JP2019134633A - 振動型駆動装置、振動型アクチュエータの駆動方法及び電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】振動型アクチュエータの起動性を向上させる。【解決手段】振動型駆動装置２０は、振動体１５と被駆動体１１とが接触する振動型アクチュエータ１０と、振動型アクチュエータ１０の駆動を制御する制御装置２１を有する。制御装置２１は、コイルを有し、振動体１５に印加する交流電圧を出力する共振回路１２２と、共振回路１２２の電気共振周波数ｆｅを相対的に高い周波数と低い周波数とで切り替える切替信号を出力する電気共振周波数調整部１０２とを備える。電気共振周波数調整部１０２は、振動型アクチュエータ１０が駆動されずに所定時間が経過した後に振動型アクチュエータ１０を起動する場合には電気共振周波数ｆｅを高い周波数に設定し、所定時間が経過する前に振動型アクチュエータ１０を起動する場合には電気共振周波数ｆｅを低い周波数に設定する。【選択図】図１

Description

本発明は、振動型駆動装置、振動型アクチュエータの駆動方法及び電子機器に関し、特に、監視カメラ用レンズやデジタルカメラの交換用レンズ等のリニア駆動等に用いることができる振動型アクチュエータの駆動を制御する技術に関する。

非電磁駆動式モータとして、電気−機械エネルギ変換素子の一例である圧電素子を弾性体に接合してなる振動体と被駆動体とを接触させた振動型アクチュエータが知られている。振動型アクチュエータでは、電気−機械エネルギ変換素子に交流電圧を印加することによって振動体に発生させた振動エネルギを、振動体と被駆動体との相対移動という機械運動として取り出すように構成されている。

振動型アクチュエータの駆動装置は、パルス信号を発生するパルス信号発生回路と、圧電素子にコイルやトランスで増幅した交流電圧を印加する共振回路を備える。振動型アクチュエータでは、圧電素子に印加された交流電圧の周波数、振幅、位相差によって、振動体と被駆動体との相対移動速度を制御することができる。

ここで、振動型アクチュエータには、振動体と被駆動体との間の摩擦摺動面に放置時間の経過に従って薄い水膜が形成され、振動体と被駆動体との間の摩擦力が低下しやすくなることで、特に高負荷の条件では起動時に移動体の移動速度が低下してしまうことがある。この場合、起動直後に設定された速度に達せずに制御不能となり、駆動シーケンスに追従することができなくなる可能性がある。

このような問題に対して特許文献１は、振動体に生じさせる楕円運動の軌跡を被駆動体の駆動方向と平行な成分が大きい軌跡とすることで摩擦エネルギを発生させて、振動体と被駆動体との摩擦摺動面に存在する水分を除去する制御方法を提案している。こうして、摩擦摺動面の水膜が除去されて摩擦力が回復すると、放置前と同等の性能が得られるようになる。

特開２０１６−１４４２６２号公報

しかし、従来の摩擦力の回復方法では、振動体と被駆動体を相対移動させないように振動体に振動を励起して摩擦力を回復させた後に、振動型アクチュエータの実駆動を可能とするものである。したがって、摩擦力の回復に所定の時間を要するため、振動型アクチュエータを備える電子機器の動作は、特に起動時に制約を受けることになってしまう。

本発明は、振動型アクチュエータの起動性を向上させることが可能な振動型駆動装置を提供することを目的とする。

本発明に係る振動型駆動装置は、電気−機械エネルギ変換素子と弾性体とが接合されてなる振動体と、前記振動体と接触する被駆動体とを有する振動型アクチュエータと、前記振動型アクチュエータの駆動を制御する制御装置と、を有する振動型駆動装置であって、前記制御装置は、コイルを有し、前記電気−機械エネルギ変換素子に印加する交流電圧を出力する共振回路と、前記共振回路の電気共振周波数を相対的に高い周波数と低い周波数とで切り替える切替手段と、を備え、前記切替手段は、前記振動型アクチュエータが駆動されずに所定時間が経過した後に前記振動型アクチュエータを起動する場合には前記電気共振周波数を前記高い周波数に設定し、前記所定時間が経過する前に前記振動型アクチュエータを起動する場合には前記電気共振周波数を前記低い周波数に設定することを特徴とする。

本発明によれば、振動型アクチュエータの起動性を向上させることができる。

本発明の実施形態に係る振動型駆動装置の概略構成を示すブロック図である。 振動型アクチュエータの駆動原理を説明する図である。 レンズ鏡筒に配置されるレンズ駆動ユニットの構成を説明する図である。 制御装置内の駆動部の構成を説明する回路図である。 駆動部内の共振回路が出力する交流電圧の周波数特性を示す図である。 駆動部を操作する切替信号のタイミングチャートである。 振動型アクチュエータの起動性能を本実施形態に係る制御装置と従来の制御装置とで比較した図である。 共振回路の交流電圧波形を本実施形態に係る制御装置と従来の制御装置とで比較した図である。 共振回路の変形例を説明する回路図である。 駆動部の変形例を説明する回路図である。

