(57)【要約】【課題】圧電アクチュエータから発生される数ｋＨｚの周波数帯の振動音を低減するととともに、その振動音の音圧も低くできる圧電アクチュエータ装置を提供する。【解決手段】第１の圧電素子１０を備える駆動体と、駆動体の一端に取り付けられた回転軸と、回転軸の接触面と当接する軸受面を備えた軸受部と、軸受面と接触面の摩擦抵抗による回転抵抗力を回転軸に付与する弾性部材と、軸受部の裏面に当接して配置され、回転軸の軸方向に振動する第２の圧電素子１８とを有する圧電アクチュエータと、第１の圧電素子１０および第２の圧電素子１０に接続され、正弦波形状の第１の制御信号を第１の圧電素子１０に供給する第１制御信号生成手段４２と、第１の制御信号の波頭または波底信号の後の遅延時間経過後の給電時間において第２の圧電素子１８に矩形波状の第２の制御信号を供給する第２制御信号生成手段４３とを有する駆動装置４０とを備える。【選択図】図３
2009232584.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
屈曲振動する第１の圧電素子を備える長尺状の駆動体と、
前記駆動体の一端に取り付けられた回転軸と、
前記回転軸の端部に形成された接触面と当接する軸受面を備えた軸受部と、
前記軸受面に前記接触面を押接させ、これら軸受面と接触面の摩擦抵抗による回転抵抗力を前記回転軸に付与する弾性部材と、
前記軸受部の裏面に当接して配置され、前記回転軸の軸方向に振動し、前記軸受部を前記回転軸の軸方向に振動させる第２の圧電素子と、
を有する圧電アクチュエータと、
前記圧電アクチュエータの前記駆動体の前記第１の圧電素子および前記第２の圧電素子に接続され、
正弦波形状の第１の制御信号を前記第１の圧電素子に供給し、前記第１の圧電素子を屈曲振動させる第１制御信号生成手段と、
前記第１の制御信号の波頭または波底信号の後の予め定められた遅延時間経過後に、予め定められた給電時間において前記第２の圧電素子を前記回転軸の軸方向に振動させる第２の制御信号を前記第２の圧電素子に供給する第２制御信号生成手段とを有する駆動装置と
を備える圧電アクチュエータ装置。
【請求項２】
請求項１に記載の圧電アクチュエータ装置において、前記第２の制御信号は、複数の矩形波信号からなることを特徴とする圧電アクチュエータ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、圧電アクチュエータ装置、特に屈曲振動する駆動体が回転軸を中心に揺動又は回転運動する圧電アクチュエータ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
小型の回転駆動型アクチュエータとして、近年、圧電セラミックス等を用いた圧電アクチュエータ（以下、「圧電アクチュエータ」という。）が開発され、その実用化が進められている（例えば、特許文献１、特許文献２、特許文献３参照）。
このような圧電アクチュエータは、バイモルフ型圧電素子を用いて形成された板状の駆動体を有している。この駆動体の一端には、圧電アクチュエータが配置される筐体に回転自在に支持された回転軸が設けられている。回転軸には、フランジ部が形成されており、このフランジ部が筐体の凹部に収容されている。接触面であるフランジ部の下面は、凹部底面の軸受面と接触している。
【０００３】
回転軸の下端は引張バネにて回転軸の軸方向に引っ張られており、フランジ下面の接触面と軸受面が押接され、その間の摩擦力により回転軸に回転抵抗力が付与される。
そして、正から負または負から正に変化する電圧の、一方が緩やかに変化し他方が急に変化するいわゆる鋸歯状の電圧を駆動体のバイモルフ型圧電素子に印加し、駆動体の左右方向に屈曲振動に緩急の変化を生じさせ、この緩急の変化により駆動体に他の回転方向に比べ一の回転方向に大きな慣性力を生じさせ、回転抵抗力よりも一の回転方向における慣性力を大きくなるようにして、駆動体が回転軸を中心に一の方向に回転するようになっている。
また、この駆動体にワイパブレードを取り付けることで被払拭面を払拭するワイパ装置として利用する技術が提案されている。
【特許文献１】特開２００４−２０１４８９号公報
【特許文献２】特開２００５−２１８１８４号公報
【特許文献３】特開２００５−２５３１６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述の従来技術における、電圧が急に変化する部分を有する鋸歯状の電圧は、低次から高次までの多数の周波数成分の信号が重畳されたものである。したがって、このような鋸歯状の電圧の印加される駆動体のバイモルフ型圧電素子は、屈曲振動するときに低周波のみならず高周波の振動音を生じさせる。このとき、数ｋＨｚの周波数帯の振動音も発生してしまい、その周波数帯の振動音に対し、不快感を唱える者もいる。また、低周波から高周波までの複数の周波数成分の電圧波形が重畳されているため、バイモルフ型圧電素子から発生される音圧も高くなっており、静かな室内での使用等の静粛性が求められる用途において、その適用が困難であるという問題もある。
