JP4954784B2

JP4954784B2 - 駆動装置

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Publication number: JP4954784B2
Application number: JP2007122286A
Authority: JP
Inventors: 祐介足立; 秀明向江; 賢東陰地; 英一長岡
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2007-05-07
Filing date: 2007-05-07
Publication date: 2012-06-20
Anticipated expiration: 2027-05-07
Also published as: JP2008278712A

Description

本発明は、駆動装置に関するものである。

従来から、各種電気機器等に用いられる、圧電素子（電気機械変換素子）を備えた振動型アクチュエータが知られている（例えば、特許文献１参照）。この圧電素子は、圧電体と電極とを交互に積層してなる。そして、前記振動型アクチュエータでは、電極に電圧を印加することにより圧電素子を振動させ、これにより、可動体を移動させる。
特開平８−２３７９７１公報

ところで、振動型アクチュエータでは、高性能化のため、単一の可動体を複数の圧電素子で駆動させることが考えられる。

しかしながら、圧電素子間に製造ばらつきがあると、その特性にばらつきが生じる。

そこで、各圧電素子毎に個別の電源を用意し、その特性が同じになるよう、電圧の周波数や２相の電圧の位相差などを調整すると、その特性のばらつきは小さくなるが、その分、電源の構成や制御が複雑になる。

各圧電素子を並列接続すると、電源の構成は簡単になるが、その特性にばらつきが発生し、圧電素子の個数分のパワーアップを図ることができない。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、単一の可動体を複数の圧電素子で駆動させる駆動装置において、複数の圧電素子の特性にばらつきがあっても、これらを同一電源で安定して協調動作させることにある。

その課題を解決するために、本発明は、複数の圧電素子を互いに電気的に直列接続している。具体的には、本発明は、複数の圧電素子と、該各圧電素子に設けられた駆動子と、該複数の圧電素子の駆動子に支持された単一の可動体とを有する振動型アクチュエータと、前記各圧電素子に第１電圧と該第１電圧と周波数が同じで位相差が９０度の第２電圧を供給することにより、前記各圧電素子を伸縮振動と屈曲振動とが合成された振動をさせ、前記振動により前記各駆動子を略楕円運動させて前記可動体を移動させる制御装置とを備えた駆動装置であって、前記振動型アクチュエータは、前記複数の圧電素子として第１〜第ｎ圧電素子（但し、ｎは２以上の任意の整数）を有し、前記各圧電素子は、圧電体層と内部電極層とを交互に積層してなり、前記内部電極層は、積層方向に前記圧電体層を介して交互に配されたプラス電極層及びマイナス電極層からなり、前記プラス電極層は、前記第１電圧が供給される第１のプラス電極と、前記第２電圧が供給される第２のプラス電極とを有し、前記マイナス電極層は、前記第１のプラス電極と前記圧電体層を挟んで対向する第１のマイナス電極と、前記第２のプラス電極と前記圧電体層を挟んで対向する、該第１のマイナス電極とは電気的に接続されていない第２のマイナス電極とを有し、第ｉ圧電素子（但し、ｉ＝１，…，ｎ−１）の第１のマイナス電極と第（ｉ＋１）圧電素子の第１のプラス電極とは互いに電気的に接続され、前記第ｉ圧電素子の第２のマイナス電極と前記第（ｉ＋１）圧電素子の第２のプラス電極とは互いに電気的に接続されていることを特徴とするものである。

本発明によれば、複数の圧電素子の特性にばらつきがあっても、これらを同一電源で安定して協調動作させることができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

−振動型アクチュエータの構成−
図１及び図２に示すように、振動型アクチュエータは、それぞれ略直方体状の第１及び第２圧電素子１２ａ，１２ｂ（例えば、それぞれ長さ６．０ｍｍ×幅１．７ｍｍ×厚み２．５ｍｍのもの）を備えている。この各圧電素子１２は、互いに対向する一対の主面と、この主面と直交して圧電素子１２の主面の長手方向に延びる、互いに対向する一対の端面と、これらの主面及び端面の両方と直交して圧電素子１２の主面の短手方向に延びる、互いに対向する一対の側面とを有している。主面、端面及び側面が圧電素子１２の外面を構成し、端面及び側面が圧電素子１２の周囲面を構成している。本実施形態では、主面、端面及び側面のうち主面が最大の面積を有している。

