JP2000224875A - 圧電アクチュエ―タ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 共振周波数の変化に対して駆動周波数を簡易
な手段で変化させる。 【解決手段】 この圧電アクチュエータは自由端部を有
し一方の面に圧電素子１０５，１０６が貼設され他方の
面に移動体１０２が接触することを特徴とした変位機構
部１０３，１０４を複数備え、圧電素子１０５，１０６
に駆動回路１１８とセンシング回路１１９を選択的に接
続するための複数の切替回路１１０，１１１を有し、セ
ンシング回路１１９によって検出された電圧によって制
御回路１２０を通して発信回路６０２の制御電圧を制御
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、圧電素子を用い
た圧電アクチュエータに関する。

【０００２】

【従来の技術】圧電素子を用いた代表的なアクチュエー
タとして超音波モータがある。従来の超音波モータにお
いては、圧電セラミクスからなる圧電素子と金属等の弾
性体より振動子を構成し、この振動体の表面に移動体を
加圧接触する構造が知られている。振動体としては、例
えばリング型の金属体の一方の面に駆動用の圧電素子を
接着して振動体を構成するリング型超音波モータ、ある
いは例えばディスク型の金属体の一方の面に駆動用の圧
電素子を接着して振動体を構成するディスク型超音波モ
ータ等が知られており、従来の電磁モータに置き換わる
アクチュエータデバイスとして多くの応用および実用化
が行われている。

【０００３】これら従来の超音波モータは、従来の電磁
モータと比較すると、１）低速高トルク、２）構造が簡
単、３）保持トルクが大きい、４）非磁性材料で構成、
５）応答性に優れる、等の特徴を持つ。従来の超音波モ
ータの動作原理は、金属振動体の一方の面に接着され、
かつ駆動用に分極された圧電素子材料を振幅制御するこ
とにより振動体に振動が伝搬され、印可電界の位相差か
ら移動体に進行波として伝わる。この進行波により移動
体が摩擦駆動されて移動する。この進行波は、振動体の
上下振動が厚みにより横方向の振動に変換され、振動体
に楕円運動をつくることにより発生する。そして、移動
体を振動体に加圧接触して設置することにより、摩擦力
により振動体表面の横方向運動が移動体に伝わることに
なる。この上下振動の振幅値は数ミクロン程度の極めて
小さな値であるために、振幅が最大になるような周波数
で駆動することと、その状態で振動体と移動体を接触さ
せて機械出力を取り出すことが、従来の超音波モータ等
の圧電アクチュエータでは重要であった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の超音波
モータ等の圧電アクチュエータにおいては、駆動端子か
らみたインピーダンスが容量性であり、かつ駆動周波数
が特定の狭い範囲内に限定されると言う特徴を持つ圧電
素子を用いているため、周囲の温度や移動体の運動状況
によって微妙に変化する共振周波数に追尾するための自
動周波数追尾回路等が必要であった。

【０００５】この自動周波数追尾回路は、負荷や温度な
どの影響をうけて変わる振動体の共振周波数と駆動周波
数の関係を一定に保つように、共振周波数の変化に対し
て駆動周波数を変化させるための回路であるが、この機
能を果たすためには、１）圧電素子に駆動電極とともに
構成したセンサ電極の出力電圧値、２）駆動端子に流入
する電流の大きさ、などを検出する必要がある。

【０００６】しかし、圧電素子に駆動電極とともにセン
サ電極を構成する方法では、構成が複雑になり小型化に
向かないという欠点があり、また駆動端子に流入する電
流の大きさを検出する方法では、微妙な電流変化を効率
良く検出するための高精度な回路が必要なばかりでな
く、検出系が有するインピーダンスにより駆動特性を阻
害してしまうといった欠点があった。

【０００７】また、共振周波数を追尾するためには、セ
ンサ電力の出力電圧値の極大値を追尾する必要がある
が、駆動周波数が共振周波数から高周波側にずれても低
周波側にずれても、センサ電力は同様に低下するため、
周波数を高周波側に制御すべきか低周波側に制御すべき
かは１回のセンシングでは判断できず、追尾のために時
間がかかってしまうと言う欠点があった。

