(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
容量性負荷と、
前記容量性負荷に電源電圧を印加する第１の駆動回路と、
前記容量性負荷に前記電源電圧を、前記第１の駆動回路と逆方向に印加する第２の駆動回路と、
前記第１及び第２の駆動回路を交互に動作させる制御回路とを備えた駆動装置において、
前記容量性負荷の両端に誘導性素子が接続される放電回路を備え、
前記制御回路は、前記第１及び第２の駆動回路を間隔を設けて動作させ、該間隔中において前記放電回路を動作させることを特徴とする駆動装置。
【請求項２】
前記第１の駆動回路は、一方端が電源に接続され、他方端が前記容量性負荷の一方端に接続されてなる第１のスイッチ手段と、一方端が前記容量性負荷の他方端に接続され、他方端が接地されてなる第２のスイッチ手段とで構成され、
前記第２の駆動回路は、一方端が電源に接続され、他方端が前記容量性負荷の前記他方端に接続されてなる第３のスイッチ手段と、一方端が前記容量性負荷の前記一方端に接続され、他方端が接地されてなる第４のスイッチ手段とで構成され、
前記放電回路は、前記第２及び第４のスイッチ手段と前記誘導性素子とで、又は前記第１及び第３のスイッチ手段と前記誘導性素子とで、構成されることを特徴とする、請求項１記載の駆動装置。
【請求項３】
前記容量性負荷の静電容量をＣ、前記誘導性素子のインダクタンスをＬとした場合、前記放電回路が動作する期間の長さＴｓは、
Ｔｓ＝π（ＬＣ）１／２
で表される値、もしくはその近傍値に設定されることを特徴とする、請求項１又は２記載の駆動装置。
【請求項４】
前記容量性負荷が圧電素子であることを特徴とする、請求項１、２又は３記載の駆動装置。
【請求項５】
前記容量性負荷が圧電素子であり、前記圧電素子の伸縮方向の一方端にその一方端が固着された駆動部材と、前記駆動部材に所定の摩擦力で係合された係合部材とを含み、
前記制御回路は、前記圧電素子が向きにより異なる速度で伸縮するように、前記第１及び第２の駆動回路と前記放電回路とを動作させ、前記駆動部材又は前記係合部材を相対移動させることを特徴とする、請求項１、２又は３記載の駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、駆動装置に関し、詳しくは、容量性負荷に交流電圧を印加して駆動する駆動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、圧電素子を用いた駆動装置が提供されている。このような駆動装置は、例えば図８のような駆動回路７０で駆動される。図において、７２は制御回路、１２２は容量性負荷である圧電素子、Ｆ１，Ｆ３は駆動用Ｐチャンネル型ＦＥＴ（電界効果トランジスタ）、Ｆ２，Ｆ４は駆動用Ｎチャンネル型ＦＥＴである。
【０００３】
図９は、動作シーケンスを表すタイミングチャートである。図９（ａ）〜（ｄ）は、制御回路７２により制御される各ＦＥＴ（Ｆ１〜Ｆ４）のゲート電圧を示す。図９（ｅ）は、圧電素子１２２に印加される電圧を示している。Ｐチャンネル型ＦＥＴ（Ｆ１，Ｆ３）は、符号９１，９３で示すようにゲート電圧がＬｏの場合に導通状態となり、ゲート電圧がＨｉの場合に遮断状態となる。Ｎチャンネル型ＦＥＴ（Ｆ２，Ｆ４）は、ゲート電圧がＬｏの場合に遮断状態となり、符号９２，９４で示すようにゲート電圧がＨｉの場合に導通状態となる。例えば図９における期間Ｔ１の場合、Ｆ１，Ｆ２がＨｉ、Ｆ３，Ｆ４がＬｏなので、Ｆ２，Ｆ３のみが導通状態になり、圧電素子１２２には、符号８０で示すように＋Ｅ（Ｖ）の電圧が印加される。逆に期間Ｔ２の場合、Ｆ１，Ｆ４のみが導通状態になるので、圧電素子１２２には、符号８４で示すように−Ｅ（Ｖ）の電圧が印加される。以上のように、図９のタイミングチャートから、圧電素子２の両端には電源電圧Ｅの２倍の交流電圧が印加されることになる（例えば、特開２０００−３５０４８２号公報参照）。
【０００４】
