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及び2に、この発明の実施の形態1に係る� ��動アクチュエータを示す。基部1と固定子2� �の間に振動体3が挟持され、基部1と固定子2� �が振動体3内に通された連結ボルト4を介して 互いに連結されている。固定子2には、振動� �3に接する面とは反対側に凹部5が形成される と共に、凹部5内に環状の段差6が形成され、� ��球体状の回転子7が段差6に当接した状態で� �転可能に支持されている。
 ここで、説明の便宜上、基部1から回転子7� �向かってZ軸が延び、Z軸に対して垂直方向に X軸が、Z軸及びX軸に対して垂直にY軸がそれ� �れ延びているものとする。

 固定子2の上部には、YZ面内に延びるアー� ��状部材(スライダ受け用部材)8が配置されて� ��る。このアーチ状部材8は、X軸(第1の回転軸 )を跨ぐように回転子7の外周部に沿って配置� ��れており、回転子7の回転中心を中心とした 円弧状の周面9を有し、この周面9上に第1の被 計測体として互いに間隔を隔てて平行に配置 された第1及び第2の帯部材10及び11が貼付され ている。これら第1及び第2の帯部材10及び11は 、それぞれその長さに比例した抵抗値を有す る抵抗体から形成されている。

 回転子7には、XZ面内に延びるジョイント� ��材12が固定されている。ジョイント部材12は 、アーチ状部材8に交差してアーチ状部材8を� ��ぐような形状を有し、その下端が回転子7の X軸方向の両端部に固定されている。ジョイ� �ト部材12の頂部下面には、スライダ13が垂設� ��れている。スライダ13は、アーチ状部材8を� ��ぐように、その両端部が回転子7の方向に垂 れ下がり、この垂れ下がり部の内側に互いに 対向するようにピン形状の突出部14が形成さ� ��ている。アーチ状部材8の両側面には、それ ぞれ回転子7の回転中心を中心とした円弧状� �ガイド溝15が形成されており、このガイド溝 15にスライダ13の突出部14が摺動可能に挿入さ れている。すなわち、回転子7がX軸の回りに� ��転すると、突出部14がガイド溝15に案内され た状態で、ジョイント部材12を介してスライ� ��13がアーチ状部材8に沿って移動するように� ��成されている。

 さらに、スライダ13の天井部には、第1の読� ��体として、アーチ状部材8の第1及び第2の帯� ��材10及び11の表面にそれぞれ接触するブラシ 16が固定されている。ブラシ16は、導電体か� �形成されており、このブラシ16により第1及� �第2の帯部材10及び11は互いに電気的に短絡し ている。第1及び第2の帯部材10及び11の一端部 A及びBには、X軸回り回転位置測定回路17が電� ��的に接続されている。
 また、図2に示されるように、アーチ状部材 8の頂部には、予圧部材18が垂設され、この予 圧部材18が回転子7のほぼ頂点部分に当接して 、回転子7を固定子2の段差6に対して加圧接触 させている。

 振動体3は、固定子2に超音波振動を発生� �せて回転子7をX軸の回りに回転させるための ものであり、それぞれXY平面上に位置し且つ� ��いに重ね合わされた平板状の第1の圧電素子 部31及び第2の圧電素子部32を有している。こ� ��ら第1及び第2の圧電素子部31及び32がそれぞ� ��駆動回路19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� �圧電素子部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てい る。これら第1の圧電素子部31及び第2圧電素� �部32が絶縁シート34~36を介して固定子2及び基 部1から、また互いに絶縁された状態で配置� �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とがそれぞれ電気的に接地され� ��いる。また、第1の圧電素子部31の一対の圧� ��素子板31b及び31dの間に配置されている電極� ��31cと、第2の圧電素子部32の一対の圧電素子� ��32b及び32dの間に配置されている電極板32cと� ��それぞれ駆動回路19に電気的に接続されて� �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。
 振動体3に対して、第1の圧電素子部31の電極 板31cに振動アクチュエータの固有振動数に近 い周波数の交流電圧を印加すると、第1の圧� �素子部31の一対の圧電素子板31b及び31dの2分� �された部分がZ軸方向に膨張と収縮を交互に� ��り返し、固定子2にY軸方向のたわみ振動を� �生する。同様に、第2の圧電素子部32の電極� �32cに交流電圧を印加すると、第2の圧電素子� ��32の一対の圧電素子板32b及び32dがZ軸方向に� ��張と収縮を繰り返し、固定子2にZ軸方向の� �振動を発生する。

