(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
板状の弾性体上に柱状の弾性体が接合された振動体と、
前記柱状の弾性体に接触する接触体と、
前記柱状の弾性体に設けられ、前記柱状の弾性体の長手方向と直交する面内において互いに直交する２方向に変位する振動を、前記柱状の弾性体に発生させるための第１の電気−機械エネルギー変換素子と、
前記板状の弾性体に設けられ、前記板状の弾性体を屈曲させて、前記板状の弾性体に前記２方向と直交する方向に変位する振動を発生させるための第２の電気−機械エネルギー変換素子とを有し、
前記柱状の弾性体と前記板状の弾性体に発生させた３つの変位のうち、少なくとも２方向の変位を選択的に組み合わせた合成振動を用いて、前記柱状の弾性体における前記接触体との接触部に、任意の方向の円または楕円運動を形成することを特徴とする振動型アクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、振動型アクチュエータおよび振動型駆動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
多軸周りの運動を生成する振動型アクチュエータとして、例えば精密工学会誌（Ｖｏｌ．６１，Ｎｏ．３，ｐｐ．１２２７−１２３０，１９９５）、あるいは日経メカニカル（Ｎｏ．５，ｐｐ．２６−２７，１９９７．４．２８）に開示の球面振動型アクチュエータが提案されている。
【０００３】
この球面振動型アクチュエータは、球形形状に形成されたものを移動体とし、この球状の移動体（ロータ）を直交する３軸のうちの２軸あるいは３軸の回りに回転させるようにしたものであって、１軸回りについて回転力を振動（例えば進行波）により生成する振動体（ステータ）を前記移動体に加圧接触するように複数配置するように構成されている。
【０００４】
このような球面振動型アクチュエータとしては、現在は４個の振動体を用いた２自由度タイプと、３個の振動体を用いた３自由度タイプが開発されている。
【０００５】
また、球面振動型アクチュエータに用いられている前記振動体としては、例えばカメラのオートフォーカスレンズの駆動等に用いられているリング型振動型アクチュエータの振動体と同様のもので、図１６にその外観形状を示す。この振動体１９は、リング形状の弾性体１９ａの底面部に圧電性セラミックスで形成された圧電素子１９ｂを接着したもので、圧電素子１９ｂには適当な位相差（半波長の奇数倍の位相差）で２相の駆動相が形成されていて、この両駆動相に適当な位相差（例えば９０°）を有する交番信号を印加することで、弾性体１９ａに周方向に沿ってたわみ（曲げ）進行波が形成される。そして、この弾性体１９ａに不図示の接触体を不図示の加圧手段を介して接触させることで、前記接触体と前記振動体１９は進行波の進行方向と逆方向を移動方向として相対移動する。なお、振動体１９を固定とした場合、前記接触体は移動体として例えば回転する。
【０００６】
球面振動型アクチュエータ、例えば２自由度タイプの球面振動型アクチュエータは、図１７に示すように、対向の一対の振動体１９を球状の移動体２の周囲に２対配置することで、振動体１９の中心を回転軸として２自由度の移動を実現している。
【０００７】
また、他の多軸周りの運動を生成する振動型アクチュエータとしては、Ｔｈｉｒｄ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ  ｏｎ  Ｍｏｔｉｏｎ  ａｎｄ  Ｖｉｂｒａｔｉｏｎ  Ｃｏｎｔｒｏｌ，Ｃｈｉｂａ，、Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ，１−６、１９９６、ｐｐ．Ｋ９−Ｋ１５に記載されている圧電マニピュレータが提案されている。その構成を図１８に示す。
【０００８】
この圧電マニピュレータは、円筒状の弾性体と圧電素子で形成された振動体１９と、振動体１９の軸方向の端部に配置された半球状の移動体２０ａ、２０ｂから構成され、前記振動体１９の周囲には分割された不図示の電極が形成されている。また、半球状の移動体２０ａと２０ｂとは振動体１９内に配置されたバネ２１で互いに引き合うことで、振動体１９の開口端に移動体２０ａと２０ｂとがそれぞれ常に接するようにしている。
【０００９】
そして、振動体１９に励起する振動を調整するように、分割された電極のそれぞれに適当な交流電圧を加えることによって、振動体１９の開口端にそれぞれ接する２つの半球状の移動体２０ａ、２０ｂを１つの移動体１９のみで駆動するようにしている。
【００１０】
この駆動原理は、半球状の移動体２０ａ、２０ｂと振動体１９との接触点に楕円運動を生成するものであり、各電極に印加する交流電圧を変化させることで、複数面内の楕円運動が生成され、半球状の回転子を任意の方向に駆動できるようにしたものである。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図１７に示す従来の球面振動型アクチュエータは、複数の振動体を用いているため、以下のような難点が指摘されている。
【００１２】
▲１▼：１つの軸周りの回転に対して、複数の振動体を用いるために、各振動体の特性を一致させる必要がある。
【００１３】
▲２▼：移動体の周囲に複数の振動体が存在するため、小型化が難しくスペース効率が悪い。
【００１４】
▲３▼：駆動に供しない他の軸回り用の振動体が移動体に圧接されているため、回転に対する抵抗となり、効率や発熱の問題がある。
【００１５】
また、図１８に示す従来の筒状振動体の振動型アクチュエータについては、以下のような難点が指摘されている。
【００１６】
▲１▼：振動体の周面に設けられた複数の電極に駆動方向に合わせて交番信号を入力するため、入力する信号が各電極毎に異なるため、複雑な制御を要する。
【００１７】
▲２▼：円筒形状の振動体１９に対して半球状の移動体２０ａ、２０ｂを振動体１９内に配置されたバネ２１を互いに引き合わせて圧接しているため、可動域が制限され、また圧接の加圧力が一定でなく、加圧力の調整を簡単にできない。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
本発明である振動型アクチュエータは、板状の弾性体上に柱状の弾性体が接合された振動体と、柱状の弾性体に接触する接触体と、柱状の弾性体に設けられ、柱状の弾性体の長手方向と直交する面内において互いに直交する２方向に変位する振動を、柱状の弾性体に発生させるための第１の電気−機械エネルギー変換素子と、板状の弾性体に設けられ、板状の弾性体を屈曲させて、板状の弾性体に上記２方向と直交する方向に変位する振動を発生させるための第２の電気−機械エネルギー変換素子とを有する。ここで、柱状の弾性体と板状の弾性体に発生させた３つの変位のうち、少なくとも２方向の変位を選択的に組み合わせた合成振動を用いて、柱状の弾性体における接触体との接触部に、任意の方向の円または楕円運動を形成する。
【００４０】
【発明の実施の形態】
（第１の実施の形態）
