(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
分極方向に駆動電圧信号を印加してアクチュエータとしての圧電体に歪みを生じさせる駆動装置において、時間的に変化する信号を出力する波形発生回路と、前記波形発生回路の出力信号から、分極反転を起こすレベル以下の電圧信号を生成し、圧電体の分極方向に印加する第１の駆動回路と、前記波形発生回路の出力信号から、分極反転を起こすレベル以下の電圧であって第１の駆動回路と同極の電圧信号を生成し、圧電体の分極方向とは逆向きに印加する第２の駆動回路と、第２の制御回路とを備え、前記第１、第２の駆動回路は、それぞれ勾配の異なる出力信号を出力し、前記第２の制御回路は、前記第１、第２の駆動回路を交互に動作させるものであ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】
前記第１、第２の駆動回路は、それぞれ前記圧電体に直列接続された充電路で構成され、前記第１の駆動回路は第１の電流値を前記圧電体を介して流し、前記第２の駆動回路は、前記第１の電流値より小さい第２の電流値を前記圧電体を介して流すものであることを特徴とする請求項１記載の圧電アクチュエータ駆動装置。
【請求項３】
前記第１、第２の駆動回路はそれぞれの充電路に該充電路を接断するスイッチ回路を備え、前記第２の制御回路は前記スイッチ回路を交互にオンオフさせるものであることを特徴とする請求項１または２記載の圧電アクチュエータ駆動装置。
【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駆動装置において、前記圧電体に直列接続され、前記第１の駆動回路と同方向から圧電体に前記第２の電流値を流す第３の駆動回路と、前記圧電体に直列接続され、前記第２の駆動回路と同方向から圧電体に前記第１の電流値を流す第４の駆動回路とを備え、前記第２の制御回路は、第１、第２の駆動回路に対する動作と第３、第４の駆動回路に対する動作とを切り替えて行わせるものであ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５】
少なくとも圧電体を有する第１ユニットを該第１ユニットに摺動可能に配置される第２ユニットに対して相対的に直線移動させるインパクト形の圧電アクチュエータにおいて、前記圧電体に電流を流す請求項１〜４のいずれかに記載の圧電アクチュエータ駆動装置を備えてなる圧電アクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧電体に電圧を印加することによって生じる歪みを利用して被駆動体をアクチュエータとして駆動するトラス形やインパクト形の圧電アクチュエータ及びその駆動回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
圧電素子は、分極方向に電圧を印加すると印加電圧レベルにほぼ比例して歪み（伸縮）が生じる、いわゆる逆圧電効果を発揮することが知られており、従来、かかる圧電素子を利用して被駆動体に駆動力を与えるようにした圧電アクチュエータが提案されている。圧電アクチュエータに用いられる圧電素子は一方向に分極されてなるもので、その分極方向両端面に電極を形成し、この電極間に駆動回路の出力端子を接続することによって駆動信号を印加可能に構成されている。
【０００３】
この種の圧電アクチュエータとしては、圧電素子の伸縮方向一方端面に、被駆動体に接触配置された摩擦部材を当接させておき、立ち上がりの急峻なインパクト電圧信号を印加して圧電素子を急激に伸長（又は収縮）させて被駆動体と摩擦部材間で一方向に相対運動させ、次いで緩やかな立ち下がり電圧信号で収縮（伸張）させて両者を一体運動させることによって被駆動体と摩擦部材とを相対に位置変位させるようにしたインパクト形や、２個の柱状の圧電素子を交差配置するとともに先端部に共通する摺動部材を設けた構成をなし、互いに位相のずれた電圧波形を印加することで摺動部材を楕円運動させ、これにより該摺動部材に接触している被駆動体に摩擦移動を行わせるようにしたトラス形が提案されている（特公平６−３６６７３号公報）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
この種の圧電アクチュエータは圧電素子に印加する電圧レベルを高くすることによって変位（伸縮）量を大きくすることが可能である。しかしながら、カメラの撮影レンズの位置調整として圧電アクチュエータを採用する場合のように、主に携帯機器では内蔵電池で例えばフィルム給送、撮影動作など種々の動作を行わせている関係上、電力的に余裕がなく、高電圧を用いるには限界がある。また、高電圧を採用することはＤＣ−ＤＣコンバータや平滑コンデンサも新たに必要となり乃至は既存のものに対してより大型化するなど駆動電圧発生回路部の構成も大きくなって、全体として小型化、低廉化の要請に沿うことが困難となる。
【０００５】
また、オーディオ機器において、２台のアンプの一方の入力を反転させ、各々の出力をスピーカーコイル（電磁石部）に接続（Bridged Tied Load接続）してパワーの増大を図るものが従来知られているが、適用対象が電磁石であってオーディオ信号をただ単に反転したにすぎず、また、圧電素子のような分極との関連性はなく、かつ分極反転を考慮する必要もないものである。
【０００６】
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたもので、分極反転を考慮して低電圧化を維持しながらも圧電素子の伸縮（歪み）量を倍増させ得ることを可能にして、低廉化と小型化を達成する圧電アクチュエータ及びその駆動回路を提供することを目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、分極方向に駆動電圧信号を印加してアクチュエータとしての圧電体に歪みを生じさせる駆動装置において、時間的に変化する信号を出力する波形発生回路と、前記波形発生回路の出力信号から、分極反転を起こすレベル以下の電圧信号を生成し、圧電体の分極方向に印加する第１の駆動回路と、前記波形発生回路の出力信号から、分極反転を起こすレベル以下の電圧であって第１の駆動回路と同極の電圧信号を生成し、圧電体の分極方向とは逆向きに印加する第２の駆動回路と、第２の制御回路とを備え、前記第１、第２の駆動回路は、それぞれ勾配の異なる出力信号を出力し、前記第２の制御回路は、前記第１、第２の駆動回路を交互に動作させるものであることを特徴とするものである。
【０００８】
かかる構成によれば、第１の駆動回路からの電圧信号によって圧電体の両端に該電圧信号がその分極方向に印加されて伸張（あるいは収縮）する。また、第２の駆動回路からの電圧信号によって圧電体の両端に該電圧信号がその分極方向とは逆方向に印加されて収縮（あるいは伸張）する。そして、この圧電体に生じる歪みである伸張と収縮とを利用することでアクチュエータとして機能させることが可能となる。このとき第１、第２の駆動回路から出力される電圧信号はいずれも同極であるので、分極反転電圧以下で駆動させるという制約下にあって、実質２倍の歪み量（伸縮量）を得ることが可能となる。また、第２の駆動回路は第１の駆動回路からの電圧信号を利用して電圧信号を生成するようにした態様も、実質的に波形発生回路の出力信号から駆動用の電圧信号を形成したものと見ることができる。
【０００９】
また、第１の駆動回路が動作されて圧電体が伸張（あるいは収縮）速度で歪み、次のタイミングには第２の駆動回路が駆動されて圧電体が上記とは異なる収縮（あるいは伸張）速度で歪むことになり、異なる速度でもって伸張と収縮動作とが交互に行われることになる。しかも、この伸張と収縮とは同極性の信号で行われながら、実質２倍の歪みを得ることが可能となる。
