(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の変位部と、
前記各変位部の基端部を固定する固定部と、
前記全変位部の先端部に共通して配設され、前記各変位部の変位を合成して楕円運動を行う変位合成部と、
前記複数の変位部のうち一の変位部を所定の駆動信号で駆動する駆動手段と、
前記変位合成部を被駆動部材に加圧する加圧手段とを備えるアクチュエータであって、
前記一の変位部と他の変位部とが同位相で振動する第１の振動モードの共振周波数と、前記一の変位部と前記他の変位部とが逆位相で振動する第２の振動モードの共振周波数とが異なるように設定されているとともに、
前記変位合成部の運動を、前記第１の振動モードの振動方向の運動系と前記第２の振動モードの振動方向の運動系とに分解した場合に、前記第１のモードの振動方向の運動系の振幅が大きくなる周波数に変更することにより、前記楕円軌跡の形状を変化させて前記被駆動部材の駆動速度を減速することを特徴とするアクチュエータ。
【請求項２】
前記一の変位部に流れる電流を検出する第１の電流検出手段と、前記他の変位部に流れる電流を検出する第２の電流検出手段と、前記第１の電流検出手段により検出された電流と前記第２の電流検出手段により検出された電流の位相差を算出する位相差算出手段と、前記位相差算出手段により算出された位相差が目標位相差となるように、前記駆動手段の駆動信号の周波数を変更する駆動制御手段とを備えることを特徴とする請求項１に記載のアクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、回転する円盤状のロータや、直進するスライダなどの被駆動部材を駆動する単相駆動型のトラス型アクチュエータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えば特開２００１−２８６１６３号公報に示されるように、複数本の棒状の圧電素子を用いた単相駆動型のトラス型圧電アクチュエータが知られている。
【０００３】
２本の棒状の圧電素子を用いたトラス型アクチュエータは、図１７に示すように、２本の圧電素子１０１，１０２が先端で直交するように両圧電素子の基端部が支持部材１０４に固定される一方、両圧電素子１０１，１０２の先端部はチップ部材１０３で連結された構成をなし、一方の圧電素子１０１に駆動電源１０５から駆動電圧を印加することによって駆動されるようになっている。このアクチュエータ１００を用いてロータ等の被駆動部材Ｒを駆動する場合は、当該ロータＲの周面にアクチュエータ１００が対向配置され、かつ、図略の加圧部材によって支持部材１０４をロータ周面側に付勢することによってアクチュエータ１００のチップ部材１０３がロータ周面に所定の圧力で圧接されるように設けられる。
【０００４】
アクチュエータ１００の圧電素子１０１に交流の駆動信号（例えば矩形波電圧信号）が印加されると、圧電素子１０１が伸縮運動を行うが、圧電素子１０１の先端はチップ部材１０３によって他方の圧電素子１０２に結合されているので、この伸縮運動により他方の圧電素子１０２も伸縮運動を行い、チップ部材１０３は両圧電素子１０１，１０２の伸縮運動が合成された、例えば楕円運動や円運動などの運動を行う。
【０００５】
従って、トラス型圧電アクチュエータ１００では、ロータ周面に圧接されたチップ部材１０３が楕円運動若しくは円運動を行うことにより、この運動エネルギーがチップ部材１０３とロータ周面との摩擦力を介してロータＲに伝達され、当該ロータＲが回転する。
【０００６】
トラス型圧電アクチュエータ１００によるロータＲの駆動メカニズムや駆動特性については、上記特開２００１−２８６１６３号公報に詳細に説明されており、チップ部材１０３の楕円運動若しくは円運動によりロータ周面に伝達される駆動力の成分を、チップ部材とロータ周面との接触点Ｐにおけるロータ周面の接線方向Ｔと法線方向Ｎとに分解した場合、接線方向Ｔの駆動力の大きさは回転速度に関係し、法線方向Ｎの駆動力の大きさは回転トルクに関係することが知られている。このため、トラス型圧電アクチュエータ１００では、チップ部材１０３の楕円運動の形状（すなわち、駆動力のロータ周面の接線方向成分と法線方向成分とのバランス）を制御することにより、速度特性やトルク特性が制御される。
【０００７】
トラス型圧電アクチュエータは、被駆動部材の移動量を高い精度で制御でき、小型化が可能であるので、例えばカメラの撮影レンズの駆動源として用いられる。撮影レンズの駆動制御は、主に撮影レンズを現在位置から焦点位置などの目標位置に迅速に移動させるものであるから、撮影レンズの駆動源には、目標位置の手前まで撮影レンズを高速で移動させた後、撮影レンズの速度を低下し、低速で目標位置に正確に移動させる速度制御が要求される。
【０００８】
従来、単相駆動型のトラス型圧電アクチュエータを高速から低速に切り換える速度制御は、圧電素子１０１の駆動信号の電圧レベルと周波数とによって行われていた。
【０００９】
すなわち、図１８に示すように、圧電素子１０１の駆動信号の電圧レベルを高い電圧Ｖａから低い電圧Ｖｂに変化すると、駆動信号の周波数に対する被駆動部材の速度特性は特性Ｘから特性Ｙに変化するので、電圧Ｖａ，周波数ｆ１の駆動信号によって被駆動部材が速度ｖ１で駆動されている状態で被駆動部材の速度をｖ２に減速する場合は、駆動信号の周波数をｆ１’に変化させるとともに、電圧をＶｂに変化させていた。
【００１０】
なお、トラス型圧電アクチュエータを単相で駆動する場合、チップ部材１０３を効率よく楕円運動若しくは円運動させるには圧電素子１０１，１０２の機械的な共振周波数を利用する必要があり、図１８に示すように、駆動信号の電圧レベルを変化させると、最適な駆動周波数も変化する（特性Ｙのピーク周波数が特性Ｘのピーク周波数からずれる）ため、駆動信号の周波数もｆ１からｆ１’に変化させている。従って、従来の単相駆動型のトラス型圧電アクチュエータの速度制御は主として駆動信号の電圧レベルを制御するものである。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来の単相駆動型のトラス型アクチュエータの速度制御は、主として駆動信号の電圧レベルを制御することによって行っているので、圧電素子１０１の駆動信号の電圧レベルを低下して高速運転から低速運転に切り換えると、圧電素子１０１，１０２の伸縮量がそれぞれ小さくなるため、チップ部材１０３が描く楕円軌跡が、接線方向及び法線方向の両方においてそれぞれ縮小することとなる。すなわち、図１９に示すように、チップ部材１０３の楕円軌跡の形状がＡからＢに相似的に小さくなる。このため、ロータＲに伝達される駆動力の接線成分と法線成分の両方が減少し、回転速度だけでなく回転トルクも低下することとなる。
