一定数の振動体が、幾つかの周波数範囲に応じてクラスごとに分類される。例えば、一定数の振動体が、５００Ｈｚごとに分類される。そして、同じクラスの中から３つの振動体がランダムに選択されて、３つの振動体の共振周波数の平均値が算出される。共振周波数の平均値が、クラスごとに予め決められた周波数範囲内（例えば、所定周波数±２５Ｈｚ）に入る３つの振動体の組み合わせが得られるまで、３つの振動子のランダムな選択が繰り返される。クラスごとに予め決められた周波数範囲に入る３つの振動体が得られた場合、該３つの振動体により、１つの振動体ユニットが構成される。
【００３５】
従って、１つの振動体ユニットには、共振周波数の平均値が上記の周波数範囲の中に入る３つの振動体が内蔵される。共振周波数が近い振動体を多く揃えることは難しいが、本実施形態のように、複数の振動体の共振周波数の平均値を揃える方法であれば、比較的多くの数の振動体を揃えることができる。また、１つの振動体ユニットには、共振周波数の平均値ではなく、共振周波数の分散が所定の分散範囲内に入る複数の振動体が選択されてもよい。この場合、共振周波数の分散が所定の分散範囲内に入る複数の振動体が１つの振動体ユニットに内蔵される。分散をある程度大きな値に設定することで、選択される振動体の共振周波数が揃いすぎることが回避されるため、振動体ユニットの特性を安定化することができる。以上のように、同じクラスの振動体ユニットを複数組み合わせて振動型アクチュエータを構成することにより、高出力で効率の良い振動型アクチュエータが安定的に製造される。
【００３６】
図１０（ａ）の場合、３つの振動体ユニット１０、１１、１２が直列に接続されている。直列接続される振動体ユニットの数が増えると、その分、交流電圧の振幅を大きくする必要があり、印可電圧が高電圧になる。印可電圧が高電圧になると、絶縁対策等のために振動体ユニットの全体が大型化する。その結果、コストアップも招来する。そこで、図１０（ｂ）に示されるように、各振動体ユニット１０、１１、１２を並列接続した構成を採用することができる。この場合、３つの振動体ユニット１０、１１、１２は、並列に接続されているため、３つの振動体ユニット１０、１１、１２が直列に接続されている場合と比較して、３分の１の振幅の交流電圧で各振動体ユニットを駆動することが可能である。振動体ユニット１０、１１、１２は、上述したように、同じクラスの振動体ユニットが用いられているため、振動体ユニットの共振周波数（組み込まれた振動体の共振周波数の平均値）は略同じである。また、３つの振動体が円柱シャフト４の周上に均等に配置されているため、３つの振動体の負荷が平均化される。このため、回転による負荷変動が少ない。その結果、振動体ユニット間の振動速度の差を小さくすることができるとともに、効率の良い駆動を実現できる。
【００３７】
図１１は、円柱シャフト４に対する振動体ユニット１０、１１、１２の取り付け位相を示す図である。３つの振動体ユニットは４０°ごとに回転位相をずらして取り付けられている。図１１のように、所定の位相をずらした状態で振動体ユニット１０、１１、１２が、円柱シャフト４の周上に均等に配置されることで、トルク変動の少ない円柱シャフトの回転を実現できる。図１１の例では、振動体ユニット１０、１１、１２において、３つの振動体が直列に接続されているため、振動体は１２０°ごとに配置されている。振動体ユニットが２つの振動体を有する場合は、２つの振動体は１８０°ごとに配置されることが好ましい。また、振動体ユニットが４つの振動体を有する場合は、４つの振動体は、９０°ごとに配置されることが好ましい。
【００３８】
