JP2002281770A

JP2002281770A - 圧電アクチュエータ

Info

Publication number: JP2002281770A
Application number: JP2001080551A
Authority: JP
Inventors: Shinya Matsuda; 伸也松田
Original assignee: Minolta Co Ltd
Current assignee: Minolta Co Ltd
Priority date: 2001-03-21
Filing date: 2001-03-21
Publication date: 2002-09-27

Abstract

(57)【要約】【課題】駆動電圧の印加により振動する圧電素子とこ
の圧電素子の振動が伝達されて振動する圧電素子とを備
える単相駆動型の圧電アクチュエータにおいて、更なる
省エネルギー及び駆動効率の向上を図る。【解決手段】第２圧電素子１００’に発生する電圧の
位相を、第１圧電素子１００の駆動電圧の位相と一致さ
せる移相器１９を設け、駆動電源２０により供給される
駆動電圧に重畳して第１圧電素子１００に供給するよう
に構成した。これにより、駆動電源２０により供給すべ
き駆動電力を減少させることができ、省エネルギーを実
現することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、駆動電圧が印加さ
れることにより振動する圧電素子と、この圧電素子の振
動が伝達されて振動する圧電素子とを備える圧電アクチ
ュエータの技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、例えば、複数の圧電素子のうち一
の圧電素子に駆動電圧を出力して該圧電素子を振動させ
るとともに、この振動が他の圧電素子に伝達されて該圧
電素子が振動することにより、両圧電素子の変位が合成
される合成部に所定の運動を行わせる圧電アクチュエー
タが広く知られている。

【０００３】この種の圧電アクチュエータは、複数の圧
電素子と、これらの圧電素子の交差側の端部に取り付け
られた変位合成部としてのチップ部材と、上記各圧電素
子の反対側の端部を支持する支持部材とを有し、上記圧
電素子のうち一の圧電素子（以下、この圧電素子を第１
圧電素子という）に所定の駆動電圧を印加して変位さ
せ、この振動が主に支持部材を介して上記駆動電圧が印
加されない方の圧電素子（以下、この圧電素子を第２圧
電素子という）に伝達することにより、この第２圧電素
子が変位し、その結果、第２圧電素子及び上記第１圧電
素子の各変位が上記チップ部材により合成される。これ
により、チップ部材が所定の運動（円運動や楕円運動）
を行い、この運動によって駆動対象を所定の方向に駆動
するようになっている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、近年、省エ
ネルギーや駆動効率の観点から、この種の圧電アクチュ
エータにおいても、圧電素子を駆動するための電気エネ
ルギー（駆動電力）の低減や高効率化を図ることのでき
る技術が要求されている。従来では、その有効な手段と
して、上記駆動電圧の周波数を圧電素子の共振周波数と
一致させて圧電素子を共振させることにより、低電圧駆
動で圧電素子の変位を増大させる方法が知られている。

【０００５】しかし、上記の如き構成を有する圧電アク
チュエータにおいて、更なる省エネルギーを実現するた
めには、圧電素子が外部から加圧されると電気エネルギ
ーを発生することから、伝達された振動によって振動す
る圧電素子（駆動電力が与えられていない方の圧電素
子）に発生する電気エネルギーを利用することも有効な
一つの手段と考えられる。

【０００６】本発明は、上記に鑑みてなされたもので、
駆動電圧の印加により振動する圧電素子とこの圧電素子
の振動が伝達されて振動する圧電素子とを備える圧電ア
クチュエータにおいて、更なる省エネルギーや駆動効率
の向上を図ることを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、第１の圧電素子と、第１の圧電素子を所定の駆動信
号で駆動する駆動手段と、第１の圧電素子の振動が伝達
されて振動する第２の圧電素子と、上記第１の圧電素子
の駆動に伴って第２の圧電素子が変位した際、当該第２
の圧電素子に発生する電力を取り出す電力取出手段が設
けられていることを特徴とする。

