(57)【要約】【課題】電流制御回路による定電流充放電により圧電アクチュエータの駆動制御を行う圧電アクチュエータ駆動装置において、簡素化した電流制御回路とすること。【解決手段】圧電素子９を備える長尺状の駆動体と、駆動体の一端に取り付けられた回転軸とを備える圧電アクチュエータの駆動装置１１である。圧電素子９を一の方向に変形させるべく圧電素子９に電圧を印加する第１駆動回路１３Ａと、圧電素子９を一の方向と異なる他の方向に変形させるべく圧電素子９に電圧を印加する第２駆動回路１３Ｂとを備え、第１及び第２駆動回路１３Ａ、１３Ｂを交互に作動させて回転軸を中心に、駆動体を回転または揺動させる圧電アクチュエータ駆動装置１１である。第１及び第２駆動回路１３Ａ、１３Ｂと直列に電流制御回路２１を設け、電流制御回路２１は、可変抵抗器Ｒｖを有し、可変抵抗器Ｒｖの抵抗値を可変することにより圧電素子９の充電及び放電時間を制御する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
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を備える圧電アクチュエータの駆動装置であって、
前記圧電素子を一の方向に変形させるべく前記圧電素子に電圧を印加する第１駆動回路と、
前記圧電素子を前記一の方向と異なる他の方向に変形させるべく前記圧電素子に電圧を印加する第２駆動回路とを備え、
前記第１及び第２駆動回路を交互に作動させて前記回転軸を中心に、前記駆動体を回転または揺動させる圧電アクチュエータ駆動装置であって、
前記第１及び第２駆動回路と直列に電流制御回路を設け、
前記電流制御回路は、可変抵抗器を有し、前記可変抵抗器の抵抗値を可変することにより前記圧電素子の充電及び放電時間を制御することを特徴とする圧電アクチュエータ駆動装置。
【請求項２】
請求項１記載の圧電アクチュエータ駆動装置において、前記圧電アクチュエータ駆動装置は、スイッチング素子を備える第１〜第４スイッチング回路を直列に接続すると共に、
前記第１スイッチング回路と前記第３スイッチング回路の接続点、または前記第２スイッチング回路と前記第４スイッチング回路の接続点に第１電源が接続され、
前記第１スイッチング回路と前記第２スイッチング回路の接続点と前記第３スイッチング回路と前記第４スイッチング回路との間に前記圧電素子が接続されているブリッジ回路を備え、
前記第１駆動回路は、前記電源と前記第１及び第４スイッチング回路により構成され、
前記第２駆動回路は、前記電源と前記第２及び第３スイッチング回路により構成されていることを特徴とする圧電アクチュエータ駆動装置。
【請求項３】
請求項１又は２記載の圧電アクチュエータ駆動装置において、前記電流制御回路は、トランジスタ、抵抗、ツェナーダイオードと、電源とを備え、
前記抵抗の一つの端子が、前記電源に接続され、
前記トランジスタのコレクタが、前記第１及び第２駆動回路の接続点に接続され、ベースが、前記抵抗の他の端子に接続され、
前記可変抵抗器の一端が、前記トランジスタのエミッタに接続され、他端が、ＧＮＤに接続され、
ツェナーダイオードのカソードが、抵抗の他端及びトランジスタのベースに接続され、アノードが、第１電源ＧＮＤに接続されることを特徴とする圧電アクチュエータ駆動装置。
【請求項４】
請求項１乃至２のいずれかに記載の圧電アクチュエータ駆動装置において、前記駆動装置は、制御回路を備えており、前記制御回路からの信号により、前記可変抵抗器の抵抗値を制御することを特徴とする圧電アクチュエータ駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、圧電素子を使用した圧電アクチュエータの駆動装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
