(57)【要約】【課題】イオン伝導複合体アクチュエータの変位を任意の変位量で停止かつ保持させることが可能な駆動制御装置を提供することを目的とする。【解決手段】イオン交換樹脂層と当該表面に形成される金属電極層とを有するイオン伝導複合体アクチュエータの変位量を制御する駆動制御装置１０であって、アクチュエータの目標変位量を記憶する目標変位量記憶部１３と、アクチュエータの実測変位量を検出する変位量検出部２０と、目標変位量と実測変位量との偏差と比例定数の積である比例動作項に基づいて、ＰＷＭ電圧のデューティ比を算出する算出部１２と、算出されたデューティ比に基づいてＰＷＭ電圧を発生するＰＷＭ電圧発生部１１とを備える。【選択図】図１
2009044951.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
イオン交換樹脂層と当該表面に形成される金属電極層とを有するイオン伝導複合体アクチュエータの変位量を制御する駆動制御装置であって、
前記アクチュエータの目標変位量を記憶する目標変位量記憶部と、
前記アクチュエータの実測変位量を検出する変位量検出部と、
前記目標変位量と実測変位量との偏差と比例定数の積である比例動作項に基づいて、ＰＷＭ電圧のデューティ比を算出する算出部と、
前記算出部で算出されたデューティ比に基づいてＰＷＭ電圧を発生するＰＷＭ電圧発生部と、を備えるイオン伝導複合体アクチュエータの駆動制御装置。
【請求項２】
前記目標変位量に到達するまでの目標変位量到達動作の場合の前記ＰＷＭ電圧の振幅を、目標変位量到達後のＰＷＭ電圧の振幅よりも大きく設定する請求項１に記載のイオン伝導複合体アクチュエータの駆動制御装置。
【請求項３】
前記実測変位量が目標変位量の所定範囲内に保持されるように、前記算出部は、
前記目標変位量と実測変位量との偏差が所定値未満の場合に、前記目標変位量と実測変位量との偏差と第１比例定数の積である第1比例動作項に基づいて、ＰＷＭ電圧のデューティ比を算出するように構成し、
前記目標変位量と実測変位量との偏差が所定値以上の場合に、前記目標変位量と実測変位量との偏差と第１比例定数の積である第1比例動作項と、前記目標変位量と実測変位量との偏差と第２比例定数の積である第２比例動作項とに基づいて、ＰＷＭ電圧のデューティ比を算出するように構成し、
前記第１比例定数より第２比例定数が大きい値である請求項１または２に記載のイオン伝導複合体アクチュエータの駆動制御装置。
【請求項４】
前記算出部は、アクチュエータの変位を妨げる外乱を補償する補償動作項と前記比例動作項に基づいてＰＷＭ電圧のデューティ比を算出する請求項１から３のいずれか１項に記載のイオン伝導複合体アクチュエータの駆動制御装置。
【請求項５】
イオン交換樹脂層と当該表面に形成される金属電極層とを有するイオン伝導複合体アクチュエータの変位量を制御する駆動制御方法であって、
前記アクチュエータの実測変位量を検出し、
記憶媒体に記憶されている目標変位量と実測変位量との偏差と比例定数の積である比例動作項に基づいて、ＰＷＭ電圧のデューティ比を算出し、
前記算出されたデューティ比に基づいて発生したＰＷＭ電圧を前記アクチュエータに印加するイオン伝導複合体アクチュエータの駆動制御方法。
【請求項６】
前記目標変位量に到達するまでの目標変位量到達動作の場合の前記ＰＷＭ電圧の振幅を、目標変位量到達後のＰＷＭ電圧の振幅よりも大きく設定する請求項５に記載のイオン伝導複合体アクチュエータの駆動制御方法。
【請求項７】
前記実測変位量が目標変位量の所定範囲内に保持されるように、目標変位量と実測変位量との偏差が所定値未満の場合に、前記目標変位量と実測変位量との偏差と第１比例定数の積である第1比例動作項に基づいて、ＰＷＭ電圧のデューティ比を算出するように構成し、
前記目標変位量と実測変位量との偏差が所定値以上の場合に、目標変位量と実測変位量との偏差と第１比例定数の積である第1比例動作項と、前記目標変位量と実測変位量との偏差と第２比例定数の積である第２比例動作項とに基づいて、ＰＷＭ電圧のデューティ比を算出するように構成し、
前記第１比例定数より第２比例定数が大きい値である請求項５または６に記載のイオン伝導複合体アクチュエータの駆動制御方法。
【請求項８】
アクチュエータの変位を妨げる外乱を補償する補償動作項と前記比例動作項に基づいてＰＷＭ電圧のデューティ比を算出する請求項５から７のいずれか１項に記載のイオン伝導複合体アクチュエータの駆動制御方法。
【請求項９】
イオン交換樹脂層と当該表面に形成される金属電極層とを有するイオン伝導複合体アクチュエータの変位量を制御する駆動制御装置であって、
前記アクチュエータの目標変位量を記憶する目標変位量記憶部と、
前記アクチュエータの実測変位量を検出する変位量検出部と、
前記目標変位量と実測変位量との偏差と比例定数の積である比例動作項に基づいて、前記イオン伝導複合体アクチュエータに印加する電流値を算出する電流値算出部と、
前記電流値算出部で算出された電流値に基づいて電流を発生する電流発生部と、を備えるイオン伝導複合体アクチュエータの駆動制御装置。
【請求項１０】
前記目標変位量に到達するまでの目標変位量到達動作の場合の前記電流値を、目標変位量到達後の電流値よりも大きく設定する請求項９に記載のイオン伝導複合体アクチュエータの駆動制御装置。
【請求項１１】
前記電流値算出部は、アクチュエータの変位を妨げる外乱を補償する補償動作項と前記比例動作項に基づいて電流値を算出する請求項９または１０に記載のイオン伝導複合体アクチュエータの駆動制御装置。
【請求項１２】
初期変位量から目標変位量到達までの電流制御と、目標変位量到達後の電流制御を切り換えて行うことを特徴とする請求項９から１１のいずれか１項に記載のイオン伝導複合体アクチュエータの駆動制御装置。
【請求項１３】
前記目標変位量到達までの電流制御における電流値を、当該目標変位量到達後に徐々に減少させることを特徴とする請求項１２に記載のイオン伝導複合体アクチュエータの駆動制御装置。
【請求項１４】
イオン交換樹脂層と当該表面に形成される金属電極層とを有するイオン伝導複合体アクチュエータの変位量を制御する駆動制御方法であって、
前記アクチュエータの実測変位量を検出し、
記憶媒体に記憶されている目標変位量と実測変位量との偏差と比例定数の積である比例動作項に基づいて、前記アクチュエータに印加する電流値を算出し、
前記算出された電流値を前記アクチュエータに印加するイオン伝導複合体アクチュエータの駆動制御方法。
【請求項１５】
前記目標変位量に到達するまでの目標変位量到達動作の場合の前記電流値を、目標変位量到達後の電流値よりも大きく設定する請求項１４に記載のイオン伝導複合体アクチュエータの駆動制御方法。
【請求項１６】
アクチュエータの変位を妨げる外乱を補償する補償動作項と前記比例動作項に基づいて電流値を算出する請求項１４または１５に記載のイオン伝導複合体アクチュエータの駆動制御方法。
【請求項１７】
初期変位量から目標変位量到達までの電流制御と、目標変位量到達後の電流制御を切り換えて行うことを特徴とする請求項１４から１６のいずれか１項に記載のイオン伝導複合体アクチュエータの駆動制御方法。
