(57)【要約】【課題】温度変化などの外部要因の変化に伴って超音波アクチュエータの共振状態が変化した場合でも、この超音波アクチュエータの共振周波数近傍を検出し、この検出した共振周波数近傍での駆動信号を用いることにより、駆動効率の良い状態にて駆動させる。【解決手段】本発明の超音波アクチュエータ駆動装置は、圧電板と内部電極とを交互に積層してなる超音波振動子に周波信号を印加することにより駆動を行うもので、超音波振動子Ａを駆動するための周波信号を生成する発振部４と、発振部４の出力に基づいて周波信号を増幅し超音波振動子１Ａに印加する駆動部３と、超音波振動子１Ａの振動情報を検出する振動情報検出部５と、振動情報に基づいて超音波振動子１Ａの共振周波数近傍の周波数を検出し、この検出された周波数を超音波振動子１Ａの駆動周波数として設定し、この駆動周波数に基づく周波信号を生成するように発振部４を制御する制御部６と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電板と内部電極とを交互に積層してなる超音波振動子に周波信号を印加することにより駆動を行う超音波アクチュエータ駆動装置であって、
前記超音波振動子を駆動するための周波信号を生成する発振部と、
前記発振部の出力に基づいて、前記周波信号を増幅し前記超音波振動子に印加する駆動部と、
前記超音波振動子の振動情報を検出する振動情報検出部と、
前記振動情報に基づいて、前記超音波振動子の共振周波数近傍の周波数を検出し、この検出された周波数を前記超音波振動子の駆動周波数として設定し、この駆動周波数に基づく前記周波信号を生成するように前記発振部を制御する制御部と、
を備えたことを特徴とする超音波アクチュエータ駆動装置。
【請求項２】
前記制御部は、前記共振周波数近傍の周波数検出を、前記超音波振動子の共振周波数を含む周波数検出領域を段階的に狭めるように変化させることによって行うことを特徴とする請求項１に記載の超音波アクチュエータ駆動装置。
【請求項３】
前記共振周波数近傍の周波数は、前記振動情報の変化が略最大になる周波数であることを特徴とする請求項２に記載の超音波アクチュエータ駆動装置。
【請求項４】
前記振動情報検出部は、前記超音波振動子に印加される周波信号の電流と前記発振部からの周波信号の電圧との位相差を検出する第１の位相差検出部であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１つに記載の超音波アクチュエータ駆動装置。
【請求項５】
前記振動情報検出部は、前記超音波振動子に印加される周波信号の電流を検出する電流検出部であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１つに記載の超音波アクチュエータ駆動装置。
【請求項６】
前記振動情報検出部は、前記超音波振動子に印加される周波信号の電圧と前記超音波振動子の振動波形との位相差を検出する第２の位相差検出部であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１つに記載の超音波アクチュエータ駆動装置。
【請求項７】
前記振動情報検出部は、前記超音波振動子の振動を検出する振動検出部であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１つに記載の超音波アクチュエータ駆動装置。
【請求項８】
前記超音波振動子は、
圧電板を同一方向に積層して構成される圧電積層体と、
前記圧電積層体の側面に設けられ、所定の押圧力をもって被駆動部と接触する摩擦部材と、
前記圧電積層体内部に設けられ、第１の電極群及び第２の電極群を有する内部電極と、
前記内部電極に導通した第１の外部電極群及び第２の外部電極群を有し、
前記第１の外部電極群及び／又は前記第２の外部電極群に前記駆動部により周波信号を印加して第１の振動モード及び第２の振動モードを同時に発生することにより、前記超音波振動子に超音波楕円振動を発生することを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか１つに記載の超音波アクチュエータ駆動装置。
【請求項９】
前記超音波振動子は、
前記摩擦部材を介して所定の押圧力を前記圧電積層体に与える第１及び第２のガイド部材に狭持されていることを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれか１つに記載の超音波アクチュエータ駆動装置。
【請求項１０】
前記圧電積層体を所定の外形寸法とすることにより、前記所定の押圧力の下で、第１の振動モード及び第２の振動モードの共振周波数が一致するように構成されていることを特徴とする請求項８又は請求項９に記載の超音波アクチュエータ駆動装置。
【請求項１１】
圧電板と内部電極とを交互に積層してなる超音波振動子に周波信号を印加することにより駆動を行う超音波アクチュエータ駆動方法であって、
前記超音波振動子の振動情報に基づいて、前記超音波振動子の共振周波数近傍の周波数を検出し、
この検出された周波数を前記超音波振動子の駆動周波数として設定し、
この駆動周波数に基づく前記周波信号を前記超音波振動子に印加して駆動を行うことを特徴とする超音波アクチュエータ駆動方法。
【請求項１２】
前記共振周波数近傍の周波数検出は、前記超音波振動子の共振周波数を含む周波数検出領域を段階的に狭めるように変化させることによって行うことを特徴とする請求項１１に記載の超音波アクチュエータ駆動方法。
【請求項１３】
前記共振周波数近傍の周波数は、前記振動情報の変化が略最大になる周波数であることを特徴とする請求項１２に記載の超音波アクチュエータ駆動装置。
【請求項１４】
前記振動情報は、前記超音波振動子に印加される電流と前記発振部からの周波信号の電圧との位相差であることを特徴とする請求項１１乃至請求項１３のいずれか１つに記載の超音波アクチュエータ駆動方法。
【請求項１５】
前記振動情報は、前記超音波振動子に印加される電流であることを特徴とする請求項１１乃至請求項１３のいずれか１つに記載の超音波アクチュエータ駆動方法。
【請求項１６】
前記振動情報は、前記超音波振動子に印加される電圧と振動波形との位相差であることを特徴とする請求項１１乃至請求項１３のいずれか１つに記載の超音波アクチュエータ駆動方法。
【請求項１７】
前記振動情報は、前記超音波振動子の振動波形の位相差であることを特徴とする請求項１１乃至請求項１３のいずれか１つに記載の超音波アクチュエータ駆動方法。
【請求項１８】
前記超音波振動子は、
圧電板を同一方向に積層して構成される圧電積層体と、
前記圧電積層体の側面に設けられ、所定の押圧力をもって被駆動部と接触する摩擦部材と、
前記圧電積層体内部に設けられ、第１の電極群及び第２の電極群を有する内部電極と、
前記内部電極に導通した第１の外部電極群及び第２の外部電極群を有し、
前記第１の外部電極群及び／もしくは前記第２の外部電極群に前記駆動部により周波信号を印加して第１の振動モード及び第２の振動モードを同時に発生することにより、前記超音波振動子に超音波楕円振動を発生することを特徴とする請求項１１乃至請求項１７のいずれか１つに記載の超音波アクチュエータ駆動方法。
【請求項１９】
前記超音波振動子は、