図１０は、例えば特開２００１−２１１６６９号公報に開示された駆動装置の動作シーケンスを表すタイミングチャートである。同公報に開示された駆動装置の回路図は、図８と同様である。特開２００O−３５０４８２号公報との違いは、期間Ｔ１，Ｔ２の間に期間Ｓ１，Ｓ２を設け、圧電素子１２２に充電された電荷を一旦放電してから逆充電することである。図１０における期間Ｔ１と期間Ｔ２は、図９で示した期間Ｔ１と期間Ｔ２と同じ動作パターンである。期間Ｓ１，Ｓ２においては、Ｆ１〜Ｆ４がＨｉなので、Ｆ２とＦ４のみが導通状態となって、圧電素子１２２の両端が短絡されることになる。したがって、期間Ｔ１，Ｔ２において圧電素子１２２に充電された電荷は、期間Ｓ１，Ｓ２において符号８２，８６で示すように一旦放電され、次の期間Ｔ２，Ｔ１において逆方向に充電される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、圧電素子１２２は電荷を蓄積する容量性負荷である。そのため、従来のように構成されている駆動装置では、駆動するために圧電素子１２２の印加電圧を切り替える時に、大きな突入電流が流れ、消費電力が高くなるという問題があった。
【０００６】
すなわち，前者の特開２０００―３５０４８２号公報の場合は、図９（ｅ）において符号８８，８９で示すように、圧電素子１２２の両端電圧を＋Ｅ（Ｖ）から−Ｅ（Ｖ）に、又は−Ｅ（Ｖ）から＋Ｅ（Ｖ）に急峻に切り替えるため、突入電流Ｉは、
Ｉ＝２Ｅ／ｒ    （１）
（ｒは、ＦＥＴのオン抵抗や電源の出力抵抗、線路抵抗などの総合抵抗値）となる。
【０００７】
また、後者の特開２００１−２１１６６９号公報の場合は、圧電素子１２２の電荷を一旦放電してから逆方向に充電するため、図１０（ｅ）において符号８１，８３，８５，８７で示すように、突入電流Ｉは、
Ｉ＝Ｅ／ｒ      （２）
（ｒは、ＦＥＴのオン抵抗や電源の出力抵抗、線路抵抗などの総合抵抗値）となり、半減しているものの、突入電流の抑制効果は十分ではない。
【０００８】
本発明は、このような従来の構成が有していた問題を解決しようとするものであり、容量性負荷に電圧を印加して駆動する際の突入電流が小さくなる駆動装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記技術的課題を解決するために、以下の構成の駆動装置を提供する。
【００１０】
駆動装置は、容量性負荷と、前記容量性負荷に電源電圧を印加する第１の駆動回路と、前記容量性負荷に前記電源電圧を、前記第１の駆動回路と逆方向に印加する第２の駆動回路と、前記第１及び第２の駆動回路を交互に動作させる制御回路とを備えたタイプのものである。駆動装置は、前記容量性負荷の両端に誘導性素子が接続される放電回路を備える。前記制御回路は、前記第１及び第２の駆動回路を間隔を設けて動作させ、該間隔中において前記放電回路を動作させる。
【００１１】
上記構成において、圧電素子などの容量性負荷には、第１及び第２の駆動回路により、電源の２倍の電圧が印加される。第１及び第２の駆動回路の一方の動作が終了した後、第１及び第２の駆動回路の他方が動作するまでに間隔があり、この間隔中に放電回路が動作する。放電回路が動作すると、容量性負荷と誘導性素子とは閉回路を構成し、共振状態となる。共振により容量性負荷の電圧が反転した後に、第１及び第２の駆動回路の他方を動作させると、容量性負荷に電源電圧を印加して駆動する際の突入電流を小さくすることができる。
【００１２】
なお、容量性負荷は、そのインピーダンスＺを実部Ｒ（抵抗）と虚部Ｘ（リアクタンス）に分けて、
Ｚ＝Ｒ＋ｊＸ    （３）
と書いたときに、Ｘが負である。
【００１３】
また、誘導性素子は、そのインピーダンスＺを実部Ｒ（抵抗）と虚部Ｘ（リアクタンス）に分けて、
Ｚ＝Ｒ＋ｊＸ    （４）
と書いたときに、Ｘが正である。
【００１４】
好ましくは、前記第１の駆動回路は、一方端が電源に接続され、他方端が前記容量性負荷の一方端に接続されてなる第１のスイッチ手段と、一方端が前記容量性負荷の他方端に接続され、他方端が接地されてなる第２のスイッチ手段とで構成される。前記第２の駆動回路は、一方端が電源に接続され、他方端が前記容量性負荷の前記他方端に接続されてなる第３のスイッチ手段と、一方端が前記容量性負荷の前記一方端に接続され、他方端が接地されてなる第４のスイッチ手段とで構成される。前記放電回路は、前記第２及び第４のスイッチ手段と前記誘導性素子とで、又は前記第１及び第３のスイッチ手段と前記誘導性素子とで、構成される。
【００１５】
