(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも互いに異なる３軸方向の振動変位を発生させる振動発生手段を備えた振動体を有し、前記３軸方向の振動変位のうち少なくとも２軸方向の振動変位を与えて前記振動体に合成振動を発生させ、前記振動体と前記振動体に接触し互いに異なる移動軸を有する複数の接触体とを、選択的に、もしくは同時に相対移動させることを特徴とする振動型アクチュエータ。
【請求項２】
前記３軸方向の振動変位の固有振動数は互いに略一致した値であることを特徴とする請求項１に記載の振動型アクチュエータ。
【請求項３】
前記振動体は棒状に形成され、前記複数の接触体の移動軸は、前記振動体の軸心に対して交差する異なる方向に延びていることを特徴とする請求項１又は２に記載の振動型アクチュエータ。
【請求項４】
前記振動体は棒状に形成され、前記複数の接触体のうち一方の接触体の移動軸は前記振動体の軸心に一致し、他方の接触体の移動軸は前記振動体の軸心に対して交差する方向に延びていることを特徴とする請求項１又は２に記載の振動型アクチュエータ。
【請求項５】
前記振動体は、前記接触体との接触部に前記移動軸を規定する軸受部を有することを特徴とする請求項１から４のいずれか１つに記載の振動型アクチュエータ。
【請求項６】
前記振動発生手段は、前記振動体に互いに直交する３軸方向の振動変位を独立に発生可能とするものであり、前記３軸方向の振動変位のうち少なくとも２軸方向の振動変位に時間的に位相差を与えて合成振動を発生させることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載の振動型アクチュエータ。
【請求項７】
前記振動発生手段は、縦方向振動と方向の異なる複数の横方向振動を励起する電気−機械エネルギ変換素子を有することを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１つに記載の振動型アクチュエータ。
【請求項８】
前記複数の接触体が円筒形であり、それぞれの移動軸の方向が直交することを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１つに記載の振動型アクチュエータ。
【請求項９】
前記振動体と前記複数の接触体とを前記軸受部を介して加圧接触させることを特徴とする請求項５に記載の振動型アクチュエータ。
【請求項１０】
請求項１ないし９のいずれか１つに記載の振動型アクチュエータを駆動源として有し、前記駆動源により１または複数の被駆動体を駆動することを特徴とする振動型駆動装置。
【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.61No.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】
また、単一の振動体で多自由度（３自由度）の駆動力を簡単な構成で生成することができる振動型アクチュエータが提案されている。
【０００４】
この単一の振動体で多自由度、例えば３自由度の駆動力を得る振動型アクチュエータの基本的な構成としては、例えば棒状の振動体の一端部に凹部を形成し、この凹部に球形の回転体の一部を嵌合し、加圧機構により前記回転体を前記振動体に加圧接触させる機械的構成を有し、一方、振動体には異なる３軸方向、前記振動体の軸方向をＺ軸とし、このＺ軸に対し互いに直交する２軸をＸ軸とＹ軸とすると、前記Ｚ軸回りの回転と、前記Ｘ軸回りの回転及び前記Ｙ軸回りの回転を前記球形の回転体にそれぞれ与えることができるように、前記振動体に振動変位の合成による駆動振動を発生させるようにしている。
【０００５】
前記振動体は、例えば電気−機械エネルギー変換素子としての圧電素子により、振動体に異なる３方向の振動変位、例えばＺ軸方向の振動（縦振動）、Ｚ−Ｘ平面での曲げ振動、Ｚ−Ｙ平面での曲げ振動が与えられ、前記２つの曲げ振動を時間的位相差を有して形成することにより、この２つの曲げ振動の合成振動で形成される駆動振動で前記球形の回転体を前記Ｚ軸回りに回転させる。