【請求項１８】
前記目標変位量到達までの電流制御における電流値を、当該目標変位量到達後に徐々に減少させることを特徴とする請求項１７に記載のイオン伝導複合体アクチュエータの駆動制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、イオン交換樹脂層と当該表面に形成される金属電極層とを有するイオン伝導複合体アクチュエータの駆動制御装置およびその駆動制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、高分子アクチュエータの１つとして、イオン交換樹脂層と、このイオン交換樹脂層の表面に相互に絶縁状態で形成された金属電極層とを備えたイオン伝導アクチュエータが知られている（例えば、下記特許文献１）。この高分子アクチュエータは、金属電極層の間に電位差をかけて、イオン交換樹脂層に湾曲及び変形を生じさせることで、アクチュエータとして機能させるものである。
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−１７２６３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記イオン伝導アクチュエータを駆動する場合、この表面の電極に直流電圧を印加している。しかしながら、直流電圧を印加した場合、アクチュエータは最大変位量まで変位を続け、最大変位量で変位が停止するものであった。つまり、任意の変位量で停止させ、この変位量で保持させることが困難であった。また、最大変位量が極端な場合には、アクチュエータ素子に深刻なダメージを与え、著しく動作性能が損なわれる。このため、例えば、カメラオートフォーカス用途等でこのアクチュエータ素子を用いたデバイス開発にあたって、任意の変位量で停止かつ保持させる駆動制御法が強く望まれていた。
【０００５】
ところで、一般的なアクチュエータ等の変位量制御にあたり、ＰＩＤ制御等のフィードバック制御が行われている。しかしながら、イオン伝導アクチュエータの駆動制御にフィードバック機構を採用する以前に、イオン伝導アクチュエータを用いたデバイスに対して、どのような電流制御法、あるいは電圧制御法が適切なのか、また、どの制御方法でアクチュエータの駆動変位量を制御したらよいのか試行錯誤的検討段階であり、明確ではなく、フィードバック機構として最も一般的なＰＩＤ制御法を適用した場合に、イオン伝導複合体アクチュエータの駆動変位量制御に対しどの程度有効であるのか不明であった。
【０００６】
そこで、本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであって、イオン伝導複合体アクチュエータの変位を任意の変位量で停止かつ保持させることが可能な駆動制御装置を提供することを目的とする。また、イオン伝導複合体アクチュエータの変位を任意の変位量で停止かつ保持させることが可能な駆動制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者は、イオン伝導性複合体アクチュエータ素子の挙動特性を精査し、かかる特性を考慮した変位量制御を行うために、各種の制御方法を検討した結果、第１に、直流電圧印加方式からＰＷＭ電圧印加方式に変更することで、印加電圧値を任意に変更させてアクチュエータ素子の変位量制御を可能とし、第２に、実測変位量を測定し目標変位量との偏差に基づく比例制御方式を適用することで、目標変位量で停止および保持を行なえるとの知見に基づいて、本発明をするに至ったものである。
【０００８】
すなわち、本発明は、イオン交換樹脂層と当該表面に形成される金属電極層とを有するイオン伝導複合体アクチュエータの変位量を制御する駆動制御装置であって、
前記アクチュエータの目標変位量を記憶する目標変位量記憶部と、
前記アクチュエータの実測変位量を検出する変位量検出部と、
前記目標変位量と実測変位量との偏差と比例定数の積である比例動作項に基づいて、ＰＷＭ電圧のデューティ比を算出する算出部と、
前記デューティ比算出部で算出されたデューティ比に基づいてＰＷＭ電圧を発生するＰＷＭ電圧発生部と、を備えることを特徴とする。
【０００９】
この構成によれば、目標変位量と実測変位量との偏差と比例定数の積である比例動作項に基づいて、ＰＷＭ電圧のデューティ比を算出し、このデューティ比に基づいてＰＷＭ電圧を発生させ、このＰＷＭ電圧をアクチュエータの金属電極層に印加することで、アクチュエータの変位量が目標変位量になるように制御できる。デューティ比によってＰＷＭ電圧の実効電圧を制御して、変位応答速度、変位量を制御できる。
【００１０】
また、本発明において、前記目標変位量に到達するまでの目標変位量到達動作の場合の前記ＰＷＭ電圧の振幅を、目標変位量到達後のＰＷＭ電圧の振幅よりも大きく設定することを特徴とする。
【００１１】
この構成によれば、目標変位量到達動作の場合のＰＷＭ電圧の振幅を、目標変位量到達後のＰＷＭ電圧の振幅よりも大きく設定することによって、目標変位量到達までの立ち上がり動作速度、時間を短くできる。デューティ比によってＰＷＭ電圧の実効電圧を制御するのみならず、振幅も制御することで目標変位量到達時間を任意に制御することが可能となる。
【００１２】
また、本発明において、実測変位量が目標変位量の所定範囲内に保持されるように、前記比算出部は、前記目標変位量と実測変位量との偏差が所定値未満の場合に、前記目標変位量と実測変位量との偏差と第１比例定数の積である第1比例動作項に基づいて、ＰＷＭ電圧のデューティ比を算出するように構成し、
前記目標変位量と実測変位量との偏差が所定値以上の場合に、前記目標変位量と実測変位量との偏差と第１比例定数の積である第1比例動作項と、前記目標変位量と実測変位量との偏差と第２比例定数の積である第２比例動作項とに基づいて、ＰＷＭ電圧のデューティ比を算出するように構成し、
前記第１比例定数より第２比例定数が大きい値であることを特徴とする。
【００１３】
この構成によれば、実測変位量が目標変位量の所定範囲内に保持される。例えば、アクチュエータの応答速度を速くした場合に（ＰＷＭ電圧の実効電圧を高くする、振幅を大きくする等）、目標変位量に到達後に、目標変位量の所定範囲内（例えば、±２μｍ）から外れる（例えば減少または増加）場合があり、そのような場合に目標値に戻すために、目標変位量と実測変位量との偏差が所定値以上（例えば、±２μｍ）の場合に、目標変位量と実測変位量との偏差と第１比例定数の積である第1比例動作項と、目標変位量と実測変位量との偏差と第２比例定数の積である第２比例動作項とに基づいて、ＰＷＭ電圧のデューティ比を算出し、ＰＷＭ電圧を設定するようにしている。
【００１４】
また、本発明において、算出部は、アクチュエータの変位を妨げる外乱を補償する補償動作項と前記比例動作項に基づいてＰＷＭ電圧のデューティ比を算出することを特徴とする。
【００１５】