図１２は、図１０（ｂ）の３つの振動型アクチュエータの駆動回路を示す図である。振動体ユニット１０、１１、１２は、直列に接続された３つの振動体および３つの振動体のそれぞれに対して並列に接続されたインダクタを有する。各振動体に並列に接続されたインダクタの値は、電圧発生部１３が出力する交流電圧の周波数範囲内の所定の周波数でマッチングされている。即ち、マッチング周波数をＦ０、制動容量をＣ０、インダクタの値をＬ０とすると、各値の関係は、上述した数式１で表される。電圧発生部１３は、振動体ユニット１０、１１、１２に印加する交流電圧を発生する。抵抗１４は、振動体ユニット１０、１１、１２に流れる電流の総和を計測するための抵抗である。振動体ユニット１０、１１、１２は共振周波数が揃えられており、円柱シャフト４の周上に均等に配置された振動体には概ね同等の平均負荷がかかる。このため、流入電流の位相に大きなずれは発生しない。従って、振幅検知部１５は、概ね振動体ユニット１０、１１、１２のそれぞれに流れる電流の振幅の和に比例した電圧を出力される。そして、比較部１６は、電流の振幅の和を、不図示の指令手段からの振幅指令と比較し、電源制御部１７は比較結果に基づいて、電圧発生部１３が出力する交流電圧の周波数または振幅を制御する。
【００３９】
本実施形態では、複数の振動体ユニットが同じ接触体を駆動する例について説明したが、複数の振動体ユニットは、それぞれ異なる接触体を駆動してもよい。この場合、各接触体を完全に同じ速度で駆動することは難しいが、複数の振動体を同時に同程度の振動速度で駆動できるため、回路規模の縮小化を図ることができる。また、本実施形態の各振動体ユニットには同じ振動体が適用された例について説明したが、振動体の共振周波数が所定範囲内であれば、異なる形態の振動体が振動体ユニットに適用されてもよい。また、図１０では、複数の振動体ユニット１０、１１、１２が直列または並列に接続される。ここで、各振動体ユニット１０、１１、１２が接する接触体の部位の条件が異なる場合がある。例えば、円柱シャフト４の直径が、各振動体ユニット１０、１１、１２が接する部位によって異なる場合がある。このような場合、適正に接触体を駆動するためには、各振動体ユニット１０、１１、１２のそれぞれの振動速度を変化させることが好ましい。このために、図９に示されるように、各振動体ユニット１０、１１、１２の内部にトランス１８を設けた構成を採用する。そして、各トランス１８の巻線比を調整することで、振動速度の比を調整することができる。つまり、各トランス１８の巻線比を、接触体に応じて異ならせることで、各振動体ユニット１０、１１、１２の振動速度を適正に制御することができる。
【００４０】
＜第２実施形態＞
次に、第２実施形態について説明する。図１３は、第２実施形態の振動型アクチュエータの一例を示す図である。図１３において、軸出力の３つの振動型アクチュエータ２０、２７、３０は、それぞれ、１つの振動体を有しており、傘歯歯車で結合して１つの軸を回転している。出力軸２１は振動型アクチュエータ２０の出力軸であり、出力軸２８は振動型アクチュエータ２７の出力軸であり、出力軸３１は振動型アクチュエータ３０の出力軸である。傘歯歯車２２は出力軸２１の先端に取り付けられており、傘歯歯車２９は出力軸２８の先端に取り付けられており、傘歯歯車３２は出力軸３１の先端に取り付けられている。傘歯歯車２２、２９、３２には、不図示の回転シャフトに取り付けられた一回り大きな傘歯歯車３３が１２０°間隔で結合している。
【００４１】
各振動型アクチュエータ２０、２７、３０の振動体は電気的に直列に接続されており、Ａ相、ＮＡ相、Ｂ相、ＮＢ相の駆動電圧ラインに９０°ごとに位相のずれた交流電圧を印加することができる。これにより、振動が励起され、間接的に接続されている傘歯歯車３３が駆動する。図１４は、第２実施形態に係る振動型アクチュエータ２０の構成の一例を示す図である。振動型アクチュエータ２０は、ロータ２３、セラミック弾性体２４、圧電体２５および摩擦部材２６を有する。ロータ２３は、出力軸２１を中心に接合されており、出力軸２１と共に回転自由に保持されている。セラミック弾性体２４は、櫛状の突起構造を有する非導電性の部材である。圧電体２５は、セラミック弾性体２４に接着されている。また、摩擦部材２６はセラミック弾性体２４の突起構造の上部に接着されており、接触部が低速且つ安定して摩耗するように選定されている。