以下、本発明の実施形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。図１は、本発明の実施形態に係る振動型駆動装置２０の概略構成を示すブロック図である。振動型駆動装置２０は、振動型アクチュエータ１０、制御装置２１及び位置センサ２４を有する。制御装置２１は、制御部１００及び駆動部１２０を有する。制御部１００は、指令部１０１、電気共振周波数調整部１０２、制御演算部１０３、相対速度検出部１０４及び相対位置検出部１０５を有する。駆動部１２０は、パルス信号発生回路１２１及び共振回路１２２を有する。振動型アクチュエータ１０は、振動体１５及び被駆動体１１を有するリニア駆動型のアクチュエータ（モータ）である。

指令部１０１によって振動体１５と被駆動体１１の相対位置（以下では単に「相対位置」と記す）の時間毎の指令値が生成され、相対位置検出部１０５で検出された相対位置との差分が位置偏差として制御演算部１０３で演算される。フィードバック制御を行う制御演算部１０３は、位置偏差に基づいて制御信号を演算し、生成した制御信号を駆動部１２０へ出力する。制御演算部１０３には、例えば、ＰＩＤ演算器等が用いられるが、これに限定されるものではない。制御信号は、位置偏差を交流電圧の制御パラメータである位相差、周波数及びパルス幅に変換したものである。位相差、周波数及びパルス幅の各制御量に基づいて、振動型アクチュエータ１０の駆動速度と駆動方向が制御される。なお、駆動速度とは、振動体１５と被駆動体１１の相対的な移動速度（以下では単に「相対速度」と記す）であり、駆動方向とは、振動体１５と被駆動体１１のうちのいずれか一方の移動体の移動方向である。

パルス信号発生回路１２１では、位相差、周波数及びパルス幅の情報に基づいて、位相の異なる２相のパルス信号が生成される。共振回路１２２は、コイルとトランスを有し、振動体１５を構成する電気−機械エネルギ変換素子の一例である圧電素子（不図示）へ所望の振幅に昇圧された交流電圧を印加する。これにより振動体１５に振動が励起されて、被駆動体１１が駆動される。被駆動体１１に取り付けられた位置センサ２４の出力信号は、相対速度検出部１０４と相対位置検出部１０５へ入力される。相対位置検出部１０５は相対位置を検出し、検出された相対位置は制御演算部１０３にフィードバックされ、振動型アクチュエータ１０は時間毎の指令値に追従するように制御される。相対速度検出部１０４は、振動型アクチュエータ１０の駆動速度（振動体１５と被駆動体１１の相対速度）を検出し、検出した駆動速度を電気共振周波数調整部１０２へ入力する。

電気共振周波数調整部１０２は、指令部１０１から指令を受けて、共振回路１２２の電気共振周波数を相対的に高い周波数と低い周波数とで切り替える切替信号を出力する。共振回路１２２は、詳細は後述するが、切替信号により電気共振周波数を相対的に高い周波数と低い周波数とで切替可能な構造となっている。切替信号は、振動型アクチュエータ１０の放置時間（無通電状態の継続時間）や駆動速度に基づいて制御される。本実施形態では、詳細は後述するが、振動型アクチュエータ１０を所定時間放置した後の起動時には、電気共振周波数を相対的に高い周波数に設定する。これにより、詳細は後述するが、振動型アクチュエータ１０を起動する際の起動性を向上させることができる。

制御装置２１の詳細について説明する前に、振動型アクチュエータ１０の構成及び駆動原理と、振動型アクチュエータ１０の適用例について説明する。

図２は、振動型アクチュエータ１０の駆動原理を説明する図である。図２（ａ）は、振動型アクチュエータ１０の概略構成を示す斜視図である。図２（ｂ）は、圧電素子１４の厚み方向と直交する一方の面に形成されている電極パターンを示す図である。図２（ｃ）は、振動体１５に励起される第１の振動モードを説明する模式図である。図２（ｄ）は、振動体１５に励起される第２の振動モードを説明する模式図である。

振動型アクチュエータ１０は、板状の弾性体１３に板状の圧電素子１４が接着されて構成される振動体１５と、振動体１５からの駆動力を受ける被駆動体１１を有する。弾性体１３において圧電素子１４が接着されている面の反対側の面には、突起部１２が形成されている。圧電素子１４には、長手方向で２等分された電極領域が形成されており、各電極領域における分極方向は厚み方向において同じ向き（＋）となっている。なお、圧電素子１４の厚み方向と直交する他方の面には、共通電極（ＧＮＤ電極）が形成されている。

