(57)【要約】【課題】消費電力が十分に低減される駆動装置、を提供する。【解決手段】駆動装置は、電圧が印加されることにより伸縮する圧電素子と、圧電素子の伸縮に伴ってその伸縮方向に駆動する駆動部材と、駆動部材に対して摩擦係合された移動部材と、印加電圧を制御する制御部とを備える。制御部は、圧電素子を伸長させる伸長ステップ５０と、圧電素子の伸縮を停止させる停止ステップ６０とを順に実行する。伸長ステップ５０は、駆動部材を加速させながら圧電素子の伸長方向に駆動させる第１加速ステップ５１と、第１加速ステップ５１の後、駆動部材を減速させながら圧電素子の伸長方向に駆動させる第１減速ステップ５２とを含む。駆動部材の加速度の絶対値は、第１加速ステップ５１よりも第１減速ステップ５２の方が大きい。停止ステップ６０時に、移動部材が駆動部材に対して滑りながら圧電素子の伸長方向に移動する。【選択図】図３
2008125326.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
静止部材に一部を固定され、電圧が印加されることにより伸縮する圧電素子と、
前記圧電素子に固定され、前記圧電素子の伸縮に伴ってその伸縮方向に駆動する駆動部材と、
前記駆動部材に対して摩擦係合された移動部材と、
前記圧電素子に印加する電圧を制御する制御部とを備え、
前記制御部は、前記圧電素子を伸長させる伸長ステップと、前記圧電素子の伸縮を停止させる停止ステップとを順に実行し、
前記伸長ステップは、前記駆動部材を加速させながら前記圧電素子の伸長方向に駆動させる第１加速ステップと、前記第１加速ステップの後、前記駆動部材を減速させながら前記圧電素子の伸長方向に駆動させる第１減速ステップとを含み、
前記駆動部材の加速度の絶対値は、前記第１加速ステップよりも前記第１減速ステップの方が大きく、
前記停止ステップ時に、前記移動部材が前記駆動部材に対して滑りながら前記圧電素子の伸長方向に移動する、駆動装置。
【請求項２】
前記制御部は、前記停止ステップの後に、前記圧電素子を短縮させる短縮ステップをさらに実行し、
前記短縮ステップは、前記駆動部材を加速させながら前記圧電素子の短縮方向に駆動させる第２加速ステップと、前記第２加速ステップの後、前記駆動部材を減速させながら前記圧電素子の短縮方向に駆動させる第２減速ステップとを含み、
前記駆動部材の加速度の絶対値は、前記第２加速ステップよりも前記第２減速ステップの方が小さく、
前記伸長ステップ、前記停止ステップおよび前記短縮ステップを順に実行する１サイクルにおいて、前記移動部材の移動量が前記停止ステップ時での滑りによるものが主となる、請求項１に記載の駆動装置。
【請求項３】
前記制御部によって、前記伸長ステップ、前記停止ステップおよび前記短縮ステップを順に実行するサイクルが繰り返される、請求項２に記載の駆動装置。
【請求項４】
静止部材に一部を固定され、電圧が印加されることにより伸縮する圧電素子と、
前記圧電素子に固定され、前記圧電素子の伸縮に伴ってその伸縮方向に駆動する駆動部材と、
前記駆動部材に対して摩擦係合された移動部材と、
前記圧電素子に印加する電圧を制御する制御部とを備え、
前記制御部は、前記圧電素子を短縮させる短縮ステップと、前記圧電素子の伸縮を停止させる停止ステップとを順に実行し、
前記短縮ステップは、前記駆動部材を加速させながら前記圧電素子の短縮方向に駆動させる第１加速ステップと、前記第１加速ステップの後、前記駆動部材を減速させながら前記圧電素子の短縮方向に駆動させる第１減速ステップとを含み、
前記駆動部材の加速度の絶対値は、前記第１加速ステップよりも前記第１減速ステップの方が大きく、
前記停止ステップ時に、前記移動部材が前記駆動部材に対して滑りながら前記圧電素子の短縮方向に移動する、駆動装置。
【請求項５】
前記制御部は、前記停止ステップの後に、前記圧電素子を伸長させる伸長ステップをさらに実行し、
前記伸長ステップは、前記駆動部材を加速させながら前記圧電素子の伸長方向に駆動させる第２加速ステップと、前記第２加速ステップの後、前記駆動部材を減速させながら前記圧電素子の伸長方向に駆動させる第２減速ステップとを含み、
前記駆動部材の加速度の絶対値は、前記第２加速ステップよりも前記第２減速ステップの方が小さく、
前記短縮ステップ、前記停止ステップおよび前記伸長ステップを順に実行する１サイクルにおいて、前記移動部材の移動量が前記停止ステップ時での滑りによるものが主となる、請求項４に記載の駆動装置。
【請求項６】
前記制御部によって、前記短縮ステップ、前記停止ステップおよび前記伸長ステップを順に実行するサイクルが繰り返される、請求項５に記載の駆動装置。
【請求項７】
静止部材に一部を固定され、電圧が印加されることにより伸縮する圧電素子と、
前記圧電素子に固定され、前記圧電素子の伸縮に伴ってその伸縮方向に駆動する駆動部材と、
前記駆動部材に対して摩擦係合された移動部材と、
前記圧電素子に印加する電圧を制御する制御部とを備え、
