(57)【要約】【課題】高い保持力と長い寿命を併せ持つ振動アクチュエータを提供することを課題とする。【解決手段】振動手段３の駆動停止時には、駆動回路５から変形素子１１に電圧が印加されることはなく、したがって変形素子１１は伸縮されずに所定の厚さＨ０を有している。このとき、皿バネ１０の付勢力により、変形素子１１及び予圧部材１２を介してロータ８がステータ２に加圧される。一方、振動手段３の駆動時には、駆動回路５から変形素子１１に所定の負電圧が印加され、変形素子１１が所定の厚さＨ０よりも小さい厚さに縮むことにより、皿バネ１０の付勢力が小さくなり、その結果、ロータ８のステータ２に対する予圧力が小さくなる。【選択図】図１
2008236908.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステータと、
予圧部材と、
前記ステータと前記予圧部材とに挟持されるロータと、
前記ステータと前記予圧部材との間に予圧力を付与して前記ロータを前記ステータに加圧する予圧手段と、
前記ステータに超音波振動を発生させることにより前記ロータを回転させる振動手段と
を備え、前記予圧手段は変形素子を含み、前記変形素子を変形させることにより前記予圧力を変化させることを特徴とする振動アクチュエータ。
【請求項２】
前記変形素子は、圧電素子を有する請求項１に記載の振動アクチュエータ。
【請求項３】
前記予圧手段は、前記ステータに対して前記予圧部材を支持する支持部材を含む請求項２に記載の振動アクチュエータ。
【請求項４】
前記振動手段を支持する基部を備え、
前記予圧手段は、前記基部に対して前記予圧部材を支持する支持部材を含む請求項２に記載の振動アクチュエータ。
【請求項５】
前記変形素子は、前記予圧部材と前記支持部材との間に配置される請求項３または４に記載の振動アクチュエータ。
【請求項６】
前記変形素子は、前記ステータと前記支持部材との間に配置される請求項３に記載の振動アクチュエータ。
【請求項７】
前記変形素子は、前記基部と前記支持部材との間に配置される請求項４に記載の振動アクチュエータ。
【請求項８】
前記振動手段は、互いに異なる方向の振動を生じる複数の圧電素子を有し、前記変形素子は、前記振動手段の前記複数の圧電素子のうちの一つを兼ねている請求項４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】
この発明は、振動アクチュエータに係り、特にステータに超音波振動を発生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アクチュエータに関する。
に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、超音波振動を利用してロータを回転させる振動アクチュエータが提案され、実用化されている。この振動アクチュエータは、圧電素子を用いてステータの表面に楕円運動または進行波を発生させ、ステータにロータを加圧接触させることによりこれら両者間の摩擦力を介してロータを移動させるものである。
【０００３】
例えば、特許文献１には、ロータ表面に固定された回転シャフトにベアリングを介してバネを連結することにより、ロータに予圧力を付与してロータをステータに圧接させ、その状態で互いに重ね合わされた複数の圧電素子板に駆動電圧を印加してステータに超音波振動を発生させることでロータを回転させる振動アクチュエータが開示されている。この振動アクチュエータでは、バネによりロータに予圧力を付与してロータをステータに圧接させているので、複数の圧電素子板に駆動電圧を印加しないときには、ロータの回転位置が保持されることとなる。
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−３１２８０９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述の特許文献１の振動アクチュエータでは、バネのバネ力を大きくすることにより、予圧力を大きくしてロータの保持力を高めることができるが、予圧力を大きくすることで保持力が高まる反面、駆動時におけるロータとステータとの間の接触部の摩耗量が増大し、振動アクチュエータとしての寿命が短くなるという問題があった。