【００１０】
請求項２記載の発明は、前記第１、第２の駆動回路は、それぞれ前記圧電体に直列接続された充電路で構成され、前記第１の駆動回路は第１の電流値を前記圧電体を介して流し、前記第２の駆動回路は、前記第１の電流値より小さい第２の電流値を前記圧電体を介して流すものであり、これによれば、圧電体の容量成分を利用して、第１の駆動回路が動作するときは第１の電流で充電されて両端電圧が所定の勾配で上昇して伸張（あるいは収縮）動作を行い、次に第２の駆動回路が動作する時はより小さな第２の電流で放電を行うので、圧電体の両端電圧がより緩やかな勾配で降下して収縮（あるいは伸張）することとなり、このようにして伸張速度と収縮速度とを異ならせることによって、インパクト形圧電アクチュエータへの適用が可能となる。
【００１１】
請求項３記載の発明は、前記第１、第２の駆動回路はそれぞれの充電路に該充電路を接断するスイッチ回路を備え、前記第２の制御回路は前記スイッチ回路を交互にオンオフさせるものであり、これによればスイッチ回路だけで充電、放電動作が制御できるので、回路構成が容易となる。
【００１２】
請求項４記載の発明は、請求項１〜３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、前記圧電体に直列接続され、前記第１の駆動回路と同方向から圧電体に前記第２の電流値を流す第３の駆動回路と、前記圧電体に直列接続され、前記第２の駆動回路と同方向から圧電体に前記第１の電流値を流す第４の駆動回路とを備え、前記第２の制御回路は、第１、第２の駆動回路に対する動作と第３、第４の駆動回路に対する動作とを切り替えて行わせるものである。
【００１３】
この構成によれば、第１の駆動回路が動作されて圧電体がある伸張（あるいは収縮）速度で歪み、次のタイミングには第２の駆動回路が駆動されて圧電体が上記より遅い収縮（あるいは伸張）速度で歪むことになり、異なる速度での伸張と収縮動作とが交互に行われることになる。一方、第３の駆動回路が動作されて圧電体がある伸張（あるいは収縮）速度で歪み、次のタイミングには第４の駆動回路が駆動されて圧電体が上記より早い収縮（あるいは伸張）速度で歪むことになり、これによりインパクト形圧電アクチュエータに適用すると、正逆方向の相対移動が実現される。
【００１４】
請求項５記載の発明は、少なくとも圧電体を有する第１ユニットを該第１ユニットに摺動可能に配置される第２ユニットに対して相対的に直線移動させるインパクト形の圧電アクチュエータにおいて、前記圧電体に電流を流す請求項１〜４のいずれかに記載の圧電アクチュエータ駆動装置を備えてなるものである。
【００１５】
この構成によれば、第１、第２の駆動回路、また第３、第４の駆動回路から出力される電圧信号はいずれも同極であるので、分極反転電圧以下で駆動させるという制約下にあって、実質２倍の歪み量（伸縮量）を得ることが可能となり、しかも伸張速度と収縮速度を異にしている分、相対移動量も大きくすることが可能となる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明に係る圧電アクチュエータ駆動装置は、トラス形とインパクト形の双方に適用可能であり、以下、両者における各実施形態（第１〜第２実施形態はトラス型、第３実施形態以降はインパクト形）について説明する。
【００１７】
図１〜図４は本発明に係る圧電アクチュエータの第１実施形態を示し、図１はトラス形の圧電アクチュエータの概略構造図、図２〜図４はトラス形圧電アクチュエータ駆動装置を説明する図で、図２はブロック図、図３は回路図、図４は電圧波形図である。
【００１８】
図１において、静止側のベース部材１０は図示しない静止側の装置枠体等に固設されており、一部分に９０度の対向面１０１，１０２が形成されている。圧電体１１，１２は直方体状であってほぼ同一形状を有しており、ベース部材１０の対向面１０１，１０２に立設されている。従って、圧電体１１，１２は、本実施形態では好ましい態様である互いに直角に交差するように配設されている。また、両圧電体１１，１２の先端面には共通する１個の摺動部材１３が固定されている。摺動部材１３は例えば内角９０度の扇状をなすと共に所要厚を有するもので、所要の摩擦係数を有して表面処理された円弧面部１３１が外方に向けられている。摺動部材１３の円弧面部１３１には被駆動体ＳＬが所要の押圧状態で接触するように配設され、図略の支持部材によって図中の矢印方向に移動可能に支持されている。
【００１９】
圧電体１１，１２は所要厚を有する圧電素子を複数枚積層して構成されてなるもので、各圧電素子間に薄層の電極を介在させた状態で接着形成された積層型圧電素子を採用している。そして、各電極には交互に正負の信号線が接続されるように配線されており、従って、各圧電素子は分極方向が交互に逆になる向きにして積層してあり、これにより同一の駆動信号が各圧電素子に並列に印加されても、伸縮動作が一致して生じるようにしてある。
【００２０】
図２において、圧電体１１には駆動装置１６が接続され、圧電体１２には駆動装置１７が接続されている。駆動装置１６は、波形発生回路１６１、駆動回路（第１の駆動回路）１６２を備えるとともに、反転回路１６３及び駆動回路１６４からなる第２の駆動回路を備える。そして、駆動回路１６２出力端が圧電体１１の一方の電極に接続され、駆動回路１６４の出力端が圧電体の他方の電極に接続されている。なお、駆動装置１７の構成は駆動装置１６と同一なので説明は省略する。但し、後述するように波形発生回路１６１，１７１から出力される両信号の位相は異なる。
【００２１】
図３は駆動装置１６の回路図で、駆動回路１６２はオペアンプＯＰ１１、抵抗Ｒ１１，Ｒ１２及び定電圧源Ｂ１１から構成され、反転回路１６３及び駆動回路１６４はオペアンプＯＰ１２、抵抗Ｒ１３，１４及び定電圧源Ｂ１２から構成されている。なお、第１実施形態では、オペアンプＯＰ１１，１２は従来とほぼ同レベルである５Ｖ（ボルト）の定電圧源に接続され、また、定電圧源Ｂ１１は０．５Ｖ、定電圧源Ｂ１２は１．８３Ｖに設定されたものである。
【００２２】
オペアンプＯＰ１１の非反転入力端子は波形発生回路１６１の出力端に接続され、反転入力端子は抵抗Ｒ１２を介して定電圧源Ｂ１１に接続されているとともに、出力端子との間で帰還用の抵抗Ｒ１１に接続されている。そして、出力端子は圧電体１１の一方の電極に接続されている。従って、オペアンプＯＰ１１の増幅度は（１＋Ｒ１１／Ｒ１２）の関係より２倍となり、かつ入出力は同相である。
【００２３】
オペアンプＯＰ１２の非反転入力端子は定電圧源Ｂ１１に接続され、反転入力端子は抵抗Ｒ１４を介して波形発生回路１６１の出力端に接続されるとともに、出力端子との間で帰還用の抵抗Ｒ１３に接続されている。そして、出力端子は圧電体１１の他方の電極に接続されている。従って、オペアンプＯＰ１２の増幅度は−Ｒ１３／Ｒ１４の関係より２倍となり、かつ入出力は反転（周期性信号の場合、例えば正弦波の場合には逆相となる）する。
【００２４】
以下、第１実施形態の動作について、図４の波形図を参照しながら説明する。波形発生回路１６１は、図４の信号Ａに示すように動作安定性を考慮して設定された０．５Ｖ〜２．５Ｖの範囲の正弦波を出力する。
【００２５】
オペアンプＯＰ１１は、信号Ｂに示すように波形発生回路１６１からの正弦波入力信号を増幅して、０．５Ｖ〜４．５Ｖの正弦波信号を入力信号と同相で出力する。オペアンプＯＰ１２は、信号Ｃに示すように波形発生回路１６１からの正弦波入力波形を増幅して、０．５Ｖ〜４．５Ｖの正弦波信号（波形Ｂと同極性）を入力信号とは逆相で出力する。
【００２６】
