JP2001103772A - 圧電アクチュエータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 小型化が可能で被駆動部材の移動速度を円滑
に調節することができるようにする。 【解決手段】 圧電部材２６に分極方向と同方向の電圧
を印加して充放電する第１スイッチ回路１４１及び第４
スイッチ回路１４４からなる第１の駆動回路と、圧電部
材２６に分極方向と逆方向の電圧を印加して圧電部材に
対し第１の駆動手段による充放電速度と略同一の速度で
充放電する第２スイッチ回路１４２及び第３スイッチ回
路１４３からなる第２の駆動回路と、駆動周期が一定に
なるように第１の駆動回路による駆動時間を設定変更す
る設定変更手段と、第１の駆動手段と第２の駆動手段と
を交互に駆動するする駆動制御手段とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、圧電アクチュエー
タに関し、特にはＸＹ移動ステージ、カメラの撮影レン
ズ、オーバヘッドプロジェクタの投影レンズ、双眼鏡の
レンズ等の駆動に適した圧電アクチュエータに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、被駆動部材を棒状の駆動部材に摩
擦結合させて取り付けると共に、この駆動部材の一方端
に圧電素子を固着してなるインパクト形の圧電アクチュ
エータが知られている。例えば、特開平７−２９８６５
６号公報には、カメラの撮影レンズのアクチュエータと
してインパクト形の圧電アクチュエータを適用したもの
が示されている。図２０は、同公報に示されるインパク
ト形の圧電アクチュエータの概略構成を示す図である。

【０００３】図２０において、インパクト形の圧電アク
チュエータ１００は、棒状の駆動部材１０１と、被駆動
部材１０２と、積層型圧電素子１０３と、駆動回路１０
４とを備えている。被駆動部材１０２は、撮影レンズ等
の駆動対象物が固着されるもので、駆動部材１０１に所
定の摩擦力で係合され、この摩擦力以上の力が作用する
と、駆動部材１０１上を軸方向に沿って移動可能となっ
ている。また、積層型圧電素子１０３は、駆動部材１０
１の一方端に分極方向を駆動部材１０１の軸方向と一致
させて固着され、一方端に形成された電極１０３ａが駆
動回路１０４に接続され、他方端に形成された電極１０
３ｂが接地されている。

【０００４】駆動回路１０４は、被駆動部材１０２を駆
動部材１０１の先端側（開放端側）に移動（以下、この
移動方向を正方向という。）させる正方向駆動回路１０
５と、被駆動部材１０２を駆動部材１０１の基端側（圧
電素子側）に移動（以下、この移動方向を逆方向とい
う。）させる逆方向駆動回路１０６と、両駆動回路１０
５，１０６の駆動を制御する制御回路１０７とで構成さ
れている。

【０００５】このように構成された圧電アクチュエータ
１００は、駆動部材１０１を軸方向に沿って異なる速度
で移動させた際の駆動部材１０１と被駆動部材１０２と
の間に発生する摩擦力の相違を利用して被駆動部材１０
２を駆動部材１０１に対して相対的に移動させるように
したものである。すなわち、被駆動部材１０２と駆動部
材１０１との間の摩擦力は、駆動部材１０１が高速で移
動するときは小さくなり、低速で移動するときは大きく
なる。このため、駆動部材１０１の正方向移動時は低速
で行い、逆方向移動時は高速で行うことにより被駆動部
材１０２を駆動部材１０１に対して正方向に移動させ
(正方向駆動）、駆動部材１０１の正方向移動時は高速
で行い、逆方向移動時は低速で行うことにより被駆動部
材１０２を駆動部材１０１に対して逆方向に移動させる
ようにしたものである(逆方向駆動）。

【０００６】従って、正方向駆動回路１０５は低速充電
回路１０５ａと高速放電回路１０５ｂとから構成され、
逆方向駆動回路１０６は高速充電回路１０６ａと低速放
電回路１０６ｂとから構成されている。低速充電回路１
０５ａ及び高速充電回路１０６ａは、圧電素子１０３に
分極方向と同方向の電源電圧Ｖｐを印加し（圧電素子１
０３を分極方向に充電して）、圧電素子１０３を分極方
向（駆動部材１０１の軸方向）に伸長させる回路であ
る。

【０００７】この低速充電回路１０５ａは、図２１に示
すように、ｐｎｐ形トランジスタＴｒ１の固定バイアス
回路にツェナーダイオードＺＤを並列接続してなる定電
流充電回路により構成されている。同図において、抵抗
ｒ１，ｒ２はトランジスタＴｒ１のバイアス抵抗であ
り、ツェナーダイオードＺＤはベースのバイアス抵抗ｒ
２に並列に接続されている。すなわち、ツェナーダイオ
ードＺＤによってトランジスタＴｒ１のベース電圧を一
定値に保持することで抵抗ｒ１の電圧降下を所定の値に
安定化し、これによりコレクタ電流が所定値に抑制され
るようになっている。この結果、充電電流が制限されて
充電速度が抑制され、駆動部材１０１の正方向移動時の
速度が抑制される。

【０００８】また、低速充電回路１０５ａは、図２２に
示すように、図２１における抵抗ｒ２とツェナーダイオ
ードＺＤとの並列回路をｎｐｎ形トランジスタＴｒ２に
置き換えて構成したものでもよい。同図において、トラ
ンジスタＴｒ２のベースとコレクタとはそれぞれトラン
ジスタＴｒ１のエミッタとベースとに接続され、トラン
ジスタＴｒ２のエミッタは電源Ｖｐに接続されている。
すなわち、トランジスタＴｒ２によってトランジスタＴ
ｒ１のベース電圧を一定値に保持することで抵抗ｒ１の
電圧降下を所定の値に安定化し、これによりコレクタ電
流が所定値に抑制される。

【０００９】また、高速放電回路１０５ｂ及び低速放電
回路１０６ｂは、圧電素子１０３に分極方向と逆方向の
電位を与えて（図では電極１０３ａを接地して）、充電
電荷を放電させることで伸長した圧電素子１０３を縮小
させる回路である。

【００１０】この低速放電回路１０６ｂは、図２３に示
すように、ｎｐｎ形トランジスタＴｒ３のベースとアー
ス間にツェナーダイオードＺＤを接続してなる定電流放
電回路により構成されている。同図において、抵抗ｒ４
は放電電流を制限する抵抗であり、ツェナーダイオード
ＺＤによってトランジスタＴｒ３のベース電位を所定の
値に保持することで抵抗ｒ４の電圧降下を所定の値に安
定化し、これにより抵抗ｒ４を流れるエミッタ電流（放
電電流）が所定の値に抑制されるようになっている。こ
の結果、放電電流が制限されて放電速度が抑制され、駆
動部材１０１の逆方向移動時の速度が抑制される。

【００１１】制御回路１０７は、正方向駆動回路１０５
及び逆方向駆動回路１０６の駆動を制御するもので、正
方向駆動において、低速充電回路１０５ａと高速放電回
路１０５ｂとを交互に駆動する一方、逆方向駆動におい
て、高速充電回路１０６ａと低速放電回路１０６ｂとを
交互に駆動するものである。

【００１２】正方向駆動において、低速充電回路１０５
ａと高速放電回路１０５ｂとを交互に駆動すると、圧電
素子１０３が低速伸長と高速縮小とを交互に繰り返し、
これにより駆動部材１０１が正方向の低速移動と逆方向
の高速移動とを繰り返す。一方、逆方向駆動において、
高速充電回路１０６ａと低速放電回路１０６ｂとを交互
に駆動すると、圧電素子１０３が高速伸長と低速縮小と
を交互に繰り返し、これにより駆動部材１０１が正方向
の高速移動と逆方向の低速移動とを繰り返す。従って、
正方向駆動においては被駆動部材１０２が駆動部材１０
１に対して相対的に正方向に移動し、逆方向駆動におい
ては被駆動部材１０２が駆動部材１０１に対して相対的
に逆方向に移動する。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、カメラの撮
影レンズや双眼鏡のレンズ等の携帯機器における光学系
の駆動源としてインパクト形の圧電アクチュエータを適
用する場合、その携帯機器の軽量化、小型化等を考慮す
ると、駆動回路はできる限り簡単かつ小型であることが
望ましい。しかし、上記従来の圧電アクチュエータ１０
０では、定電流回路によって充電電流若しくは放電電流
を制限するようにしているので、不可避的に回路素子数
が多くなり、駆動回路１０４の小型化が困難になる。

【００１４】また、上記従来の圧電アクチュエータ１０
０では、被駆動部材１０２の移動速度を調節するには定
電流回路を構成する回路素子の定数を変更することが考
えられるが、こうした場合には定数の異なる複数の回路
素子と切替回路とが必要となることから駆動回路１０４
の小型化がさらに困難になる。

