(57)【要約】【課題】回転軸にずれを生じることなく回転子を正確に移動制御することができる振動アクチュエータを提供する。【解決手段】駆動回路１６のＸ軸周波数設定部１６１にはＹ軸方向の共振周波数ｆｙとＺ軸方向の共振周波数ｆｚの中間値ｆ１が、Ｙ軸周波数設定部１６２にはＸ軸方向の共振周波数ｆｘとＺ軸方向の共振周波数ｆｚの中間値ｆ２が、Ｚ軸周波数設定部１６３にはＸ軸方向の共振周波数ｆｘとＹ軸方向の共振周波数ｆｙの中間値ｆ３が駆動周波数として設定される。回転子をＸ軸回りに回転させる際にはＸ軸駆動部１６４から第１及び第２の圧電素子部３１及び３２に駆動周波数ｆ１の交流電圧を印加し、Ｙ軸回りに回転させる際にはＹ軸駆動部１６５から第２及び第３の圧電素子部３２及び３３に駆動周波数ｆ２の交流電圧を印加し、Ｚ軸回りに回転させる際にはＺ軸駆動部１６６から第１及び第３の圧電素子部３１及び３３に駆動周波数ｆ３の交流電圧を印加する。【選択図】図５
2008236986.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転子を振動子に対し加圧した状態で前記振動子に振動を発生させることにより前記回転子を少なくとも１つの回転軸の回りに回転させる振動アクチュエータにおいて、
各回転軸に対し、前記回転子を回転させるのに必要な少なくとも２方向のそれぞれの共振周波数に基づいて設定された周波数を前記回転軸に対する駆動周波数として、前記振動子を駆動する駆動回路を備えたことを特徴とする振動アクチュエータ。
【請求項２】
前記駆動回路は、全方向の共振周波数の最小値から最大値までの間であって互いに異なる周波数を各回転軸の駆動周波数とする請求項１に記載の振動アクチュエータ。
【請求項３】
前記駆動回路は、前記回転軸の回りの回転に必要な方向のそれぞれの共振周波数の間の値を前記回転軸に対する前記駆動周波数とする請求項１または２に記載の振動アクチュエータ。
【請求項４】
前記駆動回路は、前記回転軸の回りの回転に必要な方向のそれぞれの共振周波数の中間値を前記回転軸に対する前記駆動周波数とする請求項１に記載の振動アクチュエータ。
【請求項５】
前記振動子は、前記回転子に接触する固定子と、前記固定子に連結される複数の圧電素子板とを有する請求項１〜４のいずれか一項に記載の振動アクチュエータ。
【請求項６】
前記回転子は、３つの回転軸の回りに回転する請求項１〜５のいずれか一項に記載の振動アクチュエータ。
【請求項７】
前記振動子は、前記回転子に接触する固定子と、前記固定子に連結され且つ互いに異なる３方向の振動を生じる３対の圧電素子板とを有する請求項６に記載の振動アクチュエータ。
【請求項８】
前記回転子に接触する前記固定子は１つである請求項５または７に記載の振動アクチュエータ。
【請求項９】
前記駆動回路は、各回転軸に対して前記回転子を回転させるのに必要な方向のそれぞれの振動が組み合わされて楕円振動または円振動を発生するように前記必要な方向の振動の振幅及び位相を制御する請求項１〜８のいずれか一項に記載の振動アクチュエータ。
【請求項１０】
各回転軸に対して前記回転子を回転させるのに必要な方向のそれぞれの共振周波数を測定する測定手段を備え、
前記駆動回路は、前記測定手段で測定された共振周波数に基づいて前記駆動周波数を更新する請求項１〜９のいずれか一項に記載の振動アクチュエータ。
【請求項１１】
ロボットハンドに用いられる請求項１〜１０のいずれか一項に記載の振動アクチュエータ。
【請求項１２】
回転子を振動子に対し加圧した状態で前記振動子に振動を発生させることにより前記回転子を少なくとも１つの回転軸の回りに回転させる振動アクチュエータの駆動方法において、
各回転軸に対し、前記回転子を回転させるのに必要な少なくとも２方向のそれぞれの共振周波数に基づいて設定された周波数を前記回転軸に対する駆動周波数として、前記振動子を駆動することを特徴とする振動アクチュエータの駆動方法。
【請求項１３】
前記回転軸の回りの回転に必要な方向のそれぞれの共振周波数の中間値を前記回転軸に対する前記駆動周波数とする請求項１２に記載の振動アクチュエータの駆動方法。
【請求項１４】
各回転軸に対して前記回転子を回転させるのに必要な方向のそれぞれの共振周波数を測定し、
測定された共振周波数に基づいて前記駆動周波数を更新する請求項１２または１３に記載の振動アクチュエータの駆動方法。