【０００５】
そこで、この発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、人に不快感を与える可能性のある数ｋＨｚの周波数帯の圧電アクチュエータから発生される振動音を低減するととともに、その振動音の音圧も低くできる圧電アクチュエータ装置、及びこの圧電アクチュエータ装置を用いたワイパ装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の課題を解決するために、本発明の圧電アクチュエータ装置は、屈曲振動する第１の圧電素子を備える長尺状の駆動体と、前記駆動体の一端に取り付けられた回転軸と、前記回転軸の端部に形成された接触面と当接する軸受面を備えた軸受部と、前記軸受面に前記接触面を押接させ、これら軸受面と接触面の摩擦抵抗による回転抵抗力を前記回転軸に付与する弾性部材と、前記軸受部の裏面に当接して配置され、前記回転軸の軸方向に振動し、前記軸受部を前記回転軸の軸方向に振動させる第２の圧電素子と、を有する圧電アクチュエータと、前記圧電アクチュエータの前記駆動体の前記第１の圧電素子および前記第２の圧電素子に接続され、正弦波形状の第１の制御信号を前記第１の圧電素子に供給し、前記第１の圧電素子を屈曲振動させる第１制御信号生成手段と、前記第１の制御信号の波頭または波底信号の後の予め定められた遅延時間経過後に、予め定められた給電時間において前記第２の圧電素子を前記回転軸の軸方向に振動させる第２の制御信号を前記第２の圧電素子に供給する第２制御信号生成手段とを有する駆動装置とを備える。また、前記第２の制御信号は、複数の矩形波信号からなるものであってよい。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、圧電アクチュエータから発生される人に不快感を与える可能性のある数ｋＨｚの周波数帯の振動音を低減するととともに、その振動音の音圧も低くできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
次に、この発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１及び図２は、この発明の圧電アクチュエータ装置を用いたワイパ装置の斜視図及び断面図である。ワイパ装置１は、例えば、自動車のサイドバンパー、フロントグリル、及びリヤガラス等に取付けられるＣＣＤカメラ等のレンズカバー（図示せず）に取り付けられる。圧電アクチュエータ３には、圧電アクチュエータ３に第１の制御信号及び第２の制御信号を供給する駆動装置４０が接続されており、圧電アクチュエータ３と駆動装置４０から圧電アクチュエータ装置２は構成されている。
【０００９】
ワイパ装置１は、略円環状のレンズホルダ４と、この一側に設けられた圧電アクチュエータ３とを備えている。レンズホルダ４は、ステンレス材（例えば、ＳＵＳ３０４Ｌ）で形成されたものであって、内周面５にはレンズホルダ４に対応するレンズ６が内嵌固定されている。
【００１０】
圧電アクチュエータ３は、レンズホルダ３に一体成形されているベースプレート７と、このベースプレート７の軸受部７ｂに回転自在に支持された回転軸８と、回転軸８に取付けられた駆動体２７とを備えている。
駆動体２７は、回転軸８の外周面８ａから径方向外側に向かって延出するアーム部９を有している。このアーム部９には、電気−機械変換素子の１つであるバイモルフ型圧電素子（第１の圧電素子）１０が使用されている。バイモルフ型圧電素子（第１の圧電素子）１０は、薄い金属板の中心電極両面に２枚の圧電セラミックスを貼り合わせた構造となっている。バイモルフ型圧電素子（第１の圧電素子）１０は、この全体がゴム製のブレードラバー１２で被覆された状態になっている。アーム部９の下側側面、つまり、アーム部９のレンズ６側の側面には、アーム部９の長さに対応するゴム製のワイパブレード１１が設けられている。このワイパブレード１１は、レンズ６を払拭するためのものであって、ブレードラバー１２と一体成形されている。
【００１１】
回転軸８は、コプナ樹脂等の熱硬化性樹脂（例えば、株式会社大西ライト工業所製「ＳＫレジン（商品名）」等）で形成されたものであって、駆動体２７が取付けられている軸本体１３を有している。この軸本体１３の下端（接触面）１３ａ（図２における紙面下側）には、段差によって縮径された縮径部１４が一体成形されている。