 そこで、例えば、駆動回路19から第1の圧� ��素子部31の電極板31cと第2の圧電素子部32の� �極板32cとの双方に位相を90度シフトさせた交 流電圧をそれぞれ印加すると、Y軸方向のた� �み振動とZ軸方向の縦振動とが組み合わされ� ��回転子7と接触する固定子2の段差6にYZ面内� �楕円振動が発生し、摩擦力を介して回転子7� ��X軸回りに回転する。

 このようにして回転子7がX軸回りに回転す� �と、図5に示されるように、回転子7と共にジ ョイント部材12が回転し、スライダ13の突出� �14がアーチ状部材8のガイド溝15に案内された 状態でスライダ13がアーチ状部材8に沿って移 動する。
 このとき、スライダ13に固定されたブラシ16 がアーチ状部材8の第1及び第2の帯部材10及び1 1の表面にそれぞれ接触しながらスライダ13が 移動し、第1及び第2の帯部材10及び11は、それ ぞれその長さに比例した抵抗値を有している 。このため、図6に示されるように、第1の帯� ��材10の一端Aから第2の帯部材11の一端Bまでの 抵抗値は、アーチ状部材8に沿ったスライダ13 の移動位置に対応したものとなる。したがっ て、X軸回り回転位置測定回路17でAB間の抵抗� ��を計測することにより、スライダ13の移動� �置に対応する位置情報が得られ、X軸回りの� ��転子7の回転位置を測定することができる。

 ここで、AB間の抵抗値ではなく、例えば� �1の帯部材10の一端Aからブラシ16までの抵抗� �を計測しても回転子7の回転位置の測定は可� ��であるが、AB間の抵抗値を計測した方が、� �ライダ13の移動位置に対する抵抗値の変化量 がほぼ2倍となるため、高精度の測定が可能� �なる。また、AB間の抵抗値を計測すれば、ス ライダ13にリード線等を接続する必要がなく� ��リード線がスライダ13の移動に影響を与え� �ことが防止されるので好ましい。

 このように、回転子7の回転に伴ってスライ ダ13をアーチ状部材8に沿って移動させ、スラ イダ13のブラシ16をアーチ状部材8に配設され� ��第1及び第2の帯部材10及び11の表面に接触さ� ��るようにしたので、第1及び第2の帯部材10及 び11の一端部間の抵抗値によりスライダ13の� �動位置が検出され、小型でありながら正確� �回転子7の回転位置を測定することが可能と� ��る。
 なお、この実施の形態1では、回転子7をX軸� ��回りにのみ回転させるので、略球体状の回� ��子7の代わりに、例えば円柱形状の回転子を 用いることもできる。

実施の形態2
 図7及び8に、この発明の実施の形態2に係る� ��動アクチュエータを示す。この実施の形態2 は、回転子7をX軸回りだけでなく、Y軸回りに も回転するように構成されたものである。実 施の形態1の振動アクチュエータと同様に、� �転子7には、XZ面内に延びるジョイント部材20 が固定されている。ジョイント部材20は、ア� ��チ状部材8に交差してアーチ状部材8を跨ぐ� �うな形状を有し、その下端が回転子7のX軸方 向の両端部に固定されている。ジョイント部 材20の頂部には、回転子7のY軸方向の回転中� �を中心とした互いに平行な一対の円弧状の� �面21及び22が形成され、これら凸面21及び22上 にそれぞれ第3及び第4の帯部材23及び24が貼付 されている。第3及び第4の帯部材23及び24は、 それぞれその長さに比例した抵抗値を有する 抵抗体から形成されている。また、一対の凸 面21及び22の間には、X軸方向に延びる溝25が� �成されている。

