(57)【要約】【課題】  圧電素子の振動と摩擦力を用いた圧電アクチュエータの駆動方法に関し、特に移動体に負荷が掛かった状態での簡易な位置決め方法に関する。【解決手段】  圧電素子への印加信号はON時間だけ駆動信号が供給された後、OFF時間だけ駆動信号が供給されない状態を繰り返した信号からなり、移動体が第一の移動方向に移動する際の印加信号のON時間もしくはOFF時間と、移動体が第二の移動方向に移動する際の印加信号のON時間もしくはOFF時間は異ならせる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電素子を有する振動体と、
前記振動体の振動により移動体を摩擦駆動する圧電アクチュエータにおいて、
前記圧電素子への印加信号はON時間だけ駆動信号が供給された後、OFF時間だけ駆動信号が供給されない状態を繰り返した信号からなり、
前記移動体が第一の移動方向に移動する際の前記印加信号のON時間もしくはOFF時間と、前記移動体が前記第一の移動方向と異なる第二の移動方向に移動する際の前記印加信号のON時間もしくはOFF時間は異なることを特徴とする圧電アクチュエータ。
【請求項２】
移動に伴い負荷が大きくなる第一の移動方向に移動する場合の前記ON時間は、移動に伴い負荷が小さくなる第二の移動方向に移動する際の前記ON時間よりも長いことを特徴とする請求項1記載の圧電アクチュエータ。
【請求項３】
前記ON時間もしくは前記OFF時間は移動に伴う負荷の大きさの変化に応じて変化することを特徴とする請求項１記載の圧電アクチュエータ。
【請求項４】
前記ON時間もしくはOFF時間は先行動作によって決められることを特徴とする請求項１から３のうちのいずれか１項に記載の圧電アクチュエータ。
【請求項５】
圧電素子を有する振動体と、
前記振動体の振動により移動体を摩擦駆動する圧電アクチュエータにおいて、
前記圧電素子への印加信号はON時間だけ駆動信号が供給された後、OFF時間だけ駆動信号が供給されない状態を繰り返した信号からなり、
前記ON時間もしくは前記OFF時間は先行動作によって決定されることを特徴とする圧電アクチュエータ。
【請求項６】
前記先行動作は前記移動体もしくは前記移動体の動作に伴い駆動される稼動体の原点位置を確認する際の動作であることを特徴とする請求項４又は5に記載の圧電アクチュエータ。
【請求項７】
前記ON時間もしくはOFF時間は前記圧電アクチュエータの動作状態情報に基づき適宜変更されることを特徴とする請求項１から５のうちのいずれか１項に記載の圧電アクチュエータ。
【請求項８】
前記移動体の移動に伴い変化する情報の変化に応じて前記ＯＮ時間もしくは前記OFF時間を変化させることを特徴とする請求項1から５のうちのいずれか１項に記載の圧電アクチュエータ。
【請求項９】
請求項１から８記載のいずれか１項に記載の圧電アクチュエータと、前記圧電アクチュエータにより駆動される稼動部とを有することを特徴とする電子機器。
【請求項１０】
振動体に設けられた圧電素子に駆動信号を印加することで発生する振動により移動体を摩擦駆動する圧電アクチュエータの駆動方法において、
前記駆動信号のＯＮ時間またはＯＦＦ時間のうち少なくとも一方の時間が、前記移動体の移動方向により異なることを特徴とする圧電アクチュエータの駆動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は振動体の振動により、移動体を摩擦駆動する超音波モータ及びそれを用いた電子機器に関し、特に超音波モータの駆動方法、制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
振動体の共振による振動と摩擦力を利用した超音波モータは小型で高トルクが得られるといった特徴を有することからカメラのオートフォーカス駆動、腕時計のカレンダ送り駆動等に使用されている。
【０００３】
最近ではデジタルカメラの小型化や、携帯電話用カメラの要求増に伴い小型なアクチュエータの必要性も増し、これらにおけるズーム機能、オートフォーカス機能を実現するためのレンズ駆動を、超音波モータを初めとする圧電素子の振動と摩擦を用いた圧電アクチュエータで行なう試みもなされている。この場合、電力を供給しなくても保持力を有することから電子機器の低消費電力化が可能となる。
【非特許文献１】吉田龍一、岡本康弘、マイクロ圧電アクチュエータ  精密工学会誌Vol．６８、ＮＯ．５，２００２，Ｐ．６４５〜６４８
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら振動と摩擦力を用いた圧電アクチュエータを用いた場合、特定位置に精密に位置決めする際にはエンコーダー等の位置センサを用い、フィードバック制御する必要があった。そしてこの場合、エンコーダーの搭載によりモジュールを大型化してしまうと共にコストも高くなってしまっていた。
【０００５】
