振動アクチュエータ
【課題】駆動力を向上させると共に回転軸方向の小型化を図る振動アクチュエータを提供することを課題とする。
【解決手段】振動アクチュエータ１０１は、ステータ２と、回転子１と、分極され且つ電圧が印加されるとたわみ振動を発生可能な第一圧電素子部１１又は第二圧電素子部１２を有するＡ相第一振動素子Ａ１及びＡ相第二振動素子Ａ２と、第一圧電素子部１１又は第二圧電素子部１２を有するＢ相第一振動素子Ｂ１及びＢ相第二振動素子Ｂ２とを備える。第一圧電素子部１１及び第二圧電素子部１２は、電圧の印加時に撓む方向と異なる方向に分極されている。ステータ２には、Ａ相第一振動素子Ａ１、Ａ相第二振動素子Ａ２、Ｂ相第一振動素子Ｂ１及びＢ相第二振動素子Ｂ２から伝達するたわみ振動によって進行波が発生する。
【解決手段】振動アクチュエータ１０１は、ステータ２と、回転子１と、分極され且つ電圧が印加されるとたわみ振動を発生可能な第一圧電素子部１１又は第二圧電素子部１２を有するＡ相第一振動素子Ａ１及びＡ相第二振動素子Ａ２と、第一圧電素子部１１又は第二圧電素子部１２を有するＢ相第一振動素子Ｂ１及びＢ相第二振動素子Ｂ２とを備える。第一圧電素子部１１及び第二圧電素子部１２は、電圧の印加時に撓む方向と異なる方向に分極されている。ステータ２には、Ａ相第一振動素子Ａ１、Ａ相第二振動素子Ａ２、Ｂ相第一振動素子Ｂ１及びＢ相第二振動素子Ｂ２から伝達するたわみ振動によって進行波が発生する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、振動アクチュエータに関する。
【背景技術】
【０００２】
小型で高トルクを出力するアクチュエータとして、超音波振動を発生して駆動する振動アクチュエータが使用されている。
例えば、特許文献１には、振動アクチュエータの１つとして進行波型超音波モータが記載されている。この特許文献１の超音波モータは、弾性体に圧電セラミック等の圧電体を接合させて構成されたステータと、リングに摩擦係数が高い材料からなるスライダを接合させて構成されたロータと、ロータと一体に連結され超音波モータの外部に延びるシャフトとを有している。さらに、ロータは、そのスライダをステータの弾性体に接触させて、ステータに対して加圧されている。そして、圧電体には交互分極処理が施されており、圧電体に二種以上の高周波電圧を印加すると、ステータに弾性進行波が発生し、さらに、発生した弾性進行波によってステータの表面に楕円振動が発生する。この楕円振動によって、ステータに加圧接触されているスライダが摩擦駆動され、それによりロータ及びシャフトが回転し、シャフトを介して回転駆動力が外部に伝達される。
【０００３】
また、特許文献２には、振動アクチュエータの１つとして、ボルト締めランジュバン型振動子を有する超音波モータが記載されている。この特許文献２の超音波モータの振動子は、ヘッドマス、縦振動用圧電素子、中間シリンダ、捩り振動用圧電素子、リアマスの順で積層されたこれらの部材を、貫通するボルトとナットとによって両側から締め付けることにより、形成されている。さらに、縦振動用圧電素子及び捩り振動用圧電素子に高周波電圧を印加すると、縦振動用圧電素子及び捩り振動用圧電素子が発生する複合振動によって、ヘッドマスの表面に楕円振動が発生し、それによりヘッドマスに加圧接触して配置されるロータが回転する。そして、ロータの回転駆動力は、ロータと一体のギヤを介して外部に伝達される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１−９１６７６号公報
【特許文献２】特公平７−４８９５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
圧電素子は、交流電圧が印加されることによって膨張及び収縮を繰り返す伸縮動作による振動を行うが、印加する電圧を大きくすると、圧電素子の膨張及び収縮する力が大きくなるため、振動アクチュエータの駆動力すなわち出力を大きくすることができる。
このため、特許文献１の進行波型超音波モータにおいて、印加する電圧を大きくすることによってその駆動力を大きくすることができるが、圧電素子は、圧縮力に対する強度は高いが引張力に対する強度が低いため、印加される電圧が大きいと膨張時に圧電素子に発生する引張応力に耐えきれずに破損することがある。
【０００６】
ここで、特許文献２の超音波モータの振動子では、ナットとヘッドマスとでボルトを介して縦振動用圧電素子及び捩り振動用圧電素子に圧縮力を加え、電圧の印加時に縦振動用圧電素子及び捩り振動用圧電素子の内部に引張応力が生じないようにしている。
よって、特許文献１の進行波型超音波モータにおいて、特許文献２の超音波モータの振動子のように、圧電体の膨張方向であるシャフトの軸方向に沿った両側から圧縮力を加えて圧電体に引張応力が生じないようにすることによって、印加電圧が大きい場合でも圧電体の破損を防ぐことができる。しかしながら、圧電体に両側から圧縮力を加える場合、圧電体の両側には、ボルトの頭、ナット、ヘッドマス及びリアマスが配置されるため、特許文献１の進行波型超音波モータは、シャフトの回転軸方向に大型化してしまうという問題がある。
【０００７】
この発明は、このような問題点を解決するためになされたものであり、駆動力を向上させると共に回転軸方向の小型化を図る振動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】
この発明に係る振動アクチュエータは、ステータと、ステータに対して移動可能に接触させて設けられる移動体と、分極され且つ電圧が印加されるとたわみ振動を発生可能な第一圧電素子体を有し、ステータに対して第一圧電素子体のたわみ振動を伝達可能に接触して設けられる第一振動素子部と、分極され且つ電圧が印加されるとたわみ振動を発生可能な第二圧電素子体を有し、ステータに対して第二圧電素子体のたわみ振動を伝達可能に接触して設けられる第二振動素子部とを備え、第一圧電素子体及び第二圧電素子体は、電圧の印加時に撓む方向と異なる方向に分極され、移動体は、第一振動素子部及び第二振動素子部からステータに伝達したたわみ振動によって形成される進行波が発生するステータの部位と接触する。
【０００９】
第一振動素子部は、第一圧電素子体と、第一圧電素子体を挟むようにして設けられる第一共振体及び第二共振体と、第一共振体及び第二共振体を連結する第一固定部材とを有する第一振動素子を少なくとも１つ備え、第二振動素子部は、第二圧電素子体と、第二圧電素子体を挟むようにして設けられる第三共振体及び第四共振体と、第三共振体及び第四共振体を連結する第二固定部材とを有する第二振動素子を少なくとも１つ備え、第一振動素子は、ステータに沿って、第一共振体、第一圧電素子体及び第二共振体が並ぶようにして配置され、第二振動素子は、ステータに沿って、第三共振体、第二圧電素子体及び第四共振体が並ぶようにして配置されてもよい。
【００１０】
第一圧電素子体は、電圧が印加されると膨張又は収縮し且つ互いに異なる動きをするように分極された第一圧電素子及び第二圧電素子を有し、第一共振体及び第二共振体は、第一圧電素子及び第二圧電素子が膨張又は収縮する方向から第一圧電素子体を挟み、第二圧電素子体は、電圧が印加されると膨張又は収縮し且つ互いに異なる動きをするように分極された第三圧電素子及び第四圧電素子を有し、第三共振体及び第四共振体は、第三圧電素子及び第四圧電素子が膨張又は収縮する方向から第二圧電素子体を挟んでもよい。
【００１１】
第一振動素子部及び第二振動素子部は、第一振動素子部からステータに伝達するたわみ振動及び第二振動素子部からステータに伝達するたわみ振動がそれぞれステータに別個の定在波を形成するように、互いに間隔をあけて設けられてもよい。
ステータは環状であり、第一振動素子及び第二振動素子は、ステータに沿って環状に配置されてもよい。
ステータは直線状であり、第一振動素子及び第二振動素子は、ステータに沿って直線状に配置されてもよい。
【発明の効果】
【００１２】
この発明によれば、振動アクチュエータは、駆動力を向上させると共に回転軸方向の小型化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施の形態１に係る振動アクチュエータの構成を示す斜視図である。
【図２】図１のｘ−ｘ線及びｙ−ｙ線を含む面をＩＩの方向より見た模式断面平面図である。
【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面を示す模式断面側面図である。
【図４】実施の形態１に係る振動アクチュエータに印加する電圧の時間変化を示す図である。
【図５】実施の形態１に係る振動アクチュエータの各振動素子の変位の時間変化を示す図である。
【図６】実施の形態１に係る振動アクチュエータのステータに発生する定在波を示す図である。
【図７】実施の形態１に係る振動アクチュエータのステータに発生する進行波を示す図である。
【図８】実施の形態１に係る振動アクチュエータの振動素子の配置を変更した変形例を示すステータから振動素子に向かって見た模式断面平面図である。
【図９】実施の形態１に係る振動アクチュエータの振動素子の構成を変更した変形例を示すステータから振動素子に向かって見た模式断面平面図である。
【図１０】本発明の実施の形態２に係る振動アクチュエータの構成を示すステータから振動素子に向かって見た模式断面平面図である。
【図１１】本発明の実施の形態３に係る振動アクチュエータの構成を示す模式平面図である。
【図１２】本発明の実施の形態４に係る振動アクチュエータの構成を示す模式平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下に、この発明の実施の形態について、添付図面に基づいて説明する。
実施の形態１．
まず、図１〜３を用いて、この発明の実施の形態１に係る振動アクチュエータ１０１の構成を示す。
【００１５】
図１を参照すると、振動アクチュエータ１０１は、外部に接続されて回転駆動力を伝達するための回転子１を有している。回転子１は、円盤状のロータ部１ｂと、ロータ部１ｂの互いに平行に対向する平坦な面である上面１ｂａ及び下面１ｂｂの中心を貫通しこれらの面に対して垂直に延びる円柱状の軸部１ａとを、一体に有している。軸部１ａ及びロータ部１ｂは、金属等から製作されており、高い剛性を有している。
さらに、振動アクチュエータ１０１は、回転子１のロータ部１ｂの下面１ｂｂに接触するようにして配置された略円筒状のステータ２を有している。なお、回転子１は、移動体を構成している。
【００１６】
ここで、説明の便宜上、回転子１の軸部１ａに沿って回転子１のロータ部１ｂからステータ２に向かう方向を下方向と呼び、その反対方向を上方向と呼ぶ。なお、振動アクチュエータ１０１が使用される際、その使用時の向きは、図１に示されるような回転子１がステータ２の上方向となる向きに限定されるものでない。
【００１７】
ステータ２における回転子１と接触する上面２ａには、上面２ａの外周から回転子１の軸部１ａに向かう方向に延びる溝２ｂが複数形成され、これにより、溝２ｂ同士の間に、回転子１に向かって突出する略直方体状の爪部２ｃが形成されている。そして、ステータ２は、この複数の爪部２ｃを回転子１に接触させている。さらに、ステータ２は、上面２ａからその反対側の下面２ｄに向かう方向及びその反対方向、つまり上下方向に可撓性を有している。
【００１８】
また、振動アクチュエータ１０１は、ステータ２の下面２ｄに接合させた略直方体状の複数の振動素子を有している。この複数の振動素子は、同形状をしたＡ相第一振動素子Ａ１、Ａ相第二振動素子Ａ２、Ｂ相第一振動素子Ｂ１及びＢ相第二振動素子Ｂ２によって構成されており、それぞれの一側面がステータ２に接合されている。
ここで、Ａ相第一振動素子Ａ１及びＡ相第二振動素子Ａ２は、第一振動素子部を構成し、Ｂ相第一振動素子Ｂ１及びＢ相第二振動素子Ｂ２は、第二振動素子部を構成している。
【００１９】
さらに、振動アクチュエータ１０１は、Ａ相第一振動素子Ａ１、Ａ相第二振動素子Ａ２、Ｂ相第一振動素子Ｂ１及びＢ相第二振動素子Ｂ２のそれぞれにおけるステータ２と反対側の側面に接合させた円筒状の支持部材３を有している。支持部材３は、その平坦な上面３ａがＡ相第一振動素子Ａ１、Ａ相第二振動素子Ａ２、Ｂ相第一振動素子Ｂ１及びＢ相第二振動素子Ｂ２のそれぞれの一側面に接合されている。そして、支持部材３は、上面３ａからその反対側の下面３ｂに向かう方向及びその反対方向、つまり上下方向に可撓性を有している。
【００２０】
また、振動アクチュエータ１０１は、支持部材３に対して、Ａ相第一振動素子Ａ１、Ａ相第二振動素子Ａ２、Ｂ相第一振動素子Ｂ１及びＢ相第二振動素子Ｂ２と反対側に位置する支持台４を有している。支持台４は、円筒状の形状をして突出する台座部４ａを有し、台座部４ａには、支持部材３が、台座部４ａに対向する下面３ｂと台座部４ａとの間に間隙を有するようにして、固定されている。
【００２１】
さらに、回転子１の軸部１ａが、支持台４に向かって延びており、支持台４との間にバネ等の予圧機構５を介して、支持台４に回転可能に連結されている。予圧機構５は、回転子１の軸部１ａに対して支持台４に向かう方向Ｆに引張する力を加えている。このため、軸部１ａと一体の回転子１のロータ部１ｂは、予圧機構５の引張力によってステータ２に押し付けられている。つまり、回転子１のロータ部１ｂには、ステータ２に対して加圧する予圧力が付与されている。
また、振動アクチュエータ１０１は、通常、回転子１のロータ部１ｂ、ステータ２、Ａ相第一振動素子Ａ１、Ａ相第二振動素子Ａ２、Ｂ相第一振動素子Ｂ１、Ｂ相第二振動素子Ｂ２、及び支持部材３を上方から覆う図示しないカバーが、支持台４に取り付けられ、このカバーから回転子１の軸部１ａが突出している。
【００２２】
さらに、図２を参照すると、図１においてステータ２の下面２ｄを通るｘ−ｘ線及びｙ−ｙ線を含む面をステータ２から支持台４に向かうＩＩの方向より見た模式断面平面図が示されており、ステータ２に対するＡ相第一振動素子Ａ１、Ａ相第二振動素子Ａ２、Ｂ相第一振動素子Ｂ１及びＢ相第二振動素子Ｂ２の配置状態が示されている。
【００２３】
Ａ相第一振動素子Ａ１は、矩形状の上面Ａ１ａをステータ２の下面２ｄと接触させている。そして、上面Ａ１ａは、ステータ２の下面２ｄの中央を通る環状の中心線ＣＬ２の中心点Ｃ２から中心線ＣＬ２に向かって中心角α１を形成する２本の直線を放射状に延ばしたとき、下面２ｄにおいて上記の２本の直線によって挟まれる領域Ｄ１内にほぼ収まるような位置及び形状で配置されている。このとき、上面Ａ１ａは、領域Ｄ１において、中心線ＣＬ２が領域Ｄ１の端部と交わる点の一方である交点Ｄ１ｂから他方である交点Ｄ１ａまで及ぶように位置している。
【００２４】
Ａ相第二振動素子Ａ２は、Ａ相第一振動素子Ａ１に対して、中心点Ｃ２を中心として紙面上で反時計回りの方向である方向Ｒ２側に隣接するようにして配置され、矩形状の上面Ａ２ａをステータ２の下面２ｄと接触させている。そして、上面Ａ２ａは、中心点Ｃ２を中心として中心角α２を形成する２本の直線によって挟まれる下面２ｄの領域Ｄ２内にほぼ収まるような位置及び形状で配置されている。なお、下面２ｄにおいて領域Ｄ２は領域Ｄ１と隣接し、上面Ａ２ａは、領域Ｄ２において、中心線ＣＬ２が領域Ｄ２の端部と交わる点の一方である交点Ｄ１ａから他方である交点Ｄ２ａまで及ぶように位置している。
【００２５】
Ｂ相第一振動素子Ｂ１は、Ａ相第一振動素子Ａ１に対して、中心点Ｃ２を中心として紙面上で時計回りの方向である方向Ｒ１側に配置され、矩形状の上面Ｂ１ａをステータ２の下面２ｄと接触させている。そして、上面Ｂ１ａは、中心点Ｃ２を中心として中心角β１を形成する２本の直線によって挟まれる下面２ｄの領域Ｄ３内にほぼ収まるような位置及び形状で配置されている。このとき、上面Ｂ１ａは、領域Ｄ３において、中心線ＣＬ２が領域Ｄ３の端部と交わる点の一方である交点Ｄ３ａから他方である交点Ｄ３ｂまで及ぶように位置している。なお、下面２ｄにおいて、領域Ｄ３は、領域Ｄ１との間に領域Ｄ５の間隙を有する位置となっており、領域Ｄ５は、中心点Ｃ２を中心として中心角γを形成する２本の直線によって挟まれる下面２ｄの領域である。
【００２６】
Ｂ相第二振動素子Ｂ２は、Ｂ相第一振動素子Ｂ１に対して、方向Ｒ１側に隣接するようにして配置され、矩形状の上面Ｂ２ａをステータ２の下面２ｄと接触させている。そして、上面Ｂ２ａは、中心点Ｃ２を中心として中心角β２を形成する２本の直線によって挟まれる下面２ｄの領域Ｄ４内にほぼ収まるような位置及び形状で配置されている。なお、下面２ｄにおいて領域Ｄ４は領域Ｄ３と隣接し、上面Ｂ２ａは、領域Ｄ４において、中心線ＣＬ２が領域Ｄ４の端部と交わる点の一方である交点Ｄ３ｂから他方である交点Ｄ４ｂまで及ぶように位置している。
よって、Ａ相第一振動素子Ａ１、Ａ相第二振動素子Ａ２、Ｂ相第一振動素子Ｂ１及びＢ相第二振動素子Ｂ２は、同一円周上、つまり中心線ＣＬ２上で１つの輪を形成するようにして並べられている。そして、詳細は後述するが、Ａ相第一振動素子Ａ１及びＡ相第二振動素子Ａ２がステータ２に形成する定在波と、Ｂ相第一振動素子Ｂ１及びＢ相第二振動素子Ｂ２がステータ２に形成する定在波とが、ステータ２の周方向である中心線ＣＬ２に沿って進行する進行波を発生するには、Ａ相第一振動素子Ａ１、Ａ相第二振動素子Ａ２、Ｂ相第一振動素子Ｂ１及びＢ相第二振動素子Ｂ２は、上述のような同一円周にあることが好ましい。
【００２７】
なお、本実施の形態１では、中心角α１、α２、β１及びβ２はいずれも、π／４（０．２５π）ラジアン（ｒａｄ）とし、中心角γは、π／８（０．１２５π）ラジアン（ｒａｄ）とする。
【００２８】
次に、図３を参照すると、図２においてＡ相第一振動素子Ａ１及びＡ相第二振動素子Ａ２の中央を通るＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った模式断面側面図が示されている。
Ａ相第一振動素子Ａ１は、いずれもが略直方体状をした第一共振部材１３、第一圧電素子部１１及び第二共振部材１４を有している。
第一圧電素子部１１は、第一圧電素子部１１を貫通する貫通穴１１ａを有している。さらに、貫通穴１１ａには、外表面に雄ねじが形成された棒状の締結ねじ１５が貫通挿入され、締結ねじ１５は、貫通穴１１ａの両端から突出している。
【００２９】
また、第一共振部材１３は、内側に雌ねじが形成されたねじ穴１３ａを有している。第一共振部材１３は、第一圧電素子部１１の両側から突出する締結ねじ１５ａの一方の突出部分をねじ穴１３ａに螺合させている。
また、第二共振部材１４は、内側に雌ねじが形成されたねじ穴１４ａを有している。第二共振部材１４は、第一圧電素子部１１の両側から突出する締結ねじ１５ａの他方の突出部分をねじ穴１４ａに螺合させている。
そして、締結ねじ１５ａに螺合している第一共振部材１３及び第二共振部材１４を第一圧電素子部１１に対して締め付けることによって、第一共振部材１３及び第二共振部材１４が、第一圧電素子部１１に対して接触し押し付けられて一体となる。このとき、第一圧電素子部１１は、第一共振部材１３と第二共振部材１４とから締結ねじ１５ａを介して圧縮力を受けている。
【００３０】
よって、Ａ相第一振動素子Ａ１では、第一圧電素子部１１が第一共振部材１３及び第二共振部材１４によって挟まれ、すなわち、第一共振部材１３、第一圧電素子部１１及び第二共振部材１４がこの順で直列に配置されて、締結ねじ１５を介して締結されることによって一体になっている。そして、Ａ相第一振動素子Ａ１は、ステータ２と支持部材３との間で、ステータ２の下面２ｄ及び支持部材３の上面３ａに沿って第一共振部材１３、第一圧電素子部１１及び第二共振部材１４が順次並ぶようにして配置されている。さらに、図２に示されるように、Ａ相第一振動素子Ａ１は、ステータ２の下面２ｄに対して、ステータ２の周方向である中心線ＣＬ２に沿って領域Ｄ１から領域Ｄ２に向かう方向に第一共振部材１３、第一圧電素子部１１及び第二共振部材１４が順次並ぶようにして配置されている。
ここで、Ａ相第一振動素子Ａ１は、第一振動素子を構成し、Ａ相第一振動素子Ａ１の第一共振部材１３、第一圧電素子部１１、第二共振部材１４及び締結ねじ１５はそれぞれ、第一共振体、第一圧電素子体、第二共振体及び第一固定部材を構成している。
【００３１】
図３に戻り、また、第一圧電素子部１１は、第一共振部材１３から第二共振部材１４に向かって、略矩形板状をした電極板１６、略直方体状をした圧電素子１０及び略矩形板状をした電極板１７が順次重ね合わされた積層構造を有している。そして、圧電素子１０に電圧を印加するための駆動回路６が別に設けられており、駆動回路６は電極板１６と電気的に接続されている。一方、電極板１７は、電気的に接地されている。
【００３２】
さらに、圧電素子１０は、ステータ２の下面２ｄ及び支持部材３の上面３ａに向かう上下の方向に離れるような形状に分割されている。つまり、圧電素子１０は、締結ねじ１５の中心軸を通り且つステータ２の下面２ｄと平行である面から下面２ｄにわたる第一圧電素子１０ａと、上記平行である面から支持部材３の上面３ａにわたる第二圧電素子１０ｂとによって構成されている。
第一圧電素子１０ａ及び第二圧電素子１０ｂは、それぞれ締結ねじ１５の軸方向（第一圧電素子１０ａ及び第二圧電素子１０ｂの厚み方向）に分極され、さらに、電圧が印加されると膨張と収縮との反対の変形挙動を行うように互いに逆極性に分極されている。つまり、電極板１６に電圧が印加された場合、例えば、第一圧電素子１０ａが、締結ねじ１５の軸方向両端側に向かう方向である図面上の方向Ｐに膨張するとき、第二圧電素子１０ｂは、締結ねじ１５の軸方向中央側に向かう方向である図面上の方向Ｑに収縮する。