【００４２】
図１５は、円環状の圧電体２５の電極構造を示す図である。図１５には、圧電体２５の一方の面の電極と各相（Ａ相、ＮＡ相、Ｂ相、ＮＢ相）の駆動電圧ラインとの接続状態が示されている。図１５の符号３４〜３７は、Ａ相、ＮＡ相、Ｂ相、ＮＢ相の表面（または裏面）を示す。図１６は、圧電体２５の配線構造を示す図である。圧電体２５の裏面電極も図１５と同様に分割されており、Ａ相の裏面はＮＡ相となっており、Ｂ相の裏面はＮＢ相となっている。図１６に示されるように、Ａ相とＮＡ相との間のインダクタ３８とＢ相とＮＢ相との間のインダクタ３９とは並列に接続されている。Ａ相とＮＡ相とに印可される交流電圧と、Ｂ相とＮＢ相とに印可される交流電圧の位相は１８０°ずれている。
【００４３】
図１７は、第２実施形態の振動型アクチュエータの駆動回路の第１の例を示す図である。振動型アクチュエータ２０には、位相が１８０°ずれたＡ相とＮＡ相およびＢ相とＮＢ相により入力される交流電圧の位相がそれぞれ異なる複数の振動区画が形成される。Ａ相−ＮＡ相間にはインダクタ３８が、Ｂ相−ＮＢ相間にはインダクタ３９が並列接続されている。振動型アクチュエータ２７、３０内も同様に接続されており、振動型アクチュエータ２０、２７、３０は相ごとに直列接続されている。図１７の例では、３つの振動型アクチュエータ２０、２７、３０が直列に接続されて構成されており、全体として端子Ａ、ＮＡ、Ｂ、ＮＢを有する１つの振動型アクチュエータ４０が構成されている。各振動型アクチュエータ２０、２７、３０は破線で囲まれた領域を示しており、振動型アクチュエータ４０は点線で囲まれた領域を示している。
【００４４】
振動型アクチュエータ４０の端子Ａ−ＮＡ間には周波数マッチング用のコンデンサ１９および増幅用のトランス１８の２次側巻線が並列に接続されている。また、振動型アクチュエータ４０の端子Ｂ−ＮＢ間には周波数マッチング用のコンデンサ４２および増幅用のトランス４１の２次側巻線が並列に接続されている。電圧発生部４３は、交流電圧を発生する。電圧発生部４３のＡ−ＮＡおよびＢ−ＮＢに、それぞれ不図示のＨブリッジ回路（電力増幅回路）が接続されている。Ｈブリッジ回路の出力するパルス状駆動電圧は、トランス１８、４１、電圧発生部４３の間に挿入されたインダクタ４４、４６、コンデンサ４５、４７による直列共振回路で波形整形される。そして、波形整形されたパルス状駆動電圧は、トランス１８、４１で増幅されて振動型アクチュエータ４０に印加される。インダクタ４４、４６、コンデンサ４５、４７で構成される直列共振回路は、振動型アクチュエータ４０の駆動周波数範囲の所定の周波数にてマッチング調整されている。これにより、振動型アクチュエータ４０の駆動電圧振幅が駆動周波数範囲で大きく変動することが抑制される。
【００４５】
電圧発生部４３の各Ｈブリッジの電流検知用のソース端子には電流計測用の抵抗１４、４８が接続されている。抵抗１４、４８は、振動型アクチュエータ４０に含まれる各振動体の振動速度に応じた電流を計測している。振幅検知部１５は、抵抗１４、４８の計測値に基づいて、振動体の振動速度を検知する。比較部１６は、不図示の振動振幅指令手段からの振動振幅指令と振幅検知部１５の検知結果（振動体の振幅速度）とを比較する。電源制御部１７は、比較結果に応じて、周波数とパルス幅と電圧振幅のうち少なくとも１つの指令を電圧発生部４３に対して出力する。
【００４６】
一般に、振動型アクチュエータは、摩擦部材の製造ばらつきや、振動体の平面精度に起因する加圧ばらつき等の影響で、共振周波数や内部損のばらつき或いは変動がある。回転角度に応じた変化や経時的な摩耗の進行に起因する変化もあるため、複数の振動型アクチュエータの振動特性を揃えることは難しい。しかし、上述したように、直列接続される振動体のそれぞれに並列にインダクタが接続される。このため、各振動体の振幅特性は揃い、比較的揃った力を傘歯歯車３３に伝達することができ、歯車の摩耗が少なく効率の良い駆動が可能である。
