JP2010263788A

JP2010263788A - 駆動装置

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Publication number: JP2010263788A
Application number: JP2010187876A
Authority: JP
Inventors: Satoyuki Yuasa; 智行湯淺; Ryuichi Yoshida; 龍一吉田; Haruyuki Nakano; 治行中野
Original assignee: Konica Minolta Inc
Current assignee: Konica Minolta Inc
Priority date: 2010-08-25
Filing date: 2010-08-25
Publication date: 2010-11-18
Anticipated expiration: 2020-01-20
Also published as: JP5077403B2

Abstract

【課題】駆動回路を簡素化する。
【解決手段】圧電素子２６に第１の極性の駆動電圧を印加して充電する第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、逆極性の駆動電圧を印加して充電する第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、充電された電荷を放電する第２スイッチ回路１４２及び第４スイッチ回路１４４からなる放電回路とを備え、第１の駆動回路と第２の駆動回路とを交互に駆動させる間に放電回路を駆動させる。そして、被駆動部材を、第１の方向に移動させる場合には０．０５より大きく、０．４５より小さいデューティ比の矩形波からなる駆動電圧を、逆の第２の方向に移動させる場合には０．５５より大きく、０．９５より小さいデューティ比の矩形波からなる駆動電圧を発生する。したがって、駆動回路１４を簡素化することができる。
【選択図】図３

Description

本発明は、駆動装置に関し、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駆動装置に関する。

従来、撮影レンズ等が取りつけられた係合部材を棒状の駆動部材に所定の摩擦力を有するように結合させると共に、その駆動部材の一方端に圧電素子を固着して構成されたインパクト型圧電アクチュエータからなる駆動装置が知られている。例えば、図１４は、カメラの撮影レンズ位置を調節するための駆動装置の概略構成を示す図である。

この図における駆動装置１００は、電気機械変換素子である圧電素子１０１と、圧電素子１０１により駆動される棒状の駆動部材１０２と、駆動部材１０２に所定の摩擦力で結合された係合部材１０３と、圧電素子１０１に駆動電圧を印加する駆動回路１０４とを備えている。

圧電素子１０１は、駆動回路１０４から印加される駆動電圧に応じて伸縮するものであり、その伸縮方向における一方端が支持部材１０５に固着されると共に、その他方端が駆動部材１０２の軸方向における一方端に固着されたものである。係合部材１０３は、所定箇所に駆動対象物である撮影レンズＬが固着され、駆動部材１０２上を軸方向に沿って移動可能とされている。

駆動回路１０４は、例えば図１５に示すように、緩速充電回路及び急速放電回路からなる第１の駆動回路１０９と、急速充電回路及び緩速放電回路からなる第２の駆動回路１１０とから構成され、デジタル回路で生成した０〜５Ｖの矩形波信号により各駆動回路１０９，１１０を駆動制御するようにしたものである。

すなわち、第１の駆動回路１０９は、電源電圧Ｖｐに対して２つのスイッチ１１１，１１２と定電流源１１３とを定電流源１１３が中間位置にくるようにして直列接続することにより構成され、第２の駆動回路１１０は、電源電圧Ｖｐに対して２つのスイッチ１１４，１１５と定電流源１１６とを定電流源１１６が中間位置にくるようにして直列接続することにより構成されたものであり、スイッチ１１２と定電流源１１３間及びスイッチ１１４と定電流源１１６間の出力が圧電素子１０１に印加されるようにしたものである。

この図１５に示す駆動回路１０４では、第１の駆動回路１０９のスイッチ１１１を閉じることにより緩速充電回路が形成され、その後にスイッチ１１１を開いてスイッチ１１２を閉じることにより急速放電回路が形成される。このスイッチ操作が矩形波信号により繰り返し実行されることにより、緩慢な立ち上がり部と急峻な立ち下がり部とを有する図１６（ａ）に示すような波形（繰出波形）の駆動電圧が圧電素子１０１に繰り返し印加され、圧電素子１０１の伸縮により係合部材１０３は繰出方向（圧電素子１０１から離反する方向）である矢印ａ方向に移動する。

すなわち、駆動電圧の緩慢な立ち上がり部では圧電素子１０１が緩やかに伸長することになるため、係合部材１０３は駆動部材１０２と共に繰出方向に移動する一方、急峻な立ち下がり部では圧電素子１０１が急激に縮小することになるため、駆動部材１０２が戻り方向に移動しても係合部材１０３は駆動部材１０２上をスリップして略同位置に留まることになる。このため、図１６（ａ）に示すような波形の駆動電圧が圧電素子１０１に繰り返し印加されると、係合部材１０３は矢印ａ方向に間欠的に移動する。

また、第２の駆動回路１１０のスイッチ１１４を閉じることにより急速充電回路が形成され、その後にスイッチ１１４を開いてスイッチ１１５を閉じることにより緩速放電回路が形成される。このスイッチ操作が矩形波信号により繰り返し実行されることにより、急峻な立ち上がり部と緩慢な立ち下がり部とを有する図１６（ｂ）に示すような波形（戻し波形）の駆動電圧が圧電素子１０１に繰り返し印加され、圧電素子１０１の伸縮により係合部材１０３は戻り方向（圧電素子１０１に接近する方向）である矢印ａとは反対方向に移動する。

すなわち、駆動電圧の急峻な立ち上がり部では圧電素子１０１が急激に伸長することになるため、駆動部材１０２が繰出方向に移動しても係合部材１０３は駆動部材１０２上をスリップして略同位置に留まることになる一方、緩慢な立ち下がり部では圧電素子１０１が緩やかに縮小することになるため、係合部材１０３は駆動部材１０２と共に戻り方向に移動することになる。このため、図１６（ｂ）に示すような波形の駆動電圧が圧電素子１０１に繰り返し印加されると、係合部材１０３は矢印ａとは反対方向に間欠的に移動する。これにより、レンズＬが繰出方向と戻り方向とに移動可能となる。

特開平１０−２４８２７７号公報

ところで、カメラの撮影レンズ等の光学系の駆動源としてインパクト形圧電アクチュエータからなる駆動装置を適用する場合、その駆動装置はできる限り構成が簡素化され、かつ小型化されていることが望ましい。しかしながら、上記従来の駆動装置１００では、定電流源１１３，１１６の回路構成が複雑になることから駆動回路１０４が複雑化すると共に、小型化にも制約を受けるという問題があった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、駆動回路を簡素化することができる駆動装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の一態様に係る駆動装置は、駆動電圧が印加されることにより伸縮する電気機械変換素子と、該電気機械変換素子の伸縮により駆動される駆動部材と、該駆動部材に所定の摩擦力で係合された係合部材と、前記電気機械変換素子を矩形波からなる駆動電圧により駆動する駆動回路と、該駆動回路の動作を制御する駆動制御手段とを備え、前記電気機械変換素子の伸張と縮小とを互いに異なる速度で行わせることで前記駆動部材と前記係合部材とを相対移動させる駆動装置であって、前記駆動回路は、前記係合部材を、第１の方向に移動させる場合には０．０５より大きく、０．４５より小さいデューティ比の矩形波からなる駆動電圧を、前記第１の方向とは逆の第２の方向に移動させる場合には０．５５より大きく、０．９５より小さいデューティ比の矩形波からなる駆動電圧を、前記電気機械変換素子に印加することを特徴としている。