この構成によれば、アクチュエータの変位を妨げる外乱を補償する補償動作項と比例動作項に基づいてＰＷＭ電圧のデューティ比を算出し、ＰＷＭ電圧を設定するようにしているため、アクチュエータの変位を妨げる外乱を補償することができる。「外乱」は、例えば、重力、振動等である。例えば、重力の場合としては、アクチュエータ素子がその自重のために常に重力の作用を受けているため、それを補償する場合もある。また、アクチュエータ素子を例えばカメラのオートフォーカスに用いる場合に、レンズに作用する重力を考慮した補償が必要である。例えば、レンズを水平にして垂直に動作させる場合、補償動作項は、比例定数、レンズの質量、重力加速度、および実測変位量の積であり位置エネルギーを表す物理式として表現できる。
【００１６】
また、他の本発明は、イオン交換樹脂層と当該表面に形成される金属電極層とを有するイオン伝導複合体アクチュエータの変位量を制御する駆動制御方法であって、
前記アクチュエータの実測変位量を検出し、
記憶媒体に記憶されている目標変位量と実測変位量との偏差と比例定数の積である比例動作項に基づいて、ＰＷＭ電圧のデューティ比を算出し、
前記算出されたデューティ比に基づいて発生したＰＷＭ電圧を前記アクチュエータに印加することを特徴とする。
【００１７】
また、本発明において、目標変位量に到達するまでの目標変位量到達動作の場合の前記ＰＷＭ電圧の振幅を、目標変位量到達後のＰＷＭ電圧の振幅よりも大きく設定することを特徴とする。
【００１８】
また、本発明において、実測変位量が目標変位量の所定範囲内に保持されるように、目標変位量と実測変位量との偏差が所定値未満の場合に、前記目標変位量と実測変位量との偏差と第１比例定数の積である第1比例動作項に基づいて、ＰＷＭ電圧のデューティ比を算出するように構成し、
前記目標変位量と実測変位量との偏差が所定値以上の場合に、目標変位量と実測変位量との偏差と第１比例定数の積である第1比例動作項と、前記目標変位量と実測変位量との偏差と第２比例定数の積である第２比例動作項とに基づいて、ＰＷＭ電圧のデューティ比を算出するように構成し、
前記第１比例定数より第２比例定数が大きい値であることを特徴とする。
【００１９】
また、本発明において、アクチュエータの変位を妨げる外乱を補償する補償動作項と前記比例動作項に基づいてＰＷＭ電圧のデューティ比を算出することを特徴とする。
【００２０】
これら構成の作用効果は、上記したイオン伝導複合体アクチュエータの駆動制御装置と同様である。ただし、それらの装置構成に限定されるものではない。
【００２１】
また、他の本発明は、イオン交換樹脂層と当該表面に形成される金属電極層とを有するイオン伝導複合体アクチュエータの変位量を制御する駆動制御装置であって、
前記アクチュエータの目標変位量を記憶する目標変位量記憶部と、
前記アクチュエータの実測変位量を検出する変位量検出部と、
前記目標変位量と実測変位量との偏差と比例定数の積である比例動作項に基づいて、前記イオン伝導複合体アクチュエータに印加する電流値を算出する電流値算出部と、
前記電流値算出部で算出された電流値に基づいて電流を発生する電流発生部と、を備えることを特徴とする。
【００２２】
この構成によれば、目標変位量と実測変位量との偏差と比例定数の積である比例動作項に基づいて、電流値を算出し、この算出された電流値に基づいて電流を発生させ、この電流をアクチュエータの金属電極層に印加することで、アクチュエータの変位量を目標変位量になるように制御できる。
【００２３】
また、本発明において、目標変位量に到達するまでの目標変位量到達動作の場合の前記電流値を、目標変位量到達後の電流値よりも大きく設定することを特徴とする。
【００２４】
この構成によれば、目標変位量到達動作の場合の電流値を、目標変位量到達後の電流値よりも大きく設定することによって、目標変位量到達までの立ち上がり動作速度、時間を短くできる。
【００２５】
また、本発明において、電流値算出部は、アクチュエータの変位を妨げる外乱を補償する補償動作項と前記比例動作項に基づいて電流値を算出することを特徴とする。
【００２６】
この構成によれば、アクチュエータの変位を妨げる外乱を補償する補償動作項と比例動作項に基づいて電流値を算出するようにしているため、アクチュエータの変位を妨げる外乱を補償することができる。
【００２７】
また、本発明において、初期変位量から目標変位量到達までの電流制御と、目標変位量到達後の電流制御を切り換えて行うことを特徴とする。
【００２８】
この構成によれば、目標変位量到達動作の場合の電流値を、例えばアクチュエータの許容最大電流値に設定し、目標変位量到達後の電流値を上述の比例動作項と補償動作項に基づく電流値算出にすることができ、よって、目標変位量到達までの立ち上がり動作速度、時間を短くできる。
【００２９】
また、本発明において、目標変位量到達までの電流制御における電流値を、当該目標変位量到達後に徐々に減少させることを特徴とする。
【００３０】
この構成によれば、目標変位量到達までの電流値を、徐々に減少させるため、アクチュエータに印加される電流の増減に起因するアクチュエータの変位量の極端な変動を抑制することができる。
【００３１】
また、他の本発明は、イオン交換樹脂層と当該表面に形成される金属電極層とを有するイオン伝導複合体アクチュエータの変位量を制御する駆動制御方法であって、
前記アクチュエータの実測変位量を検出し、
記憶媒体に記憶されている目標変位量と実測変位量との偏差と比例定数の積である比例動作項に基づいて、前記アクチュエータに印加する電流値を算出し、
前記算出された電流値を前記アクチュエータに印加することを特徴とする。
【００３２】
また、本発明において、目標変位量に到達するまでの目標変位量到達動作の場合の前記電流値を、目標変位量到達後の電流値よりも大きく設定することを特徴とする。
【００３３】
また、本発明において、アクチュエータの変位を妨げる外乱を補償する補償動作項と前記比例動作項に基づいて電流値を算出することを特徴とする。
【００３４】
また、本発明において、初期変位量から目標変位量到達までの電流制御と、目標変位量到達後の電流制御を切り換えて行うことを特徴とする。
【００３５】
また、本発明において、目標変位量到達までの電流制御における電流値を、当該目標変位量到達後に徐々に減少させることを特徴とする。
【００３６】
これら構成の作用効果は、上記したイオン伝導複合体アクチュエータの駆動制御装置と同様である。ただし、それらの装置構成に限定されるものではない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３７】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
（イオン伝導性複合体）
本発明のイオン伝導複合体としては、イオン交換樹脂層と当該表面に形成される金属電極層とを有する構成であり、イオン交換樹脂層には電解液が含浸されている。電解液としては、例えば、水、極性の低分子有機液体等が例示される。本発明において、イオン伝導複合体は、例えば、イオン伝導複合体アクチュエータとして機能する。
【００３８】
