JP2005210769A - 圧電アクチュエータ駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】圧電素子に対する定電流充放電により印加電圧波形を直線化し、圧電アクチュエータの出力低下を防止する。
【解決手段】トランジスタＱ１〜Ｑ４と圧電素子によって、圧電素子（駆動体６）を正逆方向に駆動させるブリッジ回路１５を構成する。トランジスタＱ１とトランジスタＱ２の接続点ｂと圧電素子との間と、トランジスタＱ３とトランジスタＱ４の接続点ｃと圧電素子との間に電流制御回路１２,１３を配する。電流制御回路１２,１３には、定電流ダイオードCRD1,CRD2と、それに並列に配置されたダイオードＤ１,Ｄ２及びトランジスタＱ５,Ｑ７が設けられる。トランジスタＱ５,Ｑ７はトランジスタＱ６,Ｑ８によって制御される。電流制御回路１２,１３によって電流値を制限することにより、圧電素子の定電流充放電を行い、直線的な鋸歯状電圧を圧電素子に印加する。
【選択図】図４

Description

本発明は、バイモルフ圧電素子等の電気機械変換素子を使用した圧電アクチュエータの駆動装置に関する。

小型の回転／揺動型アクチュエータとして、近年、電気機械変換素子の一種である圧電素子を用いたアクチュエータが開発され、その実用化が進められている。特に、小型のＣＣＤカメラ等のワイパ装置では、スペースやデザイン上の問題から、電磁モータに代えて、このような圧電素子を利用したアクチュエータの利用が進められている。

圧電素子アクチュエータでは、素子動作に緩急を生じさせるため、圧電素子に図８のような鋸歯状波形の電圧が印加される。圧電素子は印加電圧に応じて変位するが、鋸歯状電圧を印加すると、電圧が急激に変化するときは素子動作も速く、電圧がゆっくりと変化するときは素子動作も緩慢になる。すなわち、電圧変化率の違いにより素子動作に緩急が生じる。そして、この緩急によって、回転軸に圧電素子を取り付けたアクチュエータでは回転軸が回動し、特開2000-287466号公報のように積層型の圧電素子を使用したものでは、駆動部材に所定の摩擦力で保持された被駆動部材が直線的に移動する。

鋸歯状波形の電圧は、例えば、図１１のような回路によって供給される。図１１は従来の圧電アクチュエータ駆動装置の回路構成を示す説明図、図１２は図１１の駆動装置による印加電圧波形を示す説明図である。図１１の駆動装置では、MOS-FETを用いたブリッジ回路５１によって圧電素子５２が制御される。ブリッジ回路５１には、ＮチャンネルMOS-FET５３,５４やＰチャンネルMOS-FET５５,５６、ＮチャンネルMOS-FET５７,５８及び抵抗Ｒが設けられている。各FET５３〜５８のゲートはそれぞれ制御回路５９の制御端子Ｃ１〜Ｃ６に接続され、制御回路５９から駆動制御信号Sc1〜Sc6が入力される。また、接続点６１は電源Vp、接続点６２は接地点にそれぞれ接続されている。

図１１のようなブリッジ回路５１では、逆方向駆動時は、FET５３,５８をOFFさせ、FET５４〜５７によってブリッジ回路を形成する。そして、互いに逆位相となる駆動制御信号Sc2とSc4、Sc3とSc5（Sc3とSc4、Sc2とSc5は同位相）によって、図１２のように、高速正方向充電（→＋Vp）と低速逆方向充電（→−Vp）が行われる。一方、正方向駆動時は、FET５４,５７をOFFさせ、FET５３,５５,５６,５８によってブリッジ回路を形成する。この場合も、互いに逆位相となる駆動制御信号Sc2とSc6、Sc1とSc3（Sc1とSc6、Sc2とSc3は同位相）によって、図１２のように、低速正方向充電と高速逆方向充電が行われる。
特開2000-287466号公報 特願2001-293017号 特願2001-335336号 特願2002-110952号 特願2002-8279号 特願2002-350442号

しかしながら、このような駆動回路では、圧電素子の容量分Ｃと抵抗ＲによるいわゆるＣＲ充放電の時定数を利用して鋸歯状波形を実現しているため、印加電圧が図１２のように指数関数的に変化する波形となる。すなわち、低速逆方向充電はＣＲ放電、低速正方向充電はＣＲ充電波形となり、図８のような直線状の鋸歯状波形とはならない。このため、圧電アクチュエータに駆動ロスが発生し、出力が低下するという問題があった。