【００３３】
このため、電極板１６に交流電圧が印加されると、第一圧電素子１０ａ及び第二圧電素子１０ｂが互いに方向Ｐへの膨張及び方向Ｑへの収縮の反対の変形挙動を行うことによって、圧電素子１０、すなわち第一圧電素子部１１が、第一圧電素子１０ａ及び第二圧電素子１０ｂの分極方向と垂直な方向となる、ステータ２の下面２ｄに向かう上方向及び支持部材３の上面３ａに向かう下方向に交互に撓む動作を行う。このとき、第一圧電素子部１１と共に第一共振部材１３及び第二共振部材１４が動作し、Ａ相第一振動素子Ａ１の全体が、圧電素子１０の厚み方向（締結ねじ１５の軸方向）の中心部を、たわみの山の頂部又は谷の頂部として、つまり振動の腹として、ステータ２の下面２ｄに向かう上方向及び支持部材３の上面３ａに向かう下方向に交互に撓むたわみ振動を発生する。
なお、Ａ相第一振動素子Ａ１のたわみ面である上面Ａ１ａにおいて、圧電素子１０の厚み方向（締結ねじ１５の軸方向）の中心部には、点Ａ１ｃが位置し、点Ａ１ｃは、領域Ｄ１（図２参照）の中央且つ中心線ＣＬ２（図２参照）上に位置する。
ここで、Ａ相第一振動素子Ａ１の第一圧電素子１０ａ及び第二圧電素子１０ｂはそれぞれ、第一圧電素子及び第二圧電素子を構成している。
【００３４】
次に、Ａ相第二振動素子Ａ２は、第一圧電素子部１１を除きＡ相第一振動素子Ａ１と同様の構成を有し、第一共振部材１３、第二圧電素子部１２、第二共振部材１４及び締結ねじ１５によって構成されている。
Ａ相第二振動素子Ａ２では、第一共振部材１３、第二圧電素子部１２及び第二共振部材１４が、この順で直列に配置され、締結ねじ１５を介して締結されて一体になっている。そして、Ａ相第二振動素子Ａ２は、ステータ２と支持部材３との間で、その第一共振部材１３をＡ相第一振動素子Ａ１の第二共振部材１４に隣接させ、ステータ２の下面２ｄ及び支持部材３の上面３ａに沿って第一共振部材１３、第二圧電素子部１２及び第二共振部材１４が順次並ぶようにして配置されている。さらに、図２に示されるように、Ａ相第二振動素子Ａ２は、ステータ２の下面２ｄに対して、中心線ＣＬ２に沿って領域Ｄ１から領域Ｄ２に向かう方向に第一共振部材１３、第二圧電素子部１２及び第二共振部材１４が順次並ぶようにして配置されている。
ここで、Ａ相第二振動素子Ａ２は、第一振動素子を構成し、Ａ相第二振動素子Ａ２の第一共振部材１３、第二圧電素子部１２、第二共振部材１４及び締結ねじ１５はそれぞれ、第一共振体、第一圧電素子体、第二共振体及び第一固定部材を構成している。
【００３５】
図３に戻り、また、第二圧電素子部１２は、第一共振部材１３から第二共振部材１４に向かって、電極板１６、略直方体状をした圧電素子２０及び電極板１７が順次重ね合わされた積層構造を有している。そして、第二圧電素子部１２の電極板１６は、駆動回路６と電気的に接続され、電極板１７は、電気的に接地されている。
さらに、第二圧電素子部１２の電極板１６には、駆動回路６によって、Ａ相第一振動素子Ａ１の第一圧電素子部１１の電極板１６と同じ位相の交流電圧が印加されるようになっている。
これにより、第二圧電素子部１２及び第一圧電素子部１１、すなわちＡ相第二振動素子Ａ２及びＡ相第一振動素子Ａ１と駆動回路６とにより１つの回路が形成され、この回路はＡ相を構成している。
【００３６】
さらに、圧電素子２０は、ステータ２の下面２ｄ及び支持部材３の上面３ａに向かう上下の方向に離れるような形状に分割されている。圧電素子２０は、圧電素子１０と同様に、第一圧電素子１０ａ及び第二圧電素子１０ｂによって構成されるが、第二圧電素子１０ｂは、締結ねじ１５の中心軸を通り且つステータ２の下面２ｄと平行である面から下面２ｄにわたって配置され、第一圧電素子１０ａは、上記平行である面から支持部材３の上面３ａにわたって配置されている。
よって、圧電素子２０は、第一圧電素子１０ａがステータ２に接触し第二圧電素子１０ｂが支持部材３に接触している圧電素子１０に対して、第一圧電素子１０ａ及び第二圧電素子１０ｂの配置を上下方向に反対にしたものであり、第二圧電素子１０ｂがステータ２に接触し第一圧電素子１０ａが支持部材３に接触している構成となっている。
ここで、Ａ相第二振動素子Ａ２の第一圧電素子１０ａ及び第二圧電素子１０ｂはそれぞれ、第一圧電素子及び第二圧電素子を構成している。
【００３７】
また、第二圧電素子部１２の電極板１６及び第一圧電素子部１１の電極板１６には、駆動回路６によって同じ位相の交流電圧が印加されるが、このような同じ位相の電圧が印加されると、第二圧電素子部１２は、第一圧電素子部１１が撓む方向と反対方向に撓む。
このため、Ａ相第二振動素子Ａ２は、交流電圧が印加されたとき、Ａ相第一振動素子Ａ１のように、圧電素子２０の厚み方向（締結ねじ１５の軸方向）の中心部を振動の腹として、ステータ２の下面２ｄに向かう上方向及び支持部材３の上面３ａに向かう下方向に交互に撓むたわみ振動を発生する。しかしながら、Ａ相第二振動素子Ａ２のたわみ振動は、Ａ相第一振動素子Ａ１と同等のたわみ量を有しつつもＡ相第一振動素子Ａ１のたわみ方向と反対方向に撓む振動となる。
なお、Ａ相第二振動素子Ａ２のたわみ面である上面Ａ２ａにおいて、圧電素子２０の厚み方向（締結ねじ１５の軸方向）の中心部には、点Ａ２ｃが位置し、点Ａ２ｃは、領域Ｄ２（図２参照）の中央且つ中心線ＣＬ２（図２参照）上に位置する。
【００３８】
また、図２を参照すると、Ｂ相第一振動素子Ｂ１は、Ａ相第一振動素子Ａ１と同様の構成を有し、Ｂ相第二振動素子Ｂ２は、Ａ相第二振動素子Ａ２と同様の構成を有している。
つまり、Ｂ相第一振動素子Ｂ１は、第一共振部材１３、第一圧電素子１０ａ及び第二圧電素子１０ｂ（図３参照）を有する第一圧電素子部１１、第二共振部材１４、並びに締結ねじ１５によって構成され、Ｂ相第二振動素子Ｂ２は、第一共振部材１３、第一圧電素子１０ａ及び第二圧電素子１０ｂ（図３参照）を有する第二圧電素子部１２、第二共振部材１４、並びに締結ねじ１５によって構成されている。
【００３９】
ここで、Ｂ相第一振動素子Ｂ１は、第二振動素子を構成し、Ｂ相第一振動素子Ｂ１の第一共振部材１３、第一圧電素子部１１、第二共振部材１４及び締結ねじ１５はそれぞれ、第三共振体、第二圧電素子体、第四共振体及び第二固定部材を構成している。また、Ｂ相第二振動素子Ｂ２は、第二振動素子を構成し、Ｂ相第二振動素子Ｂ２の第一共振部材１３、第二圧電素子部１２、第二共振部材１４及び締結ねじ１５はそれぞれ、第三共振体、第二圧電素子体、第四共振体及び第二固定部材を構成している。さらに、Ｂ相第一振動素子Ｂ１の第一圧電素子部１１及びＢ相第二振動素子Ｂ２の第二圧電素子部１２の第一圧電素子１０ａ及び第二圧電素子１０ｂ（図３参照）はそれぞれ、第三圧電素子及び第四圧電素子を構成している。
【００４０】
Ｂ相第一振動素子Ｂ１は、ステータ２の下面２ｄにおいて中心線ＣＬ２に沿って領域Ｄ３から領域Ｄ４に向かう方向に第一共振部材１３、第一圧電素子部１１及び第二共振部材１４が順次並ぶようにして、配置されている。さらに、Ｂ相第二振動素子Ｂ２は、その第一共振部材１３をＢ相第一振動素子Ｂ１の第二共振部材１４に隣接させ、ステータ２の下面２ｄにおいて中心線ＣＬ２に沿って領域Ｄ３から領域Ｄ４に向かう方向に第一共振部材１３、第二圧電素子部１２及び第二共振部材１４が順次並ぶようにして、配置されている。
【００４１】
また、Ｂ相第一振動素子Ｂ１の第一圧電素子部１１及びＢ相第二振動素子Ｂ２の第二圧電素子部１２は、駆動回路６（図３参照）に電気的に接続されており、駆動回路６によって同じ位相の交流電圧が印加されるようになっている。
これにより、第一圧電素子部１１及び第二圧電素子部１２、すなわち、Ｂ相第一振動素子Ｂ１及びＢ相第二振動素子Ｂ２と駆動回路６とは１つの回路を形成し、この回路はＢ相を構成している。なお、Ｂ相は、Ａ相第一振動素子Ａ１及びＡ相第二振動素子Ａ２が構成するＡ相と電気的に分離されている。
【００４２】
よって、Ｂ相第一振動素子Ｂ１は、交流電圧が印加されたとき、第一圧電素子部１１の厚み方向（締結ねじ１５の軸方向）の中心部を振動の腹として、ステータ２の下面２ｄに向かう上方向及び支持部材３の上面３ａ（図３参照）に向かう下方向に交互に撓むたわみ振動を発生する。また、Ｂ相第二振動素子Ｂ２は、交流電圧が印加されたとき、第二圧電素子部１２の厚み方向（締結ねじ１５の軸方向）の中心部を振動の腹として、ステータ２の下面２ｄに向かう上方向及び支持部材３の上面３ａに向かう下方向に交互に撓むたわみ振動を発生する。しかしながら、Ｂ相第二振動素子Ｂ２のたわみ振動は、Ｂ相第一振動素子Ｂ１と同等のたわみ量を有しつつもＢ相第一振動素子Ｂ１のたわみ方向と反対方向に撓む振動となる。
【００４３】
なお、Ｂ相第一振動素子Ｂ１のたわみ面である上面Ｂ１ａにおいて、第一圧電素子部１１の厚み方向の中心部には、点Ｂ１ｃが位置し、点Ｂ１ｃは、領域Ｄ３の中央且つ中心線ＣＬ２上に位置する。また、Ｂ相第二振動素子Ｂ２のたわみ面である上面Ｂ２ａにおいて、第二圧電素子部１２の厚み方向の中心部には、点Ｂ２ｃが位置し、点Ｂ２ｃは、領域Ｄ４の中央且つ中心線ＣＬ２上に位置する。
【００４４】
次に、図１〜７を用いて、この発明の実施の形態１に係る振動アクチュエータ１０１の動作を示す。
図１を参照すると、駆動回路６（図３参照）によって、Ａ相第一振動素子Ａ１の第一圧電素子部１１、Ａ相第二振動素子Ａ２の第二圧電素子部１２、Ｂ相第一振動素子Ｂ１の第一圧電素子部１１及びＢ相第二振動素子Ｂ２の第二圧電素子部１２に交流電圧が印加されると、Ａ相第一振動素子Ａ１、Ａ相第二振動素子Ａ２、Ｂ相第一振動素子Ｂ１及びＢ相第二振動素子Ｂ２はそれぞれ、超音波振動であるたわみ振動を発生する。
【００４５】
このとき、可撓性を有するステータ２及び支持部材３は、Ａ相第一振動素子Ａ１、Ａ相第二振動素子Ａ２、Ｂ相第一振動素子Ｂ１及びＢ相第二振動素子Ｂ２と共に撓むため、ステータ２にもたわみ振動が発生する。さらに、ステータ２では、Ａ相第一振動素子Ａ１、Ａ相第二振動素子Ａ２、Ｂ相第一振動素子Ｂ１及びＢ相第二振動素子Ｂ２のそれぞれによるたわみ振動が複合し、ステータ２の円周、すなわち中心線ＣＬ２（図２参照）に沿って進む進行波が発生する。
【００４６】
発生した進行波によって、ステータ２の爪部２ｃの先端には、爪部２ｃから回転子１の軸部１ａに向かう軸を中心に回る楕円振動が発生する。そして、爪部２ｃは、その先端に発生した楕円振動によって、回転子１のロータ部１ｂの下面１ｂｂを引っ掻くように動作し、それにより、ロータ部１ｂは、爪部２ｃとの間の摩擦力によってその周方向となる方向Ｒ１又は方向Ｒ２に回転する。よって、振動アクチュエータ１０１は、回転子１の軸部１ａをその中心軸を中心に方向Ｒ１又は方向Ｒ２に回転させ、振動アクチュエータ１０１の外部で軸部１ａに接続されたものに回転駆動力を伝達する。なお、軸部１ａの回転方向は、印加する交流電圧を制御することによって、制御される。また、上述から、振動アクチュエータ１０１は、進行波型の振動アクチュエータを構成している。
ここで、ステータ２の爪部２ｃは、進行波が発生するステータの部位を構成している。
【００４７】
次に、ステータ２における進行波の発生の仕組みを詳述する。
図２及び図４を参照すると、駆動回路６（図３参照）によって、Ａ相第一振動素子Ａ１及びＡ相第二振動素子Ａ２が構成するＡ相には、最大電圧がＶ１である所定の周波数ｆの交流電圧ｖａが印加され、このＡ相に印加される交流電圧ｖａの時間変化は、図４の実線曲線で示される。そして、交流電圧ｖａは、次の式で示される。
ｖａ＝Ｖ１ｃｏｓ２πｆｔ （式１）
なお、ｆは、交流電圧ｖａの周波数であり、ｔは、経過時間である。
また、Ｂ相第一振動素子Ｂ１及びＢ相第二振動素子Ｂ２が構成するＢ相には、Ａ相の交流電圧ｖａと最大電圧Ｖ１及び周波数ｆが同一であるが交流電圧ｖａに対して周期の４分の１に相当する位相π／２を進ませた交流電圧ｖｂが印加され、このＢ相に印加される交流電圧ｖｂの時間変化は、図４の破線曲線で示される。そして、交流電圧ｖｂは、次の式で示される。
ｖｂ＝Ｖ１ｃｏｓ（２πｆｔ＋π／２） （式２）
なお、ｆは、交流電圧ｖｂの周波数であり、ｔは、経過時間である。
【００４８】
また、図３を参照すると、Ａ相第一振動素子Ａ１及びＡ相第二振動素子Ａ２に正の電圧が印加されている場合、Ａ相第一振動素子Ａ１は、第一圧電素子部１１をステータ２に向かって突出させるようにして撓み、Ａ相第二振動素子Ａ２は、第二圧電素子部１２を支持部材３に向かって突出させるようにして撓む。一方、負の電圧が印加されている場合、Ａ相第一振動素子Ａ１は、第一圧電素子部１１を支持部材３に向かって突出させるようにして撓み、Ａ相第二振動素子Ａ２は、第二圧電素子部１２をステータ２に向かって突出させるようにして撓む。
同様に、Ｂ相第一振動素子Ｂ１及びＢ相第二振動素子Ｂ２（図２参照）に正の電圧が印加されている場合、Ｂ相第一振動素子Ｂ１は、第一圧電素子部１１（図２参照）をステータ２に向かって突出させるようにして撓み、Ｂ相第二振動素子Ｂ２は、第二圧電素子部１２（図２参照）を支持部材３に向かって突出させるようにして撓む。一方、負の電圧が印加されている場合、Ｂ相第一振動素子Ｂ１は、第一圧電素子部１１を支持部材３に向かって突出させるようにして撓み、Ｂ相第二振動素子Ｂ２は、第二圧電素子部１２をステータ２に向かって突出させるようにして撓む。
【００４９】
そして、図４、式１及び式２に示される交流電圧ｖａ及びｖｂが印加された場合、Ａ相第一振動素子Ａ１の上面Ａ１ａの点Ａ１ｃ、Ａ相第二振動素子Ａ２の上面Ａ２ａの点Ａ２ｃ、Ｂ相第一振動素子Ｂ１の上面Ｂ１ａの点Ｂ１ｃ、及びＢ相第二振動素子Ｂ２の上面Ｂ２ａの点Ｂ２ｃのそれぞれにおける変位の時間変化が、図５のグラフ（ｉ）〜グラフ（ｉｖ）に示される。
【００５０】
なお、図５において、それぞれの変位は、Ａ相第一振動素子Ａ１、Ａ相第二振動素子Ａ２、Ｂ相第一振動素子Ｂ１及びＢ相第二振動素子Ｂ２の厚み方向であるステータ２から支持部材３に向かう上下方向の変位である。そして、Ａ相第一振動素子Ａ１、Ａ相第二振動素子Ａ２、Ｂ相第一振動素子Ｂ１及びＢ相第二振動素子Ｂ２に撓みが発生していない場合、点Ａ１ｃ、点Ａ２ｃ、点Ｂ１ｃ及び点Ｂ２ｃの変位は０である。撓みにより点Ａ１ｃ、点Ａ２ｃ、点Ｂ１ｃ及び点Ｂ２ｃがステータ２に向かう上方向に変位した場合、変位は正の値をとり、その最大変位はＡとなる。一方、点Ａ１ｃ、点Ａ２ｃ、点Ｂ１ｃ及び点Ｂ２ｃが支持部材３に向かう下方向に変位した場合、変位は負の値をとり、その最小変位は−Ａとなる。
【００５１】
図２に戻り、交流電圧ｖａの印加によりＡ相第一振動素子Ａ１は、ステータ２に対して、交点Ｄ１ａ及びＤ１ｂの位置を振動の節としてこれら節の間に１つの振動の山又は谷を形成するようにして領域Ｄ１のステータ２を上下方向に撓ませるたわみ振動を発生させる。同時に、交流電圧ｖａの印加によりＡ相第二振動素子Ａ２は、ステータ２に対して、交点Ｄ１ａ及びＤ２ａの位置を振動の節としてこれら節の間に１つの振動の山又は谷を、ステータ２の領域Ｄ１のたわみ方向と反対方向に形成するようにして領域Ｄ２のステータ２を上下方向に撓ませるたわみ振動を発生させる。
【００５２】
さらに、領域Ｄ１及びＤ２のたわみ振動がステータ２を伝達し、それによって、ステータ２には、領域Ｄ１及びＤ２をそれぞれ半波長とした中心線ＣＬ２に沿う第一定在波が生成される。そして、第一定在波は、回転子１（図１参照）に向かう上方向及び支持部材３（図１参照）に向かう下方向に振幅する。
【００５３】
また、領域Ｄ１は、中心点Ｃ２を中心とする中心角α１の領域であり、領域Ｄ２は、中心点Ｃ２を中心とする中心角α２の領域であり、中心角α１及びα２はいずれも、π／４ラジアンである。よって、ステータ２に形成される第一定在波は、領域Ｄ１及び領域Ｄ２を合わせた中心角がπ／２ラジアンの領域に１つの波長を形成する定在波であり、ステータ２の全周では４つの波長を形成する定在波となる。すなわち、第一定在波は、円環４次モードの定在波となる。
【００５４】
ここで、図２において、中心点Ｃ２から交点Ｄ３ａに延ばした線を基準線Ｌ１とする。そして、基準線Ｌ１の位置を位相０ラジアンとし、中心点Ｃ２を中心として方向Ｒ１に角度θラジアンだけ基準線Ｌ１を回転させた時、回転後の基準線Ｌ１の位置を位相θラジアンとする。
このとき、Ｂ相第一振動素子Ｂ１の点Ｂ１ｃの位置を位相θ１、Ｂ相第二振動素子Ｂ２の点Ｂ２ｃの位置を位相θ２、Ａ相第二振動素子Ａ２の点Ａ２ｃの位置を位相θ３、Ａ相第一振動素子Ａ１の点Ａ１ｃの位置を位相θ４とすると、位相θ１、位相θ２、位相θ３及び位相θ４はそれぞれ、π／８ラジアン、３π／８ラジアン、３π／２ラジアン及び７π／４ラジアンとなる。
【００５５】
そして、図６を参照すると、Ａ相第一振動素子Ａ１及びＡ相第二振動素子Ａ２のたわみ振動がステータ２に形成する第一定在波による、ステータ２の中心線ＣＬ２上の各位置における変位が実線曲線で示されている。
図６では、ステータ２の中心線ＣＬ２上の各位置は、基準線Ｌ１の位置を０ラジアンとする位相で示され、図示される実線曲線は、第一定在波の振幅が最大振幅である振幅Ａになった時の状態を示している。なお、図６において、変位は、ステータ２の厚み方向である回転子１（図１参照）から支持部材３（図１参照）に向かう上下方向の変位であり、回転子１に向かう上方向の変位は正の値をとり、支持部材３に向かう下方向の変位は負の値をとる。
そして、ステータ２の中心線ＣＬ２上での位置の位相をθとすると、位相θの位置での円環４次モードの第一定在波によるステータ２の変位ｕａは、式１から次の式で示される。
ｕａ＝Ａｃｏｓ４θｃｏｓ２πｆｔ （式３）
なお、ｆは、交流電圧ｖａ（式１参照）の周波数であり、ｔは、経過時間である。
【００５６】
また、図２に戻り、交流電圧ｖｂの印加によりＢ相第一振動素子Ｂ１は、ステータ２に対して、交点Ｄ３ａ及びＤ３ｂの位置を振動の節とした１つの振動の山又は谷を形成するようにして領域Ｄ３のステータ２を上下方向に撓ませるたわみ振動を発生させる。同時に、交流電圧ｖｂの印加によりＢ相第二振動素子Ｂ２は、ステータ２に対して、交点Ｄ３ｂ及びＤ４ｂの位置を振動の節とした１つの振動の山又は谷を、領域Ｄ３のたわみ方向と反対方向に形成するようにして領域Ｄ４のステータ２を上下方向に撓ませるたわみ振動を発生させる。これによって、ステータ２には、領域Ｄ３及びＤ４をそれぞれ半波長とした中心線ＣＬ２に沿う第二定在波が生成され、第二定在波は、回転子１（図１参照）に向かう上方向及び支持部材３（図１参照）に向かう下方向に振幅する。
【００５７】
また、領域Ｄ３は、中心点Ｃ２を中心とする中心角β１の領域であり、領域Ｄ４は、中心点Ｃ２を中心とする中心角β２の領域であり、中心角β１及びβ１はいずれも、π／４ラジアンである。よって、ステータ２に形成される第二定在波は、領域Ｄ３及び領域Ｄ４を合わせた中心角がπ／２ラジアンの領域に１つの波長を形成する定在波であり、ステータ２の全周では４つの波長を形成する定在波となる。すなわち、第二定在波は、円環４次モードの定在波でとなる。
【００５８】
また、領域Ｄ５の中心角γがπ／８ラジアンであるため、第二定在波の節となる交点Ｄ３ａの位置と、第一定在波の節となる交点Ｄ１ｂの位置との位相差はπ／８ラジアンとなる。一方、第一定在波及び第二定在波の１波長が形成される領域は、π／２ラジアンを中心角とする領域に相当するため、領域Ｄ５は、第一定在波及び第二定在波の１波長の１／４に相当する。よって、第二定在波及び第一定在波は、互いに１／４波長ずれた状態でステータ２に形成される。
【００５９】
そして、図６を参照すると、Ｂ相第一振動素子Ｂ１及びＢ相第二振動素子Ｂ２のたわみ振動がステータ２に形成する第二定在波による、ステータ２の中心線ＣＬ２上の各位置における変位が破線曲線で示されている。なお、図示される破線曲線は、図示される第一定在波と同時に形成されている第二定在波を示している。
さらに、ステータ２の中心線ＣＬ２上での位置の位相をθとすると、位相θの位置での円環４次モードの第二定在波によるステータ２の変位ｕｂは、式２から次の式で示される。
ｕｂ＝Ａｃｏｓ｛４（θ＋π／８）｝ｃｏｓ（２πｆｔ＋π／２）
＝Ａｃｏｓ（４θ＋π／２）ｃｏｓ（２πｆｔ＋π／２） （式４）
なお、ｆは、交流電圧ｖｂ（式２参照）の周波数であり、ｔは、経過時間である。
【００６０】
上述のように、ステータ２には、第一定在波及び第二定在波が生じるが、この２つの定在波は、いずれもが同一の円周である中心線ＣＬ２に沿って形成されているため、互いに重なり合うことで進行波を形成する。
そして、図７を参照すると、形成された進行波による、ステータ２の中心線ＣＬ２上の各位置における変位が実線曲線で示されている。なお、図７において、変位は、図６と同様に、ステータ２の厚み方向の変位であり、上方向の変位は正の値をとり、下方向の変位は負の値をとる。また、図示される実線曲線は、ある特定の時刻における進行波による変位を示している。
さらに、ステータ２の中心線ＣＬ２上での位置の位相をθとすると、位相θの位置での進行波によるステータ２の変位ｕは、式３及び式４から次の式で示される。
ｕ＝ｕａ＋ｕｂ
＝Ａｃｏｓ４θｃｏｓ２πｆｔ＋Ａｃｏｓ（４θ＋π／２）ｃｏｓ（２πｆｔ＋π／２）
＝Ａｃｏｓ（４θ−２πｆｔ） （式５）
【００６１】