【００４７】
図１７の例では、振動型アクチュエータ４０は、トランス１８、４１やインダクタ４４、４６、コンデンサ４５、４７を含んでいないが、各部品の一部または全部が振動型アクチュエータ４０に含まれていてもよい。振動型アクチュエータ４０が、固有の共振周波数に応じて周波数マッチングされる各部品を含むことで、振動型アクチュエータ４０を使用する際の調整が不要になる。これにより、振動型アクチュエータ４０を使用するユーザの利便性が向上するとともに、性能ばらつきが低減する。また、インダクタ４４とコンデンサ４５とのうち何れか一方が、トランス１８の１次側に直列に接続されてもよい。同様に、インダクタ４６とコンデンサ４７とのうち何れか一方が、トランス４１の１次側に直列に接続されてもよい。コンデンサは直流電流の遮断用として、インダクタは波形を滑らかにする効果がある。
【００４８】
また、本実施形態では、３つの振動型アクチュエータ３０、２７、３０を直列に接続し、傘歯歯車３３で結合した全体を１つの振動型アクチュエータ４０として説明した。該振動型アクチュエータ４０を１つの振動体ユニットとして、複数の振動体ユニットを直列または並列に接続した構成を採用することもできる。これにより、高出力の振動型アクチュエータが構成される。この場合、振動体ユニットを構成する３つの振動型アクチュエータとしては、振動体の共振周波数の平均値が、振動型アクチュエータ４０に含まれる３つの振動型アクチュエータの共振周波数の平均値と概ね等しくなるようにすることが好ましい。また、上記の複数の振動体ユニットを機械的に結合する方法としては、傘歯歯車３３と同等の歯車を複数同じシャフトに結合した状態で、図１３に示されるような複合振動型アクチュエータを複数結合する方法や他の歯車を介して結合する方法等がある。
【００４９】
図１８は、第２実施形態に係る振動型アクチュエータの駆動回路の第２の例を示す図である。第２の例の振動型アクチュエータの駆動回路では、２つの振動体ユニット１０４、１０７が直列に接続されている。振動体ユニット１０４は、振動型アクチュエータ２０、２７、３０、およびトランス１８、４１を有しており、振動体ユニット１０７は、振動型アクチュエータ１０１、１０２、１０３、およびトランス１０５、１０６を有している。図１８の振動型アクチュエータの駆動回路において、振動体ユニットごとにトランスの巻線比を変更することにより、各振動型ユニットの回転速度の比を調整することができる。
【００５０】
また、第２実施形態では、振動体ユニットに含まれる直列に接続した３つの振動型アクチュエータ２０、２７、３０が傘歯歯車２２、２９、３２を介して１つのシャフトを駆動したが、それぞれ異なる接触体を駆動してもよい。例えば、ショーウィンドウに飾られる複数の人形（接触体）を動かす場合等、接触体を同期して動かす必要がない用途に、複数の振動型アクチュエータを適用できる。この場合、適度な速度で複数の振動型アクチュエータを安定して駆動できるため有効である。例えば、図１４の振動型アクチュエータの傘歯歯車２２の代わりに、それぞれ異なる人形を取り付けた３つの振動型アクチュエータを電気的に直列に接続することにより、３つの人形をほぼ同じ速度で回転させることができる。また、図１８の振動型アクチュエータの駆動回路において、各トランスの巻線比をそれぞれ調整することで振動体ユニットごとに人形を回転する速度を変化させることも可能である。また、各トランスの巻線比を調整するとともに、接続する歯車のギア比を調整すれば、必要なトルクに応じた調整を行うことも可能である。
【００５１】
＜第３実施形態＞
次に、第３実施形態について説明する。図１９は、第３実施形態の振動体の構成および振動モードを示す図である。図１９（ａ）において、振動体４９は、非導電性材料で製造された板状の振動体である。振動体４９の表面には、接触体に接触する２つの突起が設けられている。圧電体５０は、振動体４９の一部を構成し、振動体４９を加振する。図１９（ｂ）は、圧電体５０に設けられた電極を示しており、電極５３と電極５４との間は電気的に絶縁されている。電極５３と電極５４とには、それぞれ位相が独立して変化する２つの交流電圧が印加される。圧電体５０の裏面にも同様の２つの電極が設けられており、電極５３、５４の一部に設けられた不図示のビアを介して表面から通電可能に構成されている。