【０００６】
また、前記縦振動と前記Ｚ−Ｘ平面での曲げ振動の合成振動で前記球形の回転体をＹ軸回りに回転させる。
【０００７】
さらに、前記縦振動と前記Ｚ−Ｙ平面での曲げ振動の合成振動で前記球形の回転体をＸ軸回りに回転させる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の多自由度振動型アクチュエータは一個の球形の回転体を被駆動部材としているため、以下のような難点があった。
【０００９】
▲１▼一個の回転体が３自由度を持つため機械的に定まった回転軸がない。
【００１０】
従って、回転軸を定めるのに複雑な制御が必要である。例えば回転体の球心に軸心を有する軸状の部材を放射方向外方に延びるように設けたとしても、この軸状部材は固定された位置に回転可能に軸支されたものではないので、この軸状部材を所定の軸方向位置と一致する位置に維持する制御が必要であり、さらに該軸を中心として前記回転体を回転させる駆動制御を行わなければならず、制御の複雑化を招くことになる。
【００１１】
▲２▼回転体が球体でかつ機械的に定まった回転軸がないので、加圧機構が複雑になる。
【００１２】
本出願に係る発明の目的は、単一の振動体に対し、異なる方向に固定の移動軸を設けることができる振動型アクチュエータおよび振動型駆動装置を提供しようとするものである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本出願にかかる発明の目的を実現する振動型アクチュエータの第１の構成は、少なくとも互いに異なる３軸方向の振動変位を発生させる振動発生手段を備えた振動体を有し、前記３軸方向の振動変位のうち少なくとも２軸方向の振動変位を与えて前記振動体に合成振動を発生させ、前記振動体と前記振動体に接触し互いに異なる移動軸を有する複数の接触体とを、選択的に、もしくは同時に相対移動させるものである。
【００１４】
本出願にかかる発明の目的を実現する振動型アクチュエータの第２の構成は、上記第１の構成で、前記３軸方向の振動変位の固有振動数は互いに略一致した値であるものである。
【００１５】
本出願に係る発明の目的を実現する振動型アクチュエータの第３の構成は、上記第１又は第２の構成で、前記振動体は棒状に形成され、前記複数の接触体の移動軸は、前記振動体の軸心に対して交差する異なる方向に延びているものである。
【００１６】
本出願に係る発明の目的を実現する振動型アクチュエータの第４の構成は、上記第１又は第２の構成で、前記振動体は棒状に形成され、前記複数の接触体のうち一方の接触体の移動軸は前記振動体の軸心に一致し、他方の接触体の移動軸は前記振動体の軸心に対して交差する方向に延びているものである。
【００１７】
本出願に係る発明の目的を実現する振動型アクチュエータの第５の構成は、上記第１ないし第４のいずれか１つの構成で、前記振動体は、前記接触体との接触部に移動軸を規定する軸受部を有するものである。
【００１８】
本出願にかかる発明の目的を実現する振動型アクチュエータの第６の構成は、上記第１ないし第５のいずれか１つの構成で、前記振動発生手段は、前記振動体に互いに直交する３軸方向の振動変位を独立に発生可能とするものであり、前記３軸方向の振動変位のうち少なくとも２軸方向の振動変位に時間的に位相差を与えて合成振動を発生させるものである。
【００１９】
本出願に係る発明の目的を実現する振動型アクチュエータの第７の構成は、上記第１ないし第６のいずれか１つの構成で、前記振動発生手段は、縦方向と方向の異なる複数の横方向振動を励起する電気―機械エネルギ変換素子を有するものである。
【００２０】
本出願に係る発明の目的を実現する振動型アクチュエータの第８の構成は、上記第１ないし第７のいずれか１つの構成で、前記複数の接触体が円筒形であり、それぞれの移動軸の方向が直交するものである。
【００２１】
