(57)【要約】【課題】消費電力の少ない駆動装置を提供する。【解決手段】駆動装置１は、圧電素子を用いて構成されたアクチュエータ本体４及びアクチュエータ本体４に設けられてアクチュエータ本体４の振動に従って運動することで駆動力を出力する駆動子８，８を有する超音波アクチュエータ２と、周波数が同じで位相が異なる第１及び第２交流電圧を圧電素子に印加してアクチュエータ本体４に振動を発生させる制御部１０とを備えている。制御部１０は、第１交流電圧と前記第２交流電圧とを電圧値が互いに異なるように調節する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電素子を用いて構成されたアクチュエータ本体を有し、該アクチュエータ本体を振動させることによって駆動力を出力する振動型アクチュエータと、
周波数が同じで位相が異なる第１及び第２交流電圧を前記圧電素子に印加して該アクチュエータ本体に振動を発生させる制御部とを備え、
前記制御部は、前記第１交流電圧と前記第２交流電圧とを電圧値が互いに異なるように調節する駆動装置。
【請求項２】
請求項１に記載の駆動装置において、
前記第１交流電圧に対応して流れる第１電流を検出する第１電流検出部と、
前記第２交流電圧に対応して流れる第２電流を検出する第２電流検出部とをさらに備え、
前記制御部は、前記第１及び第２電流検出部の検出結果に基づいて、前記第１交流電圧の電圧値及び／又は前記第２交流電圧の電圧値を調節する駆動装置。
【請求項３】
請求項１に記載の駆動装置において、
前記第１交流電圧に対応して流れる第１電流と、前記第２交流電圧に対応して流れる第２電流とを予め記憶しておく記憶部をさらに備え、
前記制御部は、前記記憶部に記憶している前記第１及び第２電流に基づいて、前記第１交流電圧の電圧値及び／又は前記第２交流電圧の電圧値を調節する駆動装置。
【請求項４】
請求項２又は３に記載の駆動装置において、
前記制御部は、前記第１電流の電流値と前記第２電流の電流値との差が所定の閾値以下となるように、前記第１交流電圧の電圧値及び／又は前記第２交流電圧の電圧値を調節する駆動装置。
【請求項５】
請求項４に記載の駆動装置において、
前記制御部は、前記第１電流の電流値と前記第２電流の電流値との差が所定の閾値以下となるように、前記第１及び第２電流のうち電流値が大きい方に対応する前記第１又は第２交流電圧の電圧値を下げる駆動装置。
【請求項６】
請求項４に記載の駆動装置において、
前記制御部は、前記第１電流の電流値と前記第２電流の電流値との差が所定の閾値以下となるように、前記第１及び第２電流のうち電流値が小さい方に対応する前記第１又は第２交流電圧の電圧値を上げる駆動装置。
【請求項７】
請求項２又は３に記載の駆動装置において、
前記制御部は、前記第１及び第２電流が所定の上限値以下となるように、前記第１交流電圧の電圧値及び／又は前記第２交流電圧の電圧値を調節する駆動装置。
【請求項８】
請求項２又は３に記載の駆動装置において、
前記制御部は、前記第１及び第２電流のうち電流値が大きい方の電流値が所定の上限値となるように、前記第１交流電圧の電圧値及び／又は前記第２交流電圧の電圧値を調節する駆動装置。
【請求項９】
請求項１乃至８の何れか１つに記載の駆動装置において、
前記アクチュエータ本体は、縦振動と屈曲振動とを行う駆動装置。
【請求項１０】
請求項１乃至９の何れか１つに記載の駆動装置において、
前記制御部は、前記アクチュエータ本体に振動を発生させることによって駆動対象物を移動させて該駆動対象物の位置を制御しており、前記第１交流電圧と前記第２交流電圧との位相差を調節することによって駆動対象物の移動速度を制御する駆動装置。
【請求項１１】
請求項１乃至１０の何れか１つに記載の駆動装置において、
前記制御部は、前記第１及び第２交流電圧を調節後、所定の時間が経過すると元に戻す駆動装置。
【請求項１２】
請求項１乃至１１の何れか１つに記載の駆動装置において、
前記制御部は、前記アクチュエータ本体に振動を発生させることによって駆動対象物を移動させて該駆動対象物の位置を制御しており、
前記第１及び第２駆動電圧の電圧値の制御周期は、前記駆動対象物の位置の制御周期よりも長い駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アクチュエータ本体及び駆動子を有する振動型アクチュエータを備えた駆動装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、各種電気機器等に用いられる、振動型アクチュエータを備えた駆動装置が知られている（例えば、特許文献１）。
【０００３】
特許文献１に記載の駆動装置に係る振動型アクチュエータは、圧電素子で構成されたアクチュエータ本体を有しており、該アクチュエータ本体に設けられた駆動子が可動体としてのロータに当接する状態で配置されている。この駆動装置は、周波数が同じで位相が異なる２相の交流電圧をアクチュエータ本体中の圧電素子に印加することによって、アクチュエータ本体を振動させて、それに従って駆動子を運動させる。そうすることで、駆動子からロータに駆動力を出力し、ロータを所定の方向に駆動する。このとき、駆動装置は、ロータの目標速度と実際の速度との偏差に応じて２相の交流電圧の位相差を調節することによって、ロータの速度を制御している。
【特許文献１】特開２００８−１９３８７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、圧電素子には発電効果があるため、一方のチャンネルの入力電圧が、他方のチャンネルの入力電圧に相互作用を及ぼす。また、素子の製造上の非対称性や駆動時の素子に作用する圧力の非対称性によって、相互作用の割合が不均一になる場合がある。その場合には、同じ交流電圧を印加しても２相の交流電圧の周波数、位相差によっては流れる電流に差異が生じ、想定の範囲を超える電流が流れてしまい、消費電力が大きくなってしまう場合がある。
【０００５】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、消費電力の少ない駆動装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る駆動装置は、圧電素子を用いて構成されたアクチュエータ本体を有し、該アクチュエータ本体を振動させることによって駆動力を出力する振動型アクチュエータと、周波数が同じで位相が異なる第１及び第２交流電圧を前記圧電素子に印加して該アクチュエータ本体に振動を発生させる制御部とを備え、前記制御部は、前記第１交流電圧と前記第２交流電圧とを電圧値が互いに異なるように調節するものとする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、アクチュエータ本体に印加する２相の交流電圧の電圧値を常に一致させるのではなく、互いに異ならせることができるため、運転状態に応じて何れかの交流電圧の電圧値を調節することができ、消費電力を低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【０００９】
図１は、本実施形態に係る駆動装置のブロック図であり、図２は、駆動装置の概略斜視図である。本実施形態に係る駆動装置１は、超音波アクチュエータ２と、該超音波アクチュエータ２によって所定の可動方向に駆動される移動体９と、該超音波アクチュエータ２に電圧を印加する駆動電源１１と、該超音波アクチュエータ２に流れる電流を検出する第１及び第２電流検出部１２Ａ，１２Ｂと、該移動体９の位置を検出する位置センサ１３と、該駆動電源１１を制御することによって該超音波アクチュエータ２を制御する制御部１０とを備えている。
【００１０】
《１：超音波アクチェータの構成》
〈１．１：全体構成〉
本実施形態に係る超音波アクチュエータ２は、アクチュエータ本体４と、該アクチュエータ本体４に設けられた駆動子８，８と、該アクチュエータ本体４を収容するケース５と、該アクチュエータ本体４をケース５に対して支持する支持部６Ａ〜６Ｃと、該アクチュエータ本体４に給電するための第１及び第２フレキシブルケーブル７Ａ，７Ｂとを有していて、アクチュエータ本体４に伸縮振動と屈曲振動とを発生させることによって、移動体９との間に相対的な駆動力を発生するものである。この超音波アクチュエータ２が振動型アクチュエータを構成し、移動体９が駆動対象物を構成する。
【００１１】