【０００８】そこで、本発明は上記に鑑みてなされたも
のであって、小型化に適し、また駆動特性を阻害するこ
となく、共振周波数の変化に対して駆動周波数を変化さ
せることが可能な圧電アクチュエータを提供することを
目的とする。また、さらに本発明は、共振周波数の変化
に対して駆動周波数をさらに迅速に変化させることが可
能な圧電アクチュエータを提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めに、本発明においては、自由端部を有し一方の面に圧
電素子が貼設され他方の面に移動体が接触することを特
徴とした変位機構部、を複数備える圧電アクチュエータ
において、前記複数の変位機構部に貼設された圧電素子
に駆動回路とセンシング回路を選択的に接続するための
複数の切替回路を有することを特徴としている。

【００１０】また、本発明の圧電アクチュエータにおい
ては、駆動用回路から圧電素子に供給する交流電圧に、
さらに低い周波数の交流電圧を重畳する重畳手段を含む
駆動回路を有することを特徴としている。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、この発明につき図面を参照
しつつ詳細に説明する。なお、この実施の形態により、
この発明が限定されるものではない。 （実施の形態１）図１は、本発明による圧電アクチュエ
ータの実施の形態のひとつを示す概略図であり、図２は
図１の変位機構部の動作を説明するための図、図３は図
１および図２の変位機構部を変位させる圧電素子の振動
を説明するための説明図、また図４は図１の圧電アクチ
ュエータの駆動回路とセンシング回路を説明するための
説明図である。

【００１２】図１において１０１は駆動ブロックであ
り、駆動ブロック１０１にはＵ字型の穴１３１と１３１
によって自由端を有する変位機構部１０３と１０４が形
成されている。変位機構部１０３および１０４には、そ
れぞれ圧電素子１０５，１０６が貼設されており、圧電
素子１０５，１０６の貼設面とは反対の面には電極１０
７，１０８がそれぞれ設けられており、電線等を通して
それぞれ切替回路１１０，１１１に接続されている。駆
動ブロック１０１の圧電素子１０５，１０６が貼設され
た面と反対の面には移動体１０２が設置され、駆動ブロ
ック１０１と移動体１０２とは、移動体１０２の自重ま
たはバネ力等により加圧接触されている。また、駆動ブ
ロック１０１は接点１２１を通して接地されている。切
替回路１１０，１１２には、それぞれ電極１１２，１１
３，１１４および１１５，１１６，１１７を含み、これ
らの電極間の接続を切り替えることにより、圧電素子１
０５，１０６に設けられたそれぞれの電極１０７，１０
８と、駆動回路１１８またはセンシング回路１１９との
接続を自由に選択することができる。センシング回路１
１９は制御回路１２０と接続され、信号を入力できる。
駆動回路１１８は制御回路１２０により制御されるよう
に接続されている。制御回路１２０は接点１２２を通し
て接地されている。

【００１３】図１および図２において、駆動ブロック１
０１の中で、変位機構部１０３はＵ字型の穴１３１によ
って自由端を持つように形成されている。本実施の形態
では駆動ブロックにはステンレス鋼材を用いたが、他に
ベリリウム綱、リン青銅、黄銅、ジュラルミン、チタ
ン、シリコン材等を用いても良い。変位機構部のひとつ
の面にはＰＺＴ（ジルコンチタン酸鉛）薄膜からなる圧
電素子１０５が貼設されており、圧電素子１０５に交流
電圧が印加されると圧電素子１０５は伸縮力を発生する
が、貼設されている変位機構部１０３が自由端を有する
ため、この伸縮力は圧電素子１０５と変位機構部１０３
とを含めた屈曲力となって表れる。この屈曲力による変
位機構部１０３の変位は移動体１０２に作用する。尚、
本実施の形態では圧電素子にＰＺＴを用いたが、他にチ
タン酸バリウム、ニオブ酸リチウムやジルコンチタン酸
鉛等を用いても良い。