各圧電素子１２は、その主面の長手方向（可動体９の移動方向）が互いに一致するように一直線上に１列に並べられている。各圧電素子１２の一方の端面には、屈曲振動の腹の部分に駆動子８，８が設けられており、２つの圧電素子１２ａ，１２ｂの駆動子８，８は平板状の単一の可動体９を支持している。駆動子８及び可動体９は、例えばジルコニア、アルミナ、窒化珪素を主成分とするセラミック材料からなるものである。各圧電素子１２の他方の端面（駆動子８，８が設けられた端面とは反対側の端面）には予圧が付与され、駆動子８，８が可動体９に押し付けられている。これにより、駆動子８，８の先端部と可動体９との摩擦力が高められ、各圧電素子１２の振動が駆動子８，８を介して確実に可動体９に伝搬される。なお、図示省略するが、各圧電素子１２は、３つの支持部を介してケースに収容支持されている。

各圧電素子１２は、略矩形状の圧電体層１と内部電極層２とを交互に積層してなるものである。この圧電体層１は、例えばチタン酸ジルコン酸鉛を主成分とする圧電セラミック材料からなる絶縁体層である。

内部電極層２は、例えば銀、パラジウムを主成分とする金属からなる電極層である。内部電極層２は、田の字状に４分割された４つの分割電極３，３，…と、これらの４つの分割電極３，３，…のうち圧電体層１の上側主面のいずれか一方の対角線上に位置する一対の分割電極３，３を互いに接続する接続電極４と、分割電極３を素子端面まで引き出す引出電極５とからなる。この引出電極５により素子端面に引き出された分割電極３は、外部接続電極（外部給電電極）６を介して、異なる内部電極層２上の同電位の分割電極３と接続されている。この外部接続電極６は、例えば銀、パラジウムを主成分とする金属からなる電極である。外部接続電極６は、圧電素子１２の両端面にそれぞれ４つずつ形成されており、圧電体層１の厚み以上の間隔を開けて配置するのが望ましい。そして、分割電極３は、外部接続電極６、引出電極５、及び接続電極４を通じて、電力が供給されるようになっている。

内部電極層２は、積層方向（圧電素子１２の厚み方向）に圧電体層１を介して交互に配されたプラス電極層（給電電極層）２ａ及びマイナス電極層（グラウンド電極層）２ｂからなる。これらのプラス電極層２ａ及びマイナス電極層２ｂは互いに絶縁されて導通されていない。プラス電極層２ａは、圧電体層１の上側主面に設けられた第１プラス電極層２ａａと、上側主面にこの第１プラス電極層２ａａが設けられた圧電体層１とは異なる圧電体層１の上側主面に設けられた第２プラス電極層２ａｂとからなる。マイナス電極層２ｂは、圧電体層１の上側主面に設けられた第１マイナス電極層２ｂａと、上側主面にこの第１マイナス電極層２ｂａが設けられた圧電体層１とは異なる圧電体層１の上側主面に設けられた第２マイナス電極層２ｂｂとからなる。そして、内部電極層２は、積層方向に圧電体層１を介して第１プラス電極層２ａａ、第１マイナス電極層２ｂａ、第２プラス電極層２ａｂ、第２マイナス電極層２ｂｂがこの順に繰り返し配されてなる。なお、圧電体層１は、プラス電極層２ａ側からマイナス電極層２ｂ側へと分極されている。

以下、第１プラス電極層２ａａについて説明する。第１プラス電極層２ａａの４つの分割電極３，３，…は、圧電体層１の上側主面をその長手方向Ｌ及び短手方向Ｓにそれぞれ２等分してなる４つの領域Ａ１〜Ａ４（図３参照）にそれぞれ設けられており、接続電極４は、これらの４つの分割電極３，３，…のうち圧電体層１の上側主面の第１対角線方向（第１対角線の延びる方向）Ｄ１に対向する２つの領域Ａ１，Ａ３にそれぞれ設けられた一対の分割電極３，３を導通している。各分割電極３は略矩形状の電極であり、積層方向から見てマイナス電極層（相隣り合う電極層）２ｂの各分割電極３と重なっている。つまり、第１プラス電極層２ａａの各分割電極３とマイナス電極層２ｂの各分割電極３とは、圧電体層１を挟んで対向している。各分割電極３には、圧電素子１２の端面に向かって延びる引出電極５が設けられている。この各引出電極５は、積層方向から見てマイナス電極層２ｂの各分割電極３と重なっていない。つまり、第１プラス電極層２ａａの各引出電極５は、マイナス電極層２ｂの各分割電極３とは対向していない。このため、圧電体層１の各引出電極５に対向する部分には電界が生じない。つまり、この部分は圧電的に不活性な部分となる。