また、他の一態様では、上述の駆動装置において、前記駆動回路は、前記電気機械変換素子にその一方側から駆動電圧を印加して第１の極性の電荷を充電する第１の駆動回路と、前記電気機械変換素子にその他方側から駆動電圧を印加して前記第１の極性とは逆の第２の極性の電荷を充電する第２の駆動回路とを備え、前記駆動制御手段は、前記第１の駆動回路と第２の駆動回路とを交互に駆動させることを特徴としている。

以上説明したように、本発明の一態様に係る駆動装置によれば、駆動回路は、前記係合部材を、第１の方向に移動させる場合には０．０５より大きく、０．４５より小さいデューティ比の矩形波からなる駆動電圧を、前記第１の方向とは逆の第２の方向に移動させる場合には０．５５より大きく、０．９５より小さいデューティ比の矩形波からなる駆動電圧を、前記電気機械変換素子に印加するので、矩形波を用いて、係合部材を繰出方向と戻り方向とに移動させることができるので、駆動回路を簡素化することができる。

本発明の一実施形態に係る駆動装置の構成を概略的に示す図である。図１に示す駆動装置の駆動部の構成例を示す斜視図である。図１に示す駆動装置の駆動回路の構成例を示す図である。図３に示す駆動回路により圧電素子に印加される駆動パルスの波形を示す図で、（ａ）はデューティ比が０．３になるように設定されたもの、（ｂ）はデューティ比が０．７になるように設定されたものである。図１に示す駆動装置におけるｆｄ／ｆｒと係合部材の移動速度との関係を示す図である。図１に示す駆動装置における駆動電圧のデューティ比と係合部材の移動速度との関係を示す図である。図１に示す駆動装置における圧電素子に印加される駆動電圧と、圧電素子の伸縮による変位波形との関係を示す図で、（ａ）は駆動電圧のデューティ比が０．３になるように設定された場合のもの、（ｂ）は駆動電圧のデューティ比が０．７になるように設定された場合のものである。図３に示す駆動回路を制御する制御回路から出力されて各スイッチ素子に印加される駆動パルスと、圧電素子に印加される駆動電圧の波形とを示す図である。図３に示す駆動回路の各スイッチ素子の動作を説明するための図である。図３に示す駆動回路の効果を説明するための図であり、（ａ）は消費電力、（ｂ）は係合部材の移動速度を示すグラフである。図１に示す駆動装置の駆動回路の別の構成例を示すブロック図である。図１１に示す駆動回路を制御する制御回路から出力されて各スイッチ素子に印加される駆動パルスと、圧電素子に印加される駆動電圧の波形とを示す図である。図１に示す駆動部の別の構成例を示す図で、（ａ）はその分解斜視図、（ｂ）はその正面図である。従来例の駆動装置の構成を概略的に示す図である。図１４に示す駆動装置の駆動回路の構成例を示すブロック図である。図１４に示す駆動回路の出力波形を示す図で、（ａ）は繰出波形、（ｂ）は戻り波形である。

図１は、本発明の一実施形態に係るインパクト型圧電アクチュエータからなる駆動装置の基本構成を概略的に示すブロック図である。この図において、駆動装置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係合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。

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、素子固定式構造のものであり、支持部材２４、圧電素子２６、駆動部材２８及び係合部材３０から構成されている。

支持部材２４は、圧電素子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の収容空間２４４及び第２の収容空間２４５を有している。この第１の収容空間２４４には、圧電素子２６がその分極方向である伸縮方向を支持部材２４の軸方向と一致させて収容されている。また、第２の収容空間２４５には、駆動部材２８と係合部材３０の一部とが収容されている。

圧電素子２６は、例えば、所要の厚みを有する複数枚の圧電基板を各圧電基板間に図略の電極を介して積層することにより構成したものであり、その伸縮方向（積層方向）である長手方向の一方端面が第１の収容空間２４４の一方端部２４１側端面に固着されている。支持部材２４の他方端部２４２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。

駆動部材２８の第１の収容空間２４４内に突出した端部は圧電素子２６の他方端面に固着され、駆動部材２８の第２の収容空間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素子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、圧電素子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。

係合部材３０は、駆動部材２８の軸方向の両側に取付部３０１を有する基部３０２と、両取付部３０１の間に装着される挟み込み部材３０３とを備えており、基部３０２が駆動部材２８に遊嵌されると共に、挟み込み部材３０３が板ばね３０４により押圧されることにより駆動部材２８に接触することで係合部材３０が所定の摩擦力で駆動部材２８に結合され、係合部材３０に対してその摩擦力よりも大きな駆動力が作用したときに駆動部材２８の軸方向に沿って移動可能とされている。なお、係合部材３０には駆動対象物であるレンズＬ（図１）が取り付けられている。

図３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、図略の駆動電源から駆動電圧＋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ＦＥＴであるスイッチ素子Ｑ２からなる第２スイッチ回路１４２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Ｓｃ１，Ｓｃ２，Ｓｃ３，Ｓｃ４を供給する制御信号供給手段としての制御回路１４５が接続されて構成されている。

第１スイッチ回路１４１を構成するスイッチ素子Ｑ１及び第３スイッチ回路１４３を構成するスイッチ素子Ｑ３はＰチャネルＦＥＴであり、第２スイッチ回路１４２を構成するスイッチ素子Ｑ２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チャネルＦＥＴである。ＰチャネルＦＥＴであるスイッチ素子Ｑ１，Ｑ３は駆動制御信号がローレベルのときにオンになり、ＮチャネルＦＥＴであるスイッチ素子Ｑ２，Ｑ４は駆動制御信号がハイレベルのときにオンになる。なお、第１スイッチ回路１４１及び第２スイッチ回路１４２の接続点ｃと、第３スイッチ回路１４３及び第４スイッチ回路１４４の接続点ｄとの間に圧電素子２６が接続されてブリッジ回路１４６が構成されている。

このように構成された駆動回路１４において、第１スイッチ回路１４１及び第４スイッチ回路１４４は圧電素子２６に対し、その一方側から駆動電圧＋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は圧電素子２６に対し、その他方側から（すなわち、逆方向から）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２の駆動回路（第２の駆動手段）を構成することになる。

このように駆動回路１４と圧電素子２６とでブリッジ回路１４６を構成した場合、圧電素子２６には−Ｖｐ〜＋Ｖｐの電圧が印加されるので、圧電素子２６の駆動電圧が等価的に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駆動装置１０を得ることができるという利点がある。

