(57)【要約】      （修正有）【課題】特に薄膜状の圧電体を用いた圧電アクチュエータにとって、より好適な駆動回路及び駆動制御を実現する。【解決手段】複数の圧電素子１０を直列に接続した圧電素子列と、交流成分と直流成分とを含む駆動電圧を生成する駆動電圧生成回路４１と、駆動電圧生成回路に駆動電圧を生成させて、圧電素子列に駆動電圧を印加する制御部４４とを備え、制御部は、圧電素子に駆動電圧を印加する駆動期間の間に、駆動電圧を印加しない非駆動期間を設けて、圧電素子列に駆動電圧を印加することを特徴とする圧電アクチュエータである。【選択図】図９
2016201954.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の圧電素子を直列に接続した圧電素子列と、
交流成分と直流成分とを含む駆動電圧を生成する駆動電圧生成回路と、
前記駆動電圧生成回路に前記駆動電圧を生成させて前記圧電素子列に前記駆動電圧を印加する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記圧電素子に前記駆動電圧を印加する駆動期間の間に前記駆動電圧を印加しない非駆動期間を設けて、前記圧電素子列に前記駆動電圧を印加する
ことを特徴とする圧電アクチュエータ。
【請求項２】
請求項１に記載の圧電アクチュエータであって、
前記制御部は、前記駆動期間よりも前記非駆動期間を長く設定する
ことを特徴とする圧電アクチュエータ。
【請求項３】
請求項２に記載の圧電アクチュエータであって、
前記制御部は、前記駆動期間に応じた長さの前記非駆動期間を設定する
ことを特徴とする圧電アクチュエータ。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の圧電アクチュエータであって、
前記非駆動期間に前記圧電素子にかかる電圧を放電するダイオードが設けられている
ことを特徴とする圧電アクチュエータ。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の圧電アクチュエータであって、
前記圧電素子は、厚さが０．０５μｍ以上２０μｍ以下の圧電体を有する
ことを特徴とする圧電アクチュエータ。
【請求項６】
複数の圧電素子を直列に接続した圧電素子列を駆動する駆動装置であって、
交流成分と直流成分とを含む駆動電圧を生成する駆動電圧生成回路と、
前記駆動電圧生成回路に前記駆動電圧を生成させて前記圧電素子列に前記駆動電圧を印加する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記圧電素子に前記駆動電圧を印加する駆動期間の間に前記駆動電圧を印加しない非駆動期間を設けて、前記圧電素子列に前記駆動電圧を印加する
ことを特徴とする駆動装置。
【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、及び圧電アクチュエータの駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
圧電体に電圧を印加した際に生ずる歪み（逆圧電効果）を利用することで、電気的エネルギーから機械的エネルギーを生成する圧電アクチュエータが知られている。圧電アクチュエータを構成する圧電体は、一般的には、一枚のバルク状（厚さが１００μｍ以上）のものが用いられている（例えば、特許文献１を参照）。
【０００３】
一方、近年の半導体プロセスの進歩等に伴い、圧電体を薄膜状（厚さが０．０５μｍ以上２０μｍ以下）に形成することが可能となり、この薄膜状の圧電体で形成した薄膜の圧電素子を圧電アクチュエータに応用することが検討されている。薄膜状の圧電体は、低電圧で高い電界強度を与えることができるうえ、半導体プロセス（例えば、エピタキシャル成長）によって結晶性が高い圧電体を形成できることから、機械的エネルギーの大出力化（高変位）が可能である。加えて、その印加電圧に対する感度も良好になるため、高精度に制御が可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−３２０９７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
一方、薄膜状の圧電体は、耐電圧が低く引張強度も低いため、破損しやすいという問題点を有しており、圧電アクチュエータを構成する際には、バルク状の圧電体を用いた場合には生じない種々の課題がある。特に、薄膜状の圧電体は、規定方向（圧電体を収縮させるために印加する方向）から急激に逆方向に電圧（以下、「逆電圧」と言う）が変化した場合、引張応力が過大に発生し破損しやすいため、逆電圧が印加されない環境下で動作させる必要があることが分かってきた。
【０００６】
他方、薄膜状の圧電体を用いた場合、圧電素子の静電容量が大きくなるため、無効電流が増大し、高い電流供給能力が必要となる。特に、大出力化のために圧電素子を複数用いる場合、電流供給能力が不足する事態が生じてしまう。
【０００７】
そこで、本発明は、上記の事情を踏まえて、特に薄膜状の圧電体を用いた圧電アクチュエータにとってより好適な駆動回路及び駆動制御を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前述した課題を解決する主たる本発明は、複数の圧電素子を直列に接続した圧電素子列と、交流成分と直流成分とを含む駆動電圧を生成する駆動電圧生成回路と、前記駆動電圧生成回路に前記駆動電圧を生成させて前記圧電素子列に前記駆動電圧を印加する制御部と、を備え、前記制御部は、前記圧電素子に前記駆動電圧を印加する駆動期間の間に前記駆動電圧を印加しない非駆動期間を設けて、前記圧電素子列に前記駆動電圧を印加することを特徴とする圧電アクチュエータである。本発明の他の特徴については、添付図面及び本明細書の記載により明らかとなる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の第１実施形態における圧電モーターの全体構成を示す図である。
【図２】本発明の第１実施形態における圧電モーターの動作を示す図である。
【図３】本発明の第１実施形態における圧電素子の構成を示す平面図である。
【図４】本発明の第１実施形態における圧電素子の構成を示す側面図である。
【図５】本発明の第１実施形態における圧電素子の構成を示す側面図である。
【図６】本発明の第１実施形態における振動板の振動状態を示す図である。
【図７】本発明の第１実施形態における振動板の振動状態を示す図である。
【図８】本発明の第１実施形態における振動板の振動状態を示す図である。
【図９】本発明の第１実施形態における駆動回路の等価回路を示す図である。
【図１０】本発明の第１実施形態における駆動電圧生成回路の生成する駆動電圧を示す図である。
【図１１】本発明の第１実施形態における、経過時間に応じた駆動状態を示す図である。
