以下、この発明の実施の形態を添付図面に� ��づいて説明する。
実施の形態1
 図1に、この発明の実施の形態1に係る振動� �クチュエータを示す。基部ブロック1と固定� ��2との間に振動体3が挟持されており、これ� �によりほぼ円柱状の外形を有する振動子4が� ��成されている。固定子2には、振動体3に接� �る面とは反対側に凹部5が形成されており、� ��の凹部5内に略球体状の回転子6のほぼ下半� �が収容されている。
 固定子2の上部には、支持部材7が配置され� �いる。この支持部材7は、固定子2の上面の上 に固定される環状部8と、環状部8から上方に� ��びる逆L字形のアングル部9を有し、アング� �部9の先端に予圧部10が支持されている。

 ここで、説明の便宜上、基部ブロック1から 固定子2に向かう振動子4の中心軸をZ軸と規定 し、Z軸に対して垂直方向にX軸が、Z軸及びX� �に対して垂直にY軸がそれぞれ延びているも� ��とする。
 予圧部10は、回転子6の+Z軸方向の最高点で� �る頂点付近に接触している。支持部材7のア� ��グル部9は弾性を有し、これにより予圧部10� ��回転子6に加圧され、回転子6に-Z軸方向の予 圧を付与している。

 図2に示されるように、予圧部10は、凹状円� ��面形状の予圧面11を有しており、この予圧� �11が回転子6の頂点付近に接触している。
 また、基部ブロック1と固定子2とが振動体3� ��に通された連結ボルト12を介して互いに連� �されている。
 固定子2の凹部5は、回転子6の直径より小さ� ��内径を有する小径部13と、回転子6の直径よ� ��大きな内径を有する大径部14とからなり、� �れら小径部13及び大径部14との境界部にXY平� �上に位置する環状の段差15が形成されている 。回転子6はこの凹部5内の段差15に当接した� �態で回転可能に支持されている。
 なお、基部ブロック1および固定子2はそれ� �れ例えばジェラルミンから形成され、回転� �6としては鋼球が用いられる。

 振動体3は、固定子2に超音波の振動を発生� �せて回転子6をX、Y、Zの3軸の回りにそれぞれ 回転させるためのものであり、それぞれXY平� ��上に位置し且つ互いに重ね合わされた平板� ��の第1~第3の圧電素子部31~33を有している。� �れら第1~第3の圧電素子部31~33がそれぞれ駆動 回路16に電気的に接続されている。
 具体的には、図3に示されるように、第1の� �電素子部31は、それぞれ円板形状を有する電 極板31a、圧電素子板31b、電極板31c、圧電素子 板31d及び電極板31eが順次重ね合わされた構造 を有している。同様に、第2の圧電素子部32は 、それぞれ円板形状を有する電極板32a、圧電 素子板32b、電極板32c、圧電素子板32d及び電極 板32eが順次重ね合わされた構造を有し、第3� �圧電素子部33は、それぞれ円板形状を有する 電極板33a、圧電素子板33b、電極板33c、圧電素 子板33d及び電極板33eが順次重ね合わされた構 造を有している。これらの圧電素子部31~33が� ��縁シート34~37を介して固定子2及び基部ブロ� ��ク1から、また互いに絶縁された状態で配置 されている。

 図4に示されるように、第1の圧電素子部31の 一対の圧電素子板31b及び31dは、Y軸方向に2分� ��された部分が互いに逆極性を有してそれぞ� ��Z軸方向(厚み方向)に膨張と収縮の反対の変� ��挙動を行うように分極されており、圧電素� ��板31bと圧電素子板31dは互いに裏返しに配置� ��れている。
 第2の圧電素子部32の一対の圧電素子板32b及� ��32dは、2分割されることなく全体がZ軸方向(� ��み方向)に膨張あるいは収縮の変形挙動を行 うように分極されており、圧電素子板32bと圧 電素子板32dは互いに裏返しに配置されている 。
 第3の圧電素子部33の一対の圧電素子板33b及� ��33dは、X軸方向に2分割された部分が互いに� �極性を有してそれぞれZ軸方向(厚み方向)に� �張と収縮の反対の変形挙動を行うように分� �されており、圧電素子板33bと圧電素子板33d� �互いに裏返しに配置されている。