本発明の目的は、圧電素子に対する定電流充放電により印加電圧波形を直線化し、圧電アクチュエータの出力低下を防止することにある。

本発明の圧電アクチュエータ駆動装置は、軸部材に取り付けられた圧電素子を一の方向に変形させるべく電圧を印加する第１駆動回路と、前記圧電素子を前記一の方向と異なる他の方向に変形させるべく電圧を印加する第２駆動回路とを備え、前記第１及び第２駆動回路を交互に作動させて前記圧電素子を前記軸部材を中心に揺動運動させる圧電アクチュエータの駆動装置であって、前記第１及び第２駆動回路の少なくとも何れか一方に第１電流制御回路を設けたことを特徴とする。

本発明にあっては、駆動回路中に第１電流制御回路を設けたことにより、圧電素子の定電流充電又は定電流放電を行うことができる。このため、直線的な鋸歯状電圧を圧電素子に印加でき、圧電アクチュエータの出力低下を防止できる。

本発明の他の圧電アクチュエータ駆動装置は、軸部材に取り付けられた圧電素子を一の方向に変形させるべく電圧を印加する第１駆動回路と、前記圧電素子を前記一の方向と異なる他の方向に変形させるべく電圧を印加する第２駆動回路とを備え、前記第１及び第２駆動回路を交互に作動させて前記圧電素子を前記軸部材を中心に駆動させる圧電アクチュエータの駆動装置であって、前記第１及び第２駆動回路と直列に第２電流制御回路を設けたことを特徴とする。

本発明にあっては、駆動回路と直列に第２電流制御回路を設けたことにより、圧電素子の定電流充電又は定電流放電を１個の電流制御回路にて行うこともできる。このため、直線的な鋸歯状電圧を圧電素子に印加し圧電アクチュエータの出力低下を防止できると共に、電子部品数を削減し、装置の小型化・低コスト化が図られる。また、部品数の減少により、部品特性のバラツキによる装置の作動特性のバラツキも抑えられる。

前記圧電アクチュエータ駆動装置において、前記第１電流制御回路や第２電流制御回路に定電流ダイオードを使用しても良い。また、前記第１電流制御回路や第２電流制御回路にトランジスタを用いた定電流回路を使用しても良い。

前記圧電アクチュエータ駆動装置において、前記第１電流制御回路を、定電流ダイオードと、前記定電流ダイオードと並列に配置されたダイオード及びスイッチング素子とを有する構成としても良い。また、前記第２電流制御回路を、定電流回路と、前記定電流回路と並列に配置されたスイッチング素子とを有する構成としても良い。

一方、前記圧電アクチュエータ駆動装置において、前記圧電アクチュエータ駆動装置に、スイッチング素子を備える第１〜第４スイッチング回路を直列に接続すると共に、前記第１スイッチング回路と前記第３スイッチング回路の接続点と第２スイッチング回路と前記第４スイッチング回路の接続点との間に電源が接続され、前記第１スイッチング回路と前記第２スイッチング回路の接続点と第３スイッチング回路と前記第４スイッチング回路の接続点との間に圧電素子が接続されてなるブリッジ回路を設け、前記第１駆動回路を前記電源と前記第１及び第４スイッチング回路により構成し、前記第２駆動回路を前記電源と前記第２及び第３スイッチング回路により構成するようにしても良い。

この場合、前記第１電流制御回路を、前記第１スイッチング回路と前記第２スイッチング回路の接続点と前記圧電素子との間、又は、第３スイッチング回路と前記第４スイッチング回路の接続点と前記圧電素子との間の一方又は両方に配置するようにしても良い。

また、前記第２電流制御回路を、前記第１スイッチング回路と前記第３スイッチング回路の接続点と前記電源との間、又は、第２スイッチング回路と前記第４スイッチング回路の接続点と接地との間の何れか一方に配置するようにしても良い。

本発明の圧電アクチュエータ駆動装置によれば、軸部材に取り付けられた圧電素子を一の方向に変形させるべく電圧を印加する第１駆動回路と、圧電素子を他の方向に変形させるべく電圧を印加する第２駆動回路の少なくとも何れか一方に第１電流制御回路を設けたので、圧電素子の定電流充電又は定電流放電を行うことが可能となる。従って、直線的な鋸歯状電圧を圧電素子に印加することが可能となり、圧電アクチュエータの出力低下を防止することが可能となる。