【００１５】一方、圧電アクチュエータにおける被駆動
部材の移動速度を変更する手段として、複数の圧電素子
を切り替えて用いるようにしたり、駆動パルスを間引く
ようにしたりすることが提案されている（特開平９−２
８５１５６号公報、特開平８−４３８７２号公報）が、
圧電素子を切り替えて用いるものでは回路構成が複雑に
なって駆動回路の小型化に制約を受け、駆動パルスを間
引くものでは移動速度にむらが生じるという問題があ
る。

【００１６】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
であり、小型化が可能で被駆動部材の移動速度を円滑に
調節することができる圧電アクチュエータを提供するこ
とを目的とする。

【００１７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１の発明は、圧電体と、該圧電体の分極方向
の一方端に固定された駆動部材と、前記圧電体の他方端
に固定された支持部材と、前記駆動部材に所定の摩擦力
で係合されて前記分極方向に移動可能にされた被駆動部
材と、前記圧電体に分極方向と同方向の電圧を印加して
充放電する第１の駆動手段と、前記圧電体に分極方向と
逆方向の電圧を印加して該圧電体に対し前記第１の駆動
手段による充放電速度と略同一の速度で充放電する第２
の駆動手段と、前記駆動部材の駆動時間であって前記第
１の駆動手段による第１の駆動時間及び前記第２の駆動
手段による第２の駆動時間の少なくとも一方を設定変更
する設定変更手段と、前記第１の駆動手段と第２の駆動
手段とを交互に駆動する駆動制御手段とを備えたことを
特徴としている。

【００１８】この構成によれば、圧電体を分極方向と同
方向に充放電する速度と逆方向に充放電する速度とを略
同一にすることで圧電体の分極方向と同方向への充放電
時間と逆方向への充放電時間とに比較的大きな差が設け
られることになる結果、被駆動部材が駆動部材に対して
相対的に移動されることになる。このため、従来のよう
な充電電流や放電電流を制限するための定電流回路が不
必要となり、圧電アクチュエータの小型化が促進され
る。また、第１の駆動手段による駆動時間（すなわち、
充放電時間）及び第２の駆動手段による駆動時間の少な
くとも一方を変更することで被駆動部材の速度が変更さ
れる。このため、移動速度が円滑に調整される。

【００１９】なお、この構成において、第１の駆動手段
は、圧電体に分極方向と同方向の電圧を印加することに
より少なくとも圧電体に対し充電するようにしたもので
あればよく、第２の駆動手段は、圧電体に分極方向と逆
方向の電圧を印加することにより少なくとも圧電体に対
し第１の駆動手段により充電された電荷を放電するよう
にしたものであればよい。

【００２０】また、請求項２の発明は、請求項１に係る
ものにおいて、前記第１の駆動手段は、前記圧電体の分
極方向と逆方向に蓄積された電荷を放電すると共に、前
記圧電体を分極方向と同方向に充電する第１の充放電回
路からなり、前記第２の駆動手段は、前記圧電体の分極
方向と同方向に蓄積された電荷を放電すると共に、前記
圧電体を分極方向と逆方向に充電する第２の充放電回路
からなることを特徴としている。

【００２１】この構成によれば、圧電体は、第１の駆動
手段により分極方向と逆方向に蓄積された電荷が放電さ
れた後に分極方向と同方向に充電され、第２の駆動手段
により分極方向と同方向に蓄積された電荷が放電された
後に分極方向と逆方向に充電される。このため、圧電体
には見かけ上、印加電圧の２倍の電圧が駆動電圧として
供給されることになる結果、単位電圧当たりの圧電体の
伸縮量が増大し、圧電アクチュエータの駆動効率が向上
する。

【００２２】また、請求項３の発明は、請求項２に係る
ものにおいて、前記第１の充放電回路は、一方端が電源
に接続され、他方端が前記圧電体の一方端に接続されて
なる第１のスイッチ手段と、一方端が前記圧電体の他方
端に接続され、他方端が接地されてなる第２のスイッチ
手段とを備え、前記第２の充放電回路は、一方端が前記
電源に接続され、他方端が前記圧電体の他方端に接続さ
れてなる第３のスイッチ手段と、一方端が前記圧電体の
一方端に接続され、他方端が接地されてなる第４のスイ
ッチ手段とを備えたことを特徴としている。

【００２３】この構成によれば、第１の充放電回路及び
第２の充放電回路はそれぞれ２つのスイッチ手段で構成
され、第１の充放電回路及び第２の充放電回路が交互に
駆動されることで被駆動部材は駆動部材に対して相対的
に移動される。これにより、駆動回路が少ない回路素子
で構成される結果、圧電アクチュエータの小型化が促進
される。

【００２４】また、請求項４の発明は、請求項１に係る
ものにおいて、前記第１の駆動手段は、前記圧電体を分
極方向と同方向に充電する充電回路からなり、前記第２
の駆動手段は、前記圧電体に蓄積された電荷を放電する
放電回路からなることを特徴としている。

【００２５】この構成によれば、圧電体は、第１の駆動
手段により分極方向と同方向に充電され、第２の駆動手
段により分極方向と同方向に蓄積された電荷が放電され
る。このため、充電時にだけ電力が消費されることにな
る結果、電力消費が効果的に抑制される。

【００２６】また、請求項５の発明は、請求項４に係る
ものにおいて、前記充電回路は、一方端が電源に接続さ
れ、他方端が前記圧電体の一方端に接続されてなる第１
のスイッチ手段を備え、前記放電回路は、一方端が前記
圧電体の一方端に接続され、他方端が接地されてなる第
２のスイッチ手段を備えたことを特徴としている。

【００２７】この構成によれば、充電回路及び放電回路
はそれぞれ１つのスイッチ手段で構成され、充電回路及
び放電回路が交互に駆動されることで被駆動部材は駆動
部材に対して相対的に移動される。これにより、駆動回
路が少ない回路素子で構成される結果、圧電アクチュエ
ータの小型化が促進される。

【００２８】また、請求項６の発明は、請求項１乃至５
のいずれかに係るものにおいて、前記設定変更手段は、
駆動周期が一定となるように前記第１の駆動時間及び第
２の駆動時間を変更するものであることを特徴としてい
る。

【００２９】この構成によれば、第１の駆動時間が変更
されたときは駆動周期が一定となるように第２の駆動時
間も変更される。これにより、被駆動部材の移動速度が
円滑に調節される。

【００３０】また、請求項７の発明は、請求項１乃至５
のいずれかに係るものにおいて、前記設定変更手段は、
前記第１の駆動時間又は第２の駆動時間を変更すること
により駆動周期を変更するものであることを特徴として
いる。

【００３１】この構成によれば、第１の駆動時間又は第
２の駆動時間が変更されることにより駆動周期が変更さ
れる。これにより、被駆動部材の移動速度が円滑に調節
される。

【００３２】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の一実施形態に係
るインパクト型の圧電アクチュエータの構成を概略的に
示すブロック図である。この図において、圧電アクチュ
エータ１０は、駆動部１２と、駆動部１２を駆動する駆
動回路１４と、駆動部１２に取り付けられている被駆動
部材の位置を検出する部材センサ１６と、駆動部１２の
基端に配設された基端センサ１８と、駆動部１２の先端
に配設された先端センサ２０と、全体の動作を制御する
制御部２２とを備えている。

【００３３】図２は、駆動部１２の構成例を示す斜視図
である。この図において、駆動部１２は、支持部材２
４、圧電部材２６、駆動部材２８及び被駆動部材３０か
ら構成されている。支持部材２４は、圧電部材２６及び
駆動部材２８を保持するものであり、円柱体の軸方向両
端部２４１，２４２及び略中央の仕切壁２４３を残して
内部を刳り貫くことにより形成された第１収容空間２４
４及び第２収容空間２４５を有している。この第１収容
空間２４４には、圧電部材２６がその積層方向を支持部
材２４の軸方向と一致させて収容されている。また、第
２収容空間２４５には、駆動部材２８と被駆動部材３０
の一部とが収容されている。

【００３４】圧電部材２６は、所要の厚さを有する複数
枚の板状の圧電素子を各圧電素子間に図略の薄膜の電極
を挾み込んで接着してなる積層型の圧電体で構成されて
いる。この複数枚の圧電素子は隣接する圧電素子の分極
方向が互いに逆向きとなるように積層されている。この
ように圧電素子を積層するのは、各電極には隣接する電
極間で互いに正負の極性が逆になるように駆動電圧が並
列に印加されることから、各圧電素子が同一の方向に伸
縮して圧電部材全体として大きい伸縮量が得られるよう
にするためである。

【００３５】この圧電部材２６は、積層方向である長手
方向の一方端面が第１収容空間２４４の仕切壁２４３と
は反対側の端面に固定されている。支持部材２４の一方
端部２４２（支持部材２４の先端部）及び仕切壁２４３
には中心位置に丸孔が穿設されると共に、この両丸孔を
貫通して断面丸形状の棒状の駆動部材２８が第２収容空
間２４５に軸方向に沿って移動可能に収容されている。
なお、駆動部材２８の断面は丸形状に限定されるもので
はなく、楕円形状、矩形形状等の任意の形状にすること
ができる。