前記制御部は、前記圧電素子を伸長させる伸長ステップと、前記圧電素子の伸縮を停止させる停止ステップと、前記圧電素子を短縮させる短縮ステップとを順に実行し、
前記伸長ステップは、前記駆動部材を加速させながら前記圧電素子の伸長方向に駆動させ、前記駆動部材の駆動距離と前記移動部材の移動距離とが略同一となる第１加速ステップと、前記第１加速ステップの後、前記駆動部材を減速させながら前記圧電素子の伸長方向に駆動させ、前記駆動部材の駆動距離と前記移動部材の移動距離とが異なる第１減速ステップとを含み、
前記短縮ステップは、前記駆動部材を加速させながら前記圧電素子の短縮方向に駆動させ、前記駆動部材の駆動距離と前記移動部材の移動距離とが異なる前記第２加速ステップと、前記第２加速ステップの後、前記駆動部材を減速させながら前記圧電素子の短縮方向に駆動させ、前記駆動部材の駆動距離と前記移動部材の移動距離とが略同一となる第２減速ステップとを含み、
前記伸長ステップ、前記停止ステップおよび前記短縮ステップを順に実行する１サイクルにおいて、前記移動部材の移動量が前記停止ステップ時での滑りによるものが主となる、駆動装置。
【請求項８】
静止部材に一部を固定され、電圧が印加されることにより伸縮する圧電素子と、
前記圧電素子に固定され、前記圧電素子の伸縮に伴ってその伸縮方向に駆動する駆動部材と、
前記駆動部材に対して摩擦係合された移動部材と、
前記圧電素子に印加する電圧を制御する制御部とを備え、
前記制御部は、前記圧電素子を短縮させる短縮ステップと、前記圧電素子の伸縮を停止させる停止ステップと、前記圧電素子を伸長させる伸長ステップとを順に実行し、
前記短縮ステップは、前記駆動部材を加速させながら前記圧電素子の短縮方向に駆動させ、前記駆動部材の駆動距離と前記移動部材の移動距離とが略同一である前記第１加速ステップと、前記第１加速ステップの後、前記駆動部材を減速させながら前記圧電素子の短縮方向に駆動させ、前記駆動部材の駆動距離と前記移動部材の移動距離とが異なる第１減速ステップとを含み、
前記伸長ステップは、前記駆動部材を加速させながら前記圧電素子の伸長方向に駆動させ、前記駆動部材の駆動距離と前記移動部材の移動距離とが異なる第２加速ステップと、前記第２加速ステップの後、前記駆動部材を減速させながら前記圧電素子の伸長方向に駆動させ、前記駆動部材の駆動距離と前記移動部材の移動距離とが略同一となる第２減速ステップとを含み、
前記短縮ステップ、前記停止ステップおよび前記伸長ステップを順に実行する１サイクルにおいて、前記移動部材の移動量が前記停止ステップ時での滑りによるものが主となる、駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、一般的には、駆動装置に関し、より特定的には、圧電素子などの電気機械変換素子を用いて移動部材を移動させるための駆動装置に関する。この発明は、たとえば、カメラの撮影レンズやオーバーヘッドプロジェクタなどの投影レンズ、双眼鏡のレンズ、複写機のレンズなど、光学装置におけるレンズの駆動の他、プロッタやＸ−Ｙ駆動テーブルのような装置など、駆動部を有する装置一般に用いられる駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の駆動装置に関して、たとえば、特開平４−６９０７０号公報には、小型かつ軽量で、しかも高精度の位置決めおよび移動量制御を可能とし、製造コストを安価にすることを目的とした駆動装置が開示されている（特許文献１）。図１０は、特許文献１に開示された駆動装置を示す斜視図である。図１１は、図１０中の駆動装置において、圧電素子に印加される駆動パルスの波形を示す図である。図１０および図１１を参照して、特許文献１では、圧電素子２１２に対して、ゆっくりとした立ち上がりで電圧を印加し、一定電圧を与えた後、急速に印加電圧を解除する。
【０００３】
圧電素子２１２に印加される電圧がゆるやかに変化するパルス立ち上がり部では、圧電素子２１２がゆっくりと伸びる。これに伴って、鏡筒２００が駆動棒２１７と一体となって図１０中の左方向へ動く。電圧が一定に保持され、圧電素子２１２の伸びが終了した時点で、駆動棒２１７の動きは停止するが、鏡筒２００は慣性により動き続け、やがて停止する。圧電素子２１２に印加される電圧が急速に変化するパルス立ち下がり部では、圧電素子２１２が急激に縮む。これに伴って、駆動棒２１７が図１０中の右方向に動くが、鏡筒２００は、自身の質量による慣性等によって、静止した状態を保つ。したがって、図１１中に示す駆動パルスを圧電素子２１２に印加することにより、鏡筒２００は、図１０中の左方向に動かされていく。
【特許文献１】特開平４−６９０７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
駆動装置を小型モバイル機器に搭載する場合、消費電力を低減する必要がある。しかしながら、上述の特許文献１に開示された駆動装置では、電圧が一定に保持された時に鏡筒２００が慣性によって動く移動量よりも、パルス立ち上がり部における鏡筒２００の移動量の方が主となる。この場合、鏡筒２００の必要な移動量を得る際に、図１１中に示す駆動パルスにおいて印加電圧が増大する領域の割合が大きくなり、消費電力を十分に低減させることができない。