【００１４】図３に交流電圧を印加したときの変位機構
部１０３の駆動ブロック１０１に接続した側から自由端
部への振動挙動を示す。横軸の左端から右端が変位機構
部１０３の駆動ブロック１０１に接続した側から自由端
部までの有効長となる。縦軸は変位機構部１０３の振動
振幅を表す。縦軸で示した正負は入力する交流電圧と変
位機構部の振動の位相を示し、自由端部の位相を正とし
たときに２π異なる位相を便宜上負として示している。
また、振動振幅が０のときは、振動が励起されていない
ことを示す。 変位機構部１０３は、入力する交流電圧
の印加条件によって微小な変位および力の混在する振動
を発し、縦振動と楕円運動を励起する。変位機構部１０
３の自由端では、振動振幅の絶対値が最大となるので、
変位機構部１０３から移動体１０２に運動が伝わる。ま
た移動体１０２の移動方向は、図３における楕円運動の
横方向成分によって決まる。尚、図２および図３におい
ては変位機構部１０３を例に説明したが、変位機構部１
０４においても同様であることは言うまでもない。尚、
本実施の形態では、変位機構部１０３と変位機構部１０
４とは、同一形状、同一寸法にして形成されており、上
記説明から明らかなように変位機構部１０３または１０
４に貼設されている圧電素子１０５または１０６に、同
一の交流電圧を印加した場合に移動体１０２の移動方向
は反対方向となる。したがって、移動体１０２を図１に
おける右方向、または左方向に移動させる場合、変位機
構部１０３または１０４に貼設されている圧電素子１０
５または１０６のいずれかに交流電圧を印加する必要が
あり、圧電素子１０５と１０６に同時に交流電圧を印加
してしまうと、移動体１０２は所望の移動をしないこと
になる。尚、変位機構部１０３と１０４は、必ずしも同
一形状、同一寸法である必要は無いことは言うまでも無
い。

【００１５】図４は図１における駆動回路１１８、セン
シング回路１１９、制御回路１２０の構成をより詳しく
示している。駆動回路１１８はＶＣＯ等の発信回路６０
２の出力が増幅回路６０１により増幅され出力端子６０
７から出力される。センシング回路１１９は入力端子６
０８から入力された信号を増幅回路６０３で増幅され検
出回路６０４に入力される。検出回路６０４の出力と発
信回路６０２の制御電圧は制御回路１２０のＩ／Ｏ回路
６０５に接続されており、ＣＰＵ等の演算回路６０６に
より制御可能になっている。

【００１６】駆動回路１１８の交流電圧出力が切替回路
１１０によって圧電素子１０５に接続されると、圧電素
子１０５の伸縮によって変位機構部１０３に振動が発生
する。この振動は移動体１０２や駆動ブロック１０１を
伝わり、変位機構部１０４に振動を誘起する。変位機構
部１０４には圧電素子１０６が貼設されており、誘起さ
れた変位機構部１０４の振動により圧電素子１０６には
起電力が発生する。発生した起電力は切替回路１１１に
よってセンシング回路１１９に接続されることにより、
制御回路１２０を通して発信回路６０２の制御電圧を制
御するために利用することが可能となる。

【００１７】図３にて説明した変位機構部１０３の振動
の振幅は、駆動回路１１８から入力される交流電圧の周
波数と共振周波数との関係が一定になった時に最大にな
る。共振周波数は圧電素子１０５の特性によって決まる
が、加えて変位機構部１０３との貼設状態、移動体１０
２との接触状態、環境温度等によって微妙に変化する。
共振周波数の変化により入力される交流電圧の周波数と
の関係が一定で無くなると変位機構部１０３の振動の振
幅は小さくなる。したがって本実施の形態の回路構成に
よると、変位機構部１０３の振動の振幅により圧電素子
１０６に誘起される起電力の最大値が変化するため、セ
ンシング回路１１９において圧電素子１０６に誘起され
た起電力の振幅を検出し、常に振幅がピークの値となる
ように制御回路１２０を通して駆動回路１１８が出力す
る交流電圧の周波数を変化させ、駆動する交流電圧の周
波数と共振周波数との関係を一定に保つ事が可能とな
る。

【００１８】以上より明らかなように、変位機構部１０
３の振動によって移動体１０２を移動させる時、移動の
ために用いない変位機構部１０４をセンシングのために
用いているため、本発明においては、特別なセンサ電極
等を設けなくても周波数の追尾が可能となり、構成を複
雑にすることなく周波数の追尾が可能となる。またセン
シング回路１１９に入力される電圧は圧電素子１０６に
誘起された電圧であり、駆動回路系の電流を検出する方
法とは異なって駆動電圧には全く影響を与えないため、
駆動特性を阻害すること無く周波数の追尾が可能とな
る。

【００１９】ここまでは変位機構部１０３の振動によっ
て移動体１０２を移動させる場合を説明したため、圧電
素子１０５は切替回路１１０によって駆動回路１１８に
接続し、変位機構部１０４に貼設された圧電素子１０６
は切替回路１１１によってセンシング回路１１９に接続
されていたが、移動体１０２を反対方向に移動させるた
めに変位機構部１０４を振動させる場合は、圧電素子１
０６を切替回路１１１によって駆動回路１１８に接続
し、圧電素子１０５を切替回路１１０によってセンシン
グ回路１１９に接続するたけで、上述の説明とまったく
同様の効果があることは言うまでもない。