本発明の他の圧電アクチュエータ駆動装置によれば、軸部材に取り付けられた圧電素子を一の方向に変形させるべく電圧を印加する第１駆動回路と、圧電素子を他の方向に変形させるべく電圧を印加する第２駆動回路とは直列に第２電流制御回路を設けたので、１個の電流制御回路により、圧電素子の定電流充電又は定電流放電を行うことも可能となる。従って、直線的な鋸歯状電圧を圧電素子に印加することが可能となり、圧電アクチュエータの出力低下を防止すると共に、電子部品数を削減し、装置の小型化・低コスト化が図ることが可能となる。また、部品数の減少により、部品特性のバラツキによる装置の作動特性のバラツキを抑えることも可能となる。

以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。

図１は、圧電アクチュエータを使用したワイパ装置の構成を示す断面図である。図１のワイパ装置１は、自動車のサイドバンパーやフロントグリル内などに設置されるＣＣＤカメラに取り付けられ、本発明による駆動装置によって駆動制御される。ワイパ装置１には、回転軸（軸部材）２を中心に揺動するゴム製のワイパブレード３が取り付けられている。ワイパブレード３は、ＣＣＤカメラの筐体４のガラス面５上にて揺動運動し、面上の水滴や埃を除去する。

ワイパブレード３は、電気−機械変換素子の一つであるバイモルフ圧電素子を用いた圧電アクチュエータ１０の駆動体６に取り付けられている。駆動体６はバイモルフ圧電素子構造となっており、薄い金属板の中心電極両面に圧電セラミックスを貼り合わせた構成となっている。駆動体６の一端側は回転軸２に固定され、他端側は自由になっている。回転軸２の内部は中空になっており、その中に駆動体６の圧電素子に対し電力を供給するリード線（図示せず）が配線されている。リード線は圧電アクチュエータ駆動装置と接続されている。

回転軸２は、筐体４に回転自在に取り付けられる。回転軸２と筐体４との間にはゴム製のリップシール７が設けられ、これにより筐体４内の防水性が確保される。回転軸２は、筐体４に固定された軸受部８にて支持される。軸受部８はリング状に形成され、ねじ９の締め付け力により回転軸２を挟持する。回転軸２には軸受部８によって回転抵抗力（摩擦力）が付与される。

このような駆動体６は、次のようにして回転軸２を中心とした揺動運動を行う。図２は駆動体６の圧電素子に印加される電圧の波形を示す説明図、図３は図２の電圧が印加された場合の駆動体６の挙動を示す説明図である。ここでは、ワイパブレード３は、＋電圧のときには図３において右方（一の方向）に変位し、−電圧のときには図中左方（他の方向）に変位する。

図２のように印加電圧を変化させると、まず図２の（１）のときは電圧は±０であり、駆動体６は初期位置Ｐ₀にて停止状態にある。次に、図２（２）の状態に電圧を変化させると、＋電圧であることから、図３（１→２）のように駆動体６は右方に変位する。その後、図２の（２→３）のように電圧が＋から−に変化させると、駆動体６もまたそれに応じて図３（２→３）のように左方に変位する。

この場合、図２の（２→３）の電圧変化が急激であるため、図２（１→２）のようにゆっくりと電圧が変化する場合とでは駆動体６の変形速度に差が生じる。すなわち、（１→２）では駆動体６はゆっくりと曲がり、（２→３）では急激に曲がる。その際、駆動体６には、その重量によってその場に残ろうとする慣性力が発生する。そして、駆動体６の変形速度差から、（１→２）のときの慣性力よりも（２→３）のときの慣性力の方が大きくなる。

この慣性力に対しては、回転軸２に付与される回転抵抗力が作用する。すなわち、駆動体６の変形に伴い慣性力と摩擦力とが対抗する形となる。当該アクチュエータでは、回転抵抗力Ｆrが、（１→２）のときの慣性力Ｆ₁₂よりも大きく、（２→３）のときの慣性力Ｆ₂₃よりも小さくなるよう設定されている（Ｆ₁₂＜Ｆr＜Ｆ₂₃）。従って、（１→２）の場合の慣性力Ｆ₁₂は、回転抵抗力Ｆrによって打ち消される形となり、駆動体６は電圧値に応じた角度だけゆっくりと変位するが、回転軸２は回転しない。これに対して、（２→３）の場合には、慣性力Ｆ₂₃は、回転抵抗力Ｆrによって打ち消されない。このため、駆動体６が電圧変化に伴い急激に反対方向へに変位するに伴い、慣性力Ｆ₂₃によって回転軸２が駆動体６の変形方向と逆の方向に回転する。

