(57)【要約】【課題】圧電素子によって駆動される部材の異なる２つの方向への振動を、独立して制御することができ、異なる２つの方向へ効率よく振動させる圧電アクチュエータを提供する。【解決手段】圧電アクチュエータ（１）は、第１の方向に沿って厚みすべり振動をする第１圧電素子（６）と、第１圧電素子（６）により駆動され、第１の方向に沿って振動する第１部材（３ｂ）と、第１部材（３ｂ）に支持され、第２の方向に沿って厚みすべり振動をする第２圧電素子（７）と、第２圧電素子（７）により駆動され、第２の方向に沿って振動する第２部材（３ａ）と、第２部材（３ａ）によって駆動される被駆動体（４）と第２部材（３ａ）との間に圧力を生成する加圧部（８）とを備える。加圧部（８）は、被駆動体（４）と第２部材（３ａ）との間の圧力を、被駆動体（４）の駆動状態に応じて変更する第３圧電素子（８１）を備える。【選択図】図１
2012080597.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の方向に沿って厚みすべり振動をする第１圧電素子と、
前記第１圧電素子により駆動され、前記第１の方向に沿って振動する第１部材と、
前記第１部材に支持され、第２の方向に沿って厚みすべり振動をする第２圧電素子と、前記第２圧電素子により駆動され、前記第２の方向に沿って振動する第２部材と、
前記第２部材によって駆動される被駆動体と前記第２部材との間に圧力を生成する加圧部と
を備え、
前記加圧部は、
前記圧力を、前記被駆動体の駆動状態に応じて変更する第３圧電素子を備える
ことを特徴とする圧電アクチュエータ。
【請求項２】
前記第３圧電素子は、
前記駆動状態が、駆動されている前記被駆動体の速度が速い状態である場合に、前記速度が遅い状態である場合より前記圧力を下げる
ことを特徴とする請求項１に記載の圧電アクチュエータ。
【請求項３】
前記第３圧電素子は、
前記被駆動体の速度が最高速度である場合に、前記被駆動体の駆動を開始する又は停止する場合より前記圧力を下げる
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の圧電アクチュエータ。
【請求項４】
前記第３圧電素子は、
前記第２部材が前記第２の方向に沿って振動する際において、前記第２部材の速度が最大となる期間、且つ、前記被駆動体と前記第２部材が接触する期間に、前記被駆動体と前記第２部材が接触しない期間より前記圧力を高くする
ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の圧電アクチュエータ。
【請求項５】
前記第３圧電素子は、
前記被駆動体が前記第２の方向に自由に動作可能な状態にされる場合に、前記被駆動体と前記第２部材との間に生じる摩擦力が０になるように、前記圧力を変更する
ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の圧電アクチュエータ。
【請求項６】
前記圧電アクチュエータは、
前記第３圧電素子に印加する電圧を変更して、前記圧力を制御する制御部を備える
ことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の圧電アクチュエータ。
【請求項７】
前記圧電アクチュエータは、
直流電圧に交流信号を重畳させた駆動信号を前記第３圧電素子に供給する電圧供給部と、
前記圧力を検出する検出部と
を備え、
前記制御部は、
前記検出部によって検出された圧力に基づいて、前記電圧供給部に対して前記駆動信号を変更させる
ことを特徴とする請求項６に記載の圧電アクチュエータ。
【請求項８】
前記検出部は、
前記第３圧電素子において、前記圧力によって生じた起電力に基づいて、前記圧力を検出する
ことを特徴とする請求項７に記載の圧電アクチュエータ。
【請求項９】
前記加圧部は、
前記第３圧電素子と共に前記圧力を生成する弾性部材を含む
ことを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の圧電アクチュエータ。
【請求項１０】
前記第３圧電素子は、積層型の圧電素子である
ことを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の圧電アクチュエータ。
【請求項１１】
請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の圧電アクチュエータを備えることを特徴とするレンズ鏡筒。
【請求項１２】
請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の圧電アクチュエータを備えることを特徴とする撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電アクチュエータ、レンズ鏡筒、及び撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
複数の圧電素子を駆動させ、被駆動体に接触させるチップ部材を楕円運動させることで、被駆動体を駆動させる圧電アクチュエータが知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１では、ＸＹＺ直交座標系を設定した場合に、チップ部材のＸＺ平面に平行な楕円運動により被駆動体をＸ軸方向に駆動する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−２３６１３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来の圧電アクチュエータは、チップ部材とベース部材との距離が変化する持ち上げ方向の振動と、チップ部材とベース部材との距離が変化しない送り方向の振動とを、それぞれ独立して制御できないという課題がある。また、チップ部材を、持ち上げ方向と送り方向とにそれぞれ効率よく振動させることが困難であるという課題がある。
【０００５】
本発明は、上記問題を解決すべくなされたもので、その目的は、圧電素子によって駆動される部材の異なる２つの方向への振動を、独立して制御することができ、異なる２つの方向へ効率よく振動させることができる圧電アクチュエータ、レンズ鏡筒、及び撮像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】
上記問題を解決するために、本発明は、第１の方向に沿って厚みすべり振動をする第１圧電素子と、前記第１圧電素子により駆動され、前記第１の方向に沿って振動する第１部材と、前記第１部材に支持され、第２の方向に沿って厚みすべり振動をする第２圧電素子と、前記第２圧電素子により駆動され、前記第２の方向に沿って振動する第２部材と、前記第２部材によって駆動される被駆動体と前記第２部材との間に圧力を生成する加圧部とを備え、前記加圧部は、前記圧力を、前記被駆動体の駆動状態に応じて変更する第３圧電素子を備えることを特徴とする圧電アクチュエータである。
【０００７】
また、本発明は、上記圧電アクチュエータを備えることを特徴とするレンズ鏡筒である。
【０００８】
また、本発明は、上記圧電アクチュエータを備えることを特徴とする撮像装置である。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、圧電素子によって駆動される部材の異なる２つの方向への振動を、独立して制御することができる。また、圧電素子によって駆動される部材を、異なる２つの方向へ効率よく振動させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本実施形態における圧電アクチュエータを示す概略構成図である。
【図２】同実施形態における圧電アクチュエータの加圧制御部を示す概略ブロック図である。
【図３】同実施形態における圧電アクチュエータの駆動回路を示す回路図である。
【図４】同実施形態における加圧部の動作を示す図である。
【図５】同実施形態における圧電アクチュエータの各状態を示す表である。
【図６】同実施形態の加圧部における動作の別の一例を示す図である。
【図７】同実施形態における圧電アクチュエータの加圧制御部の別の一例を示す第１の概略ブロック図である。
