JP2006115631A - 圧電駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 圧電アクチュエータの動作不良状態や動作不能状態といった異常状態から容易に且つ確実に脱出する。
【解決手段】 圧電アクチュエータのロッド部２１に対するスライダ部２２の移動速度が所定の速度より小さいか否かを駆動速度判定部１４によって判別し、駆動速度判定部１４により当該移動速度が所定の速度より小さいと判別された場合に、駆動周波数設定部１２に、圧電アクチュエータに対する駆動周波数として該圧電アクチュエータの共振周波数（ｆ３）又は共振周波数近傍の周波数を設定し、駆動周波数設定部１２に設定した共振周波数又は共振周波数近傍の周波数に基づいて駆動部により圧電アクチュエータを駆動する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、圧電素子を用いて駆動する圧電アクチュエータ等の圧電駆動装置に関する。

従来、スライダ等の移動体を棒状の駆動軸（駆動ロッド）に摩擦結合させて取り付けるとともに、この駆動軸の一方端に圧電素子が固着されてなるインパクト駆動方式の圧電アクチュエータ（リニアアクチュエータ）が知られている（例えば特許文献１参照）。この圧電アクチュエータにおいては、圧電素子に所定の駆動電圧を印加し、圧電素子の伸びと縮みの時間差に応じて即ち圧電素子（駆動軸）を所謂ノコギリ波状に変位させることで、慣性を利用して駆動軸との動摩擦状態において移動体を移動させる構成となっている。
特開２００１−１０３７７２号公報

上記圧電アクチュエータの駆動時には、移動体及び駆動軸間に例えば数十ｋＨｚの周波数で擦れ（滑り）が生じており、これによって摩擦熱が発生する。駆動軸は軽量且つ硬度の高い素材であることが要求されることから一般的に例えばウィスカー（カーボン樹脂）等の素材で構成されているが、高温状態（摩擦熱の発生下）で長時間に亘ってアクチュエータ駆動させた場合、駆動軸内の樹脂成分が溶け出すことがあり、この状態で駆動停止させて放置していると溶け出した樹脂成分が冷却されて固まり、移動体と駆動軸との摩擦結合部が固着に近い状態又は固着状態となってしまい、摩擦力が通常駆動時（標準状態）での摩擦力よりも増大してしまうことがある。このように、圧電アクチュエータでは、温度（上記摩擦熱等）などの環境条件（その他、姿勢差；駆動姿勢の違い、或いは経時変化等の条件も含む）によって摩擦結合における摩擦力に変化が生じる。ただし、この圧電アクチュエータでは、環境条件によって、摩擦力の変化だけでなく、圧電素子に同じ駆動電圧（駆動信号）を印加した場合でのアクチュエータ発生力にも変化が生じる。

この圧電アクチュエータにおいて、例えば上述のように移動体と駆動軸とが固着に近い状態又は固着状態に陥った場合、次回の駆動時（起動時）において、アクチュエータ発生力が比較的小さくなってしまう環境条件下（例えば低温状態）での駆動では必要動作速度が得られず駆動が不安定になる、といった動作不良状態や、当該動作不良となる環境条件下での駆動のみならず、通常駆動時の環境条件下においても全く動作しない、といった動作不能状態に至ってしまうことがある。

本発明は上記問題に鑑みてなされたもので、環境条件等によって圧電アクチュエータが動作不良状態や動作不能状態に至った場合でも、当該異常状態からの脱出、すなわち動作不良状態の改善、或いは動作不能状態の解除を容易に且つ確実に行うことができる圧電駆動装置を提供することを目的とする。

本発明の請求項１に係る圧電駆動装置は、被駆動部材を駆動部材に摩擦結合させて取り付けるとともに、当該駆動部材の一端に圧電素子を固着してなり、所定の駆動周波数で駆動される圧電アクチュエータと、前記駆動部材に対する被駆動部材の移動速度が所定の速度より小さいか否かを判別する速度判別手段と、前記速度判別手段によって前記移動速度が所定の速度より小さいと判別された場合に、前記圧電アクチュエータに対する駆動周波数として、該圧電アクチュエータの共振周波数又は共振周波数近傍の周波数を設定する駆動周波数設定手段と、前記駆動周波数設定手段に設定された駆動周波数に基づいて圧電アクチュエータを駆動する駆動手段とを備えることを特徴とする。

上記構成によれば、被駆動部材が駆動部材に摩擦結合され、駆動部材の一端に圧電素子が固着されてなる、所定の駆動周波数で駆動される圧電アクチュエータの当該駆動部材に対する被駆動部材の移動速度が所定の速度より小さいか否かが速度判別手段によって判別され、駆動周波数設定手段によって、速度判別手段により移動速度が所定の速度より小さいと判別された場合に、圧電アクチュエータに対する駆動周波数として、該圧電アクチュエータの共振周波数又は共振周波数近傍の周波数が設定され、駆動周波数設定手段に設定された駆動周波数に基づいて駆動手段によって圧電アクチュエータが駆動される。このように、被駆動部材の移動速度が所定の速度よりも小さくなった場合に（速度がゼロの場合、すなわち被駆動部材が駆動部材に対して固着するなどして移動不能の状態となっている場合を含む）、共振周波数又は共振周波数近傍の周波数となる駆動周波数を用いて圧電アクチュエータの駆動が行われることで、通常駆動時よりも大きなアクチュエータ発生力或いは圧電素子の変位量（振幅）を得ることができ、移動速度が小さくなるような高摩擦状態或いは固着状態に打ち勝つことができるため、圧電アクチュエータが動作不良状態や動作不能状態に至った場合でも、当該異常状態からの脱出、すなわち動作不良状態の改善、或いは動作不能状態の解除を容易に且つ確実に行うことができる。

請求項２に係る圧電駆動装置は、請求項１において、前記共振周波数近傍の周波数は、該共振周波数から所定周波数分だけ大きい周波数又は所定周波数分だけ小さい周波数であることを特徴とする。この構成によれば、共振周波数近傍の周波数が該共振周波数から所定周波数分だけ大きい周波数又は所定周波数分だけ小さい周波数であるため、共振周波数だけでなく、さらに共振周波数近傍における、共振周波数よりも大きな周波数の場合と共振周波数よりも小さい周波数の場合との２つの場合の駆動周波数を用いて動作不良状態の改善、或いは動作不能状態の解除を図ることができ、共振周波数だけを用いる場合よりも当該異常状態から脱出させる可能性（確率）が高くなり、ひいては当該異常状態からの脱出をより確実に行うことができる。

請求項３に係る圧電駆動装置は、請求項１又は２において、前記駆動周波数を有する駆動信号のデューティ比を変更するデューティ比変更手段をさらに備え、前記駆動手段は、当該デューティ比変更手段によって変更された複数種類のデューティ比を有する前記駆動信号に基づいて圧電アクチュエータを駆動することを特徴とする。この構成によれば、駆動手段によって、デューティ比変更手段により変更された複数種類のデューティ比を有する駆動信号に基づいて圧電アクチュエータが駆動されるため、これらデューティ比の異なる複数種類の駆動周波数を用いて動作不良状態の改善、或いは動作不能状態の解除を図ることができ、１種類のデューティ比による駆動周波数を用いた場合よりも当該異常状態から脱出させる可能性（確率）が高くなり、ひいては当該異常状態からの脱出をより確実に行うことができる。

請求項４に係る圧電駆動装置は、請求項１〜３のいずれかにおいて、所定の繰り返し回数に関する回数情報を設定する回数設定手段をさらに備え、前記駆動手段は、当該回数設定手段に設定された回数情報に基づいて、被駆動部材の駆動部材に対する一方向及び他方向への移動からなる往復駆動を繰り返すことを特徴とする。この構成によれば、駆動手段によって、回数設定手段に設定された繰り返し回数に関する回数情報に基づいて、被駆動部材の駆動部材に対する一方向及び他方向への移動からなる往復駆動が繰り返し実行されるため、当該往復駆動を複数回行うことによって（或る往復駆動の動作単位を１セットとすると、これを複数セット実行することで）動作不良状態の改善、或いは動作不能状態の解除を図ることができ、往復駆動を１回だけ行う場合よりも当該異常状態から脱出させる可能性（確率）が高くなり、ひいては当該異常状態からの脱出をより確実に行うことができる。