【００３６】駆動部材２８の第１収容空間２４４内に突
出した端部は圧電部材２６の他方端面に固着され、駆動
部材２８の第２収容空間２４５の外部に突出した端部は
板ばね３２により所要のばね圧で圧電部材２６側に付勢
されている。この板ばね３２による駆動部材２８への付
勢は、圧電部材２６の伸縮動作に基づく駆動部材２８の
軸方向変位を安定化させるためである。

【００３７】図３は、被駆動部材３０の構成例を示す断
面図である。この図において、被駆動部材３０は、両側
に耳部３０２を有する基部３０１と、両耳部３０２の間
に嵌合される挾み込み部材３０３とを備えている。基部
３０１の両耳部３０２の付け根部分には駆動部材２８よ
りも僅かに径の大きい丸孔３０４が穿設されている。被
駆動部材３０は、丸孔３０４に駆動部材２８を遊嵌状態
で貫通させ、その駆動部材２８を基部３０１と挾み込み
部材３０３とで挾み込むことにより駆動部材２８の軸方
向に沿って移動可能に取り付けられている。挾み込み部
材３０３の上部には両耳部３０２の上面より突出する突
起３０３ａが形成される一方、両耳部３０２の上面に突
起部３０３ａに圧接されるように板ばね３０５が固設さ
れており、これにより挾み込み部材３０３が所要のばね
圧で駆動部材２８側に付勢されるようになっている。

【００３８】この板ばね３０５によるばね圧は、圧電部
材２６の伸縮動作に基づく駆動部材２８の軸方向におけ
る往復動において、駆動部材２８と基部３０１及び挾み
込み部材３０３との間に生じる往動時の摩擦力と復動時
の摩擦力とに差を生じさせ、被駆動部材３０を駆動部材
２８の軸方向に沿って移動可能にするためのものであ
る。すなわち、板ばね３０５のばね圧により、駆動部材
２８が高速で移動（伸長又は縮小）するときは、駆動部
材２８に対して被駆動部材３０が相対的に移動し得る程
度に駆動部材２８と被駆動部材３０との間に低い摩擦力
が発生し、駆動部材２８が低速で移動（伸張又は縮小）
するときは、駆動部材２８と共に被駆動部材３０が移動
し得るように駆動部材２８と被駆動部材３０との間に高
い摩擦力が発生するようになっている。

【００３９】なお、本実施形態では、挾み込み部材３０
３を駆動部材２８に圧接させるための付勢手段として板
ばね３０５を用いているが、付勢力が生じるものであれ
ばこれに限定されるものではなく、例えばコイルばねや
ゴム等の他の弾性部材を用いることもできる。また、被
駆動部材３０には駆動対象物であるレンズＬが取り付け
られている。

【００４０】図４は、駆動回路１４の構成例を示す図で
ある。この図において、駆動回路１４は、駆動電源ＰＳ
から駆動電圧＋Ｖｐが供給される接続点ａと接地される
接続点ｂとの間に、ＭＯＳ型ＦＥＴであるスイッチ素子
Ｑ１からなる第１スイッチ回路１４１及びＭＯＳ型ＦＥ
Ｔであるスイッチ素子Ｑ２からなる第２スイッチ回路１
４２の直列回路が接続されると共に、ＭＯＳ型ＦＥＴで
あるスイッチ素子Ｑ３からなる第３スイッチ回路１４３
及びＭＯＳ型ＦＥＴであるスイッチ素子Ｑ４からなる第
４スイッチ回路１４４の直列回路が接続され、各スイッ
チ回路１４１乃至１４４に駆動制御信号を供給する制御
信号供給手段としての駆動パルス発生回路１４５が接続
されて構成されている。

【００４１】第１スイッチ回路１４１を構成するスイッ
チ素子Ｑ１及び第２スイッチ回路１４２を構成するスイ
ッチ素子Ｑ２はＰチャンネルＦＥＴであり、第３スイッ
チ回路１４３を構成するスイッチ素子Ｑ３及び第４スイ
ッチ回路１４４を構成するスイッチ素子Ｑ４はＮチャン
ネルＦＥＴである。

【００４２】なお、第１スイッチ回路１４１及び第３ス
イッチ回路１４３の接続点ｃと、第２スイッチ回路１４
２及び第４スイッチ回路１４４の接続点ｄとの間に圧電
部材２６が接続（接続点ｃが圧電部材２６の矢印Ｐで示
す分極方向を基準にして＋側の電極２６１に接続され、
接続点ｄが圧電部材２６の−側の電極２６２に接続され
る。）されてブリッジ回路１４６が構成され、第２スイ
ッチ回路１４２及び第４スイッチ回路１４４の各ＦＥＴ
のゲートには駆動パルス発生回路１４５がそのまま接続
され、第１スイッチ回路１４１及び第３スイッチ回路１
４３の各ＦＥＴのゲートには駆動パルス発生回路１４５
が反転回路１４７を介して接続されている。

【００４３】この駆動回路１４において、接続点ａ，ｂ
間に接続される駆動電圧の極性及び接続点ｃ，ｄ間に接
続される圧電部材２６の分極方向は任意に設定すること
ができるが、例えば図４に示すように、接続点ａを駆動
電圧の正極とし、圧電部材２６が矢印Ｐの方向に分極さ
れ、その＋分極側が接続点ｃに接続（−分極側が接続点
ｄに接続）されているとすると、第１スイッチ回路１４
１及び第４スイッチ回路１４４は圧電部材２６に対し分
極方向と同方向（分極を強める方向）に駆動電圧＋Ｖｐ
を印加して端子間電圧Ｖｓが＋Ｖｐとなるまで充電する
第１の駆動回路（第１の駆動手段）を構成し、第２スイ
ッチ回路１４２及び第３スイッチ回路１４３は圧電部材
２６に対し分極方向と逆方向に駆動電圧＋Ｖｐを印加し
て第１の駆動回路による充電電荷を放電し、かつ、端子
間電圧Ｖｓが−Ｖｐとなるまで充電する第２の駆動回路
（第２の駆動手段）を構成することになる。圧電部材２
６が第２の駆動回路により−Ｖｐに充電されると、第１
の駆動回路はその充電電荷を放電し、その後に＋Ｖｐに
充電する。

【００４４】なお、圧電部材２６を図４とは逆方向に接
続すると、第２スイッチ回路１４２及び第３スイッチ回
路１４３が圧電部材２６を分極方向と同方向に充電する
第１の駆動回路となり、第１スイッチ回路１４１及び第
４スイッチ回路１４４が圧電部材２６を分極方向と逆方
向に充電する第２の駆動回路となる。

【００４５】このように駆動回路１４と圧電部材２６と
でブリッジ回路１４６を構成した場合、圧電部材２６に
は−Ｖｐ〜＋Ｖｐの電圧が印加されるので、等価的に圧
電部材２６の駆動電圧が２Ｖｐとなる結果、駆動電源は
低電圧であっても変位量の大きい圧電アクチュエータを
得ることができるという利点がある。

【００４６】図５は、駆動パルス発生回路１４５の構成
例を示すブロック図である。この図において、駆動パル
ス発生回路１４５は、１２５ｎｓのクロックパルスを出
力する水晶発振子等の発振素子１５０と、発振素子１５
０から出力されるパルス信号をカウントアップすると共
に、そのカウント値を出力するカウンタ１５１と、駆動
パルスの周期を設定するための第１メモリ１５２と、圧
電部材２６に対する充電時間を設定するための第２メモ
リ１５３と、これら第１メモリ１５２及び第２メモリ１
５３に所定の数値（時間）をセットすることにより駆動
パルスのＯＮ／ＯＦＦタイミングを制御するパルス幅制
御部１５４とを備えている。なお、カウンタ１５１は、
後述する第１比較器１５５からリセット信号が入力され
たとき、そのカウント値をゼロにリセットする。

【００４７】また、駆動パルス発生回路１４５は、更
に、第１メモリ１５２のセット値（Ｔ _M）とカウンタ１
５１から出力されるカウント値（Ｔ_C）とを比較すると
共に、カウント値（Ｔ_C）がセット値（Ｔ_M）に達したと
き（Ｔ_C≧Ｔ_M）にリセット信号をカウンタ１５１に出力
する第１比較器１５５と、第２メモリ１５３のセット値
（Ｔ_N）とカウンタ１５１から出力されたカウント値
（Ｔ_C）とを比較すると共に、カウント値（Ｔ_C）がセッ
ト値（Ｔ_N）よりも小さいとき（Ｔ_C＜Ｔ_N）にハイ信号
“Ｈ”を出力する一方、カウント値（Ｔ_C）がセット値
（Ｔ_N）に達したとき（Ｔ _C≧Ｔ_N）にロー信号“Ｌ”を
出力する第２比較器１５６と、制御部２２からの出力制
御信号に基づいて動作するものであって、駆動パルス出
力時に第２比較器１５６からの出力を駆動パルスとして
出力し、駆動パルス出力停止時は駆動パルスをハイ状態
に固定する出力制御回路１５７とを備えている。