本出願に係る発明の目的を実現する振動型アクチュエータの第９の構成は、上記第５の構成で、前記振動体と前記複数の接触体とを前記軸受部を介して加圧接触させたものである。
【００２２】
本出願に係る発明の目的を実現する振動型駆動装置の構成は、上記いずれかの構成の振動型アクチュエータを駆動源として有し、前記駆動源により１または複数の被駆動体を駆動するようにしたものである。
【００２３】
上記した構成の振動型アクチュエータは、例えば複数の接触体として２個の回転体を円筒形にして、互いの軸が直交する向きで一個の棒状振動体の両側に配置することにより、それぞれの回転体の回転軸を固定することができ、全体として（１個の振動体＋２個の回転体）は２自由度のアクチュエータが構成される。
【００２４】
【発明の実施の形態】
（第１の実施の形態）
図１〜図３および図７は本発明の第１の実施の形態を示す。
【００２５】
図１は本発明の第１の実施形の形態を示す主要部分の分解斜視図である。
【００２６】
１は円柱形状に形成された振動体で、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た電気−機械エネルギー変換素子としての積層型圧電素子（以下圧電素子と称す）３をその両側から金属で形成された第１の弾性体２０１と第２の弾性体２０２で挟み、図２に示すように両弾性体２０１と２０２の間に螺着されたボルト５を用いて固定された構造となっている。なお、本実施の形態において、電気−機械エネルギー変換素子として積層圧電素子を用いているが、１枚の圧電素子であっても良い。
【００２７】
本実施の形態において、第１の弾性体２０１と第２の弾性体２０２とは、共に中心軸（Ｚ軸）の回りに振動変位拡大用の周溝２０１ａ（２０２ａ）が形成され、さらに周溝２０１ａ（２０２ａ）よりも先端側の駆動部２０１ｂ（２０２ｂ）に、中心軸（Ｚ軸）と直交する方向に例えば図２に示すようにＶ字形状溝で形成された固定軸形成部としての軸受部２０１ｃ（２０２ｃ）が形成され、第１の弾性体２０１に形成された第１の軸受部２０１ｃで規定される軸線（Ｙ軸）と、第２の弾性体２０２に形成された第２の軸受部２０２ｃで規定される軸線（Ｚ軸）とを直交するように配置している。
【００２８】
本実施の形態において、第１の軸受部２０１ｃと第２の軸受部２０２ｃには、円筒形状に形成された第１の回転体４０１と第２の回転体４０２とがそれぞれ配置されていて、不図示の加圧機構により、第１の回転体４０１と第２の回転体４０２が第１の軸受部２０１ｃと第２の軸受部２０２ｃに加圧接触されている。
【００２９】
すなわち、本実施の形態では、一つの棒状の振動体１の両端部に互いに直行する方向に固定の軸線を有して移動体としての第１の回転体４０１と第２の回転体４０２とが支持されることになる。
【００３０】
尚、第１の弾性体２０１と第２の弾性体２０２にそれぞれ形成される軸受部２０１ｃと２０２ｃとはＶ形状の溝としているが、回転体４０１，４０２の円筒形側面と同様な円筒面であっても良い。また、軸受部２０１ｃと２０２ｃに、それぞれの軸方向に直行するスリットを、それぞれの軸方向に沿って複数形成して振動変位を大きくするようにしても良い。
【００３１】
また、第１の回転体４０１と第２の回転体４０２は同形状、あるいは同径である必要はない。径を大きくすると出力トルクが大きくなり、径を小さくすると回転数が大きくなるので、使用目的に適した回転体を設計できる。
【００３２】
図３は本実施の形態の振動型アクチュエータの構造および駆動原理を示している。
【００３３】
円柱形状の振動体１は、中央付近に第１の弾性体２０１と第２の弾性体２０２に挟持固定されている圧電素子３により弾性振動する。
【００３４】
なお、図３（ｂ），（ｃ），（ｄ）にそれぞれ示すのはＺ，Ｘ，Ｙ方向の変位の軸方向（Ｚ）分布である。
【００３５】
即ち、Ｚ方向の振動変位Ｗｚは中心に１個の節を持つ縦振動（軸方向に伸び縮みする振動）である。また、Ｘ方向の振動変位Ｗｘは３個の節を持つ曲げ振動である。Ｙ方向の振動変位ＷｙもＷｘと同様、３個の節を持つ曲げ振動である。
【００３６】