【００２０】本実施の形態においては、駆動ブロック１
０１に変位機構部を２つのみ形成しているが、さらに多
数の変位機構部を形成した場合においても同様の効果が
得られる。また駆動回路１１８、センシング回路１１９
には、双方とも増幅回路６０１および６０３を含む場合
に関して説明したが、増幅回路は常に必要では無い。ま
た本実施の形態においては、制御回路１２０はＩ／Ｏ回
路６０５と演算回路６０６からなる例について説明して
いるが、この構成に限定されるものでは無い。 （実施の形態２）図５は、本発明による圧電アクチュエ
ータの実施の形態の他のひとつを示す概略図である。

【００２１】図５において２０１は駆動ブロックであ
り、駆動ブロック２０１にはＵ字型の穴２８１，２８
２，２８３，２８４によって自由端を有する変位機構部
２５１，２５２，２５３，２５４が形成されている。変
位機構部２５１，２５２，２５３，２５４には、それぞ
れ圧電素子２６１，２６２，２６３，２６４が貼設され
ており、圧電素子２６１，２６２，２６３，２６４の貼
設面とは反対の面には電極２７１，２７２，２７３，２
７４がそれぞれ設けられており、電線等を通してそれぞ
れ切替回路３０１，３０２，３０３，３０４に接続され
ている。駆動ブロック２０１の圧電素子２６１，２６
２，２６３，２６４が貼設された面と反対の面には移動
体２０２が設置され、駆動ブロック２０１と移動体２０
２とは、移動体２０２の自重またはバネ力等により加圧
接触されている。また、駆動ブロック２０１は接点２２
１を通して接地されている。切替回路３０１，３０２，
３０３，３０４には、それぞれ電極３１１，３２１，３
３１，３４１および３１２，３２２，３３２，３４２お
よび３１３，３２３，３３３，３４３および３１４，３
２４，３３４，３４４を含み、これらの電極間の接続を
切り替えることにより、圧電素子２６１，２６２，２６
３，２６４に設けられたそれぞれの電極３１１，３２
１，３３１，３４１と、駆動回路２１８またはセンシン
グ回路２１９との接続、またはいずれにも接続しない開
放状態を自由に選択することができる。センシング回路
２１９は制御回路２２０と接続され、信号を入力でき
る。駆動回路２１８は制御回路２２０により制御される
ように接続されている。制御回路２２０は接点２２２を
通して接地されている。

【００２２】駆動ブロック２０１の材質は、本実施の形
態においても実施の形態１と同様にステンレス鋼材を用
いた。また、変位機構部のひとつの面にはＰＺＴ貼設さ
れているのも実施の形態１と同様であり、圧電素子２６
１に交流電圧が印加されると圧電素子２６１は伸縮力を
発生するが、貼設されている変位機構部２５１が自由端
を有するため、この伸縮力は圧電素子２６１と変位機構
部２５１とを含めた屈曲力となって表れる。この屈曲力
による変位機構部２５１の変位は移動体２０２に作用す
る。他の圧電素子２６２，２６３，２６４に交流電圧が
印加された場合も、同様に変位機構部２５２，２５３，
２５４に屈曲力が表れる。変位機構部２５１，２５２，
２５３，２５４の振動挙動は実施の形態１にて説明した
図３同様である。尚、本実施の形態では変位機構部２５
１，２５２，２５３，２５４は略同一形状になっている
が、必ずしも同一形状、同一寸法である必要は無いこと
は言うまでも無い。