図２（ｂ）に示す２つの電極領域のうち、右側の電極領域には交流電圧ＶＢが印加され、左側の電極領域には交流電圧ＶＡが印加される。交流電圧ＶＢ，ＶＡを第１の振動モードの共振周波数付近の周波数で、且つ、同位相の交流電圧とすると、圧電素子１４の全体（２つの電極領域）がある瞬間には伸び、別の瞬間には縮む。その結果、図２（ｃ）に示す第１の振動モードの振動を振動体１５に発生させることができる。また、交流電圧ＶＢ，ＶＡを第２の振動モードの共振周波数付近の周波数で、且つ、位相が１８０°ずれた交流電圧とすると、ある瞬間には、圧電素子１４の右側の電極領域がＸ方向に縮むと共に左側の電極領域がＸ方向に伸び、別の瞬間には逆の変位が生じる。その結果、図２（ｄ）に示す第２の振動モードの振動が振動体１５に発生させることができる。

第１の振動モードの振動と第２の振動モードの振動を合成することにより、突起部１２の先端にＺＸ面での楕円運動を生じさせることができ、突起部１２は被駆動体１１に対して被駆動体１１をＸ方向に移動させる摩擦駆動力を与える。このとき、振動体１５が固定されていれば、被駆動体１１が移動体となって図２（ａ）に示す駆動方向に移動し、被駆動体１１が固定されていれば、振動体１５が移動体となって図２（ａ）に示す駆動方向に移動する。第１の振動モードと第２の振動モードの発生比は、圧電素子１４の長手方向に２等分された各電極へ入力する交流電圧ＶＢ，ＶＡの位相差を変えることにより変更することができる。つまり、振動型アクチュエータ１０では、第１の振動モードと第２の振動モードの発生比を変えることにより移動体の駆動速度を調節することができる。

図３は、レンズ鏡筒に配置されたレンズ駆動ユニット３０の構成を説明する図である。レンズ駆動ユニット３００は、振動体３０１、レンズホルダ３０２、第１のガイドバー３０３、第２のガイドバー３０４、加圧磁石３０５、レンズ３０６及び不図示の基体から構成される。なお、振動体３０１は、図２を参照して説明した振動体１５と同等である。第２のガイドバー３０４は、図２（ａ）を参照して説明した被駆動体１１に対応する。

第１のガイドバー３０３と第２のガイドバー３０４は、不図示の基体によって両端が保持されることによって、互いに平行に配置されている。レンズホルダ３０２は、レンズ３０６を保持する円筒状のホルダ部３０２ａ、振動体３０１及び加圧磁石３０５を固定して保持する保持部３０２ｂ、第１のガイドバー３０３と嵌合してガイドの作用をなす第１のガイド部３０２ｃを有する。第１のガイド部３０２ｃは、第１のガイドバー３０３と摺動自在に嵌合している。レンズ３０６は、具体的には、ズームレンズ又はフォーカスレンズである。

加圧磁石３０５は永久磁石であり、加圧磁石３０５と第２のガイドバー３０４との間に磁気回路が形成され、これらの部材間には吸引力が発生している。加圧磁石３０５は第２のガイドバー３０４とは間隔を設けて配置されており、第２のガイドバー３０４は振動体３０１と接するように配置されている。加圧磁石３０５により発生する吸引力によって、第２のガイドバー３０４と振動体３０１との間に加圧力が与えられる。その際、振動体３０１の２箇所の突起部（図３に不図示、図２（ａ）の突起部１２に相当するもの）が第２のガイドバー３０４と加圧接触することにより、第２のガイド部が形成される。

なお、第２のガイド部は磁気による吸引力を利用してガイド機構を形成しており、外力を受ける等した場合に振動体３０１と第２のガイドバー３０４が引き離される状態が生じる可能性があるが、これに対しては、次のように対処されている。すなわち、レンズホルダ３０２に備えられる脱落防止部３０２ｄが第２のガイドバー３０４に当接することで、レンズホルダ３０２が所定位置に戻るように対策が取られている。

振動体３０１を構成する不図示の圧電素子には不図示のフレキシブルプリント基板が接続されている。制御装置２１（図３に不図示）からフレキシブルプリント基板を通じて振動体３０１の圧電素子に所定の交流電圧を与えることにより、振動体３０１と第２のガイドバー３０４との間に駆動力を発生させる。この駆動力により、レンズ３０６の光軸方向（第１のガイドバー３０３と第２のガイドバー３０４の軸方向）でレンズホルダ３０２を駆動する（移動させる）ことができる。つまり、レンズ駆動ユニット３００は、図２（ａ）を参照して説明した振動型アクチュエータ１０を構成する被駆動体１１を固定すると共に振動体１５を移動体とし、振動体１５をレンズに連結させてレンズを光軸方向に移動させるものである。よって、レンズ駆動ユニット３００の駆動制御は、制御装置２１によって行うことができる。