続いて、第２プラス電極層２ａｂについて説明する。第２プラス電極層２ａｂの４つの分割電極３，３，…も、前記４つの領域Ａ１〜Ａ４にそれぞれ設けられており、接続電極４は、これらの４つの分割電極３，３，…のうち圧電体層１の上側主面の第２対角線方向（第２対角線の延びる方向）Ｄ２に対向する２つの領域Ａ２，Ａ４にそれぞれ設けられた一対の分割電極３，３を導通している。各分割電極３には、圧電素子１２の端面に向かって延びる引出電極５が設けられている。この各引出電極５が引き出される位置は第１プラス電極層２ａａの各引出電極５の引出し位置と同じである。そして、外部接続電極６，６を通じて、各第１プラス電極層２ａａの領域Ａ１，Ａ３の分割電極３，３と各第２プラス電極層２ａｂの領域Ａ１，Ａ３の分割電極３，３とは導通されており、外部接続電極６，６を通じて、各第１プラス電極層２ａａの領域Ａ２，Ａ４の分割電極３，３と各第２プラス電極層２ａｂの領域Ａ２，Ａ４の分割電極３，３とは導通されている。その他の点に関しては、第１プラス電極層２ａａとほぼ同様である。

続いて、マイナス電極層２ｂについて説明する。第１マイナス電極層２ｂａの４つの分割電極３，３，…も、前記４つの領域Ａ１〜Ａ４にそれぞれ形成されており、接続電極４は、第１プラス電極層２ａａと同じく、前記第１対角線方向Ｄ１に対向する２つの領域Ａ１，Ａ３にそれぞれ配された一対の分割電極３，３を導通している。各分割電極３には、圧電素子１２の端面に向かって延びる引出電極５が設けられている。第２マイナス電極層２ｂｂの４つの分割電極３，３，…も、前記４つの領域Ａ１〜Ａ４にそれぞれ形成されており、接続電極４は、第２プラス電極層２ａｂと同じく、前記第２対角線方向Ｄ２に対向する２つの領域Ａ２，Ａ４にそれぞれ配された一対の分割電極３，３を導通している。各分割電極３には、圧電素子１２の端面に向かって延びる引出電極５が設けられている。この各引出電極５が引き出される位置は第１マイナス電極層２ｂａの各引出電極５の引出し位置と同じである。そして、外部接続電極６，６を通じて、各第１マイナス電極層２ｂａの領域Ａ１，Ａ３の分割電極３，３と各第２マイナス電極層２ｂｂの領域Ａ１，Ａ３の分割電極３，３とは導通されており、外部接続電極６，６を通じて、各第１マイナス電極層２ｂａの領域Ａ２，Ａ４の分割電極３，３と各第２マイナス電極層２ｂｂの領域Ａ２，Ａ４の分割電極３とは導通されている。つまり、各マイナス電極層２ｂの領域Ａ１，Ａ３の分割電極３，３と各マイナス電極層２ｂの領域Ａ２，Ａ４の分割電極３，３とは電気的に接続されていない。その他の点に関しては、プラス電極層２ａとほぼ同様である。

なお、本発明に係る第１のプラス電極は、プラス電極層２ａの領域Ａ１，Ａ３の分割電極３，３に対応し、第２のプラス電極は、プラス電極層２ａの領域Ａ２，Ａ４の分割電極３，３に対応し、第１のマイナス電極は、マイナス電極層２ｂの領域Ａ１，Ａ３の分割電極３，３に対応し、第２のマイナス電極は、マイナス電極層２ｂの領域Ａ２，Ａ４の分割電極３，３に対応する。

