(57)【要約】【課題】駆動開始時および駆動中においても、高効率の駆動が可能である超音波アクチュエータを提供する。【解決手段】超音波アクチュエータ１００は、振動体２と、圧電振動子２ｂの振動により駆動される移動体１と、駆動信号を生成する駆動信号生成部１１と、圧電振動子２ｂの振動状態にもとづいて、駆動信号生成部１１を制御する駆動信号制御部１０とを備え、起動時において、圧電振動子が振動し、かつ移動体が駆動されない状態において、駆動信号制御部１０が最適駆動周波数を検出し、駆動信号制御部１０は最適駆動周波数を検出後、最適駆動周波数を有し、移動体１が駆動されるような駆動信号を生成するよう駆動信号生成部１１を制御する。【選択図】図３
2010226883.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動信号が入力されることで振動が励起される圧電振動子を有する振動体と、
前記振動体と接触し、前記圧電振動子の振動により駆動される移動体と、
前記圧電振動子の振動を制御する駆動信号を生成し、前記圧電振動子に入力する駆動信号生成部と、
前記圧電振動子の振動状態にもとづいて、前記駆動信号生成部を制御する駆動信号制御部とを備え、
前記駆動信号制御部は、起動時において、前記圧電振動子が振動し、かつ前記移動体が駆動されない駆動信号を生成するよう、前記駆動信号生成部を制御し、前記圧電振動子が振動し、かつ前記移動体が駆動されない状態において、前記圧電振動子が所定の振動状態を実現するような、前記駆動信号の最適駆動周波数を検出し、
前記駆動信号制御部は、前記最適駆動周波数を検出した後、前記最適駆動周波数を有し、前記移動体が駆動されるような駆動信号を生成するよう前記駆動信号生成部を制御する、超音波アクチュエータ。
【請求項２】
前記移動体の駆動は、前記駆動信号の電圧値の変化により制御される、請求項１に記載の超音波アクチュエータ。
【請求項３】
前記駆動信号制御部は、前記駆動信号と駆動電流との位相差にもとづいて、前記最適駆動周波数を検出する、請求項１または請求項２に記載の超音波アクチュエータ。
【請求項４】
前記圧電振動子の振動状態を検出する振動状態検知電極が、前記圧電振動子に設置され、
前記駆動信号制御部は、前記振動状態検知電極から出力される振動検知信号と、前記駆動信号との位相差にもとづいて、前記最適駆動周波数を検出する、請求項１または請求項２に記載の超音波アクチュエータ。
【請求項５】
駆動中において、前記駆動信号制御部は、前記圧電振動子の振動状態にもとづいて、前記圧電振動子が所定の振動状態を実現するような、前記駆動信号の最適駆動周波数を有する駆動信号を生成するように、駆動信号生成部を制御する、請求項１に記載の超音波アクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電素子の振動により、移動体を駆動させる超音波アクチュエータに関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波アクチュエータは、圧電素子を有する圧電振動子を備えた固定部と移動体とが接触するよう構成され、圧電振動子が振動することで移動体が駆動する。具体的には、圧電振動子が振動することで固定部の表面に進行波が発生し、固定部はその波の頂点でのみ移動体と接することとなる。その波の頂点は楕円回転運動を行っていることから、固定部に突き動かされるように移動体が駆動する。圧電振動子は駆動信号が入力されることで振動し、その振動状態は駆動信号の周波数に応じて変化する。したがって、超音波アクチュエータの回転速度および効率は、駆動信号の周波数に応じて変化し、共振周波数の場合に、これらの回転速度および効率が共に最大となる。そして、超音波アクチュエータの回転速度および効率は、駆動信号の周波数が共振周波数から離れるにしたがって低下する。ここで、駆動信号の周波数がある範囲である場合に、超音波アクチュエータの回転速度および効率が最も高い周波数をその周波数の範囲における最適駆動周波数という。
【０００３】
そこで、超音波アクチュエータの駆動においては、駆動信号の周波数を最適駆動周波数とすることが好ましい。しかし、この最適駆動周波数は超音波アクチュエータの機械的負荷や周囲温度の変化によって変化するという問題がある。したがって、最適駆動周波数は常に一定とは限らず、超音波アクチュエータを最大効率で駆動させ続けることは困難である。
【０００４】
このような問題を解決するために、例えば、特許文献１には、超音波アクチュエータの駆動時に、帰還制御を用いて駆動信号における最適駆動周波数を追従し、駆動信号の周波数を最適駆動周波数に維持する駆動回路が記載されている。これにより、超音波アクチュエータが高効率で駆動している状態を維持することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平５−１１１２６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１の超音波アクチュエータでは、駆動中においては最適駆動周波数を追従し、その値を決定するが、駆動開始時における最適駆動周波数を決定することができない。したがって、駆動開始時においては、最適駆動周波数の推定値等を用いて駆動するしかなく、高効率の駆動を実現できるとは限らない。
【０００７】
本発明は、上述の事情に鑑みて為された発明であり、その目的は、駆動開始時および駆動中においても、高効率の駆動が可能である超音波アクチュエータを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者は、種々検討した結果、上記目的は、以下の本発明により達成されることを見出した。すなわち、本発明に係る一態様に係る超音波アクチュエータは、駆動信号が入力されることで振動が励起される圧電振動子を有する振動体と、前記振動体と接触し、前記圧電振動子の振動により駆動される移動体と、前記圧電振動子の振動を制御する駆動信号を生成し、前記圧電振動子に入力する駆動信号生成部と、前記圧電振動子の振動状態にもとづいて、前記駆動信号生成部を制御する駆動信号制御部とを備え、前記駆動信号制御部は、起動時において、前記圧電振動子が振動し、かつ前記移動体が駆動されない駆動信号を生成するよう、前記駆動信号生成部を制御し、前記圧電振動子が振動し、かつ前記移動体が駆動されない状態において、前記圧電振動子が所定の振動状態を実現するような、前記駆動信号の最適駆動周波数を検出し、前記駆動信号制御部は、前記最適駆動周波数を検出した後、前記最適駆動周波数を有し、前記移動体が駆動されるような駆動信号を生成するよう前記駆動信号生成部を制御する。なお、最適駆動周波数は、例えば、ある周波数の範囲を定めておき、その範囲において超音波アクチュエータの回転速度および効率が最も高い周波数とすればよい。また、最適駆動周波数は、例えば、超音波アクチュエータの回転速度および効率が所望とする値となる周波数とすればよい。
