(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電圧が印加されると伸縮する電気機械変換素子と、前記電気機械変換素子に一端が固定され、前記電気機械変換素子の伸縮によって往復変位する振動部材と、前記振動部材に摩擦係合する摩擦係合部材と、前記電気機械変換素子に周期的に変動する駆動電圧を印加する駆動回路とを有し、
前記駆動回路は、
前記摩擦係合部材を変位させる速度が、前記駆動電圧の周波数が可聴周波数より高い所定の下限周波数であるときの前記摩擦係合部材の変位速度以上である場合には、前記摩擦係合部材を変位させる速度に応じて、前記駆動電圧の周波数を前記下限周波数以上の範囲内で変化させ、
前記摩擦係合部材を変位させる速度が、前記駆動電圧の周波数が前記下限周波数であるときの前記摩擦係合部材の変位速度よりも低い場合には、前記駆動電圧の周波数を前記下限周波数に維持しつつ、前記摩擦係合部材を変位させる速度に応じて、前記駆動電圧の波形を変化させることを特徴とする駆動装置。
【請求項２】
前記駆動電圧は、３つの所定電圧を所定の順序で出力するものであることを特徴とする請求項１に記載の駆動装置。
【請求項３】
前記駆動回路は、前記３つの所定電圧の内、中間の電圧を出力する時間を変化させることで、前記駆動電圧の周波数を変化させることを特徴とする請求項２に記載の駆動装置。
【請求項４】
前記駆動回路は、前記３つの所定電圧の内、最も高い電圧の前の中間の電圧の出力時間と、最も低い電圧の前の中間の電圧の出力時間とを、その合計時間を維持しながら相補的に変化させることで、前記駆動電圧の波形を変化させることを特徴とする請求項２または３に記載の駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、駆動装置、詳しくは、振動形アクチュエータを用いた駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
振動部材の周期的な振動によって、振動部材に摩擦係合する摩擦係合部材をすべり変位させる振動形アクチュエータを用いた駆動装置において、摩擦係合部材の変位速度（駆動速度）を可変したい場合がある。例えば、撮像装置の手振れ補正や、オートフォーカスなど、レンズの位置を絶えず調整する場合、駆動速度を連続的に調整できることが望ましい。
【０００３】
特許文献１には、駆動装置の出力速度に応じて、駆動電圧の周波数が高くなる発明が記載されている。また、特許文献２には、アクチュエータを矩形波電圧で駆動し、矩形波電圧のデューティ比を変化させることで駆動速度を調整することが記載されている。特許文献３には、３つの電圧を所定の順序で出力し、中間電圧の出力時間を増減することで駆動速度を調整する発明が記載されている。特許文献４には、３つの電圧からなり、高電圧（低電圧）の前後の中間電圧の継続時間を相補的に変化させることで波形を変化させ、駆動速度を調整する駆動装置が記載されている。
【０００４】
このような駆動装置の消費電力は、駆動電圧の周波数に略比例する。駆動電圧の波形によって駆動速度を調整する場合、駆動速度が遅くても、消費電力は小さくならないので非効率である。一方、駆動電圧の周波数によって駆動速度を調整する場合、駆動周波数が２０ｋＨｚより低くなると、可聴域の振動が発生し、動作音が大きくなる。
【特許文献１】特開平１１−１０３５８３号公報
【特許文献２】特開２００１−１０３７７２号公報
【特許文献３】特開２００４−８０９６４号公報
【特許文献４】特開２００７−４３８４３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前記問題点に鑑みて、本発明は、消費電力が小さく、動作音が小さい駆動装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記課題を解決するために、本発明による駆動装置は、電圧が印加されると伸縮する電気機械変換素子と、前記電気機械変換素子に一端が固定され、前記電気機械変換素子の伸縮によって往復変位する振動部材と、前記振動部材に摩擦係合する摩擦係合部材と、前記電気機械変換素子に周期的に変動する駆動電圧を印加する駆動回路とを有し、前記駆動回路は、前記摩擦係合部材を変位させる速度が、前記駆動電圧の周波数が可聴周波数より高い所定の下限周波数であるときの前記摩擦係合部材の変位速度以上である場合には、前記摩擦係合部材を変位させる速度に応じて、前記駆動電圧の周波数を前記下限周波数以上の範囲内で変化させ、前記摩擦係合部材を変位させる速度が、前記駆動電圧の周波数が前記下限周波数であるときの前記摩擦係合部材の変位速度よりも低い場合には、前記駆動電圧の周波数を前記下限周波数に維持しつつ、前記摩擦係合部材を変位させる速度に応じて、前記駆動電圧の波形を変化させるものとする。