よって、進行波は、図７において位相θの正方向である方向Ｗに進行する波であり、図２において、Ｂ相第一振動素子Ｂ１からＢ相第二振動素子Ｂ２に向かう方向Ｒ１に進行する。
上述のようにして、ステータ２に、その中心線ＣＬ２（図２参照）に沿って進行する進行波が発生し、そして、進行波の進行によって、ステータ２の爪部２ｃ（図１参照）の先端には、楕円振動が発生する。なお、ステータ２の中心線ＣＬ２に沿って振幅Ａを有して進行する進行波を発生させるためには、中心線ＣＬ２に沿って振幅Ａの第一定在波及び第二定在波を発生させることが好ましく、そのためには、Ａ相第一振動素子Ａ１、Ａ相第二振動素子Ａ２、Ｂ相第一振動素子Ｂ１及びＢ相第二振動素子Ｂ２が、同一の円周上である中心線ＣＬ２上で１つの輪を形成するようにして並べられることが好ましい。
【００６２】
上述の説明から、実施の形態１に係る振動アクチュエータ１０１は、ステータ２と、ステータ２に対して移動可能に接触させて設けられる回転子１と、分極され且つ電圧が印加されるとたわみ振動を発生可能な第一圧電素子部１１又は第二圧電素子部１２を有し、ステータ２に対して第一圧電素子部１１又は第二圧電素子部１２のたわみ振動を伝達可能に接触して設けられるＡ相第一振動素子Ａ１及びＡ相第二振動素子Ａ２と、分極され且つ電圧が印加されるとたわみ振動を発生可能な第一圧電素子部１１又は第二圧電素子部１２を有し、ステータ２に対して第一圧電素子部１１又は第二圧電素子部１２のたわみ振動を伝達可能に接触して設けられるＢ相第一振動素子Ｂ１及びＢ相第二振動素子Ｂ２とを備え、第一圧電素子部１１及び第二圧電素子部１２は、電圧の印加時に撓む方向と異なる方向に分極され、回転子１は、Ａ相第一振動素子Ａ１及びＡ相第二振動素子Ａ２並びにＢ相第一振動素子Ｂ１及びＢ相第二振動素子Ｂ２からステータ２に伝達したたわみ振動によって形成される進行波が発生するステータ２の爪部２ｃと接触する。
【００６３】
このとき、Ａ相第一振動素子Ａ１及びＡ相第二振動素子Ａ２並びにＢ相第一振動素子Ｂ１及びＢ相第二振動素子Ｂ２からステータ２にたわみ振動を加える方向と、第一圧電素子部１１及び第二圧電素子部１２の分極方向とが異なる。そして、第一圧電素子部１１及び第二圧電素子部１２に対して、たわみ振動時に内部に発生する引張応力を低減する場合、分極方向から圧縮力を付与すればよい。よって、圧縮力を付与する部材は、ステータ２とＡ相第一振動素子Ａ１及びＡ相第二振動素子Ａ２並びにＢ相第一振動素子Ｂ１及びＢ相第二振動素子Ｂ２とが積層される方向（積層方向）と異なる方向に配置することができるため、振動アクチュエータ１０１がこの積層方向に大型化することを抑えることが可能になる。従って、振動アクチュエータ１０１は、発生する引張応力を低減することにより第一圧電素子部１１及び第二圧電素子部１２への印加電圧を増大させてその回転駆動力を増大させることを可能にすると共に、振動アクチュエータ１０１の回転軸方向の小型化を図ることを可能にする。
【００６４】
また、振動アクチュエータ１０１は、Ａ相に、第一圧電素子部１１又は第二圧電素子部１２と、第一圧電素子部１１又は第二圧電素子部１２を挟むようにして設けられる第一共振部材１３及び第二共振部材１４と、第一共振部材１３及び第二共振部材１４を連結する締結ねじ１５とを有するＡ相第一振動素子Ａ１及びＡ相第二振動素子Ａ２を備える。さらに、振動アクチュエータ１０１は、Ｂ相に、第一圧電素子部１１又は第二圧電素子部１２と、第一圧電素子部１１又は第二圧電素子部１２を挟むようにして設けられる第一共振部材１３及び第二共振部材１４と、第一共振部材１３及び第二共振部材１４を連結する締結ねじ１５とを有するＢ相第一振動素子Ｂ１及びＢ相第二振動素子Ｂ２を備える。そして、Ａ相第一振動素子Ａ１及びＡ相第二振動素子Ａ２は、ステータ２に沿って、第一共振部材１３、第一圧電素子部１１又は第二圧電素子部１２、及び第二共振部材１４が並ぶようにして配置され、Ｂ相第一振動素子Ｂ１及びＢ相第二振動素子Ｂ２は、ステータ２に沿って、第一共振部材１３、第一圧電素子部１１又は第二圧電素子部１２、及び第二共振部材１４が並ぶようにして配置される。
【００６５】
これによって、第一共振部材１３及び第二共振部材１４は、第一圧電素子部１１及び第二圧電素子部１２を拘束しさらに締め付けることによってこれらに圧縮力を付与することができるため、膨張時に第一圧電素子部１１及び第二圧電素子部１２に発生する引張応力を低減しさらには引張応力を発生させなくすることもできる。よって、第一圧電素子部１１及び第二圧電素子部１２に印加する電圧を高くすることができるため、振動アクチュエータ１０１の回転駆動力をより増大させることが可能になる。さらに、第一共振部材１３、第一圧電素子部１１又は第二圧電素子部１２、及び第二共振部材１４は、ステータ２に沿って並ぶようにして配置されるため、回転子１及びステータ２の積層方向である回転子１の軸部１ａの軸方向において、Ａ相第一振動素子Ａ１及びＡ相第二振動素子Ａ２、並びにＢ相第一振動素子Ｂ１及びＢ相第二振動素子Ｂ２の厚さを小さく抑えることができる。よって、振動アクチュエータ１０１は、扁平形状で製作することができる。さらに、回転子１及びステータ２の大きさに合わせて、Ａ相第一振動素子Ａ１、Ａ相第二振動素子Ａ２、Ｂ相第一振動素子Ｂ１及びＢ相第二振動素子Ｂ２の数量を変更することによって、回転子１及びステータ２の大きさが変わる毎にその大きさを変えることなく、回転子１を回転駆動することができる。よって、同形状のＡ相第一振動素子Ａ１、Ａ相第二振動素子Ａ２、Ｂ相第一振動素子Ｂ１及びＢ相第二振動素子Ｂ２の汎用性を向上させ、製作コストを低減することが可能になる。
【００６６】
また、第一圧電素子部１１及び第二圧電素子部１２は、電圧が印加されると膨張又は収縮し且つ互いに異なる動きをするように分極された第一圧電素子１０ａ及び第二圧電素子１０ｂを有し、第一共振部材１３及び第二共振部材１４は、第一圧電素子１０ａ及び第二圧電素子１０ｂが膨張又は収縮する方向から第一圧電素子部１１又は第二圧電素子部１２を挟む。このとき、第一圧電素子１０ａ及び第二圧電素子１０ｂが互いに異なる膨張動作及び収縮動作をすることによって、第一圧電素子部１１及び第二圧電素子部１２は、分極方向と異なる方向に撓む動作を行うことができる。さらに、第一圧電素子１０ａ及び第二圧電素子１０ｂは、膨張する方向と反対方向から第一共振部材１３及び第二共振部材１４による圧縮力を受けるため、引張応力による破損を低減することが可能になる。
【００６７】
また、Ａ相第一振動素子Ａ１及びＡ相第二振動素子Ａ２とＢ相第一振動素子Ｂ１及びＢ相第二振動素子Ｂ２とは、Ａ相第一振動素子Ａ１及びＡ相第二振動素子Ａ２からステータ２に伝達するたわみ振動とＢ相第一振動素子Ｂ１及びＢ相第二振動素子Ｂ２からステータ２に伝達するたわみ振動とがそれぞれ、ステータ２に別個の第一定在波及び第二定在波を形成するように、定在波の１／４波長に相当する中心角γの間隔を互いにあけて設けられる。このとき、第一定在波及び第二定在波が別個に形成されるため、Ａ相第一振動素子Ａ１及びＡ相第二振動素子Ａ２とＢ相第一振動素子Ｂ１及びＢ相第二振動素子Ｂ２とに印加する交流電圧の位相をずらすようにして調節することにより、第一定在波及び第二定在波が、ステータ２に進行波を効果的に形成することが可能になる。
ステータ２は円筒状すなわち環状であり、Ａ相第一振動素子Ａ１及びＡ相第二振動素子Ａ２、並びにＢ相第一振動素子Ｂ１及びＢ相第二振動素子Ｂ２は、ステータ２に沿って環状に配置される。ステータ２が環状であることによって、Ａ相第一振動素子Ａ１及びＡ相第二振動素子Ａ２、並びにＢ相第一振動素子Ｂ１及びＢ相第二振動素子Ｂ２から伝達したたわみ振動は、ステータ２の円周に沿って全体に伝播する。よって、Ａ相第一振動素子Ａ１とＢ相第一振動素子Ｂ１が少なくとも１つずつあれば、ステータ２全体に進行波を発生させることができるため、コストを低減することが可能になる。
【００６８】
また、実施の形態１の振動アクチュエータ１０１では、ステータ２において、Ａ相第一振動素子Ａ１及びＡ相第二振動素子Ａ２によって円環４次モードの第一定在波を形成し、Ｂ相第一振動素子Ｂ１及びＢ相第二振動素子Ｂ２によって円環４次モードの第二定在波を形成していたが、これに限定されるものでなく、以下のような変形例を挙げることができる。
【００６９】
（変形例１）
図８に示すように、ステータ２に対して、１つのＡ相振動素子Ａ２１と、１つのＢ相振動素子Ｂ２１とを配置し、Ａ相振動素子Ａ２１及びＢ相振動素子Ｂ２１のそれぞれによって円環４次モードの第一定在波及び第二定在波を形成するようにしてもよい。
このとき、Ａ相振動素子Ａ２１は、中心点Ｃ２を中心として中心角α（αはπ／２ラジアンである）とするステータ２の下面２ｄの領域の端部から端部まで及ぶように位置し、Ｂ相振動素子Ｂ２１は、中心点Ｃ２を中心として中心角β（βはπ／２ラジアンである）とするステータ２の下面２ｄの領域の端部から端部まで及ぶように位置している。そして、Ａ相振動素子Ａ２１及びＢ相振動素子Ｂ２１はいずれも、第一共振部材１３、第一圧電素子部１１、第二共振部材１４、並びに、第一共振部材１３及び第二共振部材１４を第一圧電素子部１１に対して押し付けて一体にする締結ねじ２１５によって構成されている。
【００７０】
Ａ相振動素子Ａ２１は、交流電圧が印加されると、ステータ２の下面２ｄにおける中心角α（π／２ラジアン）の領域を１つの波長とする下面２ｄの周方向に沿った第一定在波を形成し、この第一定在波は、ステータ２の全周では４つの波長を形成する円環４次モードの定在波となる。同様に、Ｂ相振動素子Ｂ２１は、交流電圧が印加されると、ステータ２の下面２ｄにおける中心角β（π／２ラジアン）の領域を１つの波長とする下面２ｄの周方向に沿った第二定在波を形成し、この第二定在波は、ステータ２の全周では４つの波長を形成する円環４次モードの定在波となる。
【００７１】
さらに、紙面上で時計回りにＡ相振動素子Ａ２１からＢ相振動素子Ｂ２１に向かう方向にあるＡ相振動素子Ａ２１とＢ相振動素子Ｂ２１との間の間隙領域について、その中心角γを３／８πラジアンとすると、Ａ相振動素子Ａ２１に交流電圧ｖａ（式１参照）、Ｂ相振動素子Ｂ２１に交流電圧ｖｂ（式２参照）を印加することによって、位相θの位置のステータ２の変位が式５に示す変位ｕとなる進行波が、ステータ２に発生する。
【００７２】
また、ステータ２において、Ａ相第一振動素子Ａ１及びＡ相第二振動素子Ａ２によって形成される第一定在波、並びに、Ｂ相第一振動素子Ｂ１及びＢ相第二振動素子Ｂ２によって形成される第二定在波は、円環４次モードの定在波に限定されるものでなく、以下のような変形例を挙げることができる。
【００７３】
（変形例２）
図９に示すように、ステータ２に対して、中心点Ｃ２を中心として中心角α１（α１はπ／２ラジアンである）とするステータ２の下面２ｄの領域の端部から端部までほぼ及ぶようにＡ相第一振動素子Ａ２１を配置し、Ａ相第一振動素子Ａ２１に隣接させ且つ中心角α２（α２はπ／２ラジアンである）とするステータ２の下面２ｄの領域の端部から端部までほぼ及ぶようにＡ相第二振動素子Ａ２２を配置する。さらに、ステータ２に対して、中心点Ｃ２を中心として中心角β１（β１はπ／２ラジアンである）とするステータ２の下面２ｄの領域の端部から端部までほぼ及ぶようにＢ相第一振動素子Ｂ２１を配置し、Ｂ相第一振動素子Ｂ２１に隣接させ且つ中心角β２（β２はπ／２ラジアンである）とするステータ２の下面２ｄの領域の端部から端部までほぼ及ぶようにＢ相第二振動素子Ｂ２２を配置する。そして、Ａ相第一振動素子Ａ２１とＢ相第一振動素子Ｂ２１とを間隙を介して隣接させ、Ａ相第二振動素子Ａ２２とＢ相第二振動素子Ｂ２２とを間隙を介して隣接させる。
【００７４】
なお、Ａ相第一振動素子Ａ２１及びＢ相第一振動素子Ｂ２１は、上述のＡ相振動素子Ａ２１及びＢ相振動素子Ｂ２１と同様の構成を有している。一方、Ａ相第二振動素子Ａ２２及びＢ相第二振動素子Ｂ２２はいずれも、第一共振部材１３、第二圧電素子部１２、第二共振部材１４、並びに、第一共振部材１３及び第二共振部材１４を第二圧電素子部１２に対して押し付けて一体にする締結ねじ２１５によって構成されている。
【００７５】
Ａ相第一振動素子Ａ２１は、交流電圧が印加されると、ステータ２の下面２ｄにおける中心角α１（π／２ラジアン）の領域を半波長とする下面２ｄの周方向に沿った定在波の一部を形成し、Ａ相第二振動素子Ａ２２は、下面２ｄにおける中心角α２（π／２ラジアン）の領域を半波長とする下面２ｄの周方向に沿った定在波の一部を形成する。よって、Ａ相第一振動素子Ａ２１及びＡ相第二振動素子Ａ２２によって、ステータ２の下面２ｄにおける中心角をπラジアンとする領域を１つの波長とする下面２ｄの周方向に沿った第一定在波が形成され、この第一定在波は、ステータ２の全周では２つの波長を形成する円環２次モードの定在波となる。
【００７６】
同様に、交流電圧が印加されると、Ｂ相第一振動素子Ｂ２１及びＢ相第二振動素子Ｂ２２によって、ステータ２の下面２ｄにおける中心角をπラジアンとする領域を１つの波長とする下面２ｄの周方向に沿った第二定在波が形成され、この第二定在波は、ステータ２の全周では２つの波長を形成する円環２次モードの定在波となる。
そして、Ａ相第一振動素子Ａ２１及びＡ相第二振動素子Ａ２２からなるＡ相と、Ｂ相第一振動素子Ｂ２１及びＢ相第二振動素子Ｂ２２からなるＢ相とに印加する交流電圧の位相差を調節することによって、ステータ２に進行波を発生させることができる。なお、印加する交流電圧の周波数が同一の場合、定在波の円環モードの次数を減少させることで、進行波の進行速度が増加して回転子１の回転速度が増加し、その次数を増加させることで進行波の進行速度が減少して回転子１の回転速度が減少する。
【００７７】
実施の形態２．
この発明の実施の形態２に係る振動アクチュエータ２０１は、実施の形態１において、ステータ２の下面２ｄの周方向である中心線ＣＬ２に沿って、第一共振部材１３、第一圧電素子部１１及び第二共振部材１４が順次並ぶように配置されていたＡ相第一振動素子Ａ１及びＢ相第一振動素子Ｂ１、並びに、第一共振部材１３、第二圧電素子部１２及び第二共振部材１４が順次並ぶように配置されていたＡ相第二振動素子Ａ２及びＢ相第二振動素子Ｂ２を、下面２ｄの周方向と垂直な方向に沿って並ぶように配置したものである。
なお、以下の実施の形態において、前出した図における参照符号と同一の符号は、同一または同様な構成要素であるので、その詳細な説明は省略する。
【００７８】
図１０を参照すると、振動アクチュエータ２０１のステータ２の下面２ｄにおいて、Ａ相第一振動素子Ａ１は、締結ねじ１５の軸方向となる中心軸Ａ１ＣＬが下面２ｄの周方向と垂直な方向、すなわち、中心点Ｃ２に向かう方向となるように方向付けられている。さらに、Ａ相第一振動素子Ａ１は、中心軸Ａ１ＣＬが中心点Ｃ２を中心とする中心角α１（α１はπ／４ラジアンである）の領域Ｄ１の中央を通り且つ第一圧電素子部１１が領域Ｄ１内にあるように位置付けられている。このため、中心点Ｃ２を中心とした中心軸Ａ１ＣＬと領域Ｄ１の端部とによる中心角はα１／２（０．５α１）となる。
【００７９】
また、下面２ｄにおいて、Ａ相第二振動素子Ａ２は、その締結ねじ１５の軸方向となる中心軸Ａ２ＣＬが中心点Ｃ２に向かう方向となるように方向付けられ、さらに、中心軸Ａ２ＣＬが中心角α２（α２はπ／４ラジアンである）の領域Ｄ２の中央を通り且つ第二圧電素子部１２が領域Ｄ２内にあるように位置付けられている。このため、中心点Ｃ２を中心とした中心軸Ａ２ＣＬと領域Ｄ２の端部とによる中心角はα２／２（０．５α２）となる。
【００８０】
また、下面２ｄにおいて、Ｂ相第一振動素子Ｂ１は、その締結ねじ１５の軸方向となる中心軸Ｂ１ＣＬが中心点Ｃ２に向かう方向となるように方向付けられ、さらに、中心軸Ｂ１ＣＬが中心角β１（β１はπ／４ラジアンである）の領域Ｄ３の中央を通り且つ第一圧電素子部１１が領域Ｄ３内にあるように位置付けられている。このため、中心点Ｃ２を中心とした中心軸Ｂ１ＣＬと領域Ｄ３の端部とによる中心角はβ１／２（０．５β１）となる。
さらに、下面２ｄにおいて、Ｂ相第二振動素子Ｂ２は、その締結ねじ１５の軸方向となる中心軸Ｂ２ＣＬが中心点Ｃ２に向かう方向となるように方向付けられ、さらに、中心軸Ｂ２ＣＬが中心角β２（β２はπ／４ラジアンである）の領域Ｄ４の中央を通り且つ第二圧電素子部１２が領域Ｄ４内にあるように位置付けられている。このため、中心点Ｃ２を中心とした中心軸Ｂ２ＣＬと領域Ｄ４の端部とによる中心角はβ２／２（０．５β２）となる。
また、領域Ｄ１及び領域Ｄ３の間の領域Ｄ５の中心角γは、π／８ラジアンである。
【００８１】
これにより、Ａ相第一振動素子Ａ１及びＡ相第二振動素子Ａ２は、交流電圧が印加されると互いに反対方向に変形するたわみ振動を発生するため、ステータ２の下面２ｄにおける中心角α１＋α２（α１＋α２はπ／２ラジアンである）の領域Ｄ１＋領域Ｄ２を１つの波長とする下面２ｄの周方向に沿った第一定在波を、ステータ２に形成する。よって、Ａ相第一振動素子Ａ１及びＡ相第二振動素子Ａ２は、ステータ２の全周で４つの波長を形成する円環４次モードの第一定在波を発生し、この第一定在波は、実施の形態１でステータ２に形成される第一定在波と同様のものである。
【００８２】
また、Ｂ相第一振動素子Ｂ１及びＢ相第二振動素子Ｂ２も同様に、交流電圧が印加されると互いに反対方向に変形するたわみ振動を発生するため、ステータ２の下面２ｄにおける中心角β１＋β２（β１＋β２はπ／２ラジアンである）の領域Ｄ３＋領域Ｄ４を１つの波長とする下面２ｄの周方向に沿った第二定在波を、ステータ２に形成する。よって、Ｂ相第一振動素子Ｂ１及びＢ相第二振動素子Ｂ２は、ステータ２の全周で４つの波長を形成する円環４次モードの第二定在波を発生し、この第二定在波は、実施の形態１でステータ２に形成される第二定在波と同様のものである。
【００８３】
従って、ステータ２には、実施の形態１と同様にして、第一定在波及び第二定在波の複合波である進行波が発生する。
また、この発明の実施の形態２に係る振動アクチュエータ２０１のその他の構成及び動作は、実施の形態１と同様であるため、説明を省略する。
【００８４】
このように、実施の形態２に係る振動アクチュエータ２０１において、上記実施の形態１の振動アクチュエータ１０１と同様な効果が得られる。
また、振動アクチュエータ２０１のように、Ａ相第一振動素子Ａ１、Ａ相第二振動素子Ａ２、Ｂ相第一振動素子Ｂ１、Ｂ相第二振動素子Ｂ２は、ステータ２の下面２ｄの周方向に垂直な方向に沿うように配置されることによって互いに干渉しにくくなるため、それぞれの大きさによって配置上の制約を受けにくくなる。よって、Ａ相第一振動素子Ａ１、Ａ相第二振動素子Ａ２、Ｂ相第一振動素子Ｂ１、Ｂ相第二振動素子Ｂ２は、ステータ２の大きさが変わる毎にその大きさを変える必要がなく様々な大きさのステータに対して使用することができるため、汎用性が向上し製作コストを低減することが可能になる。
【００８５】
実施の形態３．
この発明の実施の形態３に係る振動アクチュエータ３０１は、実施の形態１において、ステータ２の上方向に回転子１を配置し、ステータ２の下方向にＡ相第一振動素子Ａ１、Ａ相第二振動素子Ａ２、Ｂ相第一振動素子Ｂ１及びＢ相第二振動素子Ｂ２を配置していたものを、ステータ３２の外側に回転子３１を配置し、ステータ３２の内側にＡ相第一振動素子Ａ３１、Ａ相第二振動素子Ａ３２、Ｂ相第一振動素子Ｂ３１及びＢ相第二振動素子Ｂ３２を配置するようにしたものである。
【００８６】
図１１を参照すると、振動アクチュエータ３０１は、略円筒状のステータ３２を有している。ステータ３２の円筒状の外周面３２ａには、溝３２ｂが複数形成され、それによって外周面３２ａの外側に向かって突出する複数の爪部３２ｃが形成されている。
さらに、振動アクチュエータ３０１は、ステータ３２の外周面３２ａを取り囲む略円筒状をした回転子３１を有している。回転子３１は、その円筒状の内周面３１ｂｂをステータ３２の爪部３２ｃに接触させている。
【００８７】
また、振動アクチュエータ３０１は、ステータ３２の円筒状の内周面３２ｄに接合させたＡ相第一振動素子Ａ３１、Ａ相第二振動素子Ａ３２、Ｂ相第一振動素子Ｂ３１及びＢ相第二振動素子Ｂ３２を有している。
さらに、振動アクチュエータ３０１は、Ａ相第一振動素子Ａ３１、Ａ相第二振動素子Ａ３２、Ｂ相第一振動素子Ｂ３１及びＢ相第二振動素子Ｂ３２のそれぞれにおけるステータ３２と反対側の側面に接合させた円筒状の支持部材３３を有している。
【００８８】
Ａ相第一振動素子Ａ３１、Ａ相第二振動素子Ａ３２、Ｂ相第一振動素子Ｂ３１及びＢ相第二振動素子Ｂ３２はそれぞれ、ステータ３２の内周面３２ｄ及び支持部材３３の円筒状の外周面３３ａに整合し、ステータ３２の内周面３２ｄに周方向に沿う形状を有している。
【００８９】
Ａ相第一振動素子Ａ３１は、ステータ３２の内周面３２ｄに沿って順次並ぶように配置した第一共振部材３１３、第一圧電素子部３１１及び第二共振部材３１４を有し、第一共振部材３１３、第一圧電素子部３１１及び第二共振部材３１４を、ステータ３２の円筒軸となる中心軸Ｃ３２を中心とした中心角α１（α１はπ／４ラジアンである）の領域内における内周面３２ｄと、周方向全域にわたり接触させている。第一共振部材３１３及び第二共振部材３１４はそれぞれ、第一圧電素子部３１１を貫通する締結ねじ３１５と螺合し、締め付けられることによって、第一圧電素子部３１１に押し付けられて第一圧電素子部３１１と一体となっている。
【００９０】