圧電体１１はオペアンプＯＰ１１からの駆動信号Ｂが分極方向と一致する向きで印加される一方、オペアンプＯＰ１２からの駆動信号Ｃが分極方向と逆となる向きで印加されることとなる。従って、圧電体１１はオペアンプＯＰ１１からの駆動信号Ｂにより伸長する方向に歪み、他方、オペアンプＯＰ１２からの駆動信号Ｃにより収縮する方向に歪むため、圧電体１１における伸縮動作を基準にすると、図４に示す駆動信号Ｄが実質的に印加されたと同等となる。このように、同極性の４Ｖ（＝０．５Ｖ〜４．５Ｖ）分の信号を圧電体１１の分極方向に対して互いに異なる向きに印加することで、伸縮量を印加電圧８Ｖ（＝−４Ｖ〜＋４Ｖ）で駆動させた場合と同レベルにすることができる。
【００２７】
しかも、圧電体１１，１２に印加される電圧レベルは分極方向に対して−４Ｖ〜＋４Ｖであり、この電圧レベル範囲は圧電体１１，１２の分極反転レベル以下であるので問題はない。すなわち、図７は印加電圧と変位量との関係を示す圧電素子の特性曲線で、本発明に適用される圧電素子はプラス２０Ｖ及びマイナス２０Ｖでそれぞれ分極反転を生じるような既知の材料が採用されている。圧電素子の電極間に予め２０Ｖ以上のある電圧を印加して所定方向への分極処理を施し、かかる分極処理された圧電素子を分極方向が交互に逆向きになるようにして積層するとともに正負電極を交互にして接着して積層型の圧電体１１，１２が製作されている。そして、駆動電圧としては、分極方向からみて少なくとも分極反転電圧−２０Ｖ、＋２０Ｖに比して充分低い電圧レベルである−４Ｖ〜＋４Ｖで駆動電圧を印加するようにしている。したがって、予め施された分極処理が＋２０Ｖで行われた場合、圧電体１１，１２は電圧が０Ｖ〜＋４Ｖに向けて大きくなる（図中、特性曲線Ｃ１の矢印の逆方向）に応じて伸張量は変位基準点Ｏに向けて大きくなり、逆に、電圧が特性曲線Ｃ１の矢印に沿って０Ｖ〜−４Ｖに向けて大きくなるに応じて収縮量は変位基準点Ｏから大きくなるように変化する。また、予め施された分極処理が−２０Ｖで行われた場合には、電圧が０Ｖ〜−４Ｖに向けて大きくなる（図中、特性曲線Ｃ２の矢印の逆方向）に応じて伸張量は変位基準点Ｏに向けて大きくなり、さらに電圧が特性曲線Ｃ２の矢印に沿って０Ｖ〜＋４Ｖに向けて大きくなるに応じて収縮量は変位基準点Ｏから大きくなるように変化する。
【００２８】
なお、圧電体１２には図４に示す駆動信号Ｄに対して９０度位相をずらした（進相あるいは遅相させて）駆動信号が印加されるように、波形発生回路１７１から信号が出力されるようになっており、これにより摺動部材１３が正転あるいは逆転方向に楕円運動を行うため、該摺動部材１３に押圧状態にある被駆動部材ＳＬを矢印で示す方向にスライドさせる。なお、被駆動部材ＳＬを逆方向にスライドさせる場合には、波形発生回路１６１，１７１の位相関係を逆転させて出力するようにすればよい。なお、位相ずれは９０度に限定されず、好ましくは９０度に設定されておれば足り、摺動部材１３の回転は円を含む楕円運動を行えば足りるものである。
【００２９】
図５、６は本発明に係る圧電アクチュエータの第２実施形態を示し、図５は回路図、図６は電圧波形図である。なお、圧電アクチュエータの全体構成図及びブロック図（具体的な値は除く）は第１実施形態の図１、図２と同様である。
【００３０】
図５は駆動装置２６の回路図で、駆動回路２６２はオペアンプＯＰ２１、抵抗Ｒ２１，Ｒ２２及び定電圧源Ｂ２１から構成され、反転回路２６３及び駆動回路２６４はオペアンプＯＰ２２、抵抗Ｒ２３，２４及び定電圧源Ｂ２２から構成されている。なお、第２実施形態では、オペアンプＯＰ２１，２２は従来とほぼ同レベルである５Ｖ（ボルト）の定電圧源に接続され、また、定電圧源Ｂ２１は１．８３Ｖ、定電圧源Ｂ２２は１．３Ｖに設定されたものである。
【００３１】
オペアンプＯＰ２１の非反転入力端子は波形発生回路２６１の出力端に接続され、反転入力端子は抵抗Ｒ２２を介して定電圧源Ｂ２１に接続されているとともに、出力端子との間で帰還用の抵抗Ｒ２１に接続されている。そして、出力端子は圧電体２１の一方の電極に接続されている。従って、オペアンプＯＰ２１の増幅度は（１＋Ｒ２１／Ｒ２２）の関係より４倍となり、かつ入出力は同相である。
【００３２】
オペアンプＯＰ２２の非反転入力端子は定電圧源Ｂ２１に接続され、反転入力端子は抵抗Ｒ２４を介して波形発生回路２６１の出力端に接続されるとともに、出力端子との間で帰還用の抵抗Ｒ２３に接続されている。そして、出力端子は圧電体２１の他方の電極に接続されている。従って、オペアンプＯＰ２２の増幅度は−Ｒ２３／Ｒ２４の関係より４倍となり、かつ入出力は反転（周期性信号の場合、例えば正弦波の場合には逆相となる）する。
【００３３】
以下、第２実施形態の動作について、図６の波形図を参照しながら説明する。
波形発生回路２６１から０．５Ｖ〜２．５Ｖの正弦波の信号ＡがオペアンプＯＰ２１に入力される。オペアンプＯＰ２１の出力端子からは、信号Ｂに示すように電圧０．５Ｖ〜４．５Ｖの半波整流された正弦波であって信号Ａと同相の駆動信号が出力される。また、波形発生回路２６１からの信号ＡがオペアンプＯＰ２２に入力されると、その出力端子から信号Ｃに示すように電圧０．５Ｖ〜４．５Ｖの半波整流された正弦波であって信号Ａと逆相の駆動信号が出力される。
【００３４】
すなわち、第２実施形態では、オペアンプＯＰ２１，２２の増幅度を４倍にすし、かつ駆動信号Ｂ，Ｃを互いに逆相とする一方、定電圧源Ｂ２１，Ｂ２２の電圧を調整設定したことで、正極の電圧の出力期間（回路の安定性のため、実際には０．５Ｖ以上の出力期間）のみ出力が得られるようにしている。従って、圧電体２１の電極間には、駆動信号Ｄに示すように分極方向を基準して従来の２倍の駆動電圧が実質的に印加されたこととなる。
【００３５】
図８〜図１４は本発明に係る圧電アクチュエータ駆動装置の第３実施形態を示す。図８、図９はインパクト型の圧電アクチュエータの第１構造例を示す図で、図８は全体斜視図、図９は縦断面図であり、図１０、図１１はインパクト型の圧電アクチュエータの第２構造例を示す図で、図１０は全体斜視図、図１１はａ矢視図である。
【００３６】
図８、図９において、円柱状の静止部材３０ａ（第１ユニット）は軸方向の両端部及びほぼ中央の仕切壁部３０１ａを残して内部が刳り貫かれ、第１、第２収容空間３０２ａ，３０３ａが形成されている。第１収容空間３０２ａには圧電体３１ａが積層方向を軸方向に一致させて基端部で静止部材３０ａに固設され、第２収容空間３０３ａには摺動軸３２ａ及び該摺動軸３２ａに外嵌されたスライダ３３ａ（第２ユニット）が配設されている。摺動軸３２ａは仕切壁部３０１ａ及び第２収容空間３０３ａの先端壁の軸中心位置に穿設された各孔に貫通され、一端は圧電体３１ａに当接し、他端は静止部材３０ａの先端から外方にわずかに突出して軸方向に移動可能に支持されている。
【００３７】
スライダ３３ａは、図９に示すように両側に耳部３３１ａを有する基部３３０ａと、この耳部３３１ａの間に嵌合される挟み込み部材３３２ａとを備え、基部３３０ａと挟み込み部材３３２ａの対向面には共に半割れ状に穿設された半円状溝によって、摺動軸３２ａを遊嵌状態で貫通させる、例えば断面円形の孔３３３ａが形成されている。静止部材３０ａの第２収容空間３０３ａの先端壁外面には弾性材等の板ばね３０４ａ（図８）が固設され、摺動軸３２ａを所要のばね圧で圧電体３１ａ側に付勢している。また、挟み込み部材３３２ａの上部には突起３３４ａが形成されると共に基部３３０ａの両耳部３３１ａ間に板ばね３３５ａが張設固定されており、これにより挟み込み部材３３２ａが基部３３１ａに所要圧で付勢され、孔３３３ａと摺動軸３２ａとがインパクト摺動に際して好適な接触摩擦力で接触するようにしている。
【００３８】