小型の回転／揺動型アクチュエータとして、近年、電気機械変換素子の一種である圧電素子を用いた圧電アクチュエータが開発され、その実用化が進められている。特に、小型のＣＣＤカメラ等に使用されるワイパ装置では、スペースやデザイン上の問題から、電磁モータに代えて、このような圧電素子を利用した圧電アクチュエータの利用が進められている。
【０００３】
圧電アクチュエータでは、圧電素子が、印加された電圧に応じて変位するように構成されており、圧電素子をアクチュエータとして動作させるために、圧電素子の動作に緩急を生じさせる必要があり、図１１に示されるのように圧電素子に鋸歯状波形の電圧が印加される。鋸歯状波電圧の電圧が急激に変化するときは、圧電素子の変位動作も速く、電圧がゆっくりと変化するときは圧電素子の変位動作も緩慢になる。すなわち、印加される電圧の変化率の違いにより圧電素子の動作に緩急が生じる。そして、回転軸に圧電素子を取り付けた圧電アクチュエータでは、圧電素子の動作に緩急が生じることによって、回転軸が回動する（特許文献１、特許文献２等）。
【０００４】
鋸歯状波形の電圧は、例えば、図１２のような回路構成の圧電アクチュエータ駆動装置よって圧電アクチュエータに供給される（特許文献３）。図１２の駆動装置３１では、スイッチ素子を用いたブリッジ回路３２によって圧電素子９が制御される。ブリッジ回路３２には、トランジスタＱ１、Ｑ３、ＮチャンネルＭＯＳ‐ＦＥＴＱ２、Ｑ４及び抵抗が設けられている。ブリッジ回路３２の接地側にブリッジ回路３２と直列に電流制御回路４１が設けられている。電流制御回路４１は、定電流回路４２とスイッチング回路４３とが並列に接続された構成となっており、ブリッジ回路３２とは接続点ｄにおいて接続されている。定電流回路４２はトランジスタＱ５、ツェナーダイオードＺｄを備え、スイッチング回路４３はトランジスタＱ６を備えている。トランジスタＱ１、Ｑ３のベース、ＮチャンネルＭＯＳ−ＦＥＴＱ２、Ｑ４のゲート、トランジスタ  Ｑ５、Ｑ６のベースは、それぞれ制御回路１４に接続され、トランジスタＱ１、Ｑ３、ＮチャンネルＭＯＳ−ＦＥＴＱ２、Ｑ４、トランジスタＱ５、Ｑ６は制御回路１４により制御される。なお、圧電素子９は、一方の端子がトランジスタＱ１とＭＯＳ−ＦＥＴＱ２との接続点に接続され、他方の端子がトランジスタＱ３とＭＯＳ−ＦＥＴＱ４との接続点に接続されており、キャパシタ（コンデンサ）と等価的に動作する。
【０００５】
図１３は、圧電アクチュエータを正方向に駆動させる場合の駆動装置の動作とその際の電圧波形、図１４は、圧電アクチュエータを逆方向に駆動させる場合の駆動装置の動作とその際の電圧波形を示している。
圧電アクチュエータを正方向に駆動する時には、キャパシタとしての圧電素子９に、時刻ｔ２から時刻ｔ３までの間に電圧波形(1)が生じるよう、圧電素子９を低速充電する。すなわち、トランジスタＱ１とＭＯＳ−ＦＥＴＱ４をオン状態にし、トランジスタＱ２とＭＯＳ−ＦＥＴＱ３をオフ状態とし、トランジスタＱ５をオン状態、トランジスタＱ６をオフ状態にする。これにより、破線にて示すように、電源ＶｐからトランジスタＱ１、圧電素子９、トランジスタＱ４、定電流回路４２を介し、ＧＮＤいたる回路が形成され、圧電素子９は定電流回路４２を介して定電流を充電される。定電流の充電電流によって、圧電素子９にはゆっくりと変化する電圧波形(1)が生じ、圧電素子９の形状はゆっくり変位し、圧電アクチュエータの回転軸(図示せず)は摩擦力に保持され、回転しない。
【０００６】
