JP3719197B2 - 駆動装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、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、走査型トンネル電子顕微鏡のプローブ等の駆動に適した駆動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、撮影レンズ等の駆動対象物が取り付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して結合させ、その駆動部材の一方端に圧電素子からなる電気機械変換素子を固着して構成し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１８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。
【０００３】
この図１８における駆動装置１００は、支持部材１０１に取り付けられた圧電素子からなる駆動用の電気機械変換素子１０２により駆動される棒状の駆動部材１０３に係合部材１０４を所定の摩擦力で結合するようにした駆動部１０５と、電気機械変換素子１０２に正逆両方向の駆動電圧を印加することにより電気機械変換素子１０２を駆動する駆動回路部１０６とを備えている。
【０００４】
電気機械変換素子１０２は、駆動回路部１０６を介して印加される駆動電圧に応じて伸縮するものであり、その正極及び負極間方向である伸縮方向における一方端が位置固定された支持部材１０１に固着されると共に、その他方端が駆動部材１０３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１０４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１０３上を軸方向に沿って移動可能とされている。
【０００５】
駆動回路部１０６は、電気機械変換素子１０２に矩形波からなる駆動電圧を供給するもので、そのデューティ比を変更することにより係合部材１０４が位置固定された支持部材１０１に対し駆動部材１０３に沿って繰出し方向（電気機械変換素子１０２から離反する方向）である矢印ａ１方向と戻り方向（電気機械変換素子１０２に近接する方向）である矢印ａ２方向とに移動させるようにしたものである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、同一のシステム（装置）内において複数の駆動対象物を個別に駆動させる場合には、その駆動対象物の個数に対応した複数の駆動部１０５を用いる必要がある。このように、複数の駆動部１０５を用いる場合に係合部材１０４を同時に駆動させるようにすると、圧電素子等からなる電気機械変換素子１０２は容量性の負荷であることから各電気機械変換素子１０２に対する充電電流の流れるタイミング（以下、充電タイミングという。）が一致して大きな電流が流れ、駆動電源からの出力電圧が一時的に低下することになる。こうした場合、駆動部１０５の駆動特性が低下するだけではなく、同一の駆動電源を使用している他の電気回路にも悪影響を与える虞が生じる。
【０００７】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、複数の駆動部を同時に駆動させる場合でも駆動電源の電圧低下を効果的に抑制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。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１の発明は、対向電極を有する第１の電気機械変換素子、この第１の電気機械変換素子の一方の電極側に固着された第１の支持部材、前記第１の電気機械変換素子の他方の電極側に固着された第１の駆動部材、及びこの第１の駆動部材に所定の摩擦力で係合された第１の係合部材からなる第１の駆動部と、対向電極を有する第２の電気機械変換素子、この第２の電気機械変換素子の一方の電極側に固着された第２の支持部材、前記第２の電気機械変換素子の他方の電極側に固着された第２の駆動部材、及びこの第２の駆動部材に所定の摩擦力で係合された第２の係合部材からなる第２の駆動部と、前記第１の電気機械変換素子に矩形波のパルス列からなる第１の駆動電圧を印加して第１の駆動部を駆動すると共に、前記第２の電気機械変換素子に前記第１の駆動電圧のパルス列とは電気機械変換素子への供給開始タイミングの異なる矩形波のパルス列からなる第２の駆動電圧を印加して第２の駆動部を駆動する駆動回路部と、この駆動回路部を駆動制御することにより前記駆動電圧のデューティ比を変化させて前記第１の電気機械変換素子及び前記第２の電気機械変換素子を伸長方向と縮小方向とで異なる速度で伸縮させることで前記第１の支持部材と前記第１の係合部材とを相対移動させると共に、前記第２の支持部材と前記第２の係合部材とを相対移動させる駆動制御手段とを備えたことを特徴としている。
【０００９】
この構成によれば、駆動回路部から供給される矩形波の駆動電圧による第１の電気機械変換素子への充電タイミングと、駆動回路部から供給される矩形波の駆動電圧による第２の電気機械変換素子への充電タイミングとが一致しないようになって駆動回路部に流れる電流が抑制されることになる。このため、第１の駆動部と第２の駆動部とを同時に駆動させる場合でも駆動電源の電圧低下を効果的に抑制することができる。
【００１０】
なお、本発明に係る駆動装置は、第１，第２の駆動部に加え、第１，第２の駆動部と同一の構成になる１あるいは複数の別の駆動部が第１，第２の駆動部と同時に駆動される構成となっていてもよい。このような場合では、駆動回路部から供給され、それぞれの駆動部の電気機械変換素子に印加される駆動電圧の供給開始タイミングを互いに異ならせるようにすればよい。
【００１１】
また、請求項２の発明は、請求項１に係るものにおいて、前記駆動回路部が、直流電圧が出力される駆動電源と、この駆動電源と接地との間に接続される第１のスイッチ回路と、前記駆動電源と接地との間に接続される第２のスイッチ回路と、前記第１のスイッチ回路を駆動制御することにより前記駆動電源から出力される直流電圧を矩形波の駆動電圧にして前記第１の電気機械変換素子に印加すると共に、前記第２のスイッチ回路を駆動制御することにより前記駆動電源から出力される直流電圧を矩形波の駆動電圧にして前記第２の電気機械変換素子に印加するようにする制御信号出力部とを備えたことを特徴としている。
【００１２】
この構成によれば、駆動電源から出力される直流電圧が第１のスイッチ回路により矩形波の駆動電圧にされて第１の電気機械変換素子に印加され、第２のスイッチ回路により矩形波の駆動電圧にされて第２の電気機械変換素子に印加される。このため、第１の駆動部と第２の駆動部とを同時に駆動させる場合でも駆動電源の電圧低下を効果的に抑制することができることに加え、駆動電圧が矩形波で回路構成が複雑化しないことから駆動装置の小型化とコストダウンとが可能となる。
【００１３】