図２に示すように、アクチュエータ本体４は、略直方体の圧電素子（例えば、長さ６．０ｍｍ×幅１．７ｍｍ×厚み２．０ｍｍのもの）で構成されている。アクチュエータ本体４は、図２の紙面手前から奥に向かう方向に、圧電体層と電極層が積層されている。図２において、アクチュエータ本体４の紙面手前の面が圧電体層４１の主面である。以下、互いに対向する１対の圧電体層の主面を「主面」という。また、主面と直交し、主面の長辺と平行な、互いに対向する１対の面を「長辺側面」という。また、主面と直交し、主面の短辺と平行な、互いに対向する１対の面を「短辺側面」という。主面、長辺側面及び短辺側面がアクチュエータ本体４の外面を構成し、長辺側面及び短辺側面がアクチュエータ本体４の周囲面を構成している。本実施形態では、主面、長辺側面及び短辺側面のうち主面が最大の面積を有している。本実施の形態では、アクチュエータ本体４が振動子を構成する。
【００１２】
アクチュエータ本体４は、支持体であるケース５に収容されている。そして、３つの支持部６Ａ，６Ｂ，６Ｃを介してケース５に支持されている。３つの支持部６Ａ，６Ｂ，６Ｃはともに弾性体である。２つの短辺側面とケース５の間には、それぞれ、支持部６Ａ，６Ｃが圧入されている。こうして、アクチュエータ本体４は、主面の長辺方向から、支持部６Ａ，６Ｃによって支持されている。
【００１３】
アクチュエータ本体４の２つの短辺側面と支持部６Ａ，６Ｃとの間には、それぞれ、第１及び第２フレキシブルケーブル７Ａ，７Ｂが挟持されている。
【００１４】
アクチュエータ本体４の一方の長辺側面には駆動子８，８が設けられており、これらの駆動子８，８は平板状の移動体９に当接している。具体的には、アクチュエータ本体４の、後述する２次モードの屈曲振動の腹の近傍に駆動子８，８が固定されている。駆動子８，８は、円柱形状であり、アクチュエータ本体４と線接触状に接触している。駆動子８，８とアクチュエータ本体４とは接着剤により固定されている。接着剤は、圧電体層４１および駆動子８，８よりも柔らかいものを用いている。柔らかさは、例えば、弾性率によって比較できる。駆動子８及び移動体９のうち駆動子８と接触する部分は、例えばジルコニア、アルミナ、窒化珪素を主成分とするセラミック材料または、樹脂材料からなるものである。
【００１５】
アクチュエータ本体４の他方の長辺側面、言い換えると、駆動子８，８が設けられた長辺側面とは反対側の長辺側面とケース５との間には、支持部６Ｂが設けられている。支持部６Ｂは、移動体９へ向かう方向（アクチュエータ本体４の短手方向）に圧縮されて設けられている。支持部６Ｂは、その反力により、アクチュエータ本体４を移動体９に押圧している。これにより、駆動子８，８の先端部と移動体９との摩擦力が高められ、アクチュエータ本体４の振動による駆動力が駆動子８，８を介して効率よく移動体９に伝搬される。
【００１６】
〈１．２：アクチュエータ本体４〉
本実施形態に係るアクチュエータ本体４は、略直方体形状である。このアクチュエータ本体４は、圧電体である略矩形状の複数の圧電体層４１と、前記圧電体層４１の間に設けられた内部電極層とを有している。アクチュエータ本体４は、図２の紙面手前から奥に向かう方向（以下、厚み方向ともいう）に、圧電体層と内部電極層が積層されている。
【００１７】
図４は、本実施形態に係るアクチュエータ本体４の正投影図法による展開図である。図３において、真ん中の図は主面の図であり、主面の左右の図は短辺側面の図であり、主面の上下の図は長辺側面の図である。内部電極層は主面から見えないが、主面に投影した位置を主面に破線で示してある。また、図４は、本実施形態に係るアクチュエータ本体４の各層を積層方向から見た図である。
【００１８】
図４に示すように、アクチュエータ本体４は、略矩形状の圧電体層４１と内部電極層とを交互に積層してなる略直方体状のものである。この圧電体層４１は、例えばチタン酸ジルコン酸鉛などのセラミック材料からなる絶縁体層である。内部電極層は、積層方向（アクチュエータ本体４の厚み方向）に圧電体層４１を介して交互に配された給電電極４２及び対向電極４３からなる。内部電極層は、例えば銀、パラジウムを主成分とする金属からなる電極層であって、圧電体層４１の主面上に設けられている。
【００１９】
図３に示すように、アクチュエータ本体４の短辺側面には、給電外部電極４４と、対向外部電極４５とが形成されている。詳しくは、給電外部電極４４は、第１給電外部電極４４Ａと、第２給電外部電極４４Ｂとに分かれている。第１給電外部電極４４Ａおよび第２給電外部電極４４Ｂは、アクチュエータ本体４の２つの短辺側面のうち一方の面に設けられている。また、対向外部電極４５は２つ形成されていて、他方の短辺側面に設けられている。これらの電極４４Ａ，４４Ｂ，４５は、互いに絶縁されている。言い換えれば、これらの電極４４Ａ，４４Ｂ，４５は、互いに電気的に接続されていない。さらに、アクチュエータ本体４の一方の長辺側面には第１接続外部電極４６Ａが設けられ、他方の長辺側面には第２接続外部電極４６Ｂが設けられている。これら第１接続外部電極４６Ａ及び第２接続外部電極４６Ｂは、互いに絶縁されている。
【００２０】
給電電極４２は、図４（Ｂ）および図４（Ｃ）に示すように、複数の圧電体層４１のうちの少なくとも１つの圧電体層４１の主面に設けられている。具体的には、給電電極４２は、複数の圧電体層４１のうちの少なくとも１つの圧電体層４１の主面に、図４（Ｂ）に示すような第１パターンで設けられている。また、給電電極４２は、第１パターンで設けられている圧電体層４１と異なる圧電体層４１の主面に、第１パターンと異なる図４（Ｃ）に示すような第２パターンで設けられている。
【００２１】
具体的には、第１パターンで形成された給電電極４２、および、第２パターンで形成された給電電極４２は、それぞれ、第１給電電極４２Ａ，４２Ａと、該第１給電電極４２Ａ，４２Ａとは電気的に接続されていない第２給電電極４２Ｂ，４２Ｂとを有する。
【００２２】
第１及び第２パターンの何れのパターンにおいても、第１給電電極４２Ａ，４２Ａは、圧電体層４１の主面をその長手方向Ｌ及び短手方向Ｓにそれぞれ２等分してなる４つの領域Ａ１〜Ａ４（図５参照）のうち、圧電体層４１の主面の第１対角線方向Ｄ１に並ぶ２つの領域Ａ２，Ａ４に形成されている。また、第２給電電極４２Ｂ，４２Ｂは、該４つの領域Ａ１〜Ａ４（図５参照）のうち、圧電体層４１の主面の第２対角線方向Ｄ２に並ぶ２つの領域Ａ１，Ａ３に形成されている。
【００２３】
そして、第１パターンの給電電極４２は、圧電体層４１の主面の長手方向中央において短手方向に延びる第１接続電極Ｊ１を有している。第１パターンにおける前記２つの領域Ａ２，Ａ４に形成された第１給電電極４２Ａ，４２Ａは、該第１接続電極Ｊ１によって互いに電気的に接続されている。また、第２パターンの給電電極は、圧電体層４１の主面の長手方向中央において短手方向に延びる第２接続電極Ｊ２を有している。第２パターンにおける前記２つの領域Ａ１，Ａ３に形成された第２給電電極４２Ｂ，４２Ｂは、該第２接続電極Ｊ２によって互いに電気的に接続されている。
【００２４】
また、第１及び第２パターンのいずれのパターンにおいても、前記２つの領域Ａ２，Ａ４に形成されている第１給電電極４２Ａ，４２Ａのうち、第１給電外部電極４４Ａが形成されている短辺側面に近い領域Ａ２に形成されている第１給電電極４２Ａには、第１給電外部電極４４Ａまで延びる第１給電引出電極４２ａが設けられている。こうして、領域Ａ２の第１給電電極４２Ａは、第１給電引出電極４２ａを介して第１給電外部電極４４Ａに電気的に接続されている。また、前記２つの領域Ａ２，Ａ４に形成されている第１給電電極４２Ａ，４２Ａのうち、第１給電外部電極４４Ａが形成されている短辺側面から遠い領域Ａ４に形成されている第１給電電極４２Ａには、長辺側面に形成された第１接続外部電極４６Ａまで延びる第１給電引出電極４２ａが設けられている。こうして、異なる圧電体層４１に設けられた、領域Ａ４の第１給電電極４２Ａはそれぞれ、第１接続外部電極４６Ａを介して電気的に接続されている。そして、第１パターンにおける領域Ａ４の第１給電電極４２Ａは、領域Ａ２の第１給電電極４２Ａに第１接続電極Ｊ１を介して電気的に接続されているため、第１パターンにおける領域Ａ４の第１給電電極４２Ａに第１接続外部電極４６Ａを介して電気的に接続された第２パターンにおける領域Ａ４の第１給電電極４２Ａは、第１給電外部電極４４Ａに第１パターンの第１接続電極Ｊ１を介して電気的に接続されることになる。
【００２５】