【００５２】
図１９（ｃ）は、電極５３と電極５４とに同相の交流電圧を印加した際に励起される振動モードの振動形態を示す。図１９（ｄ）は、電極５３と電極５４とに逆相の交流電圧を印加した際に励起される振動モードの振動形態を示す。電極５３と電極５４とに印加する交流電圧の位相差が０°である場合、図１９（ｃ）の振動モードが励起される。電極５３と電極５４とに印可する交流電圧の位相差が１８０°である場合、図１９（ｄ）の振動モードが励起される。また、交流電圧の位相差が０°と１８０°との間である場合、両方の振動モードが同時に励起される。交流電圧の位相差としては、０°から１２０°程度が使用されるケースが多い。そして、振動体４９に設けられた突起に加圧接触された接触体が移動する。接触体が直方体の場合、振動体４９に設けられた突起に加圧接触された接触体が、長方形の長手方向に移動する。
【００５３】
図２０は、第３実施形態の直動型の振動型アクチュエータの第１の例を示す図である。図２０（ａ）は、接触体５２の移動方向と直交する方向から見た図である。２つの振動体４９、５１の突起部が互いに向い合せに配置されており、上下方向から接触体５２を挟んだ状態で、接触体５２が図２０（ａ）の矢印の方向に移動するように構成されている。図２０（ｂ）は、接触体５２の移動方向から見た図であり、振動体４９、５１が接触体５２に対して上下対称に（周上に１８０°の間隔で均等に）配置されている。
【００５４】
図２１は、第３実施形態に係る振動型アクチュエータの駆動回路の第１の例を示す図である。図２１において、振動体４９の圧電体と振動体５１の圧電体とが相ごとに直列に接続されており、振動体４９と振動体５１とにそれぞれインダクタが並列に接続されている。振動体４９、５１は、インダクタ４４、４６およびコンデンサ４５、４７からなる直列共振回路を介して、電圧発生部４３のＨブリッジに接続されている。直列共振回路は、インダクタとコンデンサとのうち何れか一方でもよい。電圧発生部４３は、９０°ごとに位相の異なる４相のパルス信号を出力している。推力検知部５５は、接触体５２への推力を検知し、検知した推力を比較部５６に出力する。比較部５６は、検知された推力と、不図示の指令手段からの推力指令とを比較し、比較結果を出力する。振幅振動指令部５７は、比較部５６が出力した比較結果に応じて、振動体４９、５１の振動振幅を制御する。
【００５５】
また、電圧発生部４３の各Ｈブリッジの電流検知用のソース端子には、振動体４９、５１の振動速度に応じた電流を計測するための抵抗１４、４８が接続されている。振幅検知部１５は、抵抗１４、４８が計測した電流から振動振幅を検知する。比較部１６は、検知された振動振幅と振幅振動指令部５７からの振動振幅指令とを比較する。電源制御部１７は、比較結果に応じて、電圧発生部４３に対して周波数とパルス幅と電圧振幅とのうち少なくとも１つを制御する。
【００５６】
ここで、例えば、振動体４９、５１の推力が目標より小さい場合には電圧発生部４３が出力する交流電圧の周波数は振動体４９、５１の共振周波数に近付き、振動体４９、５１の振動振幅が増加する。これにより、振動体４９、５１の推力が増加する。ここで、推力検知部５５を、接触体５２の速度を検知する速度検知部とし、比較部５６が、不図示の指令手段からの推力指令からの速度指令と比較する構成を採用することで、接触体５２の移動速度を制御することもできる。
【００５７】