鋸歯状の印加電圧では、図２（２）→（３）にて急激に電圧が変化した後、（３）→（４）では電圧が徐々に＋側へと変化し、駆動体６は、電圧変化に合わせて、図３（３→４）のように右方に変位する。この場合は、電圧変化率が小さいため、駆動体６の慣性の影響は小さく、電圧に応じた変位量だけ駆動体６が右方に変位するものの回転軸２は回転しない。電圧が図２（４）に至ると、電圧は再び急変して（５）に至る。このときも前述のように、駆動体６の変形の速度差に基づき大きな慣性力が発生し、それにより回転軸２が反時計方向に回転する。

このように鋸歯状電圧を印加すると、駆動体変形の速度差に基づく慣性力の働きにより、駆動体６は図３のように徐々に右方へと移動し、反時計回りに回転する。図３において線分Ｑは、１往復振動後における駆動体６の中心位置を示しており、図３の（２→３），（４→５）に示すように、駆動体６の振動と共にこの線分Ｑも右方へ移動していることが分かる（Ｑ₁→Ｑ₂）。なお、図３における一点鎖線Ｐ₀は、図２（１）の場合の駆動体６の位置（初期位置）を示している。

すなわち、駆動体６は、ゆっくり曲げて急激に戻す動作の繰り返しにより、ゆっくり曲げたときの変位側に自走する。そして、電圧変化を図２とは逆に、ゆっくりと−側へと変化させ、急激に＋側へと変化させることにより、駆動体６は図３において左方（時計回り）に回転することになる。従って、電圧変化パターンの切り換えにより、駆動体６を適宜往復動させることができ、その際に電磁モータやリンク機構は不要である。

一方、図２のような鋸歯状電圧は、図４に示した駆動装置１１によって供給される。図４は、本発明の実施例１である圧電アクチュエータ駆動装置の構成を示す説明図である。駆動装置１１は、ブリッジ回路１５を構成する第１〜第４スイッチング回路２１〜２４と、電流制御回路（第１電流制御回路）１２,１３及び第５,第６スイッチング回路２５,２６とから構成されている。第１及び第３スイッチング回路２１,２３は、pnp形トランジスタＱ１,Ｑ３と抵抗とから構成される。第２及び第４スイッチング回路２１,２３は、npn形トランジスタＱ２,Ｑ４と抵抗とから構成される。各トランジスタＱ１〜Ｑ４のベースはそれぞれ制御回路１４の制御端子Ｃ１〜Ｃ４に接続されている。ブリッジ回路１５の接続点ａは電源Ｖｐと接続され、トランジスタＱ２,Ｑ４のエミッタ側は共に接続点ｄにて接地（ＧＮＤ）されている。

電流制御回路１２,１３は同一構造となっており、定電流ダイオードCRD１,CRD２と、それと並列に配されたpnp形トランジスタＱ５,Ｑ７及びダイオードＤ１,Ｄ２を備えた構成となっている。電流制御回路１２,１３はブリッジ回路１５の接続点ｂ,ｃに接続され、圧電素子（駆動体６）は電流制御回路１２,１３を介して接続点ｂ,ｃに接続されている。また、電流制御回路１２,１３は、第５,第６スイッチング回路２５,２６を介して制御回路１４の制御端子Ｃ５と接続されている。制御端子Ｃ５からは第５,第６スイッチング回路２５,２６に対し、駆動方向を正逆に切り替える制御信号が出力される。第５,第６スイッチング回路２５,２６は、npn形トランジスタＱ６,Ｑ８と抵抗とから構成され、各トランジスタＱ６,Ｑ８のコレクタはトランジスタＱ５,Ｑ７のベースと接続されている。なお、以下ではトランジスタ等の各素子は符号のみにて示す。

第１〜第４スイッチング回路２１〜２４を備えたブリッジ回路１５は、駆動体６に対して正逆方向の電圧を印加する基本回路である。ここで、電流制御回路１２,１３及び第５,第６スイッチング回路２５,２６がない状態を考えると、Ｑ１,Ｑ４とＱ２,Ｑ３のＯＮ／ＯＦＦにより、圧電素子に印加される電圧の極性が切り替わり駆動体６が正逆方向に駆動される。すなわち、Ｑ１,Ｑ４:ＯＮ,Ｑ２,Ｑ３:ＯＦＦによりＶｐ→Ｑ１→駆動体６→Ｑ４→ＧＮＤなる第１駆動回路が形成され駆動体６は正方向に駆動される。一方、Ｑ１,Ｑ４:ＯＦＦ,Ｑ２,Ｑ３:ＯＮによりＶｐ→Ｑ３→駆動体６→Ｑ２→ＧＮＤなる第２駆動回路が形成され駆動体６は正方向に駆動される。

