圧電アクチュエータ
【課題】接触部の振動軌跡の形状や向きを任意に変更できる圧電アクチュエータを提供すること。
【解決手段】圧電アクチュエータ１は、縦振動および屈曲振動の二つの振動モードの組み合わせにより振動する圧電素子で構成された振動体１０を有し、この振動体１０には、縦振動を励振させる第１駆動信号印加用の第１駆動電極１１と、屈曲振動を励振させる第２、第３駆動信号印可用の第２、第３駆動電極１２，１３とが設けられ、第２駆動信号の位相を任意に調整する位相調整手段３３を備えている。
【解決手段】圧電アクチュエータ１は、縦振動および屈曲振動の二つの振動モードの組み合わせにより振動する圧電素子で構成された振動体１０を有し、この振動体１０には、縦振動を励振させる第１駆動信号印加用の第１駆動電極１１と、屈曲振動を励振させる第２、第３駆動信号印可用の第２、第３駆動電極１２，１３とが設けられ、第２駆動信号の位相を任意に調整する位相調整手段３３を備えている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、縦振動および屈曲振動といった複数の振動モードを組み合わせて振動体を振動させる圧電アクチュエータに関する。
【背景技術】
【０００２】
圧電アクチュエータは、振動体の接触部を楕円軌跡で振動させることにより、被駆動体を摩擦駆動するのが一般的である（例えば、特許文献１〜４）。この際、縦振動および屈曲振動といった２つの振動モードを組み合わせて振動体を振動させる圧電アクチュエータでは、振動体の形状に関わる設計値、振動体の特性、製造上のばらつき、摩擦駆動部の経時変化、電気駆動状態等の変動要因により、２つの振動モードの共振周波数を完全に一致させることは困難とされ、共振周波数から外れた同一の駆動周波数で振動体を駆動することになる。そして、同一駆動周波数での駆動の結果、接触部の振動軌跡が楕円となる。
【０００３】
図９ないし図１１に基づき、振動軌跡が楕円となる理由について説明する。図９に示す振動体１０は矩形状とされ、その表側を形成する圧電素子上には、長手方向に沿った中央の第１駆動電極１１と、第１駆動電極１１の一方側に沿った第２、第３駆動電極１２，１３と、他方側に沿った別の第２、第３駆動電極１２，１３とが設けられ、第２駆動電極１２同士が互いに対角線上に設けられてリード線で導通し、第３駆動電極１３同士も互いに対角線上に設けられてリード線で導通している。
【０００４】
このような振動体１０の第１駆動電極１１へは、交流電源である信号発生装置２０から第１駆動信号１４が、第２駆動電極１２へは、移相器１５により第１駆動信号１４に対して位相が９０°遅らせた第２駆動信号１６が、第３駆動電極１３へは、位相反転手段１７により第２駆動信号１６に対して位相が１８０°反転した図示しない第３駆動信号が、それぞれ所定の駆動振幅でかつ同一の駆動周波数で印加される。そして、第１駆動電極１１への印加により、振動体１０の長手方向に沿った縦振動が励振され、第２、第３駆動電極１２，１３への印加により、幅方向に沿った面内での屈曲振動が励振される。
【０００５】
ここで、図１０は、振動体１０の振動特性例を示す図であり、振動体１０に励振される縦振動の共振周波数が屈曲振動の共振周波数よりも低くずれた場合を示している。ところが、振動体１０を２つの異なる共振周波数で駆動することはできないため、この例の場合には、縦振動の共振周波数に近い周波数を駆動周波数として採用している。この結果、図１０、図１１に示すように、振動体１０の接触部１８での縦振動の振動波形が、第１駆動信号１４に対して略９０°遅れた（＋９０°）位相となるのに対して、屈曲振動の波形は、第２駆動信号１６に対して９０°遅れた（＋９０°）状態からα°進んだ（−α°）位相となる。このように、屈曲振動の振動波形の位相が縦振動の振動波形に対して、総じて９０−α°遅れることで、接触部１８の振動軌跡が楕円となる。また、図９に示すような振動体１０および被駆動体１９の配置では、楕円とされた振動軌跡の長軸Ａｌおよび短軸Ａｓは、接触部１８と被駆動体１９との法線Ｎに対して傾斜する。
