JP3065716B2

JP3065716B2 - 圧電体駆動制御装置

Info

Publication number: JP3065716B2
Application number: JP3147625A
Authority: JP
Inventors: 佐藤　　達也; 良紀松澤; 歩緑川
Original assignee: Olympus Optic Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1991-06-19
Filing date: 1991-06-19
Publication date: 2000-07-17
Anticipated expiration: 2015-07-17
Also published as: JPH04370986A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、圧電体駆動制御装置、
詳しくは、圧電体への駆動電圧の上昇，下降および、そ
の変化率を制御する圧電体駆動制御装置に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】近年、シャッター等、カメラのアクチュ
エータを圧電体により駆動することが提案されている。

【０００３】この圧電体は通常数百ボルトの印加電圧で
最大変形を示すため、その駆動には数百ボルトの高圧電
源と、この高圧電源を制御する手段とが必要となる。ま
た、圧電体の変形量を微細に制御することも要求され、
それに応じて印加電圧にも高分解能および高精度が必要
とされる。

【０００４】ところで、カメラ等の小型の精密機器で
は、その電気制御系は低電圧電池で動作可能に設計され
ている。また、近年のカメラではほとんどのものがスト
ロボを内蔵しており、そのストロボ用電源として、多く
が上記低電圧電池を昇圧して数百ボルトの高圧電源を得
ている。従って、この数百ボルトのストロボ用電源を利
用して、上記圧電体に高電圧を印加して、カメラのアク
チュエータを駆動する例もある。

【０００５】図１７は、一般的な、電歪効果を用いたス
タック型（積層型）の圧電アクチュエータの変形量−駆
動電圧特性を示したもので、縦軸に歪み量、横軸に印加
電圧をそれぞれとった特性図である。

【０００６】図１７において、ＡＡ点は、圧電体に分極
が生じていない状態（例えば制作直後）を示している。
この状態の圧電体に駆動電圧を印加していくと、電圧Ｖ
Ｂまでは、圧電体に双極子分極が生じないため、変形歪
は生じない（ＡＡ−ＢＢ間）。この圧電体に、さらに高
い電圧を加えて行くと圧電体に変形が生じて、最高駆動
電圧Ｖｍａｘで最大の変形が生じる（ＢＢ−ＣＣ間）。
その後、印加電圧を徐々に下げて行くと、変形が小さく
なり、０Ｖ時にＤＤ点を通り、電圧−ＶＢで歪み量は０
となる（ＣＣ−ＤＤ−ＥＥ間）。この電圧−ＶＢの印加
により、圧電体の双極子分極の極性は、電圧ＶＢの印加
時と逆になり、電圧−Ｖｍａｘまでの負電圧の印加によ
り歪み量は、電圧Ｖｍａｘ印加時と同等の値を示す（Ｅ
Ｅ−ＦＦ間）。さらに今度は、印加電圧をプラス方向に
増やしていくと、０ＶでＤＤ点を通り、電圧ＶＢにより
ＢＢ点に達する。さらに電圧Ｖｍａｘの印加で前述の最
大変形のポイントＣＣ点に達する。

【０００７】ここで、印加電圧を０Ｖまで下げると、実
線ＣＣＤＤに沿ってＤＤ点に達する。このＤＤ点から、
印加電圧をＶｍａｘまで上げると、点線ＤＤＣＣに沿っ
て最大変形のポイントＣＣ点に達する。その後、０から
Ｖｍａｘの印加電圧を交番的に加えると、実線ＣＣＤＤ
に沿って変形量が縮小し、さらに、点線ＤＤＣＣに沿っ
て変形量の増大が生じる。

【０００８】このように、圧電体の、駆動電圧に対する
変形量の変化にはヒステリシスがあり、また、圧電体の
変形にはリニアリティがない。これが、圧電体の微細な
変形量および変形速度の制御を困難なものとしている。
このため、上記制御を精度よく行うには、上記変形量お
よび変形速度を正確に検出して、その検出信号に基づい
てこれらを制御する閉ループ制御が必要であった。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】このように、上述した
従来の圧電体駆動制御装置では、圧電体の変形量および
変形速度を精度よく制御するためには、上記変形量およ
び変形速度を正確に検出して、その検出信号に基づいて
これらを制御する閉ループ制御を必要としており、した
がって、これらを検出する検出手段を設けなければなら
ず、実装部品やコストの増大を招き、カメラ等の小型精
密機器内に実装するには困難を伴うという問題点があっ
た。