【０００８】この発明によれば、第１の圧電素子が所定
の駆動信号で駆動されると、第１の圧電素子が所定の振
幅で変位（振動）する。また、第１の圧電素子の振動が
第２の圧電素子に伝達して当該第２の圧電素子も変位す
る。このとき、第２の圧電素子に、その変位に応じた電
力が発生する。

【０００９】そこで、この発生した電力を、電力取出手
段により取り出すように構成したから、取り出した電気
エネルギーを有効に利用することができる。

【００１０】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載
の圧電アクチュエータにおいて、上記電力取出手段は、
上記駆動手段から供給される電力を補助するべく、取り
出した電力を上記第１の圧電素子に帰還する電力帰還手
段であることを特徴とする。

【００１１】この発明によれば、第２の圧電素子で発生
した電力を駆動電力として第１の圧電素子に帰還して駆
動手段から供給される電力を補助するようにしたので、
このように電力を帰還しない場合に比べて、第１の圧電
素子を同じ変位量だけ変位させるのに必要となる駆動手
段から供給すべき駆動電力を低減させることができ、省
エネルギーを実現することができる。また、駆動手段か
ら供給する駆動電力が同じであるときには、帰還された
電力分、上記第１の圧電素子をより大きく変位させるこ
とができ、駆動効率を向上させることができる。

【００１２】また、請求項３に記載の発明は、請求項１
に記載の圧電アクチュエータにおいて、上記電力取出手
段は、取り出した電力を蓄積する蓄電手段であることを
特徴とする。

【００１３】この発明によれば、電力取出手段を、取り
出した電力を蓄積する蓄電手段としたので、上記請求項
２に記載の発明のように、取り出した電力をこの蓄電手
段を介して第１の圧電素子を駆動するための駆動電力と
して供給することができ、取り出した電力を有効に利用
することができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】本発明に係る圧電アクチュエータ
の一実施形態について説明する。

【００１５】図１に示すように、圧電アクチュエータ１
０は、２つの圧電素子（積層型の第１圧電素子及び第２
圧電素子）１００，１００’と、第１、第２圧電素子１
００，１００’の交差側端部に取り付けられたチップ部
材２００と、第１、第２圧電素子１００，１００’の他
端部に取り付けられたベース部材３００とを備えてい
る。本実施形態に係る圧電アクチュエータ１０にあって
は、第１圧電素子１００にのみ駆動電圧を印加して該圧
電素子１００を振動（変位）させるとともに、この振動
が主にベース部材３００を介して第２圧電素子１００’
に伝達し、第２圧電素子１００’も振動する。これによ
り、チップ部材２００に特定の運動を行わせて一駆動対
象のロータＲを、回転軸Ａを中心として、例えば矢印β
の方向に回転駆動するように構成されている。

【００１６】２つの圧電素子（積層型の第１圧電素子及
び第２圧電素子）１００，１００’は略直角に交差させ
て配置されており、チップ部材２００はそれらの交差側
端部に接着剤で接合されているとともに、第１圧電素子
１００及び第２圧電素子１００’の他端部は、ベース部
材３００に接着剤で接合された構成とされている。

【００１７】図２は、第１圧電素子１００及び第２圧電
素子１００’の構成を示す図である。

【００１８】図２に示すように、圧電素子１００（１０
０’）は、ＰＺＴ等の圧電特性を示す複数のセラミック
薄板１０１と電極１０２，１０３とを交互に積層したも
のであり、各セラミック薄板１０１と電極１０２，１０
３とは接着剤により固定されている。なお、圧電素子１
００（１００’）の両端部には、保護層１０４が設けら
れている。