【０００６】
ところで、被駆動体１９の駆動条件によっては、接触部１８の振動軌跡が楕円ではなく、図１１に点線で示すような真円に近い場合の方が望まれたり、楕円であっても、その長軸Ａｌや短軸Ａｓが法線Ｎに対して傾斜しない方が望まれたりする場合がある。例えば、振動軌跡を真円にすると、被駆動体１９に接触している間の速度変化が少なくなるために、擦れによる摩耗が少なくて耐久性に優れているし、１サイクルでの被駆動体１９の送り量も、楕円軌跡時が送り量ｆ１であるのに対して、真円軌跡時には送り量ｆ２となって大きくなり、スピードが増す。また、図示を省略するが、楕円軌跡であっても、長軸Ａｌを法線Ｎと平行にすれば、送り量がさらに増し、スピードがより高速になる。さらに、短軸Ａｓを法線Ｎと平行にすれば、摩耗は促進されるが、法線Ｎに対して傾斜させた場合に比して、伝達トルクを著しく増大させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第２７２２２１１号（特開平２−４１６７３号）公報
【特許文献２】特許第３１９２０２８号（特開平６−３２７２７４号）公報
【特許文献３】特開平８−１２６３５９号公報
【特許文献４】特開２００１−２８６１６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１〜４によれば、接触部の振動軌跡の最適化等に関しては記載されているが、その場合でも、最適化された楕円形状の一振動軌跡のみで被駆動体を駆動している。従って、長軸や短軸の方向を任意に変えて（振動軌跡の向きを任意に変えて）種々の駆動条件に対応したり、場合によっては真円の振動軌跡で駆動したりといった要望に応じることはできない。しかも、振動軌跡の長軸や短軸の法線に対する傾斜をなくすためには、振動体と被駆動体との位置関係を調整する必要があり、互いの配置位置に関する設計上の制約が大きい。
【０００９】
本発明の目的は、接触部の振動軌跡の形状や向きを任意に変更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】
【００１０】
本発明の圧電アクチュエータは、少なくとも二つの振動モードの組み合わせにより振動する圧電素子を有するとともに、この圧電素子を含んで構成された振動体には、一方の振動モードの振動を励振させる第１駆動信号印加用の第１駆動電極と、他方の振動モード振動を励振させる第２駆動信号印可用の第２駆動電極とが設けられ、第１、第２駆動信号の少なくともいずれか一方の駆動信号の位相を調整する位相調整手段を備えていることを特徴とする。
このような本発明によれば、振動モードの違いに起因して生じる各振動波形の位相の遅れや進みを（位相差）、第２駆動信号の駆動波形の位相を予め調整することで解消あるいは可変にできる。従って、その調整具合により、当該位相差による振動軌跡の形状や向きを任意に変更して、接触部や被駆動体の摩耗を抑制したり、被駆動体の駆動スピード、あるいは被駆動体への伝達トルクを変更したりできる。
【００１１】
本発明の圧電アクチュエータでは、前記第１、第２駆動信号の少なくともいずれか一方の駆動信号の電圧レベルを調整する電圧調整手段を備えていることが望ましい。