第１及び第２圧電素子１２ａ，１２ｂは互いに電気的に直列接続されている。具体的には、図２及び図４に示すように、各圧電素子１２における各プラス電極層２ａの領域Ａ１，Ａ３の分割電極３，３にそれぞれ接続されている外部接続電極６，６をＡ＋と、各プラス電極層２ａの領域Ａ２，Ａ４の分割電極３，３にそれぞれ接続されている外部接続電極６，６をＢ＋と、各マイナス電極層２ｂの領域Ａ１，Ａ３の分割電極３，３にそれぞれ接続されている外部接続電極６，６をＡ−と、各マイナス電極層２ｂの領域Ａ２，Ａ４の分割電極３，３にそれぞれ接続されている外部接続電極６，６をＢ−とすると、第１圧電素子１２ａのＡ−と第２圧電素子１２ｂのＡ＋とは互いに配線を介して電気的に接続され、第１圧電素子１２ａのＢ−と第２圧電素子１２ｂのＢ＋とは互いに配線を介して電気的に接続されている。つまり、第１圧電素子１２ａの各マイナス電極層２ｂの領域Ａ１，Ａ３の分割電極３，３と第２圧電素子１２ｂの各プラス電極層２ａの領域Ａ１，Ａ３の分割電極３，３とは電気接続され、第１圧電素子１２ａの各マイナス電極層２ｂの領域Ａ２，Ａ４の分割電極３，３と第２圧電素子１２ｂの各プラス電極層２ａの領域Ａ２，Ａ４の分割電極３，３とは電気接続されている。そして、電源→第１圧電素子１２ａのプラス電極層２ａの領域Ａ１，Ａ３の分割電極３，３→第１圧電素子１２ａのマイナス電極層２ｂの領域Ａ１，Ａ３の分割電極３，３→第２圧電素子１２ｂのプラス電極層２ａの領域Ａ１，Ａ３の分割電極３，３→第１圧電素子１２ａのマイナス電極層２ｂの領域Ａ１，Ａ３の分割電極３，３→グラウンドという順に直列され、電源→第１圧電素子１２ａのプラス電極層２ａの領域Ａ２，Ａ４の分割電極３，３→第１圧電素子１２ａのマイナス電極層２ｂの領域Ａ２，Ａ４の分割電極３，３→第２圧電素子１２ｂのプラス電極層２ａの領域Ａ２，Ａ４の分割電極３，３→第１圧電素子１２ａのマイナス電極層２ｂの領域Ａ２，Ａ４の分割電極３，３→グラウンドという順に直列されている。

ところで、圧電素子１２の伸縮振動の共振周波数及び屈曲振動の共振周波数は、それぞれ圧電素子１２の材料や形状等により決定される。そして、圧電素子１２の材料や形状等は、伸縮振動の共振周波数及び屈曲振動の共振周波数が略一致するように決められている。本実施形態では、圧電素子１２の材料や形状等は、１次モードの伸縮振動の共振周波数及び２次モードの屈曲振動の共振周波数が略一致するように決定されている。

−振動型アクチュエータの動作−
以下、振動型アクチュエータの動作について説明する。図５は、１次モードの伸縮振動の変位図であり、図６は、２次モードの屈曲振動の変位図であり、図７は、圧電素子１２の動作を示す概念図である。なお、図５〜図７においては、圧電素子１２の主面はその紙面と平行な位置関係にある。

例えばワイヤー（図示せず）を介して、各圧電素子１２のＡ＋とＡ−との間、つまり、各圧電素子１２におけるプラス電極層２ａの領域Ａ１，Ａ３の分割電極３，３とマイナス電極層２ｂの領域Ａ１，Ａ３の分割電極３，３との間に、前記共振周波数近傍の周波数の正弦波の基準交流電圧（例えば、周波数２７０ｋＨｚ〜３００ｋＨｚ、電圧５Ｖｒｍｓのもの。以下、第１電圧という）を印加し、各圧電素子１２のＢ＋とＢ−との間、つまり、各圧電素子１２におけるプラス電極層２ａの領域Ａ２，Ａ４の分割電極３，３とマイナス電極層２ｂの領域Ａ２，Ａ４の分割電極３，３との間に、第１電圧とほぼ同じ大きさ・周波数の正弦波の交流電圧（以下、第２電圧という）を印加する。これにより、プラス電極層２ａの領域Ａ１，Ａ３の分割電極３，３に同位相の電圧が加わり、プラス電極層２ａの領域Ａ２，Ａ４の分割電極３，３に同位相の電圧が加わる。第１電圧と第２電圧との位相差が０度の場合、圧電素子１２には図５に示す１次モードの伸縮振動が誘起される。一方、その位相差が１８０度の場合、圧電素子１２には図６に示す２次モードの屈曲振動が誘起される。

また、各圧電素子１２のＡ＋とＡ−との間に共振周波数近傍の周波数の正弦波の第１電圧を印加し、各圧電素子１２のＢ＋とＢ−との間に位相が第１電圧と９０度又は−９０度だけ異なる、第１電圧とほぼ同じ大きさ・周波数の正弦波の第２電圧を印加すると、圧電素子１２には、図５に示す１次モードの伸縮振動と図６に示す２次モードの屈曲振動とが調和的に誘起される。