 実施の形態1と同様に、スライダ13がアーチ� ��部材8を跨ぐように配置されている。スライ ダ13は、ジョイント部材20からは独立してお� �、スライダ13の上部に棒状部材26が突出形成� ��れ、棒状部材26がジョイント部材20の溝25に� ��入されている。ジョイント部材20の頂部か� �上方へ突出した棒状部材26に第2のブラシ27が 固定されている。第2のブラシ27は、導電体か ら形成されると共に第3及び第4の帯部材23及� �24の表面にそれぞれ接触し、これにより第3� �び第4の帯部材23及び24は互いに電気的に短絡 している。第3及び第4の帯部材23及び24の一端 部C及びDには、Y軸回り回転位置測定回路28が� ��気的に接続されている。
 図9に示されるように、棒状部材26は、矩形� ��断面形状を有し、ジョイント部材20の溝25内 をX軸方向に円滑に移動できるように挿入さ� �ている。

 この実施の形態2における振動体3は、固� �子2に超音波振動を発生させて回転子7をX軸� �びY軸の2軸の回りにそれぞれ回転させるため のものであり、Z軸方向の縦振動を生じる第1� ��圧電素子部31及びX軸方向のたわみ振動を生� ��る第2の圧電素子部32に加えて、Y軸方向のた わみ振動を生じる第3の圧電素子部33を有して おり、この第3の圧電素子部33も、第1及び第2� ��圧電素子部31及び32と同様に、駆動回路19に� ��気的に接続されている。

 図10に示されるように、第3の圧電素子部33� �、第1及び第2の圧電素子部31及び32と同様に� �電極板33a、圧電素子板33b、電極板33c、圧電� �子板33d及び電極板33eが順次重ね合わされた� �造を有し、絶縁シート36及び37を介して第2の 圧電素子部32及び基部1からそれぞれ絶縁され るように配置されている。
 図11に示されるように、第3の圧電素子部33� �一対の圧電素子板33b及び33dは、X軸方向に2分 割された部分が互いに逆極性を有してそれぞ れZ軸方向(厚み方向)に膨張と収縮の反対の変 形挙動を行うように分極されており、圧電素 子板33bと圧電素子板33dは互いに裏返しに配置 されている。
 なお、第3の圧電素子部33の電極板33a及び電� ��板33eはそれぞれ電気的に接地され、電極板3 3cは駆動回路19に電気的に接続されている。

 次に、この実施の形態2に係る振動アクチュ エータの動作について説明する。
 振動体3に対して、第1の圧電素子部31の電極 板31cに振動アクチュエータの固有振動数に近 い周波数の交流電圧を印加すると、第1の圧� �素子部31の一対の圧電素子板31b及び31dの2分� �された部分がZ軸方向に膨張と収縮を交互に� ��り返し、固定子2にY軸方向のたわみ振動を� �生する。同様に、第2の圧電素子部32の電極� �32cに交流電圧を印加すると、第2の圧電素子� ��32の一対の圧電素子板32b及び32dがZ軸方向に� ��張と収縮を繰り返し、固定子2にZ軸方向の� �振動を発生する。さらに、第3の圧電素子部3 3の電極板33cに交流電圧を印加すると、第3の� ��電素子部33の一対の圧電素子板33b及び33dの2� ��割された部分が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� ��発生する。

 そこで、例えば、駆動回路19から第1の圧� ��素子部31の電極板31cと第2の圧電素子部32の� �極板32cとの双方に位相を90度シフトさせた交 流電圧をそれぞれ印加すると、Y軸方向のた� �み振動とZ軸方向の縦振動とが組み合わされ� ��回転子7と接触する固定子2の段差6にYZ面内� �楕円振動が発生し、摩擦力を介して回転子7� ��X軸回りに回転する。

 このようにして回転子7がX軸回りに回転す� �と、図12に示されるように、回転子7と共に� �ョイント部材20がX軸回りに回転するが、ジ� �イント部材20の溝25に棒状部材26が挿入され� �いるため、棒状部材26を介してスライダ13もX 軸回りに回転する。このとき、スライダ13の� ��出部14がアーチ状部材8のガイド溝15に案内� �れた状態でスライダ13がアーチ状部材8に沿� �て移動する。
 したがって、実施の形態1と同様に、スライ ダ13に固定されたブラシ16がアーチ状部材8の� ��1及び第2の帯部材10及び11の表面にそれぞれ� ��触しながらスライダ13が移動し、X軸回り回� ��位置測定回路17で第1の帯部材10の一端Aと第2 の帯部材11の一端Bとの間の抵抗値を計測する ことにより、スライダ13の移動位置、すなわ� ��X軸回りの回転子7の回転位置を測定するこ� �ができる。