図１１の回路では、この基本となるブリッジ回路に抵抗ＲとFET５７,５８からなる電流制限回路を加えてＣＲ充放電回路を実現している。これに対し、本発明の駆動装置１１では、前述の第１及び第２駆動回路内に電流制御回路１２,１３を配することにより、充放電時間を制御し、直線的な鋸歯状電圧を生成している。

そこで、駆動装置１１では、次のようにして鋸歯状電圧を駆動体６に供給する。図５は、駆動装置１１における各トランジスタの動作状態と駆動体６に印加される電圧波形との関係を示す説明図である。駆動装置１１の出力電圧波形には、図５に示すように、(1)低速充電,(2)高速放電,(3)高速充電,(4)低速放電の４パターンがある。駆動体６は、(1)(2)の組み合わせによる鋸歯状電圧により正方向に駆動され、(3)(4)の組み合わせによる鋸歯状電圧により逆方向に駆動される。

(1)低速充電を行う場合は、Ｑ６をＯＦＦ、Ｑ８をＯＮさせた状態で、Ｑ１,Ｑ４をＯＮ、Ｑ２,Ｑ３をＯＦＦとする。Ｑ６がＯＦＦの場合、電流制御回路１２ではＱ５がＯＦＦされる。また、Ｑ８がＯＮの場合、電流制御回路１３ではＱ７がＯＮとなる。このとき駆動装置１１では、電源ＶｐからＱ１→CRD１→駆動体６→Ｄ２→Ｑ４→ＧＮＤの回路が形成される。すなわち、前述の第１駆動回路において、駆動体６の前段にCRD１が介設された形の回路が形成される。この場合、駆動体６に流れる電流値はCRD１によって一定値に制限され、駆動体６はCRD１を介して定電流充電される。従って、駆動体６の端子電圧は、図５(1)に示すように、比較的緩やかな一定の変化率で−ＶｐからＶｐまで直線的に変化し、図１１のような指数関数的な変化とはならない。

(2)高速放電（高速逆充電）を行う場合には、Ｑ６:ＯＦＦ,Ｑ８:ＯＮの状態のまま、Ｑ１,Ｑ４をＯＦＦし、Ｑ２,Ｑ３をＯＮさせる。このとき駆動装置１１では、電源ＶｐからＱ３→Ｑ７→駆動体６→Ｄ１→Ｑ２→ＧＮＤの回路が形成される。これにより、駆動体６には電源Ｖｐが(1)の場合とは逆極性で直接印加され、駆動体６の端子電圧は、図５(2)に示すように直線的にＶｐから−Ｖｐに急変する。従って、正方向駆動時においては、Ｑ６:ＯＦＦ,Ｑ８:ＯＮの状態でＱ１,Ｑ４とＱ２,Ｑ３のＯＮ／ＯＦＦを繰り返すことにより、駆動体６には、図５に示すような鋸歯状波形の電圧が印加される。

一方、逆方向駆動時には、正方向駆動時とは逆に、Ｑ６:ＯＮ,Ｑ８:ＯＦＦの状態で、Ｑ１,Ｑ４とＱ２,Ｑ３のＯＮ／ＯＦＦを繰り返す。まず、(3)高速充電を行う場合には、Ｑ６をＯＮ、Ｑ８をＯＦＦさせた状態で、Ｑ１,Ｑ４をＯＮ、Ｑ２,Ｑ３をＯＦＦとする。このとき駆動装置１１では、電源ＶｐからＱ１→Ｑ５→駆動体６→Ｄ２→Ｑ４→ＧＮＤの回路が形成される。これにより、駆動体６には電源Ｖｐが直接印加され、駆動体６の端子電圧は、図５(3)に示すように直線的に−ＶｐからＶｐに急変する。

(4)低速放電（低速逆充電）を行う場合には、Ｑ６:ＯＮ,Ｑ８:ＯＦＦの状態のまま、Ｑ１,Ｑ４をＯＦＦし、Ｑ２,Ｑ３をＯＮさせる。このとき駆動装置１１では、電源ＶｐからＱ３→CRD２→駆動体６→Ｄ１→Ｑ２→ＧＮＤの回路が形成される。これにより、駆動体６は、充電状態からCRD２を介して電源Ｖｐと(3)の場合とは逆極性で接続される。すなわち、前述の第２駆動回路において、駆動体６の前段にCRD２が介設された形の回路が形成される。この場合も、駆動体６に流れる電流値はCRD２によって一定値に制限され、駆動体６はCRD２を介して定電流放電される。従って、駆動体６の端子電圧は、図５(4)に示すように、比較的緩やかな一定の変化率でＶｐから−Ｖｐまで直線的に変化し、図１１のような指数関数的な変化とはならない。なお、(1)〜(4)の場合の回路構成を図６にまとめて示す。