請求項５に係る圧電駆動装置は、請求項１〜４のいずれかにおいて、前記所定の速度は、所定の速度範囲における最小速度であって、前記速度判別手段は、駆動部材に対する被駆動部材の移動速度が当該速度範囲における最大速度より大きいか否かをさらに判別することを特徴とする。この構成によれば、速度判別手段によって駆動部材に対する被駆動部材の移動速度が所定の速度範囲における最小速度よりも小さいか否かが判別されるとともに、所定の速度範囲における最大速度より大きいか否かについても判別されるため、最小速度より小さいと判別される場合の動作不良状態や動作不能状態に関する動作チェックとともに、被駆動部材の移動速度の検出に用いる当該被駆動部材の位置を検出するための位置検出系の動作チェックも行うことができ、装置におけるより精度の高い動作チェックを行うことが可能となる。

請求項１記載の発明によれば、被駆動部材の移動速度が所定の速度よりも小さくなった場合に、共振周波数又は共振周波数近傍の周波数となる駆動周波数を用いて圧電アクチュエータの駆動が行われることで、通常駆動時よりも大きなアクチュエータ発生力或いは圧電素子の変位量（振幅）を得ることができ、移動速度が小さくなるような高摩擦状態或いは固着状態に打ち勝つことができるため、圧電アクチュエータが動作不良状態や動作不能状態に至った場合でも、当該異常状態からの脱出、すなわち動作不良状態の改善、或いは動作不能状態の解除を容易に且つ確実に行うことができる。

請求項２記載の発明によれば、共振周波数だけでなく、さらに共振周波数近傍における、共振周波数よりも大きな周波数の場合と共振周波数よりも小さい周波数の場合との２つの場合の駆動周波数を用いて動作不良状態の改善、或いは動作不能状態の解除を図ることができ、共振周波数だけを用いる場合よりも当該異常状態から脱出させる可能性（確率）が高くなり、ひいては当該異常状態からの脱出をより確実に行うことができる。

請求項３記載の発明によれば、デューティ比の異なる複数種類の駆動周波数を用いて動作不良状態の改善、或いは動作不能状態の解除を図ることができ、１種類のデューティ比による駆動周波数を用いた場合よりも当該異常状態から脱出させる可能性（確率）が高くなり、ひいては当該異常状態からの脱出をより確実に行うことができる。

請求項４記載の発明によれば、往復駆動を複数回行うことによって（或る往復駆動の動作単位を１セットとすると、これを複数セット実行することで）動作不良状態の改善、或いは動作不能状態の解除を図ることができ、往復駆動を１回だけ行う場合よりも当該異常状態から脱出させる可能性（確率）が高くなり、ひいては当該異常状態からの脱出をより確実に行うことができる。

請求項５記載の発明によれば、速度判別手段によって駆動部材に対する被駆動部材の移動速度が所定の速度範囲における最小速度よりも小さいか否かが判別されるとともに、所定の速度範囲における最大速度より大きいか否かについても判別されるため、最小速度より小さいと判別される場合の動作不良状態や動作不能状態に関する動作チェックとともに、被駆動部材の移動速度の検出に用いる当該被駆動部材の位置を検出するための位置検出系の動作チェックも行うことができ、装置におけるより精度の高い動作チェックを行うことが可能となる。

以下、図面に基づいて、本発明の実施形態につき説明する。
図１は、本発明に係る圧電駆動装置の一構成例を示すブロック図である。図１に示すように、圧電駆動装置１は、圧電アクチュエータ２及び駆動信号発生回路３を備えて構成されている。圧電アクチュエータ２は、所謂超音波駆動が行われるインパクト形のアクチュエータ（リニアアクチュエータ）である。圧電アクチュエータ２は、ロッド部２１、スライダ部２２及び圧電素子部２３等を備えている。

ロッド部２１は、圧電素子部２３によって駆動（振動）される所定の断面形状を有した棒状の駆動部材（駆動軸）であり、スライダ部２２の移動を支持するものである。スライダ部２２は、ロッド部２１に対して摩擦結合、すなわち所定の摩擦力で係合されており、ロッド部２１の駆動に応じて当該ロッド部２１の軸方向に沿って（図１中の矢印で示す左右方向へ）スライド移動する被駆動部材（移動体）である。スライダ部２２には、該スライダ部２２の位置を検出するためのＬＥＤ（赤外ＬＥＤ）等が一体的に設けられている。

圧電素子部２３は、印加される電圧に応じて伸縮され、この伸縮に応じてロッド部２１を振動させるものである。圧電素子部２３による当該伸縮においては、高速伸長と低速縮小とが、若しくは低速伸長と高速縮小とが、又は伸長速度及び縮小速度が同じである等速伸長と等速縮小とが交互に繰り返される。この圧電素子部２３は、例えば積層型圧電素子からなり、ロッド部２１の一端において分極方向が当該ロッド部２１の軸方向と一致した状態で固着されている。圧電素子部２３の電極部には、後述する駆動部３３からの信号線が接続されており、駆動部３３からの駆動信号（駆動電圧）に応じて圧電素子部２３が充電又は放電（逆方向充電）されることで上記伸縮が行われる。圧電素子部２３がこのように伸縮を繰り返すことにより、スライダ部２２が、ロッド部２１に対して相対的に正方向又は逆方向（図１の右方向又は左方向）に移動したり、或いはその場に停止した状態となる。なお、ロッド部２１における圧電素子部２３と反対側の端部は、圧電素子部２３によって発生した振動がロッド部２１に効率良く伝達されるよう錘部（ウエイト）等を含むベース部２３１に固定されている。

駆動信号発生回路３は、圧電アクチュエータ２に対する駆動信号を発生させるものであり、具体的には、例えばＰＷＭ（Pulse Width Modulation）駆動方式によるアクチュエータ駆動を行うためのＰＷＭ信号を発生し、このＰＷＭ信号に基づき駆動電圧を生成して圧電アクチュエータ２へ出力するものである。駆動信号発生回路３は、位置検出部３１、指示表示部３２、駆動部３３及び制御部３４等を備えて構成されている。

位置検出部３１は、位置検出素子部３１１を備え、該位置検出素子部３１１からの検出信号に基づいて、ロッド部２１上のスライダ部２２の位置を検出するもの（検出回路）である。位置検出部３１は、位置検出素子部３１１からの検出信号を入力し、この入力した信号に応じたスライダ部２２の現在位置を示す位置情報（位置検出信号）を制御部３４へ出力する。位置検出素子部３１１は、ＰＳＤ（Position Sensitive Device）等の位置検出素子を備えており、スライダ部２２と一体的に移動する上記ＬＥＤからの赤外光をこのＰＳＤによって受光し、スライダ部２２の位置に応じた検出信号を位置検出部３１へ出力する。

指示表示部３２は、ユーザの操作に応じて所定の指示入力を行ったり、所定の情報を表示するものである。指示表示部３２は、圧電駆動装置１を起動させるための起動スイッチ（電源スイッチ）やその他の装置動作設定（入力）用のスイッチを含む操作スイッチ、及び装置を操作するためのガイドやメッセージ等の情報が表示される（指示入力用のボタン等の表示も行われる）ＬＣＤ等のモニター部を備えている。このモニター部には、例えば後述の「駆動系不良」や「位置センサ不良」といった駆動系動作チェックを行った後の結果情報（メッセージ文）が表示される。なお、この結果情報は、メッセージ文によるものでなくともよく、例えば所定の報知ランプを点滅（モニター部への点灯表示でもよい）させるという方法によるものでもよい。