ここで、振動変位Ｗｚと振動変位Ｗｘを時間的位相差が９０度となるように発生させると、振動体１の両端部ではＹ軸回り（Ｘ−Ｚ平面内）の楕円または円運動が形成される。
【００３７】
この運動の軸（Ｙ）は第１の回転体４０１の軸と一致していて、第１の回転体４０１をＹ軸を中心に回転させる。その際、第２の回転体４０２の軸とは一致しないので、第２の回転体４０２は回転しない。
【００３８】
振動変位の時間的位相差を逆にすると（−９０度にすると）、第１の回転体４０１は逆向きに回転する。
【００３９】
振動の組み合わせを変えて、振動変位Ｗｚと振動変位Ｗｙを時間的位相差が９０度となるように発生させると振動体１の両端部ではＸ軸回り（Ｙ−Ｚ平面内）の楕円または円運動が形成される。
【００４０】
この運動の軸（Ｘ）は第２の回転体４０２の軸と一致していて、第２の回転体４０２を回転させる。その際、第１の回転体４０１の軸とは一致しないので、第１の回転体４０１は回転しない。
【００４１】
また、振動変位Ｗｚと振動変位Ｗｘと振動変位Ｗｙを適当な時間的位相差で組み合わせると、第１の回転体４０１と第２の回転体４０２を同時に回転させることができる。その際、第１の回転体４０１には、Ｙ軸回りの回転力に加えて、Ｘ軸回りの駆動力が付与されることになる。このＸ軸回りの駆動力は、第２の回転体４０２を回転させるものであるが、第１の回転体４０１をＹ軸方向に沿って移動させる力としても作用するので、第１の回転体４０１は、回転しながら直進移動することになる。この直進方向の移動力は、合成振動の円又は楕円運動の大きさや駆動部の形状等を変えることにより、大きくしたり、また小さくして直進方向の移動力が第１の回転体４０１に与えられることを排除することもできる。また、必要に応じて直進方向の移動を規制する部材を設けても良い。なお、第２の回転体４０２に対しても同様にＸ軸に沿った直進方向の移動力が付与される。
【００４２】
図３（ｅ）はこのような３種類の振動変位を発生させる、圧電素子３の構造を示すものである。
【００４３】
４分割に分極処理された電気−機械エネルギ変換素子としての圧電素子３（同じ位相で４分割に分極処理された複数枚の圧電セラミックス板が積層されてブロック化されている。）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）が印加できるようになっている。図１及び図３には図示していないが、圧電素子３の両面側には、各分極処理領域毎に不図示の駆動制御回路と接続される電極板が配置されている。
【００４４】
図３の（ｅ）において、圧電子素子３の各分極領域Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄは同極性に分極処理されており、図３の（ｂ）振動変位分布に示すように、振動体１をＺ方向に振動させるにはすべて分極領域に接触する前記各電極（不図示）に同じ信号を印加する。なお、ＶＡは分極領域Ａに対応の電極を介して印加する電圧、ＶＢは分極領域Ｂに対応の電極を介して印加する電圧、ＶＣは分極領域Ｃに対応の電極を介して印加する電圧、ＶＤは分極領域Ｄに対応の電極を介して印加する電圧とする。
【００４５】
ＶA ＝ＶB ＝ＶC ＝ＶD ＝ｓｉｎωｔ
あるいは、対向する電極領域に同じ信号を印加する。
【００４６】
ＶA ＝ＶC ＝ｓｉｎωｔ
または
ＶB ＝ＶD ＝ｓｉｎωｔ
とすれば良い。
【００４７】
一方、図３（ｃ）の振動変位分布に示すように、振動体１をＸ方向に振動させるには、Ｘ方向に対向する分極領域ＡとＣに逆位相の信号を印加すれば良い。
【００４８】
ＶA ＝ｓｉｎωｔならＶC ＝−ｓｉｎωｔ
（ＶA ＝ｃｏｓωｔならＶC ＝−ｃｏｓωｔ）とする。
【００４９】
更に、図３（ｄ）の振動変位分布に示すように、振動体１をＹ方向に振動させるには、Ｙ方向に対向する分極領域ＢとＤに逆位相の信号を印加すれば良い。
【００５０】
ＶB ＝ｓｉｎωｔならＶD ＝−ｓｉｎωｔ
（ＶB ＝ｃｏｓωｔならＶD ＝−ｃｏｓωｔ）とする。
【００５１】