図１０、図１１において、図１０は駆動ユニット３０ｂ（第１のユニット）を静止部材３４ｂ（第２のユニット）から外した状態を示している。静止部材３４ｂは平板状の基台３４１ｂと該基台３４１ｂ上に所定間隔を置いて突設された互いに平行な長尺の案内部材３５１ｂ，３５２ｂとから構成されている。案内部材３５２ｂは案内部材３５１ｂとの対向面に断面くの字状乃至は円弧状の凹溝が形成され、駆動ユニット３０ｂの上方への受け止めを兼ねている。
【００３９】
駆動ユニット３０ｂは圧電体３１ｂ、該圧電体３１ｂを支持するフレーム３２ｂ及びスライダ３３ｂを備えている。フレーム３２ｂは柱状体をなし、長尺方向の中央部分に仕切壁部３２１ｂを介して第１、第２収納空間３２２ｂ，３２３ｂが形成されている。第１収容空間３２２ｂには圧電体３１ｂが積層方向を長尺方向に一致させて基端部でフレーム３２ｂに固設されており、第２収容空間３２３ｂには支持軸を有するとともに、案内部材３５１ｂ、３５２ｂ間の寸法に一致した直径を有する円柱形状のスライダ３３ｂが配設されている。スライダ３３ｂの軸は仕切壁部３２１ｂ及び第２収容空間３２３ｂの先端壁の軸中心位置に穿設された各孔に貫通され、一端は圧電体３１ｂに当接し、他端は図略の付勢部材等を用いて該スライダ３３ｂを圧電体３１ｂ側に所要圧で付勢している。
【００４０】
図１２はブロック図、図１３は回路図、図１４は電圧波形図である。
【００４１】
図１２において、圧電体３１ａ（３１ｂ）には駆動装置３６が接続されている。駆動装置３６は、波形発生回路３６１、駆動回路（第１の駆動回路）３６２を備えるとともに、反転回路３６３及び駆動回路３６４からなる第２の駆動回路を備える。そして、駆動回路３６２の出力端が圧電体３１ａ（３１ｂ）の一方の電極に接続され、駆動回路３６４の出力端が圧電体３１ａ（３１ｂ）の他方の電極に接続されている。
【００４２】
図１３は駆動装置３６の回路図で、駆動回路３６２はオペアンプＯＰ３１、抵抗Ｒ３１，Ｒ３２及び定電圧源Ｂ３１から構成され、反転回路３６３及び駆動回路３６４はオペアンプＯＰ３２、抵抗Ｒ３３，３４及び定電圧源Ｂ３２から構成されている。オペアンプＯＰ３１，３２は従来とほぼ同レベルである５Ｖ（ボルト）の定電圧源に接続され、また、第１実施形態と同様に定電圧源Ｂ３１は０．５Ｖ、定電圧源Ｂ３２は１．８３Ｖに設定されている。
【００４３】
波形発生回路３６１は第１、第２実施形態における正弦波波形に代えて、図１４の信号Ａに示すように立ち上がりと立ち下がりの勾配の異なる鋸歯状波（三角波、台形波等も含む）を発生するものである。
【００４４】
オペアンプＯＰ３１の非反転入力端子は波形発生回路３６１の出力端に接続され、反転入力端子は抵抗Ｒ３２を介して定電圧源Ｂ３１に接続されているとともに、出力端子との間で帰還用の抵抗Ｒ３１に接続されている。そして、出力端子は圧電体３１ａ（３１ｂ）の一方の電極に接続されている。従って、オペアンプＯＰ３１の増幅度は（１＋Ｒ３１／Ｒ３２）の関係より２倍となり、かつ入出力は同相である。
【００４５】
オペアンプＯＰ３２の非反転入力端子は定電圧源Ｂ３１に接続され、反転入力端子は抵抗Ｒ３４を介して波形発生回路３６１の出力端に接続されるとともに、出力端子との間で帰還用の抵抗Ｒ３３に接続されている。そして、出力端子は圧電体３１ａ（３１ｂ）の他方の電極に接続されている。従って、オペアンプＯＰ３２の増幅度は−Ｒ３３／Ｒ３４の関係より２倍となり、かつ入出力は反転波形となる。
【００４６】
以下、第３実施形態の動作について、図１４の波形図を参照しながら説明する。
【００４７】
波形発生回路３６１から０．５Ｖ〜２．５Ｖの鋸歯状波である信号ＡがオペアンプＯＰ３１に入力される。オペアンプＯＰ３１の出力端子からは、信号Ｂに示すように電圧０．５Ｖ〜４．５Ｖの鋸歯状波であって信号Ａと同相の駆動信号が出力される。また、波形発生回路３６１からの信号ＡがオペアンプＯＰ３２に入力されると、その出力端子から信号Ｃに示すように電圧０．５Ｖ〜４．５Ｖの鋸歯状波であって信号Ａを反転した波形の駆動信号が出力される。従って、圧電体２１の電極間には、駆動信号Ｄに示すように分極方向を基準して従来の２倍の駆動電圧が実質的に印加されたこととなる。
【００４８】
鋸歯状波からなる駆動信号Ｄによる圧電アクチュエータの駆動動作を具体的に説明する。
【００４９】
まず、図８，図９に示す第１構造例の圧電アクチュエータの場合について説明すると、駆動信号Ｄのｔ１〜ｔ２期間の（分極方向を基準とした）−４Ｖから＋４Ｖまでの緩やかな立ち上がり時には、圧電体３１ａが伸張して摺動軸３２ａが板ばね３０４ａの付勢力に抗して緩やかに矢印ａ方向に移動する。この時、移動速度が小さいため、摺動軸３２ａとスライダ３３ａとの接触面の摩擦力によって、スライダ３３ａが摺動軸３２ａと共に矢印ａ方向に移動する。そして、ｔ２時点に達すると、ｔ３時点まで電圧が＋４Ｖに維持されるため、その位置でこの間静止する。次いで、ｔ３時点に達すると、ｔ４時点まで＋４Ｖから−４Ｖに向けて電圧が急激に立ち下がる。この電圧の立ち下がりを受けて圧電体３１ａが急激に収縮し、このとき摺動軸３２ｂが矢印ａ方向とは逆方向に急速に移動する。スライダ３３ａは摺動軸３２ａの急速な移動により両者間の摩擦力に比して慣性力が打ち勝って、静止位置に止まることとなる。
【００５０】
従って、スライダ３３ａは駆動信号Ｄの一周期間に矢印ａ方向に所定長だけ移動したこととなる。そして、駆動信号Ｄが周期的に印加されることで、スライダ３３ａが矢印ａ方向に連続的（詳細には間欠的）に移動させられる。なお、スライダ３３ａを逆方向に移動させる場合には、立ち上がりと立ち下がりの勾配が逆転した鋸歯状波を駆動信号として波形発生回路３６１から出力するようにすればよい。
【００５１】
なお、上記の説明では、動作原理をわかりやすくするために、摺動軸が緩やかに移動した場合はスライダとの間にはすべりが生じず、急速に移動した場合にすべりが生じる場合を説明したが、摺動軸とスライダとの接触面の摩擦力の大きさによっては摺動軸を緩やかに移動させた場合でも摺動軸とスライダ間に滑りが生じる。しかし、この場合でも、摺動軸の移動方向によって移動速度に差があるために摺動軸がスライダに及ぼす力が異なるため、前述の説明と同様にスライダは移動する（特開平７−２９８６５６号公報参照）。
【００５２】
次に、図１０，図１１に示す第２構造例の圧電アクチュエータの場合について説明すると、駆動信号Ｄのｔ１〜ｔ２期間の（分極方向を基準とした）−４Ｖから＋４Ｖまでの緩やかな立ち上がり時には、圧電体３１ｂが伸張してスライダ３３ｂが緩やかに矢印ａと逆方向に移動しようとする。この時、移動速度が小さいため、スライダ３３ｂと案内部材３５１ｂ、３５２ｂとの接触面は静止摩擦力を越えないためスライダ３３ｂは案内部材３５１ｂ、３５２ｂに対して移動せず、相対的に駆動ユニット３０ｂが矢印ａ方向に移動する。そして、ｔ２時点に達すると、ｔ３時点まで電圧が＋４Ｖに維持されるため、その位置でこの間静止する。次いで、ｔ３時点に達すると、ｔ４時点まで＋４Ｖから−４Ｖに向けて電圧が急激に立ち下がる。この電圧の立ち下がりを受けて圧電体３１ｂが急激に収縮し、このときスライダ３３ｂが矢印ａ方向に急速に移動しようとする。スライダ３３ｂは急速な移動により案内部材３５１ｂ、３５２ｂ間の動摩擦力が低下して元の位置に復帰する。
【００５３】
従って、圧電ユニット３０ｂは駆動信号Ｄの一周期間に矢印ａ方向に所定長だけ移動したこととなる。そして、駆動信号Ｄが周期的に印加されることで、圧電ユニット３０ｂが連続的に矢印ａ方向に移動させられる。
【００５４】
図１５、図１６は本発明に係る圧電アクチュエータ駆動装置の第４実施形態を示し、図１５は回路図、図１６は電圧波形図である。なお、第４実施形態は図８〜図１１に示すインパクト型の圧電アクチュエータの第１構造例及び第２構造例に適用される駆動回路で、ブロック図は図１２と同様である。