このような本発明によれば、振動軌跡の形状や向きを任意に変更したうえで、振動波形の大きさを調整でき、必要に応じて駆動スピードをより大幅に変更したり、被駆動体への伝達トルクを大幅に変更したりできる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、接触部の振動軌跡の形状や向きを任意に変更できるとともに、接触部や被駆動体側の摩耗を防止でき、かつ被駆動体の駆動スピード、あるいは伝達トルクを可変にできるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第１実施形態に係る圧電アクチュエータを示すブロック図。
【図２】圧電アクチュエータに印加される駆動信号の波形を示す図。
【図３】本発明の第２実施形態に係る圧電アクチュエータを示すブロック図。
【図４】接触部の振動軌跡を示す図であって、（Ａ）は略真円形状の振動軌跡を、（Ｂ）は楕円形状の振動軌跡を示す図。
【図５】振動軌跡および回転速度の自動調整を説明するためのフローチャート。
【図６】本発明の第３実施形態に係る圧電アクチュエータを示すブロック図。
【図７】回転速度の自動調整を説明するためのフローチャート。
【図８】本発明の変形例を示すブロック図。
【図９】背景技術を説明するための図。
【図１０】縦振動および屈曲振動の振動振幅、周波数、振動位相の関係を示す図。
【図１１】縦振動および屈曲振動の振動振幅の波形、および振動軌跡を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
〔第１実施形態〕
以下、本発明の第１実施形態を図面に基づいて説明する。本実施形態において、背景技術として既に説明した構成と同一構成には同じ符号を付し、それらの説明を省略または簡略化する。図１には、本実施形態に係る圧電アクチュエータ１の構成がブロック図として示されている。図２には、圧電アクチュエータ１に印加される第１、第２駆動信号１４，１６の波形が示されている。
【００１５】
圧電アクチュエータ１は、被駆動体１９を駆動する振動体１０と、振動体１０へ印加する交流電圧を駆動信号として生じさせる信号発生装置２０と、信号発生装置２０からの駆動信号を調整して振動体１０に出力するドライバ回路３０とを備えている。
【００１６】
振動体１０は前述のように、圧電素子上の第１、第２、第３駆動電極１１，１２，１３を有している。また、図示を省略するが、圧電素子は補強板（シム板ともいう）を挟んで表裏両面に設けられており、裏側の圧電素子にも第１〜第３駆動電極１１〜１３と重なる位置に同様な第１〜第３駆動電極が表裏対象に設けられ、対応する第１駆動電極１１同士、第２駆動電極同士、および第３駆動電極同士がそれぞれ導通している。また、補強板も振動体１０の一端子であり、図示しないリード線によってグラウンドに接続されている。さらに、補強板の長手方向にそった両方の側部中央には、外方に突出した支持部１０Ａが一体に設けられており、これらの支持部１０Ａが図示しない固定部にねじ１０Ｂによって固定される。なお、補強板のグラウンドへの接続をリード線によらず、固定部へのネジ止めによって行ってもよい。
【００１７】
信号発生装置２０は、所定の周波数の駆動信号（第１駆動信号１４）を生成してドライバ回路３０に出力する。駆動信号としては、本実施形態では交番電圧からなるアナログ信号のであるが、矩形波といったデジタル信号であってもよい。
【００１８】
ドライバ回路３０は、種々のハードウエアあるいはソフトウエアからなる移相器１５、位相反転手段１７、および位相調整手段３３を備えている。移相器１５は、信号発生装置２０からの駆動信号の位相を９０°遅らせる機能を有している。具体的に移相器１５は、図２に示すように、信号発生装置２０から第１駆動電極１１に略直接的に印加される縦振動用の第１駆動信号１４に対し、位相が９０°遅れた第２駆動信号１６（図２中の点線）を生成し、出力する。この位相が遅れた第２駆動信号１６は、圧電素子の第２駆動電極に印可される。位相反転手段１７は、例えばインバータ回路等で構成され、第２駆動信号１６に対して位相が１８０°反転した第３駆動信号（図示略）を生成し、第３駆動電極１３に印可する。