【０００９】
このように、機械的負荷や周囲温度等により変化する最適駆動周波数が、圧電振動子の現在の振動状態にもとづいて検出されるので、より正確に検出される。また、圧電振動子を振動させて、かつ移動体は駆動しない状態において、最適駆動周波数を検出することにより、移動体を駆動させずに最適駆動周波数を検出できる。それにより、移動体が駆動を開始する以前に、最適駆動周波数が検出し、移動体が駆動を開始する時には、最適駆動周波数を有する駆動信号により圧電振動子の振動を制御できる。そのため、駆動開始時から超音波アクチュエータは高効率の駆動が実現できる。
【００１０】
また、上述の超音波アクチュエータにおいて、前記移動体の駆動は、前記駆動信号の電圧値の変化により制御されることが好ましい。
【００１１】
これにより、移動体の駆動の開始、停止を容易に制御することができる。
【００１２】
また、上述の超音波アクチュエータにおいて、前記駆動信号制御部は、前記駆動信号と駆動電流との位相差にもとづいて、前記最適駆動周波数を検出することが好ましい。
【００１３】
このように、前記駆動信号と駆動電流との位相差にもとづいて最適駆動周波数を検出されることから、新たな部材を追加することなく、圧電振動子の振動状態にもとづいて容易に最適駆動周波数を検出することができるという効果を奏する。
【００１４】
また、上述の超音波アクチュエータにおいて、前記圧電振動子の振動状態を検出する振動状態検知電極が、前記圧電振動子に設置され、前記駆動信号制御部は、前記振動状態検知電極から出力される振動検知信号と、前記駆動信号との位相差にもとづいて、前記最適駆動周波数を検出することが好ましい。
【００１５】
このように、振動検知信号と駆動信号との位相差にもとづいて最適駆動周波数が検出されることから、圧電振動子の振動状態にもとづいて容易に最適駆動周波数を求めることができるという効果を奏する。また、振動状態検知電極を備えることで、より雑音の少ない信号（振動検知信号）を取り出すことができ、この信号を用いて最適駆動周波数を検出できるので、より正確な検出が可能である。
【００１６】
また、上述の超音波アクチュエータにおいて、駆動中において、前記駆動信号制御部は、前記圧電振動子の振動状態にもとづいて、前記圧電振動子が所定の振動状態を実現するような、前記駆動信号の最適駆動周波数を有する駆動信号を生成するように、駆動信号生成部を制御することが好ましい。
【００１７】
これにより、移動体の駆動中において、最適駆動周波数を有する駆動信号により圧電振動子の振動が制御されているので、超音波アクチュエータは高効率の駆動が実現できるという効果を奏する。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、駆動開始時および駆動中においても、高効率の駆動が可能である超音波アクチュエータを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施形態に係る超音波アクチュエータを用いた、レンズ駆動ユニットの構成について説明するための図である。
【図２】本発明の実施形態に係る超音波アクチュエータの機械的な構成を説明するための図である。
【図３】本発明の実施形態に係る超音波アクチュエータの電気的な構成を説明するための図である。
【図４】本発明の実施形態に係る振動体の外観を説明するための図であって、図４（Ａ）は振動体の平面図であり、図４（Ｂ）は圧電振動子の駆動電極が設置された側の側面図であり、図４（Ｃ）は圧電振動子の検知信号取出し電極が設置された側の側面図である。
【図５】本発明の実施形態に係る圧電振動子の各層における電極構成を示す断面図であって、図５（Ａ）は第１の断面図であり、図５（Ｂ）は第２の断面図である。
【図６】屈曲１次モードを示す図である。
【図７】突起部の回転を説明するための図であって、図７（Ａ）は接触部の側面図であり、図７（Ｂ）は接触部の平面図である。
【図８】ロータと接触部との分解斜視図である。
【図９】ロータにおける接触部と接する面の形状を説明する図である。
【図１０】ロータおよび接触部の要部拡大側面図である。
【図１１】本発明の実施形態に係る超音波アクチュエータにおける振動検知信号の振幅と、振動検知信号および駆動信号の位相差と、駆動信号の周波数との関係を示すグラフである。
【図１２】駆動信号の電圧値と超音波アクチュエータの回転数の関係を示したグラフである。
【図１３】本実施の形態に係る超音波アクチュエータの起動時における動作を説明するためのフローチャートである。
【図１４】超音波アクチュエータに起動指令がなされた後の駆動信号の波形を示すグラフである。
【図１５】本発明の実施形態に係る超音波アクチュエータにおける駆動電流の振幅と、駆動電流および駆動信号の位相差と、駆動信号の周波数との関係を示すグラフである。
【図１６】本発明の他の実施形態に係る超音波アクチュエータの電気的な構成を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明に係る実施の形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において同一の符号を付した構成は、同一の構成であることを示し、その説明を省略する。
【００２１】
本発明の実施形態に係る超音波アクチュエータについて説明する。まず、本発明の実施形態に係る超音波アクチュエータを用いた、レンズ駆動ユニットの構成について説明する。図１は本発明の実施形態に係る超音波アクチュエータを用いた、レンズ駆動ユニットの構成について説明するための図である。レンズ駆動ユニット３００は、デジタルカメラやデジタルビデオカメラのＡＦ、ズーム、ＤＶＤのピックアップレンズの収差補正の駆動などに用いられる。図１に示すように、本実施形態に係る超音波アクチュエータ１００の回転軸と一体に結合されたリードスクリュー２１に一部が螺合されたレンズ支持部２２ｂと、レンズ支持部２２ｂにより支持されたレンズ２２と、レンズ２２の移動を制御する、リードスクリュー２１と平行に設置された２本のガイドレール２２ａと、これらを覆うケース２３と、超音波アクチュエータ１００とを備えて構成される。なお、図１においては、超音波アクチュエータ１００の電気的構成部分については、図示を省略している。
【００２２】
具体的には、レンズ２２の外周部を支持しているレンズ支持部２２ｂには貫通孔が形成され、その貫通孔にはガイドレール２２ａが貫通されていて、レンズ支持部２２ｂはガイドレール２２ａに沿った方向のみ可動である。また、レンズ支持部２２ｂはリードスクリュー２１と螺合しており、リードスクリュー２１がその軸を中心として回転することで、レンズ支持部２２ｂがガイドレール２２ａに沿って駆動される。