【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及びその駆動方法に係り、特に振動子に超音波の振動を発生させて回転子を回転させる振動アクチュエータ及びその駆動方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、超音波振動を利用して回転子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、圧電素子を用いて固定子の表面に楕円運動または進行波を発生させ、固定子に回転子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回転子を移動させるものである。
例えば、特許文献１には、振動体で固定子にＸ、Ｙ、Ｚの３方向の振動を励起させることによって固定子に接触する回転子を３方向に移動させる振動アクチュエータが開示されている。振動体は、Ｚ方向の縦振動を励起する第１の圧電素子と、Ｘ−Ｚ平面におけるたわみ振動を励起する第２の圧電素子と、Ｙ−Ｚ平面におけるたわみ振動を励起する第３の圧電素子とを有しており、これら第１〜第３の圧電素子に振動体の共振周波数に近い単一の周波数の交流電圧を印加してそれぞれの振動を励起している。
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−２２０８９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、実際の振動体においては、一般にＸ、Ｙ、Ｚの３方向の共振周波数が一致せずに互いに異なるため、３方向に共通の単一の周波数で第１〜第３の圧電素子を駆動すると、３方向の回転軸にずれを生じ、回転子を正確に移動制御することが困難となる。
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、回転軸にずれを生じることなく回転子を正確に移動制御することができる振動アクチュエータ及びその駆動方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この発明に係る振動アクチュエータは、回転子を振動子に対し加圧した状態で振動子に振動を発生させることにより回転子を少なくとも１つの回転軸の回りに回転させる振動アクチュエータにおいて、各回転軸に対し、回転子を回転させるのに必要な少なくとも２方向のそれぞれの共振周波数に基づいて設定された周波数をその回転軸に対する駆動周波数として、振動子を駆動する駆動回路を備えたものである。
【０００６】
なお、駆動回路は、全方向の共振周波数の最小値から最大値までの間であって互いに異なる周波数を各回転軸の駆動周波数とすることができる。また、駆動回路は、回転軸の回りの回転に必要な方向のそれぞれの共振周波数の間の値をその回転軸に対する駆動周波数としてもよい。
さらに、駆動回路は、回転軸の回りの回転に必要な方向のそれぞれの共振周波数の中間値をその回転軸に対する駆動周波数とすることもできる。
振動子は、回転子に接触する固定子と、固定子に連結される複数の圧電素子板とを有する構成にしてもよい。回転子を、３つの回転軸の回りに回転させるように構成してもよい。この場合、振動子は、回転子に接触する固定子と、固定子に連結され且つ互いに異なる３方向の振動を生じる３対の圧電素子板とから構成することができる。
好ましくは、駆動回路は、各回転軸に対して回転子を回転させるのに必要な方向のそれぞれの振動が組み合わされて楕円振動または円振動を発生するようにそれら必要な方向の振動の振幅及び位相を制御する。
回転子に接触する、ただ一つの固定子を有することが好ましい。
また、各回転軸に対して回転子を回転させるのに必要な方向のそれぞれの共振周波数を測定する測定手段を備え、駆動回路が、測定手段で測定された共振周波数に基づいて駆動周波数を更新するように構成してもよい。
この振動アクチュエータをロボットハンドに用いることもできる。
【０００７】
この発明に係る振動アクチュエータの駆動方法は、回転子を振動子に対し加圧した状態で振動子に振動を発生させることにより回転子を少なくとも１つの回転軸の回りに回転させる振動アクチュエータの駆動方法において、各回転軸に対し、回転子を回転させるのに必要な少なくとも２方向のそれぞれの共振周波数に基づいて設定された周波数を回転軸に対する駆動周波数として、振動子を駆動する方法である。
