JPWO2006004108A1

JPWO2006004108A1 - 圧電アクチュエータおよび機器

Info

Publication number: JPWO2006004108A1
Application number: JP2006528905A
Authority: JP
Inventors: 玲子長濱; 豊山崎
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2004-07-07
Filing date: 2005-07-05
Publication date: 2008-04-24
Anticipated expiration: 2025-07-05
Also published as: EP1786091A4; EP1786091B1; US7514843B2; JP4479725B2; US20070188048A1; CN1981427A; DE602005020028D1; WO2006004108A1; EP1786091A1; CN1981427B

Abstract

圧電素子８２の略中央に略菱形の検出電極８２Ｃを形成する。この検出電極８２Ｃは、縦一次振動モードの振動の節でかつ屈曲二次振動モードの振動の節を含んで形成されているので、屈曲二次振動モードの振動による歪みが最小となる。したがって、駆動信号と検出信号との位相差を取った場合に、屈曲二次振動モードの振動による位相差への影響を最小限に抑制できるから、所定の位相差に対する駆動周波数が一つに決定される。よって、位相差が所定値となるように制御することにより、振動体６６を所望の駆動周波数で振動させることができ、各振動モードが所望の振動成分で振動するので、駆動性能の確実性を向上させることができる。

Description

本発明は、圧電素子の振動により被駆動体を駆動する圧電アクチュエータおよびこの圧電アクチュエータを備えた機器に関する。

圧電素子の振動によって被駆動体を駆動する圧電アクチュエータとしては、複数の振動モードを同時に励振し、これらの振動モードの組み合わせによって被駆動体を駆動するものがある。このような圧電アクチュエータでは、所望の振動軌跡や駆動力を得るために、各振動モードの振動成分を適切に保持する必要があり、これを実現するために圧電素子に印加する駆動信号と圧電素子の振動によって検出される検出信号との位相差によって駆動信号を制御する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
この圧電アクチュエータでは、圧電アクチュエータに検出電極を設け、圧電素子に印加する駆動信号と検出電極から検出される検出信号との位相差を監視する。そして、この位相差が所定の値となるように圧電素子に印加する駆動信号の駆動周波数を調整することにより、圧電アクチュエータの各振動モードの振動成分を適切に制御し、効率的な駆動を行うものである。

特開２００２−２９１２６４号公報（第１２頁〜第１３頁、第２６，２７図）

しかしながら、この特許文献１の圧電アクチュエータでは、検出電極で検出される検出信号として複数の振動モードによる振動が同時に検出されるため、これら複数の振動モードの振動の共振周波数近傍でそれぞれ位相差が変動し、最適とされる所定の位相差に対して複数の振動周波数が存在する場合がある。
例えば、図３１には、特許文献１の圧電アクチュエータの駆動周波数に対する位相差特性が示されている。圧電アクチュエータは、圧電素子の長手方向に伸縮する縦一次振動モードと縦一次振動モードの振動方向に略直交する方向に屈曲する屈曲二次振動モードとを有し、図３１に示されるように、それぞれの振動モードの振動の共振周波数ｆ１，ｆ２近傍で位相差が高くなる。したがって、制御しようとする所定の位相差θ０に対して駆動周波数が複数（図３１では三つの駆動周波数ｆｂ１，ｆｂ２，ｆｂ３）存在することとなる。
このような場合には、位相差が所定値θ０となるように駆動周波数を制御しても、駆動周波数が一つに決まらないため、所望の振動モードの振動成分比が得られない場合があり、圧電アクチュエータの駆動性能の確実性に欠ける。

本発明の目的は、駆動性能の確実性を向上させることができる圧電アクチュエータおよび機器を提供することにある。

本発明の圧電アクチュエータは、二つ以上の振動モードを有する圧電素子の振動により、被駆動体を駆動する圧電アクチュエータであって、前記圧電素子に駆動信号を印加して当該圧電素子を振動させるための駆動電極と、前記圧電素子の振動挙動を検出するための検出電極と、前記駆動電極に印加する駆動信号と前記検出電極で検出される検出信号との位相差に基づいて前記駆動信号を制御する制御手段とを備え、前記検出電極は、主として振動するモード以外の振動モードに起因する位相差が制御時の目標となる目標位相差未満となる位置に形成されることを特徴とする。
この発明によれば、主として使用する振動モード以外の振動モードに起因する位相差が、目標位相差未満となる位置に検出電極を形成しているので、主として使用する振動モードに起因する位相差のみが目標位相差の値となる。このため、目標位相差に対する駆動周波数が一つに決まるので、制御手段がこの位相差に基づいて駆動信号の周波数を制御することにより、駆動信号を最適に調整することが可能となる。したがって、複数の振動モードを有する圧電アクチュエータであっても、それぞれの振動成分が適切に調整され、駆動性能の確実性が向上する。

またこのとき、検出電極が主として使用する振動モードによる振動を主に検出するので、必要な振動モードの振動をより直接的に制御することが可能となり、圧電アクチュエータの制御がより的確になる。
ここで、振動モードが三つ以上ある場合には、検出電極は、主として使用する振動モード以外の全ての振動モードに起因する位相差が、目標位相差未満となる位置に形成すればよい。

ここで、前記検出電極は、主として振動するモード以外の振動モードに起因する位相差が２０度以下となる位置に形成されることが好ましい。
圧電アクチュエータの一般的な特性として、位相差が大きくなると回転数が上がり、位相差を低くすると消費電流が低下する。目標位相差は、製品の仕様によって、回転数および消費電流のどちらを重視するかを決めればよい。ただし、消費電流を低下するために位相差を低くする場合、あまり低すぎると駆動しなくなる可能性があるため、殆どの製品で目標位相差の設定値の下限は２０度程度となる。従って、主として振動するモード以外の振動モードに起因する位相差が２０度以下であれば、殆どの製品において利用可能な圧電アクチュエータにすることができ、様々な商品仕様に対応できる。

本発明の圧電アクチュエータは、二つ以上の振動モードを有する圧電素子の振動により、被駆動体を駆動する圧電アクチュエータであって、前記圧電素子に駆動信号を印加して当該圧電素子を振動させるための駆動電極と、前記圧電素子の振動挙動を検出するための検出電極と、前記検出電極で検出される検出信号の信号レベルに基づいて前記駆動信号を制御する制御手段とを備え、前記検出電極は、主として振動するモード以外の振動モードに起因する前記信号レベルが制御時の目標となる目標信号レベル未満となる位置に形成されることを特徴とする。
この発明によれば、主として使用する振動モード以外の振動モードに起因する信号レベルが、目標信号レベル未満となる位置に検出電極を形成しているので、主として使用する振動モードに起因する信号レベルのみが目標信号レベルの値となる。このため、目標信号レベルに対する駆動周波数が一つに決まるので、制御手段がこの信号レベルに基づいて駆動信号の周波数を制御することにより、駆動信号を最適に調整することが可能となる。したがって、複数の振動モードを有する圧電アクチュエータであっても、それぞれの振動成分が適切に調整され、駆動性能の確実性が向上する。

本発明では、前記検出電極は、主として振動するモード以外の振動モードに起因して伸びる部分と縮み部分とが同時に発生してそれぞれの部分で発生する電荷量が打ち消される位置に形成されることが好ましい。
圧電素子は、圧縮するとプラスの電荷を生じ、伸ばすとマイナスの電荷を生じる。これを利用して、主として振動するモード以外の振動モードによって、伸びた部分と縮んだ部分とが混在する位置（同時に発生する位置）に検出電極を形成すれば、プラスの電荷とマイナスの電荷が互いに打ち消しあい、検出信号レベルが小さくなる。それに伴い、共振周波数近傍で見られる駆動信号と検出信号の位相差も小さくできる。
従って、主として振動するモード以外の振動モードに起因する伸縮部分が混在する検出電極では、伸びと縮みそれぞれによる電荷量が打ち消され、その振動モードに起因する位相差や検出信号レベルを小さな値にできるので、目標位相差や目標信号レベル未満に確実に抑えることができる。

本発明では、前記検出電極は、主として使用する振動モード以外の振動モードによる歪みが最小となる位置を含んで形成されることが好ましい。
この発明によれば、検出電極が主として使用する振動モード以外の振動モードによる歪みが最小となる位置を含んで形成されているので、検出電極によって検出される振動挙動は、主として使用する振動モード以外の振動モードの振動による影響が最小限に抑制され、主に、当該主として使用する振動モードによる振動となる。したがって、主として使用する振動モードの振動成分が適切となる位相差や検出信号レベルを所定値として設定すると、位相差や検出信号レベルに対する駆動信号が一つに決まるので、制御手段がこの位相差に基づいて駆動信号を制御することにより、駆動信号を最適に調整することが可能となる。したがって、複数の振動モードを有する圧電アクチュエータであっても、それぞれの振動成分が適切に調整され、駆動性能の確実性が向上する。

本発明では、振動モードは、所定の一方向に伸縮する縦振動モードと、縦振動モードの振動方向に略直交する方向に屈曲する屈曲振動モードとを含み、検出電極は、屈曲振動モードの振動の節を含む位置に形成されることが望ましい。
この発明によれば、振動モードは、縦振動モードと屈曲振動モードとを含んでいる。一般に、縦振動モードは屈曲振動モードよりも駆動力が大きくなるため、縦振動モードを主として使用する振動モードに設定することにより、大きな駆動力が得られる。ここで、検出電極が屈曲振動モードの振動の節を含む位置に形成されているので、検出電極での屈曲振動モードの振動の歪みが最小となる。したがって、検出電極では主に縦振動モードの振動挙動を検出することとなり、縦振動モードの振動挙動に基づいた的確な制御が可能となる。これにより、縦振動モードの振動による良好な駆動力の確保が確実となる。

本発明では、圧電素子は略矩形板状に形成され、振動モードは、圧電素子の長手方向に沿って伸縮する縦一次振動モードと、縦一次振動モードの振動方向の略直交方向に屈曲する屈曲二次振動モードとを有し、検出電極は、縦一次振動モードの振動の節で、かつ屈曲二次振動モードの振動の節を含む位置に形成されることが望ましい。
この発明によれば、振動モードが縦一次振動モードと屈曲二次振動モードとを有するので、圧電素子全体は、これらの縦一次振動モードと屈曲二次振動モードとを組み合わせた振動軌跡を描いて振動する。このとき、検出電極が縦一次振動モードの振動の節でかつ屈曲二次振動モードの振動の節を含む位置に形成されているので、この位置では、縦一次振動モードの振動による歪みが最大となり、かつ屈曲二次振動モードの振動による歪みが最小となる。したがって、検出電極では、主に縦一次振動モードの振動による振動挙動が検出され、縦一次振動モードの振動挙動に基づいた的確な制御が行われる。よって、適切な縦一次振動モードの振動成分が得られ、必要な駆動力が確実に確保される。

