(57)【要約】  回転子に対して、所定の方向に回転させることができると共に、広い可動範囲の動作を可能にする。  振動アクチュエータ１０１は、互いに回転中心軸が異なる、第一ローラ軸１０を有する第一ローラ１と、第二ローラ軸１１ａ及び第三ローラ軸１１ｂを有する第二ローラ２とを一体に含むローラ本体１００を備える。さらに、第一ローラ１に接触配置される第一固定子３と、第二ローラ２に接触配置される第二固定子４と、第一固定子３を振動させることにより、第一ローラ１を回転中心軸の周りに回転させる第一圧電素子５と、第二固定子４を振動させることにより、第二ローラ２を回転中心軸の周りに回転させる第二圧電素子６とを備える。
2010007837.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに異なる回転中心軸を有する第一ローラと第二ローラとを一体に含む回転子と、
前記第一ローラに接触配置される第一固定子と、
前記第二ローラに接触配置される第二固定子と、
前記第一固定子を振動させることにより、前記第一ローラを回転させる第一振動手段と、
前記第二固定子を振動させることにより、前記第二ローラを回転させる第二振動手段と
を備える振動アクチュエータ。
【請求項２】
回転中心軸をもつ第一ローラと、
前記第一ローラに接触配置される第一固定子と、
前記第一固定子を振動させることにより、前記第一ローラを回転させる第一振動手段と
を有する第一振動アクチュエータ部と、
回転中心軸をもつ第二ローラと、
前記第二ローラに接触配置される第二固定子と、
前記第二固定子を振動させることにより、前記第二ローラを回転させる第二振動手段と
を有する第二振動アクチュエータ部と
を備え、
前記第一振動アクチュエータ部の前記第一ローラと、前記第二振動アクチュエータ部の前記第二ローラとが一体化され、
一体化された前記第一ローラの前記回転中心軸と前記第二ローラの前記回転中心軸とが異なる振動アクチュエータ。
【請求項３】
前記第一振動手段及び前記第二振動手段は、
互いに積層されると共に、電圧を印加されて超音波振動を発生する複数の圧電素子板からなり、
前記第一振動手段における前記圧電素子板の積層方向の端部に、前記第一固定子が配置され、
前記第二振動手段における前記圧電素子板の積層方向の端部に、前記第二固定子が配置される
請求項１または２に記載の振動アクチュエータ。
【請求項４】
前記第一ローラの前記回転中心軸の周りにおいて、前記第一ローラを回転自在に支持し、
前記第一固定子及び前記第一振動手段を貫通する第一軸部を有する
第一支持部材と、
前記第一支持部材を介して前記第一固定子に対して前記第一ローラを加圧する第一予圧手段と、
前記第二ローラの前記回転中心軸の周りにおいて、前記第二ローラを回転自在に支持し、
前記第二固定子及び前記第二振動手段を貫通する第二軸部を有する
第二支持部材と、
前記第二支持部材を介して前記第二固定子に対して前記第二ローラを加圧する第二予圧手段と
をさらに備える
請求項１または２に記載の振動アクチュエータ。
【請求項５】
前記第一振動手段に接触配置される第三固定子をさらに備え、
前記第三固定子は、前記第一振動手段の振動により振動されると、前記第一支持部材を中心に、前記第三固定子に対して接触配置される対象物を回転させる
請求項４に記載の振動アクチュエータ。
【請求項６】
前記第一ローラと前記第一固定子との接触面が円筒面の一部であり、
前記第二ローラと前記第二固定子との接触面が円筒面の一部である
請求項１または２に記載の振動アクチュエータ。
【請求項７】
前記第一ローラの前記回転中心軸と前記第二ローラの前記回転中心軸とは、それらの回転中心軸の方向が互いに直角な関係になっている
請求項１または２に記載の振動アクチュエータ。
【請求項８】
前記第一ローラにおける前記第一固定子との接触面が円筒面の一部であり、
前記第二ローラにおける前記第二固定子との接触面が平面であり、
前記第一ローラは、前記第一固定子との接触面である前記円筒面の中心軸を中心に回転可能であり、
前記第二ローラは、前記第二固定子との接触面に直角な軸を中心に回転可能である
請求項１または２に記載の振動アクチュエータ。
【請求項９】
前記第一ローラの前記回転中心軸の周りにおいて、前記第一ローラを回転自在に支持し、
前記第一固定子及び前記第一振動手段を貫通する第一軸部を有する
第一支持部材と、
前記第一支持部材を介して前記第一固定子に対して前記第一ローラを加圧する第一予圧手段と、
前記第二ローラにおける前記第二固定子との接触面に結合されて、前記第二ローラを支持し、
前記第二固定子及び前記第二振動手段を貫通する第二軸部を有する
第二支持部材と、
前記第二支持部材を介して前記第二固定子に対して前記第二ローラを加圧する第二予圧手段と
をさらに備える
請求項８に記載の振動アクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、振動手段の振動により、ローラを回転させる振動アクチュエータに関する。
【背景技術】
【０００２】
ロボットのハンドやアームの関節等のように、多自由度であり、且つ高トルクな駆動を要求される部位に使用されるアクチュエータとして、超音波振動を発生して駆動する振動アクチュエータが提案されている。
例えば、特許文献１には、球状の回転子を挟んで２つの固定子を備え、さらに回転子及び２つの固定子を貫通する１つのワイヤを備える振動アクチュエータが示されている。２つの固定子はそれぞれ積層された圧電体を備えている。また、このワイヤの張力により、回転子と固定子のそれぞれとの間には、回転子に対して固定子が圧着させられる方向の力である予圧力が与えられている。そこで、交流電圧を印加されて圧電体が振動すると、振動する圧電体を備える固定子は振動し、この振動により回転子が回転する。
よって、この振動アクチュエータは、２つの固定子が１つの回転子を回転させることにより、一方の固定子に対して他方の固定子が多自由度に屈折するように駆動する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−５１５６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１における振動アクチュエータにおいては、球体状の回転子を固定子によって回転させているため、回転子を所定の方向に回転させる場合において、その回転方向が意図しない方向にずれてしまうという問題がある。また、回転子の回転に伴って、ワイヤが回転子の貫通孔内において屈折しつつ移動するが、回転子の回転可能な範囲はこのワイヤの貫通孔内における移動範囲によって制約されてしまい、回転子の可動範囲が狭くなるという問題もある。【０００５】
