JPH0998583A - アクチュエータ駆動装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 圧電素子の耐久性向上と、素子の発熱防止お
よび移動速度と発生力の向上、安定な速度制御と精密な
位置決め可能なアクチュエータ駆動装置の提供。 【解決手段】 圧電素子113 と駆動回路10a により構成
し、詳しくは、２種のパルス発生回路101,102 と、該発
生回路の出力を切り換える波形切換え手段103 と、波形
を増幅する電圧電流増幅回路104 と、通電を停止させる
通電停止回路105と、長時間通電による素子の過熱防止
のため、クロック信号発生回路106 と、クロック信号パ
ルス数を計数するカウンタ107 と、計数値の閾値設定回
路108 と、該計数値と閾値を比較し当該値が超過した時
に通電停止を指示する比較回路109または、素子への異
常な過電流を防止する過電流保護回路111 と、通電パル
ス波形を積分し発熱量を計算する発熱量計算回路112
と、停止命令により作動する通電停止手段とにより構成
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は圧電・電歪素子の伸
縮動作を利用して被駆動部を駆動するアクチュエータに
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から圧電アクチュエータとして例え
ば、特公平４−５２０７０号公報に示すように固定部に
対して摺動可能に摩擦係合される移動体に圧電素子の一
端を固定し、この圧電素子の他端に慣性体を固定した構
成のものが知られている。この圧電アクチュエータの動
作時には圧電素子を急激に伸縮させて慣性体に加速度を
加え、その結果生じる慣性力が移動体に加わることによ
り、移動体を固定部に対して摺動させて圧電アクチュエ
ータを自走させるような仕組みになっている。

【０００３】また、例えば、特開平４−６３３０９号公
報、特開平４−６９０７１号公報に示すように、アクチ
ュエータを利用してカメラのレンズを駆動するものや、
例えば、特開平４−１７７２１４号公報に示すようにア
クチュエータを利用して内視鏡の光学系の駆動や、体腔
内に挿入する処置具の湾曲、鉗子の開閉等を行なうもの
が開示されている。

【０００４】（従来技術その１）：（請求項１および付
記2 〜23,46 〜48に対応する従来技術） また従来においてアクチュエータへの「通電」は、ユー
ザー自らがスイッチを押すなどの手動操作をすることに
よってそのＯＮ／ＯＦＦ制御が行われていた。しかし実
際、連続的に長時間押していると、この通電による素子
の発熱が生じ、この発熱が長時間におよび加熱によっ
て、素子等が焼損または破壊してしまういう不具合があ
った。そこで従来はこの不具合を解決するため、アクチ
ュエータの移動空間にリニアエンコーダを搭載したもの
もあったが、アクチュエータ自体が非常に小さく、実際
に搭載するのには空間が狭いために小型化を要求される
ものでは困難であった。

【０００５】（従来技術その２）：（付記24〜30に対応
する従来技術） 従来、アクチュエータが何らかの原因でショートしてし
まった場合、これを検知する手段がないため、増幅回路
上のトランジスタに過電流が流れ、発熱して基板が機能
しなくなる等の可能性がある。また、過電流を検出する
ためアクチュエータの側面に、アクチュエータ自身のク
ラック音を検出するＡＥセンサを搭載し、アクチュエー
タへの通電を停止させるものもあるが、装置が大がかり
となり、小型化には不適である。

【０００６】（従来技術その３）：（付記31〜34に対す
る従来技術） また従来、アクチュエータ駆動波形は、１段の増幅回路
で作られていたが、これだけではアクチュエータに流す
電流が十分とは言えず、圧電素子の急速な変形を利用す
るアクチュエータの場合は、移動速度の低下を生ずる。

【０００７】（従来技術その４）：（付記35〜45に対す
る従来技術） また従来では、アクチュエータの移動速度を調節するた
めに、駆動パルスの周波数や、振幅を変化させていた。
しかし、この方法では、パルスの立ち上がり、立ち下が
りの傾きが変化してしまい、パルスの立ち上がり、立ち
下がりの速度が高すぎると、素子の耐久性に問題が生
じ、逆に低すぎると、アクチュエータの発生力が小さく
なり、アクチュエータが全く動かない等の問題が生ず
る。また、駆動パルスの周波数・振幅を変えずにパルス
の出現率を変えることによってアクチュエータ速度をコ
ントロールしているものもある。

【０００８】ところで、アクチュエータを静止状態から
移動させる段階と、その後、アクチュエータを連続的に
移動させる段階とでは、移動体が移動路面より受ける摩
擦力は前者の段階の方が大きい、ここで、アクチュエー
タを超低速で動作させたい場合、単位時間あたりの駆動
パルス数が減るので、静止状態から移動させる段階を繰
り返す。したがって、アクチュエータの移動がスムーズ
でなく、精密な位置決めが困難な問題がある。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来構成のアクチュエータには次なる不具合があっ
た。例えば、（１）圧電アクチュエータにあっては、そ
れを構成する圧電素子の一端に移動体を固定し、この圧
電素子の他端に慣性体を装着する構成であるので、圧電
アクチュエータに外部から機械的な衝撃を受けた際に
は、慣性体に生じる慣性力が圧電素子に加わり、圧電素
子が破損してしまう恐れがあった。

【００１０】また、（２）アクチュエータが何らかの原
因でショートした場合、これを検知する手段が無いため
に増幅回路上のトランジスタに過電流が流れつづけ、限
度以上の発熱が原因で基板が機能しなくなるおそれがあ
った。

【００１１】また、（３）従来のアクチュエータ駆動波
形は、１段の増幅回路でつくられていたが、これだけで
はアクチュエータに流す電流は不十分であり、特に、素
子の急速変化を利用するズーム機能付き内視鏡等の装置
においては移動速度が低下することが懸念される。

【００１２】更に、（４）従来は、圧電素子の急速変形
を利用したリニアアクチュエータの速度を、印加するパ
ルス周波数によって制御していたが、そのアクチュエー
タと、それが摩擦的係合により摺動している円管との形
状に起因する共振周波数が影響して、安定した速度制御
ができなかった。

【００１３】（本発明の目的）そこで本発明は上記の諸
事情に鑑がみてなされたものであり、その目的として
は、（１）外部から機械的な衝撃を受けた際に圧電素子
が破損し難いような圧電素子の耐久性の向上と、（２）
圧電素子の発熱の防止が図られ、さらに、（３）アクチ
ュエータの移動速度および発生力の向上と共に、（４）
安定した速度制御と精密な位置決めが可能なアクチュエ
ータ駆動装置を提供することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明のアクチュエータ
駆動装置はその基本的構造として、所定のベースと、こ
のベースに摺動可能に摩擦係合する移動体と、この移動
体に結合される力の発生部と、駆動制御回路から主に構
成されており、次のような手段を講じている。

【００１５】（手段その１）：請求項1 および付記2 〜
23( 第１実施形態) に対応する。

【００１６】（1 ） 圧電素子と、前記圧電素子の一部
に固定された移動体とから成る変形可能なアクチュエー
タを駆動するための駆動手段を有するアクチュエータ駆
動装置において、前記駆動手段が送出する出力信号波形
に応じて連続的に所定のパルス波を出力するパルス発生
手段と、当該パルス数をカウントするカウント手段と、
当該パルス数に関する所定の制限値を設定し、前記カウ
ント手段によってカウントされたパルス数と前記制限値
とを比較する比較手段と、当該パルス数が当該制限値を
超過した場合に、前記比較手段より発生された出力信号
のレベルに応じて前記アクチュエータを駆動するための
駆動信号を停止して通電を止める通電停止手段と、を具
備することを特徴とするアクチュエータ駆動装置を提供
する。

【００１７】（17） 圧電素子と、前記圧電素子の一部
に固定された移動体とから成る変形可能なアクチュエー
タを駆動するための駆動手段を有するアクチュエータ駆
動装置において、前記駆動手段が送出する出力信号波形
より前記圧電素子の発熱量を計算する発熱量計算手段
と、当該発熱量の上限値を設定し、前記発熱量計算手段
で算出された発熱量と前記上限値とを比較する比較手段
とを有し、当該発熱量が前記上限値を超過した場合に、
前記比較手段より発生された出力信号のレベルに応じて
前記アクチュエータへの通電を停止させる通電停止手段
または当該発熱量が前記上限値を超過したことを呈示す
る呈示手段のうちの少なくとも１つを具備することを特
徴とするアクチュエータ駆動装置を提供する。

【００１８】（手段その２）：付記24〜30( 第３実施形
態) に対応する。

【００１９】（24） 圧電素子と、前記圧電素子の一部
に固定された移動体とから成る変形可能なアクチュエー
タを駆動するための駆動手段を有するアクチュエータ駆
動装置において、前記駆動手段の出力部に過電流保護手
段を設けたことを特徴とするアクチュエータ駆動装置を
提供する。

【００２０】（手段その３）：付記31〜34( 第１〜３実
施形態) に対応する。

【００２１】（31） 圧電素子と、その一部に固定され
た移動体とからなるアクチュエータの駆動装置におい
て、その出力部を、電圧増幅部と電流増幅部とに分けて
構成したことを特徴とするアクチュエータ駆動装置を提
供する。