本発明では、当該圧電アクチュエータは、屈曲振動モードの振動方向を正逆変更可能に構成されていることが望ましい。
この発明によれば、屈曲振動モードの振動方向を正逆変更可能に構成されているので、振動軌跡が正逆変更可能となり、被駆動体を正逆両方向に駆動可能となる。これにより、被駆動体の駆動可能動作範囲が広くなる。なお、この場合にも、検出電極は屈曲振動モードの節の位置を含んで形成されているので、屈曲振動モードの振動方向が正逆変更となった場合でも、縦振動モードの振動挙動が良好に検出される。
ここで、屈曲振動モードとしては、屈曲二次振動モードが含まれる。また、縦振動モードには、縦一次振動モードが含まれる。

本発明では、検出電極の面積は、駆動電極の面積の３０分の１以上７分の１以下であることが望ましい。
この発明によれば、検出電極の面積が適切に設定されているので、振動検出に必要な検出電極の面積が確保されるとともに、駆動電極の面積を過度に小さくすることがないので圧電アクチュエータの駆動力が良好に確保される。
ここで、検出電極の面積が駆動電極の面積の３０分の１より小さい場合には、検出電極自体の面積が小さすぎるため、圧電素子の振動を良好に検出できない。また、検出電極の面積が駆動電極の面積の７分の１より大きい場合には、駆動電極の面積が相対的に小さくなるため、必要な駆動力を確保することが困難となるとともに、主として使用する振動モード以外の振動モードの振動も検出されやすくなり、検出信号の正確性が低くなる。

本発明の機器は、前述の圧電アクチュエータを備えたことを特徴とする。
この発明によれば、機器が前述の圧電アクチュエータを備えているので、前述の圧電アクチュエータの効果と同様の効果が得られる。つまり、駆動信号と検出信号との位相差や検出信号レベルに対して駆動信号が一つに定まるので、制御手段が、位相差や検出信号レベルが所定値となるように制御すると、駆動信号が常に一定に保持され、複数の振動モードの振動成分がそれぞれ適切に制御されて駆動性能の確実性が向上する。これにより機器の動作が安定する。

本発明では、レンズと、圧電アクチュエータの振動によりレンズを駆動する駆動ユニットとを備えたことが望ましい。
この発明によれば、機器が圧電アクチュエータの振動によりレンズを駆動する駆動ユニットを備えているので、レンズの駆動が確実となる。これは例えば機器が携帯機器などの小型のものである場合には、レンズも小型となるが、圧電アクチュエータは小さな寸法で比較的大きな駆動力が得られるため、特に有用である。

本発明では、当該機器は、圧電アクチュエータの振動によって駆動される時計であることが望ましい。
この発明によれば、機器が時計であり、この時計が前述の圧電アクチュエータの振動によって駆動されるので、前述の圧電アクチュエータの効果と同様の効果が得られ、複数の振動モードの振動成分がそれぞれ適切に制御され、時計の駆動性能の確実性が向上する。これは例えば時計が腕時計などの小型のものである場合には、圧電アクチュエータは小さな寸法で比較的大きな駆動力が得られるため、特に有用である。

本発明の圧電アクチュエータおよび機器によれば、検出電極が主として使用する振動モード以外の振動モードに起因する位相差や検出信号レベルが目標位相差や目標信号レベル未満となる位置に形成されているので、主として使用する振動モードの振動挙動を主に検出でき、適切な位相差や検出信号レベルに対する駆動信号が一つに決まるので、制御手段が駆動信号を適切かつ確実に制御できるから、駆動性能の確実性を向上させることができるという効果が得られる。

本発明の第一実施形態にかかるレンズユニットを示す斜視図。第一実施形態にかかるレンズユニットを示す斜視図。第一実施形態のカム部材の動作図。第一実施形態のカム部材の動作図。第一実施形態のカム部材の動作図。第一実施形態のカム部材の動作図。第一実施形態の圧電アクチュエータの拡大斜視図。第一実施形態の印加装置の構成ブロック図。第一実施形態の駆動信号と検出信号との位相差を示す図。第一実施形態の駆動周波数に対する位相差および駆動速度の関係を示す図。本発明の第二実施形態にかかる時計を示す図。第二実施形態にかかる圧電アクチュエータを示す拡大図。第二実施形態にかかる圧電素子の検出電極位置を示す平面図。第二実施形態にかかる圧電素子の振動状態を示す平面図。第二実施形態にかかる駆動周波数に対する位相差および駆動速度の関係を示す図。圧電アクチュエータの検出電極の変形例を示す図。圧電アクチュエータの検出電極の変形例を示す図。圧電アクチュエータの検出電極の変形例を示す図。圧電アクチュエータの検出電極の変形例を示す図。圧電アクチュエータの検出電極の変形例を示す図。圧電アクチュエータの検出電極の変形例を示す図。圧電アクチュエータの検出電極の変形例を示す平面図。圧電アクチュエータの検出電極の変形例を示す断面図。圧電アクチュエータの駆動周波数に対する位相差、回転数、消費電力の関係を示すグラフ。圧電アクチュエータの駆動周波数に対する検出信号レベル、回転数、消費電力の関係を示すグラフ。本発明の実施例１の圧電アクチュエータを示す図。本発明の比較例１の圧電アクチュエータを示す図。実施例１の結果を示す図。比較例１の結果を示す図。本発明の実施例２の位相差特性結果を示す図。本発明の実施例２の検出信号特性結果を示す図。本発明の比較例２の位相差特性結果を示す図。本発明の比較例２の検出信号特性結果を示す図。本発明の比較例２の位相差特性結果を示す図。本発明の比較例２の検出信号特性結果を示す図。本発明の比較例２の位相差特性結果を示す図。本発明の比較例２の検出信号特性結果を示す図。従来の圧電アクチュエータの駆動周波数に対する位相差特性を示す図。

符号の説明

１…駆動装置（駆動ユニット）、９…時計（機器）、１０…レンズユニット、３０，４０，５０…レンズ（被駆動体）、６６，７６…振動体（圧電アクチュエータ）、８２，１１１Ａ，１１１Ｂ…圧電素子、８２Ａ，８２Ｂ，１０１Ｂ，１０２Ａ，１０３Ａ，１１２Ａ，１１３Ａ，１１４Ａ，１１２Ｂ，１１３Ｂ，１１４Ｂ…駆動電極、８２Ｃ，１０１Ａ，１０１Ｃ，１０１Ｄ，１０１Ｅ，１０１Ｆ，１０２Ｂ，１１５Ａ，９１２Ｂ…検出電極、８４…印加装置（制御手段）、９１，１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄ，１００Ｅ，１００Ｆ，１１０Ａ，１１０Ｂ…圧電アクチュエータ、９２…ロータ（被駆動体）。

以下、本発明の各実施形態を図面に基づいて説明する。なお、後述する第二実施形態以降で、以下に説明する第一実施形態での構成部品と同じ部品および同様な機能を有する部品には同一符号を付し、説明を簡単にあるいは省略する。

［第一実施形態］
以下、本発明の第一実施形態に係るレンズユニット１０について説明する。なお、レンズユニット１０は、機器としてのカメラに搭載され、または、カメラと一体に製造され、利用されるものである。
また、このカメラは、レンズユニット１０の他、このレンズユニット１０を構成するレンズ３０，４０，５０によって結像される像を記録する記録媒体と、各レンズ３０，４０，５０を駆動する駆動ユニットとしての駆動装置１と、これら全てが収納されるケースとを備えている。ただし、カメラ，記憶媒体，およびケースの図示は省略してある。
図１は、レンズユニット１０を右上方から見た斜視図であり、図２は、レンズユニット１０を左上方から見た斜視図である。図３Ａ、３Ｂは、カム部材６０の動作図であり、図４Ａ、４Ｂは、カム部材７０の動作図である。図５は、カム部材６０を駆動する振動体６６の拡大斜視図である。

図１ないし図５において、レンズユニット１０は、全体略角筒状の筐体２０と、被駆動体としての第１レンズ３０，第２レンズ４０，および第３レンズ５０と、第２レンズ４０，および第３レンズ５０を進退駆動するカム部材６０と、第１レンズ３０を進退駆動するカム部材７０と、カム部材６０を回動駆動する圧電アクチュエータとしての振動体６６と、カム部材７０を回動駆動する圧電アクチュエータとしての振動体７６とを備えている。そして、これらのうち、カム部材６０，７０および振動体６６，７６により、各レンズ３０，４０，５０を駆動するための駆動装置１が構成されている。以下には、各構成について具体的に述べる。

筐体２０は、正面から背面に向かって棒状の案内軸２１が平行に２本設置されている。この案内軸２１は、レンズ３０，４０，５０が進退駆動されるのを案内する部材であり、レンズ３０，４０，５０を進退方向（光軸方向）に貫通している。また、この案内軸２１は、レンズ３０，４０，５０が前後に倒れるのを防止する役目を担っている。
さらに、筐体２０の両側の側部２２には、長孔形状の開口部２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃが設けられ、これらの開口部２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃは、レンズ３０，４０，５０に設けられたカム棒３１，４１，５１が十分動ける大きさに形成されている。

第１レンズ３０は、筐体２０の内部に配置されると同時に、筐体２０の開口部２３Ｃ内に位置するカム棒３１を備えている。第２レンズ４０は、筐体２０の内部に設置されると同時に、筐体２０の開口部２３Ｂ内に位置するカム棒４１を備えている。第３レンズ５０も同様に、筐体２０の内部に配置されると同時に、筐体２０の開口部２３Ａ内に位置するカム棒５１を備えている。

これらの第１〜第３レンズ３０，４０，５０は、中央の集光部３２，４２，および図示しない第３レンズ５０の集光部とその周囲の枠取付部３３，４３，および図示しない第３レンズ５０の枠取付部とが、レンズ材料で一体に形成されたものであり、これらを保持する保持枠３４，４４，５４を備えている。そして、この保持枠３４，４４，５４に、前述のカム棒３１，４１，５１が設けられている。

なお、第１レンズ３０はフォーカスレンズであり、第２レンズ４０，第３レンズ５０はズームレンズである。また、第３レンズ５０は、ズームレンズに限らず、フォーカスレンズであってもよい。その場合、各レンズ３０，４０，５０の構成や、各レンズ３０，４０，５０の光学特性を適宜設定することで、レンズユニット１０をフォーカスレンズ用ユニットとして利用可能である。

そして、第２レンズ４０は、凹レンズおよび凸レンズを組み合わせた構成となっているが、各レンズ３０，４０，５０の構造等もその目的を考慮して任意に決められてもよい。
さらに、レンズ３０，４０，５０は、本実施例では、集光部３２，４２，および第３レンズ５０の集光部と枠取付部３３，４３，および第３レンズ５０の枠取付部とがレンズ材料で一体に形成されていたが、集光部３２，４２，および第３レンズ５０の集光部のみをレンズ材料で形成し、枠取付部３３，４３，および第３レンズ５０の枠取付部側を別材料で保持枠３４，４４，５４と一体に形成してもよい。また集光部３２，４２，および第３レンズ５０の集光部、枠取付部３３，４３，および第３レンズ５０の枠取付部、ならびに保持枠３４，４４，５４が一体のレンズ材で構成されていてもよい