上記構成において、制御回路は、スイッチ手段の導通状態と遮断状態を切り替える。第１及び第２のスイッチ手段を導通状態とすることにより、第１の駆動回路を動作させることができる。また、第３及び第４のスイッチ手段を導通状態とすることにより、第２の駆動回路を動作させることができる。また、第２及び第４のスイッチ手段を導通状態とすることにより、容量性負荷と誘導性素子とで閉回路を構成し、放電回路として動作させることができる。あるいは、第１及び第３のスイッチ手段を導通状態とすることにより、容量性負荷と誘導性素子とで閉回路を構成し、放電回路として動作させることができる。スイッチ手段には、例えばＦＥＴやトランジスタなどのスイッチ素子を用いることができる。
【００１６】
上記構成によれば、放電回路を動作させるためのスイッチ手段を、駆動回路とは別に設ける必要がないので、駆動装置の構成を簡単にすることができる。
【００１７】
好ましくは、前記容量性負荷の静電容量をＣ、前記誘導性素子のインダクタンスをＬとした場合、前記放電回路が動作する期間の長さＴｓは、
Ｔｓ＝π（ＬＣ）１／２    （５）
で表される値、もしくはその近傍値に設定される。
【００１８】
上記構成によれば、放電回路が動作し、容量性負荷の電圧が反転した後の最初のピーク又はその近傍で、容量性負荷に電圧を印加することができる。これにより、容量性負荷に電圧を印加する際に不足する電圧をできるだけ小さくして、駆動装置を効率良く駆動することができる。
【００１９】
好ましくは、前記容量性負荷が圧電素子である。
【００２０】
駆動装置は、前記圧電素子の伸縮方向の一方端にその一方端が固着された駆動部材と、前記駆動部材に所定の摩擦力で係合された係合部材とを含む。前記制御回路は、前記圧電素子が向きにより異なる速度で伸縮するように、前記第１及び第２の駆動回路と前記放電回路とを動作させ、前記駆動部材又は前記係合部材を相対移動させる。
【００２１】
上記構成によれば、圧電素子の伸縮方向の他方端又は駆動部材の他方端が固定されている場合、係合部材を駆動部材に沿って相対移動させることができる。係合部材が固定されている場合、駆動部材は係合部材に沿って相対移動せることができる。
【００２２】
上記構成によれば、高精度の駆動を容易に、かつ効率良く行うことができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の各実施形態に係る駆動装置について、図１〜図７に基づいて説明する。
【００２４】
駆動装置は、例えば図１に示すように、圧電素子を用いて種々のタイプのものを構成することができる。
【００２５】
図１（ａ）は素子固定タイプのものを示す。圧電素子の伸縮方向の一方の端面に固定部材が固着結合され、他方の端面に駆動部材が固着結合され、駆動部材に移動体が摩擦力で係合するようになっている。
【００２６】
図１（ｂ）は自走式タイプのものを示す。圧電素子の伸縮方向の一方の端面に移動体が固着結合され、他方の端面に駆動部材が固着結合され、駆動部材が固定部材に摩擦力で係合するようになっている。移動体は、固定部材に沿って移動自在である。
【００２７】
図１（ｃ）は駆動部材固定タイプのものを示す。駆動部材の一方の端面が固定部材に固着結合され、他方の端面に圧電素子が固着結合され、駆動部材に移動体が摩擦力で係合するようになっている。
【００２８】
図１（ｄ）は駆動部材移動タイプのものを示す。駆動部材の一方の端面に圧電素子が固着結合され、駆動部材は固定部材に摩擦力で係合するようになっている。
【００２９】
いずれのタイプの駆動装置も、例えば図１（ｅ）に示した鋸歯状や、矩形などの適宜な電圧波形を圧電素子に印加して、圧電素子を伸びと縮みで異なる速度で伸縮させることにより、駆動を行う。
【００３０】
すなわち、素子固定タイプの場合、例えば図１（ａ）に示したように、圧電素子をゆっくり伸ばし、移動体を駆動部材とともに一体的に移動させる。次に、圧電素子を急に縮め、駆動部材を急激に初期位置に戻す。このとき、駆動部材と移動体との間に滑りが生じ、移動体は実質的に移動せず、駆動部材だけが初期位置に戻る。その結果、移動体は、駆動部材に沿って初期位置から移動する。このサイクルを繰り返し、移動体（係合部材に相当する）を駆動部材に沿って移動させる。
【００３１】