前記摩擦部材を介して所定の押圧力を前記圧電積層体に与える第１及び第２のガイド部材に狭持されていることを特徴とする請求項１１乃至請求項１８のいずれか１つに記載の超音波アクチュエータ駆動方法。
【請求項２０】
前記圧電積層体を所定の外形寸法とすることにより、所定の押圧力の下で、第１の振動モード及び第２の振動モードの共振周波数が一致するように構成されていることを特徴とする請求項１８又は請求項１９に記載の超音波アクチュエータ駆動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波アクチュエータ駆動装置及び超音波アクチュエータ駆動方法に関し、特に超音波アクチュエータの例えば積層型の超音波振動子に周波電圧の駆動信号を印加することにより、駆動力を発生する超音波アクチュエータの駆動装置及び超音波アクチュエータ駆動方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電磁型モータに代わる新しいモータとして超音波アクチュエータが注目されている。この超音波アクチュエータは、従来の電磁型モータに比べ以下のような利点を有している。
【０００３】
（１）ギヤなしで低速高推力が得られる。
【０００４】
（２）保持力を有する。
【０００５】
（３）ストロークが長く、高分解能である。
【０００６】
（４）静粛性に富んでいる。
【０００７】
（５）磁気的ノイズを発生せず、また、ノイズの影響も受けない。
【０００８】
このような利点を有する超音波アクチュエータは、通常、アクチュエータ駆動装置によって駆動制御が行われている。このアクチュエータ駆動装置は、前記超音波アクチュエータの超音波振動子に周波電圧の駆動信号を印加して、この超音波振動子に超音波楕円振動を発生させることにより、この超音波振動子、あるいはこの超音波振動子に接触している被駆動体を介して駆動力が得られるように制御している。
【０００９】
このような超音波アクチュエータ駆動装置の従来技術としては、例えば特開平１−１６０３７９号公報に開示された超音波モータ駆動装置がある。
【００１０】
この提案による超音波モータ駆動装置は、超音波アクチュエータ（超音波モータ）を駆動する際に、この超音波アクチュエータの電気等価回路（明細書の第２図に示されているＬ，Ｃ１，Ｒの直列回路）に流れる機械腕電流の電流振幅を検出する手段を具備し、前記超音波アクチュエータの共振周波数近傍を除き、その共振周波数より高い周波電圧の駆動信号で駆動し、その駆動信号の周波数および振幅を変化させ、前記機械腕電流を所定の大きさになるように制御を行っている。
【特許文献１】特開平１−１６０３７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上述したような超音波アクチュエータは、温度変化によって超音波振動子の共振周波数が変化することにより、著しく駆動速度が低下し、この駆動速度が著しく低下すると、前記超音波アクチュエータの駆動が停止してしまう虞れがある。そのため、一般的には、温度変化などの外部要因の変化に伴って、超音波アクチュエータの共振状態が変化した場合でも、超音波アクチュエータが安定的駆動を実現できる周波数を検出するようにしている。
【００１２】
しかしながら、前記特開平１−１６０３７９号公報に記載の提案では、安定的な駆動を実現するために超音波アクチュエータの共振周波数近傍を除き、その共振周波数より高い周波数の駆動信号を用いて駆動を行っているため、駆動効率が悪くなる可能性があった。
【００１３】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、温度変化などの外部要因の変化に伴って超音波アクチュエータの共振状態が変化した場合でも、この超音波アクチュエータの共振周波数近傍を検出し、この検出した共振周波数近傍での駆動信号を用いることにより、駆動効率の良い状態にて駆動することができる超音波アクチュエータ駆動装置及び超音波アクチュエータ駆動方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
請求項１の発明の超音波アクチュエータ駆動装置は、圧電板と内部電極とを交互に積層してなる超音波振動子に周波信号を印加することにより駆動を行う超音波アクチュエータ駆動装置であって、前記超音波振動子を駆動するための周波信号を生成する発振部と、前記発振部の出力に基づいて、前記周波信号を増幅し前記超音波振動子に印加する駆動部と、前記超音波振動子の振動情報を検出する振動情報検出部と、前記振動情報に基づいて、前記超音波振動子の共振周波数近傍の周波数を検出し、この検出された周波数を前記超音波振動子の駆動周波数として設定し、この駆動周波数に基づく前記周波信号を生成するように前記発振部を制御する制御部と、を備えたことを特徴とするものである。
【００１５】
請求項２の発明の超音波アクチュエータ駆動装置は、請求項１に記載の超音波アクチュエータ駆動装置において、前記制御部は、前記共振周波数近傍の周波数検出を、前記超音波振動子の共振周波数を含む周波数検出領域を段階的に狭めるように変化させることによって行うことを特徴とするものである。
【００１６】
請求項３の発明の超音波アクチュエータ駆動装置は、請求項２に記載の超音波アクチュエータ駆動装置において、前記共振周波数近傍の周波数は、前記振動情報の変化が略最大になる周波数であることを特徴とするものである。
【００１７】
請求項４の発明の超音波アクチュエータ駆動装置は、請求項１乃至請求項３のいずれか１つに記載の超音波アクチュエータ駆動装置において、前記振動情報検出部は、前記超音波振動子に印加される周波信号の電流と前記発振部からの周波信号の電圧との位相差を検出する第１の位相差検出部であることを特徴とするものである。
【００１８】
請求項５の発明の超音波アクチュエータ駆動装置は、請求項１乃至請求項３のいずれか１つに記載の超音波アクチュエータ駆動装置において、前記振動情報検出部は、前記超音波振動子に印加される周波信号の電流を検出する電流検出部であることを特徴とするものである。
【００１９】
請求項６の発明の超音波アクチュエータ駆動装置は、請求項１乃至請求項３のいずれか１つに記載の超音波アクチュエータ駆動装置において、前記振動情報検出部は、前記超音波振動子に印加される周波信号の電圧と前記超音波振動子の振動波形との位相差を検出する第２の位相差検出部であることを特徴とするものである。
【００２０】
請求項７の発明の超音波アクチュエータ駆動装置は、請求項１乃至請求項３のいずれか１つに記載の超音波アクチュエータ駆動装置において、前記振動情報検出部は、前記超音波振動子の振動を検出する振動検出部であることを特徴とするものである。
【００２１】
請求項８の発明の超音波アクチュエータ駆動装置は、請求項１乃至請求項７のいずれか１つに記載の超音波アクチュエータ駆動装置において、前記超音波振動子は、圧電板を同一方向に積層して構成される圧電積層体と、前記圧電積層体の側面に設けられ、所定の押圧力をもって被駆動部と接触する摩擦部材と、前記圧電積層体内部に設けられ、第１の電極群及び第２の電極群を有する内部電極と、前記内部電極に導通した第１の外部電極群及び第２の外部電極群を有し、前記第１の外部電極群及び／又は前記第２の外部電極群に前記駆動部により周波信号を印加して第１の振動モード及び第２の振動モードを同時に発生することにより、前記超音波振動子に超音波楕円振動を発生することを特徴とするものである。