【００２２】（手段その４）：付記35〜45( 第２実施形
態) に対応する。

【００２３】（35） 圧電素子と、前記圧電素子の一部
に固定された移動体とから成る変形可能なアクチュエー
タを駆動するための駆動手段を有するアクチュエータ駆
動装置において、複数種類の波形を生成するパルス発生
手段と、前記パルス発生手段の出力波形を切り換える波
形切換え手段と、前記波形切換え手段に接続され、当該
切換えタイミングをコントロールすることにより前記ア
クチュエータのスピードをコントロールする速度調整手
段と、前記波形切換え手段の出力電圧波形を増幅する電
圧増幅手段と、を具備し、前記電圧増幅手段の出力波形
が前記アクチュエータに通電されることを特徴とするア
クチュエータ駆動装置を提供する。

【００２４】（作用）上記した各手段を講じたことによ
り、本発明のアクチュエータ駆動装置は次のような各作
用を奏する。すなわち、 （１） 作動スイッチが押下されている間、実質的に圧
電素子に通電されている時間を示すパルス数をカウント
し、あるカウンタ値範囲で通電制御されているカウンタ
値は、その範囲の上限値と下限値の間の値に常に収まる
方向に制御されるため、アクチュエータがその可動スト
ローク端に突き当たる等のストップ状態から更に同じ方
向へ動かそうとする通電を続けても動作しない。よっ
て、圧電素子への連続的通電に起因する圧電素子の発熱
が最小限に抑えられ、その結果として圧電素子の耐久性
が向上する。

【００２５】（１’） 実験的に求めた発熱温度特性に
基づく圧電素子に印加する実効電圧の上限値( Ｖmax)よ
りやや低く設定した閾値電圧( Ｖref)よりも大きい電圧
が印加された場合( Ｈレベル) 、圧電素子の異常発熱を
警告するブザーを鳴らしている。すなわち、圧電素子の
発熱量と対応させて通電を制御している制御方法である
ので、確実に圧電素子の異常過熱を事前に通知する。

【００２６】（２） アクチュエータの移動速度は、駆
動波形としての全波整流波形の出現率により制御可能な
ので、回路を構成する可変抵抗によって、「断続的な方
形波」（以下「ＤＵＴＹ信号」と称す）のＤＵＴＹ比を
変化させ全波整流回路波形の出現率を変化させアクチュ
エータの移動速度を調整したり、増幅度の調整で全波整
流波等の振幅調整をしたり、ＤＵＴＹ信号の周波数を高
めに設定することで滑らかに移動させる等、アクチュエ
ータの本来の発生力を低下させること無く安定な速度調
整をする。

【００２７】（３） 例え圧電素子がショートした場合
でも、過電流検出抵抗の両端に接続された過電流保護回
路が通電を停止させて圧電素子に対する過電流が流れな
いよう、外部ノイズに起因する回路の誤動作を防止しな
がら制御する。

【００２８】

【発明の実施の形態】

（本発明装置の基本概要）図１には、本発明に係わるア
クチュエータ駆動装置の駆動部の構造と駆動原理を示す
断面構造図が例示されている。

【００２９】また図２は、内視鏡の先端部に配置された
焦点調整用レンズ系とアクチュエータユニットの構成を
示す断面構造図であり、図３はズーム機構付き内視鏡本
体の手元部を示し、（ａ）はその外観を示す部分図であ
り、（ｂ）はズーム機構のためのズームスイッチ入力部
を含む回路図を示している。

【００３０】本発明に係わるアクチュエータ駆動装置に
は、図１に示す如くの構成のアクチュエータが備えら
れ、後述する駆動原理によって、そのアクチュエータ端
部に取着された移動体付属部材（本例ではズームレン
ズ）を光軸方向に移動させるためのアクチュエータユニ
ット１０として配備されている。

【００３１】このズームレンズは、図２が示す内視鏡１
００の先端部内に配置された焦点調整用レンズ系を構成
しており、アクチュエータユニット１０の駆動力と図３
が示す操作スイッチ１が設けられた内視鏡操作端部にお
けるユーザーが所望するズーミング等の指示操作に従っ
て移動することにより、患部の拡大映像を自在にユーザ
ーに提供してくれる。

【００３２】詳しくは、図１に示すアクチュエータユニ
ット１０としての圧電アクチュエータ駆動部は、積層圧
電素子と移動体１０２とから主に構成されており、その
駆動原理としては、印加される例えば「全波整流回路波
形」の不連続点においてこの圧電素子が伸縮する際に発
生する力（即ち、慣性力とクランプの最大摩擦力との相
対的力差）によって、取着された移動体を鏡筒２３のリ
ニア方向に平行移動させるものである。そしてこの圧電
アクチュエータ駆動部は、図１に示すように例えば内視
鏡の対物レンズ枠２２が移動体の端部に固定されている
ので、矢印の望遠( ＴＥＬＥ) または広角( ＷＩＤＥ)
の両方向へこの対物レンズ枠２２が動かされることによ
り、所望のズーム動作が可能となる。

【００３３】また、このようなズーム機構付き内視鏡の
場合には、図３（ａ）が示すように内視鏡本体の手元に
設けられたＴＥＬＥ方向またはＷＩＤＥ方向に移動させ
るためのそれぞれ対応する２種類のスイッチボタン１
ａ，１ｂの選択的な押下により、コードで接続されてい
る制御部２００の監視の基でズーム動作が操作され、そ
の得られた画像はこのコードを経由して制御部２００に
伝達され図示しないモニタ等に表示出力されることとな
る。

【００３４】図３（ｂ）によれば、前述のスイッチボタ
ン１ａ，１ｂを含むズームスイッチ１に関する回路が例
示されている。すなわち、ズームスイッチ入力部分１は
図示のように、ＷＩＤＥ用ズームスイッチ１ａおよびＴ
ＥＬＥ用ズームスイッチ１ｂのそれぞれの１端は＋５Ｖ
電源に接続された抵抗と、インバータＩＣを介してＥＯ
Ｒ ＩＣ１３に接続され、さらにラッチ回路３３に接続
されている。

【００３５】そして、ユーザーが選択的に押すスイッチ
ボタン１ａまたは１ｂに従って、アクチュエータへ送ら
れる所定の通電パターンを切り換えることで相対的に逆
な方向にアクチュエータに係止されたレンズを移動させ
ている。

【００３６】続いて、図４には本発明に係わるアクチュ
エータ駆動装置の基本構成がブロック図で示されてい
る。特に、圧電アクチュエータ駆動装置は主に、圧電積
層素子から形成されたアクチュエータ１１３を駆動対象
として接続された図示の如くの各種回路要素から成る圧
電アクチュエータ駆動回路１０ａによって主に構成され
ていることが解る。

【００３７】まず、パルス発生手段として２種類のパル
スを発するパルス発生回路１０１，１０２と、当該パル
ス発生回路の出力を選択的に後段に供給する波形切換え
手段１０３と、択一的に選択された波形を増幅するため
の電圧・電流増幅回路１０４と、アクチュエータ１１３
への通電を所定の指令に従って停止する通電停止手段と
しての通電停止回路１０５とが順に直列接続されてい
る。

【００３８】一方、これら回路要素とは別に、アクチュ
エータ１１３への長時間連続通電によるアクチュエータ
１１３の過熱防止のために、このアクチュエータに通電
するのと全く同等の周波数のクロック信号を生成するク
ロック信号発生回路１０６が上述の波形切換え手段１０
３を介してそのクロック信号のパルス数をカウントする
カウント手段としてのカウンタ１０７に接続されてい
る。

【００３９】さらに、カウント値の所定の閾値を（例え
ば上限値として）設定する閾値設定回路１０８の出力レ
ベルと、前記のカウンタ１０７によって計数されたカウ
ント値とを比較して、当該カウント値が予め設定された
その閾値を超過した場合には、通電停止命令を指示する
信号を出力する比較手段としての比較回路１０９が図示
のように接続され、その停止命令信号は前記通電停止手
段１０５に送達されることにより、アクチュエータ１１
３への通電が停止される。

【００４０】上記の回路要素のほかには、アクチュエー
タ１１３の伸縮するスピードを可変するため、前記波形
切換え手段１０３へその切換えのタイミング信号を送る
速度調整手段１１０を更に有しており、通電パルスの波
形の組合せの比率を適宜に調整できるように構成されて
いる。

【００４１】またこの他にも、アクチュエータ１１３に
過電流が流れ入むことによって生じるアクチュエータの
異常な発熱、破断等を未然に防止するために、過電流保
護回路１１１や、通電パルス波形を積分することによっ
て当該アクチュエータの発熱量を計算して求める発熱量
計算回路１１２を有し、これらの回路１１１，１１２共
に所定の閾値を超過したと同時に前記の出力停止手段１
０５を作動させるような接続構成になっている。