【００１２】
これら軸本体１３と縮径部１４は、内部が中空状になっており、ここにバイモルフ型圧電素子（第１の圧電素子）１０に対して電力を供給するためのリード線３６が配線されている。このリード線３６は、一端がバイモルフ型圧電素子（第１の圧電素子）１０に接続され、他端が駆動装置４０に接続されている。軸本体１３の上端（図２における紙面上側）には、径方向略中央に半球形上の凸部１５が形成されている。
【００１３】
縮径部１４は、ベースプレート７の軸受部７ｂに回転自在に支持されている。ベースプレート７の軸受部７ｂには、縮径部１４に対応する部位に縮径部１４を回転自在に支持可能な軸孔１６が形成されている。また、軸本体１３が当接し配置されるベースプレート７の軸受面７ａと反対側には、軸方向平面視略円形の凹部１７が形成されている。
【００１４】
凹部１７の内周面１７ａには、雌ネジ部１９が刻設されており、外周面に雄ネジ部２１が刻設されている固定ネジ２０が螺入されている。固定ネジ２０の径方向略中央には、回転軸８の縮径部１４を挿通可能な挿通孔２２が形成されている。この挿通孔２２は、固定ネジ２０を締め付けるときに使用される工具（図示せず）を挿入する部位としても利用され、挿通孔２２の縮径部１４とは反対側端部の開口部周縁には、工具の一部と勘合する鉤部２３が形成されている。
【００１５】
固定ネジ２０の回転軸８に対向する側端部には、略円環状の突出部２４が一体形成され、ここに略円環状の第２の圧電素子１８の内周面が挿入されている。この第２の圧電素子１８は、回転軸の軸方向Ｄに伸縮振動する積層型圧電素子１８であって、リード線３６にて駆動装置４０に電気的に接続されている。
積層型圧電素子（第２の圧電素子）１８は、固定ネジ２０によって凹部１７内に固定されている。すなわち、圧電素子１８は、固定ネジ２０を締め付けることによって、凹部１７のエンド部１７ｂと固定ネジ２０とで軸方向Ｄに挟持され、エンド部１７ｂの下面に形成されるベースプレートの裏面３７に当接して配置され、一方、固定ネジ２０の突出部２４によって、積層型圧電素子（第２の圧電素子）１８の下面部（図２紙面下側）は径方向への移動が規制されるようになっている。
【００１６】
また、凹部１７のエンド部１７ｂには、内周面１７ａに沿って軸方向平面視略円環状の凹部３５が形成されている。この凹部３５によって、ベースプレート７に剛性の低い薄肉部３５ａが設けられている。つまり、軸受部７ｂは、薄肉部３５ａを支点にして軸方向Ｄに変位しやすい形状になっている。
【００１７】
ベースプレート７には、断面略ハット状の加圧スプリング（弾性部材）２５がボルト２６，２６によって締結固定されている。
加圧スプリング（弾性部材）２５は、ステンレス材（例えば、ＳＵＳ３０４のバネ材等）で形成されたものであって、軸方向Ｄと略直角交差する方向に延び回転軸８の凸部１５を押圧する上壁２８を有している。上壁２８の長手方向両端には、下方に向かって屈曲延出する側壁２９，２９が形成されている。
【００１８】
側壁２９，２９の高さ方向略中央には、内側に向かって屈曲するくびれ部２９ａ，２９ａが形成されている。側壁２９，２９の先端（下端）には、水平方向に沿って回転軸８の外側に向かって屈曲延出する取付け座３０，３０が形成されている。この取付け座３０，３０には、ボルト孔３１，３１が形成されており、ここにボルト２６が螺入されるようになっている。
【００１９】
加圧スプリング（弾性部材）２５によって下方に向かって押圧された回転軸８は、軸本体１３の下端（接触面）１３ａがベースプレート７の軸受面７ａに押接されている。そして、これら軸本体１３の下端（接触面）１３ａと軸受面７ａとの間には、加圧スプリング２５によって回転軸８の回転に際し摩擦力が発生し、回転軸８に対して回転抵抗力（軸保持力）が付与されるようになっている。
【００２０】
次に、本実施の形態の圧電アクチュエータ装置２の圧電アクチュエータ３に駆動のための制御信号を供給する駆動装置４０について、図３に基づいて説明する。図３は、本実施の形態の駆動装置のブロック図である。駆動装置４０は、駆動指令部４１、制御指令部５０、第１電源回路６１、第２電源回路６２、第１昇圧回路７１および第２昇圧回路７２をと備えている。制御指令部５０は、正弦波生成手段５１、第２駆動電圧指令手段５２、タイマ５５およびメモリ５６を備えており、第２駆動電圧指令手段５２は、ハーフブリッジ制御手段５３およびＰＷＭ信号生成手段５４を備えている。
【００２１】