この発明は、このような問題点を解決するためになされたものであり、回転子に対して、所定の方向に回転させることができると共に、広い可動範囲の動作を可能にする振動アクチュ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】
【０００６】
この発明に係る振動アクチュエータは、互いに異なる回転中心軸を有する第一ローラと第二ローラとを一体に含む回転子と、第一ローラに接触配置される第一固定子と、第二ローラに接触配置される第二固定子と、第一固定子を振動させることにより、第一ローラを回転させる第一振動手段と、第二固定子を振動させることにより、第二ローラを回転させる第二振動手段とを備える。【０００７】
また、この発明に係る振動アクチュエータは、回転中心軸をもつ第一ローラと、第一ローラに接触配置される第一固定子と、第一固定子を振動させることにより、第一ローラを回転させる第一振動手段とを有する第一振動アクチュエータ部と、回転中心軸をもつ第二ローラと、第二ローラに接触配置される第二固定子と、第二固定子を振動させることにより、第二ローラを回転させる第二振動手段とを有する第二振動アクチュエータ部とを備え、第一振動アクチュエータ部の第一ローラと、第二振動アクチュエータ部の第二ローラとが一体化され、一体化された第一ローラの回転中心軸と第二ローラの回転中心軸とが異なる。
【発明の効果】
【０００８】
この発明によれば、振動アクチュエータは、回転子に対して、所定の方向に回転させることができると共に、広い可動範囲の動作を可能にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施の形態１に係る振動アクチュエータの構成を示す斜視図である。
【図２】図１のローラ本体を示す斜視図である。
【図３】図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面を示す模式図である。
【図４】図３の圧電素子に係る構成を示す部分断面図である。
【図５】図３の圧電素子に含まれる圧電素子板の分極方向を示す斜視図である。
【図６】本発明の実施の形態２に係る振動アクチュエータの構成を示す斜視図である。
【図７】図６のＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿った断面を示す模式図である。
【図８】図７の圧電素子に含まれる圧電素子板の分極方向を示す斜視図である。
【図９】本発明の実施の形態３に係る振動アクチュエータのローラ本体の構成を示す斜視図である。
【図１０】本発明の実施の形態４に係る振動アクチュエータの構成を示す斜視図である。
【図１１】図１０のＸＩ−ＸＩ線に沿った断面を示す模式図である。
【図１２】図１１の圧電素子に含まれる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形態】
【００１０】
以下に、この発明の実施の形態について、添付図面に基づいて説明する。
【００１１】
実施の形態１．
まず、図１〜５を用いて、この発明の実施の形態１に係る振動アクチュエータ１０１の構成を示す。
【００１２】
図１を参照すると、振動アクチュエータ１０１は、半円筒状をした一対のローラ部１ａ及びローラ部１ｂを備えている。ローラ部１ａ及び１ｂは、対向して設けられており、同形状をした鏡像の関係にある。ローラ部１ａ及び１ｂは、回転中心軸である第一ローラ軸１０によって連結されており、ローラ部１ａ及び１ｂの円筒の軸心と第一ローラ軸１０の軸心とは同一となっている。なお、ローラ部１ａ及び１ｂは、後述において説明するが、一体に動作する１つのローラとして第一ローラ１を構成している。
【００１３】
また、ローラ部１ａ及び１ｂそれぞれの円筒面１ａａ及び１ｂａに接触するようにして配置された略円筒状の第一固定子３が設けられている。第一固定子３には、ローラ部１ａ及び１ｂ側となる端面にその中心を通る溝部３ｃが形成されており、溝部３ｃの上部における角部３ａ１及び３ｂ１は面取りがなされている。よって、第一固定子３におけるローラ部１ａ及び１ｂ側の端部には、溝部３ｃを挟み、略台形五角形状の断面を有する帯状の凸部３ａ及び３ｂが形成されることになる。さらに、第一固定子３は、この凸部３ａの面取り部３ａ１及び凸部３ｂの面取り部３ｂ１においてローラ部１ａの円筒面１ａａ及びローラ部１ｂの円筒面１ｂａとそれぞれ接触し、凸部３ａ及び３ｂの双方によってローラ部１ａ及び１ｂはそれぞれ支持される。なお、凸部３ａの面取り部３ａ１及び凸部３ｂの面取り部３ｂ１は、ローラ部１ａ及び１ｂの円筒面１ａａ及び１ｂａと整合する形状を有している（図３参照）。
【００１４】
第一固定子３におけるローラ部１ａ及び１ｂと反対側の端面には、円筒状の第一圧電素子５がその一方の端面を接触させるようにして配置されており、第一圧電素子５は第一振動手段を構成している。さらに、第一圧電素子５における第一固定子３と反対側となる他方の端面には、円筒状をした第一基部ブロック７及び第三基部ブロック９が順次設けられている。なお、第一基部ブロック７は第三基部ブロック９に固定されている。また、第一固定子３、第一圧電素子５、及び第一基部ブロック７は、１つの円柱状の外形を形成し第一アクチュエータ本体１０１ａを構成している。なお、第三基部ブロック９は、振動アクチュエータ１０１を備える図示しないロボットのハンドやアーム等の機械に固定されている。
【００１５】
また、第一ローラ軸１０には、第一支持部材１２が第一ローラ軸１０に対して回転自在に設けられており、第一支持部材１２は、第一固定子３に対して第一ローラ１を固定し支持している。第一支持部材１２は、第一ローラ軸１０によって貫通される２つの板状の取付部１２ａ及び１２ｂを１つの板状の連結部１２ｃで連結し、さらに連結部１２ｃに棒状の第一軸部である軸部１２ｄを接続した形状を有する。軸部１２ｄは、第一固定子３、第一圧電素子５、及び第一基部ブロック７を貫通して第三基部ブロック９の内部に延びている。さらに、軸部１２ｄは、その端部に円板１２ｅを有し、さらに、円板１２ｅと第一基部ブロック７との間に弾性部材であるバネ１２ｆを有している。バネ１２ｆは、軸部１２ｄの周りに巻き付けるようにして配置されており、軸部１２ｄは、バネ１２ｆにより方向Ａに引張力を受けている。従って、第一支持部材１２に付与される引張力によって、第一ローラ１は、第一固定子３に対して押し付けられている、すなわち、第一固定子３に対して第一ローラ１を加圧する予圧力が付与されており、バネ１２ｆは第一予圧手段を構成している。
ここで、説明の便宜上、第三基部ブロック９から第一ローラ軸１０へ向かう第一支持部材１２の軸部１２ｄの軸心をｚ軸と規定し、ｚ軸に対して垂直である第一ローラ軸１０の軸心方向にｘ軸が、ｘ軸及びｚ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。