【００４２】（作用効果）以上の構成によるアクチュエ
ータ駆動装置によれば、次のような作用効果が発揮され
る。すなわち、（１）外部から機械的な衝撃を受けた際
に圧電素子が破損し難いような圧電素子の耐久性の向上
と、（２）圧電素子の発熱の防止が図られ、さらに、
（３）アクチュエータの移動速度および発生力の向上と
共に、（４）安定した速度制御と精密な位置決めが可能
なアクチュエータ駆動装置を提供することができる。

【００４３】次からはさらに、本発明のアクチュエータ
駆動装置に係わる複数の実施形態を挙げてそれぞれの具
体的な回路構成を例示し詳説する。

【００４４】（第１実施形態）まず最初に、本発明の第
１実施形態としての一回路構成を図５（ａ）（ｂ）およ
び図６に基づいて説明する。

【００４５】図５は本発明のアクチュエータ駆動装置に
係わる第１実施形態を示し、（ａ）はアクチュエータ駆
動回路図、（ｂ）はタイマを含む回路図である。

【００４６】（構成１）第１実施形態に係わるアクチュ
エータ駆動回路は、図５（ａ）によれば、カウント手段
としてのｎビットカウンタ１４（最上位カウンタ１４ａ
〜最下位カウンタ１４ｄ）と、比較手段としての２つの
コンパレータＩＣ１５ａ, １５ｂと、それらに各々接続
するディップスイッチ１６と、上記の２つのコンパレー
タの各々の出力を入力とするＮＯＲ ＩＣ１７と、この
出力を１入力とするＡＮＤ ＩＣ１８と、によって構成
されている。

【００４７】また、前記のｎビットカウンタ１４を構成
する最下位カウンタ１４ｄには次に述べるパルス発生手
段としてのタイマＩＣを発振源とする信号Ｓ８が供給さ
れている。

【００４８】図５（ｂ）が示すようにタイマＩＣＴ１２
の出力信号は、ＡＮＤ ＩＣ１３の一方に入り、他方に
は後述する第２実施形態の回路で構成されるＤＵＴＹ信
号Ｓ４が入る。前記ＡＮＤ ＩＣ１３の出力信号Ｓ８は
前述のｎビットカウンタ１４の最下位カウンタ１４ｄの
クロック入力端子(CLK) に入り、このｎビットカウンタ
１４はリップルキャリイ出力端子が次段のクロック入力
端子に接続することによって、数段縦続に接続されてい
る。また、ＴＥＬＥ方向にズームスイッチが押されたこ
とを検知する信号Ｓ６がＤｏｗｎ／Ｕｐ切換え入力端子
に接続されている。このｎビットカウンタ１４には初期
値を入力するための端子ＬＯＡＤがあり、＋５Ｖまたは
０Ｖ電位が直接接続されている。縦続接続されたｎビッ
トカウンタ１４の最上位カウンタ１４ａの出力は、それ
ぞれの桁の出力線が各々二分され、２つのコンパレータ
ＩＣ１５ａ, １５ｂの入力端子Ａに入る。

【００４９】２つのコンパレータＩＣ１５ａ, １５ｂの
レファレンス端子Ｂは、一方の接点が０Ｖに接続され、
他方の接点が＋５Ｖに「プルアップ」された抵抗Ｒ６に
接続されたディップスイッチ１６に接続している。これ
らのうちで第１のコンパレータＩＣ１５ａの比較出力端
子( Ａ＞Ｂ) と第２のコンパレータＩＣ１５ｂの比較出
力端子( Ａ＜Ｂ) がＮＯＲ ＩＣ１７の両入力端子に接
続されている。更に、ＮＯＲ ＩＣ１７の出力がＡＮＤ
ＩＣ１８の一方の入力端子に接続され、もう片方の入
力端子にはズームスイッチが押下されたことを検知する
信号Ｓ７が伝達するように接続されている。

【００５０】また図６には、フォトカプラとトランジス
タから成るスイッチ用の回路図を示している。前述のＡ
ＮＤ ＩＣ１８の出力信号Ｓ９は、この図６に示すよう
にフォトカプラ１９のＬＥＤのカソード側に接続されて
おり、アノード側は抵抗Ｒ７を介して＋５Ｖ電源に接続
されている。また、このフォトカプラ１９の出力は抵抗
Ｒ８を介してトランジスタ２０のベースに接続され、ト
ランジスタ２０のコレクタは抵抗Ｒ９を介してスイッチ
用トランジスタ２１のベースに接続され、更にこのトラ
ンジスタ２１のエミッタは図示しない高圧電源＋Ｖccに
接続されている。このように増幅回路は「エミッタフォ
ロワ回路」を形成している。

【００５１】なお、このスイッチ用トランジスタ２１の
コレクタ（後述する第２実施形態の図１０に示す）は、
増幅トランジスタ８の上の抵抗Ｒ４に接続されている。

【００５２】（作用１）全波整流波形に等しい周波数の
「方形波」を出力するように予め調整されたタイマＩＣ
Ｔ１２の出力信号Ｓ１０（即ち、可変なクロック信号）
は、図５（ｂ）に示すようにＤＵＴＹ信号Ｓ４とのＡＮ
Ｄをとられることにより断続的なクロック信号Ｓ８が作
られ、これがｎビットカウンタ１４でカウントアップま
たはダウンされる。つまり、ズームスイッチ１をＴＥＬ
Ｅ側に押した場合はカウントアップし、ＷＩＤＥ側に押
した場合はカウントダウンする。従って、これは実際に
通電されている全波整流波形のパルス数をカウントして
いることと等価である。

【００５３】図示のように縦続的に接続されているカウ
ンタ１４ａ〜１４ｄから成るｎビットカウンタ１４は、
フル(Full)にカウントされるとリップルキャリイ信号が
１パルス出され、この信号が次段のクロック入力端子に
入ることによって、次段のカウンタでは、２ｎパルス毎
にカウントされ、このカウンタがｍ個従属に接続されて
いる場合、最大２ｍｎパルスをカウントすることが可能
である。

【００５４】第１のレファレンス端子Ｂには、カウンタ
の上限値Ｐmax をディップスイッチの切換えにより、論
理“Ｌ(Low) ”レベルおよび“Ｈ(High)”レベルの配列
を作り設定する。一方、第２のコンパレータＩＣ１５ｂ
のレファレンス端子Ｂにはカウンタの下限値Ｐmin を同
様に設定する。

【００５５】いま、最上位のカウンタ１４ａの出力が上
限値Ｐmax を越えると、第１のコンパレータＩＣ１５ａ
の比較出力端子( Ａ＞Ｂ) が“Ｈ”レベルとなり、出力
信号Ｓ９が“Ｌ”レベルとなる。一方、いま最上位のカ
ウンタ１４ａの出力が下限値Ｐmin を下回ると、第２の
コンパレータＩＣ１５ｂの比較出力端子( Ａ＜Ｂ) が
“Ｈ”レベルとなり、出力信号Ｓ９が“Ｌ”レベルとな
る。

【００５６】また、ズームスイッチ１が押されていない
場合も、出力信号Ｓ９が“Ｌ”レベルとなる。信号Ｓ９
が“Ｌ”レベルになると、前記フォトカプラ１９のＬＥ
Ｄの両端に電位差を生ずるためフォトカプラ１９が「導
通状態」となり、抵抗Ｒ８にはほとんど電流が流れなく
なるのでトランジスタ２０は「非導通状態」となる。し
たがって、スイッチ用トランジスタ２１のベース電流も
流れなくなるので、スイッチ用トランジスタ２１のベー
スとエミッタとが同電位となりスイッチ用トランジスタ
２１も非導通状態となり、よって、高圧レベルが増幅用
トランジスタ８へ達しない故にアクチュエータユニット
１０への通電が停止することとなる。

【００５７】この通電が停止した状態から更に同じ方向
への移動のために通電しようとしても、カウンタリミッ
トが掛かっているため、アクチュエータユニット１０は
動作しない。一方、逆方向への移動のために通電しよう
とすると、カウンタは上限値と下限値の間の値に収まる
方向にカウントし始めるため、アクチュエータユニット
１０は再び通電されて移動する。

【００５８】ここでは、図１に示すズーム機構の駆動原
理において、アクチュエータユニット１０がレンズ枠２
２の移動ストローク分だけ移動するのに要する時間より
やや長めの時間からパルス数を換算し、カウンタ１４の
上限値を設定している。従って、アクチュエータユニッ
ト１０がストローク端２３に突き当たった状態で通電さ
れ続けることによる素子の発熱を最小限に抑えることが
でき、かつアクチュエータユニット１０がストローク端
２３の間でこのカウンタリミットにより停止することが
ない。

【００５９】また、ＤＵＴＹ信号Ｓ４により，アクチュ
エータユニット１０の移動速度を変化させた場合でも、
カウンタ１４は、全波整流波が出現した時間だけ、パル
ス数をカウントしているので、このリミットがかかるま
でのアクチュエータユニット１０の移動距離や、素子の
発熱量は移動速度に関係なく一定である。