【００１０】本発明は係る問題点に鑑みてなされたもの
であり、圧電体の変形量および変形速度を検出せずと
も、これらを制御することが可能な圧電体駆動制御装置
を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
めに本発明による圧電体駆動制御装置を例示すると、図
１の概念図に示す様に、圧電体２と、この圧電体２の駆
動用電源である高電圧源１と、この高電圧源１の出力電
圧と上記圧電体２の変形量との対応情報を記憶した記憶
部５と、この記憶部５から上記対応情報を読みだし、上
記圧電体２を駆動する出力電圧を制御する圧電体駆動電
圧制御部４と、上記高電圧源１の電圧を上記圧電体２の
駆動用電圧に変換する圧電体駆動電圧発生部３とを具備
したものである。

【００１２】

【作用】上記圧電体駆動装置においては、圧電体駆動電
圧制御部４が、記憶部５に記憶されている情報に基づい
て圧電体駆動電圧発生部３を制御し、圧電体２の変形量
および変形速度を制御する。

【００１３】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を説明
する。

【００１４】図２は、本発明の第１実施例を示す圧電体
駆動制御装置の構成ブロック図である。この実施例は、
本発明をカメラに適用した場合であって、圧電体駆動制
御装置を駆動する高電圧源１は、カメラの内蔵ストロボ
用電源が用いられる。この電源は既知のごとく、内蔵さ
れた電池の低電圧を高電圧に昇圧するストロボ昇圧回路
１１と、図示しないメインコンデンサとを備えている。

【００１５】圧電体２は、電圧を加えることにより変形
が生じる圧電効果を応用した圧電素子で構成されてお
り、この変形でシャッター等の被駆動体６が駆動される
ようになっている。

【００１６】圧電体駆動電圧発生部３は、ディジタル−
アナログ変換部３１（以下Ｄ／Ａ３１と称す）とアンプ
部３２とで構成されている。このＤ／Ａ３１は、圧電体
駆動電圧制御部４の中核をなすＣＰＵ４１から出力され
たディジタル信号をアナログ信号に変換する役目をし、
このアナログ信号が、上記アンプ部３２において圧電体
２を駆動するのに必要な電圧まで増幅される。

【００１７】アンプ部３２で増幅され、必要な所定の駆
動電圧になった電圧が圧電体２に印加されると、この圧
電体２が変形し、この変形による変位が後述する変位拡
大機構を介して被駆動体６に増幅伝達され、これにより
被駆動体６が動作する。

【００１８】記憶部５は、書き込み自在の不揮発性の記
憶装置、例えばＥＥＰ−ＲＯＭ等で構成され、圧電体２
の駆動電圧と変形量との関係についての情報を記憶して
いる。

【００１９】この記憶部５に記憶されている情報として
は、駆動電圧の上昇時と下降時、それぞれの圧電体２の
変形量−駆動電圧の関係についてのデータ表であっても
よく、また、それらの微分形、すなわち、駆動電圧毎の
単位駆動電圧当たりの変形量に関するデータ表であって
もよい。さらに、このデータが、所定の関数の形で表さ
れるなら、その関数に必要な各項の係数、あるいは、定
数の形で記憶されるようにしても良い。また、駆動電圧
の上昇時と下降時とで同一の関数の係数や定数の変更
で、圧電体２の変形量−駆動電圧の関係が近似可能であ
るならば、記憶する情報量を節約することもできる。

【００２０】ここで、記憶される情報は、圧電体２が実
際に被駆動体６に対して仕事をする場合には、この被駆
動体６の負荷がある状態での、圧電体２の変形量−駆動
電圧の関係に関する情報を記憶部５に記憶するようにし
ても良い。なお、上記負荷に応じた補正を上記圧電体駆
動電圧制御部４で行っても同様の結果が得られる。