そして、各圧電素子１２の形状が、図７（ａ）〜（ｄ）に示すような順で変化する。その結果、各圧電素子１２に設けられた駆動子８，８が、図７の紙面を貫く方向から見て略楕円運動する。つまり、各圧電素子１２の伸縮振動及び屈曲振動の合成振動により駆動子８，８が楕円運動する。この楕円運動により駆動子８，８に支持された可動体９が各圧電素子１２との間で相対運動して、図１に示す矢印Ａ又は矢印Ｂの方向に移動する。

ここで、伸縮振動の伸縮方向は、各圧電素子１２の主面の長手方向、つまり、可動体９の移動方向であり、屈曲振動の振動方向は、駆動子８，８が可動体９を支持する方向である。各圧電素子１２の積層方向は、伸縮振動の伸縮方向及び屈曲振動の振動方向の両方と垂直な方向である。

−振動型アクチュエータの制御−
以下、振動型アクチュエータの制御について説明する。前記図４は、振動型アクチュエータの制御装置のブロック図である。周波数発生部２１から発生した所定周波数の正弦波電圧が、ドライバー２２を通じて直列接続された第１及び第２圧電素子１２ａ，１２ｂに第１電圧として印加される。周波数発生部２１から発生した電圧は、位相差発生部２３により位相がずらされ、ドライバー２４を通じて第１及び第２圧電素子１２ａ，１２ｂに第１電圧と周波数が同じで位相が異なる第２電圧として印加される。第１圧電素子１２ａのＡ−と第２圧電素子１２ｂのＡ＋との間の電流及び電圧、並びに第１圧電素子１２ａのＢ＋と第２圧電素子１２ｂのＢ−との間の電流及び電圧を電流電圧検出部２５によりそれぞれ検出し、その電流電圧情報が制御部２６に伝達される。制御部２６は、電流電圧検出部２５からの電流電圧情報などに基づいて、第１及び第２電圧の周波数、並びに第１電圧と第２電圧との位相差を決定し、その周波数情報を周波数発生部２１に伝達し、その位相差情報を位相差発生部２３に伝達する。

図８は、圧電素子の周波数特性を示す。可動体の移動速度の周波数特性は、共振周波数を中心として山状の形状となっている。また、圧電素子のインピーダンスの周波数特性は、可動体の最高移動速度近傍で最も低く、周波数が高くなるに従って高くなっている。そして、効率の観点から、共振周波数よりも高い周波数帯域で周波数を変化させることにより、可動体の移動速度を制御するようになっている。図９は、圧電素子の電圧特性を示す図である。この図は、２相の電源電圧の周波数を２７０ｋＨｚ、位相差を９０度とした場合における可動体の移動速度の周波数依存性を示す。電源電圧がある値以下の場合、可動体は移動せず、ある値を超えると、可動体は移動し、その移動速度は電源電圧に対し単調増加する。つまり、圧電素子にかかる電圧が高いほど、可動体は高速で移動する。ただし、圧電素子にあまりに大きな電圧をかけると、圧電素子の変位が大きくなり過ぎ、破壊限界を超えてしまったり圧電素子に流れる電流が多くなり過ぎたりして、圧電素子が異常発熱して破損するおそれがある。以上のように、個々の圧電素子は、図８及び図９に示す特性を示す。

ところで、圧電素子の共振周波数の絶対値は、その外形寸法に大きく依存する。例えば、長さ寸法が６．０ｍｍの圧電素子を製作しようとして、製造上の不良により、これと長さ寸法が０．１０ｍｍ違うものが出来てしまうと、その絶対値は、長さ寸法が６．０ｍｍのものから４．４ｋＨｚずれてしまう。

ここで、単一の可動体を２つの圧電素子で駆動させる場合、これらの圧電素子が該圧電素子間の製造ばらつきを原因として共振周波数が相違しても、それらを協調動作させる必要がある。