【００６０】なお、上記の上限、下限のパルス数を更に
細かく所望により自由に設定したい場合には、コンパレ
ータＩＣ１５ａ, １５ｂを更に増やし、その増やしたコ
ンパレータＩＣのレファレンス端子Ｂに、カウンタの下
位ビットの出力を接続すればよい。

【００６１】また、ズームスイッチ１が押された瞬間か
らクロック信号Ｓ１０を連続的にカウンタ１４のクロッ
ク入力端子に入力し続け、ある一定時間が到来したら自
動的にカウンタリミットが掛かり、アクチュエータユニ
ット１０への通電を停止させるように構成してもよい。

【００６２】（効果１）以上のように、ズームスイッチ
が押下されている間、クロック信号に基づき、実質的に
通電されている全波整流波形のパルス数をカウントし、
択一的に選ばれたカウンタ値範囲（上限値〜下限値）に
従って通電制御がなされるが、このカウンタ値は、上限
値と下限値の間の値に常に収まる方向に制御されるた
め、アクチュエータのストップ状態から更に同じ方向へ
通電しようとしても動作しない。

【００６３】よって、アクチュエータがストローク端に
突き当たった状態でもなお通電され続ける等の場合のよ
うな圧電素子への連続的通電に起因する圧電素子の発熱
が最小限に抑えられ、その結果としてアクチュエータの
圧電素子の耐久性が向上する。

【００６４】（本第１実施形態の変形例その１）本変形
例の構成を図７，図８および図９に基づいて説明する。

【００６５】図７は、最大波高値を所定レベルに減圧さ
れた信号Ｓ１３の時間平均を求めるため、波形の面積を
斜線で示した図である。

【００６６】図８は、圧電素子に印加する実効電圧の発
熱温度特性を示すグラフ、図９は、本発明に係わるアク
チュエータ( 圧電素子) の発熱量を計算し異常発熱を警
告するための構成要素を含むアクチュエータ駆動装置を
示す構成図がそれぞれ示されている。

【００６７】図７の波形グラフは、圧電素子に通電する
高電圧の信号Ｓ１２を減圧回路により５Ｖレベルに減圧
した信号Ｓ１３の波形である。

【００６８】この信号Ｓ１３の実効電圧を求めたいが、
これは図中に示す斜線部分の面積の時間平均を求めるこ
とと等価であるので、次式（１）に基づいて図９に示さ
れた積分回路３６により積分処理計算を行う。

【００６９】

【数１】

【００７０】なお、ここで計算され求められた値に基づ
く直流電圧Ｓ１４は、閾値電圧発生回路３８の出力信号
Ｓ１５の電圧レベルと比較器３７によって比較される。

【００７１】ここで図８には、アクチュエータとしての
圧電素子に印加される実効電圧における「発熱温度特
性」を示すグラフ曲線が実験値として例示されている。

【００７２】また、このグラフ曲線が示す関係式は前記
の（２）式によって表わせられる。よって、図８中の閾
値電圧Ｖref は、曲線グラフが示す実効電圧の上限値Ｖ
maxよりやや低めに設定されていることが解る。

【００７３】また図９に示すように、アクチュエータの
駆動回路１０ａの出力信号線はアクチュエータとしての
圧電素子９の＋側の電極に接続されているとともに、減
圧回路３５の入力端子に接続されている。この減圧回路
３５の出力は積分回路３６に入力され、この積分回路の
出力Ｓ１４は比較器３７の一端の入力端子に入力される
ように接続されている。

【００７４】一方、閾値電圧発生回路３８は、この比較
器３７の他端の入力端子に接続されており、この比較器
３７の出力Ｓ１６はアラーム音発生用のブザー３９に入
力されるように接続されている。

【００７５】（作用１’）圧電素子９に通電する信号Ｓ
１２は高電圧であるため、減圧回路３５により、波形を
保持したまま、図７に示すような最大波高値が５Ｖレベ
ルの信号Ｓ１３に減圧した後、前記（１）式に示される
信号Ｓ１３の実効電圧を求める。これは図中に示される
斜線部分の面積の時間平均を求めることと等価であるた
め、積分回路３６により算出される。ここで計算された
値の直流電圧Ｓ１４は、閾値電圧発生回路３８の出力Ｓ
１５の電圧レベルと比較器３７によって比較されるが、
図８が示す圧電素子に印加される実効電圧を表す「上限
値Ｖmax −発熱温度特性」によれば、この特性関係式は
前記（２）式によって表され、図中の曲線の如き減少傾
向を示し、この減少傾向は時間経過にともなってある一
定レベルに推移するが、このレベルよりやや低めに閾値
電圧Ｖref は設定される。そこで、直流電圧Ｓ１４が閾
値電圧Ｖref よりも大きい場合には出力Ｓ１６が“Ｈ”
レベルとなり、ブザーが鳴らされることになる。

【００７６】このように、圧電素子９に駆動パルスを高
頻度で印加している場合は、経過時間と共に圧電素子の
発熱量が増大するとともに、実効電圧Ｖも増大する。そ
して、前記の閾値電圧Ｖref を超過すると、圧電素子の
異常発熱を警告するアラーム音をブザー３９によって発
生させ、当該アクチュエータ駆動装置の操作者へ警告と
して事前に呈示する。

【００７７】また同様にして、信号Ｓ１６が“Ｈ”とな
った時には、アクチュエータへの通電パルスを停止させ
るように制御してもよい。

【００７８】（効果１’）前説の第１実施形態では、短
時間の通電を正逆方向へ交互に高頻度で繰り返す場合に
限り通電を停止することができず、圧電素子が過熱する
恐れも無いとは言えないが、本実施形態変形例は上記の
場合にも良好に対応できる。つまり、実験的に求めた
「発熱温度特性」に基づき、圧電素子に印加する実効電
圧の上限値Ｖmax よりやや低く設定した閾値電圧Ｖref
よりも大きい電圧が印加された場合( Ｈレベル) 、圧電
素子の異常発熱を警告するブザーを鳴らしている。すな
わち、圧電素子の発熱量と対応させて通電を制御してい
る制御方法であるので、確実に圧電素子の異常過熱を事
前に通知し回避することができる。

【００７９】（本第１実施形態の変形例その２）続い
て、本変形例の構成を示す図１５に基づいて説明する。

【００８０】図１５は、図５，図６と同様に、通電パル
スの量をカウントして所定の制御値を越えたら通電を停
止する回路を示した図であるが、本変形例においては、
前説の図５で得られた通電停止信号Ｓ９が、スイッチを
押した時に、カウンタ１４の計測パルス数の状態と、ス
イッチの投入状態に応じて出力波形が変化するＤフリッ
プフロップ２０１のトリガ入力端子に接続されており、
そのＤフリップフロップ２０１の出力信号Ｓ１６は、Ｏ
Ｒ ＩＣ２０２の一方の端子に入力され、その出力は、
連続的な通電パルス量をカウントする第２のカウンタ２
０３のクリア入力に接続されている。この第２のカウン
タ２０３は例えば、ダウンカウンタを使用する。

【００８１】ここで、この第２のカウンタ２０３は、カ
ウント値の初期値を設定するための初期値設定手段２０
４を有している。この第２のカウンタ２０３のカウント
出力はそのカウント値がすべて０となった場合に、"
Ｌ" レベルを出力するようなゲート２０５を設けて、そ
の出力は、スイッチが押されたときに１発のパルスを出
力するワンショットマルチバイブレータ２０６と共に、
ＯＲ ＩＣ２０７に入力される。そしてその出力は、第
２のカウンタ２０３のカウント状態に応じたレベルをラ
ッチし、出力するＤフリップフロップ２０８のトリガ入
力に接続され、このＤフリップフロップ２０８の出力
は、前記ＯＲ ＩＣ２０２の他方の入力に接続されてい
る。ここで、通電を制御する信号Ｓ１７は前記ゲート２
０５の出力より取り出される。

【００８２】（作用１”）スイッチを連続して長時間押
した場合、第１のカウンタ１４の制限カウント値を越え
ると、Ｄフリップフロップ２０１の出力Ｓ１６が、"
Ｌ" レベルから" Ｈ" レベルへと変化するので、第２の
カウンタ２０３のＣＬＲ端子が" Ｈ" レベルとなり、第
２のカウンタ２０３はカウント値がクリアされてカウン
タの出力は、”０”となり、通電を制御する信号Ｓ１７
は" Ｌ" レベルとなる。従って、アクチュエータへの通
電は停止される。

【００８３】ここで、再度同方向にスイッチを押して
も、第１のカウンタ１４は前記制御値を越えたままであ
る故に、第２のカウンタ２０３はカウント値がクリアさ
れたままで、出力が”０”であり、アクチュエータへの
通電は再開されない。しかし、次に今までとは逆方向の
スイッチを一瞬押すと、第１のカウンタ１４が前記制御
値の範囲内に収まるので、再度、今までと同方向にスイ
ッチを押すと、前記信号Ｓ１６が" Ｌ" レベルとなり、
第２のカウンタ２０３のクリアが解除される。