さらに、第１及び第２パターンのいずれのパターンにおいても、前記２つの領域Ａ１，Ａ３に形成されている第２給電電極４２Ｂ，４２Ｂのうち、第２給電外部電極４４Ｂが形成されている短辺側面に近い領域Ａ３に形成されている第２給電電極４２Ｂには、第２給電外部電極４４Ｂまで延びる第２給電引出電極４２ｂが設けられている。こうして、領域Ａ３の第２給電電極４２Ｂは、第２給電引出電極４２ｂを介して第２給電外部電極４４Ｂに電気的に接続されている。また、前記２つの領域Ａ１，Ａ３に形成されている第２給電電極４２Ｂ，４２Ｂのうち、第２給電外部電極４４Ｂが形成されている短辺側面から遠い領域Ａ１に形成されている第２給電電極４２Ｂには、長辺側面に形成された第２接続外部電極４６Ｂまで延びる第２給電引出電極４２ｂが設けられている。こうして、異なる圧電体層４１に設けられた、領域Ａ１の第２給電電極４２Ｂはそれぞれ、第２接続外部電極４６Ｂを介して電気的に接続されている。そして、第２パターンにおける領域Ａ１の第２給電電極４２Ｂは、領域Ａ３の第２給電電極４２Ｂに第２接続電極Ｊ２を介して電気的に接続されているため、第２パターンにおける領域Ａ１の第２給電電極４２Ｂと第２接続外部電極４６Ｂを介して電気的に接続された第１パターンにおける領域Ａ１の第２給電電極４２Ｂは、第２給電外部電極４４Ｂに第２パターンの第２接続電極Ｊ２を介して電気的に接続されることになる。
【００２６】
前記対向電極４３は、図４（Ｄ）に示すように、圧電体層４１の主面のほぼ全面に亘って設けられている。具体的には、対向電極４３は、圧電体層４１の主面の該周縁領域には形成されておらず、該周縁領域よりも内側の領域のほぼ全面に亘って形成されている。対向電極４３には、対向外部電極４５，４５が形成されている短辺側面に近い短辺の両端部から該対向外部電極４５，４５に向かってそれぞれ延びて該対向外部電極４５，４５に接続される対向引出電極４３ｇ，４３ｇが設けられている。こうして、対向電極４３は、対向引出電極４３ｇを介して対向外部電極４５に電気的に接続されている。また、異なる圧電体層４１上の対向電極４３同士は、対向引出電極４３ｇおよび対向外部電極４５を介して電気的に接続されている。
【００２７】
このように構成された給電電極４２又は対向電極４３が主面に設けられた圧電体層４１を積層することによって、アクチュエータ本体４が構成されている。具体的には、複数の圧電体層４１，４１，…が、第１パターンの給電電極４２が設けられた圧電体層４１、対向電極４３が設けられた圧電体層４１、第２パターンの給電電極４２が設けられた圧電体層４１、対向電極４３が設けられた圧電体層４１、第１パターンの給電電極４２が設けられた圧電体層４１、対向電極４３が設けられた圧電体層４１、…の順で積層されている。このとき、圧電体層４１，４１，…は、給電電極４２又は対向電極４３が設けられた主面が同じ方向を向くように、即ち、一の圧電体層４１の給電電極４２又は対向電極４３が設けられた主面が、他の圧電体層４１の給電電極４２又は対向電極４３が設けられていない主面と対向するようにして、積層されている。尚、積層の始め及び／又は終わりにおいては、給電電極４２又は対向電極４３が外部に露出しないように、給電電極４２及び対向電極４３が設けられていない圧電体層４１が積層されている。
【００２８】
このように、圧電体層４１、給電電極４２及び対向電極４３を積層した結果、各圧電体層４１は、給電電極４２（詳しくは、第１給電電極４２Ａ及び第２給電電極４２Ｂ）と対向電極４３とで挟まれている。すなわち、給電電極４２と対向電極４３とは、アクチュエータ本体４を挟んで、積層方向から見て重なっている。ここで、各圧電体層４１は、給電電極４２側から対向電極４３側へと分極されている。
【００２９】
ただし、圧電体層４１には、積層方向から見て、給電電極４２と対向電極４３とが重なっていない領域が存在する（図３参照）。例えば、第１給電引出電極４２ａ及び第２給電引出電極４２ｂや、対向引出電極４３ｇ，４３ｇはそれぞれ、積層方向から見て対向電極４３や給電電極４２と重なっていない。圧電体層４１における、かかる領域に相当する部分には電界が生じない。つまり、この部分は圧電的に不活性な部分となる。具体的には、圧電体層４１の短辺側面近傍の部分は、積層方向から見て、給電電極４２と対向電極４３とが重なっておらず、圧電的に不活性な部分となっている。
【００３０】
〈１．３：電気接続部材〉
本実施形態においては、電気接続部材として、フレキシブルケーブルを用いている。図２に示すように、第１及び第２フレキシブルケーブル７Ａ，５Ｂは、アクチュエータ本体４の両短辺側面において、該アクチュエータ本体４に電気的に接続されている。第１フレキシブルケーブル７Ａと第２フレキシブルケーブル５Ｂとは同じ形状である。
【００３１】
図６は、第１及び第２フレキシブルケーブル７Ａ，５Ｂとアクチュエータ本体４の側面との接続の位置関係を示す図である。図６に示すように、第１及び第２フレキシブルケーブル７Ａ，５Ｂは、絶縁性の樹脂基板と、該樹脂基板上に銅をプリントした形成された複数の電気線とを有する。各電気線は、互いに絶縁されている。
【００３２】
第１フレキシブルケーブル７Ａは、アクチュエータ本体４の一方の短辺側面に接続される。第１フレキシブルケーブル７Ａは、第１給電外部電極４４Ａに接続される電気線５１Ａと、第２給電外部電極４４Ｂに接続される電気線５１Ｂとを有している。
【００３３】
また、第２フレキシブルケーブル５Ｂは、アクチュエータ本体４の他方の短辺側面に接続される。第２フレキシブルケーブル５Ｂは、対向外部電極４５，４５に接続される電気線５２，５２を有している。
【００３４】
また、第１フレキシブルケーブル７Ａは、圧電体層４１の主面の短辺の中点を通り短辺側面に直交する面に対して対称な形状をしている。第２フレキシブルケーブル５Ｂも、第１フレキシブルケーブル７Ａと同様に、圧電体層４１の主面の短辺の中点を通り短辺側面に直交する面に対して対称な形状をしている。また、第１フレキシブルケーブル７Ａと第２フレキシブルケーブル５Ｂとは、圧電体層４１の主面の長辺の中点を通り主面に直交する面に対して対称な形状をしている。
【００３５】
すなわち、第１フレキシブルケーブル７Ａのアクチュエータ本体４との接続部は、圧電体層４１の主面の短辺の中点を通り短辺側面に直交する面に対して対称な形状である。第２フレキシブルケーブル５Ｂのアクチュエータ本体４との接続部も同様に、圧電体層４１の主面の短辺の中点を通り短辺側面に直交する面に対して対称な形状である。また、第１フレキシブルケーブル７Ａのアクチュエータ本体４との接続部と第２フレキシブルケーブル５Ｂのアクチュエータ本体４との接続部とは、圧電体層４１の主面の長辺の中点を通り主面に直交する面に対して対称な形状である。
【００３６】
第１及び第２フレキシブルケーブル７Ａ，７Ｂとアクチュエータ本体４との各接続部は、異方性導電性接着シートを用いて電気的に接続および接着されている。異方性導電性接着シートは、樹脂に導電粒子を分散させたものをシート状に成型したものである。また、異方性導電性接着シートは、接着方向、すなわち、シートの厚み方向の電気導電性があるが、接着面内方向の電気導電性がない。したがって、アクチュエータ本体４の短辺側面に設けられた複数の電極を一つの異方性導電性接着シートによって互いに絶縁された状態で第１又は第２フレキシブルケーブル７Ａ，７Ｂの各電気線と導通させることができる。接続方法は、まず、ポリイミド製の第１又は第２フレキシブルケーブル７Ａ，７Ｂとアクチュエータ本体４との間に、異方性導電シートを挟みこむ。次に、加熱した平面状のこてにより、第１又は第２フレキシブルケーブル７Ａ，７Ｂをアクチュエータ本体４の方向に加圧する。これにより、第１又は第２フレキシブルケーブル７Ａ，７Ｂとアクチュエータ本体４とは、導電粒子により電気的に接続されると共に、異方性導電シートの樹脂の効果により接着される。
【００３７】
第１及び第２フレキシブルケーブル７Ａ，７Ｂとアクチュエータ本体４との接続部はそれぞれ、支持部６Ａ及び支持部６Ｃとアクチュエータ本体４との間に位置する。すなわち、第１フレキシブルケーブル７Ａは支持部６Ａによってアクチュエータ本体４に押し付けられている。また、第２フレキシブルケーブル７Ｂは支持部６Ｃによってアクチュエータ本体４に押し付けられている。
【００３８】
なお、第１給電外部電極４４Ａに接続される電気線５１Ａは第１給電導電部材の一例である。第２給電外部電極４４Ｂに接続される電気線５１Ｂは第２給電導電部材の一例である。対向外部電極４５に接続される電気線５２は対向導電部材の一例である。第１フレキシブルケーブル７Ａは第１電気接続部材の一例である。そして、第２フレキシブルケーブル７Ｂは第２電気接続部材の一例である。
【００３９】
第１及び第２フレキシブルケーブル７Ａ，７Ｂは、後述する駆動電源１１に接続されている。そして、駆動電源１１から第１及び第２フレキシブルケーブル７Ａ，７Ｂを通じて、アクチュエータ本体４に駆動電圧を印加することによって、アクチュエータ本体４に伸縮振動と屈曲振動を含む振動を発生させる。そして、アクチュエータ本体４の振動により駆動子８がアクチュエータ本体４に従って周回運動する。