また、請求項３の発明は、請求項２に係るものにおいて、前記第１のスイッチ回路が、一方端が前記駆動電源に接続され、他方端が前記第１の電気機械変換素子の一方端に接続された第１のスイッチング素子と、一方端が前記第１の電気機械変換素子の一方端に接続され、他方端が接地された第２のスイッチング素子と、一方端が前記駆動電源に接続され、他方端が前記第１の電気機械変換素子の他方端に接続された第３のスイッチング素子と、一方端が前記第１の電気機械変換素子の他方端に接続され、他方端が接地された第４のスイッチング素子とを含み、前記第２のスイッチ回路が、一方端が前記駆動電源に接続され、他方端が前記第２の電気機械変換素子の一方端に接続された第５のスイッチング素子と、一方端が前記第１の電気機械変換素子の一方端に接続され、他方端が接地された第６のスイッチング素子と、一方端が前記駆動電源に接続され、他方端が前記第２の電気機械変換素子の他方端に接続された第７のスイッチング素子と、一方端が前記第２の電気機械変換素子の他方端に接続され、他方端が接地された第８のスイッチング素子とを含み、前記駆動制御手段が、前記制御信号出力部を駆動制御することにより前記第１のスイッチング素子及び前記第４のスイッチング素子を導通状態にするときに前記第２のスイッチング素子及び前記第３のスイッチング素子を非導通状態にする一方、前記第２のスイッチング素子及び前記第３のスイッチング素子を導通状態にするときに前記第１のスイッチング素子及び前記第４のスイッチング素子を非導通状態にするものであり、前記第５のスイッチング素子及び前記第８のスイッチング素子を導通状態にするときに前記第６のスイッチング素子及び前記第７のスイッチング素子を非導通状態にする一方、前記第６のスイッチング素子及び前記第７のスイッチング素子を導通状態にするときに前記第５のスイッチング素子及び前記第８のスイッチング素子を非導通状態にするものであることを特徴としている。
【００１４】
この構成によれば、第１，第４のスイッチング素子が導通状態とされ、第２，第３のスイッチング素子が非導通状態とされたとき、駆動電源から電気機械変換素子の一方端に正電圧が印加されると共に他方端に負電圧が印加され、第２，第３のスイッチング素子が導通状態とされ、第１，第４のスイッチング素子が非導通状態とされたとき、駆動電源から電気機械変換素子の他方端に正電圧が印加されると共に一方端に負電圧が印加される。また、第５，第８のスイッチング素子が導通状態とされ、第６，第７のスイッチング素子が非導通状態とされたとき、駆動電源から電気機械変換素子の一方端に正電圧が印加されると共に他方端に負電圧が印加され、第６，第７のスイッチング素子が導通状態とされ、第５，第８のスイッチング素子が非導通状態とされたとき、駆動電源から電気機械変換素子の他方端に正電圧が印加されると共に一方端に負電圧が印加される。
【００１５】
このため、第１の駆動部と第２の駆動部とを同時に駆動させる場合でも駆動電源の電圧低下を効果的に抑制することができることに加え、簡単な回路構成で駆動電源の略２倍の駆動電圧が電気機械変換素子に印加される結果、駆動装置のより一層の小型化とコストダウンとが可能となる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
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、第１の駆動部１２と、第２の駆動部１４と、第１の駆動部１２及び第２の駆動部１４を駆動する駆動回路部１６と、全体の動作を制御する制御部１８とを備えている。なお、第１の駆動部１２及び第２の駆動部１４は、同一の構成になるものである。
【００１７】
図２は、第１の駆動部１２及び第２の駆動部１４の構成例を示す斜視図である。この図において、第１の駆動部１２及び第２の駆動部１４は、それぞれ素子固定式構造のものであり、支持部材２４、電気機械変換素子２６、駆動部材２８及び係合部材３０から構成されている。
【００１８】
支持部材２４は、電気機械変換素子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。また、この支持部材２４の他方端部２４２の中心位置に丸孔２４６が穿設されると共に、仕切壁２４３の中心位置に丸孔２４７が穿設されている。
【００１９】
電気機械変換素子２６は、例えば所定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、外面に対向電極である正極（一方の電極）２６１及び負極（他方の電極）２６２が設けられたものである。この電気機械変換素子２６は、その対向電極間方向である伸縮方向を支持部材２４の軸方向と一致させた状態で第１の収容空間２４４に収納され、一方端面（例えば、正極２６１側）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。
【００２０】
駆動部材２８は、断面丸形状の棒状に形成されたもので、その両端部が支持部材２４の他方端部２４２の丸孔２４６と仕切壁２４３の丸孔２４７とを貫通した状態て第２の収容空間２４５に軸方向に沿って移動可能に収容されている。また、この駆動部材２８は、第１の収容空間２４４内に突出した端部が電気機械変換素子２６の他方端面（例えば、負極２６２側）に固着されると共に、支持部材２４の他方端部２４２の外部に突出した端部が板ばね３２により所定のばね圧で押圧され、電気機械変換素子２６側に付勢された状態とされている。このように板ばね３２により駆動部材２８を付勢するのは、電気機械変換素子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。
【００２１】
係合部材３０は、駆動部材２８の軸方向両側に取付部３０１，３０１を有する基部３０２と、両取付部３０１，３０１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が第２の収容空間２４５内において駆動部材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の周面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に結合されている。これにより、この係合部材３０は、その摩擦力よりも大きな駆動力が係合部材３０に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なる。なお、この係合部材３０には、撮影レンズ等の駆動対象物Ｌ（図１）が取り付けられる。
【００２２】
図３は、駆動回路部１６の構成例を示す図である。この図において、駆動回路部１６は、直流電圧を出力する駆動電源１６１と、駆動電源１６１と接地との間に接続された第１のスイッチ部１６２と、駆動電源１６１と接地との間に第１のスイッチ部１６２と並列的に接続された第２のスイッチ部１６３と、これら第１のスイッチ部１６２及び第２のスイッチ部１６３を駆動制御することにより駆動電源１６１から出力される直流電圧を矩形波の駆動電圧にして第１の駆動部１２の電気機械変換素子２６及び第２の駆動部１４の電気機械変換素子２６にそれぞれ印加するようにする制御信号出力部１６４とから構成されている。
【００２３】
この駆動電源１６１は、一端が接地されたＤＣ-ＤＣコンバータ等から構成されている。また、第１のスイッチ部１６２は、駆動電源１６１から駆動電圧＋Ｖｐが供給される接続点ａと接地された接続点ｂとの間に、ＭＯＳＦＥＴである第１のスイッチング素子Ｑ１を有する第１のスイッチ回路１６５及びＭＯＳＦＥＴである第２のスイッチング素子Ｑ２を有する第２のスイッチ回路１６６の直列回路が接続されると共に、ＭＯＳＦＥＴである第３のスイッチング素子Ｑ３を有する第３のスイッチ回路１６７及びＭＯＳＦＥＴである第４のスイッチング素子Ｑ４を有する第４のスイッチ回路１６８の直列回路が接続されて構成されている。