自走式タイプの場合、例えば図１（ｂ）に示すように、圧電素子をゆっくり伸ばすと、駆動部材と固定部材との間には大きな摩擦力があるため、移動体側が移動する。次に、圧電素子を急に縮める。このとき、移動体の方が駆動部材より十分に質量が大きいと、固定部材と駆動部材との間で滑りが生じ、駆動部材が移動体側へ移動する。その結果、移動ユニット、すなわち駆動部材と圧電素子と移動体とが、固定部材に沿って初期位置から移動する。このサイクルを繰り返し、駆動部材を含む移動ユニットを、固定部材（係合部材に相当する）に沿って移動させる。
【００３２】
図１（ｃ）に示した駆動部材固定タイプの場合、圧電素子を伸縮し、駆動部材に向きにより速度が異なる縦振動を生じさせ、移動体（係合部材に相当する）を駆動部材に沿って所望方向に移動させる。
【００３３】
図１（ｄ）に示した駆動部材移動タイプの場合、圧電素子を伸縮し、駆動部材に向きにより速度が異なる縦振動を生じさせ、駆動部材を固定部材（係合部材に相当する）に沿って所望方向に移動させる。
【００３４】
図２は、素子固定タイプの駆動装置２０の具体的な構成を示す分解斜視図及び組立斜視図である。駆動装置２０は、不図示の機器の固定部材（例えば、ＸＹ駆動テーブルのベース）に取り付ける固定部材２４と、例えば積層形の圧電素子２２と、固定部材２４に摺動可能に支持される駆動軸２６と、不図示の被駆動部材（例えば、ＸＹ駆動テーブルのステージ）に結合される駆動ユニット２８とを備える。圧電素子２２は、その伸縮方向の一方の端面が固定部材２４に固着結合され、その伸縮方向の他方の端面には駆動軸２６の一方の軸端面が固着結合されている。駆動軸２６には、スライダー２８ｃ、摩擦部材２８ｂ、板ばね２８ａからなる駆動ユニット２８が、摩擦力で係合するようになっている。この駆動装置２０は、駆動回路３０により、圧電素子２２に例えば鋸歯状や矩形など適宜な電圧波形を印加し、駆動軸２６を軸方向に往復振動させ、駆動ユニット２８を駆動軸２６に沿って所定方向に動かすことができる。
【００３５】
駆動回路３０は、図３の回路図に示したように構成される。
【００３６】
すなわち、駆動回路３０は、６個のスイッチ素子Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４，Ｑ５，Ｑ６と、誘導性素子（例えば、コイル）Ｇ１，Ｇ２と、制御回路３２とを含み、容量性負荷である圧電素子２２の両端に電圧を印加する。
【００３７】
スイッチ素子Ｑ１〜Ｑ６は、ＭＯＳ型ＦＥＴであり、各ゲートは制御回路３２に接続され、Ｈｉ又はＬｏの信号が入力される。スイッチ素子Ｑ１，Ｑ３はＰチャンネルＦＥＴであり、スイッチ素子Ｑ２，Ｑ４，Ｑ５，Ｑ６はＮチャンネルＦＥＴである。
【００３８】
スイッチ素子Ｑ１のソースとスイッチ素子Ｑ３のソースとは、それぞれ、接続点ａを介して、電源電圧Ｅに接続されている。スイッチ素子Ｑ１のドレインは、接続点ｄを介して、スイッチ素子Ｑ２のドレインと、圧電素子２２の一方端とに接続されている。スイッチ素子Ｑ３のドレインは、接続点ｃを介して、スイッチ素子Ｑ４のドレインと、圧電素子２２の他方端とに接続されている。スイッチ素子Ｑ２のソースとスイッチ素子Ｑ４のソースとは、それぞれ、接続点ｂを介して、接地されている。
【００３９】
スイッチ素子Ｑ５のドレインは、接続点ｆ介して、圧電素子２２の一方端に接続されている。スイッチ素子Ｑ６のドレインは、接続点ｅを介して、圧電素子２２の他方端に接続されている。スイッチ素子Ｑ５のソースは、誘導性素子Ｇ１の一方端に接続され、スイッチ素子Ｑ６のソースは、誘導性素子Ｇ２の一方端に接続されている。誘導性素子Ｇ１の他方端と、誘導性素子Ｇ２の他方端とは、接地されている接続点ｇを介して接続されている。
【００４０】
次に、制御回路３２の動作について、図４のタイミングチャートを参照しながら説明する。図４（ａ）〜（ｆ）はスイッチ素子Ｑ１〜Ｑ６のゲート電圧を示し、図４（ｇ）は圧電素子２２の両端電圧を示す。
【００４１】
ＰチャンネルＦＥＴであるスイッチ素子Ｑ１，Ｑ３は、符号１１，１３で示すＬｏ信号によりオン、すなわち導通状態になり、ＮチャンネルＦＥＴであるスイッチ素子Ｑ２，Ｑ４，Ｑ５，Ｑ６は、符号１２，１４，１５，１６で示すＨｉ信号によりオンになる。
【００４２】
制御回路３２は、第１駆動期間Ｔ１、第１放電期間Ｓ１、第２駆動期間Ｔ２、第２放電期間Ｓ２からなるサイクルを繰り返す。
【００４３】