第一圧電素子部３１１は、実施の形態１の第一圧電素子１０ａ及び第二圧電素子１０ｂとそれぞれ同様の第一圧電素子３１０ａ及び第二圧電素子３１０ｂを、締結ねじ３１５を境界として、ステータ３２の内周面３２ｄ及び支持部材３３の外周面３３ａに向かう方向に離れるような形状で有している。第一圧電素子３１０ａ及び第二圧電素子３１０ｂは、締結ねじ３１５の軸方向に互いに逆極性となるように分極されている。そして、第一圧電素子３１０ａは、ステータ３２の内周面３２ｄと接触し、第二圧電素子３１０ｂは、支持部材３３の外周面３３ａと接触している。
【００９１】
Ａ相第二振動素子Ａ３２も、Ａ相第一振動素子Ａ３１と同様にして、ステータ３２の内周面３２ｄに沿って順次並ぶように配置した第一共振部材３１３、第二圧電素子部３１２及び第二共振部材３１４を有しており、その第一共振部材３１３をＡ相第一振動素子Ａ３１の第二共振部材３１４に隣接させて配置されている。さらに、Ａ相第二振動素子Ａ３２は、第一共振部材３１３、第二圧電素子部３１２及び第二共振部材３１４を、中心軸Ｃ３２を中心とした中心角α２（α２はπ／４ラジアンである）の領域内におけるステータ３２の内周面３２ｄと、周方向全域にわたり接触させている。第一共振部材３１３及び第二共振部材３１４はそれぞれ、第二圧電素子部３１２を貫通する締結ねじ３１５と螺合し、締め付けられることによって、第二圧電素子部３１２に押し付けられて第二圧電素子部３１２と一体となっている。
【００９２】
また、第二圧電素子部３１２は、第一圧電素子部３１１と同様にして、第一圧電素子３１０ａ及び第二圧電素子３１０ｂを有しているが、第二圧電素子３１０ｂがステータ３２の内周面３２ｄと接触し、第一圧電素子３１０ａが支持部材３３の外周面３３ａと接触するようにして配置されている。
【００９３】
このため、Ａ相を構成するＡ相第一振動素子Ａ３１及びＡ相第二振動素子Ａ３２に同じ電圧が印加されると、例えば、第一圧電素子部３１１の第一圧電素子３１０ａがステータ３２の内周面３２ｄの周方向に沿った方向Ｐに膨張する共に、第一圧電素子部３１１の第二圧電素子３１０ｂが内周面３２ｄの周方向に沿った方向Ｑに収縮する。同時に、第二圧電素子部３１２の第二圧電素子３１０ｂが内周面３２ｄの周方向に沿った方向Ｑに収縮する共に、第二圧電素子部３１２の第一圧電素子３１０ａが内周面３２ｄの周方向に沿った方向Ｐに膨張する。これにより、Ａ相第一振動素子Ａ３１は、ステータ３２に向かって突出するように撓み、Ａ相第二振動素子Ａ３２は、支持部材３３に向かって突出するように撓み、互いに反対の方向の変形挙動を行う。
【００９４】
よって、Ａ相第一振動素子Ａ３１及びＡ相第二振動素子Ａ３２は、同じ交流電圧が印加されて、ステータ３２に向かう方向又は支持部材３３に向かう方向に交互に互いに反対方向に撓むたわみ振動を発生する。
このとき、Ａ相第一振動素子Ａ３１及びＡ相第二振動素子Ａ３２は、ステータ３２における中心角α１＋α２（α１＋α２はπ／２ラジアンである）の領域を１つの波長としたステータ３２の内周面３２ｄの周方向に沿った第一定在波を、ステータ３２に形成する。 従って、Ａ相第一振動素子Ａ３１及びＡ相第二振動素子Ａ３２は、ステータ３２の全周で４つの波長を形成する円環４次モードの第一定在波を発生する。なお、第一定在波は、回転子３１に向かう方向及び支持部材３３に向かう方向に振幅するものである。
【００９５】
また、Ｂ相第一振動素子Ｂ３１は、Ａ相第一振動素子Ａ３１と同様の構成を有し、Ｂ相第二振動素子Ｂ３２は、Ａ相第二振動素子Ａ３２と同様の構成を有している。
つまり、Ｂ相第一振動素子Ｂ３１は、第一共振部材３１３、第一圧電素子部３１１、第二共振部材３１４、及び締結ねじ３１５によって構成され、第一共振部材３１３、第一圧電素子部３１１及び第二共振部材３１４を、中心軸Ｃ３２を中心とした中心角β１（β１はπ／４ラジアンである）の領域内におけるステータ３２の内周面３２ｄと、周方向全域にわたり接触させている。そして、第一圧電素子部３１１では、第一圧電素子３１０ａがステータ３２の内周面３２ｄと接触し、第二圧電素子３１０ｂが支持部材３３の外周面３３ａと接触している。
【００９６】
また、Ｂ相第二振動素子Ｂ３２は、第一共振部材３１３、第二圧電素子部３１２、第二共振部材３１４、及び締結ねじ３１５によって構成され、その第一共振部材３１３をＢ相第一振動素子Ｂ３１の第二共振部材３１４に隣接させて配置されている。さらに、Ｂ相第二振動素子Ｂ３２は、第一共振部材３１３、第二圧電素子部３１２及び第二共振部材３１４を、中心軸Ｃ３２を中心とした中心角β２（β２はπ／４ラジアンである）の領域内におけるステータ３２の内周面３２ｄと、周方向全域にわたり接触させている。そして、第二圧電素子部３１２では、第二圧電素子３１０ｂがステータ３２の内周面３２ｄと接触し、第一圧電素子３１０ａが支持部材３３の外周面３３ａと接触している。
【００９７】
よって、Ｂ相を構成するＢ相第一振動素子Ｂ３１及びＢ相第二振動素子Ｂ３２は、同じ交流電圧が印加されて、互いに反対方向に撓む変形挙動を行うことによって、ステータ３２に向かう方向又は支持部材３３に向かう方向に交互に互いに反対方向に撓むたわみ振動を発生する。
このとき、Ｂ相第一振動素子Ｂ３１及びＢ相第二振動素子Ｂ３２は、ステータ３２における中心角β１＋β２（β１＋β２はπ／２ラジアンである）の領域を１つの波長としたステータ３２の内周面３２ｄの周方向に沿った第二定在波を、ステータ３２に形成する。 従って、Ｂ相第一振動素子Ｂ３１及びＢ相第二振動素子Ｂ３２は、ステータ３２の全周で４つの波長を形成する円環４次モードの第二定在波を発生する。なお、第二定在波は、回転子３１に向かう方向及び支持部材３３に向かう方向に振幅するものである。
【００９８】
また、Ａ相第一振動素子Ａ３１とＢ相第一振動素子Ｂ３１とは、ステータ３２の内周面３２ｄにおいて、中心軸Ｃ３２を中心とする中心角γ（γはπ／８ラジアンである）の領域に相当する間隔があけられて配置されている。このため、第一定在波及び第二定在波は、ステータ３２において、１／４波長ずれた状態で形成される。
よって、ステータ３２には、実施の形態１と同様にして、第一定在波及び第二定在波の複合波である進行波が発生する。さらに、発生した進行波によって、ステータ３２の爪部３２ｃの先端には、中心軸Ｃ３２方向の軸を中心に回る楕円振動が発生し、爪部３２ｃは、その先端に発生した楕円振動によって、回転子３１の内周面３１ｂｂを引っ掻くように動作して回転子３１を周方向に回転させる。
【００９９】
また、この発明の実施の形態３に係る振動アクチュエータ３０１のその他の構成及び動作は、実施の形態１と同様であるため、説明を省略する。
このように、実施の形態３に係る振動アクチュエータ３０１において、上記実施の形態１の振動アクチュエータ１０１と同様な効果が得られる。
【０１００】
実施の形態４．
この発明の実施の形態４に係る振動アクチュエータ４０１は、実施の形態３における回転子３１とＡ相第一振動素子Ａ３１、Ａ相第二振動素子Ａ３２、Ｂ相第一振動素子Ｂ３１及びＢ相第二振動素子Ｂ３２との配置を逆にしたもので、ステータ４２の内側に回転子４１を配置し、ステータ４２の外側にＡ相第一振動素子Ａ４１、Ａ相第二振動素子Ａ４２、Ｂ相第一振動素子Ｂ４１及びＢ相第二振動素子Ｂ４２を配置していたものである。
【０１０１】
図１２を参照すると、振動アクチュエータ４０１は、略円筒状のステータ４２を有している。ステータ４２の円筒状の内周面４２ａには、溝４２ｂが複数形成され、それによって内周面４２ａの内側に向かって突出する複数の爪部４２ｃが形成されている。
さらに、振動アクチュエータ４０１は、ステータ４２の爪部４２ｃにその外周面４１ｂｂを接触させている略円柱状の回転子４１を有している。
【０１０２】
また、振動アクチュエータ４０１は、ステータ４２の円筒状の外周面４２ｄに接合させたＡ相第一振動素子Ａ４１、Ａ相第二振動素子Ａ４２、Ｂ相第一振動素子Ｂ４１及びＢ相第二振動素子Ｂ４２を有している。
さらに、振動アクチュエータ４０１は、Ａ相第一振動素子Ａ４１、Ａ相第二振動素子Ａ４２、Ｂ相第一振動素子Ｂ４１及びＢ相第二振動素子Ｂ４２のそれぞれにおけるステータ４２と反対側の側面に接合させた円筒状の支持部材４３を有している。
【０１０３】
Ａ相第一振動素子Ａ４１、Ａ相第二振動素子Ａ４２、Ｂ相第一振動素子Ｂ４１及びＢ相第二振動素子Ｂ４２はそれぞれ、ステータ４２の外周面４２ｄ及び支持部材４３の円筒状の内周面４３ａに整合し、ステータ４２の外周面４２ｄに周方向に沿う形状を有している。
【０１０４】
Ａ相第一振動素子Ａ４１は、ステータ４２の外周面４２ｄに沿って順次並ぶように配置した第一共振部材４１３、第一圧電素子部４１１及び第二共振部材４１４を有し、第一共振部材４１３、第一圧電素子部４１１及び第二共振部材４１４を、ステータ４２の円筒軸となる中心軸Ｃ４２を中心とした中心角α１（α１はπ／４ラジアンである）の領域内における外周面４２ｄと、周方向全域にわたり接触させている。第一共振部材４１３及び第二共振部材４１４はそれぞれ、第一圧電素子部４１１を貫通する締結ねじ４１５と螺合し、締め付けられることによって、第一圧電素子部４１１に押し付けられて第一圧電素子部４１１と一体となっている。
【０１０５】
第一圧電素子部４１１は、実施の形態３の第一圧電素子部３１１と同様にして、第一圧電素子４１０ａ及び第二圧電素子４１０ｂを有している。第一圧電素子４１０ａ及び第二圧電素子４１０ｂは、締結ねじ４１５を境界として、ステータ４２の外周面４２ｄ及び支持部材４３の内周面４３ａに向かう方向に離れるような形状を有し、締結ねじ４１５の軸方向に互いに逆極性となるように分極されている。そして、第一圧電素子４１０ａは、ステータ４２の外周面４２ｄと接触し、第二圧電素子４１０ｂは、支持部材４３の内周面４３ａと接触している。
【０１０６】
Ａ相第二振動素子Ａ４２も、Ａ相第一振動素子Ａ４１と同様にして、ステータ４２の外周面４２ｄに沿って順次並ぶように配置した第一共振部材４１３、第二圧電素子部４１２及び第二共振部材４１４を有しており、その第一共振部材４１３をＡ相第一振動素子Ａ４１の第二共振部材４１４に隣接させて配置されている。さらに、Ａ相第二振動素子Ａ４２は、第一共振部材４１３、第二圧電素子部４１２及び第二共振部材４１４を、中心軸Ｃ４２を中心とした中心角α２（α２はπ／４ラジアンである）の領域内におけるステータ４２の外周面４２ｄと、周方向全域にわたり接触させている。第一共振部材４１３及び第二共振部材４１４はそれぞれ、第二圧電素子部４１２を貫通する締結ねじ４１５と螺合し、締め付けられることによって、第二圧電素子部４１２に押し付けられて第二圧電素子部４１２と一体となっている。
【０１０７】
また、第二圧電素子部４１２は、第一圧電素子部４１１と同様にして、第一圧電素子４１０ａ及び第二圧電素子４１０ｂを有しているが、第二圧電素子４１０ｂがステータ４２の外周面４２ｄと接触し、第一圧電素子４１０ａが支持部材４３の内周面４３ａと接触するようにして配置されている。
【０１０８】
このため、Ａ相を構成するＡ相第一振動素子Ａ４１及びＡ相第二振動素子Ａ４２に同じ電圧が印加されると、第一圧電素子部４１１及び第二圧電素子部４１２それぞれの第一圧電素子４１０ａ及び第二圧電素子４１０ｂが、ステータ４２の外周面４２ｄの周方向に沿った方向Ｐへの膨張動作又は方向Ｑへの収縮動作を行うが、互いに反対の挙動を行う。これにより、Ａ相第一振動素子Ａ４１及びＡ相第二振動素子Ａ４２は、ステータ４２に向かう方向又は支持部材４３に向かう方向へ撓み、さらに互いに反対方向に撓む変形挙動を行う。
【０１０９】
よって、Ａ相第一振動素子Ａ４１及びＡ相第二振動素子Ａ４２は、交流電圧が印加されて、ステータ４２に向かう方向又は支持部材４３に向かう方向に交互に互いに反対方向に撓むたわみ振動を発生する。
このとき、Ａ相第一振動素子Ａ４１及びＡ相第二振動素子Ａ４２は、ステータ４２における中心角α１＋α２（α１＋α２はπ／２ラジアンである）の領域を１つの波長としたステータ４２の外周面４２ｄの周方向に沿った第一定在波を、ステータ４２に形成する。 従って、Ａ相第一振動素子Ａ４１及びＡ相第二振動素子Ａ４２は、ステータ４２の全周で４つの波長を形成する円環４次モードの第一定在波を発生する。なお、第一定在波は、回転子４１に向かう方向及び支持部材４３に向かう方向に振幅するものである。
【０１１０】
また、Ｂ相第一振動素子Ｂ４１は、Ａ相第一振動素子Ａ４１と同様の構成を有し、Ｂ相第二振動素子Ｂ４２は、Ａ相第二振動素子Ａ４２と同様の構成を有している。
つまり、Ｂ相第一振動素子Ｂ４１は、第一共振部材４１３、第一圧電素子部４１１、第二共振部材４１４、及び締結ねじ４１５によって構成され、第一共振部材４１３、第一圧電素子部４１１及び第二共振部材４１４を、中心軸Ｃ４２を中心とした中心角β１（β１はπ／４ラジアンである）の領域内におけるステータ４２の外周面４２ｄと、周方向全域にわたり接触させている。そして、第一圧電素子部４１１では、第一圧電素子４１０ａが、ステータ４２の外周面４２ｄと接触し、第二圧電素子４１０ｂが、支持部材４３の内周面４３ａと接触している。
【０１１１】
また、Ｂ相第二振動素子Ｂ４２は、第一共振部材４１３、第二圧電素子部４１２、第二共振部材４１４、及び締結ねじ４１５によって構成され、その第一共振部材４１３をＢ相第一振動素子Ｂ４１の第二共振部材４１４に隣接させて配置されている。さらに、Ｂ相第二振動素子Ｂ４２は、第一共振部材４１３、第二圧電素子部４１２及び第二共振部材４１４を、中心軸Ｃ４２を中心とした中心角β２（β２はπ／４ラジアンである）の領域内におけるステータ４２の外周面４２ｄと、周方向全域にわたり接触させている。そして、第二圧電素子部４１２では、第二圧電素子４１０ｂが、ステータ４２の外周面４２ｄと接触し、第一圧電素子４１０ａが、支持部材４３の内周面４３ａと接触している。
【０１１２】
よって、Ｂ相を構成するＢ相第一振動素子Ｂ４１及びＢ相第二振動素子Ｂ４２は、交流電圧が印加されて、互いに反対方向の撓む変形挙動を行うことによって、ステータ４２に向かう方向又は支持部材４３に向かう方向に交互に互いに反対方向に撓むたわみ振動を発生する。
このとき、Ｂ相第一振動素子Ｂ４１及びＢ相第二振動素子Ｂ４２は、ステータ４２における中心角β１＋β２（β１＋β２はπ／２ラジアンである）の領域を１つの波長としたステータ４２の外周面４２ｄの周方向に沿った第二定在波を、ステータ４２に形成する。 従って、Ｂ相第一振動素子Ｂ４１及びＢ相第二振動素子Ｂ４２は、ステータ４２の全周で４つの波長を形成する円環４次モードの第二定在波を発生する。なお、第二定在波は、回転子４１に向かう方向及び支持部材４３に向かう方向に振幅するものである。
【０１１３】
また、Ａ相第一振動素子Ａ４１とＢ相第一振動素子Ｂ４１とは、ステータ４２の外周面４２ｄにおいて、中心軸Ｃ４２を中心とする中心角γ（γはπ／８でラジアンある）の領域に相当する間隔があけられて配置されている。このため、第一定在波及び第二定在波は、ステータ４２において、１／４波長ずれた状態で形成される。
よって、ステータ４２には、実施の形態３と同様にして、第一定在波及び第二定在波の複合波である進行波が発生する。さらに、発生した進行波によって、ステータ４２の爪部４２ｃの先端には、中心軸Ｃ４２方向の軸を中心に回る楕円振動が発生し、爪部４２ｃは、その先端に発生した楕円振動によって、回転子４１の外周面４１ｂｂを引っ掻くように動作して回転子４１を周方向に回転させる。
【０１１４】
また、この発明の実施の形態４に係る振動アクチュエータ４０１のその他の構成及び動作は、実施の形態３と同様であるため、説明を省略する。
このように、実施の形態４に係る振動アクチュエータ４０１において、上記実施の形態３の振動アクチュエータ３０１と同様な効果が得られる。
【０１１５】
また、実施の形態１〜４において、ステータ２，３２，４２は環状に限定されるものでなく直線状、すなわちリニアであってもよい。このとき、例えば、実施の形態１におけるＡ相第一振動素子Ａ１及びＡ相第二振動素子Ａ２、並びにＢ相第一振動素子Ｂ１及びＢ相第二振動素子Ｂ２は、ステータ２に沿ってリニアに配置される。
また、実施の形態１〜４において、Ａ相を構成する振動素子として２つのＡ相第一振動素子Ａ１，Ａ３１，Ａ４１及びＡ相第二振動素子Ａ２，Ａ３２，Ａ４２を配置し、Ｂ相を構成する振動素子として２つのＢ相第一振動素子Ｂ１，Ｂ３１，Ｂ４１及びＢ相第二振動素子Ｂ２，Ｂ３２，Ｂ４２を配置していたが、これに限定されるものでない。３つ以上のＡ相を構成する振動素子及びＢ相を構成する振動素子を配置してもよい。
【０１１６】
また、実施の形態１〜４において、締結ねじ１５，２１５，３１５，４１５を使用して、第一共振部材１３，３１３，４１３及び第二共振部材１４，３１４，４１４を、第一圧電素子部１１，３１１，４１１又は第二圧電素子部１２，３１２，４１２と連結し一体にしていたが、これに限定されるものでない。連結方法は、第一共振部材１３，３１３，４１３及び第二共振部材１４，３１４，４１４が、第一圧電素子部１１，３１１，４１１又は第二圧電素子部１２，３１２，４１２を両側から拘束できるものであればよい。締結ねじ１５，２１５，３１５，４１５の代わりに、リベットを使用してもよく、また、第一共振部材１３，３１３，４１３及び第二共振部材１４，３１４，４１４にこれらを連結する部材を接着してもよい。又は、第一共振部材１３，３１３，４１３及び第二共振部材１４，３１４，４１４をクリップで外側から挟み込むことによって、連結してもよい。
【符号の説明】
【０１１７】
１，３１，４１ 回転子（移動体）、２，３２，４２ ステータ、２ｃ，３２ｃ，４２ｃ 爪部（進行波が発生するステータの部位）、１０ａ，３１０ａ，４１０ａ 第一圧電素子（第一圧電素子、第三圧電素子）、１０ｂ，３１０ｂ，４１０ｂ 第二圧電素子（第二圧電素子、第四圧電素子）、１１，３１１，４１１ 第一圧電素子部（第一圧電素子体、第二圧電素子体）、１２，３１２，４１２ 第二圧電素子部（第一圧電素子体、第二圧電素子体）、１３，３１３，４１３ 第一共振部材（第一共振体、第三共振体）、１４，３１４，４１４ 第二共振部材（第二共振体、第四共振体）、１５，２１５，３１５，４１５ 締結ねじ（第一固定部材、第二固定部材）、１０１，２０１，３０１，４０１ 振動アクチュエータ、Ａ１，Ａ２１，Ａ３１，Ａ４１ Ａ相第一振動素子（第一振動素子、第一振動素子部）、Ａ２，Ａ２２，Ａ３２，Ａ４２ Ａ相第二振動素子（第一振動素子、第一振動素子部）、Ｂ１，Ｂ２１，Ｂ３１，Ｂ４１ Ｂ相第一振動素子（第二振動素子、第二振動素子部）、Ｂ２，Ｂ２２，Ｂ３２，Ｂ４２ Ｂ相第二振動素子（第二振動素子、第二振動素子部）。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、振動アクチュエータに関する。
【背景技術】
【０００２】
小型で高トルクを出力するアクチュエータとして、超音波振動を発生して駆動する振動アクチュエータが使用されている。
例えば、特許文献１には、振動アクチュエータの１つとして進行波型超音波モータが記載されている。この特許文献１の超音波モータは、弾性体に圧電セラミック等の圧電体を接合させて構成されたステータと、リングに摩擦係数が高い材料からなるスライダを接合させて構成されたロータと、ロータと一体に連結され超音波モータの外部に延びるシャフトとを有している。さらに、ロータは、そのスライダをステータの弾性体に接触させて、ステータに対して加圧されている。そして、圧電体には交互分極処理が施されており、圧電体に二種以上の高周波電圧を印加すると、ステータに弾性進行波が発生し、さらに、発生した弾性進行波によってステータの表面に楕円振動が発生する。この楕円振動によって、ステータに加圧接触されているスライダが摩擦駆動され、それによりロータ及びシャフトが回転し、シャフトを介して回転駆動力が外部に伝達される。
【０００３】
また、特許文献２には、振動アクチュエータの１つとして、ボルト締めランジュバン型振動子を有する超音波モータが記載されている。この特許文献２の超音波モータの振動子は、ヘッドマス、縦振動用圧電素子、中間シリンダ、捩り振動用圧電素子、リアマスの順で積層されたこれらの部材を、貫通するボルトとナットとによって両側から締め付けることにより、形成されている。さらに、縦振動用圧電素子及び捩り振動用圧電素子に高周波電圧を印加すると、縦振動用圧電素子及び捩り振動用圧電素子が発生する複合振動によって、ヘッドマスの表面に楕円振動が発生し、それによりヘッドマスに加圧接触して配置されるロータが回転する。そして、ロータの回転駆動力は、ロータと一体のギヤを介して外部に伝達される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１−９１６７６号公報
【特許文献２】特公平７−４８９５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
圧電素子は、交流電圧が印加されることによって膨張及び収縮を繰り返す伸縮動作による振動を行うが、印加する電圧を大きくすると、圧電素子の膨張及び収縮する力が大きくなるため、振動アクチュエータの駆動力すなわち出力を大きくすることができる。
このため、特許文献１の進行波型超音波モータにおいて、印加する電圧を大きくすることによってその駆動力を大きくすることができるが、圧電素子は、圧縮力に対する強度は高いが引張力に対する強度が低いため、印加される電圧が大きいと膨張時に圧電素子に発生する引張応力に耐えきれずに破損することがある。
【０００６】
