アクチュエータ
【課題】
軸方向を適宜の方向に選んで回転部材を回転させることができる、故障発生率が極めて小さいアクチュエータを提供する。
【解決手段】
球面体または部分球面体からなる回転部材１１と、中心軸と同一方向に柱状連通孔を有し、または当該方向に柱状有底穴を有する多角柱部材１２と、前記多角柱部材の側面に、１つ、または周方向に沿って２つ以上設けられた振動発生部材１３とを備え前記回転部材の球面部分が、前記多角柱部材の柱状連通孔または柱状有底穴を覆うように前記多角柱部材の端部に設けられ、前記振動発生部材が１つまたは複数の所定域の周波数で駆動されることにより、前記回転部材は、回転軸が前記多角柱部材の中心軸とは異なる方向に向くトルクを前記多角柱部材の端部から受けることを特徴とする。
軸方向を適宜の方向に選んで回転部材を回転させることができる、故障発生率が極めて小さいアクチュエータを提供する。
【解決手段】
球面体または部分球面体からなる回転部材１１と、中心軸と同一方向に柱状連通孔を有し、または当該方向に柱状有底穴を有する多角柱部材１２と、前記多角柱部材の側面に、１つ、または周方向に沿って２つ以上設けられた振動発生部材１３とを備え前記回転部材の球面部分が、前記多角柱部材の柱状連通孔または柱状有底穴を覆うように前記多角柱部材の端部に設けられ、前記振動発生部材が１つまたは複数の所定域の周波数で駆動されることにより、前記回転部材は、回転軸が前記多角柱部材の中心軸とは異なる方向に向くトルクを前記多角柱部材の端部から受けることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、球面体または部分球面体からなる回転部材を備えたアクチュエータに関し、軸方向を適宜の方向に選んで回転部材を回転させることができる、故障発生率が極めて小さいアクチュエータに関する。
【背景技術】
【０００２】
回転部材が球面体からなるアクチュエータとして、従来特許文献１に示す技術が知られている。特許文献１に示すアクチュエータ（振動型アクチュエータ：図７参照）は、弾性体８３に接触する球体８４上の出力軸８６の先端部分を任意の方向に回転運動させるように構成されている。図７において縦振動用の圧電素子８１は、図示しない駆動回路から交流電圧が印加されることにより、弾性体８３にＺ軸方向の縦振動を発生させる。圧電素子８２は２群の圧電素子に分かれており、この２群のうちの１群は弾性体３に図中Ｘ軸方向の横振動を発生させるために使用され、残りの１群は図中Ｙ軸方向の横振動を発生させるために使用される。
【０００３】
圧電素子８１および８２と弾性体８３で構成される振動体Ｓの縦方向の１次の共振周波数と、横方向の２次の共振周波数は概略一致するように構成されている。駆動時には圧電素子８１と２群からなる圧電素子８２にそれぞれ同一の共振周波数付近の周波数で、かつ位相の異なる３相の交流電圧を印加することにより、弾性体８３に楕円運動を発生させることができる。この楕円運動の方向は交流電圧の位相差および振幅を調整することにより変化させることができる。この結果、球体８４を任意の回転軸を中心として回転運動させることができる。なお、ポテンショメータ８７は図中Ｘ軸まわりの回転量を、ポテンショメータ８８は図中Ｙ軸まわりの回転量を検出するために使用される。アーチ状ガイド８５は、球体８４の回転量をポテンショメータ８７および８８に伝達する。 特許文献１に示す他のアクチュエータ（図８参照）は、弾性体９５に圧電素子９６を貼り付けた平板状の振動体Ｂを使用する。球形状の球体９４にはカメラ９３が取り付けられており、カメラの向きを多自由度に自在に駆動させることが可能となっている。
【０００４】
弾性体９５は、Ｚ軸方向に延びる接触突起部９２を有しており、接触突起部９２は球体９４と接触して駆動力を伝達するための駆動点を有している。図８に示すアクチュエータも、圧電素子９６に加える交流電圧の位相差および振幅を調整することにより、球体９４を任意の回転軸を中心として回転運動させることができる。
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−１２９４５８
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、図７のアクチュエータは、積層構造をなしているため製造が複雑となるし、球体８４の大きさに比べてサイズが長くなるという問題がある。また図のアクチュエータは、長さは短くできるが、多数の突起を設けなくてはならないため、製造工程が複雑になりかつ耐久性に劣るという問題がある。
【０００７】
本発明は上記の問題を解決するために提案されたもので、軸方向を適宜の方向に選んで回転部材を回転させることができ、故障発生率が極めて小さい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】
【０００８】
本発明のアクチュエータは（１）から（４）を要旨とする。
（１）球面体または部分球面体からなる回転部材と、
中心軸と同一方向に柱状連通孔を有し、または当該方向に柱状有底穴を有する多角柱部材と、
前記多角柱部材の側面に、１つ、または周方向に沿って２つ以上設けられた振動発生部材と、
を備えたアクチュエータであって、
前記回転部材の球面部分が、前記多角柱部材の柱状連通孔または柱状有底穴を覆うように前記多角柱部材の端部に設けられ、
前記振動発生部材が１つまたは複数の所定域の周波数で駆動されることにより、前記回転部材は、回転軸が前記多角柱部材の中心軸とは異なる方向に向くトルクを前記多角柱部材の端部から受ける、
ことを特徴とするアクチュエータ。
（２）前記回転部材が金属からなり、前記多角柱部材が前記回転部材を構成する金属と同一の金属または異なる金属からなり、前記振動発生部材が圧電素子であることを特徴とする（１）に記載のアクチュエータ。
（３）前記多角柱部材が四角柱であり、前記柱状連通孔または柱状有底穴が円筒形をなすことを特徴とする（１）または（２）に記載のアクチュエータ。