【００２１】次に、無負荷状態での被駆動体６の変位状
況を考えてみる。尚、圧電体２に印加される電圧は、０
ボルト〜Ｖｍａｘボルトとして考える。これは、通常、
圧電体に印加する電圧には、その分極状態を安定にして
使用するために片電源（通常プラス電源）を用いている
ためである。また、上記Ｖｍａｘは通常約１００ボルト
程度である。

【００２２】図３は、上記無負荷状態における圧電体２
の変形量Ｘと駆動電圧Ｖとの関係を示した線図である。
この場合、駆動電圧Ｖｍａｘを印加したときに、Ｘｍａ
ｘの変形量を生じるものとする。この変形量Ｘｍａｘ
は、通常の積層型圧電体では、約１０μｍ程度である。

【００２３】駆動電圧を０ボルトから上昇させると、圧
電体２は図中ライン４−１に沿って変形する。またＶｍ
ａｘボルトより駆動電圧を下降させると、同圧電体２は
ライン４−２に沿って変形する。

【００２４】さて、この図３あるいは、上記図１７から
もわかるように、圧電体２に印加する駆動電圧とその変
形量との関係には、直線的な比例関係がなく、また、駆
動電圧の上昇時と下降時とでは変形量の特性が異なる、
いわゆるヒステリシスが存在する。

【００２５】しかし、このように圧電体２に印加する駆
動電圧とその変形量との関係には比例関係がなく、ま
た、ヒステリシスが存在する場合においても、圧電体２
が図３に示すような特性を有していることがわかってい
るので、このことを巧みに利用し、所望の変形量に対応
する駆動電圧を印加することで、この所望の変形量を得
ることが可能である。たとえば、予め、図４に示すよう
な複数の駆動電圧に対応する変形量のサンプル点（図中
白ぬき点）の情報を、記憶部５に記憶させておく。そし
て、前記ＣＰＵ４１がその情報を上記記憶部５から読み
だし、この情報を基に圧電体駆動電圧発生部３を制御す
ることにより、圧電体２の変形量を定めることができ
る。

【００２６】このとき、記憶部５に記憶する情報は、Ｃ
ＰＵ４１が圧電体駆動電圧発生部３に対して出力する信
号に直接相当するデータでもよく、上記ＣＰＵ４１内に
おいて所定の演算が必要な形での情報でも良い。また、
アンプ部３２の出力とＣＰＵ４１の出力信号との間に比
例関係が無い場合であっても、上記アンプ部３２と上記
ＣＰＵ４１との出力成分が１対１に対応していれば問題
は生じない。

【００２７】また、上記サンプル点の採取数をある程度
減らし、この間の情報は上記ＣＰＵ４１において補間す
るような方法も考えられる。この方法だと上記記憶部５
の記憶容量を節約することができ、より一層の省スペー
ス、低コスト化を図ることが可能である。

【００２８】さて、上述した方法は、圧電体２の変形量
が単調に推移する場合（図５の領域ａ）については有効
な手だてであるが、圧電体２の変形量が最大状態から減
少する際、すなわち駆動電圧の下降時の途中で、あるい
は、圧電体２の変形量が最小状態から増加する際、すな
わち駆動電圧の上昇時の途中で、変形の方向を逆転させ
る場合（同図５の領域ｂ，ｃ）においては対処すること
が困難である。

【００２９】このような、圧電体２の変形の方向を逆転
させる場合における制御方法を以下に説明する。

【００３０】今、図６に示すように、時間ｔ＝ｔ０のと
きの圧電体２の変形量を０、同様に時間ｔ＝ｔ１でＸ
Ｃ、時間ｔ＝ｔ２で再び０に戻る場合を考えてみる。こ
れは、時間ｔ０から時間ｔ１までの間では、圧電体２は
上記図３に示したようなライン４−１に沿って変形し
て、時間ｔ１から時間ｔ２までの間では、図６に示すよ
うなライン７−１に沿って変形した後、その変形量が０
に戻る場合である。