【図１２】本発明の第１実施形態における、経過時間に応じた駆動状態を示す図である。
【図１３】本発明の第１実施形態の変形例における、経過時間に応じた駆動状態を示す図である。
【図１４】本発明の第２実施形態における駆動回路の等価回路を示す図である。
【図１５】本発明の第３実施形態における、経過時間に応じた駆動状態を示す図である。
【図１６】本発明の第４実施形態における液体注入装置の構成を示す図である。
【図１７】本発明の第４実施形態における液体注入装置の構成を示す図である。
【図１８】本発明の第５実施形態におけるロボットの構成を示す図である。
【図１９】本発明の第５実施形態におけるロボットの構成を示す図である。
【図２０】本発明のその他の実施形態における圧電モーターの構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本明細書および添付図面の記載により、少なくとも以下の事項が明らかとなる。
【００１１】
複数の圧電素子を直列に接続した圧電素子列と、交流成分と直流成分とを含む駆動電圧を生成する駆動電圧生成回路と、前記駆動電圧生成回路に前記駆動電圧を生成させて前記圧電素子列に前記駆動電圧を印加する制御部と、を備え、前記制御部は、前記圧電素子に前記駆動電圧を印加する駆動期間の間に前記駆動電圧を印加しない非駆動期間を設けて、前記圧電素子列に前記駆動電圧を印加することを特徴とする圧電アクチュエータが明らかになる。この圧電アクチュエータによれば、直列駆動によって、高い電流供給能力を要することなく、複数の圧電素子を駆動することが可能となる。又、交流成分と直流成分とを含む駆動電圧を用いることによって、圧電素子に逆電圧が印加されないように動作させることができる。加えて、駆動期間の間に非駆動期間を設けて駆動制御することによって、当該直流成分の電圧分布の偏りを低減し、圧電素子に過大な電圧が印加される事態も防止することができる。
【００１２】
又、前記制御部は、前記駆動期間よりも前記非駆動期間を長く設定することが望ましい。この圧電アクチュエータによれば、直列駆動に伴う電圧分布の偏りを完全に解消でき、圧電素子に対して過大な電圧が生じる事態を確実に防止することができる。
【００１３】
又、前記制御部は、前記駆動期間に応じた長さの前記非駆動期間を設定することが望ましい。この圧電アクチュエータによれば、解消すべき電圧分布の偏りに応じた非駆動期間となるため、不必要に非駆動状態が継続するのを防止することができる。
【００１４】
又、前記非駆動期間に前記圧電素子にかかる電圧を放電するダイオードが設けられていることが望ましい。この圧電アクチュエータによれば、圧電素子からの放電速度を増速できるとともに、圧電素子に対して逆電圧が印加されることを確実に防止できる。
【００１５】
又、前記圧電素子は、厚さが０．０５μｍ以上２０μｍ以下の圧電体を有することが望ましい。この圧電アクチュエータによれば、機械的エネルギーの大出力化や高精度な制御が可能となる。
【００１６】
複数の圧電素子を直列に接続した圧電素子列を駆動する駆動装置であって、交流成分と直流成分とを含む駆動電圧を生成する駆動電圧生成回路と、前記駆動電圧生成回路に前記駆動電圧を生成させて前記圧電素子列に前記駆動電圧を印加する制御部と、を備え、前記制御部は、前記圧電素子に前記駆動電圧を印加する駆動期間の間に前記駆動電圧を印加しない非駆動期間を設けて、前記圧電素子列に前記駆動電圧を印加することを特徴とする駆動装置が明らかになる。この駆動装置によれば、直列駆動によって、高い電流供給能力を要することなく、複数の圧電素子を駆動することが可能となる。又、交流成分と直流成分とを含む駆動電圧を用いることによって、圧電素子に逆電圧が印加されないように動作させることができる。加えて、駆動期間の間に非駆動期間を設けて駆動制御することによって、当該直流成分の電圧分布の偏りを低減し、圧電素子に過大な電圧が印加される事態を防止することができる。
【００１７】
＝＝＝第１実施形態＝＝＝
＜圧電アクチュエータの基本構成＞
以下、図１、図２を参照して、本実施形態に係る圧電アクチュエータ１の基本構成を説明する。本実施形態では、一例として、圧電アクチュエータ１を圧電モーターに用いる態様について説明する。
【００１８】
図１は、圧電モーターの部材を分離して見た全体構成の斜視図である。又、図２は、圧電モーターの駆動状態を示す図である。尚、図中において、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸は、各図面の中で、各部材の位置関係を明確にするために方向を示すものであり、各軸は、互いに直交する。以下、Ｚ軸の向かう方向を上方、Ｘ軸の向かう方向（突起部２１が伸びる方向）を前方、Ｙ軸は横方向として記載する。
【００１９】
本実施形態に係る圧電アクチュエータ１は、圧電素子１０を励振させることによって、圧電素子１０が取り付けられた振動板２０を運動させる装置である。そして、圧電アクチュエータ１は、振動板２０を介して回転体２に動力を発生させて、圧電モーターを構成している。
【００２０】
圧電アクチュエータ１は、圧電素子１０、振動板２０、支持機構３０、駆動装置４０を備え、圧電素子１０が取り付けられた振動板２０が支持機構３０に支持される構成となっている。そして、圧電アクチュエータ１は、圧電素子１０が、駆動装置４０により制御されて駆動する（駆動装置４０の詳細は後述する）。
【００２１】
圧電素子１０は、圧電体１２が上部電極１３と下部電極１１の間に挟み込まれて形成され、上部電極１３と下部電極１１に周期的な電圧が印加されることにより前後に励振（前後に伸縮することを表す。以下同じ。）する素子である。圧電素子１０は、振動板２０の上面と下面に、基板１４、１４’ を介して、配列するように複数形成されている。そして、複数の圧電素子１０が、振動板２０の配置位置に応じた励振を行うことにより、振動板２０の前方の部位（突起部２１）が楕円運動或いは往復運動を行う（「’」は、下面側の構成を表す。以下同じ。）。
【００２２】
振動板２０は、圧電素子１０と被動作対象物（回転体２）の間に介在して、圧電素子１０に生成された機械エネルギー（励振）を、被動作対象物（回転体２）に伝達する部材である。振動板２０は、上面と下面に形成された複数の圧電素子１０夫々の励振に連動して動作が可能な部材であり、例えば、シリコン基板やアルミニウム基板により構成される。
【００２３】
振動板２０は、前方の側面に、突起部２１を備え、突起部２１を回転体２に当接しながら運動することにより、回転体２に回転力を発生させる（図２を参照）。このとき突起部２１は、例えば、振動板２０が複数の圧電素子１０の励振に連動して屈曲振動、縦振動することにより、楕円運動する。尚、突起部２１は、耐摩耗性に優れたセラミック等により構成される。
【００２４】
又、振動板２０は、横側の両側面に、腕部２２を備え、当該腕部２２が支持機構３０（支持部３１）に支持されている。具体的には、振動板２０は、当該腕部２２が支持機構３０の支持部３１に螺子止めされて、浮遊した状態で支持されている。言い換えると、振動板２０は、両側面の腕部２２を振動の節として運動する。