【００８４】一方、スイッチが押された時には前記のワ
ンショットマルチバイブレータ２０６が１パルスを出力
するので、Ｄフリップフロップの出力信号Ｓ１６が"
Ｈ" レベルから" Ｌ" レベルに変化するため、第２のカ
ウンタ２０３のカウント値のクリアが解除され、通電制
御信号Ｓ１７が" Ｈ" レベルとなり、第２のカウンタ２
０３の出力が”０”となるまで通電され続ける。

【００８５】本アクチュエータは、その前進および後退
のスピードがまったく等しくないと、往復動作させてい
るうちに往復動作の中心位置がずれてくる。このとき、
上記した構成によれば、アクチュエータがストローク範
囲の途中で、パルス数制限のために停止しても、一瞬、
逆方向のスイッチを押すことにより、再度、同方向への
アクチュエータの移動が可能となる。

【００８６】（効果１”）このように本実施形態変形例
では、アクチュエータへの連続的な通電による圧電素子
の発熱を防止すると共に、ストロークの途中でアクチュ
エータが停止したとしても、必ず所望の位置へアクチュ
エータを移動させることができる。

【００８７】（第２実施形態）本実施形態の構成を図１
０に基づいて説明する。

【００８８】図１０には、本発明のアクチュエータ駆動
装置に係わる第２実施形態を示す回路図が示されてい
る。

【００８９】（構成２）本実施形態に係わるアクチュエ
ータ駆動回路は、図示の如く、ズームスイッチ１と、Ａ
ＮＤ ＩＣ２と、第１および第２のワンショットマルチ
バイブレータ３，４と、第１および第２のアナログスイ
ッチ５，６と、インバータＩＣ７と、増幅用トランジス
タ８と、アクチュエータ( 積層圧電素子) ９と、アクチ
ュエータ駆動回路１０ａと、正弦波発生回路１１と、全
波整流回路( 正波形) １２ａと、全波整流回路( 逆波
形) １２ｂとから構成されている。

【００９０】詳しくは、ズームスイッチ１が接続され、
一端が＋５Ｖ電源に接続されている抵抗Ｒ１の他端は、
ＡＮＤ ＩＣ２の一方の入力端子に接続されている。こ
のＡＮＤ ＩＣ２の出力は第１のワンショットマルチバ
イブレータ３に接続されており、基本周期設定用の抵抗
Ｒ２とコンデンサＣ１が図示のように接続されている。

【００９１】また、前記の第１のワンショットマルチバ
イブレータ３の反転出力が第２のワンショットマルチバ
イブレータ４のトリガ入力端子に接続されている。さら
にこの第２のワンショットマルチバイブレータ４もま
た、前記第１のワンショットマルチバイブレータ２と同
様に、「方形波」の「ＤＵＴＹ比」を調整する可変抵抗
Ｒ３とコンデンサＣ２が図示のように接続されている。

【００９２】ここで、第１のワンショットマルチバイブ
レータ３の出力端子は、前記ＡＮＤＩＣ２のもう一方の
入力端子に接続されている。また、第２のワンショット
マルチバイブレータ４の出力端子は、さらに２つの経路
に分岐し、まずその１つめの出力は、第１のアナログス
イッチ５に直接接続され、もう一方の出力は第２のアナ
ログスイッチ６の制御端子にインバータＩＣ７を介して
接続されている。

【００９３】この第１のアナログスイッチ５の入力に
は、正弦波発生回路１１を発生源とする全波整流回路１
２の出力が接続されており、その出力は、増幅用トラン
ジスタ８のベース端子に入力するように接続されてい
る。一方、第２のアナログスイッチ６の入力は＋５Ｖの
電源に一方を接続されたプルアップ抵抗Ｒ４の他端に接
続され、その出力は、前記第１のアナログスイッチ５の
出力と導通している。

【００９４】前述の増幅用トランジスタ８は、そのコレ
クタ端子が高圧電源＋Ｖccに一端を接続された抵抗Ｒ４
の他端に接続され、エミッタ端子は一端を０Ｖ電位に接
続された可変抵抗Ｒ５の他端に接続されている。また、
アクチュエータとしての積層圧電素子９は、その＋側電
極が前記トランジスタのコレクタ端子に、−側端子が０
Ｖ電位になるように接続されている。

【００９５】（作用２）図１１は制御に係わる各種の信
号の波形を示し、（ａ）はＡＮＤ ＩＣの入力信号Ｓ１
の波形、（ｂ）はスイッチ投入と同時に発振する信号Ｓ
３の波形、（ｃ）は断続的な方形波（即ち「ＤＵＴＹ信
号」）の波形、（ｄ）は全波整流波形部分と" Ｈ" レベ
ル信号部分を含む信号Ｓ５の波形、（ｅ）は全波整流反
転波形と０Ｖレベルの波形を交互に繰り返す波形、
（ｆ）は全波整流波形の正波形と逆波形がＤＵＴＹ信号
の" Ｌ"," Ｈ" と各々同期し交互に出現する増幅用トラ
ンジスタの出力波形である。

【００９６】ズームスイッチ１を倒し、ズーム動作をＯ
Ｎ状態にすると、図１１（ａ）が示す波形のように、Ａ
ＮＤ ＩＣ２の入力信号Ｓ１が“Ｈ”レベルになるた
め、第１のワンショットマルチバイブレータ３へのトリ
ガ入力信号Ｓ２も“Ｈ”レベルへと「立ち下がる」た
め、第１のワンショットマルチバイブレータは発振を始
める。

【００９７】このときの出力波形Ｓ３のタイムチャート
が図１１（ｂ）に示されている。信号Ｓ３はスイッチ投
入と同時に発振し、外付けの抵抗Ｒ２とコンデンサＣ１
によって決まる時間が経過すると、ＡＮＤ ＩＣ２への
入力信号もそれにともなって、“Ｌ”レベルに立ち下が
るので、トリガ入力信号Ｓ２が再び“Ｌ”レベルへと立
ち下がることによって、第１のワンショットマルチバイ
ブレータ３が発振を再び開始するため、その出力信号Ｓ
３は、上述の立下がりの後すぐ「立ち上がる」波形とな
る。

【００９８】上述のような波形が第２のワンショットマ
ルチバイブレータ４のトリガ入力に入ると、外付けの可
変抵抗Ｒ３とコンデンサＣ２によって一義的に決まる時
間だけ通電を行い、その繰返し周波数が前記第１のワン
ショットマルチバイブレータ３に外付けされた抵抗Ｒ２
とコンデンサＣ１によって一義的に決まる「断続的な方
形波」（以下「ＤＵＴＹ信号」と称す）を図１１（ｃ）
のように出力する。

【００９９】このＤＵＴＹ信号Ｓ４を第１のアナログス
イッチの制御端子に入力すると、Ｓ４が“Ｈ”レベルの
間は、第１のアナログスイッチ５がＯＮとなり、全波整
流回路で生成された全波整流波が第１のアナログスイッ
チ５の出力端子に出現する。一方、信号Ｓ４が“Ｌ”レ
ベルの間は、第１のアナログスイッチ５がＯＦＦとなる
が、このときは、信号Ｓ４をインバータ７を介すること
で“Ｈ”レベルにし、第２のアナログスイッチ６の制御
端子に入れることにより、第２のアナログスイッチ６を
ＯＮとする。この場合、第２のアナログスイッチ６の出
力には“Ｈ”レベルの信号が現れる。従って、増幅用ト
ランジスタ８のベース端子には、図１１（ｄ）に示すよ
うに、全波整流波と“Ｈ”レベルの信号とが、いわゆる
ＤＵＴＹ信号の“Ｈ”と“Ｌ”に同期して交互に出現す
る。

【０１００】上述の信号波形Ｓ５を増幅用トランジスタ
８に入力することにより、全波整流波形部分と、“Ｈ”
レベル信号の部分は、図１１（ｅ）に示すようにそれぞ
れ７０〜８０Ｖ程度をピークする全波整流反転波形と、
０Ｖレベルの波形を交互に繰り返す。断続的な全波整流
波形に増幅され、この波形が積層圧電素子９に加わる。
また、可変抵抗Ｒ５によって、増幅度の調整を行い、全
波整流波の振幅を調整することができる。

【０１０１】圧電素子９に図１１（ｅ）に示す電圧波形
が印加されると、この圧電素子に係止されている移動体
（即ち、レンズ枠）は、全波整流回路波形の不連続点に
おいて素子が発生する衝撃的発生力によってリニア方向
に所定の速度でのズーム動作が行われる。

【０１０２】ここで、第２のワンショットマルチバイブ
レータ４に外付けされている可変抵抗Ｒ３を調整するこ
とにより、ＤＵＴＹ信号のＤＵＴＹ比を変化させ、全波
整流回路波形の「出現率」を変化させることにより、ア
クチュエータユニット１０の移動速度を所望により調整
することができる。また、第１のワンショットマルチバ
イブレータ３に外付けされている可変抵抗Ｒ２の値を調
整することにより、ＤＵＴＹ信号の周波数を高めに設定
することによってより滑らかに移動させることもでき
る。