【００２３】駆動回路２１８、センシング回路２１９、
制御回路２２０の構成は、実施の形態１にて説明した図
４の構成と同等である。駆動回路２１８の交流電圧出力
が切替回路３０１によって圧電素子２６１に接続される
と、圧電素子２６１の伸縮によって変位機構部２５１に
振動が発生する。この振動は移動体２０２や駆動ブロッ
ク２０１を伝わり、他の変位機構部２５２，２５３，２
５４に振動を誘起する。変位機構部２５２，２５３，２
５４にはそれぞれ圧電素子２６２，２６３，２６４が貼
設されており、誘起された変位機構部２５２，２５３，
２５４の振動により各圧電素子２６２，２６３，２６４
には起電力が発生する。発生した起電力は各切替回路３
０２，３０３，３０４によっていずれかひとつ、または
複数を合わせてセンシング回路２１９に接続されること
により、制御回路２２０を通して駆動回路２１８を制御
するために利用することが可能となる。したがって本実
施の形態の回路構成によると、変位機構部２５１の振動
の振幅により他の変位機構部２５２，２５３，２５４に
貼設された圧電素子２６１，２６２，２６３に誘起され
る起電力の最大値が変化するため、これらの起電力のう
ちのひとつ、または複数の振幅をセンシング回路２１９
において検出し、常に振幅がピークの値となるように制
御回路２２０を通して駆動回路２１８が出力する交流電
圧の周波数を変化させ、駆動する交流電圧の周波数と共
振周波数との関係を一定に保つ事が可能となる。

【００２４】以上より明らかなように、変位機構部２５
１の振動によって移動体２０２を移動させる時、移動の
ために用いない他の変位機構部２５２，２５３，２５４
のうちのひとつ、または複数をセンシングのために用い
ているため、本発明においては、特別なセンサ電極等を
設けなくても周波数の追尾が可能となり、構成を複雑に
することなく周波数の追尾が可能となる。またセンシン
グ回路２１９に入力される電圧は圧電素子２６１，２６
２，２６３のうちのひとつ、または複数に誘起された電
圧であり、駆動回路系の電流を検出する方法とは異なっ
て駆動電圧には全く影響を与えないため、駆動特性を阻
害すること無く周波数の追尾が可能となる。

【００２５】ここまでは変位機構部２５１の振動によっ
て移動体２０２を移動させる場合を説明したが、他の変
位機構部２５２，２５３，２５４のうちのひとつを用
い、移動体２０２を他の方向に移動させる場合も、上述
の説明とまったく同様の効果があることは言うまでもな
い。本実施の形態においては、駆動ブロック２０１に変
位機構部を各９０度異なった方向に４つ形成している
が、本発明においては、この形態に限定されることは無
い。 （実施の形態３）図６は、本発明による回転型の圧電ア
クチュエータの実施の形態の他のひとつを示す概略図で
ある。

【００２６】本実施の形態における回転型の圧電アクチ
ュエータは、軸突起部５５１を有する回転移動体５０２
と、軸突起部を通す穴５５２を有する振動体ブロック５
０１と、振動体ブロック５０１を支持し、かつ軸突起部
５５１を摺動回転可能なように支持する基盤シャーシ５
５３から構成されている。振動体ブロック５０１には自
由端を有する変位機構部５０３と５０４が形成されてい
る。変位機構部５０３および５０４には、それぞれ圧電
素子５０５，５０６が貼設されており、圧電素子５０
５，５０６の貼設面とは反対の面には電極５０７，５０
８がそれぞれ設けられており、電線等を通してそれぞれ
切替回路５１０，５１１に接続されている。回転移動体
５０２は振動体ブロック５０１の圧電素子５０５，５０
６が貼設された面とは反対の面に配置され、自重または
バネ力または磁力等によって変位機構部５０３，５０４
と加圧接触されている。また、振動体ブロック５０１は
接点５２１を通して接地されている。圧電素子５０５，
５０６は切替回路５１０，５１１により駆動回路５１８
またはセンシング回路５１９との接続をが選択できるよ
うになっている。センシング回路５１９は制御回路５２
０と接続され、信号を入力できる。駆動回路５１８は制
御回路５２０により制御されるように接続されている。

【００２７】本実施の形態では振動体ブロック５０１に
は実施の形態１と同様にステンレス鋼材を用いた。また
圧電素子５０５，５０６に関しても実施の形態１と同様
にＰＺＴを用いた。ただし他の材質を用いても同様の効
果が得られることは言うまでもない。圧電素子５０５に
交流電圧が印加されると圧電素子５０５は伸縮力を発生
するが、貼設されている変位機構部５０３が自由端を有
するため、この伸縮力は圧電素子５０５と変位機構部５
０３とを含めた屈曲力となって表れる。この屈曲力によ
る変位機構部５０３の変位は回転移動体５０２に作用す
る。圧電素子５０６に交流電圧が印加された場合も、同
様に変位機構部５０４に屈曲力が表れる。変位機構部５
０３，５０４の振動挙動は実施の形態１にて説明した図
３同様である。変位機構部５０３と５０４は同一方向に
配置されているが、これらの間を中心に回転移動体５０
２が回転するため、変位機構部５０３に貼設された圧電
素子５０５を駆動した場合と、変位機構部５０４に貼設
された圧電素子５０６を駆動した場合とでは、回転移動
体５０２の回転は反対方向になる。尚、本実施の形態で
は変位機構部５０３，５０４は略同一形状になっている
が、必ずしも同一形状、同一寸法である必要は無いこと
は言うまでも無い。