【００１６】
また、図２を参照すると、第一固定子３の側面において凸部３ａ及び３ｂの間の溝部３ｃには、コ字形状をした第一センサ支持部１６がｚ軸正方向に向かって突出して設けられている。さらに、第一センサ支持部１６には第一角度センサ１８が取り付けられており、また、第一角度センサ１８は第一ローラ軸１０と接続されている。なお、第一角度センサ１８は、第一ローラ１の初期設定位置に対する回転角度を検出するものであり、この第一アクチュエータ本体１０１ａに対して電気的に接続されて駆動を制御する駆動回路５６（図３参照）と電気的に接続されている。第一角度センサ１８によって検出された回転角度情報は、駆動回路５６（図３参照）に送られ、駆動回路５６（図３参照）は、この回転角度情報に基づき第一アクチュエータ本体１０１ａの駆動を制御して、第一ローラ１を所定の角度だけ回転させる。なお、第一アクチュエータ本体１０１ａの駆動により第一ローラ１を回転させる動作の詳細は後述にて示す。
【００１７】
次に、図３を参照すると、第一圧電素子５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略円環板状の第一圧電素子部５１及び第二圧電素子部５２を有している。第一圧電素子部５１及び第二圧電素子部５２は、絶縁シート５３及び５５を介して第一固定子３及び第一基部ブロック７から絶縁され、絶縁シート５４を介して互いに絶縁された状態で配置されている。また、第一圧電素子部５１及び第二圧電素子部５２に駆動電圧を印加して、それぞれを駆動するための駆動回路５６が設けられており、駆動回路５６は第一圧電素子部５１及び第二圧電素子部５２とそれぞれ電気的に接続されている。
さらに、図４を参照すると、第一圧電素子５の第一圧電素子部５１は、それぞれ略円環板形状を有する電極板５１ａ、圧電素子板５１ｂ、電極板５１ｃ、圧電素子板５１ｄ及び電極板５１ｅが順次重ね合わされた積層構造を有している。同様に、第二圧電素子部５２は、それぞれ略円環板形状を有する電極板５２ａ、圧電素子板５２ｂ、電極板５２ｃ、圧電素子板５２ｄ及び電極板５２ｅが順次重ね合わされた積層構造を有している。
【００１８】
第一圧電素子部５１の両端面部分に配置されている電極板５１ａ及び電極板５１ｅと、第二圧電素子部５２の両端面部分に配置されている電極板５２ａ及び電極板５２ｅとがそれぞれ電気的に接地されている。また、第一圧電素子部５１の一対の圧電素子板５１ｂ及び５１ｄの間に配置されている電極板５１ｃと、第二圧電素子部５２の一対の圧電素子板５２ｂ及び５２ｄの間に配置されている電極板５２ｃとがそれぞれ駆動回路５６に電気的に接続されている。
【００１９】
さらに、図５に示すとおり、第一圧電素子部５１の一対の圧電素子板５１ｂ及び５１ｄのそれぞれは、ｙ軸方向に離れるような形状に２分割されており、その各部分が互いに逆極性を有し、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いる。つまり圧電素子板５１ｂと５１ｄとの間に配置される電極板５１ｃ（図４参照）に交流電圧が印加された際に、協働して第一固定子３の凸部３ａ及び３ｂ（図３参照）をｘ軸回り（ｙｚ平面内）に振動させるように、圧電素子板５１ｂと圧電素子板５１ｄとは互いに裏返しに配置されている。一方、第二圧電素子部５２の一対の圧電素子板５２ｂ及び５２ｄのそれぞれは、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いる。つまり圧電素子板５２ｂと５２ｄとの間に配置される電極板５２ｃ（図４参照）に交流電圧が印加された際に、協働して第一固定子３の凸部３ａ及び３ｂ（図３参照）をｚ軸方向に振動させるように、圧電素子板５２ｂと圧電素子板５２ｄは互いに裏返しに配置されている。
【００２０】
次に、図１に戻ると、第一ローラ１のローラ部１ａ及び１ｂには、これらを連結するようにして配置された一対のローラ部２ａ及び２ｂが結合されている。よって、ローラ部１ａ及び１ｂ、並びに、ローラ部２ａ及び２ｂは、互いに結合されて一体となっており、１つの回転子であるローラ本体１００を構成している。
また、ローラ部２ａ及び２ｂは、第一ローラ軸１０を挟んで対向して設けられており、同形状の半円筒状を有し鏡像の関係となっている。さらに、ローラ部２ａ及び２ｂは、それぞれの円筒面２ａａ及び２ｂａをローラ部１ａ及び１ｂと反対側に配置するようにして設けられている。また、ローラ部２ａ及び２ｂはそれぞれの回転中心軸を互いに同一としており、ローラ部２ａ及び２ｂのそれぞれ回転中心軸は、ローラ部１ａ及び１ｂの回転中心軸である第一ローラ軸１０の軸心と互いに直角で同一平面内にある関係となっている。
よって、ローラ部２ａ及び２ｂは、１つの第二ローラ２を構成して一体に同一方向に回転動作し、また、第一ローラ１のローラ部１ａ及び１ｂも一体に同一方向に回転動作する。
【００２１】
また、ローラ部２ａ及び２ｂそれぞれの円筒面２ａａ及び２ｂａに接触するように配置された略円筒状の第二固定子４が設けられている。第二固定子４は、第一固定子３と同様の形状を有しており、帯状の凸部４ａ及び４ｂにおいてローラ部２ａ及び２ｂの円筒面２ａａ及び２ｂａとそれぞれ接触する。
【００２２】
第二固定子４におけるローラ部２ａ及び２ｂと反対側の端面には、円筒状の第二圧電素子６がその一方の端面を接触させるようにして配置されており、第二圧電素子６は第二振動手段を構成している。なお、第二圧電素子６は、第一圧電素子５と同じ構成を有しており、駆動回路５６（図３参照）に電気的に接続されている。
さらに、第二圧電素子６における第二固定子４と反対側の端面には、円筒状をした第二基部ブロック８が設けられている。第二固定子４、第二圧電素子６、及び第二基部ブロック８は、１つの円柱状の外形を形成し第二アクチュエータ本体１０１ｂを構成している。
【００２３】
また、第二アクチュエータ本体１０１ｂの内部において、第一支持部材１２と同様の形状を有する第二支持部材１３が設けられており、第二支持部材１３は、第二固定子４及び第二圧電素子６を貫通して第二基部ブロック８に延びている。第二支持部材１３は、取付部１３ａが回転中心軸である第二ローラ軸１１ａによってローラ部２ａと連結され、取付部１３ｂが図示しない回転中心軸である第三ローラ軸１１ｂによってローラ部２ｂと連結されている。よって、第一ローラ軸１０、第二ローラ軸１１ａ、及び第三ローラ軸１１ｂは、それぞれの軸心を同一平面上とし、且つ、第二ローラ軸１１ａと第三ローラ軸１１ｂとの間において、第一ローラ軸１０がこれらに対して直角に延びるようにして配置されている。また、第二支持部材１３の第二軸部である軸部１３ｄは、第一支持部材１２の軸部１２ｄと同様の構成を有しており、バネ１３ｆにより方向Ｂに引張力を受けている。従って、第二支持部材１３に付与される引張力によって、第二ローラ２は、第二固定子４に対して押し付けられている、すなわち、第二固定子４に対して第二ローラ２を加圧する予圧力が付与されており、バネ１３ｆは第二予圧手段を構成している。