駆動部３３は、制御部３４からの駆動指示信号に基づいて、圧電アクチュエータ２に対して駆動信号を出力し、圧電素子部２３を充電及び放電させることにより圧電アクチュエータ２を駆動させるさせるためのもの（駆動回路）である。駆動部３３は、制御部３４の発振素子から出力されるクロックパルスをカウントし、そのカウント値に基づいて、駆動部３３内のレジスタ等に設定（記憶）されている駆動パルス（ＰＷＭ信号）用の周期（この周期は、駆動部３３から圧電アクチュエータ２へ出力される後述の駆動信号の周期つまり駆動周波数に相当する）及びデューティ比に関する設定値と上記カウント値との比較器を用いての比較結果等に基づいてＰＷＭ信号（ＰＷＭ１信号）を生成するとともに、反転回路（インバータ）を用いて当該ＰＷＭ１信号（におけるハイ；Ｈ、ロー；Ｌ）を反転させたＰＷＭ２信号を生成する。そしてこの生成したＰＷＭ１信号及びＰＷＭ２信号に基づいて、圧電アクチュエータ２駆動用のドライバにより圧電素子部２３を充電及び放電させるための駆動電圧（駆動信号）を出力する。ただし、駆動部３３における当該ドライバは、例えば所定数のスイッチ素子（例えばＮチャンネル又はＰチャンネルＦＥＴ）から構成されるブリッジ回路からなり、圧電素子部２３を充電させるための正の駆動電圧（＋Ｖｐ）、及び圧電素子部２３を放電（逆方向充電）させるための負の駆動電圧（−Ｖｐ）を交互に発生させ、これら駆動電圧＋Ｖｐ、−Ｖｐからなる駆動信号（矩形波）を圧電アクチュエータ２へ出力する。なお、駆動部３３のレジスタ等への上記周期やデューティ比の設定は、制御部３４からの設定指示に基づいて行なわれる。

制御部３４は、圧電駆動装置１全体の動作制御を司るものである。制御部３４は、各制御プログラム等を記憶するＲＯＭ（Read Only Memory）、一時的にデータを格納するＲＡＭ（Random Access Memory）、及び上記制御プログラム等をＲＯＭから読み出して実行するＣＰＵ等からなり、位置検出部３１、指示表示部３２或いは駆動部３３等からの各種信号に基づいて各種演算を行うとともに、各部に対する動作指示信号を出力する。例えば、制御部３４は、駆動モード（例えば後述の駆動系動作チェックモード）に応じて、駆動周波数（周期）やデューティ比といった圧電アクチュエータ２駆動用の設定情報等を含む駆動指示信号を駆動部３３へ出力し、駆動部３３に、圧電アクチュエータ２の駆動に対する上記ＰＷＭ信号や駆動信号を発生させる。なお、制御部３４には所定の周波数を有したクロック信号を発生するクロック発生部としての水晶発振子等の発振素子（図略）が備えられており、駆動部３３等へクロック信号を出力する。

図２は、制御部３４の一構成例を示すブロック図である。図２に示すように、制御部３４は、動作モード設定部１１、駆動周波数設定部１２、デューティ設定部１３、駆動速度判定部１４、低速度対策処理部１５及び表示制御部１６を備えている。動作モード設定部１１は、例えば起動時における、圧電アクチュエータ２や位置検出部３１といった駆動系の動作チェックを行う駆動系動作チェックモードや、当該駆動系のチェックが終了した後、駆動スタンバイ状態とするスタンバイモード等の各種動作モードを設定する。なお、起動時等において駆動系動作チェックを行わずにスタンバイモードに設定されるような動作モードが設定されてもよい。

駆動周波数設定部１２は、圧電アクチュエータ２の駆動周波数（周期）を設定するものである。駆動周波数設定部１２には、例えば、起動時に用いるデフォルト値としての駆動周波数（ｆ２）が設定される。また、駆動系動作チェックモードにおける後述の駆動周波数切替部１５１による切り替え指示に応じた駆動周波数（後述の完全共振周波数又は近傍共振周波数）を設定する。なお、切り替え指示される各種駆動周波数の情報は駆動周波数設定部１２に記憶されていてもよい。

デューティ設定部１３は、圧電アクチュエータ２のデューティ比（Ｄｔ）を設定するものである。デューティ設定部１３は、例えば通常の駆動において用いる所謂デフォルトとしてのデューティ比の情報、例えば正方向駆動用のデューティ比３：７（Ｄｔ＝０．３）、及び逆方向駆動用のデューティ比７：３（Ｄｔ＝０．７）の情報が設定されている。なお、デューティ設定部１３は、当該デフォルト値以外のデューティ比情報も設定される。

駆動速度判定部１４は、駆動系動作チェックモードにおいて、圧電アクチュエータ２の駆動速度、すなわち、圧電アクチュエータ２を駆動させたときのロッド部２１に対するスライダ部２２の移動速度を検出し、その移動速度が正常（通常動作状態での移動速度）であるか否かを判定する所謂駆動速度チェックを行うものである。この移動速度が正常であるか否かの判定は、駆動速度判定部１４に、通常の駆動において得られる移動速度の範囲に対応した或る速度範囲の情報を予め設定しておき、位置検出部３１によるスライダ部２２の位置情報等を基に算出したスライダ部２２の移動速度と、当該速度範囲とを比較することで、移動速度が速度範囲内にあるか否かを判別することでなされる。ただし、当該移動速度と速度範囲との比較は、具体的には、移動速度が速度範囲における最小速度Ｖｍｉｎよりも小さいか否かを判別することで行う。

なお、駆動速度判定部１４は、駆動速度チェック時（例えばウォームアップ駆動を実行しようとしたとき）に、スライダ部２２とロッド部２１との固着状態等によりスライダ部２２の移動ができない動作不能状態となっていることを検出し、具体的には、スライダ部２２の移動（駆動）開始指示がなされてから所定時間経過したか否かを判別し、所定時間経過したと判別した場合に駆動不能検出信号を低速度対策処理部１５へ出力する。

また、駆動速度判定部１４は、スライダ部２２の移動速度が速度範囲における最大速度Ｖｍａｘよりも大きいか否かを判別することによって、スライダ部２２の位置を検出する位置検出部３１（位置検出系）が不良であるか（誤動作しているか）否かの判別をも行えるようになっている。なお、最大速度Ｖｍａｘよりも移動速度が大きいと判別されるというのは、実際に駆動可能な最大移動速度の値よりも大きな値が検出されることであり、スライダ部２２が実際にその移動速度で移動しているわけではなく、結果としてそのスライダ部２２の移動速度検出の際に用いる該スライダ部２２の位置検出を行なうための位置検出系が不良であると判定されることになる。

駆動速度判定部１４は、ウォームアップ駆動部１４１、目標位置設定部１４２、駆動時間計測部１４３及び速度算出部１４４等を備えている。ウォームアップ駆動部１４１は、圧電アクチュエータ２の駆動速度チェック動作の開始時に所定のウォームアップ駆動を行わせるものである。このウォームアップ駆動とは、例えば、スライダ部２２をロッド部２１に対する所定の位置（例えば後述のセンター位置）から正方向及び逆方向（負方向）に所定距離（例えば±０．５ｍｍ）交互に移動させるような駆動である。なお、このウォームアップ駆動におけるスライダ部２２の移動距離情報（例えば上記±０．５ｍｍといった位置情報）は、ウォームアップ駆動部１４１に設定されていてもよい。また、ウォームアップ駆動部１４１は、スライダ部２２をロッド部２１に対する所定のセンター位置（このセンター位置は必ずしもロッド部２１の左右中央位置でなくともよく、予め設定された移動開始位置を示す）へセット（移動）させるセット動作も行う。

目標位置設定部１４２は、スライダ部２２を移動させるときの移動先としての目標位置を設定するものであり、例えばセンター位置を基準点として正方向側に０．５ｍｍ（＋０．５ｍｍ）の位置、逆方向側に０．５ｍｍ（−０．５ｍｍ）の位置というように設定される。駆動時間計測部１４３は、スライダ部２２が、現在の位置から出発して上記目標位置に到達するまでの駆動時間（移動時間）を計測するものである。なお、駆動時間計測部１４３は、移動開始位置から目標位置に到達したか否かの判別を行い、スライダ部２２が目標位置に到達するとその駆動を停止させる。速度算出部１４４は、駆動時間と上記目標位置に基づくスライダ部２２の移動距離との情報に基づいて、ロッド部２１におけるスライダ部２２の或る位置（移動開始点）から或る位置（移動終了点）まで間の移動速度（駆動速度）を算出するものである。なお、速度算出部１４４は、算出した複数の移動速度から、さらにそれらの平均速度を算出することも可能である。

低速度対策処理部１５は、駆動速度判定部１４において、スライダ部２２の移動速度が上記速度範囲の最小速度Ｖｍｉｎよりも小さな低速度状態となる場合に（移動速度がゼロになる場合も含む）、当該速度範囲における移動速度での駆動（正常状態での駆動）が可能となるよう復帰動作を行うものである。換言すれば、低速度対策処理部１５は、圧電アクチュエータ２が環境条件等によって動作不良状態（例えばロッド部２１とスライダ部２２とが固着に近い状態）や動作不能状態（例えばロッド部２１とスライダ部２２との固着状態）に至った場合に、当該異常状態から脱出させるための処理（低速度対策処理）を実行するものである。具体的には、低速度対策処理部１５は、駆動周波数設定部１２へ圧電アクチュエータ２の共振周波数（後述の完全共振周波数）や共振周波数近傍の周波数（この（完全）共振周波数近傍の周波数のことを近傍共振周波数という）を設定するなどして圧電アクチュエータ２の駆動を行う。