【図８】同実施形態における圧電アクチュエータの加圧制御部の別の一例を示す第２の概略ブロック図である。
【図９】同実施形態における加圧部の動作の別の一例を示す図である。
【図１０】同実施形態におけるレンズ鏡筒及び撮像装置を示す概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態による圧電アクチュエータ、レンズ鏡筒、及び撮像装置について図面を参照して説明する。
＜第１の実施形態＞
本実施形態の圧電アクチュエータは、ベース部に対してロータを相対的に変位させる相対駆動を行い、ロータによってカメラ（撮像装置）のレンズ鏡筒等の光学機器や電子機器を駆動する。
図１は、本実施形態における圧電アクチュエータ１を示す概略構成図である。
図１に示すように、圧電アクチュエータ１は、ベース部２、駆動駒３、ロータ４、支持軸５、第１圧電素子６、第２圧電素子７、加圧部８、及び加圧制御部２０を備えている。
【００１２】
ベース部２は、導電性を有し、弾性体とみなせる例えばステンレス鋼を含む材料によって設けられている。ベース部２は、中央部に軸方向の貫通穴を有する中空円筒状の形状に形成されている。ベース部２の表面には絶縁処理が施され、例えば絶縁膜が成膜されている。ベース部２の貫通穴には、支持軸５が挿通されている。
【００１３】
ベース部２の一方の端部には、複数の保持部２ａがベース部２の周方向に隣接して設けられている。保持部２ａは、駆動駒３をベース部２の周方向の両側から挟みこむように保持する凹状の形状に形成されている。ベース部２の他方の端部は、例えばボルト等の不図示の締結部材により、取付部４０に固定されている。ベース部２の中央部よりも取付部４０に近い部分には、周方向に連続する溝部２ｄが設けられている。
【００１４】
圧電アクチュエータ１は、所定の位相差で駆動する３つの駆動駒３の組を２組有している。本実施形態では、ベース部２の周方向に等間隔に配置された６つの駆動駒３のうち、３つの駆動駒３１が第１組に属し、３つの駆動駒３２が第２組に属している。各組の駆動駒３１と駆動駒３２とは、ベース部２の周方向、すなわちロータ４の回転方向Ｒに交互に配置されている。
【００１５】
各々の駆動駒３は、基部３ｂ（第１部材）と先端部３ａ（第２部材）とを有している。
基部３ｂは、周方向に交差する一対の側面がやや傾斜したほぼ直方体形状を有している。基部３ｂは例えば軽金属合金等により形成され、導電性を有している。基部３ｂは保持部２ａによって支持軸５と平行な方向（第１の方向）に駆動可能に支持されている。また、基部３ｂは、第１圧電素子６により駆動され、第１の方向に沿って振動する。
先端部３ａは、断面が山形の六角柱形状を有している。先端部３ａは例えばステンレス鋼等により形成され、導電性を有している。先端部３ａは、基部３ｂとロータ４との間に配置され、保持部２ａから突出してロータ４を支持している。また、先端部３ａは、第２圧電素子７により駆動され、各駆動駒３の中心を通る中心円の接線方向（第２の方向）に沿って振動する。
【００１６】
ロータ４（被駆動体）は、不図示のベアリングを介して支持軸５に取り付けられ、支持軸５を中心として、回転方向Ｒの前方又は後方に回転可能に設けられている。ロータ４の外周面には、例えばカメラのレンズ鏡筒等を駆動するための歯車４ａが形成されている。ロータ４のベース部２に対向する面は、複数の駆動駒３によって支持されている。また、ロータ４は、駆動駒３の先端部３ａによって駆動される。
支持軸５は、中心線がロータ４の回転軸と一致するように配置された丸棒状の部材である。支持軸５は、一方の端部が丸棒状の直径が大きく、加圧部８を固定している。また、支持軸５は、他方の端部が取付部４０に固定されている。支持軸５は、ベース部２とロータ４を貫通している。支持軸５は、ロータ４の回転方向Ｒに沿って配置された複数の駆動駒３の中心に配置されている。
【００１７】
第１圧電素子６は、例えばジルコン酸チタン酸塩（ＰＺＴ）を含む材料により形成されている。第１圧電素子６は、電圧が印加されることによって変形する。第１圧電素子６は、ベース部２の保持部２ａの内側の面と、駆動駒３の基部３ｂの側面との間に配置されている。第１圧電素子６は、駆動駒３の基部３ｂをロータ４の回転方向Ｒの前方及び後方から挟みこむように配置されている。第１圧電素子６は、駆動駒３の基部３ｂの、ロータ４の回転方向Ｒにおける前方及び後方の各側面に、２つずつ配置されている。各側面の２つの第１圧電素子６は、それぞれベース部２の径方向、すなわちロータ４の径方向に、隣接して配置されている。
【００１８】
各々の第１圧電素子６は、支持軸５の軸方向に長い短冊状の形状を有している。第１圧電素子６は、電圧が印加されることによって変形する。例えば、第１圧電素子６は、電圧が印加されることによって厚みすべり変形をする。つまり、第１圧電素子６は、支持軸５の軸方向（第１の方向）に沿う長手方向に厚みすべり振動をするように設けられている。各々の第１圧電素子６は、導電性を有する接着剤により、ベース部２の保持部２ａの内側の面と、駆動駒３の基部３ｂの側面との双方に接着されている。
ここで、第１圧電素子６の厚み方向を、各駆動駒３の中心におけるロータ４の回転円の接線方向、すなわち各駆動駒３の中心を通る中心円の接線方向とする。
なお、第１圧電素子６には、後述する電源部１０（図３）から電圧が供給される。
【００１９】
第２圧電素子７は、例えばジルコン酸チタン酸塩を含む材料により形成されている。第２圧電素子７は、駆動駒３の先端部３ａと基部３ｂとの間に配置されている。すなわち、第２圧電素子７は、駆動駒３の基部３ｂに支持されるとともに、基部３ｂ上で先端部３ａを支持している。第２圧電素子７は、ベース部２の径方向に隣接して２つ配置されている。
【００２０】
各々の第２圧電素子７は、各駆動駒３の中心を通る中心円の接線方向、すなわち各駆動駒３の中心におけるロータ４の回転円の接線方向に長い短冊状の形状を有している。第２圧電素子７は、電圧が印加されることによって変形する。例えば、第２圧電素子７は、電圧が印加されることによって厚みすべり変形をする。つまり、第２圧電素子７は、各駆動駒３の中心を通る中心円の接線方向、すなわち各駆動駒３の中心におけるロータ４の回転円の接線方向（第２の方向）に沿って、厚みすべり振動をするように設けられている。各々の第２圧電素子７は、導電性を有する接着剤により、駆動駒３の先端部３ａと基部３ｂとの双方に接着されている。
ここで、第２圧電素子７の厚み方向を、支持軸５の軸方向に平行な方向とする。
なお、第２圧電素子７には、後述する電源部１０（図３）から電圧が供給（印加）される。
【００２１】
加圧部８は、支持軸５における径の大きい一方の端部とロータ４との間に配置されている。加圧部８は、駆動駒３の先端部３ａによって駆動されるロータ４と先端部３ａとの間に圧力を生成する。また、加圧部８は、第３圧電素子８１及びゴム部材８２を備えている。
【００２２】
第３圧電素子８１は、例えばジルコン酸チタン酸塩を含む材料により形成されている。第３圧電素子８１は、ゴム部材８２とロータ４との間に配置されている。第３圧電素子８１は、電圧が印加されることにより、支持軸５と平行な方向の厚さが変わるように配置されている。第３圧電素子８１は、支持軸５と平行な方向の厚さを変更することによって、ロータ４と先端部３ａとの間に圧力を、ロータ４の駆動状態に応じて変更する。また、第３圧電素子８１には、加圧制御部２０から電圧が供給（印加）される。
ゴム部材８２は、第３圧電素子８１とロータ４との間に配置されている。ゴム部材８２は、ロータ４における支持軸５と平行な方向の振動を減衰する減衰ゴムとして機能する。
【００２３】
加圧制御部２０は、第３圧電素子８１に印加する電圧を変更すると共に、第３圧電素子８１に電圧を供給（印加）する。加圧制御部２０は、電圧供給部２１及び制御部２２を備えている。
電圧供給部２１は、制御部２２から供給される制御信号に基づいて、第３圧電素子８１に印加する電圧を変更して、第３圧電素子８１に供給（印加）する。
制御部２２は、電圧供給部２１に制御信号を供給して、第３圧電素子８１に印加する電圧を制御する。
【００２４】