【００４８】このように構成された駆動パルス発生回路
１４５は、図６に示すように、カウンタ１５１のカウン
ト値（Ｔ_C）が第２メモリ１５３のセット値（Ｔ_N）に達
すると、出力制御回路１５６から出力されていたハイ信
号がロー信号に切り替わり、さらに時間が経過してカウ
ンタ１５１のカウント値（Ｔ_C）が第１メモリ１５２の
セット値（Ｔ_M）に達すると、出力制御回路１５６から
出力されていたロー信号がハイ信号に切り替わる。この
とき、同時に第１比較器１５５からリセット信号がカウ
ンタ１５１に出力され、これによりカウンタ１５１のカ
ウント値（Ｔ_C）がゼロにリセットされる。このように
して上記の動作が繰り返し実行されることにより駆動パ
ルス発生回路１４５から所定の周期で駆動パルスが連続
的に出力されることになる。ここで、駆動パルスの周期
を設定するための第１メモリ１５２と圧電部材２６に対
する充電時間を設定するための第２メモリ１５３及びパ
ルス幅制御部１５４は、第１の駆動回路及び第２の駆動
回路の駆動時間の周期を設定するか、又は駆動周期が一
定になるように充電時間を設定するための設定変更手段
１５９を構成する。

【００４９】なお、図６に示すハイ信号の出力期間ｔ１
に第１スイッチ回路１４１と第４スイッチ回路１４４と
からなる第１の駆動回路が駆動され、図６に示すロー信
号の出力期間ｔ２に第２スイッチ回路１４２と第３スイ
ッチ回路１４３とからなる第２の駆動回路が駆動される
ことになる。ここで、第１メモリ１５２のセット値は一
定にしておき、第２メモリ１５３のセット値を変更する
ことによって駆動周期を一定にした状態で第１の駆動回
路のオン期間（駆動時間）ｔ１と第２の駆動回路のオン
期間（駆動時間）ｔ２とを調節（デューティ比を調節）
することができる。また、第１メモリ１５２のセット値
を変更することによって第１の駆動回路のオン期間ｔ１
と第２の駆動回路のオン期間ｔ２からなる駆動周期を調
節することができる。

【００５０】図１に戻り、部材センサ１６は、被駆動部
材３０の移動可能範囲内に配設されており、ＭＲＥ（Ma
gneto Resistive Effect）素子やＰＳＤ（Position Sen
sitive Device）等のセンサにより構成されている。ま
た、基端センサ１８及び先端センサ２０は、フォトイン
タラプタ等のセンサにより構成されている。

【００５１】制御部２２は、演算処理を行うＣＰＵ（Ce
ntral Processing Unit）、処理プログラム及びデータ
が記憶されたＲＯＭ（Read-Only Memory）及びデータを
一時的に記憶するＲＡＭ（Random Access Memory）から
構成されており、部材センサ１６等から入力される信号
に基づいて駆動パルス発生回路１４５から所定のデュー
ティ比のパルス信号を出力させ、この駆動パルスにより
第１の駆動回路及び第２の駆動回路を交互に駆動する。
すなわち、制御部２２は、第１スイッチ回路１４１及び
第４スイッチ回路１４４からなる第１の駆動回路と、第
２スイッチ回路１４２及び第３スイッチ回路１４３から
なる第２の駆動回路とを交互に駆動する駆動制御手段を
構成する。なお、制御部２２には、被駆動部材３０の移
動を指示する移動指示スイッチ３４と、被駆動部材３０
の移動速度を検出するためのタイマー３６とが接続され
ている。

【００５２】上記のように構成された圧電アクチュエー
タ１０は、従来のように充放電回路に電流を制限するた
めのトランジスタ、ツエナーダイオード、抵抗等の複数
の回路素子からなる定電流回路を設けていないので、駆
動回路１４は可能な限り簡単な回路構成とすることがで
きる。これにより駆動回路１４の簡素化及び小型化が図
られ、圧電アクチュエータ１０の小型化も可能となる。
また、従来のように充放電回路に定電流回路を設けてい
ないので、圧電部材２６に対して分極方向と同方向の駆
動電圧が印加されたときの充電速度と圧電部材２６に対
して分極方向と逆方向の駆動電圧が印加されたときの放
電速度とが略同一（すなわち、圧電部材２６に対する充
放電速度が略同一）となるようになっている。

【００５３】図７は、図４に示す駆動回路１４の駆動パ
ルス発生回路１４５から出力される駆動パルスと、各ス
イッチ素子Ｑ１〜Ｑ４のＯＮ／ＯＦＦ状態と、圧電部材
２６に印加される駆動電圧の波形とを示す図である。こ
の図に示すように、圧電アクチュエータ１０の駆動時に
は、駆動パルス発生回路１４５から出力された駆動パル
スがそのままの状態で駆動制御信号としてスイッチ素子
Ｑ２，Ｑ４に入力される一方、駆動パルス発生回路１４
５から出力された駆動パルスが反転回路１４７を介する
ことにより反転された状態で駆動制御信号としてスイッ
チ素子Ｑ１，Ｑ３に入力される。これによってスイッチ
素子Ｑ１，Ｑ４及びスイッチ素子Ｑ２，Ｑ３が交互にオ
ンになり、そのオン期間に圧電部材２６に対して駆動電
圧Ｖｐが印加されることになる。

【００５４】そして、被駆動部材３０を支持部材２４の
先端側に移動させる場合（以下、この方向の駆動を「正
方向駆動」という。）では、第１の駆動回路のオン期間
ｔ１と第２の駆動回路のオン期間ｔ２との比Ｄ（Ｄ＝ｔ
１／（ｔ１＋ｔ２）、以下、デューティ比Ｄという。）
が、０．５以下の比較的小さい値に設定されるようにな
っている。また、被駆動部材３０を支持部材２４の基端
側に移動させる場合（以下、この方向の駆動を「逆方向
駆動」という。）では、第１の駆動回路のオン期間ｔ１
と第２の駆動回路のオン期間ｔ２とのデューティ比Ｄ
が、０．５以上の比較的大きい値に設定されるようにな
っている。すなわち、本発明では、圧電部材２６に対す
る充放電速度を略同一にし、充放電時間のデューティ比
Ｄを異ならせることにより圧電アクチュエータ１０の駆
動方向（正方向駆動又は逆方向駆動）を制御するように
している。なお、スイッチ素子Ｑ１，Ｑ２はＰチャンネ
ルＦＥＴであるので、駆動制御信号がローレベルのとき
にオンになり、スイッチ素子Ｑ３，Ｑ４はＮチャンネル
ＦＥＴであるので、駆動制御信号がハイレベルのときに
オンになる。

【００５５】このように、圧電部材２６に対する充放電
速度を略同一にし、充放電時間のデューティ比Ｄのみで
圧電アクチュエータ１０の駆動方向を制御しているの
は、分極方向と同方向への充電時間と分極方向と逆方向
への充電時間とに比較的大きい差を設けることによって
一定の条件下で被駆動部材３０が駆動部材２８に対して
相対移動することになるという実験結果に基づくもので
ある。

【００５６】図８は、圧電部材２６に対する充放電速度
が略同一で、圧電部材２６に対する充放電時間のデュー
ティ比Ｄのみが異なる駆動電圧を印加したときの圧電部
材の変位の過渡応答を示す図である。この図に基づき、
充放電時間のデューティ比Ｄを変更することにより被駆
動部材３０が駆動部材２８に対し正方向と逆方向とに移
動することになる理由を説明する。

【００５７】この図８の下段に示す波形は、圧電部材２
６に分極方向と同方向の駆動電圧が印加されるときの充
電時間が、分極方向と逆方向の駆動電圧が印加されると
きの放電時間よりも長い所定のデューティ比を有する駆
動電圧の1周期分を示し、上段に示す波形は、その駆動
電圧が印加されたときの圧電部材２６及び駆動部材２８
の過渡的な伸縮動作を示す図である。なお、この図８に
示す圧電部材２６及び駆動部材２８の伸縮動作の過渡波
形は、説明の便宜上、共振周波数の基本波の波形で表し
ている。

【００５８】いま、圧電部材２６に分極方向と同方向の
駆動電圧＋Ｖｐを印加して充電すると圧電部材２６は伸
長し、その圧電部材２６に分極方向と逆方向の駆動電圧
−Ｖｐを印加して蓄積された電荷を放電すると共に逆方
向に充電すると、圧電部材２６は縮小する。しかし、圧
電部材２６及び駆動部材２８には弾性があるため、例え
ば伸長動作を過渡的にみると、圧電部材２６は、圧電部
材２６自体、駆動部材２８、被駆動部材３０等により決
定される所定の共振周波数で振動しながら所定の長さに
伸長する。すなわち、図８に示すように、例えばａ点で
圧電部材２６に駆動電圧＋Ｖｐが印加されると、圧電部
材２６は高速で大きく伸長した後、ｂ点で縮小に転じ、
その後は振動的に伸長と縮小とを繰り返してｃ点近傍の
伸長量に落ち着いていく（図８のc点から仮想線で示す
波形を参照）。このような過渡的な変位動作の事情は縮
小動作についても同様で、＋Ｖｐが印加された後に−Ｖ
ｐが印加されると、高速で大きく縮小した後、ある変位
量で伸長に転じ、その後は振動的に縮小と伸長とを繰り
返して所定の縮小量に落ち着いていく（図８のｄ点から
仮想線で示す波形を参照）。