第１制御信号生成手段４２は、バイモルフ型圧電素子（第１の圧電素子）１０に第１の制御信号を供給し、正弦波生成手段５１、第１電源回路６１および第１昇圧回路７１から構成される。以下、第１制御信号生成手段４２について説明する。
【００２２】
駆動指令部４１は、正弦波生成手段５１に接続されており、圧電アクチュエータ３の駆動の開始信号または終了信号、ならびに圧電アクチュエータ３の時計回り（ＣＷ）または反時計回り（ＣＣＣＷ）の駆動方向信号を発生し、正弦波生成手段５１に供給する。正弦波生成手段５１は、第１昇圧回路７１に接続されており、正弦波生成手段５１は、駆動指令部４１から開始信号が供給されると正弦波信号を発生し、第１昇圧回路７１に供給する。第１昇圧回路７１は、第１電源回路６１およびバイモルフ型圧電素子（第１の圧電素子）１０に接続されており、第１電源回路６１から供給される電力により、正弦波生成手段５１から供給される正弦波信号を増幅し、増幅された正弦波信号（第１の制御信号）をバイモルフ型圧電素子（第１の圧電素子）１０に供給する。
【００２３】
本実施の形態では、正弦波生成手段５１は、４００Ｈｚの周波数の正弦波信号を発生し、ＤＣ１００Ｖの第１電源回路６１により、この正弦波信号は第１昇圧回路７１にて２００Ｖｐｐに増幅され、増幅された正弦波信号（第１の制御信号）がバイモルフ型圧電素子（第１の圧電素子）１０に供給される。なお、正弦波信号の周波数は４００Ｈｚに限られないことはいうまでもなく、バイモルフ型圧電素子（第１の圧電素子）１０の形状等に応じて約３５０から約４５０Ｈｚ程度の周波数であってよい。
【００２４】
第２制御信号生成手段４３は、積層型圧電素子（第２の圧電素子）１０に第２の制御信号を供給し、第２駆動電圧指令手段５２、第２電源回路６２および第２昇圧回路７１から構成される。また、第２駆動電圧指令手段５２は、ハーフブリッジ制御手段５３およびＰＷＭ信号生成手段５４を備える。以下、第２制御信号生成手段４３について説明する。
【００２５】
第２駆動電圧指令手段５２は、正弦波生成手段５１およびメモリ５６に接続されたタイマ５５からの給電指令信号を受け動作する。その内容を図４Ａおいび図４Ｂに基づき説明する。図４Ａおよび図４Ｂは、ともに正弦波生成手段５１からタイマ５５および第１昇圧回路６１に供給される正弦波信号と、タイマ５５からハーフブリッジ制御手段５３に供給される給電指令信号の関係について示したものである。ここで、図４Ａは、駆動指令部４１から正弦波生成手段５１に、の駆動方向信号が供給されたときものであり、図４Ｂは、駆動指令部４１から正弦波生成手段５１に、反時計回り（ＣＣＷ）の駆動方向信号が供給されたときものである。
【００２６】
タイマ５５には、メモリ５６、正弦波生成手段５１およびハーフブリッジ制御手段５３が接続されており、メモリ５６には、予め定められた遅延時間（Ｔ１）および予め定めされた給電時間（Ｔ２）が記憶されている。本実施の形態の遅延時間（Ｔ１）は１００μｓであり、かつ、給電時間（Ｔ２）は３７５μｓである。なお、遅延時間（Ｔ１）および給電時間（Ｔ２）は、１００μｓおよび３７５μｓに限られるものでないことはいうまでもなく、バイモルフ型圧電素子（第１の圧電素子）１０の形状等に応じ、遅延時間（Ｔ１）は０μを超える値から約２５０μｓ、給電時間（Ｔ２）は、約２００μｓか約５００μｓまでの値であってよい。
【００２７】
まず、時計回り（ＣＷ）の場合について図４Ａに基づき説明する。ＣＷの場合には、正弦波信号の波頭信号Ｓ１をトリガ信号として、給電指令信号がタイマ５５からハーフブリッジ制御手段５３に供給される。正弦波生成手段５１からタイマ５５に時刻ｔ２にて波頭信号Ｓ１が供給されると、タイマ５５はメモリ５６に記憶されている遅延時間（Ｔ１）および給電時間（Ｔ２）を参照しながらカウントを開始する。そして、時刻ｔＳにて遅延時間（Ｔ１）が経過したことを確認すると、タイマ５６は、ハーフブリッジ制御手段５３に給電指令信号の供給を開始する。その後、時刻ｔＥにて給電時間（Ｔ２）がさらに経過をしたことを確認すると、タイマ５６からハーフブリッジ制御手段５３への給電指令信号の供給が終了する。
【００２８】
同様に、反時計回り（ＣＣＷ）の場合について図４Ｂに基づき説明する。ＣＷの場合には、正弦波信号の波底信号Ｓ２をトリガ信号として、給電指令信号がタイマ５５からハーフブリッジ制御手段５３に供給される。正弦波生成手段５１からタイマ５５に時刻ｔ２にて波頭信号Ｓ２が供給されると、タイマ５５はメモリ５６に記憶されている遅延時間（Ｔ１）および給電時間（Ｔ２）を参照しながらカウントを開始する。そして、時刻ｔＳにて遅延時間（Ｔ１）が経過したことを確認すると、タイマ５６は、ハーフブリッジ制御手段５３に給電指令信号の供給を開始する。その後、時刻ｔＥにて給電時間（Ｔ２）がさらに経過をしたことを確認すると、タイマ５６からハーフブリッジ制御手段５３への給電指令信号の供給が終了する。