図１は本発明の第１の実施の形態を示す。
【００４１】
図１は本実施の形態の振動型アクチュエータの駆動原理を示し、単一の振動体としての円柱形状の弾性体１間に、図１の（ｂ），（ｃ），（ｄ）に夫々示す変位を与える電気−機械エネルギー変換素子としての圧電素子３が挟持固定されている。また、圧電素子としては、例えば単板の圧電素子板を複数枚重ね合わせ、必要に応じて圧電素子板の間に電極板を挟み込むようにして、必要とする圧電素子板に対して個々に駆動のための交番信号を印加できるようにしている。
【００４２】
本実施の形態において、圧電素子３は、交番信号の印加により軸方向に伸縮変位を繰り返し、図１の（ｂ）に示すように、互いに直交するｘ，ｙ，ｚの３軸の内、ｚ軸方向の変位である縦方向の振動としての縦振動を励起する第１の圧電素子と、図１の（ｃ）に示すように、ｚ−ｘ平面内で横方向の振動としての横（曲げ）振動を励起する第２の圧電素子と、図１の（ｄ）に示すように、ｚ−ｙ平面内で横方向の振動としての横（曲げ）振動を励起する第３の圧電素子を有している。上記の第１の圧電素子は、厚さ方向に一様に分極されている。また、第２、第３の圧電素子は、直径を挟んだ両側の部分で、厚さ方向に互いに逆極性を持つように分極されている。
【００４３】
ここで、前記第２の圧電素子と前記第３の圧電素子に対して例えば位相が９０°異なる交番信号を印加すると、振動体に対する２つの曲げ振動の合成で、振動体の表面上にはｚ軸回り（ｘ−ｙ平面内）の楕円運動が形成される。この場合、ｘ軸とｙ軸についての振動体の固有振動数は略一致するため、この固有振動数を駆動周波数とする交番信号を前記第２の圧電素子と前記第３の圧電素子に印加すれば上記した楕円振動が生成されることになる。
【００４４】
次に、前記第１の圧電素子に前記振動体のｚ軸方向における固有振動数と略一致する周波数の交番信号を印加すると、前記振動体は一定の周期で１次モードで縦振動を繰り返すことになる。
【００４５】
その際、前記振動体が振動する縦振動の振動の１周期と一致（略一致）した１周期の振動で励振するように前記第２の圧電素子に交番信号を印加すると、前記振動体の表面上の点にはｘ−ｚ平面内の楕円運動が生成され、ｘ軸方向（ｙ軸回り）への駆動力が得られる。この場合、前記振動体のｚ軸方向における固有振動数とｘ−ｚ平面における曲げ振動の１次モードの固有振動数は異なるため、図１の（ｃ）に示すように、本実施の形態ではｘ軸方向の曲げ振動に対する固有振動数の２次モードで前記第２の圧電素子を駆動し、縦振動の周期と曲げ振動の周期とを一致させるようにしている。
【００４６】
同様にして、前記振動体が振動する縦振動の振動の１周期と一致（略一致）した１周期の振動で励振するように前記第３の圧電素子に交番信号を印加すると、前記振動体の表面上の点にはｙ−ｚ平面内の楕円運動が生成され、ｙ軸方向（ｘ軸回り）への駆動力が得られる。この場合、前記振動体のｚ軸方向における固有振動数とｙ−ｚ平面における曲げ振動の固有振動数は異なるため、図１の（ｄ）に示すように、本実施の形態ではｙ軸方向の曲げ振動に対する固有振動数の２次モードで前記第３の圧電素子を駆動することにより、縦振動の周期と曲げ振動の周期とを一致させるようにしている。
【００４７】
すなわち、振動体１の固有振動数に近い周波数の交番信号、例えば交流電圧を第１の圧電素子、第２の圧電素子および第３の圧電素子に印加することにより、振動体に図１の（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）のような固有振動の縦振動あるいは横（曲げ）振動が励振される。
【００４８】
そして、前記第１の圧電素子、第２の圧電素子及び第３の圧電素子の内のいずれか２つに選択的に交番信号を印加することにより、振動体１の縦振動と、互いに直交する方向の横（曲げ）振動の２つが組み合わさって、振動体１の表面上の点に楕円運動が生成される。例えば、（ｂ）と（ｃ）の組み合わせによってｘ−ｚ面内の楕円運動が生成される。あるいは（ｂ）と（ｄ）の組み合わせによってｙ−ｚ平面内の楕円運動が、（ｃ）と（ｄ）の組み合わせによってｘ−ｙ平面内の楕円運動が生成される。
【００４９】
従って、振動体のある一部に移動体を圧接すると、移動体を複数の方向に駆動することができる。
【００５０】
従来の圧電型アクチュエータの駆動原理は、振動体を構成する圧電素子の２相の駆動相に位相のずれた交番信号を印加することで弾性体の表面の点について１軸回りの楕円運動を形成するようにしていたが、本実施の形態では、３相の圧電素子（第１の圧電素子、第２の圧電素子、第３の圧電素子）を組み合わせることにより、３軸回り（直交する３平面内）の楕円運動を形成することが可能となり、単一の振動体で直交する３平面内についての駆動が可能となるという振動型アクチュエータの実現に加え、更に小型化を図ることができる。
【００５１】
（第２の実施の形態）
図２は本発明の第２の実施の形態を示す。
【００５２】
上記した図１に示す第１の実施の形態は、振動型アクチュエータにおける振動体を円柱状としているが、本実施の形態では、振動体を角柱状としたもので、角柱形状の弾性体１の側面に圧電素子３を接着剤により接着している。
【００５３】
本実施の形態では、例えば角柱形状の弾性体１の隣り合う２側面に横振動（曲げ振動）を形成する第２の圧電素子と第３の圧電素子を配置することで、第２の圧電素子と第３の圧電素子を丁度９０度の位相差を有するように配置することができ、また縦振動を形成する第１の圧電素子を残った他の側面に接着剤により接着するようにしている。
【００５４】
本実施の形態の場合においても、第１の圧電素子、第２の圧電素子及び第３の圧電素子には第１の実施の形態と同様の交番信号が印加され、第１の圧電素子への交番信号の印加で図２の（ｂ）に示すように振動体は縦振動し、第２の圧電素子への交番信号の印加で図２の（ｃ）に示すように振動体はｘ−ｚ平面内で曲げ振動し、第３の圧電素子への交番信号の印加で図２の（ｄ）に示すように振動体はｙ−ｚ平面内で曲げ振動する。
【００５５】
したがって、第１の実施の形態と同様に、これら３通りの振動の内の２つの組み合わせにより、互いに直交する３平面内での駆動力が得られることになる。
【００５６】
本実施の形態では、角柱状の側面に圧電素子を貼り付けることで振動体が得られるので、振動体の製作が容易で、しかも曲げ振動用の２つの圧電素子を隣り合う側面に貼り付けるだけで両圧電素子の位置（位相差）を規定することができる。
【００５７】
上記した第１の実施の形態及び第２の実施の形態においては、振動体を固定とすれば、前記振動体の駆動面に加圧接触する接触部材（図中破線に示す）を移動体として直交３軸方向へ駆動力を与えることができ、逆に前記接触体を固定とすれば、前記振動体に前記接触体に対して直交する３軸方向へ駆動力を与えることができる。
【００５８】
（第３の実施の形態）
図３は本発明の第３の実施の形態を示す。
【００５９】