また、これらのアクチュエータを用いて簡易的に位置決め制御するためには、アクチュエータへの駆動信号の供給を一定時間間隔毎にON/OFFすることで移動体をステップ駆動することが出来る。しかしながら、一般のオートフォーカス機構やズーム機構には、機構部のがたを無くすためのばねが用いられるため、移動体の移動方向並びに移動距離によって負荷となるばね力の大きさが変化する。そのため、このステップ駆動時の移動距離も変化してしまう。従って、例えば原点位置からステップ駆動し、数ステップ前の位置に戻ろうとしても位置がずれてしまったり、微小距離だけステップ駆動したい場合には負荷が大きくなると駆動できない場合があった。また、同様の理由により移動体の速度も移動方向や位置によって変化してしまっていた。これはばねの力が働く場合のみならず、稼動部の自重が働く場合等においても同様である。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
そこで、上記課題を解決する為に本発明の圧電アクチュエータでは圧電素子への印加信号はON時間だけ駆動信号が供給された後、OFF時間だけ駆動信号が供給されない状態を繰り返した信号からなり、移動体が第一の移動方向に移動する際の印加信号のON時間もしくはOFF時間と、移動体が第二の移動方向に移動する際の印加信号のON時間もしくはOFF時間は異ならせることを特徴とする。
【０００７】
ここで移動に伴い負荷が大きくなる第一の移動方向に移動する場合のON時間は、移動に伴い負荷が小さくなる第二の移動方向に移動する際のON時間よりも長いこととする。
【０００８】
そしてON時間もしくはOFF時間は移動に伴う負荷の大きさによって変化させる。そのために、ON時間もしくはOFF時間は先行動作の結果を基に決定する。特に先行動作は移動体もしくは移動体の動作に伴い駆動される稼動体の原点位置を確認する際の動作とする。またON時間もしくはOFF時間は圧電アクチュエータの動作状態に基づき適宜変更する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば圧電アクチュエータを用いて、エンコーダー等の位置センサを用いることなく簡易な駆動方法で安定にかつ再現性良く位置決め制御できるため小型で低消費電力な電子機器が実現できる。また、外部の環境（温度、湿度）や摺動部の状態変化に伴う圧電アクチュエータの特性の変化を補正し、品質に優れた圧電アクチュエータ並びに電子機器が実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
（実施の形態１）
本発明の実施の形態1を図1を基に説明する。図1は本発明の圧電アクチュエータを用いた電子機器の一例としてデジタルカメラのオートフォーカス機構の例を示す。
【００１１】
本実施の形態において圧電アクチュエータは超音波モータであり、円板形状で突起2aを有する弾性体2に圧電素子1が接着された振動体3と、振動体3の中心を固定する中心軸12を有する支持板11と、中心に軸受け13を有し、中心軸12で回転案内される移動体4と、移動体4の回転中心軸上に設けられた伝達部材5と、ケーシング8と稼動部材6の間に配置された加圧ばね7とから構成される。移動体4に設けられた伝達部材5の外周には雄ねじ5aが、雄ねじ5aと結合するように稼動部6には雌ねじ6aが設けられている。
【００１２】
加圧ばね7の加圧力は雄ねじ5aと雌ねじ6aの間のがたをなくす共に、伝達部材5を通じて移動体4と振動体3との間に摩擦力を働かせる接触圧として働く。伝達部材5の先端5ｃはケーシング8に設けられた案内穴8aに回転可能なように案内されている。ここでは雄ねじ5aと雌ねじ6aの間のがたをなくす為のばねと移動体4と振動体3との間に摩擦力を働かせる接触圧として働く為のばねを加圧ばね7で行なっているが、二つのばねを用いて夫々の働きをさせても構わない。この場合、構造は複雑となるが移動体4と振動体3の間の接触圧の変動量は小さいから移動体4からは安定な駆動力が得られる。
【００１３】
支持板11はケーシング8にねじ14により固定される。また、稼動部6の案内部6b、6ｃはケーシング8に固定された案内軸17、18で案内され矢印21a、21bの方向に移動可能に構成されている。
【００１４】
圧電素子1に接続されたリード15に駆動信号を印加すると圧電素子1を有する振動体3は振動し、弾性体2に設けられた突起2aにより特定方向成分の振動が移動体4に伝えられ、移動体4は回転する。移動体4の回転により伝達部材5、すなわち雄ねじ5aも回転することで雌ねじ6aを有する稼動部6は矢印21a、21bの方向に移動する。稼動部材６の動きは稼動部材６に取り付けられた遮蔽板１６をホトセンサ１９a、１９ｂで検知され、稼動部材６の稼動範囲、即ち原点及び終点が検出される。
【００１５】
ケーシング8にはCCDやC-MOSセンサからなる撮像素子10が、稼動部6にはレンズ9a、9ｂが設けられており、レンズ9a、9ｂを稼動することでオートフォーカス機構が実現できる。また同様の機構でズーム機構も実現可能であるし、稼動部6にピックアップ（読み取り部）を設ければCD-ROM,DVD等の情報記録機器におけるピックアップの駆動も実現できる。
【００１６】
圧電素子１へ駆動信号を単に連続的に印加して移動体４を回転させ、稼動部材６を矢印２１ａ及び２１ｂの方向に移動させると、稼動部材６の移動に伴いばね７のばね力も変化する為、稼動部材６の移動方向によって稼動部材６の移動速度も異なると共に稼動部材６の位置によっても移動速度は変化してしまう。同様に超音波モータに一定時間駆動信号を印加した際の移動距離も稼動部材６の移動方向や位置によって変化してしまう。
【００１７】