充電された圧電素子９を電圧波形(2)に示されるように時刻t1又は時刻ｔ４において高速で放電を行う場合には、トランジスタＱ１とＭＯＳ−ＦＥＴＱ４をオフ状態にし、ＭＯＳ−ＦＥＴＱ２、トランジスタＱ３をオン状態にし、トランジスタＱ５をオフ状態、トランジスタＱ６をオン状態にする。これにより、一点鎖線にて示すように、電源ＶｐからトランジスタＱ３、圧電素子９、ＭＯＳ−ＦＥＴＱ２、スイッチング回路４３を介し、接地（ＧＮＤ）にいたる回路が形成される。このとき、圧電素子９には電圧波形(1)の場合とは逆極性で、電源Ｖｐの電圧が直接印加され、圧電素子９は急速放電され、さらに逆極性に充電される。従って、正方向駆動時には、トランジスタＱ１、Ｑ４、Ｑ５とトランジスタＱ２、Ｑ３、Ｑ６のオンオフを交互に繰り返すことにより、圧電素子９に、図１３に示すような鋸歯状波形の電圧が印加される。電圧波形(2)に示されるように圧電素子９に印加された電圧が急変する場合には、圧電素子９の形状は急変位し、その反力で圧電アクチュエータの回転軸がスリップし、回転する。
【０００７】
一方、圧電アクチュエータを逆方向に駆動する時には、まず、キャパシタとしての圧電素子９に時刻ｔ１又は時刻ｔ４に示す電圧波形(３)が生じるよう、圧電素子９を高速充電する。すなわち、トランジスタＱ１、ＭＯＳ−ＦＥＴＱ４をオン状態にし、ＭＯＳ−ＦＥＴＱ２、トランジスタＱ３をオフ状態とし、トランジスタＱ５をオフ状態、トランジスタＱ６をオン状態にする。これにより、図１４に一点鎖線にて示すように、電源ＶｐからトランジスタＱ１、圧電素子９ＭＯＳ−ＦＥＴＱ４、スイッチング回路４３を介し、ＧＮＤに至る回路が形成され、圧電素子９は電源Ｖｐによって急速に充電される。電圧波形(３)に示されるように圧電素子９に印加された電圧が急変する場合には、圧電素子９の形状は急変位し、圧電アクチュエータの回転軸が回転する。
【０００８】
圧電素子９を充電する時刻ｔ２から時刻ｔ３の電圧波形(４)に示されるように低速放電を行う場合にはトランジスタＱ１とＭＯＳ−ＦＥＴをオフ状態、ＭＯＳ−ＦＥＴＱ２、トランジスタＱ３をオン状態にし、トランジスタＱ５をオン状態、トランジスタＱ６をオフ状態にする。これにより、図１４に破線にて示すように、電源ＶｐからトランジスタＱ３、圧電素子９、ＭＯＳ−ＦＥＴＱ２、定電流回路４３を介し、ＧＮＤに至る回路が形成せれる。このとき、圧電素子９は、電源Ｖｐに対し逆極性で接続され、充電された電荷が定電流回路４２を介して定電流で放電され、更に、さらに逆極性に充電される。従って、逆方向駆動時においては、トランジスタＱ１、ＭＯＳ−ＦＥＴＱ４、トランジスタＱ６とＭＯＳ−ＦＥＴＱ２、トランジスタＱ３、トランジスタＱ５」のオン／オフを繰り返すことにより、圧電素子９には、図１４に示すような鋸歯状波形の電圧が生じる。ゆっくりと変化する電圧波形(４)によって、圧電素子９の形状はゆっくり変位し、圧電アクチュエータの回転軸は回転しない。
【０００９】
このように駆動回路３１では、ブリッジ回路３２のトランジスタＱ１、Ｑ３、ＮチャンネルＭＯＳ−ＦＥＴＱ２、Ｑ４及び電流制御回路４２のトランジスタＱ５、スイッチング回路４３のトランジスタＱ６の動作により、電圧波形(１)によりに示される低速充電、電圧波形(２)に示される高速放電、電圧波形(３)に示される高速充電と、電圧波形(４)によりに示される低速放電が適宜切り替えられ、圧電アクチュエータの正回転、逆回転駆動が制御される。
【特許文献１】特開２００３−０１１７８６号公報
【特許文献２】特開２００３−２００８１６号公報
【特許文献３】特開２００５−２１０７６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、上述の従来技術にあっては、電流制御回路は、定電流回路とスイッチング回路の２つの回路が必要となり、電流制御回路を簡素化したいとする課題がある。また、圧電素子の温度が変化して、圧電アクチュエータを一定速度で回転駆動させたいとする課題がある。
【００１１】
【数１】
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【００１２】