【００１９】この圧電素子１００（１００’）におい
て、駆動電源２０（図７参照）により、１つおきに配置
された各電極群１０２，１０３に、それぞれ信号線１０
５，１０６を介して所定の電圧が印加された場合、電極
１０２と電極１０３とに挟まれた各セラミック薄板１０
１には、その積層方向に電界が発生し、その電界は１つ
おきに同じ方向となる（隣り合う２つのセラミック薄板
１０１の分極方向は逆となる）。その場合に、電極１０
２，１０３に印加する電圧と、この電圧の印加により変
位するセラミック薄板１０１の変位量との関係は、図３
に示すように、電圧を増加させる場合（図３のＬ１）と
減少させる場合（図３のＬ２）とでそれぞれ略比例す
る。なお、印加電圧が例えば電圧Ｖ１の場合において、
電圧増加時には変位量ＸはＸ１、電圧減少時には変位量
ＸはＸ２となり、電圧増加時と電圧減少時とで同じ印加
電圧に対する圧電素子の変位量が一致しないのは、セラ
ミック薄板１０１が、該薄板１０１に発生している電界
を維持し、延いてはその変位量を維持しようとする性質
を有するからである。

【００２０】一方、圧電素子１００（１００’）に伸縮
方向の外力が加えられた場合、セラミック薄板１０１は
伸縮方向に変位し、この変位によって電極１０２，１０
３間に電圧が発生する。その場合に、図４に示すよう
に、セラミック薄板１０１に加えられる圧力と、この圧
力により変位するセラミック薄板１０１の変位量との関
係は、圧力を増加させる場合（図４のＬ３）と減少させ
る場合（図４のＬ４）とでそれぞれ略比例する。なお、
圧力Ｆが例えば圧力Ｆ１の場合において、圧力増加時に
は変位量ＸはＸ３、圧力減少時には変位量ＸはＸ４とな
っており、上記各場合で同じ圧力に対する変位量が一致
しないのは、セラミック薄板１０１が該薄板１０１に発
生している電界を維持し、延いてはその変位量を維持し
ようとする性質を有するからである。

【００２１】駆動電源２０により交流の駆動電圧（交流
信号）を電極１０２，１０３に印加すると、その電界に
応じて各セラミック薄板１０１は同方向に伸縮を繰り返
し、圧電素子１００全体として伸縮を繰り返す。その場
合に、圧電素子１００には、その構造（弾性率、質量）
や電気的特性により決定される固有の共振周波数が存在
し、交流の駆動電圧の周波数が圧電素子１００の共振周
波数と一致すると、インピーダンスが低下するため、圧
電素子１００の変位が増大する。したがって、圧電素子
１００は、その外形寸法に対して変位が小さいため、低
い電圧で駆動するためには、この共振現象を利用するの
が好ましい。

【００２２】本実施形態に係る圧電アクチュエータ１０
においては、上述したように、第１圧電素子１００（以
下、第１圧電素子という）にのみ交流の駆動電圧を供給
するように構成されている。

【００２３】すなわち、チップ部材２００の質量を調整
して、後述する同位相モード及び逆位相モードの振動数
の比率を所定値に設定することにより、駆動された第１
圧電素子１００の振動が主にベース部材３００を介して
第２圧電素子１００’に伝達する。これにより、第２圧
電素子１００’が第１圧電素子１００に対し所定の位相
差をもって振動する。その結果、互いに直交する独立し
た２つの運動を合成すると、その交点は楕円運動の式
（Lissajousの式）に従った軌跡を描くことから、第１
圧電素子１００と第２圧電素子１００’の交点に設けら
れたチップ部材２００は、第１圧電素子１００と第２圧
電素子１００’の振動の振幅を等しくし、かつ上記位相
差を０°，４５°，９０°，１３５°及び１８０°とし
た場合には、図５の（ａ）〜（ｅ）に示すような図形を
描くように駆動される。