【０１０３】なお、ズームスイッチ入力部分は図３
（ｂ）が示すように、ＥＯＲ ＩＣ１３を介して構成さ
れているが、例えば、誤って両方のズームスイッチ１を
同時に押してしまった場合には、アクチュエータへの通
電を停止する。

【０１０４】（効果２）以上のように、アクチュエータ
の移動速度は、駆動波形としての全波整流波形の出現率
によって制御できるので、駆動回路を構成する可変抵抗
によって、ＤＵＴＹ信号のＤＵＴＹ比を変化させ全波整
流回路波形の出現率を変化させてアクチュエータの移動
速度を調整したり、増幅度の調整で全波整流波の振幅調
整をしたり、また、ＤＵＴＹ信号の周波数を高めに設定
することで滑らかに移動させる等、アクチュエータの本
来の発生力を低下させること無く、安定した速度調整が
可能になる。

【０１０５】また、断続的な波形を、トランジスタで、
増幅する以前に形成しているため、回路規模が小さく、
且つ低ノイズで高速応答が可能である。

【０１０６】（本第２実施形態の変形例）次に、本変形
例の構成を図１２に基づいて説明する。

【０１０７】図１２には、本発明のアクチュエータ駆動
装置に係わる第２実施形態の変形例を示す回路図が例示
されている。

【０１０８】図示の如く、正弦波発生回路の出力を２つ
に分け、一方は、全波整流波形（正波形）生成回路の、
他方は全波整流波形（逆波形）生成回路の入力へとそれ
ぞれ接続されている。正逆全波整流回路の出力はそれぞ
れ第１と第２のアナログスイッチ５，６の入力へと接続
されており、その出力は増幅用トランジスタ８のベース
端子へと接続されている。前記の第１、第２のアナログ
スイッチ５，６の制御端子にはそれぞれ第１実施形態で
述べたようなＤＵＴＹ信号の“Ｈ”と“Ｌ”が入力され
ている。なお、そのほかの回路構成は前説の第１実施形
態とほぼ同様である。

【０１０９】（作用２’）前説の第１実施形態と同様に
して生成されたＤＵＴＹ信号が第１、第２のアナログス
イッチ５，６のＯＮ−ＯＦＦを制御する。すなわち、こ
のＤＵＴＹ信号が“Ｈ”レベルの時は、第１のアナログ
スイッチ５がＯＮとなり、全波整流波形の「正波形」が
増幅用トランジスタ８のベース端子に現れ、一方、ＤＵ
ＴＹ信号が“Ｌ”レベルの時は、第２のアナログスイッ
チ６がＯＮとなり、全波整流波形の「逆波形」が増幅用
トランジスタ８のベース端子に現れる。したがって、増
幅用トランジスタ８の出力は、全波整流波形の正波形と
逆波形がＤＵＴＹ信号の“Ｌ”，“Ｈ”とそれぞれ同期
して交互に出現する図１１（ｆ）が示すような波形とな
る。

【０１１０】いま、上述のような波形を圧電素子９に印
加すると、第２のワンショットマルチバイブレータ４に
外付けされている可変抵抗Ｒ３を調整することにより、
全波整流波形の正逆波形の「出現率」を変化させること
ができ、よってアクチュエータユニット１０の移動速度
を調整することができる。

【０１１１】ＤＵＴＹ信号のＤＵＴＹ比が５０％以上の
場合は、そのトータルとしてアクチュエータユニット１
０は「前進」し、５０％未満の時はそのトータルとして
アクチュエータユニット１０は「後退」することとな
る。

【０１１２】また、第１のワンショットマルチバイブレ
ータ３の外付け抵抗Ｒ２の値を調整することによって、
ＤＵＴＹ信号Ｓ４の周波数を高くすれば、アクチュエー
タの移動体はより「滑らかに」移動する。

【０１１３】なお、本例では使用する波形を全波整流波
形としたが、その他にも「三角波」、または「台形波」
等の波形を利用してもよい。

【０１１４】（効果２’）よって本変形例の場合は、前
説の第１実施形態の場合と比べて、アクチュエータを連
続的に駆動している時間が増加し、動作中にこの移動体
が移動路面から受ける摩擦力が減少するので、アクチュ
エータ自体の動作がスムーズとなる故に、より微細な位
置決めが可能となる。

【０１１５】（第３実施形態）続いて本発明に係わる第
３実施形態としてのアクチュエータ駆動装置の構成につ
いて図１３、図１４を参照しながら説明する。

【０１１６】図１３は、本発明のアクチュエータ駆動装
置に係わる第３実施形態を示す回路図を示し、図１４
は、図１３中の検出抵抗Ｒ１０両端に接続された過電流
保護回路の詳細図を示している。

【０１１７】（構成３）本第３実施形態のアクチュエー
タ駆動回路１０ａは、図１３が例示する如く、増幅用ト
ランジスタ８と、全波整流回路１２と、電流増幅用トラ
ンジスタ２４と、電流引込用トランジスタ２５と、スイ
ッチ２６と、後述する過電流保護回路２７と、から構成
され、アクチュエータ９を制御可能に接続されている。

【０１１８】図１３が示すアクチュエータ駆動装置の駆
動回路１０ａによれば、増幅用トランジスタ８のコレク
タ出力は２つに分けられ、その１つは電流増幅用トラン
ジスタ２４のベースに接続され、もう１つは電流引込用
トランジスタ２５のベースに接続されていることが解
る。

【０１１９】これら上記２つのトランジスタ２４，２５
はエミッタ端子がお互いに過電流検出抵抗Ｒ１０を介し
て接続されている。また、増幅用トランジスタ８のコレ
クタは、抵抗Ｒ４を介してスイッチ２６の片端子に接続
され、このスイッチの他端子は高圧電源＋Ｖccに接続さ
れている。

【０１２０】また、過電流検出抵抗Ｒ１０の両端は、図
１４に示されるような後述する過電流保護回路２７に接
続されており、その出力は上記スイッチ２６の制御端子
に接続されている。また、電流引込用ＰＮＰトランジス
タ２５のエミッタは圧電素子９の＋側電極に接続され、
これと並列に抵抗Ｒ１１が挿入されている。

【０１２１】次に、前述の過電流保護回路２７の回路構
成を詳細に示す図１４によれば、この過電流保護回路２
７は、図示の如く、フォトカプラ２８と、コンパレータ
２９と、２つのワンショットマルチバイブレータ３０,
３１と、ＮＡＮＤ ＩＣ３２と、ラッチ回路３３と、Ｐ
ＮＰトランジスタ３４とから構成されている。

【０１２２】詳しくは、前記の過電流検出抵抗Ｒ１０の
両端はフォトカプラ２８に接続され、その出力はコンパ
レータ２９の＋端子へ接続されている。一方、コンパレ
ータ２９の−端子には、抵抗Ｒ１２，１３の値で一義的
に決まる閾値電圧が入力する。

【０１２３】上記のコンパレータ２９の出力は直列に並
んだワンショットマルチバイブレータ３０，３１に入力
され、その出力は、入力信号を反転した信号と共に、Ｎ
ＡＮＤ ＩＣ３２に入る。このＮＡＮＤ ＩＣ３２の出
力はラッチ回路３３に入り、その出力が、ＰＮＰトラン
ジスタ３４のベースに接続され、エミッタ出力Ｓ１０が
前記スイッチ２６の制御端子に入力される。

【０１２４】（作用３）圧電素子９の短絡（以下「ショ
ート」とも称す）によって、検出抵抗Ｒ１０に過電流が
流れると、フォトカプラ２８のＬＥＤに電流が流れ、フ
ォトカプラ２８が導通するため、コンパレータ２９の＋
側には“Ｌ”レベルの信号が入力される。したがって、
一方の−端子に入力した基準電圧より低電圧となるの
で、コンパレータ２９の出力は“Ｌ”レベルとなる。

【０１２５】ここで、この出力が“Ｌ”となった瞬間、
ワンショットマルチバイブレータ３０が発振し、この発
振が終わった処でこれをトリガ信号として次のワンショ
ットマルチバイブレータ３１が発振する。この発振波形
と、過電流検出信号Ｓ１１とのいわゆる”ＮＡＮＤ”を
とることにより、過電流が検出されている場合の出力は
“Ｌ”レベルとなり、この出力が図１３に示したスイッ
チ２６の制御端子に入力される。

【０１２６】過電流検出信号Ｓ１１をそのままラッチ回
路３３に入力してもよいが、外部よりノイズが混入した
ときの誤動作を防止するため、本例ではワンショットマ
ルチバイブレータ３０，３１を介している。

【０１２７】なお、前記のスイッチ２６としては、例え
ばスイッチ用トランジスタであっても、又はリレーを採
用してもよい。

【０１２８】また、過電流検出抵抗Ｒ１０の位置を変
え、電流増幅用トランジスタ２４のコレクタと、スイッ
チ２６の片端との間に挿入して接続してもよい。

【０１２９】（効果３）以上により、例え圧電素子が
「ショート」した場合でも、過電流検出抵抗の両端に接
続された過電流保護回路が通電を停止させて圧電素子に
対する過電流が流れないよう、外部ノイズに起因する回
路の誤動作を防止しながら制御している。