上式（１）は、鋸歯状波形の電圧勾配Ｓと、定電流制御回路を流れる電流Ｉと圧電素子の静電容量Ｃとの関係を示したものであり、電圧勾配Ｓは静電容量Ｃに反比例する。ここで、圧電素子の静電容量Ｃは、圧電素子の温度変化により増減する性質を有し、その結果、圧電素子の温度変化により、電圧勾配Ｓが変化する。圧電アクチュエータを一定速度で回転駆動させるためには、電圧勾配Ｓを一定にし、低速充電及び低速放電の時間を一定にする必要があるが、圧電素子の温度変化すると電圧勾配Ｓを一定にすることができない。圧電素子の温度が変化しても、圧電アクチュエータを一定速度で回転駆動させたいとする課題がある。
【００１３】
本発明の目的は、電流制御回路により定電流の充放電により圧電アクチュエータの駆動制御を行う圧電アクチュエータ駆動装置において、また、圧電素子が温度変化した場合においても、一定速度で回転駆動できる圧電アクチュエータを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記の課題を解決するために、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を備える圧電アクチュエータの駆動装置であって、前記圧電素子を一の方向に変形させるべく前記圧電素子に電圧を印加する第１駆動回路と、前記圧電素子を前記一の方向と異なる他の方向に変形させるべく前記圧電素子に電圧を印加する第２駆動回路とを備え、前記第１及び第２駆動回路を交互に作動させて前記回転軸を中心に、前記駆動体を回転または揺動させる圧電アクチュエータ駆動装置であって、前記第１及び第２駆動回路と直列に電流制御回路を設け、前記電流制御回路は、可変抵抗器を有し、前記可変抵抗器の抵抗値を可変することにより前記圧電素子の充電及び放電時間を制御する。
【発明の効果】
【００１５】
可変抵抗器を用いた電流制御回路としたことで、回路構成を簡素化することができる。また、圧電素子の温度変化によらず一定速度で圧電アクチュエータを回転駆動させることにある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
次に、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１７】
図１は、圧電アクチュエータを使用したワイパ装置の構成を示す断面図である。図１のワイパ装置１は、例えば、自動車のサイドバンパーやフロントグリル内などに設置されるＣＣＤカメラに取り付けられ、本発明による駆動装置１１（図４参照）によって駆動制御される。ワイパ装置１１には、回転軸（軸部材）２を中心に揺動するゴム製のワイパブレード３が取り付けられている。ワイパブレード３は、ＣＣＤカメラの筐体４のガラス面５上にて揺動運動し、面ガラス面５上の水滴や埃を除去する。
【００１８】
ワイパブレード３は、電気−機械変換素子の一つである圧電素子９を用いた長尺状の圧電アクチュエータ１０の駆動体６に取り付けられている。駆動体６はバイモルフ圧電素子構造となっており、薄い金属板の中心電極の両面に圧電素子９を貼り合わせた構成となっている。駆動体６の一端は回転軸２に固定され、他端は自由になっている。回転軸２の内部は中空になっており、その中に駆動体６の圧電素子９に対し電力を供給するリード線（図示せず）が配線されている。リード線は圧電アクチュエータ駆動装置１１と接続されている。
【００１９】
回転軸２は、軸受部７にて筐体４に回転自在に取り付けられる。回転軸２と筐体４の間には引張りバネ８が設けられており、この引張りバネ８のバネ力により回転軸２は軸受部７に付勢され、回転軸２には軸受部７によって回転抵抗力（摩擦力）が付与される。
【００２０】
駆動体６は、回転軸２を中心とした揺動運動を行う。図２は、駆動体の圧電素子に印加される電圧の波形を示す説明図、図３は図２の電圧が印加された場合に駆動体の挙動を示す説明図である。ここで、駆動体６は、図４に図示された接続点ｂの電圧に対し、接続点ｃの電圧がプラス（＋）電圧のときには、図３において図中右方（一の方向）に変位し、接続点ｂの電圧に対し、接続点ｃの電圧がマイナス（−）電圧のときには図中左方（他の方向）に変位する。
【００２１】