【００１９】
第１駆動電極１１に第１駆動信号１４を印加し、第２駆動電極１２に第２駆動信号１６に印可し、第３駆動電極１３に第３駆動信号を印可すると、振動体１０に縦振動および屈曲振動の二つのモードでの振動が励振され、接触部１８の楕円形状の振動軌跡によって被駆動体１９がＲ＋（正転）方向に回転する。
【００２０】
一方、移相器１５には切換信号を出力する正逆切換信号源３４が接続されており、ここからの切換信号により移相器１５は、第２駆動信号１６として、第１駆動信号１４の位相を９０°遅らせるのではなく、９０°進めるように機能する。この結果、位相が９０°進んだ第２駆動信号１６を第２駆動電極１２に印加し、さらにこの第２駆動信号１６に対して位相が反転した第３駆動信号を第３駆動電極１３に印可することとなり、接触部１８は前述とは異なる方向の楕円軌跡を描いて被駆動体１９をＲ−（逆転）方向に回転させる。つまり正逆切換信号源３４は、被駆動体１９の回転方向を切り換える切換スイッチとして機能する。
【００２１】
位相調整手段３３は、駆動信号がアナログ波形である本実施形態では、適宜なインダクタンス素子やキャパシタンス素子等の組み合わせで構成されており、第２駆動信号１６の位相を任意に変更、調整する機能を有するとともに、このことにより、第２駆動信号１６の反転駆動信号である第３駆動信号の位相も変更、調整することが可能である。駆動信号がデジタル波形である場合、カウンタ等を用いて位相調整手段３３を構成することも可能である。
【００２２】
このような位相調整手段３３には位相調整信号生成手段３５が接続されている。この位相調整信号生成手段３５は、例えば所定の位相調整用プログラムが動作するパーソナルコンピュータ等に接続されて、テンキーを操作したり、圧電アクチュエータ１に設けられる図示しないダイヤルを操作したりするなどにより、位相調整用の指令信号を出力する。この位相調整信号によって位相調整手段３３は、第２駆動信号１６（第３駆動信号）の位相を所定の角度単位で進ませたり、または遅らせたりすることが可能である。図２には、第２駆動信号１６の位相をα°遅らせた波形（図２中の実線）が示されている。この場合には勿論、第３駆動信号としてもα°位相が遅れることになる。
【００２３】
この際、位相差であるα°は、前述したように、屈曲振動の振動波形の位相進み相当する。従って、この進み分を予め第２駆動信号１６の段階で遅らせることにより、振動体１０を実際に駆動した場合には、屈曲振動の振動波形は、図１１中に点線で示すように、α°の位相進みが解消され、屈曲振動の振動波形を縦振動の振動波形に対してきっちり９０°遅らせることができる。
【００２４】
このため、第１駆動信号１４、第２駆動信号１６、および第３駆動信号の振幅が同じで、何ら変更されない本実施形態では、縦振動時の振動振幅および屈曲振動時の振動振幅が略同じになるように振動体１０の縦横比等を設計しておけば、接触部１８の振動軌跡は、図１１に点線で示すように、略真円となる。具体的には、法線Ｎに対して傾斜した長軸Ａｌおよび短軸Ａｓを有する従来の楕円形状の振動軌跡は、法線Ｎと直交するＸ軸に長軸Ａｌが重なり、法線Ｎと平行なＹ軸に短軸Ａｓが重なるように略真円を形成するのである。
【００２５】
そして、振動軌跡が略真円となることにより、接触部１８が被駆動体１９と接触している間での速度変化を従来に比して小さくでき、接触部１８および被駆動体１９の互いの摩耗を抑制できる。また、接触部１８の振動軌跡が略真円となることで、被駆動体１９の送り量ｆ２を従来の送り量ｆ１よりも大きくでき、スピードを大きくできるという効果もある。