（イオン伝導複合体アクチュエータ）  イオン伝導複合体アクチュエータは、イオン交換樹脂層の表面に金属電極層が形成された構造を有しており、更に詳しく言うと、対向する金属電極層の間に、イオン交換樹脂と、塩を含有する分極性有機溶媒またはイオン性液体である液状有機化合物とが含まれるものである。原理的には、イオン交換樹脂に金属電極を通じて、当該イオン交換樹脂に電位差が与えられると、イオン交換樹脂に含まれている液状有機化合物中のイオン性物質が、いずれかの電極方向に移動することにより、変形が生じる現象を利用するものである。
【００３９】
（イオン交換樹脂）
本発明に用いるアクチュエータ素子のイオン交換樹脂は、特に限定されるものではなく、公知のイオン交換樹脂を用いることができる。現に効果が確認されたのは、アクチュエータのイオン交換樹脂が陽イオン交換樹脂のものである。ただし、イオン交換樹脂が陽イオン型でも陰イオン型でも電位差の与え方を変更することで同様の効果が期待できる。陽イオン交換樹脂を用いる場合には、ポリエチレン、ポリスチレン、フッ素樹脂などにスルホン酸基、カルボキシル基などの親水性官能基を導入したものを用いることができる。このような樹脂としては、例えばパーフルオロスルホン酸樹脂（商品名「Ｎａｆｉｏｎ」、ＤｕＰｏｎｔ社製）、パーフルオロカルボン酸樹脂（商品名「フレミオン」、旭硝子社製）、ＡＣＩＰＬＥＸ（旭化成工業社製）、ＮＥＯＳＥＰＴＡ（トクヤマ社製）を用いることができる。
【００４０】
本発明に用いるアクチュエータの屈曲・変位量を大きくするために、前記イオン交換樹脂は柔軟性を有していることが好ましい。イオン交換樹脂に柔軟性を付与するため、液状有機化合物によってイオン交換樹脂を膨潤させる。前記イオン交換樹脂は、膨潤した状態となることで、ゲル電解質となることができる。前記膨潤の度合いは、特に限定されるものではないが、前記高分子アクチュエータの膨潤度、つまり、前記高分子電解質が乾燥した状態での厚さに対して高分子アクチュエータの膨潤した状態での厚さの増加率が、３〜２００％であることが好ましく、５〜６０％であることがより好ましい。前記膨潤度が３％未満である場合には、変位屈曲性能が劣り、前記膨潤度が２００％よりも大きい場合にも、変位屈曲性能が劣り、さらに大きく引張り強度が低下することとなってしまう。なお、前記有機化合物は、イオン交換樹脂中に含まれるが、金属電極が多孔性である場合には、前記溶媒の一部が、塩とともに前記金属電極に含まれても良い。
【００４１】
（液状有機化合物）
本発明に用いられる液状有機化合物には、塩を含有する分極性有機溶媒か、イオン性液体を用いる。イオン性液体は単独で用いることができるが、分極性有機溶媒の場合には、電荷のキャリアとなるイオンを含む塩が必要とされる。ただし塩として前記イオン性液体を用いてもよい。これらの液状有機化合物であれば、イオン交換樹脂に電位差が与えられた場合、容易に当該イオン交換樹脂内での移動が生じるからである。液状有機化合物は、常温常圧において液状の有機化合物であり、特に、１８０℃以上の沸点または分解温度を有するものが好ましい。この場合、溶媒の気化が起こりにくくなる。
【００４２】
（分極性有機溶媒）
前記分極性有機溶媒は、１８０℃以上の沸点または分解温度を有する有機化合物であることが好ましいが、特に２４５℃以上の沸点を有する分極性有機溶媒であることがより好ましい。好ましい分極性有機溶媒の具体例として、ジエチレングリコール、グリセリン、スルホラン、プロピレンカーボネート、ブチロラクトン又はこれらの混合物を挙げることができる。中でもジエチレングリコール、グリセリン、スルホラン又はこれらの混合物であることが特に好ましい。
【００４３】
前記分極性有機溶媒に含まれる塩は、当該分極性有機溶媒に溶解しうる塩であれば特に制限されるものではないが、特に前記イオン交換樹脂がカチオンと対イオンを形成する場合には、１〜３価のカチオンの塩を用いることができ、Ｎａ＋、Ｋ＋、Ｌｉ＋等の１価のカチオンを用いることが大きな屈曲若しくは変位をすることができるために好ましく、イオン半径の大きなアルキルアンモニウムイオンを用いることがより大きな屈曲若しくは変位をすることができるために更に好ましい。前記アルキルアンモニウムイオンとしては、ＣＨ３Ｎ＋Ｈ３、Ｃ２Ｈ５Ｎ＋Ｈ３、（ＣＨ３）２Ｎ＋Ｈ２、（Ｃ２Ｈ５）２Ｎ＋Ｈ２、（ＣＨ３）３Ｎ＋Ｈ、（Ｃ２Ｈ５）３Ｎ＋Ｈ、（ＣＨ３）４Ｎ＋、（Ｃ２Ｈ５）４Ｎ＋、（Ｃ３Ｈ７）４Ｎ＋、（Ｃ４Ｈ９）４Ｎ＋、Ｈ３Ｎ＋（ＣＨ２）４Ｎ＋Ｈ３、Ｈ２Ｃ＝ＣＨＣＨ２Ｎ＋ＨＣＨ３、Ｈ３Ｎ＋（ＣＨ２）４Ｎ＋Ｈ２（ＣＨ２）４Ｎ＋Ｈ３、ＨＣ≡ＣＣＨ２Ｎ＋Ｈ２、ＣＨ３ＣＨ（ＯＨ）ＣＨ２Ｎ＋Ｈ３、Ｈ３Ｎ＋（ＣＨ２）５ＯＨ、Ｈ３Ｎ＋ＣＨ（ＣＨ２ＯＨ）２、（ＨＯＣＨ２）２Ｃ（ＣＨ２Ｎ＋Ｈ３）２、Ｃ２Ｈ５ＯＣＨ２ＣＨ２Ｎ＋Ｈ３や脂肪族炭化水素を置換基として備えるアンモニウムイオン、または官能基として炭化水素の他に脂環式の環状炭化水素をも有するアンモニウムイオンを用いることができる。このとき、前記の塩の濃度としては、イオン交換樹脂の官能基と等量以上の濃度として含まれていればよく、十分な屈曲乃至変位を得るために０．０１〜１０ｍｏｌ／ｌであることが好ましく、０．１〜１．０ｍｏｌ／ｌであることがより好ましい。
【００４４】
（イオン性液体）
前記イオン性液体の好ましい具体例としては、テトラアルキルアンモニウムイオン、イミダゾリウムイオン、アルキルピリジニウムイオン、ピラゾリウムイオン、ピロリウムイオン、ピロリニウムイオン、ピロリジニウムイオン、及びピペリジニウムイオンからなる群より少なくとも一種選ばれたカチオンと、
ＰＦ６−、ＢＦ４−、ＡｌＣｌ４−、ＣｌＯ４−、及び下式（１）で表されるスルホニウムイミドアニオンからなる群より少なくとも一種選ばれたアニオンとの組み合わせからなる塩を挙げることができる。下式（１）中、ｎ及びｍは任意の整数である。
（ＣｎＦ（２ｎ＋１）ＳＯ２）（ＣｍＦ（２ｍ＋１）ＳＯ２）Ｎ−  （１）
前記テトラアルキルアンモニウムカチオンとしては、特に限定されるものではないが、トリメチルプロピルアンモニウム、トリメチルヘキシルアンモニウム、テトラペンチルアンモニウムを用いることができる。
【００４５】
前記イミダゾリウムカチオンは、ジアルキルイミダゾリウムイオン及び／またはトリアルキルイミダゾリウムイオンを用いることができる。例えば、前記イミダゾリウムカチオンは、特に限定されるものではないが、１−エチル−３−メチルイミダゾリウムイオン、１−ヘキシル−３メチルイミダゾリウムイオン、１−ブチル−３−メチルイミダゾリウムイオン、１，３−ジメチルイミダゾリウムイオン、１−メチル−３−エチルイミダゾリウムイオン、１，２，３−トリメチルイミダゾリウムイオン、１，２−ジメチル−３−エチルイミダゾリウムイオン、１，２−ジメチル−３−プロピルイミダゾリウムイオン、１−ブチル−２，３−ジメチルイミダゾリウムイオンを例示することができる。
【００４６】
前記アルキルピリジニウムカチオンは、特に限定されるものではないが、Ｎ−ブチルピリジニウムイオン、Ｎ−メチルピリジニウムイオン、Ｎ−エチルピリジニウムイオン、Ｎ−プロピルピリジニウムイオン、１−エチル−２−メチルピリジニウム、１−ブチル−４−メチルピリジニウム、１−ブチル−２，４−ジメチルピリジニウムを例示することができる。