【００２４】
また、第２のスイッチ部１６３は、駆動電源１６１から駆動電圧＋Ｖｐが供給される接続点ｃと接地された接続点ｄとの間に、ＭＯＳＦＥＴである第５のスイッチング素子Ｑ５を有する第５のスイッチ回路１６９及びＭＯＳＦＥＴである第６のスイッチング素子Ｑ６を有する第６のスイッチ回路１７０の直列回路が接続されると共に、ＭＯＳＦＥＴである第７のスイッチング素子Ｑ７を有する第７のスイッチ回路１７１及びＭＯＳＦＥＴである第８のスイッチング素子Ｑ８を有する第８のスイッチ回路１７２の直列回路が接続されて構成されている。
【００２５】
また、制御信号出力部１６４は、第１乃至第８のスイッチ回路１６５乃至１７２に供給する駆動パルスである駆動制御信号Ｓｃ１，Ｓｃ２，Ｓｃ３，Ｓｃ４，Ｓｃ５，Ｓｃ６，Ｓｃ７，Ｓｃ８を出力するように構成されたものである。本実施形態では、第１乃至第８のスイッチ回路１６５乃至１７２を構成する第１乃至第８のスイッチング素子Ｑ１乃至Ｑ８は、それぞれＮチャネルＦＥＴから構成されており、それぞれのゲートに供給される駆動制御信号Ｓｃ１乃至Ｓｃ８がハイレベルのときにオンとなる。
【００２６】
このように構成された駆動回路部１６における第１のスイッチ部１６２では、第１のスイッチ回路１６５及び第２のスイッチ回路１６６の接続点ｅと、第３のスイッチ回路１６７及び第４のスイッチ回路１６８の接続点ｆとの間に、第1の駆動部１２の圧電素子等からなる電気機械変換素子２６が接続されてブリッジ回路が構成されている。また、駆動回路部１６における第２のスイッチ部１６３では、第５のスイッチ回路１６９及び第６のスイッチ回路１７０の接続点ｇと、第７のスイッチ回路１７１及び第８のスイッチ回路１７２の接続点ｈとの間に、第２の駆動部１４の圧電素子等からなる電気機械変換素子２６が接続されてブリッジ回路が構成されている。
【００２７】
このように構成された駆動回路部１６において、第１のスイッチ回路１６５及び第４のスイッチ回路１６８は、第１の駆動部１２の電気機械変換素子２６に対し、その一方側から駆動電圧＋Ｖｐを印加して電気機械変換素子２６の対向電極２６１，２６２間を充電する第１の駆動回路を構成し、第２のスイッチ回路１６６及び第３のスイッチ回路１６７は、第１の駆動部１２の電気機械変換素子２６に対し、その他方側から駆動電圧＋Ｖｐを印加して電気機械変換素子２６の対向電極２６１，２６２間を充電する第２の駆動回路を構成することになる。
【００２８】
また、第５のスイッチ回路１６９及び第８のスイッチ回路１７２は、第２の駆動部１４の電気機械変換素子２６に対し、その一方側から駆動電圧＋Ｖｐを印加して電気機械変換素子２６の対向電極２６１，２６２間を充電する第３の駆動回路を構成し、第６のスイッチ回路１７０及び第７のスイッチ回路１７１は、第２の駆動部１４の電気機械変換素子２６に対し、その他方側から駆動電圧＋Ｖｐを印加して電気機械変換素子２６の対向電極２６１，２６２間を充電する第４の駆動回路を構成することになる。
【００２９】
このように、第１のスイッチ部１６２と第１の駆動部１２の電気機械変換素子２６とでブリッジ回路を構成すると共に、第２のスイッチ部１６３と第２の駆動部１４の電気機械変換素子２６とでブリッジ回路を構成した場合、各電気機械変換素子２６には駆動電源１６１から−Ｖｐ〜＋Ｖｐの電圧（すなわち、２Ｖｐの電圧）が印加されることになるので、駆動電源１６１から出力される駆動電圧＋Ｖｐ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。
【００３０】
図１に戻り、制御部１８は、演算処理を行うＣＰＵ（Central Processing Unit）、処理プログラムや各種データ等が記憶されたＲＯＭ（Read-Only Memory）、及び、データを一時的に保存するＲＡＭ（Random Access Memory）から構成されており、第１の駆動部１２の係合部材３０及び第２の駆動部１４の係合部材３０の位置をそれぞれ検出する図略の位置センサ等から入力される信号に基づいて駆動回路部１６の制御信号出力部１６４（図３）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（第１のスイッチ回路１６５及び第４のスイッチ回路１６８で構成）と第２の駆動回路（第２のスイッチ回路１６６及び第３のスイッチ回路１６７で構成）とを交互に駆動すると共に、第３の駆動回路（第５のスイッチ回路１６９及び第８のスイッチ回路１７２で構成）と第４の駆動回路（第６のスイッチ回路１７０及び第７のスイッチ回路１７１で構成）とを交互に駆動する。
【００３１】
すなわち、制御部１８は、制御信号出力部１６４（図３）を駆動制御することにより、図３に示す第１のスイッチ回路１６５と第４のスイッチ回路１６８とからなる第１の駆動回路、第２のスイッチ回路１６６と第３のスイッチ回路１６７とからなる第２の駆動回路、第５のスイッチ回路１６９と第８のスイッチ回路１７２とからなる第３の駆動回路、及び、第６のスイッチ回路１７０と第７のスイッチ回路１７１とからなる第４の駆動回路をそれぞれ駆動する駆動制御手段を構成する。
【００３２】
次に、図４乃至図１３を参照して、本発明の駆動装置１０に適用される駆動回路部１６の駆動動作の原理的な説明を行う。ここで、図４は、駆動回路部１６により第１の駆動部１２の電気機械変換素子２６及び第２の駆動部１４の電気機械変換素子２６に印加される駆動電圧であって、各電気機械変換素子２６の伸縮時の変位波形を鋸歯形状にすることにより支持部材２４と係合部材３０とを相対移動させることのできるパルス波形の一例を示すものである。
【００３３】
すなわち、図４（ａ）は、係合部材３０を繰出し方向（電気機械変換素子２６から離反する方向）である矢印ａ１方向（図１）に移動させるための電気機械変換素子２６に印加する駆動電圧のパルス波形であり、その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電気機械変換素子２６の共振周波数ｆｒ（例えば、６０KＨｚ）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である。
【００３４】
また、図４（ｂ）は、係合部材３０が戻り方向（電気機械変換素子２６に接近する方向）である矢印ａ２（図１）方向に移動させるための電気機械変換素子２６に印加する駆動電圧のパルス波形であり、その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各電気機械変換素子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。
【００３５】
駆動電圧の駆動周波数ｆｄ及びデューティ比Ｄを上記のように設定しているのは、支持部材２４及び駆動部材２８が固着されている状態での電気機械変換素子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の移動速度とが図５の特性図に示すような関係を有していること、及び、矩形波からなる駆動電圧のデューティ比Ｄと係合部材３０の移動方向（繰出し方向及び戻り方向）とが図６の特性図に示すような関係を有していることに基づくものである。