第１駆動期間Ｔ１において、スイッチ素子Ｑ５，Ｑ６はＬｏすなわちオフ、すなわち遮断状態であり、圧電素子２２と誘導性素子Ｇ１，Ｇ２との間は開放されている。スイッチ素子Ｑ１，Ｑ２はＨｉ、スイッチ素子Ｑ３，Ｑ４はＬｏとなり、スイッチ素子Ｑ２，Ｑ３がオン、スイッチ素子Ｑ１，Ｑ４がオフとなる。これにより、圧電素子２２の一方端は、スイッチ素子Ｑ２を介して接地され、他方端はスイッチ素子Ｑ３を介して電源電圧Ｅに接続される。したがって、圧電素子２２の両端電圧Ｖ（図３において矢印の方向を正とする）は、図４（ｇ）において符号４０で示すように＋Ｅとなり、圧電素子２２の両端には電荷が蓄積される。つまり、スイッチ素子Ｑ２、Ｑ３により、第１の駆動回路が構成される。
【００４４】
第１放電期間Ｓ１において、スイッチ素子Ｑ１，Ｑ３はＨｉ、スイッチ素子Ｑ２，Ｑ４はＬｏとなり、スイッチ素子Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４は、全てオフとなり、圧電素子２２に電圧は印加されなくなる。同時に、スイッチ素子Ｑ５，Ｑ６はＨｉすなわちオンとなり、図３において点線で示したように、圧電素子２２と誘導性素子Ｇ１，Ｇ２とが接続された閉回路、すなわち放電回路が形成される。第１放電期間Ｓ１が始まると、圧電素子２２の他方端に蓄積された電荷は、スイッチ素子Ｑ６、誘導性素子Ｇ２、誘導性素子Ｇ１、スイッチ素子Ｇ１を経て、逆極に移動し、図４（ｇ）において符号４１で示すように、圧電素子２２の両端電圧は＋Ｅから低下する。このとき、誘導性素子Ｇ１，Ｇ２の誘導成分と圧電素子２２の容量成分とによる共振により、圧電素子２２の両端電圧は逆転する。そして、符号４２で示した共振の負側のピーク又はその近傍に達すると、第１放電期間Ｓ１が終了する。負側のピークは、スイッチ素子Ｑ５，Ｑ６のオン抵抗や線路抵抗などにより、−Ｅには達しない。
【００４５】
詳しくは、圧電素子２２の容量をＣ、誘導性素子Ｇ１，Ｇ２の合計インダクタンスをＬとし、スイッチ素子Ｑ５，Ｑ６のオン抵抗などの抵抗を無視すると、第１放電期間Ｓ１における圧電素子２２の両端電圧Ｅｃの挙動は、以下の式で表すことができる。
【数１】
0003944629.tif 000002
【００４６】
すなわち、時刻ｔ＝０において、Ｅｃ＝＋Ｅであったものが、時刻ｔ＝π√（ＬＣ）＝π（ＬＣ）１／２においては、Ｅｃ＝−Ｅとなり、正方向に充電されていた電荷が逆転し、負方向に電荷が充電される。実際には、スイッチ素子Ｑ５，Ｑ６のオン抵抗などによってＥｃは−Ｅまで到達せず、０から−Ｅの範囲内の値となる。そして、第１放電期間Ｓ１が終了し、後述する第２駆動期間Ｔ２に移行した瞬間に、その不足電荷のみが電源電圧から供給される。第１放電期間Ｓ１の時間は、π√（ＬＣ）、もしくはその近傍値とする。これにより、圧電素子２２の両端電圧が負側のピークに達したタイミングで第２駆動期間Ｔ２に移行し、電源電圧から供給が必要な不足電荷をできるだけ小さくし、効率良く駆動することができる。
【００４７】
第２駆動期間Ｔ２において、スイッチ素子Ｑ５，Ｑ６はＬｏ、すなわちオフとなり、圧電素子２２と誘導性素子Ｇ１，Ｇ２との間は開放されている。スイッチ素子Ｑ１，Ｑ２はＬｏ、スイッチ素子Ｑ３，Ｑ４はＨｉとなり、スイッチ素子Ｑ１，Ｑ４がオン、スイッチ素子Ｑ２，Ｑ３がオフとなる。これにより、圧電素子２２の一方端はスイッチ素子Ｑ１を介して電源電圧Ｅに接続され、他方端はスイッチ素子Ｑ４を介して接地される。したがって、圧電素子２２の両端電圧Ｖは、図３の矢印とは逆向きとなり、圧電素子２２には電圧−Ｅが印加される。これにより、第２駆動期間Ｔ２開始直後には、図４（ｇ）において符号４３で示すように、圧電素子２２の電圧は−Ｅまで急激に変化し、その後、符号４４で示すように−Ｅとなる。つまり、スイッチ素子Ｑ１、Ｑ４により、第２の駆動回路が構成される。
【００４８】
第２放電期間Ｓ２において、スイッチ素子Ｑ１，Ｑ３はＨｉ、スイッチ素子Ｑ２，Ｑ４はＬｏとなり、スイッチ素子Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４は、全てオフとなり、圧電素子２２に電圧は印加されないようになる。同時に、スイッチ素子Ｑ５，Ｑ６はＨｉ、すなわちオンとなり、図３において点線で示したように、圧電素子２２と誘導性素子Ｇ１，Ｇ２とが接続された閉回路、すなわち放電回路が再び形成される。第２放電期間Ｓ２が始まると、圧電素子２２に蓄積された電荷は逆極に移動し、図４（ｇ）において符号４５で示すように、圧電素子２２の電圧は−Ｅから上昇する。そして、符号４６で示した共振の正側のピーク又はその近傍に達すると、第２放電期間Ｓ２が終了する。第２放電期間Ｓ２の時間は、第１放電期間Ｓ１と同様に、π√（ＬＣ）、もしくはその近傍値である。