【０００８】
なお、回転軸の回りの回転に必要な方向のそれぞれの共振周波数の中間値をその回転軸に対する駆動周波数とすることができる。
また、各回転軸に対して回転子を回転させるのに必要な方向のそれぞれの共振周波数を測定し、測定された共振周波数に基づいて駆動周波数を更新することもできる。
【発明の効果】
【０００９】
この発明によれば、各回転軸に対し、回転子を回転させるのに必要な少なくとも２方向のそれぞれの共振周波数に基づいて設定された周波数をその回転軸に対する駆動周波数とするので、回転軸にずれを生じることなく回転子を正確に移動制御することが可能となる。
【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。基部ブロック１と固定子２との間に振動体３が挟持されており、これらによりほぼ円柱状の外形を有する振動子４が形成されている。固定子２には、振動体３に接する面とは反対側に凹部５が形成されており、この凹部５内に略球体状の回転子６のほぼ下半部が収容されている。
固定子２の上部には、支持部材７が配置されている。この支持部材７は、固定子２の上面の上に固定される環状部８と、環状部８から上方に延びる逆Ｌ字形のアングル部９を有し、アングル部９の先端に予圧部１０が支持されている。
【００１１】
ここで、説明の便宜上、基部ブロック１から固定子２に向かう振動子４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。
予圧部１０は、回転子６の＋Ｚ軸方向の最高点である頂点付近に接触している。支持部材７のアングル部９は弾性を有し、これにより予圧部１０が回転子６に加圧され、回転子６に−Ｚ軸方向の予圧を付与している。
【００１２】
図２に示されるように、予圧部１０は、凹状円錐面形状の予圧面１１を有しており、この予圧面１１が回転子６の頂点付近に接触している。
また、基部ブロック１と固定子２とが振動体３内に通された連結ボルト１２を介して互いに連結されている。
固定子２の凹部５は、回転子６の直径より小さな内径を有する小径部１３と、回転子６の直径より大きな内径を有する大径部１４とからなり、これら小径部１３及び大径部１４との境界部にＸＹ平面上に位置する環状の段差１５が形成されている。回転子６はこの凹部５内の段差１５に当接した状態で回転可能に支持されている。
なお、基部ブロック１および固定子２はそれぞれ例えばジェラルミンから形成され、回転子６としては鋼球が用いられる。
【００１３】
振動体３は、固定子２に超音波の振動を発生させて回転子６をＸ、Ｙ、Ｚの３軸の回りにそれぞれ回転させるためのものであり、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１６に電気的に接続されている。
具体的には、図３に示されるように、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を介して固定子２及び基部ブロック１から、また互いに絶縁された状態で配置されている。
【００１４】
図４に示されるように、第１の圧電素子部３１の一対の圧電素子板３１ｂ及び３１ｄは、Ｙ軸方向に２分割された部分が互いに逆極性を有してそれぞれＺ軸方向（厚み方向）に膨張と収縮の反対の変形挙動を行うように分極されており、圧電素子板３１ｂと圧電素子板３１ｄは互いに裏返しに配置されている。
第２の圧電素子部３２の一対の圧電素子板３２ｂ及び３２ｄは、２分割されることなく全体がＺ軸方向（厚み方向）に膨張あるいは収縮の変形挙動を行うように分極されており、圧電素子板３２ｂと圧電素子板３２ｄは互いに裏返しに配置されている。
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。
【００１５】
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１６に電気的に接続されている。
【００１６】