図１に戻り、部材センサ１６は、係合部材３０の移動可能範囲内に配設されており、ＭＲＥ（Magneto Resistive Effect）素子やＰＳＤ（Position Sensitive Device）素子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。これにより、係合部材３０の位置が部材センサ１６により検出されることで係合部材３０の所定位置への移動制御が可能となる一方、係合部材３０の位置が基端センサ１８及び先端センサ２０で検出されることで係合部材３０のそれ以上の移動が禁止される。

制御部２２は、演算処理を行うＣＰＵ（Central 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制御回路１４５から所定のデューティ比の駆動パルスを出力させ、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一方、後述する第２スイッチ回路１４２及び第４スイッチ回路１４４からなる放電回路を駆動する駆動制御手段を構成する。

次に、本発明の駆動装置１０に適用される駆動回路１４の駆動動作の説明を行うに先立ち、図４乃至図７を参照して駆動回路１４の原理的な動作説明を行う。すなわち、図４は、駆動回路１４の原理的な動作を説明するための駆動電圧のパルス波形を示す図であり、同図（ａ）は駆動電圧の駆動周波数ｆｄが支持部材２４及び駆動部材２８が固着された状態での圧電素子２６の共振周波数ｆｒの０．７倍（ｆｄ＝０．７×ｆｒ）となるように設定され、デューティ比Ｄ（Ｄ＝Ｂ／Ａ）が０．３になるように設定されたもの、同図（ｂ）は駆動電圧の駆動周波数ｆｄが支持部材２４及び駆動部材２８が固着された状態での圧電素子２６の共振周波数ｆｒの０．７倍（ｆｄ＝０．７×ｆｒ）となるように設定され、デューティ比Ｄ（Ｄ＝Ｂ／Ａ）が０．７になるように設定されたものである。

このように、図４（ａ）に示す矩形波からなる駆動電圧が圧電素子２６に印加された場合は係合部材３０が駆動部材２８に沿って繰出方向（圧電素子２６から離反する方向）である矢印ａ方向に移動し、図４（ｂ）に示す矩形波からなる駆動電圧が圧電素子２６に印加された場合は係合部材３０が駆動部材２８に沿って戻り方向（圧電素子２６に接近する方向）である矢印ａとは逆方向に移動することになる。駆動電圧をこのように設定したのは、支持部材２４及び駆動部材２８が固着されている状態での圧電素子２６の共振周波数ｆｒに対する駆動電圧の周波数ｆｄの比（ｆｄ／ｆｒ）と係合部材３０の移動速度との関係を確認した結果、図５に示すような関係にあることが明らかとなったことによる。

すなわち、従来では、鋸歯形状の波形を有する駆動電圧が印加された場合に圧電素子２６が駆動するものと考えられていたため、その駆動回路が不可避的に複雑となり、低コスト化と小型化とに制約を受けるという問題があったが、本発明に係る駆動装置１０の駆動回路１４では、上記のように駆動電圧が生成の容易な矩形波からなるものでよいことから低コスト化と小型化とが促進されるという利点がある。

この図５に示す特性図は、矩形波からなる駆動電圧のデューティ比が０．３の場合（係合部材３０が繰出方向に移動する場合）のものであるが、そのデューティ比が０．７の場合（係合部材３０が戻り方向に移動する場合）は勿論のこと、そのデューティ比が０．０５〜０．９５の範囲内にある場合には略同様の関係を有することが確認されている。

この図５に示す特性図からも明らかなように、ｆｄ／ｆｒの値が０．３乃至１．５の範囲内にある場合には係合部材３０が実質的に移動可能となり、ｆｄ／ｆｒの値が０．３に満たない場合及び１．５を超える場合には係合部材３０が移動不能となる。従って、圧電素子２６の共振周波数ｆｒに対する駆動電圧の周波数ｆｄは、図４に示すものだけではなく必要に応じて０．３＜ｆｄ＜１．５の範囲内で適宜設定することができる。

また、矩形波からなる駆動電圧のデューティ比と係合部材３０の移動方向（繰出方向及び戻り方向）との関係を確認した結果、図６に示すような関係を有していることが明らかとなっている。すなわち、デューティ比Ｄが０．０５乃至０．４５の範囲内（０．０５＜Ｄ＜０．４５）にあるときには、係合部材３０は繰出方向に移動し、デューティ比Ｄが０．５５乃至０．９５の範囲内（０．５５＜Ｄ＜０．９５）にあるときには、係合部材３０は戻り方向に移動する。従って、デューティ比Ｄは、図４に示すものだけではなく必要に応じて０．０５＜Ｄ＜０．４５又は０．５５＜Ｄ＜０．９５の範囲内で適宜設定することができる。

なお、支持部材２４及び駆動部材２８が固着された状態での圧電素子２６の共振周波数ｆｒは、次の数１により求めたものである。

この数１におけるｆｒｏは圧電素子２６の両電極間におけるフリー共振周波数（圧電素子２６自体の電極間方向における共振周波数）、ｍｐは圧電素子２６の質量、ｍｆは駆動部材２８の質量をそれぞれ表わしている。なお、支持部材２４の質量は、共振系における圧電素子２６の共振周波数ｆｒに関係するが、支持部材２４の質量は圧電素子２６及び駆動部材２８の各質量を加算したものに比べて十分大きな値を有しており、共振周波数ｆｒに与える影響は小さいので演算パラメータとして考慮する必要はない。また、係合部材３０は、圧電素子２６の共振時には駆動部材２８に対して滑りを生じて実質的に共振系の要素として考慮する必要はないので、上記数１の演算パラメータとしては含まれていない。

図７は、圧電素子２６に印加される駆動回路１４からの駆動電圧のパルス波形と、圧電素子２６の伸縮による変位との対応関係を示す図で、同図（ａ）は図４（ａ）に示す駆動電圧が印加された場合であり、同図（ｂ）は図４（ｂ）に示す駆動電圧が印加された場合をそれぞれ示している。なお、圧電素子２６の伸縮による変位は、レーザードップラー振動計により測定したものである。

このように、圧電素子２６に図４（ａ）に示す駆動電圧が印加された場合は圧電素子２６の変位波形が緩慢な立ち上がり部と急峻な立ち下がり部とを有する鋸歯形状となり、圧電素子２６に図４（ｂ）に示す駆動電圧が印加された場合は圧電素子２６の変位波形が急峻な立ち上がり部と緩慢な立ち下がり部とを有する鋸歯形状となっていることが確認された。

すなわち、圧電素子２６の変位が図７（ａ）に示すような緩慢な立ち上がり部を有する波形を呈するとき（すなわち、圧電素子２６が緩やかに伸長するとき）は、係合部材３０が駆動部材２８と共に繰出方向に移動し、圧電素子２６の変位が図７（ａ）に示すような急峻な立下り部を有する波形を呈するとき（すなわち、圧電素子２６が急激に縮小するとき）は、駆動部材２８が戻り方向に移動しても係合部材３０は駆動部材２８上をスリップして略同位置に留まることになる。このため、図７（ａ）に示す駆動電圧が圧電素子２６に繰り返し印加されることで、係合部材３０は繰出方向に間欠的に移動することになる。