 次に、駆動回路19から第2の圧電素子部32� �電極板32cと第3の圧電素子部33の電極板33cと� �双方に位相を90度シフトさせた交流電圧をそ れぞれ印加すると、X軸方向のたわみ振動とZ� ��方向の縦振動とが組み合わされて回転子7と 接触する固定子2の段差6にXZ面内の楕円振動� �発生し、摩擦力を介して回転子7がY軸回りに 回転する。

 このようにして回転子7がY軸回りに回転す� �と、図13に示されるように、回転子7と共に� �ョイント部材20がY軸回りに回転するが、ジ� �イント部材20の溝25がX軸方向に延びて形成さ れているため、溝25に挿入されている棒状部� ��26とジョイント部材20とが相対移動し、ジョ イント部材20のみがY軸回りに回転する。
 このため、棒状部材26に固定された第2のブ� ��シ27に接触しながらジョイント部材20の第3� �び第4の帯部材23及び24が移動する。第3及び� �4の帯部材23及び24は、それぞれその長さに比 例した抵抗値を有しているので、第3の帯部� �23の一端Cから第4の帯部材24の一端Dまでの抵� ��値は、ジョイント部材20の移動位置に対応� �たものとなる。したがって、Y軸回り回転位� ��測定回路28でCD間の抵抗値を計測することに より、ジョイント部材20の移動位置、すなわ� ��Y軸回りの回転子7の回転位置を測定するこ� �ができる。

 このようにして、回転子7をX軸回り及びY軸� ��りに回転させると共に、X軸回りの回転子7� �回転位置及びY軸回りの回転子7の回転位置を 測定することが可能となる。
 なお、図9に示したように、矩形の断面形状 を有する棒状部材26がジョイント部材20の溝25 内に挿入されているため、振動アクチュエー タの製造公差等に起因して、振動体3を駆動� �たときに回転子7をZ軸回りに回転させる力の 成分が発生したとしても、ジョイント部材20� ��溝25内に挿入されている棒状部材26によって Z軸回りの回転が規制され、回転子7をX軸回り 及びY軸回りに安定して回転させることが可� �となる。

実施の形態3
 実施の形態1では、アーチ状部材8の円弧状� �周面9上に第1及び第2の帯部材10及び11が貼付� ��れたが、図14に示されるように、アーチ状� �材8の両側面上にそれぞれ円弧形状に切り抜� ��れた第1及び第2の帯部材10及び11を貼付する� ��ともできる。なお、図14では、アーチ状部� �8の一方の側面に貼付された第1の帯部材10の� ��が示されているが、アーチ状部材8の他方の 側面にも第2の帯部材11が貼付されている。
 このようにすれば、第1及び第2の帯部材10及 び11を平面的な抵抗体から形成することがで� ��る。
 同様に、実施の形態2においても、図15に示� ��れるように、アーチ状部材8の両側面上にそ れぞれ円弧形状に切り抜かれた第1及び第2の� ��部材10及び11を貼付することができる。

実施の形態4
 実施の形態1及び2では、抵抗体からなる第1� ��び第2の帯部材10及び11にスライダ13のブラシ 16を接触させて抵抗値を計測することによりX 軸回りの回転子7の回転位置を測定したが、� �抗値以外の物理量を用いて回転子7の回転位� ��の測定を行うこともできる。

 例えば、図16に示されるように、実施の� �態1において、第1及び第2の帯部材10及び11の� ��わりに、第1の被計測体として、長さ方向に 対して幅が次第に変化する第1の導体板41をア ーチ状部材8の円弧状の周面9上に貼付すると� ��に、ブラシ16の代わりに、第1の読取体とし� ��、スライダ13の天井部に第2の導体板42を貼� �し、これら第1の導体板41及び第2の導体板42� �の静電容量を計測することもできる。これ� �の導体板41及び42は、互いに接触することな� ��、わずかな間隙を介して対向しているもの� ��する。また、第1の導体板41はアーチ状部材8 から電気的に絶縁されていることが好ましい 。

