(57)【要約】【課題】駆動に寄与しない方向の振動変位を発生させることなく効率的な駆動を可能とした駆動装置を提供する。【解決手段】振動型アクチュエータは、弾性体２と圧電素子３から構成されると共に接触部４が配設された振動体１を備える。振動体１に対し、縦振動１次モードによる振動変位Ｗｙと、曲げ振動１次モードによる振動変位Ｗｚを時間的位相差が９０度となるように発生させ、振動体１の両方の接触部４に、Ｘ軸回りの楕円運動または円運動を形成する。これに伴い、両方の接触体５は、振動体１の一方の接触部４では時計回り、振動体１の他方の接触部４では反時計回りとなるように、回転軸が同一方向である回転運動を行う。ここで、縦振動１次モードによる振動変位Ｗｙに替えて縦振動２次モードによる振動変位Ｗｙ’を発生させると、両方の接触体５の回転方向が一致する。【選択図】図１
2007202340.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
振動体に発生した振動を駆動源とする駆動装置において、
前記振動体に複数の振動変位を付与することで前記振動体に合成振動を発生させ、
前記振動体に接触する複数の接触体が同一の組み合わせの複数の振動変位からなる合成振動によって駆動されるものであり、複数の前記振動変位の組み合わせが変化することで複数の前記接触体における相対的な回転方向が変化することを特徴とする駆動装置。
【請求項２】
前記振動体は、直方体状の弾性体と、前記弾性体の面に固着され前記複数の振動変位を発生し前記弾性体に付与する電気−機械エネルギ変換素子とを備えることを特徴とする請求項１記載の駆動装置。
【請求項３】
前記振動体の前記弾性体は、前記電気-機械エネルギ変換素子が固着される側に段差部を有し、前記振動体の前記電気−機械エネルギ変換素子は、前記段差部を挟んで複数配置されることを特徴とする請求項２記載の駆動装置。
【請求項４】
前記振動体に接触する複数の前記接触体を回転軸が同一方向となるように相対移動させることを特徴とする請求項１記載の駆動装置。
【請求項５】
少なくとも振動変位の方向の異なる第１の振動モードと第２の振動モードの２つの振動モードを縮退させると共に、少なくとも第１の振動モードにて次数を異ならせた振動を励振可能であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の駆動装置。
【請求項６】
前記２つの振動モードは、縦振動モードと曲げ振動モードとねじり振動モードの低次振動のうちの２つの振動モードであることを特徴とする請求項５記載の駆動装置。
【請求項７】
前記第１の振動モードと第２の振動モードとに時間的位相をもたせて励振することで、前記振動体における前記接触体との接触部に楕円運動又は円運動を形成することを特徴とする請求項５または６記載の駆動装置。
【請求項８】
前記電気−機械エネルギ変換素子は、振動励振用の信号が入力される入力部を備え、
前記電気−機械エネルギ変換素子の前記入力部に入力する前記第１の振動モードにて次数を異ならせた振動を励振する信号の周波数は、前記次数を異ならせる前の振動を励振する信号の周波数の整数倍に設定されることを特徴とする請求項２、３、５、６、７のいずれかに記載の駆動装置。
【請求項９】
電気−機械エネルギ変換素子が固定された振動体に少なくとも異なる２方向の振動変位を付与することで前記振動体に合成振動を発生させ、前記振動体に接触する複数の接触体を駆動する駆動装置の制御方法において、
前記電気−機械エネルギ変換素子に第１の信号を入力することで第１の振動モードにて振動を発生させると共に、第２の信号を入力することで第２の振動モードにて振動を発生させることで前記振動体に合成振動を発生させ、少なくとも第１の信号の周波数を変化させることによって複数の前記接触体における相対的な回転方向を変化させることを特徴とする制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、振動により複数の接触体を駆動する駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、単一の振動体により該振動体に接触する複数の接触体を駆動する振動型アクチュエータが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図８は、従来例（特許文献１）に係る振動型アクチュエータの外観を示す斜視図である。