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、高い保持力と長い寿命を併せ持つ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、ステータと、予圧部材と、ステータと予圧部材とに挟持されるロータと、ステータと予圧部材との間に予圧力を付与してロータをステータに加圧する予圧手段と、ステータに超音波振動を発生させることによりロータを回転させる振動手段とを備え、予圧手段は変形素子を含み、変形素子を変形させることにより上記予圧力を変化させるものである。
なお、ここで予圧力とは、少なくとも振動手段が駆動されない状態でロータをステータに押し付ける圧力のことをいう。
【０００７】
好適には、変形素子は圧電素子を有している。
【０００８】
予圧手段は、ステータに対して予圧部材を支持する支持部材を含むように構成することもできる。このとき、変形素子は、ステータと支持部材との間に配置されてもよい。
また、振動手段を支持する基部をさらに備え、予圧手段は、基部に対して予圧部材を支持する支持部材を含むように構成することもできる。このとき、変形素子は、基部と支持部材との間に配置されてもよい。また、振動手段が互いに異なる方向の振動を生じる複数の圧電素子を有し、変形素子は、振動手段の複数の圧電素子のうちの一つを兼ねているように構成してもよい。
また、上述のように、予圧手段がステータに対して予圧部材を支持する支持部材を含む場合と、予圧手段が基部に対して予圧部材を支持する支持部材を含む場合の双方において、変形素子は、予圧部材と支持部材との間に配置されてもよい。
【発明の効果】
【０００９】
この発明によれば、高い保持力と長い寿命を併せ持つ振動アクチュエータを実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
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に係る振動アクチュエータを示す。この振動アクチュエータは、超音波振動を利用して回転体を回転する超音波アクチュエータである。基部１とステータ２との間に円筒状の振動手段３が挟持されると共に、基部１とステータ２とが振動手段３内に通された連結ボルト４を介して互いに連結されており、振動アクチュエータ全体としてほぼ円柱状の外形を有している。ここで、説明の便宜上、基部１からステータ２へと向かう円柱状の外形の中心軸をＺ軸と規定し、Ｚ軸に対して垂直方向にＸ軸が、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。
【００１１】
振動手段３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〜第３の圧電素子部３１〜３３を有している。これら第１〜第３の圧電素子部３１〜３３がそれぞれ駆動回路５に電気的に接続されている。
【００１２】
ステータ２には、振動手段３に接する面とは反対側の面に凹部６が形成されており、この凹部６の開口端周縁部にはＸＹ平面上に位置する環状の角部７が形成されている。この角部７には、ステータ２の凹部６の内径よりも大きい直径を有する略球体状のロータ８が回転自在に接触配置されている。
【００１３】
また、ステータ２の上面の上には、ロータ８の上方にアーチ状に架け渡される支持部材９が固定されている。支持部材９の天井部９ａのほぼ中央には皿バネ１０を介して、変形素子１１が垂下支持されており、変形素子１１の先端に予圧部材１２が固定されている。予圧部材１２は、凹状円錐面形状の予圧面１３を有しており、この予圧面１３がロータ８の＋Ｚ軸方向の最高点である頂部付近の表面に接触している。
皿バネ１０は圧縮された状態で配置されており、この皿バネ１０の付勢力により、変形素子１１を介して予圧部材１２の予圧面１３がロータ８に押圧され、ロータ８に−Ｚ軸方向の予圧力を付与している。これにより、ロータ８がステータ２に加圧されている。
【００１４】
なお、変形素子１１は、第１〜第３の圧電素子部３１〜３３と同様に、駆動回路５に電気的に接続されている。
また、予圧部材１２の予圧面１３は、テフロン（登録商標）等の低摩擦材によりコーティングされている。
【００１５】
図２に示されるように、変形素子１１は、電極板１１ａ、圧電素子板１１ｂ、電極板１１ｃ、圧電素子板１１ｄ及び電極板１１ｅが順次重ね合わされた構造を有している。このような変形素子１１の両面にそれぞれ絶縁シート１４及び１５が配置され、変形素子１１はこれら絶縁シート１４及び１５を介して皿バネ１０及び予圧部材１２から絶縁された状態で配置されている。また、図３に示されるように、圧電素子板１１ｂ及び１１ｄ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おり、これら圧電素子板１１ｂと圧電素子板１１ｄは互いに裏返しに配置されている。