（４）前記四角柱の４側面のうち少なくとも１組の対向面に振動発生部材が備えられ、これら２つの振動発生部材が位相差１８０度の振動を発生することを特徴とする（１）から（３）の何れかに記載のアクチュエータ。
【０００９】
本発明において、多角柱部材は、通常は太さが均一の多角柱であるが、太さが変化する形状（錐台形状，高さ中央が径小となる形状，高さ中央が径大となる形状等）であってもよい。
【００１０】
また、本発明において、柱状連通孔や柱状有底穴の空間形状は、作製の簡便さ等の理由からから通常は円柱である。また、柱状連通孔または柱状有底穴は、通常は、多角柱部材と同軸に形成されるが、たとえば回転方向が特定の方向に限定されている場合には、同軸である必要はない。
【００１１】
多角柱部材を８角柱とした場合において、回転部材を８軸で回転させる場合には、圧電素子は少なくとも４つ必要である。
【００１２】
本発明のアクチュエータでは、印加電圧の振幅・位相差・周波数を変えることで、出力を変化させることができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明のアクチュエータは、軸方向を適宜の方向に選んで回転部材を回転させることができる、故障発生率が極めて小さいアクチュエータを提供できる。
【００１４】
本発明のアクチュエータは、超音波駆動なので、駆動時静寂性が高く、高速応答、高精度位置決め、低速高トルク発生、高保持トルク発生（無通電時安定）の用途に好適である。また、本発明のアクチュエータは、電磁力駆動ではないので、ＭＲＩやＮＭＲ等への適用も可能である。また、電子ビーム（イオン）描画装置なども電磁気を嫌う製造装置であり，これらへの適用も可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
《基本実施形態》
図１から図３は本発明のアクチュエータの基本実施形態を示す図であり、各図において（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は側面図、（Ｃ）は平面図である。
【００１６】
図１〜図３において、アクチュエータ１は回転部材１１と、多角柱部材１２と、振動発生部材１３とを備えている。
【００１７】
回転部材１１は、図１〜図３では鉄製の球体（球面体）からなる。本実施形態では回転部材１１を鉄製球体としたがこれには限定されず、銅等の他の金属を使用することができるし、必ずしも金属である必要はない。ただし、後述する図５（Ｂ）に示すように、磁力により回転部材１１を多角柱部材１２に押接させる場合には回転部材１１は磁性体製（鉄製）でなくてはならない。
【００１８】
多角柱部材１２は、本実施形態では銅製の四角柱であり、中心軸Ｃと同軸（したがって、同一方向）に柱状連通孔１２１を有している。図１〜図３では、柱状連通孔１２１の回転部材１１が押接する側の開口部分には、本発明においては必須ではないテーパ面Ｔが形成されている。テーパ面Ｔには適宜の処理（粗面処理，滑面処理等）を施すこともできる。このテーパ面Ｔの処理を柱状連通孔や柱状有底穴の中心軸に対して非対称にすることで、特定の軸方向の出力を増大させ、他の軸方向の出力を低下させることもできる。
【００１９】
多角柱部材１２は振動発生部材１３のグランドとしても機能する。多角柱部材１２は、銅に限らず、アルミニウムや適宜の合金（銅・ニッケル合金等）により形成できる。
【００２０】
振動発生部材１３は、圧電素子であり、多角柱部材１２の４側面のそれぞれ１つずつ設けられている。図１〜図３では、これらの振動発生部材１３を、圧電素子１３１〜１３４で示してある。ただし、図１〜図３の（Ａ）においては圧電素子１３３，１３４は図示していないし、（Ｂ）においては圧電素子１３３は図示していない。圧電素子１３１〜１３４に裏表がある場合において、裏表を反対に貼り付けると発生する振動の位相が逆転する（π変化する）ものもあり、この場合にはこの位相逆転を考慮する必要がある。なお、圧電素子１３１〜１３４は、多角柱部材１２の４側面に圧電皮膜を形成・塗布させることで作製することもできる。
【００２１】
図１〜図３に示したアクチュエータ１では、回転部材１１は、多角柱部材１２の柱状連通孔１２１を覆うように多角柱部材１２の端部に設けられており、振動発生部材１３が所定域の周波数で駆動されることにより、回転部材１１は、回転軸が多角柱部材１２の中心軸とは異なる方向に向くトルクを多角柱部材１２の端部から受ける。
【００２２】
ここで、「所定域の周波数」とは、多角柱部材１２が回転部材１１を回転させるための固有周波数の近傍の周波数帯域を意味する。この周波数域は、コンピュータシミュレーションを行うことができるソフトウェアにより知ることができるが、手近な方法としては、実機を周波数スキャンすることで「所定域の周波数」を知ることができる。
【００２３】
圧電素子１３１〜１３４のどれを駆動するかにより、回転部材１１の回転軸が変化する。すなわち、アクチュエータ１は、図示しない制御装置により、圧電素子１３１〜１３４の少なくとも１つの素子を「所定域の周波数」で駆動することで、回転部材１１を所望方向の軸を中心に回転させることができる。
【００２４】
図１では、圧電素子１３２，１３４を、位相をπ／２ずらして正弦波駆動し、圧電素子１３１，１３３を非駆動とすることで、回転部材１１はＸ軸を中心に回転する（Ｘ軸回転モード）。
【００２５】
図２では、圧電素子１３１，１３３を、位相をπ／２ずらして正弦波駆動し、圧電素子１３２，１３４を非駆動とすることで、回転部材１１はＹ軸を中心に回転する（Ｙ軸回転モード）。
【００２６】
図３では、圧電素子１３１〜１３４を、位相をπ／２ずつ順次ずらして正弦波駆動することで、回転部材１１はＺ軸を中心に回転する（Ｚ軸回転モード）。
【００２７】
すなわち、圧電素子１３１に加える電圧をＶ１、圧電素子１３２に加える電圧をＶ２、圧電素子１３３に加える電圧をＶ３、圧電素子１３４に加える電圧をＶ４とすると、各モードにおける、駆動電圧は次のように表される。
【００２８】
Ｘ軸回転モード：
Ｖ２＝Ａｘ１ｓｉｎ２πｆｘｔ