このように駆動装置１１では、Ｑ６とＱ８のＯＮ／ＯＦＦによって正逆転を設定し、その上でＱ１,Ｑ４とＱ２,Ｑ３のＯＮ／ＯＦＦさせることによって、定電流充放電と急速充放電を適宜切り換えることが可能となる。この場合、定電流充放電時の電圧波形は、定電流ダイオードCRD１,CRD２の作用により直線的な変化を示し、急速充放電時との組み合わせにより、直線的な鋸歯状電圧を駆動体６に印加できる。従って、図１２のような曲線的な電圧波形の場合に比して圧電素子の動作が一定化され、アクチュエータの出力低下を防止することが可能となる。

次に、本発明の実施例２である圧電アクチュエータ駆動装置について説明する。図９は、その構成を示す説明図である。なお、以下の実施例では、実施例１と同様の部分、素子等については同一の符号を付し、その説明は省略する。

実施例１の駆動装置１１は、電流制御回路１２,１３によって駆動体６への印加電圧を直線的に変化させ、両回路の切り替えによりアクチュエータの作動方向を正逆に切り替えている。このため、例えば作動速度など、アクチュエータの動作を正逆方向で異ならせることができ、制御形態の自由度が大きいという利点があるが、その分、回路構成が複雑化し、小型化・低コスト化が難しいという問題もある。実際、圧電アクチュエータを例えばワイパ装置に使用する場合、払拭速度を往復で異ならせる必要がある仕様が求められることは少なく、駆動装置１１の持つ機能を十分に生かし切れないばかりか、電子部品の特性のバラツキにより、却って往復の特性を揃えるのが難しくなるという弊害もあった。

そこで、実施例２の駆動装置３１では、電流制御回路（第２電流制御回路）３２をアクチュエータを正逆何れの方向に駆動させる場合でも、電流の方向が変わらない位置に配し、電流制御回路の削減を図っている。図９に示すように、駆動装置３１では、電流制御回路３２がブリッジ回路３３の接地側にブリッジ回路３３と直列に設けられている。ブリッジ回路３３は第１〜第４スイッチング回路２１〜２４からなり、ブリッジ回路３３の接続点ｂ,ｃ間に駆動体６が配置されている。

電流制御回路３２は、定電流回路３５とスイッチング回路３４を並列に配した構成となっており、ブリッジ回路３３の接続点ｄに接続されている。なお、電流制御回路３２をブリッジ回路３３の接続点ａに接続し、ブリッジ回路３３の電源側に設けるようにしても良い。また、定電流回路３５はＣＲＤやトランジスタとオペアンプを用いた構成などにしても良い。

図１０は、駆動装置３１の動作を示す説明図であり、（ａ）は圧電アクチュエータを正方向に駆動させる場合の動作とその際の電圧波形、（ｂ）は圧電アクチュエータを逆方向に駆動させる場合の動作とその際の電圧波形を示している。まず、正方向駆動時に(1)低速充電を行う場合は、Ｑ１,Ｑ４をＯＮ、Ｑ２,Ｑ３をＯＦＦとし、スイッチング回路３４はＯＦＦさせる。これにより、図１０（ａ）に波線にて示したように、電源ＶｐからＱ１→駆動体６→Ｑ４→定電流回路３５→ＧＮＤの回路が形成され、駆動体６は定電流回路３５を介して定電流充電される。

(2)高速放電を行う場合には、Ｑ１,Ｑ４をＯＦＦ、Ｑ２,Ｑ３をＯＮとし、スイッチング回路３４をＯＮさせる。これにより、図１０（ａ）に一点鎖線にて示したように、電源ＶｐからＱ３→駆動体６→Ｑ２→スイッチング回路３４→ＧＮＤの回路が形成される。このとき、駆動体６には電源Ｖｐが(1)の場合とは逆極性で直接印加され、駆動体６は急速放電される。従って、正方向駆動時においては、Ｑ１,Ｑ４とＱ２,Ｑ３及びSW１のＯＮ／ＯＦＦを繰り返すことにより、駆動体６には、図１０（ａ）に示すような鋸歯状波形の電圧が印加される。