【００２６】
〔第２実施形態〕
図３には、本発明の第２実施形態に係る圧電アクチュエータ１の構成がブロック図として示されている。なお、前記背景技術および第１実施形態で説明した構成と同一構成には同じ符号を付し、それらの説明を省略または簡略化する。次説する第３実施形態でも同様である。
【００２７】
本実施形態での圧電アクチュエータ１のドライバ回路３０は、第１実施形態での構成に加え、速度検出手段４１、最大速度判定手段４２、出力切換手段４３、電圧調整信号生成手段４４、および電圧調整手段４５を備えており、第２駆動電圧１６（図２）の前述した位相調整や、その駆動振幅つまり電圧レベルの調整を自動的に行うように構成されている。
【００２８】
速度検出手段４１は、例えばエンコーダ等で構成され、被駆動体１９の回転速度を検出し、その検出信号を最大速度判定手段４２に出力する。
最大速度判定手段４２は、検出信号の入力をトリガとして信号生成用の指令信号を出力切換手段４３に出力するとともに、被駆動体１９が最高速度で駆動されているかを判定する。
出力切換手段４３は、信号生成用の指令信号を位相調整信号生成手段３５に出力するか、または電圧調整信号生成手段４４に出力するかを切り換える切換スイッチとして機能する。スイッチ切換用の切換信号（図３中の点線ライン）は、位相調整信号生成手段３５または電圧調整信号生成手段４４から出力切換手段４３に出力される。
【００２９】
電圧調整信号生成手段４４は、信号生成用の指令信号に基づいて電圧レベルつまり駆動振幅の大きさを調整するための電圧調整用の指令信号を生成し、電圧調整手段４５に出力する。なお、同様な信号生成用の指令信号が入力される位相調整信号生成手段３５では、その指令信号に基づいた位相調整用の指令信号が自動的に生成され、位相調整手段３３に出力される。
電圧調整手段４５は、電圧調整用の指令信号に基づき、位相調整された第２駆動信号１６の駆動振幅の大きさを調整する機能を有する。このことから、位相が反転した第３駆動信号の電圧レベルも調整されることとなる。
【００３０】
このような実施形態では、図１１に示すような従来の楕円形状の振動軌跡を、図４（Ａ）に示す略真円の振動軌跡に自動的に調整するとともに、図４（Ｂ）に示すように、例えばＸ軸方向の振動振幅を変えずに、Ｙ方向に沿った振動振幅のみを大きくして送り量ｆ３をより大きくし、スピードを一層大きくすることが可能である。
【００３１】
このことについて、図５に示すフローチャーチをも参照して詳説する。
先ず、図２に示す第１駆動信号１４を第１駆動電極１１に印加し、点線で示す従来通りの第２駆動信号１６およびこれを反転した第３駆動信号を第２、第３駆動電極１２，１３に印加し、よって被駆動体１９を駆動する。この状態において速度検出手段４１は、被駆動体１９の回転速度を速度Ｓ１として検出する（ＳＴ１）。
【００３２】
次いで、最大速度判定手段４２は、速度Ｓ１をストアしておくとともに、出力切換手段４３に対して信号生成用の指令信号を出力する。ここで、出力切換手段４３は、指令信号を位相調整信号生成手段３５に流すようにセットされており、指令信号は位相調整信号生成手段３５に出力される。位相調整信号生成手段３５は、指令信号を入力すると、被駆動体１９の速度Ｓ１に関わらず、第２駆動信号１６の位相を所定の角度だけ＋側（遅らせる側）に調整する指令信号を生成し、位相調整手段３３に出力する。位相調整手段３３は、その指令信号に基づいて第２駆動信号１６の位相を第１駆動信号１４に対して所定角度だけ遅らせて調整する。これにより、第３駆動信号の位相も進むことになる（ＳＴ２）。以下、第３駆動信号については、第２駆動信号１６と同じであるため、説明を省略する。
【００３３】