本実施の形態の振動型アクチュエータにおける振動体の基本的な構成は、図１に示す第１の実施の形態と同様であって、内径部にめねじ部が形成された頭部弾性体４と、中心部に穴が形成された中間弾性体５ａと後部弾性体５ｂの間にそれぞれ圧電素子を配置し、後部弾性体５ｂ側から挿入した中心軸部材をなす締結ボルト６を頭部弾性体４のめねじ部に螺着することにより、頭部弾性体４と中間弾性体５ａとの間、中間弾性体５ａと後部弾性体５ｂとの間にそれぞれ圧電素子３を挟持して一体的に連結されて形成されている。
【００６０】
本実施の形態において、頭部弾性体４と中間弾性体５ａとの間に配置される圧電素子３は、振動体に縦振動を励起する第１の圧電素子であり、また中間弾性体５ａと後部弾性体５ｂとの間に配置される圧電素子３は、ｘ−ｚ平面内での曲げ振動を形成する第２の圧電素子と、ｙ−ｚ平面内での曲げ振動を形成する第３の圧電素子であって、前記第２の圧電素子と前記第３の圧電素子は位置的に９０°の位相差を有して配置されている。
【００６１】
また、頭部弾性体４の先端部は、球体形状の移動体２と接触する軸線に対して斜めの内周面がテーパー面に形成されている。
【００６２】
したがって、本実施の形態においても、上記した第１の実施の形態と同様に、振動体に形成される縦振動、２方向の曲げ振動のうち、２つの振動を組み合わせることによって、球体形状の移動体２をｘ軸、ｙ軸、ｚ軸周りにそれぞれ回転させることができる。
【００６３】
例えば、図１の（ｃ）と（ｄ）の組み合わせによってｚ軸周りに、（ｂ）と（ｃ）の組み合わせによってｙ軸周りに、（ｂ）と（ｄ）の組み合わせによってｘ軸周りに移動体２を回転させることができ、移動体２は、互いに直交する３軸周りに回転できる。
【００６４】
（第４の実施の形態）
図４は本発明の第４の実施の形態を示す。
【００６５】
本実施の形態の振動型アクチュエータにおける振動体の基本的構成は図３に示す第３の実施の形態と同様で、頭部４ａに形成される直交３平面内の楕円運動で駆動される移動体２を平板状としている点が第３の実施の形態と異なる。
【００６６】
本実施の形態では、頭部弾性体４の頭部４ａに移動体２を圧接することで、移動体２はｘ軸方向、ｙ軸方向およびｚ軸周りに運動する。例えば、第１の圧電素子を駆動して形成されるｚ方向の縦振動と、第２の圧電素子を駆動して形成されるｘ−ｚ平面内の横振動とを約９０゜位相差を有して励起すると、振動体の頭部４ａにはｘ−ｚ面内の楕円運動が生じ、頭部４ａに接触した移動体２はｘ軸方向に直進運動する。
【００６７】
また、ｚ方向の縦振動とｙ−ｚ平面内の横振動を位相を約９０゜違えて励起すると、頭部４ａの端部の点にはｙ−ｚ面内の楕円運動が生じ、頭部４ａに接触した移動体２はｙ軸方向に直進運動する。
【００６８】
さらに、ｘ−ｚ平面内の横振動とｙ−ｚ平面内の横振動を約９０゜の位相差を有して励起すると、頭部４ａにはｘｙ面内の楕円運動が生じ、頭部４ａに接触した移動体２はｚ軸周りに回転する。
【００６９】
（第５の実施の形態）
図５は本発明の第５の実施の形態を示す。
【００７０】
本実施の形態は図３に示す第３の実施の形態の振動型アクチュエータにおける振動体に対して球体形状の移動体２を永久磁石７の磁力により吸引加圧するようにしたもので、頭部弾性体４の先端凹部４ｂ内に永久磁石７を設けるようにしている。
【００７１】
（第６の実施の形態）
図６は第６の実施の形態を示す。
【００７２】
本実施の形態は図３に示す第３の実施の形態の振動型アクチュエータにおける振動体に対して球体形状の移動体２を電磁石の磁力により吸引加圧するようにしたもので、頭部弾性体４の外周部に設けた凹溝４ｃ内にコイル８を配置し、コイル８に通電することにより電磁石を構成し、この磁力によって移動体２を頭部弾性体４に吸引加圧する。コイル８は振動体の周囲に配置された支持部材３０に取り付けられ、また振動体から延びる支持板９の外端部が支持部材３０に取り付けられている。
【００７３】
なお、コイル８は磁気回路を構成可能であれば、振動体の周囲のいかなる場所に配置されていてもよい。
【００７４】
（第７の実施の形態）
図７は本発明の第７の実施の形態を示す。
【００７５】
本実施の形態は、図３に示す第３の実施の形態における振動型アクチュエータの振動体に対する球体形状の移動体２の接触性の改善を図るもので、頭部弾性体４の先端凹部４ｂ内に、移動体２の接触部近傍に配した弾性材料で形成された当接体１０を配置し、移動体２と頭部弾性体４の接触領域の増加を図っている。
【００７６】
このため、振動体に対する移動体２の接触が安定し、出力トルクが増し、また、部品加工時の加工誤差の許容範囲を広げることができる。
【００７７】
なお、本実施の形態では、図５に示す第５の実施の形態と同様に、頭部弾性体４の先端凹部４ｂ内に永久磁石７を設け、球体形状の移動体２を永久磁石７の磁力により吸引加圧するようにしている。
【００７８】
（第８の実施の形態）
図８は本発明の第８の実施の形態を示す。
【００７９】
本実施の形態は、第７の実施の形態と同様に、図３に示す第３の実施の形態における振動型アクチュエータの振動体に対する球体形状の移動体２の接触性の改善を図るもので、振動体における頭部弾性体４の先端凹部４ｂをばね性を有する筒状のつば部１１により形成している。
【００８０】
本実施の形態では、不図示の加圧手段により移動体２がばね性を有するつば部１１によってある程度の弾性力をもって接触するので、移動体２の球面に対するつば部１１の接触面積が増大し、移動体２の接触性が安定することとなり、出力トルクが増し、また部品加工時の加工誤差の許容範囲を広げることができる。
【００８１】
なお、本実施の形態では、図５に示す第５の実施の形態と同様に、頭部弾性体４の先端凹部４ｂ内に永久磁石７を設け、球体形状の移動体２を永久磁石７の磁力により吸引加圧するようにしている。
【００８２】
（第９の実施の形態）
図９、図１０、図１１は本発明の第９の実施の形態を示す。
【００８３】
本実施の形態は、円柱形状の振動体の具体的構成を示し、頭部弾性体４の後に第１弾性体５ｃを直接配置し、第１弾性体５ｃと第２弾性体５ｄとの間に縦振動を励起するための圧電素子板３ａ，３ｂと、振動検出のための圧電素子板３ｃと、中央部９ａが電極板として圧電素子板３ａに接触する機能を兼用する支持板９と、電極板１２ｚ，１２ｓｚ，１３とが配置される。また第２弾性体５ｄと第３弾性体５ｅとの間に、横振動（曲げ振動）を励起する圧電素子板３ｅ，３ｆと３ｇ，３ｈ、振動検出のための圧電素子板３ｄと３ｉ、電極板１２ＳＡ，１２Ａ，１２ＳＢ，１２Ｂ，１３とシート１４が配置される。そして、頭部弾性体４の内径部のめねじ部に締結ボルト６の先端ねじ部が螺合することにより、頭部弾性体４、第１弾性体５ｃ、第２弾性体５ｄ、第３弾性体５ｅ、圧電素子板３ａ〜３ｉ、電極板１２、１３およびシート１４が図示の配列で一体的に挟持され、振動体を構成している。なお、電極板１３はグランド電極である。
【００８４】
ここで、支持板９は中央の電極板部９ａから径方向に延出した腕部が、図１１に示す固定部３０に固定されることにより振動体を支持するようにしている。なお、振動体自体の固有振動に影響を与えないのであれば、支持板９は板以外の形状でもよい。勿論電極板を兼用するものでなくてもよい。
【００８５】