次に、制御装置２１の構成と動作について詳細に説明する。図４は、制御装置２１内の駆動部１２０の構成を説明する回路図である。説明の便宜上、ここでは１相分の交流電圧を出力する構成について説明する。前述したように、駆動部１２０は、パルス信号発生回路１２１及び共振回路１２２を有する。パルス信号発生回路１２１は、不図示の制御信号に応じて矩形のパルス信号Ａ１，Ａ２を出力する発振器と、パルス信号Ａ１，Ａ２によってスイッチング素子がオン／オフ制御されて交流電圧を出力するスイッチング回路（Ｈブリッジ回路）を有する。ここで、パルス信号Ａ１とパルス信号Ａ２とでは、位相が１８０度ずれている。スイッチング回路には、直流電源を供給するＤＣ-ＤＣコンバータ回路（不図示）等が接続されており、パルス信号Ａ１，Ａ２に応じた交流電圧がスイッチング回路から出力される。なお、パルス信号Ａ１，Ａ２は、ＰＷＭ（パルス幅変調）制御によって所望のパルス幅（パルスデューティ）及び振幅となるように調整され、パルス幅は制御演算部１０３から入力された制御信号に従って設定される。

スイッチング回路から出力された交流電圧は、トランス４０４と２つのコイル４０２，４０３で構成される共振回路１２２によって所定の電圧に昇圧される。昇圧された交流電圧はフィルタ効果によって矩形からｓｉｎ波形に変換されて圧電素子１４に印加される。振動型アクチュエータ１０は、圧電素子１４に印加された交流電圧の周波数、振幅、位相差等によって駆動速度を制御することができる。

ここで、圧電素子１４の等価回路について説明する。圧電素子１４の等価回路は、振動体１５の機械的振動部分のＲＬＣ直列回路と、ＲＬＣ直列回路に並列に接続された圧電素子１４の固有静電容量Ｃｄとしてのコンデンサ４０６により構成される。ＲＬＣ直列回路は、自己インダクタンスＬｍの等価コイル４０７と、静電容量Ｃｍの等価コンデンサ４０８と、抵抗値Ｒｍの等価抵抗４０９により構成される。振動体１５の共振周波数ｆｍは、自己インダクタンスＬｍと静電容量Ｃｍによって決まる。

共振回路１２２の電気共振周波数ｆｅは、トランス４０４、コイル４０２，４０３、固有静電容量Ｃｄによって決まる。共振回路１２２は、スイッチ４０１でコイル４０３を切り替えてインダクタンスを変化させることによって電気共振周波数ｆｅを調整する。スイッチ４０１を操作する切替信号は、振動型アクチュエータ１０の駆動中に電気共振周波数ｆｅを変更することができるように制御される。振動型アクチュエータ１０の起動時にはスイッチ４０１をオンして電気共振周波数ｆｅを相対的に高い値に設定して起動性を向上させ、駆動速度が所定速度に達したらスイッチ４０１をオフして電気共振周波数ｆｅを相対的に低い値に切り替えるようにする。

スイッチ４０１の切替操作による電気共振周波数ｆｅの変更は、振動型アクチュエータ１０の摩擦摺動面の状態に応じて判断すればよい。例えば、スイッチ４０１のオン操作は、振動型アクチュエータ１０の駆動が停止された状態（放置された状態）で予め定められた一定時間が経過した後に振動型アクチュエータ１０を起動する場合に実行されるようにすればよい。例えば、振動型アクチュエータ１０の駆動停止時からの経過時間を計測するタイマを制御装置２１に設け、タイマの計測時間が予め定められた一定時間を超えたか否かを電気共振周波数調整部１０２が判定してスイッチ４０１のオン／オフを自動設定する構成とする。但し、振動型アクチュエータ１０の起動時に常にスイッチ４０１をオンに設定する構成とする場合には、このようなタイマは不要である。これは、前述したように、振動型アクチュエータ１０は、放置時間の経過に伴って摩擦摺動面（突起部１２と被駆動体１１の摩擦摺動面）に薄い水膜が形成されて滑りやすくなり、起動時の速度が低下するからである。

また、移動体の往復駆動によって摩擦摺動面の水膜を除去することができるため、スイッチ４０１をオンして、起動開始から所定回数の移動体の往復駆動が完了するまではスイッチ４０１のオン状態を維持する。そして、所定回数の移動体の往復駆動が完了した時点では、摩擦摺動面の水膜が除去されたものとみなして、スイッチ４０１をオフするようにしてもよい。