【０００４】
図８において、振動型アクチュエータは、円筒形状に構成されると共に、振動体１０１、圧電素子１０２、接触部１０３を備えており、複数の接触体１０４を駆動するアクチュエータである。振動型アクチュエータでは、圧電素子１０２により少なくとも異なる３方向の振動変位を発生し振動体１０１に付与することで、振動体１０１に合成振動を発生させる。これにより、振動体１０１と、該振動体１０１に接触部１０３を介して接触する複数の接触体１０４とを、選択的にもしくは同時に相対移動させることが可能である。
【特許文献１】特開２０００−３２４８６２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記従来例の振動型アクチュエータは、複数の接触体１０４を同時に駆動する場合、次のような問題があった。各接触体１０４の回転軸１０５は異なる方向に固定されているため、上記３方向の振動変位に基づく合成振動のうち、各接触体１０４の回転軸１０５の駆動に寄与する２成分の振動のみが、駆動力として各接触体１０４にそれぞれ作用する。そのため、駆動に寄与しない方向の振動が存在することとなり、非効率的であった。また、駆動に寄与しない方向の振動をなくすために、各接触体１０４の回転軸１０５を同一方向にした場合、一方の接触体のみの回転方向を反転することができないという問題があった。
【０００６】
本発明の目的は、駆動に寄与しない方向の振動変位を発生させることなく効率的な駆動を可能とした駆動装置及び駆動装置の制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述の目的を達成するために、本発明の駆動装置は、振動体に発生した振動を駆動源とする駆動装置において、前記振動体に複数の振動変位を付与することで前記振動体に合成振動を発生させ、前記振動体に接触する複数の接触体が同一の組み合わせの複数の振動変位からなる合成振動によって駆動されるものであり、複数の前記振動変位の組合せが変化することで複数の前記接触体における相対的な回転方向が変化することを特徴とする。
【０００８】
また、上述の目的を達成するために、本発明の駆動装置の制御方法は、電気−機械エネルギ変換素子が固定された振動体に少なくとも異なる２方向の振動変位を付与することで前記振動体に合成振動を発生させ、前記振動体に接触する複数の接触体を駆動する駆動装置の制御方法において、前記電気−機械エネルギ変換素子に第１の信号を入力することで第１の振動モードにて振動を発生させると共に、第２の信号を入力することで第２の振動モードにて振動を発生させることで前記振動体に合成振動を発生させ、少なくとも第１の信号の周波数を変化させることによって複数の前記接触体における相対的な回転方向を変化させることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、振動体に発生させた合成振動により複数の接触体を駆動する際に、従来のように複数の接触体の回転軸が異なる方向に固定されていないため、駆動に寄与しない方向の振動変位を発生させることがない。これにより、複数の接触体を同時に駆動することができ、効率的な駆動方法が可能となる。また、複数の接触体の相対移動だけでなく、少なくとも一つの接触体の反転が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【００１１】
［第１の実施の形態］