さらに、圧電素子板３ｄ，３ｅ，３ｆと、圧電素子板３ｇ，３ｈ，３ｉとは左右が逆極性を有するように分極されていて、曲げ方向に９０°の位相差を有して配置されている。なお、シート１４は絶縁性を有し、シート１４の両側に配置される第２弾性体５ｄと電極板１２、あるいは第３弾性体５ｅと電極板１２が電気的に独立となるようにしている。
【００８６】
このように構成された振動体に対し、後述の図１９に示す駆動回路より、例えば、圧電素子板３ａ，３ｂが挟む電極板１２（１２Ｚ）が振動体の固有振動数に近い周波数の交流電圧を入力すると、これらの圧電素子板３ａ，３ｂから厚さ方向に伸びと縮みを繰り返し、振動体に縦振動を励振する。また、圧電素子板３ｃは、圧電素子板３ａ，３ｂにより励振された縦振動によって歪み、起電力を発生する。この際、圧電素子板３ｃに接する電極板１２（１２ＳＺ）から取り出される交流電圧は、振動検出用として用いられる。
【００８７】
圧電素子板３ｅ，３ｆが挟む電極板１２（１２Ａ）に振動体の固有振動数に近い周波数の交流電圧を入力すると、これらの圧電素子板３ｅ，３ｆが直径部分を挟んだ両側の部分が厚さ方向に伸びと縮みを交互に繰り返し、振動体に横振動を励振する。
【００８８】
また、圧電素子板３ｄは、圧電素子板３ｅ、３ｆにより励振された振動体の横振動によって歪み、起電力を発生する。この際、圧電素子板３ｄに接する電極板１２（１２ＳＡ）から取り出される交流電圧は、振動検出用として用いられる。圧電素子板３ｄ、３ｅと位置的に９０°の位相差を有して配置されている圧電素子板３ｇ、３ｈを挟む電極板１２（１２Ｂ）に振動体の固有振動数に近い周波数の交流電圧を入力すると、これらの圧電素子板３ｇ、３ｈが直径部分を挟んだ両側の部分が厚さ方向に伸びと縮みを繰り返し、振動体に横振動（曲げ振動）を励振する。また、圧電素子板３ｉは、圧電素子板３ｇ、３ｈにより励振された振動体の横振動（曲げ振動）によって歪み、起電力を発生する。この際、圧電素子板３ｉに接する電極板１２（１２ＳＢ）から取り出される交流電圧は、振動検出用として用いられる。
【００８９】
また、縦振動を励振する圧電素子板３ａ〜３ｃの位置は、縦振動１次モードの節となる位置である。さらに、横振動を励振する圧電素子板３ｄ〜３ｉの位置は、横振動２次モードの腹となる位置である。
【００９０】
一方、頭部弾性体４の外周部に形成されたくびれ部（凹部）４ｃにより、固有振動の振幅が拡大し、固有振動数を低く抑えることができる。また、振動体の中心軸６に施されたくびれ部（凹部）６ａにより、主に縦振動の固有振動数を低く抑えることができる。
【００９１】
図１９は上記した振動体を駆動制御する駆動回路を示すブロック図である。１０１はシステム全体をコントロールするＣＰＵで、１０２は発振器、１０３は移相器、１０４は選択切り替えスイッチである。１０５は駆動波形を作る出力回路で、図２０に示す回路にょり構成されている。出力回路１０５Ｚ、１０５Ａ、１０５Ｂはそれぞれ電極板１２Ｚ、１２Ａ、１２Ｂと接続され、圧電素子３ａと３ｂ、３ｅと３ｆ、３ｇと３ｈに交流電圧（交番信号）を印加する。これらの圧電素子は、Ｚ軸方向の縦振動、Ｚ−Ｘ平面内の横（曲げ）振動、Ｚ−Ｙ平面内の横（曲げ）振動をそれぞれ励振する。
【００９２】
選択切り替えスイッチ１０４はＣＰＵ１０１からの指令に基づいて、Ｚ，Ａ，Ｂの３つの出力から２つを選択し、発振器１０２および移相器１０３からの２つの信号を出力する。これにより、３軸の回転のうち１軸を選択することができることになる。
【００９３】
１０７はパルス幅を制御するパルス幅制御回路で、圧電素子に印加される交流電圧の振幅を制御することができる。パルス幅により印加電圧をそれぞれ個別独立に変えることで楕円軌跡の縦横比（長軸と短軸の比）を変えることができる。発振器１０２の発信周波数を振動体の固有振動数に近づけたり、遠ざけたりして振動体の振幅を変え、楕円軌跡の大きさを変えることができる。
【００９４】
圧電素子板３ｃ，３ｄ，３ｉで発生するＺ軸方向の縦振動、Ｚ−Ｘ平面内の横（曲げ振動）、Ｚ−Ｙ平面内の横（曲げ）振動、それぞれの振動振幅に応じた電圧は電極板１２ＳＺ、１２ＳＡ、１２ＳＢを通じて検出回路１０６からそれぞれの振幅、位相の情報がＣＰＵに入力される。
【００９５】
これらの情報に基づき、パルス幅制御回路１０７、移相器１０３、発振器１０２をＣＰ１０１でコントロールすることで、楕円軌跡を任意の形状に制御することができる。
【００９６】
このような制御を行うことにより、以下のことが可能となる。
【００９７】
１：振動体の送り方向速度分布が変わるので、移動体の速度を変えることができる。
【００９８】
２：摩擦力分布が変わるので、最も摺動損の少ない楕円軌跡をつくることができる。例えば楕円軌跡の傾きについては、移動体の球面に対して楕円の軸が直交するように制御すれば良い。具体的には、図３に示した弾性体４の内周面（軸線に対して斜めに形成されている）の放線方向に楕円軌跡を発生させて、効率向上を図ることができる。
【００９９】
あるいは、不図示の回転検出計と電力計の信号をフィードバックして、最も効率の楕円軌跡の状態で駆動することもできる。
【０１００】
３：振動体と移動体との当たり方（法線方向の変位と速度）も変わるので、最も衝撃の少ない接触の仕方、あるいは鳴き等の異常なノイズを発生しない楕円軌跡とすることもできる。
【０１０１】
（第１０の実施の形態）
図１２は本発明の第１０の実施の形態を示す。
【０１０２】
本実施の形態は、例えば図９に示す支持板９を有する振動体を、例えば任意の方向に移動可能な支持台１５を介して支持するようにしてものである。支持台１５は円筒形状であり、ロボットアーム等に取り付けられることにより、多自由度振動型アクチュエータを多自由度運動できる関節として利用できる。
【０１０３】
（第１１の実施の形態）
図１３は本発明の第１１の実施の形態を示す。
【０１０４】
本実施の形態は、前述した各実施の形態及び後述する図２１〜図２７も含めた各実施の形態の振動型アクチュエータ４０を直列に２つ接続したものを操作腕として左右に設け、制御システム４１を介して操作用グローブ１６により遠隔操作するようにしたもので、人の関節の角変位を読み取れるようになっている操作用グローブ１６と制御システム４１の組み合わせでアクチュエータを駆動する遠隔操作システムは公知なので、ここではこれらの構成の説明については省略する。本実施の形態の操作腕は、手元側の振動型アクチュエータ４０の移動体４２として球体形状のものを使用して、先端側の振動型アクチュエータ４０の後端部に取り付け、この先端側の振動型アクチュエータ４０の移動体４３として操作指部分を有する棒状（振動体の頭部弾性体部分との接触部は球面）のものを使用しており、移動体４２、４３はヒトの関節と対応した位置に取り付けられ、人の運動に対応した遠隔操作機械（ロボット）を実現できる。なお、遠隔操作機械とは、ヒトの動きに対応して動作する機械である。
【０１０５】
このような遠隔操作機械は、腹腔鏡下手術やマイクロサージェリーに用いることもできる。腹腔鏡下手術とは患者の体を切開することなく、体内に挿入された内視鏡と鉗子によって行われる手術である。