ここで、特許文献２の超音波モータの振動子では、ナットとヘッドマスとでボルトを介して縦振動用圧電素子及び捩り振動用圧電素子に圧縮力を加え、電圧の印加時に縦振動用圧電素子及び捩り振動用圧電素子の内部に引張応力が生じないようにしている。
よって、特許文献１の進行波型超音波モータにおいて、特許文献２の超音波モータの振動子のように、圧電体の膨張方向であるシャフトの軸方向に沿った両側から圧縮力を加えて圧電体に引張応力が生じないようにすることによって、印加電圧が大きい場合でも圧電体の破損を防ぐことができる。しかしながら、圧電体に両側から圧縮力を加える場合、圧電体の両側には、ボルトの頭、ナット、ヘッドマス及びリアマスが配置されるため、特許文献１の進行波型超音波モータは、シャフトの回転軸方向に大型化してしまうという問題がある。
【０００７】
この発明は、このような問題点を解決するためになされたものであり、駆動力を向上させると共に回転軸方向の小型化を図る振動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】
この発明に係る振動アクチュエータは、ステータと、ステータに対して移動可能に接触させて設けられる移動体と、分極され且つ電圧が印加されるとたわみ振動を発生可能な第一圧電素子体を有し、ステータに対して第一圧電素子体のたわみ振動を伝達可能に接触して設けられる第一振動素子部と、分極され且つ電圧が印加されるとたわみ振動を発生可能な第二圧電素子体を有し、ステータに対して第二圧電素子体のたわみ振動を伝達可能に接触して設けられる第二振動素子部とを備え、第一圧電素子体及び第二圧電素子体は、電圧の印加時に撓む方向と異なる方向に分極され、移動体は、第一振動素子部及び第二振動素子部からステータに伝達したたわみ振動によって形成される進行波が発生するステータの部位と接触する。
【０００９】
第一振動素子部は、第一圧電素子体と、第一圧電素子体を挟むようにして設けられる第一共振体及び第二共振体と、第一共振体及び第二共振体を連結する第一固定部材とを有する第一振動素子を少なくとも１つ備え、第二振動素子部は、第二圧電素子体と、第二圧電素子体を挟むようにして設けられる第三共振体及び第四共振体と、第三共振体及び第四共振体を連結する第二固定部材とを有する第二振動素子を少なくとも１つ備え、第一振動素子は、ステータに沿って、第一共振体、第一圧電素子体及び第二共振体が並ぶようにして配置され、第二振動素子は、ステータに沿って、第三共振体、第二圧電素子体及び第四共振体が並ぶようにして配置されてもよい。
【００１０】
第一圧電素子体は、電圧が印加されると膨張又は収縮し且つ互いに異なる動きをするように分極された第一圧電素子及び第二圧電素子を有し、第一共振体及び第二共振体は、第一圧電素子及び第二圧電素子が膨張又は収縮する方向から第一圧電素子体を挟み、第二圧電素子体は、電圧が印加されると膨張又は収縮し且つ互いに異なる動きをするように分極された第三圧電素子及び第四圧電素子を有し、第三共振体及び第四共振体は、第三圧電素子及び第四圧電素子が膨張又は収縮する方向から第二圧電素子体を挟んでもよい。
【００１１】
第一振動素子部及び第二振動素子部は、第一振動素子部からステータに伝達するたわみ振動及び第二振動素子部からステータに伝達するたわみ振動がそれぞれステータに別個の定在波を形成するように、互いに間隔をあけて設けられてもよい。
ステータは環状であり、第一振動素子及び第二振動素子は、ステータに沿って環状に配置されてもよい。
ステータは直線状であり、第一振動素子及び第二振動素子は、ステータに沿って直線状に配置されてもよい。
【発明の効果】
【００１２】
この発明によれば、振動アクチュエータは、駆動力を向上させると共に回転軸方向の小型化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施の形態１に係る振動アクチュエータの構成を示す斜視図である。
【図２】図１のｘ−ｘ線及びｙ−ｙ線を含む面をＩＩの方向より見た模式断面平面図である。
【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面を示す模式断面側面図である。
【図４】実施の形態１に係る振動アクチュエータに印加する電圧の時間変化を示す図である。
【図５】実施の形態１に係る振動アクチュエータの各振動素子の変位の時間変化を示す図である。
【図６】実施の形態１に係る振動アクチュエータのステータに発生する定在波を示す図である。
【図７】実施の形態１に係る振動アクチュエータのステータに発生する進行波を示す図である。
【図８】実施の形態１に係る振動アクチュエータの振動素子の配置を変更した変形例を示すステータから振動素子に向かって見た模式断面平面図である。
【図９】実施の形態１に係る振動アクチュエータの振動素子の構成を変更した変形例を示すステータから振動素子に向かって見た模式断面平面図である。
【図１０】本発明の実施の形態２に係る振動アクチュエータの構成を示すステータから振動素子に向かって見た模式断面平面図である。
【図１１】本発明の実施の形態３に係る振動アクチュエータの構成を示す模式平面図である。
【図１２】本発明の実施の形態４に係る振動アクチュエータの構成を示す模式平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下に、この発明の実施の形態について、添付図面に基づいて説明する。
実施の形態１．
まず、図１〜３を用いて、この発明の実施の形態１に係る振動アクチュエータ１０１の構成を示す。
【００１５】
図１を参照すると、振動アクチュエータ１０１は、外部に接続されて回転駆動力を伝達するための回転子１を有している。回転子１は、円盤状のロータ部１ｂと、ロータ部１ｂの互いに平行に対向する平坦な面である上面１ｂａ及び下面１ｂｂの中心を貫通しこれらの面に対して垂直に延びる円柱状の軸部１ａとを、一体に有している。軸部１ａ及びロータ部１ｂは、金属等から製作されており、高い剛性を有している。
さらに、振動アクチュエータ１０１は、回転子１のロータ部１ｂの下面１ｂｂに接触するようにして配置された略円筒状のステータ２を有している。なお、回転子１は、移動体を構成している。
【００１６】
ここで、説明の便宜上、回転子１の軸部１ａに沿って回転子１のロータ部１ｂからステータ２に向かう方向を下方向と呼び、その反対方向を上方向と呼ぶ。なお、振動アクチュエータ１０１が使用される際、その使用時の向きは、図１に示されるような回転子１がステータ２の上方向となる向きに限定されるものでない。
【００１７】
ステータ２における回転子１と接触する上面２ａには、上面２ａの外周から回転子１の軸部１ａに向かう方向に延びる溝２ｂが複数形成され、これにより、溝２ｂ同士の間に、回転子１に向かって突出する略直方体状の爪部２ｃが形成されている。そして、ステータ２は、この複数の爪部２ｃを回転子１に接触させている。さらに、ステータ２は、上面２ａからその反対側の下面２ｄに向かう方向及びその反対方向、つまり上下方向に可撓性を有している。
【００１８】
また、振動アクチュエータ１０１は、ステータ２の下面２ｄに接合させた略直方体状の複数の振動素子を有している。この複数の振動素子は、同形状をしたＡ相第一振動素子Ａ１、Ａ相第二振動素子Ａ２、Ｂ相第一振動素子Ｂ１及びＢ相第二振動素子Ｂ２によって構成されており、それぞれの一側面がステータ２に接合されている。
ここで、Ａ相第一振動素子Ａ１及びＡ相第二振動素子Ａ２は、第一振動素子部を構成し、Ｂ相第一振動素子Ｂ１及びＢ相第二振動素子Ｂ２は、第二振動素子部を構成している。
【００１９】
さらに、振動アクチュエータ１０１は、Ａ相第一振動素子Ａ１、Ａ相第二振動素子Ａ２、Ｂ相第一振動素子Ｂ１及びＢ相第二振動素子Ｂ２のそれぞれにおけるステータ２と反対側の側面に接合させた円筒状の支持部材３を有している。支持部材３は、その平坦な上面３ａがＡ相第一振動素子Ａ１、Ａ相第二振動素子Ａ２、Ｂ相第一振動素子Ｂ１及びＢ相第二振動素子Ｂ２のそれぞれの一側面に接合されている。そして、支持部材３は、上面３ａからその反対側の下面３ｂに向かう方向及びその反対方向、つまり上下方向に可撓性を有している。
【００２０】
また、振動アクチュエータ１０１は、支持部材３に対して、Ａ相第一振動素子Ａ１、Ａ相第二振動素子Ａ２、Ｂ相第一振動素子Ｂ１及びＢ相第二振動素子Ｂ２と反対側に位置する支持台４を有している。支持台４は、円筒状の形状をして突出する台座部４ａを有し、台座部４ａには、支持部材３が、台座部４ａに対向する下面３ｂと台座部４ａとの間に間隙を有するようにして、固定されている。
【００２１】
さらに、回転子１の軸部１ａが、支持台４に向かって延びており、支持台４との間にバネ等の予圧機構５を介して、支持台４に回転可能に連結されている。予圧機構５は、回転子１の軸部１ａに対して支持台４に向かう方向Ｆに引張する力を加えている。このため、軸部１ａと一体の回転子１のロータ部１ｂは、予圧機構５の引張力によってステータ２に押し付けられている。つまり、回転子１のロータ部１ｂには、ステータ２に対して加圧する予圧力が付与されている。
また、振動アクチュエータ１０１は、通常、回転子１のロータ部１ｂ、ステータ２、Ａ相第一振動素子Ａ１、Ａ相第二振動素子Ａ２、Ｂ相第一振動素子Ｂ１、Ｂ相第二振動素子Ｂ２、及び支持部材３を上方から覆う図示しないカバーが、支持台４に取り付けられ、このカバーから回転子１の軸部１ａが突出している。
【００２２】
さらに、図２を参照すると、図１においてステータ２の下面２ｄを通るｘ−ｘ線及びｙ−ｙ線を含む面をステータ２から支持台４に向かうＩＩの方向より見た模式断面平面図が示されており、ステータ２に対するＡ相第一振動素子Ａ１、Ａ相第二振動素子Ａ２、Ｂ相第一振動素子Ｂ１及びＢ相第二振動素子Ｂ２の配置状態が示されている。
【００２３】
Ａ相第一振動素子Ａ１は、矩形状の上面Ａ１ａをステータ２の下面２ｄと接触させている。そして、上面Ａ１ａは、ステータ２の下面２ｄの中央を通る環状の中心線ＣＬ２の中心点Ｃ２から中心線ＣＬ２に向かって中心角α１を形成する２本の直線を放射状に延ばしたとき、下面２ｄにおいて上記の２本の直線によって挟まれる領域Ｄ１内にほぼ収まるような位置及び形状で配置されている。このとき、上面Ａ１ａは、領域Ｄ１において、中心線ＣＬ２が領域Ｄ１の端部と交わる点の一方である交点Ｄ１ｂから他方である交点Ｄ１ａまで及ぶように位置している。
【００２４】
Ａ相第二振動素子Ａ２は、Ａ相第一振動素子Ａ１に対して、中心点Ｃ２を中心として紙面上で反時計回りの方向である方向Ｒ２側に隣接するようにして配置され、矩形状の上面Ａ２ａをステータ２の下面２ｄと接触させている。そして、上面Ａ２ａは、中心点Ｃ２を中心として中心角α２を形成する２本の直線によって挟まれる下面２ｄの領域Ｄ２内にほぼ収まるような位置及び形状で配置されている。なお、下面２ｄにおいて領域Ｄ２は領域Ｄ１と隣接し、上面Ａ２ａは、領域Ｄ２において、中心線ＣＬ２が領域Ｄ２の端部と交わる点の一方である交点Ｄ１ａから他方である交点Ｄ２ａまで及ぶように位置している。
【００２５】
Ｂ相第一振動素子Ｂ１は、Ａ相第一振動素子Ａ１に対して、中心点Ｃ２を中心として紙面上で時計回りの方向である方向Ｒ１側に配置され、矩形状の上面Ｂ１ａをステータ２の下面２ｄと接触させている。そして、上面Ｂ１ａは、中心点Ｃ２を中心として中心角β１を形成する２本の直線によって挟まれる下面２ｄの領域Ｄ３内にほぼ収まるような位置及び形状で配置されている。このとき、上面Ｂ１ａは、領域Ｄ３において、中心線ＣＬ２が領域Ｄ３の端部と交わる点の一方である交点Ｄ３ａから他方である交点Ｄ３ｂまで及ぶように位置している。なお、下面２ｄにおいて、領域Ｄ３は、領域Ｄ１との間に領域Ｄ５の間隙を有する位置となっており、領域Ｄ５は、中心点Ｃ２を中心として中心角γを形成する２本の直線によって挟まれる下面２ｄの領域である。
【００２６】
Ｂ相第二振動素子Ｂ２は、Ｂ相第一振動素子Ｂ１に対して、方向Ｒ１側に隣接するようにして配置され、矩形状の上面Ｂ２ａをステータ２の下面２ｄと接触させている。そして、上面Ｂ２ａは、中心点Ｃ２を中心として中心角β２を形成する２本の直線によって挟まれる下面２ｄの領域Ｄ４内にほぼ収まるような位置及び形状で配置されている。なお、下面２ｄにおいて領域Ｄ４は領域Ｄ３と隣接し、上面Ｂ２ａは、領域Ｄ４において、中心線ＣＬ２が領域Ｄ４の端部と交わる点の一方である交点Ｄ３ｂから他方である交点Ｄ４ｂまで及ぶように位置している。
よって、Ａ相第一振動素子Ａ１、Ａ相第二振動素子Ａ２、Ｂ相第一振動素子Ｂ１及びＢ相第二振動素子Ｂ２は、同一円周上、つまり中心線ＣＬ２上で１つの輪を形成するようにして並べられている。そして、詳細は後述するが、Ａ相第一振動素子Ａ１及びＡ相第二振動素子Ａ２がステータ２に形成する定在波と、Ｂ相第一振動素子Ｂ１及びＢ相第二振動素子Ｂ２がステータ２に形成する定在波とが、ステータ２の周方向である中心線ＣＬ２に沿って進行する進行波を発生するには、Ａ相第一振動素子Ａ１、Ａ相第二振動素子Ａ２、Ｂ相第一振動素子Ｂ１及びＢ相第二振動素子Ｂ２は、上述のような同一円周にあることが好ましい。
【００２７】
なお、本実施の形態１では、中心角α１、α２、β１及びβ２はいずれも、π／４（０．２５π）ラジアン（ｒａｄ）とし、中心角γは、π／８（０．１２５π）ラジアン（ｒａｄ）とする。
【００２８】
次に、図３を参照すると、図２においてＡ相第一振動素子Ａ１及びＡ相第二振動素子Ａ２の中央を通るＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った模式断面側面図が示されている。
Ａ相第一振動素子Ａ１は、いずれもが略直方体状をした第一共振部材１３、第一圧電素子部１１及び第二共振部材１４を有している。
第一圧電素子部１１は、第一圧電素子部１１を貫通する貫通穴１１ａを有している。さらに、貫通穴１１ａには、外表面に雄ねじが形成された棒状の締結ねじ１５が貫通挿入され、締結ねじ１５は、貫通穴１１ａの両端から突出している。
【００２９】
また、第一共振部材１３は、内側に雌ねじが形成されたねじ穴１３ａを有している。第一共振部材１３は、第一圧電素子部１１の両側から突出する締結ねじ１５ａの一方の突出部分をねじ穴１３ａに螺合させている。
また、第二共振部材１４は、内側に雌ねじが形成されたねじ穴１４ａを有している。第二共振部材１４は、第一圧電素子部１１の両側から突出する締結ねじ１５ａの他方の突出部分をねじ穴１４ａに螺合させている。
そして、締結ねじ１５ａに螺合している第一共振部材１３及び第二共振部材１４を第一圧電素子部１１に対して締め付けることによって、第一共振部材１３及び第二共振部材１４が、第一圧電素子部１１に対して接触し押し付けられて一体となる。このとき、第一圧電素子部１１は、第一共振部材１３と第二共振部材１４とから締結ねじ１５ａを介して圧縮力を受けている。
【００３０】
よって、Ａ相第一振動素子Ａ１では、第一圧電素子部１１が第一共振部材１３及び第二共振部材１４によって挟まれ、すなわち、第一共振部材１３、第一圧電素子部１１及び第二共振部材１４がこの順で直列に配置されて、締結ねじ１５を介して締結されることによって一体になっている。そして、Ａ相第一振動素子Ａ１は、ステータ２と支持部材３との間で、ステータ２の下面２ｄ及び支持部材３の上面３ａに沿って第一共振部材１３、第一圧電素子部１１及び第二共振部材１４が順次並ぶようにして配置されている。さらに、図２に示されるように、Ａ相第一振動素子Ａ１は、ステータ２の下面２ｄに対して、ステータ２の周方向である中心線ＣＬ２に沿って領域Ｄ１から領域Ｄ２に向かう方向に第一共振部材１３、第一圧電素子部１１及び第二共振部材１４が順次並ぶようにして配置されている。
ここで、Ａ相第一振動素子Ａ１は、第一振動素子を構成し、Ａ相第一振動素子Ａ１の第一共振部材１３、第一圧電素子部１１、第二共振部材１４及び締結ねじ１５はそれぞれ、第一共振体、第一圧電素子体、第二共振体及び第一固定部材を構成している。
【００３１】
図３に戻り、また、第一圧電素子部１１は、第一共振部材１３から第二共振部材１４に向かって、略矩形板状をした電極板１６、略直方体状をした圧電素子１０及び略矩形板状をした電極板１７が順次重ね合わされた積層構造を有している。そして、圧電素子１０に電圧を印加するための駆動回路６が別に設けられており、駆動回路６は電極板１６と電気的に接続されている。一方、電極板１７は、電気的に接地されている。
【００３２】
さらに、圧電素子１０は、ステータ２の下面２ｄ及び支持部材３の上面３ａに向かう上下の方向に離れるような形状に分割されている。つまり、圧電素子１０は、締結ねじ１５の中心軸を通り且つステータ２の下面２ｄと平行である面から下面２ｄにわたる第一圧電素子１０ａと、上記平行である面から支持部材３の上面３ａにわたる第二圧電素子１０ｂとによって構成されている。
第一圧電素子１０ａ及び第二圧電素子１０ｂは、それぞれ締結ねじ１５の軸方向（第一圧電素子１０ａ及び第二圧電素子１０ｂの厚み方向）に分極され、さらに、電圧が印加されると膨張と収縮との反対の変形挙動を行うように互いに逆極性に分極されている。つまり、電極板１６に電圧が印加された場合、例えば、第一圧電素子１０ａが、締結ねじ１５の軸方向両端側に向かう方向である図面上の方向Ｐに膨張するとき、第二圧電素子１０ｂは、締結ねじ１５の軸方向中央側に向かう方向である図面上の方向Ｑに収縮する。
【００３３】
このため、電極板１６に交流電圧が印加されると、第一圧電素子１０ａ及び第二圧電素子１０ｂが互いに方向Ｐへの膨張及び方向Ｑへの収縮の反対の変形挙動を行うことによって、圧電素子１０、すなわち第一圧電素子部１１が、第一圧電素子１０ａ及び第二圧電素子１０ｂの分極方向と垂直な方向となる、ステータ２の下面２ｄに向かう上方向及び支持部材３の上面３ａに向かう下方向に交互に撓む動作を行う。このとき、第一圧電素子部１１と共に第一共振部材１３及び第二共振部材１４が動作し、Ａ相第一振動素子Ａ１の全体が、圧電素子１０の厚み方向（締結ねじ１５の軸方向）の中心部を、たわみの山の頂部又は谷の頂部として、つまり振動の腹として、ステータ２の下面２ｄに向かう上方向及び支持部材３の上面３ａに向かう下方向に交互に撓むたわみ振動を発生する。
なお、Ａ相第一振動素子Ａ１のたわみ面である上面Ａ１ａにおいて、圧電素子１０の厚み方向（締結ねじ１５の軸方向）の中心部には、点Ａ１ｃが位置し、点Ａ１ｃは、領域Ｄ１（図２参照）の中央且つ中心線ＣＬ２（図２参照）上に位置する。
ここで、Ａ相第一振動素子Ａ１の第一圧電素子１０ａ及び第二圧電素子１０ｂはそれぞれ、第一圧電素子及び第二圧電素子を構成している。
【００３４】
次に、Ａ相第二振動素子Ａ２は、第一圧電素子部１１を除きＡ相第一振動素子Ａ１と同様の構成を有し、第一共振部材１３、第二圧電素子部１２、第二共振部材１４及び締結ねじ１５によって構成されている。
Ａ相第二振動素子Ａ２では、第一共振部材１３、第二圧電素子部１２及び第二共振部材１４が、この順で直列に配置され、締結ねじ１５を介して締結されて一体になっている。そして、Ａ相第二振動素子Ａ２は、ステータ２と支持部材３との間で、その第一共振部材１３をＡ相第一振動素子Ａ１の第二共振部材１４に隣接させ、ステータ２の下面２ｄ及び支持部材３の上面３ａに沿って第一共振部材１３、第二圧電素子部１２及び第二共振部材１４が順次並ぶようにして配置されている。さらに、図２に示されるように、Ａ相第二振動素子Ａ２は、ステータ２の下面２ｄに対して、中心線ＣＬ２に沿って領域Ｄ１から領域Ｄ２に向かう方向に第一共振部材１３、第二圧電素子部１２及び第二共振部材１４が順次並ぶようにして配置されている。
ここで、Ａ相第二振動素子Ａ２は、第一振動素子を構成し、Ａ相第二振動素子Ａ２の第一共振部材１３、第二圧電素子部１２、第二共振部材１４及び締結ねじ１５はそれぞれ、第一共振体、第一圧電素子体、第二共振体及び第一固定部材を構成している。
【００３５】
図３に戻り、また、第二圧電素子部１２は、第一共振部材１３から第二共振部材１４に向かって、電極板１６、略直方体状をした圧電素子２０及び電極板１７が順次重ね合わされた積層構造を有している。そして、第二圧電素子部１２の電極板１６は、駆動回路６と電気的に接続され、電極板１７は、電気的に接地されている。
さらに、第二圧電素子部１２の電極板１６には、駆動回路６によって、Ａ相第一振動素子Ａ１の第一圧電素子部１１の電極板１６と同じ位相の交流電圧が印加されるようになっている。
これにより、第二圧電素子部１２及び第一圧電素子部１１、すなわちＡ相第二振動素子Ａ２及びＡ相第一振動素子Ａ１と駆動回路６とにより１つの回路が形成され、この回路はＡ相を構成している。
【００３６】
さらに、圧電素子２０は、ステータ２の下面２ｄ及び支持部材３の上面３ａに向かう上下の方向に離れるような形状に分割されている。圧電素子２０は、圧電素子１０と同様に、第一圧電素子１０ａ及び第二圧電素子１０ｂによって構成されるが、第二圧電素子１０ｂは、締結ねじ１５の中心軸を通り且つステータ２の下面２ｄと平行である面から下面２ｄにわたって配置され、第一圧電素子１０ａは、上記平行である面から支持部材３の上面３ａにわたって配置されている。
よって、圧電素子２０は、第一圧電素子１０ａがステータ２に接触し第二圧電素子１０ｂが支持部材３に接触している圧電素子１０に対して、第一圧電素子１０ａ及び第二圧電素子１０ｂの配置を上下方向に反対にしたものであり、第二圧電素子１０ｂがステータ２に接触し第一圧電素子１０ａが支持部材３に接触している構成となっている。