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る駆動装置としての振動型アクチュエータに関する図であり、（ａ）は、振動型アクチュエータの概略構成を示す斜視図、（ｂ）〜（ｄ）は、振動体のＹ軸方向及びＺ軸方向の変位の軸方向分布を示す図である。
【００１２】
図１において、振動型アクチュエータは、弾性体２と圧電素子３から構成されると共に接触部４が配設された振動体１を備えている。弾性体２は、直方体形状に構成されており、弾性材料から形成されている。圧電素子３は、弾性体２と同一の平面形状を有する板状に構成されており、少なくとも異なる２方向の振動変位を発生し弾性体２に付与する電気−機械エネルギ変換素子である。弾性体２の一方の面には、圧電素子３が固着されている。弾性体２に圧電素子３を固着することにより、振動体１を構成している。
【００１３】
尚、本実施の形態では、電気−機械エネルギ変換素子として単板圧電素子を用いているが、これに限定されるものではなく、複数の圧電セラミックスの間に電極膜を形成して積層構造としている積層型圧電素子を用いてもよい。
【００１４】
弾性体２の圧電素子３が固着されている面の反対側の面には、２箇所の接触部４（図２（ａ）参照）が配設されている。両方の接触部４は、それぞれ、同一形状（同一径）で且つ球状の第１の接触体５−１及び第２の接触体５−２の球面に対応する円錐台形状の凹部として構成されている。両方の接触部４には、不図示の加圧機構によって第１の接触体５−１及び第２の接触体５−２がそれぞれ加圧状態に接触される。両方の接触部４は、上記凹部構造により、振動体１に対する第１の接触体５−１と第２の接触体５−２の位置を決定する軸受機能を有している。以下の説明では、第１の接触体５−１と第２の接触体５−２を適宜総称して接触体５と表記する。
【００１５】
尚、本実施の形態では、接触部４を円錐台形状の凹部として構成しているが、これに限定されるものではなく、円錐状の凹部或いは接触体５の表面と同様な球面状の凹部として構成してもよい。また、接触部４を、振動体１と接触体５が複数の点で接触するような三角穴或いは四角穴或いは多角形穴として構成してもよい。更には、弾性体２に接触部４を配設する代わりに、接触部の機能を有する部品を別個に用意して弾性体２に固着してもよい。
【００１６】
また、本実施の形態では、接触部４を弾性体２の圧電素子固着面とは反対側の面に配設しているが、これに限定されるものではなく、弾性体２の側面や端面に配設してもよい。また、第１の接触体５−１と第２の接触体５−２は同一形状或いは同一径である必要はない。接触体の径を大きくすると出力トルクが大きくなり、接触体の径を小さくすると回転数が大きくなるので、振動型アクチュエータの使用目的に適した接触体を設計することが可能である。
【００１７】
図１（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）は、図１（ａ）に示す振動体１のＹ軸方向及びＺ軸方向の変位の軸方向分布を示している。即ち、振動体１のＹ軸方向の振動変位Ｗｙは、中心に１個の節を持つ縦振動１次モード（軸方向に伸び縮みする振動）による振動変位である。また、振動体１のＹ軸方向の振動変位Ｗｙ'は、２個の節を持つ縦振動２次モードによる振動変位である。更に、振動体１のＺ軸方向の振動変位Ｗｚは、２個の節を持つ曲げ振動１次モードによる振動変位である。
【００１８】
本実施の形態では、縦振動１次モードと曲げ振動１次モードは低次振動モードであり、これらの縦振動１次モードと曲げ振動１次モードは縮退（両振動モードの共振周波数を近い位置に接近させている状態）している。また、縦振動２次モードは高次振動モードである。
【００１９】
本実施の形態では、高次振動モードの振動を励振するための圧電素子３の入力信号（印加電圧）の共振周波数が、縮退している低次振動モードの振動を励振するための圧電素子３の入力信号の共振周波数の整数倍（略２倍）になるように、振動体１を設計している。
【００２０】