【００２４】第２圧電素子１００’に圧力が加わると、
第２圧電素子１００’のセラミック薄板１０１’から電
極１０２’または電極１０３’に電荷が移動し、電極１
０２’または電極１０３’との間に、変位量に応じた電
圧が発生する。第１圧電素子１００を駆動する電圧が交
流電圧であるとすると、第２圧電素子１００’に加えら
れる上記分極方向に直交する方向の力は周期的に変化
し、延いては、上記セラミック薄板１０１’と電極１０
２’，１０３’との間に発生する電圧は周期的に変化す
る。そして、この第２圧電素子１００’の変位の周波数
がこの圧電素子１００’の共振周波数と一致すると、第
２圧電素子１００’の変位も増大し、この圧電素子１０
０’から発生する電圧も増大する。

【００２５】なお、各圧電素子１００，１００’をそれ
ぞれ共振状態で駆動する場合に、チップ部材２００の移
動軌跡を図５の（ａ）〜（ｅ）に示すようにするために
は、次の条件がさらに必要となる。図６（ａ），（ｂ）
に示すように、圧電アクチュエータ１０は、複数の固有
振動モードを有し、（ａ）に示すように、各圧電素子１
００，１００’が同位相で伸縮するモード（このモード
が同位相モードである）と、（ｂ）に示すように、各圧
電素子１００，１００’が逆位相で伸縮するモード（こ
のモードが逆位相モードである）とが生じる。共振状態
において所望の軌跡を得るには、上記同位相モードの共
振周波数と逆位相モードの共振周波数とを一致させ、そ
の共振周波数で駆動する必要がある。同位相モードでの
振動の場合、第１圧電素子１００の振動が位相差０°で
第２圧電素子１００’に伝達され、逆位相モードでの振
動の場合、第１圧電素子１００の振動が位相差１８０°
で第２圧電素子１００’に伝達される。

【００２６】図１に戻り、加圧機構４００は、コイルス
プリング４１０とエアシリンダ等からなる加圧部４２０
とを備え、上記コイルスプリング４１０の一端が上記ベ
ース部材３００の背面略中央部に取り付けられていると
ともに、他端が上記加圧部４２０に連結され、この加圧
部４２０の加圧力がコイルスプリング４１０を介してロ
ータＲに伝達されるようになっている。これにより、ロ
ータＲが回転したときには、ロータＲとチップ部材２０
０との接触部分において、駆動方向と反対方向に所定の
摩擦力が発生するようになっている。

【００２７】図７は、本実施形態における圧電アクチュ
エータ１０のブロック図である。

【００２８】図７に示すように、増幅器１２は、発信周
波数が変更可能な発振器１１からの駆動信号を直接入力
して増幅し第１圧電素子１００に出力するものである。

【００２９】電流検出部１３は、第１圧電素子１００に
流れる電流を検出するものである。電流検出部１４は、
第１圧電素子１００の駆動に伴って振動する第２圧電素
子１００’に流れる電流を検出するものである。電流検
出部１３，１４は、第１圧電素子１００，１００’に直
列に挿入した抵抗Ｒ１，Ｒ２の電圧降下により、各圧電
素子１００，１００’に流れる電流を検出する。

【００３０】位相差検出部１５は、各圧電素子１００，
１００’の振動の位相差に応じてチップ部材２００の運
動軌跡が変化することから、このチップ部材２００の運
動軌跡を検出するために、各圧電素子１００，１００’
の振動の位相差を、両電流検出部１３，１４の検出電流
の位相差から検出するものである。

【００３１】振幅検出部１６は、電流検出部１３の検出
信号に基いて第１圧電素子１００の振動の振幅を検出す
るものである。

【００３２】振幅検出部１７は、電流検出部１４の検出
信号に基いて第２圧電素子１００’の振動の振幅を検出
するものである。

【００３３】ＭＰＵ(Micro Processing Unit)１８は、
位相差検出部１５および振幅検出部１６，１７の検出信
号に基いて増幅器１２と後述する移相器１９とを制御す
るとともに、発振器１１の発信周波数を変更するもので
ある。