接続点ｂの電圧に対し、接続点ｃの電圧が、図２のように変化した場合、まず時刻ｔ１では、電圧（１）は±０[Ｖ]であり、駆動体６は初期位置Ｐ０で停止状態にある。次に、時刻ｔ１から時刻ｔ２に至るまで、印加電圧が変化すると、プラス（＋）電圧が圧電素子９に印加されるので、図３の（１）、（１→２）の例に示されるように、駆動体６は右方に変位する。その後、時刻ｔ２から僅かな時間において、印加電圧が図２の電圧（２）から電圧（３）のようにプラス（＋）電圧からマイナス（−）電圧に変化すると、駆動体６もまたそれに応じて図３の（２→３）例に示されるように左方に変位する。
【００２２】
時刻ｔ１から時刻ｔ２に至るまでに印加電圧が電圧（１）から電圧（２）に変化する場合に比べ、時刻ｔ２から僅かな時間において、印加電圧が図２の電圧（２）から電圧（３）に変化する場合は、電圧の変化が急激であり、時刻ｔ１から時刻ｔ２に至るまでの駆動体６の変形速度と、時刻ｔ２から僅かな時間における駆動体６の変形速度には差が生じる。すなわち、時刻ｔ１から時刻ｔ２に至るまででは駆動体６はゆっくりと曲がり、時刻ｔ２から僅かな時間では急激に逆方向に曲がる。駆動体６が曲がるとその重心Ｇは、変位の方向に移動される。このとき、重心Ｇの移動を阻害する力である慣性力Ｆが移動体６に働く。そして、駆動体６の変形速度の差から、時刻ｔ１から時刻ｔ２に至るまでの慣性力Ｆ１２よりも時刻ｔ２から僅かな時間における慣性力Ｆ２３の方が大きくなる。
【００２３】
この慣性力Ｆに対しては、回転軸２に付与される回転抵抗力（摩擦力）Ｆｒが作用する。すなわち、駆動体６の変形に伴い慣性力Ｆと回転抵抗力Ｆｒが対向する形となる。圧電アクチュエータ１０では、時刻ｔ１から時刻ｔ２に至るまでに印加電圧が電圧（１）から電圧（２）に変化する場合、回転抵抗力Ｆｒが、慣性力Ｆ１２よりも大きく、時刻ｔ２から僅かな時間において、印加電圧が電圧（２）から電圧（３）に変化する場合では、回転抵抗力Ｆｒが、慣性力Ｆ２３よりも小さくなるよう設定されている（Ｆ１２＜Ｆｒ＜Ｆ２３）。従って、時刻ｔ１から時刻ｔ２では、慣性力Ｆ１２は、回転抵抗力Ｆｒによって打ち消される形となり、駆動体６は電圧値に応じた角度だけゆっくりと変位し、重心Ｇもそれにともないゆっくりと移動し、回転軸２は回転しない。これに対しで、時刻ｔ２から僅かな時間では、慣性力Ｆ２３は、回転抵抗力Ｆｒによって打ち消されない。このため、右方に移動した駆動体６の重心Ｇを場に残そうとする慣性力Ｆ２３が回転抵抗力ＦＲより大きくなり、回転軸２は、反時計方向に回転する。
【００２４】
鋸歯状の印加電圧が、図２の時刻ｔ２から僅かな時間で急激に電圧が変化した後、時刻ｔ２から時刻ｔ３の間では電圧が徐々にプラス（＋）側へと変化し、駆動体６は、電圧変化に合わせて、図３の（３→４）のように右方に変位する。この場合は、電圧変化率が小さいため、駆動体６はゆっくりと曲がり、駆動体６の慣性力Ｆの影響は小さく、電圧に応じた変位量だけ駆動体６が右方に変位するが、回転軸２は回転しない。図２の時刻ｔ３から僅かな時間では、電圧が電圧値（４）から電圧値（５）に、再び急激に変化する。このときも時刻ｔ２から僅かな時間と同様に、駆動体６の変形速度の大きさにより大きな慣性力Ｆが発生し、それにより回転軸２が反時計方向に回転する。
【００２５】
駆動体６に鋸歯状電圧を印加すると、駆動体６が変形する際の速度差に基づく慣性力Ｆの働きにより、駆動体６は図３のように徐々に右方へと移動し、反時計回りに回転する。図３において線分Ｑは、１往復振動後における駆動体６の中心を示しており、図３における例（２→３）、（４→５）に示すように、駆動体６の振動と共にこの線分Ｑも線分Ｑ１から線分Ｑ２へと右方へ移動する。なお、図３における一点鎖線Ｐ０は、図２の例（１）の場合の駆動体６の位置（初期位置）を示している。
【００２６】