【００４９】
再び、第１駆動期間Ｔ１になると、前述したように、スイッチ素子Ｑ５，Ｑ６はＬｏすなわちオフとなり、圧電素子２２と誘導性素子Ｇ１，Ｇ２との間は開放され、圧電素子２２の両端には、電圧＋Ｅが印加される。これにより、第１駆動期間Ｔ１開始直後には、図４（ｇ）において符号４７で示すように、圧電素子２２の電圧は＋Ｅまで急激に変化し、その後、符号４０で示すように＋Ｅとなる。
【００５０】
以下、同様の動作を繰り返す。
【００５１】
以上のように駆動すると、圧電素子２２に電圧を印加する場合、図４（ｆ）において符号４３，４７で示したように不足する電圧を印加するだけでよく、このときの突入電流は小さくなる。これにより、効率的に駆動することができる。
【００５２】
例えば、図３の駆動回路３０において、圧電素子２２のキャパシタンスが０．１μＦ、誘導性素子Ｇ１，Ｇ２のそれぞれのインダクタンスが１μＨ、駆動周波数が５０ｋＨｚの場合、図８〜図１０の従来例と比べ、消費電力は約１／３になる。
【００５３】
なお、２つの誘導性素子Ｇ１，Ｇ２を用いると、駆動装置を２方向に同じように駆動でき、制御が容易になるが、いずれか一方のみを用いることも可能である。
【００５４】
次に、本発明の第２実施形態に係る駆動装置について、図５及び図６を参照しながら説明する。
【００５５】
第２実施形態の駆動装置は、第１実施形態の駆動装置と略同様に構成されるが、図３におけるスイッチ素子Ｑ５，Ｑ６を無くし、スイッチ素子Ｑ２，Ｑ４と兼用している点が異なる。以下では、同様の構成部分には同じ符号を用い、相違点を中心に説明する。
【００５６】
図５は、第２実施形態の駆動装置の駆動回路３０ａを示す。駆動回路３０ａは、放電回路用のスイッチ素子を省略し、４個のスイッチ素子Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４と、誘導性素子Ｇ１，Ｇ２と、制御回路３２ａとを含む。スイッチ素子Ｑ１〜Ｑ４は、第１実施形態と略同様に、第１及び第２の駆動回路を構成する。第１実施形態と異なり、スイッチ素子Ｑ２のソースと接続点ｂとの間に、誘導性素子Ｇ１が直列に接続されている。また、スイッチ素子Ｑ４のソースと接続点ｂとの間に、誘導性素子Ｇ２が直列に接続されている。
【００５７】
次に、制御回路３２ａの動作について、図６のタイミングチャートを参照しながら説明する。図６（ａ）〜（ｄ）はスイッチ素子Ｑ１〜Ｑ４のゲート電圧を示し、図６（ｅ）は圧電素子２２の両端電圧を示す。
【００５８】
ＰチャンネルＦＥＴであるスイッチ素子Ｑ１，Ｑ３は、符号１１，１３で示すようにＬｏのときオンになり、ＮチャンネルＦＥＴであるスイッチ素子Ｑ２，Ｑ４は、符号１２，１４で示すようにＨｉのときオンになる。
【００５９】
制御回路３２ａは、第１駆動期間Ｔ１、第１放電期間Ｓ１、第２駆動期間Ｔ２、第２放電期間Ｓ２からなるサイクルを繰り返す。
【００６０】
第１駆動期間Ｔ１において、スイッチ素子Ｑ１，Ｑ２はＨｉ、スイッチ素子Ｑ３，Ｑ４はＬｏとなり、スイッチ素子Ｑ２，Ｑ３がオン、スイッチ素子Ｑ１，Ｑ４がオフとなる。これにより、圧電素子２２の一方端は、スイッチ素子Ｑ２、誘導性素子Ｇ１を介して接地され、他方端はスイッチ素子Ｑ３を介して電源電圧Ｅに接続され、圧電素子２２の両端には電荷が蓄積され、圧電素子２２の両端電圧は、最終的には、図６（ｅ）において符号５０で示すように＋Ｅとなる。
【００６１】
第１放電期間Ｓ１において、スイッチ素子Ｑ１〜Ｑ４は全てＨｉとなり、スイッチ素子Ｑ１，Ｑ３はオフ、スイッチ素子Ｑ２，Ｑ４はオンとなる。これにより、図５において点線で示したように、圧電素子２２と誘導性素子Ｇ１，Ｇ２が接続されて閉回路を形成する。この閉回路は、容量成分と誘導成分とを含む共振回路であるので、図６（ｅ）において符号５１で示すように、圧電素子２２の電圧は＋Ｅから低下する。そして、符号５２で示した共振の負側のピーク又はその近傍に達すると、第１放電期間Ｓ１が終了する。つまり、第１放電期間Ｓ１の長さは、共振周期の略半分である。負側のピークは、スイッチ素子Ｑ２，Ｑ４のオン抵抗などにより、−Ｅには達しない。