【０１３０】その結果、本実施形態によれば、圧電素子
の耐久性の向上と、駆動装置の素子の発熱の防止が図ら
れたアクチュエータ駆動装置を提供することができる。

【０１３１】（その他の変形例）なお、以上に説明した
以外にも、本発明の要旨を逸脱しない範囲であれば、種
々の変形実施も可能であることは言うまでもない。

【０１３２】以上、本発明に係わる複数の実施形態に基
づいて説明してきたが、本明細書中には以下に列挙する
発明が含まれている。

【０１３３】（1 ） 圧電素子と、前記圧電素子の一部
に固定された移動体とから成る変形可能なアクチュエー
タを駆動するための駆動手段を有するアクチュエータ駆
動装置において、前記駆動手段が送出する出力信号波形
に応じて連続的に所定のパルス波を出力するパルス発生
手段と、当該パルス数をカウントするカウント手段と、
当該パルス数に関する所定の制限値を設定し、前記カウ
ント手段によってカウントされたパルス数と前記制限値
とを比較する比較手段と、当該パルス数が当該制限値を
超過した場合に、前記比較手段より発生された出力信号
のレベルに応じて前記アクチュエータを駆動するための
駆動信号を停止して通電を止める通電停止手段と、を具
備することを特徴とするアクチュエータ駆動装置。

【０１３４】（2 ） 前記パルス発生手段から出力され
る信号は、前記アクチュエータへの通電波形と同等のク
ロック信号であることを特徴とする（1 ）に記載のアク
チュエータ駆動装置。

【０１３５】（3 ） 前記クロック信号は、タイマＩＣ
の出力信号であることを特徴とする（2 ）に記載のアク
チュエータ駆動装置。

【０１３６】（4 ） 前記タイマＩＣの出力信号の周波
数は、可変であることを特徴とする（3 ）に記載のアク
チュエータ駆動装置。

【０１３７】（5 ） 前記パルス発生手段から出力され
るパルスは、前記クロック信号の「断続的な」パルス群
であることを特徴とする（1 ）に記載のアクチュエータ
駆動装置。

【０１３８】（6 ） 前記パルス発生手段から出力され
るパルスは、前記クロック信号の「連続的な」パルス群
であることを特徴とする（1 ）に記載のアクチュエータ
駆動装置。

【０１３９】（7 ） 前記比較手段は、前記上限値を設
定する制限値設定手段と、前記制限値設定手段によって
設定された所定の制限値と前記カウント手段によってカ
ウントされたパルス数との大小関係に応じたレベルの信
号を発生する停止信号発生手段とから成ることを特徴と
する（1 ）に記載のアクチュエータ駆動装置。

【０１４０】（8 ） 前記制限値は、所定の上限値と、
所定の下限値とから成ることを特徴とする（7 ）に記載
のアクチュエータ駆動装置。

【０１４１】（9 ） 前記カウント手段は、アップ・ダ
ウンカウンタであることを特徴とする（1 ）に記載のア
クチュエータ駆動装置。

【０１４２】（10） 前記カウント手段は、前記アクチ
ュエータの動作に応じて、アップカウントまたはダウン
カウントを選択的に切り換え可能であることを特徴とす
る（1 ）に記載のアクチュエータ駆動装置。

【０１４３】（11） 前記カウント手段によってカウン
トされたカウント値は、常に前記上限値と、前記下限値
との間の値であることを特徴とする（8 ）に記載のアク
チュエータ駆動装置。

【０１４４】（12） 前記上限値と、前記下限値との差
の値は、前記アクチュエータの所定のストローク移動に
要する前記パルス数よりも僅かに大きく設定された値で
あることを特徴とする（8 ）に記載のアクチュエータ駆
動装置。

【０１４５】（13） 前記制限値設定手段は、前記制限
値を自在に設定かつ変更できることを特徴とする（7 ）
に記載のアクチュエータ駆動装置。

【０１４６】（14） 前記停止信号発生手段は、コンパ
レータＩＣであることを特徴とする（7 ）に記載のアク
チュエータ駆動装置。

【０１４７】（15） 前記通電停止手段は、スイッチ用
トランジスタであることを特徴とする（1 ）に記載のア
クチュエータ駆動装置。

【０１４８】（16） 前記通電停止手段は、リレーであ
ることを特徴とする（1 ）に記載のアクチュエータ駆動
装置。

【０１４９】（17） 圧電素子と、前記圧電素子の一部
に固定された移動体とから成る変形可能なアクチュエー
タを駆動するための駆動手段を有するアクチュエータ駆
動装置において、前記駆動手段が送出する出力信号波形
より前記圧電素子の発熱量を計算する発熱量計算手段
と、当該発熱量の上限値を設定し、前記発熱量計算手段
で算出された発熱量と前記上限値とを比較する比較手段
とを有し、当該発熱量が前記上限値を超過した場合に、
前記比較手段より発生された出力信号のレベルに応じて
前記アクチュエータへの通電を停止させる通電停止手段
または当該発熱量が前記上限値を超過したことを呈示す
る呈示手段のうちの少なくとも１つを具備することを特
徴とするアクチュエータ駆動装置。

【０１５０】（18） 前記計算手段は、積分回路を有
し、当該出力波形を該波形に基づく積分処理計算を行う
ことを特徴とする（17）に記載のアクチュエータ駆動装
置。

【０１５１】（19） 前記比較手段は、当該発熱量の上
限値を設定する上限値設定手段を有することを特徴とす
る（17）に記載のアクチュエータ駆動装置。

【０１５２】（20） 前記上限値設定手段は、閾値電圧
発生回路を有することを特徴とする（17）に記載のアク
チュエータ駆動装置。

【０１５３】（21） 前記通電停止手段は、スイッチ用
トランジスタであることを特徴とする（17）に記載のア
クチュエータ駆動装置。

【０１５４】（22） 前記通電停止手段は、リレーであ
ることを特徴とする（17）に記載のアクチュエータ駆動
装置。

【０１５５】（23） 前記呈示手段は、ブザーであるこ
とを特徴とする（17）に記載のアクチュエータ駆動装
置。

【０１５６】（24） 圧電素子と、前記圧電素子の一部
に固定された移動体とから成る変形可能なアクチュエー
タを駆動するための駆動手段を有するアクチュエータ駆
動装置において、前記駆動手段の出力部に過電流保護手
段を設けたことを特徴とするアクチュエータ駆動装置。

【０１５７】（25） 前記過電流保護手段は、前記アク
チュエータに過電流が流れたことを検知する過電流検出
手段と、前記過電流検出手段の出力信号が入力され、前
記アクチュエータへの出力を停止する出力停止手段と、
から構成されることを特徴とする（24）に記載のアクチ
ュエータ駆動装置。

【０１５８】（26） 前記過電流検出手段は、過電流を
電圧に変換する電圧変換手段と、前記電圧変換手段の出
力電圧と所定の閾値電圧とを比較する比較手段とから構
成されることを特徴とする（25）に記載のアクチュエー
タ駆動装置。

【０１５９】（27） 前記電圧変換手段は、抵抗とフォ
トカプラとから構成されていることを特徴とする（26）
に記載のアクチュエータ駆動装置。

【０１６０】（28） 前記比較手段は、コンパレータＩ
Ｃであることを特徴とする（26）に記載のアクチュエー
タ駆動装置。

【０１６１】（29） 前記出力停止手段は、スイッチ用
トランジスタを具備していることを特徴とする（25）に
記載のアクチュエータ駆動装置。

【０１６２】（30） 前記出力停止手段は、リレーを具
備していることを特徴とする（25）に記載のアクチュエ
ータ駆動装置。

【０１６３】（31） 圧電素子と、その一部に固定され
た移動体とから成るアクチュエータ駆動装置において、
電圧増幅部と電流増幅部とに分けて出力部を構成してい
ることを特徴とするアクチュエータ駆動装置。

【０１６４】（32） 前記電流増幅部は、電流増幅回路
と電流引込み回路とで構成されていることを特徴とする
（31）に記載のアクチュエータ駆動装置。

【０１６５】（33） 前記電流増幅回路は、エミッタフ
ォロワ回路であることを特徴とする（32）に記載のアク
チュエータ駆動装置。

【０１６６】（34） 前記電流引き込み回路には、ＰＮ
Ｐトランジスタを用いたことを特徴とする（32）に記載
のアクチュエータ駆動装置。

【０１６７】（35） 圧電素子と、前記圧電素子の一部
に固定された移動体とから成る変形可能なアクチュエー
タを駆動するための駆動手段を有するアクチュエータ駆
動装置において、複数種類の波形を生成するパルス発生
手段と、前記パルス発生手段の出力波形を切り換える波
形切換え手段と、前記波形切換え手段に接続され、当該
切換えタイミングをコントロールすることにより前記ア
クチュエータのスピードをコントロールする速度調整手
段と、前記波形切換え手段の出力電圧波形を増幅する電
圧増幅手段と、を具備し、前記電圧増幅手段の出力波形
が前記アクチュエータに通電させることを特徴とするア
クチュエータ駆動装置。