【００３１】この場合、上記ライン７−１と、上記図３
あるいは図６に示すライン４ー２とは、推移方向はとも
に変形量が減少する方向であるが、この２つのラインは
異なった特性カーブを描く。したがって、上記ライン４
−２の情報をそのまま上記ライン７−１に適用すること
はできない。ところで、この２つのラインの特性カーブ
を比較してみると相似関係にあることが判る。そこで、
この関係を利用して、上記ライン４−２の特性とライン
７−１の特性とを近似させることができる。すなわち、
ライン４−２の駆動電圧軸をＶｃ／Ｖｍａｘ倍、同ライ
ン４−２の変形量軸をＸＣ／Ｘｍａｘ倍することによ
り、ライン４−２の特性をライン７−１のそれに近似で
きる。これにより、ライン４−２の情報をライン７−１
に適用することが可能となる。

【００３２】たとえば、ライン７−１上の点Ｄをライン
４−２上の点Ｄ’に換算する場合を考えてみる。点Ｄ，
Ｄ’，Ｃ，Ｂでの変形量をそれぞれＸＤ，Ｘ’Ｄ，Ｘ
Ｃ，Ｘｍａｘとすると、上記関係より、Ｘ’Ｄ＝ＸＤ・Ｘｍａｘ／ＸＣこれにより、変形量ＸＤを変形量Ｘ’Ｄに換算し、ライ
ン４−２上の変形量Ｘ’Ｄに対応する駆動電圧Ｖ’Ｄを
上記記憶部５の情報から求めると、上記関係式よりＶＤ
を求めることができる。

【００３３】ＶＤ＝Ｖ’Ｄ・ＶＣ／Ｖｍａｘこれにより、ライン７−１上での変形量と駆動電圧との
関係を知ることができる。尚、変形量が減少する方向の
駆動だけでなく、増大する場合においても同様な近似換
算が可能である。

【００３４】図７は、圧電体２の変形方向をマイナス方
向から、プラス方向に転じさせる例を示したものであ
る。

【００３５】時間ｔ０（Ｂ点）のとき、変形量および駆
動電圧はそれぞれＸｍａｘ、Ｖｍａｘとなっている。こ
れより、時間ｔ１（Ｅ点）までは、ライン４−２に沿っ
て変形量、駆動電圧ともにマイナス方向に推移し、時間
ｔ１で変形量はＸＥ、駆動電圧はＶＥとなる。このＥ点
において変形量および駆動電圧はプラス方向に転じ、時
間ｔ２（Ｂ点）に達するまで変形量及び駆動電圧はライ
ン８−１に沿って推移する。この例の場合においても、
図中ライン４−１とライン８−１の関係は、上記図６の
場合と同様に相似関係があることにより、その特性カー
ブを近似することができる。すなわち、ライン４−１の
駆動電圧軸と変形量軸とをそれぞれ（Ｖｍａｘ−ＶＥ）／Ｖｍａｘ＋ＶＥ（Ｘｍａｘ−ＸＥ）／Ｘｍａｘ＋ＸＥ移動することで、ライン８−１を求めることができる。
これにより、ライン８−１上のある１点Ｆに対応するラ
イン４−１上の点Ｆ’における変形量Ｘ’ＦはＸ’Ｆ＝（ＸＦ−ＸＥ）・Ｘｍａｘ／（Ｘｍａｘ−ＸＥ）により換算可能であり、このＸ’Ｆに対応する駆動電圧
Ｖ’Ｆが求まれば、ＶＦ＝（Ｖｍａｘ−Ｖ’Ｆ）・（Ｖｍａｘ−ＶＥ）／ＶｍａｘによりＶＦを求めることができる。

【００３６】これらの演算を行うことで、圧電体２の変
形量の推移が単調でない場合においても、前記記憶部５
の情報を使用して所望の変形量と駆動電圧の関係を知る
ことができる。また、この関係に基づいて駆動電圧を制
御することで上記圧電体２に任意の変形量を生じさせる
ことが可能となる。

【００３７】図８は、上述の作用を行う際のＣＰＵ４１
の動作を示す概略フローチャートである。

【００３８】まず、ステップＳ８１において、圧電体２
あるいは被駆動体６における所望の位置と、変形速度、
およびその駆動方向を設定する。次に、ステップＳ８２
において、記憶部５に記憶されている、上記圧電体２あ
るいは被駆動体６の特性情報を読みだし、ステップＳ８
３において出力された上記情報データを実際に圧電体２
や被駆動体６を駆動できる形に補正する。この補正され
たデータに基づいて、ステップＳ８４において高電圧源
１内の昇圧回路等を駆動させるとともに、ステップＳ８
５において圧電体駆動電圧発生部３等を駆動させ、これ
により圧電体２を駆動制御する。