カム部材６０，７０は、筐体２０の両側にある外面部２５Ａ，２５Ｂと、この外面部２５Ａ，２５Ｂの外側にそれぞれ３本の足部２６により固定されたカバー部材１０Ａとの間に設置されている。

カム部材６０は、回動軸６１を有する略扇状の形状をしており、筐体２０の外面部２５Ａに対して、回動軸６１を回動中心として回動自在に支持されている。また、カム部材６０の面状部分には、駆動用案内部としての２つのカム溝６２Ａ，６２Ｂが形成されている。このカム溝６２Ａ，６２Ｂは、略円弧状に形成されており、カム溝６２Ｂには第２レンズ４０のカム棒４１が係合し、カム溝６２Ａには第３レンズ５０のカム棒５１が係合し、これによりカム部材６０が回動すると、カム棒５１，４１がカム溝６２Ａ，６２Ｂに誘導され、これらカム溝６２Ａ，６２Ｂの形状に応じたスピードおよび移動範囲で動き、第３レンズ５０、第２レンズ４０が進退する。

カム部材７０は、回動軸７１を有する略レバー状の形状をしており、筐体２０の外面部２５Ｂに対して、回動軸７１を回動中心として回動自在に支持されている。また、カム部材７０の面状部分には、駆動用案内部としての１つのカム溝６２Ｃが形成されている。このカム溝６２Ｃは、略円弧状に形成されており、カム溝６２Ｃには第１レンズ３０のカム棒３１が係合し、これによりカム部材６０が回動すると、カム棒３１がカム溝６２Ｃに誘導され、これらカム溝６２Ｃの形状に応じたスピードおよび移動範囲で動き、第１レンズ３０が進退する。

これらのカム部材６０，７０において、回動軸６１，７１の外周面には、回動軸６１，７１に略直交する平面内で振動する振動体６６，７６が当接されている。この際、回動軸６１，７１に対する振動体６６，７６の当接方向は特に限定されず、回動軸６１，７１を回動させることができる方向であればよい。
また、カム部材６０，７０の面状部分に開口を設け、この開口内に振動体６６，７６を配置し、回動軸６１，７１の外周面に振動体６６，７６を当接してもよい。この場合、開口の大きさは、カム部材６０，７０が回動しても、振動体６６，７６と接触しない大きさを有する。そして、この場合の振動体６６，７６の支持は、筐体２０の外面部２５Ａ，２５Ｂ又はカバー部材１０Ａのどちら側であってもかまわない。
また、回動軸６１，７１の外周面においては、特に振動体６６，７６の当接部分は、摩耗を防ぐために、凹凸無く仕上げられている。振動体６６，７６の当接部分の外径は、大きければ大きいほどよく、このことで振動数に対する回動角度が少なくなるため、レンズ３０，４０，５０を微細に駆動可能となる。そして、回動軸６１，７１の外径形状は、当接部分のみが円弧で、それ以外の面は特に円弧でなくてもよい。

振動体６６は、図５に示すように、略矩形平板状に形成された補強板８１と、この補強板８１の表裏両面に設けられた略矩形平板状の圧電素子８２とを備えている。
補強板８１は、その長手方向の両端の短辺略中央に凹部８１１が形成され、この凹部８１１に略楕円形状の凸部材８１Ａが配置されている。これらの凸部材８１Ａは、セラミックスなどの高剛性の任意の材料で構成され、その略半分が補強板８１の凹部８１１内に配置され、残りの略半分は、補強板８１の短辺から突出して配置されている。これらの凸部材８１Ａのうち、一方の凸部材８１Ａ先端が当接回動軸６１の外周面に当接されている。
補強板８１の長手方向略中央には、幅方向両側に突出する腕部８１Ｂが一体的に形成されている。腕部８１Ｂは、補強板８１からほぼ直角に突出しており、これらの端部がそれぞれ図示しないビスによってカバー部材１０Ａに固定されている。このような補強板８１は、ステンレス鋼、その他の材料から形成されている。

補強板８１の両面の略矩形状部分に接着された圧電素子８２は、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、水晶、ニオブ酸リチウム、チタン酸バリウム、チタン酸鉛、メタニオブ酸鉛、ポリフッ化ビニリデン、亜鉛ニオブ酸鉛、スカンジウムニオブ酸鉛等の材料の中から、適宜選択した材料により形成されている。
また、圧電素子８２の両面には、ニッケルめっき層および金めっき層などが形成されて電極が形成されている。この電極は、切欠溝によって互いに電気的に絶縁された複数の電極が長手方向に沿った中心線を軸として線対称に形成されている。つまり、圧電素子８２の短手方向中央には、長手方向に沿って溝８３Ａが形成され、また、長手方向中央には、短手方向に沿って溝８３Ｂが形成されている。そして、圧電素子８２の略中央には、略矩形の四つの角がそれぞれ溝８３Ａ，８３Ｂ上に配置される溝８３Ｃが形成されている。これらの溝８３Ａ，８３Ｂ，８３Ｃにより、圧電素子８２の表面には、対角線上両側にそれぞれ一対設けられるとともに振動体６６を振動させて回動軸６１を駆動するための駆動電極８２Ａ，８２Ｂと、圧電素子８２中央に略矩形（略菱形）に形成され、振動体６６の振動挙動を検出するための検出電極８２Ｃとの５つの電極が形成される。

ここで本実施形態においては、圧電素子８２は短辺が約１ｍｍ、長辺が約３．５ｍｍの矩形状に形成されている。また、検出電極８２Ｃの面積は、駆動電極８２Ａ，８２Ｂの面積、つまり一対の駆動電極８２Ａの面積の合計または一対の駆動電極８２Ｂの面積の合計に対して３０分の１以上７分の１以下に設定されており、より望ましくは、１５分の１以上１０分の１以下に設定されている。ここで、検出電極８２Ｃの面積は、小さいほど主として振動させたい振動モード以外の振動モードによる振動の歪みを除去できるので有用であるが、駆動電極８２Ａまたは駆動電極８２Ｂの面積の３０分の１よりも小さいと検出信号自体が小さくなり、良好な検出信号を取り出すことができない。また、検出電極８２Ｃの面積は、大きいほど検出信号自体は大きくなるが、駆動電極８２Ａまたは駆動電極８２Ｂの面積の７分の１よりも大きくなると、主として振動させたい振動モード以外の振動モードによる振動の歪みの成分が大きくなってこの振動も検出してしまうため、所望の検出信号が得られない。

なお、本実施形態の振動体６６は非常に小型であるので、溝を形成して電極を多数形成することが難しいが、圧電素子８２において検出電極８２Ｃを除いた部分を四分割することにより、なるべく少ない溝数で縦一次振動モードおよび屈曲二次振動モードを励振できる駆動電極８２Ａ，８２Ｂの形状を実現している。
一対の駆動電極８２Ａおよび一対の駆動電極８２Ｂは、それぞれ互いに図示しないリード線で接続されており、これらのリード線は、振動体６６の振動挙動を制御する制御手段としての印加装置８４（図６参照）に接続されている。また、検出電極８２Ｃは、図示しないリード線によって印加装置８４に接続され、さらに補強板８１は図示しないリード線によってグラウンドに接続されている。
なお、これらの電極８２Ａ，８２Ｂ，８２Ｃは、補強板８１を挟む表裏両方の圧電素子８２に同様に設けられており、例えば電極８２Ａの裏面側には電極８２Ａが形成されている。

このように形成された圧電素子８２は、表面の駆動電極８２Ａおよび８２Ｂのうち、所定の電極を選択して、印加装置８４により電圧を印加することにより、振動体６６の長手方向に沿って伸縮する縦振動モードとしての縦一次振動モードの振動と、振動体６６の幅方向（短手方向）に屈曲振動する、つまり縦一次振動モードの振動方向に略直交する方向に屈曲する屈曲振動モードとしての屈曲二次振動モードの振動とを振動体６６に生じさせることができる。つまり、例えば、駆動電極８２Ａのみに電圧を印加すると、駆動電極８２Ａが形成された部分の圧電素子８２が板状面内方向に伸縮することにより縦一次振動モードの振動を励振する。このとき、駆動電極８２Ｂには電圧が印加されないので、当該部分では縦一次振動モードの振動が阻害され振動体６６全体の振動挙動は長手方向の中心線に沿ってアンバランスとなる。これにより、振動体６６は、振動体６６の長手方向に略直交する方向に屈曲する屈曲二次振動モードの振動を励振する。この結果、振動体６６の凸部材８１Ａは、縦一次振動モードの振動と屈曲二次振動モードの振動とを組み合わせた略楕円軌道を描いて振動する。この略楕円軌道の一部において、凸部材８１Ａが回動軸６１を接線方向に回転させる。
したがって、このとき検出電極８２Ｃは、縦一次振動モードの振動の節で縦一次振動モードの振動による歪みが最大となる位置であって、かつ屈曲二次振動モードの振動の節で屈曲二次振動モードの振動による歪みが最小となる位置を中心として形成されている。

また、圧電素子８２に印加する電圧の電極を適宜切り替えることにより、振動体６６を振動させると、回動軸６１の回動方向を正転および逆転させることができる。
例えば、駆動電極８２Ａに電圧を印加した時の回転方向を正転とすれば、電極８２Ｂに電圧を印加すると、屈曲二次振動モードの振動の方向が逆になり、回動軸６１の回転方向が逆転するのである。
ここで、圧電素子８２に印加する駆動電圧（駆動信号）の駆動周波数は、振動体６６の振動時に縦一次振動モードの振動の共振点近傍に屈曲二次振動モードの振動の共振点が現れて、凸部材８１Ａが良好な略楕円軌道を描くように設定される。
さらに、振動体６６全体の振動により検出電極８２Ｃが形成された部分の圧電素子８２に歪みが生じるため、この歪みによって検出電極８２Ｃからは振動体６６の振動に応じた検出信号が検出される。

また、圧電素子８２の寸法や、厚さ、材質、縦横比、電極の分割形態などは、圧電素子８２に電圧が印加された時に、凸部材８１Ａが良好な略楕円軌道を描きやすいように適宜決定される。
なお、振動体６６に印加される交流電圧の波形は特に限定されず、例えばサイン波、矩形状波、台形波などが採用できる。
また、振動体７６については、振動体６６と同様な構成であり、振動体６６を説明することで理解できるため、ここでの説明を省略する。