図１０は、共振周波数が異なる２つの圧電素子Ａ，Ｂの、可動体の移動速度の周波数特性を示す。両者の共振周波数が違うため、移動速度がピークになる周波数はずれており、２つの圧電素子Ａ，Ｂを同一周波数で個別に動かすと、圧電素子Ａと圧電素子Ｂで移動速度が異なり、２つの圧電素子Ａ，Ｂの協調動作を効率よく行うことができない。この２つの圧電素子Ａ，Ｂの、インピーダンスの周波数特性を図１１に示す。２つの圧電素子Ａ，Ｂを同一周波数で個別に駆動させると、圧電素子Ｂによる移動速度が圧電素子Ａによる移動速度よりも高くなり、同一の可動体を２つの圧電素子Ａ，Ｂで動かすと、圧電素子Ａが圧電素子Ｂの負荷となってしまう。しかし、２つの圧電素子Ａ，Ｂを直列接続すると、圧電素子Ａのインピーダンスが圧電素子Ｂのインピーダンスよりも高いので、圧電素子Ｂよりも圧電素子Ａに多くの電圧が印加され、圧電素子Ａによる移動速度と圧電素子Ｂによる移動速度がほぼ等しくなる。

以上から分かるように、可動体９の移動速度とインピーダンスの周波数特性により、第１及び第２圧電素子１２ａ，１２ｂの周波数特性にばらつきがあっても、これらを直列接続することで、両者を同一周波数で駆動させても、第１圧電素子１２ａによる可動体９の移動速度と第２圧電素子１２ｂによる可動体９の移動速度がおよそ同じになる。このように、本実施形態によれば、第１及び第２圧電素子１２ａ，１２ｂを同一電源で安定して協調動作させることができる。

第１及び第２圧電素子１２ａ，１２ｂを直列接続すると、電圧は、各圧電素子１２に電圧を個別に印加する場合と比較して、２倍の大きさとなる。これは、平均インピーダンスが２倍になるためである。しかし、電流は、各圧電素子１２に個別に印加する場合と比較して、１／２の大きさとなるので、電力は等しくなる。このように、第１及び第２圧電素子１２ａ，１２ｂを直列接続すると、２倍の電圧をかける必要があるため、各圧電素子１２を、非常に大きな電圧が必要な単板構成ではなく、積層構成にしている。

本実施形態では、第２圧電素子１２ｂをグラウンドに接続しているが、フルブリッジ構成を採用すれば、２倍の電圧を実質的に印加できる。

本実施形態の効果を顕著に発揮できるのは、第１及び第２電圧の周波数を、各圧電素子１２の共振周波数（インピーダンスが最も低い周波数）のうち高い方の共振周波数（最も高い共振周波数）よりも高く、かつ、各圧電素子１２の反共振周波数（インピーダンスが最も高い周波数）のうち低い方の反共振周波数（最も低い反共振周波数）よりも低い所定周波数帯域（図１１参照）の周波数にする場合である。この所定周波数帯域では、周波数が大きくなるに従って、移動速度は単調減少し、インピーダンスは単調増加するからである。そして、所定周波数帯域は、各圧電素子１２の周波数特性を予め検出することで見出されている。なお、第１及び第２電圧の周波数を、単に各圧電素子１２の共振周波数のうち高い方の共振周波数よりも高くしてもよく、あるいは、ただ各圧電素子１２の反共振周波数のうち低い方の反共振周波数よりも低くしてもよい。また、反共振周波数よりも高い周波数に制御する場合、インピーダンスと移動速度の周波数特性の相対関係が変化する。

さらに、第１及び第２圧電素子１２ａ，１２ｂの共振周波数が大きく異なる場合、これらの圧電素子１２ａ，１２ｂのうち一方のインピーダンスが非常に低い状態で、２つの圧電素子１２ａ，１２ｂを駆動させてしまうときがある。そこで、第１及び第２圧電素子１２ａ，１２ｂの間の電流及び電圧を電流電圧検出部２５によりモニターし、その検出値が異常値であるとき（例えば、その電圧値が電源電圧近傍、又はグラウンド近傍のとき）は、第１及び第２電圧の周波数を変更するようになっている。なお、第１及び第２圧電素子１２ａ，１２ｂの間の電流又は電圧をモニターし、その検出値が異常値であるときは、第１及び第２電圧の周波数を変更するようにしてもよい。