次に、図２を参照して、加圧制御部２０の構成について詳細に説明する。
図２は、本実施形態における圧電アクチュエータ１の加圧制御部２０を示す概略ブロック図である。
この図において、加圧制御部２０は、生成した電圧を出力端子ＡとＢとの間の電位差として出力して、信号線を介して第３圧電素子８１に供給する。
電圧供給部２１は、直流電源部２１１、スイッチ部２１２、及び電圧変更部２１３を備えている。
【００２５】
直流電源部２１１は、陽極端子がスイッチ部２１２の一端に、陰極端子が電圧供給部２１の出力端子Ｂにそれぞれ接続されている。直流電源部２１１は、直流電圧を生成する。
スイッチ部２１２は、一端が直流電源部２１１の陽極端子に、他端が電圧変更部２１３にそれぞれ接続されている。また、スイッチ部２１２は、制御部２２から供給される制御信号に基づいて、直流電源部２１１の陽極端子と電圧変更部２１３との間の導通状態又は非導通状態を切り替える。すなわち、スイッチ部２１２は、制御部２２から供給される制御信号に基づいて、第３圧電素子８１に電圧を供給（印加）している状態と供給（印加）していない状態とを切り替える。
電圧変更部２１３は、例えば、可変抵抗などを含み、直流電源部２１１が生成した直流電圧を抵抗分圧により変更した電圧を電圧供給部２１の出力端子Ａに出力する。スイッチ部２１２は、制御部２２から供給される制御信号に基づいて、出力する電圧を変更する。
【００２６】
制御部２２は、電圧供給部２１に制御信号を供給して、第３圧電素子８１に印加する電圧を変更させる。すなわち、制御部２２は、電圧供給部２１に制御信号を供給して、ロータ４と駆動駒３の先端部３ａとの間の圧力を制御する。また、制御部２２は、ロータ４の駆動状態に応じて、ロータ４と駆動駒３の先端部３ａとの間の圧力を第３圧電素子８１に変更させる制御を行う。
【００２７】
次に、図３を参照して、圧電アクチュエータ１の駆動回路の構成について詳細に説明する。
図３は、本実施形態における圧電アクチュエータ１の駆動回路を示す回路図である。
図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すように、圧電アクチュエータ１は、第１圧電素子６及び第２圧電素子７の各々に電圧を供給する電源部１０を備えている。
電源部１０は、第１端子Ｔ１から第４端子Ｔ４を備えている。第１端子Ｔ１から第４端子Ｔ４は、それぞれ所定の周波数のサイン波状の電圧を供給する。また、電源部１０は、第１端子Ｔ１及び第２端子Ｔ２の各端子間、並びに、第３端子Ｔ３及び第４端子Ｔ４の各端子間で、所定の位相差を有する同一波形のサイン波状の電圧を供給する。
【００２８】
図３（ａ）に示すように、第１圧電素子６のうち、第１組に属する３つの駆動駒３１とベース部２との間に配置された１２の第１圧電素子６１は、配線１１を介して第１端子Ｔ１に電気的に接続されている。第１圧電素子６のうち、第２組に属する３つの駆動駒３２とベース部２との間に配置された１２の第１圧電素子６２は、配線１２を介して第２端子Ｔ２に電気的に接続されている。
【００２９】
図３（ｂ）に示すように、第２圧電素子７のうち、第１組に属する３つの駆動駒３１の先端部３１ａと基部３１ｂとの間に配置された６つの第２圧電素子７１は、配線１３を介して第３端子Ｔ３に電気的に接続されている。第２圧電素子７のうち、第２組に属する３つの駆動駒３２の先端部３２ａと基部３２ｂとの間に配置された６つの第２圧電素子７２は、配線１４を介して第４端子Ｔ４に電気的に接続されている。
【００３０】
次に、本実施形態による圧電アクチュエータ１の動作について説明する。
まず、圧電アクチュエータ１において駆動駒３によりロータ４を回転させる動作について説明する。
【００３１】
圧電アクチュエータ１において駆動駒３によりロータ４を回転させる際には、第１組の３つの駆動駒３１を同期して駆動させる。そして、第１組の駆動駒３１と所定の位相差を有して、第２組の３つの駆動駒３２を、第１組と同様に同期して駆動させる。これにより、第１組の３つの駆動駒３１と第２組の３つの駆動駒３２とが、ロータ４を交互に支持して回転させる。
【００３２】
具体的には、電源部１０の第１端子Ｔ１は、第１圧電素子６１にサイン波状の電圧を供給する。すると、第１圧電素子６１は、支持軸５に沿う第１の方向の厚みすべり振動を開始する。駆動駒３１は、第１圧電素子６１の変形によって駆動され、ベース部２から離間する方向へ移動する。
【００３３】
この際に、電源部１０の第３端子Ｔ３は、第２圧電素子７１に、サイン波状の電圧を供給している。すると、第２圧電素子７１は、各駆動駒３の中心を通る中心円の接線方向、すなわち各駆動駒３の中心におけるロータ４の回転円の接線方向において、ロータ４の回転方向Ｒの前方側への厚みすべり振動を開始する。駆動駒３１の先端部３１ａは、第２圧電素子７１の変形によって各駆動駒３の中心を通る中心円の接線方向、すなわち支持軸５の軸方向と直交する第２の方向に駆動される。このとき、駆動駒３１の先端部３１ａは、ロータ４との間に作用する摩擦力によってロータ４を回転方向Ｒの前方へ回転させる。
【００３４】
その後、第１圧電素子６１は、電源部１０の第１端子Ｔ１によって供給されたサイン波状の電圧により、ロータ４から離れる逆方向の変形を開始する。第１組の駆動駒３１は、第１圧電素子６１の逆方向の変形により、ロータ４から離間する方向に移動する。
このとき、第２圧電素子７１は、電源部１０の第３端子Ｔ３によって供給されたサイン波状の電圧により、ロータ４の回転方向Ｒの後方側への逆方向の変形を開始する。第１組の駆動駒３１の先端部３１ａは、ロータ４から離れた状態で、第２圧電素子７１の逆方向の変形により、ロータ４の回転方向Ｒの後方側へ向けて移動する。
【００３５】
その後、第１組の駆動駒３１は、ロータ４への先端部３１ａの接触、ロータ４の回転方向Ｒの前方側への先端部３１ａの駆動、ロータ４からの先端部３１ａの離間、ロータ４の回転方向Ｒの後方側への先端部３１ａの駆動、を繰り返す。すなわち、駆動駒３１の基部３１ｂ及び先端部３１ａは、第１圧電素子６１により駆動され、支持軸５の軸方向である第１の方向に沿って振動する。また、駆動駒３１の先端部３１ａは、第２圧電素子７１により駆動され、基部３１ｂ及びベース部２に対して、各駆動駒３の中心を通る中心円の接線方向、すなわち各駆動駒３の中心におけるロータ４の回転円の接線方向に沿って振動する。これにより、第１組の駆動駒３１は、先端部３１ａが円軌道または楕円軌道を描くように駆動する。
【００３６】
第２組の駆動駒３２は、第１組の駆動駒３１と所定の位相差を有して、第１組の駆動駒３１と同様に駆動する。すなわち、電源部１０の第２端子Ｔ２は、第１端子Ｔ１が供給する電圧と同様の波形を有し、第１端子Ｔ１が供給する電圧と所定の位相差を有するサイン波状の電圧を、第１圧電素子６２に供給する。また、電源部１０の第４端子Ｔ４は、第３端子Ｔ３が供給する電圧と同様の波形を有し、第３端子Ｔ３が供給する電圧と所定の位相差を有するサイン波状の電圧を、第２圧電素子７２に供給する。
【００３７】
第２組の３つの駆動駒３２の先端部３２ａは、第１組の３つの駆動駒３１の先端部３１ａがロータ４から離間する前にロータ４に接触し、第１組の３つの駆動駒３１の先端部３１ａがロータ４に接触した後にロータ４から離間する。したがって、ロータ４は、第１組の３つの駆動駒３１と第２組の３つの駆動駒３２とにより交互に支持されて駆動され、支持軸５の軸方向における位置をほぼ一定に保った状態で所定の回転速度で回転方向Ｒの前方又は後方へ回転する。
【００３８】
次に、圧電アクチュエータ１において加圧部８の動作の一例ついて説明する。
図４は、本実施形態における加圧部の動作の一例を示す図である。
この図では、時刻ｔ１において、ロータ４の駆動が開始され、時刻ｔ４において、ロータ４の駆動が停止される例が示されている。
【００３９】
図４（ａ）は、ロータ４の駆動状態（停止中又は駆動中）を示している（波形２０１）。
図４（ｂ）は、ロータ４の摺動面における圧力（ロータ４と先端部３ａとの間の圧力）を示している。波形２０２は、ロータ４が停止中である際にロータ４をフリーホイール状態にする場合において、第３圧電素子８１によって変更される上述の圧力Ｎを示す波形である。また、波形２０３は、ロータ４が停止中である際にロータ４をロック状態にする場合における上述の圧力Ｎを示す波形である。
