WO2006004108A1

WO2006004108A1 - 圧電アクチュエータおよび機器

Info

Publication number: WO2006004108A1
Application number: PCT/JP2005/012389
Authority: WO
Inventors: Reiko Nagahama; Yutaka Yamazaki
Original assignee: Seiko Epson Corporation
Priority date: 2004-07-07
Filing date: 2005-07-05
Publication date: 2006-01-12
Also published as: CN1981427B; CN1981427A; JP4479725B2; DE602005020028D1; US7514843B2; EP1786091A4; EP1786091A1; JPWO2006004108A1; US20070188048A1; EP1786091B1

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

圧電ァクチユエータおよび機器

技術分野

[0001] 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ァクチユエータおよびこの圧電ァクチユエータを備えた機器に関する。

背景技術

[0002] 圧電素子の振動によって被駆動体を駆動する圧電ァクチユエータとしては、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。このような圧電ァクチユエータでは、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)。

この圧電ァクチユエータでは、圧電ァクチユ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、圧電ァクチユエ一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。

[0003] 特許文献 1 :特開 2002— 291264号公報 (第 12頁〜第 13頁、第 26, 27図）

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0004] しカゝしながら、この特許文献 1の圧電ァクチユエータでは、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の圧電ァクチユ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。圧電ァクチユエータは、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 fl, f2近傍で位相差が高くなる。したがって、制御しょうとする所定の位相差 0 0に対して駆動周波数が複数（図 31では三つの駆動周波数 fbl, 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 Θ 0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、圧電ァクチユエータの駆動性能の確実性に欠ける。

[0005] 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ァクチユエータおよび機器を提供することにある。

課題を解決するための手段

[0006] 本発明の圧電ァクチユエータは、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ァクチユエータであって、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ァクチユエータであっても、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。

[0007] 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、圧電ァクチユ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。

[0008] 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。

圧電ァクチユ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ァクチユエータにすることができ、様々な商品仕様に対応できる。

[0009] 本発明の圧電ァクチユエータは、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ァクチユエータであって、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ァクチユエータであっても、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 [0010] 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、ブ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。

[0011] 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。したがつて、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ァクチユエータであっても、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。

[0012] 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、。

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。

[0013] 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。

[0014] 本発明では、当該圧電ァクチユエータは、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ヽることが望まヽ。

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、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。

[0015] 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ァクチユ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力、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。

[0016] 本発明の機器は、前述の圧電ァクチユエータを備えたことを特徴とする。

この発明によれば、機器が前述の圧電ァクチユエータを備えているので、前述の圧電ァクチユ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。

[0017] 本発明では、レンズと、圧電ァクチユエータの振動によりレンズを駆動する駆動ュニットとを備えたことが望ましい。

この発明によれば、機器が圧電ァクチユ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力圧電ァクチユ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。

[0018] 本発明では、当該機器は、圧電ァクチユ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ァクチユエ一タの振動によって駆動されるので、前述の圧電ァクチユ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、圧電ァクチユ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。

発明の効果

[0019] 本発明の圧電ァクチユ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!ヽるので、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。

図面の簡単な説明

[0020] [図 1]本発明の第一実施形態に力かるレンズユニットを示す斜視図。

[図 2]第一実施形態に力かるレンズユニットを示す斜視図。

[図 3A]第一実施形態のカム部材の動作図。

[図 3B]第一実施形態のカム部材の動作図。

[図 4A]第一実施形態のカム部材の動作図。

[図 4B]第一実施形態のカム部材の動作図。

[図 5]第一実施形態の圧電ァクチユエータの拡大斜視図。

[図 6]第一実施形態の印加装置の構成ブロック図。

[図 7]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。

[図 8]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圆 9]本発明の第二実施形態に力かる時計を示す図。