【００２２】
請求項９の発明の超音波アクチュエータ駆動装置は、請求項１乃至請求項８のいずれか１つに記載の超音波アクチュエータ駆動装置において、前記超音波振動子は、前記摩擦部材を介して所定の押圧力を前記圧電積層体に与える第１及び第２のガイド部材に狭持されていることを特徴とすることを特徴とするものである。
【００２３】
請求項１０の発明の超音波アクチュエータ駆動装置は、請求項８又は請求項９に記載の超音波アクチュエータ駆動装置において、前記圧電積層体を所定の外形寸法とすることにより、前記所定の押圧力の下で、第１の振動モード及び第２の振動モードの共振周波数が一致するように構成されていることを特徴とするものである。
【００２４】
請求項１１の発明の超音波アクチュエータ駆動方法は、圧電板と内部電極とを交互に積層してなる超音波振動子に周波信号を印加することにより駆動を行う超音波アクチュエータ駆動方法であって、前記超音波振動子の振動情報に基づいて、前記超音波振動子の共振周波数近傍の周波数を検出し、この検出された周波数を前記超音波振動子の駆動周波数として設定し、この駆動周波数に基づく前記周波信号を前記超音波振動子に印加して駆動を行うことを特徴とするものである。
【００２５】
請求項１２の発明の超音波アクチュエータ駆動方法は、請求項１１に記載の超音波アクチュエータ駆動方法において、前記共振周波数近傍の周波数検出は、前記超音波振動子の共振周波数を含む周波数検出領域を段階的に狭めるように変化させることによって行うことを特徴とするものである。
【００２６】
請求項１３の発明の超音波アクチュエータ駆動方法は、請求項１１に記載の超音波アクチュエータ駆動方法において、前記共振周波数近傍の周波数は、前記振動情報の変化が略最大になる周波数であることを特徴とするものである。
【００２７】
請求項１４の発明の超音波アクチュエータ駆動方法は、請求項１１乃至請求項１３のいずれか１つに記載の超音波アクチュエータ駆動方法において、前記振動情報は、前記超音波振動子に印加される電流と前記発振部からの周波信号の電圧との位相差であることを特徴とするものである。
【００２８】
請求項１５の発明の超音波アクチュエータ駆動方法は、請求項１１乃至請求項１３のいずれか１つに記載の超音波アクチュエータ駆動方法において、前記振動情報は、前記超音波振動子に印加される電流であることを特徴とするものである。
【００２９】
請求項１６の発明の超音波アクチュエータ駆動方法は、請求項１１乃至請求項１３のいずれか１つに記載の超音波アクチュエータ駆動方法において、前記振動情報は、前記超音波振動子に印加される電圧と振動波形との位相差であることを特徴とするものである。
【００３０】
請求項１７の発明の超音波アクチュエータ駆動方法は、請求項１１乃至請求項１３のいずれか１つに記載の超音波アクチュエータ駆動方法において、前記振動情報は、前記超音波振動子の振動波形の位相差であることを特徴とするものである。
【００３１】
請求項１８の発明の超音波アクチュエータ駆動方法は、請求項１１乃至請求項１７のいずれか１つに記載の超音波アクチュエータ駆動方法において、前記超音波振動子は、圧電板を同一方向に積層して構成される圧電積層体と、前記圧電積層体の側面に設けられ、所定の押圧力をもって被駆動部と接触する摩擦部材と、前記圧電積層体内部に設けられ、第１の電極群及び第２の電極群を有する内部電極と、前記内部電極に導通した第１の外部電極群及び第２の外部電極群を有し、前記第１の外部電極群及び／もしくは前記第２の外部電極群に前記駆動部により周波信号を印加して第１の振動モード及び第２の振動モードを同時に発生することにより、前記超音波振動子に超音波楕円振動を発生することを特徴とするものである。
【００３２】
請求項１９の発明の超音波アクチュエータ駆動方法は、請求項１１乃至請求項１８のいずれか１つに記載の超音波アクチュエータ駆動方法において、前記超音波振動子は、前記摩擦部材を介して所定の押圧力を前記圧電積層体に与える第１及び第２のガイド部材に狭持されていることを特徴とするものである。
【００３３】
請求項２０の発明の超音波アクチュエータ駆動方法は、請求項１８又は請求項１９に記載の超音波アクチュエータ駆動方法において、前記圧電積層体を所定の外形寸法とすることにより、所定の押圧力の下で、第１の振動モード及び第２の振動モードの共振周波数が一致するように構成されていることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００３４】
本発明の超音波アクチュエータ駆動装置及び超音波アクチュエータ駆動方法は、温度変化などの外部要因の変化に伴って超音波アクチュエータの共振状態が変化した場合でも、この超音波アクチュエータの共振周波数近傍を検出し、この検出した共振周波数近傍での駆動信号を用いることにより、駆動効率の良い状態にて超音波アクチュエータを駆動することができるといった利点がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。
【実施例１】
【００３６】
図１乃至図４は本発明の超音波アクチュエータ駆動装置の第１の実施例を示し、図１は該超音波アクチュエータ駆動装置の全体構成を示すブロック図、図２及び図３は本実施例の超音波アクチュエータ駆動装置の駆動方法を説明するためのもので、図２は図１の振動情報検出部からの検出結果に基づき共振周波数近傍を検出する検出方法を説明するグラフであり、図２（ａ）は検出初期時の電圧−電流位相差と周波数との特性を示すグラフ、図２（ｂ）は検出過程の電圧−電流位相差と周波数との特性を示すグラフである。図３は図１の制御部による共振周波数検出処理ルーチンの制御例を示すフローチャートである。また、図４は本実施例の超音波アクチュエータ駆動方法により駆動される超音波アクチュエータの特性を示す特性図であり、図４（ａ）は速度と周波数との特性を示すグラフ、図４（ｂ）は電圧−電流位相差と周波数との特性を示すグラフである。
【００３７】
本実施例の超音波アクチュエータ駆動装置は、図１に示すように、積層超音波振動子（以下、超音波振動子と称す）１Ａに接触する被駆動部２との間に生じる摩擦力を利用して駆動を行う超音波アクチュエータ１と、この超音波アクチュエータ１に周波信号の駆動信号を印加する駆動部３と、この駆動部３に供給する周波信号の源信号を生成するとともにこの周波信号の周波数を決定する発振部４と、前記超音波アクチュエータ１の超音波振動子１Ａの振動状態を示すパラメータを検出する振動情報検出部５と、この振動情報検出部５の検出結果に基づき前記発振部４による発振周波数を制御する制御部６と、を備えて構成されている。
【００３８】
前記駆動部３は、発振部４から供給された周波信号を増幅し、増幅した周波信号を駆動信号として超音波アクチュエータ１の超音波振動子１Ａに出力することにより、超音波アクチュエータ１を駆動させるようになっている。
【００３９】
前記駆動部３には、発振部４が接続されている。この発振部４は、後述する制御部６の制御により９０度位相のずれた周波信号の源信号を生成して前記駆動部３に出力する。
【００４０】
前記振動情報検出部５は、超音波振動子１Ａに電気的に接続されており、この超音波振動子１Ａの振動状態を表すパラメータの数値を検出し、検出結果を制御部６に出力する。
【００４１】