【０１０６】
本実施の形態をこれに使用することにより、人の手を入れることのできない患者の腹部の内部で、人の手の複雑な動きを実現できるので、これまでの腹腔鏡下手術よりも緻密な手術を行うことができる。なお、マイクロサージェリーとは、微細な生体組織に対して行う、細かい操作を伴う手術であり、現在は顕微鏡下で直接人の手によって行われている。遠隔操作機械を用いて術者側のスケールと機械側のスケールを調節することで、人の手のスケールでは困難である細かい操作が可能である。
（第１２の実施の形態）
図１４は第１２の実施の形態を示す。
【０１０７】
本実施の形態は、前述した各実施の形態及び後述する図２１〜図２７も含めた各実施の形態の振動型アクチュエータ（多自由度振動型アクチュエータ）５０をシャーシ１７に複数取り付け、また移動体として球体を用いることにより、Ｘ−Ｙ平面内を任意に移動できるようにしたもので、並進および回転をすることができるようにしている。なお、図１４では、多自由度振動型アクチュエータ５０の移動体２が不図示の床と接触するようにしているが、逆に高所等に配置したレールの下面に接触させ、懸垂型の移動機構とすることもできる。
【０１０８】
（第１３の実施の形態）
図１５は本発明の第１３の実施の形態を示す。
【０１０９】
本実施の形態は、前述した各実施の形態及び後述する図２１〜図２７も含めた各実施の形態の振動型アクチュエータ（多自由度振動型アクチュエータ）６０の球体形状の移動体２内にカメラ１８を配置し、監視カメラやコンピュータへの入力用の撮影装置としたものである。
【０１１０】
［第１４の実施の形態］
図２１は本実施の形態の振動型アクチュエータの構造及び駆動原理を示している。単一の振動体１００としての円柱形状の弾性体１０１，１０２の間に、図２１（ｂ）に示すように４分割に分極された電気−機械エネルギ−変換素子としての圧電素子１０３（同じ位相で４分割に分極された複数枚の圧電素子板が積層されてブロック化されている）が挟持固定されている。この圧電素子１０３には各分極領域ごとに独立に駆動のための交番信号（電圧）を印加できるようになっている。なお、振動体１００の移動体１０２との接触部（駆動部）となる内周面１００ａは軸線に対して斜めに形成され、球状の移動体１０２が若干内部に入り込むようにしている。
【０１１１】
圧電素子１０３の各分極領域Ａ〜Ｄは同極性に分極されており、振動体１００をＺ軸方向に変位させるためには、
ＶA ＝ＶB ＝ＶC ＝ＶD ＝sin ωｔ
ＶA ＝ＶC ＝sin ωｔ、又はＶB ＝ＶD ＝sin ωｔ
の交番信号を供給する。
【０１１２】
一方、振動体１００をＸ軸方向（Ｚ−Ｘ平面内で曲げ振動）に変位させるためには、
ＶA ＝sin ωｔ，ＶC ＝−sin ωｔ
もしくは
ＶA ＝cos ωｔ，ＶC ＝−cos ωｔ
の交番信号を供給する。
【０１１３】
更に、振動体１００をＹ軸方向（Ｚ−Ｙ平面内で曲げ振動）に変位させるためには、
ＶB ＝sin ωｔ，ＶD ＝−sin ωｔ
もしくは
ＶB ＝cos ωｔ，ＶD ＝−cos ωｔ
の交番信号を供給する。
【０１１４】
それによって、図２１（ａ）に示したように、Ｚ軸方向、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向の変位となる。なお、Ｚ軸方向の振動を１次モードとし、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の振動を２次モードとすることにより、各軸方向の振動を共振させている。
【０１１５】
なお、周溝を形成することにより剛性を小さくした第１の部分１０１ａは、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の振動での節の位置として、曲げ（屈曲）の変位拡大としての役目を果たす。
【０１１６】
また、周溝を形成することにより剛性を小さくした第２の部分１０１ｂは、Ｚ軸方向の振動での節の位置として、縦の変位拡大としての役目を果たす。
【０１１７】
図２１の実施の形態は、前述した第１〜第１３の実施の形態のように、縦振動専用の電気−機械エネルギー変換素子を必要とせず、基本的には複数の分極領域へ選択的に交番信号を供給することによって、３軸方向への振動体１００の変位を可能としている。
【０１１８】
次に球状の移動体１０２を各軸回りに回転させるための交番信号の供給について説明する。
【０１１９】
Ｘ軸回りに移動体１０２を回転させる場合には、Ｚ軸方向の変位とＹ軸方向の変位を、例えば９０°の位相差をもって与える。
【０１２０】
すなわち
ＶA ＝ＶB ＝ＶC ＝ＶD ＝sin ωｔ（Ｚ軸方向変位）
と、
ＶB ＝cos ωｔ，ＶD ＝−cos ωｔ（Ｙ軸方向変位）
の交番信号を各対応する分極領域Ａ〜Ｄに供給する。
【０１２１】
すなわち、次式のようになる。
【０１２２】
ＶA ＝sin ωｔ
ＶB ＝sin ωｔ＋cos ωｔ＝√２sin （ωｔ＋π／４）
ＶC ＝sin ωｔ
ＶD ＝sin ωｔ−cos ωｔ＝√２sin （ωｔ−π／４）
又、Ｙ軸回りに移動体１０２を回転させる場合には、Ｚ軸方向の変位とＸ軸方向の変位を、例えば９０°の位相差をもって与える。
【０１２３】
ＶA ＝ＶB ＝ＶC ＝ＶD ＝sin ωｔ（Ｚ軸方向変位）
ＶA ＝sin ωｔ，ＶC ＝−sin ωｔ（Ｘ軸方向変位）
すなわち、次式のようになる。
【０１２４】
ＶA ＝√２sin （ωｔ＋π／４）
ＶB ＝sin ωｔ
ＶC ＝√２sin （ωｔ−π／４）
ＶD ＝sin ωｔ
により、（Ｚ軸方向変位＋Ｘ軸方向変位）の交番信号を各対応する分極領域Ａ〜Ｄに供給する。
【０１２５】
更に、Ｚ軸回りに移動体１０２を回転させる場合には、Ｘ軸方向の変位とＹ軸方向の変位を、例えば９０°位相差をもって与える。
【０１２６】
すなわち、
ＶA ＝sin ωｔ
ＶB ＝cos ωｔ
ＶC ＝−sin ωｔ
ＶD ＝−cos ωｔ
により、（Ｘ軸方向変位＋Ｙ軸方向変位）の交番信号を各対応する分極領域Ａ〜Ｄに供給する。
【０１２７】
なお、Ｚ軸方向の変位を実現する際に、圧電素子１０３の分極領域Ａ及びＣのみを用いた場合には、次のように各分極領域への交番信号の供給は変わることになる。
【０１２８】
すなわち、
Ｘ軸回りの回転の際には
ＶA ＝ＶC ＝sin ωｔ
ＶB ＝cos ωｔ
ＶD ＝−cos ωｔ
となり、
Ｙ軸回りの回転の際には
ＶA ＝cos ωｔ
ＶB ＝sin ωｔ
ＶC ＝−cos ωｔ
ＶD ＝sin ωｔ
となり、
Ｚ軸回りの回転の際には
ＶA ＝sin ωｔ
ＶB ＝cos ωｔ
ＶC ＝−sin ωｔ
ＶD ＝−cos ωｔ
となる。
【０１２９】
なお、位相差を９０°とせずに変えることにより、楕円運動の形状が変化し、移動体１０２と振動体１００の駆動部との当接角度に合わせた高トルクでの駆動を可能とする。
【０１３０】
［第１５の実施の形態］
図２２は本実施の形態の振動型アクチュエータの構造及び変位の形態を示している。
【０１３１】