【００４０】
《２：駆動装置の構成》
駆動装置１における駆動電源１１は、クロック発生部１４と、位相シフト部１５と、第１及び第２増幅部１６Ａ，１６Ｂと、第１及び第２波形整形部１７Ａ，１７Ｂとを有し、２相の正弦波の駆動電圧をアクチュエータ本体４に印加する。
【００４１】
クロック発生部１４は、制御部１０からの制御信号に基づいて、所定の基準周波数を有する矩形波の信号（以下、基準クロック信号という）を第１増幅部１６Ａと位相シフト部１５へ出力する。位相シフト部１５は、制御部１０からの制御信号に基づいて、基準クロック信号をその位相をシフトさせて第２増幅部１６Ｂへ出力する。第１及び第２増幅部１６Ａ，１６Ｂはそれぞれ、入力された基準クロック信号を所定の電圧まで増幅させて第１及び第２波形整形部１７Ａ，１７Ｂへ出力する。第１及び第２波形整形部１７Ａ，１７Ｂはそれぞれ、第１及び第２増幅部１６Ａ，１６Ｂから入力された信号を正弦波に整形して第１及び第２駆動電圧としてアクチュエータ本体４へ出力する。第１波形整形部１７Ａから出力された第１駆動電圧は、アクチュエータ本体４の第１給電電極４２Ａと対向電極４３との間に印加され、第２波形整形部１７Ｂから出力された第２駆動電圧は、アクチュエータ本体４の第２給電電極４２Ｂと対向電極４３との間に印可される。
【００４２】
図６は、超音波アクチュエータ２と駆動電源１１との等価回路図である。尚、クロック発生部１４と位相シフト部１５とは、省略している。
【００４３】
第１及び第２増幅部１６Ａ，１６Ｂはそれぞれ、一端が電源電圧側に接続されたスイッチング素子と、一端がグランドに接続されたスイッチング素子とを直列に接続して構成され、ハーフブリッジを形成している。本実施形態では、スイッチング素子として、ＦＥＴを用いている。ただし、スイッチング素子はＦＥＴに限られるものではない。第１及び第２波形整形部１７Ａ，１７Ｂはそれぞれ、コイルで構成されている。第１波形整形部１７Ａは、一端が第１増幅部１６Ａの２つのＦＥＴの接続点に接続され、他端がアクチュエータ本体４の第１給電電極４２Ａに接続されている。第２波形整形部１７Ｂは、一端が第２増幅部１６Ｂの２つのＦＥＴの接続点に接続され、他端がアクチュエータ本体４の第２給電電極４２Ｂに接続されている。こうして、アクチュエータ本体４は、コイルとハーフブリッジとの間に直列に接続されている。
【００４４】
第１及び第２増幅部１６Ａ，１６Ｂはそれぞれ、２つのＦＥＴのＯＮ／ＯＦＦを切り換えることによって、電源電圧と同じ（最大）電圧値の矩形波の電圧を出力する。そして、アクチュエータ本体４の容量と第１及び第２波形整形部１７Ａ，１７Ｂのインダクタンスによりローパスフィルターが形成され、第１及び第２増幅部１６Ａ，１６Ｂから出力された矩形波の電圧は、正弦波の駆動電圧に整形されて、アクチュエータ本体４に印加される。尚、コイルのインダクタンスと圧電素子の容量によるローパスフィルタのカットオフ周波数は、アクチュエータ本体４のの駆動電圧の周波数（以下、駆動周波数ともいう）より高いことが望ましい。
【００４５】
駆動電源１１は、第１及び第２増幅部１６Ａ，１６ＢのＦＥＴのＯＮ／ＯＦＦ操作タイミングを制御することによって、第１及び第２駆動電圧の周波数、位相及び実効値を調節する。
【００４６】
詳しくは、駆動電源１１は、第１及び第２増幅部１６Ａ，１６ＢのＦＥＴをクロック発生部１４から入力される基準クロック信号に基づいてＯＮ／ＯＦＦ操作することによって、該基準クロック信号の周波数に応じた周波数の第１及び第２駆動電圧を出力する。つまり、クロック発生部１４から出力される基準クロック信号の周波数を調節することによって、第１及び第２駆動電圧の周波数を調節することができる。
【００４７】
また、駆動電源１１は、位相シフト部１５により、第２増幅部１６Ｂに入力される基準クロック信号の位相を第１増幅部１６Ａに入力される基準クロック信号に対してずらすことによって、第２増幅部１６ＢのＦＥＴを、第１増幅部１６ＡのＦＥＴとはずれたタイミングでＯＮ／ＯＦＦ操作して、第１駆動電圧に対して位相がずれた第２駆動電圧を出力する。つまり、位相シフト部１５でシフトさせる位相量を調節することによって、第１駆動電圧と第２駆動電圧との位相差を調節することができる。
【００４８】
さらに、駆動電源１１は、第１及び第２増幅部１６Ａ，１６Ｂのそれぞれにおいて、制御部１０からの制御信号に基づいて、２つのＦＥＴのうちの一方のＦＥＴをＯＮさせる時間と他方のＦＥＴをＯＮさせる時間との割合を調節することによって、矩形波電圧のデューティ比（１周期に対するＯＮ時間の割合）を変更して、第１及び第２駆動電圧の実効値を変更する。つまり、第１及び第２増幅部１６Ａ，１６Ｂのそれぞれにおいて矩形波電圧のデューティ比を調節することによって、第１及び第２駆動電圧の実効値を調節することができる。尚、本実施形態では、駆動電源１１は、矩形波電圧のデューティ比を０％から５０％の間で調節する。
【００４９】
尚、第１および第２の駆動電圧を発生する２つのチャンネルのハーフブリッジで説明したが、２つのチャンネルのフルブリッジやアンプ構成で電源回路を構成してもよい。
【００５０】
ここで、第１波形整形部１７Ａとアクチュエータ本体４の第１給電電極４２Ａとの間には、第１電流検出部１２Ａが直列に接続されている。また、第２波形整形部１７Ｂとアクチュエータ本体４の第２給電電極４２Ｂとの間には、第２電流検出部１２Ｂが直列に接続されている。これら第１及び第２給電電極４２Ａ，４２Ｂは抵抗で構成されており、その両端にかかる電圧差により電流を検出する。こうして、第１電流検出部１２Ａは、第１駆動電圧に対応してアクチュエータ本体４の第１給電電極４２Ａと対向電極４３との間を流れる電流（以下、第１電流という）を検出し、第２電流検出部１２Ｂは、第２駆動電圧に対応してアクチュエータ本体４の第２給電電極４２Ｂと対向電極４３との間に流れる電流（以下、第２電流という）とを検出する。ただし、抵抗値があまり大きすぎると、超音波アクチュエータ２の動作時の効率が悪くなるため、第１及び第２電流検出部１２Ａ，１２Ｂの抵抗値は、０．１〜１００Ω程度が好ましい。
【００５１】
また、位置センサ１３は、移動体９に近接して配置されている。この位置センサ１３は、移動体９の位置を検出して、その位置情報を制御部１０へ出力する。
【００５２】
《３：駆動装置の動作》
〈３．１：基本動作〉
以下、超音波アクチュエータ２の動作について説明する。図８は、本実施形態に係る１次の伸縮振動の変位を示す概念図であり、図９は、２次の屈曲振動の変位を示す概念図であり、図１０は、アクチュエータ本体４の動作を示す概念図である。なお、図８〜図１０においては、アクチュエータ本体４の主面はその紙面と平行な位置関係にある。
【００５３】
第２フレキシブルケーブル７Ｂの電気線５２がグラウンドに接続される。駆動電源１１は、電気線５１Ａ及び第１給電外部電極４４Ａを介して圧電体層４１の主面の第１給電電極４２Ａに所定の周波数の正弦波の第１駆動電圧を印加すると共に、電気線５１Ｂ及び第２給電外部電極４４Ｂを介して第２給電電極４２Ｂに第１駆動電圧とほぼ同じ大きさ、ほぼ同じ周波数の正弦波の第２駆動電圧を印加する。
【００５４】
ここで、第１駆動電圧と第２駆動電圧との位相差が０°の場合、図８に示すように、アクチュエータ本体４には１次の伸縮振動が誘起される。一方、その位相差が１８０°の場合、図９に示すように、アクチュエータ本体４には２次の屈曲振動が誘起される。
【００５５】
そして、第１給電電極４２Ａに印加した第１の駆動電圧と第２給電電極４２Ｂに印加した第２の駆動電圧との位相差が略９０°又は−９０°の場合、図１０に示すように、アクチュエータ本体４には１次の伸縮振動と２次の屈曲振動とが調和的に誘起される。これにより、アクチュエータ本体４の形状が、図１０（Ａ）〜（Ｄ）に示すような順で変化して振動し、アクチュエータ本体４に設けられた駆動子８，８が、図１０の紙面を貫く方向から見て周回運動、具体的には略楕円運動する。つまり、アクチュエータ本体４の伸縮振動及び屈曲振動の合成振動により駆動子８，８が楕円運動する。この楕円運動により駆動子８，８が当接する移動体９がアクチュエータ本体４に対して相対的に移動する。
【００５６】
ここで、アクチュエータ本体４は、その主面の長辺方向が、移動体９の可動方向と一致し、主面の短手方向が、支持部６Ｂによってアクチュエータ本体４が移動体９へ付勢される方向と一致するように配設されている。つまり、アクチュエータ本体４の伸縮振動の伸縮方向は、移動体９の可動方向であり、屈曲振動の振動方向は、駆動子８，８が移動体９を押圧する方向である。尚、アクチュエータ本体４の積層方向は、伸縮振動の伸縮方向及び屈曲振動の振動方向の両方に垂直な方向である。また、アクチュエータ本体４の長辺側面は、屈曲振動の方向と交わる面（即ち、屈曲振動の方向を向く面）となる。