圆 10]第二実施形態に力かる圧電ァクチユエータを示す拡大図。

圆 11]第二実施形態に力かる圧電素子の検出電極位置を示す平面図。

圆 12]第二実施形態に力かる圧電素子の振動状態を示す平面図。

圆 13]第二実施形態に力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。

[図 14A]圧電ァクチユエータの検出電極の変形例を示す図。

[図 14B]圧電ァクチユエータの検出電極の変形例を示す図。

[図 14C]圧電ァクチユエータの検出電極の変形例を示す図。

[図 14D]圧電ァクチユエータの検出電極の変形例を示す図。

[図 14E]圧電ァクチユエータの検出電極の変形例を示す図。

[図 14F]圧電ァクチユエータの検出電極の変形例を示す図。

[図 15]圧電ァクチユエータの検出電極の変形例を示す平面図。

[図 16]圧電ァクチユエータの検出電極の変形例を示す断面図。

圆 17]圧電ァクチユ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。

圆 18]圧電ァクチユ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。

[図 19]本発明の実施例 1の圧電ァクチユエータを示す図。

[図 20]本発明の比較例 1の圧電ァクチユエータを示す図。

[図 21]実施例 1の結果を示す図。

[図 22]比較例 1の結果を示す図。

圆 23]本発明の実施例 2の位相差特性結果を示す図。

圆 24]本発明の実施例 2の検出信号特性結果を示す図。

圆 25]本発明の比較例 2の位相差特性結果を示す図。

圆 26]本発明の比較例 2の検出信号特性結果を示す図。

圆 27]本発明の比較例 2の位相差特性結果を示す図。

圆 28]本発明の比較例 2の検出信号特性結果を示す図。 [図 29]本発明の比較例 2の位相差特性結果を示す図。

[図 30]本発明の比較例 2の検出信号特性結果を示す図。

[図 31]従来の圧電ァクチユ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

[0021] 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（圧電ァクチユエ一タ）、 82, 111A, 111B …圧電素子、 82A, 82B, 101B, 102A, 103A, 112A, 113A, 114A, 112B, 1 13B, 114Β· ··駆動電極、 82C, 101A, 101C, 101D, 101E, 101F, 102B, 11 5A, 912Β· ··検出電極、 84· ··印カロ装置（制御手段）、 91, 100A, 100B, 100C, 1 00D, 100E, 100F, 11 OA, 110Β· ··圧電ァクチユエータ、 92· ··ロータ（被駆動体）発明を実施するための最良の形態

[0022] 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。

[0023] [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 3 0, 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。

[0024] 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ァクチユ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ァクチユエータとしての振動体 76とを備えて、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。。

[0025] 筐体 20は、正面力も背面に向力つて棒状の案内軸 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、これらの開口咅 23B, 23Cは、レンズ 30, 40, 50に設けられたカム棒 3 1, 41, 51が十分動ける大きさに形成されている。

[0026] 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内に位置する力ム棒 51を備えている。

[0027] 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!/ヽる。そして、この保持枠 34, 44, 54【こ、前述のカム棒 31 , 41, 51力設けられている。

[0028] 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つてもよい。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。

[0029] 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力各レンズ 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力集光部 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, 4 4, 54がー体のレンズ材で構成されていてもよい

[0030] 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。

[0031] 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 25 A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。

[0032] 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 3 0が進退する。 [0033] 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 6 1, 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又は力バー部材 10Aのどちら側であっても力まわない。

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ぐ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。

[0034] 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 81 Aが配置されている。これらの凸部材 81 A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の短辺力も突出して配置されている。これらの凸部材 81 Aのうち、一方の凸部材 81 A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 81 Bがー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。

[0035] 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-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つ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。

[0036] ここで本実施形態においては、圧電素子 82は短辺が約 lmm、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つ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。

[0037] 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、が、圧電素子 82にお、て検出電極 82Cを除、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、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!ヽ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、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

[0038] 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。

[0039] 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 8

2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。

[0040] 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。

[0041] 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カゝ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 84 3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、。

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 fl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 0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 fl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 flに近、側の駆動周波数にぉ、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 flと屈曲二次振動モードの振動の共振周波数 f 2との間で縦一次振動モードの振動の共振周波数 flに近 V、周波数に設定するのが望ま、と!/、うことが!、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） Θ kに対応する電圧値を有する値に設定されている。

[0043] 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 fl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 0の変動に比べて小さいことが分かる。そして、図 8(A)からわ力るように、位相差 Θ kは、屈曲二次振動モードの振動の共振周波数 f 2における位相差 Θ 2よりも大きくなるので、位相差 Θ k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力目標位相差 Θ k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 Θ k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。

[0044] 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く基準位相差信号 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 VfO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 VfO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 VfO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 Vflが記憶されており、印加装置 84の起動時には、この初期値 Vfl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 Vfl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 fl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 f 2よりも所定値高、周波数までに設定され、この場合に初期値 Vfl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。

[0045] 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、ドラィバ回路 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つた場合、基準信号 Vgの周波数を所定値 fO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つた場合には、基準信号 Vgの周波数を所定値 fO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 Vfl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 82 Aまたは駆動電極 82Bに出力する。