【００２５】
支持機構３０は、振動板２０が運動し得るように支持する機構である。支持機構３０は、支持部３１と付勢バネ３２を備え、支持部３１が、振動板２０の両側の腕部２２を螺子３３により固定して、振動板２０を支持する。又、支持部３１は、前後にスライド可能な状態で設置されるとともに、付勢バネ３２に前方に付勢されるように設置されている。言い換えると、振動板２０は、突起部２１を回転体２に押圧させた状態で、支持機構３０に支持されている。
【００２６】
回転体２は、圧電アクチュエータ１から伝達される動力を受けて回転する略円盤状の部材である。回転体２は、振動板２０の突起部２１と対向する位置に、円盤平面を上方に向けた状態で設置されている。そして、回転体２は、当該突起部２１が当接しながら楕円運動或いは往復運動することにより、当該回転体２の円盤側面が一方向に擦り付けられて、水平方向（Ｚ軸回りに）に回転する構成となっている。即ち、圧電アクチュエータ１は、回転体２に回転力を発生させて、圧電モーターを構成している。
【００２７】
＜圧電素子の構成＞
以下、図３〜図８を参照して、圧電素子１０の詳細な構成について説明する。図３は、圧電素子１０を上方から見た平面図である。又、図４は、図３のＡ−Ａ断面の側面図である。又、図５は、図３のＢ−Ｂ断面の側面図である。又、図６〜図８は、圧電素子１０を駆動させたときの振動板２０の振動状態を表す。
【００２８】
本実施形態に係る圧電アクチュエータ１は、振動板２０の上面と下面に配列するように形成された複数の圧電素子１０を備える。尚、図５中で、圧電素子１０の後のかっこ書きは、圧電素子１０が形成された位置を表す。本実施形態では、圧電素子１０は、夫々同様の構造を有しているため、特に区別しない限り、一の圧電素子１０についてのみ説明する。
【００２９】
圧電素子１０は、下部電極１１、圧電体１２と、上部電極１３を備え、基板１４、１４’上に、下部電極１１、圧電体１２、上部電極１３が順に積層されて形成される（図４を参照）。尚、圧電素子１０は、基板１４、１４’を介して振動板２０の上面と下面に形成されている。圧電素子１０は、上面側と下面側とで同様な構成であるため、以下では、振動板２０の上面についてのみ説明する。
【００３０】
基板１４は、圧電素子１０を成膜するための土台であり、振動板２０上に取り付けられて、振動板２０とともに連動して運動する薄板部材である。基板１４は、振動板２０に圧電素子１０の励振を伝達可能であれば、シリコン基板、シリコンカーバイド基板、ガラス基板等の種々の部材を用いることができる。基板１４は、例えば、１０μｍ以上１００μｍ以下の薄膜状に形成され、圧電素子１０を基板１４上に形成した後に振動板２０に接着されて、取り付けられる。
【００３１】
圧電体１２は、薄膜状に形成された圧電セラミックスである。本実施形態に係る圧電体１２は、電界方向に対して垂直な方向へ励振する圧電セラミックスを用いる。そのため、圧電体１２は、圧電セラミックスのうちでも、電界方向に対して垂直な方向への圧電定数が高い部材、例えば、ペロブスカイト構造のＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛：Ｐｂ（ＺｒXＴｉ1-X）Ｏ3）がより好適である。
【００３２】
圧電体１２の膜厚は、例えば、０．０５μｍ以上２０μｍ以下とする。圧電体１２を当該膜厚で形成した場合、比較的低い電圧で高い電界強度を与えることができ、かつ、圧電体１２の励振により一定の応力を発生することができる。尚、圧電体１２は、エピタキシャル成長法、ゾルゲル法、ＣＶＤ法等の種々の成膜プロセスにより形成することができる。
【００３３】
下部電極１１、上部電極１３は、圧電体１２を間に挟むように形成され、圧電体１２に駆動電圧を印加する電極である。下部電極１１、上部電極１３は、夫々配線Ｌａ、Ｌｂ、Ｌｃに接続されて、駆動電圧発生回路４１に生成された駆動電圧を圧電体１２に印加する。下部電極１１、上部電極１３は、例えば、アルミニウム、白金、ニッケル等の電極材料を用いることができる。
【００３４】
圧電素子１０を形成する際は、基板１４上に下部電極１１、圧電体１２、上部電極１３を順に成膜して、例えば、フォトリソグラフィとドライエッチングを用いた周知の半導体プロセスにより、複数の圧電素子１０に分割する。そして、その後、圧電体１２に直流電圧を印加して分極処理を行うことにより、圧電素子１０を形成することができる。
【００３５】
圧電素子１０の配列は、振動板２０の上面（及び下面）を複数の区画に区分けして、夫々の区画に一の圧電素子１０が配設された構成となっている（図３を参照）。ここでは、振動板２０の上面（及び下面）を、横方向（Ｙ方向）３列、縦方向（Ｘ方向）４列の１２区画に区分けしている。ここで、圧電素子１０を振動板２０の面内で複数に分割して、複数の圧電素子１０によって圧電アクチュエータ１を構成しているのは、圧電素子１０（圧電体１２）を配置位置に応じて一方向のみに励振させ、圧電素子１０の破損を防止するためである。言い換えると、仮に圧電素子１０を一枚で形成して、圧電素子１０を、振動板２０の面内の位置ごとに異なる振動をさせた場合、圧電素子１０の面内の中央等において引張応力が強く働き、圧電素子１０が破損するおそれがある。特に、圧電素子１０を薄膜状に形成した場合、圧電素子１０の引張強度が弱く、夫々の圧電素子１０が出力し得る機械的エネルギーの最大化ができなくなるため、当該構成としている。
【００３６】
又、圧電素子１０は、夫々の配置位置に応じて、ａ群、ｂ群、ｃ群の３グループ（以下、「圧電素子列」と言う）に分けられて、圧電素子列ごとに駆動電圧が印加される（図３を参照）。具体的には、基板１４上の圧電素子１０は、圧電素子１０（ａ１）、１０（ａ２）、１０（ａ３）、１０（ａ４）により構成されるａ群の圧電素子列、圧電素子１０（ｂ１）、１０（ｂ２）、１０（ｂ３）、１０（ｂ４）により構成されるｂ群の圧電素子列、圧電素子１０（ｃ１）、１０（ｃ２）、１０（ｃ３）、１０（ｃ４）により構成されるｃ群の圧電素子列にグループ分けされている。そして、ａ群の圧電素子列の圧電素子１０は、配線Ｌａにより直列に接続され、ｂ群の圧電素子列の圧電素子１０は、配線Ｌｂにより直列に接続され、ｃ群の圧電素子列の圧電素子１０は、配線Ｌｃにより直列に接続されている。尚、ａ群の圧電素子列は、振動板２０上の対角方向に配設された圧電素子１０に対応し、ｂ群の圧電素子列は、振動板２０上の横方向の中央位置に、前方から後方に直線状に配設された圧電素子１０に対応し、ｃ群の圧電素子列は、振動板２０上のａ群と対称な対角方向に配設された圧電素子１０に対応する。又、振動板２０の下面に形成された圧電素子１０は、上記したとおり、上面と対称な構成となっており、圧電素子１０（ａ１’）、１０（ａ２’）、１０（ａ３’）、１０（ａ４’）はａ群の圧電素子列、圧電素子１０（ｂ１’）、１０（ｂ２’）、１０（ｂ３’）、１０（ｂ４’）はｂ群の圧電素子列、圧電素子１０（ｃ１’）、１０（ｃ２’）、１０（ｃ３’）、１０（ｃ４’）はｃ群の圧電素子列にグループ分けされ、夫々、配線Ｌａ’、配線Ｌｂ’、配線Ｌｃ’により、上面と同様に直列接続されている。