【０００５】
そこでこの発明の目的は、上記の課題を解決することであり、消費電力が十分に低減される駆動装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明の１つの局面に従った駆動装置は、静止部材に一部を固定され、電圧が印加されることにより伸縮する圧電素子と、圧電素子に固定され、圧電素子の伸縮に伴ってその伸縮方向に駆動する駆動部材と、駆動部材に対して摩擦係合された移動部材と、圧電素子に印加する電圧を制御する制御部とを備える。制御部は、圧電素子を伸長させる伸長ステップと、圧電素子の伸縮を停止させる停止ステップとを順に実行する。伸長ステップは、駆動部材を加速させながら圧電素子の伸長方向に駆動させる第１加速ステップと、第１加速ステップの後、駆動部材を減速させながら圧電素子の伸長方向に駆動させる第１減速ステップとを含む。駆動部材の加速度の絶対値は、第１加速ステップよりも第１減速ステップの方が大きい。停止ステップ時に、移動部材が駆動部材に対して滑りながら圧電素子の伸長方向に移動する。
【０００７】
このように構成された駆動装置によれば、伸長ステップにおいて、駆動部材の加速度の絶対値が第１加速ステップよりも第１減速ステップの方が大きくなるように設定される。この場合、第１減速ステップで駆動部材が急激に減速されるため、圧電素子に印加する電圧が無増加となる停止ステップ時に、移動部材を駆動部材に対して滑らせ続けることができる。これにより、移動部材を圧電素子の伸長方向に移動させるに際して、消費電力を低く抑えることができる。
【０００８】
また好ましくは、制御部は、停止ステップの後に、圧電素子を短縮させる短縮ステップをさらに実行する。短縮ステップは、駆動部材を加速させながら圧電素子の短縮方向に駆動させる第２加速ステップと、第２加速ステップの後、駆動部材を減速させながら圧電素子の短縮方向に駆動させる第２減速ステップとを含む。駆動部材の加速度の絶対値は、第２加速ステップよりも第２減速ステップの方が小さい。伸長ステップ、停止ステップおよび短縮ステップを順に実行する１サイクルにおいて、移動部材の移動量が停止ステップ時での滑りによるものが主となる。このように構成された駆動装置によれば、第２減速ステップで駆動部がゆるやかに減速されるため、短縮ステップの後に、駆動部材が圧電素子の短縮方向に滑ることを防止できる。
【０００９】
また好ましくは、制御部によって、伸長ステップ、停止ステップおよび短縮ステップを順に実行するサイクルが繰り返される。このように構成された駆動装置によれば、移動部材を、圧電素子の伸長方向に連続的に移動させることができる。
【００１０】
この発明の別の局面に従った駆動装置は、静止部材に一部を固定され、電圧が印加されることにより伸縮する圧電素子と、圧電素子に固定され、圧電素子の伸縮に伴ってその伸縮方向に駆動する駆動部材と、駆動部材に対して摩擦係合された移動部材と、圧電素子に印加する電圧を制御する制御部とを備える。制御部は、圧電素子を短縮させる短縮ステップと、圧電素子の伸縮を停止させる停止ステップとを順に実行する。短縮ステップは、駆動部材を加速させながら圧電素子の短縮方向に駆動させる第１加速ステップと、第１加速ステップの後、駆動部材を減速させながら圧電素子の短縮方向に駆動させる第１減速ステップとを含む。駆動部材の加速度の絶対値は、第１加速ステップよりも第１減速ステップの方が大きい。停止ステップ時に、移動部材が駆動部材に対して滑りながら圧電素子の短縮方向に移動する。
【００１１】
このように構成された駆動装置によれば、短縮ステップにおいて、駆動部材の加速度の絶対値が第１加速ステップよりも第１減速ステップの方が大きくなるように設定される。この場合、第１減速ステップで駆動部が急激に減速されるため、圧電素子に印加する電圧が無増加となる停止ステップ時に、移動部材を駆動部材に対して滑らせ続けることができる。これにより、移動部材を圧電素子の短縮方向に移動させるに際して、消費電力を低く抑えることができる。
【００１２】
また好ましくは、制御部は、停止ステップの後に、圧電素子を伸長させる伸長ステップをさらに実行する。伸長ステップは、駆動部材を加速させながら圧電素子の伸長方向に駆動させる第２加速ステップと、第２加速ステップの後、駆動部材を減速させながら圧電素子の伸長方向に駆動させる第２減速ステップとを含む。駆動部材の加速度の絶対値は、第２加速ステップよりも第２減速ステップの方が小さい。短縮ステップ、停止ステップおよび伸長ステップを順に実行する１サイクルにおいて、移動部材の移動量が停止ステップ時での滑りによるものが主となる。このように構成された駆動装置によれば、第２減速ステップで駆動部がゆるやかに減速されるため、伸長ステップの後に、駆動部材が圧電素子の伸長方向に滑ることを防止できる。
【００１３】