【００５７】
前述の如く、アクチュエータ本体４の伸縮振動の方向は、移動体９の可動方向と等しいため、伸縮振動が大きいほうが移動体９を大きく移動させることができる。すなわち、同じ周波数であれば移動体９を速く運動することができる。一方、アクチュエータ本体４の屈曲振動は、駆動子８，８が移動体９を押圧する方向であるため、移動体９と駆動子８との間の摩擦力に影響を及ぼす。つまり、図２で移動体９を紙面右方向に移動させる場合には、駆動子８が右方向に変位するときに駆動子８と移動体９との間の摩擦力が高い状態となっており、駆動子８が左方向に変位するときに駆動子８と移動体９との間の摩擦力が低い状態となっている。
【００５８】
そこで、本実施形態では、２次の屈曲振動の共振周波数と１次の伸縮振動の反共振周波数とが略一致するようにアクチュエータ本体４を形成し、アクチュエータ本体４の駆動周波数を該２次の屈曲振動の共振周波数近傍の周波数に設定している。
【００５９】
つまり、アクチュエータ本体４を屈曲振動の共振周波数近傍の周波数で駆動することによって、移動体９と駆動子８との間の摩擦力を大きくすることができ、該摩擦力を介して移動体９を相対的に移動させることができる。また、アクチュエータ本体４を伸縮振動の反共振周波数近傍の周波数で駆動することによって、アクチュエータ本体４に大きな電流が流れることを防止して、アクチュエータ本体４の発滅を防止することができる。尚、屈曲振動の共振周波数におけるアクチュエータ本体４のインピーダンスは、伸縮振動の共振周波数におけるインピーダンスほど小さくないため、屈曲振動の共振周波数においてアクチュエータ本体４に大きな電流が流れる問題はない。
【００６０】
駆動装置１は、前述の如く、超音波アクチュエータ２を作動させて、移動体９を所望の速度で所望の位置へ移動させる。詳しくは、駆動装置１は、位置センサ１３からの検出信号に基づいて駆動電源１１への制御信号を調節することによって、移動体９の移動速度及び位置を制御している。例えば、駆動装置１は、クロック発生部１４の基準クロック信号の基準周波数を変更させることによって、アクチュエータ本体４の振幅の大きさを調節して、移動体９の移動速度を調節する。ここで、駆動周波数の変化に対する伸縮振動の振幅の変化は、反共振周波数の近傍の周波数領域の方が共振周波数の近傍の周波数領域よりもなだらかであるため、前述の如く、駆動周波数を伸縮振動の反共振周波数近傍の周波数に設定することによって、駆動周波数の変更による移動体９の移動速度の調節を安定して行うことができる。
【００６１】
尚、速度制御は、駆動電圧の電圧値による制御や、第１給電電極と第２給電電極に印加する電圧の位相差を９０度以外に設定することでも可能である。どの場合でも、駆動周波数を伸縮振動の反共振周波数よりも高い周波数にすることによって、周波数に関して移動体の速度が安定するので、アクチュエータ本体４の共振周波数及び反共振周波数や駆動周波数などがばらついたときでも安定に速度制御することができる。
【００６２】
〈３．２：駆動電圧の電圧値制御〉
以下に、駆動装置１の駆動電圧の電圧値制御について説明する。
【００６３】
本実施形態では、駆動装置１は、アクチュエータ本体４に印加される第１及び第２駆動電圧の電圧値をアクチュエータ本体４に流れる電流値に基づいて調節している。この電圧値制御の制御周期は、移動体９の位置制御又は速度制御の制御周期よりも長くなっている。図１１〜図１７は、種々の条件における第１及び第２駆動電圧と第１及び第２電流とを示す。
【００６４】
例えば、図１１（Ａ），１２（Ａ）に示すように、電圧の実効値及び周波数が同じで、位相が異なる第１及び第２駆動電圧Ｖ１，Ｖ２をアクチュエータ本体４の第１給電電極４２Ａと対向電極４３との間（以下、第１電極間ともいう）、及び第２給電電極４２Ｂと対向電極４３との間（以下、第２電極間ともいう）に印加すると、第１電極間及び第２電極間にはそれぞれ、図１１（Ｂ）に示すように、電流の実効値及び周波数が同じで、位相が異なる第１及び第２電流Ａ１，Ａ２が流れる場合もあれば、図１２（Ｂ）に示すように、周波数が同じで、位相及び電流の実効値が異なる第１及び第２電流Ａ１，Ａ２が流れる場合もある。
【００６５】
つまり、アクチュエータ本体４には圧電効果があるため、一方の電極間への駆動電圧が他方の電極間への駆動電圧に相互作用を及ぼす。また、アクチュエータ本体４の作成上の非対称性や駆動時のアクチュエータ本体４にかかる圧力の非対称性によって、相互作用の割合が不均一になる場合がある。そのため、第１及び第２給電電極４２Ａ，４２Ｂに同じ実効値の駆動電圧を印加しても、そこに流れる第１及び第２電流の実効値に差が生じる場合がある。
【００６６】
−電流均一化制御−
そこで、駆動装置１は、第１及び第２電流検出部１２Ａ，１２Ｂの検出結果に基づいて、第１電極間に流れる第１電流Ａ１と、第２電極間に流れる第２電流Ａ２とを比較し、第１電流Ａ１の電流値と第２電流Ａ２の電流値との差が所定の閾値以下となるように、第１及び第２駆動電圧Ｖ１，Ｖ２の電圧値を調節する。具体的には、制御部１０が駆動電源１１において第１及び第２駆動電圧Ｖ１，Ｖ２の元となる矩形波電圧のデューティ比を調節することによって、第１及び第２駆動電圧Ｖ１，Ｖ２の実効値を調節する。
【００６７】
例えば、図１２に示すように、第１電流Ａ１の実効値の方が第２電流Ａ２の実効値よりも大きいときには、図１３（Ａ）に示すように、第１駆動電圧Ｖ１の実効値を小さく調節することによって、第１電流Ａ１の実効値と第２電流Ａ２の実効値との差を所定の閾値以下に調節する（図１３（Ｂ）参照）。具体的には、第１及び第２増幅部１６Ａ，１６Ｂから出力される矩形波電圧は、調節前においては、図１８（Ａ）に示すように、大きさ、周波数及びデューティ比が同じで、位相がずれた状態の信号である。尚、図１８において、「１ｃｈ」で示す信号が第１増幅部１６Ａからの矩形波電圧であり、「２ｃｈ」で示す信号が第２増幅部１６Ｂからの矩形波電圧である。第１駆動電圧Ｖ１の実効値を小さくするときには、図１８（Ｂ）に示すように、矩形波電圧の大きさ、周波数及び位相差を変えることなく、デューティ比だけを小さくする。こうすることで、第１駆動電圧Ｖ１の実効値を小さくすることができる。
【００６８】
あるいは、図１４（Ａ）に示すように、第２駆動電圧Ｖ２の実効値を大きく調節することによって、第１電流Ａ１の実効値と第２電流Ａ２の実効値との差を所定の閾値以下に調節する（図１４（Ｂ）参照）。尚、第１駆動電圧Ｖ１の実効値を小さく且つ第２駆動電圧Ｖ２の実効値を大きく調節することによって、第１電流Ａ１の実効値と第２電流Ａ２の実効値との差を所定の閾値以下としてもよい。
【００６９】
こうすることによって、第１電流Ａ１と第２電流Ａ２とに差が生じた場合であっても、該第１及び第２電流Ａ１，Ａ２の均一化を図ることができ、アクチュエータ本体４に想定外の大きな電流が流れてしまうことを防止することができる。その結果、アクチュエータ本体４の発熱を抑えると共に、消費電力を抑制することができる。
【００７０】
−電流制限制御−
また、駆動装置１を、第１及び第２電流の均一化までは行わずに、第１及び第２電流の何れもが所定の上限値を超えないように、第１及び第２駆動電圧を制御するように構成してもよい。つまり、駆動装置１は、第１及び第２電流検出部１２Ａ，１２Ｂの検出結果に基づいて、第１及び第２電流Ａ１，Ａ２の何れもが所定の上限値を超えないように、第１及び第２駆動電圧Ｖ１，Ｖ２の電圧値を調節する。具体的には、制御部１０が駆動電源１１において第１及び第２駆動電圧Ｖ１，Ｖ２の元になる矩形波電圧のデューティ比を調節することによって、第１及び第２駆動電圧の実効値を調節する。
【００７１】
例えば、図１５（Ａ）に示すように、電圧の実効値及び周波数が同じで、位相が異なる第１及び第２駆動電圧Ｖ１，Ｖ２をアクチュエータ本体４の第１電極間及び第２電極間に印加したときに、図１５（Ｂ）に示すように、第１電流Ａ１のピーク値が所定の上限値Ａｍａｘを超えていた場合には、図１６（Ａ）に示すように、第１駆動電圧Ｖ１の実効値を小さく調節することによって、第１電流Ａ１のピーク値を上限値Ａｍａｘ以下に調節する（図１６（Ｂ）参照）。尚、第２電流Ａ２のピーク値が上限値Ａｍａｘを超えていた場合には、第２駆動電圧Ｖ２を調節し、第１及び第２電流Ａ１，Ａ２の両方が上限値Ａｍａｘを超えていた場合には、第１及び第２駆動電圧Ｖ１，Ｖ２の両方を調節する。
【００７２】