ゆっくり曲がり急激に戻る駆動体６の動作の繰り返しにより、駆動体６は、ゆっくり曲げたときの変位側に自走する。そして、電圧の変化が図２とは逆に、ゆっくりと左方へと変化し、急激に右方へと変化する場合には、駆動体６は図３において左方（時計回り）に回転することになる。従って、電圧変化パターンの切り換えにより、駆動体６は、適宜往復運動することができる。
【００２７】
図４は、本発明の実施形態の圧電アクチュエータ駆動装置の構成を示す説明図である。図２に示される鋸歯状電圧は、図４に示した駆動装置１１によってブリッジ回路１２に供給される。駆動装置１１は、ブリッジ回路１２を構成する第１〜第４スイッチング回路１３〜１６と、電流制御回路２１とから構成されている。第１及び第３スイッチング回路１３、１５は、ｐｎｐ型トランジスタＱ１、Ｑ３と抵抗から構成される。第２及び第４スイッチング回路１４、１６は、ＮチャンネルＭＯＳ−ＦＥＴＱ２、Ｑ４と抵抗から構成される。ｐｎｐ型トランジスタＱ１、Ｑ３のベースと、ＮチャンネルＭＯＳ−ＦＥＴＱ２、Ｑ４のゲートは制御回路１７に接続されている。ブリッジ回路１２の接続点ａは電源Ｖｐと接続され、接続点ｂ、ｃ間に駆動体６の圧電素子９が接続されている。
【００２８】
第１〜第４スイッチング回路１３〜１６を備えたブリッジ回路１２は、圧電素子９に対して正方向、又は逆方向の電圧を印加する基本回路である。ここで、電流制御回路２１がない状態を考えると、トランジスタＱ１、ＭＯＳ−ＦＥＴＱ４とトランジスタＱ２、ＭＯＳ−ＦＥＴＱ３のオン／オフにより、圧電素子９に印加される電圧の極性が切り替わり、駆動体６が正方向、又は逆方向に駆動される。すなわち、トランジスタＱ１、ＭＯＳ−ＦＥＴＱ４をオン、トランジスタＱ２、ＭＯＳ−ＦＥＴＱ３をオフ状態にすることにより電源Ｖｐから、トランジスタＱ１、トランジスタＱ２圧電素子９、ＭＯＳ−ＦＥＴＱ４を介して、ＧＮＤに接続される第１駆動回路１３Ａが形成され、駆動体６は、第１の方向に変形する。トランジスタＱ１、Ｑ４をオフ、トランジスタＱ２、Ｑ３をオン状態すると、電源Ｖｐから、トランジスタＱ２、圧電素子９、Ｑ３を介し、ＧＮＤに至る第２駆動回路１３Ｂが形成され、駆動体６は、第１の方向とは逆方向に変形する。
【００２９】
電流制御回路２１がブリッジ回路１２の接続点ｄと接地点ＧＮＤの間に直列に接続されている。電流制御回路２１は、ｎｐｎ型トランジスタＱ５と、デジタル可変抵抗器Ｒｖと、抵抗Ｒ０と、ツェナーダイオードＺｄと、電源Ｖｃとを備える。抵抗Ｒ０が、電圧１２Ｖの電源Ｖｃに接続される。ｎｐｎ型トランジスタＱ５のコレクタが、ブリッジ回路１２の接続点ｄと接続され、ベースが接続点ｅで抵抗Ｒ０に接続される。デジタル可変抵抗器Ｒｖの一端が、接続点ｆでｎｐｎ型トランジスタＱ５のエミッタに接続され、他端が、接続点ｇで接地点ＧＮＤに接続される。ツェナーダイオードＺｄのカソードが、接続点ｅにて抵抗Ｒ０およびｎｐｎ型トランジスタＱ５のベースに接続され、アノードが、接続点ｇにて接地点ＧＮＤに接続される。また、デジタル可変抵抗器Ｒｖは、制御回路１４に接続され、制御回路１４からの信号により抵抗値が制御される。
【００３０】
次に、電流制御回路２１の動作について説明する。デジタル可変抵抗器Ｒｖの抵抗値をＲｖｄ、ツェナーダイオードＺｄのツェナー電圧をＶｚ、ｎｐｎ型トランジスタＱ５のベース−エミッタ間電圧をＶＢＥとすると、デジタル可変抵抗器Ｒｖを流れる電流Ｉは、以下のように示せる。
【００３１】
【数２】
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【００３２】
上式に示すように、電流Ｉは、デジタル可変抵抗器Ｒｖの抵抗値Ｒｖｄに反比例する。ここで、圧電素子９を流れる電流Ｉ´とデジタル抵抗器Ｒｖを流れる電流Ｉは、略同一となるように設定してある（Ｉ´≒Ｉ）。従って、デジタル可変抵抗器Ｒｖの抵抗値Ｒｖｄを制御回路１４で制御することで、圧電素子９を流れる電流Ｉ´を制御することができる。なお、本実施の形態では、ツェナー電圧Ｖｚを３．９Ｖに、ベース−エミッタ間電圧ＶＢＥを０．６Ｖに設定してある。
【００３３】