図６には、印加装置８４の構成ブロック図が示されている。この図６において、印加装置８４は、位相差−電圧変換回路８４１と、定電圧回路８４２と、比較回路８４３と、電圧調整回路８４４と、電圧制御発振回路８４５と、ドライバ回路８４６と、リセット回路８４７とを備えている。
位相差−電圧変換回路８４１は、検出電極８２Ｃから検出された検出信号Ｖａの位相と、駆動電極８２Ａまたは駆動電極８２Ｂに印加される駆動信号Ｖｈの位相との位相差を検出し、平均位相差に相当する電圧値を有する位相差電圧信号Ｖｊを比較回路８４３に出力する。
図７は、駆動信号Ｖｈと検出信号Ｖａとの位相差θを示した図である。この図７に示されるように、位相差θは、駆動信号Ｖｈを基準として検出信号Ｖａが進む方向にずれた場合をプラス（＋）として検出される。
位相差−電圧変換回路８４１は、位相差検出部８４１Ａと、平均電圧変換部８４１Ｂとを備えている。位相差検出部８４１Ａは、検出信号Ｖａおよび駆動信号Ｖｈが入力されると、両信号の位相差に相当するパルス幅を有する位相差信号Ｖｐｄを生成し、平均電圧変換部８４１Ｂに出力する。平均電圧変換部８４１Ｂは、図示しない積分回路により位相差信号Ｖｐｄのパルス幅に相当する平均電圧値を有する位相差電圧信号Ｖｊを生成し、比較回路８４３に出力する。

定電圧回路８４２は、検出信号Ｖａの位相と駆動信号Ｖｈの位相との最適な位相差（目標位相差）に相当する電圧値を有する、予め求めた所定の基準位相差信号Ｖｋを比較回路８４３に出力するものである。
ここで、基準位相差信号Ｖｋは、振動体６６が最も効率よく振動し、縦一次振動モードと屈曲二次振動モードとの振動成分の比が適切となる駆動周波数に対応した位相差に設定されることが望ましい。
図８は、駆動周波数に対する振動体６６の挙動特性を示したものであり、図８(Ａ)は駆動周波数に対する位相差θの関係を示したものであり、また図８(Ｂ)は、駆動周波数に対する回動軸６１の駆動（回動）速度の関係を示したものである。図８(Ａ)に示されるように、振動体６６の駆動周波数を変化させると、縦一次振動モードの振動の共振周波数ｆ１付近および屈曲二次振動モードの振動の共振周波数ｆ２付近でそれぞれ位相差θが高くなることが分かる。また、図８(Ｂ)に示されるように、振動体６６の駆動周波数を変化させると、回動軸６１の駆動速度は、縦一次振動モードの振動の共振周波数ｆ１と、屈曲二次振動モードの振動の共振周波数ｆ２との間で大きくなり、特に縦一次振動モードの振動の共振周波数ｆ１に近い側の駆動周波数において最大となることが分かる。これは、一般的に縦一次振動モードの振動の方が屈曲二次振動モードの振動よりも振動体６６の駆動トルクを確保しやすいことからも明らかである。そこで、駆動周波数は、縦一次振動モードの振動の共振周波数ｆ１と屈曲二次振動モードの振動の共振周波数ｆ２との間で縦一次振動モードの振動の共振周波数ｆ１に近い周波数に設定するのが望ましいということがいえる。
したがって、本実施形態では、駆動周波数として回動軸６１の駆動速度が最大となる周波数が選択され、基準位相差信号Ｖｋは、この周波数における位相差（目標位相差）θｋに対応する電圧値を有する値に設定されている。

ここで、検出電極８２Ｃは、屈曲二次振動モードの振動による歪みが最小となる位置を含んで形成されているので、検出信号が屈曲二次振動モードの振動の影響を受けにくい。したがって、検出電極８２Ｃで検出される検出信号は、縦一次振動モードの振動の共振周波数ｆ１および屈曲二次振動モードの振動の共振周波数ｆ２付近で位相差θが大きくなるものの、屈曲二次振動モードの振動による位相差θの変動は縦一次振動モードの振動による位相差θの変動に比べて小さいことが分かる。そして、図８(Ａ)からわかるように、位相差θｋは、屈曲二次振動モードの振動の共振周波数ｆ２における位相差θ２よりも大きくなるので、位相差θｋに対して、対応する駆動周波数は常に一つに決定される。
すなわち、主として使用する振動モード（縦一次振動モード）以外の振動モード（屈曲二次振動モード）に起因する位相差θが、目標位相差θｋ未満となる位置に検出電極８２Ｃを形成しているので、主として使用する縦一次振動モードに起因する位相差θのみが目標位相差に達することになる。このため、目標位相差θｋに対する駆動信号が一つに決まるので、印加装置８４がこの位相差に基づいて駆動信号を制御することにより、駆動信号を最適に調整することが可能となる。

比較回路８４３は、位相差−電圧変換回路８４１からの位相差電圧信号Ｖｊと定電圧回路８４２からの基準位相差信号Ｖｋとを入力し、両者を比較するものである。つまり、位相差電圧信号Ｖｊ≧基準位相差信号Ｖｋである場合には、比較回路８４３は“Ｈ”となる比較結果信号Ｖｅを電圧調整回路８４４に出力し、位相差電圧信号Ｖｊ＜基準位相差信号Ｖｋである場合には、比較回路８４３は“Ｌ”となる比較結果信号Ｖｅを電圧調整回路８４４に出力する。
電圧調整回路８４４は、比較回路８４３からの比較結果信号Ｖｅを入力し、電圧制御発振回路８４５に出力される調整信号Ｖｆの電圧値を所定電圧値Ｖｆ０単位で変化させるものである。すなわち、電圧調整回路８４４は、“Ｈ”の比較結果信号Ｖｅを入力した場合には、調整信号Ｖｆの電圧値を所定電圧値Ｖｆ０だけ上昇させ、“Ｌ”の比較結果信号Ｖｅを入力した場合には、調整信号Ｖｆの電圧値を所定電圧値Ｖｆ０だけ下降させる。また、電圧調整回路８４４には、初期の調整信号である初期値Ｖｆ１が記憶されており、印加装置８４の起動時には、この初期値Ｖｆ１を電圧値とする調整信号Ｖｆを電圧制御発振回路８４５に出力する。なお、初期値Ｖｆ１は、予め設定された駆動周波数の調整範囲の上限値とされており、本実施形態では、駆動周波数の調整範囲は、縦一次振動モードの振動の共振周波数ｆ１よりも所定値低い周波数から、屈曲二次振動モードの振動の共振周波数ｆ２よりも所定値高い周波数までに設定され、この場合に初期値Ｖｆ１は、屈曲二次振動モードの振動の共振周波数ｆ２よりも所定値高い周波数に設定されている。

電圧制御発振回路８４５は、電圧調整回路８４４からの調整信号Ｖｆを入力して、ドライバ回路８４６に出力する基準信号Ｖｇの周波数を調整するものである。すなわち、電圧制御発振回路８４５は、調整信号Ｖｆの電圧値が前回の調整信号Ｖｆの電圧値よりも高くなった場合、基準信号Ｖｇの周波数を所定値ｆ０だけ上げ、調整信号Ｖｆの電圧値が前回の調整信号Ｖｆの電圧値よりも低くなった場合には、基準信号Ｖｇの周波数を所定値ｆ０だけ下げるように調整される。また、電圧制御発振回路８４５は印加装置８４の起動時に初期値Ｖｆ１の調整信号Ｖｆを入力した場合には、予め設定された周波数の基準信号Ｖｇを出力する。
ドライバ回路８４６は、電圧制御発振回路８４５からの基準信号Ｖｇを受けて、この基準信号Ｖｇの周波数で一定の電圧値となる駆動信号Ｖｈを振動体６６の駆動電極８２Ａまたは駆動電極８２Ｂに出力する。

リセット回路８４７は、ドライバ回路８４６からの駆動信号Ｖｈの周波数が所定値以下となった場合に、基準信号Ｖｇの周波数を初期値Ｖｆ１の周波数に変更するリセット信号を電圧調整回路８４４に出力するものである。ここで、リセット信号が出力される周波数の所定値は、駆動周波数の調整範囲の下限値に設定されており、本実施形態では縦一次振動モードの振動の共振周波数ｆ１よりも所定値低い周波数に設定されている。電圧調整回路８４４は、リセット回路８４７からリセット信号を入力すると、初期値Ｖｆ１を電圧値とする調整信号Ｖｆを電圧制御発振回路８４５に出力する。電圧制御発振回路８４５は、この調整信号Ｖｆに基づいて、基準信号Ｖｇの周波数を調整する。

したがって、印加装置８４は、まず起動時に、初期値Ｖｆ１の電圧値に対応する周波数の基準信号Ｖｇに基づいて振動体６６に駆動信号Ｖｈを印加する。このとき、初期値Ｖｆ１は、駆動周波数の調整範囲の上限値に設定されているので、通常初期の段階では駆動信号Ｖｈと検出信号Ｖａとの位相差θによる位相差電圧信号Ｖｊは、定電圧回路８４２からの基準位相差信号Ｖｋよりも小さくなる。したがって、比較回路８４３では“Ｌ”の比較結果信号Ｖｅを出力し、電圧調整回路８４４は、この比較結果信号Ｖｅに基づいて調整信号Ｖｆの電圧値を所定電圧値Ｖｆ０だけ下降させ、よって電圧制御発振回路８４５からの基準信号Ｖｇの周波数が所定値ｆ０だけ下がる。
このような動作を繰り返すことにより、振動体６６に印加される駆動信号Ｖｈの周波数は減少し、位相差電圧信号Ｖｊ≧基準位相差信号Ｖｋとなった場合には、逆に駆動信号Ｖｈの周波数が増加するため、駆動信号Ｖｈと検出信号Ｖａとの位相差θに相当する位相差電圧信号Ｖｊは基準位相差信号Ｖｋ近辺で制御されることとなる。
また、何かの具合により駆動信号Ｖｈの周波数が低くなりつづけ、リセット回路８４７の所定値以下となった場合には、電圧調整回路８４４の調整信号Ｖｆが初期値Ｖｆ１に対応した値にリセットされ、もう一度駆動周波数の調整範囲の上限値から周波数の制御を行う。
なお、振動体７６についても同様の構成の印加装置（図示せず）が設けられており、振動体７６の振動の制御についても、振動体６６と同様の制御を行う。

次に、図３に基づいて、レンズユニット１０の動作を説明する。
まず、回動軸６１の外周に当接している振動体６６が振動することにより、回動軸６１が所定角度で回動する。回動することにより回動軸６１と一体のカム部材６０も所定の角度で回動する。するとカム部材６０に形成されたカム溝６２Ａ，６２Ｂも回動し、それぞれのカム溝６２Ａ，６２Ｂに嵌合されているカム棒５１，４１の外周面がカム溝６２Ａ，６２Ｂの内周面により誘導されながら開口部２３Ａ，２３Ｂの中で移動する。
例えば、図３Ａの位置から回動軸６１を反時計方向（Ｒ1）に回動させると、カム棒４１，５１を有する第２レンズ４０と第３レンズ５０とは、互いに離間する方向に移動し、図３Ｂのように、第２レンズ４０と第３レンズ５０との間隔が広がることになる。
反対に、電圧が印加される駆動電極８２Ａと駆動電極８２Ｂとを切り替えて、図３Ｂの位置から回動軸６１を時計方向（Ｒ２）に回動させると、第２レンズ４０と第３レンズ５０とは、互いに近接する方向に移動し、図３Ａのように戻る。
これにより第２レンズ４０と第３レンズ５０は、ズームレンズとして機能することになる。