【００２９】
次に、タイマ５６からハーフブリッジ制御手段５３に給電指令信号の供給を受けたときの、第２制御信号生成手段４３の動作について図３および図５に基づき説明する。ハーフブリッジ制御手段５３は、ＰＷＭ信号生成手段５４および第２昇圧回路７２に接続されている。ＰＷＭ信号生成手段５６は、オンオフの矩形波形のＰＷＭ信号（複数の矩形波信号）を発生し、ハーフブリッジ制御手段５６に供給している。なお、本実施の形態では、ＰＭＷ周波数が約２６ｋＨｚであり、かつＰＷＭデューティーが５０％であるＰＷＭ信号をＰＷＭ信号生成手段５６は発生し、ハーフブリッジ制御手段５６に供給している。
【００３０】
ハーフブリッジ制御手段５５は、タイマ５３から供給される給電指令信号の供給時間（Ｔ２）において、上記のオンオフの矩形波状のＰＷＭ信号を第２昇圧回路７２に供給する。すなわち、図４Ａおよび図４Ｂにおいて時刻ｔＳから時刻ｔＥにおける給電時間（Ｔ２）において、ハーフブリッジ制御手段５５は、ＰＷＭ信号を第２昇圧回路７２に供給する。以下、第２昇圧回路７２の構成について図５に基づいて説明する。
【００３１】
図５は、第２昇圧回路７２の構成を示すブロック図である。第２昇圧回路７２は、ハーフブリッジ制御手段５３、第２電源回路６２、および積層型圧電素子（第２の圧電素子）１８に接続されている。第２昇圧回路７２は、スイッチ回路７３およびプリドライバ７４を備え、プリドライバ７４は、ハーフブリッジ制御手段５３およびスイッチ回路７３に接続されており、ハーフブリッジ制御手段５３から供給されるＰＷＭ信号によりスイッチ回路７３を制御する。
【００３２】
スイッチ回路７３は、第１のスイッチ素子（ＮチャンネルＭＯＳ型ＦＥＴ）Ｑ１と第２のスイッチ素子（ＮチャンネルＭＯＳ型ＦＥＴ）Ｑ２とを備え、第１のスイッチ素子Ｑ１と第２のスイッチ素子Ｑ２とが直列に接続されたいわゆるハーフブリッジ回路である。第１のスイッチ素子Ｑ１のソースと第７のスイッチ素子Ｑ７のドレインとが接続点ｆにて接続されている。また、第１のスイッチ素子Ｑ１のドレインは、接続点ｅにて電圧値Ｖｐ２の第２電源回路６２に接続されており、第２のスイッチ素子Ｑ２のソースは接続点ｇにて接地点ＧＮＤに接続されている。また、積層型圧電素子（第２の圧電素子）１８が、接続点ｆと接続点ｇにてスイッチ回路７３の第２のスイッチ素子Ｑ２に並列に接続されている。なお、本実施の形態では、第２電源回路６２の電圧値Ｖｐ２は約６０[Ｖ]に設定されているが、約６０[Ｖ]に限定されないことは言うまでもなく、加圧スプリング（弾性部材）２５の加圧力等に応じた値に設定される。
【００３３】
第１のスイッチ素子Ｑ１と第２のスイッチ素子Ｑ２をオンするためには、ゲート−ソース間に電位差を生じさせる必要があり、そのために第１のスイッチ素子Ｑ１および第２のスイッチ素子Ｑ２のゲート−ソースには、プリドライバ７４が接続されている。上述のようにプリドライバ７４には、ハーフブリッジ制御手段５６が接続されており、ハーフブリッジ制御手段５６から供給されるＰＷＭ信号により、第１のスイッチ素子Ｑ１と第２のスイッチ素子Ｑ２をオンオフを制御する。ここで、プリドライバ７４は、ハーフブリッジ制御手段５６から供給されるＰＷＭ信号がオンのときは、第１のスイッチ素子Ｑ１をオンし、第２のスイッチ素子Ｑ２をオフするよう設定されており、ＰＷＭ信号がオフのときは、第１のスイッチ素子Ｑ１をオフし、第２のスイッチ素子Ｑ２をオンするよう設定されている。
【００３４】
次に、第１のスイッチ素子Ｑ１と第２のスイッチ素子Ｑ２がオンオフ制御されたときの作用を説明する。第１のスイッチ素子Ｑ１がオンし、第２のスイッチ素子Ｑ２がオフの状態では、第２電源回路６２、第１のスイッチ素子Ｑ１、積層型圧電素子（第２の圧電素子）１８、接地点ＧＮＤへの電気回路が構成され、積層型圧電素子（第２の圧電素子）１８に第２電源回路６２の電圧Ｖｐ２が充電される。次に、第１のスイッチ素子Ｑ１がオフし、第２のスイッチ素子Ｑ２がオンの状態では、積層型圧電素子（第２の圧電素子）１８、第２のスイッチ素子Ｑ２、接地点ＧＮＤへの電気回路が構成され、積層型圧電素子（第２の圧電素子）１８に充電された電荷が接地点ＧＮＤへ放電される。この充放電が順次行われることにより、積層型圧電素子（第２の圧電素子）１８が予め定められた供給時間（Ｔ２）において伸縮振動を行う。
【００３５】