前記制御部６は、超音波振動子１Ａに印加する周波信号が超音波振動子１Ａの共振周波数となるように前記発振部４の発振周波数を制御する。つまり、この制御部６は、振動情報検出部５により検出した振動状態を表すパラメータの数値に基づき、外部環境により振動状態が変化した超音波振動子１Ａの共振周波数近傍の周波数を検出するように検出処理を行う。また、この制御部６は、検出した共振周波数近傍の周波信号となるように前記発振部４を制御する。
【００４２】
次に、本実施例の超音波アクチュエータ駆動装置の駆動方法について図２及び図３を参照しながら説明する。
【００４３】
前記超音波アクチュエータ１は、例えば図２（ａ）に示すように、電圧−電流の位相差が共振周波数付近で急激に変化する特性を備えているものとすると、本実施例では、制御部６によって、この特性を利用し、共振周波数を検出する処理が行われる。つまり、前記振動情報検出部５は、超音波振動子１Ａの振動状態を表すパラメータとして、例えば超音波振動子１Ａの電圧と電流との位相差を検出して、制御部６に出力する。
【００４４】
いま、本実施例の超音波アクチュエータ駆動装置の駆動方法を実行すると、前記制御部６は、図３に示す共振周波数検出処理ルーチンを起動し、ステップＳ１以下、ステップＳ７までの処理を実行する。
【００４５】
ステップＳ１では、制御部６は、図２（ａ）に示す電圧−電流の位相差の特性から検出された共振周波数を含む周波数検出領域（上限値をｆｍａｘ、下限値をｆｍｉｎとする領域）の上限値ｆｍａｘを周波数ｆ２に代入し、下限値ｆｍｉｎを周波数ｆ１に代入する。
【００４６】
そして、制御部６は、続くステップＳ２の処理で、周波数ｆ１と周波数ｆ２との中間値（ｆ１＋ｆ２）／２を算出し、周波数ｆｃに代入する。
【００４７】
次に、制御部６は、ステップＳ３の処理で、前記周波数ｆ１、周波数ｆ２及び周波数ｆｃのそれぞれの周波数に対応する電圧−電流の位相差（以下、位相差と称す）を検出し、周波数ｆ１で検出した位相差をｐｈ（ｆ１）、周波数ｆ２で検出した位相差をｐｈ（ｆ２）、周波数ｆｃで検出した位相差をｐｈ（ｆｃ）へそれぞれで代入する。
【００４８】
その後、制御部６は、ステップＳ４の判断処理にて、｜ｐｈ（ｆｃ）−ｐｈ（ｆ１）｜と、｜ｐｈ（ｆ２）−ｐｈ（ｆｃ）｜とを比較する。ここで、｜ｐｈ（ｆ２）−ｐｈ（ｆｃ）｜が小さい場合には、続くステップＳ５の処理にて、周波数ｆ２を＝周波数ｆｃの値に置き換えて、続くステップＳ７の処理に移行する。｜ｐｈ（ｆｃ）−ｐｈ（ｆ１）｜が小さい場合には、ステップＳ６の処理にて周波数ｆ１を周波数ｆｃの値に置き換えて、ステップＳ７の処理に移行する。
【００４９】
なお、図２（ｂ）は、｜ｐｈ（ｆ２）−ｐｈ（ｆｃ）｜が小さい場合になるので、制御部６が実行する前記ステップＳ５の処理によって、周波数ｆ２は周波数ｆｃの値に置き換えられることになる。
【００５０】
その後、制御部６は、ステップＳ７の判断処理にて、前記周波数ｆ１と前記周波数ｆ２とが略等しいか否かを判定する。この場合、制御部６は、ｆ１≒ｆ２の関係を満足するものでなく、つまり、等しくないと判定した場合、前記ステップＳ２の処理に戻し、このステップＳ２の処理を再度継続して行う。
【００５１】
一方、制御部６は、前記ステップＳ７の判断処理にて、ｆ１≒ｆ２の関係を満足するもので略等しいと判定した場合には、ｆ１≒ｆ２になる関係を満足することを認識するとともに、このときの周波数値を超音波振動子１Ａが駆動するのに好適の共振周波数近傍値として設定し、この共振周波数検出処理ルーチンを終了させる。
【００５２】
したがって、制御部６は、前記ステップＳ２〜前記ステップＳ６の処理を、ｆ１≒ｆ２になる関係を満足するまで繰り返し実行することにより、前記共振周波数近傍を高精度に検出することが可能となる。
【００５３】
なお、上記した制御部６による検出処理ルーチンは、前記超音波アクチュエータ１の起動時、あるいは駆動時に適宜行われるようになっている。
【００５４】
そして、制御部６は、上述した検出処理ルーチンの実行により検出した共振周波数近傍の発振周波数となるように前記発振部４を制御する。この制御によって、発振部４は、前記制御部６の制御によって超音波振動子１Ａの共振周波数である所定の周波数と電圧が所定の周波信号の源信号を前記駆動部３に出力する。この駆動部３はこの源信号を、超音波振動子１Ａを駆動可能な最適電圧に昇降圧して、超音波振動子１Ａに印加する。
【００５５】
これにより、周波信号が印加された超音波振動子１Ａは超音波楕円振動を発生するため、この超音波振動子１Ａとこの超音波振動子１Ａに接触する被駆動部２との間に摩擦力が生じることにより、前記超音波アクチュエータ１を駆動効率の良い状態にて駆動させることが可能である。
【００５６】
図４に上述したような超音波アクチュエータ駆動装置の駆動方法により駆動制御された前記超音波アクチュエータ１の特性が示されている。すなわち、この超音波アクチュエータ１は、図４（ａ）に示す速度−周波数特性において、周波数ｆを共振周波数(図３（ａ）中の点線で示す部分）より低い周波数領域で駆動を行うと急激に速度が低下し、逆に、周波数ｆを共振周波数より高い周波数領域で駆動を行うと徐々に速度が低下して、ある地点で急激に速度が低下する特性を有している。
【００５７】
また、この超音波アクチュエータ１は、その速度−周波数特性が周波数の挿引方向によってほとんど変化せず、ヒステリシス現象がほとんど発生しない。すなわち、図１９に示すように、周波数を共振周波数より高い方から低い方へ挿引して得られる速度−周波数特性と共振周波数より低いほうから高い方へ挿引して得られるそれぞれの速度−周波数特性にほとんど差が見られない。
【００５８】
さらに、その速度−周波数特性と併せて、この超音波アクチュエータ１の電圧−電流位相差と周波数特性は、図４（ｂ）に示すように、共振周波数付近で位相差が急激に変化する特性、及び、周波数の掃引方向に拠らない特性を有している。したがって、本実施例の超音波アクチュエータ駆動装置は、このような特性の有する超音波アクチュエータ１の超音波振動子１Ａに対し、本実施例の超音波アクチュエータ駆動装置によって共振周波数近傍の周波信号を印加すれば、駆動効率の良い状態でこの超音波アクチュエータ１を駆動させることができる。
【００５９】
したがって、本実施例によれば、温度変化などの外部要因の変化に伴って超音波アクチュエータの共振状態が変化した場合でも、制御部６によって、振動情報検出部５で検出した超音波振動子１Ａの振動状態を表す、例えば電流ー電圧の位相差等のパラメータに基づき超音波振動子１Ａの共振周波数近傍の周波数を高精度に検出することができ、また、この検出した共振周波数近傍の周波信号を発生するように前記発振部４を制御することにより、駆動効率の良い状態で前記超音波アクチュエータ１を駆動させることが可能となる。
【００６０】
なお、本実施例では、振動情報検出部５により検出する超音波振動子１Ａの振動状態を表すパラメータとして、例えば超音波振動子１Ａの電圧と電流との位相差を用いたことについて説明したが、これに限定するものではなく、図１の波線に示すように、前記発振部４の周波信号の電圧と超音波振動子１Ａに印加される周波信号の電流との位相差を検出し制御部６に出力するようにしても良い。
【００６１】