【００３６】
この図５に示す特性図は、支持部材２４及び駆動部材２８が固着されている状態での電気機械変換素子２６の共振周波数ｆｒを異ならせたり、形態（構造）を異ならせたりした４種類（第１乃至第４）の駆動装置を構成し、これら各駆動装置について電気機械変換素子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の移動速度との対応関係を計測したものである。
【００３７】
なお、この特性図は、矩形波からなる駆動電圧のデューティ比Ｄが０．３の場合（係合部材３０が繰出し方向に移動する場合）のものであるが、そのデューティ比Ｄ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Ｄが０．０５〜０．９５の範囲内にある場合に略同様の関係を有することが確認されている。
【００３８】
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、一部領域で移動速度の落ち込みがあるとはいうものの係合部材３０が実質的に移動可能となる一方、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、電気機械変換素子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×ｆｒ＜ｆｄ＜１．５×ｆｒの範囲内で適宜設定することができる。なお、ｆｄ／ｆｒの値が０．６乃至１．２の範囲内にある場合には、第１乃至第４のすべての駆動装置１０について十分動作可能となる。
【００３９】
また、図６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Ｄと係合部材３０の移動方向（繰出し方向及び戻り方向）との対応関係を計測したものである。この図から明らかなように、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は繰出し方向に移動し、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。
【００４０】
なお、支持部材２４及び駆動部材２８が固着された状態での電気機械変換素子２６の共振周波数ｆｒは、次の数式により求めたものである。
【００４１】
【数１】

【００４２】
この数１におけるｆｒｏは電気機械変換素子２６の両電極２６１，２６２間におけるフリー共振周波数（電気機械変換素子２６自体の電極間方向における共振周波数）、ｍｐは電気機械変換素子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、共振系における電気機械変換素子２６の共振周波数ｆｒに関係するが、支持部材２４の質量は電気機械変換素子２６及び駆動部材２８の各質量ｍｐ，ｍｆ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、電気機械変換素子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。
【００４３】
図７は、電気機械変換素子２６に印加される駆動回路部１６からの駆動電圧のパルス波形と、電気機械変換素子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、電気機械変換素子２６の伸縮による変位波形は、レーザードップラー振動計により測定したものを概略的に示したものである。
【００４４】
このように、電気機械変換素子２６に図４（ａ）に示す駆動電圧が印加された場合は電気機械変換素子２６の変位波形が緩慢な立ち上がり部Ａと急峻な立ち下がり部Ｂとを有する鋸歯形状となり、電気機械変換素子２６に図４（ｂ）に示す駆動電圧が印加された場合は電気機械変換素子２６の変位波形が急峻な立ち上がり部Ｃと緩慢な立ち下がり部Ｄとを有する鋸歯形状となっていることが確認された。
【００４５】
すなわち、電気機械変換素子２６の変位が図７（ａ）に示すような緩慢な立ち上がり部Ａを有する波形を呈するとき（すなわち、電気機械変換素子２６が緩やかに伸長するとき）は、係合部材３０が駆動部材２８と共に繰出し方向に移動し、電気機械変換素子２６の変位が図７（ａ）に示すような急峻な立下り部Ｂを有する波形を呈するとき（すなわち、電気機械変換素子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）に示す駆動電圧が電気機械変換素子２６に繰り返し印加されることで、係合部材３０は繰出し方向に間欠的に移動することになる。
【００４６】
また、電気機械変換素子２６の変位が図７（ｂ）に示すような急峻な立ち上がり部Ｃを有する波形を呈するとき（すなわち、電気機械変換素子２６が急激に伸長するとき）は、駆動部材２８が繰出し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、電気機械変換素子２６の変位が図７（ｂ）に示すような緩慢な立下り部Ｄを有する波形を呈するとき（すなわち、電気機械変換素子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）に示す駆動電圧が電気機械変換素子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。
【００４７】
このように、例えば図４（ａ），（ｂ）に示す駆動電圧が電気機械変換素子２６に印加された場合、電気機械変換素子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。つまり、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が電気機械変換素子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）、系における電気機械変換素子２６の共振周波数ｆｒ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、電気機械変換素子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（鋸歯形状の波形）を有するものとなるからである。
【００４８】
すなわち、図８に示すような矩形波の駆動電圧（例えば、駆動周波数ｆｄが電気機械変換素子２６の共振周波数ｆｒに対して０．３倍よりも大きく１．５倍よりも小さいもの）の１パルス分の成分は、フーリエ変換することにより図９に示すような基本波ｆ１に対してｆ２，ｆ３，…，ｆｎの複数次の高調波を有するものとして表わすことができる。一方、支持部材２４及び駆動部材２８が固着された状態での電気機械変換素子２６の共振特性は、図１０に示すように、図９の３次高調波ｆ３以上の周波数領域ではゲインが大きく減衰したものとなる。
【００４９】
このため、電気機械変換素子２６に図８に示す矩形波の駆動電圧を印加すると、電気機械変換素子２６の変位波形（振動波形）は３次以上の高調波ｆ３，…，ｆｎ成分が大きく減衰されたものとなり、図１１に示すように実質的に基本波ｆ１及び第２高調波ｆ２成分のみを有するものとなる。この図１１に示す成分を有する電気機械変換素子２６の変位波形はフーリエ逆変換することにより求めることができ、図１２に示すような鋸歯形状を呈するものとなる。