[0046] 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 Vfl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 flよりも所定値低!ヽ周波数に設定されて、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 Vf 1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。

[0047] したがって、印加装置 84は、まず起動時に、初期値 Vfl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 Vfl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 0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、て調整信号 Vfの電圧値を所定電圧値 VfO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 fO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 0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 Vfl〖こ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力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。

[0049] 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 6 2C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の中心方向力も外側方向に移動し、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 3 0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。

[0050] 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力 S図 3 A, 3B、図 4A, 4Bのように進退馬区動されること〖こなる。

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。

[0051] 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 0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） Θ k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 Θ 2よりも大きくなるので、位相差 Θ k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さる。

[0052] これに対して、前述の図 31に示されるような従来の圧電ァクチユエータでは、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つており、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。

[0053] (2)検出電極 82Cの面積力駆動電極 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 82 Cの面積が適切に設定されて!、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。

[0054] (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、るので、印加装置 84の構成を簡略ィ匕できる。

[0055] (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 0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 V、の設定にも対応でき、確実に駆動信号 Vhを制御できる。

[0056] (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、これによつてレンズユニット 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。

[0057] [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ァクチユ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、圧電ァクチユエータ 91と、この圧電ァクチユエータ 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、口ータ 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。これらの圧電ァクチユエータ 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。

[0058] 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 9 3の日付を覼けるようになつている。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 9 B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ァクチユエータ 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。

[0059] 日回し中間車 94は、大径部 941と小径部 942と力も構成されている。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が嚙合している。したがって、大径部 941と小径部 942と力もなる日回し中間車 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、板パネ 944が設けられており、この板パネ 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。板パネ 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。板パネ 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、板パネ 944の先端部が切欠部 943に入り込んだときに、板パネ 944と接触するようになっている。そして、板パネ 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、板パネ 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。

[0060] 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に嚙合している。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 に固定された板パネ 952によって図 9の右上方向に付勢されている。この板パネ 952 の付勢作用によって日車 93の揺動も防止される。

[0061] 図 10には、圧電ァクチユエータ 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、圧電ァクチユエータ 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、圧電ァクチユエータ 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の長手方向に沿つ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。

[0062] 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つ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。

[0063] 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力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。従つて、本実施形態では、検出電極 912Bを Y軸上ではなぐ Y軸から X軸の正方向にずらした位置に形成して！/、る。

[0064] 例えば、圧電素子 912の幅方向（短手方向）の寸法を L、長手方向の寸法を Lとし

1 2

、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および Lの寸法比や、凸部 914による重量アンバランスなどに応

1 2

じて設定され、例えば、次の通りである。 A(X, Y) = (0.12L，0.02し）、 B (X， Y) = (0

1 2

.45L，0.02し）、 C (X， Y) = (0.12L，0.25し）、 D (X， Y) = (0.45L，0.25し）。

1 2 1 2 1 2

[0065] なお、圧電素子 912の伸縮動作は、 X軸および Υ軸の交点 Οに対して点対称となつているので、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、 Ε (Χ, Υ) = (-0.12L ,- 0.02L )、 F (X, Y) = (- 0.45L ,- 0.02L )、 G (X, Y) = (- 0.12L ,-0.2

1 2 1 2 1

5L )、 Η (X, Υ) = (-0.45L ,- 0.25L )である。

2 1 2

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。

[0066] このような圧電ァクチユエータ 91の駆動電極 912Α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、圧電ァクチユエータ 91の対角線上両端には凸部 914が設けられているので、圧電ァクチユエータ 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、圧電ァクチユエータ 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、圧電ァクチュエータ 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。

[0067] 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 Α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力も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力、縮んで!、るかの!/、ずれか一方の状態しか取らな！/、。

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つてしまう。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力 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ィ匕してしまう。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、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ぐ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つてしまう。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つてしまう。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。

[0069] 駆動電極 912Α、検出電極 912Β、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、圧電ァクチユエータ 91に印加する駆動周波数に対する圧電ァクチユエータ 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つ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つて、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 0 k (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が圧電ァクチユエータ 9 1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、圧電ァクチユエータ 91の駆動力の伝達効率が良好となる。

[0070] 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ァクチユエータ 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、圧電ァクチユエータ 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。

[0071] 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を圧電ァクチユエータ 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カ卩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ィ匕できる。これは例えば圧電ァクチユエータ 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。

[0072] (7)圧電ァクチユエータ 91が時計 9の日付表示機構 90に利用されているので、圧電ァクチユエータ 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、圧電ァクチユエータ 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。