【００３７】
図６、図７、図８は、夫々、ａ群、ｂ群、ｃ群の圧電素子列を励振させた状態を表す。上記したとおり、ａ群、ｂ群、ｃ群の圧電素子列は、夫々、圧電素子列ごとに駆動電圧が印加され、圧電素子列ごとに同様の励振をする。このとき、ａ群の圧電素子列を励振させた場合、振動板２０は屈曲振動する（図６）。又、ｃ群の圧電素子列の圧電素子１０を励振させた場合、振動板２０は、ａ群の場合とは逆側に反るように、屈曲振動をする（図７）。又、ｂ群の圧電素子列を励振させた場合、振動板２０は、長手方向に縦振動する（図８）。そして、圧電アクチュエータ１は、ａ群、ｃ群による圧電素子列の屈曲振動と、ｂ群の圧電素子列による縦振動とを組み合わせることにより、振動板２０の前方の突起部２１に楕円運動させる（図２を参照）。
【００３８】
＜圧電アクチュエータの駆動回路＞
次に、図９、図１０を参照して、本実施形態に係る圧電アクチュエータ１の駆動回路について説明する。
【００３９】
本実施形態に係る圧電アクチュエータ１は、駆動装置４０（駆動電圧生成回路４１、放電回路４２、スイッチ回路４３、制御部４４）が、配線Ｌａ、Ｌｂ、Ｌｃを介して圧電素子１０に電力を送出する構成となっている。尚、駆動装置４０は、駆動電圧を生成する駆動電圧生成回路４１、圧電素子１０に蓄積された電荷を放出させるための放電回路４２、駆動回路を放電回路４２に接続するスイッチ回路４３、駆動装置４０を制御する制御部４４を備える（詳細は後述する）。
【００４０】
配線Ｌａ、Ｌｂ、Ｌｃは、ａ群、ｂ群、ｃ群の圧電素子列夫々に、所定の駆動電圧の電力を送出するための駆動回路である（図３を参照）。配線Ｌａは、ａ群の圧電素子列の圧電素子１０を直列に接続して、当該圧電素子１０に駆動電圧を印加する。配線Ｌａは、例えば、上部電極１３を正極、下部電極１１を負極として、直流電圧が印加されるように、ａ群の圧電素子１０同士を直列に接続する。そして、配線Ｌａは、一端が駆動電圧生成回路４１の出力側に接続され、ａ群の圧電素子列を直列接続して、他端が接地されている。又、配線Ｌａと同様に、配線Ｌｂは、ｂ群の圧電素子列の圧電素子１０を直列接続して、当該圧電素子１０に駆動電圧を印加するための配線であり、配線Ｌｃは、ｃ群の圧電素子列の圧電素子１０を直列接続して、当該圧電素子１０に駆動電圧を印加するための配線である。尚、配線Ｌａ、Ｌｂ、Ｌｃは、リード線によって形成されてもよいし、基板１４上に成膜した配線によって形成されてもよい。
【００４１】
図９に、ａ群の圧電素子列を駆動する駆動回路の一例を示す。圧電素子１０は、電気的性質としてコンデンサと等価とみなせるため、圧電素子列の駆動回路は、直列接続されたコンデンサに駆動電圧を印加する回路とみなせる。そして、駆動電圧生成回路４１が生成した駆動電圧は、直列接続されたａ群の圧電素子列の中で、分圧されるように印加される。そして、ａ群の圧電素子列の圧電素子１０は、駆動電圧の交流成分によって、同期して励振する（以下、「直列駆動」とも言う）。尚、圧電素子１０のコンデンサと並列するように表した抵抗は、圧電素子１０の絶縁抵抗を表す（詳細は後述する）。
【００４２】
ここで、圧電素子列を直列接続する構成としているのは、当該圧電素子列により形成される合成静電容量を小さくすることによって、駆動電流を抑制し、消費電力を低減するためである。言い換えると、圧電素子１０を薄膜状にした場合、圧電素子１０一つ当たりの静電容量が大きくなり、圧電アクチュエータ１を動作させるために必要となる無効電流が大きくなる。特に、複数の圧電素子１０を動作させる必要がある場合、必要となる駆動装置４０（駆動電圧生成回路４１）の電流供給能力が大きくなり、駆動回路中の配線抵抗で生じる消費電力も大きくなってしまう。この点、圧電素子列を直列接続（直列駆動）することによって、当該問題を解消でき、例えば、コンデンサが４つの場合、合成静電容量は４分の１になるため、並列接続した場合に比して、電流供給能力（無効電流分）は１６分の１とすることができる。尚、ここでの説明は省略するが、ｂ群の圧電素子列、ｃ群の圧電素子列も、同様の等価回路により表すことができる。
【００４３】
駆動電圧生成回路４１は、ａ群、ｂ群、ｃ群夫々の圧電素子列に、所定の駆動電圧の電力を送出する回路である。駆動電圧生成回路４１は、交流成分と直流成分とを含む駆動電圧を生成して、配線Ｌａ、Ｌｂ、Ｌｃを介して、ａ群、ｂ群、ｃ群の圧電素子列の夫々に駆動電圧を印加する。
【００４４】
図１０に、駆動電圧生成回路４１が生成する駆動電圧の一例を示す。駆動電圧は、直流成分Ｖ0に交流成分Ｖ1が重畳された電圧である。駆動電圧の交流成分Ｖ1は、圧電素子１０を励振するための電圧であり、直流成分Ｖ0は、圧電素子１０に逆電圧が印加されないようにするための電圧である。上記したとおり、薄膜状の圧電体１２は、急激な逆電圧に弱く、逆電圧が印加された場合には引張応力が過大に発生し、破損に至る（例えば、−２Ｖ程度で破損する）。そのため、一方向（圧電素子１０が収縮する方向）にのみ電圧が印加されるように、交流成分Ｖ1の振幅よりも大きな直流成分Ｖ0を交流成分Ｖ1に重畳させた駆動電圧を生成している。尚、本実施形態では、直流成分Ｖ0としてプラス側の電位を用いているが、圧電素子１０が収縮する方向に応じて、マイナス側の電位を用いてもよい。又、直流成分Ｖ0は、電位に多少の時間的変動を有していてもよい。
【００４５】
駆動電圧の交流成分Ｖ1は、望ましくは正弦波であるが、三角波或いは矩形波であってもよい。又、駆動電圧の交流成分Ｖ1の周波数は、振動板２０の振動幅を大きくするため、振動板２０の形状や圧電素子１０の形状によって定まる固有振動数と一致する周波数が望ましい。しかし、圧電素子１０の引張強度等を考慮して、固有振動数とずれた周波数としてもよい。尚、本実施形態では、一例として、＋２０Ｖの直流成分Ｖ0に、２５０ｋＨｚ、±８Ｖの交流成分Ｖ1を重畳した駆動電圧を生成している。
【００４６】
駆動電圧生成回路４１は、例えば、多重化インバータ回路とバイアス加算回路により構成され、多重化インバータ回路から出力する交流成分Ｖ1の電圧に、バイアス加算回路の直流成分の電圧Ｖ0を重畳して、駆動電圧を生成する。そして、駆動電圧生成回路４１が生成する駆動電圧は、制御部４４によって制御されている。
【００４７】