【００１２】
このように、低速運転時において回転トルクが小さくなると、温度変化などによって負荷が変化したときに、回転速度に対する速度の変動率が大きくなり、一定の速度で低速運転することが困難になるとともに、場合によっては回転停止が生じる虞もあるという問題がある。
【００１３】
本発明は、上記に鑑みてなされたもので、単相駆動型のトラス型アクチュエータにおいて、低速時における負荷の変動に対する駆動速度の安定性が高い駆動制御を実現することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、複数の変位部と、前記各変位部の基端部を固定する固定部と、前記全変位部の先端部に共通して配設され、前記各変位部の変位を合成して楕円運動を行う変位合成部と、前記複数の変位部のうち一の変位部を所定の駆動信号で駆動する駆動手段と、前記変位合成部を被駆動部材に加圧する加圧手段とを備えるアクチュエータであって、前記一の変位部と他の変位部とが同位相で振動する第１の振動モードの共振周波数と、前記一の変位部と前記他の変位部とが逆位相で振動する第２の振動モードの共振周波数とが異なるように設定されているとともに、前記変位合成部の運動を、前記第１の振動モードの振動方向の運動系と前記第２の振動モードの振動方向の運動系とに分解した場合に、前記第１のモードの振動方向の運動系の振幅が大きくなる周波数に変更することにより、前記楕円軌跡の形状を変化させて前記被駆動部材の駆動速度を減速することを特徴とするものである。
【００１５】
この発明によれば、一の変位部と他の変位部とが同位相で振動する第１の振動モードの共振周波数と、一の変位部と他の変位部とが逆位相で振動する第２の振動モードの共振周波数とを異なるように設定したので、前記駆動信号の周波数に応じて、変位合成部の楕円運動における楕円軌跡の２つの径のうち一方の径の増減に対し他方の径が逆に増減する（一方の径が増加すると他方の径が減少し、一方の径が減少すると他方の径が増加する）特性を有する。この楕円軌跡の２つの径は、後述するように、駆動速度及び駆動トルクに関係する。すなわち、一方の径が回転速度に、他方の径が駆動トルクにそれぞれ対応するものであり、前記一方の径が大きくなると前記他方の径が小さくなり、このとき、回転速度は大きくなる一方駆動トルクは小さくなり、逆に、前記一方の径が小さくなると前記他方の径が大きくなり、このとき、駆動速度は小さくなる一方駆動トルクは大きくなる。
【００１６】
したがって、この特性を用いて上記駆動信号の周波数を変更することで、高速運転時には低トルクで、低速運転時には高トルクで被駆動部材が駆動される。
【００１７】
また、第１の振動モードの振動方向の運動系の振幅は駆動トルクに関係し、前記第２の振動モードの振動方向の運動系の振幅は回転速度に関係する。
【００１８】
前記変位合成部の運動を、前記第１の振動モードの振動方向の運動系と前記第２の振動モードの振動方向の運動系とに分解した場合に、前記第１のモードの振動方向の運動系の振幅が大きくなる周波数に変更することにより、前記楕円軌跡の形状を変化させて前記被駆動部材の駆動速度を減速するので、低速運転時において、負荷が変動した時の速度の変動が従来より抑制され、負荷の変動に対する駆動速度の安定性が向上される。
【００１９】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のアクチュエータにおいて、前記一の変位部に流れる電流を検出する第１の電流検出手段と、前記他の変位部に流れる電流を検出する第２の電流検出手段と、前記第１の電流検出手段により検出された電流と前記第２の電流検出手段により検出された電流の位相差を算出する位相差算出手段と、前記位相差算出手段により算出された位相差を目標位相差に設定されるように、前記駆動手段の駆動信号の周波数を変更する駆動制御手段とを備えることを特徴とするものである。
【００２０】
この発明によれば、第１の電流検出手段により、前記一の変位部に流れる電流が検出されるとともに、第２の電流検出手段により、前記他の変位部に流れる電流が検出され、位相差算出手段により、それらの電流の位相差が算出される。そして、駆動制御手段により、算出された位相差が上記目標位相差となるように、前記駆動手段の駆動信号の周波数が変更される。
【００２１】
すなわち、変位合成部の運動軌跡は、第１、第２の圧電素子の振動の位相差に応じて変化するので、この振動の位相差に対応する両圧電素子に流れる電流の位相差を算出し、この位相差が所望の運動軌跡が得られる目標位相差となるように、周波数を変更することにより、変位合成部を所望の軌跡形状を描くように運動させることが可能となる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明に係るアクチュエータの一実施形態の構成を示す図である。また、図２は、アクチュエータの駆動を制御するための制御ブロック図である。
【００２３】
図１において、アクチュエータ１は、２本の棒状の圧電素子を用いたトラス型アクチュエータで構成されている。２本の圧電素子２，３は、圧電効果により電気信号を機械的変位に変換する周知の積層型圧電素子である。２本の圧電素子２，３は先端で直交するように両圧電素子２，３の基端部がベース部材５に固定され、両圧電素子２，３の先端部はチップ部材４で連結されている。チップ部材４は、安定して高い摩擦係数が得られ、摩耗しにくいタングステンなどの金属材料を用いて構成されている。ベース部材５は、製造し易く強度が得られるステンレスなどの金属材料を用いて構成されている。また、これらの接着には接着力や強度に優れたエポキシ系樹脂の接着剤が用いられる。
【００２４】
アクチュエータ１は、被駆動部材である円盤状のロータＲの周面に対向配置され、ベース部材５の背面側に取り付けられた加圧機構６によってチップ部材４がロータ周面に当該ロータＲの径方向に所定の圧力で圧接されている。加圧機構６は、コイルスプリング６１等で構成されている。ロータＲは、アルミニウムなどの金属で作製され、チップ部材４との接触による摩耗を防ぐため、その側面にはアルマイトなどの表面処理が施されている。
【００２５】
アクチュエータ１は、圧電素子２又は圧電素子３の何れか一方に図略の駆動信号生成部（図２の駆動信号生成部７参照）からパルス状若しくは正弦波状の駆動信号が印加されて駆動される。本実施形態では、図２に示すように、駆動信号生成部７と第１、第２圧電素子２，３との間にスイッチＳＷを設け、このスイッチＳＷを切り換えることで駆動信号生成部７から出力される駆動信号を圧電素子２又は圧電素子３の何れかに印加するようにしている。駆動信号の供給先を切り換える構成としているのは、第１、第２圧電素子２，３の何れを励振源とするかによってロータＲの回転方向が変化するため、駆動信号の供給先を切り換えることによってロータＲの回転方向を切り換えるようにしたものである。なお、アクチュエータ１を単相駆動した場合の駆動特性については後述する。