図５に示されるように、駆動回路１６は、回転子６をＸ軸の回りに回転させるときの駆動周波数ｆ１を設定するＸ軸周波数設定部１６１と、回転子６をＹ軸の回りに回転させるときの駆動周波数ｆ２を設定するＹ軸周波数設定部１６２と、回転子６をＺ軸の回りに回転させるときの駆動周波数ｆ３を設定するＺ軸周波数設定部１６３とを有している。さらに、Ｘ軸周波数設定部１６１には、駆動周波数ｆ１の交流電圧を第１の圧電素子部３１と第２の圧電素子部３２に出力するＸ軸駆動部１６４が接続されている。同様に、Ｙ軸周波数設定部１６２には、駆動周波数ｆ２の交流電圧を第２の圧電素子部３２と第３の圧電素子部３３とに出力するＹ軸駆動部１６５が接続されている。さらに、Ｚ軸周波数設定部１６３には、駆動周波数ｆ３の交流電圧を第１の圧電素子部３１と第３の圧電素子部３３に出力するＺ軸駆動部１６６が接続されている。
【００１７】
次に、この実施の形態１に係る振動アクチュエータの動作について説明する。
まず、振動アクチュエータを動作させる前に、振動子４のＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向における共振周波数をそれぞれ測定する。
例えば、第３の圧電素子部３３のＸ軸方向に２分割された一対の圧電素子板３３ｂ及び３３ｄに一定電圧の交流を印加し、印加電圧の周波数を所定の測定範囲内で掃引し、このときの電流値を監視して電流値が最大になった周波数がＸ軸方向における振動子４の共振周波数ｆｘとなる。
同様に、第１の圧電素子部３１のＹ軸方向に２分割された一対の圧電素子板３１ｂ及び３１ｄに一定電圧の交流を印加し、印加電圧の周波数を所定の測定範囲内で掃引し、このときの電流値を監視して電流値が最大になった周波数がＹ軸方向における振動子４の共振周波数ｆｙとなる。
さらに、第２の圧電素子部３２の一対の圧電素子板３２ｂ及び３２ｄに一定電圧の交流を印加し、印加電圧の周波数を所定の測定範囲内で掃引し、このときの電流値を監視して電流値が最大になった周波数がＺ軸方向における振動子４の共振周波数ｆｚとなる。
【００１８】
このような共振周波数の測定は、例えば、インピーダンスアナライザを用いて行うことができる。インピーダンスアナライザにより、印加電圧の周波数を掃引してアドミッタンス（インピーダンスの逆数）が最大になった周波数が、すなわち電流値が最大になった周波数であり、共振周波数を示している。実際に、インピーダンスアナライザにより測定した周波数−アドミッタンス特性を図６に示す。この図６からわかるように、Ｘ軸方向の共振周波数ｆｘ、Ｙ軸方向の共振周波数ｆｙ、Ｚ軸方向の共振周波数ｆｚが互いに一致せず、異なっている。
【００１９】
ここで、第１の圧電素子部３１の電極板３１ｃに振動子４の共振周波数ｆｘ、ｆｙ、ｆｚ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、固定子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、固定子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、固定子２にＸ軸方向のたわみ振動を発生する。
【００２０】
そこで、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回転子６と接触する固定子２の段差１５にＸＺ面内の楕円振動が発生し、摩擦力を介して回転子６がほぼＹ軸回りに回転する。
同様に、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回転子６と接触する固定子２の段差１５にＹＺ面内の楕円振動が発生し、摩擦力を介して回転子６がほぼＸ軸回りに回転する。
さらに、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回転子６と接触する固定子２の段差１５にＸＹ面内の楕円振動が発生し、摩擦力を介して回転子６がほぼＺ軸回りに回転する。
【００２１】
このように、回転子６をＸ軸回りに回転させるためにはＹ軸方向のたわみ振動とＺ軸方向の縦振動との組み合わせが必要となり、Ｙ軸回りに回転させるためにはＸ軸方向のたわみ振動とＺ軸方向の縦振動との組み合わせが必要となり、Ｚ軸回りに回転させるためにはＸ軸方向のたわみ振動とＹ軸方向のたわみ振動との組み合わせが必要となる。
【００２２】