ここで、Ａ相第二振動素子Ａ２の第一圧電素子１０ａ及び第二圧電素子１０ｂはそれぞれ、第一圧電素子及び第二圧電素子を構成している。
【００３７】
また、第二圧電素子部１２の電極板１６及び第一圧電素子部１１の電極板１６には、駆動回路６によって同じ位相の交流電圧が印加されるが、このような同じ位相の電圧が印加されると、第二圧電素子部１２は、第一圧電素子部１１が撓む方向と反対方向に撓む。
このため、Ａ相第二振動素子Ａ２は、交流電圧が印加されたとき、Ａ相第一振動素子Ａ１のように、圧電素子２０の厚み方向（締結ねじ１５の軸方向）の中心部を振動の腹として、ステータ２の下面２ｄに向かう上方向及び支持部材３の上面３ａに向かう下方向に交互に撓むたわみ振動を発生する。しかしながら、Ａ相第二振動素子Ａ２のたわみ振動は、Ａ相第一振動素子Ａ１と同等のたわみ量を有しつつもＡ相第一振動素子Ａ１のたわみ方向と反対方向に撓む振動となる。
なお、Ａ相第二振動素子Ａ２のたわみ面である上面Ａ２ａにおいて、圧電素子２０の厚み方向（締結ねじ１５の軸方向）の中心部には、点Ａ２ｃが位置し、点Ａ２ｃは、領域Ｄ２（図２参照）の中央且つ中心線ＣＬ２（図２参照）上に位置する。
【００３８】
また、図２を参照すると、Ｂ相第一振動素子Ｂ１は、Ａ相第一振動素子Ａ１と同様の構成を有し、Ｂ相第二振動素子Ｂ２は、Ａ相第二振動素子Ａ２と同様の構成を有している。
つまり、Ｂ相第一振動素子Ｂ１は、第一共振部材１３、第一圧電素子１０ａ及び第二圧電素子１０ｂ（図３参照）を有する第一圧電素子部１１、第二共振部材１４、並びに締結ねじ１５によって構成され、Ｂ相第二振動素子Ｂ２は、第一共振部材１３、第一圧電素子１０ａ及び第二圧電素子１０ｂ（図３参照）を有する第二圧電素子部１２、第二共振部材１４、並びに締結ねじ１５によって構成されている。
【００３９】
ここで、Ｂ相第一振動素子Ｂ１は、第二振動素子を構成し、Ｂ相第一振動素子Ｂ１の第一共振部材１３、第一圧電素子部１１、第二共振部材１４及び締結ねじ１５はそれぞれ、第三共振体、第二圧電素子体、第四共振体及び第二固定部材を構成している。また、Ｂ相第二振動素子Ｂ２は、第二振動素子を構成し、Ｂ相第二振動素子Ｂ２の第一共振部材１３、第二圧電素子部１２、第二共振部材１４及び締結ねじ１５はそれぞれ、第三共振体、第二圧電素子体、第四共振体及び第二固定部材を構成している。さらに、Ｂ相第一振動素子Ｂ１の第一圧電素子部１１及びＢ相第二振動素子Ｂ２の第二圧電素子部１２の第一圧電素子１０ａ及び第二圧電素子１０ｂ（図３参照）はそれぞれ、第三圧電素子及び第四圧電素子を構成している。
【００４０】
Ｂ相第一振動素子Ｂ１は、ステータ２の下面２ｄにおいて中心線ＣＬ２に沿って領域Ｄ３から領域Ｄ４に向かう方向に第一共振部材１３、第一圧電素子部１１及び第二共振部材１４が順次並ぶようにして、配置されている。さらに、Ｂ相第二振動素子Ｂ２は、その第一共振部材１３をＢ相第一振動素子Ｂ１の第二共振部材１４に隣接させ、ステータ２の下面２ｄにおいて中心線ＣＬ２に沿って領域Ｄ３から領域Ｄ４に向かう方向に第一共振部材１３、第二圧電素子部１２及び第二共振部材１４が順次並ぶようにして、配置されている。
【００４１】
また、Ｂ相第一振動素子Ｂ１の第一圧電素子部１１及びＢ相第二振動素子Ｂ２の第二圧電素子部１２は、駆動回路６（図３参照）に電気的に接続されており、駆動回路６によって同じ位相の交流電圧が印加されるようになっている。
これにより、第一圧電素子部１１及び第二圧電素子部１２、すなわち、Ｂ相第一振動素子Ｂ１及びＢ相第二振動素子Ｂ２と駆動回路６とは１つの回路を形成し、この回路はＢ相を構成している。なお、Ｂ相は、Ａ相第一振動素子Ａ１及びＡ相第二振動素子Ａ２が構成するＡ相と電気的に分離されている。
【００４２】
よって、Ｂ相第一振動素子Ｂ１は、交流電圧が印加されたとき、第一圧電素子部１１の厚み方向（締結ねじ１５の軸方向）の中心部を振動の腹として、ステータ２の下面２ｄに向かう上方向及び支持部材３の上面３ａ（図３参照）に向かう下方向に交互に撓むたわみ振動を発生する。また、Ｂ相第二振動素子Ｂ２は、交流電圧が印加されたとき、第二圧電素子部１２の厚み方向（締結ねじ１５の軸方向）の中心部を振動の腹として、ステータ２の下面２ｄに向かう上方向及び支持部材３の上面３ａに向かう下方向に交互に撓むたわみ振動を発生する。しかしながら、Ｂ相第二振動素子Ｂ２のたわみ振動は、Ｂ相第一振動素子Ｂ１と同等のたわみ量を有しつつもＢ相第一振動素子Ｂ１のたわみ方向と反対方向に撓む振動となる。
【００４３】
なお、Ｂ相第一振動素子Ｂ１のたわみ面である上面Ｂ１ａにおいて、第一圧電素子部１１の厚み方向の中心部には、点Ｂ１ｃが位置し、点Ｂ１ｃは、領域Ｄ３の中央且つ中心線ＣＬ２上に位置する。また、Ｂ相第二振動素子Ｂ２のたわみ面である上面Ｂ２ａにおいて、第二圧電素子部１２の厚み方向の中心部には、点Ｂ２ｃが位置し、点Ｂ２ｃは、領域Ｄ４の中央且つ中心線ＣＬ２上に位置する。
【００４４】
次に、図１〜７を用いて、この発明の実施の形態１に係る振動アクチュエータ１０１の動作を示す。
図１を参照すると、駆動回路６（図３参照）によって、Ａ相第一振動素子Ａ１の第一圧電素子部１１、Ａ相第二振動素子Ａ２の第二圧電素子部１２、Ｂ相第一振動素子Ｂ１の第一圧電素子部１１及びＢ相第二振動素子Ｂ２の第二圧電素子部１２に交流電圧が印加されると、Ａ相第一振動素子Ａ１、Ａ相第二振動素子Ａ２、Ｂ相第一振動素子Ｂ１及びＢ相第二振動素子Ｂ２はそれぞれ、超音波振動であるたわみ振動を発生する。
【００４５】
このとき、可撓性を有するステータ２及び支持部材３は、Ａ相第一振動素子Ａ１、Ａ相第二振動素子Ａ２、Ｂ相第一振動素子Ｂ１及びＢ相第二振動素子Ｂ２と共に撓むため、ステータ２にもたわみ振動が発生する。さらに、ステータ２では、Ａ相第一振動素子Ａ１、Ａ相第二振動素子Ａ２、Ｂ相第一振動素子Ｂ１及びＢ相第二振動素子Ｂ２のそれぞれによるたわみ振動が複合し、ステータ２の円周、すなわち中心線ＣＬ２（図２参照）に沿って進む進行波が発生する。
【００４６】
発生した進行波によって、ステータ２の爪部２ｃの先端には、爪部２ｃから回転子１の軸部１ａに向かう軸を中心に回る楕円振動が発生する。そして、爪部２ｃは、その先端に発生した楕円振動によって、回転子１のロータ部１ｂの下面１ｂｂを引っ掻くように動作し、それにより、ロータ部１ｂは、爪部２ｃとの間の摩擦力によってその周方向となる方向Ｒ１又は方向Ｒ２に回転する。よって、振動アクチュエータ１０１は、回転子１の軸部１ａをその中心軸を中心に方向Ｒ１又は方向Ｒ２に回転させ、振動アクチュエータ１０１の外部で軸部１ａに接続されたものに回転駆動力を伝達する。なお、軸部１ａの回転方向は、印加する交流電圧を制御することによって、制御される。また、上述から、振動アクチュエータ１０１は、進行波型の振動アクチュエータを構成している。
ここで、ステータ２の爪部２ｃは、進行波が発生するステータの部位を構成している。
【００４７】
次に、ステータ２における進行波の発生の仕組みを詳述する。
図２及び図４を参照すると、駆動回路６（図３参照）によって、Ａ相第一振動素子Ａ１及びＡ相第二振動素子Ａ２が構成するＡ相には、最大電圧がＶ１である所定の周波数ｆの交流電圧ｖａが印加され、このＡ相に印加される交流電圧ｖａの時間変化は、図４の実線曲線で示される。そして、交流電圧ｖａは、次の式で示される。
ｖａ＝Ｖ１ｃｏｓ２πｆｔ （式１）
なお、ｆは、交流電圧ｖａの周波数であり、ｔは、経過時間である。
また、Ｂ相第一振動素子Ｂ１及びＢ相第二振動素子Ｂ２が構成するＢ相には、Ａ相の交流電圧ｖａと最大電圧Ｖ１及び周波数ｆが同一であるが交流電圧ｖａに対して周期の４分の１に相当する位相π／２を進ませた交流電圧ｖｂが印加され、このＢ相に印加される交流電圧ｖｂの時間変化は、図４の破線曲線で示される。そして、交流電圧ｖｂは、次の式で示される。
ｖｂ＝Ｖ１ｃｏｓ（２πｆｔ＋π／２） （式２）
なお、ｆは、交流電圧ｖｂの周波数であり、ｔは、経過時間である。
【００４８】
また、図３を参照すると、Ａ相第一振動素子Ａ１及びＡ相第二振動素子Ａ２に正の電圧が印加されている場合、Ａ相第一振動素子Ａ１は、第一圧電素子部１１をステータ２に向かって突出させるようにして撓み、Ａ相第二振動素子Ａ２は、第二圧電素子部１２を支持部材３に向かって突出させるようにして撓む。一方、負の電圧が印加されている場合、Ａ相第一振動素子Ａ１は、第一圧電素子部１１を支持部材３に向かって突出させるようにして撓み、Ａ相第二振動素子Ａ２は、第二圧電素子部１２をステータ２に向かって突出させるようにして撓む。
同様に、Ｂ相第一振動素子Ｂ１及びＢ相第二振動素子Ｂ２（図２参照）に正の電圧が印加されている場合、Ｂ相第一振動素子Ｂ１は、第一圧電素子部１１（図２参照）をステータ２に向かって突出させるようにして撓み、Ｂ相第二振動素子Ｂ２は、第二圧電素子部１２（図２参照）を支持部材３に向かって突出させるようにして撓む。一方、負の電圧が印加されている場合、Ｂ相第一振動素子Ｂ１は、第一圧電素子部１１を支持部材３に向かって突出させるようにして撓み、Ｂ相第二振動素子Ｂ２は、第二圧電素子部１２をステータ２に向かって突出させるようにして撓む。
【００４９】
そして、図４、式１及び式２に示される交流電圧ｖａ及びｖｂが印加された場合、Ａ相第一振動素子Ａ１の上面Ａ１ａの点Ａ１ｃ、Ａ相第二振動素子Ａ２の上面Ａ２ａの点Ａ２ｃ、Ｂ相第一振動素子Ｂ１の上面Ｂ１ａの点Ｂ１ｃ、及びＢ相第二振動素子Ｂ２の上面Ｂ２ａの点Ｂ２ｃのそれぞれにおける変位の時間変化が、図５のグラフ（ｉ）〜グラフ（ｉｖ）に示される。
【００５０】
なお、図５において、それぞれの変位は、Ａ相第一振動素子Ａ１、Ａ相第二振動素子Ａ２、Ｂ相第一振動素子Ｂ１及びＢ相第二振動素子Ｂ２の厚み方向であるステータ２から支持部材３に向かう上下方向の変位である。そして、Ａ相第一振動素子Ａ１、Ａ相第二振動素子Ａ２、Ｂ相第一振動素子Ｂ１及びＢ相第二振動素子Ｂ２に撓みが発生していない場合、点Ａ１ｃ、点Ａ２ｃ、点Ｂ１ｃ及び点Ｂ２ｃの変位は０である。撓みにより点Ａ１ｃ、点Ａ２ｃ、点Ｂ１ｃ及び点Ｂ２ｃがステータ２に向かう上方向に変位した場合、変位は正の値をとり、その最大変位はＡとなる。一方、点Ａ１ｃ、点Ａ２ｃ、点Ｂ１ｃ及び点Ｂ２ｃが支持部材３に向かう下方向に変位した場合、変位は負の値をとり、その最小変位は−Ａとなる。
【００５１】
図２に戻り、交流電圧ｖａの印加によりＡ相第一振動素子Ａ１は、ステータ２に対して、交点Ｄ１ａ及びＤ１ｂの位置を振動の節としてこれら節の間に１つの振動の山又は谷を形成するようにして領域Ｄ１のステータ２を上下方向に撓ませるたわみ振動を発生させる。同時に、交流電圧ｖａの印加によりＡ相第二振動素子Ａ２は、ステータ２に対して、交点Ｄ１ａ及びＤ２ａの位置を振動の節としてこれら節の間に１つの振動の山又は谷を、ステータ２の領域Ｄ１のたわみ方向と反対方向に形成するようにして領域Ｄ２のステータ２を上下方向に撓ませるたわみ振動を発生させる。
【００５２】
さらに、領域Ｄ１及びＤ２のたわみ振動がステータ２を伝達し、それによって、ステータ２には、領域Ｄ１及びＤ２をそれぞれ半波長とした中心線ＣＬ２に沿う第一定在波が生成される。そして、第一定在波は、回転子１（図１参照）に向かう上方向及び支持部材３（図１参照）に向かう下方向に振幅する。
【００５３】
また、領域Ｄ１は、中心点Ｃ２を中心とする中心角α１の領域であり、領域Ｄ２は、中心点Ｃ２を中心とする中心角α２の領域であり、中心角α１及びα２はいずれも、π／４ラジアンである。よって、ステータ２に形成される第一定在波は、領域Ｄ１及び領域Ｄ２を合わせた中心角がπ／２ラジアンの領域に１つの波長を形成する定在波であり、ステータ２の全周では４つの波長を形成する定在波となる。すなわち、第一定在波は、円環４次モードの定在波となる。
【００５４】
ここで、図２において、中心点Ｃ２から交点Ｄ３ａに延ばした線を基準線Ｌ１とする。そして、基準線Ｌ１の位置を位相０ラジアンとし、中心点Ｃ２を中心として方向Ｒ１に角度θラジアンだけ基準線Ｌ１を回転させた時、回転後の基準線Ｌ１の位置を位相θラジアンとする。
このとき、Ｂ相第一振動素子Ｂ１の点Ｂ１ｃの位置を位相θ１、Ｂ相第二振動素子Ｂ２の点Ｂ２ｃの位置を位相θ２、Ａ相第二振動素子Ａ２の点Ａ２ｃの位置を位相θ３、Ａ相第一振動素子Ａ１の点Ａ１ｃの位置を位相θ４とすると、位相θ１、位相θ２、位相θ３及び位相θ４はそれぞれ、π／８ラジアン、３π／８ラジアン、３π／２ラジアン及び７π／４ラジアンとなる。
【００５５】
そして、図６を参照すると、Ａ相第一振動素子Ａ１及びＡ相第二振動素子Ａ２のたわみ振動がステータ２に形成する第一定在波による、ステータ２の中心線ＣＬ２上の各位置における変位が実線曲線で示されている。
図６では、ステータ２の中心線ＣＬ２上の各位置は、基準線Ｌ１の位置を０ラジアンとする位相で示され、図示される実線曲線は、第一定在波の振幅が最大振幅である振幅Ａになった時の状態を示している。なお、図６において、変位は、ステータ２の厚み方向である回転子１（図１参照）から支持部材３（図１参照）に向かう上下方向の変位であり、回転子１に向かう上方向の変位は正の値をとり、支持部材３に向かう下方向の変位は負の値をとる。
そして、ステータ２の中心線ＣＬ２上での位置の位相をθとすると、位相θの位置での円環４次モードの第一定在波によるステータ２の変位ｕａは、式１から次の式で示される。
ｕａ＝Ａｃｏｓ４θｃｏｓ２πｆｔ （式３）
なお、ｆは、交流電圧ｖａ（式１参照）の周波数であり、ｔは、経過時間である。
【００５６】
また、図２に戻り、交流電圧ｖｂの印加によりＢ相第一振動素子Ｂ１は、ステータ２に対して、交点Ｄ３ａ及びＤ３ｂの位置を振動の節とした１つの振動の山又は谷を形成するようにして領域Ｄ３のステータ２を上下方向に撓ませるたわみ振動を発生させる。同時に、交流電圧ｖｂの印加によりＢ相第二振動素子Ｂ２は、ステータ２に対して、交点Ｄ３ｂ及びＤ４ｂの位置を振動の節とした１つの振動の山又は谷を、領域Ｄ３のたわみ方向と反対方向に形成するようにして領域Ｄ４のステータ２を上下方向に撓ませるたわみ振動を発生させる。これによって、ステータ２には、領域Ｄ３及びＤ４をそれぞれ半波長とした中心線ＣＬ２に沿う第二定在波が生成され、第二定在波は、回転子１（図１参照）に向かう上方向及び支持部材３（図１参照）に向かう下方向に振幅する。
【００５７】
また、領域Ｄ３は、中心点Ｃ２を中心とする中心角β１の領域であり、領域Ｄ４は、中心点Ｃ２を中心とする中心角β２の領域であり、中心角β１及びβ１はいずれも、π／４ラジアンである。よって、ステータ２に形成される第二定在波は、領域Ｄ３及び領域Ｄ４を合わせた中心角がπ／２ラジアンの領域に１つの波長を形成する定在波であり、ステータ２の全周では４つの波長を形成する定在波となる。すなわち、第二定在波は、円環４次モードの定在波でとなる。
【００５８】
また、領域Ｄ５の中心角γがπ／８ラジアンであるため、第二定在波の節となる交点Ｄ３ａの位置と、第一定在波の節となる交点Ｄ１ｂの位置との位相差はπ／８ラジアンとなる。一方、第一定在波及び第二定在波の１波長が形成される領域は、π／２ラジアンを中心角とする領域に相当するため、領域Ｄ５は、第一定在波及び第二定在波の１波長の１／４に相当する。よって、第二定在波及び第一定在波は、互いに１／４波長ずれた状態でステータ２に形成される。
【００５９】
そして、図６を参照すると、Ｂ相第一振動素子Ｂ１及びＢ相第二振動素子Ｂ２のたわみ振動がステータ２に形成する第二定在波による、ステータ２の中心線ＣＬ２上の各位置における変位が破線曲線で示されている。なお、図示される破線曲線は、図示される第一定在波と同時に形成されている第二定在波を示している。
さらに、ステータ２の中心線ＣＬ２上での位置の位相をθとすると、位相θの位置での円環４次モードの第二定在波によるステータ２の変位ｕｂは、式２から次の式で示される。
ｕｂ＝Ａｃｏｓ｛４（θ＋π／８）｝ｃｏｓ（２πｆｔ＋π／２）
＝Ａｃｏｓ（４θ＋π／２）ｃｏｓ（２πｆｔ＋π／２） （式４）
なお、ｆは、交流電圧ｖｂ（式２参照）の周波数であり、ｔは、経過時間である。
【００６０】
上述のように、ステータ２には、第一定在波及び第二定在波が生じるが、この２つの定在波は、いずれもが同一の円周である中心線ＣＬ２に沿って形成されているため、互いに重なり合うことで進行波を形成する。
そして、図７を参照すると、形成された進行波による、ステータ２の中心線ＣＬ２上の各位置における変位が実線曲線で示されている。なお、図７において、変位は、図６と同様に、ステータ２の厚み方向の変位であり、上方向の変位は正の値をとり、下方向の変位は負の値をとる。また、図示される実線曲線は、ある特定の時刻における進行波による変位を示している。
さらに、ステータ２の中心線ＣＬ２上での位置の位相をθとすると、位相θの位置での進行波によるステータ２の変位ｕは、式３及び式４から次の式で示される。
ｕ＝ｕａ＋ｕｂ
＝Ａｃｏｓ４θｃｏｓ２πｆｔ＋Ａｃｏｓ（４θ＋π／２）ｃｏｓ（２πｆｔ＋π／２）
＝Ａｃｏｓ（４θ−２πｆｔ） （式５）
【００６１】
よって、進行波は、図７において位相θの正方向である方向Ｗに進行する波であり、図２において、Ｂ相第一振動素子Ｂ１からＢ相第二振動素子Ｂ２に向かう方向Ｒ１に進行する。
上述のようにして、ステータ２に、その中心線ＣＬ２（図２参照）に沿って進行する進行波が発生し、そして、進行波の進行によって、ステータ２の爪部２ｃ（図１参照）の先端には、楕円振動が発生する。なお、ステータ２の中心線ＣＬ２に沿って振幅Ａを有して進行する進行波を発生させるためには、中心線ＣＬ２に沿って振幅Ａの第一定在波及び第二定在波を発生させることが好ましく、そのためには、Ａ相第一振動素子Ａ１、Ａ相第二振動素子Ａ２、Ｂ相第一振動素子Ｂ１及びＢ相第二振動素子Ｂ２が、同一の円周上である中心線ＣＬ２上で１つの輪を形成するようにして並べられることが好ましい。
【００６２】
上述の説明から、実施の形態１に係る振動アクチュエータ１０１は、ステータ２と、ステータ２に対して移動可能に接触させて設けられる回転子１と、分極され且つ電圧が印加されるとたわみ振動を発生可能な第一圧電素子部１１又は第二圧電素子部１２を有し、ステータ２に対して第一圧電素子部１１又は第二圧電素子部１２のたわみ振動を伝達可能に接触して設けられるＡ相第一振動素子Ａ１及びＡ相第二振動素子Ａ２と、分極され且つ電圧が印加されるとたわみ振動を発生可能な第一圧電素子部１１又は第二圧電素子部１２を有し、ステータ２に対して第一圧電素子部１１又は第二圧電素子部１２のたわみ振動を伝達可能に接触して設けられるＢ相第一振動素子Ｂ１及びＢ相第二振動素子Ｂ２とを備え、第一圧電素子部１１及び第二圧電素子部１２は、電圧の印加時に撓む方向と異なる方向に分極され、回転子１は、Ａ相第一振動素子Ａ１及びＡ相第二振動素子Ａ２並びにＢ相第一振動素子Ｂ１及びＢ相第二振動素子Ｂ２からステータ２に伝達したたわみ振動によって形成される進行波が発生するステータ２の爪部２ｃと接触する。
【００６３】
このとき、Ａ相第一振動素子Ａ１及びＡ相第二振動素子Ａ２並びにＢ相第一振動素子Ｂ１及びＢ相第二振動素子Ｂ２からステータ２にたわみ振動を加える方向と、第一圧電素子部１１及び第二圧電素子部１２の分極方向とが異なる。そして、第一圧電素子部１１及び第二圧電素子部１２に対して、たわみ振動時に内部に発生する引張応力を低減する場合、分極方向から圧縮力を付与すればよい。よって、圧縮力を付与する部材は、ステータ２とＡ相第一振動素子Ａ１及びＡ相第二振動素子Ａ２並びにＢ相第一振動素子Ｂ１及びＢ相第二振動素子Ｂ２とが積層される方向（積層方向）と異なる方向に配置することができるため、振動アクチュエータ１０１がこの積層方向に大型化することを抑えることが可能になる。従って、振動アクチュエータ１０１は、発生する引張応力を低減することにより第一圧電素子部１１及び第二圧電素子部１２への印加電圧を増大させてその回転駆動力を増大させることを可能にすると共に、振動アクチュエータ１０１の回転軸方向の小型化を図ることを可能にする。
【００６４】
また、振動アクチュエータ１０１は、Ａ相に、第一圧電素子部１１又は第二圧電素子部１２と、第一圧電素子部１１又は第二圧電素子部１２を挟むようにして設けられる第一共振部材１３及び第二共振部材１４と、第一共振部材１３及び第二共振部材１４を連結する締結ねじ１５とを有するＡ相第一振動素子Ａ１及びＡ相第二振動素子Ａ２を備える。さらに、振動アクチュエータ１０１は、Ｂ相に、第一圧電素子部１１又は第二圧電素子部１２と、第一圧電素子部１１又は第二圧電素子部１２を挟むようにして設けられる第一共振部材１３及び第二共振部材１４と、第一共振部材１３及び第二共振部材１４を連結する締結ねじ１５とを有するＢ相第一振動素子Ｂ１及びＢ相第二振動素子Ｂ２を備える。そして、Ａ相第一振動素子Ａ１及びＡ相第二振動素子Ａ２は、ステータ２に沿って、第一共振部材１３、第一圧電素子部１１又は第二圧電素子部１２、及び第二共振部材１４が並ぶようにして配置され、Ｂ相第一振動素子Ｂ１及びＢ相第二振動素子Ｂ２は、ステータ２に沿って、第一共振部材１３、第一圧電素子部１１又は第二圧電素子部１２、及び第二共振部材１４が並ぶようにして配置される。
【００６５】