この後、速度検出手段４１は、被駆動体１９の回転速度を速度Ｓ２として検出し、検出信号を最大速度判定手段４２に出力する（ＳＴ３）。最大速度判定手段４２は、位相が遅れる前の速度Ｓ１と遅らせた場合の速度Ｓ２とを比較する（ＳＴ４）。位相を遅らせた際の速度Ｓ２が速度Ｓ１よりも小さい場合、この速度Ｓ２を速度Ｓ１としてストアし（ＳＴ５）、この後に、出力切換手段４３を通して信号生成用の指令信号を位相調整信号生成手段３５に出力する。これを受けた位相調整信号生成手段３５は、第２駆動信号１６の位相を所定の角度だけ−側（進ませる側）に調整する指令信号を生成し、位相調整手段３３に出力する。位相調整手段３３は、その指令信号に基づいて第２駆動信号１６の位相を第１駆動信号１４に対して所定角度だけ進ませ、元に戻す（ＳＴ６）。これにより、回転速度が低速側にシフトしていくのを防止する。
【００３４】
さらに、ＳＴ３に戻り、速度検出手段４１は再度、被駆動体１９の回転速度を速度Ｓ２として検出することになるが、次のＳＴ４では、速度Ｓ２の方が速度Ｓ１よりも大きくなることが必定であるため、ＳＴ７に進む。ここでは、最大速度判定手段４２が速度Ｓ２を速度Ｓ１としてストアし（ＳＴ７）、位相調整信号生成手段３５は再び、第２駆動信号１６の位相を所定の角度だけ−側に調整する指令信号を生成し、位相調整手段３３は、その指令信号に基づいて第２駆動信号１６の位相を進ませる（ＳＴ８）。さらに、速度検出手段４１が回転速度を速度Ｓ２として検出し（ＳＴ９）、最大速度判定手段４２は速度Ｓ２と速度Ｓ１とを比較する（ＳＴ１０）。ここでは、速度Ｓ２が速度Ｓ１よりも大きいことが必定であるから、ＳＴ７に戻り、ＳＴ７〜ＳＴ１０を繰り返す。このことにより、位相は徐々に−側に調整され、被駆動体１９の回転速度は増していき、接触部１８の振動軌跡は図４（Ａ）に示すように楕円形から真円に近づく。
【００３５】
しかしながら、引き続き位相を−側に調整していくと、振動軌跡は真円を通り越し、当初の楕円形状とは傾き方向の異なる別の楕円形状に変化し始めるため、縦振動側の振動振幅が小さくなって回転速度が低下する。ＳＴ１０にて、速度Ｓ２が小さいと判断された場合には、そのような状態にある。そこで、そのような場合、位相調整手段３３は、位相を＋側に一段階戻し、これまでで最大の回転速度を維持させる（ＳＴ１１）。すなわち、振動軌跡を略真円に自動的に維持できる。また、位相調整手段３３は出力切換手段４３に切換信号を出力し、最大速度判定手段４２からの指令信号が電圧調整信号生成手段４４に出力されるように出力切換手段４３を切り換える（ＳＴ１２）。
【００３６】
この後、電圧調整信号生成手段４４は、第２駆動信号１６の電圧を所定の大きさだけ＋側（大きくする側）に調整するための指令信号を電圧調整手段４５に出力し、この指令信号に基づいて電圧調整手段４５は、第２駆動信号１６の電圧レベルを上げる（ＳＴ１３）。次いで、速度検出手段４１が回転速度を速度Ｓ２として検出し（ＳＴ１４）、最大速度検出手段４２は、先程まで最大の回転速度としてストアされていた速度Ｓ１と速度２とを比較する（ＳＴ１５）。第２駆動信号１６の電圧レベルを上げると、屈曲振動側の振動振幅が大きくなるので、振動軌跡はＹ軸に重なるように長軸Ａｌが形成された楕円形状となり、送り量ｆ３が大きくなってスピードが大幅に増す。従って、ＳＴ１５では必然的に「ＮＯ」となり、ＳＴ１６に進む。ここでは、最大速度判定手段４２が速度Ｓ２を速度Ｓ１としてストアする（ＳＴ１６）。そして、ＳＴ１３〜１６を繰り返すことで、回転速度をさらに高速側に更新することになる。
【００３７】