【００４７】
前記ピラゾリウムカチオンは、特に限定されるものではないが、１，２−ジメチルピラゾリウムイオン、１−エチル−２−メチルピラゾリウムイオン、１−プロピル−２−メチルピラゾリウムイオン、１−ブチル−２−メチルピラゾリウムイオンを例示することができる。
【００４８】
前記ピロリウムカチオンは、特に限定されるものではないが、１，１−ジメチルピロリウムイオン、１−エチル−１−メチルピロリウムイオン、１−メチル−１−プロピルピロリウムイオン、１−ブチル−１−メチルピロリウムイオンを例示することができる。
【００４９】
前記ピロリニウムカチオンは、特に限定されるものではないが、１，２−ジメチルピロリニウムイオン、１−エチル−２−メチルピロリニウムイオン、１−プロピル−２−メチルピロリニウムイオン、１−ブチル−２−メチルピロリニウムイオンを例示することができる。
【００５０】
前記ピロリジニウムカチオンは、特に限定されるものではないが、１，１−ジメチルピロリジニウムイオン、１−エチル−１−メチルピロリジニウムイオン、１−メチル−１−プロピルピロリジニウムイオン、１−ブチル−１−メチルピロリジニウムイオンを例示することができる。
【００５１】
前記ピペリジニウムカチオンは、特に限定されるものではないが、１，１−ジメチルピぺリジニウムイオン、１−エチル−１−メチルピぺリジニウムイオン、１−メチル−１−プロピルピぺリジニウムイオン、１−ブチル−１−メチルピぺリジニウムイオンを例示することができる。
【００５２】
前記イオン性液体は、上記アニオンと上記カチオンとの組み合わせが特に限定されるものではないが、例えば、１−メチル−３−エチルイミダゾリウムトリフルオロメタンスルホイミド（ＥＭＩＴＦＳＩ）、１−メチル−３−イミダゾリウムテトラフルオロボレート（ＥＭＩＢＦ４）、１−メチル−３−イミダゾリウムヘキサフルオロリン酸（ＥＭＩＰＦ６）、トリメチルプロピルアンモニウムトリフルオロメタンスルホイミド、１−ヘキシル−３−メチルイミダゾリウムテトラフルオロボレート、１−ヘキシル−３−メチルイミダゾリウムヘキサフルオロリン酸、１−ヘキシル−３−メチルイミダゾリウムトリフルオロメタンスルホイミドを用いることができる。
【００５３】
（金属電極）
本発明においてイオン交換樹脂の表面には、当該イオン交換樹脂に電位差を与えることができるように、対向する位置に一組以上の金属電極が設けられている。金属電極に用いられる金属は、水銀のような液体金属を除き、導電性のよい個体金属であれば制限なく用いることができ、また合金であってもよい。用いるイオン交換樹脂や液状有機化合物など種類によって、それぞれ適当な金属を選ぶことができる。
【００５４】
金属電極が対向するとは、一組の金属電極が平行を保って存在する状態を理想とするものである。ただし、両電極は完全に平行である必要はなく、当該両金属電極に電圧を与えることでアクチュエータ素子が変位できる限りにおいて、平行から多少ずれていてもよい。ただし、平行からずれるに従って、クーロン量あたりの屈曲や変形の効率に変化が生じる。
【００５５】
一組の金属電極が平行を保って存在する状態にするには、イオン交換樹脂の形状を平行な平面側壁を有する板形状または棒形状として、この平行に対向する前記平面側壁表面に、対となる金属電極をメッキ法、中でも無電解メッキ法で設けることが好ましい。後述のように、イオン交換樹脂の表面に無電解メッキ法で金属電極になりうる金属膜を形成した場合、イオン交換樹脂と金属電極の接触面積が大きくなり、このためアクチュエータとしての屈曲や変位の量も大きくできるからである。
【００５６】
（被覆樹脂）
本発明に用いるアクチュエータは、被覆をせずに長時間駆動することができるが、更に、可撓性を有する樹脂で被覆されてもよい。前記樹脂としては、特に限定されるものではないが、ポリウレタン樹脂及び／又はシリコン樹脂を用いることができる。前記ポリウレタン樹脂は、特に限定されるものではないが、柔軟な熱可塑性ポリウレタンを用いることが、柔軟度が大きく密着性が良好であるために特に好ましい。柔軟な熱可塑性ポリウレタンとしては、商品名「アサフレックス  ８２５」（柔軟度２００％、旭化成社製）、商品名「ペレセン  ２３６３−８０Ａ」（柔軟度５５０％）、「ペレセン  ２３６３−８０ＡＥ」（柔軟度６５０％）、「ペレセン  ２３６３−９０Ａ」（柔軟度５００％）、「ペレセン  ２３６３−９０ＡＥ」（柔軟度５５０％）、（以上、ダウ・ケミカル社製）を用いることができる。また、前記シリコン樹脂は、特に限定されるものではないが、柔軟度が５０％以上である樹脂が、柔軟度が大きいので密着性が良好であるために、特に好ましい。前記シリコン樹脂としては、例えば、「シラシール３ＦＷ」、「シラシールＤＣ７３８ＲＴＶ」、「ＤＣ３１４５」、及び「ＤＣ３１４０」（以上、ダウコーニング社製）を用いることができる。なお、本願において、柔軟度とは、ＡＳＴＭ  Ｄ４１２に準拠する引張破断伸び（Ｕｌｔｉｍａｔｅ  Ｅｌｏｎｇａｔｉｏｎ％）をいうものである。
【００５７】
イオン伝導複合体アクチュエータは、公知の方法により得ることができる。たとえば、膜状、板状、もしくは管状の形状を有するイオン交換樹脂有体物に無電解メッキ法をすることによって、上記高分子電解質のイオン交換樹脂有体物表面またはイオン交換樹脂有体物表面から内側の範囲に金属層を形成させ、上記金属層金属を電極層として用いることで、イオン伝導複合体アクチュエータである金属−イオン交換樹脂接合体を得ることもできる。また、金属−イオン交換樹脂接合体の形成方法としては、たとえば、ＷＯ２００５／０１３２９９号公報や特開２００５−１７５１０７号公報などに記載の手法を適宜採用することができる。
【００５８】
（実施形態１の駆動制御装置、駆動制御方法）
本実施形態の駆動制御装置は、本発明の電圧制御方式の駆動制御方法の好適な一実施形態である。なお、駆動制御方法は、他の装置によっても実現できる。以下、図１、２を用いて電圧制御方式の駆動制御装置について説明する。
【００５９】
図１は、駆動制御装置１０の機能ブロック図である。駆動制御装置１０は、ＰＷＭ電圧発生部１１、算出部１２、記憶部１３を備えている。ＰＷＭ電圧発生部１１は、その機能として、ＰＷＭ回路１１１、ＡＭ回路１１２を備えている。また、駆動制御装置１０は、目標変位量到達制御部１４、目標変位量保持制御部１５を備えている。駆動制御装置１０は、その機能を実現するために、専用回路で構成してもよく、マイクロプロセッサーとメモリ等のハードウエア資源とソフトウエアプログラムとの協働作用によって実現してもよい。以下に、詳述する。
【００６０】
先ず、記憶部１３（目標変位量記憶部に相当する）は、目標変位量（Ｘｒｅｆ）のデータを保存している。目標変位量（Ｘｒｅｆ）のデータは、例えば、図２に示す破線である。目標変位量（Ｘｒｅｆ）は、予め、記憶部１３に保存されているように構成してもよく、駆動制御前または制御中に、不図示の入力手段から入力、または送受信手段から受信され保存されるように構成してもよい。この目標変位量（Ｘｒｅｆ）は、アクチュエータの変位量を任意に制御するための目標値である。