低速度対策処理部１５は、駆動周波数切替部１５１、駆動時間設定部１５２及び駆動回数設定部１５３等を備えている。駆動周波数切替部１５１は、駆動周波数設定部１２に設定される駆動周波数を、例えばデフォルト値としての通常駆動時の周波数（後述の駆動周波数ｆ２）から、異常状態から脱出させるための駆動周波数、すなわち圧電アクチュエータ２の共振周波数（完全共振周波数ｆ３）や共振周波数近傍の周波数（近傍共振周波数ｆ３’又は近傍共振周波数ｆ３”）に切り替えるものである。なお、ｆ３’＝ｆ３＋Δｆ（この＋Δｆは、完全共振周波数ｆ３よりも若干高くなる側への周波数増加分を示す）、ｆ３”＝ｆ３−Δｆ（この−Δｆは、完全共振周波数ｆ３よりも若干低くなる側への周波数減少分を示す。ただし、−Δｆの大きさ即ち絶対値は、上記＋Δｆの絶対値と同じであってもよいし、異なる値であってもよい）を示すものであるとする。

駆動時間設定部１５２は、低速対策処理において、上記完全共振周波数ｆ３又は近傍共振周波数ｆ３’、ｆ３”の駆動周波数下での正方向駆動及び逆方向駆動における各駆動時間を設定するものである。駆動回数設定部１５３は、所定の動作を何回実行するかという繰り返し回数に関する回数情報を設定するものである。例えば、ロッド部２１に対するスライダ部２２の正方向駆動及び逆方向駆動から構成される所定の往復駆動を１セットとすると、当該往復駆動を何セット実行するかということに関する回数情報を設定する。なお、当該回数情報が示す回数は任意の回数でよい。

表示制御部１６は、指示表示部３２に対する所定情報の表示を制御するものであり、例えば、駆動系動作チェックにおいて駆動速度判定部１４や低速度対策処理部１５により駆動系動作チェックを行った後の、例えば「駆動系不良」や「位置センサ不良」といった結果情報（メッセージ文）を指示表示部３２に表示させる。

ところで、上記図１において、圧電アクチュエータ２は、駆動部３３からの駆動信号（駆動電圧；矩形波）に基づいて振動駆動されるということを説明したが、その駆動信号に基づく圧電アクチュエータ２の振動駆動（駆動原理）について、以下、図３〜５を用いて詳述する。図３は、圧電アクチュエータ２の駆動周波数と該圧電アクチュエータ２の圧電素子部２３及びロッド部２１先端の位相及び変位との関係を示す圧電アクチュエータ２の周波数特性図である。

図３において、周波数特性図３００には、駆動周波数（横軸）と圧電素子部２３及びロッド部２１先端の変位（縦軸）との関係の一例を示すグラフ図（以降、変位周波数関係図３１０という）と、符号３２０に示す駆動周波数（横軸）とロッド部２１先端の位相（縦軸）との関係の一例を示すグラフ図（以降、位相周波数関係図３２０という）とが示されている。なお、各図における符号３０１、３０２に示す曲線を変位曲線３０１、位相曲線３０２とする。

変位周波数関係図３１０において、変位曲線３０１は、駆動周波数がゼロから大きくなるにつれ徐々に変位（振動幅）が大きくなり、駆動周波数ｆ３の位置をピーク点（最大変位位置）として、それ以降は徐々に変位が小さくなるような略山形の曲線となっている。この駆動周波数ｆ３は、圧電アクチュエータ２の所謂共振周波数を示している。ただし、駆動周波数ｆ３の近傍位置も共振状態となっている（共振現象が生じている）ため、以降、このピーク点における共振周波数のことを完全共振周波数と称して、他の共振状態にある場合の駆動周波数と区別する。また、同図において、駆動周波数ｆ２は、通常駆動時（正常駆動時）に用いられる周波数を示しており、例えばｆ２＝０．７×ｆ３という関係を満たす、完全共振周波数ｆ３より低い値となっている。このように完全共振周波数ｆ３の約０．７倍の大きさの駆動周波数ｆ２とするのは、小さな電圧振幅で（後述の矩形波４１１、４３１の振幅が小さくて済み）、当該駆動周波数ｆ２以外の駆動周波数を用いた場合と同程度の変位（ノコギリ変位）が得られて効率的であるとともに、動作が不安定となる可能性の高い完全共振周波数ｆ３を避け、通常駆動時に用いる駆動周波数としてより安定した駆動制御を行なうためである。

また、横軸の「ｆ２×２」で示す駆動周波数（駆動周波数ｆ２×２とする）は、後述における駆動信号に含まれる１次の正弦波を上記駆動周波数ｆ２とした場合の、２次の正弦波の周波数を示している。なお、駆動周波数ｆ１は、共振状態となっていない（或いは共振の影響が少ない）領域の周波数を示しており、この駆動周波数ｆ１における変位は小さいものとなっている。

位相周波数関係図３２０においては、位相曲線３０２に示すように、ロッド部２１先端の位相は、駆動周波数がゼロの場合には位相がゼロ（０°）となっており、駆動周波数が大きくなるにつれてマイナス側へずれていく。ただし、当該位相は、駆動周波数がゼロから駆動周波数ｆ２近辺までの区間は（ここでは駆動周波数ｆ２の位相は−５０°を示している）緩やかに変化し、駆動周波数ｆ２を超えて大きくなると（例えば符号３０３に示す完全共振周波数ｆ３及びその前後の周波数における変位が大きくなるような範囲において）急激に変化し、その先の駆動周波数ｆ２×２に至るまでの区間は（ここでは駆動周波数ｆ２×２での位相は−２１０°を示している）略一定の値、すなわち殆ど位相変化のない平坦なグラフとなっている。

図４は、圧電アクチュエータ２に対する駆動電圧（駆動信号）波形（ここでの説明において適宜、矩形波という）と、その駆動電圧によって駆動される場合の圧電素子部２３及びロッド部２１の変位波形とを説明するための概念図であり、（ａ）は正方向駆動を行う場合を説明する図、（ｂ）は逆方向駆動を行う場合を説明する図を示す。図４（ａ）において、その左側には、正方向駆動する際に圧電アクチュエータ２の圧電素子部２３に印加される駆動電圧波形図４１０を、右側には当該駆動電圧波形が印加されたときの圧電素子部２３及びロッド部２１（先端）の変位波形図４２０を示している（同様に図４（ｂ）は、逆方向駆動する際の駆動電圧波形図４３０及び変位波形図４４０を示している）。

駆動電圧波形図４１０に示す矩形波４１１を、上記図３における例えば通常駆動時の駆動周波数ｆ２に対応する矩形波であるとすると、符号４１２に示す周期を「Ｔ」としてこの周期Ｔに対応する（逆数（１／Ｔ）となる）周波数が駆動周波数ｆ２となっている。また、矩形波４１１は、１つの周期において電圧がハイ（Ｈ）となる区間ａとロー（Ｌ）となる区間ｂとを有しており、デューティ比Ｄｔは、このハイ期間とロー期間との長さの比、すなわち、Ｄｔ＝ａ／（ａ＋ｂ）と定義するものとする。ただし、以降、この定義を有するデューティ比を、適宜、デューティ比ａ：ｂと表現するものとする。ここでの矩形波４１１は、例えばａ：ｂ＝３：７、すなわちデューティ比３：７（Ｄｔ＝０．３（３０％とパーセンテージ表示してもよい））の場合が示されている。一方、図４（ｂ）の駆動電圧波形図４３０に示す逆方向駆動用の矩形波４３１の場合、駆動周波数は、矩形波４１１と同じ駆動周波数ｆ２となっており（符号４３２に示す周期が上記周期Ｔとなっており）、例えばａ：ｂ＝７：３、すなわちデューティ比７：３（Ｄｔ＝０．７（７０％））となっている。