ところで、図５（ａ）及び図５（ｂ）は本実施例に係る超音波アクチュエータ駆動装置に用いられる超音波アクチュエータの第１の構成例を示すもので、図５（ａ）は正面図、図５（ｂ）は側面図である。また、図６は超音波アクチュエータの第２の構成例を示す正面図である。
【００６２】
本実施例の超音波アクチュエータ駆動装置は、例えば図５（ａ）に示す超音波アクチュエータ１を備えている。この超音波アクチュエータ１は、図５（ａ）、図５（ｂ）に示すように、角柱形状の圧電積層体で構成された超音波振動子１Ａと、この超音波振動子１Ａの圧電積層体の後述する摩擦部材９を介して接触するように配設された被駆動部２と、前記超音波振動子１Ａの圧電積層体の左右両側側面それぞれ２箇所に設けられた外部電極８と、前記超音波振動子１Ａの圧電積層体の例えば底面の２箇所に接着された摩擦部材９と、を有している。また、超音波振動子１Ａには、所定の押圧手段（図示せず）によって所定の押圧力が加えられている。
【００６３】
このような超音波振動子１Ａを用いた場合、超音波振動子１Ａに加える押圧力の大きさが変化すると、超音波振動子１Ａの変位量−周波数特性は変化する。すなわち、図１８（ａ）及び図１８（ｂ）に示すように、押圧力が０ｋｇｆ、１ｋｇｆ、２ｋｇｆと大きくなるにしたがって、変位量−周波数特性は、全体的に変位量が小さくなりかつ高周波数側にシフトしていく。また、変位量−周波数特性は、縦１次振動モードと屈曲２次振動モードとで、上述した高周波数側へのシフトの度合いが異なっている。本実施例では、角柱形状の圧電積層体の縦横寸法比を所定の値に設定することにより、ある所定の押圧力の下で、縦１次振動モードと屈曲２次振動モードの共振周波数が一致するように構成している。
【００６４】
前記超音波振動子１Ａの圧電積層体は、図７に示すように内部電極処理が施された薄い矩形状の圧電板１ｄをＹ軸方向（超音波振動子１Ａの振動方向に対し直交する超音波振動子１Ａの奥行き方向）に積層して一体に構成されている。
【００６５】
図中右側の外部電極８は、前記超音波振動子１Ａの圧電積層体の図中右側面部から取り出されている内部電極露出部（図示せず）に取付けることにより、２つの電気端子（Ａ＋，Ａ−の両端子）をＡ（Ａ相）として構成している。また、図中左側の外部電極８は、前記圧電積層体の図中左側側面部から取り出されている内部電極露出部（図示せず）に取付けることにより、２つの電気端子（Ｂ＋，Ｂ−の両端子）をＢ（Ｂ相）として構成している。この場合、Ａ−，Ｂ−端子については、それぞれＡ相，Ｂ相のグラウンドとして構成しているので、リード線等で電気的に同電位となるように構成しても良い。
【００６６】
これらの外部電極８には、図示はしないがそれぞれリード線が半田等で接続されており、これらリード線は、駆動部３及び振動情報検出部５に接続されるようになっている。
【００６７】
前記摩擦部材９は、被駆動部２に接触する前記圧電積層体の底面に発生する屈曲振動の腹の位置にそれぞれ設けられている。
【００６８】
なお、本構成例では、前記超音波振動子１Ａは、長手方向の寸法が例えば５〜２０ｍｍとなるよう構成することが望ましい。また、この超音波振動子１Ａ及び前記被駆動部２を含めて超音波アクチュエータ１を構成する際に加える押圧力は、例えば０．１〜３．０ｋｇｆであることが望ましい。
【００６９】
したがって、本構成例によれば、上記構成の超音波アクチュエータ１を使用することにより、外部要因の変化に伴い超音波振動子１Ａの共振状態が変化した場合でも共振周波数近傍の周波数を検出することができ、この検出した共振周波数近傍の周波信号を印加することができるため、駆動効率の良い状態で超音波アクチュエータ１を駆動できるという効果が得られる。また、上記構成の超音波振動子１Ａを利用することにより、部品点数を少なくすることが可能であり、個体のばらつきも抑えることが可能である。また、超音波振動子１ＡのＱ値が一定値となるように設計することで、ある所定の押圧力の下で縦１次振動モードと屈曲２次振動モードの共振周波数が一致するので、上述した共振周波数検出処理ルーチンをより効果的に実行することが可能になる。
【００７０】
なお、本構成例では、超音波振動子１Ａの外部電極８が圧電積層体の外部表面として該圧電積層体の長手方向の両側面に配置したが、これに限定するものではなく、図６の第２の構成例に示すように、外部電極８を側面側から引き出して前記圧電積層体の表面に形成しても良く、また、前記圧電積層体の裏面の対応する位置に配置しても良い。
【００７１】
また、本実施例においては、前記超音波振動子１Ａの圧電積層体の積層方向は、Ｙ軸方向に積層されているものとして説明したが、これに限定するものではなく、図８に示すように、超音波振動子１Ａの圧電積層体の略上半分の積層体である第１の圧電積層体１ａと、略下半分の積層体である第２の圧電積層体１ｂとが、絶縁圧電シート１ｃを介して、Ｚ軸方向（前記超音波振動子１Ａの駆動方向に対し垂直な垂直方向）に積層された構成としても良い。さらに、図９に示すように、前記圧電積層体の略左半分の積層体である第１の圧電積層体１ａと、略右半分の積層体である第２の圧電積層体１ｂとが絶縁圧電シート１ｃを介してＸ軸方向（前記超音波振動子１Ａの駆動方向と同じ水平方向）に積層された構成にすることも可能である。
【００７２】
図１０（ａ）及び図１０（ｂ）は本実施例に係る超音波アクチュエータ駆動装置に用いられる超音波アクチュエータの第３の構成例を示すもので、図１０（ａ）は正面図、図１０（ｂ）は側面図である。図１１は超音波アクチュエータの第４の構成例を示す側面図、図１２は超音波アクチュエータの第５の構成例を示す正面図である。また、図１３は超音波アクチュエータの第６の構成例を示す正面図である。なお、図１０乃至図１３は、前記第１及び第２の構成例と同様な構成要素については同一の符号を付して説明を省略し、異なる部分のみを説明する。
【００７３】
本実施例の超音波アクチュエータ駆動装置は、図１０（ａ）に示す超音波アクチュエータ１Ｂを備えている。この超音波アクチュエータ１Ｂは、図１０（ａ）、図１０（ｂ）に示すように、超音波振動子１Ａを構成する圧電積層体の上面及び底面に少なくとも２箇所ずつに摩擦部材９を設けるとともに、この圧電積層体に所定の押圧力を与えながら挟持する第１のガイド１１及び第２のガイド１２を有している。また、超音波振動子１Ａには、前記ガイド１１、１２などを含む所定の押圧手段（図示せず）によって所定の押圧力が加えられている。
【００７４】
このような超音波振動子１Ａを用いた場合においても同様に、超音波振動子１Ａに加える押圧力の大きさが変化すると、超音波振動子１Ａの変位量−周波数特性は変化する。すなわち、図１８（ａ）及び図１８（ｂ）に示すように、押圧力が０ｋｇｆ、１ｋｇｆ、２ｋｇｆと大きくなるにしたがって、変位量−周波数特性は、全体的に変位量が小さくなりかつ高周波数側にシフトしていく。また、変位量−周波数特性は、縦１次振動モードと屈曲２次振動モードとで、上述した高周波数側へのシフトの度合いが異なっている。本実施例では、角柱形状の圧電積層体の縦横寸法比を所定の値に設定することにより、ある所定の押圧力の下で、縦１次振動モードと屈曲２次振動モードの共振周波数が一致するように構成している。
【００７５】
なお、前記摩擦部材９は、超音波アクチュエータ１Ｂが最も高レベルの出力特性を得ることができる任意の位置、すなわち、超音波振動子１Ａの最も高レベルの超音波楕円振動が行われる位置に設けるのが望ましい。一般には、楕円振動を行うことが駆動の源となるため、少なくとも１個以上の摩擦部材９では図１０中に示す矢印のように楕円振動が起こっており、全ての摩擦部材９の部位で生ずる振動による駆動力の総和が０にならないように前記摩擦部材９を配置すれば良い。