【００５５】
図１５に示す駆動装置４６において、オペアンプＯＰ４１、抵抗Ｒ４１，Ｒ４２及び定電圧源Ｂ４１から第１の駆動回路が構成され、オペアンプＯＰ４２、抵抗Ｒ４３，４４及び定電圧源Ｂ４２から反転回路及び第２の駆動回路が構成されている。なお、第４実施形態では、オペアンプＯＰ４１，４２は従来とほぼ同レベルである５Ｖ（ボルト）の定電圧源に接続され、また、定電圧源Ｂ４１は１．８３Ｖ、定電圧源Ｂ４２は１．３Ｖに設定されたものである。
【００５６】
オペアンプＯＰ４１の非反転入力端子は波形発生回路４６１の出力端に接続され、反転入力端子は抵抗Ｒ４２を介して定電圧源Ｂ４１に接続されているとともに、出力端子との間で帰還用の抵抗Ｒ４１に接続されている。そして、出力端子は圧電体３１ａ（３１ｂ）の一方の電極に接続されている。従って、オペアンプＯＰ４１の増幅度は（１＋Ｒ４１／Ｒ４２）の関係より４倍となり、かつ入出力は同相である。
【００５７】
オペアンプＯＰ４２の非反転入力端子は定電圧源Ｂ４１に接続され、反転入力端子は抵抗Ｒ４４を介して波形発生回路４６１の出力端に接続されるとともに、出力端子との間で帰還用の抵抗Ｒ４３に接続されている。そして、出力端子は圧電体３１ａ（３１ｂ）の他方の電極に接続されている。従って、オペアンプＯＰ４２の増幅度は−Ｒ４３／Ｒ４４の関係より４倍となり、かつ入出力は反転している。
【００５８】
なお、駆動信号Ｄによる駆動動作は第２実施形態の場合と同様なので説明は省略する。
【００５９】
図１７〜図１９は本発明に係る圧電アクチュエータ駆動装置の第５実施形態を示し、図１７はブロック図、図１８は回路図、図１９はタイムチャート図である。なお、第５実施形態は図８〜図１１に示すインパクト型の圧電アクチュエータの第１構造例及び第２構造例に適用される駆動装置である。
【００６０】
図１７において、駆動装置５０は制御回路５１、駆動回路５２及び電源５３から構成され、圧電体３１ａ（３１ｂ）に駆動信号を印加するものである。制御回路５１は図１９に示す制御信号であるスイッチング信号（１）〜（６）を駆動回路５２に出力するものである。駆動回路５２は電源５３及びスイッチング信号（１）〜（６）を利用して、容量成分を有する圧電体３１ａ（３１ｂ）に対して充放電を行うことにより、該圧電体３１ａ（３１ｂ）間に駆動信号（図１９の信号Ａ）としての鋸歯状波電圧を発生、すなわち圧電体３１ａ（３１ｂ）の両電極に印加するものである。
【００６１】
図１８において、電源５３とアース間には圧電体３１ａ（３１ｂ）を直列に介在させて４つの回路が形成されている。なお、圧電体３１ａ（３１ｂ）に付記した記号Ｐ＋、Ｐ−は分極方向を基準とした電極を示す。
【００６２】
第１の回路は所定の制限電流を供給する定電流回路５２１とスイッチ回路５２６とからなり、圧電体３１ａ（３１ｂ）に対し電極Ｐ＋から電極Ｐ−に向けての緩やかな放電を行う回路として機能する。第２の回路はスイッチ回路５２２、５２６からなり、圧電体３１ａ（３１ｂ）に対し電極Ｐ＋から電極Ｐ−に向けての電源５３からの直接的な急激充電を行う回路として機能する。
【００６３】
第３の回路はスイッチ回路５２３、５２５からなり、圧電体３１ａ（３１ｂ）に対し電極Ｐ−から電極Ｐ＋に向けての電源５３からの直接的な急激充電を行う回路として機能する。第４の回路は所定の制限電流を供給する定電流回路５２４とスイッチ回路５２５とからなり、圧電体３１ａ（３１ｂ）に対し電極Ｐ−から電極Ｐ＋に向けての緩やかな放電を行う回路として機能する。
【００６４】
また、定電流回路５２１，５２４は図（ｂ）に示す回路からなり、スイッチ回路５２２，５２３は図（ｃ）に示す回路からなり、スイッチ回路５２５，５２６は図（ｄ）に示す回路からなる。図（ｂ）は、信号（１）、（４）がハイレベルで電流が遮断（オフ）され、ローレベルで定電流が流れる（オン）ようになっている。図（ｃ）はバイポーラ型のトランジスタで構成され、信号（２）、（３）がハイレベルで電流が遮断（オフ）され、ローレベルで導通（オン）するようになっている。図（ｄ）はバイポーラ型のトランジスタで構成され、信号（５）、（６）がローレベルで電流が遮断（オフ）され、ハイレベルで導通（オン）するようになっている。図１９において、駆動信号Ｄは分極方向を基準にした電圧波形を示し、信号（１）〜（６）は対応する回路５２１〜５２６をそれぞれオンオフ制御するスイッチング信号である。なお、信号（１）〜（６）において、黒色期間はオンのための信号を出力していることを示している。
【００６５】
次に、第５実施形態の動作について図１９を参照しつつ説明する。
【００６６】
正方向駆動は第２の回路と第４の回路を交互に動作させることにより行われる。まず、ｔ１〜ｔ２期間では、信号（２）、（６）がオンのための信号（オン信号）を出力し、スイッチ回路５２２，５２６のみ（第２の回路）がオンする。従って、電源５３から圧電体３１ａ（３１ｂ）を介してアースに所定の短絡電流が流れ、圧電体３１ａ（３１ｂ）はその容量性から電極Ｐ＋から電極Ｐ−の向きに電流を蓄積（充電）し、両端電圧が急激な立ち上がり勾配で電源電圧ＶＰまで上昇する。但し、この電圧ＶＰは、図７に示す分極反転電圧以下に設定されているものである。この期間中は、図８，図９に示す第１構造例のスライダ３３ａは静止部材３０ａに対して位置変位せず、同様に図１０，図１１に示す第２構造例の駆動ユニット３０ｂも基台３４ｂに対して位置変位しない。
【００６７】
次いで、ｔ３〜ｔ４期間では、信号（４）、（５）がオン信号を出力し、定電流回路５２５及びスイッチ回路５２５（第４の回路）がオンする。この第４の回路では設定された定電流を圧電体３１ａ（３１ｂ）の電極Ｐ−からＰ＋に流すため、ｔ２時点で蓄積されていた電荷が減少する方向に、すなわち立ち下がりの緩やかな勾配で放電が行われ、圧電体３１ａ（３１ｂ）両端の電圧が分極方向を基準にして−ＶＰに向けて緩やかに降下する。この期間中は、図８，図９に示す第１構造例のスライダ３３ａは静止部材３０ａに対して正方向に相対移動し、同様に図１０，図１１に示す第２構造例の駆動ユニット３０ｂも基台３４ｂに対して正方向に相対移動する。
【００６８】
なお、逆方向駆動を行う場合には、立ち下がり勾配を大きく（図１９のｔ１１〜ｔ１２期間）すると共に立ち上がり勾配を緩やか（図１９のｔ１３〜ｔ１４期間）にするようにすればよい。具体的には、ｔ１１〜ｔ１２期間に信号（３）、（５）がオン信号を出力し（第３の回路が動作）、ｔ１３〜ｔ１４期間に信号（１）、（６）がオン信号を出力する（第１の回路が動作）ように制御回路５１からの制御信号の送出タイミングを調整しておけばよい。
【００６９】
なお、上記の説明では、動作原理をわかりやすくするために、摺動軸が緩やかに移動した場合はスライダとの間にはすべりが生じず、急速に移動した場合にすべりが生じる場合を説明したが、摺動軸とスライダとの接触面の摩擦力の大きさによっては摺動軸を緩やかに移動させた場合でも摺動軸とスライダ間に滑りが生じる。しかし、この場合でも、摺動軸の移動方向によって移動速度に差があるために摺動軸がスライダに及ぼす力が異なるため、前述の説明と同様にスライダは移動する（特開平７−２９８６５６号公報参照）。
【００７０】
図２０、図２１は本発明に係る圧電アクチュエータ駆動装置の第６実施形態を示し、図２０は回路図、図２１はタイムチャート図である。なお、第６実施形態のブロック図は第５実施形態の図１７に示すブロック図と同様である。また、第６実施形態は図８〜図１１に示すインパクト型の圧電アクチュエータの第１構造例及び第２構造例に適用される駆動装置である。
【００７１】
図２０において、電源６３とアース間には圧電体３１ａ（３１ｂ）を直列に介在させて４つの回路が形成されている。なお、圧電体３１ａ（３１ｂ）に付記された記号Ｐ＋、Ｐ−は分極方向を基準とした電極を示す。