【００２８】駆動回路５１８、センシング回路５１９、
制御回路５２０の構成は、実施の形態１にて説明した図
４の構成と同等である。駆動回路５１８の交流電圧出力
が切替回路５１０によって圧電素子５０５に接続される
と、圧電素子５０５の伸縮によって変位機構部５０３に
振動が発生する。この振動は回転移動体５０２や振動体
ブロック５０１を伝わり、他の変位機構部５０４に振動
を誘起する。変位機構部５０４には圧電素子５０６が貼
設されており、誘起された変位機構部５０４の振動によ
り圧電素子５０６には起電力が発生する。発生した起電
力は切替回路５１１によってセンシング回路５１９に接
続されることにより、制御回路５２０を通して駆動回路
５１８を制御するために利用することが可能となる。し
たがって本実施の形態の回路構成によると、変位機構部
５０３の振動の振幅により他の変位機構部５０４に貼設
された圧電素子５０６に誘起される起電力の最大値が変
化するため、これらの起電力をセンシング回路５１９に
おいて検出し、常に振幅がピークの値となるように制御
回路５２０を通して駆動回路５１８が出力する交流電圧
の周波数を変化させ、駆動する交流電圧の周波数と共振
周波数との関係を一定に保つ事が可能となる。以上より
明らかなように、変位機構部５０３の振動によって回転
移動体５０２を移動させる時、移動のために用いない他
の変位機構部５０４をセンシングのために用いているた
め、本発明においては、特別なセンサ電極等を設けなく
ても周波数の追尾が可能となり、構成を複雑にすること
なく周波数の追尾が可能となる。またセンシング回路５
１９に入力される電圧は圧電素子５０６に誘起された電
圧であり、駆動回路系の電流を検出する方法とは異なっ
て駆動電圧には全く影響を与えないため、駆動特性を阻
害すること無く周波数の追尾が可能となる。

【００２９】ここまでは変位機構部５０３の振動によっ
て回転移動体５０２を移動させる場合を説明したが、他
の変位機構部５０４を用い、回転移動体５０２を反対の
方向に回転移動させる場合も、上述の説明とまったく同
様の効果があることは言うまでもない。本実施の形態に
おいては、振動体ブロック５０１に変位機構部を２つ形
成した場合について説明しているが、本発明において
は、さらに複数の変位機構部を形成することも可能であ
る。 （実施の形態４）図７は、実施の形態１で説明した駆動
回路１１８とセンシング回路１１９、および制御回路１
２０の他の構成をより詳しく説明する構成図である。

【００３０】駆動回路１１８は駆動制御手段１６０５に
よりＶＣＯ等の交流発生手段１６０３と変調周波数発生
手段１６０４が制御され、それぞれによって発生した信
号は重畳手段１６０２によって重畳された信号となる。
重畳された信号出力は増幅手段１６０１により増幅され
出力端子１６１０から出力される。センシング回路１１
９は入力端子１６１１から入力された信号を増幅手段１
６０６で増幅され検出手段１６０７に入力される。検出
手段１６０７の出力と駆動制御手段１６０５の制御信号
は制御回路１２０のＩ／Ｏ手段１６０８に接続されてお
り、ＣＰＵ等の演算手段１６０９により制御可能になっ
ている。