図５から図１０より、本実施の形態の駆動装置１１の動作について説明する。図５及び図６は、圧電アクチュエータを正方向に駆動させる場合の駆動装置の動作を示している。なお、図５は、低速充電時の動作を示し、図６は、高速放電時の動作を示している。図７は、低速充電時と高速放電時におけるデジタル抵抗器Ｒｖの抵抗値と圧電素子に印加される電圧Ｖ９の時系列信号を示している。
【００３４】
まず、正方向駆動時に時刻Ｔ１において、波形(1)に示される低速充電を行う場合は、デジタル可変抵抗器Ｒｖの抵抗値ＲＶＤを高抵抗値Ｈｉに設定し、トランジスタＱ１、Ｑ４をオン、トランジスタＱ２、Ｑ３をオフする。これにより、図５にて破線で示すように、電源ＶｐからトランジスタＱ１、圧電素子９、トランジスタＱ４、電流制御回路２１を介し、共通電位である接地点ＧＮＤへの回路が形成される。抵抗値ＲＶＤは高抵抗値Ｈｉに設定されているため、式(2)より、電流Ｉは小電流となり、圧電素子９は、電流制御回路２１を流れる電流の定電流にて低速充電される。
【００３５】
時刻Ｔ２において、波形(2)に示される高速放電を行う場合には、デジタル可変抵抗器Ｒｖの抵抗値ＲＶＤを低抵抗値Ｌｏに設定し、トランジスタＱ１、Ｑをオフ、トランジスタＱ２、Ｑ３をオンさせる。これにより、図６にて破線で示すように、電源ＶｐからＱ３、圧電素子９、トランジスタＱ２、電流制御回路２１を介し、接地点ＧＮＤへの回路が形成される。このとき、圧電素子９には波形(1)の場合とは逆極性で、電源Ｖｐが印加される。また、デジタル可変抵抗器ＲＶＤは低抵抗値Ｌｏに設定されているため、式(2)より、電流Ｉは高電流となり、圧電素子９は急速放電される。従って、正方向駆動時は、時刻Ｔ１において、トランジスタＱ１、Ｑ４をオン、トランジスタＱ２、Ｑ３をオフ、デジタル可変抵抗器を高抵抗値Ｈｉ、時刻Ｔ２において、トランジスタＱ１、Ｑ４をオフ、トランジスタＱ２、Ｑ３をオン、デジタル可変抵抗器Ｒｖを低抵抗値Ｌｏとすることを繰り返すことにより、圧電素子９に、図７に示すような鋸歯状波形の電圧が印加される。
【００３６】
図８及び図９は、圧電アクチュエータを逆方向に駆動させる場合の駆動装置の動作を示している。なお、図８は、高速充電時の動作を示し、図９は、低速放電時の動作を示している。図１０は、高速充電時と低速放電時にデジタル抵抗器Ｒｖの抵抗値と圧電素子に印加される電圧Ｖ９の時系列信号を示している。
【００３７】
逆方向駆動時に時刻Ｔ３において、波形(3)に示される高速充電を行う場合は、デジタル可変抵抗器Ｒｖの抵抗値ＲＶＤを低抵抗値Ｌｏに設定し、トランジスタＱ１、Ｑ４をオン、トランジスタＱ２、Ｑ３をオフさせる。これにより、図８にて破線で示すように、電源ＶｐからトランジスタＱ１、圧電素子９、トランジスタＱ４、電流制御回路２１を介して、接地点ＧＮＤへの回路が形成される。抵抗値ＲＶＤは低抵抗値Ｌｏに設定されているため、式(2)より、電流Ｉは高電流となり、圧電素子９は、駆動回路１１により高速充電される。
【００３８】
時刻Ｔ４において、波形(4)に示される低速放電を行う場合には、デジタル可変抵抗器Ｒｖの抵抗値ＲＶＤを高抵抗値Ｈｉに設定し、トランジスタＱ１、Ｑ４をオフ、トランジスタＱ２、Ｑ３をオンさせる。これにより、図６にて破線で示すように、電源ＶｐからトランジスタＱ３、圧電素子９、トランジスタＱ２、電流制御回路２１を介して、接地点ＧＮＤへの回路が形成される。このとき、圧電素子９には波形(1)の場合とは逆極性で、電源Ｖｐが直接印加される。また、抵抗値ＲＶＤは高抵抗値Ｈｉに設定されているため、式(2)より、電流Ｉは低電流Ｌｏとなり、圧電素子９は低速にて放電される。従って、逆方向駆動時は、時刻Ｔ３においてトランジスタＱ１、Ｑ４をオン、トランジスタＱ２、Ｑ３」をオフ、デジタル可変抵抗器Ｒｖｄを低抵抗値Ｌｏ、時刻Ｔ４においてトランジスタＱ１、Ｑ４をオフ、トランジスタＱ２、Ｑ３をオン、デジタル可変抵抗器ＲｖｄをＨｉとすることを繰り返すことにより、圧電素子９に、図１０に示すような鋸歯状波形の電圧が印加される。