また、圧電素子２６の変位が図７（ｂ）に示すような急峻な立ち上がり部を有する波形を呈するとき（すなわち、圧電素子２６が急激に伸長するとき）は、駆動部材２８が繰出方向に移動しても係合部材３０は駆動部材２８上をスリップして略同位置に留まることになり、圧電素子２６の変位が図７（ｂ）に示すような緩慢な立下り部を有する波形を呈するとき（すなわち、圧電素子２６が緩やかに縮小するとき）は、係合部材３０が駆動部材２８と共に戻り方向に移動することになる。このため、図７（ｂ）に示す駆動電圧が圧電素子２６に繰り返し印加されることで、係合部材３０は戻り方向に間欠的に移動することになる。

このように、例えば、図４（ａ），（ｂ）に示す駆動電圧が圧電素子２６に印加された場合、圧電素子２６の変位波形が鋸歯形状となるのは次のような理由による。すなわち、矩形波は基本波である正弦波と複数次の高調波とからなるものであるが、駆動電圧の駆動周波数ｆｄが圧電素子２６の共振周波数ｆｒに対して０．３倍よりも大きく１．５倍よりも小さいとき（０．３×ｆｒ＜ｆｄ＜１．５×ｆｒ）、共振系における圧電素子２６の共振周波数の影響を受けて矩形波を形成している高調波成分のうち３次以上の高次の高調波のゲインが大きく減衰し、圧電素子２６に印加される駆動電圧が実質的に基本波と２次高調波とからなる波形（すなわち、略鋸歯形状の波形）を有するものとなるからである。

また、駆動電圧のデューティ比のある値を境にして係合部材３０の移動方向が繰出方向と戻り方向間で反転するのは、そのデューティ比に対応して基本波に対する２次高調波の位相がずれ、基本波と２次高調波とからなる鋸歯波形における立ち上がり部と立ち下がり部の各傾斜が変化することになるからである。すなわち、デューティ比Ｄが０．０５＜Ｄ＜０．４５の範囲内にあるときには、２次高調波の位相のずれが大きくなって緩慢な立ち上がり部と急峻な立ち下がり部を有する鋸歯波形となることから係合部材３０は繰出方向に移動し、デューティ比Ｄが０．５５＜Ｄ＜０．９５の範囲内にあるときには、２次高調波の位相のずれが小さくなって急峻な立ち上がり部と緩慢な立ち下がり部を有する鋸歯波形となることから係合部材３０は戻り方向に移動する。

図８は、本発明に係る駆動装置１０に適用される駆動回路１４の動作説明を行うための図で、図３に示す駆動回路１４を制御する制御回路１４５から出力されて各スイッチ素子Ｑ１〜Ｑ４に印加される駆動パルスと、圧電素子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８に示す駆動電圧は、上述したように矩形波からなるものであり、その駆動周波数ｆｄが支持部材２４及び駆動部材２８の固着された状態での圧電素子２６の共振周波数ｆｒに対し、０．７倍に設定されると共に、繰出方向における波形についてはデューティ比Ｄが０．３に設定され、戻り方向の波形についてはデューティ比Ｄが０．７に設定されたものである。この駆動電圧が圧電素子２６に印加されることで係合部材３０は繰出方向と戻り方向とに移動することになる。

この図８に示すように、駆動装置１０の駆動時には、制御回路１４５からハイレベルの駆動制御信号Ｓｃ１，Ｓｃ２がスイッチ素子Ｑ１，Ｑ２に入力されるときには、ローレベルの駆動制御信号Ｓｃ３，Ｓｃ４がスイッチ素子Ｑ３，Ｑ４に入力され、ローレベルの駆動制御信号Ｓｃ１，Ｓｃ２がスイッチ素子Ｑ１，Ｑ２に入力されるときには、ハイレベルの駆動制御信号Ｓｃ３，Ｓｃ４がスイッチ素子Ｑ３，Ｑ４に入力される。

これらの駆動制御信号のうち、駆動制御信号Ｓｃ３，Ｓｃ４は、駆動制御信号Ｓｃ１，Ｓｃ２がハイからローに切り替わるときにはそれよりも僅かに速いタイミングでローからハイに切り替わり、駆動制御信号Ｓｃ１，Ｓｃ２がローからハイに切り替わるときにはそれよりも僅かに遅いタイミングでハイからローに切り替わるように設定されている。

制御回路１４５から上記のような駆動制御信号が繰り返し出力されることにより、スイッチ素子Ｑ１，Ｑ４及びスイッチ素子Ｑ２，Ｑ３が所定の周期で交互にオン、オフを繰り返すことになる。すなわち、スイッチ素子Ｑ１，Ｑ４がオンのときには圧電素子２６は＋Ｖｐに充電され、スイッチ素子Ｑ２，Ｑ３がオンのときには圧電素子２６は−Ｖｐに充電されることになる結果、圧電素子２６には見掛け上電源電圧Ｖｐの２倍（２Ｖｐ）の電圧が印加されたことになり、係合部材３０の移動速度を速くすることができて駆動装置１０を効果的に動作させることができる。なお、駆動電圧のデューティ比Ｄが０．３に設定された駆動パルスでは係合部材３０は繰出方向に移動し、駆動電圧のデューティ比Ｄが０．７に設定された駆動パルスでは係合部材３０は戻り方向に移動する。

しかも、上記のように駆動制御信号Ｓｃ３，Ｓｃ４は、駆動制御信号Ｓｃ１，Ｓｃ２がハイからローに切り替わるときにはそれよりも僅かに速いタイミングでローからハイに切り替わり、駆動制御信号Ｓｃ１，Ｓｃ２がローからハイに切り替わるときにはそれよりも僅かに遅いタイミングでハイからローに切り替わるように設定されているので、スイッチ素子Ｑ１，Ｑ４の駆動期間である圧電素子２６に対する充電期間と、スイッチ素子Ｑ２，Ｑ３の駆動期間である圧電素子２６に対する充電期間との間に、スイッチ素子Ｑ２，Ｑ４の駆動により圧電素子２６に充電されている電荷を放電させる放電期間が形成され、これにより消費電力が大幅に削減されることになる。従って、スイッチ素子Ｑ２，Ｑ４は、それらが同時に駆動されるときには圧電素子２６に充電されている電荷を放電させる放電回路を構成することになる。

すなわち、スイッチ素子Ｑ２，Ｑ３が共にオンになって圧電素子２６に逆方向から駆動電圧Ｖｐが印加されて充電が行われたあと（Ｖｓ＝−ＶＰ）、スイッチ素子Ｑ１，Ｑ４が共にオンになる前にスイッチ素子Ｑ２，Ｑ４が共にオンになる期間が形成される。このとき、圧電素子２６に充電されていた−ＶＰの電荷がスイッチ素子Ｑ２，Ｑ４を介して放電されることになる。そして、スイッチ素子Ｑ１，Ｑ４が共にオンになって圧電素子２６に駆動電圧Ｖｐが印加されて充電が行われたあと（Ｖｓ＝＋ＶＰ）、スイッチ素子Ｑ２，Ｑ３が共にオンになる前にスイッチ素子Ｑ２，Ｑ４が共にオンになる期間が形成される。このとき、圧電素子２６に充電されていた＋ＶＰの電荷がスイッチ素子Ｑ２，Ｑ４を介して放電されることになる。