【００１６】
ここで、変形素子１１の両面部分に配置されている電極板１１ａ及び電極板１１ｅがそれぞれ電気的に接地されると共に、一対の圧電素子板１１ｂ及び１１ｄの間に配置されている電極板１１ｃが駆動回路５に電気的に接続されている。
駆動回路５から変形素子１１の電極板１１ｃに対して、正の直流電圧を印加すると、圧電素子板１１ｂ及び１１ｄがＺ軸方向（厚み方向）に伸びる一方、負の直流電圧を印加すると、圧電素子板１１ｂ及び１１ｄがＺ軸方向（厚み方向）に縮むように構成されている。
【００１７】
また、図４に示されるように、振動手段３における第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、第３の圧電素子部３３は、それぞれ円板形状を有する電極板３３ａ、圧電素子板３３ｂ、電極板３３ｃ、圧電素子板３３ｄ及び電極板３３ｅが順次重ね合わされた構造を有している。これらの圧電素子部３１〜３３が絶縁シート３４〜３７を介してステータ２及び基部１から、また互いに絶縁された状態で配置されている。
【００１８】
図５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。
第３の圧電素子部３３の一対の圧電素子板３３ｂ及び３３ｄ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３３ｂと圧電素子板３３ｄは互いに裏返しに配置されている。
【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と、第３の圧電素子部３３の両面部分に配置されている電極板３３ａ及び電極板３３ｅ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３１ｂ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、第３の圧電素子部３３の一対の圧電素子板３３ｂ及び３３ｄの間に配置されている電極板３３ｃがそれぞれ駆動回路５に電気的に接続されている。
【００２０】
ここで、振動手段３に対して、第１の圧電素子部３１の電極板３１ｃにステータ２の固有振動数に近い周波数の交流電圧を印加すると、第１の圧電素子部３１の一対の圧電素子板３１ｂ及び３１ｄの２分割された部分がＺ軸方向に膨張と収縮を交互に繰り返し、ステータ２にＹ軸方向のたわみ振動を発生する。同様に、第２の圧電素子部３２の電極板３２ｃに交流電圧を印加すると、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、ステータ２にＺ軸方向の縦振動を発生する。さらに、第３の圧電素子部３３の電極板３３ｃに交流電圧を印加すると、第３の圧電素子部３３の一対の圧電素子板３３ｂ及び３３ｄの２分割された部分がＺ軸方向に膨張と収縮を交互に繰り返し、ステータ２にＸ軸方向のたわみ振動を発生する。
【００２１】
そこで、例えば、駆動回路５から第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との双方に位相を９０度シフトさせた交流電圧をそれぞれ印加すると、Ｙ軸方向のたわみ振動とＺ軸方向の縦振動とが組み合わされて、ロータ８と接触するステータ２の角部７にＹＺ面内の楕円振動が発生し、摩擦力を介してロータ８がＸ軸回りに回転する。
同様に、駆動回路５から第２の圧電素子部３２の電極板３２ｃと第３の圧電素子部３３の電極板３３ｃとの双方に位相を９０度シフトさせた交流電圧をそれぞれ印加すると、Ｘ軸方向のたわみ振動とＺ軸方向の縦振動とが組み合わされて、ロータ８と接触するステータ２の角部７にＸＺ面内の楕円振動が発生し、摩擦力を介してロータ８がＹ軸回りに回転する。
さらに、駆動回路５から第１の圧電素子部３１の電極板３１ｃと第３の圧電素子部３３の電極板３３ｃとの双方に位相を９０度シフトさせた交流電圧をそれぞれ印加すると、Ｘ軸方向のたわみ振動とＹ軸方向のたわみ振動とが組み合わされて、ロータ８と接触するステータ２の角部７にＸＹ面内の楕円振動が発生し、摩擦力を介してロータ８がＺ軸回りに回転する。
【００２２】