【００３１】図８は図１における駆動回路１１８の出力
信号と、センシング回路１１９の検出波形を示してい
る。図８（ａ）は、圧電素子を共振点付近で振動させる
ための交流電圧の周波数の変調を基準周波数に対する周
波数の変化で示した図である。このように、交流発生手
段１６０３で発生された共振点付近の周波数と、それよ
り低い変調周波数発生手段１６０４によって発生された
周波数の信号が重畳手段１６０２によって重畳された信
号波形となっており、増幅手段１６０１で増幅された実
際の駆動用電圧は図８（ｂ）で示されるような波形とな
り、圧電素子に入力され振動がおこる。入力された波形
１７０２によって圧電素子は変位機構部を振動させる
が、入力された波形１７０２は共振周波数付近で低周波
の変調をかけられているため、変位機構部の振動は共振
点付近の周波数の時は大きくなり、周波数がはずれた時
は振動は小さくなる。この振動の状態は他の圧電素子で
検出でき、検出した振幅の例を図８（ｃ）に示す。変位
機構部が共振点付近で大きな振動をしているときは検出
される振幅は１７０５のように大きくなるが、共振点を
はずれたときは検出される振幅は小さくなる。これによ
り制御回路１２０はただちに共振点付近の周波数と、現
在の駆動用周波数に対して高い周波数にずれているのか
低い周波数にずれているのかを知ることができるため、
常に共振点を追従することができる。また、より精度の
高い検出をするために、図８（ａ）で示される周波数の
変化を、次第に小さくしていくことも可能である。図８
（ｃ）では、圧電素子で発電された電圧の振幅を検出す
る例を示したが、図８（ｄ）のように圧電素子で発電さ
れた交流電圧の位相が他の圧電素子に供給された交流電
圧の位相に対してどの程度進むかを検出し、共振点を追
従することも可能である。検出される交流電圧の位相
は、共振点付近で急激に進み方向に変化するため、位相
を検出することによって共振点のピークをよりはっきり
と検出することができる。共振周波数は圧電素子特性に
よって決まるが、加えて変位機構部との貼設状態、移動
体との接触状態、環境温度等によって微妙に変化する。
しかし本実施の形態によれば、駆動中に適時圧電素子に
入力する交流電圧に変調をかけることによって、センシ
ング出力を検出できるため、常に振幅がピークの値とな
るように制御回路１２０を通して駆動回路１１８が出力
する交流電圧の周波数を変化させ、駆動する交流電圧と
共振周波数の関係を一定に保つ事が可能となる。さらに
本発明によれば、現在の駆動用交流電圧の周波数と、実
際の共振周波数とのずれの方向が同時に検出できるた
め、即座に共振周波数に追従することが可能となる。

【００３２】以上より明らかなように、圧電素子を共振
点付近で振動させるための交流電圧に、重畳手段１６０
２を用いて、それより低い周波数の信号を重畳すること
により、現在の駆動用交流電圧の周波数と、実際の共振
周波数とのずれの量と方向が同時にセンシング回路１１
９に検出できるため、即座に共振周波数に追従すること
が可能となる。

【００３３】本実施の形態においては、駆動回路１１
８、センシング回路１１９には、双方とも増幅手段１６
０１および１６０６を含む場合に関して説明したが、増
幅手段は常に必要では無く、また制御回路１２０はＩ／
Ｏ手段１６０８と演算手段１６０９からなる例について
説明しているが、この構成に限定されるものでは無い。
また、本実施の形態においては実施の形態１を例に、駆
動回路１１８、センシング回路１１９、制御回路１２０
を詳しく説明したが、実施の形態３における駆動回路５
１８、センシング回路５１９，制御回路５２０に関し本
実施の形態を適用しても、全く同様の効果が得られるこ
とは言うまでもない。

【００３４】以上、各実施の形態において説明したよう
に、本発明においては、変位機構部に貼設された圧電素
子に駆動回路とセンシング回路を選択的に接続するため
の複数の切替回路を有することにより、簡易な構成のた
め小型化に適し、また駆動特性を阻害することなく、共
振周波数の変化に対して駆動周波数を変化させることが
可能となる。

【００３５】

【発明の効果】以上説明したように、この発明の圧電ア
クチュエータにおいては、自由端部を有し一方の面に圧
電素子が貼設され他方の面に移動体が接触することを特
徴とした変位機構部を複数備え、前記複数の変位機構部
に貼設された圧電素子に駆動回路とセンシング回路を選
択的に接続するための複数の切替回路を有することを特
徴とするか、または自由端部が異なった方向に並べられ
た複数の変位機構部を備え、いずれかひとつの変位機構
部に貼設された圧電素子に駆動回路が接続されたとき、
他のいずれかひとつの圧電素子にはセンシング回路が接
続されるような切替回路を有することを特徴とすること
により、特別な電極等を必要としない簡易な構成のため
小型化に適し、また検出回路が駆動特性を阻害すること
なく、共振周波数の変化に対して駆動周波数を変化させ
ることが可能な圧電アクチュエータを提供することが可
能となる。