【００２６】
図２において、第１圧電素子２は図１の圧電素子２に相当し、第２圧電素子３は図１の圧電素子３に相当するものである。駆動信号発生部７は第１圧電素子２又は第２圧電素子３に供給する駆動信号を生成するものである。スイッチＳＷは、駆動信号発生部７から出力される駆動信号の供給先を第１圧電素子２又は第２圧電素子３に切り換えるものである。
【００２７】
駆動信号生成部７は、電源８、発振器９、増幅器１０及びＭＰＵ（Micro Processing Unit）１１からなる。電源８は、発振器９、増幅器１０及びＭＰＵ１１等に駆動電源を供給するためのものである。発振器９は、正弦波状若しくはパルス状の駆動信号を生成するものである。発振器９は、例えばＶＣＯ（電圧制御発振器）からなり、生成される駆動信号の周波数を任意に設定することができるようになっている。発振器９の出力信号の周波数はＭＰＵ１１により制御される。増幅器１０は、発振器９で生成された駆動信号のレベルを第１圧電素子２若しくは第２圧電素子３を駆動し得るレベルに増幅するものである。
【００２８】
第１圧電素子２に直列に接続されている抵抗Ｒ１は、第１圧電素子２が機械的に変位した際に当該第１圧電素子２に流れる電流（機械的変位に比例した電流）を電圧に変換するものである。第１圧電素子２に流れる電流は抵抗Ｒ１の電圧降下として検出され、この検出信号（正弦波状の信号）は電流検出部１２に入力される。
【００２９】
第２圧電素子３に直列に接続されている抵抗Ｒ２は第２圧電素子３が機械的に変位した際に当該第２圧電素子３に流れる電流（機械的変位に比例した電流）を電圧に変換するものである。第２圧電素子３に流れる電流は抵抗Ｒ２の電圧降下として検出され、この検出信号（正弦波状の信号）は電流検出部１３に入力される。
【００３０】
電流検出部１２，１３は、入力された検出信号の波形を矩形波に整形して第１圧電素子２，第２圧電素子３の機械的変位に相当する信号を生成し、位相差検出部１４に出力するものである。位相差検出部１４は電流検出部１２から入力される矩形波信号と電流検出部１３から入力される矩形波信号との位相を比較し、両信号の位相差（すなわち、第１圧電素子２の機械的変位と第２圧電素子３の機械的変位との位相差）を検出するものである。この検出信号は、ＭＰＵ１１にフィードバックされる。
【００３１】
ＭＰＵ１１は、発振器９の発振周波数を制御するものである。ＭＰＵ１１は位相差検出部１４から入力される位相差検出信号に基づいて発振器９の発振周波数を制御する。この周波数制御については後述する。
【００３２】
次に、トラス型アクチュエータの駆動メカニズムと単相駆動における速度制御について説明する。
【００３３】
トラス型アクチュエータの駆動メカニズムの詳細については、特開２００１−２８６１６３号公報に説明されているので、ここでは要点を簡単に説明する。
【００３４】
トラス型アクチュエータ１の、例えば第１圧電素子２にだけ駆動信号を供給してチップ部材３を楕円運動若しくは円運動させるためには、第１圧電素子２の機械的共振と第２圧電素子３の機械的共振とを利用して電気エネルギーを機械エネルギーに変換する必要がある。
【００３５】
第１圧電素子２の機械的共振と第２圧電素子３の機械的共振とを利用した、トラス型アクチュエータ１の固有振動モードには、図３（ａ）に示すように、第１圧電素子２と第２圧電素子３とが同位相で伸縮するモード（以下、このモードを同位相モードという。第１の振動モードに相当）と、図３（ｂ）に示すように、第１圧電素子２と第２圧電素子３とが互いに逆位相で伸縮するモード（以下、このモードを逆位相モードという。第２の振動モードに相当）とが存在する。
【００３６】
同位相モードでは、チップ部材４は、図３（ａ）の太字矢印で示すように、第１圧電素子２の軸方向ｎ１と第２圧電素子３の軸方向ｎ２とで挟まれた角度（９０度）を２分する方向Ｎ（この方向はチップ部材４が圧接されたロータ周面の法線方向Ｎに相当する）に単振動する。一方、逆位相モードでは、図３（ｂ）の太字矢印で示すように、チップ部材４は、方向Ｎに直交する方向Ｔ（この方向はチップ部材４が圧接されたロータ周面の接線方向Ｔに相当する）に単振動する。
【００３７】
同位相モードにおけるチップ部材４の振動は、図４に示すように、バネＳ１、重りＷ及びダッシュポット（図４では省略している）を備えた１自由度の粘性減衰振動系（この振動系を第１の振動系という。）で表すことができ、逆位相モードにおけるチップ部材４の振動は、バネＳ２、重りＷ及びダッシュポット（図４では省略している）を備えた１自由度の粘性減衰振動系（この振動系を第２の振動系という。）で表すことができる。
【００３８】
従って、トラス型アクチュエータ１を単相駆動した場合のチップ部材４の運動は、チップ部材４の運動を第１，第２の振動系の運動にモデル化し、例えば第１圧電素子２に駆動信号を与えて駆動力を発生させる場合、第１圧電素子２の駆動力Ｆを、第１の振動系の振動方向Ａ（上記法線方向Ｎと同じ）の成分Ｆａと第２の振動系の振動方向Ｂ（上記接線方向Ｔと同じ）の成分Ｆｂとに分解し、駆動力Ｆａによる第１の振動系の変位量Ｘ１（ｔ）と駆動力Ｆｂによる第２の振動系の変位量Ｘ２（ｔ）とを算出することにより推定することができる。
【００３９】
そして、第１，第２の振動系の運動モデルによるチップ部材４の運動の解析によれば、第１の振動系の固有振動数ｆ１と第２の振動系の固有振動数ｆ２との比率ｒ（＝ｆ１／ｆ２）によってチップ部材４の運動軌跡の形状は変化し、比率ｒが振動系の減衰比ζ（＝η／[２√（ｍ・ｋ）]，η；粘性，ｍ：重りＷの質量，ｋ：バネ定数）に関係した所定の値となるようにチップ部材４の質量等を調整することにより、ある駆動周波数でチップ部材４を円運動させることができることが知られている。
【００４０】
図５は、チップ部材４を円運動させることのできる第１の振動系の固有振動数ｆ１及び第２の振動系の固有振動数ｆ２の条件をシミュレートし、その条件における駆動周波数−振幅特性と駆動周波数−位相遅れ特性とを示したものである。
【００４１】
同図（ａ）は駆動周波数−振幅特性であり、同図（ｂ）は駆動周波数−位相遅れ特性である。
【００４２】