ここで、フリーホイール状態とは、ロータ４が上述の第２の方向に自由に動作可能な状態である。すなわち、フリーホイール状態とは、ロータ４と先端部３ａとの間に生じる摩擦力が０になっている状態である。また、ロック状態とは、ロータ４と先端部３ａとの間に生じる摩擦力によって、ロータ４が固定された状態である。
図４（ｃ）は、ロータ４の回転速度ｒｐｍ（rotation per minute）を示している（波形２０４）。
【００４０】
時刻ｔ１までの期間において、圧電アクチュエータ１は、波形２０１が示すようにロータ４を停止している状態（停止中）である。そのため、波形２０４は、回転速度０ｒｐｍを示している。また、この期間において、ロータ４を停止中にフリーホイール状態にする場合には、加圧部８は、波形２０２が示すようにロータ４の摺動面における圧力Ｎの値を０にする。この場合、制御部２２は、制御信号を介してスイッチ部２１２を非導通状態にさせる。これにより、電圧供給部２１は、第３圧電素子８１に電圧の印加を停止する。よって、第３圧電素子８１は、ロータ４の摺動面における圧力Ｎの値を０にする。結果として、ロータ４と先端部３ａとの間に生じる摩擦力が０になって、ロータ４は、フリーホイール状態になる。つまり、第３圧電素子８１は、ロータ４が上述の第２の方向に自由に動作可能な状態にされる場合に、ロータ４がと先端部３ａとの間に生じる摩擦力が０になるように、ロータ４がと先端部３ａとの間の圧力を変更する。
【００４１】
また、時刻ｔ１までの期間において、ロータ４を停止中にロック状態にする場合には、加圧部８は、波形２０３が示すように圧力Ｎを所定の圧力（例えば、Ｎ１）にする。制御部２２は、制御信号を介してスイッチ部２１２を導通状態にさせる。これにより、電圧供給部２１は、第３圧電素子８１に電圧を印加する。第３圧電素子８１は、電圧供給部２１より印加された電圧によって、支持軸５と平行な方向の厚さが拡大し、ロータ４の摺動面における圧力Ｎの値をＮ１にする。したがって、加圧部８は、ロータ４と先端部３ａとの間の圧力Ｎ１を生成する。結果として、ロータ４と先端部３ａとの間に生じて、ロータ４は、ロック状態になる。
【００４２】
時刻ｔ１において、圧電アクチュエータ１は、ロータ４の駆動を開始する。したがって、波形２０１は、停止中から駆動中に遷移する。ロータ４の駆動を開始する場合、加圧部８は、波形２０２が示すようにロータ４の摺動面における圧力Ｎの値をＮ１にする。この場合、制御部２２は、制御信号を介してスイッチ部２１２を導通状態にさせる。これにより、直流電源部２１１によって生成された電圧が、スイッチ部２１２と電圧変更部２１３とを介して第３圧電素子８１に供給される。つまり、加圧制御部２０の電圧供給部２１は、第３圧電素子８１に電圧を印加する。第３圧電素子８１は、電圧供給部２１より印加された電圧によって、支持軸５と平行な方向の厚さが拡大し、ロータ４の摺動面における圧力Ｎの値をＮ１にする。したがって、加圧部８は、ロータ４と先端部３ａとの間の圧力Ｎ１を生成する。また、電源部１０が、上述の図３が示すように第１圧電素子６及び第２圧電素子７の各々に電圧を供給して、ロータ４を回転させる。
【００４３】
時刻ｔ１から時刻ｔ２までの期間において、波形２０４が示すように圧電アクチュエータ１は、ロータ４の回転を加速する。この期間において、ロータ４を加速するために、トルクを大きくする必要がある。そのため、加圧部８は、波形２０２が示すようにロータ４と先端部３ａとの間の圧力Ｎ１を維持する。
【００４４】
時刻ｔ２から時刻ｔ３までの期間において、波形２０４が示すように圧電アクチュエータ１は、ロータ４の回転速度が所定の速度に達して、ロータ４を一定の速度によって回転させる定速回転運動をさせる。ここで、所定の速度とは、例えば、ロータ４の回転における最高速度である。ロータ４を定速回転運動させる場合、加圧部８は、波形２０２が示すようにロータ４の摺動面における圧力Ｎの値をＮ２に下げる。
この場合、制御部２２は、制御信号を介して電圧変更部２１３に電圧を所定の電圧に下げる変更をさせる。これにより、直流電源部２１１によって生成された電圧が、電圧変更部２１３によって所定の電圧に変更（低下）されて第３圧電素子８１に供給される。つまり、加圧制御部２０の電圧供給部２１は、第３圧電素子８１に印加する電圧を変更（低下）する。第３圧電素子８１は、電圧供給部２１より変更された電圧によって、支持軸５と平行な方向の厚さが縮小し、ロータ４の摺動面における圧力Ｎの値をＮ２に変更する。すなわち、第３圧電素子８１は、ロータ４の回転速度が速い駆動状態である場合に、回転速度が遅い状態である場合よりロータ４の摺動面における圧力Ｎを下げる。また、第３圧電素子８１は、ロータ４の回転速度が最高速度である場合に、ロータ４の駆動を開始する場合よりロータ４の摺動面における圧力Ｎを下げる。したがって、加圧部８は、ロータ４と先端部３ａとの間の圧力Ｎの値をＮ１からＮ２に下げる。
【００４５】
ロータ４を定速回転運動させる場合には、ロータ４を加速する際にようにトルクを大きくする必要がない。また、この場合、ロータ４の摺動面における圧力Ｎが高いと、ロータ４と先端部３ａとの間に生じる摩擦力によって、回転速度が抑制されることがある。そのため、ロータ４を定速回転運動させる場合には、加圧部８は、ロータ４の駆動を開始する場合よりロータ４の摺動面における圧力Ｎを下げる。これにより、圧電アクチュエータ１は、ロータ４を効率よく駆動でき、最高速度を上げることができる。
【００４６】
時刻ｔ３から時刻ｔ４までの期間において、波形２０４が示すように圧電アクチュエータ１は、ロータ４の回転を減速し、時刻ｔ４においてロータ４の回転を停止する。この期間において、ロータ４を減速するために、トルクを大きくする必要がある。そのため、加圧部８は、ロータ４と先端部３ａとの間の圧力Ｎの値を再びＮ１に変更する。この場合、制御部２２は、制御信号を介して電圧変更部２１３に電圧を所定の電圧に上げる変更をさせる。
これにより、直流電源部２１１によって生成された電圧が、電圧変更部２１３によって所定の電圧に変更されて第３圧電素子８１に供給される。つまり、加圧制御部２０の電圧供給部２１は、第３圧電素子８１に印加する電圧を高く変更する。第３圧電素子８１は、電圧供給部２１より変更された電圧によって、支持軸５と平行な方向の厚さが拡大し、ロータ４の摺動面における圧力Ｎの値をＮ１に変更する。すなわち、第３圧電素子８１は、ロータ４の駆動を停止する場合に、ロータ４の回転速度が最高速度である場合よりロータ４の摺動面における圧力Ｎを上げる。したがって、加圧部８は、ロータ４と先端部３ａとの間の圧力Ｎの値をＮ２からＮ１に上げる。
【００４７】
時刻ｔ４以降において、圧電アクチュエータ１は、波形２０１が示すようにロータ４を停止している状態（停止中）である。この期間において、加圧部８は、上述の時刻ｔ１までの期間と同様の動作をする。
【００４８】
以上のように、圧電アクチュエータ１は、支持軸５に沿う第１の方向に厚みすべり振動をする第１圧電素子６と、各駆動駒３の中心を通る中心円の接線方向、すなわち各駆動駒３の中心におけるロータ４の回転円の接線方向（第２の方向）に厚みすべり振動をする第２圧電素子７とを備えている。
【００４９】
そのため、第１圧電素子６によって、駆動駒３の基部３ｂ及び先端部３ａを、ベース部２に対して支持軸５と平行な方向へ振動させることができる。また、第２圧電素子７によって、駆動駒３の先端部３ａを、ベース部２及び駆動駒３の基部３ｂに対して、各駆動駒３の中心を通る中心円の接線方向、すなわち各駆動駒３の中心におけるロータ４の回転円の接線方向に振動させることができる。
【００５０】
さらに、圧電アクチュエータ１は、先端部３ａによって駆動されるロータ４（被駆動体）と先端部３ａとの間に圧力を生成する加圧部８を備えている。また、加圧部８は、ロータ４と先端部３ａとの間の圧力を、ロータ４の駆動状態に応じて変更する第３圧電素子８１を備えている。そのため、圧電アクチュエータ１は、ロータ４の駆動状態に応じて、ロータ４と先端部３ａとの間の圧力を最適に設定することができる。
【００５１】