放電回路４２は、ａ群、ｂ群、ｃ群の圧電素子列の夫々の圧電素子１０に蓄積された電荷を放出させるための回路である。放電回路４２は、一端が、圧電素子列の駆動回路に設けられたスイッチ回路４３に接続され、他端が、接地されている。そして、放電回路４２は、制御部４４がスイッチ回路４３を切り替えることにより、圧電素子列を接地し、圧電素子１０に蓄積された電荷を放出させる。尚、放電回路４２は、接地する回路に限らず、エネルギーを電源側に回生させるコンデンサに放電させる構成でもよい。又、放電回路４２は、圧電素子１０からの放電速度を増速するため、圧電素子１０の夫々と並列接続するように複数本設けられてもよい。但し、電圧分布の偏りは、駆動電圧が印加されない状態にすることによって、時間の経過とともに解消されるため、必ずしも放電回路４２を設けなくてもよい（詳細は後述する）。
【００４８】
制御部４４は、駆動装置４０を制御する装置であり、駆動電圧生成回路４１に所定の駆動電圧を生成させたり、スイッチ回路４３を切り替えて、圧電素子列を放電回路４２に接続させたりする装置である。制御部４４は、ＣＰＵがコンピュータプログラムに基づいて、制御回路を動作させることにより実現される。尚、制御部４４は、ＣＰＵに代えて、ロジック回路やタイマー回路を用いたアナログ回路により実現されてもよい。
【００４９】
＜圧電アクチュエータの駆動制御＞
以下、図１１、図１２を参照して、圧電アクチュエータの駆動制御の詳細について説明する。
【００５０】
図１１は、経過時間に応じた駆動状態を表す。本実施形態に係る制御部４４は、駆動装置４０（駆動電圧生成回路４１）を制御して、圧電素子１０に駆動電圧を印加する「駆動期間」の間に、通常の駆動電圧を印加しない「非駆動期間」を設けるように制御する。制御部４４は、例えば、「駆動期間」を第１時間、「非駆動期間」を第２時間と設定して、経過時間に応じて、これらを繰り返すように制御する。
【００５１】
ここで、「駆動期間」とは、上記した駆動電圧を圧電素子列に印加する期間であり、通常の駆動状態を表す。一方、「非駆動期間」とは、通常の駆動状態でない期間（通常の駆動電圧を印加しない期間）を表し、本実施形態では、圧電素子列に印加する駆動電圧を０Ｖにする。尚、「非駆動期間」は、圧電素子１０に蓄積された電荷を放出させて、圧電素子列における電圧分布の偏りを低減するために設ける期間である。そのため、「非駆動期間」は、圧電素子列に印加する電圧を０Ｖとする場合に限らず、通常の駆動状態（駆動期間）よりも直流成分を低減した電圧とする場合も含む概念である（この場合の一例は、図１５を参照して後述する）。
【００５２】
＝駆動期間について＝
駆動期間は、圧電アクチュエータ１を通常どおり動作させる期間である。当該期間中、駆動電圧生成回路４１の駆動電圧は、圧電モーターとして出力すべき値（回転速度）に基づいて設定される。そして、ａ群、ｂ群、ｃ群の圧電素子列は、当該駆動電圧に基づいて駆動される。
【００５３】
尚、このときａ群の圧電素子列、ｂ群の圧電素子列、ｃ群の圧電素子列の夫々に印加される駆動電圧の大きさ（直流成分、交流成分）や周波数は、回転体２を回転させる態様に応じて種々変更され得る。そして、当該駆動電圧は、各列で同一であってもよいし、異なっていてもよい。例えば、このとき駆動電圧の交流成分の振幅を変化させることにより、突起部２１の楕円運動の短径、長径を変更したり、回転体２の回転速度を調整することができる。又、このとき駆動電圧の位相を圧電素子列ごとに変化させることによって、突起部２１の運動態様（往復運動や楕円運動）を変化させることができる。
【００５４】
図１２は、ａ群の圧電素子列における電圧分布の時間的変化を表す。図中の縦軸のＶa1、Ｖa2、Ｖa3、Ｖa4は、圧電素子１０（ａ１）、１０（ａ２）、１０（ａ３）、１０（ａ４）に印加される電圧（直流成分）の大きさを表す。又、図中の横軸の時間は、ａ群の圧電素子列に駆動電圧の印加を開始してからの経過時間を表す。即ち、図１２は、駆動期間中、ａ群の圧電素子列の夫々の圧電素子１０（ａ１）、１０（ａ２）、１０（ａ３）、１０（ａ４）に印加される直流成分の電圧Ｖa1、Ｖa2、Ｖa3、Ｖa4（以下、「電圧分布」と言う）が、駆動電圧の印加を開始してから、徐々に偏っていくことを表している。
【００５５】
この原因について検討するに、圧電素子１０が夫々の絶縁抵抗の個体差に起因するものと考えられる。具体的には、圧電素子１０は、電気的性質としてコンデンサとみなして、ａ群の圧電素子列の駆動回路を上記した（図９を参照）。しかし、実際には、圧電素子１０は、電圧の直流成分に対して完全な絶縁状態ではなく、コンデンサに蓄積された電荷は、電圧の直流成分によって漏れ電流として移動する。図９中のコンデンサと並列接続するように表した抵抗は、当該絶縁抵抗を表す。圧電素子１０の絶縁抵抗は、圧電セラミックの場合、数ＭΩ以上であるため、圧電素子１０に印加される電圧を検証する場合、通常考慮する必要はない。しかし、直列接続した複数の圧電素子１０に直流電圧を印加する場合、当該絶縁抵抗の個体差に応じた量の漏れ電流が生じ、電圧分布が、静電容量に応じた分布ではなく、当該絶縁抵抗に応じた分布に時間的に変化してしまうものと考えられる。
【００５６】
そのため、電圧分布の時間的変化としては、駆動電圧を印加した直後には、直流成分の電圧Ｖa1、Ｖa2、Ｖa3、Ｖa4は、圧電素子１０夫々の静電容量の大きさに応じて分圧された状態となる。このとき、駆動電圧の直流成分Ｖ0は、圧電素子１０夫々の静電容量が均等であれば、均等に分圧される（例えば、Ｖ0が＋２０Ｖの場合、Ｖa1、Ｖa2、Ｖa3、Ｖa4は、＋５Ｖずつに分圧される）。そして、電圧分布は、駆動電圧の印加時間の経過とともに、圧電素子１０夫々の絶縁抵抗の大きさに応じた分圧状態に変化していく。言い換えると、圧電素子１０に蓄積された電荷は、当該絶縁抵抗が小さい圧電素子１０から、当該絶縁抵抗が大きい圧電素子１０に移動していくことになる。当該絶縁抵抗は、圧電素子１０ごとに個体差が大きいため、電圧分布の偏りも、駆動電圧の印加時間が経過するに応じて大きくなり、当該状態を放置すると、圧電素子１０のいずれかに過大な直流電圧が印加された状態となったり、直流電圧がゼロに近い状態となってしまう。そして、駆動電圧には交流成分Ｖ1も含まれることも相俟って、圧電素子１０に印加される電圧が、耐電圧（プラス側或いはマイナス側）を超えて、圧電素子１０が絶縁破壊したり、圧電素子１０に強大な応力が働いて破損することとなる。
【００５７】
＝非駆動期間について＝
非駆動期間は、圧電素子１０に偏って蓄積された電荷を放出させて、駆動期間に生じた電圧分布の偏りを低減するための期間である。圧電素子１０の絶縁抵抗は、製造時の圧電体１２の状態や使用時の発熱等、種々の要因で変化し、夫々の個体差を低減することは極めて困難である。そのため、非駆動期間は、駆動期間に生ずる電圧分布の偏りによって圧電素子１０が破損されないように設けられる。
【００５８】