こうすることによって、第１及び第２電流Ａ１，Ａ２を少なくとも上限値Ａｍａｘ以下に抑えることができ、アクチュエータ本体４に想定外の大きな電流が流れてしまうことを防止することができる。その結果、アクチュエータ本体４の発熱を抑えると共に、消費電力を抑制することができる。
【００７３】
尚、第１及び第２電流Ａ１，Ａ２のピーク値が上限値Ａｍａｘを超えるか否かではなく、第１及び第２電流Ａ１，Ａ２の実効値が、実効値の上限値を超えるか否かで駆動電圧を調節するようにしてもよい。
【００７４】
−速度優先制御−
さらに、駆動装置１は、消費電力よりも移動体９の駆動速度を優先するときには、第１及び第２電流検出部１２Ａ，１２Ｂの検出結果に基づいて、第１及び第２電極間のうち電流が流れ易い方の駆動電圧の電圧値を大きく調節する。詳しくは、同じ電圧値の第１及び第２駆動電圧Ｖ１，Ｖ２を印加したときに、第１及び第２電極間のうち、より大きな電流値の電流が流れた方の電極間の駆動電圧を大きく調節する。
【００７５】
例えば、図１２のように、電圧の実効値及び周波数が同じで、位相が異なる第１及び第２駆動電圧Ｖ１，Ｖ２をアクチュエータ本体４の第１電極間及び第２電極間に印加したときに、第１電流Ａ１の方が第２電流Ａ２よりも大きい場合には、第１電極間の方が第２電極間よりも電流が流れ易いということになるため、図１７（Ａ）に示すように、第１駆動電圧Ｖ１の電圧値を大きく（例えば、設定可能な上限値まで大きく）調節することによって、第１電流Ａ１をさらに大きくするように調節する。尚、第２電流Ａ２の方が大きい場合には、第２駆動電圧Ｖ２を大きく調節する。
【００７６】
つまり、第１電極間と第２電極間とは、相互作用により電流の流れ易い方と流れ難い方とに分かれる。そして、駆動速度を速くするためには、第１及び第２駆動電圧の両方を大きく調節することも考えられるが、電流が流れ難い方の電極間に印加する駆動電圧を大きくしても、効率が悪い。そこで、上記のように、電流が流れ易い方の駆動電圧を大きく調節することによって、駆動速度を効率良く上昇させることができる。ただし、駆動電圧を大きく設定するのは、アクチュエータ本体４の発熱や消費電力の観点から、例えば、アクチュエータ本体４の発熱が許容できる所定時間等の、一定の時間に限定し、一定の時間が経過すると、駆動電圧を元の状態に戻すことが好ましい。
【００７７】
−変形例−
上記の制御においては、駆動装置１は、第１及び第２電流検出部１２Ａ，１２Ｂの検出結果に基づいて、第１及び第２駆動電圧を制御しているが、これに限られるものではない。例えば、駆動装置１は、出荷前等に予め測定しておいた第１及び第２電流又は予め測定した第１及び第２電流から算出した第１及び第２駆動電圧を制御部１０に信号の授受可能に接続された記憶部１８に記憶しておいてもよい。そして、駆動装置１は、超音波アクチュエータ２を実際に作動させるときに、記憶部１８から記憶していたデータを読み出して、該データに基づいて第１及び第２駆動電圧を設定して、上記の制御を行うようにしてもよい。
【００７８】
また、第１及び第２電流を出荷時等に記憶しておくのではなく、超音波アクチュエータ２を実際に作動させながら、必要なタイミングで、第１及び第２電流検出部１２Ａ，１２Ｂの検出結果又は、該検出結果から算出される第１及び第２駆動電圧を記憶していく（即ち、学習していく）構成であってもよい。例えば、上記の電流均一化制御であれば、超音波アクチュエータ２の作動時に第１電流と第２電流との電圧値の差が所定の閾値を超えたときには、第１及び第２駆動電圧を調節して、該差が閾値以下となるように調節し、調節後は、その第１及び第２駆動電圧を記憶部１８に記憶し、次回以降の作動時には記憶しておいた第１及び第２駆動電圧を使用するようにすればよい。そして、記憶しておいた第１及び第２駆動電圧を使用するとしても、第１及び第２電流は監視しておき、第１電流と第２電流との電圧値の差が所定の閾値を超えたときには、再度、第１及び第２駆動電圧を調節して、記憶部１８に更新するようにすればよい。
【００７９】
〈実施形態の効果〉
したがって、本実施形態によれば、第１駆動電圧と第２駆動電圧とを電圧値が互いに異なるように調節することによって、第１及び第２電流に応じた駆動電圧でアクチュエータ本体４を作動させることができるため、アクチュエータ本体４の発熱を抑えたり、消費電力を抑えたりすることができる。
【００８０】
具体的には、第１電流と第２電流との電流値の差が所定値より大きいときには、該差が所定値以下となるように第１及び第２駆動電圧の電圧値を調節することによって、アクチュエータ本体４に大きな電流が流れることを抑制して、アクチュエータ本体４の発熱を抑制すると共に消費電力を抑制することができる。
【００８１】
また、第１電流と第２電流とを均等にしないまでも、第１及び第２電流のうち上限値を超える方の駆動電圧を小さく調節して、第１及び第２電流を上限値以下に調節することによって、アクチュエータ本体４に大きな電流が流れることを抑制して、アクチュエータ本体４の発熱を抑制すると共に消費電力を抑制することができる。
【００８２】
さらに、消費電力よりも駆動速度を優先するときには、第１及び第２電流のうち電流値が大きい方に対応する駆動電圧をさらに大きくすることによって、アクチュエータ本体４に大きな電流を効率良く流して、駆動速度を効率良く速くすることができる。
【００８３】
《その他の実施形態》
本発明は、前記実施形態について、以下のような構成としてもよい。
【００８４】
前記実施形態では、矩形波電圧のデューティ比を変更することによって第１及び第２駆動電圧の実効値を変更しているがこれに限られるものではない。例えば、電源電圧をＤＣ−ＤＣコンバータにより変更することによって第１及び第２駆動電圧の電圧値を変更するように構成してもよい。
【００８５】
また、第１及び第２電流検出部１２Ａ，１２Ｂは、対向電極４３とグランドとの間に接続してもよい。この場合、片側の電位のみで電流値がわかる。また、第１及び第２電流検出部１２Ａ，１２Ｂをそれぞれ、第１及び第２増幅部１６Ａ，１６Ｂと第１及び第２波形整形部１７Ａ，１７Ｂとの間に接続してもよい。その場合、電源電圧と抵抗の波形整形部側の電位とで電流値がわかる。また、抵抗で構成された第１及び第２電流検出部１２Ａ，１２Ｂは、アクチュエータ本体４の保護抵抗としての役割も果たし、アクチュエータ本体４やその他の部材がショートした場合であっても、アクチュエータ本体４の急な発熱を妨げることができる。尚、第１及び第２電流検出部１２Ａ，１２Ｂは、抵抗で構成しているが、これに限られるものではなく、カレントトランスやホール素子等、電流を検出できる構成であれば、任意の構成を採用することができる。
【００８６】
さらに、本実施形態では、第１及び第２駆動電圧を第１及び第２電極間に流れる第１及び第２電流の実効値に基づいて調節しているが、第１及び第２電流に加えて、それぞれ第１及び第２駆動電圧の位相を考慮した、第１電極間の有効電流及び第２電極間の有効電流に基づいて第１及び第２駆動電圧を調節してもよい。
【００８７】
また、前記のような駆動電圧の調節を行ったままの状態にしておくと、超音波アクチュエータ２の出力が小さくなる場合があるので、電流値が所定の期間、所定の閾値を下回ったときには、駆動電圧を調節前の状態に戻すことが好ましい。このとき、駆動電圧を調節前に一度に戻すのではなく、段階をおって徐々に戻し、その途中で電流値が所定の閾値を超えた場合には、駆動電圧を再度、調節する。前記所定の期間は、速度制御の制御周期よりも長く設定されることが好ましく、例えば、速度制御の制御周期が１０μｍｓ〜５ｍｓであれば、所定の期間を１０ｍｓ〜１０ｓに設定することが好ましい。
【００８８】
さらに、駆動子８の形状は、円柱に限られない。球や四角柱であってもよい。駆動子が球の場合は、駆動子とアクチュエータ本体４とが点接触状に接触、固定されるため好ましい。
【００８９】
電気接続部材は、フレキシブルケーブルに限られない。例えば、ワイヤー、コンタクトピン、導電ゴム等を用いることができる。また、異方性導電性接着シートにより接続する構成について説明したが、はんだ等の低融点金属による接続、ワイヤボンディングによる接続、異方性の無い導電性接着シート、液体状の接着剤等の導電性接着剤による接続、圧着による接続など、他の電気的接続方法を用いてもよい。導電ゴムは、例えばシリコーンゴムが主成分の支持層とシリコーンゴムと銀などの金属粒子が混ぜられた導電層との積層構造になっており、その積層方向には絶縁されている異方性のものである。そして、アクチュエータ本体の一方の側面に１つの導電ゴムを設けても２つの導電ゴムを設けてもよい。また、導電ゴムを用いる場合、導電ゴムを支持部６Ａ、６Ｃとして用いてもよい。アクチュエータ本体の一方の側面に１つの導電ゴムを設ける場合、導電ゴムの積層方向の絶縁性を利用して、給電外部電極４４と対向外部電極４５との絶縁、第１給電外部電極４４Ａと第２給電外部電極４４Ｂとの絶縁、２つの対向外部電極４５，４５間の絶縁をとるのが好ましい。この場合、各導電層がそれぞれ第１給電導電部材、第２給電導電部材、対向導電部材のいずれかとして機能する。