したがって、本実施形態の圧電アクチュエータ１によれば、第１圧電素子６と、第２圧電素子７とを独立して制御することで、駆動駒３の先端部３ａの支持軸５と平行な方向への振動と、先端部３ａの各駆動駒３の中心におけるロータ４の回転円の接線方向への振動とを独立して制御することができる。そのため、従来よりも、駆動駒３の各方向への振動を効率よく行うことができ、ロータ４を効率よく回転させることができる。
【００５２】
また、第３圧電素子８１は、ロータ４の駆動状態が、駆動されているロータ４の回転速度が速い状態である場合に、ロータ４の回転速度が遅い状態である場合よりロータ４と先端部３ａとの間の圧力を下げる。これにより、圧電アクチュエータ１は、ロータ４の駆動の際に、ロータ４の回転速度が遅い場合にトルクを大きくし、ロータ４の回転速度が速い場合にトルクを小さくする。そのため、圧電アクチュエータ１は、従来よりも、ロータ４を効率よく回転させることができる。
【００５３】
さらに、第３圧電素子８１は、ロータ４の回転速度が最高速度である場合に、ロータ４の駆動を開始する又は停止する場合よりロータ４と先端部３ａとの間の圧力を下げる。これにより、圧電アクチュエータ１は、ロータ４の駆動の際に、大きいトルクが必要な加速状態（ロータ４の駆動を開始する場合）、又は減速状態（ロータ４の駆動を停止する場合）である場合に、ロータ４を駆動するトルクを大きくすることができる。また、大きいトルクを必要としないロータ４の回転速度が最高速度である場合に、ロータ４を駆動するトルクを小さくすることができる。そのため、圧電アクチュエータ１は、従来よりも、ロータ４を効率よく回転させることができる。さらに、ロータ４と先端部３ａとの間の摩擦を低減できるため、圧電アクチュエータ１は、ロータ４の回転による最高速度を上げることができる。ここで、最高速度には、最高速度に近い回転速度も含めてもよい。
【００５４】
さらに、第３圧電素子８１は、ロータ４が上述の第２の方向に自由に動作可能な状態（フリーホイール状態）にされる場合に、ロータ４がと先端部３ａとの間に生じる摩擦力が０になるように、ロータ４がと先端部３ａとの間の圧力を変更する。これにより、圧電アクチュエータ１は、ロータ４をフリーホイール状態にすることができる。
【００５５】
なお、本実施形態における圧電アクチュエータ１は、加圧部８の第３圧電素子８１によってロータ４と先端部３ａとの間の圧力を変更することができるため、ロータ４を様々な状態（駆動状態）に対応させることが可能である。
図５は、本実施形態における圧電アクチュエータ１の各状態と、特許文献１に記載されている従来の圧電アクチュエータとの比較を示す表である。この表において、各状態は、第３圧電素子８１の状態（応力の有無）、ロータ４の摺動面の加圧の有無、及び第３圧電素子８１に電圧印加の有無を示している。また、各状態には、それぞれ、ロータ４が停止中である場合と駆動中である場合の２つの場合が示されている。
また、本実施形態において、加圧部８は、第３圧電素子８１と共にロータ４と先端部３ａとの間の圧力を生成する不図示のバネ部材（弾性部材）を含んでもよい。
【００５６】
状態（ａ）は、ロータ４の停止中にフリーホイール状態、且つ、停止中に第３圧電素子８１に電圧印加を行わない状態を示している。この状態では、第３圧電素子８１は、ロータ４の停止中に電圧供給部２１から電圧が印加されない。そのため、第３圧電素子８１は、応力なし状態となり、ロータ４の摺動面は、加圧されない状態となる。したがって、ロータ４がフリーホイール状態になる。なお、ここでは、加圧部８がバネ部材を含まない場合である。
【００５７】
状態（ｂ）は、ロータ４の停止中にフリーホイール状態、且つ、停止中に第３圧電素子８１に電圧印加を行う状態を示している。なお、ここでは、加圧部８がバネ部材を含む場合である。この状態では、第３圧電素子８１は、ロータ４の停止中に電圧供給部２１から電圧（負電圧）が印加される。これにより、第３圧電素子８１は、支持軸５と平行な方向の厚さが縮小し、バネ部材による与圧を相殺する。したがって、ロータ４がフリーホイール状態になる。つまり、圧電アクチュエータ１は、加圧部８がバネ部材を含む形態において、フリーホイール状態を実現することができる。
また、状態（ｂ）では、ロータ４を駆動する場合には、バネ部材による与圧があるため、電圧供給部２１は、第３圧電素子８１に電圧を印加しなくてもよいし、電圧（負電圧）を印加してもよい。電圧供給部２１が電圧（負電圧）を印加する場合には、圧電アクチュエータ１は、ロータ４の駆動状態に応じて、ロータ４と先端部３ａとの間の圧力を下げることができる。これにより、圧電アクチュエータ１は、従来よりも、ロータ４を効率よく回転させることができる。
【００５８】
状態（ｃ）は、ロータ４の停止中にロック状態、且つ、停止中に第３圧電素子８１に電圧印加を行わない状態を示している。なお、ここでは、加圧部８がバネ部材を含む場合である。この状態では、第３圧電素子８１は、ロータ４の停止中に電圧供給部２１から電圧が印加されない。つまり、ロータ４の摺動面は、バネ部材によって与圧されてロック状態となる。これにより、圧電アクチュエータ１は、ロータ４の停止中にロック状態にする場合に、第３圧電素子８１に電圧を印加する必要がない。そのため、圧電アクチュエータ１は、ロータ４の停止中にロック状態にする場合に消費電力を低減することができる。
また、状態（ｃ）では、ロータ４を駆動する場合には、第３圧電素子８１は、電圧供給部２１から電圧が印加される。これにより、圧電アクチュエータ１は、ロータ４の駆動状態に応じて、ロータ４と先端部３ａとの間の圧力を変更することができる。そのため、圧電アクチュエータ１は、従来よりも、ロータ４を効率よく回転させることができる。
【００５９】
状態（ｄ）は、ロータ４の停止中にロック状態、且つ、停止中に第３圧電素子８１に電圧印加を行う状態を示している。なお、ここでは、加圧部８がバネ部材を含む場合とバネ部材を含まない場合とのいずれの形態でもよい。この状態では、第３圧電素子８１は、ロータ４の停止中に電圧供給部２１から電圧が印加される。つまり、ロータ４の摺動面は、第３圧電素子８１によって与圧されてロック状態となる。
また、状態（ｄ）では、ロータ４を駆動する場合には、第３圧電素子８１は、電圧供給部２１から電圧が印加される。これにより、圧電アクチュエータ１は、ロータ４の駆動状態に応じて、ロータ４と先端部３ａとの間の圧力を変更することができる。そのため、圧電アクチュエータ１は、従来よりも、ロータ４を効率よく回転させることができる。
【００６０】
次に、圧電アクチュエータ１において加圧部８の動作の別の一例ついて説明する。
図６は、本実施形態における加圧部の動作の別の一例を示す図である。
この図では、図４と同様に時刻ｔ１において、ロータ４の駆動が開始され、時刻ｔ４において、ロータ４の駆動が停止される例が示されている。この図において、（ｂ）の波形２０２ａが、図４（ｂ）と異なる点を除いて、他は図４（ｂ）と同様である。ここでは、図６（ｂ）における波形２０２ａについて説明する。
【００６１】
時刻ｔ１から時刻ｔ４までの期間において、加圧部８は、波形２０２ａが示すようにロータ４の回転速度に応じて、ロータ４の摺動面における圧力Ｎを変更する。ここでは、時刻ｔ１から時刻ｔ４までの期間における加圧部８の動作を波形２０２ａを参照して説明する。
まず、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの期間において、加圧部８は、波形２０２ａが示すようにロータ４の回転速度に応じて、ロータ４の摺動面における圧力Ｎを下げる。この場合、制御部２２は、制御信号を介して電圧変更部２１３にロータ４の回転速度に応じて電圧を下げる変更をさせる。これにより、直流電源部２１１によって生成された電圧が、電圧変更部２１３によって電圧に変更（低下）されて第３圧電素子８１に供給される。つまり、加圧制御部２０の電圧供給部２１は、第３圧電素子８１に印加する電圧をロータ４の回転速度に応じて変更する。第３圧電素子８１は、電圧供給部２１より変更（低下）された電圧によって、支持軸５と平行な方向の厚さが縮小し、ロータ４の摺動面における圧力Ｎの値をロータ４の回転速度に応じてＮ１からＮ２に変更する。
【００６２】