【００２４】
また、図２を参照すると、第二固定子４には、第一固定子３と同様にして、コ字形状をした第二センサ支持部１７が設けられており、第二センサ支持部１７には第二角度センサ１９が取り付けられている。なお、第二角度センサ１９は、図示しない第三ローラ軸１１ｂと接続されており、また、駆動回路５６（図３参照）と電気的に接続されている。
従って、振動アクチュエータ１０１は、第一ローラ１及び第二ローラ２を一体として中心軸の方向が異なる２つの円筒面を有するローラ本体１００を形成し、第一ローラ１及び第二ローラ２の各円筒面に第一アクチュエータ本体１０１ａ及び第二アクチュエータ本体１０１ｂをそれぞれ接触配置した構成を有するものである。
【００２５】
一方、第一ローラ１及び第一アクチュエータ本体１０１ａにより第一振動アクチュエータ部１１０ａが構成され、第二ローラ２及び第二アクチュエータ本体１０１ｂにより第二振動アクチュエータ部１１０ｂが構成されるとする。このとき、振動アクチュエータ１０１は、第一振動アクチュエータ部１１０ａ及び第二振動アクチュエータ部１１０ｂを、その第一ローラ１及び第二ローラ２においてそれぞれの回転中心軸の方向が異なるようにして結合し一体としたものであるとみなすこともできる。
【００２６】
次に、図１〜５を用いて、この発明の実施の形態１に係る振動アクチュエータ１０１の動作を示す。
まず、第一ローラ１及び第一アクチュエータ本体１０１ａの動作について説明する。
図５を参照すると、駆動回路５６（図３参照）が、第一圧電素子部５１の電極板５１ｃ（図４参照）に第一アクチュエータ本体１０１ａ（図３参照）の固有振動数に近い周波数の交流電圧を印加すると、第一圧電素子部５１の一対の圧電素子板５１ｂ及び５１ｄの２分割された部分がｚ軸方向に膨張と収縮とを交互に繰り返し、第一固定子３の凸部３ａ及び３ｂ（図３参照）に対してｙｚ平面上のｘ軸回りに揺動させるたわみ振動（超音波振動）を発生する。同様に、駆動回路５６（図３参照）が、第二圧電素子部５２の電極板５２ｃ（図４参照）に交流電圧を印加すると、第二圧電素子部５２の一対の圧電素子板５２ｂ及び５２ｄがｚ軸方向に膨張と収縮とを繰り返し、第一固定子３の凸部３ａ及び３ｂ（図３参照）に対してｚ軸方向の縦振動（超音波振動）を発生する。
【００２７】
そこで、図３を参照すると、駆動回路５６の制御に従って、第一圧電素子部５１の電極板５１ｃ（図４参照）と第二圧電素子部５２の電極板５２ｃ（図４参照）との双方に位相を９０度シフトさせた交流電圧を印加すると、ｘ軸回りに揺動させるたわみ振動とｚ軸方向の縦振動とが組み合わされて、第一固定子３の凸部３ａ及び３ｂにｙｚ面内の楕円振動が発生する。すなわち、第一固定子３の凸部３ａ及び３ｂは、ｘ軸回りの楕円振動をする。なお、印加する交流電圧の位相は、第一圧電素子部５１の電極板５１ｃ（図４参照）に対して第二圧電素子部５２の電極板５２ｃ（図４参照）を９０度進ませるか遅らせることによって、楕円振動の回転方向が方向Ｐ１０及びＱ１０のいずれかに選択可能である。
【００２８】
よって、第一アクチュエータ本体１０１ａには第一支持部材１２によって第一ローラ１に対して予圧力が付与されているため、ｘ軸回りとなる方向Ｐ１０又はＱ１０に楕円振動する第一固定子３の凸部３ａ及び３ｂは、第一ローラ１を引っ掻くようにしてｘ軸回りに回転させる、すなわち、第一ローラ軸１０の周りに方向Ｐ１又はＱ１に回転させる。なお、第一固定子３の凸部３ａ及び３ｂが方向Ｐ１０に楕円振動を行うとき、第一ローラ１は方向Ｐ１に回転し、第一固定子３の凸部３ａ及び３ｂが方向Ｑ１０に楕円振動を行うとき、第一ローラ１は方向Ｑ１に回転する。
【００２９】
また、第三基部ブロック９は振動アクチュエータ１０１を備える図示しないロボットのハンドやアーム等の機械に固定されているため、第一固定子３は、方向Ｐ１及びＱ１の回転方向について固定されていることになる。従って、第一圧電素子５に交流電圧を印加することにより、第一アクチュエータ本体１０１ａは、第一固定子３に対して、第一ローラ１及び第一ローラ１より方向Ｂ側の部位を、第一ローラ軸１０を中心とした方向Ｐ１又はＱ１に回転させる。（図１参照）
なお、第一ローラ１の回転角度は、第一角度センサ１８（図２参照）によって検出されて駆動回路５６に送られ、駆動回路５６は、この回転角度情報に基づき第一アクチュエータ本体１０１ａ（第一圧電素子５）の駆動を制御して、第一ローラ１を所定の方向・角度に回転させる。
【００３０】
一方、図１に戻り、第一アクチュエータ本体１０１ａと同様にして、駆動回路５６（図３参照）の制御に従って、第二アクチュエータ本体１０１ｂの第二圧電素子６に交流電圧を印加すると、第二固定子４の凸部４ａ及び４ｂが楕円振動を行い、これにより、第二ローラ２は、第二固定子４に対して、第二ローラ軸１１ａ及び第三ローラ軸１１ｂの周りに方向Ｐ２又はＱ２に回転する。
【００３１】
また、第三基部ブロック９を介して、ローラ本体１００、すなわち、第二ローラ２は方向Ｐ２及びＱ２の回転方向について固定されている。従って、第二圧電素子６に交流電圧を印加することにより、第二アクチュエータ本体１０１ｂは、第二ローラ２に対して、第二固定子４及び第二固定子４より方向Ｂ側の部位を、第二ローラ軸１１ａ及び第三ローラ軸１１ｂを中心とした方向Ｐ２又はＱ２に回転させる。
なお、第二固定子４に対する第二ローラ２の回転角度は、第二角度センサ１９（図２参照）によって検出されて駆動回路５６（図３参照）に送られ、駆動回路５６（図３参照）は、この回転角度情報に基づき第二アクチュエータ本体１０１ｂ（第二圧電素子６）の駆動を制御して、第二ローラ２、すなわち、第二固定子４を所定の方向・角度に回転させる。
【００３２】
上述より、振動アクチュエータ１０１は、第一圧電素子５及び第二圧電素子６に交流電圧を印加することにより、第一固定子３に対して第二固定子４を、すなわち、第一アクチュエータ本体１０１ａに対して第二アクチュエータ本体１０１ｂを、ローラ本体１００を支点として、回転中心軸の異なる２つの回転を組み合わせた多自由度な動作である、多自由度な屈折動作を行わせる。
【００３３】
このように、実施の形態１に係る振動アクチュエータ１０１は、互いに回転中心軸が異なる、第一ローラ軸１０を有する第一ローラ１と、第二ローラ軸１１ａ及び第三ローラ軸１１ｂを有する第二ローラ２とを一体に含むローラ本体１００を備える。さらに、第一ローラ１に接触配置される第一固定子３と、第二ローラ２に接触配置される第二固定子４と、第一固定子３を振動させることにより、第一ローラ１を回転させる第一圧電素子５と、第二固定子４を振動させることにより、第二ローラ２を回転させる第二圧電素子６とを備える。