この実施の形態は単一の振動体２００として、円柱形状の弾性体２０１と円板状の弾性体２０２とを接合させたものである。弾性体２０１は実際には２分割されて間に、２枚の第１の電気−機械エネルギ−変換素子としての圧電素子２０３，２０４を挟持している。又、円板状の弾性体２０２には表面に４つの第２の電気−機械エネルギー変換素子としての圧電素子２０５ａ〜２０５ｄが設けられている。
【０１３２】
圧電素子２０３は駆動部となる弾性体２０１を図２２（ｃ）に示すようにＸ軸方向に変位させるためのものであり、図１０での圧電素子３ｅ，３ｆと同じ役目を果たす。又、圧電素子２０４は弾性体２０１をＹ軸方向に変位させるためのものであり、図１０での圧電素子３ｇ，３ｈと同じ役目を果たす。なお、圧電素子２０３と２０４とは分極位相を９０°ずらしている。
【０１３３】
一方、圧電素子２０５ａ〜ｄは全て同特性に分極されており、円板状の弾性体２０２を図２２（ｄ）に示すように屈曲させることにより、駆動部となる弾性体２０１をＺ軸方向に変位させるものである。
【０１３４】
駆動部となる弾性体２０１には球状の移動体２０６が第１４の実施の形態と同様に当接しており、圧電素子２０４と圧電素子２０５ａ〜ｄに交番信号を例えば９０°位相をずらして供給することにより、Ｘ軸回りに移動体２０６を回転させることができる。又、圧電素子２０３と圧電素子２０５ａ〜ｄに交番信号を例えば９０°位相をずらして供給することにより、Ｙ軸回りに移動体２０６を回転させることができる。
【０１３５】
一方、Ｚ軸回りに移動体２０６を回転させる場合には、圧電素子２０３と２０４に交番信号を例えば９０°位相をずらして供給することになる。
【０１３６】
なお、移動体２０６を重力方向に関係なく、常に弾性体２０１に圧接させるためには、図２３にて示したように弾性体２０１の内部に永久磁石２１０を設け、更に移動体２０６自体を磁性材によって形成するやり方がある。この構造によって、移動体２０６は磁石の吸着力によって重力方向にかかわらず、常に振動体２００と圧接することができる。
【０１３７】
なお、位相差を９０°としないで任意の位相差を設定し、楕円運動の形状を変えることも効果がある。
【０１３８】
［第１６の実施の形態］
図２４は本実施の形態の振動型アクチュエータの構造及び変位の形態を示している。
【０１３９】
この実施の形態は単一の振動体３００として、円柱形状の弾性体３０１と円板状の弾性体３０２とを接合させたものである。弾性体３０１の内部には永久磁石（不図示）が組込まれており、磁性体で形成された移動体３０６を常時、磁力により吸着して圧接力を得るようにしている。
【０１４０】
弾性体３０２には、表面に４つの電気−機械エネルギ−変換素子としての圧電素子（分極領域）３０３ａ〜ｄが設けられている。圧電素子３０３ａ〜ｄは選択的に交番信号が供給されることにより、図２４（ｂ）〜（ｄ）に示したように、駆動部としての弾性体３０１をＸ軸方向に変位させ、Ｙ軸方向に変位させ、もしくはＺ軸方向に変位させることができる。
【０１４１】
そして、移動体３０６をＸ軸回りに回転させる際には、Ｙ軸方向の変位（図２４（ｃ））とＺ軸方向に変位（図２４（ｄ））を、例えば９０°位相差をもうけて与えればよく、Ｙ軸回りの際にはＸ軸方向の変位（図２４（ｂ）とＺ軸方向の変位（図２４（ｄ））を、例えば９０°の位相差を設けて与える。更に、Ｚ軸回りに回転させたい際には、Ｘ軸方向に変位（図２４（ｂ））とＹ軸方向の変位（図２４（ｃ））を、例えば９０°の位相差を設けて与える。なお、位相差を９０°とせずに任意に設定して、楕円運動の形状を変えることも効果がある。
【０１４２】
各圧電素子３０３ａ〜ｄへの交番信号の供給については、上述の第１４実施の形態の場合と同じであり、詳しい説明は省略する。
【０１４３】
［第１７の実施の形態］
図２５は本実施の形態の振動型アクチュエータの構造を示すもので、単一の振動体４００として円柱形状の複数の弾性体４０１，４０２，４０３を形成し、弾性体４０１と４０２の間に圧電素子４０４を挟持し、弾性体４０２と４０３の間に圧電素子４０５を挟持している。３つの弾性部材４０１〜４０３は締結部材としてのボルト４０７によって締結されている。なお、４０６は球状の移動体である。
【０１４４】
本実施の形態では、振動体４００と移動体４０６との圧接を、エアによる吸引によって行うようにしたことを特徴としている。すなわち、ホース４０８を振動体４００の駆動部近傍の凹部４０１ａに挿入し、このホース４０８によってエアを吸引することにより、駆動部近傍に吸着力を発生させ、移動体４０６を重力方向にかかわらず常に振動体４００と圧接させることができる。
【０１４５】
なお、４１０はケースであって、弾性体４０１と４０２の間に挟持された支持部材４１１の外端部が固定されることにより、振動体４００を支持している。
【０１４６】
［第１８の実施の形態］
図２６（ａ）に示した本実施の形態は第１７実施の形態の変形例を示すもので、移動体４０６を振動体４００の駆動部に圧接させる他の構造を示している。
【０１４７】
具体的にはケース４１０の上部には、ドーム状の上カバー４１２が軸受としてのボール４１３によりケース４１０に対して回転自在に設けられている。上カバー４１２には４ヵ所で、コイルバネ４１４によって移動体４０６を振動体４００の方向に付勢する押し付け部材４１５が移動自在に設けられている。この押し付け部材４１５の付勢力により、移動体４０６は振動体４００に重力方向にかかわらず圧接できることになる。振動体４００自体は支持部材４１１によりケース４１０に支持されている。
【０１４８】
なお、移動体４０６には実際の駆動部としての突部４０６ａが上カバー４１２より突出形成されており、移動体４０６をどの方向にも回転できるように、上カバー４０６には図２６（ｂ）に示すように十字状の切欠き４１２ａが形成されている。
【０１４９】
移動体４０６の突部４０６ａは切欠き４１２ａ内に挿入されており、且つ上ケース４１２自体をケース４１０に対して回転自在としていることから、突部４０６ａどのような方向に回転（揺動）したとしても、上カバー４１２を回転させてどれかの切欠き４１２ａ内に入り込み、制限を受けることがないようにしている。
【０１５０】
［第１９の実施の形態］
図２７（ａ）に示した本実施の形態は第１８実施の形態の変形例を示すもので、上カバー４２０はボール４１３によってケース４１０に対して回転自在に支持されているが、皿バネ４２２をボール４１３の軸受部に追加している。この皿バネ４２２は実際にはボール押え部材４２３を間に入れて設けられ、上ケース４２０自体をケース４１０に対して図において下方向となる、移動体４０６と振動体４００との圧接方向に付勢する役目を果たす。
【０１５１】
上ケース４２０の内側には３ヵ所に固定の押し付け部材４２４が形成されており、押し付け部材４２４によって移動体４０６は振動体に対して圧接されることになる。
【０１５２】
上ケース４２０には図２７（ｂ）に示すように略Ｙ字状の切欠き４２０ａが形成されている。この切欠き４２０ａの役目は、上述した図２６（ｂ）での切欠き４１２ａと同じである。なお、図２７（ｃ）には外観図を示した。
【０１５３】