【００６１】
目標変位量（Ｘｒｅｆ）までの到達動作は、目標変位量到達制御部１４によって制御され、目標変位量（Ｘｒｅｆ）に到達後は、目標変位量保持制御部１５によって、２段階に制御される。なお、目標変位量は、一定値である場合に限定されず、複数の値を含んでいてもよい。また、目標変位量到達までの速度、時間、変位挙動は、比例的、規則的である必要はなく、適宜制御可能であるが、目標変位量までの到達時間としては、短いほうが好ましい。このような場合、目標変位量到達制御部１４は、目標変位量までの到達時間を短くするように、デューティ比を算出し、ＰＷＭ電圧を生成するように制御する。例えば、アクチュエータをカメラのオートフォーカス用途に用いる場合、目標変位量（Ｘ１）までの到達時間（ｔ１）は、１００ｍ秒程度になるように、制御されることが好ましい（図２）。このＰＷＭ電圧は、アクチュエータへの最大許容電圧値であってもよい。
【００６２】
また、目標変位量保持制御部１５は、目標変位量に到達後に、実測変位量が目標変位量の所定範囲内（例えば、±４μｍ）に保持されるように、デューティ比を算出し、ＰＷＭ電圧を生成するように制御する。
【００６３】
算出部１２は、以下の数式（１）
Ｄ＝Ｋｐ１（Ｘｒｅｆ−Ｘ）＋Ｋｐ２（Ｘｒｅｆ−Ｘ）＋ＫｍＸ  ・・・（１）
（Ｄ：デューティ比、Ｋｐ１：第1比例定数、Ｋｐ２：第２比例定数、Ｘｒｅｆ：目標変位量、Ｘ：実測変位量、Ｋｍ：外乱に対する補償項の比例定数、ここでの算出に際し、振幅は一定値である。）
に基づいてデューティ比（Ｄ）を算出する。振幅は一定値（例えば±５Ｖ）であり、ＰＷＭ電圧の実効電圧が求められる。上記数式（１）は、予め不図示のメモリに保存されている。振幅は、目標変位量到達制御部１４、目標変位量保持制御部１５によって、設定され、例えば、目標変位量到達までは、アクチュエータ素子に対する最大許容電圧値（例えば、±５Ｖ）に設定され、目標変位量に到達後、それを保持する場合には最大許容電圧値よりも小さい値（例えば、±３Ｖ）に設定される。振幅が小さい方が実測変位量を目標変位量の所定範内に保持させやすいので好ましい。
【００６４】
また、上記数式（１）は、様々な仕様のアクチュエータ素子に対して有効であるが、特にアクチュエータ素子の応答性が速い場合に有効である。
【００６５】
また、目標変位量に対し実測変位量のバラツキ範囲を小さく設定（例えば、±２μｍ）するような、特定条件の場合において、Ｋｐ２（Ｘｒｅｆ−Ｘ）項は、｜Ｘｒｅｆ−Ｘ｜＜任意の定数の場合に零となるように制御される。これは、目標変位量保持制御部１５の機能による。ここで任意の定数は、目標変位量Ｘｒｅｆに対して、許容される変位量のバラツキ範囲を基準に設定され、例えば、バラツキ範囲が目標変位量Ｘｒｅｆの±２μｍの場合、任意の定数は、２または２近傍である。このＫｐ２（Ｘｒｅｆ−Ｘ）項は、例えば、目標変位量到達後の変位量の減少（落ち込み）に対応して、目標値に素早く戻すための比例制御項として機能する。
【００６６】
また、Ｋｐ１＜Ｋｐ２であり、Ｋｐ２は、目標変位量に到達した後の保持作用項として主に機能する。Ｋｐ１、Ｋｐ２は、比例制御における比例定数であり、例えば、グラーニ＝ニコルスの限界感度法によって設定される。Ｋｍは、アクチュエータ素子の特性（電圧印加から無電圧印加した場合のイオン移動、重力による負荷、個体差等）、仕様用途（外部振動）等に応じて変動するものであり、それらに応じて設定される。Ｋｍは、各種外乱を補償するための補償項として機能する。
【００６７】
Ｋｐ２（Ｘｒｅｆ−Ｘ）項が零の場合、つまり、上記数式（１）は、以下の数式（２）になる。
Ｄ＝Ｋｐ１（Ｘｒｅｆ−Ｘ）＋ＫｍＸ  ・・・（２）
【００６８】
また、上記数式（１）または（２）において、アクチュエータ素子の特性、使用用途に応じて、ＰＩＤ制御の積分動作（Ｉ動作）および／または微分動作（Ｄ動作）項を組み合わせることができる。これによって、アクチュエータ素子の特性、使用用途、使用環境に応じて、適切な変位量制御を実現できる。例えば、積分動作項を組み合わせることで、残留偏差を抑制できる。また、微分動作（Ｄ動作）項は、アクチュエータ素子をカメラのズーム機構に用いた場合に、手ブレ時の補正項として作用する。
【００６９】
変位量検出部２０は、アクチュエータの変位量を測定し、この測定された値を実測変位量（Ｘ）と称する。変位量検出部２０は、公知のセンサー、例えば、（ＣＣＤ）レーザ変位計等で構成することができる。変位量検出部２０で測定された実測変位量（Ｘ）は、駆動制御装置１０に送信される。この実測変位量（Ｘ）が算出部１２によって演算変数として用いられる。また、別実施形態として、アクチュエータをカメラのズーム機構に用いる場合に、ピントの情報を変位量に置き換えることで、実測変位量Ｘを得るように構成できる。
【００７０】
また、高精度の変位量制御を行うために、フィードバックタイミングは短い方が好ましく、アクチュエータ素子の特性、用途等に応じて個々に設定されるが、例えば、１０ｍ秒以内が好ましい。
【００７１】
ＰＷＭ回路１１１は、公知のＰＷＭ回路で構成でき、例えば、交流電圧源、三角波発信器、比較器等の組合せ回路で構成される。算出部１２で算出されたデューティ比（Ｄ）に応じたＰＷＭ電圧が生成される。周波数としては、１００Ｈｚ以上、より好ましくは数百Ｈｚ以上が好ましい。１００Ｈｚ未満の場合、アクチュエータ素子がその周波数に追随して変位するため好ましくない。
【００７２】
また、駆動制御装置１０は、さらに、電圧の振幅変調（ＡＭ）回路を備えることがより好ましい。これによって、ＰＷＭ電圧の電圧振幅を同時に行うことができ、アクチュエータ素子の特性、使用用途に応じた、高精度の変位量制御、目標変位量到達時間の即応性を実現できる。
【００７３】
（実施例）
以下では、アクチュエータ素子をカメラのオートフォーカスデバイスに用いた実施例について図を用いて説明する。先ず、上記の製造方法で、リング状で中央開口部に向かって菊座形状が形成されたアクチュエータ素子を準備する。アクチュエータ素子は、±３Ｖを印加した瞬間の応答速度が１μｍ／ｍｓのものである。アクチュエータ素子を電極板で挟み、アクチュエータ用の固定バネ、レンズブラケットと共にケースに組み込みレンズ駆動部を構成する。図３に、実施例のシステム全体を示す。レンズ駆動部の電極板は、駆動制御装置１０ａのＰＷＭ電圧発生部と配線接続されＰＷＭ電圧が印加される。ＰＷＭ電圧が印加されると、アクチュエータ素子の菊座形状の一枚一枚の花弁が片持ち梁の湾曲挙動として作用し、レンズを水平に保ちながら垂直方向に直動させることができる（図４）。レーザ変位計２０ａは、レンズの垂直変位量を測定する。測定するタイミング周期は、１０ｍｓｅｃ以内が好ましが、本実施例では、５ｍｓｅｃとして行なった。目標変位量は１００μｍとした。目標変位量と実測変位量との偏差は±５μｍ以内で、目標変位量到達時間は１００ｍｓ以内を目標に設定した。レーザ変位計２０ａでの実測変位量をオシロスコープで観察した。観察した結果を図５〜７に示す。ＰＷＭ電圧は、矩形波である。