【００５９】すなわち、圧電部材２６に対して、図８に
示すような波形の駆動電圧が繰り返し印加された場合、
−Ｖｐで充電された状態からａ点で圧電部材２６に電圧
＋Ｖｐが印加されて充電が行われると、圧電部材２６は
高速でｂ点まで伸長するが、その後は伸長速度よりも遅
い速度でｃ点まで縮小する（図８でａ−ｂ間の傾斜より
もｂ−ｃ間の傾斜が緩やかになる）。これは略同一の時
間で伸長と縮小とが行われるとすると、圧電部材２６や
駆動部材２８等の粘性により縮小量が伸長量より小さく
なるためである。

【００６０】次に、縮小動作がほぼ終了するｃ点のタイ
ミング（このタイミングは分極方向と同方向へ充電した
際の圧電部材２６の共振周波数の約１周期分のタイミン
グに相当する。）で圧電部材２６に−Ｖｐが印加されて
放電が行われると共に−Ｖｐで充電されると、圧電部材
２６はその変位位置から更にｄ点まで縮小動作を行な
う。このとき、圧電部材２６の伸長量は定常的に放電を
行なったときの縮小量に近いので、その縮小速度はａ−
ｂ間の伸長速度よりも低速となる。すなわち、ｃ−ｄ間
の傾斜はａ−ｂ間の傾斜よりも緩やかになる。

【００６１】そして、その縮小動作がほぼ終了するタイ
ミング（このタイミングは分極方向と逆方向に充電した
際の圧電部材２６の共振周波数の約１／２周期分のタイ
ミングに相当する。）ｄ点で再び、圧電部材２６に電圧
＋Ｖｐが印加されて充電が行われると、圧電部材２６は
再度、高速で伸長動作を行ない、以下、図９に示すよう
に駆動電圧の波形に応じて上述の圧電部材２６の伸縮動
作が繰り返される。

【００６２】上述の圧電部材２６の伸縮動作において、
伸長動作は高速で行われ、縮小動作はそれよりも低速で
行われるので、圧電部材の伸縮動作によって駆動部材２
８が往復動を繰り返すと、高速の往動時では駆動部材２
８と被駆動部材３０との間の摩擦力は低く、低速の復動
時では駆動部材２８と被駆動部材３０との間の摩擦力は
高くなることから被駆動部材３０は復動時にのみ駆動部
材２８と共に移動することとなる。従って、図９に示す
ように、被駆動部材３０は駆動部材２８の往復動に応じ
て停止と移動とを繰り返し、全体として逆方向駆動を行
なうことになる。

【００６３】図９は、充電時間が放電時間より長い所定
のデューティ比Ｄを有する駆動電圧を圧電部材２６に印
加した場合の例であるが、圧電部材２６に充電時間が放
電時間より短い所定のデューティ比Ｄを有する駆動電圧
を印加した場合は、上述の充放電速度の関係が逆にな
り、圧電部材２６は−Ｖｐの充電時に高速で縮小し、＋
Ｖｐの充電時に低速で伸長を行なうことになるから、被
駆動部材３０は駆動部材２８の往復動に応じて移動と停
止とを繰り返し、全体として正方向駆動を行なうことに
なる。

【００６４】従って、図４において、駆動パルス発生回
路１４５からデューティ比Ｄが０．５よりも大きい所定
の値を有する駆動パルスが出力されるときは、圧電部材
２６が高速伸長と低速縮小とを交互に繰り返すので、被
駆動部材３０は支持部材２４の基端側に移動する（逆方
向駆動）。また、駆動パルス発生回路１４５からデュー
ティ比Ｄが０．５よりも小さい所定の値を有する駆動制
御信号が出力されるときは、圧電部材２６が低速伸長と
高速縮小とを交互に繰り返すので、被駆動部材３０は支
持部材２４の先端側に移動する（正方向駆動）。

【００６５】被駆動部材３０を安定して所望の方向に移
動させるには、上述のように充電時間（図８のａ−ｃの
時間を参照）は分極方向と同方向へ充電した際の圧電部
材２６の共振周波数の約１周期分の期間に、また、放電
時間（図８のｃ−ｄの時間を参照）は分極方向と逆方向
に充電した際の圧電部材２６の共振周波数の約１／２周
期分の期間に設定するのが好ましいが、実際には圧電部
材２６の支持部材２４への取付構造や駆動部材２８等の
要因により、圧電部材２６及び駆動部材２８の変位波形
が図８に示すような波形とならず、他の周波数成分が重
畳された歪んだ波形となる。従って、適切な圧電部材２
６に対する駆動電圧は、圧電アクチュエータ毎に調整し
て設定されることになる。

【００６６】なお、駆動パルスの充放電時間のデューテ
ィ比Ｄが圧電部材２６の共振周波数に正確に関係してい
ない場合であっても被駆動部材３０をデューティ比Ｄに
応じて正方向若しくは逆方向に移動させることは可能で
ある。

【００６７】また、圧電部材２６、駆動部材２８及び被
駆動部材３０間の取付構造や条件によっては、図７に示
したものと逆の方向に駆動させることも可能である。す
なわち、駆動パルスのデューティ比Ｄを０．５よりも小
さい値にすることで被駆動部材３０を逆方向に移動さ
せ、デューティ比Ｄを０．５よりも大きい値にすること
で被駆動部材３０を正方向に移動させることも可能であ
る。

【００６８】図１０は、圧電部材２６に対する充電時間
ｔ１（図６に示す第１の駆動回路の駆動時間ｔ１）と放
電時間ｔ２（図６に示す第２の駆動回路の駆動時間ｔ
２）からなる駆動周期ｔｐを１３μｓ〜１６μｓの範囲
内で１２５ｎｓずつ変化させると共に、充電時間ｔ１を
９．５μｓ〜（ｔ_P−１．５μｓ）の範囲内で１２５ｎ
ｓずつ変化させたときの被駆動部材３０の駆動部材２８
に対する移動速度（基端部側への移動速度）を測定し、
等高線図として表わしたものである。

【００６９】この等高線図から明らかなように、被駆動
部材３０の基端部側への移動速度は、駆動周期１４．５
μｓ、充電時間１０．２５μｓ近辺において最速とな
り、所定の範囲内ではその点を中心に駆動周期ｔ_P又は
充電時間ｔ１が変化するに従って低下する。そして、そ
の移動速度は、駆動周期ｔ_Pを１４．５μｓに設定し、
充電時間を１０．２５μｓから増加させる場合が最もな
だらかに変化する。この図１０の等高線図は、被駆動部
材３０を駆動部材２８の基端部側へ移動させた場合のも
のであるが、逆方向（駆動部材２８の先端部側）へ移動
させた場合もほとんど同様の測定結果を得ることができ
た。但し、被駆動部材３０の先端部側への移動速度は、
駆動周期１４．５μｓ、充電時間３．２５μｓ近辺にお
いて最速となり、所定の範囲内ではその点を中心に駆動
周期ｔｐ（＝ｔ１＋ｔ２）又は充電時間ｔ１が変化する
に従って低下する。そして、その移動速度は、駆動周期
ｔｐを１４．５μｓに設定し、充電時間を３．２５μｓ
から減少させる場合が最もなだらかに変化する。

【００７０】また、この被駆動部材３０の基端部側への
移動速度は、図１１に示すように、駆動周期ｔｐを１
４．５μｓに設定した場合、充電時間ｔ１が１０．２５
μｓ付近で頂点となり、充電時間ｔ１が長くなるに従っ
てなだらかに減少する。従って、本実施形態では、駆動
周期ｔｐを１４．５μｓに設定し、充電時間ｔ１を１１
μｓ〜１２μｓの範囲内で変化させることにより被駆動
部材３０の速度制御を行うようにしている。また、被駆
動部材３０を駆動部材２８の先端部側へ移動させる場合
は、駆動周期ｔｐを１４．５μｓに設定し、充電時間ｔ
１を２．５μｓ〜３．５μｓの範囲内で変化させること
により被駆動部材３０の速度制御を行うようにしてい
る。なお、これらの数値は、本実施形態における実験結
果に基づくものであり、圧電アクチュエータ１０の構成
に応じて適宜変更されるものであることはいうまでもな
い。

【００７１】図１２及び図１３は、被駆動部材３０の速
度制御を行う制御部２２の動作を説明するためのフロー
チャートである。まず、圧電アクチュエータ１０の図略
の電源スイッチがオンされると、初期状態に設定された
後に移動指示スイッチ３４がオンされたか否かが判別さ
れる（ステップ＃１）。この判定が肯定されると、先端
センサ２０がオンされたか否かが判別され（ステップ＃
３）、この判定が肯定されると駆動パルスの周期（駆動
周期）を設定する第１メモリ１５２に「１１６」（１１
６×０．１２５μｓ＝１４．５μｓ）がセットされる
（ステップ＃５）。なお、ステップ＃１で判定が否定さ
れたときは、移動指示スイッチ３４がオンされるまで待
機する。