なお、交番信号（電圧）の周波数ωは振動体の固有振動数に近い値を選ぶことによって、大きな振幅を得ることができる。
【００５２】
本実施の形態の場合、振動体１の固有振動数とは、Ｚ方向の振動は縦１次モード、Ｘ方向とＹ方向は曲げ２次モードの固有振動数である。
【００５３】
次に、第１の回転体４０１と第２の回転体４０２を回転させるための交番信号の供給について説明する。
【００５４】
Ｙ軸まわりに回転体４０１を回転させる場合には、例えば９０度の位相差をもったＺ方向変位とＸ方向変位を発生させる。
【００５５】
ＶA ＝ＶB ＝ＶC ＝ＶD ＝ｓｉｎωｔ（Ｚ方向変位）
と
ＶA ＝ｃｏｓωｔ，ＶC ＝−ｃｏｓωｔ（Ｘ方向変位）
の交番信号を各対応する分極領域Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄに供給する。
【００５６】
すなわち、次式になる。
【００５７】
ＶA ＝ｓｉｎωｔ＋ｃｏｓωｔ＝√２ｓｉｎ（ωｔ＋π／４）
ＶB ＝ｓｉｎωｔ
ＶC ＝ｓｉｎωｔ−ｃｏｓωｔ＝√２ｓｉｎ（ωｔ−π／４）
ＶD ＝ｓｉｎωｔ
なお、係数、すなわち電圧振幅は１や√２である必要はない。適当な値に設定して所望の駆動状態を得ることができる。
【００５８】
同様にＸ軸まわりに第２の回転体４０２を回転させる場合には、例えば９０度の位相差をもったＺ方向変位とＹ方向変位を発生させる。
【００５９】
即ち、
ＶA ＝ＶB ＝ＶC ＝ＶD ＝ｓｉｎωｔ（Ｚ方向変位）
と
ＶB ＝ｃｏｓωｔ，ＶD ＝−ｃｏｓωｔ（Ｙ方向変位）
の交番信号を各対応する分極領域Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄに供給する。
【００６０】
すなわち、次式になる。
【００６１】
ＶA ＝ｓｉｎωｔ
ＶB ＝ｓｉｎωｔ＋ｃｏｓωｔ＝√２ｓｉｎ（ωｔ＋π／４）
ＶC ＝ｓｉｎωｔ
ＶD ＝ｓｉｎωｔ−ｃｏｓωｔ＝√２ｓｉｎ（ωｔ−π／４）
なお、係数、すなわち電圧振幅は１や√２である必要はない。適当な値に設定して所望の駆動状態を得ることができる。
【００６２】
以上のように、本第１の実施の形態では、振動体１により、第１の回転体４０１と第２の回転体４０２とをＹ軸まわりとＸ軸まわりにそれぞれ回転させることができるので、単一の振動体１で、振動体１の軸心に対して互いに直交する方向に固定軸を有する２自由度の回転を得ることが可能となる。
【００６３】
図７は本第１の実施の形態で示した２自由度アクチュエータの主要部に振動体の支持部材や加圧機構を加えたアクチュエータ全体の構成を示す。
【００６４】
図７において、振動体１は、圧電素子３の両側にフレキシブルプリント基板１０と金属製の薄板で形成された支持部材９を配置し、これらを第１の弾性体２０１と第２の弾性体２０２により挟持して一体的に固定して形成されている。
【００６５】
本実施の形態における積層型圧電素子３は、一端側の端面に、各分極領域の正極側の電極膜と、負極側の各電極膜とが形成されているもので、フレキシブルプリント基板１０には、圧電素子３の一端側端面の前記各正極及び負極側の電極膜と接触する電極板としてのパターン部が形成されている。したがって、給電のために、圧電素子３の両側に電極板等を設ける必要はなく、本実施の形態のように片側にプリント基板１０を設けるだけで良い。
【００６６】
また、振動体１と一体の支持部材９は、第２の回転体４０２の軸方向に沿って振動体１より両側に延出され、この両側の延出端部が後述の第２のケース部７ｂのフランジ部７ｃに巻き付けられて支持されている。
【００６７】
７は第１のケース部７ａと第２のケース部７ｂとにより構成される角筒形状のケースで、第１のケース部７ａのフランジ部７ｄと第２のケース部７ｂのフランジ部７ｃとを対向配置し、第１のケース部７ａのフランジ部７ｄと第２のケース部７ｂのフランジ部７ｃとを、断面Ｃ形状のバネ部材で形成された筒形クリップ８により弾性的に把持している。
【００６８】