【００７４】
（参考例）
参考例として、印加するＰＷＭ電圧のデューティ比をＰＩＤ制御のパラメータから算出した。以下に算出式（３）を示す。ＰＷＭ電圧の振幅は±５Ｖである。
Ｄ＝Ｋｐ（Ｘｒｅｆ−Ｘ）＋ＫｄｄＸ／ｄｔ＋Ｋｉ∫（Ｘｒｅｆ−Ｘ）ｄｔ    ・・・（３）
（Ｋｐは比例動作、Ｋｄは微分動作、Ｋｉは積分動作の比例定数である。）
各パラメータは、グラーニ＝ニコルスの限界感度法により決定した。
【００７５】
図５にＰＩＤ制御でアクチュエータを駆動した結果の変位量測定結果を示す。制御システムとしては、４４００ｍｓで安定した。図５に示すように、目標変位量到達時間は、約５００ｍｓであった。これは、目標値に近づくにつれて偏差（Ｘｒｅｆ−Ｘ）の項が小さくなるためにアクチュエータに与える出力が低くなったためと考えられる。また、目標変位量に到達後、目標変位量（Ｘｒｅｆ）に対し±８μｍ程度以内で実測値を保持することができているが、目標の±５μｍ以内を達成することができなかった。
【００７６】
（実施例１）
次いで、目標変位量に到達するまでの制御方法と、目標変位量に到達後の制御方法とを分けて行い、目標変位量到達までの時間を短くするとともに、目標変位量到達後において偏差（Ｘｒｅｆ−Ｘ）が±５μｍ以内になるように制御する。目標変位量到達までには、ＰＷＭ電圧の振幅を±５Ｖとし、最大の出力とした（デューティ比９９．９％）。目標変位量到達後には、ＰＷＭ電圧の振幅を±３Ｖとした。これらの切り替えタイミング時には、印加電圧は０とした。デューティ比は以下の式（４）で算出した。
Ｄ＝Ｋｐ（Ｘｒｅｆ−Ｘ）・・・（４）
【００７７】
その結果、図６に示すように、目標変位量到達時間は７５ｍｓであった。また、目標変位量到達後、一定位置での偏差（Ｘｒｅｆ−Ｘ）が±２μｍ以内で動作することを確認できた。また、目標変位量に達した時点において、出力を０にするように制御されていたため、一度、目標変位量よりも低い値に落ち込むことが観察された。この落ち込みは、１０μｍ程度であった。この落ち込みは、アクチュエータ自体やレンズの重さによるものと考えられる。また、電圧印加を０にした場合、アクチュエータが変形を元に戻そうと作用しているものと考えられる。
【００７８】
（実施例２）
実施例１の落ち込みを補正すべく、アクチュエータやレンズの重力による重さによる変形への影響を補償するために、デューティ比は以下の式（５）で算出した。
Ｄ＝Ｋｐ（Ｘｒｅｆ−Ｘ）＋ＫｍｍｇＸ・・・（５）
（Ｋｍ：比例定数、ｍ：レンズの質量、ｇ：重力加速度、Ｘ：実測変位量）
【００７９】
その結果、図７に示すように、目標変位量到達時間は７５ｍｓであった。また、目標変位量到達後、一定位置での偏差（Ｘｒｅｆ−Ｘ）が±２μｍ以内で動作することを確認できた。また、目標変位量に達した時点においての落ち込みは観察されなかった。
【００８０】
（実施例３）
上記のアクチュエータ素子よりも応答速度の速い、±３Ｖを印加した瞬間の応答速度が２μｍ／ｍｓのアクチュエータ素子を用いた場合について、実施例２の条件で実施した。この結果を図８に示す。アクチュエータの応答速度が速く、フィードバック周期が５ｍｓであるため、目標値到達後の落ち込みとして−８μｍの減少が観察された。この落ち込みは、フィードバック周期を例えば、１〜２ｍｓに短くすることで解消されるが、装置の高コスト化を避けるために、フィードバック周期が５ｍｓのままで、この落ち込みを減少させる構成について検討し、実施した。
【００８１】
目標変位量到達までには、ＰＷＭ電圧の振幅を±５Ｖとし、最大の出力とした（デューティ比９９．９％）。目標変位量到達後には、ＰＷＭ電圧の振幅を±３Ｖとした。これらの切り替えタイミング時には、印加電圧は０とした。デューティ比は以下の式（６）で算出した。
デューティ比は以下の式（６）で算出した。
Ｄ＝Ｋｐ１（Ｘｒｅｆ−Ｘ）＋Ｋｐ２（Ｘｒｅｆ−Ｘ）＋ＫｍｍｇＸ・・・（６）
（Ｋｐ１＜Ｋｐ２、ただし、｜Ｘｒｅｆ−Ｘ｜＜４の場合に０とする）
【００８２】
その結果、図９に示すように、目標変位量到達時間は７５ｍｓ、目標変位量到達後、落ち込みが最大で４μｍ以内で動作することを確認できた。
【００８３】
（実施形態２の駆動制御装置、駆動制御方法）
本実施形態２の駆動制御装置は、電流制御による駆動制御方法の好適な一実施形態である。なお、駆動制御方法は、他の装置によっても実現できる。以下、図１０を用いて、電流制御方式の駆動制御装置について説明する。
【００８４】
図１０は、駆動制御装置５０の機能ブロック図である。駆動制御装置５０は、電流発生部５１１、電流値算出部５１２、記憶部１３を備えている。また、駆動制御装置５０は、目標変位量到達制御部１４、目標変位量保持制御部１５を備えている。駆動制御装置５０は、その機能を実現するために、専用回路で構成してもよく、マイクロプロセッサーとメモリ等のハードウエア資源とソフトウエアプログラムとの協働作用によって実現してもよい。以下に、詳述する。
【００８５】
先ず、記憶部１３（目標変位量記憶部に相当する）は、目標変位量（Ｘｒｅｆ）のデータを保存している。目標変位量（Ｘｒｅｆ）のデータは、例えば、上述したように図２に示す破線である。この目標変位量（Ｘｒｅｆ）は、アクチュエータの変位量を任意に制御するための目標値である。
【００８６】
目標変位量（Ｘｒｅｆ）までの到達動作は、目標変位量到達制御部１４によって制御され、目標変位量（Ｘｒｅｆ）に到達後は、目標変位量保持制御部１５によって、２段階に制御される。なお、目標変位量は、一定値である場合に限定されず、複数の値を含んでいてもよい。また、目標変位量到達までの速度、時間、変位挙動は、比例的、規則的である必要はなく、適宜制御可能であるが、目標変位量までの到達時間としては、即応性の観点から短いほうが好ましい。このような場合、目標変位量到達制御部１４は、目標変位量までの到達時間を短くするように、目標変位量までの電流値を設定する。この電流値は、アクチュエータへの最大許容電流値であってもよい。例えば、アクチュエータをカメラのオートフォーカス用途に用いる場合、目標変位量（Ｘ１）までの到達時間（ｔ１）は、１００ｍ秒程度になるように、制御されることが好ましい（図２参照）。
【００８７】
また、目標変位量保持制御部１５は、目標変位量に到達後に、実測変位量が目標変位量の所定範囲内（例えば、±４μｍ）に保持されるように、電流値算出部１２に電流値を算出させ、電流発生部５１１にその電流値を生成させるように制御する。
【００８８】
電流値算出部１２は、以下の数式（１１）
I＝Ｋｐ（Ｘｒｅｆ−Ｘ）＋ＫｃＸ  ・・・（１１）
（I：電流値、Ｋｐ：比例定数、Ｘｒｅｆ：目標変位量、Ｘ：実測変位量、Ｋｃ：外乱に対する補償項の比例定数。）
に基づいて電流値（I）を算出する。上記数式（１１）は、予め不図示のメモリに保存されている。例えば、目標変位量到達までは、目標変位量到達制御部１４によって、アクチュエータ素子に対する最大許容電流値（例えば、±２ｍＡ）に設定され、目標変位量に到達後、目標変位量保持制御部１５によって、その目標変位量を保持する場合に、上記数式（１１）によって算出された電流値で電流制御を実行する。