次に、時刻ｔ２から時刻ｔ３までの期間において、ロータ４は、波形２０４が示すように略最高速度の回転速度を維持する。したがって、加圧部８は、波形２０２ａが示すようにロータ４の摺動面における圧力Ｎ２を維持する。
【００６３】
次に、時刻ｔ３から時刻ｔ４までの期間において、加圧部８は、波形２０２ａが示すようにロータ４の回転速度に応じて、ロータ４の摺動面における圧力Ｎを上げる。この場合、制御部２２は、制御信号を介して電圧変更部２１３にロータ４の回転速度に応じて電圧を上げる変更をさせる。これにより、直流電源部２１１によって生成された電圧が、電圧変更部２１３によって電圧に変更されて第３圧電素子８１に供給される。つまり、加圧制御部２０の電圧供給部２１は、第３圧電素子８１に印加する電圧をロータ４の回転速度に応じて変更する。第３圧電素子８１は、電圧供給部２１より変更された電圧によって、支持軸５と平行な方向の厚さが拡大し、ロータ４の摺動面における圧力Ｎの値をロータ４の回転速度に応じてＮ２からＮ１に変更する。
【００６４】
時刻ｔ１までの期間、及び時刻ｔ４以降の期間における、加圧部８の動作は、図４と同様である。
【００６５】
以上のように、第３圧電素子８１は、ロータ４の回転速度に応じて、ロータ４と先端部３ａとの間の圧力を変更する。つまり、第３圧電素子８１は、ロータ４の駆動状態が、駆動されているロータ４の回転速度が速い状態である場合に、ロータ４の回転速度が遅い状態である場合よりロータ４と先端部３ａとの間の圧力を下げる。これにより、圧電アクチュエータ１は、ロータ４の駆動の際に、ロータ４の回転速度が遅い場合にトルクを大きくし、ロータ４の回転速度が速い場合にトルクを小さくする。そのため、本十形態における圧電アクチュエータ１は、図４に示される形態と同様に、ロータ４を効率よく回転させることができる。
【００６６】
＜第２の実施形態＞
次に、本実施形態の圧電アクチュエータ１における別の一形態について説明する。本実施形態における圧電アクチュエータ１は、第３圧電素子８１に交流電圧を印加し、ロータ４と先端部３ａとの間の圧力を検出する。圧電アクチュエータ１は、検出した圧力に基づいて、ロータ４と先端部３ａとの間の圧力にフィードバック制御を行う。そのため、本実施形態において、圧電アクチュエータ１は、図２における加圧制御部２０と加圧制御部の構成が異なる。なお、圧電アクチュエータ１の基本的な構成は、図１及び図３における第１の実施形態と同様である。
図７は、本実施形態における圧電アクチュエータ１の加圧制御部２０ａを示す概略ブロック図である。この図において、図２と同じ構成には同一の符号を付す。
この図において、加圧制御部２０ａは、電圧供給部２１ａ及び制御部２２ａを備えている。加圧制御部２０ａは、生成した電圧を出力端子ＡとＢとの間の電位差として駆動信号を出力して、信号線を介して第３圧電素子８１に供給する。
【００６７】
電圧供給部２１ａは、制御部２２ａから供給される制御信号に基づいて、第３圧電素子８１に印加する電圧を変更して、第３圧電素子８１に供給（印加）する。電圧供給部２１ａは、直流電圧に交流信号を重畳させた駆動信号を第３圧電素子８１に供給する。また、電圧供給部２１ａは、直流電源部２１１、スイッチ部２１２、電圧変更部２１３、交流信号生成部２１４、重畳回路部２１５（加算回路）、コイル２３１及びＦＢ（フィードバック）信号検出部２３１を備えている。なお、圧電アクチュエータ１は、検出部２３を備えている。ここで、検出部２３には、コイル２３１、ＦＢ信号検出部２３１、及び第３圧電素子８１が含まれている。また、本実施形態において、電圧変更部２１３は、直流電源部２１１が生成した直流電圧を抵抗分圧により変更した電圧を重畳回路部２１５に出力する。
【００６８】
交流信号生成部２１４は、制御部２２ａから供給される制御信号に基づいて、交流信号を生成する。交流信号生成部２１４は、生成した交流信号を重畳回路部２１５（加算回路）に供給する。
重畳回路部２１５は、オペアンプ（演算増幅回路）などにより構成される加算回路である。重畳回路部２１５は、電圧変更部２１３から供給された直流電圧に、交流信号生成部２１４が生成した交流信号を重畳して、駆動信号を生成する。重畳回路部２１５は、生成した駆動信号を電圧供給部２１ａの出力端子Ａに出力する。
【００６９】
コイル２３１は、ロータ４と先端部３ａとの間の圧力によって、第３圧電素子８１に生じた起電力による信号線Ｂにおける交流信号の電流の変化を検出して、交流信号としてＦＢ信号検出部２３１に出力する。
ＦＢ信号検出部２３１は、コイル２３１から供給された交流信号に基づいて、ロータ４と先端部３ａとの間の圧力の変化を検出して、検出結果を制御部２２ａに供給する。
なお、第３圧電素子８１は、電圧を印加することにより、支持軸５と平行な方向の厚さが拡大すると共に、ロータ４と先端部３ａとの間の圧力によって、起電力を生じる。検出部２３は、コイル２３１とＦＢ信号検出部２３１とを介して、この第３圧電素子８１に生じた起電力による電流変化を検出し、検出した電流変化に基づいて、ロータ４と先端部３ａとの間の圧力を検出する。
【００７０】
制御部２２ａは、電圧供給部２１に制御信号を供給して、第３圧電素子８１に印加する電圧を変更させる。すなわち、制御部２２ａは、電圧供給部２１ａに制御信号を供給して、ロータ４と駆動駒３の先端部３ａとの間の圧力を制御する。また、制御部２２ａは、ロータ４の駆動状態に応じて、ロータ４と駆動駒３の先端部３ａとの間の圧力を第３圧電素子８１に変更させる制御を行う。また、制御部２２ａは、電圧供給部２１に制御信号を供給して、電圧変更部２１３から供給された直流電圧に、交流信号生成部２１４が生成した交流信号を重畳して、駆動信号を第３圧電素子８１に印加させる。制御部２２ａは、検出部２３によって検出されたロータ４と先端部３ａとの間の圧力に基づいて、電圧供給部２１に対して上述の駆動信号を変更させる。具体的には、制御部２２ａは、交流信号生成部２１４に制御信号を供給して、駆動信号を変更させる。これにより、交流信号生成部２１４は、第３圧電素子８１に供給する駆動信号を変更する。
【００７１】
次に、本実施形態による圧電アクチュエータ１の動作について説明する。
まず、本実施形態の圧電アクチュエータ１において駆動駒３によりロータ４を回転させる動作は、第１の実施形態と同様である。また、本実施形態の圧電アクチュエータ１における加圧部８の動作は、図４から図６に示される第１の実施形態と同様である。ここでは、本実施形態の加圧制御部２０ａによるフィードバック制御について説明する。
【００７２】
図７が示すように、加圧制御部２０ａでは、制御部２２ａが交流信号生成部２１４に交流信号を生成させる。重畳回路部２１５は、電圧変更部２１３から供給された直流電圧に、交流信号生成部２１４が生成した交流信号を重畳して、駆動信号を生成する。重畳回路部２１５は、生成した駆動信号を第３圧電素子８１に供給する。これにより、制御部２２ａは、ロータ４と駆動駒３の先端部３ａとの間の圧力を制御する。
【００７３】
また、制御部２２ａは、検出部２３によって、コイル２３１とＦＢ信号検出部２３１とを介して検出されたロータ４と先端部３ａとの間の圧力に基づいて、交流信号生成部２１４に交流信号を変更させる。ところで、外乱などによって、制御部２２ａが制御しようとした圧力と、実際にロータ４と駆動駒３の先端部３ａとの間に生じる圧力とにずれが生じる場合がある。このような場合、制御部２２ａは、外乱などによる影響を打ち消すように交流信号生成部２１４に交流信号を変更させる。つまり、制御部２２ａは、検出部２３によって検出されたロータ４と先端部３ａとの間の圧力に基づいて、次に第３圧電素子８１に供給する電圧を変更するフィードバック制御を行う。
【００７４】
以上のように、本実施形態における圧電アクチュエータ１は、直流電圧に交流信号を重畳させた駆動信号を第３圧電素子８１に供給する電圧供給部２１ａと、ロータ４と先端部３ａとの間の圧力を検出する検出部２３とを備える。また、制御部２２ａは、検出部２３によって検出された圧力に基づいて、電圧供給部２１ａに対して第３圧電素子８１に供給する駆動信号を変更させる。これにより、制御部２２ａは、外乱などによる影響を低減することができ、ロータ４と先端部３ａとの間の圧力を精度よく制御することができる。したがって、本実施形態における圧電アクチュエータ１は、従来よりも、ロータ４を効率よく回転させることができる。