【００２３】
このような、レンズ駆動ユニット３００において、超音波アクチュエータ１００が駆動することで、リードスクリュー２１が右回転または左回転し、それにより、レンズ２２と一体であるレンズ支持部２２ｂが図１において左右方向に駆動する。つまり、レンズ駆動ユニット３００は、直動レンズ送り機構を構成している。
【００２４】
このように、本実施形態に係る超音波アクチュエータ１００は、例えばレンズ駆動ユニット３００に用いられるが、これに限定されるわけではなく、他にも様々な用途に用いられる。
【００２５】
次に、本実施形態に係る超音波アクチュエータの機械的な構成について説明する。図２は本発明の実施形態に係る超音波アクチュエータの機械的な構成を説明するための図である。なお、図２においては、本実施形態に係る超音波アクチュエータの電気的な構成については、図示を省略している。図２に示すように、本発明の実施形態に係る超音波アクチュエータ１００は、移動体であるロータ１と、ロータ１と接触する突起部２ｃを有する接触部２ａおよび圧電振動子２ｂを有する振動体（ステータ）２と、振動体２の端部に設置された錘部５と、ロータ１の回転中心にロータ１と一体に設置された回転軸３と、回転軸３の軸受け２７と、これらを覆うケース７と、ケース７の底面と振動体２とに接続され、振動体２をロータ１へと所定の付勢力で押し付けるバネ等の弾性体である加圧部６と、ケース７と接続された支持フレーム２４と、支持フレーム２４を貫通するように設置されたキャップ２６と、キャップ２６に形成された窪み２６ａに回転自在に嵌り込む球体である軸受け２５とを備えて構成されている。
【００２６】
ロータ１は円板状である。回転軸３は、ロータ１の中心であって、前記円板の面に垂直方向に伸びるように配置されている。回転軸３はロータ１に一体的、または、かしめなどによる結合により構成されている。振動体２は、回転軸３を中心とする円板状の接触部２ａおよび接触部２ａに接合された圧電振動子２ｂとを備えて構成される。接触部２ａは突起部２ｃを有していて、突起部２ｃがロータ１と接触している。突起部２ｃとロータ１との摩擦力によりロータ１が駆動することから、突起部２ｃを含む接触部２ａは、例えば、アルミナ、ジルコニア等のセラミックス、超硬合金等の耐摩耗性の高い材料を用いればよい。なお、接触部２ａは、例えばエポキシ等の剛性が高く、接着力が強い接着剤を用いて圧電振動子２ｂに固定されることとすればよい。圧電振動子２ｂは、圧電特性を示す圧電薄板と内部電極とが交互に積層されて構成されている。圧電振動子２ｂは製造のしやすさを考慮すると、直方体形状が好ましい。圧電薄板としては、例えばＰＺＴ（チタン酸ジルコニウム酸鉛）等からなる圧電セラミックス等の圧電素子の薄板を用いればよい。そして、内部電極を介して所定の電気信号が圧電振動子２ｂに送られることにより、圧電振動子２ｂは振動する。その振動により、圧電振動子２ｂに接続された接触部２ａが振動し、ロータ１に接触している略球面を有する突起部２ｃも振動する。軸受け２７は、回転軸３を回転自在に軸支する。具体的には、軸受け２７により回転軸３はラジアル方向について支持されている。圧電振動子２ｂにおいて、接触部２ａと接合している端部とは反対の端部に錘部５が設置されている。錘部５が設置されることで、振動体２の振動バランスが向上する。また、錘部５を設置することで、圧電振動子２ｂの振動の節の位置が錘部５側に移動するため、突起部２ｃの振動を大きくすることができる。例えば、錘部５は、比重の高いタングステンや、銅や鉄系のタングステン合金などとすればよい。
【００２７】
ロータ１と、振動体２と、回転軸３と、軸受け２７と、錘部５と、加圧部６とはケース７内に配置されている。なお、回転軸３はケース７内から外部に突出している。また、軸受け２７の一部はケース７の外部に露呈している。振動体２はケース７に対して回転が規制され、ケース７の底面からロータ１方向に加圧部６により押圧されている。それにより、接触部２ａはロータ１と高い圧力をかけられた状態で接触している。支持フレーム２４は回転軸３が突出する側のケース７の端面に設置されていて、ケース７から突出された回転軸３は、支持フレーム２４内へと伸びている。回転軸３の端面は凹面となっており、支持フレーム２４に設置されたキャップ２６の窪み２６ａに嵌り込んだ球体である軸受け２５がその凹面に嵌り込むように配置され、回転軸３は回転自在に軸受け２５に軸支される。具体的には、軸受け２５により回転軸３はラジアルおよびスラスト方向について支持されている。キャップ２６は支持フレーム２４と螺合して貫通している。つまり、支持フレーム２４およびキャップ２６はねじ切りされていて、キャップ２６を締めるあるいは緩めることで、回転軸３に沿った方向へのキャップ２６の位置を調整できる。加圧部６により振動体２がロータ１に押し付けられていることから、ロータ１に結合された回転軸３は軸受け２５からの反力を受けるが、その反力は回転軸３の回転中心で受けることになるため、回転軸３と球体である軸受け２５との摩擦ロスを最小限に抑えることができる。超音波アクチュエータの作製時において、キャップ２６の位置を調整して、振動体２およびロータ１間の押圧力を調整すればよい。そして、調整が完了すれば、接着することでキャップ２６の位置を固定すればよい。このようにすることで、振動体２はケース７に対して回転が規制されながら、ロータ１との軸心が位置決めされ、保持される。
【００２８】
次に、本実施形態に係る超音波アクチュエータの電気的構成について説明する。図３は本発明の実施形態に係る超音波アクチュエータの電気的な構成を説明するための図である。図３に示すように、本実施形態に係る超音波アクチュエータ１００は、図２に示した以外に、圧電振動子２ｂの振動を制御する駆動信号を生成する駆動信号生成部１１と、圧電振動子２ｂの振動状態にもとづいて、駆動信号生成部１１を制御する駆動信号制御部１０とを備えて構成される。また、駆動信号制御部１０は、位相比較部１２と、フィルタ部１３と、駆動状態検知電極１４と、位相調整部１５と、位相判定部１６と、電圧制御発振部１７とを備えている。なお、図３において、図２において示した機械的構成については、電気的構成の説明について必要な部材を示し、これら以外は図示を省略する。なお、駆動信号生成部１１と、位相比較部１２と、フィルタ部１３と、位相調整部１５と、位相判定部１６と、電圧制御発振部１７とは、例えば基板上に抵抗、コンデンサ、コイル等の電子素子が配置されて構成される。
【００２９】