【００９０】
第１接続電極Ｊ１および第２接続電極Ｊ２は、圧電体層４１の主面の長手方向中央部にそれぞれ設けられ、圧電体層４１の主面の短辺と略平行な方向に延びた形状であるが、さらに好ましくは、圧電体層４１の長辺方向に関しては、第１接続電極Ｊ１及び第２接続電極Ｊ２の幅は、圧電体層４１の長辺方向の長さの５％〜４０％程度の大きさとすることが望ましい。第１接続電極Ｊ１及び第２接続電極Ｊ２の電極面積が大きいほど、大きな伸縮振動が発生するが、その電極面積があまりに大きすぎると、２次モードの屈曲振動が妨げられるからである。一方、第１接続電極Ｊ１及び第２接続電極Ｊ２は、圧電体層４１の短辺方向に関しては、ほぼ全域に亘って形成することが理想であるが、第１接続電極Ｊ１及び第２接続電極Ｊ２を圧電体層４１の短手方向端縁部にまで形成すると、内部電極層間の絶縁が困難となる。そこで、第１接続電極Ｊ１及び第２接続電極Ｊ２を圧電体層４１の主面の短辺方向両端縁部を除く部分に形成するのが好ましい。具体的には、圧電体層４１の主面の短辺方向各端縁から、その短辺方向中心に向かって圧電体層４１の厚み方向長さだけ入った領域以外の領域のほぼ全面に、第１接続電極Ｊ１及び第２接続電極Ｊ２を形成することが望ましい。
【００９１】
第１パターンの給電電極４２の数と第２パターンの給電電極４２の数とが同数でなくてもよいが、同数あるのが好ましい。第１パターンの給電電極４２と第２パターンの給電電極４２とは交互になっていなくてもよいが、交互になることが好ましい。アクチュエータ本体４の振動の対称性が向上するからである。また、アクチュエータ本体４に余分な振動が発生せず、エネルギーロスが大幅に低減されるからである。
【００９２】
アクチュエータ本体４の主面に電極を形成してもよいが、形成しないことが好ましい。アクチュエータ本体４の外面のうち、面積が大きい主面に電極が形成されないことになるため、その周辺にある金属部品と接触してもショートが起こりにくくなるからである。
【００９３】
前記実施形態では、超音波アクチュエータ２の駆動力が付与されて駆動される移動体９は平板状であるが、これに限られるものではなく、移動体９の構成としては任意の構成を採用することができる。例えば、図１９に示すように、移動体は所定の軸Ｘ回りに回動可能な円板体９であり、超音波アクチュエータ２の駆動子８，８が円板体９の側周面９ａに当接するように構成されていてもよい。かかる構成の場合、超音波アクチュエータ２を作動させると、駆動子８，８の略楕円運動によって、円板体９が所定の軸Ｘ回りに回動させられる。また、超音波アクチュエータ２を移動体側に取り付け、駆動子８，８を固定体に当接させて、超音波アクチュエータ２が移動体９と共に移動する構成であってもよい。
【００９４】
前記実施形態では、支持体をケース５で構成しているが、如何なるもので構成してもよい。
【００９５】
積層方向から見て給電電極４２と対向電極４３とが重ならない領域は、圧電体層４１の長手方向各端縁から、その長手方向中心に向かって圧電体層４１の長手方向長さの１０％以上入った領域であることが好ましい。また、積層方向から見て給電電極４２と対向電極４３とが重ならない領域は、圧電体層４１の長手方向各端縁から、その長手方向中心に向かって圧電体層４１の長手方向長さの２０％以上入った領域であることがより好ましい。圧電体層４１の長手方向各端縁近傍は１次モードの伸縮振動においてあまり応力が発生しないからである。また、圧電素子の側面と電気接続部材との接続部への影響を小さくできるからである。
【００９６】
前記実施形態において、第２給電電極４２Ｂへ印加する電圧は、第１給電電極４２Ａへ印加する電圧に対して略＋９０度または−９０度だけ位相を異ならせる例を示したが、これに限られず、そのほかの位相としてもよい。また、第１給電電極４２Ａおよび第２給電電極４２Ｂの一方のみに選択的に電圧を印加しても良い。
【００９７】
前記実施形態において、支持部６Ａ，６Ｂ，６Ｃを用いて超音波アクチュエータ２を支持していたが、この方法に限られない。例えば、図２０に示すように、圧電素子の２つの端面のうち、駆動子が設けられていない側の端面に、支持部６Ｂのみを設けてもよい。この支持部６Ｂは、アクチュエータ本体４が駆動方向（主面の長辺方向）に動くのを規制しつつ、駆動子８が移動体９に接触する方向（主面の短辺方向）に動くのを許容する。また、支持部６Ｂは、駆動子８が移動体９に接触する方向に押圧力を発生し、駆動子８と移動体９との間の摩擦力を強めている。
【００９８】
圧電体層を含むアクチュエータ本体４自体が伸縮振動と屈曲振動とを調和的に発生させていたが、金属などの基板に圧電体またはアクチュエータ本体４を貼り付けた構成や、金属などで共振器を形成し、圧電体またはアクチュエータ本体４を挟み込んだ構成の場合でも同様の効果が得られる。この場合、圧電体を含んで構成された共振器がアクチュエータ本体を構成し、該共振器をケース内において予め圧縮力を付与した状態に配置する。
【００９９】
駆動子８はアクチュエータ本体４の長辺側面に固定されていたが、短辺側面に固定してもよい。
【０１００】
伸縮振動は１次、屈曲振動は２次であったが、他の次数の共振振動であってもよい。
【０１０１】
以上の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。実施形態はあらゆる点で単なる例示に過ぎず、限定的に解釈してはならない。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示すものであって、明細書には何ら拘束されない。さらに、特許請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、全て本発明の範囲内のものである。
【実施例】
【０１０２】
以下に、超音波アクチュエータ２における、２相の駆動電圧の調節についての実施例について説明する。
【０１０３】
アクチュエータ本体４は、第１パターンの給電電極４２が設けられた圧電体層４１、対向電極４３が設けられた圧電体層４１、第２パターンの給電電極４２が設けられた圧電体層４１、対向電極４３が設けられた圧電体層４１が順に積層されたものを１セットとして、これを５セット積層し、最外に位置する２つの圧電体層４１，４１のうち電極４２（４３）が外部に露出している方の圧電体層４１上には、電極が設けられていない圧電体層４１を積層している。こうして、２１層の圧電体層４１，４１，…が間に給電電極４２又は対向電極４３を介して積層されている。圧電体層４１は、チタン酸ジルコン酸鉛で形成されている。このように構成されたアクチュエータ本体４の寸法は、長さ（長手方向の寸法）６．０ｍｍ×幅（短手方向への寸法）１．７ｍｍ×厚み（厚み方向への寸法）２．０ｍｍとなっている。
【０１０４】
このアクチュエータ本体４に、以下の種々の電圧パターンの駆動電圧を印加する。
【０１０５】
表１〜表５にそれぞれ電圧パターン１〜５に係る第１及び第２駆動電圧Ｖ１，Ｖ２の諸元とそのときのアクチュエータ本体４に流れる電流と移動体９の速度とを示す。
【０１０６】
【表１】
2010183819.tif 000003
【０１０７】
詳しくは、表１に示す電圧パターン１では、第１駆動電圧Ｖ１と第２駆動電圧Ｖ２との位相差が９０°で、第１及び第２駆動電圧Ｖ１，Ｖ２の周波数は共に２８０ｋＨｚで、電圧の実効値は共に４Ｖである。このとき、第１駆動電圧Ｖ１に対応してアクチュエータ本体４の第１電極間に流れる第１電流Ａ１の実効値は０．０５０Ａであり、第２駆動電圧に対応してアクチュエータ本体４の第２電極間に流れる第２電流Ａ２の実効値は０．０４９Ａであった。また、このときの移動体９の速度は２２ｍｍ／ｓであった。
【０１０８】
表２に示す電圧パターン２では、第１及び第２駆動電圧Ｖ１，Ｖ２の周波数が電圧パターン１と異なる。
【０１０９】
【表２】
2010183819.tif 000004
【０１１０】
詳しくは、第１及び第２駆動電圧Ｖ１，Ｖ２の周波数が２７５ｋＨｚである。このとき、第１電流Ａ１の実効値は、０．１０１Ａであり、第２電流Ａ２の実効値は、０．０８５Ａであった。また、このときの移動体９の速度は５１ｍｍ／ｓであった。このように、第１及び第２駆動電圧の諸元（本実施例では、駆動周波数）が変わると、第１電流Ａ１と第２電流Ａ２とのバランスも変わる。