【００３４】ＭＰＵ１８は、図略のメモリを備え、その
メモリには予め圧電アクチュエータ１０の目標軌跡が得
られる目標位相差と目標振幅とが記憶されている。ＭＰ
Ｕ１８は、そのメモリから目標位相差及び目標振幅を読
み出し、位相差検出部１５からの検出位相差と目標位相
差とを比較し、偏差があればその偏差を補正するように
移相器１９の移相量を調節し、また、振幅検出部１６，
１７からの検出振幅と目標振幅とを比較し、偏差があれ
ばその偏差を補正するように増幅器１２の振動振幅を調
節する。その場合に、本実施形態における目標振幅は、
駆動電源２０の駆動電圧のみで増幅器１２を駆動した場
合の振動振幅であり、ＭＰＵ１８は、この目標振幅とな
るように増幅器１２の振動振幅を調節する。なお、ＭＰ
Ｕ１８はディジタル／アナログ変換部を備える。

【００３５】以上の構成に加えて、本圧電アクチュエー
タ１０は、第２圧電素子１００’に発生する電圧の位相
を、第１圧電素子１００の駆動電圧の位相と一致させる
移相器１９が設けられており、上記駆動電源２０により
供給される駆動電圧に重畳して第１圧電素子１００に供
給（還流）するように構成されているところに特徴があ
る。

【００３６】図８は、移相器の一例として、オペアンプ
を用いたアクティブフィルタ（一次オールパスフィルタ
（ＡＰＦ））の遅延回路の構成を示す図である。

【００３７】図８に示すように、この移相器１９は、オ
ペアンプ１９１の非反転入力端子に接続された可変抵抗
Ｒ１と、この可変抵抗Ｒ１の下流側の端子とアースとに
接続されたコンデンサＣ１とを備え、交流の入力電圧に
対し出力電圧の位相を位相差φ＝−２tan^-1（２πｆＣＲ）だけ位相を遅延させる回路であり、可変抵抗Ｒ１の抵抗
値とコンデンサＣ１の容量値を変更することによって、
上記位相差φを変更できるようになっている。

【００３８】これにより、図９に示すように、第１圧電
素子１００を目標変位量だけ変位させるのに必要な駆動
電圧ＶがＶ＝Ｖsinθ，移相器１９から出力される電圧
Ｖ₂がＶ₂＝Ｖ_Bsinθで表されるものとすると、駆動電源
２０により印加すべき駆動電圧Ｖ₁は、Ｖ₁＝Ｖ−Ｖ₂＝（Ｖ−Ｖ_B）sinθ となり、駆動電源２０の駆動電圧のみで第１圧電素子１
００を上記所定量変位させるときには、駆動電源２０は
第１圧電素子１００に駆動電圧Ｖ₁’＝Ｖsinθを印加す
る必要があることから、還流しない場合に比べてΔＶ＝
Ｖ₁−Ｖ₁’＝Ｖ_Bsinθ（＝Ｖ₂）だけ印加電圧を低減す
ることができる。

【００３９】このように、第２圧電素子１００’の変位
により発生した電気エネルギー（電力）を、第１圧電素
子１００を駆動するための電気エネルギーとして還流す
るようにしたから、駆動電源２０により供給すべき駆動
電力を低減することができ、省エネルギーを実現するこ
とができる。

【００４０】次に、本発明の第２の実施形態について説
明する。

【００４１】上記実施形態においては、圧電素子の目標
変位量を一定となるように移相器１９から出力される電
圧に応じて駆動電源２０の駆動電圧を調節するように構
成されているが、本実施形態の駆動電源２０’は、常時
一定の駆動電圧を印加し、この駆動電圧に移相器１９か
ら出力される電圧を重畳するように構成されている。

【００４２】すなわち、図１０に示すように、駆動電源
２０’により印加される一定の駆動電圧Ｖ₁をＶ₁＝Ｖ_As
inθ，移相器１９から出力される電圧Ｖ₂をＶ₂＝Ｖ_Bsin
θとすると、第１圧電素子１００に印加する電圧Ｖは、Ｖ＝Ｖ₁＋Ｖ₂＝（Ｖ_A＋Ｖ_B）sinθ となる。