（その他の実施形態）
前記実施形態では、可動体９を第１及び第２圧電素子１２ａ，１２ｂの駆動子８，８で支持し、これらの圧電素子１２ａ，１２ｂを直列接続することについて説明したが、可動体９を３つ以上の圧電素子１２，…の駆動子８，８で支持し、これらの圧電素子１２，…を直列接続しても、前記実施形態と同様の効果が得られる。つまり、第１〜第ｎ圧電素子１２（但し、ｎは３以上の任意の整数）を用意し、第１圧電素子１２のマイナス電極層２ｂの領域Ａ１，Ａ３の分割電極３，３及び第２圧電素子１２のプラス電極層２ａの領域Ａ１，Ａ３の分割電極３，３、第２圧電素子１２のマイナス電極層２ｂの領域Ａ１，Ａ３の分割電極３，３及び第３圧電素子１２のプラス電極層２ａの領域Ａ１，Ａ３の分割電極３，３、…、並びに第ｎ−１圧電素子１２のマイナス電極層２ｂの領域Ａ１，Ａ３の分割電極３，３及び第ｎ圧電素子１２のプラス電極層２ａの領域Ａ１，Ａ３の分割電極３，３を、それぞれ互いに電気的に接続し、第１圧電素子１２のマイナス電極層２ｂの領域Ａ２，Ａ４の分割電極３，３及び第２圧電素子１２のプラス電極層２ａの領域Ａ２，Ａ４の分割電極３，３、第２圧電素子１２のマイナス電極層２ｂの領域Ａ２，Ａ４の分割電極３，３及び第３圧電素子１２のプラス電極層２ａの領域Ａ２，Ａ４の分割電極３，３、…、並びに第ｎ−１圧電素子１２のマイナス電極層２ｂの領域Ａ２，Ａ４の分割電極３，３及び第ｎ圧電素子１２のプラス電極層２ａの領域Ａ２，Ａ４の分割電極３，３を、それぞれ互いに電気的に接続してもよい。

また、前記実施形態では、プラス電極層２ａの領域Ａ１，Ａ３の分割電極３，３が第１のプラス電極を、プラス電極層２ａの領域Ａ２，Ａ４の分割電極３，３が第２のプラス電極を、マイナス電極層２ｂの領域Ａ１，Ａ３の分割電極３，３が第１のマイナス電極を、マイナス電極層２ｂの領域Ａ２，Ａ４の分割電極３，３が第２のマイナス電極を構成しているが、第１のプラス電極が第１電圧が供給されるものであり、第２のプラス電極が第２電圧が供給されるものであり、第１のマイナス電極が第１のプラス電極と圧電体層１を挟んで対向するものであり、第２のマイナス電極が第２のプラス電極と圧電体層１を挟んで対向する、第１のマイナス電極とは電気的に接続されていないものである限り、第１のプラス電極、第２のプラス電極、第１のマイナス電極は、及び第２のマイナス電極の構成はこれに限らない。

また、前記実施形態では、内部電極層２は、積層方向に圧電体層１を介して第１プラス電極層２ａａ、第１マイナス電極層２ｂａ、第２プラス電極層２ａｂ、第２マイナス電極層２ｂｂがこの順に配されてなるが、これに限らない。第１プラス電極層２ａａ又は第２プラス電極層２ａｂを積層方向に何層か連続して配してもよく、第１マイナス電極層２ｂａ又は第２マイナス電極層２ｂｂを積層方向に何層か連続して配してもよい。あるいは、第１プラス電極層２ａａ及び第２プラス電極層２ａｂをランダムに配してもよく、第１マイナス電極層２ｂａ及び第２マイナス電極層２ｂｂをランダムに配してもよい。

また、前記実施形態では、分割電極３を略矩形状の電極としたが、これに限らず、例えば、これらを振動による応力の分布に応じた形状のものとしてもよい。

また、前記各実施形態では、ワイヤーによる給電などについて説明したが、フレキシブル基板による給電や、コンタクトピンによる給電など、他の給電方法を用いてもよい。これらにより、前記各実施形態と同様の効果が得られる。

また、前記実施形態では、振動型アクチュエータの駆動力が付与されて駆動される可動体９は平板状であるが、これに限られるものではなく、可動体９の構成としては任意の構成を採用できる。例えば、図１２に示すように、可動体は所定の軸Ｘ回りに回動可能な円板体９であり、振動型アクチュエータ（１つのみ図示）の駆動子８，８が円板体９の側周面９ａに当接するように構成されていてもよい。かかる構成の場合、振動型アクチュエータを駆動すると、駆動子８，８の略楕円運動によって、円板体９が所定の軸Ｘ回りに回動させられる。

また、前記実施形態では、駆動子８，８を各圧電素子１２の一方の端面に設けた構成について説明したが、各圧電素子１２の一方の側面に形成してもよい。この場合、１次モードの伸縮振動の伸縮方向は、駆動子８，８が可動体９を支持する方向となり、２次モードの屈曲振動の振動方向は、可動体９の移動方向となる。