さらに、検出部２３は、第３圧電素子８１において、ロータ４と先端部３ａとの間の圧力によって生じた起電力に基づいて、ロータ４と先端部３ａとの間に生じる圧力を検出する。これにより、ロータ４と先端部３ａとの間に生じる圧力を検出するセンサを設ける必要がない。したがって、本実施形態における圧電アクチュエータ１は、部品数の増加を抑えつつ、ロータ４と先端部３ａとの間の圧力を精度よく制御することができる。
【００７５】
次に、本実施形態の圧電アクチュエータ１おいて、検出した圧力に基づいて、ロータ４と先端部３ａとの間の圧力にフィードバック制御を行う別の一例について説明する。
図８は、本実施形態における圧電アクチュエータ１の加圧制御部２０ｂを示す概略ブロック図である。この図において、図７と同じ構成には同一の符号を付す。
この図において、加圧制御部２０ｂは、電圧供給部２１ｂ及び制御部２２ａを備えている。加圧制御部２０ｂは、生成した電圧を出力端子ＡとＢとの間の電位差として駆動信号を出力して、信号線を介して第３圧電素子８１に供給する。
【００７６】
電圧供給部２１ｂは、制御部２２ａから供給される制御信号に基づいて、第３圧電素子８１に印加する電圧を変更して、第３圧電素子８１に供給（印加）する。電圧供給部２１ｂは、直流電圧に交流信号を重畳させた駆動信号を第３圧電素子８１に供給する。また、電圧供給部２１ｂは、直流電源部２１１、スイッチ部２１２、電圧変更部２１３、交流信号生成部２１４、重畳回路部２１５ａ（ＡＣ（エーシー）カップリング回路）、コイル２３１及びＦＢ信号検出部２３１を備えている。本実施形態における電圧供給部２１ｂは、図７における重畳回路部２１５と重畳回路部の構成が異なる。
重畳回路部２１５ａは、例えば、コンデンサなどにより構成されるＡＣカップリング回路である。重畳回路部２１５ａは、電圧変更部２１３から供給された直流電圧に、交流信号生成部２１４が生成した交流信号を重畳して、駆動信号を生成する。重畳回路部２１５ａは、生成した駆動信号を電圧供給部２１ａの出力端子Ａに出力する。
【００７７】
なお、本実施形態における加圧制御部２０ｂの動作は、重畳回路部２１５ａが直流電圧に交流信号を重畳して駆動信号を生成する方法が異なる点を除き、図７に示される加圧制御部２０ａと同様である。重畳回路部２１５ａは、上述のようにコンデンサを用いたＡＣカップリングによって、直流電圧に交流信号を重畳する。これにより、重畳回路部２１５ａは、図７に示される重畳回路部２１５に比べ、簡易に直流電圧に交流信号を重畳することができる。
【００７８】
＜第３の実施形態＞
さらに、本実施形態の圧電アクチュエータ１における別の一形態について説明する。本実施形態における圧電アクチュエータ１は、第１圧電素子６と第２圧電素子７とを駆動する制御サイクルの中において、ロータ４と先端部３ａとの間の圧力を制御する。なお、本実施形態における圧電アクチュエータ１の構成は、第２の実施形態と同様である。本実施形態における圧電アクチュエータ１において、加圧部８の動作が第２の実施形態と異なる。すなわち、制御部２２ａの動作が第２の実施形態と異なる。
【００７９】
以下、本実施形態における加圧部８の動作について説明する。
図９は、本実施形態における加圧部８の動作の別の一例を示す図である。
図９（ａ）は、第１組の駆動駒３１（先端部３１ａ）におけるＹ方向の変位を示している（波形２０５）。図９（ｂ）は、第２組の駆動駒３２（先端部３２ａ）におけるＹ方向の変位を示している（波形２０６）。ここで、Ｙ方向とは、支持軸５と平行な方向（第１の方向）である。
また、図９（ｃ）は、第１組の駆動駒３１（先端部３１ａ）におけるＸ１方向の変位を示している（波形２０７）。図９（ｄ）は、第２組の駆動駒３２（先端部３２ａ）におけるＸ２方向の変位を示している（波形２０８）。ここで、Ｘ１方向及びＸ２方向とは、各駆動駒３の中心におけるロータ４の回転円の接線方向（第２の方向）である。
また、図９（ｅ）は、ロータ４の摺動面における圧力（ロータ４と先端部３ａとの間の圧力）Ｎを示している（波形２０９）。
【００８０】
なお、図９は、電源部１０の第１端子Ｔ１と第２端子Ｔ２に発生する正弦波の電圧波形の位相差が１８０°である場合の例である。この場合、波形２０５及び波形２０６が示すように、Ｙ軸方向に駆動する第１組の駆動駒３１（先端部３１ａ）及び第２組の駆動駒３２（先端部３２ａ）は、１８０°の位相差を有する正弦波状の軌跡を描くようになる。この際、第１組の駆動駒３１（先端部３１ａ）は、波形２０５に太線（例えば、時刻ｔ５から時刻ｔ８の期間）で示すように、Ｙ軸方向の変位が接触位置ｙ１を越えるとロータ４と接触する。また、波形２０６に太線（例えば、時刻ｔ９から時刻ｔ１２の期間）で示すように、第２組の駆動駒３２（先端部３２ａ）も同様にロータ４と接触する。
【００８１】
ここで、波形２０５が示す第１組の駆動駒３１の軌跡と、波形２０６が示す第２組の駆動駒３２の軌跡は１８０°の位相差を有している。そのため、第１組の駆動駒３１（先端部３１ａ）と第２組の駆動駒３２（先端部３２ａ）とがロータに交互に接触してロータ４を支持する。
【００８２】
また、図９は、電源部１０の第３端子Ｔ３と第４端子Ｔ４に発生する正弦波の電圧波形の位相差が１８０°である場合の例である。この場合、波形２０７及び波形２０８が示すように、Ｘ１軸方向及びＸ２軸方向へ駆動する第１組の駆動駒３１（先端部３１ａ）及び第２組の駆動駒３２（先端部３２ａ）は、正弦波状の軌跡を描くようになる。
【００８３】
ここで、波形２０７に太線（例えば、時刻ｔ５から時刻ｔ８の期間）で示すように、第１組の駆動駒３１（先端部３１ａ）は、ロータ４と接触している間（波形２０５における太線部分の間）に、ロータ４の回転方向に沿うＸ１軸正方向に移動する。また、波形２０８に太線（例えば、時刻ｔ９から時刻ｔ１２の期間）で示すように、第２組の駆動駒３２（先端部３２ａ）も同様に、ロータ４と接触している間（波形２０６における太線部分の間）に、ロータの回転方向に沿うＸ２軸正方向に移動する。
【００８４】
上述のように、第１組の駆動駒３１（先端部３１ａ）と第２組の駆動駒３２（先端部３２ａ）が変位する際に、本実施形態における加圧部８は、波形２０９が示すように、ロータ４の摺動面における圧力Ｎを変更する。
具体的には、時刻ｔ５から時刻ｔ８までの期間において、第１組の駆動駒３１（先端部３１ａ）は、ロータ４に接触し、Ｘ１軸方向の変位速度が最大になる。この期間内の時刻ｔ６から時刻ｔ７までの期間において、加圧部８は、ロータ４の摺動面における圧力Ｎを高める変更を行う。
【００８５】
つまり、制御部２２ａは、電圧変更部２１３又は交流信号生成部２１４を制御して、時刻ｔ６から時刻ｔ７までの期間、電圧供給部２１に第３圧電素子８１に供給する電圧を高めさせる。第３圧電素子８１は、時刻ｔ６から時刻ｔ７までの期間、電圧供給部２１より変更された電圧によって、支持軸５と平行な方向の厚さが拡大する。これにより、加圧部８は、時刻ｔ６から時刻ｔ７までの期間、ロータ４の摺動面における圧力Ｎを高める。すなわち、第３圧電素子８１は、先端部３１ａがＸ１軸正方向（第２の方向）に沿って振動する際において、先端部３１ａの変位速度が最大となる期間、且つ、ロータ４と先端部３１ａが接触する期間に、ロータ４と先端部３１ａが接触しない期間よりロータ４と先端部３ａとの間の圧力Ｎを高くする。
【００８６】
なお、ロータ４と先端部３１ａが接触する期間が短く、先端部３１ａにおけるＹ方向の変位が最大となる時刻に、先端部３１ａにおけるＸ１軸正方向の変位側だが最大になる場合に、圧電アクチュエータ１は、最も効率よくロータ４を駆動することができる。したがって、時刻ｔ６から時刻ｔ７までの期間（Ｐ１）は、上述の条件を満たすように、時刻ｔ５から時刻ｔ８までの期間の中央に位置する期間として設定されている。
時刻ｔ１３から時刻ｔ１４までの期間においても、時刻ｔ６から時刻ｔ７までの期間と同様に、加圧部８は、ロータ４の摺動面における圧力Ｎを高める。
【００８７】