また、図２１の例では、上下２つの振動体４９、５１で接触体５２を挟んだ振動体ユニットを構成したが、接触体５２を断面が正方形の角柱とし、振動体４９、５１の突起を角柱に向けて４面から角柱を加圧するように構成しても良い。図２２は、第３実施形態の直動型の振動型アクチュエータの第２の例を示す図である。図２２において、４つの振動体４９、５１、６２、６３は、断面が正方形の角柱の接触体６４の中心に対して周上に９０°ごとに均等に配置されている。図２２に示される振動体４９、５１、６２、６３は、各振動体の圧電体に設けられた不図示の２つの電極が印加される交流電圧の相ごとに直列に接続されており、各振動体にはインダクタが並列に接続されている。接触体６４は、断面が円形の円柱形状の接触体であってもよい。図２２の例では、４つの振動体を直列接続することにより１つの振動体ユニットが構成されるが、対向する２つの振動体を１つの振動体ユニットとして、２つの振動体ユニットを直列または並列に接続する構成を採用してもよい。また、４つの振動体を１つの振動体ユニットとして、複数の振動体ユニットを接触体６４の移動方向に沿って配列し、各振動体ユニットを並列または直列に接続する構成を採用してもよい。
【００５８】
また、同一面上に突起が設けられた複数の振動体を、円環または円板上の接触体の周方向に沿って均等に配置する構成を採用してもよい。図２３は、第３実施形態の直動型の振動型アクチュエータの第３の例を示す図である。図２３において、３つの振動体５８、５９、６０は、円環状の接触体６１に沿って均等に配置されている。振動体５８、５９、６０は電気的に直列に接続され、振動体５８、５９、６０にはそれぞれ相ごとにインダクタが並列に接続される。図２３の例では、複数の振動体が１つの接触体を駆動しているが、複数の振動体がそれぞれ異なる接触体を駆動してもよい。また、複数の振動体が複数の振動体グループに分割された場合、振動体グループごとに異なる接触体を駆動してもよい。
【００５９】
＜第４実施形態＞
次に、第４実施形態について説明する。図２４は、第４実施形態の振動型アクチュエータの第１の例を示す図である。図２４において、振動体６５、６７および振動体６６、６８は、それぞれ２つで１つの振動体ユニットを構成している。振動体６５、６７は、Ｙ軸方向に接触体６９を駆動するＹ軸振動体ユニットを構成している。振動体６５と振動体６７とは電気的に直列に接続され、振動体６５と振動体６７とのそれぞれにインダクタが並列に接続されている。振動体６６、６８は、Ｘ軸方向に接触体６９を駆動するＸ軸振動体ユニットを構成している。振動体６６と振動体６８とは電気的に直列に接続され、振動体６６と振動体６８とのそれぞれにインダクタが並列に接続されている。Ｘ軸振動体ユニットの共振周波数とＹ軸振動体ユニットとの共振周波数とは相互に影響しない程度に十分に離れており、駆動周波数域が重ならないように各振動体の形状が調整されている。
【００６０】
図２５は第４実施形態の振動型アクチュエータの駆動回路の第１の例を示す図である。Ｙ軸振動体ユニットである振動体６５、６７およびＸ軸振動体ユニットである振動体６６、６８は、それぞれ相ごとに直列に接続されている。また、各振動体にはインダクタとコンデンサとがそれぞれ並列に接続されている。インダクタとコンデンサの値は、Ｙ軸振動体ユニットはＹ軸周波数Ｆｙ、Ｘ軸振動体ユニットはＸ軸周波数Ｆｘに周波数マッチングされている。
【００６１】
図２６は、第４実施形態における各振動体ユニットの振動特性を示す図である。実線はＸ軸振動体ユニットの振動特性を示し、破線はＹ軸振動体ユニットの振動特性を示す。それぞれ最大振幅の周波数に対して高周波側に駆動周波数域があり、駆動周波数域内にＸ軸周波数Ｆｘ、Ｙ軸周波数Ｆｙが設定されている。図２５の電圧発生部７０は、Ｘ軸周波数ＦｘおよびＹ軸周波数Ｆｙを含む２つの周波数域の交流電圧を合成して、それぞれの周波数域において２相の交流電圧を発生する。振幅検知部７１は、電流を検知する抵抗１４が計測した各振動体の振動速度に応じて流れる２相の電流の総和信号に基づいて、Ｘ軸周波数域とＹ軸周波数域との周波数域ごとの振動振幅を検知し、検知結果を出力する。比較部１６、７２は、不図示の指令手段からのＸ軸振幅指令およびＹ軸振幅指令と振幅検知部７１が出力した検知結果とを比較する。電源制御部１７、７３は、比較部１６、７２の比較結果に基づいて、Ｘ軸振動体ユニットおよびＹ軸振動体ユニットに印加する交流電圧の周波数を制御する。