振動型アクチュエータ１０の起動時に電気共振周波数ｆｅを高い値に調整する制御に加えて、駆動電圧又は駆動電流を上げるようにすれば、起動性を更に向上させることができる。具体的には、振動型アクチュエータ１０の起動時にパルス信号発生回路１２１から出力されるパルス信号のパルス幅を広くするか又はパルス信号発生回路１２１の電源電圧を大きくすればよい。

図５は、駆動部１２０の共振回路１２２が出力する交流電圧の周波数特性を示す図であり、振動体１５の共振周波数ｆｍと電気共振周波数ｆｅの関係を説明するものである。図５（ａ），（ｂ）の各図において、横軸は周波数であり、縦軸は交流電圧の振幅である。

図５（ａ）は、スイッチ４０１がオフ状態となっている状態での共振回路１２２の特性を示しており、２つのコイル４０２，４０３のインダクタンスの和によって電気共振周波数ｆｅは低い方の値である１５０ｋＨｚに調整されている状態を示している。図５（ｂ）は、スイッチ４０１がオン状態となっている状態での共振回路１２２の特性を示しており、コイル４０２のインダクタンスによって電気共振周波数ｆｅは高い方の値である１８５ｋＨｚに調整されている状態を示している。

電気共振周波数ｆｅは、下記式１により算出される。ここで、Ｌｐは下記式２により算出されるインダクタンス、Ｎはトランス４０４の巻線比、Ｃｄは圧電素子１４のコンデンサ４０６の固有静電容量である。インダクタンスＬｐは、インダクタンスＬ１，Ｌ３を用いて算出される。インダクタンスＬ１は、図５（ａ）の場合はコイル４０２とコイル４０３のインダクタンスの合計値であり、図５（ｂ）の場合はコイル４０２のインダクタンスの値である。コイル４０２，４０３のインダクタンスがそれぞれ２μＨである場合、インダクタンスＬ１は、図５（ａ）の場合は４μＨとなり、図５（ｂ）の場合は２μＨとなる。インダクタンスＬ３は、トランス４０４の１次巻線コイルのインダクタンスであり、本実施形態では６．２５μＨである。また、本実施形態では、トランス４０４の巻線比Ｎは２０倍、固有静電容量Ｃｄは０．９２ｎＦである。なお、駆動周波数は９０〜１００ｋＨｚの間で操作される。

振動体１５の共振周波数ｆｍは、スイッチ４０１のオン／オフに関係なく、９０ｋＨｚである。図５（ａ）では電気共振周波数ｆｅが低い方の値（１５０ｋＨｚ）に調整されているために交流電圧の高調波成分は小さく、よって、回路損失は低減されるが、起動性は低下してしまう。図５（ｂ）では電気共振周波数ｆｅは高い方の値（１８５ｋＨｚ）に調整されているため、図５（ｂ）の設定の電気共振周波数ｆｅの方が図５（ａ）の設定の電気共振周波数ｆｅよりも３５ｋＨｚだけ共振周波数ｆｍから離れている。共振周波数ｆｍと電気共振周波数ｆｅとの差を相対的に起動時に通常駆動時よりも大きくすることで、共振回路１２２が振動体１５の影響を受け難くなって交流電圧が安定する。これにより、振動型アクチュエータ１０の起動性を向上させことができる。その反面、高調波成分が増えるために回路効率は低下する。そこで、振動型アクチュエータ１０の起動後に移動体が所定の駆動速度に達したら、スイッチ４０１をオフして電気共振周波数ｆｅを低い方の値に変更して回路効率を向上させる。

図６は、駆動部１２０を操作する切替信号のタイミングチャートである。切替信号は、共振回路１２２のスイッチ４０１（図４参照）のオン／オフを切り替える信号である。通電オフの停止状態が所定時間続いている（つまり、所定時間、放置されていた）振動型アクチュエータ１０が、時刻ｔ１において起動指令によって起動される。このとき、電気共振周波数ｆｅは、切替信号がスイッチ４０１をオンにすることにより、高い方の値に調整される。振動型アクチュエータ１０の駆動速度が所定速度に達した時刻ｔ２のタイミングで、切替信号によりスイッチ４０１はオフされ、電気共振周波数ｆｅが低い方の値へ調整される。つまり、振動型アクチュエータ１０の摩擦摺動面において摩擦力（保持力）が時刻ｔ２で十分に回復したと判断される。時刻ｔ３で振動型アクチュエータ１０（圧電素子１４）への交流電圧の印加を停止し（通電をオフし）、これにより振動型アクチュエータ１０の駆動は停止される。