【００４３】したがって、この場合、還流しない場合に
比べてΔＶ＝Ｖ−Ｖ_A＝Ｖ_Bsinθ（＝Ｖ₂）だけ印加電圧
を増大することができる。

【００４４】このように、本実施形態においては、第２
圧電素子１００’で発生した電気エネルギーを、第１圧
電素子１００を駆動するための電気エネルギーとして還
流しない場合に比べて、圧電アクチュエータ１０の変
位、延いては、ロータＲの回転量を増大させることがで
き、駆動効率を向上させることができる。

【００４５】本出願人は、この還流される電気エネルギ
ーによって第２圧電素子１００’に発生する電圧の振幅
が、第１圧電素子１００に与える電圧の１０〜２０％程
度となり、この電圧を帰還することで圧電アクチュエー
タ１０の振幅を１０〜２０％程度増大できることが確認
できた。

【００４６】なお、移相器１９としては、上記の構成に
限らず、他の回路や素子を用いてもよい。

【００４７】上記第１，第２実施形態においては、移相
器１９を用いて、第２圧電素子１００’で発生した電気
エネルギーを第１圧電素子１００を駆動するための電気
エネルギーとして還流するようにしたが、図１１に示す
ように、第２圧電素子１００’に発生した起電力をトラ
ンス５００等を用いて所定の電圧値に調整し、この電圧
を、例えばコンデンサ等からなる蓄電池５０１に印加す
ることにより、蓄電池５０１を充電するようにしてもよ
い。

【００４８】この場合、この蓄電池５０１に蓄積された
電気エネルギーを増幅器１２の駆動エネルギーとして、
この蓄電池５０１から電気エネルギーを増幅器１２に供
給し、増幅器１２による電圧増幅率を増大させることが
できる。

【００４９】駆動電源が電池である場合には、この電池
の電気エネルギーが消耗したときに、その消耗分を、蓄
電池に蓄積された電気エネルギーを供給することで補う
ようにするようにしてもよい。この場合、電池電圧を検
出する検出部（検出手段）、その検出結果に基づいて消
耗を判別する消耗判別部（消耗判別手段）、蓄電池から
電力を出力するスイッチ、消耗が判別されたときにスイ
ッチをＯＮ（蓄電池から電力を出力）するスイッチ制御
手段などを備えることにより実現でき、これにより、取
り出した電気エネルギーを有効に利用することができ
る。

【００５０】駆動対象の被駆動部材を駆動する圧電アク
チュエータとして、上記第１、第２実施形態においては
トラス型の圧電アクチュエータを採用したが、これに限
らず、図１２、図１３に示すような構造をもつ圧電アク
チュエータ６００でもよい。

【００５１】すなわち、図１２、図１３に示すように、
圧電アクチュエータ６００は、上記軸心に垂直な断面が
楕円形で一方向に長い柱状部材６０１と、ＰＺＴ等の圧
電特性を示す薄板状の第１、第２セラミック薄板６０
２，６０３とを有する。上記柱状部材６０１の断面に対
して、この断面の中心を原点とし、且つ断面（楕円）の
長半径をＸ軸、短半径をＹ軸とする２次元座標系を設定
するものとすると、第１セラミック薄板６０２は、上記
２次元座標系の第３象限における所定位置に配設されて
柱状部材６０１をＸ軸に対して１３５°傾斜する方向に
振動させ、第２セラミック薄板６０３は、上記２次元座
標系の第４象限における所定位置に配設されて柱状部材
６０１をＸ軸に対して４５°傾斜する方向に振動させる
ように貼着されているものである。図略の駆動電源によ
り第１セラミック薄板６０２に所定の駆動電圧を印加し
て第１セラミック薄板６０２を該薄板６０２の厚み方向
に振動させると、柱状部材６０１に振動が生じ、この柱
状部材６０１の振動が第２セラミック薄板６０３に伝達
して、第２セラミック薄板６０３も振動する。その結
果、柱状部材６０１には、第１セラミック薄板６０２の
変位と第２セラミック薄板６０３の変位とが合成された
振動が生じる。この柱状部材６０１に生じる振動は、Ｘ
方向及びＹ方向にそれぞれ振動成分を有する。