【００８９】
また、上記数式（１１）は、様々な仕様のアクチュエータ素子に対して有効であるが、特にアクチュエータ素子の応答性が速い場合に有効である。
【００９０】
また、Ｋｐは、比例制御における比例定数であり、例えば、グラーニ＝ニコルスの限界感度法によって設定される。Ｋｃは、アクチュエータ素子の特性（電流印加から無電流印加した場合のイオン移動、重力による負荷、個体差等）、仕様用途（外部振動）等に応じて変動するものであり、それらに応じて設定される。Ｋｃは、各種外乱を補償するための補償項として機能する。
【００９１】
また、上記数式（１１）において、アクチュエータ素子の特性、使用用途に応じて、ＰＩＤ制御の積分動作（Ｉ動作）および／または微分動作（Ｄ動作）項を組み合わせることができる。これによって、アクチュエータ素子の特性、使用用途、使用環境に応じて、適切な変位量制御を実現できる。例えば、積分動作項を組み合わせることで、残留偏差を抑制できる。また、微分動作（Ｄ動作）項は、アクチュエータ素子をカメラのズーム機構に用いた場合に、手ブレ時の補正項として作用する。
【００９２】
変位量検出部２０は、アクチュエータの変位量を測定し、この測定された値を実測変位量（Ｘ）と称する。変位量検出部２０は、公知のセンサー、例えば、（ＣＣＤ）レーザ変位計等で構成することができる。変位量検出部２０で測定された実測変位量（Ｘ）は、駆動制御装置５０に送信される。この実測変位量（Ｘ）が電流値算出部５１２によって演算変数として用いられる。また、別実施形態として、アクチュエータをカメラのズーム機構に用いる場合に、ピントの情報を変位量に置き換えることで、実測変位量Ｘを得るように構成できる。
【００９３】
また、高精度の変位量制御を行うために、フィードバックタイミングは短い方が好ましく、アクチュエータ素子の特性、用途等に応じて個々に設定されるが、例えば、１０ｍ秒以内が好ましい。
【００９４】
電流発生部５１１は、公知の電流発生装置で構成でき、定電流発生装置が好ましい。
【００９５】
（実施例）
以下では、アクチュエータ素子をカメラのオートフォーカスデバイスに用いた実施例について図を用いて説明する。先ず、上記の製造方法で、リング状で中央開口部に向かって菊座形状が形成されたアクチュエータ素子を準備する。アクチュエータ素子は、±３Ｖを印加した瞬間の応答速度が１μｍ／ｍｓのものである。アクチュエータ素子を電極板で挟み、アクチュエータ用の固定バネ、レンズブラケットと共にケースに組み込みレンズ駆動部を構成する。図１１に、実施例のシステム全体を示す。レンズ駆動部の電極板は、駆動制御装置５０ａの電流発生部と配線接続され、所定の電流が印加される。電流が印加されると、アクチュエータ素子の菊座形状の一枚一枚の花弁が片持ち梁の湾曲挙動として作用し、レンズを水平に保ちながら垂直方向に直動させることができる（図４参照）。レーザ変位計２０ａは、レンズの垂直変位量を測定する。測定するタイミング周期は、１０ｍｓｅｃ以内が好ましいが、本実施例では、５ｍｓｅｃとして行なった。目標変位量は１００μｍとした。目標変位量と実測変位量との偏差は±５μｍ以内で、目標変位量到達時間は１００ｍｓ以内を目標に設定した。レーザ変位計２０ａでの実測変位量をオシロスコープで観察した。観察した結果を図１２に示す。
【００９６】
（実施例１）
目標変位量に到達するまでの制御方法と、目標変位量に到達後の制御方法とを分けて行い、目標変位量到達までの時間を短くするとともに、目標変位量到達後において偏差（Ｘｒｅｆ−Ｘ）が±５μｍ以内になるように制御する。目標変位量到達までには、印加する電流値を±１６ｍＡの最大出力とした。目標変位量到達後には、上記数式（１１）で算出した電流値であり、その電流値は±７ｍＡの範囲であった。実施環境温度は２０℃であった。
【００９７】
その結果、図１２に示すように、目標変位量到達時間は５８ｍｓであった。また、目標変位量到達後、一定位置での偏差（Ｘｒｅｆ−Ｘ）が±４μｍ以内で動作することを確認できた。また、目標変位量に到達した直後に変位量の落ち込みが観察された。この落ち込みは、１０μｍ程度であった。この落ち込みは、目標変位量到達時点での印加電流値の大幅な減少によるものと考えられる。
【００９８】
（実施例２）
実施例１の落ち込みを補正すべく、印加電流値の大幅な減少の影響を補償するために、以下の式（１２）で電流値を算出する。
Ｉ＝Ｋｐ（Ｘｒｅｆ−Ｘ）＋ＫｃＸ＋ＫＥ−ＫＧｔ・・・（１２）
（ＫＥ:落ち込み防止のための電流値増加項、ＫＧ：ＫＥをｔ秒後に零にするための項）
【００９９】
図１３に、上記の実施例１における、目標変位量到達までの最大電流値印加と、目標変位量到達後の電流値印加の急激な電流値の減少について模式的に示す。図１４に、上記式（１２）で算出させる電流値に基づく電流印加を模式的に示す。第１段階の電流値制御として目標変位量到達までは最大電流値を印加する。その後、第２段階の電流値制御として急激な電流値の減少を避け、徐々に電流値を下げる技術思想に基づいて電流値を印加する。目標変位量に到達後、ＫＥの電流値を発生し、それから徐々に電流値を下げている。ＫＥは、最大電流値以下であればよく、その２分の１あるいは３分の１でもよい。ＫＥ、ＫＧは落ち込み量に応じて設定することができる。印加される電流を最大電流値から徐々に減少させた後、第３段階の電流値制御として目標変位量を維持するために、式（１２）のＫｐ項とＫｃ項で算出される電流値を印加する制御に切り換える。
【０１００】
このように三段階の電流制御をした結果、目標変位量に到達直後の落ち込みは観察されなかった。
【図面の簡単な説明】
【０１０１】
【図１】駆動制御装置の機能について説明するための図
【図２】目標変位量について説明するための図
【図３】実施例のシステム全体を示す図
【図４】実施例のアクチュエータの変位を模式的に示す図
【図５】実施例の実測変位量の観察結果を示す図
【図６】実施例の実測変位量の観察結果を示す図
【図７】実施例の実測変位量の観察結果を示す図
【図８】実施例の実測変位量の観察結果を示す図
【図９】実施例の実測変位量の観察結果を示す図
【図１０】電流方式の駆動制御装置について説明するための図
【図１１】実施例のシステム全体を示す図
【図１２】実施例の実測変位量の観察結果を示す図
【図１３】印加電流を模式的に示す図
【図１４】印加電流を模式的に示す図
【符号の説明】
【０１０２】
１０、５０      駆動制御装置
１１      ＰＷＭ電圧発生部
１２      算出部
１１１    ＰＷＭ回路
１３      記憶部
１４      目標変位量到達制御部
１５      目標変位量保持制御部
２０      変位量検出部
５１１    電流発生部
５１２    電流値算出部
【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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