【００６２】
また、不図示の指令手段は、不図示の２次元位置検知手段の出力をモニタして各軸の目標位置と比較する。そして、不図示の指令手段は、比較結果の符号に応じてＸ軸位相、Ｙ軸位相を「９０°」または「−９０°」に切り替えるとともに、比較結果の絶対値に応じてＸ軸振幅指令、Ｙ軸振幅指令を設定する。２つの周波数域の信号を分離する方法としては、フィルタを用いて分離する方法や、ＦＦＴ演算によって周波数と振幅とを求める方法、電圧発生部７０が発生した同期信号の同期検波を行う方法等がある。
【００６３】
また、電流の総和からＸ軸振動体ユニットとＹ軸振動体ユニットとのそれぞれの振動速度を検知する場合、単に周波数を分離するだけでは振幅の計測に誤差が発生する。そこで振幅検知部７１に、予め得られる周波数ごとの振幅のオフセット値を設定し、求められた振幅および周波数の情報に対して、オフセット値に基づく補正計算を行うことで、精度の高い振動速度の検知が可能である。
【００６４】
図２７は、第４実施形態の振動型アクチュエータの駆動回路の第２の例を示す図である。駆動周波数域の異なる振動体ユニットが、それぞれ個別的にトランスを介して電圧発生部７０に接続されている。各トランスと電圧発生部７０との間には振動体ユニットごとに決められる駆動周波数域内の所定の周波数で周波数マッチングされたインダクタとコンデンサとからなる直列回路が挿入されている。
【００６５】
図２８は、第４実施形態の振動型アクチュエータの第２の例を示す図である。図２８において、複数の振動体ユニット７４、７５、７６、７７、７８は、直列に接続された複数の振動体および各振動体のそれぞれに並列に接続されたインダクタを有する。振動体ユニット７４、７５、７６、７７、７８は、それぞれ、駆動周波数域が重ならない振動体を有して構成されている。振動体ユニット７４、７５、７６、７７、７８は、電気的に並列に接続されており、２相の交流電圧Ａ、Ｂで駆動される。振動体ユニット７４、７５、７６、７７、７８は、は、図２０または図２２のように直動する接触体を電気的に直列接続した複数の振動体で挟持しており、接触体にはワイヤ束７９が結合されている。ワイヤ束７９は、指を模したチューブ状の屈曲駆動体８０に係合されており、ワイヤ束７９の各ワイヤを押し引きすることによって屈曲駆動体８０の複数の疑似間接を曲げ伸ばしするように構成されている。振動体ユニット７４、７５、７６、７７、７８に対して、ワイヤ束７９の１本のワイヤが対応している。振動体ユニット７４、７５、７６、７７、７８に内包される接触体を直動させることで、指を曲げ伸ばしするように屈曲駆動体８０を駆動することができる。従って、少ない配線数で複数の軸を駆動できるため、複数の間接を持つ複雑なロボットハンド等を駆動させる際に有効である。
【００６６】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上述した各実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。
【符号の説明】
【００６７】
１、２、３        振動体
４                円柱シャフト
５、６、７        インダクタ
１０、１１、１２  振動体ユニット
１３              電圧発生部
１４              抵抗
１５              振幅検知部
１６              比較部
１７              電源制御部
１８              トランス
２５              圧電体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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