【００７２】次いで、充電時間を設定する第２メモリ１
５３に「９２」（９２×０．１２５μｓ＝１１．５μ
ｓ）がセットされ（ステップ＃７）、その後に駆動パル
ス発生回路１４５から駆動パルスの出力が開始される
（ステップ＃９）。そして、タイマー３６が始動される
と共に、被駆動部材３０の移動に対応して時間がカウン
トされ（ステップ＃１１）、引き続いて基端センサ１８
がオンされたか否かが判別される（ステップ＃１３）。
ステップ＃１３で判定が否定されると時間が例えば１０
ｍｓを経過したか否かが判別され（ステップ＃１５）、
判定が肯定されると基端側への移動距離が例えば２４μ
ｍを超えたか否かが判別される（ステップ＃１７）。

【００７３】なお、ステップ＃１３で判定が肯定される
と駆動パルスの出力が停止され（ステップ＃１９）、ス
テップ＃１に戻り以降の動作が繰り返し実行される。ま
た、ステップ＃１５で判定が否定されると、ステップ＃
１３に戻って以降の動作が繰り返し実行される。ステッ
プ＃１５における時間の判別はタイマー３６からの出力
値に基づいて行われ、ステップ＃１７における移動距離
の判別は部材センサ１６からの出力値に基づいて行われ
る。すなわち、一定時間（例えば、１０ｍｓ）が経過す
るまでは、駆動周期１４．５μｓ、充電時間１１．５μ
ｓの条件で被駆動部材３０が移動され、一定時間（例え
ば、１０ｍｓ）が経過するまでに基端位置に達するとそ
れ以上の移動は不能となるため、駆動パルスの出力が停
止されることになる。

【００７４】ステップ＃１７で判定が否定されると基端
側への移動距離が例えば２２μｍに満たないか否かが判
別され（ステップ＃２１）、この判定が否定されるとス
テップ＃１１に戻って以降の動作が繰り返し実行され
る。すなわち、被駆動部材３０の移動距離が一定時間
（例えば、１０ｍｓ）を経過しても所定範囲内（例え
ば、２２μｍ〜２４μｍ）にあるうちは駆動周期１４．
５μｓ、充電時間１１．５μｓの条件で被駆動部材３０
が移動されることになる。

【００７５】ステップ＃１７で判定が肯定されると第２
メモリ１５３に「１」が加算され（０．１２５μｓだけ
増加）（ステップ＃２３）、その後に第２メモリ１５３
のセット値が「９６」を超えるか否かが判別される（ス
テップ＃２５）。ステップ＃２５で判定が肯定されると
駆動パルスの出力が停止され（ステップ＃２７）、その
後に図略の表示装置に異常警告が表示され（ステップ＃
２９）、動作が終了する。すなわち、被駆動部材３０の
移動距離が所定値（例えば、２４μｍ）を超えると、充
電時間が１１．５μｓから順次増加されて移動速度が順
次減速され、充電時間が１２μｓに達しても基端センサ
１８位置に達しないときは異常があったものと判断して
駆動パルスの出力が停止され、同時に警告が発せられる
ことになる。

【００７６】また、ステップ＃２１で判定が肯定される
と、第２メモリ１５３から「１」が減算され（０．１２
５μｓだけ減少）（ステップ＃３１）、その後に第２メ
モリ１５３のセット値が「８８」に満たないか否かが判
別される（ステップ＃３３）。ステップ＃３３で判定が
肯定されるとステップ＃２７に移行され、ステップ＃３
３で判定が否定されるとステップ＃１１に戻って以降の
動作が繰り返し実行される。すなわち、被駆動部材３０
の移動距離が一定時間（例えば、１０ｍｓ）を経過して
も所定値（例えば、２２μｍ）に達していないときは、
充電時間が１１．５μｓから順次減少されて移動速度が
順次加速され、充電時間が１１μｓに達しても基端セン
サ１８位置に達しないときは異常があったものと判断し
て駆動パルスの出力が停止され、同時に警告が発せられ
ることになる。

【００７７】一方、ステップ＃３で判定が否定される
と、基端センサ１８がオンされたか否かが判別され（ス
テップ＃３５）、この判定が肯定されると第１メモリ１
５２に「１１６」（１１６×０．１２５μｓ＝１４．５
μｓ）がセットされる（ステップ＃３７）。なお、ステ
ップ＃３５で判定が否定されると、再度ステップ＃３に
戻って以降の動作が繰り返し実行される。

【００７８】次いで、第２メモリ１５３に「２４」（２
４×０．１２５μｓ＝３．０μｓ）がセットされ（ステ
ップ＃３９）、その後に駆動パルス発生回路１４５から
駆動パルスの出力が開始される（ステップ＃４１）。す
なわち、上述のステップ＃３３までは被駆動部材３０が
駆動部材２８の先端側から基端側に向けて移動する動作
であるのに対し、ステップ＃３７以降は被駆動部材３０
が駆動部材２８の基端側から先端側に向けて移動する動
作である。

【００７９】次いで、タイマー３６が始動されると共
に、被駆動部材３０の移動に対応して時間がカウントさ
れ（ステップ＃４３）、引き続いて先端センサ２０がオ
ンされたか否かが判別される（ステップ＃４５）。ステ
ップ＃４５で判定が否定されると時間が例えば１０ｍｓ
を経過したか否かが判別され（ステップ＃４７）、判定
が肯定されると先端側への移動距離が例えば２４μｍを
超えたか否かが判別される（ステップ＃４９）。

【００８０】なお、ステップ＃４５で判定が肯定される
と駆動パルスの出力が停止され（ステップ＃５１）、ス
テップ＃１に戻り以降の動作が繰り返し実行される。ま
た、ステップ＃４７で判定が否定されると、ステップ＃
４５に戻って以降の動作が繰り返し実行される。ステッ
プ＃４７における時間の判別はタイマー３６からの出力
値に基づいて行われ、ステップ＃４９における移動距離
の判別は部材センサ１６からの出力値に基づいて行われ
る。すなわち、一定時間（例えば、１０ｍｓ）が経過す
るまでは、駆動周期１４．５μｓ、充電時間３．０μｓ
の条件で被駆動部材３０が移動され、一定時間（例え
ば、１０ｍｓ）が経過するまでに先端位置に達するとそ
れ以上の移動は不能となるため、駆動パルスの出力が停
止されることになる。

【００８１】ステップ＃４９で判定が否定されると先端
側への移動距離が例えば２２μｍに満たないか否かが判
別され（ステップ＃５３）、この判定が否定されるとス
テップ＃４３に戻って以降の動作が繰り返し実行され
る。すなわち、被駆動部材３０の移動距離が一定時間
（例えば、１０ｍｓ）を経過しても所定範囲内（例え
ば、２２μｍ〜２４μｍ）にあるうちは駆動周期１４．
５μｓ、充電時間３．０μｓの条件で被駆動部材３０が
移動されることになる。

【００８２】ステップ＃４９で判定が肯定されると第２
メモリ１５３から「１」が減算され（０．１２５μｓだ
け減少）（ステップ＃５５）、その後に第２メモリ１５
３のセット値が「２０」未満か否かが判別される（ステ
ップ＃５７）。ステップ＃５７で判定が肯定されると駆
動パルスの出力が停止され（ステップ＃５９）、その後
に図略の表示装置に異常警告が表示され（ステップ＃６
１）、動作が終了する。すなわち、被駆動部材３０の移
動距離が所定値（例えば、２４μｍ）を超えると、充電
時間が３．０μｓから順次減少されて移動速度が順次減
速され、充電時間が２．５μｓに達しても先端センサ２
０位置に達しないときは異常があったものと判断して駆
動パルスの出力が停止され、同時に警告が発せられるこ
とになる。

【００８３】また、ステップ＃５３で判定が肯定される
と、第２メモリ１５３に「１」が加算され（０．１２５
μｓだけ増加）（ステップ＃６３）、その後に第２メモ
リ１５３のセット値が「２８」を超えたか否かが判別さ
れる（ステップ＃６５）。ステップ＃６５で判定が肯定
されるとステップ＃５９に移行され、ステップ＃６５で
判定が否定されるとステップ＃４３に戻って以降の動作
が繰り返し実行される。すなわち、被駆動部材３０の移
動距離が一定時間（例えば、１０ｍｓ）を経過しても所
定値（例えば、２２μｍ）に達していないときは、充電
時間が３．０μｓから順次増加されて移動速度が順次加
速され、充電時間が３．５μｓに達しても先端センサ２
０位置に達しないときは異常があったものと判断して駆
動パルスの出力が停止され、同時に警告が発せられるこ
とになる。