ケース７内には、振動体１と、第１の回転体４０１と第２の回転体４０２とが収納され、第１のケース部７ａに取り付けた軸受部材６ａと６ｂに第１の回転体４０１の軸部４０１ａが回転可能に軸支されている。同様に、第２のケース部７ｂに取り付けた軸受部材６ｃと６ｄに第２の回転体４０２の軸部４０２ａが回転可能に軸支されている。なお、第１のケース部７ａに対向して取り付けた軸受部材６ａと６ｂの軸心と、第２のケース部７ｂに対向して取り付けた軸受部材６ｃと６ｄの軸心とは直交するように配置されている。
【００６９】
また、振動体１は、前述のように支持部材９の延出端部が第２のケース部７ｂのフランジ部７ｃに巻き付けられて固定されることにより、第２のケース部７ｂに支持される。そして、第１のケース部７ａを第２のケース部７ｂに向きを合わせて組み付け、上述のように筒形クリップ８で第１のケース部７ａのフランジ部７ｄと第２のケース部７ｂのフランジ部７ｃとを弾性的に把持すると、筒形クリップ８のバネ力により、第１の回転体４０１は振動体１の第１の軸受部２０１ｃに、また第２の回転体４０２は振動体１の第２の軸受部２０２ｃにそれぞれ加圧接触する。なお、振動体１の支持部材９の延出端部の巻き付け部は筒形クリップ８により第２のケース部７ｂのフランジ部７ｃに一体に把持されて固定されている。
【００７０】
また、フレキシブルプリント基板１０は圧電素子３と第１の弾性体２０１の間に挟持固定されるとともに、外周方向に延出しその端部がケース７の外側まで延出し、不図示の駆動制御回路に接続され、交番信号（電圧）はこのフレキシブルプリント基板１０を経由して圧電素子３に供給される。
【００７１】
（第２の実施の形態）
図４〜図６は本発明の第２の実施の形態を示す。
【００７２】
図４は本発明の第２の実施形の形態を示す主要部分の分解斜視図である。
【００７３】
本実施の形態の振動体１０１は、圧電素子１０３を両側から金属製の第１の弾性体２０１と第２の弾性体２０３で挟み、軸心部に設けたボルト５を両弾性体２０１と２０２に螺着して固定された構造となっている。
【００７４】
第１の弾性体２０１は、第１の実施の形態と同様に、振動変位拡大用の周溝２０１ａを有し、この周溝２０１ａよりも端部側に軸受部２０１ｃを有する駆動部２０１ｂが形成されている。そして、この軸受部２０１ｃに回転体４０１が不図示の加圧機構により加圧接触している。
【００７５】
一方、第２の弾性体２０３は、振動変位拡大用の周溝２０３ａを有し、周溝２０３ａよりも端部側に駆動部２０３ｂが形成されているが、この駆動部２０３ｂの端面に、振動体１０１の中心軸に回転中心を有する第２の回転体４０３が不図示の加圧機構を介して加圧接触している。
【００７６】
尚、第１の弾性体２０１に形成された軸受部２０１ｃは第１の実施の形態と同様にＶ字形状溝としているが、第１の回転体４０１の円筒形側面と同様な円筒面であっても良い。
【００７７】
また、第１の回転体４０１は、その直径を大きくすると出力トルクが大きくなり、直径を小さくすると回転数が大きくなるので、使用目的に適した回転体を設計できる。
【００７８】
図６は本実施の形態の振動型アクチュエータの構造および駆動原理を示している。
【００７９】
円柱形状の振動体１０１は、中央付近に第１の弾性体２０１と第２の弾性体２０３に挟持固定されている圧電素子１０３により弾性振動する。図６（ｂ），（ｃ），（ｄ）にそれぞれ示すのはＺ，Ｘ，Ｙ方向の変位の軸方向の変位の軸方向（Ｚ）分布である。
【００８０】
即ち、Ｚ方向の振動変位Ｗｚは中心に１個の節を持つ縦振動（軸方向に伸び縮みする振動）である。また、Ｘ方向の振動変位Ｗｘは３個の節を持つ曲げ振動である。Ｙ方向の振動変位ＷｙもＷｘと同様、３個の節を持つ曲げ振動である。
【００８１】
ここで、振動変位Ｗｚと振動変位Ｗｘを時間的位相差が９０度となるように発生させると、振動体１の両端部ではＹ軸回り（Ｘ−Ｚ平面内）の楕円または円運動が形成される。
【００８２】
この運動の軸（Ｙ）は第１の回転体４０１の軸と一致していて、第１の回転体４０１を回転させる。
【００８３】