次に、上記構成を有する本実施の形態の振動型アクチュエータの動作について図２及び図３を参照しながら詳細に説明する。図２では、縦振動１次モードによる振動変位Ｗｙと曲げ振動１次モードによる振動変位Ｗｚの組み合わせが、両方の接触体５の回転駆動に寄与する例を示す。図３では、縦振動２次モードによる振動変位Ｗｙ'と曲げ振動１次モードによる振動変位Ｗｚの組み合わせが、両方の接触体５の回転駆動に寄与する例を示す。
【００２１】
図２は、振動体の駆動原理を示す図であり、（ａ）は、振動体のＹ軸方向の縦振動１次モードを示す図、（ｂ）は、振動体のＺ軸方向の曲げ振動１次モードを示す図、（ｃ）は、振動体に対する接触体の運動を示す図である。また、図３は、振動体の駆動原理を示す図であり、（ａ）は、振動体の軌道を示す図、（ｂ）は、振動体のＹ軸方向の縦振動２次モードを示す図である。
【００２２】
図２及び図３において、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、振動体１に対し、縦振動１次モードによる振動変位Ｗｙと、曲げ振動１次モードによる振動変位Ｗｚを時間的位相差が９０度となるように発生させる。これに伴い、振動体１の両方の接触部４では、Ｘ軸回り（Ｙ−Ｚ平面内）の楕円運動または円運動が形成される。但し、振動体１の両方の接触部４は、縦振動１次モードの１個の節位置を中心とし反対側に配置されているため、形成される楕円運動または円運動の回転方向は異なる。
【００２３】
よって、図２（ｃ）に示すように、振動体１の両方の接触部４にそれぞれ対応する両方の接触体５は、両方の接触部４の楕円運動または円運動が伝達される。これに伴い、両方の接触体５は、回転軸が同一方向である回転運動を行うと共に、振動体１上の右側の接触部４においては時計回り（矢印参照）、振動体１上の左側の接触部４においては反時計回り（矢印参照）となる。振動体１に発生させる振動変位の時間的位相差を逆にすると（−９０度にすると）、両方の接触体５の回転方向は反転する。
【００２４】
次に、振動の組み合わせを変えて、振動体１に対し、曲げ振動１次モードによる振動変位Ｗｚと、縦振動２次モードによる振動変位Ｗｙ'を発生させる。低次振動である振動変位Ｗｚの位相角０度時において、高次振動である振動変位Ｗｙ'との時間的位相差が０度となるように両振動変位を発生させる。これに伴い、振動体１の両方の接触部４では、Ｘ軸回り（Ｙ−Ｚ平面内）の楕円運動または円運動が形成される。
【００２５】
ここで、振動体１において振動変位Ｗｙ'を発生する縦振動２次モードの共振周波数は、曲げ振動１次モードの共振周波数の整数倍（本実施の形態では２倍）に設定している。従って、振動体１の両方の接触部４に形成される運動の軌道は、図３（ａ）に示すように楕円運動または円運動が２つ連結した８の字運動となる。但し、図３（ｂ）において平面上の２つの円で示されている振動体の両方の接触部４は、縦振動２次モードの２個の節位置よりも端部側にそれぞれ配置されているため、形成される８の字運動の回転方向が同じになる。
【００２６】
よって、図３（ａ）に示すように、振動体１の両方の接触部４にそれぞれ対応する両方の接触体５は、両方の接触部４の楕円運動または円運動が伝達される。これに伴い、両方の接触体５は、回転軸が同一方向である回転運動を行うと共に、同じ方向に回転する。振動体１に発生させる振動変位の時間的位相差を逆にすると、両方の接触体５の回転方向は反転する。
【００２７】
本実施の形態では、以上、２つの振動モードの組み合わせ（縦振動１次モードと曲げ振動１次モード、曲げ振動１次モードと縦振動２次モード）による駆動方法について説明した。この駆動方法によって、振動体１に２方向の振動変位を付与して合成振動を発生させ、両方の接触体５を同時に相対移動させると共に、一方の接触体５の回転方向を反転させることが可能となる。
【００２８】
以上説明したように、本実施の形態によれば、振動体１に発生させた合成振動により複数の接触体を駆動する際に、従来のように複数の接触体の回転軸が異なる方向に固定されていないため、駆動に寄与しない方向の振動変位を発生させることがない。これにより、複数の接触体を同時に駆動することができ、効率的な駆動方法が可能となる。また、複数の接触体を回転軸が同一方向である回転運動させることが可能となると共に、少なくとも一方の接触体の回転方向を反転させることが可能となる。