【００５０】
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の移動方向が繰出し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は繰出し方向に移動し、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は繰出し方向に移動する。
【００５１】
因みに、図１３（ａ）に示すように、駆動電圧の駆動周波数ｆｄが電気機械変換素子２６の共振周波数ｆｒの０．１倍（ｆｄ＝０．１×ｆｒ）となるように設定し、駆動電圧のデューティ比が０．３になるように設定した場合、電気機械変換素子２６の変位は矩形波における立ち上がり部の後の平坦部と立ち下がり部の後の平坦部にリンギングが生じるのみで鋸歯波形とはならず、係合部材３０は停止したままであった。また、図１３（ｂ）に示すように、駆動電圧の駆動周波数ｆｄが電気機械変換素子２６の共振周波数ｆｒの０．１倍（ｆｄ＝０．１×ｆｒ）となるように設定し、駆動電圧のデューティ比が０．７になるように設定した場合、電気機械変換素子２６の変位は図１３（ａ）の場合と同様に矩形波における立ち上がり部の後の平坦部と立ち下がり部の後の平坦部にリンギングが生じるのみで鋸歯波形とはならず、係合部材３０は停止したままであった。
【００５２】
次に、図１４を参照して本発明の駆動装置１０の動作説明を行う。すなわち、この図１４は、図３に示す駆動回路部１６を制御する制御信号出力部１６４から出力されて各スイッチング素子Ｑ１乃至Ｑ８に印加される駆動パルス（駆動制御信号）と、第１の駆動部１２及び第２の駆動部１４の各電気機械変換素子２６に印加される駆動電圧の波形とを示す図である。
【００５３】
この図１４に示す各電気機械変換素子２６に印加される駆動電圧は、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電気機械変換素子２６の共振周波数ｆｒに対し、０．７倍に設定されると共に、繰出し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。この駆動電圧が電気機械変換素子２６に印加されることで係合部材３０は繰出し方向と戻り方向とに移動することになる。なお、ここでは、第１の駆動部１２については、係合部材３０が繰出し方向と戻り方向とに移動する場合を示しており、第２の駆動部１４については、係合部材３０が繰出し方向のみに移動する場合を示している。
【００５４】
この図１４に示すように、駆動装置１０の駆動時には、第１の駆動部１２について、制御信号出力部１６４からハイレベル（Ｈ）の駆動制御信号Ｓｃ１，Ｓｃ４がスイッチング素子Ｑ１，Ｑ４に入力されるとき（時刻ｔ１-ｔ３間、ｔ５-ｔ７間、ｔ９-ｔ１１間、ｔ１３-ｔ１６間、ｔ１７-ｔ２０間、…）には、ローレベル（Ｌ）の駆動制御信号Ｓｃ２，Ｓｃ３がスイッチング素子Ｑ２，Ｑ３に入力され、ローレベル（Ｌ）の駆動制御信号Ｓｃ１，Ｓｃ４がスイッチング素子Ｑ１，Ｑ４に入力されるとき（時刻ｔ３-ｔ５間、ｔ７-ｔ９間、ｔ１１-ｔ１３間、ｔ１６-ｔ１７間、ｔ２０-ｔ２１間、…）には、ハイレベル（Ｈ）の駆動制御信号Ｓｃ２，Ｓｃ３がスイッチング素子Ｑ２，Ｑ３に入力される。
【００５５】
また、第２の駆動部１４について、制御信号出力部１６４からハイレベル（Ｈ）の駆動制御信号Ｓｃ５，Ｓｃ８がスイッチング素子Ｑ５，Ｑ８に入力されるとき（時刻ｔ２-ｔ４間、ｔ６-ｔ８間、ｔ１０-ｔ１２間、ｔ１４-ｔ１５間、ｔ１８-ｔ１９間、ｔ２２-ｔ２３間、…）には、ローレベル（Ｌ）の駆動制御信号Ｓｃ６，Ｓｃ７がスイッチング素子Ｑ６，Ｑ７に入力され、ローレベル（Ｌ）の駆動制御信号Ｓｃ５，Ｓｃ８がスイッチング素子Ｑ５，Ｑ８に入力されるとき（時刻ｔ４-ｔ６間、ｔ８-ｔ１０間、ｔ１２-ｔ１４間、ｔ１５-ｔ１８間、ｔ１９-ｔ２２間、…）には、ハイレベル（Ｈ）の駆動制御信号Ｓｃ６，Ｓｃ７がスイッチング素子Ｑ６，Ｑ７に入力される。
【００５６】
ここで、第１のスイッチ部１６２の各スイッチング素子Ｑ１乃至Ｑ４に対して制御信号出力部１６４から供給される駆動制御信号Ｓｃ１乃至Ｓｃ４と、第２のスイッチ部１６３の各スイッチング素子Ｑ５乃至Ｑ８に対して制御信号出力部１６４から供給される駆動制御信号Ｓｃ５乃至Ｓｃ８との供給タイミングが互いに異なるように設定されている。このため、第１の駆動部１２の電気機械変換素子２６への駆動電圧の供給開始タイミングと第２の駆動部１４の電気機械変換素子２６への駆動電圧の供給開始タイミングとが一致しないようになり、駆動電源１６１の駆動電圧Ｖｐの出力波形は図示のように電圧低下の抑制されたものとなる。
【００５７】
すなわち、第１の駆動部１２において、駆動制御信号Ｓｃ１乃至Ｓｃ４が時刻ｔ１，ｔ３，ｔ５，ｔ７，ｔ９，ｔ１１，ｔ１３，…で各スイッチング素子Ｑ１乃至Ｑ４に供給されるのに対して、駆動制御信号Ｓｃ５乃至Ｓｃ８が時刻ｔ１，ｔ３，ｔ５，ｔ７，ｔ９，ｔ１１，ｔ１３，…よりもそれぞれ僅かに遅延した時刻ｔ２，ｔ４，ｔ６，ｔ８，ｔ１０，ｔ１２，ｔ１４，…で各スイッチング素子Ｑ５乃至Ｑ８に供給されるため、第１の駆動部１２の電気機械変換素子２６における充電タイミングと、第２の駆動部１４の電気機械変換素子２６における充電タイミングとが一致しないようになり、駆動電源１６１の駆動電圧の電圧低下が抑制されることになる。
【００５８】
因みに、図１５に示すように、第１の駆動部１２の電気機械変換素子２６への駆動電圧の供給開始タイミングと第２の駆動部１４の電気機械変換素子２６への駆動電圧の供給開始タイミングとが一致する従来の構成では、駆動電源１６１の駆動電圧Ｖｐの出力は充電電流が流れるときに大きく低下することになる。
【００５９】
このように、第１の駆動部１２について、制御信号出力部１６４から駆動制御信号Ｓｃ１，Ｓｃ４及びＳｃ２，Ｓｃ３が繰り返し出力されることにより、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ４及びスイッチング素子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がオンのときには電気機械変換素子２６は＋Ｖｐの電圧が印加され、スイッチ素子Ｑ２，Ｑ３がオンのときには電気機械変換素子２６は−Ｖｐの電圧が印加されることになる結果、電気機械変換素子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は繰出し方向に移動し、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。
【００６０】
また、第２の駆動部１４について、制御信号出力部１６４から駆動制御信号Ｓｃ５，Ｓｃ８及びＳｃ６，Ｓｃ７が繰り返し出力されることにより、スイッチング素子Ｑ５，Ｑ８及びスイッチング素子Ｑ６，Ｑ７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Ｑ５，Ｑ８がオンのときには電気機械変換素子２６は＋Ｖｐの電圧が印加され、スイッチ素子Ｑ６，Ｑ７がオンのときには電気機械変換素子２６は−Ｖｐの電圧が印加されることになる結果、第１の駆動部１２の場合と同様に電気機械変換素子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は繰出し方向に移動し、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。