【００８４】図１４は、駆動回路１４の変形例を示す図
である。この図１４に示すものは、図４に示すものとは
ブリッジ回路１４６における接続点ｂとアースとの間に
抵抗Ｒを接続するようにした点で相違している。なお、
接続点ｂとアースとの間に抵抗Ｒが接続されることか
ら、図１５に示すように、圧電部材２６が＋Ｖｐ及び−
Ｖｐに充電されるまでの波形が緩やかなものになるが、
基本的な動作は図４に示すものと同一である。

【００８５】また、図示は省略するが、図１４に示す変
形例に代え、第１の駆動回路を構成するスイッチ素子Ｑ
１及びスイッチ素子Ｑ４のいずれか一方又は両方に直列
に抵抗Ｒを接続すると共に、第２の駆動回路を構成する
スイッチ素子Ｑ２及びスイッチ素子Ｑ３のいずれか一方
又は両方に直列に抵抗Ｒを接続するようにした回路構成
とすることも可能である。この場合でも、図１５に示す
ものと同様に、圧電部材２６が＋Ｖｐ及び−Ｖｐに充電
されるまでの波形が緩やかなものになるが、基本的な動
作は図４に示すものと同一である。

【００８６】さらに、第１の駆動回路を構成するスイッ
チ素子Ｑ１及びスイッチ素子Ｑ４のいずれか一方又は両
方に直列に抵抗Ｒを接続するか、あるいは、第２の駆動
回路を構成するスイッチ素子Ｑ２及びスイッチ素子Ｑ３
のいずれか一方又は両方に直列に抵抗Ｒを接続するよう
にした回路構成とすることも可能である。この場合、ス
イッチ素子Ｑ１及びスイッチ素子Ｑ４のいずれか一方又
は両方に直列に抵抗Ｒを接続したものでは、圧電部材２
６が＋Ｖｐに充電されるまでの波形が緩やかなものにな
り、スイッチ素子Ｑ２及びスイッチ素子Ｑ３のいずれか
一方又は両方に直列に抵抗Ｒを接続したものでは、圧電
部材２６が−Ｖｐに充電されるまでの波形が緩やかなも
のになるが、いずれの場合でも基本的な動作は図４に示
すものと同一である。

【００８７】図１６は、駆動回路１４の他の構成例を示
す図である。この図１６に示す駆動回路１４′は、図４
に示すものが第１の駆動回路を充放電回路を構成する２
つのスイッチ回路（第１スイッチ回路１４１及び第４ス
イッチ回路１４４）で構成し、第２の駆動回路を充放電
回路を構成する他の２つのスイッチ回路（第２スイッチ
回路１４２及び第３スイッチ回路１４３）で構成したも
のであるのに対し、第１の駆動回路を充電回路を構成す
る１つのスイッチ回路（第１スイッチ回路１４１′）で
構成し、第２の駆動回路を放電回路を構成する１つのス
イッチ回路（第２スイッチ回路１４２′）で構成したも
のである点で相違している。なお、第１，第２スイッチ
回路１４１′，１４２′は、図４に示すものと同一の構
成になる駆動パルス発生回路１４５から駆動パルスが供
給されて駆動が制御され、圧電部材２６には駆動電源Ｐ
Ｓから駆動電圧Ｖｐが印加されるようになっている。

【００８８】すなわち、充電回路を構成する第１スイッ
チ回路１４１′は、圧電部材２６の矢印Ｐで示す分極方
向を基準にして＋側の電極２６１に駆動電圧Ｖｐを印加
し、圧電部材２６を分極方向と同方向に充電するもの
で、駆動電源ＰＳと電極２６１との間に接続されたＰチ
ャンネルＭＯＳ型ＦＥＴからなるスイッチ素子Ｑ５で構
成されている。また、放電回路を構成する第２スイッチ
回路１４２′は、圧電部材２６の電極２６１を接地して
（すなわち、圧電部材２６の端子間電圧に対して逆方向
の電位を与えて）圧電部材２６に蓄積されている電荷を
放電するもので、電極２６１とアースとの間に接続され
たＮチャンネルＭＯＳ型ＦＥＴからなるスイッチ素子Ｑ
６で構成されている。

【００８９】図１７は、図１６に示す駆動回路１４′の
各スイッチ素子のＯＮ／ＯＦＦ状態と、圧電部材に印加
される充電電圧の波形とを示す図である。この図に示す
ように、駆動パルス発生回路１４５から駆動パルスが供
給されてスイッチ素子Ｑ５がオンになったときにはスイ
ッチ素子Ｑ６はオフとなり、圧電部材２６は分極方向と
同方向の電圧Ｖｐで充電され、スイッチ素子Ｑ６がオン
になったときにはスイッチ素子Ｑ５はオフとなり、圧電
部材２６の充電電荷が放電されることになる。

【００９０】図４に示す駆動回路１４を駆動回路１４′
のように構成した場合でも、充電時間ｔ１と放電時間ｔ
２とのデューティ比Ｄが０．５よりも小さいときには正
方向駆動となり、そのデューティ比Ｄが０．５よりも大
きいときには逆方向駆動となり、図４に示すものと同様
に動作することが確認された。

【００９１】図１８は、図１６に示す駆動回路１４′の
変形例を示す図である。この図１８に示すものは、図１
６に示すものとはスイッチ素子Ｑ５と駆動電源ＰＳとの
間及びスイッチ素子Ｑ６とアースとの間にそれぞれ抵抗
Ｒを接続するようにした点で相違している。なお、上記
のように抵抗Ｒが接続されることから、図１９に示すよ
うに、圧電部材２６がＶｐに充電されるまでの波形及び
充電電荷がゼロレベルに放電されるまでの波形が緩やか
なものになるが、基本的な動作は図１６に示すものと同
一である。

【００９２】また、スイッチ素子Ｑ５と駆動電源ＰＳと
の間、あるいは、スイッチ素子Ｑ６とアースとの間のい
ずれか一方に抵抗Ｒを接続するようにすることも可能で
ある。この場合、スイッチ素子Ｑ５と駆動電源ＰＳとの
間に抵抗Ｒを接続したものでは、圧電部材２６がＶｐに
充電されるまでの波形が緩やかなものになり、スイッチ
素子Ｑ６とアースとの間に抵抗Ｒを接続したものでは、
圧電部材２６が放電されるまでの波形が緩やかなものに
なるが、いずれの場合でも基本的な動作は図１６に示す
ものと同一である。

【００９３】本発明の実施形態に係る圧電アクチュエー
タ１０は、上記のように、圧電部材に分極方向と同方向
の電圧を印加して充放電する第１の駆動回路と、圧電部
材に分極方向と逆方向の電圧を印加して第１の駆動回路
による充放電速度と略同一の速度で充放電する第２の駆
動回路と、駆動部材の駆動時間であって第１の駆動手段
による第１の駆動時間及び第２の駆動手段による第２の
駆動時間の少なくとも一方を設定変更する設定変更手段
と、第１の駆動手段と第２の駆動手段とを交互に駆動す
る駆動制御手段とを備えているので、従来のような定電
流回路が不要になることから小型化が可能となり、駆動
回路は連続した駆動パルスで駆動されることから駆動部
材の移動速度を円滑に調節することができるようにな
る。また、小型化できることから圧電アクチュエータ１
０の低廉化を促進することもできる。

【００９４】なお、本発明に係る圧電アクチュエータ
は、上記実施形態のものに限定されるものではなく、種
々の変形が可能である。例えば、駆動部１２の構成は図
２及び図３に示すもの以外の構成とすることも可能であ
り、駆動回路１４、１４′を構成しているスイッチ素子
として、接合型ＦＥＴ、バイポーラトランジスタ、ＧＴ
Ｏ（Gate Turn-off Thyristor）等のＭＯＳ型ＦＥＴ以
外の電子スイッチ素子を用いることもできる。また、被
駆動部材３０の移動速度の調節は、上記実施形態では駆
動周期が一定になるようにして充電時間を変更すること
で行うようにしているが、充電時間又は放電時間を変更
して駆動周期を変更することで行うようにしてもよい。

【００９５】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１の発明に
よれば、圧電体に分極方向と同方向の電圧を印加して充
放電する第１の駆動手段と、圧電体に分極方向と逆方向
の電圧を印加して圧電体に対し第１の駆動手段による充
放電速度と略同一の速度で充放電する第２の駆動手段
と、駆動部材の駆動時間であって第１の駆動手段による
第１の駆動時間及び第２の駆動手段による第２の駆動時
間の少なくとも一方を設定変更する設定変更手段と、第
１の駆動手段と第２の駆動手段とを交互に駆動する駆動
制御手段とを備えているので、小型化が可能で被駆動部
材の移動速度を円滑に調節することができる圧電アクチ
ュエータを実現することができる。

【００９６】また、請求項２の発明によれば、第１の駆
動手段は、圧電体の分極方向と逆方向に蓄積された電荷
を放電すると共に、圧電体を分極方向と同方向に充電す
る第１の充放電回路からなり、第２の駆動手段は、圧電
体の分極方向と同方向に蓄積された電荷を放電すると共
に、圧電体を分極方向と逆方向に充電する第２の充放電
回路からなっているので、圧電体には見かけ上、印加電
圧の２倍の電圧が駆動電圧として供給され、単位電圧当
たりの圧電体の伸縮量が増大して圧電アクチュエータの
駆動効率が向上する。