そこで、振動手段３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３３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、ステータ２の角部７に楕円振動を形成することにより、ロータ８を３次元方向に自由に回転駆動することができるように構成されている。
【００２３】
次に、この実施の形態１に係る振動アクチュエータの作用について説明する。
振動手段３が駆動されない時には、図１に示されるように、駆動回路５から変形素子１１の電極板１１ｃに電圧が印加されることはなく、したがって、変形素子１１の圧電素子板１１ｂ及び１１ｄは本来の厚さのままであり、変形素子１１は所定の厚さＨ０を有する。このとき、皿バネ１０は所定の長さに圧縮された状態にあり、この皿バネ１０の付勢力により、変形素子１１を介して予圧部材１２の予圧面１３がロータ８に押圧され、ロータ８が予圧力Ｆ０でステータ２に加圧される。これにより、ロータ８とステータ２との間の高い保持力を確保することができ、この保持力によりステータ２に対するロータ８の回転が防止される。
【００２４】
一方、振動手段３を駆動する時には、図６に示されるように、変形素子１１の電極板１１ｃに所定の負の直流電圧が印加され、変形素子１１の圧電素子板１１ｂ及び１１ｄがＺ軸方向（厚み方向）に縮むことにより、変形素子１１は所定の厚さＨ０よりも小さい厚さＨ１になる。それに伴って、皿バネ１０が所定の長さよりも伸びてその付勢力が小さくなり、ロータ８が予圧力Ｆ０よりも小さい予圧力Ｆ１でステータ２に加圧されることとなる。したがって、ロータ８の回転に伴ってロータ８とステータ２及びロータ８と予圧部材１２のそれぞれの接触部分に生じる摩耗を低減することができ、長い寿命の振動アクチュエータを実現することができる。
【００２５】
したがって、高い保持力と長い寿命を併せ持つ振動アクチュエータを実現することができる。
また、駆動回路５から変形素子１１に負電圧を印加して変形素子１１を縮ませるだけで、ロータ８をステータ２に加圧するための予圧力を小さくすることができるため、皿バネ１０を異なるバネ定数を有する別の皿バネに交換する等しなくても、容易に予圧力を変更することができる。
【００２６】
ここで、この実施の形態１の振動アクチュエータにおいて、変形素子１１に印加する負電圧を変化させたときのロータ８のステータ２に対する予圧力を図７に示す。図７から、変形素子１１に印加される負電圧の絶対値を大きくすると、これに伴って、ステータ２に対するロータ８の予圧力は小さくなることがわかる。すなわち、負電圧の絶対値が大きくなるにつれて、変形素子１１の縮み量が大きくなり、これにより皿バネ１０が伸びて予圧力が低下することとなる。したがって、変形素子１１に印加する直流電圧の値を変更することにより変形素子１１を伸縮させて予圧力を変更することが可能である。
【００２７】
なお、変形素子１１は、予圧部材１２と皿バネ１０との間に配置されていたが、その代わりに、支持部材９の天井部９ａと皿バネ１０との間に配置してもよい。この場合も、振動手段３の駆動時に変形素子１１に所定の負電圧を印加して変形素子１１を厚み方向に縮ませることにより、ステータ２に対するロータ８の予圧力を小さくすることができ、上述の実施の形態１と同様の効果が得られる。
【００２８】
また、このように変形素子１１を支持部材９の天井部９ａと予圧部材１２との間に配置する代わりに、図８に示されるように、支持部材９の下端部とステータ２との間に変形素子１１を配置してもよい。ただし、この場合には、図９に示されるように、振動手段３の駆動時に変形素子１１に所定の正の直流電圧を印加することによりこの変形素子１１を所定の厚さＨ０よりも大きい厚さＨ２に伸ばし、これによりステータ２の上面から支持部材９の天井部９ａまでの距離を長くして皿バネ１０の付勢力を小さくすることで、ステータ２に対するロータ８の予圧力を小さくすることができる。
【００２９】
なお、皿バネ１０の付勢力により予圧部材１２とステータ２との間に予圧力を付与する代わりに、この皿バネ１０を省略すると共に支持部材９を弾性体から構成し、支持部材９の弾性により予圧部材１２とステータ２との間に予圧力を付与してロータ８をステータ２に加圧することもできる。
【００３０】
実施の形態２．