駆動信号生成部１１は、圧電振動子２ｂの振動を制御する、電圧信号である駆動信号を生成し、圧電振動子２ｂに入力する。この駆動信号は図示していない変換器により駆動電流に変換され、圧電振動子２ｂに流れ込む。それにより、接触部２ａの図示されていない突起部２ｃに楕円回転運動を生じさせるように圧電振動子２ｂが振動する。そして、楕円回転運動をしている突起部２ｃにより突き動かされるようにロータ１が駆動する。
【００３０】
位相比較部１２は、圧電振動子２ｂに設置された駆動状態検知電極１４から出力される、圧電振動子２ｂの振動状態を示す電圧信号である振動検知信号と、駆動信号生成部１１から出力される駆動信号との位相差を比較する。具体的には、位相比較部１２に、振動検知信号および駆動信号が入力されると、その位相差をパルス信号として出力する。
【００３１】
フィルタ部１３は、位相比較部１２から出力された、振動検知信号および駆動信号の位相差を示すパルス信号の交流成分を除去して、直流信号（一定値）である位相差信号に変換する。
【００３２】
位相調整部１５は例えばコンパレータであり、フィルタ部１３から出力された、振動検知信号および駆動信号の位相差を示す位相差信号と、予め設定されたリファレンス値とを比較し、その差を信号として出力する。
【００３３】
位相判定部１６は、位相調整部１５から出力された信号を受けて、その信号に応じて、圧電振動子２ｂの振動を制御するよう、駆動信号生成部１１および電圧制御発振部１７に指示を送る。
【００３４】
電圧制御発振部１７は、位相判定部１６からの指示に従い、駆動信号が好ましい周波数となるように、駆動信号生成部１１を制御する。
【００３５】
駆動信号生成部１１は位相判定部１６からの指示に従い、駆動信号の電圧値を決定する。また、駆動信号生成部１１は電圧制御発振部１７からの指示に従い、駆動信号の周波数を決定する。そして、駆動信号生成部１１は、好ましい駆動信号を出力して、駆動信号が入力された圧電振動子２ｂがその駆動信号に応じた振動を行う。なお、超音波アクチュエータの起動時においては、駆動信号生成部１１は初期値として設定された駆動信号を生成する。
【００３６】
振動状態検知電極１４は、圧電振動子２ｂの振動状態を示す電圧信号である振動検知信号を検知する電極であり、圧電振動子２ｂに設置されている。具体的に圧電振動子２ｂが振動することで、振動状態検知電極１４から、圧電振動子２ｂの振動に応じて、振動状態を示す動検知信号が出力される。具体的には、振動状態検知電極１４は、圧電振動子２ｂ内部に設置された電極である。それにより、振動状態検知電極１４は、圧電振動子２ｂの振動状態を直接検出することができるため、振動状態を高精度に検出することが可能である。そして、振動状態検知電極１４から出力された振動検知信号は、位相比較部１２に入力され、駆動信号との間で位相を比較される。
【００３７】
次に、振動体２の構成について説明する。図４は本発明の実施形態に係る振動体の外観を説明するための図であって、図４（Ａ）は振動体の平面図であり、図４（Ｂ）は圧電振動子の駆動電極が設置された側の側面図であり、図４（Ｃ）は圧電振動子の検知信号取出し電極が設置された側の側面図である。図４（Ａ）〜図４（Ｃ）に示すように、振動体２は突起部２ｃ−１、２ｃ−２、２ｃ−３が設置された円形の接触部２ａと圧電薄板が内部電極を介して積層された構成の圧電振動子２ｂを備えている。例えば、図４（Ａ）に示すように、突起部２ｃは略球面を有し、接触部２ａの中心軸に対して同心円上に等間隔（１２０度間隔）で３つ形成されている。これら突起部２ｃ−１、２ｃ−２、２ｃ−３の各頂点がロータ１に接触している。また、図４（Ｂ）、図４（Ｃ）に示すように、圧電振動子２ｂの積層された各内部電極に信号を入力あるいは信号を出力するための駆動電極２ｂ−１、２ｂ−２、２ｂ−３、２ｂ−４、検知信号取出し電極２ｂ−５、接地電極２ｂ−６が圧電振動子２ｂの各側面に設置されている。これら、駆動電極２ｂ−１、２ｂ−２、２ｂ−３、２ｂ−４、検知信号取出し電極２ｂ−５、接地電極２ｂ−６には、図示していないがリード線やフレキ等がハンダや導電性接着剤等により接合され、信号を送受信する。
【００３８】
図５は本発明の実施形態に係る圧電振動子の各層における電極構成を示す断面図であって、図５（Ａ）は第１の断面図であり、図５（Ｂ）は第２の断面図である。圧電振動子２ｂは図５（Ａ）および図５（Ｂ）で示される各内部電極２ｄ〜２ｇおよび振動状態検知電極１４が形成された圧電薄板２０と、内部電極２ｈが形成された圧電薄板２０とが交互に積層された多層構造である。つまり、内部電極２ｄ〜２ｇおよび振動状態検知電極１４を有する内部電極の層と、内部電極２ｈを有する内部電極の層とが交互に積層され、それらの内部電極の層の間に圧電薄板２０が挿入されている。なお、これら内部電極２ｄ〜２ｇおよび振動状態検知電極１４は圧電薄板２０に銀パラジウムなどを印刷することで形成される。内部電極２ｄ〜２ｇは、それぞれ圧電薄板２０の各角付近に形成されている。
【００３９】
また、振動状態検知電極１４は圧電薄板２０上であって、突起部２ｃ−１、２ｃ−２、２ｃ−３のいずれか（例えば突起部２ｃ−１）を、圧電振動子２ｂの積層方向に向かって投影した場合に、その投影像と交わる位置に設置されていることが好ましい。これにより、振動状態検知電極１４は、突起部２ｃ−１とロータ１との関係により圧電振動子２ｂに生じる振動の振幅が大きい箇所に設置されることになる。このように設置されることで、振動状態検知電極１４は圧電振動子２ｂの振動の内、突起部２ｃ−１とロータ１との関係により圧電振動子２ｂに生じる振動成分を多く含む振動検知信号を出力することができる。それにより、より精度の高い検知が可能となる。つまり、振動状態検知電極１４の設置箇所は、突起部２ｃ−１とロータ１との関係により圧電振動子２ｂに生じる振動がより大きい箇所が好ましい。
【００４０】
また、圧電振動子２ｂが、端面が略正方形である略四角柱形状である場合は、圧電振動子２ｂの断面は略正方形であり、その正方形の１辺の中央に振動状態検知電極１４を設置することが好ましい。つまり、圧電薄板２０が略正方形であり、１辺の中央に振動状態検知電極１４を設置すればよい。それにより、圧電振動子２ｂが突起部２ｃ−１とロータ１との関係により振動した場合に、その振動が顕著に現れる箇所、すなわち振幅が大きい箇所に振動状態検知電極１４を設置することになるので、その振動成分を多く含む振動検知電圧値を得ることができ、より正確な圧電振動子の振動状態の検出が可能となる。
【００４１】