図２６，２７に示した上カバー４１２，４２０を設けた実施の形態では、移動体４０６が実質上カバーされ、触れられることによる油やゴミ等による摩擦係数の変化を防止することができる。
【０１５４】
［第２０の実施の形態］
本実施の形態は移動体をどのような任意な角度にも回転できるようにしたものである。図２９の破線はＸ−Ｚ平面内でＸ軸からＺ軸方向にθ1 傾いた軸を示し、図２９の実線はＸ−Ｙ平面内でＸ軸からＹ軸方向にθ2 傾いた軸回りの回転を示している。
【０１５５】
そして、基準となる各Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸に対して異なる軸方向にθ1 ，θ2 傾いた軸回りの回転を実現できるようにすれば、それ以外でも任意の方向の軸回りの回転が実現できるようになる。
【０１５６】
具体例として、Ｘ軸を基準として、異なる方向にθ1 ，θ2 傾むけた軸回りの回転を実現するやり方について説明する。
【０１５７】
図２８に示すように、Ｘ−Ｚ平面内でＸ軸からθ1 傾いた軸回りの回転は、
ωθ1 ＝Ａωｘ＋Ｂωｚ
ただしＢ／Ａ＝tan θ1 として定義できる（｜ωｘ｜＝｜ωｚ｜である）。
【０１５８】
図２９に示すようにＸ−Ｙ平面内でＸ軸からθ2 傾いた軸回りの回転は、
ωθ2 ＝Ｃωｘ＋Ｄωｙ
ただしＤ／Ｃ＝tan θ2 として定義できる（｜ωｘ｜＝｜ωｙ｜である）。
【０１５９】
更に、θ1 及びθ2 傾いた軸回りの回転は、
ω（θ1 ＋θ2 ）＝ωθ1 ＋ωθ2 ＝Ａωｘ＋Ｂωｙ＋Ｃωｚ
ただし、Ｂ／Ａ＝tan θ2 ，Ｃ／Ａ＝tan θ1 として定義できる。
【０１６０】
最初に位相差を９０°とした場合で説明する。
【０１６１】
振動型アクチュエータとしては図１〜１０のタイプを用い、図１０に示した各電極板１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｚへどのような交番信号を供給することにより、任意の角度の回転軸による駆動を可能とするかを説明する。
【０１６２】
Ｘ軸回りの回転ωｘは
Ｖ12Z ＝sin ωｔ（Ｚ方向）
Ｖ12B ＝cos ωｔ（Ｙ方向）」
で行える。
【０１６３】
Ｙ軸回りの回転ωｙは
Ｖ12Z ＝sin ωｔ（Ｚ方向）
Ｖ12A ＝cos ωｔ（Ｘ方向）
で行える。
【０１６４】
そして、Ｚ軸回りの回転ωZ は
Ｖ12A ＝sin ωｔ（Ｘ方向）
Ｖ12B ＝cos ωｔ（Ｙ方向）
で行える。
【０１６５】
次に、Ｘ−Ｚ平面内でＸ軸からθ1 傾いた軸回りの回転は、
Ｖ12A ＝Ｂsin ωｔ
Ｖ12B ＝Ａcos ωｔ＋Ｂcos ωｔ＝（Ａ＋Ｂ）cos ωｔ
Ｖ12Z ＝Ａsin ωｔ
ただし、Ｂ／Ａ＝tan θ1 となる。
【０１６６】
Ｘ−Ｙ平面内でＸ軸からθ2 傾いた軸回りの回転は、
Ｖ12A ＝Ｄcos ωｔ
Ｖ12B ＝Ｃcos ωｔ
Ｖ12Z ＝Ｃsin ωｔ＋Ｄsin ωｔ＝（Ｃ＋Ｄ）sin ωｔ
ただし、Ｄ／Ｃ＝tan θ2 となる。
【０１６７】
そして、θ1 及びθ2 を合わせた軸回りの回転は、
Ｖ12A ＝Ｂcos ωｔ＋Ｃsin ωｔ＝√（Ｂ2 ＋Ｃ2 ）sin （ωｔ＋α）
Ｖ12B ＝Ａcos ωｔ＋Ｃcos ωｔ＝（Ａ＋Ｃ）cos ωｔ
Ｖ12Z ＝Ａsin ωｔ＋Ｂsin ωｔ＝（Ａ＋Ｂ）sin ωｔ
ただし、Ｂ／Ａ＝tan θ2 ，Ｂ／Ｃ＝tan α, Ｃ／Ａ＝tan θ1 とする。
【０１６８】
次に、図２１，２４に示した振動型アクチュエータを用いた場合について説明する。ただし、以下の説明は各圧電素子の領域Ａ〜Ｄに対してどのような交番信号を供給するかについて述べる。
【０１６９】
ＶA 〜ＶD とは図２１（ｂ）では各分極領域Ａ〜Ｄに対応し、図２４（ａ）では各圧電素子３０３ａ〜３０３ｄに対応する。
【０１７０】
Ｘ−Ｚ平面内でＸ軸よりθ1 傾いた軸回りの回転は、
ＶA ＝Ａsin ωｔ＋Ｂsin ωｔ＝（Ａ＋Ｂ）sin ωｔ
ＶB ＝Ａcos ωｔ＋Ｂcos ωｔ＝（Ａ＋Ｂ）cos ωｔ
ＶC ＝Ａsin ωｔ−Ｂsin ωｔ＝（Ａ−Ｂ）sin ωｔ
ＶD ＝−Ａcos ωｔ−Ｂcos ωｔ＝−（Ａ＋Ｂ）cos ωｔ
ただし、Ｂ／Ａ＝tan θ1 となる。
【０１７１】
Ｘ−Ｙ平面内でＸ軸からθ2 傾いた軸回りの回転は、
ＶA ＝Ｃsin ωｔ＋Ｄcos ωｔ＝√（Ｃ2 ＋Ｄ2 ）sin （ωｔ＋θ2 ）
ＶB ＝Ｃcos ωｔ−Ｄsin ωｔ＝√（Ｃ2 ＋Ｄ2 ）cos （ωｔ＋θ2 ）
ＶC ＝Ｃsin ωｔ−Ｄcos ωｔ＝−√（Ｃ2 ＋Ｄ2 ）sin （−ωｔ＋θ2 ）
ＶD ＝−Ｃcos ωｔ＋Ｄsin ωｔ＝−√（Ｃ2 ＋Ｄ2 ）cos （ωｔ＋θ2 ）
ただし、Ｄ／Ｃ＝tan θ2 となる。
【０１７２】
そして、θ1 及びθ2 を合わせた軸回りの回転は、
0004077923.tif 000002
ただし、Ｂ／Ａ＝tan θ2 ，Ｃ／Ａ＝tan θ1 ，tan α＝Ｂ／Ａ＋Ｃ，tan β＝Ｂ／（Ａ−Ｃ）となる。
【０１７３】
図３０は上記した図２１，２４の振動体を駆動制御する駆動回路を示すブロック図である。
【０１７４】
１０１はシステム全体をコントロールするＣＰＵで、１０２は発振器、１０３Ａ，１０３Ｂは位相器、１０４は選択切り替えスイッチである。
【０１７５】
１０５Ｚ，１０５Ａ，１０５Ｂは駆動波形を作る出力回路で、出力回路１０５Ｚ，１０５Ａ，１０５Ｂはそれぞれ分極領域３０３ａ〜ｄと接続され、交流電圧（交番信号）を印加する。これらの圧電素子は、Ｚ軸方向の振動、Ｘ軸方向の振動、Ｙ軸方向の振動をそれぞれ励振する。
【０１７６】
発振器１０２の発振周波数を振動体の固有振動数に近づけたり、遠ざけたりして振動体の振幅を変えることができる。
【０１７７】
１０７はパルス幅を制御するパルス幅制御回路で、圧電素子に印加される交流電圧の振幅を制御することができる。パルス幅の制御により印加電圧をそれぞれ個別独立に変えること、振動振幅もそれぞれ個別独立に変えることができる。
【０１７８】
位相器１０３Ａ，１０３Ｂは、発振器１０２の出力信号の位相を変えることができる。
【０１７９】
第２０の実施の形態に示した前述の式に従った、印加電圧、位相差をもった３つの印加電圧をそれぞれの圧電素子に与えることにより、任意の角度の軸まわりの回転を駆動できる。
【０１８０】
圧電素子１０３（３０３）で発生するＺ軸方向の振動、Ｘ軸方向の振動、Ｙ軸方向の振動、それぞれの振動振幅に応じた電圧は検出信号１２ＳＺ，１２ＳＡ，１２ＳＢを通じて検出回路１０６からそれぞれの振幅、位相の情報がＣＰＵ１０１に入力される。
【０１８１】
これらの情報に基づき、パルス幅制御回路１０７、位相器１０３Ａ、位相器１０３Ｂ、発振器１０２をＣＰＵ１０１でコントロールし、各振動が所定の振幅、位相差であるように調整される。
【０１８２】
また、回転検出計１０８の信号をフィードバックしており、より精度の高い回転軸及び回転数の制御が可能となる。
【０１８３】
さらに、検出回路からの情報に基づき、パルス幅制御回路１０７、位相器１０３Ａ、位相器１０３Ｂ等をコントロールすることで、振動の楕円軌跡の形状を任意に制御することができる。