 第1の圧電素子部31の両面部分に配置され� ��いる電極板31a及び電極板31eと、第2の圧電素 子部32の両面部分に配置されている電極板32a� ��び電極板32eと、第3の圧電素子部33の両面部� ��に配置されている電極板33a及び電極板33eが� ��れぞれ電気的に接地されている。また、第1 の圧電素子部31の一対の圧電素子板31b及び31d� ��間に配置されている電極板31cと、第2の圧電 素子部32の一対の圧電素子板32b及び32dの間に� ��置されている電極板32cと、第3の圧電素子部 33の一対の圧電素子板33b及び33dの間に配置さ� ��ている電極板33cがそれぞれ駆動回路16に電� �的に接続されている。

 図5に示されるように、駆動回路16は、回� ��子6をX軸の回りに回転させるときの駆動周� �数f1を設定するX軸周波数設定部161と、回転� �6をY軸の回りに回転させるときの駆動周波数 f2を設定するY軸周波数設定部162と、回転子6� �Z軸の回りに回転させるときの駆動周波数f3� �設定するZ軸周波数設定部163とを有している� ��さらに、X軸周波数設定部161には、駆動周波 数f1の交流電圧を第1の圧電素子部31と第2の圧 電素子部32に出力するX軸駆動部164が接続され ている。同様に、Y軸周波数設定部162には、� �動周波数f2の交流電圧を第2の圧電素子部32と 第3の圧電素子部33とに出力するY軸駆動部165� �接続されている。さらに、Z軸周波数設定部1 63には、駆動周波数f3の交流電圧を第1の圧電� ��子部31と第3の圧電素子部33に出力するZ軸駆� ��部166が接続されている。

 次に、この実施の形態1に係る振動アクチュ エータの動作について説明する。
 まず、振動アクチュエータを動作させる前� ��、振動子4のX軸方向、Y軸方向、Z軸方向にお ける共振周波数をそれぞれ測定する。
 例えば、第3の圧電素子部33のX軸方向に2分� �された一対の圧電素子板33b及び33dに一定電� �の交流を印加し、印加電圧の周波数を所定� �測定範囲内で掃引し、このときの電流値を� �視して電流値が最大になった周波数がX軸方� ��における振動子4の共振周波数fxとなる。
 同様に、第1の圧電素子部31のY軸方向に2分� �された一対の圧電素子板31b及び31dに一定電� �の交流を印加し、印加電圧の周波数を所定� �測定範囲内で掃引し、このときの電流値を� �視して電流値が最大になった周波数がY軸方� ��における振動子4の共振周波数fyとなる。
 さらに、第2の圧電素子部32の一対の圧電素� ��板32b及び32dに一定電圧の交流を印加し、印� ��電圧の周波数を所定の測定範囲内で掃引し� ��このときの電流値を監視して電流値が最大� ��なった周波数がZ軸方向における振動子4の� �振周波数fzとなる。

 このような共振周波数の測定は、例えば� ��インピーダンスアナライザを用いて行うこ� ��ができる。インピーダンスアナライザによ� ��、印加電圧の周波数を掃引してアドミッタ� ��ス(インピーダンスの逆数)が最大になった� �波数が、すなわち電流値が最大になった周� �数であり、共振周波数を示している。実際� �、インピーダンスアナライザにより測定し� �周波数-アドミッタンス特性を図6に示す。こ の図6からわかるように、X軸方向の共振周波� ��fx、Y軸方向の共振周波数fy、Z軸方向の共振� ��波数fzが互いに一致せず、異なっている。

 ここで、第1の圧電素子部31の電極板31cに� ��動子4の共振周波数fx、fy、fzに近い周波数の 交流電圧を印加すると、第1の圧電素子部31の 一対の圧電素子板31b及び31dの2分割された部� �がZ軸方向に膨張と収縮を交互に繰り返し、� ��定子2にY軸方向のたわみ振動を発生する。� �様に、第2の圧電素子部32の電極板32cに交流� �圧を印加すると、第2の圧電素子部32の一対� �圧電素子板32b及び32dがZ軸方向に膨張と収縮� ��繰り返し、固定子2にZ軸方向の縦振動を発� �する。さらに、第3の圧電素子部33の電極板33 cに交流電圧を印加すると、第3の圧電素子部3 3の一対の圧電素子板33b及び33dの2分割された� ��分がZ軸方向に膨張と収縮を交互に繰り返し 、固定子2にX軸方向のたわみ振動を発生する� ��

 そこで、第2の圧電素子部32の電極板32cと第3 の圧電素子部33の電極板33cとの双方に位相を9 0度シフトさせた交流電圧をそれぞれ印加す� �と、X軸方向のたわみ振動とZ軸方向の縦振動 とが組み合わされて回転子6と接触する固定� �2の段差15にXZ面内の楕円振動が発生し、摩擦 力を介して回転子6がほぼY軸回りに回転する� ��
 同様に、第1の圧電素子部31の電極板31cと第2 の圧電素子部32の電極板32cとの双方に位相を9 0度シフトさせた交流電圧をそれぞれ印加す� �と、Y軸方向のたわみ振動とZ軸方向の縦振動 とが組み合わされて回転子6と接触する固定� �2の段差15にYZ面内の楕円振動が発生し、摩擦 力を介して回転子6がほぼX軸回りに回転する� ��
 さらに、第1の圧電素子部31の電極板31cと第3 の圧電素子部33の電極板33cとの双方に位相を9 0度シフトさせた交流電圧をそれぞれ印加す� �と、X軸方向のたわみ振動とY軸方向のたわみ 振動とが組み合わされて回転子6と接触する� �定子2の段差15にXY面内の楕円振動が発生し、 摩擦力を介して回転子6がほぼZ軸回りに回転� ��る。

 このように、回転子6をX軸回りに回転さ� �るためにはY軸方向のたわみ振動とZ軸方向の 縦振動との組み合わせが必要となり、Y軸回� �に回転させるためにはX軸方向のたわみ振動� ��Z軸方向の縦振動との組み合わせが必要とな り、Z軸回りに回転させるためにはX軸方向の� ��わみ振動とY軸方向のたわみ振動との組み合 わせが必要となる。

 そこで、1つの回転軸の回りの回転に必要 な2方向のそれぞれの振動子4の共振周波数の� ��間値をその回転軸に対する駆動周波数とす� ��。すなわち、回転子6をX軸の回りに回転さ� �る際には、Y軸方向の共振周波数fyとZ軸方向� ��共振周波数fzの中間値f1=(fy+fz)/2を駆動周波� �とし、回転子6をY軸の回りに回転させる際に は、X軸方向の共振周波数fxとZ軸方向の共振� �波数fzの中間値f2=(fx+fz)/2を駆動周波数とし、 回転子6をZ軸の回りに回転させる際には、X軸 方向の共振周波数fxとY軸方向の共振周波数fy� ��中間値f3=(fx+fy)/2を駆動周波数とする。

 このようにして得られた駆動周波数f1、f2、 f3をそれぞれ駆動回路16のX軸周波数設定部161� ��Y軸周波数設定部162、Z軸周波数設定部163に� �定する。
 そして、回転子6をX軸回りに回転させる際� �は、駆動回路16のX軸駆動部164から第1の圧電� ��子部31の電極板31cと第2の圧電素子部32の電� �板32cとの双方に位相を90度シフトさせた駆動 周波数f1の交流電圧をそれぞれ印加する。こ� ��により、Y軸方向のたわみ振動とZ軸方向の� �振動とが組み合わされて回転子6と接触する� ��定子2の段差15にYZ面内の楕円振動が発生し� �軸ずれを生じることなく回転子6がX軸の回り に回転する。
 また、回転子6をY軸回りに回転させる際に� �、駆動回路16のY軸駆動部165から第2の圧電素� ��部32の電極板32cと第3の圧電素子部33の電極� �33cとの双方に位相を90度シフトさせた駆動周 波数f2の交流電圧をそれぞれ印加する。これ� ��より、X軸方向のたわみ振動とZ軸方向の縦� �動とが組み合わされて回転子6と接触する固� ��子2の段差15にXZ面内の楕円振動が発生し、� �ずれを生じることなく回転子6がY軸の回りに 回転する。
 さらに、回転子6をZ軸回りに回転させる際� �は、駆動回路16のZ軸駆動部166から第1の圧電� ��子部31の電極板31cと第3の圧電素子部33の電� �板33cとの双方に位相を90度シフトさせた駆動 周波数f3の交流電圧をそれぞれ印加する。こ� ��により、X軸方向のたわみ振動とY軸方向の� �わみ振動とが組み合わされて回転子6と接触� ��る固定子2の段差15にXY面内の楕円振動が発� �し、軸ずれを生じることなく回転子6がZ軸の 回りに回転する。