Ｖ４＝Ａｘ４ｃｏｓ２πｆｘｔ
Ｖ１，Ｖ３＝０
Ｖ２＝Ａｘ１ｃｏｓ２πｆｘｔ，Ｖ４＝Ａｘ４ｓｉｎ２πｆｘｔとすることで、回転方向を逆転することができる。通常はＡｘ２とＡｘ４とを同じ値（Ａｘ２＝Ａｘ４＝ＡｘＩ）とする。
【００２９】
また、
Ｖ２＝Ａｘ１ｓｉｎ２πｆｘｔ
Ｖ４＝−Ａｘ４ｓｉｎ２πｆｘｔ
Ｖ１＝Ａｘ１ｃｏｓ２πｆｘｔ
Ｖ３＝Ａｘ３ｃｏｓ２πｆｘｔ
とすることで回転部材１１をＸ軸を中心に回転をさせることができる。通常は、Ａｘ２とＡｘ４とを同じ値（Ａｘ２＝Ａｘ４＝ＡｘＩ）とし、Ａｘ１とＡｘ３とを同じ値（Ａｘ１＝Ａｘ４＝ＡｘＩＩ）とする。
【００３０】
ここで、ＡｘＩ＝ＡｘＩＩであってもよいし、ＡｘＩ≠ＡｘＩＩであってもよい。
【００３１】
なお、ｆｘは回転部材１１がＸ軸を中心に回転するときの固有振動数値であり、Ａｘ１，Ａｘ２，Ａｘ３，Ａｘ４は、駆動電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４の振幅である。
【００３２】
Ｙ軸回転モード：
Ｖ２＝Ａｙ１ｓｉｎ２πｆｙｔ
Ｖ４＝Ａｙ４ｃｏｓ２πｆｙｔ
Ｖ１，Ｖ３＝０
Ｖ２＝Ａｙ１ｃｏｓ２πｆｙｔ，Ｖ４＝Ａｙ４ｓｉｎ２πｆｙｔとすることで、回転方向を逆転することができる。通常はＡｙ２とＡｙ４とを同じ値（Ａｙ２＝Ａｙ４＝ＡｙＩ）とする。
【００３３】
また、
Ｖ２＝Ａｙ１ｓｉｎ２πｆｙｔ
Ｖ４＝−Ａｙ４ｓｉｎ２πｆｙｔ
Ｖ１＝Ａｙ１ｃｏｓ２πｆｙｔ
Ｖ３＝Ａｙ３ｃｏｓ２πｆｙｔ
とすることで回転部材１１をＹ軸を中心に回転をさせることができる。通常は、Ａｙ２とＡｙ４とを同じ値（Ａｙ２＝Ａｙ４＝ＡｙＩ）とし、Ａｙ１とＡｙ３とを同じ値（Ａｙ１＝Ａｙ４＝ＡｙＩＩ）とする。
【００３４】
ここで、ＡｙＩ＝ＡｙＩＩであってもよいし、ＡｙＩ≠ＡｙＩＩであってもよい。
【００３５】
なお、ｆｙは回転部材１１がＸ軸を中心に回転するときの固有振動数値であり、Ａｙ１，Ａｙ２，Ａｙ３，Ａｙ４は、駆動電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４の振幅である。
【００３６】
本実施形態では、多角柱部材１２はＸ方向，Ｙ方向について対象であるので、Ｘ軸回転モードにおける周波数ｆｘとＹ軸回転モードにおける周波数ｆｙは同じ値（ここでは、ｆＣと記す）である。
【００３７】
Ｚ軸回転モード：
Ｖ１＝Ａｚ１ｓｉｎ２πｆｚｔ
Ｖ２＝Ａｚ２ｃｏｓ２πｆｚｔ
Ｖ３＝−Ａｚ３ｓｉｎ２πｆｚｔ
Ｖ４＝−Ａｚ４ｃｏｓ２πｆｚｔ
なお、Ｖ１＝Ａｚ１ｃｏｓ２πｆｚｔ、Ｖ２＝Ａｚ２ｓｉｎ２πｆｚｔ、Ｖ３＝−Ａｚ３ｃｏｓ２πｆｚｔ、Ｖ４＝−Ａｚ４ｓｉｎ２πｆｚｔとすることで、回転方向を逆転することができる。
【００３８】
本実施形態では、Ａｚ１，Ａｚ２，Ａｚ３，Ａｚ４は同じ値（Ａｚ１＝Ａｚ２＝Ａｚ３＝Ａｚ４＝ＡｚＩ）とする。
【００３９】
ただし、Ｚ軸回転モードでのｆｚの値は、Ｚ軸を中心に回転するときの固有振動数値であり、上記のｆＣとは異なる値となる場合もあるし同じ値となる場合もある。
【００４０】
これらのモードは混成することができ、一般式では以下のように表される。
【００４１】
Ｘ軸回転モードとＹ軸回転モードとの混成モード：
Ｖ１＝Ｖ３＝Ａｚｓｉｎ２πｆｚｔ
Ｖ２＝Ｖ４＝Ａｚｃｏｓ２πｆｚｔ
この混成モードでは、たとえばｆ１＝ｆ２＝ｆ３＝ｆ４＝ｆＣ′とした場合には、回転部材１１は、（１，１，０）方向（ＸＹ平面内で原点を通り、傾きが１／２の軸）を向く。ただし、ｆＣ′はＸ軸またはＹ軸を中心に回転するときの固有振動数値であり、上述したｆＣと同じ値であることもあるし、違う値であることもある。
【００４２】
図１〜図３では、多角柱部材１２の４側面にそれぞれ圧電素子（１３１〜１３４）を設けたが、回転方向の自由度が少なくてよい場合には、たとえば圧電素子１３１，１３３のみを備え、圧電素子１３２，１３４は備えないようすることもできる。
《実施例》
図４に実施例に使用したアクチュエータ１を示す。
【００４３】
多角柱部材１２は、リン青銅製の１４ｍｍ×１４ｍｍ×１６ｍｍの平面視正方形の直方体、柱状連通孔１２１の径φが１０ｍｍのものを使用した。圧電素子１３１〜１３４として、両面間で分極している１０ｍｍ×１０ｍｍ×１ｍｍの正方形板状のもの（富士セラミックス社製Ｃ−８２）を使用した。回転部材１１として、径Ｄが２０ｍｍのペアリング硬球（スチール）を使用した。
【００４４】
上記構成のアクチュエータ１の圧電素子１３１〜１３４を、
電源電圧：４２〔Ｖ〕
電圧周波数：ｆｘ＝ｆｙ＝ｆＣ＝７８〔ｋＨｚ〕
ｆｚ＝７０．５〔ｋＨｚ〕
で駆動した。
混成モードを生み出すには，一つの圧電素子に，２種類以上の電圧をかければよいので，例えばｘ軸周りとｚ軸周りを同時に回すなら，
Ｖ１＝Ａｘｓｉｎ２πｆｘｔ＋Ａｚｓｉｎ２πｆｚｔ
Ｖ２＝Ａｘｃｏｓ２πｆｘｔ＋Ａｚｃｏｓ２πｆｚｔ
Ｖ３＝―Ａｘｓｉｎ２πｆｘｔ＋Ａｚｓｉｎ２πｆｚｔ
Ｖ４＝―Ａｘｃｏｓ２πｆｘｔ＋Ａｚｃｏｓ２πｆｚｔ
説明的に記述すれば，
印加電圧＝ｘ軸回りの駆動電圧＋ｙ軸回りの駆動電圧＋ｚ軸回りの駆動電圧
となる。
【００４５】
振幅Ａｘ，Ａｙ，Ａｚ値を０〜４２〔Ｖ〕の範囲で変化させることにより、回転部材１１をその中心を通る任意の軸を中心に回転させることができるとともに、印加電圧を変化させることにより、回転速度を調整することができた。
《変形例》
以下、図１に示した本発明のアクチュエータの基本実施形態の変形例を示す。
【００４６】
図５（Ａ）は多角柱部材１２が柱状有底穴１２２を有し、柱状有底穴１２２の開口部（多角柱部材１２の端部）を覆うように回転部材１１が設けられる。
【００４７】