なお、図４（ａ）、（ｂ）には示していないが、圧電素子部２３には、矩形波４１１、４３１（例えば上記正の駆動電圧＋Ｖｐに相当）とともに、この矩形波４１１、４３１が反転されてなる矩形波（上記負の駆動電圧−Ｖｐに相当）が、圧電素子部２３の充電及び放電のために印加されている。

ところで、矩形波４１１は、１次（項）、２次、３次・・・の正弦波の重ね合わせ（合成）によってなる、すなわち矩形波４１１は、当該各次の正弦波を含んでなるものである（矩形波を構成する各次の正弦波成分はフーリエ変換等により確認できる）。ただし、この１次の正弦波は矩形波４１１に対応しており、つまり１次の正弦波の周波数は矩形波４１１の周波数（ここでは駆動周波数ｆ２）となっており、これに応じて２次の正弦波の周波数は駆動周波数ｆ２×２となる（図３参照）。これに関し、圧電素子部２３に矩形波４１１（駆動電圧）を印加すると、それに応じた圧電素子部２３及びロッド部２１（先端）の変位が得られるのであるが、これを換言すると圧電アクチュエータ２は、謂わば、矩形波を入力すると所定の変位が出力される伝達関数（電圧−変位伝達関数）を有していることになる。

矩形波４１１における上記１次の正弦波を圧電アクチュエータ２（圧電素子部２３）に印加したとすると、すなわち、上記１次の正弦波に上記伝達関数を乗じたとすると、これにより得られる圧電素子部２３及びロッド部２１の変位波形の振幅、位相は、この１次の正弦波の振幅、位相からそれ程変化しない。同様に２次の正弦波に伝達関数を乗じた場合には、振幅はそれ程変化しないが、位相に遅れが生じる（これは、図３に示すように、１次及び２次の正弦波に対応する駆動周波数ｆ２及び駆動周波数ｆ２×２が完全共振周波数ｆ３を挟んだ位置にあるため、互いの位相がずれるということに起因する）。３次以降の高次項に伝達関数を乗じた場合は、振幅低下が著しく、得られる変位波形に影響を及ぼさない。このことから、圧電素子部２３及びロッド部２１の変位波形を得るための正弦波成分として、１次及び２次の正弦波を扱う。

具体的には、矩形波４１１の振幅の大きさを例えば「１」とすると、この矩形波４１１に含まれる各次の正弦波の振幅はデューティ比に依存し、例えばＤｔ＝０．３の場合の１次と２次との正弦波の振幅の比は、１対０．６程度となる。この１次、２次の正弦波成分を含む矩形波４１１で圧電アクチュエータ２を駆動させた場合、変位波形図４２０に示すように、当該１次の正弦波に対応して得られたものが変位波形４２１、２次の正弦波に対応して得られたものが変位波形４２２となる。この変位波形４２１、４２２の振幅の比は、１対０．３程度となり、それぞれ位相が−５０°、−２１０°となるため（この−２１０°は、変位波形図４４０に示す逆方向駆動の場合には−３０°となる）、１次及び２次の正弦波による変位波形４２１、４２２が合成された結果、ノコギリ波状の変位波形であるノコギリ波形４２３（三角波）が得られる。図４（ｂ）の場合も同様に、矩形波４３１における１次の正弦波に対応して変位波形４４１、２次の正弦波に対応して変位波形４４２が得られ、これら変位波形４４１、４４２が合成された結果、ノコギリ波形４４３が得られる。

このようにして、例えば図５に示すように、圧電アクチュエータ２に正方向駆動用の矩形波４１１を印加すると、圧電素子部２３及びロッド部２１に正方向駆動用のノコギリ波形４２３を有した振動が発生し、ロッド部２１と摩擦結合されたスライダ部２２のインパクト駆動による正方向への移動（例えば符号５０１の変位変化に示す移動）が可能となる。圧電アクチュエータ２に矩形波４３１を印加する場合も同様に、逆方向駆動用のノコギリ波形４４３を有した振動が発生し、スライダ部２２のインパクト駆動による逆方向への移動が可能となる。

以上の通り構成された本実施形態に係る圧電駆動装置１の動作につき、先ず全体的なフローを説明する。図６は、本実施形態に係る圧電駆動装置１の全体的な動作の一例を示すフローチャートである。図示する通り、当該動作を大略的に区分すると、圧電駆動装置１が例えばユーザによる起動スイッチのＯＮ動作によって起動される起動ステップ（ステップＳ１）と、圧電駆動装置１の駆動系（例えば圧電アクチュエータ２や位置検出部３１）の動作チェックが実施される動作チェックステップ（ステップＳ２）と、当該駆動系動作チェック後、駆動スタンバイ状態（待機状態）に移行する駆動スタンバイステップ（ステップＳ３）とからなる。

ここで、図６のステップＳ２に示す駆動系動作チェックの詳細について説明する。
図７は、図６に示すステップＳ２の動作の一例を示すフローチャートである。先ず、駆動周波数設定部１２に通常駆動時の駆動周波数ｆ２が設定される（ステップＳ１１）。次に駆動速度判定部１４によって圧電アクチュエータ２の駆動速度チェックが行われ（ステップＳ１２）、ロッド部２１に対するスライダ部２２の移動速度Ｖｄが、速度範囲の最小速度Ｖｍｉｎより小さいと判別された場合には（ステップＳ１３のＹＥＳ）、当該移動速度が低速度である状態を解消して正常状態に復帰させるべく（速度範囲の速度値に戻すべく）低速度対策処理部１５によって低速度対策処理が実施される（ステップＳ１４）。この低速度対策処理が３回目である場合には（ステップＳ１５のＹＥＳ）、当該駆動系動作チェックの結果が例えば「動作系不良」といったメッセージ文で指示表示部３２（モニター部）に表示されてユーザに報知される（ステップＳ１６）。低速度対策処理が３回目でない場合には（ステップＳ１５のＮＯ）、上記ステップＳ１２に戻り、再度、駆動速度チェックが実施される。なお、このステップＳ１５における回数情報は駆動回数設定部１５３に設定されていてもよい。また、当該ステップＳ１５での回数は、３回以外の任意の回数、例えば２回や５回といった回数でもよい。

上記ステップＳ１３において、スライダ部２２の移動速度Ｖｄが、速度範囲の最小速度Ｖｍｉｎより大きいと判別された場合（ステップＳ１３のＮＯ）、さらにこの移動速度Ｖｄが速度範囲の最大速度Ｖｍａｘよりも大きいと判別されると（ステップＳ１７のＹＥＳ）、当該ステップＳ１７の判別動作が２回目である場合（ステップＳ１８のＹＥＳ）、当該駆動系動作チェックの結果が、例えば位置検出系の不良（異常）を示す「位置センサ不良」といったメッセージ文で指示表示部３２（モニター部）に表示されてユーザに報知される（ステップＳ１９）。ステップＳ１７の判別動作が２回目でない場合（ステップＳ１８のＮＯ）、上記ステップＳ１２に戻り、再度、駆動速度チェックが実施される。上記ステップＳ１７において、移動速度Ｖｄが速度範囲の最大速度Ｖｍａｘよりも大きくないと判別されると（ステップＳ１７のＮＯ）、この場合は正常駆動状態であるとして上記図６におけるステップＳ２の直後に戻る。なお、圧電アクチュエータ２が動作不良状態や動作不能状態になった場合に上記ステップＳ１４における低速度対策処理が実施され、その時点では完全に正常状態に復帰したとは言えないものの当該異常状態から一旦脱出されると、その後は安定した駆動動作が行なえるようになる。

次に、上記図７のステップＳ１２に示す駆動速度チェック動作について詳述する。
図８は、図７に示すステップＳ１２の動作の一例を示すフローチャートである。先ず、ウォームアップ駆動部１４１によって、スライダ部２２のロッド部２１に対するセンター位置へのセット動作が開始される（ステップＳ３１）。この際、駆動速度判定部１４によって、スライダ部２２がロッド部２１に固着されるなどしてロッド部２１に対するスライダ部２２の移動が不可能であり（ただし、スライダ部２２はロッド部２１に固着された状態で、ロッド部２１と共に一体となって移動（振動）することは可能となっている）、センター位置へのセットが完了（実行）できないと判定された場合には（ステップＳ３２のＮＯ）、所定時間の経過を待って（ステップＳ４８のＹＥＳ）、スライダ部２２の移動動作が不能であることを示す動作不能検出信号が低速度対策処理部１５へ出力され（ステップＳ４９）、その後、上記図７におけるステップＳ１２の直後に戻る。