そこで、１つの回転軸の回りの回転に必要な２方向のそれぞれの振動子４の共振周波数の中間値をその回転軸に対する駆動周波数とする。すなわち、回転子６をＸ軸の回りに回転させる際には、Ｙ軸方向の共振周波数ｆｙとＺ軸方向の共振周波数ｆｚの中間値ｆ１＝（ｆｙ＋ｆｚ）／２を駆動周波数とし、回転子６をＹ軸の回りに回転させる際には、Ｘ軸方向の共振周波数ｆｘとＺ軸方向の共振周波数ｆｚの中間値ｆ２＝（ｆｘ＋ｆｚ）／２を駆動周波数とし、回転子６をＺ軸の回りに回転させる際には、Ｘ軸方向の共振周波数ｆｘとＹ軸方向の共振周波数ｆｙの中間値ｆ３＝（ｆｘ＋ｆｙ）／２を駆動周波数とする。
【００２３】
このようにして得られた駆動周波数ｆ１、ｆ２、ｆ３をそれぞれ駆動回路１６のＸ軸周波数設定部１６１、Ｙ軸周波数設定部１６２、Ｚ軸周波数設定部１６３に設定する。
そして、回転子６をＸ軸回りに回転させる際には、駆動回路１６のＸ軸駆動部１６４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度シフトさせた駆動周波数ｆ１の交流電圧をそれぞれ印加する。これにより、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回転子６と接触する固定子２の段差１５にＹＺ面内の楕円振動が発生し、軸ずれを生じることなく回転子６がＸ軸の回りに回転する。
また、回転子６をＹ軸回りに回転させる際には、駆動回路１６のＹ軸駆動部１６５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度シフトさせた駆動周波数ｆ２の交流電圧をそれぞれ印加する。これにより、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回転子６と接触する固定子２の段差１５にＸＺ面内の楕円振動が発生し、軸ずれを生じることなく回転子６がＹ軸の回りに回転する。
さらに、回転子６をＺ軸回りに回転させる際には、駆動回路１６のＺ軸駆動部１６６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度シフトさせた駆動周波数ｆ３の交流電圧をそれぞれ印加する。これにより、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回転子６と接触する固定子２の段差１５にＸＹ面内の楕円振動が発生し、軸ずれを生じることなく回転子６がＺ軸の回りに回転する。
【００２４】
このように、各回転軸Ｘ、Ｙ、Ｚに対し、回転子６を回転させるのに必要な２方向のそれぞれの振動子４の共振周波数に基づいて設定された周波数をその回転軸に対する駆動周波数とすることにより、回転軸にずれを生じることなく回転子６を正確に移動制御することができる。
【００２５】
なお、１つの回転軸の回りの回転に必要な２方向の振動を生ずるための２つの圧電素子部に位相を９０度シフトさせた交流電圧をそれぞれ印加したが、これに限るものではない。ただし、２方向の振動の組み合わせによって固定子２の段差１５に回転子６の回転移動のために効率のよい楕円振動または円振動を発生するように、２つの圧電素子部に印加される交流電圧の振幅及び位相を制御することが好ましい。
【００２６】
実施の形態２
図７に実施の形態２に係る振動アクチュエータの電気系統を示す。この実施の形態２は、上述した実施の形態１の振動アクチュエータにおいて、振動体３の第１〜第３の圧電素子部３１〜３３に共振周波数測定回路１７を接続し、この共振周波数測定回路１７に駆動回路１６のＸ軸周波数設定部１６１、Ｙ軸周波数設定部１６２、Ｚ軸周波数設定部１６３をそれぞれ接続したものである。
【００２７】
共振周波数測定回路１７は、第１〜第３の圧電素子部３１〜３３の各圧電素子板にそれぞれ一定電圧の交流を印加し、印加電圧の周波数を所定の測定範囲内で掃引し、このときの電流値またはアドミッタンスを監視して電流値またはアドミッタンスが最大になった周波数からＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向における振動子４の共振周波数ｆｘ、ｆｙ、ｆｚをそれぞれ測定する。さらに、共振周波数測定回路１７は、測定された共振周波数ｆｘ、ｆｙ、ｆｚをそれぞれ駆動回路１６のＸ軸周波数設定部１６１、Ｙ軸周波数設定部１６２、Ｚ軸周波数設定部１６３に出力して設定させる。