これによって、第一共振部材１３及び第二共振部材１４は、第一圧電素子部１１及び第二圧電素子部１２を拘束しさらに締め付けることによってこれらに圧縮力を付与することができるため、膨張時に第一圧電素子部１１及び第二圧電素子部１２に発生する引張応力を低減しさらには引張応力を発生させなくすることもできる。よって、第一圧電素子部１１及び第二圧電素子部１２に印加する電圧を高くすることができるため、振動アクチュエータ１０１の回転駆動力をより増大させることが可能になる。さらに、第一共振部材１３、第一圧電素子部１１又は第二圧電素子部１２、及び第二共振部材１４は、ステータ２に沿って並ぶようにして配置されるため、回転子１及びステータ２の積層方向である回転子１の軸部１ａの軸方向において、Ａ相第一振動素子Ａ１及びＡ相第二振動素子Ａ２、並びにＢ相第一振動素子Ｂ１及びＢ相第二振動素子Ｂ２の厚さを小さく抑えることができる。よって、振動アクチュエータ１０１は、扁平形状で製作することができる。さらに、回転子１及びステータ２の大きさに合わせて、Ａ相第一振動素子Ａ１、Ａ相第二振動素子Ａ２、Ｂ相第一振動素子Ｂ１及びＢ相第二振動素子Ｂ２の数量を変更することによって、回転子１及びステータ２の大きさが変わる毎にその大きさを変えることなく、回転子１を回転駆動することができる。よって、同形状のＡ相第一振動素子Ａ１、Ａ相第二振動素子Ａ２、Ｂ相第一振動素子Ｂ１及びＢ相第二振動素子Ｂ２の汎用性を向上させ、製作コストを低減することが可能になる。
【００６６】
また、第一圧電素子部１１及び第二圧電素子部１２は、電圧が印加されると膨張又は収縮し且つ互いに異なる動きをするように分極された第一圧電素子１０ａ及び第二圧電素子１０ｂを有し、第一共振部材１３及び第二共振部材１４は、第一圧電素子１０ａ及び第二圧電素子１０ｂが膨張又は収縮する方向から第一圧電素子部１１又は第二圧電素子部１２を挟む。このとき、第一圧電素子１０ａ及び第二圧電素子１０ｂが互いに異なる膨張動作及び収縮動作をすることによって、第一圧電素子部１１及び第二圧電素子部１２は、分極方向と異なる方向に撓む動作を行うことができる。さらに、第一圧電素子１０ａ及び第二圧電素子１０ｂは、膨張する方向と反対方向から第一共振部材１３及び第二共振部材１４による圧縮力を受けるため、引張応力による破損を低減することが可能になる。
【００６７】
また、Ａ相第一振動素子Ａ１及びＡ相第二振動素子Ａ２とＢ相第一振動素子Ｂ１及びＢ相第二振動素子Ｂ２とは、Ａ相第一振動素子Ａ１及びＡ相第二振動素子Ａ２からステータ２に伝達するたわみ振動とＢ相第一振動素子Ｂ１及びＢ相第二振動素子Ｂ２からステータ２に伝達するたわみ振動とがそれぞれ、ステータ２に別個の第一定在波及び第二定在波を形成するように、定在波の１／４波長に相当する中心角γの間隔を互いにあけて設けられる。このとき、第一定在波及び第二定在波が別個に形成されるため、Ａ相第一振動素子Ａ１及びＡ相第二振動素子Ａ２とＢ相第一振動素子Ｂ１及びＢ相第二振動素子Ｂ２とに印加する交流電圧の位相をずらすようにして調節することにより、第一定在波及び第二定在波が、ステータ２に進行波を効果的に形成することが可能になる。
ステータ２は円筒状すなわち環状であり、Ａ相第一振動素子Ａ１及びＡ相第二振動素子Ａ２、並びにＢ相第一振動素子Ｂ１及びＢ相第二振動素子Ｂ２は、ステータ２に沿って環状に配置される。ステータ２が環状であることによって、Ａ相第一振動素子Ａ１及びＡ相第二振動素子Ａ２、並びにＢ相第一振動素子Ｂ１及びＢ相第二振動素子Ｂ２から伝達したたわみ振動は、ステータ２の円周に沿って全体に伝播する。よって、Ａ相第一振動素子Ａ１とＢ相第一振動素子Ｂ１が少なくとも１つずつあれば、ステータ２全体に進行波を発生させることができるため、コストを低減することが可能になる。
【００６８】
また、実施の形態１の振動アクチュエータ１０１では、ステータ２において、Ａ相第一振動素子Ａ１及びＡ相第二振動素子Ａ２によって円環４次モードの第一定在波を形成し、Ｂ相第一振動素子Ｂ１及びＢ相第二振動素子Ｂ２によって円環４次モードの第二定在波を形成していたが、これに限定されるものでなく、以下のような変形例を挙げることができる。
【００６９】
（変形例１）
図８に示すように、ステータ２に対して、１つのＡ相振動素子Ａ２１と、１つのＢ相振動素子Ｂ２１とを配置し、Ａ相振動素子Ａ２１及びＢ相振動素子Ｂ２１のそれぞれによって円環４次モードの第一定在波及び第二定在波を形成するようにしてもよい。
このとき、Ａ相振動素子Ａ２１は、中心点Ｃ２を中心として中心角α（αはπ／２ラジアンである）とするステータ２の下面２ｄの領域の端部から端部まで及ぶように位置し、Ｂ相振動素子Ｂ２１は、中心点Ｃ２を中心として中心角β（βはπ／２ラジアンである）とするステータ２の下面２ｄの領域の端部から端部まで及ぶように位置している。そして、Ａ相振動素子Ａ２１及びＢ相振動素子Ｂ２１はいずれも、第一共振部材１３、第一圧電素子部１１、第二共振部材１４、並びに、第一共振部材１３及び第二共振部材１４を第一圧電素子部１１に対して押し付けて一体にする締結ねじ２１５によって構成されている。
【００７０】
Ａ相振動素子Ａ２１は、交流電圧が印加されると、ステータ２の下面２ｄにおける中心角α（π／２ラジアン）の領域を１つの波長とする下面２ｄの周方向に沿った第一定在波を形成し、この第一定在波は、ステータ２の全周では４つの波長を形成する円環４次モードの定在波となる。同様に、Ｂ相振動素子Ｂ２１は、交流電圧が印加されると、ステータ２の下面２ｄにおける中心角β（π／２ラジアン）の領域を１つの波長とする下面２ｄの周方向に沿った第二定在波を形成し、この第二定在波は、ステータ２の全周では４つの波長を形成する円環４次モードの定在波となる。
【００７１】
さらに、紙面上で時計回りにＡ相振動素子Ａ２１からＢ相振動素子Ｂ２１に向かう方向にあるＡ相振動素子Ａ２１とＢ相振動素子Ｂ２１との間の間隙領域について、その中心角γを３／８πラジアンとすると、Ａ相振動素子Ａ２１に交流電圧ｖａ（式１参照）、Ｂ相振動素子Ｂ２１に交流電圧ｖｂ（式２参照）を印加することによって、位相θの位置のステータ２の変位が式５に示す変位ｕとなる進行波が、ステータ２に発生する。
【００７２】
また、ステータ２において、Ａ相第一振動素子Ａ１及びＡ相第二振動素子Ａ２によって形成される第一定在波、並びに、Ｂ相第一振動素子Ｂ１及びＢ相第二振動素子Ｂ２によって形成される第二定在波は、円環４次モードの定在波に限定されるものでなく、以下のような変形例を挙げることができる。
【００７３】
（変形例２）
図９に示すように、ステータ２に対して、中心点Ｃ２を中心として中心角α１（α１はπ／２ラジアンである）とするステータ２の下面２ｄの領域の端部から端部までほぼ及ぶようにＡ相第一振動素子Ａ２１を配置し、Ａ相第一振動素子Ａ２１に隣接させ且つ中心角α２（α２はπ／２ラジアンである）とするステータ２の下面２ｄの領域の端部から端部までほぼ及ぶようにＡ相第二振動素子Ａ２２を配置する。さらに、ステータ２に対して、中心点Ｃ２を中心として中心角β１（β１はπ／２ラジアンである）とするステータ２の下面２ｄの領域の端部から端部までほぼ及ぶようにＢ相第一振動素子Ｂ２１を配置し、Ｂ相第一振動素子Ｂ２１に隣接させ且つ中心角β２（β２はπ／２ラジアンである）とするステータ２の下面２ｄの領域の端部から端部までほぼ及ぶようにＢ相第二振動素子Ｂ２２を配置する。そして、Ａ相第一振動素子Ａ２１とＢ相第一振動素子Ｂ２１とを間隙を介して隣接させ、Ａ相第二振動素子Ａ２２とＢ相第二振動素子Ｂ２２とを間隙を介して隣接させる。
【００７４】
なお、Ａ相第一振動素子Ａ２１及びＢ相第一振動素子Ｂ２１は、上述のＡ相振動素子Ａ２１及びＢ相振動素子Ｂ２１と同様の構成を有している。一方、Ａ相第二振動素子Ａ２２及びＢ相第二振動素子Ｂ２２はいずれも、第一共振部材１３、第二圧電素子部１２、第二共振部材１４、並びに、第一共振部材１３及び第二共振部材１４を第二圧電素子部１２に対して押し付けて一体にする締結ねじ２１５によって構成されている。
【００７５】
Ａ相第一振動素子Ａ２１は、交流電圧が印加されると、ステータ２の下面２ｄにおける中心角α１（π／２ラジアン）の領域を半波長とする下面２ｄの周方向に沿った定在波の一部を形成し、Ａ相第二振動素子Ａ２２は、下面２ｄにおける中心角α２（π／２ラジアン）の領域を半波長とする下面２ｄの周方向に沿った定在波の一部を形成する。よって、Ａ相第一振動素子Ａ２１及びＡ相第二振動素子Ａ２２によって、ステータ２の下面２ｄにおける中心角をπラジアンとする領域を１つの波長とする下面２ｄの周方向に沿った第一定在波が形成され、この第一定在波は、ステータ２の全周では２つの波長を形成する円環２次モードの定在波となる。
【００７６】
同様に、交流電圧が印加されると、Ｂ相第一振動素子Ｂ２１及びＢ相第二振動素子Ｂ２２によって、ステータ２の下面２ｄにおける中心角をπラジアンとする領域を１つの波長とする下面２ｄの周方向に沿った第二定在波が形成され、この第二定在波は、ステータ２の全周では２つの波長を形成する円環２次モードの定在波となる。
そして、Ａ相第一振動素子Ａ２１及びＡ相第二振動素子Ａ２２からなるＡ相と、Ｂ相第一振動素子Ｂ２１及びＢ相第二振動素子Ｂ２２からなるＢ相とに印加する交流電圧の位相差を調節することによって、ステータ２に進行波を発生させることができる。なお、印加する交流電圧の周波数が同一の場合、定在波の円環モードの次数を減少させることで、進行波の進行速度が増加して回転子１の回転速度が増加し、その次数を増加させることで進行波の進行速度が減少して回転子１の回転速度が減少する。
【００７７】
実施の形態２．
この発明の実施の形態２に係る振動アクチュエータ２０１は、実施の形態１において、ステータ２の下面２ｄの周方向である中心線ＣＬ２に沿って、第一共振部材１３、第一圧電素子部１１及び第二共振部材１４が順次並ぶように配置されていたＡ相第一振動素子Ａ１及びＢ相第一振動素子Ｂ１、並びに、第一共振部材１３、第二圧電素子部１２及び第二共振部材１４が順次並ぶように配置されていたＡ相第二振動素子Ａ２及びＢ相第二振動素子Ｂ２を、下面２ｄの周方向と垂直な方向に沿って並ぶように配置したものである。
なお、以下の実施の形態において、前出した図における参照符号と同一の符号は、同一または同様な構成要素であるので、その詳細な説明は省略する。
【００７８】
図１０を参照すると、振動アクチュエータ２０１のステータ２の下面２ｄにおいて、Ａ相第一振動素子Ａ１は、締結ねじ１５の軸方向となる中心軸Ａ１ＣＬが下面２ｄの周方向と垂直な方向、すなわち、中心点Ｃ２に向かう方向となるように方向付けられている。さらに、Ａ相第一振動素子Ａ１は、中心軸Ａ１ＣＬが中心点Ｃ２を中心とする中心角α１（α１はπ／４ラジアンである）の領域Ｄ１の中央を通り且つ第一圧電素子部１１が領域Ｄ１内にあるように位置付けられている。このため、中心点Ｃ２を中心とした中心軸Ａ１ＣＬと領域Ｄ１の端部とによる中心角はα１／２（０．５α１）となる。
【００７９】
また、下面２ｄにおいて、Ａ相第二振動素子Ａ２は、その締結ねじ１５の軸方向となる中心軸Ａ２ＣＬが中心点Ｃ２に向かう方向となるように方向付けられ、さらに、中心軸Ａ２ＣＬが中心角α２（α２はπ／４ラジアンである）の領域Ｄ２の中央を通り且つ第二圧電素子部１２が領域Ｄ２内にあるように位置付けられている。このため、中心点Ｃ２を中心とした中心軸Ａ２ＣＬと領域Ｄ２の端部とによる中心角はα２／２（０．５α２）となる。
【００８０】
また、下面２ｄにおいて、Ｂ相第一振動素子Ｂ１は、その締結ねじ１５の軸方向となる中心軸Ｂ１ＣＬが中心点Ｃ２に向かう方向となるように方向付けられ、さらに、中心軸Ｂ１ＣＬが中心角β１（β１はπ／４ラジアンである）の領域Ｄ３の中央を通り且つ第一圧電素子部１１が領域Ｄ３内にあるように位置付けられている。このため、中心点Ｃ２を中心とした中心軸Ｂ１ＣＬと領域Ｄ３の端部とによる中心角はβ１／２（０．５β１）となる。
さらに、下面２ｄにおいて、Ｂ相第二振動素子Ｂ２は、その締結ねじ１５の軸方向となる中心軸Ｂ２ＣＬが中心点Ｃ２に向かう方向となるように方向付けられ、さらに、中心軸Ｂ２ＣＬが中心角β２（β２はπ／４ラジアンである）の領域Ｄ４の中央を通り且つ第二圧電素子部１２が領域Ｄ４内にあるように位置付けられている。このため、中心点Ｃ２を中心とした中心軸Ｂ２ＣＬと領域Ｄ４の端部とによる中心角はβ２／２（０．５β２）となる。
また、領域Ｄ１及び領域Ｄ３の間の領域Ｄ５の中心角γは、π／８ラジアンである。
【００８１】
これにより、Ａ相第一振動素子Ａ１及びＡ相第二振動素子Ａ２は、交流電圧が印加されると互いに反対方向に変形するたわみ振動を発生するため、ステータ２の下面２ｄにおける中心角α１＋α２（α１＋α２はπ／２ラジアンである）の領域Ｄ１＋領域Ｄ２を１つの波長とする下面２ｄの周方向に沿った第一定在波を、ステータ２に形成する。よって、Ａ相第一振動素子Ａ１及びＡ相第二振動素子Ａ２は、ステータ２の全周で４つの波長を形成する円環４次モードの第一定在波を発生し、この第一定在波は、実施の形態１でステータ２に形成される第一定在波と同様のものである。
【００８２】
また、Ｂ相第一振動素子Ｂ１及びＢ相第二振動素子Ｂ２も同様に、交流電圧が印加されると互いに反対方向に変形するたわみ振動を発生するため、ステータ２の下面２ｄにおける中心角β１＋β２（β１＋β２はπ／２ラジアンである）の領域Ｄ３＋領域Ｄ４を１つの波長とする下面２ｄの周方向に沿った第二定在波を、ステータ２に形成する。よって、Ｂ相第一振動素子Ｂ１及びＢ相第二振動素子Ｂ２は、ステータ２の全周で４つの波長を形成する円環４次モードの第二定在波を発生し、この第二定在波は、実施の形態１でステータ２に形成される第二定在波と同様のものである。
【００８３】
従って、ステータ２には、実施の形態１と同様にして、第一定在波及び第二定在波の複合波である進行波が発生する。
また、この発明の実施の形態２に係る振動アクチュエータ２０１のその他の構成及び動作は、実施の形態１と同様であるため、説明を省略する。
【００８４】
このように、実施の形態２に係る振動アクチュエータ２０１において、上記実施の形態１の振動アクチュエータ１０１と同様な効果が得られる。
また、振動アクチュエータ２０１のように、Ａ相第一振動素子Ａ１、Ａ相第二振動素子Ａ２、Ｂ相第一振動素子Ｂ１、Ｂ相第二振動素子Ｂ２は、ステータ２の下面２ｄの周方向に垂直な方向に沿うように配置されることによって互いに干渉しにくくなるため、それぞれの大きさによって配置上の制約を受けにくくなる。よって、Ａ相第一振動素子Ａ１、Ａ相第二振動素子Ａ２、Ｂ相第一振動素子Ｂ１、Ｂ相第二振動素子Ｂ２は、ステータ２の大きさが変わる毎にその大きさを変える必要がなく様々な大きさのステータに対して使用することができるため、汎用性が向上し製作コストを低減することが可能になる。
【００８５】
実施の形態３．
この発明の実施の形態３に係る振動アクチュエータ３０１は、実施の形態１において、ステータ２の上方向に回転子１を配置し、ステータ２の下方向にＡ相第一振動素子Ａ１、Ａ相第二振動素子Ａ２、Ｂ相第一振動素子Ｂ１及びＢ相第二振動素子Ｂ２を配置していたものを、ステータ３２の外側に回転子３１を配置し、ステータ３２の内側にＡ相第一振動素子Ａ３１、Ａ相第二振動素子Ａ３２、Ｂ相第一振動素子Ｂ３１及びＢ相第二振動素子Ｂ３２を配置するようにしたものである。
【００８６】
図１１を参照すると、振動アクチュエータ３０１は、略円筒状のステータ３２を有している。ステータ３２の円筒状の外周面３２ａには、溝３２ｂが複数形成され、それによって外周面３２ａの外側に向かって突出する複数の爪部３２ｃが形成されている。
さらに、振動アクチュエータ３０１は、ステータ３２の外周面３２ａを取り囲む略円筒状をした回転子３１を有している。回転子３１は、その円筒状の内周面３１ｂｂをステータ３２の爪部３２ｃに接触させている。
【００８７】
また、振動アクチュエータ３０１は、ステータ３２の円筒状の内周面３２ｄに接合させたＡ相第一振動素子Ａ３１、Ａ相第二振動素子Ａ３２、Ｂ相第一振動素子Ｂ３１及びＢ相第二振動素子Ｂ３２を有している。
さらに、振動アクチュエータ３０１は、Ａ相第一振動素子Ａ３１、Ａ相第二振動素子Ａ３２、Ｂ相第一振動素子Ｂ３１及びＢ相第二振動素子Ｂ３２のそれぞれにおけるステータ３２と反対側の側面に接合させた円筒状の支持部材３３を有している。
【００８８】
Ａ相第一振動素子Ａ３１、Ａ相第二振動素子Ａ３２、Ｂ相第一振動素子Ｂ３１及びＢ相第二振動素子Ｂ３２はそれぞれ、ステータ３２の内周面３２ｄ及び支持部材３３の円筒状の外周面３３ａに整合し、ステータ３２の内周面３２ｄに周方向に沿う形状を有している。
【００８９】
Ａ相第一振動素子Ａ３１は、ステータ３２の内周面３２ｄに沿って順次並ぶように配置した第一共振部材３１３、第一圧電素子部３１１及び第二共振部材３１４を有し、第一共振部材３１３、第一圧電素子部３１１及び第二共振部材３１４を、ステータ３２の円筒軸となる中心軸Ｃ３２を中心とした中心角α１（α１はπ／４ラジアンである）の領域内における内周面３２ｄと、周方向全域にわたり接触させている。第一共振部材３１３及び第二共振部材３１４はそれぞれ、第一圧電素子部３１１を貫通する締結ねじ３１５と螺合し、締め付けられることによって、第一圧電素子部３１１に押し付けられて第一圧電素子部３１１と一体となっている。
【００９０】
第一圧電素子部３１１は、実施の形態１の第一圧電素子１０ａ及び第二圧電素子１０ｂとそれぞれ同様の第一圧電素子３１０ａ及び第二圧電素子３１０ｂを、締結ねじ３１５を境界として、ステータ３２の内周面３２ｄ及び支持部材３３の外周面３３ａに向かう方向に離れるような形状で有している。第一圧電素子３１０ａ及び第二圧電素子３１０ｂは、締結ねじ３１５の軸方向に互いに逆極性となるように分極されている。そして、第一圧電素子３１０ａは、ステータ３２の内周面３２ｄと接触し、第二圧電素子３１０ｂは、支持部材３３の外周面３３ａと接触している。
【００９１】
Ａ相第二振動素子Ａ３２も、Ａ相第一振動素子Ａ３１と同様にして、ステータ３２の内周面３２ｄに沿って順次並ぶように配置した第一共振部材３１３、第二圧電素子部３１２及び第二共振部材３１４を有しており、その第一共振部材３１３をＡ相第一振動素子Ａ３１の第二共振部材３１４に隣接させて配置されている。さらに、Ａ相第二振動素子Ａ３２は、第一共振部材３１３、第二圧電素子部３１２及び第二共振部材３１４を、中心軸Ｃ３２を中心とした中心角α２（α２はπ／４ラジアンである）の領域内におけるステータ３２の内周面３２ｄと、周方向全域にわたり接触させている。第一共振部材３１３及び第二共振部材３１４はそれぞれ、第二圧電素子部３１２を貫通する締結ねじ３１５と螺合し、締め付けられることによって、第二圧電素子部３１２に押し付けられて第二圧電素子部３１２と一体となっている。
【００９２】
また、第二圧電素子部３１２は、第一圧電素子部３１１と同様にして、第一圧電素子３１０ａ及び第二圧電素子３１０ｂを有しているが、第二圧電素子３１０ｂがステータ３２の内周面３２ｄと接触し、第一圧電素子３１０ａが支持部材３３の外周面３３ａと接触するようにして配置されている。
【００９３】
このため、Ａ相を構成するＡ相第一振動素子Ａ３１及びＡ相第二振動素子Ａ３２に同じ電圧が印加されると、例えば、第一圧電素子部３１１の第一圧電素子３１０ａがステータ３２の内周面３２ｄの周方向に沿った方向Ｐに膨張する共に、第一圧電素子部３１１の第二圧電素子３１０ｂが内周面３２ｄの周方向に沿った方向Ｑに収縮する。同時に、第二圧電素子部３１２の第二圧電素子３１０ｂが内周面３２ｄの周方向に沿った方向Ｑに収縮する共に、第二圧電素子部３１２の第一圧電素子３１０ａが内周面３２ｄの周方向に沿った方向Ｐに膨張する。これにより、Ａ相第一振動素子Ａ３１は、ステータ３２に向かって突出するように撓み、Ａ相第二振動素子Ａ３２は、支持部材３３に向かって突出するように撓み、互いに反対の方向の変形挙動を行う。
【００９４】
よって、Ａ相第一振動素子Ａ３１及びＡ相第二振動素子Ａ３２は、同じ交流電圧が印加されて、ステータ３２に向かう方向又は支持部材３３に向かう方向に交互に互いに反対方向に撓むたわみ振動を発生する。
このとき、Ａ相第一振動素子Ａ３１及びＡ相第二振動素子Ａ３２は、ステータ３２における中心角α１＋α２（α１＋α２はπ／２ラジアンである）の領域を１つの波長としたステータ３２の内周面３２ｄの周方向に沿った第一定在波を、ステータ３２に形成する。 従って、Ａ相第一振動素子Ａ３１及びＡ相第二振動素子Ａ３２は、ステータ３２の全周で４つの波長を形成する円環４次モードの第一定在波を発生する。なお、第一定在波は、回転子３１に向かう方向及び支持部材３３に向かう方向に振幅するものである。
【００９５】
また、Ｂ相第一振動素子Ｂ３１は、Ａ相第一振動素子Ａ３１と同様の構成を有し、Ｂ相第二振動素子Ｂ３２は、Ａ相第二振動素子Ａ３２と同様の構成を有している。
つまり、Ｂ相第一振動素子Ｂ３１は、第一共振部材３１３、第一圧電素子部３１１、第二共振部材３１４、及び締結ねじ３１５によって構成され、第一共振部材３１３、第一圧電素子部３１１及び第二共振部材３１４を、中心軸Ｃ３２を中心とした中心角β１（β１はπ／４ラジアンである）の領域内におけるステータ３２の内周面３２ｄと、周方向全域にわたり接触させている。そして、第一圧電素子部３１１では、第一圧電素子３１０ａがステータ３２の内周面３２ｄと接触し、第二圧電素子３１０ｂが支持部材３３の外周面３３ａと接触している。
【００９６】