一方、逆方向駆動時に(3)高速充電を行う場合には、Ｑ１,Ｑ４をＯＮ、Ｑ２,Ｑ３をＯＦＦとし、スイッチング回路３４をＯＮさせる。これにより、図１０（ｂ）に一点鎖線にて示したように、電源ＶｐからＱ１→駆動体６→Ｑ４→スイッチング回路３４→ＧＮＤの回路が形成され、駆動体６はＶｐによって急速充電される。

(4)低速放電を行う場合には、Ｑ１,Ｑ４をＯＦＦ、Ｑ２,Ｑ３をＯＮとし、スイッチング回路３４をＯＦＦさせる。これにより、図１０（ｂ）に波線にて示したように、電源ＶｐからＱ３→駆動体６→Ｑ２→定電流回路３５→ＧＮＤの回路が形成される。このとき、駆動体６は電源Ｖｐと(3)の場合とは逆極性で接続され、充電状態から定電流回路３５を介して定電流放電される。

このように駆動回路３１では、第１〜第４スイッチング回路２１〜２４と１個の電流制御回路３２により、(1)低速充電,(2)高速放電,(3)高速充電,(4)低速放電を適宜切り換えることができる。従って、実施例１の駆動装置１１では、ブリッジ回路１５外に電流制御回路やスイッチング回路を２個ずつ使用していたのに比して、駆動回路３１ではそれらは各１個で直線的な鋸歯状電圧を供給することが可能となる。すなわち、実施例２の駆動回路３１により電流制御回路やスイッチング回路を１個ずつ削減できる。このため、装置の小型化・低コスト化を図ることが可能となると共に、電子部品の減少に伴い、正逆方向の動作特性のバラツキを抑えることが可能とな、例えばワイパ装置の場合、払拭速度などの払拭特性を往復時で揃えることが容易になる。

本発明は前記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。
例えば、前述の実施例では、本発明のアクチュエータをＣＣＤカメラ用のワイパ装置に適用した例を示したが、ＣＣＤカメラ以外の野外設置カメラ等にも広く適用できる。また、ワイパ装置以外にも回転駆動源として種々の装置に適用可能である。

さらに、前述の実施例では、電流制御回路１２,１３に定電流ダイオードCRD１,CRD２を用いたものを示したが、これを図７のようなトランジスタを用いた電流制御回路に置き換えることも可能である。（削除）

加えて、前述の実施例では、回転軸２を中心として駆動体６を揺動運動させる圧電アクチュエータに本発明の駆動装置を適用した場合を示したが、駆動体６が回転軸２を中心として一方向にのみ回転運動するアクチュエータにも当該駆動装置は適用可能である。この場合、駆動方向の切り換えは不要となるため、例えば正方向のみに駆動させるのであれば、駆動装置１１から電流制御回路１３とＱ６,Ｑ８,Ｑ５を省いても良い。つまり、正方向駆動のみであれば、前述の第１駆動回路中に電流制御回路１２を設ければ足り（Ｑ５は不要）、第２駆動回路中の電流制御回路１３は省くことができる。反対に、逆方向駆動のみであれば、前述の第２駆動回路中に電流制御回路１３を設ければ足り（Ｑ７は不要）、第１駆動回路中の電流制御回路１２は省くことができる。

圧電アクチュエータを使用したワイパ装置の構成を示す断面図である。 駆動体の圧電素子に印加される電圧の波形を示す説明図である。 図２の電圧が印加された場合の駆動体の挙動を示す説明図である。 本発明の実施例１である圧電アクチュエータ駆動装置の構成を示す説明図である。 図４の駆動装置における各トランジスタの動作状態と駆動体に印加される電圧波形との関係を示す説明図である。 (1)低速充電,(2)高速放電,(3)高速充電,(4)低速放電の各場合における回路構成をまとめた表である。 電流制御回路の変形例を示す説明図である。 圧電素子に印加される電圧の波形を示す説明図である。 本発明の実施例２である圧電アクチュエータ駆動装置の構成を示す説明図である。 図９の駆動装置の動作を示す説明図であり、（ａ）は圧電アクチュエータを正方向に駆動させる場合の動作とその際の電圧波形、（ｂ）は圧電アクチュエータを逆方向に駆動させる場合の動作とその際の電圧波形を示している。 従来の圧電アクチュエータ駆動装置の回路構成を示す説明図である。 図１１の駆動装置による印加電圧波形を示す説明図である。