圧電素子１０に偏って蓄積された電荷を放出させる手段として、本実施形態では、駆動回路中に設けられたスイッチ回路４３を切り替え、駆動電圧生成回路４１からの送電を遮断するとともに、圧電素子列（ａ群、ｂ群、ｃ群）を放電回路４２に接続して接地する（図９を参照）。そして、圧電素子列を接地することによって、圧電素子１０夫々に蓄積された電荷が放出され、初期状態（駆動電圧を印加する前の状態）に戻すことができる。従って、制御部４４は、その後再度、スイッチ回路４３を切り替えて駆動回路と駆動電圧生成回路４１を接続し、通常の駆動状態（駆動期間）に戻って、圧電アクチュエータ１を動作させることができる。尚、圧電素子１０に偏って蓄積された電荷を放出させることによって電圧分布の偏りを解消させるため、非駆動期間においても経過時間に応じた電圧分布の変動が起こるが、図１２では、説明を簡略にするために、非駆動期間の初期の段階で電圧分布の偏りが解消されるように記載している。
【００５９】
このとき非駆動期間を継続する時間は、電圧分布の偏りが解消されるまでの時間、具体的には、圧電素子１０に蓄積された電荷が一定量放出されるまでの時間を考慮して設定する。当該時間は、例えば、駆動回路（配線Ｌａ）の抵抗Ｒと圧電素子１０の静電容量（或いは合成静電容量）Ｃに基づいて、放電時間を規定する時定数ＲＣを算出し、時定数ＲＣを基準として設定する。例えば、直列接続する圧電素子１０の数が多い場合等においては、圧電素子１０から完全に電荷を放出するため、「駆動期間」を１秒、「非駆動期間」を１０秒として設定してもよい。又、非駆動期間は、駆動期間に生じた電圧分布の偏りを低減するべく設けているため、駆動期間に応じた長さの非駆動期間を設定するのが好適である。尚、実際には、非駆動期間に低減される電圧分布の偏りの量は、駆動期間に生じた電圧分布の偏りの量及び放電時間を規定する時定数に応じて変わる。又、圧電素子１０に偏って蓄積された電荷を放出させることによって電圧分布の偏りを解消させるため、電圧分布の偏りを全て解消させる(圧電素子１０に蓄積された電荷を全て放出する)ためには、相当長い時間が必要となる。従って、駆動期間に生ずる電圧分布の偏りと、非駆動期間に行われる電圧分布の偏りの解消とのバランスを考慮して、所定回数の駆動と非駆動とを繰り返した後の定常状態における電圧分布の偏りをある程度許容した上で、駆動期間の長さと非駆動期間の長さを設定してもよい。
【００６０】
又、駆動期間から非駆動期間に切り替えるタイミングは、電圧分布の偏りの時間的変化や、圧電素子１０の耐電圧を考慮して、適宜設定する。例えば、圧電素子１０の種類（静電容量、絶縁抵抗、耐電圧）や、直列接続する圧電素子１０の個数、駆動電圧等に基づいて、経験則から時間的変化を想定して設定すればよい。他方、電圧検知回路を用いて圧電素子列の電圧分布を検出して、所定の電位を超えた場合に、駆動期間から非駆動期間に切り替えるように、フィードバック制御を行ってもよい。その場合、例えば、Ｖa1、Ｖa2、Ｖa3、Ｖa4の出力値を比較回路で比較して、いずれかが所定の電位を超えた場合、制御部４４に制御信号を出力するように構成する。
【００６１】
ここで、駆動期間から非駆動期間に切り替える際は、過大な逆電圧が圧電素子１０に印加されるおそれがあることを考慮して、切り替えのタイミングや、切り替えの制御方法を設定するのが望ましい。具体的には、放電時（スイッチ回路４３切り替え時）、圧電素子１０から放出される＋電荷は、直流成分に対して逆方向に放出されるため、上流側の圧電素子１０には、逆電圧が印加されることとなる。又、電圧分布の偏りが生じている場合には、当該圧電素子１０には、その電位差分の逆電圧が重畳して印加されることとなる。そのため、駆動期間から非駆動期間に切り替えるタイミングは、望ましくは、Ｖa1、Ｖa2、Ｖa3、Ｖa4の変位した電圧が、圧電素子１０の逆電圧に対する耐電圧よりも小さい間とする。又、他の対策として、交流成分Ｖ1の電圧を０Ｖにした後に、直流成分の電圧Ｖ0が０Ｖに漸減するように制御し、その後、放電回路４２に接続するのが好適である。或いは、圧電素子１０から放出される＋電荷を還流させるダイオードを設ける（後述する第２実施形態）のが好適である。
【００６２】
但し、非駆動期間を継続する時間や、駆動期間から非駆動期間への切り替え制御は、圧電アクチュエータ１の動作態様に応じて、より好適な態様に設定すればよい。例えば、動作遅延が問題とならない装置に圧電アクチュエータ１を利用する場合（例えば、第４実施形態に示すポンプ）であれば、圧電素子１０に蓄積された電荷が完全に放出されるように状態に近づく駆動期間よりも非駆動期間を長く設定するのが好適である（例えば、駆動期間を１としたとき、非駆動期間を９に設定する）。又、駆動状態と非駆動状態を頻繁に切り替える装置に圧電アクチュエータ１を利用する場合（例えば、第５実施形態に示すロボット）であれば、駆動期間に生じた電圧分布の偏りを比較的容易に低減できるため、駆動期間に応じた長さの非駆動期間を設定するのが好適である（例えば、駆動期間が１のときは、非駆動期間を１に設定し、駆動期間が２のときは、非駆動期間を２に設定する）。又、非駆動期間をより短時間にするため、圧電素子１０の耐電圧の範囲内で逆電圧を印加してもよい。
【００６３】
以上のように、本実施形態に係る圧電アクチュエータによれば、直列駆動によって、高い電流供給能力を要することなく、複数の圧電素子を駆動することが可能となる。又、交流成分と直流成分とを含む駆動電圧を用いることによって、圧電素子に逆電圧が印加されないように動作させることができる。加えて、駆動期間の間に非駆動期間を設けて駆動制御することによって、当該直流成分の電圧分布の偏りを低減し、圧電素子に過大な電圧が印加される事態を防止することができる。
【００６４】
（変形例１）
上記実施形態では、非駆動期間においては、圧電アクチュエータ１を停止状態にして、圧電素子１０の破損を防止する態様となっている。一方、圧電アクチュエータ１を常時駆動状態とすることが求められる場合もある。そのような場合には、圧電アクチュエータ１を構成する複数の圧電素子列の中で、駆動期間中の圧電素子列と、非駆動期間中の圧電素子列に分けるように制御してもよい。
【００６５】
図１３に、経過時間に応じた駆動状態の他の態様の一例を示す。図１３は、振動板２０の上面側の圧電素子列が駆動期間のときは、振動板２０の下面側の圧電素子列を非駆動期間とし、下面側の圧電素子列が駆動期間のときは、上面側の圧電素子列を非駆動期間として、上面側と下面側とで交互に駆動させることを表している。この場合、上面側の圧電素子列が駆動している際に、下面側の圧電素子列の電圧分布の偏りを低減し、下面側の圧電素子列が駆動している際に、上面側の圧電素子列の電圧分布の偏りを低減することができる。従って、圧電アクチュエータ１を常時、駆動状態としながら、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００６６】
＝＝＝第２実施形態＝＝＝
本実施形態に係る圧電アクチュエータ１は、圧電素子１０と並列接続するダイオード１５が設けられている点で、第１実施形態と相違する。尚、本実施形態では、当該構成以外の構成については、第１実施形態に係る圧電アクチュエータ１と共通するため、それらの説明は省略する。
【００６７】