【００３９】さて、上述の例においては、便宜上、圧電
体２の負荷が無いものとして考察を進めてきたが、実際
には上記圧電体２には、たとえば、被駆動体６等の負荷
が存在する。

【００４０】次に、被駆動体６が圧電体２の負荷となる
場合について、変形量と駆動電圧との関係について説明
する。

【００４１】図９は、圧電体２と、被駆動体６の構成の
１例を示した正面図である。

【００４２】固定部６１は、カメラ等の機器内部にある
不動部材であり、この固定部６１の一側方上に積層型の
圧電体２が載設されているとともに、この圧電体２が載
設されている近傍に、レバー６２の支点を支える支持部
６１ａが突設している。そして、この支持部６１ａの上
部先端でレバー６２の支点６２ｃを揺動自在に支持して
いる。このレバー６２は、図中矢印Ｍの方向に揺動自在
であって、その一腕端は、上記圧電体２の上面に、ま
た、他腕は後述する被駆動体６に、その端部を嵌入させ
ている。上記支点６２ｃは、上記レバー６２における長
手方向の中央より上記圧電体２側に設けられていて、こ
の支点６２ｃより、圧電体２側に延びだした一腕の端部
までの距離を距離６２ａ、被駆動体６までの距離を距離
６２ｂとする。このレバー６２と、圧電体２と被駆動体
６と、支持部６１ａとからなる拡大変位機構は、上記距
離６２ａ，６２ｂの比である変位拡大率Ａ＝６２ｂ／６
２ａを有する。

【００４３】一方、上記固定部６１の他側方にはシリン
ダ部６１ｂが形成されており、その内部には、上記被駆
動体６が図中矢印Ｎの方向に摺動可能に配設されてい
る。そして、この被駆動体６に上記レバー６２の他腕端
が嵌入している。また、被駆動体６の上部には、図示し
ないがたとえば、カメラのシャッター等が上記被駆動体
６と連動するように連結されている。

【００４４】さらに、上記被駆動体６は、その底面と上
記シリンダ部６１ｂの底面との間に配設された付勢ばね
６３により、力Ｆｓ（Ｖ）（以下、（Ｖ）はベクトルを
表す）で、平生は圧電体２側にレバー６２の一腕端を押
しつけており、このレバー６２の一腕端は圧電体２に圧
接している。

【００４５】今、各ポイントでのロスが無く効率を１０
０％として、圧電体２が力Ｆｐ（Ｖ）で伸びるとする。
このとき、被駆動体６には上記変位拡大機構により、Ｆ（Ｖ）＝Ｆｐ（Ｖ）×１／Ａの力が加わり、これにより上記被駆動体６は図中下方に
移動する。さて、この場合、被駆動体６は、慣性による
負荷Ｆｉ（Ｖ），摩擦による負荷Ｆｆ（Ｖ），付勢ばね
６３による負荷Ｆｓ（Ｖ）を受ける。したがって、実際
に被駆動体６が移動するには、Ｆ（Ｖ）＋Ｆｉ（Ｖ）＋Ｆｆ（Ｖ）＋Ｆｓ（Ｖ）≠０という条件が満たされるときである。

【００４６】ここで、被駆動体６の移動により、負荷Ｆ
ｓ（Ｖ）が変動しないように付勢ばね６３の定数を定め
てあるとする。この場合、圧電体２の伸縮時には慣性負
荷Ｆｉ（Ｖ）と摩擦負荷Ｆｆ（Ｖ）の符号は変化する
が、ばね負荷Ｆｓ（Ｖ）の符号は変化しない。それぞれ
の負荷の絶対値を、Ｆｉ，Ｆｆ，Ｆｓとすると、Ｆｉ
（Ｖ）＋Ｆｆ（Ｖ）＋Ｆｓ（Ｖ）は、圧電体２の伸長時
（この伸び方向時の力Ｆ（Ｖ）の方向をプラス方向とす
る）は、 −（Ｆｉ＋Ｆｆ＋Ｆｓ）圧電体２の縮少時、 −（−Ｆｉ−Ｆｆ＋Ｆｓ）となる。