【００５２】図１４に示すように、上記柱状部材６０１
のＸ方向及びＹ方向の振動成分は異なる周波数−変位特
性を有し、各方向にそれぞれ共振周波数が存在する。Ｘ
方向の共振周波数ｆ₁、Ｙ方向の共振周波数ｆ₂とするも
のとすると、Ｘ方向の振動の振幅は共振周波数ｆ₁のと
きに、Ｙ方向の振動の振幅は共振周波数ｆ₂のときにそ
れぞれ最大となる。なお、この柱状部材６０１にあって
は、Ｘ方向の厚みの方がＹ方向の厚みよりも厚いので、
ｆ₁＜ｆ₂となる。

【００５３】図１５は、周波数と、Ｘ方向の振動成分及
びＹ方向の振動成分の位相との関係の一例を示す図であ
る。

【００５４】上記柱状部材６０１において、Ｘ方向及び
Ｙ方向の振動の周波数が周波数ｆ₃（図１４において、
Ｘ方向の特性曲線とＹ方向の特性曲線との交点）となる
ように第１セラミック薄板６０２を振動させると、Ｘ方
向及びＹ方向に略同一振幅で振動することになり、その
ときのＸ方向の振動とＹ方向の振動との位相差（図１５
において矢印の長さで示す）に応じて、上記柱状部材６
０１が描く軌跡の形状が、上記第１の実施形態で説明し
た図５のように変化する。したがって、このＸ方向の振
動成分とＹ方向の振動成分とを所定の位相差に設定する
ことにより、図１６に示すように、柱状部材６０１が所
望の形状の軌跡を描くように柱状部材６０１を駆動する
ことができ、この柱状部材６０１をロータＲ（図１２参
照）等の被駆動部材に押し付けることで被駆動部材に所
定の運動を行わせることができる。

【００５５】そして、上記柱状部材６０１の振動が第２
セラミック薄板６０３に伝達し第２セラミック薄板６０
３が振動するので、この第２セラミック薄板６０３の振
動により発生する電力を取り出すことができる。

【００５６】なお、上述した第１、第２セラミック薄板
６０２，６０３の取付位置は、好ましい取付位置の一例
であって、第１、第２セラミック薄板６０２，６０３の
振動により柱状部材６０１にＸ方向及びＹ方向の両方向
に振動成分を生じる位置であれば適宜変更可能である。

【００５７】電力を取り出す圧電素子として、上記実施
形態のような圧電アクチュエータの従動側の圧電素子に
限らず、例えば進行波型超音波モータの振幅検出用の圧
電素子でもよい。

【００５８】図１７に示すように、上記進行波型超音波
モータ７００は、周方向に複数配設された圧電セラミッ
クス７０２及び金属の弾性体７０３からなる環状のステ
ータ７０１とを備え、圧電セラミックス７０１に高周波
電圧を印加して圧電セラミックス７０２を振動させるこ
とにより、弾性体７０３に縦波と横波による進行波を発
生させ、この弾性体７０３の進行波による駆動力によ
り、ステータ７０１に対面接触された環状のロータＲを
回転させるものである。

【００５９】そして、このようなモータ７００には、圧
電セラミックス７０２の振動振幅を検出するための圧電
セラミックス（図示せず）が、圧電セラミックス７０２
と周方向に並べて設けられている場合があり、この振幅
検出用の圧電セラミックスが振動することにより発生す
る電力を上記第１実施形態のように取り出すようにして
もよい。

【００６０】以上のことから、圧電アクチュエータに、
一の圧電素子（または圧電セラミックス）に駆動電圧を
出力して該圧電素子を振動させるとこの振動が伝達して
従動的に振動する圧電素子が設けられていれば、その従
動的に振動する圧電素子に発生する電力を取り出すよう
にすればよい。