上述の実施の形態１の振動アクチュエータでは、予圧部材１２が支持部材９によりステータ２に対して支持されていたが、この実施の形態２では、図１０に示されるように、環状の予圧部材２１がコイル状の引っ張りバネからなる複数の支持部材２２により基部２３に対して支持されたものである。基部２３は、ステータ２及び振動手段３よりも大きい径を有し、ステータ２及び振動手段３の外周面よりも側方に突出した部分を有する。この基部２３の突出部分の上面に対して、支持部材２２により予圧部材２１が支持されている。支持部材２２の付勢力により予圧部材２１がロータ８に押圧され、ロータ８に−Ｚ軸方向の予圧力を付与している。これによりロータ８がステータ２に加圧されている。
【００３１】
また、この実施の形態２に係る振動アクチュエータは、振動手段３の第１〜第３の圧電素子部３１〜３３に重ね合わせて配置される変形素子２４を有しており、連結ボルト４はこれら振動手段３及び変形素子２４内に通されて基部２３とステータ２との間を連結している。なお、変形素子２４は、第１〜第３の圧電素子部３１〜３３と同様に、駆動回路５に電気的に接続されている。
【００３２】
図１１に示されるように、変形素子２４は、電極板２４ａ、圧電素子板２４ｂ、電極板２４ｃ、圧電素子板２４ｄ及び電極板２４ｅが順次重ね合わされた構造を有すると共に、第３の圧電素子部３３と基部２３との間に配置されており、絶縁シート３７を介して第３の圧電素子部３３から、また絶縁シート２５を介して基部２３から絶縁されている。
【００３３】
なお、変形素子２４は、その中央部に連結ボルト４を通すための貫通孔が形成されること以外は、上述の実施の形態１における変形素子１１と同様の構成を有し、電極板２４ａ及び２４ｃ及び２４ｅが変形素子１１の電極板１１ａ及び１１ｃ及び１１ｅに相当し、圧電素子板２４ｂ及び２４ｄが変形素子１１の圧電素子板１１ｂ及び１１ｄに相当している。すなわち、駆動回路５から変形素子２４の電極板２４ｃに対して、正の直流電圧を印加すると、圧電素子板２４ｂ及び２４ｄがＺ軸方向（厚み方向）に伸びる一方、負の直流電圧を印加すると、圧電素子板２４ｂ及び２４ｄがＺ軸方向（厚み方向）に縮むように構成されている。
【００３４】
振動手段３が駆動されない時には、図１０に示されるように、変形素子２４の電極板２４ｃに電圧が印加されることはなく、したがって変形素子２４の圧電素子板２４ｂ及び２４ｄは本来の厚さのままであり、変形素子２４は所定の厚さＨ３を有する。このとき、支持部材２２の付勢力により予圧部材２１がロータ８をステータ２に向かって押圧し、これによりロータ８がステータ２に加圧されている。
【００３５】
一方、振動手段３の駆動時には、図１２に示されるように、駆動回路５から変形素子２４の電極板２４ｃに所定の負の直流電圧が印加され、変形素子２４の圧電素子板２４ｂ及び２４ｄがＺ軸方向（厚み方向）に縮むことにより、変形素子２４は所定の厚さＨ３よりも小さい厚さＨ４になる。これにより、基部２３の上面からロータ８までの高さが小さくなって、支持部材２２の付勢力が小さくなり、ステータ２にロータ８を加圧する予圧力が小さくなる。
【００３６】
したがって、上述の実施の形態１と同様に、高い保持力を確保しながらも長い寿命を有する振動アクチュエータを実現することができる。
【００３７】
なお、変形素子２４は第３の圧電素子部３３と基部２３との間の界面に変形素子２４が配置されていたが、これに限定されるものではなく、ステータ２と振動手段３の第３の圧電素子部３３の間に存在する複数の界面のいずれかに変形素子２４を配置してもよい。この場合も、振動手段３の駆動時に変形素子２４に所定の負電圧を印加して変形素子２４を厚み方向に縮ませることで、ステータ２に対するロータ８の予圧力を小さくすることができる。
【００３８】
また、このように変形素子２４を基部２３とステータ２との間に配置する代わりに、図１３に示されるように、基部２３と各支持部材２２の下端部との間に変形素子２４を配置してもよい。ただし、この場合には、図１４に示されるように、振動手段３の駆動時に変形素子２４に所定の正の直流電圧を印加してこの変形素子２４を所定の厚さＨ３よりも大きい厚さＨ５に伸ばし、これにより支持部材２２の付勢力を小さくすることで、ステータ２に対するロータ８の予圧力を小さくすることができる。
【００３９】
また、図１５に示されるように、予圧部材２１と各支持部材２２の上端部との間に変形素子２４を配置してもよく、この場合も、振動手段３の駆動時に変形素子２４に所定の正電圧を印加してこの変形素子２４を厚み方向に伸ばすことで、ステータ２に対するロータ８の予圧力を小さくすることができる。
【００４０】
なお、上述の実施の形態１及び２において、支持部材９及び２２の長さ方向の途中に変形素子１１及び２４を配置することもできる。