【００４７】図１０は、圧電体２に最大駆動電圧を印加
したときの負荷Ｆ（Ｖ）と変形量Ｘの関係を示す線図で
ある。

【００４８】今、圧電体２の上面に上記レバー６２の一
腕端を確実に圧接させるため、

【００４９】

【数１】

【００５０】となるように負荷を設定する。すると、図
中点αと点βで示すように、圧電体２が伸びる方向での
負荷（Ｆα）と縮む方向での負荷（Ｆβ）とが異なるこ
とから、最大駆動電圧を印加している場合でも圧電体２
の変形量が異なることになる。圧電体２を伸びる方向に
変形させた後、縮む方向に変形駆動させる場合は、圧電
体２への印加電圧を下げることになるため、実質的に縮
む方向での変形量が伸びる方向での最大変形量Ｘ’ｍａ
ｘを越えることはない。また、圧電体２は上述の通りレ
バー６２の一腕端により圧接されているため、駆動初期
時の変形量はマイナス変位Ｘ０となる。

【００５１】ここで、駆動電圧を０ボルトから最大駆動
電圧Ｖｍａｘまで上昇させ、この後、再び０ボルトまで
戻す場合を考える。

【００５２】図１１に示すように、圧電体２に対して、
時間ｔ０〜ｔ９までの間に駆動電圧が０，Ｖ１，Ｖ２，
Ｖ３，Ｖｍａｘ，Ｖ３，Ｖ２，Ｖ１，Ｖ４，０と推移す
るように印加する。このとき、圧電体２の負荷が無いと
仮定するとその変形量は、時間ｔ０，ｔ１，ｔ２，ｔ
４，ｔ５，ｔ８，ｔ９に対して、図１２に示すように、
０，Ｘ１，Ｘ２，Ｘｍａｘ，Ｘ３，Ｘ１，０と推移す
る。

【００５３】また、圧電体２に負荷が存在する場合、先
の時間と対応する変形量は、上記図１０に示すように、
ア（Ｘ０），イ（Ｘ０），ウ（０），エ（Ｘ’ｍａ
ｘ），オ（Ｘ’ｍａｘ），カ（０），ア（Ｘ０）と推移
する。

【００５４】図１３は上述した考察により得られる、圧
電体２に負荷が存在するときの変形量Ｘと駆動電圧Ｖの
関係を示したものである。

【００５５】この特性は、圧電体２に上記図１１に示し
たような駆動電圧Ｖを、同図に示したような推移時間ｔ
で印加したときの変形量Ｘと駆動電圧Ｖの関係を示した
もので、図中の符号ア，イ，ウ，エ，オ，カは、上記図
１０に準じるものである。尚、次の表１にこれらの関係
をまとめて示す。

【００５６】

【表１】

【００５７】この図１３の情報を上記記憶部５に記憶さ
せておき、上記所定のタイミングでＣＰＵ４１がこの情
報に基づいて、圧電体２に対して所望の変形量に対応す
る駆動電圧を印加させることで、被駆動体６や、圧電体
２自身の変形量を制御することが可能となる。

【００５８】ところで、圧電体２や被駆動体６の変形量
の情報については、圧電体２が製造された時点で、その
特性を記憶部５に記憶させてもよく、また、所定の時間
において上記圧電体２や被駆動体６の変形量を図示しな
い検出手段で測定し、そのデータを記憶部５に記憶させ
てもよい。この場合、記憶部５は前述の通り、書き込み
自在の不揮発性の記憶装置、例えばＥＥＰ−ＲＯＭ等で
構成すれば、データの書き込みを随時行うことが可能で
ある。また、記憶部５に用いる記憶素子としては、上記
ＥＥＰ−ＲＯＭに限られたものではなく、たとえば、Ｒ
ＡＭ等の記憶素子を内蔵電源により常時作動させる方法
もある。

【００５９】尚、被駆動体６、あるいは、圧電体２の変
形量をモニタするための変位量検出手段を設け、圧電体
駆動電圧制御部４でモニタするために本発明を利用する
場合には、この変位量検出手段の出力を駆動時にＣＰＵ
４１の出力に対応させ、その値を記憶部５に記憶させた
後、上記ＣＰＵ４１の内部において補間処理を施すこと
により、たとえ上記変位量検出手段の分解能が低い場合
においても、圧電体２を精度よく制御することが可能と
なる。