図５は、減衰比ζ＝０．０２５とし、第１の振動系の固有振動数ｆ１を６４ｋＨｚとして、チップ部材４が円運動を行う第２の振動系の固有振動数ｆ２（＝６７ｋＨｚ）と第１圧電素子２の駆動周波数ｆ（≒６５．４ｋＨｚ）とを算出し、その条件下で駆動周波数−振幅特性と駆動周波数−位相遅れ特性とをシミュレートしたものである。
【００４３】
なお、第１の振動系及び第２の振動系の振動の振幅Ｘと減衰比ζとが同一であると仮定した場合、チップ部材４が円運動を行うための比率ｒの条件は、
ｒ＝ｆ１／ｆ２＝（α±√（α２−１））  …(1)
但し、α＝（１−２ζ２）／（１−４ζ２）…(2)
である。
【００４４】
また、チップ部材４が円運動を行う駆動周波数ｆ３は、
ｆ３２＝２（ｆ１・ｆ２）２（１−２ζ２）／（ｆ１２＋ｆ２２）…(3)
である。
【００４５】
上記（１）〜（３）式にｆ１＝６４ｋＨｚ，ζ＝０．０２５を代入すると、α＝１．００１、ｒ＝０．９５６、ｆ２≒６７ｋＨｚ、ｆ３≒６５．４ｋＨｚとなる。
【００４６】
図５（ａ）において、特性（１）は第１の振動系の振幅特性を示し、特性（２）は第２の振動系の振幅特性を示している。第１の振動系は固有振動数ｆ１で共振するから、ピーク点ａに対応する駆動周波数ｆは６４ｋＨｚである。一方、第２の振動系は固有振動数ｆ２で共振するから、ピーク点ｂに対応する駆動周波数ｆは６７ｋＨｚである。
【００４７】
同図（ａ）は、第１の振動系と第２の振動系との構成を同一と仮定しているので、第１の振動系が固有振動数ｆ１で振動した場合の重りＷの振幅特性（チップ部材４が同位相モードで振動した場合の振幅特性。以下、同位相モードの振幅特性という。）と第２の振動系が固有振動数ｆ２で振動した場合の重りＷの振幅特性（チップ部材４が逆位相モードで振動した場合の振幅特性。以下、逆位相モードの振幅特性という。）とは略同一の山形形状をなし、振幅のピーク値（ａ点とb点の値）も同一となっている。
【００４８】
図５（ｂ）において、特性（１）’は第１の振動系の位相遅れ特性を示し、特性（２）’は第２の振動系の位相遅れ特性を示し、特性（３）は、特性（１）’と特性（２）’との差（第１の振動系の振動と第２の振動系の振動との位相差Δφ）を示している。なお、位相遅れとは、第１圧電素子２の振動に対する第１，第２の振動系の振動の位相遅れである。第１圧電素子２の振動は駆動信号に基づくものであるから、図５（ｂ）に示す位相遅れは、実質的に駆動信号に対する第１，第２の振動系の振動の位相遅れに相当している。
【００４９】
同位相モードの振幅特性（１）と逆位相モードの振幅特性（２）が交差する点ｃに対応する駆動周波数ｆ３で駆動した場合、第１の振動系と第２の振動系の振幅は同一で、第１の振動系の振動と第２の振動系の振動との位相差Δφは、図５（ｂ）から分かるように９０°となるから、チップ部材４は円運動を行う（図５の（ｅ）の状態参照）。従って、点ｃに対応する駆動周波数ｆ３はｆ３≒６５．４ｋＨｚである。
【００５０】
また、同図（ｂ）に示すように、駆動周波数ｆ３≒６５．４ｋＨｚにおいては、第１の振動系の振動の位相遅れは９０°より大きく、第２の振動系の振動の位相遅れは９０°より小さいから、チップ部材４は、図４において、反時計回りに回転する。
【００５１】
図５（ｃ）〜（ｇ）は、同図（ａ）の振幅特性と同図（ｂ）の位相遅れ特性を有するトラス型アクチュエータ１を単相駆動した場合のチップ部材４の運動軌跡を示している。図５（ｃ）〜（ｇ）は、図４に示すモデル化でのチップ部材４の運動軌跡を示し、各形状毎に上下左右の直交座標を設定した場合、右４５°の傾斜方向が法線方向Ｎとなり、左４５°の傾斜方向が接線方向Ｔとなっている。
【００５２】
上述のように駆動周波数ｆ３≒６５．４ｋＨｚでは、チップ部材４は円運動を行う（図５（ｅ）参照）。駆動周波数ｆ３を６５．４ｋＨｚからずらせると、チップ部材４の運動軌跡の形状は周波数の変化に応じた楕円形状に変化する。例えば駆動周波数ｆを第１の振動系の固有振動数ｆ１≒６４ｋＨｚの近傍にすると、第１の振動系の振動の振幅が第２の振動系の振動の振幅より大きく、両振動系の振動の位相差は９０°より小さくなるため（図５（ｂ）では約６０°）、図５（ｄ）に示すように、チップ部材４は法線方向Ｎに長径を有する楕円形上を反時計回りに回転する。一方、駆動周波数ｆを第２の振動系の固有振動数ｆ２≒６７ｋＨｚの近傍にすると、第２の振動系の振動の振幅が第１の振動系の振動の振幅より大きく、両振動系の振動の位相差は９０°より小さくなるため（図５（ｂ）では約４５°）、図５（ｆ）に示すように、チップ部材４は接線方向Ｔに長径を有する楕円形上を反時計回りに回転する。
【００５３】
駆動周波数ｆを固有振動数ｆ１，ｆ２より外側に大きくずらせると、両振動系の振動の位相差が殆どなくなるので、図５（ｃ），（ｇ）に示すように、チップ部材４は振動源の振動方向（図４における第１圧電素子２の振動方向ｎ１）に長径を有する楕円形上を反時計回りに回転する。なお、この場合は、第２の振動系及び第１の振動系の振動の振幅が共に小さくなるので、楕円軌跡の大きさは、駆動周波数ｆを固有振動数ｆ１又はｆ２の近傍にした場合よりも小さくなり、ロータＲへ伝達される駆動力は著しく低下する。
【００５４】
次に、ロータＲの駆動力について説明する。
【００５５】
ロータＲの周面にチップ部材４を押し付けた状態で当該チップ部材４を楕円運動若しくは円運動させることによりロータＲを回転駆動するアクチュエータの駆動力は、チップ部材４のロータＲへの押圧力（すなわち、チップ部材４とロータ周面との接触状態）に関係することが知られている。
【００５６】
チップ部材４を楕円運動若しくは円運動させた状態で当該チップ部材４のロータＲへの押圧力を変化させた場合、押圧力が小さい領域では、チップ部材４は、図６に示すように、ロータ周面に対して接触と離脱とを繰り返し、押圧力が大きくなるのに従ってロータ周面との接触期間は長くなり、押圧力が所定の大きさ以上になると、図７に示すように、完全に接触した状態となる。
【００５７】
そして、駆動原理を図６の状態（このときの押圧力の領域を低押圧領域という。）と図７の状態（このときの押圧力の領域を高押圧領域という。）とに分けてモデル化し、トラス型アクチュエータの駆動力を考察すると、以下のようになる。
【００５８】
（低押圧領域）
加圧機構６により押圧力Ｎでチップ部材４がロータＲの周面に押し付けられると、ロータ周面が多少弾性変形してチップ部材４の先端がロータ周面に押し込まれる。この状態でアクチュエータ１が駆動されると、第１圧電素子２の伸びによってベース部材５は後退するが、加圧機構６のコイルスプリング６１は第１圧電素子２の高周波振動に追従できないので、その後退位置で静止した状態となり、チップ部材４がロータ周面に接触する区間では当該ロータ周面が弾性変形しながらチップ部材４は楕円運動若しくは円運動を行う。従って、チップ部材４の駆動力は、チップ部材４がロータ周面に接触する区間だけロータＲに伝達される。