従って、図４Ａおよび図４Ｂに示すように、「ＣＷ」および「ＣＣＷ」のいずれにおいても、時刻ｔ２から予め定められた遅延時間（Ｔ１）が経過した時刻ｔＳから予め定められた給電時間（Ｔ２）が経過する時刻ｔＥまでの間、積層型圧電素子（第２の圧電素子）１８は伸縮振動を行う。ここで、圧電アクチュエータ３は、積層型圧電素子（第２の圧電素子）１８が、固定ネジ２０と軸受部７ｂの間に軸方向Ｄに挟持された構造となっているので、積層型圧電素子（第２の圧電素子）１８の軸方向Ｄの伸縮振動に対応し、軸受部７ｂは、軸方向Ｄに上下振動する。積層型圧電素子（第２の圧電素子）１８への電圧変化の周波数は、約３ｋＨｚ以上であることが望ましい。また、積層型圧電素子（第２の圧電素子）１８の振幅が少なくとも０.５μｍ以上発生する大きさを入力することが望ましい。
【００３６】
次に、本実施の形態の駆動装置４０から第１の制御信号および第２の制御信号が供給されたときの圧電アクチュエータ３の動作について、図６Ａ、図６Ｂ、図７Ａおよび図７Ｂに基づき説明する。図６Ａは、「ＣＷ」に圧電アクチュエータ３が回転駆動させるときに、駆動装置４０からバイモルフ型圧電素子（第１の圧電素子）１０に第１の制御信号が供給されたときに生じるバイモルフ型圧電素子（第１の圧電素子）１０の電圧（波形α）と、駆動装置４０から積層型圧電素子（第２の圧電素子）１８に第２の制御信号が供給されときに生じる積層型圧電素子（第２の圧電素子）１８の電圧（波形β）の関係を示したものである。図６Ｂは、図６Ａの電圧（波形αおよびβ）がバイモルフ型圧電素子（第１の圧電素子）１０および積層型圧電素子（第２の圧電素子）１８に生じたときの圧電アクチュエータ３の動作を示したものである。
【００３７】
同様に、図７Ａは、「ＣＣＷ」に圧電アクチュエータ３が回転駆動させるときに、駆動装置４０からバイモルフ型圧電素子（第１の圧電素子）１０に第１の制御信号が供給されたときに生じるバイモルフ型圧電素子（第１の圧電素子）１０の電圧（波形α）と、駆動装置４０から積層型圧電素子（第２の圧電素子）１８に第２の制御信号が供給されときに生じる積層型圧電素子（第２の圧電素子）１０の電圧（波形β）の関係を示したものである。図７Ｂは、図７Ａの電圧（波形αおよびβ）がバイモルフ型圧電素子（第１の圧電素子）１０および積層型圧電素子（第２の圧電素子）１８に生じたときの圧電アクチュエータ３の動作を示したものである。
【００３８】
以下、図６Ａおよび図６Ｂを対比しつつ、「ＣＷ」に圧電アクチュエータ３が回転駆動するときの圧電アクチュエータ３の動作について説明する。なお、本実施の形態において、バイモルフ型圧電素子（第１の圧電素子）１０はプラス電圧のときには回転軸８を中心にして右方向に変位し、マイナス電圧のときには左方向に変位する。
【００３９】
図６Ａに示すように、まず、波形αがマイナス電圧からプラス電圧に変化する時刻ｔ０から時刻ｔ２においては、駆動体２７は回転軸８を中心にして左方向に変位する（屈曲する）。引き続き、波形αがプラス電圧からマイナス電圧に変化する時刻ｔ２から時刻ｔ４においては、駆動体２７は回転軸８を中心にして右方向に変位する（屈曲する）。すなわち時刻ｔ０（ｔ４）において、駆動体２７の変形方向は、左方向から右方向へと変化する。また、時刻ｔ２において、駆動体２７の変形方向は、右方向から左方向へと変化する。
【００４０】
時刻ｔ０から所定の時刻（略ｔ０から略ｔ１）において、駆動体２７の回転軸８には、左方向から右方向への変位方向の変化により生じる駆動体２７の慣性力に対する反力Ｆ０１が、回転軸８を反時計方向に回転させようとする方向に生じる。同様に、時刻ｔ２から所定の時刻（略ｔ２から略ｔ３）において、駆動体２７の回転軸８には、右方向から左方向への変位方向の変化により生じる駆動体２７の慣性力に対する反力Ｆ２３が、回転軸８を時計方向に回転させようとする方向に生じる。一方、回転軸８の接触面１３ａと軸受部７ｂの軸受面７ａの間には、加圧スプリング２５による加圧力により生じる摩擦力である静的な回転抵抗力Ｆｒが予め負荷されている
【００４１】
ここで、時刻略ｔ０から時刻略ｔ１において回転軸８に生じる反力Ｆ０１に対し、回転抵抗力Ｆｒは大きくなるように（Ｆｒ＞Ｆ０１）、加圧スプリング２５による加圧力は予め設定されている。従って、回転軸８に反力Ｆ０１が作用している時刻略ｔ０から時刻略ｔ１において、Ｆ０１はＦｒに打ち負かされ回転軸８は回転されない。
【００４２】
一方、上述のように、波形βにプラス電圧が生じる時刻ｔＳから時刻ｔＥにおいては、積層型圧電素子（第２の圧電素子）１８の軸方向Ｄの伸縮振動に対応し、軸受部７ｂは、軸方向Ｄに上下振動する。このように軸受部７ｂが上下振動すると、回転軸８の接触面１３ａと軸受部７ｂの軸受面７ａの間に生じている静的な回転抵抗力Ｆｒは低下し、動的な回転抵抗力Ｆｒ’（Ｆｒ’＜Ｆｒ）となる。このとき時刻略ｔ２から時刻略ｔ３において回転軸８を時計方向に回転させるように生じる反力Ｆ２３よりも動的な回転抵抗力Ｆｒ’の方が小さくなり（Ｆｒ’＜Ｆ２３）、軸受部７ｂの軸受面７ａに対し、回転軸８の接触面１３ａは時計方向に滑りを生じ、駆動体２７は、回転角度（θ）において時計方向に回転する。