回転部材１１の多角柱部材１２の端部への押圧力が大きければ、出力を向上させることが可能となる。図５（Ｂ）は多角柱部材１２が柱状有底穴１２２を有し、底部分に永久磁石２が磁力線が穴の軸方向を向いて出射されるように配置されている例を示している。図５（Ｂ）の例では回転部材１１はスチール等の磁性体であり、永久磁石２１が回転部材１１を吸引しているので、回転部材１１の柱状有底穴１２２の開口部（多角柱部材１２の端部）への押圧力を付与することができる。なお、図５（Ａ）において柱状有底穴１２２を真空引きすることで回転部材１１の柱状有底穴１２２の開口部への押圧力を付与することもできる。また、回転部材１１を外側から柱状有底穴１２２の開口部に押し付けることで出力を向上させる場合、固有振動周波数は当該押し付けの前と後とでは変動するので、この固有振動周波数の変動を考慮して構造設計をする必要がある。
【００４８】
図５（Ｃ）は多角柱部材１２の柱状連通孔や柱状有底穴（ここでは、柱状連通孔１２１）の開口部に振動促進用（すなわち、出力向上用）のスリットＳＬが形成された例を示している。このスリットＳＬを柱状連通孔や柱状有底穴の中心軸に対して非対称にすることで、特定の軸方向の出力を増大させ、他の軸方向の出力を低下させることもできる。
【００４９】
図６（Ａ）は１つの回転部材１１に対して２つの多角柱部材１２Ａ，１２Ｂを用いた例を示す図である。この例では、多角柱部材１２Ａの圧電素子（１３１〜１３４）を駆動したときの回転方向と、多角柱部材１２Ｂの圧電素子（１３１〜１３４）を駆動したときの回転方向とが同じになるように構成してあり、出力を２倍にすることができる。
【００５０】
本発明のアクチュエータ１では、回転部材１１や多角柱部材１２は他の部材（機能部材）と一体となって使用することができる。図６（Ｂ）は回転部材１１と機能部材３１とが一体となり、多角柱部材１２と機能部材３２とが一体となった例を示している。
《応用例》
本発明のアクチュエータは、回転３自由度アームの駆動部として使用でき、肩や手首，眼球などの役目を果たすことができる。
【００５１】
内視鏡の先端に取り付けてカメラ部の駆動に使用できる。また、同じく内視鏡に取り付けた切除器具や、レーザ等を用いた焼灼方のための駆動部として用いることもできる。
【００５２】
種々の産業機器の回転２自由度機構，回転３自由度機構としても使用できる。たとえば、光造形や、粒子径測定装置にも応用できる。
【００５３】
多角柱部材は、直方体等の多角柱に穴を開けるだけの構成なので作製が容易である。また、回転部材１１は低価格で入手が容易なベアリング硬球が使用できるし、圧電素子も低価格で入手が容易な板状のものが使用できる。
【００５４】
本発明のアクチュエータは、小型化が可能であり、マイクロロボット・マイクロ医療機器の分野への応用が期待される。
【００５５】
本発明のアクチュエータをカテーテル先端に取り付けて使用する場合、カテーテルを曲げることができる。これにより、血管内の分岐においても、方向を選ぶことが可能である。また、超音波血管内視鏡のアクチュエータとして使用できるし、永久磁石を内蔵しないアクチュエータの場合には医療用ＭＲＩと共用して使用できる。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】Ｘ軸を中心に回転部材を回転させる、本発明のアクチュエータの基本実施形態を示す図であり、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は側面図、（Ｃ）は平面図である。
【図２】Ｙ軸を中心に回転部材を回転させる、本発明のアクチュエータの基本実施形態を示す図であり、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は側面図、（Ｃ）は平面図である。
【図３】Ｚ軸を中心に回転部材を回転させる、本発明のアクチュエータの基本実施形態を示す図であり、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は側面図、（Ｃ）は平面図である。
【図４】図１から図３に示したアクチュエータの実施例を示す図である。
【図５】（Ａ）は多角柱部材が柱状有底穴を有し、柱状有底穴の開口部を覆うように回転部材が設けられた変形例を示す図、（Ｂ）は多角柱部材が柱状有底穴を有し、底部分に永久磁石が磁力線が穴の軸方向を向いて出射されるように配置されている例を示す図、（Ｃ）は多角柱部材の柱状連通孔の開口部に振動促進用のスリットが形成された例を示す図である。
【図６】（Ａ）は１つの回転部材に対して２つの多角柱部材を用いた例を示す図、（Ｂ）は回転部材と機能部材とが一体となり、多角柱部材と機能部材とが一体となった例を示す図である。
【図７】従来の、球体を駆動する振動型アクチュエータの一例を示す図である。
【図８】従来の、球体を駆動する振動型アクチュエータの一例を示す図である。
【符号の説明】
【００５７】
１ アクチュエータ
１１ 回転部材
１２ 多角柱部材
１３ 振動発生部材
１３１〜１３４ 圧電素子
【技術分野】
【０００１】
本発明は、球面体または部分球面体からなる回転部材を備えたアクチュエータに関し、軸方向を適宜の方向に選んで回転部材を回転させることができる、故障発生率が極めて小さいアクチュエータに関する。
【背景技術】
【０００２】
回転部材が球面体からなるアクチュエータとして、従来特許文献１に示す技術が知られている。特許文献１に示すアクチュエータ（振動型アクチュエータ：図７参照）は、弾性体８３に接触する球体８４上の出力軸８６の先端部分を任意の方向に回転運動させるように構成されている。図７において縦振動用の圧電素子８１は、図示しない駆動回路から交流電圧が印加されることにより、弾性体８３にＺ軸方向の縦振動を発生させる。圧電素子８２は２群の圧電素子に分かれており、この２群のうちの１群は弾性体３に図中Ｘ軸方向の横振動を発生させるために使用され、残りの１群は図中Ｙ軸方向の横振動を発生させるために使用される。
【０００３】