【００３４】
これにより、第一圧電素子５により振動させられた第一固定子３は、第一ローラ１を第一ローラ軸１０の周りに回転させる。また、第二圧電素子６により振動させられた第二固定子４は、第二ローラ２を第二ローラ軸１１ａ及び第三ローラ軸１１ｂの周りに回転させる。よって、第二固定子４は、第一固定子３に対して、第一ローラ１及び第二ローラ２を一体に含むローラ本体１００を支点として、回転中心軸の異なる２つの回転を組み合わせた動作を行うことができることになる。すなわち、第二固定子４は、第一固定子３に対して、ローラ本体１００を支点として多自由度に屈折するように動作することができる。また、第一ローラ１及び第二ローラ２の回転方向は、第一ローラ軸１０、並びに、第二ローラ軸１１ａ及び第三ローラ軸１１ｂによりそれぞれ１つの方向に規制される。このため、第一固定子３及び第二固定子４に対して第一ローラ１及び第二ローラ２を回転させる場合において、その回転方向が意図しない方向にずれることがない。また、第一ローラ１及び第二ローラ２の可動範囲は、第一固定子３及び第二固定子４との接触面である円筒面１ａａ及び１ｂａ、並びに円筒面２ａａ及び２ｂａによってそれぞれ画定される。このため、第一固定子３及び第二固定子４に対する第一ローラ１及び第二ローラ２の接触面をそれぞれ調節することにより、第一ローラ１及び第二ローラ２の回転範囲を広くすることができる。
【００３５】
また、圧電素子板５１ｂ、５１ｄ、５２ｂ及び５２ｄを積層させて形成された第一圧電素子５、及び、同様にして圧電素子板を積層させて形成された第二圧電素子６は、その構造の小型化を図ることができ、また、第一圧電素子５及び第二圧電素子６を駆動させる動力源も１つでよく、振動アクチュエータ１０１の小型化を図ることができる。
【００３６】
また、第一支持部材１２及び第二支持部材１３のそれぞれの軸部１２ｄ及び１３ｄにバネ１２ｆ及び１３ｆから引張力が与えられると、第一ローラ１の第一ローラ軸１０、並びに、第二ローラ２の第二ローラ軸１１ａ及び第三ローラ軸１１ｂが引きつけられて、第一ローラ１及び第二ローラ２が第一固定子３及び第二固定子４にそれぞれ押し付けられる。すなわち、第一支持部材１２及び第二支持部材１３を介して、第一ローラ１の第一ローラ軸１０、並びに、第二ローラ２の第二ローラ軸１１ａ及び第三ローラ軸１１ｂに予圧力がそれぞれ与えられる。よって、第一ローラ１及び第二ローラ２の回転動作において、第一支持部材１２及び第二支持部材１３を介した予圧力により受ける回転に対する抵抗をそれぞれ低減することができる。また、これらの予圧力により、第一ローラ１及び第二ローラ２が第一固定子３及び第二固定子４にそれぞれ固定されるため、動作保持のための電力等を必要としない。
【００３７】
第一ローラ１は、円筒面１ａａ及び１ｂａにおいて第一固定子３と接触し、第二ローラ２は、円筒面２ａａ及び２ｂａにおいて第二固定子４と接触しているため、これらの接触部の間に発生する摩擦力は均一になっている。よって、第一固定子３及び第二固定子４のそれぞれに対する第一ローラ１及び第二ローラ２の回転動作を円滑にすることができる。
また、第一ローラ１の第一ローラ軸１０の方向、並びに、第二ローラ２の第二ローラ軸１１ａ及び第三ローラ軸１１ｂの方向は、互いに直角であるため、第一固定子３に対する第二固定子４の位置決めを容易にすることが可能になる。
また、第一ローラ１の回転中心は第一ローラ軸１０に固定され、第二ローラ２の回転中心は第二ローラ軸１１ａ及び第三ローラ軸１１ｂに固定される。このため、第一ローラ１及び第二ローラ２の位置、すなわち回転角度を検出する第一角度センサ１８及び第二角度センサ１９は、第一ローラ軸１０、並びに、第二ローラ軸１１ａ或いは第三ローラ軸１１ｂを利用して、容易に設置することができる。
【００３８】
実施の形態２．
この発明の実施の形態２に係る振動アクチュエータ１０２は、実施の形態１の振動アクチュエータ１０１における第一圧電素子５の構成を変更し、さらに、第一基部ブロック７を第三固定子として第三基部ブロック９に対して固定せず摺動可能としたものである。
なお、以下の実施の形態において、前出した図における参照符号と同一の符号は、同一または同様な構成要素であるので、その詳細な説明は省略する。
【００３９】
まず、図６〜８を用いて、この発明の実施の形態２に係る振動アクチュエータ１０２の構成を示す。
図６を参照すると、実施の形態１と同様にして、振動アクチュエータ１０２において、第一ローラ１及び第一固定子３が設けられ、第一固定子３における第一ローラ１と反対側の端面には、円筒状の第一圧電素子５０がその一方の端面を接触させるようにして配置されている。さらに、第一圧電素子５０における第一固定子３と反対側となる他方の端面には、略円筒形状をした第三固定子２０が接触するようにして配置されている。また、第三固定子２０における第一圧電素子５０と反対側となる端面には、第三基部ブロック９がその一方の端面を接触させるようにして配置されている。なお、第三固定子２０は、第三基部ブロック９側に複数の凸部２０ａを有している。
【００４０】
また、第一ローラ１のローラ部１ａ及び１ｂを連結する第一ローラ軸１０には、第一支持部材１２２が設けられている。第一支持部材１２２は、その軸部１２２ｄの端部に円板１２２ｅを有し、さらに、第三基部ブロック９の内部において、円板１２２ｅと第三基部ブロック９との間にバネ１２２ｆを有している。バネ１２２ｆは、軸部１２２ｄの周りに巻き付けるようにして配置されており、第一ローラ１に対する第一固定子３の予圧力、並びに、第三基部ブロック９に対する第三固定子２０の予圧力を付与している。（図７参照）
次に、図７を参照すると、第一圧電素子５０は、実施の形態１における第一圧電素子５に設けられた、ｙｚ平面上のｘ軸回りに揺動させるたわみ振動を発生する第一圧電素子部５１、及びｚ軸方向の縦振動を発生する第二圧電素子部５２に加えて、ｘｚ平面上のｙ軸回りに揺動させるたわみ振動を発生する第三圧電素子部５０３を有している。
【００４１】
第三圧電素子部５０３は、図８に示すとおり、一対の圧電素子板５０３ｂ及び５０３ｄを有している。圧電素子板５０３ｂ及び５０３ｄのそれぞれは、ｘ軸方向に離れるような形状に２分割されており、その各部分が互いに逆極性を有し、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いる。さらに、圧電素子板５０３ｂと圧電素子板５０３ｄとは互いに裏返しに配置されている。
【００４２】
なお、第三圧電素子部５０３は、一対の圧電素子板５０３ｂ及び５０３ｄ以外は、第一圧電素子部５１及び第二圧電素子部５２と同一の構成を有し、これら第一圧電素子部５１及び第二圧電素子部５２と共に重ね合わされている。