つまり図６では、時刻ｔ１〜ｔ３までの駆動期間において、時刻ｔ１〜ｔ２の起動時間では電気共振周波数ｆｅは１８５ｋＨｚ（図５（ｂ））に設定され、時刻ｔ２〜ｔ３の通常駆動期間では電気共振周波数ｆｅは１５０ｋＨｚ（図５（ａ））に設定される。本実施形態では、電気共振周波数ｆｅを切り替える判断基準は、駆動中に所定の駆動速度に達したか否かであり、所定の駆動速度に達した時点で低い方の値へ切り替えている。但し、これに限らず、振動型アクチュエータ１０の起動後に移動体の移動距離が所定距離に達したときに電気共振周波数ｆｅを低い方の値へ切り替えるようにしてもよい。また、振動型アクチュエータ１０を起動してからの駆動時間が所定時間に達したときに電気共振周波数ｆｅを低い方の値へ切り替えるようにしてもよい。

図７は、振動型アクチュエータ１０の初期の起動性能と常温環境で２４時間放置した後の起動性能を比較した結果である。図７（ａ），（ｂ）において、横軸は駆動開始からの経過時間であり、縦軸は駆動速度である。なお、初期の駆動性能とは、振動型アクチュエータ１０の製造後に一定時間の慣らし運転を行った後、放置時間を設けることなく駆動したときの駆動性能である。

図７（ａ）は、従来の駆動装置を用いた場合の起動特性を示しており、放置後では駆動速度が低下し、同じ速度に達するまで時間を要していることと、最高速度が低下していることがわかる。これに対して、図７（ｂ）は、本実施形態に係る制御装置２１を用いた場合の起動特性を示しており、放置後であっても駆動速度の低下が抑制されており、初期の機動性能に近い機動性能が得られていることがわかる。

図８は、常温環境で２４時間放置した後の振動型アクチュエータ１０を起動した直後の共振回路の交流電圧波形を示す図である。図８（ａ），（ｂ）はそれぞれ、従来の駆動装置による起動直後の２相（第１相、第２相）の交流電圧波形であって、駆動周波数が９９ｋＨｚの場合と９６ｋＨｚの場合を示している。２相の交流電圧の振幅差は、駆動周波数が９９ｋＨｚの場合には小さいのに対して、駆動周波数が９６ｋＨｚの場合には大きくなっていることがわかる。これは、長時間放置された後の振動型アクチュエータ１０では摩擦摺動面が滑りやすい状態となっているため、駆動周波数が低くなって振動体１５の共振周波数ｆｍに近付くと、その影響が大きくなるためである。２相の交流電圧の振幅差が大きくなると、振動体１５の駆動力となる振動波形が理想的な形状から崩れてしまうため、駆動速度の低下が著しくなってしまう。

図８（ｃ），（ｄ）はそれぞれ、本実施形態に係る制御装置２１による起動直後の２相の交流電圧波形であって、駆動周波数が９９ｋＨｚの場合と９６ｋＨｚの場合を示している。駆動周波数が９６ｋＨｚの場合の２相の交流電圧の振幅差が、従来（図８（ｂ））に比べて小さくなっている。これは、共振回路１２２の電気共振周波数ｆｅを従来よりも高くして、振動体１５の共振周波数ｆｍから従来よりも離すようにしたことで、摩擦摺動面での滑りの影響を受け難くなった結果である。つまり、振動型アクチュエータ１０の摩擦摺動面が滑りやすい状態となっている場合には、振動体１５の機械的振動部分の抵抗値Ｒｍが変動する。共振回路の電圧振幅はその影響を受けて変化するが、お互いの共振周波数を離すことで電気的な干渉を緩和することができる。

次に、図５に示した共振回路１２２の変形例について説明する。図９（ａ）は、共振回路１２２の第１の変形例である共振回路６０２の回路図であり、共振回路６０２は、並列接続された２つのコイル６０４，６０５をスイッチ６０３で切り替えるように構成されている。例えば、コイル６０４，６０５のインダクタンスはそれぞれ４μＨである。振動型アクチュエータ１０の起動時に切替信号によりスイッチ６０３をオンすれば、インダクタンスは半分の２μＨとなり、共振回路６０２の電気共振周波数ｆｅは高い方の値に設定される。起動期間が終了すると切替信号によりスイッチ６０３がオフされてインダクタンスは４μＨとなり、共振回路６０２の電気共振周波数ｆｅは低い方の値に設定される。

図９（ｂ）は、共振回路１２２の第１の変形例である共振回路６１０の回路図であり、共振回路６１０は、コンデンサ６１３を用いて電気共振周波数ｆｅを切り替える。共振回路６１０は、コイル６１２、コンデンサ６１３及びスイッチ６１１を有する。振動型アクチュエータ１０の起動時には、切替信号によりスイッチ６１１をオフすれば、コイル６１２に直列接続されたコンデンサ６１３によって共振回路６０２の電気共振周波数ｆｅは高い方の値に設定される。起動期間が終了すると切替信号によりスイッチ６１１をオンすることでコンデンサ６１３は無効となり、共振回路６１０の電気共振周波数ｆｅは低い方の値に設定される。図９に示した共振回路６０２，６１０は一例であり、これら以外の構成であっても、共振回路の電気共振周波数ｆｅを切り替えることができれば、制御装置２１への適用が可能である。