【０１８４】
このような制御を行うことにより、以下のことが可能となる。
【０１８５】
１：振動体の送り方向速度分布が変わるので、移動体の速度を変えることができる。
【０１８６】
２：摩擦力分布が変わるので、最も摺動損の少ない楕円軌跡をつくることができる。例えば楕円軌跡の傾きについては、移動体の球面に対して楕円の軸が直交するように制御すれば良い。具体的には、図２１に示した弾性体１００の内周面１００ａ（軸線に対して斜めに形成されている）の放線方向に楕円軌跡を発生させて、効率向上を図ることができる。
【０１８７】
あるいは、不図示の回転検出計と電力計の信号をフィードバックして、最も効率の良い楕円軌跡の状態で駆動することもできる。
【０１８８】
３：振動体と移動体との当たり方（法線方向の変位と速度）も変わるので、最も衝撃の少ない接触の仕方、あるいは鳴き等の異常なノイズを発生しない楕円軌跡とすることもできる。
【０１８９】
以上説明した第１４の実施の形態〜第２０の実施の形態の振動型アクチュエータを、図１３、図１４、図１５に示す振動型アクチュエータに代えることができることは言うまでもない。
【０１９０】
また、図２１の（ｂ）に示すように、圧電素子のｘ軸，ｙ軸を分極領域の中央に設定しているが、これに限定されるものではない。
【０１９１】
さらに、移動体に対して振動体を移動させるようにしても良い。
【０１９２】
【発明の効果】
本発明によれば、振動体と接触体とを任意の方向に相対移動させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態を示し、（ａ）は振動体の外観斜視図、（ｂ）は振動体の縦振動の１次モード、（ｃ），（ｄ）は横振動の２次モードを示す。
【図２】本発明の第２の実施の形態を示し、（ａ）は振動体の外観斜視図、（ｂ）は振動体の縦振動の１次モード、（ｃ），（ｄ）は横振動の２次モードを示す。
【図３】本発明の第３の実施の形態を示す振動型アクチュエータの断面図。
【図４】本発明の第４の実施の形態を示す振動型アクチュエータの断面図。
【図５】本発明の第５の実施の形態を示す振動型アクチュエータの断面図。
【図６】本発明の第６の実施の形態を示す振動型アクチュエータの断面図。
【図７】本発明の第７の実施の形態を示す振動型アクチュエータの断面図。
【図８】本発明の第８の実施の形態を示す振動型アクチュエータの断面図。
【図９】本発明の第９の実施の形態を示す振動型アクチュエータの外観斜視図。
【図１０】図９の振動体の分解斜視図。
【図１１】（ａ）、（ｂ）は図９の振動体を支持した状態を示す側面図と上面図。
【図１２】本発明の第１０の実施の形態を示す側面図。
【図１３】本発明の第１１の実施の形態を示す概略図。
【図１４】本発明の第１２の実施の形態を示す側面図。
【図１５】本発明の第１３の実施の形態を示す外観斜視図。
【図１６】リング状振動体の斜視図。
【図１７】従来の球面振動型アクチュエータの斜視図。
【図１８】従来の振動型アクチュエータの断面図。
【図１９】第９の実施の形態の駆動回路図。
【図２０】図１９の出力回路の回路図。
【図２１】第１４の実施の形態を示し、（ａ）は振動体の外観斜視図とそれぞれの方向における振動変位、（ｂ）は圧電素子の平面図。
【図２２】第１５の実施の形態を示し、（ａ）は振動体の外観斜視図、（ｂ）は圧電素子の配置方向と分極方向を示す図、（ｃ）、（ｄ）は振動体の変位を示す図。
【図２３】図２２の振動体と接触体との吸引保持手段を示す図。
【図２４】第１６の実施の形態を示し、（ａ）は振動体の外観斜視図、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）は振動体の変位を示す図。
【図２５】第１７の実施の形態を示す振動型アクチュエータの縦断面図。
【図２６】第１８の実施の形態の振動型アクチュエータを示し、（ａ）は（ｂ）のＡ−Ａ’矢視縦断面図、（ｂ）は（ａ）の上面図。
【図２７】第１９の実施の形態の振動型アクチュエータを示し、（ａ）は（ｂ）のＢ−Ｂ’矢視縦断面図、（ｂ）は（ａ）の上面図、（ｃ）は側面図。
【図２８】第２０の実施の形態の原理を説明するためのベクトル線図。
【図２９】第２０の実施の形態の原理を説明するためのベクトル線図。
【図３０】第２０の実施の形態の駆動回路のブロック図。
【符号の説明】
１、１０１、１０２、２０１、２０２、３０１、３０２、４０１〜４０３  弾性体
２、１０２、２０６、３０６、４０６  移動体
３、１０３、２０３、２０４、４０４、４０５  圧電素子
３ａ，３ｂ  縦振動用圧電素子
３ｃ  縦振動検出用圧電素子          ３ｅ〜３ｈ  横振動用圧電素子
３ｄ，３ｉ  横振動検出用圧電素子
３０３ａ〜３０３ｄ  圧電素子
４  頭部弾性体                      ４ａ  頭部先端凹部
４ｂ  凹溝                          ４ｃ  くびれ（凹部）
５ａ  中間弾性体                    ５ｂ  後部弾性体
５ｃ  第１弾性体                    ５ｄ  第２弾性体
５ｅ  第３弾性体
６、４０７  締結ボルト              ６ａ  締結シャフト凹部
７  永久磁石                        ８  コイル
９  支持板                          ９ａ  中央部
１０  当接体                        １１  つば部
１２  電極板                        １３  グランド電極板
１４  シート                        １５  支持台
１６  グローブ                      １７  シャーシ
１８  カメラ                        １９  振動体
１９ａ  弾性体                      １９ｂ  圧電素子
２０ａ，２０ｂ  移動体              ２１  バネ
３０  任意支持台                    ４０，５０，６０  振動体
４１  制御システム                  ４２，４３  移動体
４０８  ホース                      ４１０  ケース
４１１  支持部材                    ４１２  上カバー
４１３  ボール                      ４１４  コイルバネ
４１５  押し付け部材
【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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【図２９】
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【図３０】
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