図１４に、ａ群の圧電素子列を駆動する駆動回路の一例を示す。本実施形態に係る駆動回路には、放電用のダイオード１５（ａ１）、１５（ａ２）、１５（ａ３）、１５（ａ４）（以下、単に「ダイオード１５」と言う）が、複数の圧電素子１０（ａ１）、１０（ａ２）、１０（ａ３）、１０（ａ４）の夫々と並列に接続するように設けられている。又、当該ダイオード１５は、駆動期間においては導通しないように、駆動電圧の直流成分Ｖ0がダイオードの逆方向電圧となるように接続されている。そして、ダイオード１５同士は、直列接続され、放電回路５０を形成する（放電回路４２と区別するため、以下、「第２放電回路５０」と言う）。第２放電回路５０は、圧電素子１０からの放電速度を増速するとともに、駆動期間から非駆動期間に切り替えた際に、圧電素子１０への過大な逆電圧の印加を防止する役割を果たす。
【００６８】
より詳細には、第２放電回路５０は、駆動期間においては、駆動電圧の直流成分Ｖ0に対して逆方向電圧であるため通電せず、駆動回路とは絶縁された状態となる。一方、駆動期間から非駆動期間に切り替えた際には、圧電素子１０に蓄積された＋電荷の放電経路となる。このとき仮に、第２放電回路５０がなければ、複数の圧電素子１０が直列接続されている状況下であるため、電荷の放出速度は、単一の圧電素子１０から放出する場合と比較して遅延する。又、電圧分布の偏りは、圧電素子１０の漏れ電流に起因することから、＋電荷が直流成分に対して下流側に偏る状態（下流側の方が電圧が高い状態）となっている。結果、放電時、圧電素子１０から放出される＋電荷が、直流成分に対して逆方向に放出されて、上流側の圧電素子１０には、過大な逆電圧が印加されるおそれがある。この点、第２放電回路５０を設けることによって、圧電素子１０から放出される＋電荷の放電経路が形成されるため逆電圧の印加が防止されるとともに、下流側に偏る＋電荷を利用して放電速度を増速することができる。
【００６９】
従って、第２放電回路５０を設ける場合、駆動期間に対する非駆動期間をより短時間にすることができる。制御部４４は、例えば、駆動期間を１秒、非駆動期間を１０ミリ秒等に設定して、経過時間に応じて、これらを繰り返すように制御する。又、第１実施形態と同様に、電圧分布の偏りを完全に解消するためには非駆動期間を長く設定する必要があるため、電圧分布の偏りをある程度許容した上で駆動期間と非駆動期間とを設定してもよい。
【００７０】
又、第２放電回路５０は、ダイオード１５同士を直列接続する構成としているため、放電時、ダイオード１５のすべてを通電状態として、電荷の滞留を抑制することができる。言い換えると、圧電素子１０から下流側に放出される−電荷、或いは電圧分布の偏りによって、下流側の圧電素子１０の中には順電圧が印加された状態となるものもあるため、ダイオード１５同士を直列接続することで当該事態を防止している。但し、いずれかの圧電素子１０に順電圧が印加された状態となっても、圧電素子１０が破損するおそれはないため、当該ダイオード１５同士は、必ずしも直列接続する必要はない。又、所定位置の圧電素子１０に印加される逆電圧のみを防止するため、一のダイオード１５だけが設けられる構成であってもよい。
【００７１】
尚、第２放電回路５０を構成するダイオード１５（及び配線）は、任意の方法で形成されたものでよく、基板１４にシリコン等の半導体材料を用いている場合であれば、周知の半導体プロセス（フォトリソグラフィ、イオン注入、スパッタリング等）によっても形成することができる。
【００７２】
以上、本実施形態に係る圧電アクチュエータ１によれば、上記第１実施形態と同様の効果を得ることができ、更に、圧電素子と並列に接続されたダイオードによって、圧電素子からの放電速度を増速できるとともに、圧電素子に対して逆電圧が印加されることを確実に防止できる。
【００７３】
＝＝＝第３実施形態＝＝＝
本実施形態に係る圧電アクチュエータ１は、非駆動期間においても圧電アクチュエータ１を動作させるため、非駆動期間においては、駆動電圧の直流成分を小さくして駆動する点で、第１実施形態と相違する。本実施形態では、当該構成以外の構成については、第１実施形態に係る圧電アクチュエータ１と共通するため、それらの説明は省略する。
【００７４】
上記第１実施形態では、非駆動期間においては、圧電アクチュエータ１を停止状態（駆動電圧を０Ｖにとする）にして、電圧分布の偏りを低減する態様とした。しかし、圧電アクチュエータ１を常時、駆動状態とする必要がある場合には、圧電素子列に駆動電圧を印加した状態で、電圧分布の偏りを低減するのが望ましい。
【００７５】
図１５に、本実施形態に係る圧電アクチュエータ１の経過時間に応じた駆動状態の一例を示す。図１５のＶa1、Ｖa2、Ｖa3、Ｖa4は、駆動期間及び非駆動期間における、駆動電圧の直流成分の電圧分布を表す。本実施形態では、非駆動期間においても、圧電アクチュエータ１を駆動させており、駆動電圧の直流成分を小さくした状態で駆動させる。例えば、制御部４４は、駆動期間には第１駆動電圧、非駆動期間には第２駆動電圧を設定して、これらを繰り返すように制御する。但し、非駆動期間における交流成分Ｖ1は、当該小さくした直流成分Ｖ0に応じて、逆方向電圧（−電圧）が発生しない小さい値に設定する。
【００７６】
そして、本実施形態では、駆動期間から非駆動期間に切り替える際、駆動電圧の直流成分Ｖ0を、駆動期間の直流成分Ｖ0よりも小さい値とすることによって、電圧分布の偏りを低減している。具体的には、駆動電圧の直流成分Ｖ0を、駆動期間の直流成分Ｖ0よりも小さい値とすることによって、圧電素子列の圧電素子１０に印加される電圧（Ｖa1、Ｖa2、Ｖa3、Ｖa4）を全体として低下させる。これによって、圧電素子１０に蓄積された電荷は、いずれも一定量（直流成分Ｖ0の分圧と静電容量Ｃに応じた量）まで放出されることになる。その結果、再度、駆動期間に切り替えたときには、圧電素子列の圧電素子１０の電圧分布の偏りが解消した状態で、駆動することができるようになる。又、駆動期間から非駆動期間に切り替える際、圧電素子１０が逆電圧によって破損するおそれもなくすことができる。
【００７７】
このときの非駆動期間の駆動電圧は、駆動期間と同様に、直流成分Ｖ0に交流成分Ｖ1が重畳された電圧であり、当該交流成分Ｖ1によって、圧電素子１０を励振することができる。但し、非駆動期間における駆動電圧の直流成分Ｖ0は、駆動期間における直流成分Ｖ0よりも小さい電圧、望ましくは、駆動期間に変動したＶa1、Ｖa2、Ｖa3、Ｖa4のうちの最小値よりも小さい値で、かつ、交流成分Ｖ1の振幅よりも大きい値の電圧とする。
【００７８】
以上、本実施形態に係る圧電アクチュエータによれば、圧電アクチュエータを常時駆動状態としながら、上記第１実施形態と同様の効果を得ることができる。尚、本実施形態においては、放電回路４２の構成も不要となる。
【００７９】
＝＝＝第４実施形態＝＝＝
上記した圧電アクチュエータ１は、種々の装置に利用することができる。
【００８０】