圧電素子８１および８２と弾性体８３で構成される振動体Ｓの縦方向の１次の共振周波数と、横方向の２次の共振周波数は概略一致するように構成されている。駆動時には圧電素子８１と２群からなる圧電素子８２にそれぞれ同一の共振周波数付近の周波数で、かつ位相の異なる３相の交流電圧を印加することにより、弾性体８３に楕円運動を発生させることができる。この楕円運動の方向は交流電圧の位相差および振幅を調整することにより変化させることができる。この結果、球体８４を任意の回転軸を中心として回転運動させることができる。なお、ポテンショメータ８７は図中Ｘ軸まわりの回転量を、ポテンショメータ８８は図中Ｙ軸まわりの回転量を検出するために使用される。アーチ状ガイド８５は、球体８４の回転量をポテンショメータ８７および８８に伝達する。 特許文献１に示す他のアクチュエータ（図８参照）は、弾性体９５に圧電素子９６を貼り付けた平板状の振動体Ｂを使用する。球形状の球体９４にはカメラ９３が取り付けられており、カメラの向きを多自由度に自在に駆動させることが可能となっている。
【０００４】
弾性体９５は、Ｚ軸方向に延びる接触突起部９２を有しており、接触突起部９２は球体９４と接触して駆動力を伝達するための駆動点を有している。図８に示すアクチュエータも、圧電素子９６に加える交流電圧の位相差および振幅を調整することにより、球体９４を任意の回転軸を中心として回転運動させることができる。
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−１２９４５８
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、図７のアクチュエータは、積層構造をなしているため製造が複雑となるし、球体８４の大きさに比べてサイズが長くなるという問題がある。また図のアクチュエータは、長さは短くできるが、多数の突起を設けなくてはならないため、製造工程が複雑になりかつ耐久性に劣るという問題がある。
【０００７】
本発明は上記の問題を解決するために提案されたもので、軸方向を適宜の方向に選んで回転部材を回転させることができ、故障発生率が極めて小さい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】
【０００８】
本発明のアクチュエータは（１）から（４）を要旨とする。
（１）球面体または部分球面体からなる回転部材と、
中心軸と同一方向に柱状連通孔を有し、または当該方向に柱状有底穴を有する多角柱部材と、
前記多角柱部材の側面に、１つ、または周方向に沿って２つ以上設けられた振動発生部材と、
を備えたアクチュエータであって、
前記回転部材の球面部分が、前記多角柱部材の柱状連通孔または柱状有底穴を覆うように前記多角柱部材の端部に設けられ、
前記振動発生部材が１つまたは複数の所定域の周波数で駆動されることにより、前記回転部材は、回転軸が前記多角柱部材の中心軸とは異なる方向に向くトルクを前記多角柱部材の端部から受ける、
ことを特徴とするアクチュエータ。
（２）前記回転部材が金属からなり、前記多角柱部材が前記回転部材を構成する金属と同一の金属または異なる金属からなり、前記振動発生部材が圧電素子であることを特徴とする（１）に記載のアクチュエータ。
（３）前記多角柱部材が四角柱であり、前記柱状連通孔または柱状有底穴が円筒形をなすことを特徴とする（１）または（２）に記載のアクチュエータ。
（４）前記四角柱の４側面のうち少なくとも１組の対向面に振動発生部材が備えられ、これら２つの振動発生部材が位相差１８０度の振動を発生することを特徴とする（１）から（３）の何れかに記載のアクチュエータ。
【０００９】
本発明において、多角柱部材は、通常は太さが均一の多角柱であるが、太さが変化する形状（錐台形状，高さ中央が径小となる形状，高さ中央が径大となる形状等）であってもよい。
【００１０】
また、本発明において、柱状連通孔や柱状有底穴の空間形状は、作製の簡便さ等の理由からから通常は円柱である。また、柱状連通孔または柱状有底穴は、通常は、多角柱部材と同軸に形成されるが、たとえば回転方向が特定の方向に限定されている場合には、同軸である必要はない。
【００１１】
多角柱部材を８角柱とした場合において、回転部材を８軸で回転させる場合には、圧電素子は少なくとも４つ必要である。
【００１２】
本発明のアクチュエータでは、印加電圧の振幅・位相差・周波数を変えることで、出力を変化させることができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明のアクチュエータは、軸方向を適宜の方向に選んで回転部材を回転させることができる、故障発生率が極めて小さいアクチュエータを提供できる。
【００１４】
本発明のアクチュエータは、超音波駆動なので、駆動時静寂性が高く、高速応答、高精度位置決め、低速高トルク発生、高保持トルク発生（無通電時安定）の用途に好適である。また、本発明のアクチュエータは、電磁力駆動ではないので、ＭＲＩやＮＭＲ等への適用も可能である。また、電子ビーム（イオン）描画装置なども電磁気を嫌う製造装置であり，これらへの適用も可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
《基本実施形態》
図１から図３は本発明のアクチュエータの基本実施形態を示す図であり、各図において（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は側面図、（Ｃ）は平面図である。
【００１６】
図１〜図３において、アクチュエータ１は回転部材１１と、多角柱部材１２と、振動発生部材１３とを備えている。
【００１７】
回転部材１１は、図１〜図３では鉄製の球体（球面体）からなる。本実施形態では回転部材１１を鉄製球体としたがこれには限定されず、銅等の他の金属を使用することができるし、必ずしも金属である必要はない。ただし、後述する図５（Ｂ）に示すように、磁力により回転部材１１を多角柱部材１２に押接させる場合には回転部材１１は磁性体製（鉄製）でなくてはならない。
【００１８】
多角柱部材１２は、本実施形態では銅製の四角柱であり、中心軸Ｃと同軸（したがって、同一方向）に柱状連通孔１２１を有している。図１〜図３では、柱状連通孔１２１の回転部材１１が押接する側の開口部分には、本発明においては必須ではないテーパ面Ｔが形成されている。テーパ面Ｔには適宜の処理（粗面処理，滑面処理等）を施すこともできる。このテーパ面Ｔの処理を柱状連通孔や柱状有底穴の中心軸に対して非対称にすることで、特定の軸方向の出力を増大させ、他の軸方向の出力を低下させることもできる。