このように、スイッチ素子Ｑ１，Ｑ４の駆動期間とスイッチ素子Ｑ２，Ｑ３の駆動期間との間に、スイッチ素子Ｑ２，Ｑ４の駆動による放電期間が形成されることから、圧電素子２６を＋Ｖｐに充電するときも−Ｖｐに充電するときにも充電に必要な電荷を供給するだけでよいことから不要な電力消費を削減することができる。これに対し、このようなスイッチ素子Ｑ２，Ｑ４の駆動による放電期間を形成しないときには、圧電素子２６の放電時にも圧電素子２６に駆動電圧Ｖｐが印加されることから不要な電力を消費することになる。

図９は、この状態を説明するための図であり、スイッチ素子Ｑ２，Ｑ３が共にオンになる期間（このとき、スイッチ素子Ｑ１，Ｑ４は共にオフ）を第１期間、この第１期間の後に形成されるスイッチ素子Ｑ２，Ｑ４が共にオンになる期間（このとき、スイッチ素子Ｑ１，Ｑ３は共にオフ）を第２期間、この第２期間の後に形成されるスイッチ素子Ｑ１，Ｑ４が共にオンになる期間（このとき、スイッチ素子Ｑ２，Ｑ３は共にオフ）を第３期間、この第３期間の後に形成されるスイッチ素子Ｑ２，Ｑ４が共にオンになる期間（このとき、スイッチ素子Ｑ１，Ｑ３は共にオフ）を第４期間とする。

なお、これら第１期間乃至第４期間に制御回路１４５から出力される駆動制御信号Ｓｃ１乃至Ｓｃ４と圧電素子２６の充電電圧との対応関係を表１に示している。ここで、「Ｈ」はハイ信号を示し、「Ｌ」はロー信号を示している。

この第１期間では、圧電素子２６に−ｑの電荷が充電され（このとき、Ｖｓ＝−Ｖｐ）、第２期間では、第１期間で圧電素子２６に充電された−ｑの電荷が放電される。また、第３期間では、圧電素子２６に＋ｑの電荷が充電され（このとき、Ｖｓ＝＋Ｖｐ）、第４期間では、第３期間で圧電素子２６に充電された＋ｑの電荷が放電される。なお、圧電素子２６には、その分極方向に駆動電圧Ｖｐが印加されるようになっている。

符号Ｃ１で示す円内は、第２期間における圧電素子２６に印加される電圧の波形を拡大して示しており、期間ａはスイッチ素子Ｑ４にハイ信号が印加されてから実際にスイッチが切り替わるまでの切替時間、期間ｂはスイッチ素子Ｑ４が切り替わってから圧電素子２６に充電されている電荷が放電されるまでの放電時間をそれぞれ示している。従って、第２期間はこれらの期間ａ及び期間ｂを加算した値あるいはそれに近似した値に設定される。

また、符号Ｃ２で示す円内は、第４期間における圧電素子２６に印加される電圧の波形を拡大して示しており、期間ｃはスイッチ素子Ｑ４にロー信号が印加されてから実際にスイッチが切り替わるまでの切替時間、期間ｄはスイッチ素子Ｑ２が切り替わってから圧電素子２６に充電されている電荷が放電されるまでの放電時間をそれぞれ示している。従って、第４期間はこれらの期間ｃ及び期間ｄを加算した値あるいはそれに近似した値に設定される。

実験結果によれば、図１０（ａ）に示すように、上記のようにスイッチ素子Ｑ２，Ｑ３の駆動期間（充電期間）である第1期間とスイッチ素子Ｑ１，Ｑ４の駆動期間（充電期間）である第３期間との間、及びスイッチ素子Ｑ１，Ｑ４の駆動期間（充電期間）である第３期間とスイッチ素子Ｑ２，Ｑ３の駆動期間（充電期間）である第1期間との間に、スイッチ素子Ｑ２，Ｑ４の駆動期間（放電期間）である第２期間及び第４期間をそれぞれ設けた構成とした場合の消費電力は７７ｍＷであったのに対し、第２期間及び第４期間を設けなかった構成とした場合の消費電力は１４３ｍＷであった（４６％の向上）。また、圧電素子２６に印加される駆動電圧に段差ができる関係で係合部材３０の移動速度が若干低下する懸念があったが、図１０（ｂ）に示すように、本発明に係るものでは係合部材３０の移動速度は９．３ｍｍ／ｓｅｃであったのに対し、従来例のものでは９．９ｍｍ／ｓｅｃであり、約６％低下するのみで格別大きな変化はなかった。

図１１は、駆動回路１４の別の構成例を示す図である。この図において、駆動回路１４’は、図略の駆動電源から駆動電圧＋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１５１及びＭＯＳ型ＦＥＴであるスイッチ素子Ｑ２からなる第２スイッチ回路１５２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１５３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１５４の直列回路が接続されて構成されている。

また、第２スイッチ回路１５２に抵抗素子Ｒ１及びＭＯＳ型ＦＥＴであるスイッチ素子Ｑ５の直列回路からなる第５スイッチ回路１５５が並列接続されると共に、第４スイッチ回路１５４に抵抗素子Ｒ２及びＭＯＳ型ＦＥＴであるスイッチ素子Ｑ６の直列回路からなる第６スイッチ回路１５６が並列接続され、各スイッチ回路１５１乃至１５６に駆動制御信号Ｓｃ１，Ｓｃ２，Ｓｃ３，Ｓｃ４，Ｓｃ５，Ｓｃ６を供給する制御信号供給手段としての制御回路１５７が接続されて構成されている。なお、この制御回路１５７は、駆動回路１４の場合と同様に制御部２２により制御されて各スイッチ回路を制御する。

第１スイッチ回路１５１を構成するスイッチ素子Ｑ１及び第３スイッチ回路１５３を構成するスイッチ素子Ｑ３はＰチャネルＦＥＴであり、第２スイッチ回路１５２を構成するスイッチ素子Ｑ２、第４スイッチ回路１５４を構成するスイッチ素子Ｑ４、第５スイッチ回路１５５を構成するスイッチ素子Ｑ５、及び第６スイッチ回路１５６を構成するスイッチ素子Ｑ６はＮチャネルＦＥＴである。なお、第１スイッチ回路１５１及び第２スイッチ回路１５２の接続点ｃと、第３スイッチ回路１５３及び第４スイッチ回路１５４の接続点ｄとの間に圧電素子２６が接続されてブリッジ回路１５８が構成されている。