【００９７】また、請求項３の発明によれば、第１の充
放電回路は、一方端が電源に接続され、他方端が圧電体
の一方端に接続されてなる第１のスイッチ手段と、一方
端が圧電体の他方端に接続され、他方端が接地されてな
る第２のスイッチ手段とを備え、第２の充放電回路は、
一方端が電源に接続され、他方端が圧電体の他方端に接
続されてなる第３のスイッチ手段と、一方端が圧電体の
一方端に接続され、他方端が接地されてなる第４のスイ
ッチ手段とを備えているので、駆動回路が少ない回路素
子で構成され、圧電アクチュエータの小型化が促進され
る。

【００９８】また、請求項４の発明によれば、第１の駆
動手段は圧電体を分極方向と同方向に充電する充電回路
からなり、第２の駆動手段は圧電体に蓄積された電荷を
放電する放電回路からなっているので、充電時にだけ電
力が消費されることになり、電力消費を効果的に抑制す
ることができる。

【００９９】また、請求項５の発明によれば、充電回路
は、一方端が電源に接続され、他方端が圧電体の一方端
に接続されてなる第１のスイッチ手段を備え、放電回路
は、一方端が圧電体の一方端に接続され、他方端が接地
されてなる第２のスイッチ手段を備えているので、駆動
回路が少ない回路素子で構成され、圧電アクチュエータ
の小型化が促進される。

【０１００】また、請求項６の発明によれば、設定変更
手段は、駆動周期が一定となるように第１の駆動時間及
び第２の駆動時間を変更するものであるので、被駆動部
材の移動速度を円滑に調整することができる。

【０１０１】また、請求項７の発明によれば、設定変更
手段は、第１の駆動時間又は第２の駆動時間を変更する
ことにより駆動周期を変更するものであるので、被駆動
部材の移動速度を円滑に調整することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係る圧電アクチュエータ
の構成を概略的に示すブロック図である。

【図２】図１に示す圧電アクチュエータの駆動部の構成
例を示す斜視図である。

【図３】図１に示す圧電アクチュエータの被駆動部材の
構成例を示す断面図である。

【図４】図１に示す圧電アクチュエータの駆動回路の構
成例を示す図である。

【図５】図４に示す駆動回路における駆動パルス発生回
路の構成例を示すブロック図である。

【図６】図５に示す駆動パルス発生回路の動作を説明す
るための波形図である。

【図７】図５に示す駆動回路における駆動パルスと、各
スイッチ素子のＯＮ／ＯＦＦ状態と、圧電部材に印加さ
れる充放電電圧の波形とを示す図である。

【図８】充放電速度が略同一で、充放電時間のデューテ
ィ比のみが異なる駆動電圧を圧電部材に印加したときの
圧電部材及び被駆動部材の変異の過渡応答を示す図であ
る。

【図９】充放電速度が略同一で、充電時間が放電時間よ
りも長いデューティ比を有する駆動電圧を圧電部材に印
加したときの被駆動部材の移動状態を説明するための図
である。

【図１０】圧電部材に対する充電時間と駆動周期との関
係を示す図である。

【図１１】圧電部材に対する充電時間と被駆動部材の移
動速度との関係を示す図である。

【図１２】図１に示す圧電アクチュエータの動作を説明
するためのフローチャートである。

【図１３】図１に示す圧電アクチュエータの動作を説明
するためのフローチャートである。

【図１４】図４に示す駆動回路の変形例を示す図であ
る。

【図１５】図１４に示す駆動回路における駆動パルス
と、各スイッチ素子のＯＮ／ＯＦＦ状態と、圧電部材に
印加される充放電電圧の波形とを示す図である。

【図１６】図４に示す駆動回路の他の構成例を示す図で
ある。

【図１７】図１６に示す駆動回路における各スイッチ素
子のＯＮ／ＯＦＦ状態と、圧電部材に印加される充放電
電圧の波形とを示す図である。

【図１８】図１６に示す駆動回路の変形例を示す図であ
る。

【図１９】図１８に示す駆動回路における各スイッチ素
子のＯＮ／ＯＦＦ状態と、圧電部材に印加される充放電
電圧の波形とを示す図である。

【図２０】従来のインパクト型の圧電アクチュエータの
概略構成を示す図である。

【図２１】図２０に示す圧電アクチュエータの駆動回路
の低速充電回路に適用される第１の回路例である。

【図２２】図２０に示す圧電アクチュエータの駆動回路
の低速充電回路に適用される第２の回路例である。

【図２３】図２０に示す圧電アクチュエータの駆動回路
の低速放電回路に適用される回路例である。

【符号の説明】

１０ 圧電アクチュエータ １２ 駆動部 １４ 駆動回路 １６ 部材センサ １８ 基端センサ ２０ 先端センサ ２２ 制御部（駆動制御手段） ２４ 支持部材 ２６ 圧電部材（圧電体） ２８ 駆動部材 ３０ 被駆動部材 １５９ 設定変更手段 １４１ 第１スイッチ回路（第１の駆動手段） １４２ 第２スイッチ回路（第２の駆動手段） １４３ 第３スイッチ回路（第２の駆動手段） １４４ 第４スイッチ回路（第１の駆動手段） Ｑ１，Ｑ５ スイッチ素子（第１のスイッチ手段） Ｑ２ スイッチ素子（第３のスイッチ手段） Ｑ３ スイッチ素子（第４のスイッチ手段） Ｑ４，Ｑ６ スイッチ素子（第２のスイッチ手段） ＰＳ 駆動電源

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧電体と、該圧電体の分極方向の一方端
   に固定された駆動部材と、前記圧電体の他方端に固定さ
   れた支持部材と、前記駆動部材に所定の摩擦力で係合さ
   れて前記分極方向に移動可能にされた被駆動部材と、前
   記圧電体に分極方向と同方向の電圧を印加して充放電す
   る第１の駆動手段と、前記圧電体に分極方向と逆方向の
   電圧を印加して該圧電体に対し前記第１の駆動手段によ
   る充放電速度と略同一の速度で充放電する第２の駆動手
   段と、前記駆動部材の駆動時間であって前記第１の駆動
   手段による第１の駆動時間及び前記第２の駆動手段によ
   る第２の駆動時間の少なくとも一方を設定変更する設定
   変更手段と、前記第１の駆動手段と第２の駆動手段とを
   交互に駆動する駆動制御手段とを備えたことを特徴とす
   る圧電アクチュエータ。
2. 【請求項２】 前記第１の駆動手段は、前記圧電体の分
   極方向と逆方向に蓄積された電荷を放電すると共に、前
   記圧電体を分極方向と同方向に充電する第１の充放電回
   路からなり、前記第２の駆動手段は、前記圧電体の分極
   方向と同方向に蓄積された電荷を放電すると共に、前記
   圧電体を分極方向と逆方向に充電する第２の充放電回路
   からなることを特徴とする請求項１記載の圧電アクチュ
   エータ。
3. 【請求項３】 前記第１の充放電回路は、一方端が電源
   に接続され、他方端が前記圧電体の一方端に接続されて
   なる第１のスイッチ手段と、一方端が前記圧電体の他方
   端に接続され、他方端が接地されてなる第２のスイッチ
   手段とを備え、前記第２の充放電回路は、一方端が前記
   電源に接続され、他方端が前記圧電体の他方端に接続さ
   れてなる第３のスイッチ手段と、一方端が前記圧電体の
   一方端に接続され、他方端が接地されてなる第４のスイ
   ッチ手段とを備えたことを特徴とする請求項２記載の圧
   電アクチュエータ。
4. 【請求項４】 前記第１の駆動手段は、前記圧電体を分
   極方向と同方向に充電する充電回路からなり、前記第２
   の駆動手段は、前記圧電体に蓄積された電荷を放電する
   放電回路からなることを特徴とする請求項１記載の圧電
   アクチュエータ。
5. 【請求項５】 前記充電回路は、一方端が電源に接続さ
   れ、他方端が前記圧電体の一方端に接続されてなる第１
   のスイッチ手段を備え、前記放電回路は、一方端が前記
   圧電体の一方端に接続され、他方端が接地されてなる第
   ２のスイッチ手段を備えたことを特徴とする請求項４記
   載の圧電アクチュエータ。
6. 【請求項６】 前記設定変更手段は、駆動周期が一定と
   なるように前記第１の駆動時間及び第２の駆動時間を変
   更するものであることを特徴とする請求項１乃至５のい
   ずれかに記載の圧電アクチュエータ。
7. 【請求項７】 前記設定変更手段は、前記第１の駆動時
   間又は第２の駆動時間を変更することにより駆動周期を
   変更するものであることを特徴とする請求項１乃至５の
   いずれかに記載の圧電アクチュエータ。