【００６０】さらに、記憶部５に記憶されている情報に
ついて、粗い分解能の上記検出手段の信号であっても、
上述のように補正を加えることにより、温度係数や姿勢
差および経年変化等により変化した同情報と初期状態と
のずれを補正することにより、圧電体２の駆動制御の精
度を向上することも可能である。

【００６１】図１４は、本発明の第２実施例を示す圧電
体駆動制御装置の構成ブロック図である。

【００６２】この第２実施例が上記第１実施例と相違し
ている点は、圧電体駆動電圧発生部３の構成にある。本
実施例においては、上記圧電体駆動電圧発生部３が、圧
電体駆動電圧制御部４の制御により圧電体２に注入する
定電流を制御する定電流注入部３３と、同じく、上記制
御部４の制御により圧電体２から放出する定電流を制御
する定電流放出部３４とで構成されていることである。
これら定電流注入部３３と定電流放出部３４とはそれぞ
れ、上記圧電体駆動電圧制御部４のデューティ駆動等の
制御を受け、圧電体２の電流量を制御することにより、
この圧電体２の変形量と駆動電圧とを制御するものであ
る。

【００６３】ところで、圧電体は、電気的にはコンデン
サと等価である。今、圧電体２のキャパシタンスをＣＰ
とすると、このキャパシタンスＣＰは、形状や大きさの
違いはあるものの、たとえば、数ｍｍ角の積層型圧電ア
クチュエータでは、１μＦ程度の容量を持つ。

【００６４】ここで、図１５に示すように圧電体にｉア
ンペアの定電流を流す場合を考える。圧電体２に蓄積さ
れる電荷量をＱＰ、また、圧電体２の両端に印加されて
いる電圧をＶＰとすると、ＱＰ＝ＣＰ・ＶＰＱＰ＝ｉｎｔｅｇｒａｌｉｄｔより、ｉ＝ＣＰ・（ｄＶＰ／ｄｔ）ゆえに、（ｄＶＰ／ｄｔ）＝ｉ／ＣＰあるいは、ＶＰ＝（ｉ・ｔ／ＣＰ）＋ＶＰ０（ＶＰ０は、ＶＰの
初期値）と表すことができる。

【００６５】すなわち、定電流ｉとこの電流ｉを流す時
間とを制御することで、駆動電圧ＶＰとその変化率（ｄ
ＶＰ／ｄｔ）を制御することが可能となる。

【００６６】次に、圧電体２の単位変形量あたりの駆動
電圧の変化率（ｄＶ／ｄＸ）を考える。

【００６７】圧電体２の変形速度を（ｄＸ／ｄｔ）、こ
の変形速度でデルタｔ秒間駆動したときの上記圧電体２
の変形量をデルタＸ、そのときの駆動電圧の変化量をデ
ルタＶとすると、（デルタＶ／デルタＸ）＝デルタＶ／（（ｄＸ／ｄｔ）・デルタｔ）ゆえに、（デルタＶ／デルタｔ）＝（ｄＶ／ｄｔ）・（デルタＶ／デルタＸ）ゆえに、（ｄＶ／ｄｔ）＝（ｄＸ／ｄｔ）・（ｄＶ／ｄＸ）また、（ｄＶ／ｄＸ）はＸの関数になるが、

【００６８】

【数２】

【００６９】であり、Ｘは（ｄＶ／ｄｔ）と時間ｔの関
数である。

【００７０】つまり、時間ｔと、圧電体に発生させる変
形速度（ｄＸ／ｄｔ）を定めれば、そのときの駆動電圧
の変化速度（ｄＶ／ｄｔ）を定めることが可能になる。

【００７１】次に、本実施例の作用を説明する図１６
（ａ）は、圧電体２の変形量Ｘと駆動電圧Ｖとの関係
を、また、同図１６（ｂ）は、圧電体２の変形量Ｘと、
単位変形量当たりの駆動電圧の変化率（ｄＶ／ｄＸ）と
の関係をそれぞれ示したものである。