【００４３】
同様に、図７Ａおよび図７Ｂを対比しつつ、「ＣＣＷ」に圧電アクチュエータ３が回転駆動するときの圧電アクチュエータ３の動作について説明する。なお、本実施の形態において、バイモルフ型圧電素子（第１の圧電素子）１０はプラス電圧のときには回転軸８を中心にして右方向に変位し、マイナス電圧のときには左方向に変位する。
【００４４】
図７Ａに示すように、まず、波形αがプラス電圧からマイナス電圧に変化する時刻ｔ０から時刻ｔ２においては、駆動体２７は回転軸８を中心にして左方向に変位する（屈曲する）。引き続き、波形αがマイナス電圧からプラス電圧に変化する時刻ｔ２から時刻ｔ４においては、駆動体２７は回転軸８を中心にして左方向に変位する（屈曲する）。すなわち時刻ｔ０（ｔ４）において、駆動体２７の変形方向は、右方向から左方向へと変化する。また、時刻ｔ２において、駆動体２７の変形方向は、左方向から右方向へと変化する。
【００４５】
時刻ｔ０から所定の時刻（略ｔ０から略ｔ１）において、駆動体２７の回転軸８には、右方向から左方向への変位方向の変化により生じる駆動体２７の慣性力に対する反力Ｆ０１が、回転軸８を時計方向に回転させようとする方向に生じる。同様に、時刻ｔ２から所定の時刻（略ｔ２から略ｔ３）において、駆動体２７の回転軸８には、左方向から右方向への変位方向の変化により生じる駆動体２７の慣性力に対する反力Ｆ２３が、回転軸８を反時計方向に回転させようようとする方向に生じる。
【００４６】
ここで、上述のように時刻略ｔ０から時刻略ｔ１において回転軸８に生じる反力Ｆ０１に対し、回転抵抗力Ｆｒは大きくなるように（Ｆｒ＞Ｆ０１）、加圧スプリング２５による加圧力は予め設定されている。従って、回転軸８に反力Ｆ０１が作用している時刻略ｔ０から時刻略ｔ１において、Ｆ０１はＦｒに打ち負かされ回転軸８は回転されない。
【００４７】
一方、上述と同様に、波形βにプラス電圧が生じる時刻ｔＳから時刻ｔＥにおいては、積層型圧電素子（第２の圧電素子）１８の軸方向Ｄの伸縮振動に対応し、軸受部７ｂは、軸方向Ｄに上下振動する。このように軸受部７ｂが上下振動すると、回転軸８の接触面１３ａと軸受部７ｂの軸受面７ａの間に生じている静的な回転抵抗力Ｆｒは低下し、動的な回転抵抗力Ｆｒ’（Ｆｒ’＜Ｆｒ）となる。このとき時刻略ｔ２から時刻略ｔ３において回転軸８を反時計方向に回転させるように生じる反力Ｆ２３よりも動的な回転抵抗力Ｆｒ’の方が小さくなり（Ｆｒ’＜Ｆ２３）、軸受部７ｂの軸受面７ａに対し、回転軸８の接触面１３ａは反時計方向に滑りを生じ、駆動体２７は、回転角度（θ）において反時計方向に回転する。
【００４８】
このように「ＣＷ」および「ＣＣＷ」においてともに、時刻ｔ０から時刻ｔ４までにおいて回転角度（θ）回転する。そして、これを順次行うことにより駆動体２７は、「ＣＷ」または「ＣＣＷ」に回転する。なお、本実施の形態では、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの波形αの１周期において回転角度（θ）は約０．５[ｄｅｇ]であり、波形αの周波数は４００Ｈｚであるので、駆動体２７の回転速度は、約２００[ｄｅｇ／ｓ]である。また、電圧変化の周波数を変化させることにより駆動体２７の移動速度も制御できる。
【００４９】
このように、静的な回転抵抗力Ｆｒと時刻ｔＳから時刻ｔＥのときの動的な回転抵抗力Ｆｒ’との差を利用して、バイモルフ型圧電素子（第１の圧電素子）１０に波形αである正弦波形の印加により、駆動体２７の回転が実現される。これにより、従来例である鋸歯波形状での電圧の印加に対し、駆動音の低減が図られる。以下、その内容について図８および図９に基づいて説明する。
【００５０】
図８は、圧電アクチュエータから生じる駆動音をFFT解析した結果で、横軸に周波数、縦軸に音圧レベル[ｄＢ]を示したものである。また、図中の点線は、従来例の鋸歯形状の電圧をバイモルフ型圧電素子（第１の圧電素子）１０に印加した場合、図中の実線は、本実施の形態の正弦波形の電圧（波形α）をバイモルフ型圧電素子（第１の圧電素子）１０に印加した場合を示す。同図からも明らかなように、数ｋＨｚの周波数帯域で、鋸歯形状の電圧に比べ正弦波系の電圧をバイモルフ型圧電素子（第１の圧電素子）１０に印加した場合の圧電アクチュエータから生じる駆動音の音圧レベル[ｄＢ]が低減していることがわかる。