【００３９】
このように駆動回路１１では、第１乃至第４スイッチング回路１３乃至１６と、電流制御回路２１により、波形(1)の低速充電、波形(2)の高速放電、波形(3)の高速充電、波形(4)の低速放電を順次切り換えて圧電素子９を定電流で充電、及び放電をすることができる。ここで、電流制御回路２１は、ｎｐｎ型トランジスタＱ５、ツェナーダイオードＺｄおよびデジタル可変抵抗器Ｒｖで構成され、部品点数も少なく簡易な構成となっている。
なお、電流制御回路２１は、ブリッジ回路と電源との間に接続されてもよく、この場合にはトランジスタＱ５として、ｐｎｐ型トランジスタが使用され、デジタル可変抵抗器Ｒｖは、ｐｎｐ型トランジスタのエミッタと共通電位としての電源とに接続され、ツェナーダイオードＺｄは、ｐｎｐ型トランジスタのベースと共通電位としての電源とに接続される。
【００４０】
また、デジタル可変抵抗器Ｒｖは、抵抗値Ｒｖｄを自由に可変することできるので、式(1)に示すように、圧電素子９の温度変化による静電容量Ｃの変化に自由に対応することができる。例えば、圧電素子９に温度センサを設けて、温度をモニタし、圧電素子９の温度変化に対応し、低速放電及び低速充電時の電圧勾配が一定となるように抵抗値Ｒｖｄを可変することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】圧電アクチュエータを使用したワイパ装置の構成を示す断面図である。
【図２】駆動体の圧電素子に印加される電圧の波形を示す説明図である。
【図３】図２の電圧が印加された場合の駆動体の挙動を示す説明図である。
【図４】圧電アクチュエータ駆動装置の構成を示す説明図である。
【図５】低速充電時の駆動装置の動作を示す説明図である。
【図６】高速放電時の駆動装置の動作を示す説明図である。
【図７】圧電アクチュエータを正方向に駆動させる場合の駆動装置を流れる電流および圧電素子に印加される電圧の時系列信号を示している。
【図８】高速充電時の駆動装置の動作を示す説明図である。
【図９】低速放電時の駆動装置の動作を示す説明図である。
【図１０】圧電アクチュエータを逆方向に駆動させる場合の駆動装置を流れる電流および圧電素子に印加される電圧の時系列信号を示している。
【図１１】圧電素子に印加される電圧の波形を示す説明図である。
【図１２】従来の圧電アクチュエータ駆動装置の回路構成を示す説明図である。
【図１３】図１２の駆動装置の動作を示す説明図であり、（ａ）は圧電アクチュエータを正方向に駆動させる場合の駆動装置の動作を示し、（ｂ）はその際の圧電素子に印加される電圧波形を示している。
【図１４】図１２の駆動装置の動作を示す説明図であり、（ａ）は圧電アクチュエータを逆方向に駆動させる場合の駆動装置の動作を示し、（ｂ）はその際の圧電素子に印加される電圧波形を示している。
【符号の説明】
【００４２】
１  ワイパ装置
２  回転軸
３  ワイパブレード
４  筐体
５  ガラス面
６  駆動体
９  圧電素子
１０  圧電アクチュエータ
１１  駆動装置
１２  ブリッジ回路
１３  第１スイッチング回路
１４  第２スイッチング回路
１５  第３スイッチング回路
１６  第４スイッチング回路
１７  制御回路
２１  電流制御回路
３１  駆動装置
３２  ブリッジ回路
４１  電流制御回路
４２  定電流回路
４３  スイッチング回路
Ｑ１、Ｑ３  トランジスタ（スイッチング素子）
Ｑ２、Ｑ４  ＭＯＳ−ＦＥＴ（スイッチング素子）
Ｑ５  トランジスタ（スイッチング素子）
Ｒ０  抵抗
Ｚｄ  ツェナーダイオード
Ｒｖ  （デジタル）可変抵抗器
【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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