【００７６】
なお、本構成例では、前記超音波振動子１Ａは、長手方向の寸法が例えば５〜２０ｍｍとなるよう構成することが望ましい。また、この超音波振動子１Ａ及び前記第１、第２のガイド１１，１２を含めて超音波アクチュエータ１Ｂを構成する際に加える押圧力は、例えば３０ｇｆ〜１００ｇｆであることが望ましい。
【００７７】
また、本構成例の超音波アクチュエータ１Ｂの特性及び前記超音波振動子１Ａの圧電積層体の積層方向は、前記第１の構成例と略同様である。
【００７８】
本実施例の超音波アクチュエータ１Ｂは、前記超音波アクチュエータ駆動装置によって周波信号の駆動信号が印加されると、超音波振動子１Ａの摩擦部材９近傍で楕円振動が生じることにより、この超音波振動子１Ａが前記第１及び第２のガイド１１，１２にガイドされながら左右に駆動する。
【００７９】
その他の作用については、前記第１の構成例と同様である。
【００８０】
したがって、上記構成の超音波アクチュエータ１Ｂを使用することにより、外部要因の変化に伴い超音波振動子１Ａの共振状態が変化した場合でも共振周波数近傍の周波数を検出することができ、この検出した共振周波数近傍の周波信号を印加することができるため、駆動効率の良い状態で超音波アクチュエータ１Ｂを駆動できるという効果が得られる。また、本実施例の超音波アクチュエータ駆動装置は、上記構成の超音波振動子１Ａを利用することにより、部品点数を少なくすることが可能であり、個体のばらつきも抑えることが可能である。また、超音波振動子１ＡのＱ値が一定値となるように設計することで、ある所定の押圧力の下で縦１次振動モードと屈曲２次振動モードの共振周波数が一致するので、上述した共振周波数検出処理ルーチンをより効果的に実行することが可能になる。
【００８１】
なお、本構成例では、超音波振動子１Ａの外部電極８が圧電積層体の外部表面として該圧電積層体の長手方向の両側面に配置したが、これに限定するものではなく、図１２の第５の構成例に示すように、外部電極８を側面側から引き出して前記圧電積層体の表面に形成しても良く、また、前記圧電積層体の裏面に対応する位置に配置しても良い。
【００８２】
さらに、前記第１及び第２のガイド１１，１２は、図１０（ａ）に示すように、角柱状に形成されたものについて説明したが、これに限定するものではなく、例えば図１１の第４の構成例に示すように、円柱状のものを用いても良いし、半円中状のものを用いても良い。前記摩擦部材９は、それに伴い、前記第１及び第２のガイド１１，１２の形状に合わせてＵ字状、あるいはＶ字状に形成されたものを用いることが必要である。
【００８３】
さらに、また、前記第１乃至第５の構成例の超音波アクチュエータ１、１Ｂ、１Ｃは、圧電積層体を図示しない絶縁層を介して一体に構成したことについて説明したが、これに限定するものではなく、図１３の第６の構成例に示すように角柱形状の基本弾性体１４の長手方向に対し並列に固定された少なくとも２つの積層型圧電素子１３Ａと、前記基本弾性体１４に対しこれら２つの前記積層型圧電素子１３Ａを押圧挟持する保持用弾性体１３Ｂと、被駆動部である接触部１５に接触する前記基本弾性体１４の面に発生する屈曲振動の腹の位置に設けた摩擦部材９と、を有する超音波振動子を用いて前記超音波アクチュエータ１Ｄとして構成しても良い。
【００８４】
本実施例では、超音波アクチュエータ１を駆動するために、駆動部３から超音波アクチュエータ１の超音波振動子１ＡのＡ相（Ａ＋、Ａ−）とＢ相（Ｂ＋、Ｂ−）の２相の外部電極に図２０（ａ）及び図２０（ｂ）に示すような波形の周波信号を印加している。
【００８５】
図２０（ａ）は、超音波アクチュエータ１を正方向に駆動させるための周波信号の波形である。超音波振動子１ＡのＡ相に印加する信号に対して、Ｂ相に印加する信号の位相が９０度（π／２）遅れた信号を印加している。この信号により、超音波アクチュエータ１の超音波振動子１Ａと被駆動部２との間に設けられた摩擦部材９に縦１次振動モードと屈曲２次振動モードの各々が励起、重ね合わさり、所定方向周りの楕円振動が発生し被駆動部２を正方向に駆動する。
【００８６】
図２０（ｂ）は、超音波アクチュエータ１を逆方向に駆動させるための周波信号の波形である。超音波振動子１ＡのＡ相に印加する信号に対して、Ｂ相に印加する信号の位相が９０度（π／２）進んでいる信号を印加する。この信号により、正方向と同様に、摩擦部材９に縦１次振動モードと屈曲２次振動モードの各々が励起、重ね合わさり、正方向の場合とは反対周りの楕円振動が発生し被駆動部２を逆方向に駆動する。
【００８７】
なお、印加する周波信号は図２１（ａ）及び図２１（ｂ）に示すような正弦波でも同様に、超音波アクチュエータ１に図２１（ａ）に示す正方向と図２１（ｂ）に示す逆方向それぞれに駆動することが可能である。
【００８８】
また、図２２（ａ）及び図２２（ｂ）に示すように、駆動部３から超音波アクチュエータ１の超音波振動子１ＡのＡ相（Ａ＋、Ａ−）とＢ相（Ｂ＋、Ｂ−）の２相の外部電極８に、ＧＮＤを基準にして、Ａ＋、Ｂ＋に＋Ｖの、Ａ−、Ｂ−を−Ｖの周波信号をＡ＋／Ａ−およびＢ＋／Ｂ−のペアで印加した場合も上述したのと同様に、超音波アクチュエータ１に図２２（ａ）に示す正方向と図２２（ｂ）に示す逆方向それぞれに駆動することが可能である。
【００８９】
なお、印加する周波信号は図２３（ａ）及び図２３（ｂ）に示すような正弦波でも同様に、超音波アクチュエータ１に図２３（ａ）に示す正方向と図２３（ｂ）に示す逆方向それぞれに駆動することが可能である。
【００９０】
なお、超音波振動子１Ａに印加する周波信号の波形は、上述した矩形波形、正弦波形に限定されるものではなく鋸波形等でも良い。
【実施例２】
【００９１】
図１４は本発明に係る超音波アクチュエータ駆動装置の第２の実施例の全体構成を示すブロック図である。なお、図１４は、前記第１の実施例と同様な構成要素については同一の符号を付して説明を省略し、異なる部分のみを説明する。
【００９２】
本実施例の超音波アクチュエータ駆動装置は、前記第１の実施例の振動情報検出部５内に電流検出部１６及び第１位相差検出部１７を有している。前記電流検出部１６は、駆動部３の出力側に接続され、超音波振動子１Ａに印加される周波信号の電流を検出し、検出結果を前記第１位相差検出部１７に出力するようになっている。前記第１位相差検出部１７は、発振部４の出力側と制御部６に接続されており、発振部４からの周波信号の電圧と電流検出部１６で検出した電流との位相差を検出し、前記制御部６に出力する。
【００９３】
前記制御部６は、前記第１の実施例と同様に、振動情報検出部５により検出した、発振部４からの周波信号の電圧と電流検出部１６で検出した電流との位相差に基づき、外部環境により振動状態が変化した超音波振動子１Ａの共振周波数近傍の周波数を検出するように検出処理を行う。また、この制御部６は、検出した共振周波数近傍の周波信号となるように前記発振部４を制御する。その他の構成は、前記第１の実施例と同様である。
【００９４】