このように構成された駆動回路１４’において、係合部材３０を繰出方向に移動させる場合には、第１スイッチ回路１５１及び第６スイッチ回路１５６は圧電素子２６に対し、その一方側から駆動電圧＋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１５２及び第３スイッチ回路１５３は圧電素子２６に対し、その他方側から（すなわち、逆方向から）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２の駆動回路（第２の駆動手段）を構成することになる。

また、係合部材３０を戻り方向に移動させる場合には、第１スイッチ回路１５１及び第４スイッチ回路１５４は圧電素子２６に対し、その一方側から駆動電圧＋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３スイッチ回路１５３及び第５スイッチ回路１５５は圧電素子２６に対し、その他方側から（すなわち、逆方向から）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２の駆動回路（第２の駆動手段）を構成することになる。

このように駆動回路１４’と圧電素子２６とでブリッジ回路１５８を構成した場合、駆動回路１４の場合と同様に圧電素子２６には−Ｖｐ〜＋Ｖｐの電圧が印加されるので、圧電素子２６の駆動電圧が等価的に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駆動装置１０を得ることができるという利点がある。

図１２は、駆動回路１４’の動作説明を行うための図で、図１１に示す駆動回路１４’を制御する制御回路１５７から出力されて各スイッチ素子Ｑ１〜Ｑ６に印加される駆動パルスと、圧電素子２６に印加される駆動電圧の波形とを示す図である。なお、先の駆動回路１４では、圧電素子２６に矩形波からなる駆動電圧を印加することで係合部材３０を移動するようにしたものであるが、この駆動回路１４’では、圧電素子２６に鋸歯形状の駆動電圧を印加することで係合部材３０を移動するようにしたものである。すなわち、緩慢な立ち上がり部と急峻な立ち下がり部とを有する鋸歯形状の駆動電圧を印加することにより係合部材３０を繰出方向に移動するようにし、急峻な立ち上がり部と緩慢な立ち下がり部とを有する鋸歯形状の駆動電圧を印加することにより係合部材３０を戻り方向に移動するようにしている。

この図１２に示すように、駆動装置１０の駆動時であって係合部材３０を繰出方向に移動させる場合では、制御回路１５７からハイレベルの駆動制御信号Ｓｃ１，Ｓｃ２がスイッチ素子Ｑ１，Ｑ２に入力されるとき、ローレベルの駆動制御信号Ｓｃ３，Ｓｃ４，Ｓｃ５，Ｓｃ６がスイッチ素子Ｑ３，Ｑ４，Ｑ５，Ｑ６に入力され、ローレベルの駆動制御信号Ｓｃ１，Ｓｃ２，Ｓｃ４，Ｓｃ５がスイッチ素子Ｑ１，Ｑ２，Ｑ４，Ｑ５に入力されるとき、ハイレベルの駆動制御信号Ｓｃ３，Ｓｃ６がスイッチ素子Ｑ３，Ｑ６に入力される。

これらの駆動制御信号のうち、駆動制御信号Ｓｃ６は、駆動制御信号Ｓｃ３がローからハイに切り替わるときに同じタイミングでローからハイに切り替わり、駆動制御信号Ｓｃ２は、駆動制御信号Ｓｃ３がローからハイに切り替わるときにそれよりも僅かに遅いタイミングでハイからローに切り替わるように設定されている。また、駆動制御信号Ｓｃ６は、駆動制御信号Ｓｃ３がハイからローに切り替わるときに同じタイミングでハイからローに切り替わり、駆動制御信号Ｓｃ２は、駆動制御信号Ｓｃ３がハイからローに切り替わるときにそれよりも僅かに速いタイミングでローからハイに切り替わるように設定されている。

制御回路１５７から上記のような駆動制御信号が繰り返し出力されることにより、スイッチ素子Ｑ１，Ｑ６及びスイッチ素子Ｑ２，Ｑ３が所定の周期で交互にオン、オフを繰り返すことになる。すなわち、スイッチ素子Ｑ１，Ｑ６がオンのときには圧電素子２６は＋Ｖｐに充電され、スイッチ素子Ｑ２，Ｑ３がオンのときには圧電素子２６は−Ｖｐに充電されることになる結果、圧電素子２６には見掛け上電源電圧Ｖｐの２倍（２Ｖｐ）の電圧が印加されたことになり、係合部材３０の移動速度を速くすることができて駆動装置１０を効果的に動作させることができる。なお、スイッチ素子Ｑ１，Ｑ６がオンのときには圧電素子２６は緩やかに充電され、スイッチ素子Ｑ２，Ｑ３がオンのときには圧電素子２６は急速に充電されることになる結果、係合部材３０は繰出方向に移動する。

しかも、上記のように駆動制御信号Ｓｃ６は駆動制御信号Ｓｃ３がローからハイに切り替わるときに同じタイミングでローからハイに切り替わり、駆動制御信号Ｓｃ２は駆動制御信号Ｓｃ３がローからハイに切り替わるときにそれよりも僅かに遅いタイミングでハイからローに切り替わるように設定される一方、駆動制御信号Ｓｃ６は駆動制御信号Ｓｃ３がハイからローに切り替わるときに同じタイミングでハイからローに切り替わり、駆動制御信号Ｓｃ２は駆動制御信号Ｓｃ３がハイからローに切り替わるときにそれよりも僅かに速いタイミングでローからハイに切り替わるように設定されているので、スイッチ素子Ｑ１，Ｑ６の駆動期間である圧電素子２６に対する充電期間と、スイッチ素子Ｑ２，Ｑ３の駆動期間である圧電素子２６に対する充電期間との間に、スイッチ素子Ｑ２，Ｑ６の駆動により圧電素子２６に充電されている電荷を放電させる放電期間が形成され、これにより消費電力が大幅に削減されることになる。従って、スイッチ素子Ｑ２，Ｑ６（すなわち、第２スイッチ回路１５２及び第６スイッチ回路１５６）は、それらが同時に駆動されるときには圧電素子２６に充電されている電荷を放電させる放電回路を構成することになる。

すなわち、スイッチ素子Ｑ２，Ｑ３が共にオンになって圧電素子２６に逆方向から駆動電圧Ｖｐが印加されて充電が行われたあと（Ｖｓ＝−ＶＰ）、スイッチ素子Ｑ１，Ｑ６が共にオンになる前にスイッチ素子Ｑ２，Ｑ６が共にオンになる期間が形成される。このとき、圧電素子２６に充電されていた−ＶＰの電荷がスイッチ素子Ｑ２，Ｑ６を介して放電されることになる。そして、スイッチ素子Ｑ１，Ｑ６が共にオンになって圧電素子２６に駆動電圧Ｖｐが印加されて充電が行われたあと（Ｖｓ＝＋ＶＰ）、スイッチ素子Ｑ２，Ｑ３が共にオンになる前にスイッチ素子Ｑ２，Ｑ６が共にオンになる期間が形成される。このとき、圧電素子２６に充電されていた＋ＶＰの電荷がスイッチ素子Ｑ２，Ｑ６を介して放電されることになる。