【００５９】
ロータ周面の弾性変形が最も大きくなる点（図６の点Ｐ１）の垂直抗力Ｎ１は、当該ロータ周面が弾性変形して生じる力であるので、ロータＲのばね定数をｋｒ、チップ部材４のロータ周面に押し込まれる量をδ１とすると、Ｎ１＝ｋｒ・δ１となる。そして、このときのロータＲを駆動する駆動力Ｎ１’は、垂直抗力Ｎ１による摩擦力であるから、動摩擦係数をμとすると、Ｎ１’＝μ・Ｎ１＝μ・ｋｒ・δ１となる。
【００６０】
従って、チップ部材４が１回転する間のロータＲの平均的な駆動力ＮＬはＮ１’によって決まり、チップ部材４の押込量δ１は、加圧機構６の加圧力に比例するから、低押圧領域では、加圧力に比例してロータＲの駆動力ＮＬが増加する。
【００６１】
（高押圧領域）
高押圧領域においては、チップ部材４がロータ周面から離脱することがないので、チップ部材４はロータ周面に接触した状態で楕円運動若しくは円運動を行う。従って、ロータＲには常時駆動力が発生することになる。しかし、図７において、チップ部材４が法線方向Ｎより上側を運動しているときのロータＲに発生する駆動力の接線方向Ｔの成分と、チップ部材４が法線方向Ｎより下側を運動しているときのロータＲに発生する駆動力の接線方向Ｔの成分とは互いに逆方向になるので、チップ部材４が１回転する間のロータＲの駆動力ＮＨは、図７の点Ｐ２における駆動力Ｎ２’と点Ｐ３における駆動力Ｎ３’との差と考えられる。
【００６２】
点Ｐ２におけるチップ部材４の押込量をδ２、点Ｐ３におけるチップ部材４の押込量をδ３とすると、点Ｐ２における垂直抗力Ｎ２はＮ２＝ｋｒ・（δ２+δ３）、点Ｐ３における垂直抗力Ｎ３はＮ３＝ｋｒ・δ３であるから、点Ｐ２における駆動力Ｎ２’はＮ２’＝μ・ｋｒ・（δ２+δ３）、点Ｐ３における駆動力Ｎ３’はＮ３’＝μ・ｋｒ・δ３となる。
【００６３】
従って、チップ部材４が１回転する間のロータＲの駆動力ＮＨは、ＮH＝Ｎ２’−Ｎ３’＝μ・ｋｒ・δ２となる。なお、チップ部材４の運動軌跡がロータ周面の弾性変形内に完全に沈み込んだ状態では、点Ｐ２におけるチップ部材４の押込量δ２は、加圧機構６による押圧力に関係なくほぼ一定になることが分っている。従って、高押圧領域では、加圧力に関係なくロータＲの駆動力ＮＨは一定値となる。
【００６４】
上記のように、チップ部材４をロータ周面に圧接した状態で当該チップ部材４を円運動若しくは楕円運動させることによりロータＲを回転させる駆動方式においては、ロータＲの駆動力（すなわち、回転トルク）は、低押圧領域では加圧機構６の加圧力によって決定され、高押圧領域ではチップ部材４の運動軌跡の法線方向Ｎの径（押込量δ２に相当）によって決定される。一方、ロータＲの回転速度は、チップ部材４の運動軌跡における接線方向Ｔの速度（すなわち、運動軌跡の接線方向Ｔの径）によって決定される。
【００６５】
従って、ロータＲを高押圧領域で駆動する構成とした場合、ロータＲの回転速度と回転トルクの制御は、チップ部材４の円運動若しくは楕円運動の形状（具体的には法線方向Ｎの径と接線方向Ｔの径の長さ）を制御して行う必要がある。
【００６６】
上述したように、第１圧電素子２の駆動信号の周波数を一定とし、電圧レベルだけを変化させた場合、チップ部材４の運動軌跡の形状は電圧レベルの増減に応じて相似的に大小変化する。例えば図５の振幅特性と位相遅れ特性とを有するアクチュエータ１において、駆動周波数ｆを６５．４ｋＨｚとした場合、チップ部材４は同図（ｅ）に示すように円運動を行うが、この駆動信号の電圧レベルを高くすると、円運動の半径が大きくなり（すなわち、法線方向Ｎの径Ｒｎと接線方向Ｔの径Ｒｔが共に大きくなり）、ロータＲの回転速度ｖと回転トルクτは共に大きくなる。逆に駆動信号の電圧レベルを低くすると、円運動の半径が小さくなり（すなわち、法線方向Ｎの径Ｒｎと接線方向Ｔの径Ｒｔが共に小さくなり）、ロータＲの回転速度ｖと回転トルクτは共に小さくなる。
【００６７】
従って、駆動信号の電圧レベルによってチップ部材４の運動軌跡を相似的に変化させる駆動制御では、ロータＲを低速度駆動した場合、回転トルクτが小さいため、温度変化等によりロータＲの負荷が重くなると、ロータＲの回転速度ｖが低下し、場合によっては回転が停止するという問題が生じる。
【００６８】
すなわち、図８に示すように、高速運転時の負荷に対するロータＲの速度特性を（ｆ）とし、負荷Ａにおいて、ロータＲの回転速度をｖ２からｖ１に切り換える場合、駆動信号の電圧レベルを変化させて低速運転に切り換えると、低速運転時の負荷に対するロータＲの速度特性は（ｖ）のように変化し、特性曲線の傾きは高速回転時の特性（ｆ）と殆ど変わらない。このため、負荷がＡから増加すると、ロータＲの回転速度はｖ２から急激に低下することとなる。
【００６９】
一方、図５の振幅特性と位相遅れ特性とを有するアクチュエータ１において、駆動信号の電圧レベルを一定とし、駆動周波数ｆを、例えば固有周波数ｆ１から固有振動数ｆ２に変化させていくと、チップ部材４の運動軌跡の形状は、同図（ｄ）〜（ｆ）に示すように、法線方向Ｎに長径を有する楕円から円、円から接線方向Ｔに長径を有する楕円に変化する。
【００７０】
チップ部材４が法線方向Ｎに長径を有する楕円運動を行う場合は（図５（ｄ）の場合）、法線方向Ｎの径Ｒｎが大きく、接線方向Ｔの径Ｒｔが小さいから、ロータＲは、回転速度ｖは低速で、回転トルクτは大きくなり、チップ部材４が接線方向Ｔに長径を有する楕円運動を行う場合は（図５（ｆ）の場合）、接線方向Ｔの径Ｒｔが大きく、法線方向Ｎの径Ｒｎが小さいから、ロータＲは、回転速度ｖは高速で、回転トルクτは小さくなる。また、チップ部材４が円運動を行う場合は（図５（ｅ）の場合）、接線方向Ｔの径Ｒｔと法線方向Ｎの径Ｒｎとが等しくなるから、速度特性及びトルク特性は、図５（ｄ）の場合と図５（ｆ）の場合の中間、すなわち、ロータＲは、回転速度ｖは中程度の速度で、回転トルクτも中程度となる。
【００７１】
従って、駆動信号の周波数によって楕円の向きが変化する（駆動信号の周波数によって法線方向の径と接線方向の径とが逆に増減する）ようにチップ部材４の運動軌跡の形状を変化させる駆動制御では、ロータＲを低速度駆動した場合、回転トルクτが大きいため、温度変化等によりロータＲの負荷が重くなっても、ロータＲの回転速度ｖが低下し難く、駆動信号の電圧レベルによって駆動制御を行う場合の上記問題を低減することができる。
【００７２】