【００１９】
多角柱部材１２は振動発生部材１３のグランドとしても機能する。多角柱部材１２は、銅に限らず、アルミニウムや適宜の合金（銅・ニッケル合金等）により形成できる。
【００２０】
振動発生部材１３は、圧電素子であり、多角柱部材１２の４側面のそれぞれ１つずつ設けられている。図１〜図３では、これらの振動発生部材１３を、圧電素子１３１〜１３４で示してある。ただし、図１〜図３の（Ａ）においては圧電素子１３３，１３４は図示していないし、（Ｂ）においては圧電素子１３３は図示していない。圧電素子１３１〜１３４に裏表がある場合において、裏表を反対に貼り付けると発生する振動の位相が逆転する（π変化する）ものもあり、この場合にはこの位相逆転を考慮する必要がある。なお、圧電素子１３１〜１３４は、多角柱部材１２の４側面に圧電皮膜を形成・塗布させることで作製することもできる。
【００２１】
図１〜図３に示したアクチュエータ１では、回転部材１１は、多角柱部材１２の柱状連通孔１２１を覆うように多角柱部材１２の端部に設けられており、振動発生部材１３が所定域の周波数で駆動されることにより、回転部材１１は、回転軸が多角柱部材１２の中心軸とは異なる方向に向くトルクを多角柱部材１２の端部から受ける。
【００２２】
ここで、「所定域の周波数」とは、多角柱部材１２が回転部材１１を回転させるための固有周波数の近傍の周波数帯域を意味する。この周波数域は、コンピュータシミュレーションを行うことができるソフトウェアにより知ることができるが、手近な方法としては、実機を周波数スキャンすることで「所定域の周波数」を知ることができる。
【００２３】
圧電素子１３１〜１３４のどれを駆動するかにより、回転部材１１の回転軸が変化する。すなわち、アクチュエータ１は、図示しない制御装置により、圧電素子１３１〜１３４の少なくとも１つの素子を「所定域の周波数」で駆動することで、回転部材１１を所望方向の軸を中心に回転させることができる。
【００２４】
図１では、圧電素子１３２，１３４を、位相をπ／２ずらして正弦波駆動し、圧電素子１３１，１３３を非駆動とすることで、回転部材１１はＸ軸を中心に回転する（Ｘ軸回転モード）。
【００２５】
図２では、圧電素子１３１，１３３を、位相をπ／２ずらして正弦波駆動し、圧電素子１３２，１３４を非駆動とすることで、回転部材１１はＹ軸を中心に回転する（Ｙ軸回転モード）。
【００２６】
図３では、圧電素子１３１〜１３４を、位相をπ／２ずつ順次ずらして正弦波駆動することで、回転部材１１はＺ軸を中心に回転する（Ｚ軸回転モード）。
【００２７】
すなわち、圧電素子１３１に加える電圧をＶ１、圧電素子１３２に加える電圧をＶ２、圧電素子１３３に加える電圧をＶ３、圧電素子１３４に加える電圧をＶ４とすると、各モードにおける、駆動電圧は次のように表される。
【００２８】
Ｘ軸回転モード：
Ｖ２＝Ａｘ１ｓｉｎ２πｆｘｔ
Ｖ４＝Ａｘ４ｃｏｓ２πｆｘｔ
Ｖ１，Ｖ３＝０
Ｖ２＝Ａｘ１ｃｏｓ２πｆｘｔ，Ｖ４＝Ａｘ４ｓｉｎ２πｆｘｔとすることで、回転方向を逆転することができる。通常はＡｘ２とＡｘ４とを同じ値（Ａｘ２＝Ａｘ４＝ＡｘＩ）とする。
【００２９】
また、
Ｖ２＝Ａｘ１ｓｉｎ２πｆｘｔ
Ｖ４＝−Ａｘ４ｓｉｎ２πｆｘｔ
Ｖ１＝Ａｘ１ｃｏｓ２πｆｘｔ
Ｖ３＝Ａｘ３ｃｏｓ２πｆｘｔ
とすることで回転部材１１をＸ軸を中心に回転をさせることができる。通常は、Ａｘ２とＡｘ４とを同じ値（Ａｘ２＝Ａｘ４＝ＡｘＩ）とし、Ａｘ１とＡｘ３とを同じ値（Ａｘ１＝Ａｘ４＝ＡｘＩＩ）とする。
【００３０】
ここで、ＡｘＩ＝ＡｘＩＩであってもよいし、ＡｘＩ≠ＡｘＩＩであってもよい。
【００３１】
なお、ｆｘは回転部材１１がＸ軸を中心に回転するときの固有振動数値であり、Ａｘ１，Ａｘ２，Ａｘ３，Ａｘ４は、駆動電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４の振幅である。
【００３２】
Ｙ軸回転モード：
Ｖ２＝Ａｙ１ｓｉｎ２πｆｙｔ
Ｖ４＝Ａｙ４ｃｏｓ２πｆｙｔ
Ｖ１，Ｖ３＝０
Ｖ２＝Ａｙ１ｃｏｓ２πｆｙｔ，Ｖ４＝Ａｙ４ｓｉｎ２πｆｙｔとすることで、回転方向を逆転することができる。通常はＡｙ２とＡｙ４とを同じ値（Ａｙ２＝Ａｙ４＝ＡｙＩ）とする。
【００３３】
また、
Ｖ２＝Ａｙ１ｓｉｎ２πｆｙｔ
Ｖ４＝−Ａｙ４ｓｉｎ２πｆｙｔ
Ｖ１＝Ａｙ１ｃｏｓ２πｆｙｔ
Ｖ３＝Ａｙ３ｃｏｓ２πｆｙｔ
とすることで回転部材１１をＹ軸を中心に回転をさせることができる。通常は、Ａｙ２とＡｙ４とを同じ値（Ａｙ２＝Ａｙ４＝ＡｙＩ）とし、Ａｙ１とＡｙ３とを同じ値（Ａｙ１＝Ａｙ４＝ＡｙＩＩ）とする。
【００３４】
ここで、ＡｙＩ＝ＡｙＩＩであってもよいし、ＡｙＩ≠ＡｙＩＩであってもよい。
【００３５】
なお、ｆｙは回転部材１１がＸ軸を中心に回転するときの固有振動数値であり、Ａｙ１，Ａｙ２，Ａｙ３，Ａｙ４は、駆動電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４の振幅である。
【００３６】
本実施形態では、多角柱部材１２はＸ方向，Ｙ方向について対象であるので、Ｘ軸回転モードにおける周波数ｆｘとＹ軸回転モードにおける周波数ｆｙは同じ値（ここでは、ｆＣと記す）である。
【００３７】
Ｚ軸回転モード：
Ｖ１＝Ａｚ１ｓｉｎ２πｆｚｔ
Ｖ２＝Ａｚ２ｃｏｓ２πｆｚｔ
Ｖ３＝−Ａｚ３ｓｉｎ２πｆｚｔ
Ｖ４＝−Ａｚ４ｃｏｓ２πｆｚｔ
なお、Ｖ１＝Ａｚ１ｃｏｓ２πｆｚｔ、Ｖ２＝Ａｚ２ｓｉｎ２πｆｚｔ、Ｖ３＝−Ａｚ３ｃｏｓ２πｆｚｔ、Ｖ４＝−Ａｚ４ｓｉｎ２πｆｚｔとすることで、回転方向を逆転することができる。
【００３８】
本実施形態では、Ａｚ１，Ａｚ２，Ａｚ３，Ａｚ４は同じ値（Ａｚ１＝Ａｚ２＝Ａｚ３＝Ａｚ４＝ＡｚＩ）とする。
【００３９】
ただし、Ｚ軸回転モードでのｆｚの値は、Ｚ軸を中心に回転するときの固有振動数値であり、上記のｆＣとは異なる値となる場合もあるし同じ値となる場合もある。