このように、スイッチ素子Ｑ１，Ｑ６の駆動期間とスイッチ素子Ｑ２，Ｑ３の駆動期間との間に、スイッチ素子Ｑ２，Ｑ６の駆動による放電期間が形成されることから、圧電素子２６を＋Ｖｐに充電するときも−Ｖｐに充電するときにも充電に必要な電荷を供給するだけでよいことから不要な電力消費を削減することができる。これに対し、このようなスイッチ素子Ｑ２，Ｑ６の駆動による放電期間を形成しないときには、圧電素子２６の放電時にも圧電素子２６に駆動電圧Ｖｐが印加されることから不要な電力を消費することになる。

また、図１２に示すように、駆動装置１０の駆動時であって係合部材３０を戻り方向に移動させる場合では、制御回路１５７からローレベルの駆動制御信号Ｓｃ１，Ｓｃ２，Ｓｃ５，Ｓｃ６がスイッチ素子Ｑ１，Ｑ２，Ｑ５，Ｑ６に入力されるとき、ハイレベルの駆動制御信号Ｓｃ３，Ｓｃ４がスイッチ素子Ｑ３，Ｑ４に入力され、ハイレベルの駆動制御信号Ｓｃ１，Ｓｃ５がスイッチ素子Ｑ１，Ｑ５に入力されるとき、ローレベルの駆動制御信号Ｓｃ２，Ｓｃ３，Ｓｃ４，Ｓｃ６がスイッチ素子Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４，Ｑ６に入力される。

これらの駆動制御信号のうち、駆動制御信号Ｓｃ１は、駆動制御信号Ｓｃ５がローからハイに切り替わるときに同じタイミングでローからハイに切り替わり、駆動制御信号Ｓｃ３は、駆動制御信号Ｓｃ５がローからハイに切り替わるときにそれよりも僅かに速いタイミングでハイからローに切り替わるように設定されている。また、駆動制御信号Ｓｃ１は、駆動制御信号Ｓｃ４がローからハイに切り替わるときにそれよりも僅かに速いタイミングでハイからローに切り替わり、駆動制御信号Ｓｃ３は、駆動制御信号Ｓｃ４がローからハイに切り替わるときに同じタイミングでローからハイに切り替わるように設定されている。

制御回路１５７から上記のような駆動制御信号が繰り返し出力されることにより、スイッチ素子Ｑ１，Ｑ４及びスイッチ素子Ｑ３，Ｑ５が所定の周期で交互にオン、オフを繰り返すことになる。すなわち、スイッチ素子Ｑ１，Ｑ４がオンのときには圧電素子２６は＋Ｖｐに充電され、スイッチ素子Ｑ３，Ｑ５がオンのときには圧電素子２６は−Ｖｐに充電されることになる結果、圧電素子２６には見掛け上電源電圧Ｖｐの２倍（２Ｖｐ）の電圧が印加されたことになり、係合部材３０の移動速度を速くすることができて駆動装置を効果的に動作させることができる。なお、スイッチ素子Ｑ１，Ｑ４がオンのときには圧電素子２６は急速に充電され、スイッチ素子Ｑ３，Ｑ５がオンのときには圧電素子２６は緩やかに充電されることになる結果、係合部材３０は戻り方向に移動する。

しかも、上記のように駆動制御信号Ｓｃ１は駆動制御信号Ｓｃ５がローからハイに切り替わるときに同じタイミングでローからハイに切り替わり、駆動制御信号Ｓｃ３は、駆動制御信号Ｓｃ５がローからハイに切り替わるときにそれよりも僅かに速いタイミングでハイからローに切り替わるように設定される一方、駆動制御信号Ｓｃ１は駆動制御信号Ｓｃ４がローからハイに切り替わるときにそれよりも僅かに速いタイミングでハイからローに切り替わり、駆動制御信号Ｓｃ３は、駆動制御信号Ｓｃ４がローからハイに切り替わるときに同じタイミングでローからハイに切り替わるように設定されているので、スイッチ素子Ｑ１，Ｑ４の駆動期間である圧電素子２６に対する充電期間と、スイッチ素子Ｑ３，Ｑ５の駆動期間である圧電素子２６に対する充電期間との間に、スイッチ素子Ｑ１，Ｑ３の駆動により圧電素子２６に充電されている電荷を放電させる放電期間が形成され、これにより消費電力が大幅に削減されることになる。従って、スイッチ素子Ｑ１，Ｑ３（すなわち、第１スイッチ回路１５２及び第３スイッチ回路１５３）は、それらが同時に駆動されるときには圧電素子２６に充電されている電荷を放電させる放電回路を構成することになる。

すなわち、スイッチ素子Ｑ１，Ｑ４が共にオンになって圧電素子２６に駆動電圧Ｖｐが印加されて充電が行われたあと（Ｖｓ＝＋ＶＰ）、スイッチ素子Ｑ３，Ｑ５が共にオンになる前にスイッチ素子Ｑ１，Ｑ３が共にオンになる期間が形成される。このとき、圧電素子２６に充電されていた＋ＶＰの電荷がスイッチ素子Ｑ１，Ｑ３を介して放電されることになる。そして、スイッチ素子Ｑ３，Ｑ５が共にオンになって圧電素子２６に駆動電圧Ｖｐが印加されて充電が行われたあと（Ｖｓ＝−ＶＰ）、スイッチ素子Ｑ１，Ｑ４が共にオンになる前にスイッチ素子Ｑ１，Ｑ３が共にオンになる期間が形成される。このとき、圧電素子２６に充電されていた−ＶＰの電荷がスイッチ素子Ｑ１，Ｑ３を介して放電されることになる。

このように、スイッチ素子Ｑ１，Ｑ４の駆動期間とスイッチ素子Ｑ３，Ｑ５の駆動期間との間に、スイッチ素子Ｑ１，Ｑ３の駆動による放電期間が形成されることから、圧電素子２６を＋Ｖｐに充電するときも−Ｖｐに充電するときにも充電に必要な電荷を供給するだけでよいことから不要な電力消費を削減することができる。これに対し、このようなスイッチ素子Ｑ１，Ｑ３の駆動による放電期間を形成しないときには、圧電素子２６の放電時にも圧電素子２６に駆動電圧Ｖｐが印加されることから不要な電力を消費することになる。

なお、駆動部１２は、図２に示すような素子固定式構造のものではなく、例えば、図１３に示すような自走式構造のものであっても上記の駆動回路１４，１４’により駆動することができる。図１３（ａ）は自走式構造の駆動部１２の分解斜視図であり、図１３（ｂ）はその駆動部１２の正面図である。

すなわち、この図１３に示す駆動部１２’は、位置固定される係合部材（ベース部材）４０と移動部材４２とから構成されている。係合部材４０は、基板４４と、基板４４の略中央位置に所定の間隔をおいて対向配置され、板ばね等の弾性部材４６，４８により取り付けられた一対の狭持部材５０，５２と、基板４４の左右両端部に取り付けられた一対のガイド部材５４，５６とを備えている。各ガイド部材５４，５６の外側面には、回転自在の複数のボール部材５８，６０が取り付けられている。