【０００７】
この構成によれば、高速域においては駆動電圧の周波数を変化させるので、アクチュエータの応答可能な周波数まで駆動電圧の周波数を高めることによって最大速度を得ることができる。また、消費電力は駆動周波数に略比例するので低速域では消費電力が小さくなり、駆動効率が高い。また、駆動周波数を可聴域より高い周波数とし、非常に低速の駆動に際しては、駆動周波数を可聴周波数以上の上限周波数に保持して波形を変化させるので、人間の耳に聞こえる振動を発生させず、且つ、消費電力を最小限に保持できる。
【０００８】
また、本発明の駆動装置において、前記駆動電圧は、３つの所定電圧を所定の順序で出力するものであってもよい。
【０００９】
この構成によれば、駆動回路を公知のブリッジ回路で構成し、マイコン制御によって容易に駆動電圧を調整できる。
【００１０】
また、本発明の駆動装置において、前記駆動回路は、前記３つの所定電圧の内、中間の電圧を出力する時間を変化させることで、前記駆動電圧の周波数を変化させてもよい。
【００１１】
この構成によれば、周波数の制御が容易である。
【００１２】
また、本発明の駆動装置において、前記駆動回路は、前記３つの所定電圧の内、最も高い電圧の前の中間の電圧の出力時間と、最も低い電圧の前の中間の電圧の出力時間とを、その合計時間を維持しながら相補的に変化させることで、前記駆動電圧の波形を変化させてもよい。
【００１３】
この構成によれば、低速域において、簡単で精度よく駆動速度を調整できる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、高速域では、駆動電圧の周波数によって速度制御を行うので、消費電力を最低限に抑制できる。また、低速域では、駆動電圧の周波数を可聴域の上限以上に保つので、騒音を発生することがない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
これより、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
図１に、本発明の実施形態である駆動装置１の構成を示す。駆動装置１は、圧電アクチュエータ２と圧電アクチュエータ２に周期的な駆動電圧を印加する駆動回路３と、駆動回路３の動作を制御して駆動電圧の波形および周波数を決定する制御装置４とを有する。
【００１６】
圧電アクチュエータ２は、入力された駆動電圧に応じて伸縮する圧電素子（電気機械変換素子）５と、圧電素子５の一端に固定された錘６と、圧電素子５の他端に一端が固定された軸状の振動部材７と、振動部材７に摩擦力によって係合する摩擦係合部材８とを有する。振動部材７は、圧電素子５の伸縮によって軸方向に往復変位する。摩擦係合部材８は、振動部材７が緩慢に移動するときは、振動部材７と共に移動するが、振動部材７が急峻に移動するときは、慣性力によって振動部材７に対してすべり変位する。
【００１７】
図２に、駆動回路３の詳細を示す。駆動回路３は、４つのスイッチング素子９，１０，１１，１２を有する公知のブリッジ回路であり、圧電素子５の一対の電極をそれぞれ、電圧Ｖｄ（Ｖ）の電源１３またはグランドに接続することで、圧電素子５に±Ｖｄ（Ｖ）の電圧を印加することができる。また、駆動回路３は、圧電素子５の両電極をショートさせることで、圧電素子５に０（Ｖ）を印加することもできる。つまり、駆動回路３は、圧電素子５に＋Ｖｄ（Ｖ）、０（Ｖ）、−Ｖｄ（Ｖ）の３種類の電圧を印加することが可能である。
【００１８】
図３に、駆動回路３が出力する駆動電圧の波形を示す。駆動装置１において、摩擦係合部材７を最も早く移動させる駆動波形は、波高２Ｖｄ（Ｖ）の矩形波であり、その周波数は、圧電アクチュエータ２の振動部材７の正弦波に対するゲインが最も大きくなる共振周波数（例えば５００ｋＨｚ）の約０．７倍（３５０ｋＨｚ＝周期１／３５０ｍｓ）であり、そのデューティ比は、０．３である。
【００１９】