また、図７を参照すると、第三圧電素子部５０３の両端面部分に配置されている一対の電極板がそれぞれ電気的に接地されていると共に、一対の圧電素子板５０３ｂ及び５０３ｄ（図８参照）の間に配置されている電極板が駆動回路５６に電気的に接続されている。
さらに、第一圧電素子部５１及び第三圧電素子部５０３は、絶縁シート５３及び５０６を介して第一固定子３及び第三固定子２０から絶縁され、第一圧電素子部５１、第二圧電素子部５２、及び第三圧電素子部５０３は、絶縁シート５４及び５５を介して互いに絶縁された状態で配置されている。
【００４３】
また、駆動回路５６から第三圧電素子部５０３の電極板に交流電圧を印加して第三圧電素子部５０３を駆動すると、第三圧電素子部５０３の一対の圧電素子板５０３ｂ及び５０３ｄ（図８参照）の２分割された部分がｚ軸方向に膨張と収縮とを交互に繰り返し、第一固定子３の凸部３ａ，３ｂ及び第三固定子２０に対してｘｚ平面上のｙ軸回りに揺動させるたわみ振動を発生する。
また、この発明の実施の形態２に係る振動アクチュエータ１０２のその他の構成は、実施の形態１と同様であるため、説明を省略する。
【００４４】
次に、図６〜８を用いて、この発明の実施の形態２に係る振動アクチュエータ１０２の動作を示す。
図８を参照すると、駆動回路５６（図７参照）が、第一圧電素子部５１に交流電圧を印加すると、第一圧電素子部５１は、第一固定子３の凸部３ａ，３ｂ及び第三固定子２０（図７参照）に対してｙｚ平面上のｘ軸回りに揺動させるたわみ振動を発生する。同様に、駆動回路５６（図７参照）が、第二圧電素子部５２に交流電圧を印加すると、第二圧電素子部５２は、第一固定子３の凸部３ａ，３ｂ及び第三固定子２０（図７参照）に対してｚ軸方向の縦振動を発生する。さらに、第三圧電素子部５０３に交流電圧を印加すると、第三圧電素子部５０３は、第一固定子３の凸部３ａ，３ｂ及び第三固定子２０（図７参照）に対してｘｚ平面上のｙ軸回りに揺動させるたわみ振動を発生する。
【００４５】
そこで、図７を参照すると、駆動回路５６の制御に従って、第一圧電素子部５１と第二圧電素子部５２との双方に位相を９０度シフトさせた交流電圧を印加すると、第一固定子３の凸部３ａ，３ｂ及び第三固定子２０にｙｚ面内の楕円振動が発生する。よって、第一固定子３の凸部３ａ及び３ｂは、ｘ軸回りの楕円振動を行うため、第一ローラ１はｘ軸回りとなる方向Ｐ１又はＱ１に回転する。一方、第三固定子２０のｙｚ面内の楕円振動により、第三固定子２０と第三基部ブロック９との間で相対運動は発生しない。
【００４６】
また、駆動回路５６の制御に従って、第一圧電素子部５１、第二圧電素子部５２、及び第三圧電素子部５０３に位相をシフトさせた交流電圧を印加することにより、第一圧電素子部５１のｘ軸回りに揺動させるたわみ振動、第二圧電素子部５２のｚ軸方向の縦振動、及び第三圧電素子部５０３のｙ軸回りに揺動させるたわみ振動が組み合わされた複合振動が、第一固定子３の凸部３ａ，３ｂ及び第三固定子２０に発生する。
この複合振動により、第三固定子２０は、その凸部２０ａで第三基部ブロック９の表面を引っ掻くようにして、第三基部ブロック９に対して方向Ｐ３又はＱ３に回転する。このとき、第三基部ブロック９は振動アクチュエータ１０２を備える図示しないロボットのハンドやアーム等の機械に固定されているため、第一固定子３、第一圧電素子５０、及び第三固定子２０により構成される第一アクチュエータ本体１０２ａは、方向Ｐ３又はＱ３に回転する。（図６参照）
なお、第一固定子３の凸部３ａ，３ｂに発生する複合振動によっても、複合振動の方向により第一ローラ１は方向Ｐ１又はＱ１に回転する。
また、この発明の実施の形態２に係る振動アクチュエータ１０２のその他の動作は、実施の形態１と同様であるため、説明を省略する。
【００４７】
このように、実施の形態２に係る振動アクチュエータ１０２において、上記実施の形態１の振動アクチュエータ１０１と同様な効果が得られる。
また、第一圧電素子５に第三固定子２０を接触配置することにより、第三固定子２０に対して接触配置される第三基部ブロック９を回転させることができる。すなわち、第三基部ブロック９は固定されているので、第一アクチュエータ本体１０２ａは、第三基部ブロック９に対して第一支持部材１２２を中心として、回転することができる。また、この回転動作は、回転中心軸が第一支持部材１２２に固定されているため、回転軸のズレの発生を防ぐことができる。
【００４８】
実施の形態３．
この発明の実施の形態３に係る振動アクチュエータ１０３は、実施の形態１の振動アクチュエータ１０１において同一平面上に設けられていた、第一ローラ１の第一ローラ軸１０と、第二ローラ２の第二ローラ軸１１ａ及び第三ローラ軸１１ｂとの位置関係を変更したものである。
【００４９】
図９を参照すると、第一ローラ３１のローラ部３１ａ及び３１ｂは第一ローラ軸３１０によって連結されており、第二ローラ３２のローラ部３２ａ及び３２ｂは第二ローラ軸３１１によって連結されている。実施の形態１と同様にして、ローラ部３１ａ及び３１ｂ、並びに、ローラ部３２ａ及び３２ｂは互いに結合されて一体となっており、このとき、第一ローラ軸３１０及び第二ローラ軸３１１は、その方向が互いに直角であるが、互い交わらずに上下方向に離れて配置されている。このため、第一ローラ３１のローラ部３１ａ及び３１ｂ、並びに、第二ローラ３２のローラ部３２ａ及び３２ｂは、実施の形態１に比べて、より円筒に近い形状を有する。よって、第一固定子３に対して可動な第一ローラ３１の回転角度範囲、及び、第二固定子４に対して可動な第二ローラ３２の回転角度範囲は、実施の形態１に比べて増大している。
【００５０】
また、第一ローラ軸３１０には、略三角柱形状の取付部１２３ａ及び軸部１２３ｄを有する第一支持部材１２３が設けられ、第二ローラ軸３１１には、第一支持部材１２３と同形状をした第二支持部材１３３が設けられている。
また、この発明の実施の形態３に係る振動アクチュエータ１０３のその他の構成及び動作は、実施の形態１と同様であるため、説明を省略する。
このように、実施の形態３に係る振動アクチュエータ１０３において、上記実施の形態１の振動アクチュエータ１０１と同様な効果が得られる。
また、第一ローラ軸３１０と第二ローラ軸３１１との乖離距離を増大することにより、第一ローラ３１及び第二ローラ３２の第一固定子３及び第二固定子４に対して可動なそれぞれの回転角度範囲を増大することができる。従って、第一固定子３に対する第二固定子４、すなわち第一アクチュエータ本体１０３ａに対する第二アクチュエータ本体１０３ｂの動作の自由度を増大することができる。