【００２９】
［第２の実施の形態］
図４は、本発明の第２の実施の形態に係る振動型アクチュエータの振動体及び圧電素子の構成を示す図であり、（ａ）は、振動体の構成を示す斜視図、（ｂ）は、圧電素子の分極領域を示す図である。
【００３０】
図４において、振動型アクチュエータは、弾性体１２と１対の圧電素子１３から構成されると共に接触部１４（図４では不図示）及び段差部１６が配設された振動体１１を備えている。弾性体１２は、段差部１６が長手方向に沿って配設された概略直方体形状に構成されており、弾性材料から形成されている。段差部１６は、振動型アクチュエータで駆動する振動モードの共振周波数を調節するために設けられている。
【００３１】
圧電素子１３は、上記段差部１６の配設に伴い２枚に分割された板状に構成されており、少なくとも異なる２方向の振動変位を発生し弾性体１２に付与する電気−機械エネルギ変換素子である。弾性体１２の一方の面には、２枚の圧電素子１３が固着されている。弾性体１２に圧電素子１３を固着することにより、振動体１１を構成している。圧電素子１３の詳細については後述する。
【００３２】
尚、本実施の形態では、電気−機械エネルギ変換素子として単板圧電素子を用いているが、これに限定されるものではなく、複数の圧電セラミックスの間に電極膜を形成して積層構造としている積層型圧電素子を用いてもよい。
【００３３】
弾性体１２の圧電素子１３が固着されている面の反対側の面には、２箇所の接触部１４（図６（ｃ）参照）が配設されている。両方の接触部１４は、それぞれ、同一形状（同一径）で且つ球状の接触体１５の球面に対応する円錐台形状の凹部として構成されている。両方の接触部１４には、不図示の加圧機構によって２つの接触体１５がそれぞれ加圧状態に接触される。両方の接触部１４は、上記凹部構造により、接触体１５の振動体１１に対する位置を決定する軸受機能を有している。
【００３４】
尚、本実施の形態では、接触部１４を円錐台形状の凹部として構成しているが、これに限定されるものではなく、上記第１の実施の形態と同様に、円錐状の凹部、球面状の凹部、三角穴など他の構成としてもよい。また、弾性体１２に接触部１４を配設する代わりに、接触部の機能を有する別部品を用意して弾性体１２に固着してもよい。また、接触部１４を弾性体１２の圧電素子固着面とは反対側の面に配設しているが、これに限定されるものではなく、弾性体１２の側面や端面に配設してもよい。
【００３５】
次に、上記構成を有する本実施の形態の振動型アクチュエータの動作について図５乃至図７を参照しながら詳細に説明する。
【００３６】
図５は、振動型アクチュエータの駆動方法を示す図であり、（ａ）は、Ｘ軸回り駆動時の振動モードの組み合わせを示す図、（ｂ）は、Ｙ軸回り駆動時の振動モードの組み合わせを示す図である。また、図６は、ねじり振動モードに関する図であり、（ａ）は、ねじり１次振動モードを示す図、（ｂ）は、ねじり２次振動モードを示す図、（ｃ）は、振動体に対する接触体の運動を示す図、（ｄ）は、振動体の軌道を示す図である。
【００３７】
図５及び図６において、本実施の形態の振動型アクチュエータは、図５（ａ）、（ｂ）に示すように、Ｘ軸回りの駆動及びＹ軸回りの駆動の２軸駆動を実現するものである。
【００３８】
Ｘ軸回りの駆動は、図５（ａ）に示すように、曲げ振動モードと縦振動モードの組み合わせにより実現される。４個の節を持つ曲げ振動３次モードと１個の節を持つ縦振動１次モードが低次振動モードであり、これらの曲げ振動３次モードと縦振動１次モードは縮退している。また、２個の節を持つ縦振動２次モードが高次振動モードである。
【００３９】