そこで本発明の駆動方法を図２及び図３を用いて説明する。図２は本発明の実施の形態の駆動システムのブロック図を示したものである。制御回路23からの制御信号に従って、駆動回路２２は振動体３に設けられた圧電素子１に駆動信号を印加する。制御信号はHighレベル信号（H）とLowレベル信号（L）からなり、Highレベル信号が駆動回路22に印加されている間は駆動回路２２から駆動信号が圧電素子１に印加される。
【００１８】
具体的には図３に示した制御信号からわかる様に圧電素子１への印加信号はHighレベルの制御信号が駆動回路22に加えられるON時間だけ駆動信号が供給された後、Lowレベルの制御信号が駆動回路22に加えられるOFF時間だけ駆動信号が供給されない状態を繰り返した信号からなり、移動体４が第一の移動方向に移動する際の印加信号のON時間もしくはOFF時間と、移動体４が第一の移動方向とは異なる方向である第二の移動方向に移動する際の印加信号のON時間もしくはOFF時間を異ならせる。特に移動に伴い負荷が大きくなる第一の移動方向（矢印21a）に移動する場合のON時間は、移動に伴い負荷が小さくなる第二の移動方向（矢印21ｂ）に移動する際のON時間よりも長くする。そしてON時間もしくはOFF時間は移動に伴う負荷の大きさの変化に応じて変化させる。（図２(ａ)、（ｂ））同様にOFF時間を変化させても速度を調整することが出来る。例えば負荷が大きくなるに従いOFF時間を短くすれば良い。
【００１９】
ここでON時間もしくはOFF時間は実際に電子機器を使用する前の先行動作によって決めることが望ましい。この先行動作はデジタルカメラの場合、電源投入時に稼動部材６を動作範囲内、即ち原点から終点まで、終点から原点まで稼動させた際に要した移動時間のデータを基に決定する。この際、稼動体の原点位置の確認を同時に行うことで効率的な先行動作が実現できる。
【００２０】
また、移動に伴う負荷が働かない場合、即ち図1において加圧ばね7がない場合にも移動方向によってON時間もしくはOFF時間を変えたり、先行動作もしくは動作中の動作状態情報に応じてON時間もしくはOFF時間を適宜変更することにより圧電アクチュエータの個体差による特性のばらつき、移動方向による特性の違いを補正し、外部の環境（温度、湿度）や摺動部の状態変化に伴う圧電アクチュエータの特性の変化並びにここの圧電アクチュエータの特性を補正し、品質に優れた圧電アクチュエータ並びに電子機器が実現できる。ここで初期設定は製品出荷前の検査で行なわれても構わない。
【００２１】
そしてON時間もしくはOFF時間は先行動作外であっても変更して構わず、実際に電子機器を使用している際のON信号時間、OFF信号時間のパターンの超音波モータの動作に伴う動作状態情報に基づき適宜変更する。動作状態情報は既に決められた印加信号によって動作する稼動部材６が原点位置から終点位置あるいは終点位置から原点位置までに移動する所要時間や、決められたON時間の駆動信号に対してレンズ９が移動した際の撮像素子１０から得られるコントラスト量の変化率等である。
【００２２】
また移動体４の移動に伴い変化する情報を特定のものに合わせたい際には情報の変化に応じてＯＮ時間を変化させることで目的の位置に稼動部材６を高速に位置決めすることが出来る。例えば図１の電子機器においてレンズ９をオートフォーカスする場合、はじめON時間を長く取り、撮像素子１０から得られるコントラスト量がピーク値を過ぎ、ピーク値に戻る為の動作ではON時間を短くする。あるいはコントラスト量がピークに近づきコントラスト量の変化率が小さくなるに従いON時間を短くすることでレンズ９の速度並びに移動距離を小さくし、所定のコントラスト量となる位置に位置決めする。
【００２３】
本実施の形態では圧電アクチュエータとして回転型の超音波モータを用い、送りねじを用いて稼動部材６を駆動する構造を用いたが、リニヤ型の超音波モータやインパクト駆動型の圧電アクチュエータ等、振動と摩擦力を用いて駆動力を生じるアクチュエータであれば原理、構造を問わない。また、リニヤ型の超音波モータ等により稼動部材を直接駆動する場合、稼動部材に一方向の力が働く構造のものであれば本発明を適用できる。
【産業上の利用可能性】
【００２４】
本発明の圧電アクチュエータは特に位置決めを必要とする用途に効力を発揮し、情報記録機器における読み取り、書き込みヘッドの駆動、デジタルカメラ、ビデオカメラ等におけるレンズの駆動等様々な電子機器の駆動源として適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の圧電アクチュエータを用いた電子機器の構成を示す図である。
【図２】本発明の駆動システムのブロック図を示す図である。
【図３】本発明の駆動システムの制御信号の例を示す図である。
【符号の説明】
【００２６】
１  圧電素子
２  弾性体
３  振動体
４  移動体
５  伝達部材
６  稼動部材
７  加圧ばね
８  ケーシング
【図１】
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【図２】
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【図３】
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