本実施例の超音波アクチュエータ駆動装置は、前記第１の実施例と同様に作用する。すなわち、本実施例の超音波アクチュエータ駆動装置は、温度変化などの外部要因の変化に伴って超音波アクチュエータの共振状態が変化した場合でも、制御部６によって、振動情報検出部５で検出した、発振部４からの周波信号の電圧と電流検出部１６で検出した電流との位相差に基づき超音波振動子１Ａの共振周波数近傍の周波数を高精度に検出することができる。また、制御部６は、この検出した共振周波数近傍の周波信号を発生するように前記発振部４を制御することにより、駆動効率の良い状態で前記超音波アクチュエータ１を駆動させることが可能となる。
【００９５】
したがって、本実施例によれば、前記第１の実施例と同様の効果を得ることが可能となる他に、電圧もデジタルＩＣの構成回路としてはもっとも一般的なものの一つであるＴＴＬ（Transistor-Transistor Logic）レベルで制御できるため、他のコンパレータなどの構成部材を付加する必要がなく、コスト削減が可能である。
【００９６】
なお、本実施例においても、超音波振動子１Ａに印加する周波信号の波形は、実施例１と同様に、矩形波形、正弦波形、鋸波形等のいずれであってもよい。
【００９７】
また、本実施例では、発振部４の周波信号の電圧と超音波振動子１Ａに印加される周波信号の電流との位相差を検出し制御部６に出力したが、これに限定するものではなく、超音波振動子１Ａに印加する周波信号の電圧と電流との位相差を検出し制御部６に出力するようにしても良い。
【実施例３】
【００９８】
図１５は本発明に係る超音波アクチュエータ駆動装置の第３の実施例の全体構成を示すブロック図である。なお、図１５は、前記第１の実施例と同様な構成要素については同一の符号を付して説明を省略し、異なる部分のみを説明する。
【００９９】
本実施例の超音波アクチュエータ駆動装置は、前記第１の実施例の振動情報検出部５内に電流検出部１８を有している。前記電流検出部１８は、駆動部３の出力側に接続され、超音波振動子１Ａに印加される周波信号の電流値を検出し、検出結果を前記制御部６に出力する。
【０１００】
前記制御部６は、前記第１の実施例と同様に、振動情報検出部５により検出した超音波振動子１Ａに印加される周波信号の電流値に基づき、外部環境により振動状態が変化した超音波振動子１Ａの共振周波数近傍の周波数を検出するように検出処理を行う。また、この制御部６は、検出した共振周波数近傍の周波信号となるように前記発振部４を制御する。その他の構成は、前記第１の実施例と同様である。
【０１０１】
本実施例の超音波アクチュエータ駆動装置は、前記第１の実施例と同様に作用する。すなわち、本実施例の超音波アクチュエータ駆動装置は、温度変化などの外部要因の変化に伴って超音波アクチュエータの共振状態が変化した場合でも、制御部６によって、振動情報検出部５で検出した超音波振動子１Ａに印加される周波信号の電流値に基づき超音波振動子１Ａの共振周波数近傍の周波数を高精度に検出することができる。また、制御部６は、この検出した共振周波数近傍の周波信号を発生するように前記発振部４を制御することにより、駆動効率の良い状態で超音波アクチュエータ１を駆動させることが可能となる。
【０１０２】
したがって、本実施例によれば、前記第１の実施例と同様の効果を得ることが可能となる他に、部品点数が少ない構成で済むため、前記第２の実施例よりもコスト削減が可能である。
【０１０３】
なお、本実施例においても、超音波振動子１Ａに印加する周波信号の波形は、上述した実施例と同様に、矩形波形、正弦波形、鋸波形等のいずれであってもよい。
【実施例４】
【０１０４】
図１６は本発明に係る超音波アクチュエータ駆動装置の第４の実施例の全体構成を示すブロック図である。なお、図１６は、前記第１の実施例と同様な構成要素については同一の符号を付して説明を省略し、異なる部分のみを説明する。
【０１０５】
本実施例の超音波アクチュエータ駆動装置は、前記第１の実施例の振動情報検出部５内に振動検出部１９及び第２位相差検出部２０を有している。前記振動検出部１９は、超音波振動子１Ａに接続され、超音波振動子１Ａの振動波形を検出し、検出結果を前記第２位相差検出部２０に出力する。前記第２位相差検出部２０は、発振部４の出力側と制御部６に接続されており、発振部４からの周波信号の電圧と振動検出部１９で検出した振動波形との位相差を検出し、前記制御部６に出力する。
【０１０６】
前記制御部６は、前記第１の実施例と同様に、振動情報検出部５により検出した、発振部４からの周波信号の電圧と振動検出部１９で検出した振動波形との位相差に基づき、外部環境により振動状態が変化した超音波振動子１Ａの共振周波数近傍の周波数を検出するように検出処理を行う。また、この制御部６は、検出した共振周波数近傍の周波信号となるように前記発振部４を制御する。その他の構成は、前記第１の実施例と同様である。
【０１０７】
本実施例の超音波アクチュエータ駆動装置は、前記第１の実施例と同様に作用する。すなわち、本実施例の超音波アクチュエータ駆動装置は、温度変化などの外部要因の変化に伴って超音波アクチュエータの共振状態が変化した場合でも、制御部６によって、振動情報検出部５で検出した、発振部４からの周波信号の電圧と振動検出部１９で検出した振動波形との位相差に基づき、超音波振動子１Ａの共振周波数近傍の周波数を高精度に検出することができる。また、制御部６は、この検出した共振周波数近傍の周波信号を発生するように前記発振部４を制御することにより、駆動効率の良い状態で前記超音波アクチュエータ１を駆動させることが可能となる。
【０１０８】
したがって、本実施例によれば、前記第１の実施例と同様の効果を得ることが可能となる他に、超音波振動子１Ａの振動状態を直接検出するため、前記超音波アクチュエータ１の共振周波数近傍を高精度に検出することが可能である。また、電圧もデジタルＩＣの構成回路としてはもっとも一般的なもののひとつのであるＴＴＬ（Transistor-Transistor Logic）レベルで制御できるため、他のコンパレータなどの構成部材を付加する必要がなく、コスト削減が可能である。
【０１０９】
なお、本実施例においても、超音波振動子１Ａに印加する周波信号の波形は、上述した実施例と同様に、矩形波形、正弦波形、鋸波形等のいずれであってもよい。
【０１１０】
また、本実施例では、前記第２位相差検出部２０に入力する信号を前記発振部４の周波信号の電圧としたが、これに限定するものではなく、前記超音波振動子１Ａに印加する周波信号の電圧を前記第２位相差検出部２０に入力しても良い。さらに、前記第２位相差検出部２０に入力する信号を前記振動検出部１９からの振動波形としたが、これは振動波形の電流、電圧あるいは電流と電圧の位相差であっても良い。
【実施例５】
【０１１１】
図１７は本発明に係る超音波アクチュエータ駆動装置の第５の実施例の全体構成を示すブロック図である。なお、図１７は、前記第１の実施例と同様な構成要素については同一の符号を付して説明を省略し、異なる部分のみを説明する。
【０１１２】
本実施例の超音波アクチュエータ駆動装置は、前記第１の実施例の振動情報検出部５内に振動検出部２１を有している。前記振動検出部２１は、超音波振動子１Ａに接続され、超音波振動子１Ａの振動状態を表すパラメータである、この超音波振動子１Ａの振動波形を検出し、検出結果を前記制御部６に出力する。
【０１１３】