本実施の形態では、高次振動モードの振動を励振するための圧電素子１３の入力信号の共振周波数が、縮退している低次振動モードの振動を励振するための圧電素子１３の入力信号の共振周波数の整数倍（略２倍）になるように、振動体１１を設計している。上記の曲げ振動モードと縦振動モードの組み合わせによる駆動は、上述した第１の実施の形態における駆動方法により実現される。
【００４０】
一方、Ｙ軸回りの駆動は、図５（ｂ）に示すように、曲げ振動モードとねじり振動モードの組み合わせにより実現される。２個の節を持つ曲げ振動１次モードと１個の節を持つねじり振動１次モードが低次振動モードであり、これらの曲げ振動１次モードとねじり振動１次モードは縮退している。また、２個の節を持つねじり振動２次モードが高次振動モードである。
【００４１】
本実施の形態では、高次振動モードの振動を励振するための圧電素子１３の入力信号の共振周波数が、縮退している低次振動モードの振動を励振するための圧電素子１３の入力信号の共振周波数の整数倍（略２倍）になるように、振動体１１を設計している。
【００４２】
ここで、振動体１１に対し、曲げ振動１次モードによる振動変位Ｗｚと、ねじり振動１次モードによる振動変位Ｗｘを時間的位相差が９０度となるように発生させる。これに伴い、振動体１１の両方の接触部１４では、Ｙ軸回り（Ｘ−Ｚ平面内）の楕円運動または円運動が形成される。但し、振動体１１の両方の接触部１４は、ねじり振動１次モードの１個の節位置を中心とし反対側に配置されているため、図６（ｃ）に示すように、形成される楕円運動または円運動の回転方向は逆になる。
【００４３】
よって、図６（ｃ）に示すように、振動体１１の両方の接触部１４にそれぞれ対応する両方の接触体１５は、両方の接触部１４の楕円運動または円運動が伝達される。これに伴い、両方の接触体１５は、回転軸が同一方向である回転運動を行うと共に、反対の方向に回転する。振動変位の時間的位相差を逆にすると（−９０度にすると）、両方の接触体１５の回転方向は反転する。
【００４４】
次に、振動の組み合わせを変えて、振動体１１に対し、曲げ振動１次モードによる振動変位Ｗｚと、ねじり振動２次モードによる振動変位Ｗｘ'を発生させる。曲げ振動１次モードによる振動変位Ｗｚの位相角０度時における、ねじり振動２次モードによる振動変位Ｗｘ'との時間的位相差が０度となるように両振動変位を発生させる。これに伴い、振動体１１の両方の接触部１４では、Ｙ軸回り（Ｘ−Ｚ平面内）の楕円運動または円運動が形成される。
【００４５】
ここで、振動体１１において、振動変位Ｗｘ'を発生するねじり振動２次モードの共振周波数は、曲げ振動１次モードの共振周波数の整数倍（本実施の形態では２倍）に設定している。従って、振動体１１の両方の接触部１４に形成される運動の軌道は、図６（ｄ）に示すように、楕円運動または円運動が２つ連結した８の字運動となる。形成される８の字運動の回転方向が同じになるため、両方の接触体１５は同じ方向に回転する。振動変位の時間的位相差を逆にすると、両方の接触体１５の回転方向は反転する。
【００４６】
本実施の形態では、以上、１つの振動体１１により、複数の接触体１５をＸ軸回りの駆動及びＹ軸回りの駆動の２軸駆動する駆動方法について説明した。
【００４７】
次に、上記振動方法を実現するための、圧電素子１３に印加する電圧（入力信号）について説明する。本実施の形態では、接触体１５の駆動に用いる６種類の振動モードの共振周波数は下記の表に示す通りである。
【００４８】
・曲げ振動１次モード          ・曲げ振動３次モード
(共振周波数：20.44kHz)        (共振周波数：94.913kHz)
・ねじり振動１次モード        ・縦振動１次モード
(共振周波数：20.959kHz)       (共振周波数：95.213kHz)
・ねじり振動２次モード        ・縦振動２次モード
(共振周波数：40.354kHz)       (共振周波数：195.63kHz)