【００３６】また、この発明の圧電アクチュエータにお
いては、圧電素子により発電された電圧の振幅、または
位相をセンシングするセンシング回路を有することを特
徴とすることにより、共振周波数の変化に対して駆動周
波数を迅速に変化させることが可能な圧電アクチュエー
タを提供することが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１による圧電アクチュエー
タの例を示す概略図である。

【図２】図１による変位機構部の動作を示す説明図であ
る。

【図３】図１および図２による圧電素子の振動を示す説
明図である。

【図４】図１による回路部の構成を示す説明図である。

【図５】本発明の実施の形態２による圧電アクチュエー
タの例を示す概略図である。

【図６】本発明の実施の形態３による圧電アクチュエー
タの例を示す概略図である。

【図７】図１による回路部の他の構成を示す説明図であ
る。

【図８】本発明の実施の形態１における駆動信号および
センシング信号の関係を示す説明図である。

【符号の説明】

１０１ 駆動ブロック １０２ 移動体 １０３，１０４ 変位機構部 １０５，１０６ 圧電素子 １０７，１０８ 電極 １１０，１１１ 切替回路 １１２，１１３，１１４，１１５，１１６，１１７ 電
極 １１８ 駆動回路 １１９ センシング回路 １２０ 制御回路 １２１，１２２ 接点 １３１，１３２ 穴 ２０１ 駆動ブロック ２０２ 移動体 ２１８ 駆動回路 ２１９ センシング回路 ２２０ 制御回路 ２２１，２２２ 接点 ２５１，２５２，２５３，２５４ 変位機構部 ２６２，２６２，２６３，２６４ 圧電素子 ２７１，２７２，２７３，２７４ 電極 ２８１，２８２，２８３，２８４ 穴 ３０１，３０２，３０３，３０４ 切替回路 ５０１ 振動体ブロック ５０２ 回転移動体 ５０３，５０４ 変位機構部 ５０５，５０６ 圧電素子 ５０７，５０８ 電極 ５１０，５１１ 切替回路 ５１８ 駆動回路 ５１９ センシング回路 ５２０ 制御回路 ５５１ 軸突起部 ５５２ 穴 ５５３ 基盤シャーシ １６０１ 増幅手段 １６０２ 重畳手段 １６０３ 交流発生手段 １６０４ 変調周波数発生手段 １６０５ 駆動制御手段 １６０６ 増幅手段 １６０７ 検出手段 １７０２ 波形 １７０３ 振幅 １７０４ 位相の変化

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鈴木 陽子 千葉県千葉市美浜区中瀬１丁目８番地 セ イコーインスツルメンツ株式会社内 (72)発明者 渡辺 聖士 千葉県千葉市美浜区中瀬１丁目８番地 セ イコーインスツルメンツ株式会社内 (72)発明者 前田 英孝 千葉県千葉市美浜区中瀬１丁目８番地 セ イコーインスツルメンツ株式会社内

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 自由端部を有し一方の面に圧電素子が貼
   設され他方の面に移動体が接触することを特徴とした変
   位機構部、を複数備える圧電アクチュエータにおいて、
   前記複数の変位機構部に貼設された圧電素子に駆動回路
   とセンシング回路を選択的に接続するための複数の切替
   回路を有することを特徴とした圧電アクチュエータ。
2. 【請求項２】 自由端部が異なった方向に並べられた複
   数の変位機構部を備え、いずれかひとつの変位機構部に
   貼設された圧電素子に駆動回路が接続されたとき、他の
   いずれかひとつの圧電素子にはセンシング回路が接続さ
   れるような切替回路を有することを特徴とした請求項１
   に記載の圧電アクチュエータ。
3. 【請求項３】 移動体が回転移動体であることを特徴と
   した請求項１に記載の圧電アクチュエータ。
4. 【請求項４】 前記センシング回路は、圧電素子により
   発電された電圧の振幅をセンシングするセンシング回路
   であることを特徴とした、請求項１から請求項３のいず
   れか一項に記載の圧電アクチュエータ。
5. 【請求項５】 前記センシング回路は、圧電素子により
   発電された電圧の位相をセンシングするセンシング回路
   であることを特徴とした、請求項１から請求項３のいず
   れか一項に記載の圧電アクチュエータ。
6. 【請求項６】 前記駆動回路は、圧電素子に供給する交
   流電圧に、さらに低い周波数の交流電圧を重畳する重畳
   手段を含む駆動回路であることを特徴とした請求項１か
   ら請求項５のいずれか一項に記載の圧電アクチュエー
   タ。