また好ましくは、制御部によって、短縮ステップ、停止ステップおよび伸長ステップを順に実行するサイクルが繰り返される。このように構成された駆動装置によれば、移動部材を、圧電素子の短縮方向に連続的に移動させることができる。
【００１４】
この発明のさらに別の局面に従った駆動装置は、静止部材に一部を固定され、電圧が印加されることにより伸縮する圧電素子と、圧電素子に固定され、圧電素子の伸縮に伴ってその伸縮方向に駆動する駆動部材と、駆動部材に対して摩擦係合された移動部材と、圧電素子に印加する電圧を制御する制御部とを備える。制御部は、圧電素子を伸長させる伸長ステップと、圧電素子の伸縮を停止させる停止ステップと、圧電素子を短縮させる短縮ステップとを順に実行する。伸長ステップは、駆動部材を加速させながら圧電素子の伸長方向に駆動させ、駆動部材の駆動距離と移動部材の移動距離とが略同一となる第１加速ステップと、第１加速ステップの後、駆動部材を減速させながら圧電素子の伸長方向に駆動させ、駆動部材の駆動距離と移動部材の移動距離とが異なる第１減速ステップとを含む。短縮ステップは、駆動部材を加速させながら圧電素子の短縮方向に駆動させ、駆動部材の駆動距離と移動部材の移動距離とが異なる第２加速ステップと、第２加速ステップの後、駆動部材を減速させながら圧電素子の短縮方向に駆動させ、駆動部材の駆動距離と移動部材の移動距離とが略同一となる第２減速ステップとを含む。伸長ステップ、停止ステップおよび短縮ステップを順に実行する１サイクルにおいて、移動部材の移動量が停止ステップ時での滑りによるものが主となる。
【００１５】
このように構成された駆動装置によれば、移動部材を圧電素子の伸長方向に移動させるに際して、消費電力を低く抑えることができる。
【００１６】
この発明のさらに別の局面に従った駆動装置は、静止部材に一部を固定され、電圧が印加されることにより伸縮する圧電素子と、圧電素子に固定され、圧電素子の伸縮に伴ってその伸縮方向に駆動する駆動部材と、駆動部材に対して摩擦係合された移動部材と、圧電素子に印加する電圧を制御する制御部とを備える。制御部は、圧電素子を短縮させる短縮ステップと、圧電素子の伸縮を停止させる停止ステップと、圧電素子を伸長させる伸長ステップとを順に実行する。短縮ステップは、駆動部材を加速させながら圧電素子の短縮方向に駆動させ、駆動部材の駆動距離と移動部材の移動距離とが略同一である第１加速ステップと、第１加速ステップの後、駆動部材を減速させながら圧電素子の短縮方向に駆動させ、駆動部材の駆動距離と移動部材の移動距離とが異なる第１減速ステップとを含む。伸長ステップは、駆動部材を加速させながら圧電素子の伸長方向に駆動させ、駆動部材の駆動距離と移動部材の移動距離とが異なる第２加速ステップと、第２加速ステップの後、駆動部材を減速させながら圧電素子の伸長方向に駆動させ、駆動部材の駆動距離と移動部材の移動距離とが略同一となる第２減速ステップとを含む。短縮ステップ、停止ステップおよび伸長ステップを順に実行する１サイクルにおいて、移動部材の移動量が停止ステップ時での滑りによるものが主となる。
【００１７】
このように構成された駆動装置によれば、移動部材を圧電素子の短縮方向に移動させるに際して、消費電力を低く抑えることができる。
【発明の効果】
【００１８】
以上説明したように、この発明に従えば、消費電力が十分に低減される駆動装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
この発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、以下で参照する図面では、同一またはそれに相当する部材には、同じ番号が付されている。
【００２０】
（実施の形態１）
図１は、この発明の実施の形態１における駆動装置を示す側面図である。図１を参照して、駆動装置１０は、たとえば、カメラの撮影レンズやオーバーヘッドプロジェクタなどの投影レンズ、双眼鏡のレンズ、複写機のレンズなど、光学装置におけるレンズの駆動に用いられる。そのほか、駆動装置１０は、プロッタやＸ−Ｙ駆動テーブルのような装置に用いられる。
【００２１】
駆動装置１０は、圧電素子１７と、駆動部材２１と、移動部材３６と、制御部１２とを含む。圧電素子１７は、電圧を印加することにより機械的歪みが生じる素子である。圧電素子１７は、その一部を静止部材１５に対して固定されている。圧電素子１７は、電圧が印加されることにより伸縮する。圧電素子１７は、矢印９９に示す方向に伸縮する。圧電素子１７は、静止部材１５に対して固定された部分を起点に伸縮する。制御部１２は、圧電素子１７に対して電気的に接続されている。制御部１２は、圧電素子１７に印加される電圧を制御する。
【００２２】
駆動部材２１は、圧電素子１７に接続されている。駆動部材２１は、圧電素子１７から圧電素子１７の伸縮方向に延出する。駆動部材２１は、圧電素子１７の伸縮に伴って、矢印９９に示す圧電素子１７の伸縮方向に駆動する。駆動部材２１は、載置面２１ａを含む。移動部材３６は、駆動部材２１に対して摩擦係合されている。移動部材３６は、載置面２１ａに載置されている。載置面２１ａは、水平方向に延在する。移動部材３６の自重が、載置面２１ａに負荷する。