すなわち、図８に示すように、負荷Ａにおいて、ロータＲの回転速度をｖ２からｖ１に切り換える場合、駆動信号の周波数を変化させて低速運転に切り換えると、低速運転時の負荷に対するロータＲの速度特性は（ｄ）のように変化し、特性曲線の傾きが高速回転時の特性（ｆ）よりも緩やかになる。これは、上述したように、低速運転時のチップ部材４の楕円形状の法線方向の径Ｒｔが高速運転時のチップ部材４の楕円形状の法線方向の径Ｒｔよりも長くなるから、チップ部材４の押込量δ２（すなわち、摩擦力）が高速回転時より大きくなる結果、回転トルクが相対的に大きくなり、負荷が重くなってもこれに抗して容易に回転速度が低下しないようになるからである。
【００７３】
このため、負荷がＡから増加しても、ロータＲの回転速度はｖ１から緩やかに低下し、速度変化率は駆動信号の電圧レベルによる駆動制御よりも大幅に低減される。
【００７４】
本実施形態に係るアクチュエータ１は、低速駆動時の負荷変動に対する速度変動を可及的に低減するため、第１圧電素子２の駆動信号の周波数を制御することによって速度制御を行うようにしている。
【００７５】
次に、図２に戻り、本実施形態に係るアクチュエータ１の駆動制御について説明する。
【００７６】
今、本実施形態に係るアクチュエータ１を、カメラの撮影レンズの駆動源として用いるものとし、この撮影レンズを、図９、図１０に示すように、現在位置Ｌ０から目標位置となる焦点位置Ｌ２より所定距離だけ手前の位置Ｌ１まで高速（速度Ｖ２）で移動させた後、撮影レンズの速度を低下し、低速（速度Ｖ１）で焦点位置Ｌ２まで移動させるものとする。
【００７７】
このような撮影レンズの速度制御を行う場合に、本実施形態においては、駆動周波数によって法線方向の径と接線方向の径とが逆に増減するようにチップ部材４の運動軌跡の形状を変化させる駆動制御では、低速度駆動時のロータＲの回転速度ｖが変動し難いことから、図５（ｄ）〜（ｆ）のいずれか２つの楕円軌跡を高速運転時及び低速運転時に採用して上記速度制御を行うようにしている。
【００７８】
具体的には、（ｄ）〜（ｆ）の各楕円軌跡において、（ｄ）の楕円軌跡が、法線方向の径が最大、接線方向の径が最小（回転トルクが最大、回転速度が最小）で、（ｆ）の楕円軌跡が、法線方向の径が最小、接線方向の径が最大（回転トルクが最小、回転速度が最大）であるという関係を有しているから、高速運転時には（ｆ）の楕円軌跡でロータＲを駆動し、低速運転時には（ｄ）または（ｅ）の楕円軌跡でロータＲを駆動するか、あるいは、高速運転時には（ｅ）の楕円軌跡でロータＲを駆動し、低速運転時には（ｄ）の楕円軌跡でロータＲを駆動するようにしている。
【００７９】
なお、（ｃ）及び（ｇ）の楕円軌跡は、法線方向及び接線方向の振幅がともに小さいので、本実施形態に係る速度制御には用いない。
【００８０】
上記のように、本実施形態の速度制御に適用可能な楕円軌跡の組み合わせとしては３種類（（ｆ）と（ｄ），（ｆ）と（ｅ），（ｅ）と（ｄ））存在するが、速度制御の基本的な方法は全て略同様であるから、以下の説明では、（ｄ）と（ｆ）の楕円軌跡を用いて速度制御を行うものを例にとって説明する。
【００８１】
その場合に、本実施形態のアクチュエータ１においては、図１１に示すように、駆動信号の周波数に応じて第１、第２圧電素子２，３に流れる電流の位相差が線形に変化することから、第１、第２圧電素子２，３に流れる電流の位相差に基づいて発振器９の発振周波数（第１圧電素子２に印加する駆動信号の周波数）を制御するようにしている。
【００８２】
このように第１、第２圧電素子２，３に流れる電流の位相差に基づいて駆動信号の周波数を制御するように構成することで、温度変化等によって第１、第２圧電素子２，３の共振周波数が変化し、図５の（ａ）に示す特性が、共振周波数の差が一定のまま全体的に増加もしくは減少する方向（矢印Ｄまたは矢印Ｅの方向）にシフトする現象が発生した場合でも、電流の位相差が変化前と変化後とで一定となるように駆動信号の周波数を変更することにより、所望の運動軌跡を安定して得ることができる。
【００８３】
例えば、第１圧電素子２に供給する駆動信号の周波数を６５ｋＨｚとし、（ｅ）の円軌跡でロータＲを駆動している途中で、図５（ａ），（ｂ）の特性が図１２に示すように全体的に左方に例えば２ｋＨｚ分シフトしたものとする。このとき、駆動信号の周波数を変更しなければ、第１の振動系と第２の振動系の位相差が９０°より小さくなるとともに、第２の振動系の振動振幅が第１の振動系の振動振幅より大きくなるため、運動軌跡は接線方向に長径を有する楕円軌跡に変化し、（ｅ）の円軌跡が得られなくなる。そこで、本実施形態では、第１，第２圧電素子２，３に流れる電流の位相差が、各振動系の振動の位相差が９０°のときの位相差となるように周波数を変更する（この例では周波数を６５．４ｋＨｚから６３．４ｋＨｚに変更する）ことにより、第１、第２圧電素子２，３の振動の位相差及び振幅が変化せず、チップ部材４に一定の楕円軌跡を描かせることができる。
【００８４】
このような理由から、本実施形態では、図２に示すように、第１、第２圧電素子２，３に直列に抵抗Ｒ１、Ｒ２を接続し、第１、第２圧電素子２，３に流れる電流を検出して、各電流の位相差情報をＭＰＵ１１にフィードバックする構成としている。
【００８５】
図５、図９〜図１１に戻り、（ｄ）及び（ｆ）の楕円軌跡を用いた撮影レンズの速度制御について説明する。なお、駆動信号の周波数と上記電流の位相差との関係を示す図１１において、駆動信号の周波数が固有振動数ｆ１のとき、電流の位相差はφ１となり、駆動信号の周波数が固有振動数ｆ２のとき、上記電流の位相差はφ２となるものとする。
【００８６】
まず、ＭＰＵ１１は、発振器９の発振周波数を所定の初期値に設定し、時刻ｔ０で、駆動信号発生部７から所定の駆動信号を第１圧電素子２に供給する。これにより、第１，第２圧電素子２，３は振動し、その振動に応じた電流（振動の振幅及び周波数に対応する電流）が流れ、図２に示すように、位相差検出部１４からＭＰＵ１１に位相差情報がフィードバックされる。
【００８７】
ＭＰＵ１１は、高速運転を行うべく、上記位相差がφ２となるように発振器９の発振周波数ｆを調整する（図４（ａ）に示す振幅特性がシフトしていなければｆ２（６７ｋＨｚ）に設定される）。これにより、チップ部材４は、接線方向の径が相対的に長く、法線方向の径が相対的に短い（ｆ）の楕円軌跡を描き、その結果、ロータＲは高速で駆動される。
【００８８】
撮影レンズが距離Ｌ１だけ移動した時刻ｔ１で、ＭＰＵ１１は、低速運転を行うべく、上記位相差がφ１となるように発振器９の発振周波数ｆを調整する（特性がシフトしていなければ図５に示すようにｆ１（６３ｋＨｚ）に設定される）。これにより、チップ部材４は、接線方向の径が相対的に短く、法線方向の径が相対的に長い（ｄ）の楕円軌跡を描き、撮影レンズが目標位置Ｌ２に到達するまでロータＲは大きなトルクで駆動される。その結果、低速運転中に温度変化等によって負荷の変動が発生しても、ロータＲを略一定の速度で駆動することができる。