【００６１】
図１６は、駆動回路部１６の別の構成例を示す図である。この図において、図３に示す駆動回路部１６の構成要素と同一の構成要素については同一の参照符号を付与することで詳細な説明を省略する。すなわち、図１６に示す駆動回路部１６’は、第１の駆動部１２の電気機械変換素子２６に駆動電圧を供給するための第１のスイッチ部１７４と、第２の駆動部１４の電気機械変換素子２６に駆動電圧を供給するための第２のスイッチ部１７５とを備えている。
【００６２】
この第１のスイッチ部１７４は、駆動電源１６１に対して第１のスイッチ回路１７６と第２のスイッチ回路１７７とが直列に接続され、電気機械変換素子２６が第２のスイッチ回路１７７に対して並列に接続されて構成されたものである。また、第２のスイッチ部１７５は、駆動電源１６１に対して第３のスイッチ回路１７８と第４のスイッチ回路１７９とが直列に接続され、電気機械変換素子２６が第４のスイッチ回路１７９に対して並列に接続されて構成されたものである。
【００６３】
すなわち、第１のスイッチ部１７４における第１のスイッチ回路１７６は、ＰチャネルのＭＯＳＦＥＴである第１のスイッチング素子Ｑ１１と、この第１のスイッチング素子Ｑ１１をオン／オフ制御するバイポーラトランジスタである第２のスイッチング素子Ｑ１２とを含んで構成され、第２のスイッチ回路１７７は、ＮチャネルのＭＯＳＦＥＴである第３のスイッチング素子Ｑ１３を含んで構成されたもので、制御部１８（図１）から出力される制御信号に基づいて制御信号出力部１８０から出力される駆動制御信号Ｓｃ１２が第１のスイッチ回路１７６の第２のスイッチング素子Ｑ１２に供給されると共に、駆動制御信号Ｓｃ１３が第２のスイッチ回路１７７の第３のスイッチング素子Ｑ１３に供給されることで第１，第２のスイッチ回路１７６，１７７を駆動制御するようにしたものである。
【００６４】
また、第２のスイッチ部１７５における第３のスイッチ回路１７８は、ＰチャネルのＭＯＳＦＥＴである第４のスイッチング素子Ｑ１４と、この第４のスイッチング素子Ｑ１４をオン／オフ制御するバイポーラトランジスタである第５のスイッチング素子Ｑ１５とを含んで構成され、第４のスイッチ回路１７９は、ＮチャネルのＭＯＳＦＥＴである第６のスイッチング素子Ｑ１６を含んで構成されたもので、制御部１８（図１）から出力される制御信号に基づいて制御信号出力部１８０から出力される駆動制御信号Ｓｃ１４が第３のスイッチ回路１７８の第５のスイッチング素子Ｑ１５に供給されると共に、駆動制御信号Ｓｃ１５が第４のスイッチ回路１７９の第６のスイッチング素子Ｑ１６に供給されることで第３，第４のスイッチ回路１７８，１７９を駆動制御するようにしたものである。
【００６５】
この駆動回路部１６’では、駆動制御信号Ｓｃ１２が短時間だけ出力されて第１のスイッチ部１７４の第１のスイッチ回路１７６が短時間だけ閉じられると（すなわち、第１のスイッチング素子Ｑ１１がオンされると）、その間に第１のスイッチ回路１７６を介して電気機械変換素子２６の対向電極２６１，２６２間が急速に充電される一方、駆動制御信号Ｓｃ１２の出力が停止されることで第１のスイッチ回路１７６が開かれて（すなわち、第１のスイッチング素子Ｑ１１がオフされて）一定時間が経過した後に駆動制御信号Ｓｃ１３が短時間だけ出力されて第２のスイッチ回路１７７が短時間だけ閉じられると（すなわち、第３のスイッチング素子Ｑ１３がオンされると）、電気機械変換素子２６の対向電極２６１，２６２間に充電されていた電荷が急激に放電される。
【００６６】
すなわち、第１の駆動部１２の電気機械変換素子２６は、第１のスイッチ回路１７６がＯＮされてから第２のスイッチ回路１７７がオンされるまでの間に駆動電圧が印加されたのと実質的に同様の状態となる。このため、第１のスイッチ回路１７６が一定の周期でオン／オフされ、第２のスイッチ回路１７７が第１のスイッチ回路１７６に対して一定の遅れ時間でオン／オフされることで、電気機械変換素子２６の対向電極２６１，２６２間には駆動電源１６１の＋Ｖｐの値を有する矩形波の駆動電圧が所定の周期で繰り返し印加された状態となる。
【００６７】
また、駆動制御信号Ｓｃ１４が短時間だけ出力されて第２のスイッチ部１７５の第３のスイッチ回路１７８が短時間だけ閉じられると（すなわち、第４のスイッチング素子Ｑ１４がオンされると）、その間に第３のスイッチ回路１７８を介して電気機械変換素子２６の対向電極２６１，２６２間が急速に充電される一方、駆動制御信号Ｓｃ１４の出力が停止されることで第３のスイッチ回路１７８が開かれて（すなわち、第４のスイッチング素子Ｑ１４がオフされて）一定時間が経過した後に駆動制御信号Ｓｃ１５が短時間だけ出力されて第４のスイッチ回路１７９が短時間だけ閉じられると（すなわち、第６のスイッチング素子Ｑ１６がオンされると）、電気機械変換素子２６の対向電極２６１，２６２間に充電されていた電荷が急激に放電される。
【００６８】
すなわち、第２の駆動部１４の電気機械変換素子２６は、第３のスイッチ回路１７８がオンされてから第４のスイッチ回路１７９がオンされるまでの間に駆動電圧が印加されたのと実質的に同様の状態となる。このため、第３のスイッチ回路１７８が一定の周期でオン／オフされ、第４のスイッチ回路１７９が第３のスイッチ回路１７８に対して一定の遅れ時間でオン／オフされることで、電気機械変換素子２６の対向電極２６１，２６２間には駆動電源１６１の＋Ｖｐの値を有する矩形波の駆動電圧が所定の周期で繰り返し印加された状態となる。
【００６９】
この場合、各電気機械変換素子２６に印加される駆動電圧のデューティ比Ｄが０．０５よりも大きく０．４５よりも小さな範囲内（０．０５＜Ｄ＜０．４５）にあるときには駆動パルスは各係合部材３０が電気機械変換素子２６から離反する方向に移動する繰出し波形となり、駆動電圧のデューティ比Ｄが０．５５よりも大きく０．９５よりも小さな範囲内（０．５５＜Ｄ＜０．９５）にあるときには駆動パルスは各係合部材３０が電気機械変換素子２６に接近する方向に移動する戻り波形となる。このように駆動回路部１６’を構成した場合でも、図３に示す駆動回路部１６の場合と同様に電気機械変換素子２６を駆動することができる。
【００７０】
ここで、第１のスイッチ部１７４のスイッチング素子Ｑ１２に対して制御信号出力部１８０から供給される駆動制御信号Ｓｃ１２と、第２のスイッチ部１７５のスイッチング素子Ｑ１５に対して制御信号出力部１８０から供給される駆動制御信号Ｓｃ１４との供給タイミングが互いに異なるように設定されている。このため、第１の駆動部１２の電気機械変換素子２６への駆動電圧の供給開始タイミングと第２の駆動部１４の電気機械変換素子２６への駆動電圧の供給開始タイミングとが一致しないようになり、駆動電源１６１の駆動電圧Ｖｐは電圧低下の抑制されたものとなる。
【００７１】