内部電極２ｈは、圧電薄板２０の略全面に形成されている。そして、これら内部電極２ｄ、２ｅ、２ｆ、２ｇは、駆動電極２ｂ−１、２ｂ−２、２ｂ−３、２ｂ−４とそれぞれ接続されている。また、内部電極である振動状態検知電極１４は、検知信号取出し電極２ｂ−５と接続されている。また、内部電極２ｈは接地電極２ｂ−６と接続されている。なお、駆動電極２ｂ−１、２ｂ−２、２ｂ−３、２ｂ−４、検知信号取出し電極２ｂ−５、接地電極２ｂ−６は、例えば銀や金等をスクリーン印刷や蒸着等で形成すればよい。また、駆動電極２ｂ−１、２ｂ−２、２ｂ−３、２ｂ−４は、駆動信号生成部１１と接続され、検知信号取出し電極２ｂ−５は位相比較部１２と接続され、接地電極２ｂ−６は接地されている。上記接続および接地については、図示していないが、リード線やＦＰＣ（フレキシブルプリント配線基板）等を介して行われる。なお、圧電薄板２０が圧電特性を示すためには、これらに所定の分極処理を行う必要がある。
【００４２】
次に、このような、圧電振動子２ｂの振動およびそれによる突起部２ｃ−１〜２ｃ−３の振動について説明する。図６は屈曲１次モードを示す図である。また、図７は突起部の回転を説明するための図であって、図７（Ａ）は接触部の側面図であり、図７（Ｂ）は接触部の平面図である。上述のように、圧電振動子２ｂにおいて、駆動電極２ｂ−１、２ｂ−２、２ｂ−４、２ｂ−３に高周波駆動信号（駆動電流）を、それぞれ位相を９０度ずらして印加すると、内部電極２ｄ、２ｅ、２ｇ、２ｆの各領域が９０度位相のずれた伸縮振動を行う。駆動信号の周波数を共振周波数に近づけると、圧電振動子２ｂには、屈曲１次モードが、９０度位相がずれて励起される。ここで、屈曲１次モードが励起された場合に、直方体である圧電振動子２ｂは、図６に示すように、２箇所の節Ｐにより１次の曲げ変形運動を左右に繰り返す。本実施形態に係る超音波アクチュエータ１００の場合は、各駆動電極２ｂ−１、２ｂ−２、２ｂ−４、２ｂ−３に印加される高周波駆動信号は、それぞれ９０度位相がずれていることから、圧電振動子２ｂには各内部電極２ｄ、２ｅ、２ｇ、２ｆにより屈曲１次モードによる振動がずれながら生じる。それにより、接触部２ａと接合された圧電振動子２ｂの先端は公転運動（首振り振動）を行う。そして、圧電振動子２ｂがこのような動きをすることで、圧電振動子２ｂ上に設置された接触部２ａの突起部２ｃ−１〜２ｃ−３は、図７（Ａ）および図７（Ｂ）において、矢印で示したような楕円振動を行う。なお、隣接する各突起部２ｃ−１〜２ｃ−３の楕円振動はそれぞれ位相が１２０度ずれている。上述のように、ロータ１は接触部２ａに押圧されている。したがって、ロータ１と突起部２ｃ−１〜２ｃ−３との間の摩擦係数は大きい。そのため、各突起部２ｃ−１〜２ｃ−３が上述したように、位相が１２０度ずれた楕円振動を行うことで、ロータ１は突起部２ｃ−１〜２ｃ−３に突き動かされるように、回転駆動を行う。
【００４３】
また、ロータ１は、ロータ１に対する圧電振動子２ｂの位置に応じて、圧電振動子２ｂにおける共振状態が変化するような構造を有している。具体的には、ロータ１は、ロータ１が回転駆動する際に、圧電振動子２ｂに異なる力が周期的に加わるような形態を有している。例えば、ロータ１における接触部２ａの突起部２ｃ−１〜２ｃ−３と接する面が一様ではないこととすればよい。つまり、ロータ１における突起部２ｃ−１〜２ｃ−３と接している面の形状が均一ではない、あるいはロータ１が異なる性質を有する複数の材料により構成されていること等で、振動検知電圧の振幅および振動検知電圧と圧電振動子２ｂの駆動電圧との位相差が変化するような構造を実現できる。より具体的には、例えば、ロータ１における突起部２ｃ−１〜２ｃ−３と接している面には複数の溝部が形成されていることとすればよい。また、例えば、ロータ１における突起部２ｃ−１〜２ｃ−３と接している面は複数の表面粗さを有していることとすればよい。また、例えば、ロータ１は異なる密度を有する材料もしくは異なる弾性度等を有する材料により形成されていることとすればよい。また、例えば、ロータ１における突起部２ｃ−１〜２ｃ−３と接する面または面近傍は、密度または弾性度等が異なる複数の材料により形成されていることとすればよい。このように、ロータ１における振動体２と接する面が一様でないことで、ロータ１における振動体２の位置が異なることで共振状態が変化する。具体的には、振動検知信号の振幅および振動検知信号と圧電振動子２ｂの駆動信号との位相差が変化する。
【００４４】
ロータ１が駆動している際に、ロータ１が上記構造を有していることから、ロータ１の回転位置により、振動している圧電振動子２ｂには異なる力がかかる複数の状態が存在することになる。つまり、圧電振動子２ｂが位置する箇所のロータ１の形態に応じて、圧電振動子２ｂには加わる力が異なることから、圧電振動子２ｂの共振状態が変化する。したがって、この共振状態を監視することで、ロータ１の移動量等を検出することができる。
【００４５】
ここで、ロータ１における突起部２ｃ−１〜２ｃ−３と接する面の一例について説明する。ロータ１においては、異なる形態を周期的に形成しておけばよい。それにより、高精度の位置決め制御を実現できる。例えば、ロータ１における振動体２と接する面には、ロータ１の円周に沿って周期的にその形状あるいは性質を変化させてある。具体的には、径方向に沿って伸びる複数の溝（凹部）が円周に沿って等間隔に形成されている。ここで、図８〜図１０を用いて、ロータ１における振動体２と接する面について説明する。図８はロータと接触部との分解斜視図である。図９はロータにおける接触部と接する面の形状を説明する図である。図１０はロータおよび接触部の要部拡大側面図である。
【００４６】
図８に示すように、振動体２（図示せず）の接触部２ａは、ロータ１側の面に複数の突起部２ｃ−１〜２ｃ−３を備えている。ロータ１と接触部２ａとの間には所定の付勢力がかかり、これらは密着している。この場合に、接触部２ａは、突起部２ｃ−１〜２ｃ−３においてロータ１と接触している。したがって、ロータ１から力が加わるのは突起部２ｃ−１〜２ｃ−３のみであり、接触部２ａ全体に力が加わるわけではない。
【００４７】