 図17は、アーチ状部材8の円弧状の周面9上 に貼付された第1の導体板41を模式的に平面状 に伸ばし、スライダ13の第2の導体板42との位� ��関係を示したものである。導体板41及び42間 の静電容量は、これら導体板41及び42が互い� �重なり合った部分の面積Sに比例するが、導� ��板41は長さ方向に対して次第に変化する幅� �有している。このため、導体板41及び42間の� ��電容量は、アーチ状部材8に沿ったスライダ 13の移動位置に対応したものとなる。したが� ��て、導体板41及び42間の静電容量を計測する ことにより、スライダ13の移動位置、すなわ� ��X軸回りの回転子7の回転位置を測定するこ� �ができる。

 同様にして、実施の形態2における第3及� �第4の帯部材23及び24の代わりに、長さ方向に 対して次第に変化する幅を有した第3の導体� �をジョイント部材20の頂部に貼付すると共に 、第2のブラシ27の代わりに、第4の導体板を� �状部材26に支持させ、これら導体板間の静電 容量を計測することによっても、Y軸回りの� �転子7の回転位置を測定することができる。

 また、図18に示されるように、第1の被計� ��体として、長さ方向に対して次第に変化す� ��幅を有する光反射体43をアーチ状部材8の円� ��状の周面9上に配置し、スライダ13に支持さ� ��た第1の読取体としての光学センサ44で板部� ��43の幅を計測してもよい。実施の形態2に対� ��ても、長さ方向に対して次第に変化する幅� ��有する光反射体をジョイント部材20の頂部� �配置し、棒状部材26に支持された光学センサ で板部材の幅を計測してもよい。このように しても、同様に、X軸回りの回転子7の回転位� ��及びY軸回りの回転子7の回転位置を測定す� �ことができる。なお、光反射体43は、アーチ 状部材8の周面9上あるいはジョイント部材20� �頂部に、光反射板を貼付してもよく、また� �、長さ方向に対して次第に変化する幅を有� �る図形を直接描いたり、印刷することもで� �る。また、光反射体43として、長さ方向に対 して幅が次第に変化するものを用いたが、こ れに限るものではなく、長さ方向に対して次 第に光の反射量が変化するものや、次第に色 が変化するもの等、各種の光学特性が変化す るものを用いることができる。

実施の形態5
 実施の形態2において、矩形の断面形状を有 する棒状部材26の代わりに、図19に示される� �うに、円形の断面形状を有する棒状部材45を 用い、回転子7をX軸、Y軸、Z軸の3軸の回りに� ��れぞれ回転するように構成することができ� ��。
 振動体3に対して、駆動回路19から第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� ��板33cとの双方に位相を90度シフトさせた交� �電圧をそれぞれ印加すると、X軸方向のたわ� ��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7と接触する固定子2の段差6にXY面� ��の楕円振動が発生し、摩擦力を介して回転� ��7がZ軸回りに回転する。
 この場合、Z軸回り回転位置測定回路を設置 して、Z軸の回りの回転子7の回転位置を測定� ��ることが好ましい。

 なお、上記の各実施の形態では、略球体状� ��回転子7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 されるものではない。
 また、回転子7をX軸、Y軸の2軸の回りにそれ ぞれ回転するように構成する場合や、回転子 7をX軸、Y軸、Z軸の3軸の回りにそれぞれ回転� ��るように構成する場合であっても、測定が� ��要な回転軸について回転位置を測定できる� ��うにすればよい。例えば、回転子7をX軸、Y� ��の2軸の回りにそれぞれ回転するような構成 で、回転位置の測定はX軸回りのみにしても� �い。

 また、この発明の振動アクチュエータは、� ��えば図20に示されるように、ロボットハン� �に用いることができる。このロボットハン� �は、実施の形態1に係る振動アクチュエータ� ��ジョイント部材12に指部46を固定し、回転子 7の回転と共に指部46をX軸の回りに移動でき� �ようにしたものである。X軸回り回転位置測� ��回路17でX軸回りの回転子7の回転位置を測定 することにより、指部46の移動位置を把握す� ��ことができる。
 同様にして、実施の形態2~5の振動アクチュ� ��ータをロボットハンドに用いることもでき� ��。