図４Ａ，４Ｂにおいても同様に、回動軸７１の外周に当接している振動体７６が振動することにより、回動軸７１が所定角度で回動する。回動することにより回動軸７１と一体のカム部材７０も所定の角度で回動する。するとカム部材７０に形成されたカム溝６２Ｃも回動し、この６２Ｃに嵌合されているカム棒３１の外周面がカム溝６２Ｃの内周面により誘導されながら開口部２３Ｃの中で移動する。
例えば、図４Ａの位置から回動軸７１を反時計方向（Ｒ１）に回動させると、カム棒５１と連結された第１レンズ３０は、筐体２０の中心方向から外側方向に移動し、図４Ｂのように、筐体２０の端部側に寄る。
反対に、図４Ｂの位置から回動軸７１を時計方向（Ｒ２）に回動させると、第１レンズ３０は、筐体２０の中央側へ移動し、図４Ａのように戻る。
これにより第１レンズ３０は、フォーカスレンズとして機能することになる。

以上のように圧電素子８２に印加する電圧の駆動電極８２Ａと駆動電極８２Ｂとを適宜切り替えながら、カム部材６０，７０の回動軸６１，７１に直接振動を与えることにより、第１レンズ３０，第２レンズ４０，第３レンズ５０が図３Ａ，３Ｂ、図４Ａ，４Ｂのように進退駆動されることになる。
この際、図示しない読み取りセンサによってレンズ３０，４０，５０の位置を読み取り、制御回路にフィードバックして駆動制御することにより、レンズ３０，４０，５０を任意の位置に静止可能となっている。

以上の第一実施形態によれば、次のような効果が得られる。
(１) 検出電極８２Ｃが、圧電素子８２の略中央に設けられ、屈曲二次振動モードの振動による歪みが最小となる位置を含んで形成されている、つまり、屈曲二次振動モードの振動の節を含んだ位置に形成されているので、屈曲二次振動モードの振動による検出信号Ｖａへの影響を最小限に抑制できる。したがって、図８に示されるように、屈曲二次振動モードの振動の共振周波数ｆ２近傍では、駆動信号Ｖｈと検出信号Ｖａとの位相差θを小さくできる。このため、回動軸６１，７１の駆動速度が一番大きくなる駆動周波数に対応する位相差（目標位相差）θｋが、屈曲二次振動モードの振動の共振周波数ｆ２における位相差θ２よりも大きくなるので、位相差θｋに相当する電圧値を有する基準位相差信号Ｖｋに対する駆動信号Ｖｈ（駆動周波数）を一つに決定することができる。

これに対して、前述の図３１に示されるような従来の圧電アクチュエータでは、位相差に対する駆動周波数が一つに決まらないので、駆動信号Ｖｈの周波数を常に最適に制御することができない。
以上のように、検出電極８２Ｃの位置を適切に設定したことにより、駆動信号Ｖｈの周波数を常に一つに決定できるから、振動体６６，７６の振動制御を確実にできる。また、常に最適の駆動速度を確保できるので、駆動装置１の駆動効率を向上させることができる。
またこのとき、検出電極８２Ｃは、縦一次振動モードの振動の節も含んだ位置となっており、当該節の位置では、縦一次振動モードの振動の振幅が最大となるので、縦一次振動モードの振動を検出し易くできる。

(２) 検出電極８２Ｃの面積が、駆動電極８２Ａ，８２Ｂの面積に対して３０分の１以上７分の１以下、より望ましくは１５分の１以上１０分の１以下に設定されているので、検出電極８２Ｃでは確実に振動を検出できるとともに、駆動電極８２Ａ，８２Ｂの面積を確保することにより、回動軸６１，７１の駆動に必要な駆動力を確保できる。また、検出電極８２Ｃの面積が適切に設定されているので、屈曲二次振動モードの振動による位相差への影響を良好に抑制でき、より正確な検出信号を検出できる。

(３) 検出電極８２Ｃを振動体６６，７６の略中心に、駆動電極８２Ａ，８２Ｂとは別個に設けたので、振動体６６，７６の振動方向（屈曲二次振動モードの振動方向）に関わりなく振動を検出できる。これは、例えば駆動電極のうち使用していない部分を検出電極として兼用して使用する場合などでは、振動方向を切り替えるために駆動電極を切り替えると、これに伴って検出電極も切り替える必要があり、配線や制御動作が複雑となる。これに対して、本実施形態の検出電極８２Ｃは、駆動電極８２Ａ，８２Ｂとは別個に設けられているので、印加装置８４の構成を簡略化できる。

(４) 駆動信号Ｖｈの制御対象として駆動信号Ｖｈと検出信号Ｖａとの位相差θを採用しているので、制御対象の変動が０°〜１８０°の範囲内に限られる。つまり、例えば駆動信号の電圧を変更した場合でも、制御する位相差θは０°〜１８０°の範囲内となるため、印加装置８４を予めこの位相差範囲で制御できる制御回路で構成しておけば、駆動信号の電圧を変更した場合でも共通の制御回路を用いることができるから、制御回路の汎用性を向上させることができる。一方、駆動信号Ｖｈの制御対象として駆動信号の電圧や電流を採用した場合には、検出信号の電圧値や電流値もこれに応じて大きく変更されるため、この変動に応じて耐圧等を変更した別の制御回路を用意する必要があり、制御回路の共通化を図ることができない。したがって、本実施形態の印加装置８４では、駆動信号Ｖｈと検出信号Ｖａとの位相差θを制御対象として採用しているので、共通の回路で基準位相差信号Ｖｋを大幅に変えることなく電圧違いの設定にも対応でき、確実に駆動信号Ｖｈを制御できる。

(５) 振動体６６，７６が板状に形成されているので、駆動装置１の薄型化を促進でき、これによってレンズユニット１０の小型化を促進できる。また、凸部材８１Ａが回動軸６１，７１に接触しているので、振動体６６，７６の振動を停止した場合には、凸部材８１Ａと回動軸６１，７１外周との間の摩擦により回動軸６１，７１の回動角度を維持できる。

［第二実施形態］
次に、本発明の第二実施形態について説明する。第二実施形態は、本発明にかかる圧電アクチュエータを機器としての時計に適用したものである。
図９は、本発明の第二実施形態にかかる時計９の日付表示機構９０を示す平面図である。この図９において、日付表示機構９０の主要部は、圧電アクチュエータ９１と、この圧電アクチュエータ９１によって回転駆動される被駆動体としてのロータ９２と、ロータ９２の回転を減速しつつ伝達する減速輪列と、減速輪列を介して伝達される駆動力により回転する日車９３とから大略構成されている。減速輪列は、日回し中間車９４と日回し車９５とを備えている。これらの圧電アクチュエータ９１、ロータ９２、日回し中間車９４、および日回し車９５は、底板９Ａに支持されている。

日付表示機構９０の上方には、円盤状の文字板（図示せず）が設けられており、この文字板の外周部の一部には日付を表示するための窓部が設けられ、窓部から日車９３の日付を覗けるようになっている。また、底板９Ａの下方（裏側）には、ステッピングモータに接続されて指針を駆動する運針輪列（図示せず）や、電源としての二次電池９Ｂ等が設けられている。二次電池９Ｂは、ステッピングモータや圧電アクチュエータ９１、印加装置（図示せず）の各回路に電力を供給する。なお、二次電池９Ｂに、ソーラ（太陽光）発電や回転錘の回転を利用した発電を行う発電器が接続され、この発電器によって発電した電力が二次電池９Ｂに充電される構造であってもよい。また、電源は、発電器で充電される二次電池９Ｂに限らず、一般的な一次電池（例えば、リチウムイオン電池）でもよい。

日回し中間車９４は、大径部９４１と小径部９４２とから構成されている。小径部９４２は、大径部９４１よりも若干小径の円筒形であり、その外周面には、略正方形状の切欠部９４３が形成されている。この小径部９４２は、大径部９４１に対し、同心をなすように固着されている。大径部９４１には、ロータ９２の上部の歯車９２１が噛合している。したがって、大径部９４１と小径部９４２とからなる日回し中間車９４は、ロータ９２の回転に連動して回転する。
日回し中間車９４の側方の底板９Ａには、板バネ９４４が設けられており、この板バネ９４４の基端部が底板９Ａに固定され、先端部が略Ｖ字状に折り曲げられて形成されている。板バネ９４４の先端部は、日回し中間車９４の切欠部９４３に出入可能に設けられている。板バネ９４４に近接した位置には、接触子９４５が配置されており、この接触子９４５は、日回し中間車９４が回転し、板バネ９４４の先端部が切欠部９４３に入り込んだときに、板バネ９４４と接触するようになっている。そして、板バネ９４４には、所定の電圧が印加されており、接触子９４５に接触すると、その電圧が接触子９４５にも印加される。従って、接触子９４５の電圧を検出することによって、日送り状態を検出でき、日車９３の１日分の回転量が検出できる。
なお、日車９３の回転量は、板バネ９４４や接触子９４５を用いたものに限らず、ロータ９２や日回し中間車９４の回転状態を検出して所定のパルス信号を出力するものなどが利用でき、具体的には、公知のフォトリフレクタ、フォトインタラプタ、ＭＲセンサ等の各種の回転エンコーダ等が利用できる。

日車９３は、リング状の形状をしており、その内周面に内歯車９３１が形成されている。日回し車９５は、五歯の歯車を有しており、日車９３の内歯車９３１に噛合している。また、日回し車９５の中心には、シャフト９５１が設けられており、このシャフト９５１は、底板９Ａに形成された貫通孔９Ｃに遊挿されている。貫通孔９Ｃは、日車９３の周回方向に沿って長く形成されている。そして、日回し車９５およびシャフト９５１は、底板９Ａに固定された板バネ９５２によって図９の右上方向に付勢されている。この板バネ９５２の付勢作用によって日車９３の揺動も防止される。

図１０には、圧電アクチュエータ９１およびロータ９２の拡大図が示されている。この図１０に示されるように、圧電アクチュエータ９１は、略矩形板状の補強板９１１と、補強板９１１の両面に接着された圧電素子９１２とを備えている。
補強板９１１の長手方向略中央には、両側に突出する腕部９１３が形成されており、これらの腕部９１３の一方がビスなどによって底板９Ａに固定されている。なお、他方の腕部９１３は、底板９Ａには固定されず、フリーの状態となっており、圧電アクチュエータ９１が振動する場合に振動のバランスをとる錘となっている。
補強板９１１の対角線上両端には、補強板９１１の長手方向に沿って突出する略半円形の凸部９１４がそれぞれ形成されている。これらの凸部９１４のうち一方は、ロータ９２の側面に当接されている。