【０１１１】
そこで、表３に示す電圧パターン３のように、第１駆動電圧Ｖ１と第２駆動電圧Ｖ２の電圧値を調節する。
【０１１２】
【表３】
2010183819.tif 000005
【０１１３】
詳しくは、第１駆動電圧Ｖ１の実効値を３．４Ｖとする。その他の条件は電圧パターン２と同様である。その結果、第１駆動電圧Ｖ１に対応する第１電流Ａ１の実効値は、０．０８５Ａであり、第２駆動電圧Ｖ２に対応する第２電流Ａ２の実効値は、０．０８５Ａであった。このときの移動体９の速度は５０ｍｍ／ｓであった。このように、電流が大きい方の駆動電圧の実効値を小さくすることによって、第１電流Ａ１と第２電流Ａ２との電流値の差を小さくして、両電流の均一化を図ることができる。
【０１１４】
または、表４に示す電圧パターン４のように、電流が小さい方の駆動電圧の電圧値を大きくするように調節してもよい。
【０１１５】
【表４】
2010183819.tif 000006
【０１１６】
詳しくは、第２駆動電圧Ｖ２の実効値を４．６Ｖとした。その他の条件は電圧パターン２と同様である。その結果、第１駆動電圧Ｖ１に対応する第１電流Ａ１の実効値は、０．１０１Ａであり、第２駆動電圧Ｖ２に対応する第２電流Ａ２の実効値は、０．１０２Ａであった。このときの移動体９の速度は５８ｍｍ／ｓであった。このように、電流が小さい方の駆動電圧の実効値を大きくすることによって、第１電流Ａ１と第２電流Ａ２との電流値の差を小さくして、両電流の均一化を図ることができる。
【０１１７】
また、第１及び第２駆動電圧の条件によっては、表５に示す電圧パターン５のように、第１及び第２電流が所定の上限値を超える場合もある。かかる場合には、第１及び第２電流を均一にまではしないまでも、第１及び第２電流が上限値以下となるように、表６に示す電圧パターン６のように、駆動電圧を調節する。
【０１１８】
【表５】
2010183819.tif 000007
【０１１９】
詳しくは、まず、第１及び第２駆動電圧Ｖ１，Ｖ２の実効値を１０Ｖとした。その他の条件は電圧パターン２と同様である。その結果、第１駆動電圧Ｖ１に対応する第１電流Ａ１の実効値は、０．１３０Ａであり、第２駆動電圧Ｖ２に対応する第２電流Ａ２の実効値は、０．１０５Ａであった。このときの移動体９の速度は８５ｍｍ／ｓであった。ここで、第１及び第２電流の実効値の上限値は０．１２０Ａである。
【０１２０】
【表６】
2010183819.tif 000008
【０１２１】
そこで、第１駆動電圧Ｖ１の実効値を９．５Ｖとした。その他の条件は変更していない。その結果、第１駆動電圧Ｖ１に対応する第１電流Ａ１の実効値は、上限値である０．１２０Ａとなり、第２駆動電圧Ｖ２に対応する第２電流Ａ２の実効値は、０．１０５Ａであった。このときの移動体９の速度は８４ｍｍ／ｓであった。このように、第１及び第２電流Ａ１，Ａ２のうち実効値が上限値を超える方の駆動電圧の実効値を小さくすることによって、第１及び第２電流Ａ１，Ａ２を少なくとも上限値以下に抑制することができ、消費電力を抑制することができる。
【０１２２】
さらに、消費電力よりも移動体９の駆動速度を優先したいときには、表７に示す電圧パターン７のように、第１及び第２電極間のうち、電流が流れやすい方の電極間の駆動電圧を一時的に大きくする。
【０１２３】
【表７】
2010183819.tif 000009
【０１２４】
詳しくは、電圧パターン２の結果から、第１駆動電圧Ｖ１を印加する第１電極間の方が電流が流れ易いことがわかるため、電圧パターン６では、第１駆動電圧Ｖ１の実効値を５Ｖとした。その他の条件は電圧パターン２と同様である。その結果、第１駆動電圧Ｖ１に対応する第１電流Ａ１の実効値は、許容電流の上限値である０．１２０Ａとなり、第２駆動電圧Ｖ２に対応する第２電流Ａ２の実効値は、０．０８７Ａであった。このように第１電流Ａ１と第２電流Ａ２との差は大きくなったが、移動体９の速度は７０ｍｍ／ｓとなり、大きく上昇した。つまり、電流が流れ易い方の電極間に印加する駆動電圧を大きくすることによって、移動体９の速度を効率よく上昇させることができる。
【産業上の利用可能性】
【０１２５】
以上説明したように、本発明は、振動型アクチュエータとその制御部とを備えた駆動装置について有用である。
【図面の簡単な説明】
【０１２６】
【図１】本発明の実施形態に係る駆動装置を示すブロック図である。
【図２】駆動装置の斜視図である。
【図３】アクチュエータ本体の正投影図法による展開図である。
【図４】アクチュエータ本体の各層を積層方向から見た図である。
【図５】アクチュエータ本体の主面上の４つの領域を説明するための図である。
【図６】フレキシブルケーブルとアクチュエー本体の側面との接続の位置関係を示す図である。
【図７】超音波アクチュエータと駆動電源の回路図である。
【図８】超音波アクチュエータの１次モードの伸縮振動の変位を示す概念図である。
【図９】超音波アクチュエータの２次モードの屈曲振動の変位を示す概念図である。
【図１０】超音波アクチュエータの動作を示す概念図である。
【図１１】第１電流と第２電流の電流値が略等しい場合の、第１及び第２駆動電圧とそれぞれに対応する第１及び第２電流を示すグラフであって、（Ａ）が駆動電圧を、（Ｂ）が電流を示す。
【図１２】第１電流と第２電流の電流値に大きな差がある場合の、第１及び第２駆動電圧とそれぞれに対応する第１及び第２電流を示すグラフであって、（Ａ）が駆動電圧を、（Ｂ）が電流を示す。
【図１３】第１駆動電圧を小さく調節することによって第１電流と第２電流の電流値を略等しくした場合の、第１及び第２駆動電圧とそれぞれに対応する第１及び第２電流を示すグラフであって、（Ａ）が駆動電圧を、（Ｂ）が電流を示す。
【図１４】第２駆動電圧を大きく調節することによって第１電流と第２電流の電流値を略等しくした場合の、第１及び第２駆動電圧とそれぞれに対応する第１及び第２電流を示すグラフであって、（Ａ）が駆動電圧を、（Ｂ）が電流を示す。
【図１５】第１電流の電流値が上限値を超える場合の、第１及び第２駆動電圧とそれぞれに対応する第１及び第２電流を示すグラフであって、（Ａ）が駆動電圧を、（Ｂ）が電流を示す。
【図１６】第１駆動電圧を小さく調節することによって第１電流の電流値を上限値以下に調節した場合の、第１及び第２駆動電圧とそれぞれに対応する第１及び第２電流を示すグラフであって、（Ａ）が駆動電圧を、（Ｂ）が電流を示す。
【図１７】第１駆動電圧を大きく調節した場合の、第１及び第２駆動電圧とそれぞれに対応する第１及び第２電流を示すグラフであって、（Ａ）が駆動電圧を、（Ｂ）が電流を示す。
【図１８】第１及び第２増幅部から出力される矩形波電圧を示すグラフであって、（Ａ）が調節前の状態を、（Ｂ）がデューティ比を調節後の状態を示す。
【図１９】その他の実施形態に係る駆動装置を示す斜視図である。
【図２０】別のその他の実施形態に係る駆動装置を示す斜視図である。
【符号の説明】
【０１２７】
１      駆動装置
２      超音波アクチュエータ（振動型アクチュエータ）
４      アクチュエータ本体
９      移動体（駆動対象物）
１０    制御部
１２Ａ  第１電流検出部
１２Ｂ  第２電流検出部
１８    記憶部
Ｖ１    第１駆動電圧
Ｖ２    第２駆動電圧
Ａ１    第１電流
Ａ２    第２電流
【図１】
2010183819.tif 000010
【図２】
2010183819.tif 000011
【図３】
2010183819.tif 000012
【図４】
2010183819.tif 000013
【図５】
2010183819.tif 000014
【図６】
2010183819.tif 000015
【図７】
2010183819.tif 000016
【図８】
2010183819.tif 000017
【図９】
2010183819.tif 000018
【図１０】
2010183819.tif 000019
【図１１】
2010183819.tif 000020
【図１２】
2010183819.tif 000021
【図１３】
2010183819.tif 000022
【図１４】
2010183819.tif 000023
【図１５】
2010183819.tif 000024
【図１６】
2010183819.tif 000025
【図１７】
2010183819.tif 000026
【図１８】
2010183819.tif 000027
【図１９】
2010183819.tif 000028
【図２０】
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