本発明は、実施形態に限定されず、その精神又は主要な特徴から逸脱することなく他の色々な形で実施できる。

このように、上述の実施形態はあらゆる点で単なる例示に過ぎず、限定的に解釈してはならない。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示すものであって、明細書には何ら拘束されない。さらに、特許請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、全て本発明の範囲内のものである。

以上説明したように、本発明にかかる駆動装置は、複数の圧電素子の特性にばらつきがあっても、これらを同一電源で安定して協調動作させる用途等に適用できる。

振動型アクチュエータの概略斜視図である。（ａ）は、圧電素子の斜視図であり、（ｂ）は、上側主面に電極層が設けられた圧電体層の平面図である。圧電体層の上側主面を示す図である。振動型アクチュエータの制御装置のブロック図である。１次モードの伸縮振動の変位図である。２次モードの屈曲振動の変位図である。圧電素子の動作を示す概念図である。圧電素子の周波数特性を示す図である。圧電素子の電圧特性を示す図である。共振周波数が異なる２つの圧電素子の、可動体の移動速度の周波数特性を示す図である。共振周波数が異なる２つの圧電素子の、インピーダンスの周波数特性を示す図である。振動型アクチュエータの変形例の斜視図である。

符号の説明

８駆動子
９可動体
１２圧電素子
１２ａ第１圧電素子
１２ｂ第２圧電素子
２１周波数発生部（制御装置）
２２，２４ドライバー（制御装置）
２３位相差発生部（制御装置）
２５電流電圧検出部（制御装置）
２６制御部（制御装置）

Claims

複数の圧電素子と、該各圧電素子に設けられた駆動子と、該複数の圧電素子の駆動子に支持された単一の可動体とを有する振動型アクチュエータと、
前記各圧電素子に第１電圧と該第１電圧と周波数が同じで位相差が９０度の第２電圧を供給することにより、前記各圧電素子を伸縮振動と屈曲振動とが合成された振動をさせ、前記振動により前記各駆動子を略楕円運動させて前記可動体を移動させる制御装置とを備えた駆動装置であって、
前記振動型アクチュエータは、前記複数の圧電素子として第１〜第ｎ圧電素子（但し、ｎは２以上の任意の整数）を有し、
前記各圧電素子は、圧電体層と内部電極層とを交互に積層してなり、
前記内部電極層は、積層方向に前記圧電体層を介して交互に配されたプラス電極層及びマイナス電極層からなり、
前記プラス電極層は、前記第１電圧が供給される第１のプラス電極と、前記第２電圧が供給される第２のプラス電極とを有し、
前記マイナス電極層は、前記第１のプラス電極と前記圧電体層を挟んで対向する第１のマイナス電極と、前記第２のプラス電極と前記圧電体層を挟んで対向する、該第１のマイナス電極とは電気的に接続されていない第２のマイナス電極とを有し、
第ｉ圧電素子（但し、ｉ＝１，…，ｎ−１）の第１のマイナス電極と第（ｉ＋１）圧電素子の第１のプラス電極とは互いに電気的に接続され、
前記第ｉ圧電素子の第２のマイナス電極と前記第（ｉ＋１）圧電素子の第２のプラス電極とは互いに電気的に接続されていることを特徴とする駆動装置。
請求項１記載の駆動装置において、
前記制御装置は、前記第１及び第２電圧の周波数を、前記各圧電素子の共振周波数のうち最も高い共振周波数よりも高くするように構成されていることを特徴とする駆動装置。
請求項１又は２記載の駆動装置において、
前記制御装置は、前記第１及び第２電圧の周波数を、前記各圧電素子の反共振周波数のうち最も低い反共振周波数よりも低くするように構成されていることを特徴とする駆動装置。
請求項１〜３のいずれか１つに記載の駆動装置において、
前記制御装置は、前記第ｉ圧電素子の第１のマイナス電極と前記第（ｉ＋１）圧電素子の第１のプラス電極との間の電流及び電圧のうち少なくとも一方、並びに前記第ｉ圧電素子の第２のマイナス電極と前記第（ｉ＋１）圧電素子の第２のプラス電極との間の電流及び電圧のうち少なくとも一方をそれぞれ検出し、該検出値に基づいて、前記第１及び第２電圧の周波数を変更するように構成されていることを特徴とする駆動装置。