センター位置へのセットが完了したと判定された場合には（ステップＳ３２のＹＥＳ）、ウォームアップ駆動部１４１によってウォームアップ駆動が実行される（ステップＳ３３）。ウォームアップ駆動終了後、目標位置設定部１４２によって上記センター位置を基準点とした正方向の目標位置（例えば＋０．５ｍｍ）が設定される（ステップＳ３４）。そして、デューティ設定部１３に設定されている正方向駆動用のデューティ比（例えば３：７）と、上記図７のステップＳ１１において設定されている駆動周波数ｆ２とに基づいて圧電アクチュエータ２が駆動される（ステップＳ３５）。スライダ部２２が上記正方向の目標位置に到達したか否かが駆動時間計測部１４３によって判別され、目標位置に到達したと判別された場合には（ステップＳ３６のＹＥＳ）、圧電アクチュエータ２の駆動が停止される（ステップＳ３７）。目標位置に到達したと判別されなければ（ステップＳ３６のＮＯ）、到達するまで駆動が継続される。そして、駆動時間計測部１４３によって、スライダ部２２がセンター位置から正方向の目標位置に到達するまでの駆動時間ｔｐが測定され（ステップＳ３８）、速度算出部１４４によって、上記ステップＳ３４で設定した正方向の目標位置（の絶対値）と当該駆動時間ｔｐとの情報に基づいて、スライダ部２２の正方向への移動速度Ｖｐが算出される（例えばＶｐ＝０．５／ｔｐ）（ステップＳ３９）。

次に、目標位置設定部１４２によって上記センター位置を基準点とした逆方向の目標位置（例えば−０．５ｍｍ）が設定される（ステップＳ４０）。そして、デューティ設定部１３に設定されている逆方向駆動用のデューティ比（例えば７：３）と、上記図７のステップＳ１１において設定されている駆動周波数ｆ２とに基づいて圧電アクチュエータ２が駆動される（ステップＳ４１）。スライダ部２２が上記逆方向の目標位置に到達したか否かが駆動時間計測部１４３によって判別され、目標位置に到達したと判別された場合には（ステップＳ４２のＹＥＳ）、圧電アクチュエータ２の駆動が停止される（ステップＳ４３）。目標位置に到達したと判別されなければ（ステップＳ４２のＮＯ）、到達するまで駆動が継続される。そして、駆動時間計測部１４３によって、スライダ部２２がセンター位置から逆方向の目標位置に到達するまでの駆動時間ｔｍが測定され（ステップＳ４４）、速度算出部１４４によって、上記ステップＳ４０で設定した逆方向の目標位置（の絶対値）及び上記ステップＳ３４で設定した正方向の目標位置（の絶対値）を加算した値（ここでは１．０）と、当該駆動時間ｔｍとの情報に基づいて、スライダ部２２の逆方向への移動速度Ｖｍが算出される（例えばＶｍ＝１．０／ｔｍ）（ステップＳ４５）。

上記移動速度Ｖｍが算出されている間、或いは当該算出後、ウォームアップ駆動部１４１によってスライダ部２２がセンター位置へ戻されるよう圧電アクチュエータ２の駆動が行われる（ステップＳ４６）。そして、移動速度Ｖｍの算出後、当該移動速度Ｖｍと上記ステップＳ３９において算出した移動速度Ｖｐとの情報に基づいて、移動速度Ｖｍ及びＶｐの平均速度Ｖｄが算出され（例えばＶｄ＝（Ｖｐ＋Ｖｍ）／２）（ステップＳ４７）、その後、上記図７におけるステップＳ１２の直後に戻る。

なお、上記ステップＳ３２において、実際にはセンター位置で固着してしまっているが、検出動作上、センター位置へのセット動作が完了したと判定されるような場合には、上記ステップＳ３３に示すウォームアップ駆動を行うというステップにおいて、上記ステップＳ４８、Ｓ４９と同様に、ウォームアップ駆動動作が行えずに所定時間が経過すると動作不能検出信号を低速度対策処理部１５へ出力するというフローとしてもよい。

次に、上記図７のステップＳ１４に示す低速度対策処理動作について詳述する。
図９は、図７に示すステップＳ１４の動作の一例を示すフローチャートである。低速度対策処理においては先ず、駆動周波数切替部１５１によって、駆動周波数設定部１２に設定されている駆動周波数が、現在の通常駆動用の駆動周波数ｆ２から完全共振周波数ｆ３へと切り替えられて新たに設定される（ステップＳ６１）。そして、低速度対策処理用の正方向駆動デューティ比がデューティ設定部１３に設定され（ステップＳ６２）（ただし、本実施形態におけるステップＳ６２では、既にデューティ設定部１３に設定されているデフォルト値としてのデューティ比３：７を用いている）、当該設定したデューティ比と上記駆動周波数ｆ３とに基づいて圧電アクチュエータ２が所定時間（例えば０．１秒間）駆動される（ステップＳ６３）。

また、同様にして、低速度対策処理用の逆方向駆動デューティ比がデューティ設定部１３に設定され（ステップＳ６４）（ただし、本実施形態におけるステップＳ６４では、既にデューティ設定部１３に設定されているデフォルト値としてのデューティ比７：３を用いている）、当該設定したデューティ比と上記駆動周波数ｆ３とに基づいて圧電アクチュエータ２が所定時間（例えば０．１秒間）駆動される（ステップＳ６５）。そして、上記ステップＳ６２〜Ｓ６５における正方向及び逆方向の駆動動作を１セットとすると、低速度対策処理部１５によって、当該１セットの動作が３回目に行われたものであるか否かが駆動回数設定部１５３に設定されている回数情報を基に判別され、３回目でないと判別された場合には（ステップＳ６６のＮＯ）、上記ステップＳ６２に戻って次回のセットの動作が行われ、３回目であると判別された場合には（ステップＳ６６のＹＥＳ）、上記図７におけるステップＳ１４の直後に戻る。

上記低速度対策処理動作は、以下の図１０に示すフローで行ってもよい。
図１０は、図７のステップＳ１４に示す低速度対策処理動作の変形態様を示すフローチャートである。この場合の低速度対策処理においては先ず、駆動周波数切替部１５１によって、駆動周波数設定部１２に設定されている駆動周波数が、現在の通常駆動用の駆動周波数ｆ２から完全共振周波数ｆ３へと切り替えられて新たに設定され（ステップＳ７１）、上記図９のステップＳ６２〜Ｓ６６に示す動作ループと同様、所定時間（０．１秒）毎に切り替わる正方向駆動（デューティ比３：７）及び逆方向駆動（デューティ比７：３）が３回実行される（ステップＳ７２）。

次に、駆動周波数切替部１５１によって、駆動周波数設定部１２に設定されている駆動周波数が、完全共振周波数ｆ３から近傍共振周波数ｆ３’へと切り替えられて新たに設定される（ステップＳ７３）。そして、上記ステップＳ７２と同様に、所定時間（０．１秒）毎に切り替わる正方向駆動（デューティ比３：７）及び逆方向駆動（デューティ比７：３）が３回実行される（ステップＳ７４）。ただし、このステップＳ７４では、ステップＳ７２の場合と違い、近傍共振周波数ｆ３’となる駆動周波数によって駆動される。

さらに、駆動周波数切替部１５１によって、駆動周波数設定部１２に設定されている駆動周波数が、完全共振周波数ｆ３から近傍共振周波数ｆ３”へと切り替えられて新たに設定される（ステップＳ７５）。そして、当該近傍共振周波数ｆ３”となる駆動周波数によって、上記ステップＳ７２と同様に、所定時間（０．１秒）毎に切り替わる正方向駆動（デューティ比３：７）及び逆方向駆動（デューティ比７：３）が３回実行され（ステップＳ７６）、その後、上記図７におけるステップＳ１４の直後に戻る。

なお、図１０のフローチャートに示すように、低速度対策処理用の駆動周波数として、ｆ３以外にｆ３＋Δｆやｆ３−Δｆといった値をとるのは、環境変化（経時変化）等によって、完全共振点がシフトすることがあるため、すなわち、図３の変位曲線３０１における完全共振周波数ｆ３に示すピーク点の位置が、その位置から前後に例えばΔｆ分だけ移動することがあるため、これらの場合の駆動周波数ｆ３＋Δｆ又はｆ３−Δｆでの駆動も行える構成とすることで、異常状態（低速度状態）から脱出させる可能性（確率）をより高めることができることによる。