【００７２】まず、この圧電体２の変形量Ｘと駆動電圧
Ｖとの関係、あるいは、同圧電体２の変形量Ｘと、単位
変形量当たりの駆動電圧の変化率（ｄＶ／ｄＸ）との関
係を予め記憶部５に記憶させておく。そして、所望す
る、圧電体２の変形速度（ｄＸ／ｄｔ）と、同圧電体２
の駆動時間ｔとを設定し、この２つの設定項目より変形
量Ｘを上記関係式よりＸ＝（ｄＸ／ｄｔ）・ｔとして求める。

【００７３】次に、この求めた変形量Ｘを、上記記憶部
５に記憶している上記情報に照らし合わせて、単位変形
量当たりの駆動電圧の変化率（ｄＶ／ｄＸ）を求めた
後、この変化率（ｄＶ／ｄＸ）を上記の関係式を用いて
演算し、駆動電圧の変化速度（ｄＶ／ｄｔ）を求める。

【００７４】そして、この駆動電圧の変化速度（ｄＶ／
ｄｔ）に基づいて、上記定電流注入部３３と定電流放出
部３４とを作用させ、圧電体２に流す電流を制御するこ
とにより、この圧電体２に所望の変形量と変形速度とを
もたらすことが可能となる。

【００７５】尚、本実施例においては、圧電体２の変形
方向は正逆いづれの場合でも、また、上記圧電体２に前
記被駆動体６等の負荷が連結している場合においても、
上記と同様の作用・効果が得られる。

【００７６】

【発明の効果】以上説明したように本発明の圧電体駆動
制御装置を採用することにより、圧電体の変形量および
変形速度を検出せずとも、これらを制御することが可能
となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の概念を示した構成ブロック図。

【図２】本発明の第１実施例を示す圧電体駆動制御装置
の構成ブロック図。

【図３】無負荷状態のおける圧電体の変形量Ｘと駆動電
圧Ｖとの関係を示す線図。

【図４】駆動電圧に対する変形量のサンプル点のとり方
の一例を示す線図。

【図５】圧電体の変形量の推移を示す線図。

【図６】圧電体の変形方向を逆転させた場合の制御方法
の一例を説明するための線図。

【図７】圧電体の変形方向を逆転させた場合の制御方法
の他の例を説明するための線図。

【図８】本発明の上記実施例における、圧電体２を制御
する際のＣＰＵ４１による動作を示す概略フローチャー
ト。

【図９】圧電体２と被駆動体６を連結する変位拡大機構
の構成の一例を示す正面図。

【図１０】圧電体２に最大駆動電圧を印加したときの負
荷Ｆ（Ｖ）と変形量Ｘの関係を示す線図。

【図１１】駆動電圧を０〜最大駆動電圧まで上昇させた
後、元に戻す場合の時間と駆動電圧との推移を示す線
図。

【図１２】上記図１１において無負荷の場合の駆動電圧
と変形量の関係を示す線図。

【図１３】上記図１１において負荷がある場合の駆動電
圧と変形量の関係を示す線図。

【図１４】本発明の第２実施例を示す圧電体駆動制御装
置の構成ブロック図。

【図１５】圧電体に定電流を流した場合のキャパシタン
スと電荷量との関係を説明するための線図。

【図１６】圧電体の変形量と駆動電圧の関係、圧電体の
変形量と単位変形量当たりの駆動電圧の変化率の関係を
それぞれ示す線図。

【図１７】一般的な、電歪効果を用いたスタック型（積
層型）の圧電アクチュエータの変形量−駆動電圧特性
図。

【符号の説明】

１…高電圧源２…圧電体３…圧電体駆動電圧発生部４…圧電体駆動電圧制御部５…記憶部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 41/08 G03B 9/00

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】圧電体と、この圧電体の駆動用電圧源と、この駆動用電圧源の出力電圧と上記圧電体の変形量との
対応情報を記憶した記憶手段と、上記駆動用電圧源の現在の出力電圧状態と上記記憶手段
の上記対応情報を基に、上記駆動用電圧源の出力電圧状
態と上記圧電体の変形量との関係情報を新たに算出し、
この算出情報に応じて上記駆動用電圧源の出力電圧を制
御する制御手段と、を具備したことを特徴とする圧電体駆動制御装置。