図４（ｂ）は、上記６種類の振動モードによる振動を振動体１１に発生させる２つの圧電素子１３における、上記段差部１６を挟んだ位置関係を示すと共に、分極処理領域（以下分極領域と表記）を示している。図中、上側の圧電素子１３は、長手方向に約１：２の比率の長さで分極領域Ａと分極領域Ｂとに分割されている。同様に、図中、下側の圧電素子１３は、長手方向に約１：２の比率の長さで分極領域Ｃと分極領域Ｄとに分割されている。
【００４９】
２つの圧電素子１３の各分極領域Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄには、それぞれ独立して駆動を行うための交番信号（電圧）を電源（不図示）から印加できるようになっている。また、２つの圧電素子１３の各分極領域Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄには、駆動制御回路と接続される電極板（以上不図示）が配置されている。また、２つの圧電素子１３の各分極領域Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄは、同極性に分極処理されている。
【００５０】
他方、２つの圧電素子１３の各分極領域Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄに対応付けて図示している電圧ＶA、ＶB、ＶC、ＶDについては以下の通りである。ＶA は、分極領域Ａに対応する電極板を介して印加する電圧である。ＶB は、分極領域Ｂに対応する電極板を介して印加する電圧である。ＶC は、分極領域Ｃに対応する電極板を介して印加する電圧である。ＶD は、分極領域Ｄに対応する電極板を介して印加する電圧である。
【００５１】
図７は、圧電素子により６種類の振動モードによる振動を発生させるときの圧電素子の各分極領域の入力信号を示す図である。
【００５２】
図７において、６種類の振動モード（曲げ振動１次モード、ねじり振動１次モード、ねじり振動２次モード、曲げ振動３次モード、縦振動１次モード、縦振動２次モード）ごとに、２つの圧電素子１３の各分極領域の入力信号を示している。ねじり振動１次モード及びねじり振動２次モードにおいて、圧電素子１３の分極領域に示している「−」は、分極領域の正弦波入力「＋」に対して逆相の入力であることを示している。
【００５３】
先ず、振動体１１により接触体１５をＹ軸回りに回転させる場合から説明する。振動体１１に曲げ振動１次モードによる振動を発生させるには、
ＶA ＝ＶC ＝ｓｉｎωｔ
を、圧電素子１３の分極領域Ａ、Ｃに各々対応する電極板に入力（印加）する。
【００５４】
振動体１１にＹ軸回りの駆動力を発生させるには、曲げ振動１次モードによる振動と、ねじり振動１次モードによる振動とを時間的位相差を持たせて発生させればよい。従って、
ＶB ＝ｓｉｎωｔ    ＶD ＝−ｓｉｎωｔ
を、圧電素子１３の分極領域Ａ、Ｃに各々対応する電極板の入力信号と時間的位相差を持たせて、圧電素子１３の分極領域Ｂ、Ｄに各々対応する電極板に入力する。
【００５５】
また、一方の接触体１５の回転方向を反転させるときは、振動体１１に発生させる振動を、ねじり振動１次モードによる振動からねじり振動２次モードによる振動に変更する。上記表より、ねじり振動２次モードの共振周波数は、曲げ振動１次モードと縮退しているねじり振動１次モードの共振周波数の約２倍であるから、
ＶB ＝ｓｉｎ２ωｔ    ＶD ＝−ｓｉｎ２ωｔ
を、圧電素子１３の分極領域Ｂ、Ｄに各々対応する電極板に入力すればよい。
【００５６】
次に、振動体１１により接触体１５をＸ軸回りに回転させる場合についても説明する。振動体１に曲げ振動３次モードによる振動を発生させるには、
ＶA ＝ＶC ＝ｓｉｎωｔ
を、圧電素子１３の分極領域Ａ、Ｃに各々対応する電極板に入力する。
【００５７】
振動体１１にＸ軸回りの駆動力を発生させるには、曲げ振動３次モードによる振動と、縦振動１次モードによる振動とを時間的位相差を持たせて発生させればよい。従って、
ＶB ＝ＶD ＝ｓｉｎωｔ
を、圧電素子１３の分極領域Ａ、Ｃに各々対応する電極板の入力信号と時間的位相差を持たせて、圧電素子１３の分極領域Ｂ、Ｄに各々対応する電極板に入力する。