また、上記低速度対策処理動作は、以下の図１１に示すフローで行ってもよい。
図１１は、図７のステップＳ１４に示す低速度対策処理動作の他の変形態様を示すフローチャートである。この場合の低速度対策処理においては先ず、駆動周波数切替部１５１によって、駆動周波数設定部１２に設定されている駆動周波数が、現在の通常駆動用の駆動周波数ｆ２から完全共振周波数ｆ３へと切り替えられて新たに設定され（ステップＳ８１）、上記図９のステップＳ６２〜Ｓ６６に示す動作ループと同様、所定時間（０．１秒）毎に切り替わる正方向駆動（デューティ比３：７）及び逆方向駆動（デューティ比７：３）が３回実行される（ステップＳ８２）。

次に、駆動周波数設定部１２に設定されている駆動周波数は完全共振周波数ｆ３のままで、上記ステップＳ８２における正方向又は逆方向駆動用のデューティ比（３：７、７：３）とは異なるデューティ比を用いて、当該ステップＳ８２と同様の駆動動作が実行される。すなわち所定時間（０．１秒）毎に切り替わる正方向駆動（例えばデューティ比２：８）及び逆方向駆動（デューティ比８：２）が３回実行される（ステップＳ８３）。ただし、本変形態様における上記デューティ比（３：７、７：３）と異なるデューティ比への変更（デューティ比切替指示）は低速対策処理部１５によって行われ、当該変更されたデューティ比はデューティ設定部１３に設定される。なお、デューティ比（３：７、７：３）と異なるデューティ比の情報は、デューティ設定部１３に記憶されていてもよい。

さらに、駆動周波数設定部１２に設定されている駆動周波数は完全共振周波数ｆ３のままで、上記ステップＳ８３における正方向又は逆方向駆動用のデューティ比（２８、８：２）とは異なるデューティ比を用いて、当該ステップＳ８３と同様の駆動動作が実行される。すなわち、所定時間（０．１秒）毎に切り替わる正方向駆動（例えばデューティ比４：６）及び逆方向駆動（デューティ比６：４）が３回実行される（ステップＳ８４）。その後、上記図７におけるステップＳ１４の直後に戻る。

なお、図１１のフローチャートに示すように、低速度対策処理用のデューティ比として、デューティ比２：８（８：２）やデューティ比４：６（６：４）といったデューティ比３：７（７：３）以外のデューティ比を用いるのは、標準的（基本的）にはデューティ比３：７（７：３）が、最大速度を得るために最適なデューティ比ではあるが、この最大速度を得るために最適なデューティ比も環境変化等によって変化している可能性があるため、当該デューティ比３：７（７：３）以外でのデューティ比による駆動も行える構成とすることで、異常状態（低速度状態）から脱出させる可能性（確率）をより高めることができることによる。

以上のように本実施形態の圧電駆動装置１によれば、ロッド部２１に対するスライダ部２２の移動速度が所定の速度よりも小さくなった場合に、共振周波数（完全共振周波数ｆ３）又は共振周波数近傍の周波数（ｆ３±Δｆ）となる駆動周波数を用いて圧電アクチュエータ２の駆動が行われることで、（たとえ安定した駆動速度の制御が困難になったとしても）通常駆動時よりも大きなアクチュエータ発生力或いは圧電素子部２３（ロッド部２１）の変位量（振幅）を得ることができ（たとえスライダ部２２がロッド部２１に固着していたとしても、当該ロッド部２１における大きなアクチュエータ発生力や変位量を有する振動により、そのロッド部２１と共に振動されるスライダ部２２に大きな慣性力が生じ）、移動速度が小さくなる（ゼロとなる）ような高い摩擦状態或いは固着状態に打ち勝って移動させることができるため、圧電アクチュエータ２が動作不良状態や動作不能状態に至った場合でも、当該異常状態からの脱出、すなわち動作不良状態の改善、或いは動作不能状態の解除を容易に且つ確実に行うことができるようになる。

また、完全共振周波数ｆ３近傍の周波数が当該完全共振周波数ｆ３から所定周波数分だけ大きい周波数（駆動周波数ｆ３＋Δｆ）又は所定周波数分だけ小さい周波数（駆動周波数ｆ３−Δｆ）であるため、（環境変化等によって完全共振点の位置が完全共振周波数ｆ３の位置から前後にシフトしている可能性があることに対応して）完全共振周波数ｆ３だけでなく、さらに完全共振周波数ｆ３近傍における、駆動周波数ｆ３＋Δｆの場合と駆動周波数ｆ３−Δｆの場合との２つの場合の駆動周波数を用いて動作不良状態の改善、或いは動作不能状態の解除を図ることができ、完全共振周波数ｆ３だけを用いる場合よりも当該異常状態から脱出させる可能性（確率）が高くなり、ひいては当該異常状態からの脱出をより確実に行うことができる。

また、駆動部３３によって、デューティ比変更手段（低速度対策処理部１５）により変更された複数種類のデューティ比を有する駆動信号に基づいて圧電アクチュエータ２が駆動されるため、（環境変化等によって、標準的に用いられている最大速度を得るために最適なデューティ比、例えばデューティ比３：７（７：３）が、これと異なるデューティ比に変化（シフト）している可能性があることに対応して）デューティ比の異なる複数種類の駆動周波数を用いて動作不良状態の改善、或いは動作不能状態の解除を図ることができ、１種類のデューティ比による駆動周波数を用いた場合よりも当該異常状態から脱出させる可能性（確率）が高くなり、ひいては当該異常状態からの脱出をより確実に行うことができる。

また、駆動部３３によって、駆動回数設定部１５３に設定された繰り返し回数に関する回数情報に基づいて、スライダ部２２の、ロッド部２１に対する正方向及び逆方向への移動からなる往復駆動が繰り返し実行されるため、往復駆動を複数回行うことによって、すなわち、例えば図９に示すステップＳ６２〜Ｓ６５の動作を１セット（１ループ）とすると、これを複数セット（複数回ループ）実行することで動作不良状態の改善、或いは動作不能状態の解除を図ることができ、往復駆動を１回だけ行う場合よりも当該異常状態から脱出させる可能性（確率）が高くなり、ひいては当該異常状態からの脱出をより確実に行うことができる。

さらに、駆動速度判定部１４によってロッド部２１に対するスライダ部２２の移動速度が所定の速度範囲における最小速度Ｖｍｉｎよりも小さいか否かが判別されるとともに、所定の速度範囲における最大速度Ｖｍａｘより大きいか否かについても判別されるため、最小速度Ｖｍｉｎより小さいと判別される場合の動作不良状態や動作不能状態に関する動作チェックとともに、スライダ部２２の移動速度の検出に用いる当該スライダ部２２の位置を検出するための位置検出系の動作チェックを行うことができ、すなわち位置検出部３１（位置検出素子部３１１）が異常（不良）でないか否かをチェックすることができ、圧電駆動装置１における、より精度の高い動作チェックを行うことが可能となる。

なお、本発明は以下の態様をとることができる。
（Ａ）圧電駆動装置１の駆動系動作チェックを、必ずしも図６のステップＳ１、Ｓ２に示すように装置の起動後に実施せずともよく、例えば駆動中にスライダ部２２がロッド部２１の移動範囲の例えば端部位置に当接するなどにより動作不能状態に陥ってしまった場合において実施してもよい。

（Ｂ）図８におけるステップＳ３５及びＳ４１において用いるデューティ比は、デューティ設定部１３に設定されているデフォルト値としてのデューティ比（３：７や７：３）でなくともよく、駆動速度チェック用に任意に設定したデューティ比であってもよい。同様に、図９、１０、１１に示すステップＳ６２、Ｓ６４、ステップＳ７２、Ｓ７４、Ｓ７６、ステップＳ８２等においても低速度対策処理用に任意に設定したデューティ比を用いてもよい。