図９に示すように、ロータ１における接触部２ａと接触している面には、ロータ１の中心を通り、径方向に沿って伸びる溝１ａが形成されている。なお、溝１ａは円周に沿って等間隔に形成されている。つまり、溝１ａが形成されている箇所と形成されていない箇所とが交互に、ロータ１の円周上に沿って配置されている。このような構成であることから、圧電振動子２ｂ（図示せず）が振動することによりロータ１に接触している突起部２ｃ−１〜２ｃ−３が楕円振動し、それによりロータ１が駆動した場合に、突起部２ｃ−１〜２ｃ−３は周期的に溝１ａを通過することとなる。突起部２ｃ−１〜２ｃ−３が溝１ａの形成箇所に位置する場合と、溝１ａが形成されていない箇所に位置する場合とでは、接触部２ａに加わる力が異なる。また、そのため、圧電振動子２ｂに加わる力も異なることから、圧電振動子２ｂの共振状態は変化する。また、図１０に示すように、ロータ１は、接触部２ａ側の面を覆うように薄板１ｂを有していてもよい。このような構成とすることで、突起部２ｃ−１（２ｃ−２、２ｃ−３）が溝１ａを通過する際のガタツキを防止することができる。例えば、ロータ１は、ステンレスなどの金属からなる構成とすればよい。そして、溝１ａはロータ１に機械加工やエッチングなどにより形成すればよい。また、薄板１ｂはステンレスなどとすればよい。なお、薄板１ｂには、耐摩耗性を向上させるため、窒化処理などを施しておくことが好ましい。ロータ１と薄板１ｂとは、それらの間に薄い接着層を形成するなどして接合、または、中心付近をスポット溶接などで結合すればよい。この場合は、突起部２ｃ−１と薄板１ｂとが接触し、突起部２ｃ−１の楕円振動により薄板１ｂがつき動かされるので、薄板１ｂからロータ１に回転駆動が確実に伝達される構成であればよい。また、このような構成において、溝１ａが形成されている箇所には、空洞が形成されている。したがって、溝１ａの形成箇所と、溝１ａが形成されていない箇所とでは、薄板１ｂのばね定数が異なる。つまり、薄板１ｂにおいて溝１ａの形成箇所は、溝１ａが形成されていない箇所に比べて剛性が低い。したがって、薄板１ｂにおいて、溝１ａの形成箇所に突起部２ｃ−１が位置する場合は、圧電振動子２ｂの共振周波数は低下する。このように、ロータ１に対する突起部２ｃ−１の位置に応じて圧電振動子２ｂの共振状態が変化する。圧電振動子２ｂの共振状態の変化は、振動状態検知電極１４から出力される振動検知信号から検出できる。この共振状態の変化をカウントしておけば、ロータ１の回転量を容易に求めることができる。このようにして、超音波アクチュエータおける回転位置制御を実現できる。
【００４８】
次に、本実施の形態に係る超音波アクチュエータ１００における高効率の駆動方法について説明する。まず、振動状態検知電極１４により検出される振動検知信号の振幅と駆動信号生成部により生成される駆動信号の周波数との関係について説明する。また、振動検知信号と駆動信号との位相差および駆動信号の周波数との関係についても説明する。図１１は、本発明の実施形態に係る超音波アクチュエータ１００における振動検知信号の振幅と、振動検知信号および駆動信号の位相差と、駆動信号の周波数との関係を示すグラフである。
【００４９】
図１１の上段は、振動検知信号の振幅および駆動信号の周波数の関係を示すグラフであり、図１１の下段は振動検知信号および駆動信号の位相差と、駆動信号の周波数との関係を示すグラフである。図１１の上段のグラフにおいて、横軸は駆動信号の周波数（Ｈｚ）であり、縦軸は振動検知信号の振幅（Ｖ）である。また、図１１の下段のグラフにおいて、横軸は駆動信号の周波数（Ｈｚ）であり、縦軸は振動検知信号および駆動信号の位相差（ｄｅｇ）である。図１１に示すように、駆動信号の周波数が共振周波数ｆ１である場合に振動検知信号の振幅が最大になる。また、このとき、振動状態の圧電振動子２ｂの歪みが最大となる。そして、振動検知信号および駆動信号の位相差は、駆動信号が共振周波数ｆ１付近である場合に大きく変化し、駆動信号が共振周波数ｆ１である場合に振動検知信号および駆動信号の位相差はｐ１となる。超音波アクチュエータ１００の駆動においては、圧電振動子２ｂの歪みが最大となっている状態が最も高効率の駆動状態である。なお、本実施の形態においては、超音波アクチュエータ１００の駆動状態が、このように最も高効率となる駆動信号の周波数を最適駆動周波数という。
【００５０】
上述より、超音波アクチュエータ１００の駆動においては、駆動信号は共振周波数ｆ１で駆動させることが好ましい。しかし、超音波アクチュエータ１００にかかる負荷の状態や、周囲温度によりこの共振周波数ｆ１の値は変化する。つまり、図１１に示した状態の場合は、最適駆動周波数はｆ１であるが、最適駆動周波数が常にｆ１であるとは限らない。しかし、圧電振動子２ｂの歪みが最大となる状態における、振動検知信号および駆動信号の位相差ｐ１は、常に一定である。したがって、超音波アクチュエータ１００の駆動において、振動検知信号および駆動信号の位相差ｐ１を一定に保持していれば、駆動信号の周波数を最適駆動周波数に保持でき、圧電振動子２ｂの歪みが最大となる状態を維持することができ、高効率の駆動状態を維持できる。そこで、例えば、振動検知信号および駆動信号の位相差を監視しておき、この位相差をｐ１に維持するような制御を行うことで、超音波アクチュエータ１００を高効率で駆動できる。
【００５１】
また、振動検知信号および駆動信号の位相差を算出するためには、圧電振動子２ｂを振動させた状態でなくてはならないため、圧電振動子２ｂが振動する前には、振動検知信号および駆動信号の位相差をｐ１に設定しておく制御が不可能である。そこで、本実施形態に係る超音波アクチュエータにおいては、駆動信号の電圧値を超音波アクチュエータの不感帯に設定し、振動検知信号および駆動信号の位相差を算出することとし、位相差をｐ１に設定した状態で超音波アクチュエータを駆動させることで、最適駆動周波数による駆動を実現している。それにより、本実施の形態に係る超音波アクチュエータ１００は、駆動開始時および駆動中において高効率の駆動状態を維持する。ここで、不感帯とは、駆動信号の電圧値が低い状態であり、圧電振動子２ａが振動をしているが、その振幅が小さすぎるためロータ１が回転しない状態をいう。図１２は、駆動信号の電圧値と超音波アクチュエータ１００の回転数の関係を示したグラフである。例えば、駆動信号は最適駆動周波数であるとする。図１２に示すように、駆動信号の周波数が最適駆動周波数であったとしても、駆動信号の電圧値が低すぎる場合は、超音波アクチュエータ１００は回転せず、回転数は０である。駆動信号の電圧値がＶ１以上となった場合に、ようやく超音波アクチュエータ１００は駆動し始める。つまり、駆動信号の電圧値がＶ１未満であれば、圧電振動子２ｂは振動しているが、ロータ１は回転を始めない。したがって、超音波アクチュエータ１００が駆動していない状態であるが、圧電振動子２ｂが振動していることから、振動検知信号は生じている。そこで、本実施形態に係る超音波アクチュエータ１００においては、駆動信号の電圧値を不感帯における値とした状態で振動検知信号および駆動信号の位相差を算出し、その位相差がｐ１となるように制御してから、駆動信号の電圧値をＶ１以上とする。つまり、移動体は駆動しない状態において、最適駆動周波数を検出し、最適駆動周波数を検出後、移動体を駆動させることとする。それにより、移動体が駆動を開始する以前に、最適駆動周波数が検出され、移動体が駆動を開始する時には、最適駆動周波数を有する駆動信号により圧電振動子の振動を制御できる。そのため、駆動開始時から超音波アクチュエータは高効率の駆動が実現できる。それにより、超音波アクチュエータ１００の駆動中だけでなく、駆動開始時においても最適駆動周波数の駆動信号を用いることができるため、高効率の駆動が可能となる。