【００４１】
実施の形態３．
次に図１６を参照して、この発明の実施の形態３に係る振動アクチュエータを説明する。この実施の形態３は、上述の実施の形態２における振動手段３の第１〜第３の圧電素子部３１〜３３のうち第２の圧電素子部３２を省略し、変形素子２４をＺ軸方向の縦振動を生じる圧電素子部としても兼用するものである。すなわち、ここでは、Ｘ軸方向のたわみ振動を生じる第１の圧電素子部３１と、Ｙ軸方向のたわみ振動を生じる第３の圧電素子部３３と、Ｚ軸方向の縦振動を生じる圧電素子部としての変形素子２４とにより、振動手段２６が構成されている。この振動手段２６の駆動時には、駆動回路５から第１及び第３の圧電素子部３１及び３３と変形素子２４のうち少なくとも２つに交流電圧が印加されて駆動されることにより、ロータ８と接触するステータ２の角部７に楕円運動が発生してロータ８をＸ、Ｙ、Ｚの３軸の回りに任意に回転することができるように構成されている。
【００４２】
このような構成を有する振動アクチュエータにおいて、振動手段２６が駆動されない時には、図１６に示されるように、変形素子２４の電極板２４ｃに電圧が印加されることはなく、したがって変形素子２４の圧電素子板２４ｂ及び２４ｄは本来の厚さのままであり、変形素子２４は所定の厚さＨ３を有する。したがって、支持部材２２の付勢力により、予圧部材２１がロータ８をステータ２に向かって押圧し、これによりロータ８がステータ２に加圧されている。
【００４３】
一方、振動手段２６の駆動時には、図１７に示されるように、駆動回路５から第１及び第３の圧電素子部３１及び３３と変形素子２４のうち少なくとも２つに交流電圧が印加されて駆動されることによりロータ８が回転駆動されるが、ここで駆動回路５から変形素子２４に印加される交流電圧は所定の電圧値だけマイナス方向にオフセットされており、これにより変形素子２４は、所定の厚さＨ３よりも小さい厚さＨ４に縮んだ状態からＺ軸方向に膨張と収縮を繰り返してＺ軸方向の縦振動を生じることとなる。なお、変形素子２４に交流電圧が印加されないときにも、駆動回路５から変形素子２４に所定の負の直流電圧が印加されて、変形素子２４は厚さＨ４に縮んだ状態にされる。
すなわち、振動手段２６の駆動時には、変形素子２４の縮みにより基部２３の上面からロータ８までの高さが小さくなり、これにより支持部材２２の付勢力が小さくなることでステータ２に対するロータ８の予圧力が小さくなる。
【００４４】
したがって、上述の実施の形態２と同様に、高い保持力を確保しながらも長い寿命を有する振動アクチュエータを実現することができる。
加えて、この実施の形態３では、変形素子２４がＺ軸方向の縦振動を生じる圧電素子部として兼用されるため、Ｚ軸方向の縦振動を生じる専用の圧電素子部を設ける必要がなく、これにより単純な構造の振動アクチュエータを実現することができる。
【００４５】
なお、上述の実施の形態１〜３では、振動手段３及び２６の駆動時にだけ変形素子１１及び２４に負の直流電圧を印加して変形素子１１及び２４を縮ませることにより駆動時の予圧力を小さくしていたが、その代わりに、振動手段３及び２６の駆動時には変形素子１１及び２４に電圧を印加せずに、振動手段３及び２６の駆動停止時にだけ変形素子１１及び２４に正の直流電圧を印加して変形素子１１及び２４を伸ばすことにより駆動停止時の予圧力を大きくするようにしても、高い保持力を確保しながら長い寿命を有する振動アクチュエータを実現することができる。
【００４６】
また、上述の実施の形態１〜３において、振動手段３及び２６の駆動時に、変形素子１１及び２４に正の直流電圧を印加して変形素子１１及び２４を伸ばすことにより、予圧力を大きくして高い駆動力を得ることもできる。
また、振動手段３及び２６の駆動停止時に変形素子１１及び２４に負の直流電圧を印加して変形素子１１及び２４を縮ませることにより、予圧力を小さくして保持力を低下させることもできる。
【００４７】
また、実施の形態１における皿バネ１０、及び実施の形態２及び３における支持部材２２を構成するコイル状の引っ張りバネの代わりに、その他各種の弾性体を用いることができる。
高い弾性率を有する弾性体を使用することにより、変形素子１１及び２４に直流電圧を印加して伸縮させた際の予圧力の変化量を大きくすることができる。
【００４８】