また、実施の形態３において、ローラ本体３００は、第一ローラ３１のローラ部３１ａ及び３１ｂ、並びに、第二ローラ３２のローラ部３２ａ及び３２ｂが、いずれも円筒の一部を形成する形状であったが、これらが完全な円筒であってもよい。例えば、円筒形状をした第一ローラ３１のローラ部３１ａ及び３１ｂの間に、円筒形状をした第二ローラ３２のローラ部３２ａ及び３２ｂを配置し、ローラ部３２ａ及び３２ｂの一部がローラ部３１ａ及び３１ｂの円筒面より外側に突出するようにして、ローラ本体３００を形成してもよい。
【００５１】
実施の形態４．
この発明の実施の形態４に係る振動アクチュエータ１０４は、実施の形態１の振動アクチュエータ１０１における第二ローラ２及び第二固定子４の構成を変更したものである。すなわち、第二ローラ２が第二支持部材１３における軸部１３ｄを中心として回転するようにしたものである。
【００５２】
まず、図１０〜１２を用いて、この発明の実施の形態４に係る振動アクチュエータ１０４の構成を示す。
図１０を参照すると、実施の形態１と同様にして、振動アクチュエータ１０４において、半円筒状をした一対のローラ部１ａ及びローラ部１ｂからなる第一ローラ１及び第一固定子３が設けられている。また、第一固定子３における第一ローラ１と反対側の端面には、第一圧電素子５、第一基部ブロック７及び第三基部ブロック９が順次設けられている。なお、第一圧電素子５は、実施の形態１の振動アクチュエータ１０１における第一圧電素子５と同じ構成を有している。
また、第一ローラ１の第一ローラ軸１０には第一支持部材１２が回転可能に設けられ、第一支持部材１２に設けられているバネ１２ｆは、第一ローラ１に対する第一固定子３の予圧力を付与している。
【００５３】
次に、第一ローラ１のローラ部１ａ及び１ｂには、これらを連結するようにして矩形状の板部材４２が結合されている。なお、板部材４２は、半円筒状をしたローラ部１ａ及び１ｂの平坦な外周面１ａｂ及び１ｂｂに結合されている。
板部材４２は第二ローラを構成しており、ローラ部１ａ及び１ｂ、並びに、板部材４２は、互いに結合されて一体となって、１つの回転子であるローラ本体４００を構成している。なお、板部材４２の形状は、矩形状に限らず、円形、楕円形又は多角形形状などであってもよい。
【００５４】
さらに、板部材４２における第一ローラ１と反対側の端面４２ａに接触するように配置された略円筒状の第二固定子４４が設けられている。
第二固定子４４は、互いに径の異なる第一円筒部４４ａ及び第二円筒部４４ｂをこれらの軸心が同一となるように連結したものである。そして、第一円筒部４４ａは、実施の形態２の振動アクチュエータ１０２における第三固定子２０と同様の形状を有している。第一円筒部４４ａは、端面４４ａａにおいてその外周に沿って形成された複数の凸部４４ａｂを、板部材４２の端面４２ａに接触させており、凸部４４ａｂは、板部材４２の端面４２ａ内に収まるように形成されている。
また、第二固定子４４における板部材４２と反対側となる、第二円筒部４４ｂの端面には、円筒状の第二圧電素子６４が配置されており、その構成の詳細は後述にて説明する。
さらに、第二圧電素子６４における第二固定子４４と反対側の端面には、第二基部ブロック８が設けられている。
【００５５】
また、図１１も合わせて参照すると、板部材４２の端面４２ａには、第二支持部材１３４の棒状をした軸部１３４ｄが、端面４２ａに対して垂直に結合されており、軸部１３４ｄは、板部材４２と一体となっている。このとき、第二支持部材１３４の軸部１３４ｄは、第一ローラ１の第一ローラ軸１０の軸心方向に対して直角方向に延びている。
さらに、第二支持部材１３４は、軸部１３４ｄが第二固定子４４及び第二圧電素子６４を貫通して第二基部ブロック８に延びており、軸部１３４ｄの端部に円板１３４ｅを有している。そして、第二支持部材１３４は、第二基部ブロック８の内部において、円板１２ｅと第二基部ブロック８との間における軸部１３４ｄの周りにバネ１３４ｆを有している。バネ１３４ｆは、板部材４２に対する第二固定子４４の予圧力を付与している。
このとき、板部材４２及び第二固定子４４は、互いに対して、第二支持部材１３４の軸部１３４ｄを中心に回転可能となっている。よって、第二支持部材１３４の軸部１３４ｄは、第二ローラである板部材４２におけるローラ軸を構成している、すなわち、実施の形態１における第二ローラ軸及び第三ローラ軸を構成している。
【００５６】
ここで、説明の便宜上、第一支持部材１２の軸部１２ｄの軸心方向をｚ軸、第一ローラ軸１０の軸心方向をｘ軸、そして、ｘ軸及びｚ軸に対して垂直なｙ軸を規定している。さらに、ｘ軸に対して垂直であり、且つ板部材４２から第二基部ブロック８へ向かう第二支持部材１３４の軸部１３４ｄの軸心方向をｚ４軸と規定し、ｘ軸及びｚ４軸に対して垂直にｙ４軸が延びているものとする。
よって、ｘｙｚ軸からなる座標系は、第一ローラ１、第一固定子３、第一圧電素子５及び第一基部ブロック７に対して適用し、ｘｙ４ｚ４軸からなる座標系は、板部材４２、第二固定子４４、第二圧電素子６４及び第二基部ブロック８に対して適用して以下の説明を行う。
【００５７】
また、図１１を参照すると、第二固定子４４の凸部４４ａｂの先端には、永久磁石１７４が埋め込まれており、さらに、板部材４２の端面４２ａには、永久磁石１７４と対向する位置に、ホールセンサ１９４が埋め込まれている。ホールセンサ１９４は、永久磁石１７４の位置が変わることによって変化する永久磁石１７４の磁束から、永久磁石１７４の相対位置を検出するものである。また、図示していないが、ホールセンサ１９４は駆動回路５６と電気的に接続されており、ホールセンサ１９４によって検出された永久磁石１７４の相対位置情報が駆動回路５６に送られる。よって、駆動回路５６は、ホールセンサ１９４と永久磁石１７４との相対位置情報から、板部材に４２に対する第二固定子４４の相対位置、すなわち第二支持部材１３４の軸部１３４ｄを中心とする回転角度を算出する。
【００５８】
次に、第二圧電素子６４は、実施の形態２の第一圧電素子５０に設けられていた第一圧電素子部５１を第一圧電素子部５１として有し、同じ第一圧電素子５０に設けられていた第三圧電素子部５０３を第二圧電素子部５０４として有している。よって、本実施の形態において、第一圧電素子部５１は、ｙ４ｚ４平面上のｘ軸回りに揺動させるたわみ振動を発生し、第二圧電素子部５０４は、ｘｚ４平面上のｙ４軸回りに揺動させるたわみ振動を発生する。（図１２参照）
さらに、第一圧電素子部５１及び第二圧電素子部５０４は、絶縁シート５３及び５０６を介して第二基部ブロック８及び第二固定子４４から絶縁され、第一圧電素子部５１及び第二圧電素子部５０４は、絶縁シート５４を介して互いに絶縁された状態で配置されている。
また、この発明の実施の形態４に係る振動アクチュエータ１０４のその他の構成は、実施の形態１又は２と同様であるため、説明を省略する。
【００５９】
次に、図１０〜１２を用いて、この発明の実施の形態４に係る振動アクチュエータ１０４の動作を示す。