続いて、図５に示した駆動部１２０の変形例について説明する。図１０は、駆動部１２０の変形例である駆動部７００の回路図である。駆動部７００は、第１のパルス信号発生回路１２１ａと、第２のパルス信号発生回路１２１ｂと、これら２つのパルス信号発生回路を切り替えるスイッチ７０１と、共振回路７０２を有する。共振回路７０２は、２つのコイル７０３，７０４と、トランス７０５を有する。ここで、例えば、コイル７０３，７０４のインダクタンスはそれぞれ２μＨである。また、トランス７０５の１次巻線コイルのインダクタンスは６μＨ、２次巻線コイルのインダクタンスは２．５ｍＨである。また、駆動周波数は、９０〜１００ｋＨｚの間とする。

スイッチ７０１を切替信号によって操作することにより、制御信号は第１のパルス信号発生回路１２１ａと第２のパルス信号発生回路１２１ｂのいずれか一方に入力される。振動型アクチュエータ１０の起動時には、スイッチ７０１を第２のパルス信号発生回路１２１ｂに接続し、コイル７０３を経由させずにコイル７０４から電流が流れるように設定する。これにより、コイル７０４のインダクタンスのみによって電気共振周波数ｆｅは高い方の値に調整され、前記の各値によって１８５ｋＨｚとなる。起動期間が終了すると切替信号によりスイッチ７０１を第１のパルス信号発生回路１２１ａに切り替え、コイル７０３，７０４を経由して電流が流れるように設定する。これにより、共振回路７０２の電気共振周波数ｆｅは低い方の値に調整され、前記の各値によって１５０ｋＨｚとなる。ここで、振動体１５の共振周波数ｆｍが前述したように９０ｋＨｚである場合、電気共振周波数ｆｅは、起動期間終了後よりも起動時において３５ｋＨｚだけ高くなって、振動体１５の共振周波数ｆｍから離れるため、起動性を向上させることができる。

以上、本発明をその好適な実施形態に基づいて詳述してきたが、本発明はこれら特定の実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の様々な形態も本発明に含まれる。更に、上述した各実施形態は本発明の一実施形態を示すものにすぎず、各実施形態を適宜組み合わせることも可能である。

例えば、上記実施形態では、電気−機械エネルギ変換素子である圧電素子１４を２相に分けて駆動する２相駆動の制御装置を取り上げたが、本発明は、２相駆動に限定されるものではなく、３相以上で駆動する振動型アクチュエータにも適用が可能である。また、上記実施形態では、振動型駆動装置２０の適用例としてレンズ駆動ユニット３００を取り上げたが、振動型駆動装置２０の適用例はこれに制限されるものではない。振動型駆動装置２０は、振動型アクチュエータ１０の駆動による位置決めが必要とされる部品を備える電子機器に広く適用が可能である。

１０ 振動型アクチュエータ
１１ 被駆動体
１５ 振動体
２０ 振動型駆動装置
２１ 制御装置
１０２ 電気共振周波数調整部
１２１ａ 第１のパルス信号発生回路
１２１ｂ 第２のパルス信号発生回路
１２２，６０２，６１０，７０２ 共振回路
３００ レンズ駆動ユニット
４０１，６０３，６１１，７０１ スイッチ
４０２，４０３，６０４，６０５，６１２，７０３，７０４ コイル
４０６，６１３ コンデンサ

Claims (15)