【００５２】
本実施形態に係る超音波アクチュエータ１００の動作について図１３を用いて説明する。図１３は本実施の形態に係る超音波アクチュエータの起動時における動作を説明するためのフローチャートである。まず、図３に示す超音波アクチュエータ１００に駆動指示がなされると、駆動信号生成部１１は初期値とされた周波数および電圧値Ｖｓを有する駆動信号を出力する（Ｓ１）。ここで、初期値とされた電圧値Ｖｓとは、図１２における不感帯における電圧値であり、ＶｓはＶ１よりも小さい値である。また、初期値とされた周波数は、ある状態（標準状態）における共振周波数ｆ１を有することとすればよい。標準状態は、超音波アクチュエータ１００を駆動させる標準的な環境における状態とすればよい。なお、標準状態において、超音波アクチュエータ１００を実際に駆動させることで、共振周波数ｆ１を測定によりあらかじめ求め、共振周波数ｆ１で超音波アクチュエータ１００が駆動している状態における駆動信号と振動検知信号との位相差ｐ１もあらかじめ求めておけばよい。初期値である駆動信号が駆動電流に変換され、圧電振動子２ｂに入力されると、圧電振動子２ｂの先端は公転運動（首振り振動）を行う。そして、突起部２ｃ−１〜２ｃ−３も楕円振動を行う。しかし、駆動信号の電圧値はＶｓであり、不感帯における電圧値であるため、ロータ１は回転しない。
【００５３】
駆動信号生成部１１から出力された駆動信号は、位相比較部１２にも入力される。また、圧電振動子２ｂは振動しているので、振動状態検知電極１４には振動検知信号が生じ、検知信号取出し電極２ｂ−５を介して出力され、位相比較部１２に入力される。位相比較部１２では、振動検知信号と駆動信号との位相差をパルス信号として出力する。そして、フィルタ部１３にこのパルス信号が入力され、交流成分が除去される。具体的には、位相差は、一定の電圧値に変換されてフィルタ部１３から出力され、位相調整部１５に入力される。位相調整部１５には、リファレンス値として例えば、２Ｖの電圧が入力されている。このリファレンス値は、振動検知信号および駆動信号の位相差がｐ１である場合にフィルタ部１３から出力される電圧値であり、あらかじめ測定されている。位相調整部１５では、フィルタ部１３から出力される電圧値とリファレンス値との差を信号として出力する。したがって、位相調整部１５から両者の差が０であるとの信号が出力された場合は振動検知信号および駆動信号の現在の位相差がｐ１であることを示し、現在の駆動信号は最適駆動周波数であるといえる。また、位相調整部１５からの出力が０でないとの信号の場合は、振動検知信号および駆動信号の現在の位相差がｐ１でなく、この駆動信号で超音波アクチュエータ１００を駆動させても、駆動効率は最適ではない。
【００５４】
位相調整部１５からの出力信号は位相判定部１６に入力される。位相判定部１６では、位相調整部１５からの出力信号に応じて振動検知信号および駆動信号の位相差がｐ１であるか否かを判断する（Ｓ２）。
【００５５】
位相判定部１６は、振動検知信号および駆動信号の位相差がｐ１とは異なると判断した場合は、超音波アクチュエータ１００を駆動させないよう、電圧制御発振部１７に指示を送る。そして、電圧制御発振部１７は、位相判定部１６からの指示を受けて、駆動信号の電圧値はＶｓのままとするよう駆動信号生成部１１に指示を送る。さらに、位相判定部１６は位相調整部１５からの出力信号に応じて、振動検知信号および駆動信号の位相差がｐ１に近づくように駆動信号の周波数を変更するよう駆動信号生成部１１に指示を送る。駆動信号生成部１１は、これらの指示を受けて、駆動信号の電圧値をＶｓのまま変更せずに、振動検知信号および駆動信号の位相差がｐ１に近づくよう周波数を変更して出力する（Ｓ３）。そして、再びステップＳ２に戻る。
【００５６】
また、位相判定部１６は、振動検知信号および駆動信号の位相差がｐ１と等しいと判断した場合は、超音波アクチュエータ１００を駆動させるよう、電圧制御発振部１７に指示を送る。そして、電圧制御発振部１７は、位相判定部１６からの指示を受けて、駆動信号の電圧値をＶ１以上の電圧であるＶｍに変更するよう駆動信号生成部１１に指示を送る。なお、この場合、現在の駆動信号の周波数が最適駆動周波数であると検出されている。なお、現在の駆動信号の周波数は最適駆動周波数であることから、駆動信号の周波数は変更しない。そして、駆動信号生成部１１は、駆動信号の電圧値をＶｍに変更し（Ｓ４）、現在の周波数の駆動信号を出力する。
【００５７】
駆動信号生成部１１が、電圧値がＶｍである駆動信号を出力すると、不感帯よりも大きい電圧値であるため、圧電振動子２ｂの振動が大きくなり、ロータ１が回転し始める。すなわち、超音波アクチュエータ１００が駆動を開始する。
【００５８】
上述のように、圧電振動子２ｂが振動し、ロータ１が回転していない状態で、振動検知信号および駆動信号の位相差を用いて、比較部１２、フィルタ部１３、位相調整部１５および位相判定部１６は、駆動信号生成部１１が最適駆動周波数を有する駆動信号を出力するように制御する。それにより、超音波アクチュエータ１００の駆動開始前に駆動信号生成部１１が最適駆動周波数を有する駆動信号を出力することができる。
【００５９】
図１４は超音波アクチュエータに起動指令がなされた後の駆動信号の波形を示すグラフである。図１４において、横軸は電圧であり、横軸は時間である。時間ｔ０において、超音波アクチュエータに起動指令がなされ、駆動信号はその振幅（電圧値）はＶｓのままで周波数が除々に増加していっている。そして、駆動信号は周波数が最適駆動周波数になった時間ｔ１からその振幅がＶｍに変更されている。このように、超音波アクチュエータ１００においては、駆動を開始する際の駆動信号は最適駆動周波数であることから、駆動開始時から高効率の駆動が可能である。
【００６０】
また、駆動中であっても、駆動信号および振動検知信号は位相比較部１２に入力され、それらの位相差がｐ１と等しいか否かが位相比較部１２、フィルタ部１３、位相調整部１５および位相判定部１６により監視されている。したがって、周囲環境の変化や負荷により、最適駆動周波数の値が変化したとしても、位相判定部１６は駆動信号および振動検知信号の位相差がｐ１となる周波数の駆動信号を出力するように、駆動信号生成部１１を制御している。それにより、本実施の形態に係る超音波アクチュエータ１００は駆動開始時および駆動中において、高効率の駆動が可能である。
【００６１】
また、本実施の形態に係る超音波アクチュエータ１００においては、特に圧電振動子２ｂの振動を正確に検出できる振動検知電極１４を有していることから、高精度に振動状態を検出でき、より高精度の制御が可能であるという効果を奏する。特に、振動検知電極１４から出力される振動検知信号はＳ／Ｎ比が高く、高精度の制御を実現できる。