【００２３】
図２は、図１中の移動部材が駆動部材に対して摩擦係合される形態の変形例を示す断面図である。図２（Ａ）を参照して、駆動部材２１は、溝部２１ｄを含む。本変形例では、移動部材３６が、溝部２１ｄに嵌合された状態で駆動部材２１に対して摩擦係合されている。図２（Ｂ）を参照して、移動部材３６は、孔３６ｅを含む。本変形例では、孔３６ｅに駆動部材２１が挿入された状態で、移動部材３６が駆動部材２１に対して摩擦係合されている。移動部材３６が駆動部材２１に対して摩擦係合される形態は、これらに限られず、適宜変更される。駆動部材２１と移動部材３６との間で生じる摩擦力は、駆動部材２１の駆動方向に依存しなくてもよい。
【００２４】
図３は、図１中の圧電素子に印加される電圧の波形を示すグラフである。図４は、図１中の駆動部材の速度変化を示すグラフである。図４中では、駆動部材２１が圧電素子１７の伸長方向（図１中の右側）に駆動する時の速度をプラス、圧電素子１７の短縮方向（図１中の左側）に駆動する時の速度をマイナスとして表わす。
【００２５】
図３および図４を参照して、制御部１２は、圧電素子１７を伸長させる伸長ステップ５０（時間０〜ｔ２）と、伸長ステップ５０の後、圧電素子１７の伸縮を停止させる停止ステップ６０（時間ｔ２〜ｔ３）とを順に実行する。伸長ステップ５０では、圧電素子１７に印加される電圧が徐々に増大する。伸長ステップ５０では、駆動部材２１が、圧電素子１７の伸長方向に駆動する。停止ステップ６０では、圧電素子１７に印加される電圧は増減せず、一定となる。停止ステップ６０では、駆動部材２１の駆動が停止する。
【００２６】
伸長ステップ５０は、第１加速ステップ５１（時間０〜ｔ１）と、第１加速ステップ５１の後に実行される第１減速ステップ５２（時間ｔ１〜ｔ２）とを含む。
【００２７】
第１加速ステップ５１では、圧電素子１７に印加される電圧が増大する割合が、徐々に大きくなる。第１加速ステップ５１では、駆動部材２１が加速しながら圧電素子１７の伸長方向に駆動する。第１減速ステップ５２では、圧電素子１７に印加される電圧が増大する割合が、徐々に小さくなる。第１減速ステップ５２では、駆動部材２１が減速しながら圧電素子１７の伸長方向に駆動する。第１加速ステップ５１および第１減速ステップ５２では、駆動部材２１の加速度がそれぞれ一定となる。
【００２８】
駆動部材２１の加速度の絶対値は、第１加速ステップ５１よりも第１減速ステップ５２の方が大きい。すなわち、第１加速ステップ５１における駆動部材２１の加速と比較して、駆動部材２１は、第１減速ステップ５２において急激に減速する。第１減速ステップ５２が実行される時間（ｔ２−ｔ１）は、第１加速ステップ５１が実行される時間ｔ１よりも短い。
【００２９】
制御部１２は、停止ステップ６０の後、短縮ステップ７０（時間ｔ３〜ｔ５）をさらに実行する。短縮ステップ７０では、圧電素子１７に印加される電圧が徐々に減少する。短縮ステップ７０では、駆動部材２１が、圧電素子１７の短縮方向に駆動する。
【００３０】
短縮ステップ７０は、第２加速ステップ７１（時間ｔ３〜ｔ４）と、第２加速ステップ７１の後に実行される第２減速ステップ７２（時間ｔ４〜ｔ５）とを含む。
【００３１】
第２加速ステップ７１では、圧電素子１７に印加される電圧が減少する割合が、徐々に大きくなる。第２加速ステップ７１では、駆動部材２１が加速しながら圧電素子１７の短縮方向に駆動する。第２減速ステップ７２では、圧電素子１７に印加される電圧が減少する割合が、徐々に小さくなる。第２減速ステップ７２では、駆動部材２１が減速しながら圧電素子１７の短縮方向に駆動する。第２加速ステップ７１および第２減速ステップ７２では、駆動部材２１の加速度がそれぞれ一定となる。
【００３２】
駆動部材２１の加速度の絶対値は、第２加速ステップ７１よりも第２減速ステップ７２の方が小さい。すなわち、第２加速ステップ７１における駆動部材２１の加速と比較して、駆動部材２１は、第２減速ステップ７２においてゆるやかに減速する。第２減速ステップ７２が実行される時間（ｔ５−ｔ４）は、第２加速ステップ７１が実行される時間（ｔ４−ｔ３）よりも長い。
【００３３】
図５は、時間経過に伴う、図１中の駆動装置の挙動を示す図である。図３から図５を参照して、伸長ステップ５０の第１加速ステップ５１（時間０〜ｔ１）では、駆動部材２１が、一定加速度ａ１の元、速度を増加させながら伸長する。このとき、移動部材３６は、駆動部材２１の駆動に追従して、圧電素子１７の伸長方向に移動する。すなわち、第１加速ステップ５１では、駆動部材２１の駆動距離と移動部材３６の移動距離とが、略同一となる。
【００３４】
続いて、伸長ステップ５０の第１減速ステップ５２（時間ｔ１〜ｔ２）では、駆動部材２１が、一定加速度ａ２のもと、速度を減少させながら伸長する。このとき、移動部材３６は、駆動部材２１の駆動に追従せずに滑りを起こす。すなわち、第１減速ステップ５２では、駆動部材２１の駆動距離と移動部材３６の移動距離とが、異なる。これは、駆動部材２１と移動部材３６との間に生じる摩擦力よりも、減速加速度による慣性力が大きくなるためである。この場合、摩擦力と加速度との関係は、次式に表わされる。駆動部材２１と移動部材３６との間の静摩擦係数をμとする。