符号の説明

１ ワイパ装置
２ 回転軸
３ ワイパブレード
４ 筐体
５ ガラス面
６ 駆動体
７ リップシール
８ 軸受部
９ ねじ
１０ 圧電アクチュエータ
１１ 駆動装置
１２ 電流制御回路（第１電流制御回路）
１３ 電流制御回路（第１電流制御回路）
１４ 制御回路
１５ ブリッジ回路
２１ 第１スイッチング回路
２２ 第２スイッチング回路
２３ 第３スイッチング回路
２４ 第４スイッチング回路
２５ 第５スイッチング回路
２６ 第６スイッチング回路
３１ 駆動装置
３２ 電流制御回路（第２電流制御回路）
３３ ブリッジ回路
３４ スイッチング回路
３５ 定電流回路
５１ ブリッジ回路
５２ 圧電素子
５３〜５８ MOS-FET
CRD１,CRD２,CRD３ 定電流ダイオード
Ｄ１,Ｄ２ ダイオード
Ｑ１〜Ｑ７ トランジスタ
Ｒ 抵抗
Ｖｐ 電源
ａ〜ｄ 接続点

Claims (9)

1. 軸部材に取り付けられた圧電素子を一の方向に変形させるべく電圧を印加する第１駆動回路と、前記圧電素子を前記一の方向と異なる他の方向に変形させるべく電圧を印加する第２駆動回路とを備え、前記第１及び第２駆動回路を交互に作動させて前記圧電素子を前記軸部材を中心に駆動させる圧電アクチュエータの駆動装置であって、
   前記第１及び第２駆動回路の少なくとも何れか一方に第１電流制御回路を設けたことを特徴とする圧電アクチュエータ駆動装置。
2. 軸部材に取り付けられた圧電素子を一の方向に変形させるべく電圧を印加する第１駆動回路と、前記圧電素子を前記一の方向と異なる他の方向に変形させるべく電圧を印加する第２駆動回路とを備え、前記第１及び第２駆動回路を交互に作動させて前記圧電素子を前記軸部材を中心に駆動させる圧電アクチュエータの駆動装置であって、
   前記第１及び第２駆動回路と直列に第２電流制御回路を設けたことを特徴とする圧電アクチュエータ駆動装置。
3. 請求項１又は２記載の圧電アクチュエータ駆動装置において、前記電流制御回路は、定電流ダイオードを有することを特徴とする圧電アクチュエータ駆動装置。
4. 請求項１又は２記載の圧電アクチュエータ駆動装置において、前記電流制御回路は、トランジスタを用いた定電流回路を有することを特徴とする圧電アクチュエータ駆動装置。
5. 請求項１記載の圧電アクチュエータ駆動装置において、前記第１電流制御回路は、定電流ダイオードと、前記定電流ダイオードと並列に配置されたダイオード及びスイッチング素子とを有することを特徴とする圧電アクチュエータ駆動装置。
6. 請求項２記載の圧電アクチュエータ駆動装置において、前記第２電流制御回路は、定電流回路と、前記定電流回路と並列に配置されたスイッチング素子とを有することを特徴とする圧電アクチュエータ駆動装置。
7. 請求項１〜６の何れか１項に記載の圧電アクチュエータ駆動装置において、前記圧電アクチュエータ駆動装置は、スイッチング素子を備える第１〜第４スイッチング回路を直列に接続すると共に、前記第１スイッチング回路と前記第３スイッチング回路の接続点と第２スイッチング回路と前記第４スイッチング回路の接続点との間に電源が接続され、前記第１スイッチング回路と前記第２スイッチング回路の接続点と第３スイッチング回路と前記第４スイッチング回路の接続点との間に圧電素子が接続されてなるブリッジ回路を備え、前記第１駆動回路は前記電源と前記第１及び第４スイッチング回路により構成され、前記第２駆動回路は前記電源と前記第２及び第３スイッチング回路により構成されてなることを特徴とする圧電アクチュエータ駆動装置。
8. 請求項７記載の圧電アクチュエータ駆動装置において、前記第１電流制御回路は、前記第１スイッチング回路と前記第２スイッチング回路の接続点と前記圧電素子との間、又は、第３スイッチング回路と前記第４スイッチング回路の接続点と前記圧電素子との間の一方又は両方に配置されることを特徴とする圧電アクチュエータ駆動装置。
9. 請求項７記載の圧電アクチュエータ駆動装置において、前記第２電流制御回路は、前記第１スイッチング回路と前記第３スイッチング回路の接続点と前記電源との間、又は、第２スイッチング回路と前記第４スイッチング回路の接続点と接地との間の何れか一方に配置されることを特徴とする圧電アクチュエータ駆動装置。

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