【００８９】
なお、第１の実施形態のアクチュエータ１は、同位相モードの共振周波数と逆位相モードの共振周波数の差が３ｋＨｚに設定されたものであるが、この共振周波数の差は上記３ｋＨｚに限られず、本発明は、両モードの共振周波数が一致しないように構成されたアクチュエータであれば適用可能である。
【００９０】
例えば、図１３に示すように、共振周波数の差が３ｋＨｚより大きく設定されたアクチュエータの場合（第１の振動系の振幅特性は特性（４）、第２の振動系の振幅特性は特性（５））には、次のように駆動制御を行うとよい。
【００９１】
図１３（ａ）に示すように、第１の振動系と第２の振動系との構成を同一と仮定すると、第１の実施形態と同様に、同位相モードの振幅特性と逆位相モードの振幅特性とは略同一の山形形状をなし、振幅のピーク値（ｄ点とｅ点の値）も同一となる。図１３（ｂ）において、特性（４）’は第１の振動系の位相遅れ特性を示し、特性（５）’は第２の振動系の位相遅れ特性を示し、特性（６）は、第１の振動系の振動と第２の振動系の振動との位相差Δφを示している。
【００９２】
そして、第１の振動系の振幅特性（４）と第２の振動系の振幅特性（５）が交差する点ｆに対応する駆動周波数ｆ４で駆動した場合、第１の振動系と第２の振動系の振幅は同一で、第１の振動系の振動と第２の振動系の振動との位相差Δφは９０°より大きくなるから、チップ部材４は第２圧電素子３の振動方向ｎ２に長径を有する楕円運動を行う（図１３の（ｅ）の状態参照）。
【００９３】
図１３（ｃ）〜（ｇ）は、同図（ａ）の振幅特性と同図（ｂ）の位相遅れ特性を有するトラス型アクチュエータ１を単相駆動した場合のチップ部材４の運動軌跡である。
【００９４】
駆動周波数ｆを第１の振動系の固有振動数ｆ５の近傍にすると、第１の振動系の振動の振幅が第２の振動系の振動の振幅より大きく、両振動系の振動の位相差は９０°より小さくなるため（図１３（ｂ）では約６０°）、図１３（ｄ）に示すように、チップ部材４は法線方向Ｎに長径を有する楕円形上を反時計回りに回転する。一方、駆動周波数ｆを第２の振動系の固有振動数ｆ６の近傍にすると、第２の振動系の振動の振幅が第１の振動系の振動の振幅より大きく、両振動系の振動の位相差は９０°より小さくなるため（図１３（ｂ）では約８０°）、図１３（ｆ）に示すように、チップ部材４は接線方向Ｔに長径を有する楕円形上を反時計回りに回転する。
【００９５】
駆動周波数ｆを固有振動数ｆ５，ｆ６より外側に大きくずらせると、両振動系の振動の位相差が殆どなくなるので、図１３（ｃ），（ｇ）に示すように、チップ部材４は振動源の振動方向（図４における第１圧電素子２の振動方向ｎ１）に長径を有する楕円形上を反時計回りに回転する。なお、この場合は、第２の振動系及び第１の振動系の振動の振幅が共に小さくなるので、楕円軌跡の大きさは、駆動周波数を固有振動数ｆ５又はｆ６の近傍にした場合よりも小さくなり、ロータＲへ伝達される駆動力は著しく低下する。
【００９６】
このような特性を有するアクチュエータにおいては、図１３（ｄ）は法線方向Ｎに大きな長径を有し、図１３（ｆ）は接線方向Ｔに大きな長径を有するので、高速運転時には、周波数ｆ６で駆動してチップ部材４に図１３（ｆ）を描かせる一方、低速運転時には、周波数ｆ５で駆動してチップ部材４に図１３（ｄ）を描かせることにより、低速運転時には大きなトルクでロータＲを駆動することができる。これにより、低速運転時の負荷の変動による速度変化率を従来の場合に比べて小さくすることができる。
【００９７】
また、図１４に示すように、共振周波数の差が３ｋＨｚより小さく設定されたアクチュエータの場合（第１の振動系の振幅特性は特性（７）、第２の振動系の振幅特性は特性（８））には、次のように駆動制御を行うとよい。
【００９８】
図１４（ａ）に示すように、第１の振動系と第２の振動系との構成を同一と仮定すると、第１、第２の実施形態と同様に、第１の振動系の振動の振幅特性と第２の振動系の振動の振幅特性とは略同一の山形形状をなし、振幅のピーク値（ｇ点とｈ点の値）も同一となる。図１４（ｂ）において、特性（７）’は第１の振動系の位相遅れ特性を示し、特性（８）’は第２の振動系の位相遅れ特性を示し、特性（９）は、第１の振動系の振動と第２の振動系の振動との位相差Δφである。
【００９９】
第１の振動系の振動の振幅特性（７）と第２の振動系の振動の振幅特性（９）が交差する点ｉに対応する駆動周波数ｆ７で駆動した場合、第１の振動系と第２の振動系の振幅は同一で、第１の振動系の振動と第２の振動系の振動との位相差Δφは９０°より小さくなるから、チップ部材４は第１圧電素子３の振動方向ｎ２に長径を有する楕円運動を行う（図１４の（ｅ）の状態参照）。
【０１００】
図１４（ｃ）〜（ｇ）は、同図（ａ）の振幅特性と同図（ｂ）の位相遅れ特性を有するトラス型アクチュエータ１を単相駆動した場合のチップ部材４の運動軌跡である。
【０１０１】
駆動周波数を第１の振動系の固有振動数ｆ８の近傍にすると、第１の振動系の振動の振幅が第２の振動系の振動の振幅よりやや大きく、両振動系の振動の位相差は９０°より小さいため（図１４（ｂ）では約４５°）、図１４（ｄ）に示すように、チップ部材４は、第１圧電素子３の振動方向ｎ２からやや法線方向Ｎよりに傾斜する方向に長径を有する楕円形上を回転する。一方、駆動周波数を第２の振動系の固有振動数ｆ９の近傍にすると、第２の振動系の振動の振幅が第１の振動系の振動の振幅よりやや大きく、両振動系の振動の位相差は９０°より小さいため（図１４（ｂ）では約４５°）、図１４（ｆ）に示すように、チップ部材４は、第１圧電素子３の振動方向ｎ２からやや接線方向Ｔよりに傾斜する方向に長径を有する楕円形上を回転する。
【０１０２】
駆動周波数ｆを固有振動数ｆ８，ｆ９より外側に大きくずらせると、両振動系の振動の位相差が殆どなくなるので、図１４（ｃ），（ｇ）に示すように、チップ部材４は振動源の振動方向（図４における第１圧電素子２の振動方向ｎ１）に長径を有する楕円形上を反時計回りに回転する。なお、この場合は、第２の振動系及び第１の振動系の振動の振幅が共に小さくなるので、楕円軌跡の大きさは、駆動周波数を固有振動数ｆ８又はｆ９の近傍にした場合よりも小さくなり、ロータＲへ伝達される駆動力は著しく低下する。
【０１０３】
このような特性を有するアクチュエータにおいては、図１４（ｄ）は法線方向Ｎに大きな振動成分を有し、図１４（ｆ）は接線方向Ｔに大きな振動成分を有するので、高速運転時には、周波数ｆ８で駆動してチップ部材４に図１４（ｆ）を描かせる一方、低速運転時には、周波数ｆ９で駆動してチップ部材４に図１４（ｄ）を描かせることにより、低速運転時には大きなトルクでロータＲを駆動することができる。これにより、低速運転時の負荷の変動による速度変化率を従来の場合に比べて小さくすることができる。