まず、第一ローラ１、第一固定子３、第一圧電素子５及び第一基部ブロック７の動作は、実施の形態１の振動アクチュエータ１０１と同様であるため、その説明を省略する。
このため、第二ローラである板部材４２、第二固定子４４、第二圧電素子６４及び第二基部ブロック８の動作について以下に説明する。
【００６０】
図１１及び１２を参照すると、駆動回路５６が、第二圧電素子６４の第一圧電素子部５１に交流電圧を印加すると、第一圧電素子部５１は、第二固定子４４の凸部４４ａｂに対してｙ４ｚ４平面上のｘ軸回りに揺動させるたわみ振動を発生する。同様に、駆動回路５６が、第二圧電素子部５０４に交流電圧を印加すると、第二圧電素子部５０４は、第二固定子４４の凸部４４ａｂに対してｘｚ４平面上のｙ４軸回りに揺動させるたわみ振動を発生する。
そこで、図１１を参照すると、駆動回路５６の制御に従って、第一圧電素子部５１と第二圧電素子部５０４との双方に位相を９０度シフトさせた交流電圧を印加すると、第一圧電素子部５１のｘ軸回りに揺動させるたわみ振動、及び第二圧電素子部５０４のｙ４軸回りに揺動させるたわみ振動が組み合わされた複合振動、すなわち、ｘｙ４面内の楕円振動が、第二固定子４４の凸部４４ａｂに発生する。
【００６１】
このｘｙ４面内の楕円振動により、第二固定子４４は、その凸部４４ａｂで板部材４２の端面４２ａを引っ掻くようにして、板部材４２をｚ４軸回りとなる方向Ｐ４又はＱ４に回転させる。このとき、第一ローラ１は、第一固定子３の凸部３ａ及び３ｂによってｚ軸回りの回転について拘束され、また、第一固定子３、第一圧電素子５、第一基部ブロック７及び第三基部ブロック９は、互いに固定されている。よって、板部材４２がｚ４軸回りの回転について拘束されているため、第二固定子４４は、第二固定子４４に固定された第二圧電素子６４及び第二基部ブロック８と共に、板部材４２に対して方向Ｑ４又はＰ４に回転する。（図１０参照）
【００６２】
なお、第二固定子４４の回転角度は、ホールセンサ１９４によって検出された板部材４２に対する第二固定子４４の相対位置情報から駆動回路５６によって算出され、駆動回路５６は、この算出した回転角度に基づき第二圧電素子６４の駆動を制御して、第二固定子４４を所定の方向・角度に回転させる。
また、この発明の実施の形態４に係る振動アクチュエータ１０４のその他の動作は、実施の形態１と同様であるため、説明を省略する。
【００６３】
このように、実施の形態４に係る振動アクチュエータ１０４において、上記実施の形態１の振動アクチュエータ１０１と同様な効果が得られる。
また、実施の形態２に係る振動アクチュエータ１０２は、ｘ軸回りに回転する第一ローラ１、及び、ｚ軸回りに回転する第三固定子２０とを有している。一方、本実施の形態に係る振動アクチュエータ１０４は、ｘ軸回りに回転する第一ローラ１と、ｚ４軸回りに回転する第二ローラである板部材４２とを有している。そして、振動アクチュエータ１０２における第一ローラ１及び第三固定子２０は互いに離れて配置されているが、振動アクチュエータ１０４における第一ローラ１及び板部材４２は、互いに近接して配置されている。このため、振動アクチュエータ１０４は、振動アクチュエータ１０２に比べ、ｘ軸回りの回転部位とｚ４軸回りの回転部位とを近接させた、２種類の回転動作を複合した動作を可能にする。よって、例えば、振動アクチュエータ１０２は、人間の指の動作を再現できるためロボットハンドにおける指部分への適用が可能であるが、振動アクチュエータ１０４は、人間の肩関節又は股関節の動作を再現できるため、ロボットにおける人間の肩又は股に相当する部位への適用が可能である。従って、振動アクチュエータ１０４によって、本願発明に係る振動アクチュエータの適用対象を拡大することができる。
【００６４】
また、実施の形態１〜４において、第一ローラ１，３１及び第二ローラ２，３２は、円筒状であったが、これに限定されるものではなく、球状であってもよい。
さらに、第一ローラ１，３１の一対のローラ部１ａ及び１ｂ，３１ａ及び３１ｂ、並びに、第二ローラ２，３２の一対のローラ部２ａ及び２ｂ，３２ａ及び３２ｂは、すべて円筒の一部を構成する形状であったが、円錐台の一部を構成する形状であってもよい。例えば、実施の形態１の振動アクチュエータ１０１における第一ローラ１の一対のローラ部１ａ及び１ｂが円錐台形状である場合、第一固定子３の凸部３ａ及び３ｂにおいて、ローラ部１ａ及び１ｂの円錐台を形成するローラ面に整合する形状をした溝を形成し、ローラ部１ａ及び１ｂをこの溝に嵌合させるようにしてもよい。これにより、ローラ部１ａ及び１ｂが、第一ローラ軸１０方向、すなわち回転中心軸方向へ移動するのを防ぐことができる。
【００６５】
また、実施の形態１〜４において、第一ローラ１，３１及び第二ローラ２，３２，４２は、その回転中心軸の方向が直角な関係にあったが、これに限られるものでなく、回転中心軸の方向が異なっているだけでよい。例えば、第一ローラ１，３１の回転中心軸と第二ローラ２，３２，４２の回転中心軸とが、平行になっていてもよい。このとき、実施の形態１の振動アクチュエータ１０１を例に挙げると、第一ローラ１及び第二ローラ２は並列に配置されるため、第一アクチュエータ本体１０１ａに対して、第二アクチュエータ本体１０１ｂが、ローラ本体１００を支点として、３６０°近く回転動作することができる。
【００６６】
また、実施の形態２の第三固定子２０が、複数の凸部２０ａを有し、実施の形態４の第二固定子４４も、複数の凸部４４ａｂを有していたが、これに限定されるものではない。複数からなる凸部２０ａ及び４４ａｂは、１つの凸部によって形成されていてもよく、この１つの凸部が隣接する凸部同士を連結した輪状のものであってもよい。また、凸部２０ａ及び４４ａｂは、環状に配置されていたが、多角形状に配置されていてもよい。
【００６７】
また、実施の形態２において、第一圧電素子部５１のｘ軸回りに揺動させるたわみ振動、第二圧電素子部５２のｚ軸方向の縦振動、及び第三圧電素子部５０３のｙ軸回りに揺動させるたわみ振動が組み合わされた複合振動を、第一固定子３の凸部３ａ，３ｂ及び第三固定子２０に発生させていた。そして、この複合振動により、第三固定子２０は、第三基部ブロック９に対して方向Ｐ３又はＱ３に回転するとしていた。しかしながら、実施の形態４と同様にして、第一圧電素子部５１及び第三圧電素子部５０３のみを振動させた複合振動によっても、第三固定子２０を、第三基部ブロック９に対して方向Ｐ３又はＱ３に回転させることができる。（図６参照）
【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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【国際調査報告】
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