（Ｃ）移動速度を検出するための目標位置は、図８におけるステップＳ３４及びＳ４０に示すようにセンター位置から正方向に＋０．５ｍｍ、逆方向に−０．５ｍｍでなくともよく、任意の目標位置に設定してもよい。この場合、例えば、ステップＳ３４においてセンター位置から正方向に＋０．５ｍｍと設定し、ステップＳ４０においてセンター位置（ゼロｍｍ）つまり移動開始点の位置を設定し、往復を同じ距離としてＶｐ、Ｖｍを算出してもよい。また、駆動速度チェックにおいて所定の速度範囲（最小速度Ｖｍｉｎ）と比較するための最終的な速度パラメータとして、ステップＳ４７に示すようにＶｐ及びＶｍの平均速度Ｖｄを用いずともよく、例えばＶｐ又はＶｍ個々の速度パラメータを用いてもよい。

（Ｄ）図８に示す駆動速度チェック動作において、必ずしもセンター位置を基準点とせずともよく、すなわち駆動速度チェック開始時にスライダ部２２を先ずセンター位置まで移動させる（セットする）必要はなく、任意の位置、例えばロッド部２１の一端部やスライダ部２２の所定の退避位置）を基準点（移動開始位置）として当該チェック動作を開始してもよい。

（Ｅ）図９において、ステップＳ６２〜６５を繰り返し動作（駆動）の１セットとせずともよく、例えば正方向に０．１秒間駆動、次に逆方向に０．２秒間駆動、さらに正方向に０．１秒間駆動するというような、正方向駆動及び逆方向駆動を任意に組み合わせてなる（異常状態からの脱出効果を高くすることが可能な）繰り返し動作を１セットとしてもよい。

（Ｆ）低速度対策処理における最初の動作ステップ（図９〜１１におけるステップＳ６１、Ｓ７１、Ｓ８１）で設定する駆動周波数として、完全共振周波数ｆ３を用いずともよく、駆動周波数ｆ３＋Δｆあるいは駆動周波数ｆ３−Δｆを用いてもよい。

（Ｇ）図１０、１１のフローを組み合わせてなる低速度対策処理動作を行なってもよい。この場合、例えば図１０のステップＳ７２、Ｓ７４及び／又はＳ７６の後に続けて、図１１のステップＳ８３やＳ８４の動作を行なってもよいし、また例えば、図１１のステップＳ８２、Ｓ８３の後に続けて、図１０のステップＳ７３やＳ７５の動作を行なってもよい。このように組み合わせることで、復帰動作の繰り返し回数が増加し、異常状態から脱出する可能性がより一層高まる。

（Ｈ）図１１において、ステップＳ８２、Ｓ８３、Ｓ８４の場合に示すように３種類のデューティ比を用いずともよく、これ以外の種類、例えば２種類や５種類のデューティ比を用いてもよい。また、ステップＳ８２とＳ８４、又はステップＳ８３とＳ８４とのデューティ比の値を同じにするなど、必ずしも全てのステップにおいて異なるデューティ比を用いなくともよい。

（Ｉ）異常状態からの脱出を図るための復帰動作として、上記実施形態における駆動周波数を完全共振周波数ｆ３やその近傍の周波数に変更したり、デューティ比の変更を行なう他に、例えば圧電アクチュエータ２（圧電素子部２３）に印加する駆動信号の電圧（矩形波の振幅）や電流の大きさを変更してもよい。

（Ｊ）デューティ比Ｄｔ＝ｂ／（ａ＋ｂ）と定義してもよい。

（Ｋ）本発明の圧電駆動装置１（圧電アクチュエータ２）は、例えばカメラ（アナログカメラやデジタルカメラ、或いはビデオカメラ等）の手振れ等の振れを補正するための振れ補正駆動（ユニット）に適用されてもよい。この場合、具体的には、例えばスライダ部２２にＣＣＤやＣＭＯＳ等の撮像センサを設け、カメラに発生した振れ量（振れ方向）に応じて、圧電アクチュエータ２を駆動させ、スライダ部２２とともに撮像センサをスライド移動させることにより当該振れ補正を行うような構成とする。また、圧電駆動装置１は、振れ補正駆動に限らず、例えばズーム駆動やフォーカシング駆動等に用いてもよい。さらに、カメラだけでなく、例えば携帯電話、ＭＤやＤＶＤプレーヤ等のＡＶ機器など、種々の機器に適用可能である。

本発明に係る圧電駆動装置の一構成例を示すブロック図である。 制御部の一構成例を示すブロック図である。 圧電アクチュエータの駆動周波数と該圧電アクチュエータの圧電素子部及びロッド部先端の位相及び変位との関係を示す圧電アクチュエータの周波数特性図である。 圧電アクチュエータに対する駆動電圧（駆動信号）波形と、その駆動電圧によって駆動される場合の圧電素子部及びロッド部の変位波形とを説明するための概念図であり、（ａ）は正方向駆動を行う場合を説明する図、（ｂ）は逆方向駆動を行う場合を説明する図である。 圧電素子部及びロッド部にノコギリ波形を有した振動が発生した場合の、スライダ部の移動の様子を示す図である。 本実施形態に係る圧電駆動装置の全体的な動作の一例を示すフローチャートである。 図６に示すステップＳ２の動作の一例を示すフローチャートである。 図７に示すステップＳ１２の動作の一例を示すフローチャートである。 図７に示すステップＳ１４の動作の一例を示すフローチャートである。 図７のステップＳ１４に示す低速度対策処理動作の変形態様を示すフローチャートである。 図７のステップＳ１４に示す低速度対策処理動作の他の変形態様を示すフローチャートである。

符号の説明

１ 圧電駆動装置
２ 圧電アクチュエータ
３ 駆動信号発生回路
１１ 動作モード設定部
１２ 駆動周波数設定部（駆動周波数設定手段）
１３ デューティ設定部
１４ 駆動速度判定部（速度判別手段）
１５ 低速度対策処理部（デューティ比変更手段）
１６ 表示制御部
２１ ロッド部（駆動部材）
２２ スライダ部（被駆動部材）
２３ 圧電素子部（圧電素子）
３０ 信号発生回路
３１ 位置検出部
３１１ 位置検出素子部
３２ 指示表示部
３３ 駆動部（駆動手段）
３４ 制御部
１４１ ウォームアップ駆動部
１４２ 目標位置設定部
１４３ 駆動時間計測部
１４４ 速度算出部
１５１ 駆動周波数切替部
１５２ 駆動時間設定部
１５３ 駆動回数設定部（回数設定手段）
３０１ 変位曲線
３０２ 位相曲線
４１１、４３１ 矩形波
４２１、４２２、４４１、４４２ 変位波形
４２３、４４３ ノコギリ波形
ｆ２ 駆動周波数
ｆ３ 駆動周波数、完全共振周波数（請求項１記載の共振周波数）

Claims (5)

1. 被駆動部材を駆動部材に摩擦結合させて取り付けるとともに、当該駆動部材の一端に圧電素子を固着してなり、所定の駆動周波数で駆動される圧電アクチュエータと、
   前記駆動部材に対する被駆動部材の移動速度が所定の速度より小さいか否かを判別する速度判別手段と、
   前記速度判別手段によって前記移動速度が所定の速度より小さいと判別された場合に、前記圧電アクチュエータに対する駆動周波数として、該圧電アクチュエータの共振周波数又は共振周波数近傍の周波数を設定する駆動周波数設定手段と、
   前記駆動周波数設定手段に設定された駆動周波数に基づいて圧電アクチュエータを駆動する駆動手段とを備えることを特徴とする圧電駆動装置。
2. 前記共振周波数近傍の周波数は、該共振周波数から所定周波数分だけ大きい周波数又は所定周波数分だけ小さい周波数であることを特徴とする請求項１記載の圧電駆動装置。
3. 前記駆動周波数を有する駆動信号のデューティ比を変更するデューティ比変更手段をさらに備え、
   前記駆動手段は、当該デューティ比変更手段によって変更された複数種類のデューティ比を有する前記駆動信号に基づいて圧電アクチュエータを駆動することを特徴とする請求項１又は２記載の圧電駆動装置。
4. 所定の繰り返し回数に関する回数情報を設定する回数設定手段をさらに備え、
   前記駆動手段は、当該回数設定手段に設定された回数情報に基づいて、被駆動部材の駆動部材に対する一方向及び他方向への移動からなる往復駆動を繰り返すことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の圧電駆動装置。
5. 前記所定の速度は、所定の速度範囲における最小速度であって、
   前記速度判別手段は、駆動部材に対する被駆動部材の移動速度が当該速度範囲における最大速度より大きいか否かをさらに判別することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の圧電駆動装置。

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