駆動装置１において、駆動速度（摩擦係合部材７の移動速度）を低下させる場合、最高速の駆動電圧波形において、圧電素子５に−Ｖｄ（Ｖ）が印加された状態から＋Ｖｄ（Ｖ）を印加する前に０（Ｖ）を印加することで、駆動電圧の周波数を低くする。駆動電圧の周波数が低くなることにより、時間当たりに摩擦係合部材８が振動部材７に対してすべり変位する回数が少なくなり、結果として摩擦係合部材８の変位速度が低くなる。
【００２０】
駆動回路３は、駆動速度の低下にともない、駆動電圧の周波数を人間の可聴域の上限より僅かに大きな所定の上限周波数（例えば２２ｋＨｚ）まで低下させる（図中の中速）が、これより駆動速度を低下させる場合は、駆動周波数を上限周波数に維持しながら、圧電素子５に＋Ｖｄ（Ｖ）を印加してから−Ｖｄ（Ｖ）を印加する前にも０（Ｖ）の電圧を出力する。このとき、１周期当たりに０（Ｖ）を出力する時間の合計は一定に保たれ、＋Ｖｄ（Ｖ）を出力する前の０（Ｖ）の電圧出力時間Ｔ１と、−Ｖｄ（Ｖ）を出力する前との０（Ｖ）の電圧出力時間Ｔ２とを相補的に変化させる。また、このとき、＋Ｖｄ（Ｖ）を出力する時間と−Ｖｄ（Ｖ）を出力する時間とも相補的に変化する。
【００２１】
駆動電圧は、−Ｖｄ（Ｖ）を出力する前の０（Ｖ）の出力時間Ｔ１と、＋Ｖｄ（Ｖ）を出力する前との０（Ｖ）の出力時間Ｔ２が等しくなったとき、＋Ｖｄ（Ｖ）の出力時間と−Ｖｄ（Ｖ）の出力時間とも等しくなるように波形変化させられる。このとき、−Ｖｄ（Ｖ）から＋Ｖｄ（Ｖ）への遷移波形と、＋Ｖｄ（Ｖ）から−Ｖｄ（Ｖ）への遷移波形とが対称になるので、圧電素子５の伸長と収縮とが同じ速度になる。このため、摩擦係合部材８が振動部材７に対してすべり移動する量が圧電素子５に対する繰り出し方向と引き戻し方向とで同じになり、駆動装置１の駆動速度はゼロになる。
【００２２】
さらに、０（Ｖ）の出力時間Ｔ１，Ｔ２、および、±Ｖｄ（Ｖ）の出力時間をそれぞれ相補的に変化させると、−Ｖｄ（Ｖ）から＋Ｖｄ（Ｖ）に変化するまでの時間Ｔ１と、＋Ｖｄ（Ｖ）から−Ｖｄ（Ｖ）に変化するまでの時間Ｔ２との大小関係が入れ替わり、駆動装置１の駆動速度は、負方向（逆方向）に増大してゆく。
【００２３】
負方向の駆動速度が増大し、＋Ｖｄ（Ｖ）を出力する前の０（Ｖ）の出力時間Ｔ１がゼロになると（図において負方向の中速）、駆動回路３は、さらに駆動速度を増大させるために、０（Ｖ）の出力時間Ｔ２を短くして、駆動周波数を上限周波数（２２ｋＨＺ）より高くしてゆく。０（Ｖ）の出力時間Ｔ２がゼロになると、駆動周波数は３５０ｋＨｚに達し、駆動装置１は、正方向の最高速と同じ速度で駆動方向が反対に、つまり、駆動速度が負の最高速となる。
【００２４】
駆動装置１では、駆動電圧の周波数が可聴域より高い上限周波数（２２ｋＨｚ）より低くならないので、この駆動電圧による圧電アクチュエータ２の機械的運動は、可聴域より高い周波数成分のみを含む。このため、駆動装置１は、人間の耳に駆動音として聞こえる振動を発生させず、駆動音が小さい。
【００２５】
また、駆動装置１は、高速域において、駆動速度に応じて駆動周波数を変化させるのでその消費電力が駆動速度に略比例して増減する。つまり、上限周波数より高い周波数域においては、駆動速度に応じて消費エネルギーを抑制することができる。
【００２６】
以上の実施形態では、圧電素子５に３種類の電圧を所定の順序で印加する駆動回路３によって駆動されているが、本発明では、異なる波形の駆動電圧を出力できる駆動回路を用いてもよい。例えば、図４に示すように、＋Ｖｄ（Ｖ）の電圧と、−Ｖｄ（Ｖ）の電圧とを直線的に遷移させ、この遷移時間を上記の０（Ｖ）の出力時間Ｔ１，Ｔ２と同様に変化させてもよい。
【００２７】
本発明は、駆動速度が低いときは可聴域以上の所定周波数において駆動電圧の波形を変化させ、駆動速度が高いときは駆動周波数を変化させるものであればよく、駆動電圧を図示した波形のものに限らない。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の１つの実施形態の駆動装置の概略構成図。
【図２】図１の駆動回路の回路図。
【図３】図１の駆動装置の駆動電圧波形を示す図。
【図４】図３の代案の駆動電圧波形を示す図。
【符号の説明】
【００２９】
１…駆動装置
２…圧電アクチュエータ
３…駆動回路
４…制御装置
５…圧電素子（電気機械変換素子）
６…錘
７…振動部材
８…摩擦係合部材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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