また、実施の形態１では、皿バネ１０及び支持部材９を含む予圧手段によりロータ８に予圧をかけ、実施の形態２及び３では、支持部材２２を含む予圧手段によりロータ８に予圧をかけていたが、この発明は、それらに限定されるものではなく、ステータと予圧部材との間に予圧力を付与してロータをステータに加圧することが可能な各種の予圧手段を用いることができる。この場合も、予圧手段が変形素子を含み、変形素子を伸縮させることで予圧力を変化させるように構成することにより、予圧力を容易に変更することができる。
【００４９】
なお、実施の形態１〜３において、変形素子１１及び２４は一対の圧電素子板１１ｂ及び１１ｄを有していたが、１枚、あるいは３枚以上の圧電素子板を有してもよい。特に、変形素子が多数の圧電素子板を有するように構成すれば、変形素子に直流電圧を印加した際の伸縮量が大きくなり、予圧力の変化量を大きくすることができる。このとき、例えば、薄い圧電素子板を用いることで変形素子全体の厚さは変えないように構成することができる。
また、板状の圧電素子ではなく、各種形状の圧電素子を用いることもできる。
圧電素子の代わりに、熱変形素子等の各種の変形素子を用いることもできる。
【００５０】
また、上記の各実施の形態において、ステ―タ２とロータ８との接触は角部７であったが、この構成に限らない。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。
また、上記各実施の形態では、ステータ２とロータ８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。
【００５１】
なお、実施の形態１〜３では、ロータ８が略球体状であり、振動手段３及び２６によりステータ２を振動させてロータ８を複数の軸回りに回転させる多自由度の振動アクチュエータについて説明したが、この発明はこれに限定されるものではなく、ロータを単一の軸の回りに回転させる１自由度の振動アクチュエータにも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】この発明の実施の形態１に係る振動アクチュエータを示す断面図である。
【図２】実施の形態１で用いられた変形素子の構成を示す部分断面図である。
【図３】実施の形態１で用いられた変形素子の一対の圧電素子板の分極方向を示す斜視図である。
【図４】実施の形態１で用いられた振動手段の構成を示す部分断面図である。
【図５】実施の形態１で用いられた振動手段の３対の圧電素子板の分極方向を示す斜視図である。
【図６】実施の形態１に係る振動アクチュエータの駆動時を示す断面図である。図１の振動アクチュエータにおける変形素子に電圧を印加した際の様子を示す断面図である。
【図７】変形素子に印加される電圧の変化に対する予圧力の関係を示すグラフである。
【図８】実施の形態１の変形例に係る振動アクチュエータを示す断面図である。
【図９】実施の形態１の変形例に係る振動アクチュエータの駆動時を示す断面図である。
【図１０】実施の形態２に係る振動アクチュエータを示す断面図である。
【図１１】実施の形態２で用いられた振動手段及び変形素子の構成を示す部分断面図である。
【図１２】実施の形態２に係る振動アクチュエータの駆動時を示す断面図である。
【図１３】実施の形態２の変形例に係る振動アクチュエータを示す断面図である。
【図１４】実施の形態２の変形例に係る振動アクチュエータの駆動時を示す断面図である。
【図１５】実施の形態２の別の変形例に係る振動アクチュエータを示す断面図である。
【図１６】実施の形態３に係る振動アクチュエータを示す断面図である。
【図１７】実施の形態３に係る振動アクチュエータの駆動時を示す断面図である。
【符号の説明】
【００５３】
１，２３  基部、２  ステータ、３  振動手段、４  連結ボルト、５  駆動回路、６  凹部、７  角部、８  ロータ、９，２２  支持部材、９ａ  天井部、１０  皿バネ、１１，２４  変形素子、１１ａ，１１ｃ，１１ｅ，２４ａ，２４ｃ，２４ｅ，３１ａ，３１ｃ，３１ｅ，３２ａ，３２ｃ，３２ｅ，３３ａ，３３ｃ，３３ｅ  電極板、１１ｂ，１１ｄ，３１ｂ，３１ｄ，３２ｂ，３２ｄ，３３ｂ，３３ｄ  圧電素子板、１２，２１  予圧部材、１３  予圧面、１４，１５，２５，３４〜３７  絶縁シート、３１  第１の圧電素子部、３２  第２の圧電素子部、３３  第３の圧電素子部。
【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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