【００６２】
第２駆動期間Ｔ２において、スイッチ素子Ｑ１，Ｑ２はＬｏ、スイッチ素子Ｑ３，Ｑ４はＨｉとなり、スイッチ素子Ｑ１，Ｑ４がオン、スイッチ素子Ｑ２，Ｑ３がオフとなる。これにより、圧電素子２２の一方端はスイッチ端子Ｑ１を介して電源電圧Ｅに接続され、他方端はスイッチ素子Ｑ４、誘導性素子Ｇ２を介して接地される。第２駆動期間Ｔ２開始直後には、誘導性素子Ｇ２の影響により、図６（ｅ）において符号５３で示すように、圧電素子２２の電圧が−Ｅまで徐々に変化し、符号５４で示すように−Ｅとなる。
【００６３】
第２放電期間Ｓ２において、スイッチ素子Ｑ１〜Ｑ４は全てＨｉとなり、スイッチ素子Ｑ１，Ｑ３はオフ、スイッチ素子Ｑ２，Ｑ４はオンとなる。これにより、図５において点線で示したように、圧電素子２２と誘導性素子Ｇ１，Ｇ２とが接続されて閉回路を、再び形成する。この閉回路は、容量成分と誘導成分とを含む共振回路であるので、符号５５で示すように、圧電素子２２の電圧は−Ｅから上昇する。そして、符号５６で示した共振の正側のピーク又はその近傍に達すると、第２放電期間Ｓ２が終了する。つまり、第２放電期間Ｓ２の長さは、共振周期の略半分である。正側のピークは、スイッチ素子Ｑ２，Ｑ４のオン抵抗などにより、＋Ｅには達しない。
【００６４】
再び、第１駆動期間Ｔ１になると、スイッチ素子Ｑ１，Ｑ２はＨｉ、スイッチ素子Ｑ３，Ｑ４はＬｏとなり、スイッチ素子Ｑ２，Ｑ３がオン、スイッチ素子Ｑ１，Ｑ４がオフとなる。これにより、圧電素子２２の一方端は、スイッチ素子Ｑ２、誘導性素子Ｇ１を介して接地され、他方端はスイッチ素子Ｑ３を介して電源電圧Ｅに接続される。第１駆動期間Ｔ１開始直後には、誘導性素子Ｇ２の影響により、符号５７で示すように、圧電素子２２の電圧が＋Ｅまで緩やかに変化し、その後、符号５０で示すように＋Ｅとなる。
【００６５】
以下、同様の動作を繰り返す。
【００６６】
第２実施形態では、駆動期間Ｔ１，Ｔ２から放電期間Ｓ１，Ｓ２に切り替わった瞬間に、図６（ｅ）において符号５３，５７で示すように圧電素子２２の両端電圧が緩やかな傾斜を持ち、駆動周波数が高いとき、又はデューティ比が小さいときに、圧電素子２２は電源電圧Ｅまで直ちに充電されないものの、第１実施形態と同様の効果を少ない個数のスイッチ素子で達成できる。
【００６７】
なお、２つの誘導性素子Ｇ１，Ｇ２を用いると、駆動装置を２方向に同じように駆動でき、制御が容易であるが、いずれか一方のみを用いることも可能である。
【００６８】
また、誘導性素子Ｇ１，Ｇ２を接続点ａとスイッチ素子Ｑ１，Ｑ３のソースとの間に直列に接続し、第１及び第２の放電期間Ｓ１，Ｓ２においてスイッチ素子Ｑ１，Ｑ３をオンにして、圧電素子２２と誘導性素子Ｇ１，Ｇ２とが接続された閉回路を形成するようにしてもよい。
【００６９】
次に、本発明の第３実施形態の駆動装置について、図７を参照しながら説明する。
【００７０】
第３実施形態の駆動装置の駆動回路３０ｂは、図７に示すように、第２実施形態の駆動装置と略同様に構成されるが、放電回路の構成が異なる。以下では、同様の構成部分には同じ符号を用い、相違点を中心に説明する。
【００７１】
すなわち、４個のスイッチ素子Ｑ１〜Ｑ４を用いて、第１及び第２実施形態と略同様に、第１及び第２の駆動回路が構成される。第１及び第２実施形態と異なり、放電回路は、圧電素子の他方端と接続点ｃとの間に直列に接続された一つの誘導性素子Ｇのみを含む。
【００７２】
制御回路３２ｂは、第２実施形態と同様に動作し、タイミングチャートは図６と同様である。
【００７３】
すなわち、第１駆動期間Ｔ１において、スイッチ素子Ｑ２，Ｑ３がオン、スイッチ素子Ｑ１，Ｑ４がオフとなる。これにより、圧電素子２２の一方端は、スイッチ素子Ｑ２を介して接地され、他方端は誘導性素子Ｇ及びスイッチ素子Ｑ３を介して電源電圧Ｅに接続され、圧電素子２２の両端には電荷が蓄積され、圧電素子２２の両端電圧は、最終的には、＋Ｅとなる。
【００７４】
第１放電期間Ｓ１において、スイッチ素子Ｑ１，Ｑ３はオフ、スイッチ素子Ｑ２，Ｑ４はオンとなり、圧電素子２２と誘導性素子Ｇとが接続された閉回路が形成され、圧電素子２２の電圧は＋Ｅから低下する。そして、共振の負側のピーク又はその近傍に達すると、第１放電期間Ｓ１が終了する。つまり、第１放電期間Ｓ１の長さは、共振周期の略半分である。負側のピークは、スイッチ素子Ｑ２，Ｑ４のオン抵抗などにより、−Ｅには達しない。