【００４０】
これらのモードは混成することができ、一般式では以下のように表される。
【００４１】
Ｘ軸回転モードとＹ軸回転モードとの混成モード：
Ｖ１＝Ｖ３＝Ａｚｓｉｎ２πｆｚｔ
Ｖ２＝Ｖ４＝Ａｚｃｏｓ２πｆｚｔ
この混成モードでは、たとえばｆ１＝ｆ２＝ｆ３＝ｆ４＝ｆＣ′とした場合には、回転部材１１は、（１，１，０）方向（ＸＹ平面内で原点を通り、傾きが１／２の軸）を向く。ただし、ｆＣ′はＸ軸またはＹ軸を中心に回転するときの固有振動数値であり、上述したｆＣと同じ値であることもあるし、違う値であることもある。
【００４２】
図１〜図３では、多角柱部材１２の４側面にそれぞれ圧電素子（１３１〜１３４）を設けたが、回転方向の自由度が少なくてよい場合には、たとえば圧電素子１３１，１３３のみを備え、圧電素子１３２，１３４は備えないようすることもできる。
《実施例》
図４に実施例に使用したアクチュエータ１を示す。
【００４３】
多角柱部材１２は、リン青銅製の１４ｍｍ×１４ｍｍ×１６ｍｍの平面視正方形の直方体、柱状連通孔１２１の径φが１０ｍｍのものを使用した。圧電素子１３１〜１３４として、両面間で分極している１０ｍｍ×１０ｍｍ×１ｍｍの正方形板状のもの（富士セラミックス社製Ｃ−８２）を使用した。回転部材１１として、径Ｄが２０ｍｍのペアリング硬球（スチール）を使用した。
【００４４】
上記構成のアクチュエータ１の圧電素子１３１〜１３４を、
電源電圧：４２〔Ｖ〕
電圧周波数：ｆｘ＝ｆｙ＝ｆＣ＝７８〔ｋＨｚ〕
ｆｚ＝７０．５〔ｋＨｚ〕
で駆動した。
混成モードを生み出すには，一つの圧電素子に，２種類以上の電圧をかければよいので，例えばｘ軸周りとｚ軸周りを同時に回すなら，
Ｖ１＝Ａｘｓｉｎ２πｆｘｔ＋Ａｚｓｉｎ２πｆｚｔ
Ｖ２＝Ａｘｃｏｓ２πｆｘｔ＋Ａｚｃｏｓ２πｆｚｔ
Ｖ３＝―Ａｘｓｉｎ２πｆｘｔ＋Ａｚｓｉｎ２πｆｚｔ
Ｖ４＝―Ａｘｃｏｓ２πｆｘｔ＋Ａｚｃｏｓ２πｆｚｔ
説明的に記述すれば，
印加電圧＝ｘ軸回りの駆動電圧＋ｙ軸回りの駆動電圧＋ｚ軸回りの駆動電圧
となる。
【００４５】
振幅Ａｘ，Ａｙ，Ａｚ値を０〜４２〔Ｖ〕の範囲で変化させることにより、回転部材１１をその中心を通る任意の軸を中心に回転させることができるとともに、印加電圧を変化させることにより、回転速度を調整することができた。
《変形例》
以下、図１に示した本発明のアクチュエータの基本実施形態の変形例を示す。
【００４６】
図５（Ａ）は多角柱部材１２が柱状有底穴１２２を有し、柱状有底穴１２２の開口部（多角柱部材１２の端部）を覆うように回転部材１１が設けられる。
【００４７】
回転部材１１の多角柱部材１２の端部への押圧力が大きければ、出力を向上させることが可能となる。図５（Ｂ）は多角柱部材１２が柱状有底穴１２２を有し、底部分に永久磁石２が磁力線が穴の軸方向を向いて出射されるように配置されている例を示している。図５（Ｂ）の例では回転部材１１はスチール等の磁性体であり、永久磁石２１が回転部材１１を吸引しているので、回転部材１１の柱状有底穴１２２の開口部（多角柱部材１２の端部）への押圧力を付与することができる。なお、図５（Ａ）において柱状有底穴１２２を真空引きすることで回転部材１１の柱状有底穴１２２の開口部への押圧力を付与することもできる。また、回転部材１１を外側から柱状有底穴１２２の開口部に押し付けることで出力を向上させる場合、固有振動周波数は当該押し付けの前と後とでは変動するので、この固有振動周波数の変動を考慮して構造設計をする必要がある。
【００４８】
図５（Ｃ）は多角柱部材１２の柱状連通孔や柱状有底穴（ここでは、柱状連通孔１２１）の開口部に振動促進用（すなわち、出力向上用）のスリットＳＬが形成された例を示している。このスリットＳＬを柱状連通孔や柱状有底穴の中心軸に対して非対称にすることで、特定の軸方向の出力を増大させ、他の軸方向の出力を低下させることもできる。
【００４９】
図６（Ａ）は１つの回転部材１１に対して２つの多角柱部材１２Ａ，１２Ｂを用いた例を示す図である。この例では、多角柱部材１２Ａの圧電素子（１３１〜１３４）を駆動したときの回転方向と、多角柱部材１２Ｂの圧電素子（１３１〜１３４）を駆動したときの回転方向とが同じになるように構成してあり、出力を２倍にすることができる。
【００５０】
本発明のアクチュエータ１では、回転部材１１や多角柱部材１２は他の部材（機能部材）と一体となって使用することができる。図６（Ｂ）は回転部材１１と機能部材３１とが一体となり、多角柱部材１２と機能部材３２とが一体となった例を示している。
《応用例》
本発明のアクチュエータは、回転３自由度アームの駆動部として使用でき、肩や手首，眼球などの役目を果たすことができる。
【００５１】
内視鏡の先端に取り付けてカメラ部の駆動に使用できる。また、同じく内視鏡に取り付けた切除器具や、レーザ等を用いた焼灼方のための駆動部として用いることもできる。
【００５２】
種々の産業機器の回転２自由度機構，回転３自由度機構としても使用できる。たとえば、光造形や、粒子径測定装置にも応用できる。
【００５３】
多角柱部材は、直方体等の多角柱に穴を開けるだけの構成なので作製が容易である。また、回転部材１１は低価格で入手が容易なベアリング硬球が使用できるし、圧電素子も低価格で入手が容易な板状のものが使用できる。
【００５４】
本発明のアクチュエータは、小型化が可能であり、マイクロロボット・マイクロ医療機器の分野への応用が期待される。
【００５５】
本発明のアクチュエータをカテーテル先端に取り付けて使用する場合、カテーテルを曲げることができる。これにより、血管内の分岐においても、方向を選ぶことが可能である。また、超音波血管内視鏡のアクチュエータとして使用できるし、永久磁石を内蔵しないアクチュエータの場合には医療用ＭＲＩと共用して使用できる。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】Ｘ軸を中心に回転部材を回転させる、本発明のアクチュエータの基本実施形態を示す図であり、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は側面図、（Ｃ）は平面図である。