【００２８】
一般に、回転子６の回転により何らかの負荷を移動させたり駆動したときには、その反作用を振動子４が受けるために、振動子４の共振周波数に変化が生じる。
そこで、共振周波数測定回路１７によりＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向における振動子４の共振周波数ｆｘ、ｆｙ、ｆｚをそれぞれ測定して駆動回路１６のＸ軸周波数設定部１６１、Ｙ軸周波数設定部１６２、Ｚ軸周波数設定部１６３に設定されている値を更新すれば、振動子４の共振周波数が変化しても、その変化をほぼリアルタイムで把握し、正確な共振周波数ｆｘ、ｆｙ、ｆｚを用いて第１〜第３の圧電素子部３１〜３３を駆動することができる。したがって、より正確に回転子を移動制御することが可能となる。
【００２９】
上記の実施の形態１及び２では、Ｘ、Ｙ、Ｚの３つの回転軸のそれぞれに対して、回転子６を回転させるのに必要な２方向の共振周波数の中間値をその回転軸に対する駆動周波数としたが、これに限るものではない。例えば、３方向以上の振動を合成して一つの回転軸の回りの回転を行うこともでき、この場合には、回転子６の回転に必要な３方向以上の共振周波数に基づいて駆動周波数が設定される。また、全方向の共振周波数の最小値から最大値までの間であって互いに異なる周波数を各回転軸の駆動周波数として設定してもよい。さらに、回転子６をある回転軸の回り回転させるのに必要な方向のそれぞれの共振周波数の間の値をその回転軸に対する駆動周波数とすることもできる。
【００３０】
なお、上記の実施の形態１及び２においては、第１〜第３の圧電素子部３１〜３３を用いて回転子６をＸ、Ｙ、Ｚの３つの回転軸の回りに回転させるものを例示したが、これに限るものではなく、１つの回転軸の回りのみ、あるいは２つの回転軸の回りにのみ回転する振動アクチュエータに対しても、この発明を適用することができる。１つの回転軸の回りのみ回転する場合には、回転子は略球体状である必要はなく、例えば円柱形状とすることもできる。
また、実施の形態１及び２では、略球体状の回転子６の頂点付近から予圧を付与していたが、この発明は予圧力のかけ方には何ら限定されるものではない。
この発明の振動アクチュエータは、例えばロボットハンドに用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【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斜視図である。
【図２】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３】実施の形態１で用いられた振動体の構成を示す部分断面図である。
【図４】実施の形態１で用いられた振動体の３対の圧電素子板の分極方向を示す斜視図である。
【図５】実施の形態１で用いられた駆動回路の内部構成を示すブロック図である。
【図６】振動子のＸ、Ｙ、Ｚ方向の各共振周波数と回転子をＸ軸回り、Ｙ軸回り、Ｚ軸回りに回転させるときの各駆動周波数とを示すグラフである。
【図７】実施の形態２に係る振動アクチュエータの電気系統を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００３２】
１  基部ブロック、２  固定子、３  振動体、４  振動子、５  凹部、６  回転子、７  支持部材、８  環状部、９  アングル部、１０  予圧部、１１  予圧面、１２  連結ボルト、１３  小径部、１４  大径部、１５  段差、１６  駆動回路、１７  共振周波数測定回路、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、１６１  Ｘ軸周波数設定部、１６２  Ｙ軸周波数設定部、１６３  Ｚ軸周波数設定部、１６４  Ｘ軸駆動部、１６５  Ｙ軸駆動部、１６６  Ｚ軸駆動部、ｆｘ，ｆｙ，ｆｚ  共振周波数、ｆ１，ｆ２，ｆ３  駆動周波数。
【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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