【０１６８】（36） 前記パルス発生手段より生成され
る波形の基本波形は、全波整流波であることを特徴とす
る（35）に記載のアクチュエータ駆動装置。

【０１６９】（37） 前記パルス発生手段より生成され
る複数種類の波形は、当該波形の電圧が互いに反転の関
係にある２種類の波形であることを特徴とする（35）に
記載のアクチュエータ駆動装置。

【０１７０】（38） 前記複数種類の波形は、全波整流
波と所定( “Ｈ”) レベルの信号との２種類の波形であ
ることを特徴とする（35）に記載のアクチュエータ駆動
装置。

【０１７１】（39） 前記波形切換え手段は、アナログ
スイッチであることを特徴とする（35）に記載のアクチ
ュエータ駆動装置。

【０１７２】（40） 前記波形切換え手段は、スイッチ
用トランジスタであることを特徴とする（35）に記載の
アクチュエータ駆動装置。

【０１７３】（41） 前記波形切換え手段は、電圧が互
いに反転の関係にある増幅される前の２種類の波形を切
り換えることを特徴とする（35）に記載のアクチュエー
タ駆動装置。

【０１７４】（42） 前記波形切換え手段は、増幅前の
前記基本波形と所定( “Ｈ”) レベルの信号を切り換え
ることを特徴とする（35）に記載のアクチュエータ駆動
装置。

【０１７５】（43） 前記速度調整手段の出力波形は、
「方形波」であることを特徴とする（35）に記載のアク
チュエータ駆動装置。

【０１７６】（44） 前記速度調整手段は、前記方形波
の「ＤＵＴＹ比」を調整自在であることを特徴とする
（35）に記載のアクチュエータ駆動装置。

【０１７７】（45） 前記電圧増幅手段は、前記パルス
発生手段より出力される波形を反転増幅することを特徴
とする（35）に記載のアクチュエータ駆動装置。

【０１７８】（46） 前記カウント手段は、前記通電パ
ルス数をカウントする第１のカウント手段と、連続的な
通電的パルス数をカウントする第２のカウント手段とか
ら成り、前記第１のカウント手段によってカウントされ
た前記パルス数と、前記制限値を比較する前記比較手段
より発生する信号レベルに応じて前記第２のカウント手
段のカウント動作を制御するカウント制御手段とから成
ることを特徴とする（1）に記載のアクチュエータ駆動
装置。

【０１７９】（47） 前記カウント制御手段は、前記カ
ウント手段のカウント値をクリアするものであることを
特徴とする（46）に記載のアクチュエータ駆動装置。

【０１８０】（48） 前記通電停止手段は、前記第２の
カウント手段によりカウントされたカウント値のレベル
に応じて動作することを特徴とする（46）に記載のアク
チュエータ駆動装置。

【０１８１】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば次の
ような効果が得られる。

【０１８２】連続的に駆動スイッチを長時間押し通電し
続けると圧電素子に発熱が蓄積し破壊または焼損してし
まう従来の不具合は、前説の本発明に係わる第１実施形
態およびその変形例により解消され、その目的：圧電素
子の耐久性の向上が達成される。（請求項（1 ）, （2
）〜（23）および（46）〜（48）の効果）。

【０１８３】また、アクチュエータがショートした場
合、トランジスタが発熱して回路が機能しなくなる等の
従来の不具合は、前説の本発明に係わる第３実施形態に
より解消され、その目的：圧電素子の耐久性の向上と、
駆動回路の発熱の防止が達成される。（（24）〜（30）
の効果）。

【０１８４】また、従来のアクチュエータの駆動力不足
による速度の低下する不具合、および、安定したスピー
ドコントロールができない不具合は、前説の本発明に係
わる第２実施形態により解消され、その目的：アクチュ
エータの移動速度および発生力の向上が達成される。
（（31）〜（34）／（35）〜（45）の効果）。

【０１８５】つまり、アクチュエータ駆動装置を構成す
る圧電素子の耐久性が向上し、その圧電素子の発熱異常
を未然に防止でき、また、アクチュエータの移動速度や
発生力が向上する。さらに、圧電アクチュエータの安定
した移動速度の調整と、より正確な位置決めを可能とす
るアクチュエータ駆動装置を提供することが可能とな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明に係わるアクチュエータ駆動装
置の駆動部の構造と駆動原理を示す断面構造図。

【図２】図２は、内視鏡の先端部に配置された焦点調整
用レンズ系とアクチュエータユニットの構成を示す断面
構造図。

【図３】 図３はズーム機構付き内視鏡本体の手元部を
示し、（ａ）は、その外観を示す部分図、（ｂ）は、ズ
ーム機構のためのズームスイッチ入力部を含む回路図。

【図４】図４は、本発明に係わるアクチュエータ駆動装
置の基本構成を示すブロック構成図。

【図５】 図５は本発明のアクチュエータ駆動装置に係
わる第１実施形態を示し、（ａ）は、アクチュエータ駆
動回路図、（ｂ）は、タイマを含む回路図。

【図６】図６は、フォトカプラとトランジスタから成る
スイッチ用の回路図。

【図７】図７は、信号Ｓ１３の最大波高値を所定レベル
に減圧した時の時間平均の面積を斜線で示す波形グラ
フ。

【図８】図８は、圧電素子に印加する実効電圧の発熱温
度特性を示すグラフ。

【図９】本発明に係わるアクチュエータ( 圧電素子) の
発熱量を計算し異常発熱を警告するための構成要素を含
むアクチュエータ駆動装置を示す構成図。

【図１０】図１０は、本発明のアクチュエータ駆動装置
に係わる第２実施形態を示す回路図。

【図１１】 図１１は制御に係わる各種の信号の波形を
示し、（ａ）は、ＡＮＤ ＩＣの入力信号Ｓ１の波形、
（ｂ）は、スイッチ投入と同時に発振する信号Ｓ３の波
形、（ｃ）は、断続的な方形波（即ち「ＤＵＴＹ信
号」）の波形、（ｄ）は、全波整流波形部分と" Ｈ" レ
ベル信号部分を含む信号Ｓ５の波形、（ｅ）は、全波整
流反転波形と０Ｖレベルの波形を交互に繰り返す波形、
（ｆ）は、全波整流波形の正波形と逆波形がＤＵＴＹ信
号の" Ｌ"," Ｈ" と各々同期し交互に出現する増幅用ト
ランジスタの出力波形。

【図１２】図１２は、本発明のアクチュエータ駆動装置
に係わる第２実施形態の変形例を示す回路図。

【図１３】図１３は、本発明のアクチュエータ駆動装置
に係わる第３実施形態を示す回路図。

【図１４】図１４は、図１３中の検出抵抗Ｒ１０両端に
接続された過電流保護回路の詳細図。

【図１５】図１５は、本発明のアクチュエータ駆動装置
に係わる第１実施形態の変形例を示す回路図。

【符号の説明】

１…ズームスイッチ、 ２…ＡＮＤ ＩＣ、３…
第１のワンショットマルチバイブレータ、４…第２のワ
ンショットマルチバイブレータ、５…第１のアナログス
イッチ、６…第２のアナログスイッチ、７…インバータ
ＩＣ、 ８…増幅用トランジスタ、９…アクチュ
エータ（積層圧電素子）、１０…アクチュエータユニッ
ト、１０ａ…アクチュエータ駆動回路、１１…正弦波発
生回路、１２ａ…全波整流回路( 正波形) 、１２ｂ…全
波整流回路( 逆波形) 、１２Ｔ…タイマＩＣ、
１３…ＡＮＤ ＩＣ，１４…ｎビットカウンタ（カウ
ント手段）、( １４ａ…最上位カウンタ〜１４ｄ…最下
位カウンタ) 、１５ａ, １５ｂ…コンパレータＩＣ（比
較手段）、１６…ディップスイッチ、１７…ＮＯＲ Ｉ
Ｃ、 １８…ＡＮＤ ＩＣ、２４…電流増幅
用トランジスタ、２５…電流引込用トランジスタ、２６
…スイッチ、 ２７…過電流保護回路、２
８…フォトカプラ、 ２９…コンパレータ、３
０，３１…ワンショットマルチバイブレータ、３２…Ｎ
ＡＮＤ ＩＣ、３３…ラッチ回路、 ３４…
ＰＮＰトランジスタ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧電素子と、前記圧電素子の一部に固定
   された移動体とから成る変形可能なアクチュエータを駆
   動するための駆動手段を有するアクチュエータ駆動装置
   において、 前記駆動手段が送出する出力信号波形に応じて連続的に
   所定のパルス波を出力するパルス発生手段と、 当該パルス数をカウントするカウント手段と、 当該パルス数に関する所定の制限値を設定し、前記カウ
   ント手段によってカウントされたパルス数と前記制限値
   とを比較する比較手段と、 当該パルス数が当該制限値を超過した場合に、前記比較
   手段より発生された出力信号のレベルに応じて前記アク
   チュエータを駆動するための駆動信号を停止して通電を
   止める通電停止手段と、を具備することを特徴とするア
   クチュエータ駆動装置。