図１６、図１７に、圧電アクチュエータ（圧電モーター）を、ポンプ（カム機構）の駆動力として利用した態様を示す。図１６、図１７に示す装置は、注入針を用いて生体に液体（例えば、インスリン）を注入する液体注入装置Ｐである。尚、図１６は、液体注入装置Ｐの筐体内部の構成を上方から見た図である。又、図１７は、液体注入装置Ｐの筐体の外観を下方から見た斜視図である。
【００８１】
液体注入装置Ｐは、ポンプＰ１、貯留槽Ｐ２、供給管Ｐ３、注入針Ｐ４を備える。そして、ポンプＰ１が動作することによって、貯留槽Ｐ２に貯留された液体が、供給管Ｐ３を介して注入針Ｐ４に輸送される構成となっている。ここで、ポンプＰ１は、カム機構により構成され、圧電アクチュエータ１は、当該カム機構を回転運動させる駆動力として利用されている。
【００８２】
具体的には、ポンプＰ１は、一部が外周方向に突出した円盤状のカムＰ１３、圧電アクチュエータＰ１１及び回転体Ｐ１２によってカム機構を構成する。そして、圧電アクチュエータＰ１１が、回転体Ｐ１２を回転運動させることにより、歯車機構を介して円盤状のカムＰ１３を、供給管Ｐ３の上流側（貯留槽Ｐ２）から下流側（注入針Ｐ４）に向かう方向に回転運動させる。そして、円盤状のカムＰ１３が回転運動することによって、当該円盤状のカムＰ１３の突出した部位が、供給管Ｐ３を上流側から下流側に向けて圧搾し、供給管Ｐ３内の液体を上流側から下流側に搾り出すように移動させる。尚、供給管Ｐ３には、円盤状のカムＰ１３と当接する複数のフィンガーＰ３１が取り付けられており、供給管Ｐ３は、円盤状のカムＰ１３が回転運動するに応じて、当該フィンガーＰ３１を介して筐体の内壁側に押圧されて、口径が狭まるように圧搾される構成となっている。
【００８３】
＝＝＝第５実施形態＝＝＝
上記した圧電アクチュエータ１は、種々の装置に利用することができる。
【００８４】
図１８、図１９に、圧電アクチュエータ（圧電モーター）を、ロボットＱのジョイント部を動作させる駆動力に利用した態様を示す。図１８、図１９に示す装置は、ロボットハンドＱ１で物体を把持して移動させるロボットＱである。尚、図１８は、ロボットＱの外観を上方から見た斜視図である。又、図１９は、ジョイント部Ｑ３、Ｑ４、Ｑ５を拡大して見た側面図である。
【００８５】
ロボットＱは、ロボットハンドＱ１、アームＱ２、ジョイント部Ｑ３、Ｑ４、Ｑ５を備え、ロボットハンドＱ１が、ジョイント部Ｑ３、Ｑ４、Ｑ５を介して、アームＱ２に接続されている。そして、ロボットハンドＱ１は、ジョイント部Ｑ３、Ｑ４、Ｑ５が、移動したり回転したりすることによって、アームＱ２に対して相対的に移動し得る状態となっている。ここで、圧電アクチュエータは、当該ジョイント部Ｑ３、Ｑ４、Ｑ５を並進運動及び回転運動させる駆動力として利用されている。
【００８６】
具体的には、ジョイント部Ｑ３は、圧電アクチュエータＱ３１Ａ、Ｑ３１Ｂと、円盤状の回転体Ｑ３２とを備え、圧電アクチュエータＱ３１Ａ、Ｑ３１Ｂの突起部が、円盤状の回転体Ｑ３２の円盤平面と当接するように設置されている。そして、圧電アクチュエータＱ３１Ａ、Ｑ３１Ｂは、当該突起部を、回転体Ｑ３２の円盤平面に擦り付けるように運動させることによって、回転体Ｑ３２をＲ１方向（回転軸Ｃ−Ｃ回り）に回転移動させる。又、ジョイント部Ｑ４は、圧電アクチュエータＱ４１と、平板状の移動体Ｑ４２とを備え、圧電アクチュエータＱ４１の突起部が、平板状の移動体Ｑ４２の平板面と当接するように設置されている。そして、圧電アクチュエータＱ４１は、当該突起部を、平板状の移動体Ｑ４２の平板面に擦り付けるように運動させることによって、移動体Ｑ４２をＲ２方向（左右方向）に並進移動させる。又、ジョイント部Ｑ５は、ジョイント部Ｑ４と同様に、圧電アクチュエータＱ５１によって、平板状の移動体Ｑ５２の平板面を一方向に擦り付けるように運動させることによって、移動体Ｑ５２をＲ２方向（左右方向）に並進移動させる。以上のように、ジョイント部Ｑ３、Ｑ４、Ｑ５の夫々が、圧電アクチュエータＱ３１Ａ、Ｑ３１Ｂ、Ｑ４１、Ｑ５１の動作によってアームＱ２に対して並進移動、回転移動することが可能となっており、これによって、ジョイント部Ｑ３、Ｑ４、Ｑ５の先端に取り付けられたロボットハンドＱ１は、連動して並進移動、回転移動することが可能となる。
【００８７】
＝＝＝その他の実施形態＝＝＝
尚、上記各実施形態では、圧電アクチュエータ１の構成として、１枚の振動板２０を振動させて回転体２を回転させる態様を示した。しかし、振動板は１枚に限る必要はなく、複数枚の振動板を用いて回転体を回転させるものであってもよい。図２０に、複数枚の振動板２０Ａ、２０Ｂを用いて回転体２を回転させる態様の一例を示している。この場合、振動板２０Ａの圧電素子列と振動板２０Ｂの圧電素子列とは、同様の励振を行うため、振動板２０Ａの圧電素子列と、振動板２０Ｂの圧電素子列とを直列駆動させてもよい（例えば、振動板２０Ａのａ群の圧電素子列と振動板２０Ｂのａ群の圧電素子列とを直列駆動させる）。
【００８８】
又、上記各実施形態では、圧電アクチュエータ１の構成として、回転体２に回転運動（圧電モーターに利用する）させる態様を示した。しかし、本発明に係る圧電アクチュエータは、回転体に回転運動させる態様に限らず、種々の動作を励起させることができる。例えば、被動作対象物は平板状であってもよく、その場合、振動板に取り付けられた突起を平板平面に擦り付けることによって、並進運動を励起させることができる。
【００８９】
又、上記各実施形態では、圧電素子１０の構成として、薄膜状の圧電体１２を用いる態様を示した。しかし、薄膜状の圧電体１２に代えて、バルク状（厚さが１００μｍ以上）の圧電体を用いてもよい。
【００９０】
又、上記各実施形態では、圧電素子１０の構成として、電界方向に対して垂直な方向に励振する圧電体１２を利用する態様を示した。しかし、本発明に係る圧電アクチュエータは、励振方向によらず、圧電素子列を直列駆動する任意の圧電アクチュエータに適用することができる。例えば、複数の圧電素子を積層して、当該複数の圧電素子を直列駆動で電界方向に励振させる圧電アクチュエータについても、同様に適用しうる。
【００９１】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、請求の範囲を限定するものではない。請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
【符号の説明】
【００９２】
１…圧電アクチュエータ
２…回転体
１０…圧電素子
１１…下部電極
１２…上部電極
１３…圧電体
１４…基板
１５…ダイオード
２０…振動板
２１…突起部
２２…腕部
３０…支持機構
４０…駆動装置
４１…駆動電圧生成回路
４２…放電回路
４３…スイッチ回路
４４…制御部
５０…第２放電回路
Ｌａ、Ｌｂ、Ｌｃ…配線
Ｐ…液体注入装置
Ｑ…ロボット
【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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