【００３５】
【数１】
2008125326.tif 000003
【００３６】
続いて、停止ステップ６０（時間ｔ２〜ｔ３）では、駆動部材２１の駆動が停止する一方で、移動部材３６が駆動部材２１に対して滑り続ける。これにより、印加電圧が増加しない間にも、移動部材３６を圧電素子１７の伸長方向に移動させることができる。移動部材３６の速度は、移動部材３６と駆動部材２１との間の摩擦によって徐々に減少し、時間ｔ３において移動部材３６の滑りが停止する。この場合、時間ｔ２〜ｔ３の間の移動部材３６の移動距離は、次式に表わされる。時間ｔ２における移動部材３６の速度をｖ２とし、駆動部材２１と移動部材３６との間の動摩擦係数をμ´とする。
【００３７】
【数２】
2008125326.tif 000004
【００３８】
続いて、短縮ステップ７０の第２加速ステップ７１（時間ｔ３〜ｔ４）では、駆動部材２１が、一定加速度ａ２のもと、速度を増加させながら短縮する。このとき、移動部材３６は、駆動部材２１の駆動に追従せずに滑りを起こす。すなわち、第２加速ステップ７１では、駆動部材２１の駆動距離と移動部材３６の移動距離とが、異なる。
【００３９】
続いて、短縮ステップ７０の第２減速ステップ７２では（時間ｔ４〜ｔ５）では、駆動部材２１が、一定加速度ａ１のもと、速度を減少させながら短縮する。このとき、移動部材３６は、駆動部材２１の駆動に追従して、圧電素子１７の短縮方向に移動する。すなわち、第２減速ステップ７２では、駆動部材２１の駆動距離と移動部材３６の移動距離とが、略同一となる。
【００４０】
駆動部材２１は、移動部材３６とともに時間ｔ５で停止する。本実施の形態では、移動部材３６が駆動部材２１の駆動に追従する第２減速ステップ７２を設けることにより、短縮ステップ７０の後に、移動部材３６が圧電素子１７の短縮方向に滑り続けることを防止できる。駆動部材２１は、時間０の元の位置に戻る。移動部材３６の移動距離は、時間ｔ２〜t３までの間、圧電素子１７の伸長方向に滑った距離となる。すなわち、伸長ステップ５０、停止ステップ６０および短縮ステップ７０を順に実行する１サイクルにおいて、移動部材３６の移動量は、停止ステップ６０時での滑りによるものが主となる。
【００４１】
本実施の形態では、第１加速ステップ５１における駆動部材２１の加速度と、第２減速ステップ７２における駆動部材２１の加速度とが等しい。また、第１減速ステップ５２における駆動部材２１の加速度と、第２加速ステップ７１における駆動部材２１の加速度とが等しい。この場合、時間０〜ｔ２までの伸長ステップ５０時における駆動部材２１の平均駆動速度と、時間ｔ３〜ｔ５の短縮ステップ７０時における駆動部材２１の平均駆動速度とが、略同一となり、駆動部材２１の電圧−駆動制御にばらつきがなくなる。
【００４２】
なお、駆動部材２１の伸長距離と短縮距離とが等しくなり、短縮ステップ７０を終えた時点で駆動部材２１が元の位置に戻り、また、移動部材３６の滑りによる移動量が損なわれない条件であれば、第１加速ステップ５１および第２減速ステップ７２間、第１減速ステップ５２および第２加速ステップ７１間のそれぞれで、加速度が異なってもよい。
【００４３】
以上に説明した、伸長ステップ５０、停止ステップ６０および短縮ステップ７０を順に実行するサイクルを繰り返すことにより、移動部材３６を圧電素子１７の伸長方向に連続的に移動させる。
【００４４】
この発明の実施の形態１における駆動装置１０は、静止部材１５に一部を固定され、電圧が印加されることにより伸縮する圧電素子１７と、圧電素子１７に固定され、圧電素子１７の伸縮に伴ってその伸縮方向に駆動する駆動部材２１と、駆動部材２１に対して摩擦係合された移動部材３６と、圧電素子１７に印加する電圧を制御する制御部１２とを備える。
【００４５】
制御部１２は、圧電素子１７を伸長させる伸長ステップ５０と、圧電素子１７の伸縮を停止させる停止ステップ６０とを順に実行する。伸長ステップ５０は、駆動部材２１を加速させながら圧電素子１７の伸長方向に駆動させる第１加速ステップ５１と、第１加速ステップ５１の後、駆動部材２１を減速させながら圧電素子１７の伸長方向に駆動させる第１減速ステップ５２とを含む。駆動部材２１の加速度の絶対値は、第１加速ステップ５１よりも第１減速ステップ５２の方が大きい。停止ステップ６０時に、移動部材３６が駆動部材２１に対して滑りながら圧電素子１７の伸長方向に移動する。
【００４６】