【００７２】
第１の回路はスイッチ回路６２１と所定の制限電流を供給する定電流回路６２６とからなり、圧電体３１ａ（３１ｂ）に対し電極Ｐ＋から電極Ｐ−に向けての緩やかな放電を行う回路として機能する。第２の回路は所定の制限電流を供給するスイッチ回路６２１、６２５とからなり、圧電体３１ａ（３１ｂ）に対し電極Ｐ＋から電極Ｐ−に向けて電源５３からの直接的な急激充電を行う回路として機能する。
【００７３】
第３の回路はスイッチ回路６２２、６２４からなり、圧電体３１ａ（３１ｂ）に対し電極Ｐ−から電極Ｐ＋に向けての電源６３からの直接的な急激充電を行う回路として機能する。第４の回路はスイッチ回路６２２と所定の制限電流を供給する定電流回路６２３とからなり、圧電体３１ａ（３１ｂ）に対し電極Ｐ−から電極Ｐ＋に向けての緩やかな放電を行う回路として機能する。
【００７４】
また、定電流回路６２３，６２６は図（ｂ）に示す回路からなり、スイッチ回路６２１，６２２は図（ｃ）に示す回路からなり、スイッチ回路６２４，６２５は図（ｄ）に示す回路からなる。図（ｂ）は、信号（３）、（６）がローレベルで電流が遮断（オフ）され、ハイレベルで定電流が流れる（オン）ようになっている。図（ｃ）はバイポーラ型のトランジスタで構成され、信号（１）、（２）がハイレベルで電流が遮断（オフ）され、ローレベルで導通（オン）するようになっている。図（ｄ）はバイポーラ型のトランジスタで構成され、信号（４）、（５）がローレベルで電流が遮断（オフ）され、ハイレベルで導通（オン）するようになっている。図２１において、駆動信号Ｄは分極方向を基準にした電圧波形を示し、信号（１）〜（６）は対応する回路５２１〜５２６をそれぞれオンオフ制御するスイッチング信号である。なお、信号（１）〜（６）において、黒色期間はオンのための信号を出力していることを示している。
【００７５】
次に、第６実施形態の動作について図２１を参照しつつ説明する。
【００７６】
正方向駆動は第２の回路と第４の回路を交互に動作させることにより行われる。まず、ｔ１〜ｔ２期間では、信号（１）、（５）がオンのための信号（オン信号）を出力し、スイッチ回路６２１，６２５のみ（第２の回路）がオンする。従って、電源６３から圧電体３１ａ（３１ｂ）を介してアースに所定の短絡電流が流れ、圧電体３１ａ（３１ｂ）はその容量性から電極Ｐ＋から電極Ｐ−の向きに電流を蓄積（充電）し、両端電圧が急激な立ち上がり勾配で電源電圧ＶＰまで上昇する。但し、この電圧ＶＰは、図７に示す分極反転電圧以下に設定されているものである。この期間中は、図８，図９に示す第１構造例のスライダ３３ａは静止部材３０ａに対して位置変位せず、同様に図１０，図１１に示す第２構造例の駆動ユニット３０ｂも基台３４ｂに対して位置変位しない。
【００７７】
次いで、ｔ３〜ｔ４期間では、信号（２）、（３）がオン信号を出力し、スイッチ回路６２２及び定電流回路６２３（第４の回路）がオンする。この第３の回路では設定された定電流を圧電体３１ａ（３１ｂ）の電極Ｐ−からＰ＋に流すため、ｔ２時点で蓄積されていた電荷が減少する方向に、すなわち立ち下がりの緩やかな勾配で放電が行われ、圧電体３１ａ（３１ｂ）両端の電圧が分極方向を基準にして−ＶＰに向けて緩やかに降下する。この期間中は、図８，図９に示す第１構造例のスライダ３３ａは静止部材３０ａに対して正方向に相対移動し、同様に図１０，図１１に示す第２構造例の駆動ユニット３０ｂも基台３４ｂに対して正方向に相対移動する。
【００７８】
なお、逆方向に移動させる場合には、立ち上がり勾配を大きく（図２１のｔ１１〜ｔ１２期間）すると共に立ち下がり勾配を緩やか（図２１のｔ１３〜ｔ１４期間）にするようにすればよい。具体的には、ｔ１１〜ｔ１２期間に信号（２）、（４）がオン信号を出力し（第３の回路が動作）、ｔ１３〜ｔ１４期間に信号（１）、（６）がオン信号を出力する（第１の回路が動作）ように制御回路５１からの制御信号の送出タイミングを調整しておけばよい。
【００７９】
なお、上記の説明では、動作原理をわかりやすくするために、摺動軸が緩やかに移動した場合はスライダとの間にはすべりが生じず、急速に移動した場合にすべりが生じる場合を説明したが、摺動軸とスライダとの接触面の摩擦力の大きさによっては摺動軸を緩やかに移動させた場合でも摺動軸とスライダ間に滑りが生じる。しかし、この場合でも、摺動軸の移動方向によって移動速度に差があるために摺動軸がスライダに及ぼす力が異なるため、前述の説明と同様にスライダは移動する（特開平７−２９８６５６号公報参照）。
【００８０】
図２２、図２３は本発明に係る圧電アクチュエータ駆動装置の第７実施形態を示し、図２２は回路図、図２３はタイムチャート図である。なお、第７実施形態は第５実施形態におけるブロック図と同様のブロック図を備えてなるもので、基本的に第５実施形態の図１８（ｃ）、（ｄ）に示すバイポーラ型のトランジスタをＭＯＳＦＥＴで実現したものである。また、第７実施形態は図８〜図１１に示すインパクト型の圧電アクチュエータの第１構造例及び第２構造例に適用される駆動装置である。
【００８１】
図２２において、電源７３とアース間には圧電体３１ａ（３１ｂ）を直列に介在させて４つの回路が形成されている。なお、圧電体３１ａ（３１ｂ）に付記さされた記号Ｐ＋、Ｐ−は分極方向を基準とした電極を示す。
【００８２】
第１の回路は所定の正弦電流を供給する定電流回路７２１とスイッチ回路７２６とからなり、圧電体３１ａ（３１ｂ）に対し電極Ｐ＋から電極Ｐ−に向けての緩やかな放電を行う回路として機能する。第２の回路はスイッチ回路７２２、７２６からなり、圧電体３１ａ（３１ｂ）に対し電極Ｐ＋から電極Ｐ−に向けての電源７３からの直接的な急激充電を行う回路として機能する。
【００８３】
第３の回路はスイッチ回路７２３、７２５からなり、圧電体３１ａ（３１ｂ）に対し電極Ｐ−から電極Ｐ＋に向けての電源７３からの直接的な急激充電を行う回路として機能する。第４の回路は所定の制限電流を供給する定電流回路７２４とスイッチ回路７２５とからなり、圧電体３１ａ（３１ｂ）に対し電極Ｐ−から電極Ｐ＋に向けての緩やかな放電を行う回路として機能する。
【００８４】
また、スイッチ回路７２２，７２３、７２５，７２６はＭＯＳＦＥＴで構成されている。なお、かかるＭＯＳＦＥＴは、図中破線で示すような寄生ダイオードを並列に含んでいる。
【００８５】
図２３において、駆動信号Ｄは分極方向を基準にした電圧波形を示し、信号（１）〜（６）は対応する回路７２１〜７２６をそれぞれオンオフ制御するスイッチング信号である。なお、信号（１）〜（６）において、黒色期間はオンのための信号を出力していることを示している。
【００８６】
次に、第７実施形態の動作について図２３を参照しつつ説明する。
【００８７】
正方向駆動は第１の回路と第３の回路を交互に動作させることにより行われる。まず、ｔ１〜ｔ２期間では、信号（２），（６）がオン信号を出力し、スイッチ回路７２２，７２６のみ（第２の回路）がオンする。従って、電源７３から圧電体３１ａ（３１ｂ）を介してアースに所定の短絡電流が流れ、圧電体３１ａ（３１ｂ）はその容量性から電極Ｐ＋から電極Ｐ−の向きに電流を蓄積（充電）し、両端電圧が急激な立ち上がり勾配で電源電圧ＶＰまで上昇する。但し、この電圧ＶＰは、図７に示す分極反転電圧以下に設定されているものである。この期間中は、図８，図９に示す第１構造例のスライダ３３ａは静止部材３０ａに対して位置変位せず、同様に図１０，図１１に示す第２構造例の駆動ユニット３０ｂも基台３４ｂに対して位置変位しない。
【００８８】