圧電素子９１２は、略矩形板状に形成され、補強板９１１両面の略矩形状部分に接着されている。圧電素子９１２の両面には、第一実施形態と同様にめっき層によって電極が形成されている。圧電素子９１２の表面には、溝でめっき層が絶縁されることにより略矩形状の検出電極９１２Ｂが形成されている。この検出電極９１２Ｂは、図１１にも示すように、圧電素子９１２の長手方向中央よりもロータ９２側で、かつ、圧電素子９１２の短手方向中央よりも凸部９１４側に形成されている。

すなわち、本実施形態では、補強板９１１の対角線上に凸部９１４を形成し、この先端の突起（凸部９１４）によってアンバランスを生じさせ、屈曲二次振動モードを励震している。アンバランスが無い状態では、Ｙ軸（圧電素子９１２の長手方向の中心軸）上に、伸びと縮みそれぞれによる電荷量をお互いに打ち消す位置が存在するが、本実施形態のように、アンバランスがある状態では、凸部９１４がある方向にずれる。従って、本実施形態では、検出電極９１２ＢをＹ軸上ではなく、Ｙ軸からＸ軸の正方向にずらした位置に形成している。

例えば、圧電素子９１２の幅方向（短手方向）の寸法をＬ_１、長手方向の寸法をＬ_２とし、長手方向および幅方向の各中心軸部分にＸ軸およびＹ軸を設定した場合、検出電極９１２Ｂは、Ｘ軸およびＹ軸の交点Ｏに対してＸ軸の正方向側（図中右側）で、かつ、Ｙ軸の正方向側（図中上側）のエリアＡＢＣＤ内に形成されている。ここで、ＡＢＣＤの各点の位置は、Ｌ_１およびＬ_２の寸法比や、凸部９１４による重量アンバランスなどに応じて設定され、例えば、次の通りである。Ａ（Ｘ，Ｙ）＝（0.12L₁,0.02L₂）、Ｂ（Ｘ，Ｙ）＝（0.45L₁,0.02L₂）、Ｃ（Ｘ，Ｙ）＝（0.12L₁,0.25L₂）、Ｄ（Ｘ，Ｙ）＝（0.45L₁,0.25L₂）。

なお、圧電素子９１２の伸縮動作は、Ｘ軸およびＹ軸の交点Ｏに対して点対称となっているので、検出電極９１２Ｂは、図１１の点線で示すエリアＥＧＦＨに設けてもよい。要するに、検出電極９１２Ｂの形成位置は、屈曲二次振動モードに起因する伸びと縮みそれぞれによる電荷量をお互いに打ち消す位置に設ければよい。例えば、Ｅ（Ｘ，Ｙ）＝（-0.12L₁,-0.02L₂）、Ｆ（Ｘ，Ｙ）＝（-0.45L₁,-0.02L₂）、Ｇ（Ｘ，Ｙ）＝（-0.12L₁,-0.25L₂）、Ｈ（Ｘ，Ｙ）＝（-0.45L₁,-0.25L₂）である。
また、検出電極９１２Ｂ以外の部分は駆動電極９１２Ａとなっている。ここで、検出電極９１２Ｂの面積は、駆動電極９１２Ａの面積の３０分の１以上７分の１以下に設定されており、より望ましくは１５分の１以上１０分の１以下に設定されている。

このような圧電アクチュエータ９１の駆動電極９１２Ａに所定周波数の電圧を印加すると、圧電素子９１２が長手方向に沿って伸縮する縦一次振動モードの振動を励振する。このとき、圧電アクチュエータ９１の対角線上両端には凸部９１４が設けられているので、圧電アクチュエータ９１は全体として長手方向中心線に対して重量がアンバランスとなる。このアンバランスにより、圧電アクチュエータ９１は長手方向に略直交する方向に屈曲する屈曲二次振動モードの振動を励振する。したがって、圧電アクチュエータ９１は、これらの縦一次振動モードおよび屈曲二次振動モードを組み合わせた振動を励振し、凸部９１４は、略楕円軌道を描いて振動する。

このとき、図１２に示すように、検出電極９１２Ｂには、屈曲二次振動モードに起因して電極が伸びる部分（矢印Ａ部分）と、縮む部分（矢印Ｂ部分）とが生じる。圧電素子は、圧縮するとプラスの電荷を生じ、伸ばすとマイナスの電荷を生じる。これを利用して検出電極９１２Ｂから検出信号を取り出すと、検出電極９１２Ｂの伸縮に応じて電荷が生じ、振動に応じた信号を取り出せる。
すなわち、駆動電極９１２Ａに信号を与えて圧電素子９１２を伸縮させた場合、縦一次振動モードに着目すると、ある時間の検出電極９１２Ｂの状態は伸びているか、縮んでいるかのいずれか一方の状態しか取らない。
一方、屈曲二次振動モードにおいては、ある時間の検出電極９１２Ｂの状態は、検出電極９１２Ｂの形成位置によっては、伸びた部分と縮んだ部分とが混在することがある。この伸びた部分と縮んだ部分とが混在する検出電極９１２Ｂでは、プラスの電荷とマイナスの電荷が互いに打ち消しあい、検出信号が小さくなる。それに伴い、共振周波数近傍で見られる駆動信号と検出信号の位相差も小さくなる。
従って、屈曲二次振動モードに起因する伸縮部分が混在する検出電極９１２Ｂでは、伸びと縮みそれぞれによる電荷量が打ち消され、屈曲二次振動モードに起因する位相差も略零、例えば２０度以下の小さな値になる。

ここで、検出電極９１２ＢのＸ軸方向の位置をＸ軸の負の方向つまりＹ軸側に移動すると、屈曲二次振動モードに起因する位相差が大きくなってしまう。また、Ｘ軸の正の方向つまり圧電素子９１２の端面側に移動すると、屈曲二次振動モードに起因する位相差が負の値になってしまい、通常であれば位相差は０〜１８０度の間で検出制御すればよいのであるが、−１８０〜＋１８０度の間で検出制御しなければならず、制御処理機構が複雑化してしまう。従って、検出電極９１２ＢのＸ軸方向の位置は、Ｙ軸と圧電素子の端縁間の適切な範囲内（例えば図１１におけるＡ−Ｂ間）に配置する必要がある。
また、検出電極９１２ＢのＹ軸方向の位置をＹ軸の正の方向つまり圧電素子９１２の長手方向端部側に移動すると、屈曲二次振動モードに起因する位相差が大きくなり、かつ、検出信号のレベルが低下してしまう。すなわち、Ｙ軸の正の方向に検出電極９１２Ｂを移動すると、縦一次振動モードによる歪みが小さくなり、歪みによって発生する電荷が少なくなり、検出信号レベルも低くなる。本実施形態では、検出電極から発生する検出信号を制御に用いるため、信号レベルが低いと電気的なノイズの影響や、機械的な振動、軽衝撃の影響を受けやすく、制御が不安定になることがある。
また、屈曲二次振動モードの歪みによって発生する電荷量の割合が大きくなってしまう。その結果、屈曲振動の影響が強く出るため、屈曲二次振動モードに起因する位相差が大きくなってしまう。
従って、検出電極９１２ＢのＹ軸方向の位置は、Ｘ軸と圧電素子の長手方向端部間の所定の範囲内（例えば図１１におけるＡ−Ｃ間）に配置する必要がある。

駆動電極９１２Ａ、検出電極９１２Ｂ、および補強板９１１は、それぞれリード線などにより図示しない印加装置に接続されている。印加装置は、第一実施形態の印加装置８４と同様に、駆動信号と検出信号との位相差が適切な値となるように駆動信号の制御を行う。
図１３は、本実施形態の日付表示機構９０において、圧電アクチュエータ９１に印加する駆動周波数に対する圧電アクチュエータ９１の振動特性および日付表示機構９０の動作特性を示したものである。この図１３において、駆動周波数に対する位相差は、ある駆動周波数の範囲で、駆動周波数が増えるにつれて徐々に減少している。また、駆動周波数に対するロータ９２の回転数は、位相差が減少する駆動周波数の範囲で大きくなっていることが分かる。つまり、この駆動周波数の範囲は、縦一次振動モードの振動の共振周波数と屈曲二次振動モードの振動の共振周波数との間であって、これらの振動モードが同時に良好に現れる範囲であるといえる。そこで、本実施形態では印加装置の基準位相差信号Ｖｋは、この駆動周波数の範囲に対応する位相差θｋ（例えば７０°〜８０°の間）に相当する電圧値を有する値に設定されている。
ロータ９２には、板ばね９２２が取り付けられており、ロータ９２が圧電アクチュエータ９１側に付勢されている。これにより凸部９１４とロータ９２側面との間に適切な摩擦力が発生し、圧電アクチュエータ９１の駆動力の伝達効率が良好となる。

このような時計９では、第一実施形態と同様に印加装置が圧電アクチュエータ９１への駆動信号を制御することにより、所定の周波数の駆動信号が印加されると、圧電アクチュエータ９１は、縦一次振動モードと屈曲二次振動モードとを組み合わせた振動を励振する。凸部９１４は、これらの振動モードを組み合わせた略楕円軌道を描いて振動し、その振動軌道の一部でロータ９２を押圧することによりロータ９２を回転駆動する。
ロータ９２の回転運動は、日回し中間車９４に伝達され、切欠部９４３に日回し車９５の歯が係合すると、日回し中間車９４によって日回し車９５が回転し、日車９３を回転させる。この回転により日車９３が表示する日付が変更される。

このような第二実施形態によれば、第一実施形態とは構成が異なるものの、第一実施形態の(１)、(２)、および(４)の効果と同様の効果が得られる他、次のような効果が得られる。
(６) 凸部９１４を圧電アクチュエータ９１の対角線両端に設けたので、駆動電極９１２Ａを一つ設けるだけで、重量のアンバランスにより縦一次振動モードに加えて屈曲二次振動モードを励振できる。したがって圧電素子９１２の電極の構成を簡単にできる。これに伴って、印加装置での駆動信号の制御も簡略化できる。これは例えば圧電アクチュエータ９１が小型である場合などでは、小さな圧電素子９１２に、溝によって複雑な形状の電極を形成するのが困難であるため、特に有用である。

(７) 圧電アクチュエータ９１が時計９の日付表示機構９０に利用されているので、圧電アクチュエータ９１の駆動効率が常に最適に制御されるから、日付表示機構９０の駆動の確実性を向上させることができ、日付を正確に表示できる。また、圧電アクチュエータ９１の小型化を促進できることにより、時計９の小型化も促進できる。