また、制御部１２は、圧電素子１７を伸長させる伸長ステップ５０と、圧電素子１７の伸縮を停止させる停止ステップ６０と、圧電素子１７を短縮させる短縮ステップ７０とを順に実行する。伸長ステップ５０は、駆動部材２１を加速させながら圧電素子１７の伸長方向に駆動させ、駆動部材２１の駆動距離と移動部材３６の移動距離とが略同一となる第１加速ステップ５１と、第１加速ステップ５１の後、駆動部材２１を減速させながら圧電素子１７の伸長方向に駆動させ、駆動部材２１の駆動距離と移動部材３６の移動距離とが異なる第１減速ステップ５２とを含む。短縮ステップ７０は、駆動部材２１を加速させながら圧電素子１７の短縮方向に駆動させ、駆動部材２１の駆動距離と移動部材３６の移動距離とが異なる第２加速ステップ７１と、第２加速ステップ７１の後、駆動部材２１を減速させながら圧電素子１７の短縮方向に駆動させ、駆動部材２１の駆動距離と移動部材３６の移動距離とが略同一となる第２減速ステップ７２とを含む。伸長ステップ５０、停止ステップ６０および短縮ステップ７０を順に実行する１サイクルにおいて、移動部材３６の移動量が停止ステップ６０時での滑りによるものが主となる。
【００４７】
このように構成された、この発明の実施の形態１における駆動装置１０によれば、圧電素子１７に印加する電圧の増加を伴わない停止ステップ６０において、移動部材３６を圧電素子１７の伸長方向に積極的に滑らせる。これにより、移動部材３６を圧電素子１７の伸長方向に移動させるに際して、駆動装置１０で消費される電力を低減させることができる。
【００４８】
次に、図３中に示す波形の電圧が印加される本実施の形態における駆動装置１０と、図１１中に示す波形の電圧が印加される比較のための駆動装置との間で、消費される電力を比較する。図６は、実施の形態における駆動装置および比較のための駆動装置の各々において、消費電力に寄与する時間領域の電圧の波形を示すグラフである。図中には、駆動部材２１が伸長する伸長ステップ時のみが示されている。
【００４９】
図６を参照して、図１１中に示す波形の電圧が印加される比較のための駆動装置の場合、消費電力は次式で表わされる。電流値をＩ、印加電圧値をＶ、圧電素子１７の容量をＣ、変位に対する電圧係数をＡ、変位量をΔｘとする。Ｃ＝０．１８μＦ、Ａ＝２０Ｖ/μｍとする。
【００５０】
【数３】
2008125326.tif 000005
【００５１】
第１項は図６中の時間領域Ｋ、第２項は時間領域Ｌ、第３項は時間領域Ｍでの点線で示した電圧を元に算出された消費電力を示す。時間領域Ｍは、駆動部材が停止するまでの時間領域である。比較のための駆動装置にて駆動を行なう場合、たとえば、時間０〜Ｊ１の間を１μｓ、時間０〜Ｊ１時の加速度ａ１を１００００ｍ/ｓ２とすると、時間Ｊ１での到達移動速度は１０ｍｍ/ｓとなる。時間Ｊ１〜Ｊ２の間を６μｓとすると、駆動周波数は約１３５ｋＨｚとなり、移動部材３６の平均移動速度は約９．５ｍｍ/ｓ、１周期における移動距離は約７０ｎｍとなる。
【００５２】
一方、図３中に示す波形の電圧が印加される本実施の形態における駆動装置１０の場合、消費電力は次式で表わされる。
【００５３】
【数４】
2008125326.tif 000006
【００５４】
第１項は図６中の時間領域Ｋ、第２項は時間領域Ｎでの実線で示した電圧を元に算出された消費電力を示す。時間領域Ｎは駆動部材２１が停止するまでの時間領域である。時間領域Ｎにおいて、本実施の形態における駆動装置１０による電圧波形の傾きは、比較のための駆動装置による電圧波形の傾きよりも小さい。
【００５５】
本実施の形態における駆動装置１０にて駆動を行なう場合、時間t１と時間Ｊ１での時間と加速度条件を同じとすると、駆動周波数は３３０ｋＨｚ、移動部材３６の平均移動速度は１．７ｍｍ/ｓ、１周期における移動距離は５μｍとなる。本実施の形態における駆動装置１０では、図６中の時間領域以降の駆動部材２１が停止している時間領域で、移動部材３６の移動が起こる。このため、本実施の形態における駆動装置１０によれば、移動部材３６の移動を行なうために必要な消費電力を低減させることができる。  また、比較のための駆動装置を用いた場合の移動距離と同じ移動量だけ移動するように、本実施の形態における駆動装置１０にて駆動を繰り返した場合、（３）式および（４）式を元に消費電力を計算・比較すると、６４．７％に低減することができる。図７は、時間領域Ｌと、消費電力比（（４）式／（３）式の値）との関係を示すグラフである。図７を参照して、時間領域Ｌと消費電力比との関係は、グラフ中に示すようになる。
【００５６】
また、本実施の形態における駆動装置１０での移動速度が、比較のための駆動装置での移動速度と同程度となるように、加速度ａ２を３１０００ｍ/ｓ２にした場合、駆動の繰り返し回数を減らすことにより、上記と同様に消費電力を低減することができる。
【００５７】
（実施の形態２）
図８は、実施の形態２における駆動装置において、圧電素子に印加される電圧の波形を示すグラフである。図９は、実施の形態２における駆動装置において、駆動部材の速度変化を示すグラフである。本実施の形態における駆動装置は、実施の形態１における駆動装置と比較して、圧電素子に印加される電圧の波形が異なる。以下、重複する構造については説明を繰り返さない。
【００５８】
図８および図９を参照して、本実施の形態では、図１中の移動部材３６を圧電素子１７の短縮方向に移動させる。