一方、第２の弾性体２０３にも同様の楕円または円運動が形成されるが、第２の回転体４０３の軸とは一致しないので、回転体４０３は回転しない。
【００８４】
振動変位の時間的位相差を逆にすると（−９０度にすると）回転体４０１は逆向きに回転する。
【００８５】
振動の組み合わせを変えて、振動変位Ｗｘと振動変位Ｗｙを時間的位相差が９０度となるように発生させると（曲げ振動の合成）、振動体１の両端部ではＺ軸回り（Ｘ−Ｙ平面内）の楕円または円運動が形成される。
【００８６】
この運動の軸（Ｚ）は、振動体１０１の中心軸に回転中心を有する第２の回転体４０３の軸と一致していて、第２の回転体４０３を回転させる。しかし、第１の回転体４０１の軸とは一致しないので、第１の回転体４０１は回転しない。
【００８７】
また、振動変位Ｗｚと振動変位Ｗｘと振動変位Ｗｙを適当な時間的位相差で組み合わせると、第１の回転体４０１と第２の回転体４０３を同時に回転させることができる。
【００８８】
図６（ｅ）は、このような３種類の振動変位を発生させる圧電素子１０３の構造を示すもので、図３の（ｅ）に示す第１の実施の形態の圧電素子３と同様の構成である。また、圧電素子３の各分極領域に対応して、不図示の駆動回路と接続される電極板がそれぞれ配設されている。
【００８９】
４分割に分極処理された電気−機械エネルギ変換素子としての積層型圧電素子１０３（同じ位相で４分割に分極処理された複数枚の圧電セラミックス板が積層されてブロック化されている。）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）が不図示の駆動回路により前記各電極板を介して印加できるようになっている。
【００９０】
圧電素子１０３の各分極領域Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄは同極性に分極処理されており、図６（ｂ）の振動変位分布に示すように、振動体１をＺ方向に振動させるには全ての分極領域に同じ信号を印加する。
【００９１】
ＶA ＝ＶB ＝ＶC ＝ＶD ＝ｓｉｎωｔ
あるいは、対向する電極に同じ信号を印加する。
【００９２】
ＶA ＝ＶC ＝ｓｉｎωｔ
または
ＶB ＝ＶD ＝ｓｉｎωｔ
とすれば良い。
【００９３】
一方、図６（ｃ）の振動変位分布のように、振動体１をＸ方向に振動させるには、Ｘ方向に対向する分極領域ＡとＣに逆位相の信号を印加すれば良い。
【００９４】
ＶA ＝ｓｉｎωｔならＶC ＝−ｓｉｎωｔ
（ＶA ＝ｃｏｓωｔならＶC ＝−ｃｏｓωｔ）とする。
【００９５】
更に、図６（ｄ）の振動変位分布のように、振動体１をＹ方向に振動させるには、Ｙ方向に対向する分極領域ＢとＤに逆位相の信号を印加すれば良い。
【００９６】
ＶB ＝ｓｉｎωｔならＶD ＝−ｓｉｎωｔ
（ＶB ＝ｃｏｓωｔならＶD ＝−ｃｏｓωｔ）とする。
【００９７】
交番信号（電圧）の周波数ωは振動体の固有振動数に近い値を選ぶことによって、大きな振幅を出すことができる。
【００９８】
この実施の形態の場合、振動体の固有振動数とは、Ｚ方向の振動は縦１次モード、Ｘ方向とＹ方向は曲げ２次モードの固有振動数である。
【００９９】
次に、第１の回転体４０１と第２の回転体４０３を回転させるための交番信号の供給について説明する。
【０１００】
Ｙ軸まわりに回転体４０１を回転させる場合には、例えば９０度の位相差をもったＺ方向変位とＸ方向変位を発生させる。
【０１０１】
即ち、
ＶA ＝ＶB ＝ＶC ＝ＶD ＝ｓｉｎωｔ（Ｚ方向変位）
と
ＶA ＝ｃｏｓωｔ，ＶC ＝−ｃｏｓωｔ（Ｘ方向変位）
の交番信号を各対応する分極領域Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄに供給する。
【０１０２】
すなわち、次式になる。
【０１０３】
ＶA ＝ｓｉｎωｔ＋ｃｏｓωｔ＝√２ｓｉｎ（ωｔ＋π／４）
ＶB ＝ｓｉｎωｔ
ＶC ＝ｓｉｎωｔ−ｃｏｓωｔ＝√２ｓｉｎ（ωｔ−π／４）
ＶD ＝ｓｉｎωｔ
なお、係数、すなわち電圧振幅は１や√２である必要はない。適当な値に設定して所望の駆動状態を得ることができる。