【００５１】
この数ｋＨｚの周波数帯域の駆動音は、人によっては不快感を強める駆動音となる場合がある。従って、本実施の形態の圧電アクチュエータ３は、この周波数帯域の駆動音が低減されており、人に与える可能性のなる不快感を抑えることができる。
【００５２】
また、図９は、従来例の鋸歯形状の電圧をバイモルフ型圧電素子（第１の圧電素子）１０に印加した場合と、本実施の形態の正弦波形の電圧（波形α）をバイモルフ型圧電素子（第１の圧電素子）１０に印加した場合のＡ特性音圧レベル（パーシャルオーバーオール２０Ｈｚから１０ｋＨｚ）[ｄＢ]を示したものである。このように、従来例に比べ本実施の形態では、Ａ特性音圧レベル[ｄＢ]で７[ｄＢ]の低減効果がある。このように、圧電アクチュエータ３の動作時の駆動音が低減されるため、静粛性が求めら得る動作環境への適用が容易となる。
【００５３】
なお、本発明は上述した実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述した実施形態に種々の変更を加えたものを含む。また、上述の実施形態では、積層型圧電素子（第２の圧電素子）１８に印加する電圧の入力波形β（第２の制御信号）（図３参照）が矩形波である場合について説明したが、これに限られるものではなく、正弦波であってもよい。
【００５４】
さらに、上述の実施形態では、回転軸８はコプナ樹脂等の熱硬化性樹脂で形成されたものである一方、ベースプレート７（レンズホルダ３）はステンレス材（例えば、ＳＵＳ３０４Ｌ）で形成されたものである場合について説明した。しかしながら、これに限られるものではなく、使用雰囲気（湿度環境）が変わっても回転軸８とベースプレート７との間の摩擦トルクの変動が少ない材質の組み合わせとしてもよい。
そして、例えば、回転軸８、及びベースプレート７の各々接触面の面粗さを使用雰囲気が変わっても摩擦トルクの変動が少ない面粗さとしてもよいし、両者８，７の接触面の少なくとも一方に溝等を形成して使用雰囲気が変わっても摩擦トルクの変動が少ない構造としてもよい。
【００５５】
また、上述の実施形態では、回転軸８を加圧スプリング２５で押圧し、ベースプレート７のエンド部１７ｂを振動させない状態での回転抵抗力Ｆｒを常に一定とした場合について説明した。しかしながら、これに限られるものではなく、使用雰囲気に応じて回転抵抗力Ｆｒが一定になるように加圧スプリング２５の回転軸８への押圧力を制御する構成としてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本実施の形態の圧電アクチュエータ装置の斜視図である。
【図２】図１のＡ−Ａにて切断した圧電アクチュエータ装置の断面図である。
【図３】本実施の形態の駆動装置の構成を示すブロック図である。
【図４Ａ】時計方向に回転させるときの正弦波信号と給電指令信号を示す図である。
【図４Ｂ】反時計方向に回転させるときの正弦波信号と給電指令信号を示す図である。
【図５】本実施の形態の第２昇圧回路の構成を閉めずブロック図である。
【図６Ａ】時計方向に回転させるときの第１の圧電素子と第２の圧電素子に印加する電圧を示す図である。
【図６Ｂ】図６Ａの電圧が印加されるときの駆動体の動作を説明する図である。
【図７Ａ】反時計方向に回転させるときの第１の圧電素子と第２の圧電素子に印加する電圧を示す図である。
【図７Ｂ】図７Ａの電圧が印加されるときの駆動体の動作を説明する図である。
【図８】従来例と本実施の形態の音圧レベルのＦＦＴ解析結果を説明する図である。
【図９】従来例と本実施の形態のＡ特性音圧レベルを説明する図である。
【符号の説明】
【００５７】
１  ワイパ装置
２  圧電アクチュエータ装置
３  圧電アクチュエータ
７  ベースプレート
７ａ  軸受面
７ｂ  軸受部
８    回転軸
１０  バイモルフ型圧電素子（第１の圧電素子）
１８  積層型圧電素子（第２の圧電素子）
４０  駆動装置
４１  駆動指令部
４２  第１制御信号生成手段
４３  第２制御信号生成手段
５０  制御指令部
５１  正弦波生成手段
５２  第２駆動電圧指令手段
５３  ハーフブリッジ制御手段
５４  ＰＷＭ信号生成手段
５５  タイマ
５６  メモリ
７１  第１昇圧回路
７２  第２昇圧回路
７３  スイッチ回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８】
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【図９】
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