移動部材４２は、駆動体６３と、この駆動体６３に一体に取り付けられた移動体６５とから構成されている。駆動体６３は、支持部材６７、圧電素子６９及び駆動部材７１から構成されている。支持部材６７は、圧電素子６９及び駆動部材７１を保持するものであり、直方体の軸方向両端部６７１，６７２及び略中央の仕切壁６７３を残して刳り貫くことにより形成された第１の収容空間６７４及び第２の収容空間６７５を有している。この第１の収容空間６７４には、圧電素子６９がその伸縮方向を支持部材６７の軸方向と一致させて収容されている。また、第２の収容空間６７５には、駆動部材７１が軸方向に移動可能に収容されている。

圧電素子６９は、図２に示す圧電素子２６と同様に構成されたものであり、その伸縮方向（積層方向）である長手方向の一方端面が第１の収容空間６７４の一方端部６７１側端面に固着されている。駆動部材７１は、支持部材６７の左右両側に膨出する膨出部７１１が中央部に一体形成され、この膨出部７１１が第２の収容空間６７５に位置すると共に、仕切壁６７３に形成された貫通孔を介して第１の収容空間６７４内に突出した端部は圧電素子６９の他方端面に固着され、支持部材６７の他方端部６７２に形成された貫通孔を介して第２の収容空間６７５の外部に突出した端部は自由端とされている。

移動体６５は、平板部６５１と、平板部６５１の左右両側に下方に伸びる側壁部６５２，６５３が形成されると共に、各側壁部６５２，６５３の内側に摺動部材６５４，６５５が形成されたもので、移動部材４２における支持部材６７の上面にねじ部材６５６により固定されている。

このように構成された移動部材４２は、駆動部材７１の膨出部７１１が係合部材４０の一対の挟持部材５０，５２間に移動可能に挟持されることで係合部材４０に組み付けられることになる。すなわち、係合部材４０が図２の係合部材３０に対応するものであり、この係合部材４０が駆動部材７１に対して所定の摩擦力で結合され、駆動部１２’が構成されることになる。

この駆動部１２’では、駆動回路１４，１４’から例えば図４（ａ）に示す波形を有する駆動電圧が印加されて圧電素子６９が緩やかに伸長すると、駆動部材７１が静止した状態で支持部材６７が係合部材４０の一方側に移動し、その後に圧電素子６９が急激に縮小すると、支持部材６７が静止した状態で駆動部材７１が狭持部材５０，５２による摩擦力に打ち勝って係合部材４０の一方側に移動する。この繰り返し動作により支持部材６７が移動体６５と共に、係合部材４０の一方側に間欠的に移動することになる。

また、駆動回路１４，１４’から例えば図４（ｂ）に示す波形を有する駆動電圧が印加されて圧電素子６９が急激に伸長すると、支持部材６７が静止した状態で駆動部材７１が狭持部材５０，５２による摩擦力に打ち勝って係合部材４０の他方側に移動し、その後に圧電素子６９が緩やかに縮小すると駆動部材７１が静止した状態で支持部材６７が係合部材４０の他方側に移動する。この繰り返し動作により支持部材６７が移動体６５と共に、係合部材４０の他方側に間欠的に移動することになる。

以上のように、本発明の実施形態に係る駆動装置１０は、駆動回路１４，１４’が、圧電素子２６にその一方側から駆動電圧を印加して充電する第１の駆動回路と、圧電素子２６にその他方側から駆動電圧を印加して充電する第２の駆動回路と、各駆動回路により圧電素子２６に充電された電荷を放電する放電回路とを備え、駆動制御手段は第１の駆動回路と第２の駆動回路とを交互に駆動させると共に、第１の駆動回路の駆動期間と第２の駆動回路の駆動期間との間に放電回路を駆動するようにしているので、圧電素子２６を＋Ｖｐに充電するときも−Ｖｐに充電するときにも充電に必要な電荷を供給するだけでよいことから駆動回路の複雑化等を招くことなく、消費電力を可及的に抑制して電池電源で有効に駆動することができるようになる。

なお、本発明は、上記実施形態のものに限定されるものではなく、種々の変形態様を採用することができる。例えば、図３に示す駆動回路１４の場合では、スイッチ素子Ｑ２，Ｑ４と大地との間に所定の抵抗値を有する抵抗素子を接続するようにしたり、図１１に示す駆動回路１４’の場合では、第５スイッチ回路１５５及び第６スイッチ回路１５６を除去する一方、スイッチ素子Ｑ２，Ｑ４と大地との間に所定の抵抗値を有する抵抗素子を接続するようにしたりすることができる。

１０圧電アクチュエータ（駆動装置）
１２，１２’ 駆動部
１４，１４’ 駆動回路
２２制御部（駆動制御手段）
２４，６７支持部材
２６，６９圧電素子（電気機械変換素子）
２８，７１駆動部材
３０，４０係合部材
１４１，１５１第１スイッチ回路
１４２，１５２第２スイッチ回路
１４３，１５３第３スイッチ回路
１４４，１５４第４スイッチ回路
１５５第５スイッチ回路
１５６第６スイッチ回路
Ｑ１スイッチ素子
Ｑ２スイッチ素子
Ｑ３スイッチ素子
Ｑ４スイッチ素子
Ｑ５スイッチ素子
Ｑ６スイッチ素子
Ｒ１，Ｒ２抵抗素子

Claims

駆動電圧が印加されることにより伸縮する電気機械変換素子と、該電気機械変換素子の伸縮により駆動される駆動部材と、該駆動部材に所定の摩擦力で係合された係合部材と、前記電気機械変換素子を矩形波からなる駆動電圧により駆動する駆動回路と、該駆動回路の動作を制御する駆動制御手段とを備え、前記電気機械変換素子の伸張と縮小とを互いに異なる速度で行わせることで前記駆動部材と前記係合部材とを相対移動させる駆動装置であって、
前記駆動回路は、前記係合部材を、第１の方向に移動させる場合には０．０５より大きく、０．４５より小さいデューティ比の矩形波からなる駆動電圧を、前記第１の方向とは逆の第２の方向に移動させる場合には０．５５より大きく、０．９５より小さいデューティ比の矩形波からなる駆動電圧を、前記電気機械変換素子に印加することを特徴とする駆動装置。
前記駆動回路は、前記電気機械変換素子にその一方側から駆動電圧を印加して第１の極性の電荷を充電する第１の駆動回路と、前記電気機械変換素子にその他方側から駆動電圧を印加して前記第１の極性とは逆の第２の極性の電荷を充電する第２の駆動回路とを備え、前記駆動制御手段は、前記第１の駆動回路と第２の駆動回路とを交互に駆動させることを特徴とする請求項１記載の駆動装置。