また、時刻ｔ９から時刻ｔ１２までの期間において、第２組の駆動駒３２（先端部３２ａ）は、ロータ４に接触し、Ｘ２軸方向の変位速度が最大になる。この期間内の時刻ｔ１０から時刻ｔ１１までの期間において、加圧部８は、ロータ４の摺動面における圧力Ｎを高める変更を行う。
【００８８】
つまり、制御部２２ａは、電圧変更部２１３又は交流信号生成部２１４を制御して、時刻ｔ１０から時刻ｔ１１までの期間、電圧供給部２１に第３圧電素子８１に供給する電圧を高めさせる。第３圧電素子８１は、時刻ｔ１０から時刻ｔ１１までの期間、電圧供給部２１より変更された電圧によって、支持軸５と平行な方向の厚さが拡大する。これにより、加圧部８は、時刻ｔ１０から時刻ｔ１１までの期間、ロータ４の摺動面における圧力Ｎを高める。すなわち、第３圧電素子８１は、先端部３２ａがＸ２軸正方向（第２の方向）に沿って振動する際において、先端部３２ａの変位速度が最大となる期間、且つ、ロータ４と先端部３２ａが接触する期間に、ロータ４と先端部３２ａが接触しない期間よりロータ４と先端部３ａとの間の圧力Ｎを高くする。
【００８９】
なお、ロータ４と先端部３２ａが接触する期間が短く、先端部３２ａにおけるＹ方向の変位が最大となる時刻に、先端部３２ａにおけるＸ２軸正方向の変位側だが最大になる場合に、圧電アクチュエータ１は、最も効率よくロータ４を駆動することができる。したがって、時刻ｔ１０から時刻ｔ１１までの期間（Ｐ１）は、上述の条件を満たすように、時刻ｔ９から時刻ｔ１２までの期間の中央に位置する期間として設定されている。
時刻ｔ１５から時刻ｔ１６までの期間においても、時刻ｔ１０から時刻ｔ１１までの期間と同様に、加圧部８は、ロータ４の摺動面における圧力Ｎを高める。
【００９０】
以上のように、本実施形態における圧電アクチュエータ１では、第３圧電素子８１が、先端部３ａがＸ１軸方向又はＸ２軸正方向（第２の方向）に沿って振動する際において、先端部３ａの変位速度が最大となる期間、且つ、ロータ４と先端部３ａが接触する期間に、ロータ４と先端部３ａが接触しない期間より、ロータ４と先端部３ａとの間の圧力Ｎを高くする。これにより、本実施形態における圧電アクチュエータ１は、従来よりもロータ４を効率よく回転させることができる。
【００９１】
次に、本実施形態の圧電アクチュエータ１を備えたレンズ鏡筒及びカメラ（撮像装置）の一例について説明する。本実施形態の交換レンズは、カメラボディとともにカメラシステムを形成するものである。交換レンズは、公知のＡＦ（オートフォーカス）制御に応じて合焦動作を行うＡＦモードと、撮影者からの手動入力に応じて合焦動作を行うＭＦ（マニュアルフォーカス）モードとが切り替え可能になっている。
【００９２】
図１０は、本実施形態におけるレンズ鏡筒１０３及びカメラ１０１を示す概略構成図である。
図１０に示すように、カメラ１０１（撮像装置）は、撮像素子１０８が内蔵されたカメラボディ１０２と、レンズ１０７を有するレンズ鏡筒１０３とを備えている。
【００９３】
レンズ鏡筒１０３は、カメラボディ１０２に着脱可能な交換レンズである。レンズ鏡筒１０３は、レンズ１０７、カム筒１０６、圧電アクチュエータ１等を備えている。圧電アクチュエータ１は、カメラ１０１のフォーカス動作時にレンズ１０７を駆動する駆動源として用いられている。圧電アクチュエータ１のロータ４から得られた駆動力は、直接、カム筒１０６に伝えられる。レンズ１０７は、カム筒１０６に保持されており、圧電アクチュエータ１の駆動力により、光軸方向Ｌに略平行に移動して、焦点調節を行うフォーカスレンズである。
【００９４】
カメラ１０１の使用時には、レンズ鏡筒１０３内に設けられたレンズ群（レンズ１０７を含む）によって、撮像素子１０８の撮像面に被写体像が結像される。撮像素子１０８によって、結像された被写体像は電気信号に変換され、その信号をＡ／Ｄ変換することによって、画像データが得られる。
【００９５】
以上説明したように、カメラ１０１及びレンズ鏡筒１０３は、上述の圧電アクチュエータ１を備えている。したがって、従来よりもロータ４を効率よく回転させ、レンズ１０７を効率よく駆動することができる。
本実施形態では、レンズ鏡筒１０３は、交換レンズである例を示したが、これに限らず、例えば、カメラボディと一体型のレンズ鏡筒としてもよい。
【００９６】
なお、本発明は、上記の各実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で変更可能である。本発明は、上記の第１〜第３の各実施形態のいずれかを実施する形態でもよいし、複数を組み合わせて実施する形態でもよい。
上記の各実施形態において、第１圧電素子６及び第２圧電素子７は、厚みすべり変形ではなく、厚み方向に変形してもよい。この場合、厚みすべり変形をする圧電素子を用いた場合と同様の効果を得ることができる。
また、上記の各実施形態において、第３圧電素子８１は、積層型の圧電素子を用いる形態でもよい。積層型の圧電素子は、電圧を印加することによる厚さの変化を大きくすることができる。そのため、積層型の圧電素子を用いる場合、加圧部８は、第３圧電素子８１による圧力の変更範囲を大きくすることができる。また、第１圧電素子６、第２圧電素子７、及び第３圧電素子８１は、ジルコン酸チタン酸塩を含む材料である形態を説明したが、ジルコン酸チタン酸塩を含まない他の材料を用いる形態でもよい。
【００９７】
また、上記の各実施形態において、加圧部８は、バネ部材などの弾性部材を備える形態でもよいし、備えない形態でもよい。バネ部材などの弾性部材を備える形態の場合、ロータ４を停止中にロック状態にする場合、第３圧電素子８１に電圧を印加する必要がなくなる。そのため、ロータ４を停止中にロック状態にする場合に消費電力を低減することができる。また、加圧部８は、ゴム部材８２を備える形態を説明したが、ゴム部材８２を備えない形態でもよい。
また、ロータ４を停止中にロック状態にする場合に、機械的にクランプしてロックするメカクランプ部を設ける形態でもよい。メカクランプ部は、例えば、支持軸５と同軸において、ノック式のボールペンのような機構を軸に持ち、ロータ４を停止中に機械的にロックする形態でもよい。また、メカクランプ部は、ソレノイドや外部からの押し当てによってロックする形態でもよい。
【００９８】
また、上記第２の実施形態において、コイル２３１を用いて圧力を検出する形態を説明したが、ホール素子などを用いる他の形態でもよい。また、圧力を検出する際に、第３圧電素子８１をセンサとして用いる形態を説明したが、圧力を検出するセンサを別途設ける形態でもよい。
また、上記第２の実施形態において、オペアンプを用いた加算回路又はＡＣカップリングによって、直流電圧と交流信号を重畳する形態を説明したが、他の方法を用いて重畳する形態でもよい。
【００９９】
また、上記第３の実施形態において、第２の実施形態の構成を用いる形態を説明したが、図９（ｅ）のようにロータ４の摺動面における圧力Ｎを高めることができる構成であれば、他の形態でもよい。例えば、電圧変更部２１３によって、図９（ｅ）のような圧力の変更が可能であれば、第１の実施形態の構成を用いてもよい。
【０１００】
なお、上記各実施形態において、加圧制御部２０の各部は、専用のハードウェアによって実現されてもよく、また、制御部２２（又は２２ａ）は、メモリ及びＣＰＵにより構成され、制御部２２（又は２２ａ）の各機能は、プログラムによって実現されてもよい。
【符号の説明】
【０１０１】
１…圧電アクチュエータ、３ａ…先端部、３ｂ…基部、４…ロータ、６…第１圧電素子、７…第２圧電素子、８…加圧部、２１，２１ａ，２１ｂ…電圧供給部、２２，２２ａ…制御部、２３…検出部、８１…第３圧電素子、１０１…カメラ（撮像装置）、１０３…レンズ鏡筒
【図１】
2012080597.tif 000003
【図２】
2012080597.tif 000004
【図３】
2012080597.tif 000005
【図４】
2012080597.tif 000006
【図５】
2012080597.tif 000007
【図６】
2012080597.tif 000008
【図７】
2012080597.tif 000009
【図８】
2012080597.tif 000010
【図９】
2012080597.tif 000011
【図１０】
2012080597.tif 000012