【００６２】
なお、上記リファレンス値、駆動信号の初期値、標準状態の共振周波数ｆ１、位相差ｐ１は、あらかじめ測定され、超音波アクチュエータ１００に記憶されていることとすればよい。
【００６３】
また、上述の本実施の形態においては、超音波アクチュエータ１００の駆動状態が最も高効率となる駆動信号の周波数を最適駆動周波数としたが、最適駆動周波数は、操作者が所望とする値とすればよい。例えば、ある周波数の範囲を定めておき、その範囲において超音波アクチュエータ１００の回転速度および効率が最も高い周波数を最適駆動周波数としてもよい。そして、その最適駆動周波数に対応する振動検知信号および駆動信号の位相差をあらかじめ求めておき、上述したように、その位相差となるように超音波アクチュエータ１００を制御すればよい。
【００６４】
また、本実施の形態に係る超音波アクチュエータ１００において、振動検知信号の代わりに駆動電流を用いることもできる。この駆動電流と駆動信号との位相差は、圧電振動子２ｂの振動状態に応じて変化する。この駆動電流と駆動信号との位相差、駆動電流の振幅および駆動信号の周波数の関係を図１５に示す。図１５は、本発明の実施形態に係る超音波アクチュエータにおける駆動電流の振幅と、駆動電流および駆動信号の位相差と、駆動信号の周波数との関係を示すグラフである。図１５の上段は、駆動電流の振幅および駆動信号の周波数の関係を示すグラフであり、図１５の下段は駆動電流と駆動信号との位相差と、駆動信号の周波数との関係を示すグラフである。図１５の上段のグラフにおいて、横軸は駆動信号の周波数（Ｈｚ）であり、縦軸は駆動電流の振幅（Ａ）である。また、図１５の下段のグラフにおいて、横軸は駆動信号の周波数（Ｈｚ）であり、縦軸は駆動電流と駆動信号との位相差（ｄｅｇ）である。図１５に示すように、駆動信号の周波数が共振周波数ｆ１である場合に、駆動電流の振幅が最大となる。そのとき、振動している圧電振動子２ｂの歪みも最大となる。そして、駆動電流と駆動信号との位相差は、駆動信号が共振周波数ｆ１付近である場合に大きく変化し、駆動電流と駆動信号との位相差は、駆動信号が共振周波数ｆ１である場合にはｐ２となる。そして、この駆動電流と駆動信号との位相差ｐ２は、超音波アクチュエータ１００にかかる負荷の状態や、周囲温度により変化することはなく、常に一定である。つまり、駆動電流と駆動信号との位相差をｐ２に保持しておけば、駆動信号の周波数は最適駆動周波数である。
【００６５】
そこで、駆動電流および駆動信号の位相差がｐ２となる状態で超音波アクチェータ１００が駆動開始および駆動するように制御することで、超音波アクチュエータ１００の駆動開始および駆動中の効率を良くすることができる。具体的には、超音波アクチュエータ１００の電気的な構成を、図１６に示す構成とすればよい。図１６は、本発明の他の実施形態に係る超音波アクチュエータの電気的な構成を説明するための図である。図３に示した、本発明の実施形態に係る超音波アクチュエータの電気的な構成とは、位相比較部１２に振動検知信号の代わりに駆動電流が入力される点であり、他の構成は略同一である。また、本発明の他の実施形態に係る超音波アクチュエータ１００ａの動作についても、位相比較部１２に振動検知信号の代わりに駆動電流が入力され、位相比較部１２により、それらの位相差がパルス信号として、出力されることとする以外は、本発明の実施形態に係る超音波アクチュエータ１００と略同様である。
【００６６】
それにより、超音波アクチュエータ１００ａにおいても、駆動開始時の駆動信号は最適駆動周波数であることから、駆動開始時から高効率の駆動が可能である。また、駆動中であっても、本発明の他の実施形態に係る超音波アクチュエータ１００ａは高効率の駆動が可能である。それにより、駆動開始時および駆動中において、高効率の駆動が可能である。また、超音波アクチュエータ１００ａは、新たに部材を追加することなく、上記したように高効率の駆動が実現できるという効果を奏する。
【００６７】
本発明を表現するために、上述において図面を参照しながら実施形態を通して本発明を適切且つ十分に説明したが、当業者であれば上述の実施形態を変更および／または改良することは容易に為し得ることであると認識すべきである。したがって、当業者が実施する変更形態または改良形態が、請求の範囲に記載された請求項の権利範囲を離脱するレベルのものでない限り、当該変更形態または当該改良形態は、当該請求項の権利範囲に包括されると解釈される。
【符号の説明】
【００６８】
１    ロータ                                １ａ  溝
１ｂ  薄板                                  １ｃ  異なる材料
２    振動体                                ２ａ  接触部
２ｂ  圧電振動子                            ２ｂ−１〜２ｂ−４  駆動電極
２ｂ−５  検知信号取出し電極                ２ｂ−６  接地電極
２ｃ、２ｃ−１〜２ｃ−３  突起部            ２ｄ〜２ｈ  内部電極
３    回転軸                                ５    錘部
６    加圧部                                ７    ケース
１０  駆動信号制御部                        １１  駆動信号生成部
１２  位相比較部                            １３  フィルタ部
１４  振動状態検知電極                      １５  位相調整部
１６  位相判定部                            １７  電圧制御発振部
２０  圧電薄板                              ２１  リードスクリュー
２２  レンズ                                ２２ａ  ガイドレール
２２ｂ  レンズ支持部                        ２３  ケース
２４  支持フレーム                          ２５、２７  軸受け
２６  キャップ                              ２６ａ  窪み
１００、１００ａ  超音波アクチュエータ      ３００  レンズ駆動ユニット
Ｐ    節
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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