なお、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
検出電極の形状、配置などは、第一実施形態では圧電素子８２の略中央に略菱形に形成され、第二実施形態では圧電素子９１２の凸部９１４寄りに略矩形状に形成されていたが、これに限らず、例えば図１４Ａ〜１４Ｆに示されるような形状、配置であってもよい。
図１４Ａに示される圧電アクチュエータ１００Ａでは、圧電素子表面の略中央に略正方形の検出電極１０１Ａが形成されている。また、圧電素子表面の検出電極１０１Ａを除いた部分には、対角線上両端に略矩形状の一対の駆動電極１０２Ａ，１０３Ａが形成されている。これらの駆動電極１０２Ａ，１０３Ａのうち、一方の駆動電極１０２Ａは圧電素子略中央で互いに連続しており、一つの駆動電極１０２Ａを形成している。したがって、この圧電アクチュエータ１００Ａでは、三つの駆動電極１０２Ａ，１０３Ａおよび一つの検出電極１０１Ａが形成されている。またこの場合において、駆動電極１０２Ａ，１０３Ａおよび検出電極１０１Ａにはリード線が接続されるリード線接続位置１０４Ａが設けられている。駆動電極１０２Ａ，１０３Ａには、圧電素子の長手方向略中央付近に凹凸が形成されることにより、これらのリード線接続位置１０４Ａが、圧電素子の長手方向略中央にほぼ一直線に配置されている。このような配置により、それぞれの電極へのリード線の接続が容易になる。また、駆動電極１０２Ａが圧電素子略中央で互いに連続しているので、圧電素子に接続されるリード線の本数を減少させることができるから、圧電アクチュエータ１００Ａの構造を簡略化できる。

図１４Ｂに示される圧電アクチュエータ１００Ｂでは、圧電素子の長手方向に沿って電極が三分割され、これらの電極のうち両端の電極では短手方向に沿って電極がさらに二分割されることにより四つの駆動電極１０１Ｂが形成されている。また、真ん中の電極では、圧電素子の略中央に略正方形の検出電極１０２Ｂが形成されることにより、その両側に駆動電極１０３Ｂが形成される。駆動電極１０１Ｂのうち対角線上両端の駆動電極１０１Ｂと、駆動電極１０３Ｂに電圧を印加すると、圧電アクチュエータ１００Ｂが縦一次振動モードおよび屈曲二次振動モードの振動を組み合わせた振動を励振することとなる。なお、リード線接続位置１０４Ｂは圧電素子の略中央に集中させることが望ましい。圧電素子の略中央は、縦一次振動モードの振動の節でありかつ屈曲二次振動モードの振動の節でもあるため、圧電アクチュエータ１００Ｂの変位幅が小さくなるため、リード線の断線などの不具合が防止できるからである。

図１４Ｃに示される圧電アクチュエータ１００Ｃでは、第一実施形態の検出電極８２Ｃと同様の位置に、略正方形の検出電極１０１Ｃが形成されている。
また図１４Ｄに示される圧電アクチュエータ１００Ｄでは、検出電極１０１Ｄは、多角形状（六角形）に形成されている。
以上のように、検出電極の形状は、略正方形状、多角形状などの他、円形状、楕円形状、変形形状など、任意の形状を採用できる。

検出電極の配置は、縦一次振動モードの振動の節でかつ屈曲二次振動モードの振動の節を含んだ位置に形成されているものに限らず、図１４Ｅに示されるように、例えば縦一次振動モードの振動の節ではないが、屈曲二次振動モードの振動の節を含んだ位置に形成されていてもよい。要するに、主として縦一次振動モードを主として使用して圧電アクチュエータを動作させる場合には、検出電極は、縦一次振動モード以外の振動、例えば屈曲二次振動モードの振動の節を含んだ位置に形成されていればよい。
検出電極の配置は、屈曲二次振動モードの振動の節を含んだ位置に形成されるものに限らず、圧電アクチュエータが主として屈曲二次振動モードの振動を使用する場合には、屈曲二次振動モード以外の振動の節を含んで形成すればよい。つまり、圧電アクチュエータが主として屈曲二次振動モードを使用する場合には、例えば図１４Ｅに示される検出電極１０１Ｅや図１４Ｆに示される検出電極１０１Ｆのように、検出電極を圧電素子の長手方向端部に設けてもよい。つまり、検出電極１０１Ｆは、縦一次振動モードの振動による歪みが最小となる位置を含んで形成されていればよい。
要するに、検出電極は、主として使用する振動モード以外の振動モードの振動による歪みが最小となり、主として使用する振動モード以外の振動モードに起因する位相差が、目標位相差未満となる位置を含んで形成されていればよい。
また、検出電極の配置は、主として使用する振動モード以外の振動モードの振動による歪みが最小となる位置が、検出電極の形状の重心に一致するものに限らず、歪みが最小となる位置を含んだ位置に形成されていればよい。
さらに、第１実施形態のように、凸部材８１ＡがＹ軸上に配置されてアンバランスとなっていない場合も、第２実施形態のように、主として使用する振動モード以外の振動モードの振動に起因して、伸びる部分と縮む部分とが混在し、各部分で発生する電荷量が互いに打ち消し合う位置に検出電極を配置し、主として使用する振動モード以外の振動モードに起因する位相差が、目標位相差未満となる位置を含んで形成されていればよい。

さらに、伸縮部分が混在する位置に形成された検出電極９１２Ｂの形状は、前記第２実施形態のように矩形状（四角形）のものに限らない。例えば、図１５に示すように、平面Ｌ字状に形成されたものでも良い。要するに、検出電極９１２Ｂは、正および負の電荷が生じてこれらが打ち消し合う位置に設置されていればよく、その形状は特に限定されない。
なお、図１５のように検出電極９１２Ｂの一部を圧電素子９１２の端縁まで延長した形状であれば、図１６に示すように、リード線等の配線９１５を圧電素子９１２の側方から延長させて検出電極９１２Ｂ上に接触させるだけで配線でき、配線構造が容易になるという利点がある。

振動モードは、縦一次振動モードや屈曲二次振動モードに限らず、縦二次振動モードや屈曲一次振動モードなど、その他の任意の振動モードを採用できる。また、圧電アクチュエータは、二つの振動モードを有するものに限らず、三つ以上の複数の振動モードを有していてもよい。この場合には、検出電極は、主として使用する振動モード以外の振動モードの振動による歪みが最小となる位置を含んで形成されていればよく、振動モードが三つ以上ある場合には、主として使用する振動モード以外の振動モードのうち、検出信号への影響が最も大きい振動モードの振動による歪みが最小となる位置を含んで形成してもよい。あるいは、検出電極は、主として使用する振動モード以外の振動モードのうち、主として使用する振動モードと検出信号の検出パターンが類似する振動モードを選択して、この振動モードの振動による歪みが最小となる位置を含んで形成してもよい。

初期値Ｖｆ１は、予め設定された駆動周波数の調整範囲の上限値に設定されていたが、これに限らず例えば駆動周波数の調整範囲の下限値に設定していてもよい。この場合でも位相差に対する駆動周波数が一つに決まるので、位相差を所定値に制御すれば、圧電アクチュエータに印加される駆動周波数が最適に制御される。

さらに、前記各実施形態では、駆動信号および検出信号の位相差に基づいて駆動周波数の制御を行っていたが、検出信号の信号レベルに基づいて駆動周波数の制御を行ってもよい。
すなわち、前記各実施形態のように位相差に基づいて駆動周波数の制御を行う場合には、図１７に示すように、例えば回転数が最も高くなる所定の目標位相差θｋを設定し、縦一次振動モードに起因する位相差の値が目標位相差θｋとなる周波数に駆動周波数を調整するとともに、屈曲二次振動モードに起因する位相差が目標位相差θｋ未満となる位置に検出電極を設ければよい。すなわち、屈曲二次振動モードに起因する位相差θ_２などが目標位相差θｋ未満となるように検出電極を配置すれば良く、より好ましくは屈曲二次振動モードに起因する位相差θ_３のように、その位相差が２０度以下になる位置に検出電極を配置すればよい。
一方で、図１８に示すように、検出信号のレベルも、位相差と同様に、回転数や消費電流と相関関係を有するため、検出信号レベルに基づいて駆動周波数を制御することもできる。すなわち、縦一次振動モードに起因する検出信号レベルが目標レベルＶ_１となるように駆動周波数を制御すればよい。この場合も、屈曲二次振動モードに起因する検出信号レベル（例えばＶ_２）が目標レベルＶ_１未満となるように検出電極を配置すれば良く、より好ましくは屈曲二次振動モードに起因する検出信号レベルＶ_３のように、その検出信号レベルが略０となる位置に検出電極を配置すればよい。

本発明を実施するための最良の構成、方法などは、以上の記載で開示されているが、本発明は、これに限定されるものではない。すなわち、本発明は、主に特定の実施形態に関して特に図示され、かつ、説明されているが、本発明の技術的思想および目的の範囲から逸脱することなく、以上述べた実施形態に対し、形状、材質、数量、その他の詳細な構成において、当業者が様々な変形を加えることができるものである。
したがって、上記に開示した形状、材質などを限定した記載は、本発明の理解を容易にするために例示的に記載したものであり、本発明を限定するものではないから、それらの形状、材質などの限定の一部もしくは全部の限定を外した部材の名称での記載は、本発明に含まれるものである。

本発明の効果を確認するために以下の実験を行った。
［実施例１］
図１９に示す圧電アクチュエータ１１０Ａを用いて実験を行った。圧電アクチュエータ１１０Ａの圧電素子１１１Ａ表面のめっき層には、切欠溝によって互いに電気的に絶縁された複数の電極が長手方向に沿った中心線を軸として線対称に形成されている。つまり、圧電素子１１１Ａを幅方向（短手方向）にほぼ三等分するように二本の溝が形成され、これらの溝で分割された三つの電極のうち、両側の電極ではさらに長手方向をほぼ二等分するように溝が形成されている。これらの溝により、圧電素子１１１Ａの表面には五つの電極が形成され、これらの電極のうち対角線上両端に形成される二つの電極がそれぞれ駆動電極１１２Ａ，１１３Ａとなっており、また中央の電極が駆動電極１１４Ａとなっている。圧電素子１１１Ａの略中央で、駆動電極１１４Ａの内部には、略矩形状の検出電極１１５Ａが形成されている。これらの駆動電極１１２Ａ，１１３Ａ，１１４Ａおよび検出電極１１５Ａはいずれも第一実施形態と同様の印加装置に接続されている。駆動電極１１２Ａ，１１４Ａに駆動信号を印加すると、圧電アクチュエータ１１０Ａは縦一次振動モードと屈曲二次振動モードを組み合わせた振動を励振し、凸部１１６Ａが略楕円軌道を描いて振動する。また駆動電極１１３Ａ，１１４Ａに駆動信号を印加すると、屈曲二次振動モードの振動方向が逆となり、凸部１１６Ａが逆方向に略楕円軌道を描いて振動する。したがって、縦一次振動モードの振動の節は、圧電アクチュエータ１１０Ａ中心の点Ａとなり、また屈曲二次振動モードの振動の節は、圧電アクチュエータ１１０Ａの長手方向に沿った三つの点Ａとなる。つまり、検出電極１１５Ａは、縦一次振動モードの振動の節で、かつ屈曲二次振動モードの振動の節の位置を含んで形成されている。
このような圧電アクチュエータ１１０Ａの凸部１１６Ａをロータ側面に当接し、駆動信号の駆動周波数を変化させ、各駆動周波数に対するロータの回転速度の関係を調べた。また各駆動周波数に対する駆動信号と検出信号との位相差の関係を調べた。