【００７５】
第２駆動期間Ｔ２において、スイッチ素子Ｑ１，Ｑ４がオン、スイッチ素子Ｑ２，Ｑ３がオフとなる。これにより、圧電素子２２の一方端はスイッチ端子Ｑ１を介して電源電圧Ｅに接続され、他方端は誘導性素子Ｇ、スイッチ素子Ｑ４を介して接地される。第２駆動期間Ｔ２開始直後には、誘導性素子Ｇの影響により、圧電素子２２の電圧が−Ｅまで徐々に変化し、その後、−Ｅとなる。
【００７６】
第２放電期間Ｓ２において、スイッチ素子Ｑ１，Ｑ３はオフ、スイッチ素子Ｑ２，Ｑ４はオンとなる。これにより、図７において点線で示したように、圧電素子２２と誘導性素子Ｇとが接続された閉回路が形成され、圧電素子２２の電圧は−Ｅから上昇する。そして、共振の負側のピーク又はその近傍に達すると、第２放電期間Ｓ２が終了する。つまり、第２放電期間Ｓ２の長さは、共振周期の略半分である。負側のピークは、スイッチ素子Ｑ２，Ｑ４のオン抵抗などにより、＋Ｅには達しない。
【００７７】
再び、第１駆動期間Ｔ１になると、スイッチ素子Ｑ２，Ｑ３がオン、スイッチ素子Ｑ１，Ｑ４がオフとなる。これにより、圧電素子２２の一方端は、スイッチ素子Ｑ２を介して接地され、他方端は誘導性素子Ｇ１及びスイッチ素子Ｑ３を介して電源電圧Ｅに接続される。第１駆動期間Ｔ１開始直後には、誘導性素子Ｇの影響により、圧電素子２２の電圧が＋Ｅまで緩やかに変化し、その後、＋Ｅとなる。
【００７８】
以下、同様の動作を繰り返す。
【００７９】
第３実施形態では、第２実施形態と同様に、圧電素子２２と誘導性素子Ｇとが直列回路を形成してしまうため、駆動周波数が高いとき、又はデューティ比が小さいときに、圧電素子２２は電源電圧Ｅまで直ちに充電されないものの、部品点数を削減できる。
【００８０】
なお、誘導性素子Ｇは、圧電素子２２の一方端と接続点ｄとの間に直列に接続してもよい。
【００８１】
なお、本発明は上記各実施形態に限定されるものではなく、その他種々の態様で実施可能である。
【００８２】
例えば、スイッチ素子としてＦＥＴを用いているが、バイポーラトランジスタ、接合型ＦＥＴなど他のスイッチ素子を用いてもよい。
【００８３】
また、圧電素子のねじり歪を利用して駆動する駆動装置にも、本発明を適用することができる。容量性負荷は圧電素子に限るものではなく、静電アクチュエータのような他の容量性負荷を用いる駆動装置にも、本発明を提供することができる。
【００８４】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、誘導性素子の誘導成分と容量性負荷による容量成分とによる共振を利用して、容量性負荷に蓄積された電荷をほぼ反転して、次の駆動に用いることができるので、電源電圧に満たない電荷分のみを電源から供給すればよい。したがって、突入電流が少なく、消費電力が低い駆動を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  圧電素子を用いた駆動装置の説明図である。
【図２】  素子固定タイプの駆動装置の分解斜視図及び組立斜視図である。
【図３】  本発明の第１実施形態の駆動装置の駆動回路の回路図である。
【図４】  図３の駆動回路のタイミングチャートである。
【図５】  本発明の第２実施形態の駆動装置の駆動回路の回路図である。
【図６】  図５の駆動回路のタイミングチャートである。
【図７】  本発明の第３実施形態の駆動装置の駆動回路の回路図である。
【図８】  従来例の駆動装置の駆動回路の回路図である。
【図９】  図８の駆動回路の従来例のタイミングチャートである。
【図１０】  図９とは別の従来例のタイミングチャートである。
【符号の説明】
２０  駆動装置
２２  圧電素子（容量性負荷）
２４  固定部材
２６  駆動軸（駆動部材）
２８  駆動ユニット（係合部材）
３０，３０ａ，３０ｂ  駆動回路
３２，３２ａ，３２ｂ  制御回路
Ｇ，Ｇ１，Ｇ２  誘導性素子
Ｑ１〜Ｑ６  スイッチ素子（スイッチ手段）
【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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