【図２】Ｙ軸を中心に回転部材を回転させる、本発明のアクチュエータの基本実施形態を示す図であり、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は側面図、（Ｃ）は平面図である。
【図３】Ｚ軸を中心に回転部材を回転させる、本発明のアクチュエータの基本実施形態を示す図であり、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は側面図、（Ｃ）は平面図である。
【図４】図１から図３に示したアクチュエータの実施例を示す図である。
【図５】（Ａ）は多角柱部材が柱状有底穴を有し、柱状有底穴の開口部を覆うように回転部材が設けられた変形例を示す図、（Ｂ）は多角柱部材が柱状有底穴を有し、底部分に永久磁石が磁力線が穴の軸方向を向いて出射されるように配置されている例を示す図、（Ｃ）は多角柱部材の柱状連通孔の開口部に振動促進用のスリットが形成された例を示す図である。
【図６】（Ａ）は１つの回転部材に対して２つの多角柱部材を用いた例を示す図、（Ｂ）は回転部材と機能部材とが一体となり、多角柱部材と機能部材とが一体となった例を示す図である。
【図７】従来の、球体を駆動する振動型アクチュエータの一例を示す図である。
【図８】従来の、球体を駆動する振動型アクチュエータの一例を示す図である。
【符号の説明】
【００５７】
１ アクチュエータ
１１ 回転部材
１２ 多角柱部材
１３ 振動発生部材
１３１〜１３４ 圧電素子
【特許請求の範囲】
【請求項１】
球面体または部分球面体からなる回転部材と、
中心軸と同一方向に柱状連通孔を有し、または当該方向に柱状有底穴を有する多角柱部材と、
前記多角柱部材の側面に、１つ、または周方向に沿って２つ以上設けられた振動発生部材と、
を備えたアクチュエータであって、
前記回転部材の球面部分が、前記多角柱部材の柱状連通孔または柱状有底穴を覆うように前記多角柱部材の端部に設けられ、
前記振動発生部材が１つまたは複数の所定域の周波数で駆動されることにより、前記回転部材は、回転軸が前記多角柱部材の中心軸とは異なる方向に向くトルクを前記多角柱部材の端部から受ける、
ことを特徴とするアクチュエータ。
【請求項２】
前記回転部材が金属からなり、前記多角柱部材が前記回転部材を構成する金属と同一の金属または異なる金属からなり、前記振動発生部材が圧電素子であることを特徴とする請求項１に記載のアクチュエータ。
【請求項３】
前記多角柱部材が四角柱であり、前記柱状連通孔または柱状有底穴が円筒形をなすことを特徴とする請求項１または２に記載のアクチュエータ。
【請求項４】
前記四角柱の４側面のうち少なくとも１組の対向面に振動発生部材が備えられ、これら２つの振動発生部材が位相差１８０度の振動を発生することを特徴とする請求項１から３の何れかに記載のアクチュエータ。
【請求項５】
前記多角柱部材に前記柱状有底穴を有するアクチュエータであって、
前記回転部材の少なくとも球面部分が磁性体からなり、
前記多角柱部材の前記柱状有底穴の底部に永久磁石がセットされていることを特徴とする請求項１から４の何れかに記載のアクチュエータ。
【請求項１】
球面体または部分球面体からなる回転部材と、
中心軸と同一方向に柱状連通孔を有し、または当該方向に柱状有底穴を有する多角柱部材と、
前記多角柱部材の側面に、１つ、または周方向に沿って２つ以上設けられた振動発生部材と、
を備えたアクチュエータであって、
前記回転部材の球面部分が、前記多角柱部材の柱状連通孔または柱状有底穴を覆うように前記多角柱部材の端部に設けられ、
前記振動発生部材が１つまたは複数の所定域の周波数で駆動されることにより、前記回転部材は、回転軸が前記多角柱部材の中心軸とは異なる方向に向くトルクを前記多角柱部材の端部から受ける、
ことを特徴とするアクチュエータ。
【請求項２】
前記回転部材が金属からなり、前記多角柱部材が前記回転部材を構成する金属と同一の金属または異なる金属からなり、前記振動発生部材が圧電素子であることを特徴とする請求項１に記載のアクチュエータ。
【請求項３】
前記多角柱部材が四角柱であり、前記柱状連通孔または柱状有底穴が円筒形をなすことを特徴とする請求項１または２に記載のアクチュエータ。
【請求項４】
前記四角柱の４側面のうち少なくとも１組の対向面に振動発生部材が備えられ、これら２つの振動発生部材が位相差１８０度の振動を発生することを特徴とする請求項１から３の何れかに記載のアクチュエータ。
【請求項５】
前記多角柱部材に前記柱状有底穴を有するアクチュエータであって、
前記回転部材の少なくとも球面部分が磁性体からなり、
前記多角柱部材の前記柱状有底穴の底部に永久磁石がセットされていることを特徴とする請求項１から４の何れかに記載のアクチュエータ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００９−３３８７７（Ｐ２００９−３３８７７Ａ）
【公開日】平成２１年２月１２日（２００９．２．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１９５５５６（Ｐ２００７−１９５５５６）
【出願日】平成１９年７月２７日（２００７．７．２７）
【出願人】（５０４１３２８８１）国立大学法人東京農工大学 (595)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年２月１２日（２００９．２．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年７月２７日（２００７．７．２７）
【出願人】（５０４１３２８８１）国立大学法人東京農工大学 (595)
【Ｆターム（参考）】
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