【００５９】
制御部１２は、圧電素子１７を短縮させる短縮ステップ１５０と、圧電素子１７の伸縮を停止させる停止ステップ１６０とを順に実行する。短縮ステップ１５０は、駆動部材２１を加速させながら圧電素子１７の短縮方向に駆動させる第１加速ステップ１５１と、第１加速ステップ１５１の後、駆動部材２１を減速させながら圧電素子１７の短縮方向に駆動させる第１減速ステップ１５２とを含む。駆動部材２１の加速度の絶対値は、第１加速ステップ１５１よりも第１減速ステップ１５２の方が大きい。停止ステップ１６０時に、移動部材３６が駆動部材２１に対して滑りながら圧電素子１７の短縮方向に移動する。
【００６０】
制御部１２は、停止ステップ１６０の後に、圧電素子１７を伸長させる伸長ステップ１７０をさらに実行する。伸長ステップ１７０は、駆動部材２１を加速させながら圧電素子１７の伸長方向に駆動させる第２加速ステップ１７１と、第２加速ステップ１７１の後、駆動部材２１を減速させながら圧電素子１７の伸長方向に駆動させる第２減速ステップ１７２とを含む。駆動部材２１の加速度の絶対値は、第２加速ステップ１７１よりも第２減速ステップ１７２の方が小さい。短縮ステップ１５０、停止ステップ１６０および伸長ステップ１７０を順に実行する１サイクルにおいて、移動部材３６の移動量が停止ステップ１６０時での滑りによるものが主となる。
【００６１】
また、制御部１２は、圧電素子１７を短縮させる短縮ステップ１５０と、圧電素子１７の伸縮を停止させる停止ステップ１６０と、圧電素子１７を伸長させる伸長ステップ１７０とを順に実行する。短縮ステップ１５０は、駆動部材２１を加速させながら圧電素子１７の短縮方向に駆動させ、駆動部材２１の駆動距離と移動部材３６の移動距離とが略同一である第１加速ステップ１５１と、第１加速ステップ１５１の後、駆動部材２１を減速させながら圧電素子１７の短縮方向に駆動させ、駆動部材２１の駆動距離と移動部材３６の移動距離とが異なる第１減速ステップ１５２とを含む。伸長ステップ１７０は、駆動部材２１を加速させながら圧電素子１７の伸長方向に駆動させ、駆動部材２１の駆動距離と移動部材３６の移動距離とが異なる第２加速ステップ１７１と、第２加速ステップ１７１の後、駆動部材２１を減速させながら圧電素子１７の伸長方向に駆動させ、駆動部材２１の駆動距離と移動部材３６の移動距離とが略同一となる第２減速ステップ１７２とを含む。短縮ステップ１５０、停止ステップ１６０および伸長ステップ１７０を順に実行する１サイクルにおいて、移動部材３６の移動量が停止ステップ１６０時での滑りによるものが主となる。
【００６２】
このように構成された、この発明の実施の形態２における駆動装置によれば、移動部材３６を圧電素子１７の短縮方向に移動させるに際して、駆動装置１０で消費される電力を低減させることができる。
【００６３】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】この発明の実施の形態１における駆動装置を示す側面図である。
【図２】図１中の移動部材が駆動部材に対して摩擦係合される形態の変形例を示す断面図である。
【図３】図１中の圧電素子に印加される電圧の波形を示すグラフである。
【図４】図１中の駆動部材の速度変化を示すグラフである。
【図５】時間経過に伴う、図１中の駆動装置の挙動を示す図である。
【図６】実施の形態における駆動装置および比較のための駆動装置の各々において、消費電力に寄与する時間領域の電圧の波形を示すグラフである。
【図７】時間領域Ｌと、消費電力比との関係を示すグラフである。
【図８】実施の形態２における駆動装置において、圧電素子に印加される電圧の波形を示すグラフである。
【図９】実施の形態２における駆動装置において、駆動部材の速度変化を示すグラフである。
【図１０】特許文献１に開示された駆動装置を示す斜視図である。
【図１１】図１０中の駆動装置において、圧電素子に印加される駆動パルスの波形を示す図である。
【符号の説明】
【００６５】
１０  駆動装置、１２  制御部、１５  静止部材、１７  圧電素子、２１  駆動部材、３６  移動部材、５０，１７０  伸長ステップ、５１，１５１  第１加速ステップ、５２，１５２  第１減速ステップ、６０，１６０  停止ステップ、７０，１５０  短縮ステップ、７１，１７１  第２加速ステップ、７２，１７２  第２減速ステップ。
【図１】
2008125326.tif 000007
【図２】
2008125326.tif 000008
【図３】
2008125326.tif 000009
【図４】
2008125326.tif 000010
【図５】
2008125326.tif 000011
【図６】
2008125326.tif 000012
【図７】
2008125326.tif 000013
【図８】
2008125326.tif 000014
【図９】
2008125326.tif 000015
【図１０】
2008125326.tif 000016
【図１１】
2008125326.tif 000017