すなわち、第１の駆動部１２において、駆動制御信号Ｓｃ１２が所定の時刻でスイッチング素子Ｑ１２に供給されるのに対して、駆動制御信号Ｓｃ１４がその時刻よりも僅かに遅延した時刻でスイッチング素子Ｑ１５に供給されるため、第１の駆動部１２の電気機械変換素子２６における充電タイミングと、第２の駆動部１４の電気機械変換素子２６における充電タイミングとが一致しないようになり、駆動電源１６１の駆動電圧の電圧低下が抑制されることになる。
【００７２】
なお、第１の駆動部１２及び第２の駆動部１４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１７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部１６，１６’により駆動することができる。図１７（ａ）は自走式構造の第１の駆動部１２’及び第２の駆動部１４’の分解斜視図であり、図１７（ｂ）はその正面図である。
【００７３】
すなわち、この図１７に示す駆動部１２’，１４’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。
【００７４】
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、電気機械変換素子６９及び駆動部材７１から構成されている。支持部材６７は、電気機械変換素子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、電気機械変換素子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。
【００７５】
電気機械変換素子６９は、図２に示す電気機械変換素子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）である一方端面（例えば、正極側）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た軸体からなるもので、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電気機械変換素子６９の他方端面（例えば、負極側）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。
【００７６】
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。
【００７７】
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’，１４’が構成されることになる。
【００７８】
この駆動部１２’，１４’では、駆動回路部１６，１６’から例えば図４（ａ）に示す波形を有する駆動電圧が電気機械変換素子６９に印加されて電気機械変換素子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、その後に電気機械変換素子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。
【００７９】
また、駆動回路部１６，１６’から例えば図４（ｂ）に示す波形を有する駆動電圧が電気機械変換素子６９に印加されて電気機械変換素子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、その後に電気機械変換素子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。
【００８０】
本発明の実施形態に係る駆動装置１０は、上記のように、第１の駆動部１２，１２’の電気機械変換素子にパルス列からなる駆動電圧を印加して第１の駆動部１２，１２’を駆動すると共に、第２の駆動部１４，１４’の電気機械変換素子２６，６９に第１の駆動部１２，１２’における駆動電圧のパルス列とは電気機械変換素子２６，６９への供給開始タイミングの異なるパルス列からなる駆動電圧を印加して第２の駆動部１４，１４’を駆動するようにしている。このため、第１の駆動部１２，１２’の電気機械変換素子２６，６９への充電タイミングと、第２の駆動部１４，１４’の電気機械変換素子２６，６９への充電タイミングとが一致しないようになって駆動回路部１６，１６’に流れる電流が抑制されることになる結果、第１の駆動部１２，１２’と第２の駆動部１４，１４’とを同時に駆動させる場合でも駆動電源１６１の電圧低下を効果的に抑制することができる。
【００８１】
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、種々の変形態様を必要に応じて採用することが可能である。例えば、図３に示す駆動回路部１６の場合では、第１のスイッチ部１６２の第２，第４のスイッチング素子Ｑ２，Ｑ４と接地との間、及び、第２のスイッチ部１６３の第６，第８のスイッチング素子Ｑ６，Ｑ８と接地との間にそれぞれ所定の抵抗値を有する抵抗素子を接続する回路構成とすることができる。また、スイッチング素子としてＭＯＳＦＥＴを用いるようにしているが、バイポーラトランジスタ等を用いたりすることも可能である。また、スイッチング素子としてＭＯＳＦＥＴを用いる場合でも、Ｎチャネルのものに限らず、Ｐチャネルのものを用いることもできる。
【００８２】
いずれの場合でも、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ４がオン状態（導通状態）になるときにはスイッチング素子Ｑ２，Ｑ３がオフ状態（非導通状態）となり、スイッチング素子Ｑ２，Ｑ３がオン状態（導通状態）になるときにはスイッチング素子Ｑ１，Ｑ４がオフ状態（非導通状態）となるように制御信号出力部１６４から駆動制御信号が供給されるようにすればよい。また、スイッチング素子Ｑ５，Ｑ８がオン状態（導通状態）になるときにはスイッチング素子Ｑ６，Ｑ７がオフ状態（非導通状態）となり、スイッチング素子Ｑ６，Ｑ７がオン状態（導通状態）になるときにはスイッチング素子Ｑ５，Ｑ８がオフ状態（非導通状態）となるように制御信号出力部１６４から駆動制御信号が供給されるようにすればよい。
【００８３】
また、本発明に係る駆動装置１０は、第1の駆動部１２，１２’及び第２の駆動部１４，１４’に加え、第１，第２の駆動部１２，１２’，１４，１４’と同一の構成になる１あるいは複数の別の駆動部が第１，第２の駆動部１２，１２’，１４，１４’と同時に駆動される構成となっていてもよい。このような場合では、駆動回路部１６，１６’から供給され、それぞれの駆動部の電気機械変換素子２６，６９に印加される駆動電圧の供給開始タイミングを互いに異ならせるようにし、各電気機械変換素子２６，６９への充電タイミングが一致しないようにすればよい。
【００８４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、第１の駆動部の電気機械変換素子に矩形波のパルス列からなる駆動電圧を印加して第１の駆動部を駆動すると共に、第２の駆動部の電気機械変換素子に第１の駆動部における駆動電圧のパルス列とは電気機械変換素子への供給開始タイミングの異なる矩形波のパルス列からなる駆動電圧を印加して第２の駆動部を駆動するようにしているので、複数の駆動部を同時に駆動させる場合でも駆動電源の電圧低下を効果的に抑制することができる駆動装置が実現可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る駆動装置の全体構成を概略的に示す図である。