前記制御部６は、前記第１の実施例と同様に、振動情報検出部５により検出した超音波振動子１Ａの振動波形に基づき、外部環境により振動状態が変化した超音波振動子１Ａの共振周波数近傍の周波数を検出するように検出処理を行う。また、この制御部６は、検出した共振周波数近傍の周波信号となるように前記発振部４を制御する。その他の構成は、前記第１の実施例と同様である。
【０１１４】
本実施例の超音波アクチュエータ駆動装置は、前記第１の実施例と同様に作用する。すなわち、本実施例の超音波アクチュエータ駆動装置は、温度変化などの外部要因の変化に伴って超音波アクチュエータの共振状態が変化した場合でも、制御部６によって、振動情報検出部５で検出した超音波振動子１Ａの振動波形に基づき、超音波振動子１Ａの共振周波数近傍の周波数を高精度に検出することができる。また、制御部６は、この検出した共振周波数近傍の周波信号を発生するように前記発振部４を制御することにより、駆動効率の良い状態で前記超音波アクチュエータ１を駆動させることが可能となる。
【０１１５】
したがって、本実施例によれば、前記第１の実施例と同様に効果を得ることが可能となる他に、部品点数が少ない構成で済むため、前記第４の実施例よりもコスト削減が可能である。
【０１１６】
なお、本実施例においても、超音波振動子１Ａに印加する周波信号の波形は、上述した実施例と同様に、矩形波形、正弦波形、鋸波形等のいずれであってもよい。
【０１１７】
また、本実施例では、制御部６に出力する信号として振動検出部２１からの振動波形としたが、これは振動波形の電流、電圧あるいは電流と電圧の位相差であっても良い。
【０１１８】
本発明に係る前記第１乃至第５の実施例において、超音波振動子１Ａに印加される周波信号の電流と発振部４からの周波信号の電圧との位相差を用いて制御部６により共振周波数近傍の検出処理を行うように説明したが、これに限定するものではなく、超音波振動子１Ａの振動状態を表す振動波形の電流、電圧あるいは電流−電圧の位相差、振動波形と発振部４からの周波信号の電圧との位相差を用いて前記検出処理を行っても良い。
【０１１９】
また、本発明に係る前記第２乃至第５の実施例において、超音波アクチュエータは、前記第１の実施例で用いられた第１乃至第６の構成例のいずれかの超音波アクチュエータの適用が可能である。
【０１２０】
さらに、本発明では、超音波アクチュエータ１の共振周波数近傍を検出する方法において、超音波アクチュエータ１の共振周波数を含む周波数検出領域を段階的に狭めるようにして検出する方法として説明したが、これに限定するものではなく、例えば周波数を連続的に変化させて検出する方法を適用しても良い。
【０１２１】
本発明は、上述した第１乃至第５の実施例に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形実施可能である。
【産業上の利用可能性】
【０１２２】
本発明の超音波アクチュエータ駆動装置及び超音波アクチュエータ駆動方法は、温度変化などの外部要因の変化に伴って超音波アクチュエータの共振状態が変化した場合でも、この超音波アクチュエータの共振周波数近傍を検出し、この検出した共振周波数近傍での駆動信号を用いることにより、駆動効率の良い状態にて超音波アクチュエータを駆動することができるので、駆動効率の安定化が望まれる各種電子機器の駆動源として適用できる。
【図面の簡単な説明】
【０１２３】
【図１】本発明の超音波アクチュエータ駆動装置の第１の実施例の全体構成を示すブロック図。
【図２】本発明の超音波アクチュエータ駆動方法を説明するもので、図１の振動情報検出部からの検出結果に基づき共振周波数近傍を検出する検出方法を説明する説明図。
【図３】図１の制御部による検出処理ルーチンの制御例を示すフローチャート。
【図４】本実施例の超音波アクチュエータ駆動方法により駆動される超音波アクチュエータの特性を示す特性図。
【図５】第１の実施例の超音波アクチュエータ駆動装置に用いられる超音波アクチュエータの第１の構成例を示す構成図。
【図６】第１の実施例の超音波アクチュエータ駆動装置に用いられる超音波アクチュエータの第２の構成例を示す構成図。
【図７】Ｙ軸方向に積層してなる圧電積層体の分解斜視図。
【図８】Ｚ軸方向に積層してなる圧電積層体の分解斜視図。
【図９】Ｘ軸方向に積層してなる圧電積層体の分解斜視図。
【図１０】第１の実施例の超音波アクチュエータ駆動装置に用いられる超音波アクチュエータの第３の構成例を示す構成図。
【図１１】第１の実施例の超音波アクチュエータ駆動装置に用いられる超音波アクチュエータの第４の構成例を示す構成図。
【図１２】第１の実施例の超音波アクチュエータ駆動装置に用いられる超音波アクチュエータの第５の構成例を示す構成図。
【図１３】第１の実施例の超音波アクチュエータ駆動装置に用いられる超音波アクチュエータの第６の構成例を示す構成図。
【図１４】本発明の超音波アクチュエータ駆動装置の第２の実施例の全体構成を示すブロック図。
【図１５】本発明の超音波アクチュエータ駆動装置の第３の実施例の全体構成を示すブロック図。
【図１６】本発明の超音波アクチュエータ駆動装置の第４の実施例の全体構成を示すブロック図。
【図１７】本発明の超音波アクチュエータ駆動装置の第５の実施例の全体構成を示すブロック図。
【図１８】本発明に係る超音波振動子の変位量−周波数特性を説明する説明図で、図１８（ａ）は縦１次振動モード、図１８（ｂ）は屈曲２次振動モードにそれぞれ対応している。
【図１９】本発明に係る超音波振動子の速度−周波数特性を説明する説明図。
【図２０】本発明に係る超音波振動子に印加する周波信号が矩形波（単極）である場合の説明図で、図２０（ａ）は正方向、図２０（ｂ）は逆方向にそれぞれ対応している。
【図２１】本発明に係る超音波振動子に印加する周波信号が正弦波（単極）である場合の説明図で、図２１（ａ）は正方向、図２１（ｂ）は逆方向にそれぞれ対応している。
【図２２】本発明に係る超音波振動子に印加する周波信号が矩形波（両極）である場合の説明図で、図２２（ａ）は正方向、図２２（ｂ）は逆方向にそれぞれ対応している。
【図２３】本発明に係る超音波振動子に印加する周波信号が正弦波（両極）ある場合の説明図で、図２３（ａ）は正方向、図２３（ｂ）は逆方向にそれぞれ対応している。
【符号の説明】
【０１２４】
１、１Ｂ〜１Ｄ…超音波アクチュエータ、
１Ａ…超音波振動子（圧電積層体）、
１ａ…第１の圧電積層体、
１ｂ…第２の圧電積層体、
１ｃ…絶縁圧電シート、
１ｄ…圧電板、
２…被駆動部、
３…駆動部、
４…発振部、
５…振動情報検出部、
６…制御部、
８…外部電極、
９…摩擦部材、
１１…第１のガイド、
１２…第２のガイド、
１３Ａ…積層型圧電素子、
１３Ｂ…保持用弾性体、
１４…基本弾性体、
１５…接触部、
１６…電流検出部、
１７…第１位相差検出部、
１８…電流検出部、
１９…振動検出部、
２０…第２位相差検出部、
２１…振動検出部。  
代理人    弁理士      伊    藤      進
【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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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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