【０１０４】
第１〜第３の実施形態のように、同位相モードの共振周波数と逆位相モードの共振周波数との差を適宜設定することにより、その設定値特有の楕円軌跡が得られる。したがって、例えば周波数の変化に伴って回転速度及び回転トルクが比較的大きく変化するアクチュエータを構成したい場合には、上記３つの実施形態の中では、第２実施形態のように共振周波数の差を３ｋＨｚより大きく設定すればよい。また、高速運転と低速運転間の切換えの途中に、所定の目的で円形の楕円軌跡を描く状態を経由させたい場合には、第１実施形態のように共振周波数の差を３ｋＨｚに設定するとよい。このように要求される特性に応じて同位相モードの共振周波数と逆位相モードの共振周波数の差を適宜設定してアクチュエータを構成すればよい。
【０１０５】
なお、第１〜第３の実施形態では、第１、第２圧電素子２，３に流れる電流を検出するようにし、これらの電流の位相差が所定値となるように発振器９の周波数を制御するように構成したが、これに限らず、例えば、図１５に示すように、エンコーダ等で構成される速度検出部１５により、ロータＲの回転速度を検出し、この検出速度が所定の速度となるように、ＭＰＵ１１が発振器９の発振周波数を制御するように構成してもよい。すなわち、高速運転時には、速度検出部１５から速度Ｖ１が出力されるように発振器９の発振周波数を調整し、低速運転時には、速度検出部１５から速度Ｖ２が出力されるように発振器９の発振周波数を調整するように構成してもよい。
【０１０６】
本発明は、上記のアクチュエータに限らず、図１６に示すように、単層の圧電素子２ａ，３ａと金属製の弾性体２ｂ，３ｂとを直列に接続した構成を有するアクチュエータにも適用可能である。
【０１０７】
また、本発明は、上記実施形態のようにロータＲを回転駆動する場合の他に、スライダ等をリニア駆動する場合にも適用可能である。
【０１０８】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明によれば、一の変位部と他の変位部とが同位相で振動する第１の振動モードの共振周波数と、一の変位部と他の変位部とが逆位相で振動する第２の振動モードの共振周波数とを異なるように設定したので、前記駆動信号の周波数に応じて、変位合成部の楕円運動における楕円軌跡の２つの径のうち一方の径の増減に対し他方の径が逆に増減する（一方の径が増加すると他方の径が減少し、一方の径が減少すると他方の径が増加する）特性を有することとなり、この特性を用いて上記駆動信号の周波数を変更するようにしたので、高速運転時には低トルクで、低速運転時には高トルクで被駆動部材を駆動することができる。
【０１０９】
また、前記変位合成部の運動を、前記第１の振動モードの振動方向の運動系と前記第２の振動モードの振動方向の運動系とに分解した場合に、前記第１のモードの振動方向の運動系の振幅が大きくなる周波数に変更することにより、前記楕円軌跡の形状を変化させて前記被駆動部材の駆動速度を減速するので、低速運転時において、負荷が変動した時の速度の変動を従来より抑制することができ、その結果、負荷の変動に対する駆動速度の安定性を向上することができる。
【０１１０】
請求項２に記載の発明によれば、各圧電素子の振動の位相差に対応する両圧電素子に流れる電流の位相差を算出し、この位相差が所望の運動軌跡が得られる目標位相差となるように、周波数を変更するようにしたので、変位合成部を所望の軌跡形状を描くように運動させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係るアクチュエータの一実施形態の構成を示す図である。
【図２】  アクチュエータの駆動を制御するための制御ブロック図である。
【図３】  同位相モード及び逆位相モードの説明図である。
【図４】  バネ、重り及びダッシュポットからなる直交する２つの粘性減衰振動系の振動モデルを示す図である。
【図５】  同位相モードと逆位相モードの共振周波数の差を３ｋＨｚとした場合の、第１の振動系及び第２の振動系の振動の振幅及び、励振力に対する位相遅れの共振周波数付近の周波数特性を示す図である。
【図６】  低押圧領域での駆動原理モデル図である。
【図７】  高押圧領域での駆動原理モデル図である。
【図８】  負荷に対するロータの回転速度の特性を示す図である。
【図９】  第１の実施形態に係る撮影レンズの速度制御を説明するための説明図である。
【図１０】  第１の実施形態に係る撮影レンズの速度制御を説明するための説明図である。
【図１１】  発振器の周波数と第１、第２圧電素子に流れる電流の位相差との関係を示す図である。
【図１２】  図５（ａ），（ｂ）の特性が全体的に左方に２ｋＨｚ分シフトしたときの振幅特性及び位相遅れ特性を示す図である。
【図１３】  共振周波数が離れた状態の、第１の振動系及び第２の振動系の振動の振幅及び、励振力に対する位相遅れの共振周波数付近の周波数特性を示す図である。
【図１４】  共振周波数が近づいた状態の、第１の振動系及び第２の振動系の振動の振幅及び、励振力に対する位相遅れの共振周波数付近の周波数特性を示す図である。
【図１５】  アクチュエータの駆動を制御するための制御ブロックの他の形態を示す図である。
【図１６】  アクチュエータの他の実施形態の構成を示す図である。
【図１７】  従来のトラス型アクチュエータの概略構成図である。
【図１８】  従来のロータの速度制御方法を説明するための説明図である。
【図１９】  従来の速度制御方法の問題点を説明するための説明図である。
【符号の説明】
１      アクチュエータ
２，３  圧電素子
４      チップ部材
５      ベース部材
６      加圧機構
７      駆動信号生成部
９      発振器
１１    ＭＰＵ（駆動制御手段）
１２，１３  電流検出部
１４    位相差検出部
【図１】
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【図２】
0004075363.tif 000003
【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】
0004075363.tif 000008
【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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