【図２】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３】図１に示す駆動装置の駆動回路部の構成例を示すブロック図である。
【図４】図３に示す駆動回路部により形成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５】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６】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７】図１に示す駆動装置の電気機械変換素子に印加される駆動電圧と、電気機械変換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８】電気機械変換素子に印加する矩形波からなる駆動電圧を示す図である。
【図９】図８に示す駆動電圧をフーリエ変換することにより求めた基本波及び高調波成分を示す図である。
【図１０】支持部材及び駆動部材が固着された状態での電気機械変換素子の共振特性を示す図である。
【図１１】図１０に示す共振特性を有する電気機械変換素子に図８に示す駆動電圧を印加した場合の基本波及び高調波成分を示す図である。
【図１２】図１１に示す基本波及び高調波成分をフーリエ逆変換することにより求めた電気機械変換素子の変位波形を示す図である。
【図１３】本発明の範囲外の駆動周波数を有する駆動電圧と電気機械変換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になるように設定したもの、（ｂ）は駆動電圧のデューティ比が０．７になるように設定したものである。
【図１４】図３に示す駆動回路部の動作説明をするためのタイミングチャートである。
【図１５】図１４に示すタイミングチャートに対応する従来例のタイミングチャートである。
【図１６】図１に示す駆動装置における駆動回路部の別の構成例を示すブロック図である。
【図１７】図１に示す駆動装置における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。
【図１８】従来例の駆動装置の構成を概略的に示す図である。
【符号の説明】
１０ 駆動装置
１２，１２’ 第１の駆動部
１４，１４’ 第２の駆動部
１６，１６’ 駆動回路部
１８ 制御部（駆動制御手段）
２４，６７ 支持部材
２６，６９ 電気機械変換素子
２８，７１ 駆動部材
３０，４０ 係合部材
１６１ 駆動電源
１６２，１７４ 第１のスイッチ部
１６３，１７５ 第２のスイッチ部
１６４，１８０ 制御信号出力部
１６５，１７６ 第１のスイッチ回路
１６６，１７７ 第２のスイッチ回路
１６７，１７８ 第３のスイッチ回路
１６８，１７９ 第４のスイッチ回路
１６９ 第５のスイッチ回路
１７０ 第６のスイッチ回路
１７１ 第７のスイッチ回路
１７２ 第８のスイッチ回路
Ｑ１，Ｑ１１ 第１のスイッチング素子
Ｑ２，Ｑ１２ 第２のスイッチング素子
Ｑ３，Ｑ１３ 第３のスイッチング素子
Ｑ４，Ｑ１４ 第４のスイッチング素子
Ｑ５，Ｑ１５ 第５のスイッチング素子
Ｑ６，Ｑ１６ 第６のスイッチング素子
Ｑ７ 第７のスイッチング素子
Ｑ８ 第８のスイッチング素子

Claims (3)

1. 対向電極を有する第１の電気機械変換素子、この第１の電気機械変換素子の一方の電極側に固着された第１の支持部材、前記第１の電気機械変換素子の他方の電極側に固着された第１の駆動部材、及びこの第１の駆動部材に所定の摩擦力で係合された第１の係合部材からなる第１の駆動部と、対向電極を有する第２の電気機械変換素子、この第２の電気機械変換素子の一方の電極側に固着された第２の支持部材、前記第２の電気機械変換素子の他方の電極側に固着された第２の駆動部材、及びこの第２の駆動部材に所定の摩擦力で係合された第２の係合部材からなる第２の駆動部と、前記第１の電気機械変換素子に矩形波のパルス列からなる第１の駆動電圧を印加して第１の駆動部を駆動すると共に、前記第２の電気機械変換素子に前記第１の駆動電圧のパルス列とは電気機械変換素子への供給開始タイミングの異なる矩形波のパルス列からなる第２の駆動電圧を印加して第２の駆動部を駆動する駆動回路部と、この駆動回路部を駆動制御することにより前記駆動電圧のデューティ比を変化させて前記第１の電気機械変換素子及び前記第２の電気機械変換素子を伸長方向と縮小方向とで異なる速度で伸縮させることで前記第１の支持部材と前記第１の係合部材とを相対移動させると共に、前記第２の支持部材と前記第２の係合部材とを相対移動させる駆動制御手段とを備えたことを特徴とする駆動装置。
2. 前記駆動回路部は、直流電圧が出力される駆動電源と、この駆動電源と接地との間に接続される第１のスイッチ回路と、前記駆動電源と接地との間に接続される第２のスイッチ回路と、前記第１のスイッチ回路を駆動制御することにより前記駆動電源から出力される直流電圧を矩形波の駆動電圧にして前記第１の電気機械変換素子に印加すると共に、前記第２のスイッチ回路を駆動制御することにより前記駆動電源から出力される直流電圧を矩形波の駆動電圧にして前記第２の電気機械変換素子に印加するようにする制御信号出力部とを備えたことを特徴とする請求項１記載の駆動装置。
3. 前記第１のスイッチ回路は、一方端が前記駆動電源に接続され、他方端が前記第１の電気機械変換素子の一方端に接続された第１のスイッチング素子と、一方端が前記第１の電気機械変換素子の一方端に接続され、他方端が接地された第２のスイッチング素子と、一方端が前記駆動電源に接続され、他方端が前記第１の電気機械変換素子の他方端に接続された第３のスイッチング素子と、一方端が前記第１の電気機械変換素子の他方端に接続され、他方端が接地された第４のスイッチング素子とを含み、
   前記第２のスイッチ回路は、一方端が前記駆動電源に接続され、他方端が前記第２の電気機械変換素子の一方端に接続された第５のスイッチング素子と、一方端が前記第１の電気機械変換素子の一方端に接続され、他方端が接地された第６のスイッチング素子と、一方端が前記駆動電源に接続され、他方端が前記第２の電気機械変換素子の他方端に接続された第７のスイッチング素子と、一方端が前記第２の電気機械変換素子の他方端に接続され、他方端が接地された第８のスイッチング素子とを含み、
   前記駆動制御手段は、前記制御信号出力部を駆動制御することにより前記第１のスイッチング素子及び前記第４のスイッチング素子を導通状態にするときに前記第２のスイッチング素子及び前記第３のスイッチング素子を非導通状態にする一方、前記第２のスイッチング素子及び前記第３のスイッチング素子を導通状態にするときに前記第１のスイッチング素子及び前記第４のスイッチング素子を非導通状態にするものであり、前記第５のスイッチング素子及び前記第８のスイッチング素子を導通状態にするときに前記第６のスイッチング素子及び前記第７のスイッチング素子を非導通状態にする一方、前記第６のスイッチング素子及び前記第７のスイッチング素子を導通状態にするときに前記第５のスイッチング素子及び前記第８のスイッチング素子を非導通状態にするものであることを特徴とする請求項２記載の駆動装置。

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