次いで、ｔ３〜ｔ４期間では、信号（４），（５）がオン信号を出力し、定電流回路７２４及びスイッチ回路７２５（第４の回路）がオンする。この第４の回路では設定された定電流を圧電体３１ａ（３１ｂ）の電極Ｐ−からＰ＋に流すため、ｔ２時点で蓄積されていた電荷が減少する方向に、すなわち立ち下がりの緩やかな勾配で放電が行われ、圧電体３１ａ（３１ｂ）両端の電圧が分極方向を基準にして−ＶＰに向けて緩やかに降下する。
【００８９】
但し、ｔ３時点でスイッチ回路７２５がオンして圧電体３１ａ（３１ｂ）の電極Ｐ＋がアースに短絡されると電極Ｐ−側が負電位になろうとするが、オフ状態にあるスイッチ回路７２６の寄生ダイオードによって、負電位が零電位に落ちるまで電荷が急激に抜ける結果、ｔ３直後において圧電体３１ａ（３１ｂ）の両端電圧が零ボルト（Ｖ）になるまでは急激に低下（放電）し（ｔ３〜ｔ３-１の実線部分）、その後は寄生ダイオードが作用しなくなって、第５実施形態の図１９に示す波形（図２３中、破線で示している）と同様な勾配で放電する。本実施形態においては、駆動回路の一部をＭＯＳＦＥＴにすることにより、トランジスタのスイッチング速度を速くすることができるとともに、駆動回路自体の消費電流を減らすことも可能である。なお、寄生ダイオードにより、緩やかに放電を行う際に圧電体の両端電圧がほぼ０ｖになるまでは急速に放電が行われるので、出力特性が悪化することが考えられるが、実際に駆動・測定した結果では出力特性への悪影響は見られなかった。
【００９０】
このｔ３〜ｔ４期間は、図８，図９に示す第１構造例のスライダ３３ａは静止部材３０ａに対して正方向に相対移動し、同様に図１０，図１１に示す第２構造例の駆動ユニット３０ｂも基台３４ｂに対して正方向に相対移動する。
【００９１】
なお、逆方向に移動させる場合には、立ち上がり勾配を大きく（図２３のｔ１１〜ｔ１２期間）にすると共に立ち下がり勾配を緩やか（図２３のｔ１３〜ｔ１４期間）にするようにすればよい。具体的には、ｔ１１〜ｔ１２期間に信号（１），（６）がオン信号を出力し（第３の回路が動作）、ｔ１３〜ｔ１４期間に信号（３），（５）がオン信号を出力する（第１の回路が動作）ように制御回路７１からの制御信号の送出タイミングを調整しておけばよい。
【００９２】
図２４、図２５は本発明に係る圧電アクチュエータ駆動装置の第８実施形態を示し、図２４は回路図、図２５はタイムチャート図である。なお、第８実施形態は第５実施形態におけるブロック図と同様のブロック図を備えてなるものである。また、基本的に第６実施形態の図１８（ｃ）、（ｄ）に示すバイポーラ型のトランジスタをＭＯＳＦＥＴで実現したものである。また、第８実施形態は図８〜図１１に示すインパクト型の圧電アクチュエータの第１構造例及び第２構造例に適用される駆動装置である。
【００９３】
図２４において、電源８３とアース間には圧電体３１ａ（３１ｂ）を直列に介在させて４つの回路が形成されている。なお、圧電体３１ａ（３１ｂ）に付記さされた記号Ｐ＋、Ｐ−は分極方向を基準とした電極を示す。
【００９４】
第１の回路はスイッチ回路８２１と所定の制限電流を供給する定電流回路８２６とからなり、圧電体３１ａ（３１ｂ）に対し電極Ｐ＋から電極Ｐ−に向けての緩やかな放電を行う回路として機能する。第２の回路は所定の正弦電流を供給するスイッチ回路８２１、８２５とからなり、圧電体３１ａ（３１ｂ）に対し電極Ｐ＋から電極Ｐ−に向けて電源８３からの直接的な急激充電を行う回路として機能する。
【００９５】
第３の回路はスイッチ回路８２２、８２４からなり、圧電体３１ａ（３１ｂ）に対し電極Ｐ−から電極Ｐ＋に向けての電源８３からの直接的な急激充電を行う回路として機能する。第４の回路はスイッチ回路８２２と所定の制限電流を供給する定電流回路８２３とからなり、圧電体３１ａ（３１ｂ）に対し電極Ｐ−から電極Ｐ＋に向けての緩やかな放電を行う回路として機能する。
【００９６】
また、スイッチ回路８２１，８２２、８２４，８２５はＭＯＳＦＥＴで構成されている。なお、かかるＭＯＳＦＥＴは、図中破線で示すような寄生ダイオードを並列に含んでいる。
【００９７】
図２５において、駆動信号Ｄは分極方向を基準にした電圧波形を示し、信号（１）〜（６）は対応する回路８２１〜８２６をそれぞれオンオフ制御するスイッチング信号である。なお、信号（１）〜（６）において、黒色期間はオンのための信号を出力していることを示している。
【００９８】
次に、第８実施形態の動作について図２５を参照しつつ説明する。
【００９９】
正方向駆動は第１の回路と第３の回路を交互に動作させることにより行われる。まず、ｔ１〜ｔ２期間では、信号（１），（５）がオン信号を出力し、スイッチ回路８２１，８２５のみ（第２の回路）がオンする。従って、電源８３から圧電体３１ａ（３１ｂ）を介してアースに所定の短絡電流が流れ、圧電体３１ａ（３１ｂ）はその容量性から電極Ｐ＋から電極Ｐ−の向きに電流を蓄積（充電）し、両端電圧が急激な立ち上がり勾配で電源電圧ＶＰまで上昇する。但し、この電圧ＶＰは、図７に示す分極反転電圧以下に設定されているものである。この期間中は、図８，図９に示す第１構造例のスライダ３３ａは静止部材３０ａに対して位置変位せず、同様に図１０，図１１に示す第２構造例の駆動ユニット３０ｂも基台３４ｂに対して位置変位しない。
【０１００】
次いで、ｔ３〜ｔ４期間では、信号（２），（３）がオン信号を出力し、スイッチ回路８２２及び定電流回路８２３（第４の回路）がオンする。この第３の回路では設定された定電流を圧電体３１ａ（３１ｂ）の電極Ｐ−からＰ＋に流すため、ｔ２時点で蓄積されていた電荷が減少する方向に、すなわち立ち下がりの緩やかな勾配で放電が行われ、圧電体３１ａ（３１ｂ）両端の電圧が分極方向を基準にして−ＶＰに向けて緩やかに降下する。
【０１０１】
但し、ｔ３時点でスイッチ回路８２５がオンして圧電体３１ａ（３１ｂ）の電極Ｐ＋がアースに短絡されると電極Ｐ−側が負電位になろうとするが、オフ状態にあるスイッチ回路８２６の寄生ダイオードによって、負電位側が零電位に落ちるまで電荷が急激に抜ける結果、ｔ３直後において圧電体３１ａ（３１ｂ）の両端電圧が零ボルト（Ｖ）になるまでは急激に低下（放電）し（ｔ３〜ｔ３-１の実線部分）、その後は寄生ダイオードが作用しなくなって、第６実施形態の図２１に示す波形（図２５中、破線で示している）と同様な勾配で放電する。本実施形態においては、駆動回路の一部をＭＯＳＦＥＴにすることにより、トランジスタのスイッチング速度を速くすることができるとともに、駆動回路自体の消費電流を減らすことも可能である。
【０１０２】
この期間中は、図８，図９に示す第１構造例のスライダ３３ａは静止部材３０ａに対して正方向に相対移動し、同様に図１０，図１１に示す第２構造例の駆動ユニット３０ｂも基台３４ｂに対して正方向に相対移動する。
【０１０３】
なお、逆方向に移動させる場合には、立ち上がり勾配を大きく（図２５のｔ１１〜ｔ１２期間）すると共に立ち下がり勾配を緩やか（図２５のｔ１３〜ｔ１４期間）にするようにすればよい。具体的には、ｔ１１〜ｔ１２期間に信号（２），（４）がオン信号を出力し（第３の回路が動作）、ｔ１３〜ｔ１４期間に信号（１），（６）がオン信号を出力する（第１の回路が動作）ように制御回路８１からの制御信号の送出タイミングを調整しておけばよい。
【０１０４】
図２６は本発明に係る圧電アクチュエータ駆動装置の第９実施形態を示す回路図、図２７は本発明に係る圧電アクチュエータ駆動装置の第１０実施形態を示す回路図である。第９、第１０実施形態は図１７に示す第７実施形態におけるブロック図と同様のブロック図を備えてなるものである。
【０１０５】