［比較例１］
図２０に示す圧電アクチュエータ１１０Ｂを用いて実験を行った。圧電アクチュエータ１１０Ｂの圧電素子１１１Ｂ表面には、実施例の圧電アクチュエータ１１０Ａと同様に五つの駆動電極１１２Ｂ，１１３Ｂ，１１４Ｂが形成されている。駆動電極１１２Ｂに駆動信号が入力されている場合には、一対の駆動電極１１３Ｂのうち凸部１１６Ｂから遠い側の一方を検出電極として使用し、駆動電極１１３Ｂに駆動信号が入力されている場合には、一対の駆動電極１１２Ｂのうち凸部１１６Ｂから遠い側の一方を検出電極として使用した。
その他の条件は、実施例と同じである。

［実施例１および比較例１の結果］
図２１には、実施例の結果が示されている。この図２１に示されるように、駆動周波数に対するロータの回転速度は、ある一定の範囲内で大きくなり、その他の範囲では速度が０、つまりロータが回転しないことがわかる。したがって、この駆動周波数の範囲内で駆動信号を調整すれば、ロータの回転速度を十分に確保できることがわかる。また、駆動周波数に対する位相差は、ロータの回転速度が大きくなる駆動周波数範囲の下限より小さい駆動周波数では約１８０°となっているが、それよりも大きな駆動周波数では、駆動周波数が大きくなるに従って位相差が徐々に減少し、ロータの回転速度が大きくなる駆動周波数範囲の上限より大きい駆動周波数では、約０°〜約３０°程度となっている。したがって、実施例の圧電アクチュエータ１１０Ａでは、駆動周波数の増加に伴って位相差が徐々に減少しているので、例えば位相差を７０°〜８０°の間で適宜設定して制御すると、ロータの回転速度を良好に確保でき、この場合において、位相差に対する駆動周波数が一つに決定されることがわかる。

これに対して、図２２には、比較例の結果が示されている。この図２２に示されるように、駆動周波数に対するロータの回転速度は、実施例と同様にある一定の範囲内で大きくなっているが、この駆動周波数の範囲内において、駆動周波数に対する位相差は駆動周波数の範囲内の下限近傍で一度小さくなるが、駆動周波数が増加すると再び位相差が増加して約１８０°となり、その後再び減少していることがわかる。つまり、例えば位相差を７０°〜８０°の間の所定値に設定して制御しても、一つの位相差に対する駆動周波数が三つ存在する。したがって、駆動周波数はこれら三つの駆動周波数のいずれかに設定されることとなってしまい、ロータの回転速度を良好に確保できる駆動周波数となる場合もあるが、その他の駆動周波数となった場合にはロータの回転速度を良好に維持できないこととなり、ロータの回転駆動性能の確実性に欠ける。

以上より、位相差に対する駆動周波数を一つに決めることができ、駆動信号と検出信号との位相差を所定値に制御することで圧電アクチュエータを常に最適な駆動周波数で振動させることができるという本発明の効果を確認できた。

次に、前記第２実施形態の圧電アクチュエータを用いて検出電極９１２Ｂの位置を変化させた場合の位相差および検出信号レベルの変化を実験した。

［実施例２］
図１１に示す圧電アクチュエータ９１を用いて実験を行った。圧電アクチュエータ９１の圧電素子９１２は、Ｌ_１＝１．９８mm、Ｌ_２＝７．０mmとし、検出電極９１２Ｂは前記エリアＡＢＣＤ内に含まれるように、Ａ’（Ｘ，Ｙ）＝（0.595,0.15）、Ｂ’（Ｘ，Ｙ）＝（0.891,0.15）、Ｃ’（Ｘ，Ｙ）＝（0.595,1.73）、Ｄ’（Ｘ，Ｙ）＝（0.891,1.73）の４点を結ぶ矩形状に形成した。
そして、このような圧電アクチュエータ９１の凸部９１４をロータ側面に当接し、駆動信号の駆動周波数を変化させ、各駆動周波数に対する駆動信号および検出信号の位相差の変化を示す位相差特性と、検出信号レベルの変化を示す検出信号特性の関係を調べた。この位相差特性および検出信号特性のグラフを図２３，２４に示す。

［比較例２］
一方、検出信号９１２ＢをエリアＡＢＣＤよりもＸ軸負方向にずらして形成した場合、Ｘ軸正方向にずらして形成した場合、Ｙ軸正方向にずらして形成した場合の位相差特性および検出信号特性を調べた。図２５，２６は、Ｘ軸負方向にずらして形成した場合の位相差特性および検出信号のグラフであり、図２７，２８はＸ軸正方向にずらして形成した場合の位相差特性および検出信号のグラフであり、図２９，３０はＹ軸正方向にずらして形成した場合の位相差特性および検出信号のグラフである。

［実施例２および比較例２の結果］
図２３〜３０に示すように、所定のエリアＡＢＣＤ内に検出電極９１２Ｂを形成した場合には、屈曲二次振動モードに起因する位相差信号は非常に小さくなり、目標位相差を設定した場合に駆動周波数を一つに決定できることがわかる。
これに対し、検出電極９１２ＢをエリアＡＢＣＤからＸ軸負方向やＹ軸正方向にずらして形成した場合には、屈曲二次振動モードに起因する位相差信号が大きくなっており、目標位相差を設定した場合に駆動周波数が二つ存在してしまい、駆動特性に劣る周波数で駆動してしまう場合が生じてしまうことになる。

また、検出信号レベルに関しても、所定のエリアＡＢＣＤ内に検出電極９１２Ｂを形成した場合には、十分なレベルの信号が出力されているが、Ｘ軸負方向にずらして形成した場合では屈曲二次振動モードに起因する部分でも比較的高いレベルの信号が出力されてしまい、検出信号レベルに基づいて駆動周波数の制御を行う場合に問題となることが分かる。さらに、検出電極９１２ＢをＹ軸正方向にずらして形成した場合には、検出信号レベルが非常に小さくなるため、検出信号レベルに基づいて駆動周波数の制御を行う場合に問題となることが分かる。

以上より、屈曲二次振動モードによって伸びる部分と縮む部分とが混在して各部分で発生する電荷量を打ち消すことができる位置に検出電極９１２Ｂを形成すれば、位相差や検出信号レベルに対する駆動周波数を一つに決めることができ、駆動信号と検出信号との位相差や検出信号レベルを所定値に制御することで圧電アクチュエータを常に最適な駆動周波数で振動させることができるという本発明の効果を確認できた。

本発明は、圧電素子の振動により被駆動体を駆動する圧電アクチュエータおよびこの圧電アクチュエータを備えた機器として利用できる。

Claims

二つ以上の振動モードを有する圧電素子の振動により、被駆動体を駆動する圧電アクチュエータであって、
前記圧電素子に駆動信号を印加して当該圧電素子を振動させるための駆動電極と、
前記圧電素子の振動挙動を検出するための検出電極と、
前記駆動電極に印加する駆動信号と前記検出電極で検出される検出信号との位相差に基づいて前記駆動信号を制御する制御手段とを備え、
前記検出電極は、主として振動するモード以外の振動モードに起因する位相差が制御時の目標となる目標位相差未満となる位置に形成される
ことを特徴とする圧電アクチュエータ。
請求項１に記載の圧電アクチュエータにおいて、
前記検出電極は、主として振動するモード以外の振動モードに起因する位相差が２０度以下となる位置に形成される
ことを特徴とする圧電アクチュエータ。
二つ以上の振動モードを有する圧電素子の振動により、被駆動体を駆動する圧電アクチュエータであって、
前記圧電素子に駆動信号を印加して当該圧電素子を振動させるための駆動電極と、
前記圧電素子の振動挙動を検出するための検出電極と、
前記検出電極で検出される検出信号の信号レベルに基づいて前記駆動信号を制御する制御手段とを備え、
前記検出電極は、主として振動するモード以外の振動モードに起因する前記信号レベルが制御時の目標となる目標信号レベル未満となる位置に形成される
ことを特徴とする圧電アクチュエータ。
請求項１から請求項３のいずれかに記載の圧電アクチュエータにおいて、
前記検出電極は、主として振動するモード以外の振動モードに起因して伸びる部分と縮み部分とが同時に発生してそれぞれの部分で発生する電荷量が打ち消される位置に形成される
ことを特徴とする圧電アクチュエータ。
請求項１から請求項３のいずれかに記載の圧電アクチュエータにおいて、
前記検出電極は、主として使用する振動モード以外の振動モードによる歪みが最小となる位置を含んで形成される
ことを特徴とする圧電アクチュエータ。
請求項５に記載の圧電アクチュエータにおいて、
前記振動モードは、所定の一方向に伸縮する縦振動モードと、前記縦振動モードの振動方向に略直交する方向に屈曲する屈曲振動モードとを含み、
前記検出電極は、前記屈曲振動モードの振動の節を含む位置に形成される
ことを特徴とする圧電アクチュエータ。
請求項５または請求項６に記載の圧電アクチュエータにおいて、
前記圧電素子は略矩形板状に形成され、
前記振動モードは、前記圧電素子の長手方向に沿って伸縮する縦一次振動モードと、前記縦一次振動モードの振動方向の略直交方向に屈曲する屈曲二次振動モードとを有し、
前記検出電極は、前記縦一次振動モードの振動の節で、かつ前記屈曲二次振動モードの振動の節を含む位置に形成される
ことを特徴とする圧電アクチュエータ。
請求項１から請求項７のいずれかに記載の圧電アクチュエータにおいて、
当該圧電アクチュエータは、前記屈曲振動モードの振動方向を正逆変更可能に構成されている
ことを特徴とする圧電アクチュエータ。
請求項１から請求項８のいずれかに記載の圧電アクチュエータにおいて、
前記検出電極の面積は、前記駆動電極の面積の３０分の１以上７分の１以下である
ことを特徴とする圧電アクチュエータ。
請求項１から請求項９のいずれかに記載の圧電アクチュエータを備えたことを特徴とする機器。
請求項１０に記載の機器において、
レンズと、
前記圧電アクチュエータの振動により前記レンズを駆動する駆動ユニットとを備えた
ことを特徴とする機器。
請求項１０に記載の機器において、
当該機器は、前記圧電アクチュエータの振動によって駆動される時計である
ことを特徴とする機器。