1. 電気−機械エネルギ変換素子と弾性体とが接合されてなる振動体と、前記振動体と接触する被駆動体とを有する振動型アクチュエータと、
   前記振動型アクチュエータの駆動を制御する制御装置と、を有する振動型駆動装置であって、
   前記制御装置は、
   コイルを有し、前記電気−機械エネルギ変換素子に印加する交流電圧を出力する共振回路と、
   前記共振回路の電気共振周波数を相対的に高い周波数と低い周波数とで切り替える切替手段と、を備え、
   前記切替手段は、前記振動型アクチュエータが駆動されずに所定時間が経過した後に前記振動型アクチュエータを起動する場合には前記電気共振周波数を前記高い周波数に設定し、前記所定時間が経過する前に前記振動型アクチュエータを起動する場合には前記電気共振周波数を前記低い周波数に設定することを特徴とする振動型駆動装置。
2. 電気−機械エネルギ変換素子と弾性体とが接合されてなる振動体と、前記振動体と接触する被駆動体とを有する振動型アクチュエータと、
   前記振動型アクチュエータの駆動を制御する制御装置と、を有する振動型駆動装置であって、
   前記制御装置は、
   コイルを有し、前記電気−機械エネルギ変換素子に印加する交流電圧を出力する共振回路と、
   前記共振回路の電気共振周波数を相対的に高い周波数と低い周波数とで切り替える切替手段と、を備え、
   前記切替手段は、前記振動型アクチュエータの起動時に前記電気共振周波数を前記高い周波数に設定することを特徴とする振動型駆動装置。
3. 前記切替手段は、前記振動体と前記被駆動体との相対的な移動の往復駆動が所定回数を超えるまでは前記電気共振周波数を前記高い周波数に設定し、前記往復駆動が前記所定回数を超えた場合に前記電気共振周波数を前記低い周波数に設定することを特徴とする請求項２に記載の振動型駆動装置。
4. 前記切替手段は、前記振動型アクチュエータの起動後に前記振動体と前記被駆動体との相対的な移動速度が所定速度に達すると前記電気共振周波数を前記低い周波数に切り替えることを特徴とする請求項２に記載の振動型駆動装置。
5. 前記切替手段は、前記振動型アクチュエータの起動後に前記振動体と前記被駆動体との相対的な移動距離が所定距離に達すると前記電気共振周波数を前記低い周波数に切り替えることを特徴とする請求項２に記載の振動型駆動装置。
6. 前記切替手段は、前記振動型アクチュエータを起動してからの駆動時間が所定時間に達したときに前記電気共振周波数を前記低い周波数に切り替えることを特徴とする請求項２に記載の振動型駆動装置。
7. 前記振動体に励起される振動の振動モードの共振周波数と前記高い周波数との差は、前記共振周波数と前記低い周波数との差よりも大きいことを特徴とする請求項２乃至６のいずれか１項に記載の振動型駆動装置。
8. 前記共振回路は、前記コイルを少なくとも２つ有し、且つ、前記少なくとも２つのコイルによる前記共振回路のインダクタンスを切り替えるスイッチを有し、
   前記切替手段は、前記スイッチを切り替えることにより前記電気共振周波数を切り替えることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の振動型駆動装置。
9. 前記共振回路は、少なくとも１つのコンデンサと、前記コイルと前記コンデンサによる前記共振回路のインダクタンスを切り替えるスイッチを有し、
   前記切替手段は、前記スイッチを切り替えることにより前記電気共振周波数を切り替えることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の振動型駆動装置。
10. 前記共振回路へパルス信号を入力する第１のパルス信号発生回路と第２のパルス信号発生回路を備え、
    前記切替手段は、前記第１のパルス信号発生回路と前記第２のパルス信号発生回路のいずれか一方からパルス信号が前記共振回路へ入力されるように切り替えを行い、
    前記共振回路が、前記共振回路に対して前記第１のパルス信号発生回路が接続されたときと前記第２のパルス信号発生回路が接続されたときとで前記電気共振周波数が異なる値となるよう構成されていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の振動型駆動装置。
11. 前記第２のパルス信号発生回路が接続されたときの前記共振回路の電気共振周波数が、前記第１のパルス信号発生回路が接続されたときの前記共振回路の電気共振周波数よりも高いことを特徴とする請求項１０に記載の振動型駆動装置。
12. 前記振動型アクチュエータの起動時に前記電気−機械エネルギ変換素子に印加する駆動電圧または駆動電流を相対的に上げることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の振動型駆動装置。
13. 電気−機械エネルギ変換素子と弾性体とが接合されてなる振動体と、前記振動体と接触する被駆動体とを有する振動型アクチュエータの駆動方法であって、
    電気共振周波数を相対的に高い周波数と低い周波数とで切替可能に構成された共振回路から出力される交流電圧を前記電気−機械エネルギ変換素子に印加して前記振動型アクチュエータを起動する際に、前記振動型アクチュエータが駆動されずに所定時間が経過した後に前記振動型アクチュエータを起動する場合には前記電気共振周波数を前記高い周波数に設定し、前記所定時間が経過する前に前記振動型アクチュエータを起動する場合には前記電気共振周波数を前記低い周波数に設定することを特徴とする振動型アクチュエータの駆動方法。
14. 電気−機械エネルギ変換素子と弾性体とが接合されてなる振動体と、前記振動体と接触する被駆動体とを有する振動型アクチュエータの駆動方法であって、
    電気共振周波数を相対的に高い周波数と低い周波数とで切替可能に構成された共振回路から出力される交流電圧を前記電気−機械エネルギ変換素子に印加して前記振動型アクチュエータを起動する際に前記電気共振周波数を前記高い周波数に設定することを特徴とする振動型アクチュエータの駆動方法。
15. 請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の振動型駆動装置と、
    前記振動型駆動装置が備える振動型アクチュエータの駆動によって位置決めされる部材と、を備えることを特徴とする電子機器。
    

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