また、Ｂ相第二振動素子Ｂ３２は、第一共振部材３１３、第二圧電素子部３１２、第二共振部材３１４、及び締結ねじ３１５によって構成され、その第一共振部材３１３をＢ相第一振動素子Ｂ３１の第二共振部材３１４に隣接させて配置されている。さらに、Ｂ相第二振動素子Ｂ３２は、第一共振部材３１３、第二圧電素子部３１２及び第二共振部材３１４を、中心軸Ｃ３２を中心とした中心角β２（β２はπ／４ラジアンである）の領域内におけるステータ３２の内周面３２ｄと、周方向全域にわたり接触させている。そして、第二圧電素子部３１２では、第二圧電素子３１０ｂがステータ３２の内周面３２ｄと接触し、第一圧電素子３１０ａが支持部材３３の外周面３３ａと接触している。
【００９７】
よって、Ｂ相を構成するＢ相第一振動素子Ｂ３１及びＢ相第二振動素子Ｂ３２は、同じ交流電圧が印加されて、互いに反対方向に撓む変形挙動を行うことによって、ステータ３２に向かう方向又は支持部材３３に向かう方向に交互に互いに反対方向に撓むたわみ振動を発生する。
このとき、Ｂ相第一振動素子Ｂ３１及びＢ相第二振動素子Ｂ３２は、ステータ３２における中心角β１＋β２（β１＋β２はπ／２ラジアンである）の領域を１つの波長としたステータ３２の内周面３２ｄの周方向に沿った第二定在波を、ステータ３２に形成する。 従って、Ｂ相第一振動素子Ｂ３１及びＢ相第二振動素子Ｂ３２は、ステータ３２の全周で４つの波長を形成する円環４次モードの第二定在波を発生する。なお、第二定在波は、回転子３１に向かう方向及び支持部材３３に向かう方向に振幅するものである。
【００９８】
また、Ａ相第一振動素子Ａ３１とＢ相第一振動素子Ｂ３１とは、ステータ３２の内周面３２ｄにおいて、中心軸Ｃ３２を中心とする中心角γ（γはπ／８ラジアンである）の領域に相当する間隔があけられて配置されている。このため、第一定在波及び第二定在波は、ステータ３２において、１／４波長ずれた状態で形成される。
よって、ステータ３２には、実施の形態１と同様にして、第一定在波及び第二定在波の複合波である進行波が発生する。さらに、発生した進行波によって、ステータ３２の爪部３２ｃの先端には、中心軸Ｃ３２方向の軸を中心に回る楕円振動が発生し、爪部３２ｃは、その先端に発生した楕円振動によって、回転子３１の内周面３１ｂｂを引っ掻くように動作して回転子３１を周方向に回転させる。
【００９９】
また、この発明の実施の形態３に係る振動アクチュエータ３０１のその他の構成及び動作は、実施の形態１と同様であるため、説明を省略する。
このように、実施の形態３に係る振動アクチュエータ３０１において、上記実施の形態１の振動アクチュエータ１０１と同様な効果が得られる。
【０１００】
実施の形態４．
この発明の実施の形態４に係る振動アクチュエータ４０１は、実施の形態３における回転子３１とＡ相第一振動素子Ａ３１、Ａ相第二振動素子Ａ３２、Ｂ相第一振動素子Ｂ３１及びＢ相第二振動素子Ｂ３２との配置を逆にしたもので、ステータ４２の内側に回転子４１を配置し、ステータ４２の外側にＡ相第一振動素子Ａ４１、Ａ相第二振動素子Ａ４２、Ｂ相第一振動素子Ｂ４１及びＢ相第二振動素子Ｂ４２を配置していたものである。
【０１０１】
図１２を参照すると、振動アクチュエータ４０１は、略円筒状のステータ４２を有している。ステータ４２の円筒状の内周面４２ａには、溝４２ｂが複数形成され、それによって内周面４２ａの内側に向かって突出する複数の爪部４２ｃが形成されている。
さらに、振動アクチュエータ４０１は、ステータ４２の爪部４２ｃにその外周面４１ｂｂを接触させている略円柱状の回転子４１を有している。
【０１０２】
また、振動アクチュエータ４０１は、ステータ４２の円筒状の外周面４２ｄに接合させたＡ相第一振動素子Ａ４１、Ａ相第二振動素子Ａ４２、Ｂ相第一振動素子Ｂ４１及びＢ相第二振動素子Ｂ４２を有している。
さらに、振動アクチュエータ４０１は、Ａ相第一振動素子Ａ４１、Ａ相第二振動素子Ａ４２、Ｂ相第一振動素子Ｂ４１及びＢ相第二振動素子Ｂ４２のそれぞれにおけるステータ４２と反対側の側面に接合させた円筒状の支持部材４３を有している。
【０１０３】
Ａ相第一振動素子Ａ４１、Ａ相第二振動素子Ａ４２、Ｂ相第一振動素子Ｂ４１及びＢ相第二振動素子Ｂ４２はそれぞれ、ステータ４２の外周面４２ｄ及び支持部材４３の円筒状の内周面４３ａに整合し、ステータ４２の外周面４２ｄに周方向に沿う形状を有している。
【０１０４】
Ａ相第一振動素子Ａ４１は、ステータ４２の外周面４２ｄに沿って順次並ぶように配置した第一共振部材４１３、第一圧電素子部４１１及び第二共振部材４１４を有し、第一共振部材４１３、第一圧電素子部４１１及び第二共振部材４１４を、ステータ４２の円筒軸となる中心軸Ｃ４２を中心とした中心角α１（α１はπ／４ラジアンである）の領域内における外周面４２ｄと、周方向全域にわたり接触させている。第一共振部材４１３及び第二共振部材４１４はそれぞれ、第一圧電素子部４１１を貫通する締結ねじ４１５と螺合し、締め付けられることによって、第一圧電素子部４１１に押し付けられて第一圧電素子部４１１と一体となっている。
【０１０５】
第一圧電素子部４１１は、実施の形態３の第一圧電素子部３１１と同様にして、第一圧電素子４１０ａ及び第二圧電素子４１０ｂを有している。第一圧電素子４１０ａ及び第二圧電素子４１０ｂは、締結ねじ４１５を境界として、ステータ４２の外周面４２ｄ及び支持部材４３の内周面４３ａに向かう方向に離れるような形状を有し、締結ねじ４１５の軸方向に互いに逆極性となるように分極されている。そして、第一圧電素子４１０ａは、ステータ４２の外周面４２ｄと接触し、第二圧電素子４１０ｂは、支持部材４３の内周面４３ａと接触している。
【０１０６】
Ａ相第二振動素子Ａ４２も、Ａ相第一振動素子Ａ４１と同様にして、ステータ４２の外周面４２ｄに沿って順次並ぶように配置した第一共振部材４１３、第二圧電素子部４１２及び第二共振部材４１４を有しており、その第一共振部材４１３をＡ相第一振動素子Ａ４１の第二共振部材４１４に隣接させて配置されている。さらに、Ａ相第二振動素子Ａ４２は、第一共振部材４１３、第二圧電素子部４１２及び第二共振部材４１４を、中心軸Ｃ４２を中心とした中心角α２（α２はπ／４ラジアンである）の領域内におけるステータ４２の外周面４２ｄと、周方向全域にわたり接触させている。第一共振部材４１３及び第二共振部材４１４はそれぞれ、第二圧電素子部４１２を貫通する締結ねじ４１５と螺合し、締め付けられることによって、第二圧電素子部４１２に押し付けられて第二圧電素子部４１２と一体となっている。
【０１０７】
また、第二圧電素子部４１２は、第一圧電素子部４１１と同様にして、第一圧電素子４１０ａ及び第二圧電素子４１０ｂを有しているが、第二圧電素子４１０ｂがステータ４２の外周面４２ｄと接触し、第一圧電素子４１０ａが支持部材４３の内周面４３ａと接触するようにして配置されている。
【０１０８】
このため、Ａ相を構成するＡ相第一振動素子Ａ４１及びＡ相第二振動素子Ａ４２に同じ電圧が印加されると、第一圧電素子部４１１及び第二圧電素子部４１２それぞれの第一圧電素子４１０ａ及び第二圧電素子４１０ｂが、ステータ４２の外周面４２ｄの周方向に沿った方向Ｐへの膨張動作又は方向Ｑへの収縮動作を行うが、互いに反対の挙動を行う。これにより、Ａ相第一振動素子Ａ４１及びＡ相第二振動素子Ａ４２は、ステータ４２に向かう方向又は支持部材４３に向かう方向へ撓み、さらに互いに反対方向に撓む変形挙動を行う。
【０１０９】
よって、Ａ相第一振動素子Ａ４１及びＡ相第二振動素子Ａ４２は、交流電圧が印加されて、ステータ４２に向かう方向又は支持部材４３に向かう方向に交互に互いに反対方向に撓むたわみ振動を発生する。
このとき、Ａ相第一振動素子Ａ４１及びＡ相第二振動素子Ａ４２は、ステータ４２における中心角α１＋α２（α１＋α２はπ／２ラジアンである）の領域を１つの波長としたステータ４２の外周面４２ｄの周方向に沿った第一定在波を、ステータ４２に形成する。 従って、Ａ相第一振動素子Ａ４１及びＡ相第二振動素子Ａ４２は、ステータ４２の全周で４つの波長を形成する円環４次モードの第一定在波を発生する。なお、第一定在波は、回転子４１に向かう方向及び支持部材４３に向かう方向に振幅するものである。
【０１１０】
また、Ｂ相第一振動素子Ｂ４１は、Ａ相第一振動素子Ａ４１と同様の構成を有し、Ｂ相第二振動素子Ｂ４２は、Ａ相第二振動素子Ａ４２と同様の構成を有している。
つまり、Ｂ相第一振動素子Ｂ４１は、第一共振部材４１３、第一圧電素子部４１１、第二共振部材４１４、及び締結ねじ４１５によって構成され、第一共振部材４１３、第一圧電素子部４１１及び第二共振部材４１４を、中心軸Ｃ４２を中心とした中心角β１（β１はπ／４ラジアンである）の領域内におけるステータ４２の外周面４２ｄと、周方向全域にわたり接触させている。そして、第一圧電素子部４１１では、第一圧電素子４１０ａが、ステータ４２の外周面４２ｄと接触し、第二圧電素子４１０ｂが、支持部材４３の内周面４３ａと接触している。
【０１１１】
また、Ｂ相第二振動素子Ｂ４２は、第一共振部材４１３、第二圧電素子部４１２、第二共振部材４１４、及び締結ねじ４１５によって構成され、その第一共振部材４１３をＢ相第一振動素子Ｂ４１の第二共振部材４１４に隣接させて配置されている。さらに、Ｂ相第二振動素子Ｂ４２は、第一共振部材４１３、第二圧電素子部４１２及び第二共振部材４１４を、中心軸Ｃ４２を中心とした中心角β２（β２はπ／４ラジアンである）の領域内におけるステータ４２の外周面４２ｄと、周方向全域にわたり接触させている。そして、第二圧電素子部４１２では、第二圧電素子４１０ｂが、ステータ４２の外周面４２ｄと接触し、第一圧電素子４１０ａが、支持部材４３の内周面４３ａと接触している。
【０１１２】
よって、Ｂ相を構成するＢ相第一振動素子Ｂ４１及びＢ相第二振動素子Ｂ４２は、交流電圧が印加されて、互いに反対方向の撓む変形挙動を行うことによって、ステータ４２に向かう方向又は支持部材４３に向かう方向に交互に互いに反対方向に撓むたわみ振動を発生する。
このとき、Ｂ相第一振動素子Ｂ４１及びＢ相第二振動素子Ｂ４２は、ステータ４２における中心角β１＋β２（β１＋β２はπ／２ラジアンである）の領域を１つの波長としたステータ４２の外周面４２ｄの周方向に沿った第二定在波を、ステータ４２に形成する。 従って、Ｂ相第一振動素子Ｂ４１及びＢ相第二振動素子Ｂ４２は、ステータ４２の全周で４つの波長を形成する円環４次モードの第二定在波を発生する。なお、第二定在波は、回転子４１に向かう方向及び支持部材４３に向かう方向に振幅するものである。
【０１１３】
また、Ａ相第一振動素子Ａ４１とＢ相第一振動素子Ｂ４１とは、ステータ４２の外周面４２ｄにおいて、中心軸Ｃ４２を中心とする中心角γ（γはπ／８でラジアンある）の領域に相当する間隔があけられて配置されている。このため、第一定在波及び第二定在波は、ステータ４２において、１／４波長ずれた状態で形成される。
よって、ステータ４２には、実施の形態３と同様にして、第一定在波及び第二定在波の複合波である進行波が発生する。さらに、発生した進行波によって、ステータ４２の爪部４２ｃの先端には、中心軸Ｃ４２方向の軸を中心に回る楕円振動が発生し、爪部４２ｃは、その先端に発生した楕円振動によって、回転子４１の外周面４１ｂｂを引っ掻くように動作して回転子４１を周方向に回転させる。
【０１１４】
また、この発明の実施の形態４に係る振動アクチュエータ４０１のその他の構成及び動作は、実施の形態３と同様であるため、説明を省略する。
このように、実施の形態４に係る振動アクチュエータ４０１において、上記実施の形態３の振動アクチュエータ３０１と同様な効果が得られる。
【０１１５】
また、実施の形態１〜４において、ステータ２，３２，４２は環状に限定されるものでなく直線状、すなわちリニアであってもよい。このとき、例えば、実施の形態１におけるＡ相第一振動素子Ａ１及びＡ相第二振動素子Ａ２、並びにＢ相第一振動素子Ｂ１及びＢ相第二振動素子Ｂ２は、ステータ２に沿ってリニアに配置される。
また、実施の形態１〜４において、Ａ相を構成する振動素子として２つのＡ相第一振動素子Ａ１，Ａ３１，Ａ４１及びＡ相第二振動素子Ａ２，Ａ３２，Ａ４２を配置し、Ｂ相を構成する振動素子として２つのＢ相第一振動素子Ｂ１，Ｂ３１，Ｂ４１及びＢ相第二振動素子Ｂ２，Ｂ３２，Ｂ４２を配置していたが、これに限定されるものでない。３つ以上のＡ相を構成する振動素子及びＢ相を構成する振動素子を配置してもよい。
【０１１６】
また、実施の形態１〜４において、締結ねじ１５，２１５，３１５，４１５を使用して、第一共振部材１３，３１３，４１３及び第二共振部材１４，３１４，４１４を、第一圧電素子部１１，３１１，４１１又は第二圧電素子部１２，３１２，４１２と連結し一体にしていたが、これに限定されるものでない。連結方法は、第一共振部材１３，３１３，４１３及び第二共振部材１４，３１４，４１４が、第一圧電素子部１１，３１１，４１１又は第二圧電素子部１２，３１２，４１２を両側から拘束できるものであればよい。締結ねじ１５，２１５，３１５，４１５の代わりに、リベットを使用してもよく、また、第一共振部材１３，３１３，４１３及び第二共振部材１４，３１４，４１４にこれらを連結する部材を接着してもよい。又は、第一共振部材１３，３１３，４１３及び第二共振部材１４，３１４，４１４をクリップで外側から挟み込むことによって、連結してもよい。
【符号の説明】
【０１１７】
１，３１，４１ 回転子（移動体）、２，３２，４２ ステータ、２ｃ，３２ｃ，４２ｃ 爪部（進行波が発生するステータの部位）、１０ａ，３１０ａ，４１０ａ 第一圧電素子（第一圧電素子、第三圧電素子）、１０ｂ，３１０ｂ，４１０ｂ 第二圧電素子（第二圧電素子、第四圧電素子）、１１，３１１，４１１ 第一圧電素子部（第一圧電素子体、第二圧電素子体）、１２，３１２，４１２ 第二圧電素子部（第一圧電素子体、第二圧電素子体）、１３，３１３，４１３ 第一共振部材（第一共振体、第三共振体）、１４，３１４，４１４ 第二共振部材（第二共振体、第四共振体）、１５，２１５，３１５，４１５ 締結ねじ（第一固定部材、第二固定部材）、１０１，２０１，３０１，４０１ 振動アクチュエータ、Ａ１，Ａ２１，Ａ３１，Ａ４１ Ａ相第一振動素子（第一振動素子、第一振動素子部）、Ａ２，Ａ２２，Ａ３２，Ａ４２ Ａ相第二振動素子（第一振動素子、第一振動素子部）、Ｂ１，Ｂ２１，Ｂ３１，Ｂ４１ Ｂ相第一振動素子（第二振動素子、第二振動素子部）、Ｂ２，Ｂ２２，Ｂ３２，Ｂ４２ Ｂ相第二振動素子（第二振動素子、第二振動素子部）。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステータと、
前記ステータに対して移動可能に接触させて設けられる移動体と、
分極され且つ電圧が印加されるとたわみ振動を発生可能な第一圧電素子体を有し、前記ステータに対して前記第一圧電素子体のたわみ振動を伝達可能に接触して設けられる第一振動素子部と、
分極され且つ電圧が印加されるとたわみ振動を発生可能な第二圧電素子体を有し、前記ステータに対して前記第二圧電素子体のたわみ振動を伝達可能に接触して設けられる第二振動素子部とを備え、
前記第一圧電素子体及び前記第二圧電素子体は、電圧の印加時に撓む方向と異なる方向に分極され、
前記移動体は、前記第一振動素子部及び前記第二振動素子部から前記ステータに伝達したたわみ振動によって形成される進行波が発生する前記ステータの部位と接触する振動アクチュエータ。
【請求項２】
前記第一振動素子部は、前記第一圧電素子体と、前記第一圧電素子体を挟むようにして設けられる第一共振体及び第二共振体と、前記第一共振体及び前記第二共振体を連結する第一固定部材とを有する第一振動素子を少なくとも１つ備え、
前記第二振動素子部は、前記第二圧電素子体と、前記第二圧電素子体を挟むようにして設けられる第三共振体及び第四共振体と、前記第三共振体及び前記第四共振体を連結する第二固定部材とを有する第二振動素子を少なくとも１つ備え、
前記第一振動素子は、前記ステータに沿って、前記第一共振体、前記第一圧電素子体及び前記第二共振体が並ぶようにして配置され、
前記第二振動素子は、前記ステータに沿って、前記第三共振体、前記第二圧電素子体及び前記第四共振体が並ぶようにして配置される請求項１に記載の振動アクチュエータ。
【請求項３】
前記第一圧電素子体は、電圧が印加されると膨張又は収縮し且つ互いに異なる動きをするように分極された第一圧電素子及び第二圧電素子を有し、
前記第一共振体及び前記第二共振体は、前記第一圧電素子及び前記第二圧電素子が膨張又は収縮する方向から前記第一圧電素子体を挟み、
前記第二圧電素子体は、電圧が印加されると膨張又は収縮し且つ互いに異なる動きをするように分極された第三圧電素子及び第四圧電素子を有し、
前記第三共振体及び前記第四共振体は、前記第三圧電素子及び前記第四圧電素子が膨張又は収縮する方向から前記第二圧電素子体を挟む請求項２に記載の振動アクチュエータ。
【請求項４】
前記第一振動素子部及び前記第二振動素子部は、前記第一振動素子部から前記ステータに伝達するたわみ振動及び前記第二振動素子部から前記ステータに伝達するたわみ振動がそれぞれ前記ステータに別個の定在波を形成するように、互いに間隔をあけて設けられる請求項１〜３のいずれか一項に記載の振動アクチュエータ。
【請求項５】
前記ステータは環状であり、
前記第一振動素子及び前記第二振動素子は、前記ステータに沿って環状に配置される請求項２〜４のいずれか一項に記載の振動アクチュエータ。
【請求項６】
前記ステータは直線状であり、
前記第一振動素子及び前記第二振動素子は、前記ステータに沿って直線状に配置される請求項２〜４のいずれか一項に記載の振動アクチュエータ。
【請求項１】
ステータと、
前記ステータに対して移動可能に接触させて設けられる移動体と、
分極され且つ電圧が印加されるとたわみ振動を発生可能な第一圧電素子体を有し、前記ステータに対して前記第一圧電素子体のたわみ振動を伝達可能に接触して設けられる第一振動素子部と、
分極され且つ電圧が印加されるとたわみ振動を発生可能な第二圧電素子体を有し、前記ステータに対して前記第二圧電素子体のたわみ振動を伝達可能に接触して設けられる第二振動素子部とを備え、
前記第一圧電素子体及び前記第二圧電素子体は、電圧の印加時に撓む方向と異なる方向に分極され、
前記移動体は、前記第一振動素子部及び前記第二振動素子部から前記ステータに伝達したたわみ振動によって形成される進行波が発生する前記ステータの部位と接触する振動アクチュエータ。
【請求項２】
前記第一振動素子部は、前記第一圧電素子体と、前記第一圧電素子体を挟むようにして設けられる第一共振体及び第二共振体と、前記第一共振体及び前記第二共振体を連結する第一固定部材とを有する第一振動素子を少なくとも１つ備え、
前記第二振動素子部は、前記第二圧電素子体と、前記第二圧電素子体を挟むようにして設けられる第三共振体及び第四共振体と、前記第三共振体及び前記第四共振体を連結する第二固定部材とを有する第二振動素子を少なくとも１つ備え、
前記第一振動素子は、前記ステータに沿って、前記第一共振体、前記第一圧電素子体及び前記第二共振体が並ぶようにして配置され、
前記第二振動素子は、前記ステータに沿って、前記第三共振体、前記第二圧電素子体及び前記第四共振体が並ぶようにして配置される請求項１に記載の振動アクチュエータ。
【請求項３】
前記第一圧電素子体は、電圧が印加されると膨張又は収縮し且つ互いに異なる動きをするように分極された第一圧電素子及び第二圧電素子を有し、
前記第一共振体及び前記第二共振体は、前記第一圧電素子及び前記第二圧電素子が膨張又は収縮する方向から前記第一圧電素子体を挟み、
前記第二圧電素子体は、電圧が印加されると膨張又は収縮し且つ互いに異なる動きをするように分極された第三圧電素子及び第四圧電素子を有し、
前記第三共振体及び前記第四共振体は、前記第三圧電素子及び前記第四圧電素子が膨張又は収縮する方向から前記第二圧電素子体を挟む請求項２に記載の振動アクチュエータ。
【請求項４】
前記第一振動素子部及び前記第二振動素子部は、前記第一振動素子部から前記ステータに伝達するたわみ振動及び前記第二振動素子部から前記ステータに伝達するたわみ振動がそれぞれ前記ステータに別個の定在波を形成するように、互いに間隔をあけて設けられる請求項１〜３のいずれか一項に記載の振動アクチュエータ。
【請求項５】
前記ステータは環状であり、
前記第一振動素子及び前記第二振動素子は、前記ステータに沿って環状に配置される請求項２〜４のいずれか一項に記載の振動アクチュエータ。
【請求項６】
前記ステータは直線状であり、
前記第一振動素子及び前記第二振動素子は、前記ステータに沿って直線状に配置される請求項２〜４のいずれか一項に記載の振動アクチュエータ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１２−６５４５４（Ｐ２０１２−６５４５４Ａ）
【公開日】平成２４年３月２９日（２０１２．３．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２０７６８８（Ｐ２０１０−２０７６８８）
【出願日】平成２２年９月１６日（２０１０．９．１６）
【出願人】（０００００３２１８）株式会社豊田自動織機 (4,162)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年３月２９日（２０１２．３．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年９月１６日（２０１０．９．１６）
【出願人】（０００００３２１８）株式会社豊田自動織機 (4,162)
【Ｆターム（参考）】
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