 このように、各回転軸X、Y、Zに対し、回� ��子6を回転させるのに必要な2方向のそれぞ� �の振動子4の共振周波数に基づいて設定され� ��周波数をその回転軸に対する駆動周波数と� ��ることにより、回転軸にずれを生じること� ��く回転子6を正確に移動制御することができ る。

 なお、1つの回転軸の回りの回転に必要な 2方向の振動を生ずるための2つの圧電素子部� ��位相を90度シフトさせた交流電圧をそれぞ� �印加したが、これに限るものではない。た� �し、2方向の振動の組み合わせによって固定� ��2の段差15に回転子6の回転移動のために効率 のよい楕円振動または円振動を発生するよう に、2つの圧電素子部に印加される交流電圧� �振幅及び位相を制御することが好ましい。

実施の形態2
 図7に実施の形態2に係る振動アクチュエー� �の電気系統を示す。この実施の形態2は、上� ��した実施の形態1の振動アクチュエータにお いて、振動体3の第1~第3の圧電素子部31~33に共 振周波数測定回路17を接続し、この共振周波� ��測定回路17に駆動回路16のX軸周波数設定部16 1、Y軸周波数設定部162、Z軸周波数設定部163を それぞれ接続したものである。

 共振周波数測定回路17は、第1~第3の圧電� �子部31~33の各圧電素子板にそれぞれ一定電圧 の交流を印加し、印加電圧の周波数を所定の 測定範囲内で掃引し、このときの電流値また はアドミッタンスを監視して電流値またはア ドミッタンスが最大になった周波数からX軸� �向、Y軸方向、Z軸方向における振動子4の共� �周波数fx、fy、fzをそれぞれ測定する。さら� �、共振周波数測定回路17は、測定された共振 周波数fx、fy、fzをそれぞれ駆動回路16のX軸周 波数設定部161、Y軸周波数設定部162、Z軸周波� ��設定部163に出力して設定させる。

 一般に、回転子6の回転により何らかの負荷 を移動させたり駆動したときには、その反作 用を振動子4が受けるために、振動子4の共振� ��波数に変化が生じる。
 そこで、共振周波数測定回路17によりX軸方� ��、Y軸方向、Z軸方向における振動子4の共振� ��波数fx、fy、fzをそれぞれ測定して駆動回路1 6のX軸周波数設定部161、Y軸周波数設定部162、 Z軸周波数設定部163に設定されている値を更� �すれば、振動子4の共振周波数が変化しても� ��その変化をほぼリアルタイムで把握し、正� ��な共振周波数fx、fy、fzを用いて第1~第3の圧� ��素子部31~33を駆動することができる。した� �って、より正確に回転子を移動制御するこ� �が可能となる。

その他の実施の形態
 上記の実施の形態1及び2では、X、Y、Zの3つ� ��回転軸のそれぞれに対して、回転子6を回転 させるのに必要な2方向の共振周波数の中間� �をその回転軸に対する駆動周波数としたが� �これに限るものではない。例えば、3方向以� ��の振動を合成して一つの回転軸の回りの回� ��を行うこともでき、この場合には、回転子6 の回転に必要な3方向以上の共振周波数に基� �いて駆動周波数が設定される。また、全方� �の共振周波数の最小値から最大値までの間� �あって互いに異なる周波数を各回転軸の駆� �周波数として設定してもよい。さらに、回� �子6をある回転軸の回りに回転させるのに必� ��な方向のそれぞれの共振周波数の間の値を� ��の回転軸に対する駆動周波数とすることも� ��きる。

 なお、上記の実施の形態1及び2においては� �第1~第3の圧電素子部31~33を用いて回転子6をX� ��Y、Zの3つの回転軸の回りに回転させるもの� ��例示したが、これに限るものではなく、1つ の回転軸の回りにのみ、あるいは2つの回転� �の回りにのみ回転する振動アクチュエータ� �対しても、この発明を適用することができ� �。1つの回転軸の回りにのみ回転する場合に� ��、回転子は略球体状である必要はなく、例� ��ば円柱形状とすることもできる。
 また、実施の形態1及び2では、略球体状の� �転子6の頂点付近から予圧を付与していたが� ��この発明は予圧力のかけ方には何ら限定さ� ��るものではない。
 この発明の振動アクチュエータは、例えば� ��ボットハンドに用いることができる。