[0073] なお、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなぐ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、配置であつてもよい。

図 14Aに示される圧電ァクチユエータ 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、この圧電ァクチユエータ 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、圧電ァクチユエータ 100Aの構造を簡略ィ匕できる。

[0074] 図 14Bに示される圧電ァクチユエータ 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、圧電ァクチユエータ 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、圧電ァクチユエータ 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。

[0075] 図 14Cに示される圧電ァクチユエータ 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に示される圧電ァクチユエータ 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。

[0076] 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ァクチユ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、圧電ァクチユ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、圧電ァクチユ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 1 4E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、ればよ、。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ヽればよヽ。

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、ればよ!/、。

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つていない場合も、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ぐ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。

[0078] 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、縦二次振動モードゃ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、圧電ァクチユエータは、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ヽればよぐ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ノ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、。

[0079] 初期値 Vf 1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!、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、圧電ァクチユエ一タに印加される駆動周波数が最適に制御される。

[0080] 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、たが、検出信号の信号レベルに基づ、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 Θ k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 Θ k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 Θ k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 などが目標位相差 Θ k未満となるように検出電極を配置すれば

2

良ぐ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 のように、その位相差

3

が 20度以下になる位置に検出電極を配置すればよ!/、。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べル V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 )が目標レベル V未満となるように検出電極を

2 1

配置すれば良ぐ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。

[0081] 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

1S 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力逸脱することなぐ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、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。

実施例 1

[0082] 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に示す圧電ァクチユエータ 110Aを用いて実験を行った。圧電ァクチユエータ 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, 1 14A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、圧電ァクチユエータ 110 A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 1 16A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、圧電ァクチユエータ 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、圧電ァクチユエータ 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。

このような圧電ァクチユエータ 11 OAの凸部 116 A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。

[0083] [比較例 1]

図 20に示す圧電ァクチユエータ 110Bを用いて実験を行った。圧電ァクチユエータ 110Bの圧電素子 111B表面には、実施例の圧電ァクチユエータ 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、る場合には、一対の駆動電極 113Bのうち凸部 116B力ら遠、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力も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。

[0084] [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、実施例の圧電ァクチユエータ 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。

[0085] 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つている力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、ずれかに設定されることとなってしま、、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。

[0086] 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ァクチユ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。

実施例 2

[0087] 次に、前記第 2実施形態の圧電ァクチユ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。

[0088] [実施例 2]

図 11に示す圧電ァクチユエータ 91を用いて実験を行った。圧電ァクチユエータ 91 の圧電素子 912は、 L = 1. 98mm, L = 7. Ommとし、検出電極 912Bは前記エリア

1 2

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、このような圧電ァクチユエータ 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。

[0089] [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、 Υ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 Υ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。

[0090] [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力も 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つており、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。

[0091] 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力る。

[0092] 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ァクチユエ一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。

産業上の利用可能性

[0093] 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ァクチユエータおよびこの圧電ァクチユエータを備えた機器として利用できる。

Claims

請求の範囲

[1] 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ァクチユエータであって、

前記圧電素子に駆動信号を印カロ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ァクチユエータ。

[2] 請求項 1に記載の圧電ァクチユエータにおヽて、

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ァクチユエータ。

[3] 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ァクチユエータであって、

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ァクチユエータ。

[4] 請求項 1から請求項 3のいずれかに記載の圧電ァクチユエータにおいて、

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ァクチユエータ。

[5] 請求項 1から請求項 3のいずれかに記載の圧電ァクチユエータにおいて、

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ァクチユエータ。

[6] 請求項 5に記載の圧電ァクチユエータにおヽて、

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ァクチユエータ。

[7] 請求項 5または請求項 6に記載の圧電ァクチユエータにおヽて、

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一ドとを有し、

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ァクチユエータ。

[8] 請求項 1から請求項 7のいずれかに記載の圧電ァクチユエータにおいて、

当該圧電ァクチユエータは、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ァクチユエータ。

[9] 請求項 1から請求項 8のいずれかに記載の圧電ァクチユエータにおいて、

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ァクチユエータ。

[10] 請求項 1から請求項 9の、ずれかに記載の圧電ァクチユエータを備えたことを特徴とする機器。

[11] 請求項 10に記載の機器において、

レンズと、

前記圧電ァクチユ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。

[12] 請求項 10に記載の機器において、

当該機器は、前記圧電ァクチユ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。