図２６に示す第９実施形態の回路図は第７実施形態の回路図におけるバイポーラ型のトランジスタからなるスイッチ回路７２５，７２６に代えて、ＭＯＳＦＥＴをスイッチ回路９２５，９２６として採用したものであり、さらにかかる短絡ラインとなるスイッチ回路９２５，９２６のＭＯＳＦＥＴと直列にダイオード９２５ａ，９２６ａを順方向（ＭＯＳＦＥＴの寄生ダイオードと逆向き）に向けて介在させたものである。このダイオード９２５ａ，９２６ａはＭＯＳＦＥＴの持つ寄生ダイオード（図中、破線で示している）によって生じる急激な電圧の立ち下がり（図２３のｔ３〜ｔ３-１期間、ｔ１３〜ｔ１３-１期間）が好ましくない場合（すなわち、図２３のｔ３〜ｔ４、ｔ１３〜ｔ１４期間は、元々スライダ３３ａを静止部材３０ａに対して相対移動させ、また駆動ユニット３０ｂを基台３４ｂに対して相対移動させるための期間としたものであるが、上述のようにｔ３〜ｔ３-１期間、ｔ１３〜ｔ１３-１期間で急激な放電が行われると、スライダ３３ａが静止部材３０ａに対して位置変位せず、また駆動ユニット３０ｂも基台３４ｂに対して位置変位せず乃至は相対移動が不十分となって、結果的にスライダ３３ａの静止部材３０ａに対する相対移動量、また駆動ユニット３０ｂの基台３４ｂに対する相対移動量が不十分となる。）に採用すると、急激放電を阻止して図２３の破線に示すような一定勾配を得、相対移動量を適正に確保することができることとなる。
【０１０６】
第１０実施形態の回路図は第８実施形態の回路図におけるバイポーラ型のトランジスタからなるスイッチ回路８２１，８２２に代えて、ＭＯＳＦＥＴをスイッチ回路１０２１，１０２２として採用したものであり、さらにかかる短絡ラインとなるスイッチ回路１０２１，１０２２中にＭＯＳＦＥＴと直列にダイオード１０２１ａ，１０２２ａを順方向に向けて介在させたものである。このダイオード１０２１ａ，１０２２ａはＭＯＳＦＥＴの持つ寄生ダイオード（図中、破線で示している）によって生じる急激な電圧の立ち下がり（図２５のｔ３〜ｔ３-１期間、ｔ１３〜ｔ１３-１期間）が好ましくない場合（第９実施形態の場合と同じ）に採用すると、急激放電を阻止して図２５の破線に示すような一定勾配を得、相対移動量を適正に確保することができることとなる。
【０１０７】
なお、図１８以降において、第１の回路は本発明に係る第４の駆動回路に対応し、第２の回路は本発明に係る第１の駆動回路に対応し、第３の回路は本発明に係る第３の駆動回路に対応し、第４の回路は本発明に係る第２の駆動回路に対応する。
【０１０８】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、圧電体に生じる歪みである伸張と収縮とを利用することでアクチュエータとして機能させることが可能となり、このとき第１、第２の駆動回路から出力される電圧信号をいずれも同極としたので分極反転電圧以下で駆動させるという制約下にあって、実質２倍の歪み量（伸縮量）を得ることができる。
【０１０９】
また、圧電体に対して異なる速度でもって伸張と収縮動作とを交互に行わせることができる。しかも、この伸張と収縮とは同極性の信号で行われながら、実質２倍の歪みを得ることが可能となる。
【０１１０】
請求項２記載の発明によれば、伸張速度と収縮速度とを異ならせることによって、インパクト形圧電アクチュエータへの適用が可能となる。
【０１１１】
請求項３記載の発明によれば、スイッチ回路だけで充電、放電動作が制御できるので、回路構成が簡易、容易となる。
【０１１２】
請求項４記載の発明によれば、インパクト形圧電アクチュエータに適用すると、正逆方向の相対移動が実現できる。
【０１１３】
請求項５記載の発明によれば、第１、第２の駆動回路、また第３、第４の駆動回路から出力される電圧信号はいずれも同極であるので、分極反転電圧以下で駆動させるという制約下にあって、実質２倍の歪み量（伸縮量）を得ることができ、しかも伸張速度と収縮速度を異にしている分、相対移動量も大きくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  トラス形の圧電アクチュエータの概略構造図である。
【図２】  トラス形圧電アクチュエータ駆動装置を説明するブロック図である。
【図３】  その回路図である。
【図４】  その電圧波形図である。
【図５】  本発明に係る圧電アクチュエータの第２実施形態を示す回路図である。
【図６】  その電圧波形図である。
【図７】  図７は印加電圧と変位量との関係を示す圧電素子の特性曲線図である。
【図８】  本発明に係る圧電アクチュエータ駆動装置の第３実施形態を示するもので、インパクト型の圧電アクチュエータの第１構造例を示す全体斜視図である。
【図９】  図８の縦断面図である。
【図１０】  本発明に係る圧電アクチュエータ駆動装置の第３実施形態を示するもので、インパクト型の圧電アクチュエータの第２構造例を示す全体斜視図である。
【図１１】  図１０のａ矢視図である。
【図１２】  第３実施形態のブロック図である。
【図１３】  その回路図である。
【図１４】  その電圧波形図である。
【図１５】  本発明に係る圧電アクチュエータ駆動装置の第４実施形態を示す回路図である。
【図１６】  その電圧波形図である。
【図１７】  本発明に係る圧電アクチュエータ駆動装置の第５実施形態を示すブロック図である。
【図１８】  その回路図である。
【図１９】  そのタイムチャート図である。
【図２０】  本発明に係る圧電アクチュエータ駆動装置の第６実施形態を示す回路図である。
【図２１】  そのタイムチャート図である。
【図２２】  本発明に係る圧電アクチュエータ駆動装置の第７実施形態を示す回路図である。
【図２３】  そのタイムチャート図である。
【図２４】  本発明に係る圧電アクチュエータ駆動装置の第８実施形態を示す回路図である。
【図２５】  そのタイムチャート図である。
【図２６】  本発明に係る圧電アクチュエータ駆動装置の第９実施形態を示す回路図である。
【図２７】  本発明に係る圧電アクチュエータ駆動装置の第１０実施形態を示す回路図である。
【符号の説明】
１０  ベース部材
１１，１２  圧電体
１３  摺動部材
ＳＬ  被駆動体
１６，１７駆動装置
１６１，１７１，２６１，２７１，３６１，４６１  波形発生回路
１６２，１７２，２６２，２７２  駆動回路（第１の駆動回路）
１６３，１７３，２６３，２７３  反転回路（第２の駆動回路）
１６４，１７４，２６４，２７４  駆動回路（第２の駆動回路）
ＯＰ１１，Ｐ１２〜ＯＰ４１，Ｐ４２  オペアンプ
Ｒ１１，Ｒ１２，Ｒ１３，Ｒ１４〜Ｒ４１，Ｒ４２，Ｒ４３，Ｒ４４  抵抗
Ｂ１１，Ｂ１２〜Ｂ４１，Ｂ４２  定電圧源
３６２，４７２  駆動回路
３６３，４７３  反転回路
３６４，４７４  駆動回路
３０ａ  静止部材（第１ユニット）
３１ａ、３１ｂ  圧電体
３２ａ  摺動軸
３３ａ  スライダ（第２ユニット）
３０ｂ  駆動ユニット（第１のユニット）
３４ｂ  静止部材（第２のユニット）
３４１ｂ  基台
３５１ｂ，３５２ｂ  案内部材
３２ｂ  フレーム
３３ｂ  スライダ
５０  駆動装置
５１  制御回路
５２  駆動回路（第１〜第４の駆動回路）
５３  電源
５２１，５２４，６２３，６２６，７２１，７２４，８２３，８２６  定電流回路
５２２，５２３，５２５，５２６，６２１，６２２，６２４，６２５，７２２，７２３，７２５，７２６，８２１，８２２，８２４，８２５，９２５，９２６，１０２１，１０２２  スイッチ回路
９２５ａ，９２６ａ、１０２１ａ，１０２２ａ  ダイオード
【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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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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