【０１０４】
Ｚ軸まわりに第２の回転体４０３を回転させる場合には、例えば９０度の位相差をもったＸ方向変位とＹ方向変位を発生させる。
【０１０５】
即ち、
ＶA ＝ｓｉｎωｔ，ＶC ＝−ｓｉｎωｔ（Ｘ方向変位）
と
ＶB ＝ｃｏｓωｔ，ＶD ＝−ｃｏｓωｔ（Ｙ方向変位）
の交番信号を各対応する分極領域Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄに供給する。
【０１０６】
すなわち、次式になる。
【０１０７】
ＶA ＝ｓｉｎωｔ
ＶB ＝ｃｏｓωｔ
ＶC ＝−ｓｉｎωｔ
ＶD ＝−ｃｏｓωｔ
なお、係数、すなわち電圧振幅は１である必要はない。適当な値に設定して所望の駆動状態を得ることができる。
【０１０８】
また、第２の実施の形態の振動体と回転体４０１及び４０３を図７のようにケース内に収納する場合、第２のケース部７ｂの底部に第２の回転体４０３の軸部を軸支する軸受部材を設ければ良い。
【０１０９】
なお、上記した第１の実施の形態、第２の実施の形態の多自由度の振動型アクチュエータは、単一の振動体１に対して異なる方向の移動（回転、直進）軸が一義的に決められるので、例えばＸ−Ｙテーブル等の駆動源として用いることができる。また、この多自由度の振動型アクチュエータを駆動源として被駆動体を駆動する振動波駆動装置としては、上記したＸ−Ｙテーブルに限定されることはなく、異なる方向からの出力により、１または複数の被駆動体を同時にまたは選択的に駆動できるようにしたものに適用することができる。
【０１１０】
さらに、回転体の軸部にエンコーダ等を取り付けることで、フィードバック制御が可能となる。
【０１１１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、単一の振動体と複数の接触体とを移動軸を有して相対的に移動させることが可能となった。
【０１１２】
また、接触体として２個の回転体を円筒形にして、互いの軸が直交する向きで一個の棒状振動体の両側に配置することにより、それぞれの接触体としての回転体の回転軸を固定することができ、全体として（１個の振動体＋２個の回転体）は２自由度のアクチュエータが構成される。
【０１１３】
さらに、それぞれの接触体としての回転体は回転軸が機械的に固定されるので、通常の回転型変位センサを用いてフィードバック制御ができるので、制御がシンプルになった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形の形態の主要部分を示す分解斜視図。
【図２】図１の側断面図。
【図３】図１の振動体を示し、（ａ）は斜視図、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）は振動変位分布を示す図、（ｅ）は圧電素子の分極状態を示す図。
【図４】本発明の第２の実施形の形態の主要部分の分解斜視図。
【図５】図４の側断面図。
【図６】図４の振動体を示し、（ａ）は斜視図、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）は振動変位分布を示す図、（ｅ）は圧電素子の分極状態を示す図。
【図７】本発明の第１の実施形の形態の振動型アクチュエータを示し、（ａ）は上面図、（ｂ）は側断面図、（ｃ）は底面図、（ｄ）は筒形クリップの斜視図。
【符号の説明】
１…振動体                ２０１，２０２，２０３…弾性体
３…圧電セラミックス      ４０１，４０２，４０３…回転体
５…ボルト                ６…軸受け
７…ケース                ８…加圧バネ
９…支持部材              １０…フレキシブルプリント基板
【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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