【００５８】
また、一方の接触体１５の回転方向を反転させるときは、発生させる振動を、縦振動１次モードによる振動から縦振動２次モードによる振動に変更する。上記表より、縦振動２次モードの共振周波数は、曲げ振動３次モードと縮退している縦振動１次モードの共振周波数の約２倍であるから、
ＶB ＝ＶD ＝ｓｉｎ２ωｔ
を、圧電素子１３の分極領域Ｂ、Ｄに各々対応する電極板に入力すればよい。
【００５９】
以上説明したように、本実施の形態によれば、振動体１１に発生させた合成振動により複数の接触体を駆動する際に、従来のように複数の接触体の回転軸が異なる方向に固定されていないため、駆動に寄与しない方向の振動変位を発生させることがない。これにより、複数の接触体を同時に駆動することができ、効率的な駆動方法が可能となる。また、複数の接触体を回転軸が同一方向である回転運動させることが可能となると共に、少なくとも一方の接触体の回転方向を反転させることが可能となる。
【００６０】
［他の実施の形態］
上記第１及び第２の実施の形態では、振動型アクチュエータ単体について説明したが、本発明は、振動型アクチュエータを搭載した各種機構や各種装置にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る駆動装置としての振動型アクチュエータに関する図であり、（ａ）は、振動型アクチュエータの概略構成を示す斜視図、（ｂ）〜（ｄ）は、振動体のＹ軸方向及びＺ軸方向の変位の軸方向分布を示す図である。
【図２】振動体の駆動原理を示す図であり、（ａ）は、振動体のＹ軸方向の縦振動１次モードを示す図、（ｂ）は、振動体のＺ軸方向の曲げ振動１次モードを示す図、（ｃ）は、振動体に対する接触体の運動を示す図である。
【図３】振動体の駆動原理を示す図であり、（ａ）は、振動体の軌道を示す図、（ｂ）は、振動体のＹ軸方向の縦振動２次モードを示す図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態に係る振動型アクチュエータの振動体及び圧電素子の構成を示す図であり、（ａ）は、振動体の構成を示す斜視図、（ｂ）は、圧電素子の分極領域を示す図である。
【図５】振動型アクチュエータの駆動方法を示す図であり、（ａ）は、Ｘ軸回り駆動時の振動モードの組み合わせを示す図、（ｂ）は、Ｙ軸回り駆動時の振動モードの組み合わせを示す図である。
【図６】ねじり振動モードに関する図であり、（ａ）は、ねじり１次振動モードを示す図、（ｂ）は、ねじり２次振動モードを示す図、（ｃ）は、振動体に対する接触体の運動を示す図、（ｄ）は、振動体の軌道を示す図である。
【図７】圧電素子により６種類の振動モードによる振動を発生させるときの圧電素子の各分極領域の入力信号を示す図である。
【図８】従来例に係る振動型アクチュエータの外観を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００６２】
１  振動体
２  弾性体
３  圧電素子（電気−機械エネルギ変換素子）
４  接触部
５  接触体
１１  振動体
１２  弾性体
１３  圧電素子（電気−機械エネルギ変換素子）
１４  接触部
１５  接触体
１６  段差部
Ｗｙ、Ｗｙ'、Ｗｚ、Ｗｘ、Ｗｘ'  振動変位
Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ  分極領域
ＶA、ＶB、ＶC、ＶD  印加電圧
【図１】
2007202340.tif 000003
【図２】
2007202340.tif 000004
【図３】
2007202340.tif 000005
【図４】
2007202340.tif 000006
【図５】
2007202340.tif 000007
【図６】
2007202340.tif 000008
【図７】
2007202340.tif 000009
【図８】
2007202340.tif 000010