【００６１】

【発明の効果】請求項１に記載の発明によれば、電力取
出手段により、第２圧電素子の変位によって発生する電
力を取り出すように構成したから、取り出した電気エネ
ルギーを有効に利用することができる。

【００６２】請求項２に記載の発明によれば、第２の圧
電素子で発生した電力を駆動電力として第１の圧電素子
に帰還して駆動電力供給源から供給される電力を補助す
るようにしたので、このように電力を帰還しない場合に
比べて、第１の圧電素子を同じ変位量だけ変位させるの
に必要となる駆動電力供給源から供給すべき駆動電力を
低減させることができ、省エネルギーを実現することが
できる。また、駆動電力供給源から供給する駆動電力が
同じであるときには、帰還された電力分、上記第１圧電
素子をより大きく変位させることができ、駆動効率を向
上させることができる。

【００６３】また、請求項３に記載の発明によれば、電
力取出手段を、取り出した電力を蓄積する蓄電手段とし
たので、上記請求項２に記載の発明のように、取り出し
た電力をこの蓄電手段を介して第１の圧電素子を駆動す
るための駆動電力として供給することができ、取り出し
た電力を有効に利用することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態に係る圧電アクチュエ
ータの構成を示す図である。

【図２】第１圧電素子及び第２圧電素子の構成を示す
図である。

【図３】電極に印加する電圧とセラミック薄板の変位
量との関係を示す図である。

【図４】セラミック薄板に加えられる圧力とセラミッ
ク薄板の変位量との関係を示す図である。

【図５】チップ部材の軌跡を示す図である。

【図６】圧電アクチュエータの固有振動モードを示す
図である。

【図７】圧電アクチュエータのブロック図である。

【図８】オペアンプを用いたアクティブフィルタの遅
延回路の構成を示す図である。

【図９】駆動電源により印加される駆動電圧と、移相
器から出力される電圧と、第１圧電素子に印加される駆
動電圧との関係を示す図である。

【図１０】第２の実施形態において、駆動電源により
印加される駆動電圧と、移相器から出力される電圧と、
第１圧電素子に印加される駆動電圧との関係を示す図で
ある。

【図１１】他の実施形態に係る圧電アクチュエータの
ブロック図である。

【図１２】別の実施形態に係る圧電アクチュエータの
概略構成を示す斜視図である。

【図１３】図１２のＸ−Ｘ線からみた矢視断面図であ
る。

【図１４】柱状部材６０１のＸ方向及びＹ方向の振動
成分における周波数−変位特性を示す図である。

【図１５】Ｘ方向の振動成分及びＹ方向の振動成分の
周波数と位相との関係の一例を示す図である。

【図１６】柱状部材の振動を示す図である。

【図１７】進行波型超音波モータの概略構成を示す斜
視図である。

【符号の説明】

１０圧電アクチュエータ１００，１００’ 圧電素子２００チップ部材３００ベース部材１９移相器１９１オペアンプ５００トランス５０１蓄電池Ｒ１可変抵抗Ｃ１コンデンサ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第１の圧電素子と、第１の圧電素子を所定の駆動信号で駆動する駆動手段
と、第１の圧電素子の振動が伝達されて振動する第２の圧電
素子と、上記第１の圧電素子の駆動に伴って第２の圧電素子が変
位した際、当該第２の圧電素子に発生する電力を取り出
す電力取出手段と、が設けられていることを特徴とする
圧電アクチュエータ。
【請求項２】上記電力取出手段は、上記駆動手段から
供給される電力を補助するべく、取り出した電力を上記
第１の圧電素子に帰還する電力帰還手段であることを特
徴とする請求項１に記載の圧電アクチュエータ。
【請求項３】上記電力取出手段は、取り出した電力を
蓄積する蓄電手段であることを特徴とする請求項１に記
載の圧電アクチュエータ。