しかし、回転速度は無限に高速化される訳ではなく、振動体１０の形状や大きさによって屈曲振動の最大振動振幅が制限されるため、電圧レベルを上げ続けると、やがて回転速度が一定となるか、または逆に小さくなる。従って、このような状況をＳＴ１５にて判定すると、電圧調整手段４５は、第２駆動信号１６の電圧レベルを一段階−側（下げる側）に調整し、その時の回転速度を最大回転速度として維持する（ＳＴ１７）。これにより、被駆動体１９を最大回転速度で自動的に駆動することができる。
【００３８】
〔第３実施形態〕
図６に示す第３実施形態のドライバ回路３０では、被駆動体１９の回転速度を比較する手段として、前記第２実施形態と同様な最大速度判定手段４２の他、予め設定された目標速度Ｓと速度検出手段４１で検出された実際の速度Ｓ２とを比較する速度比較手段４６が設けられている。また、速度比較手段４６には、適宜な記憶素子等で構成された目標速度記憶手段４７が接続されている。このような目標速度記憶手段４７には前述のように、目標速度Ｓが予め設定、記憶されている。
【００３９】
本実施形態では、第２実施形態と同じく、ＳＴ１〜ＳＴ１１までのステップにより、接触部１８の振動軌跡を略真円に自動的に調整できる。また、ＳＴ１１の後には、図７に示すように、回転速度を目標速度Ｓに維持させることができる。すなわち先ず、図５でのＳＴ１１の後、速度検出手段４１は回転速度を速度２として検出する（ＳＴ１８）。次いで、速度比較手段４６は、目標速度記憶手段４７に格納された目標速度Ｓと速度Ｓ２とを比較する（ＳＴ１９）。速度Ｓ２が目標速度よりも小さい場合には、電圧調整信号生成手段４４が指令信号を出力し、この指令信号に基づいて電圧調整手段４５は電圧レベルを所定の大きさだけ大きくする（ＳＴ２０）。そして、ＳＴ１８〜ＳＴ１９を繰り返すことで、速度Ｓ２は自動的に目標速度Ｓに達するようになる。速度Ｓ２が目標速度Ｓに達したり、目標速度Ｓを越えたりした場合には、電圧調整手段４５は電圧レベルを所定の大きさだけ小さくし（ＳＴ２１）、ＳＴ１８〜ＳＴ２１を繰り返すことで、速度Ｓ２を目標速度近辺に維持させることができる。
【００４０】
なお、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
例えば、前記実施形態では、振動体として第１〜第３電極１１〜１３を有した矩形状の振動体１０が用いられていたが、図８に示すような円形の振動体５０を用いてもよい。振動体５０は、中央の開口部分周りに設けられた第１駆動電極５１と、その外周側に周方向に沿って設けられた第２、第３駆動電極５２，５３とを有している。これらの第１〜第３駆動電極５１〜５３が、前記各実施形態での第１〜第３駆動電極１１〜１３にそれぞれ相当し、第１駆動電極５１に第１駆動信号を印加することで縦振動が励振し、第２、第３駆動電極５２，５３に互いに位相が反転した第２、第３駆動電圧を印加することで縦振動とは平面的に直交する向きで横振動が励振され、接触部５４には楕円形状や略真円形状の振動軌跡を生じさせることができる。なお、図８に示すドライバ回路３０は、第１実施形態と同じ構成であるが、第２、第３実施形態のドライバ回路３０と円形の振動体５０とを組み合わせてもよい。
【００４１】
前記実施形態では、第２駆動信号１６の位相や電圧レベルを調整するように構成されていたが、これに限らず、第１駆動信号１４を調整したり、あるいは第１、第２駆動信号１４，１６の両方を調整したりする構成にしてもよい。
【００４２】
前記実施形態では、第２、第３駆動電極１２，１３を有し、これらに互いに反転した駆動信号を印加するように構成されていたが、第２，第３駆動電極１２，１３の一方のみが設けられている場合でも、接触部１８に所定の振動軌跡を生じさせ、被駆動体１９を駆動できるので、そのような場合でも本発明に含まれる。
【符号の説明】
【００４３】
１…圧電アクチュエータ、１０…振動体、１１…第１駆動電極、１２…第２駆動電極、１４…第１駆動信号、１６…第２駆動信号、３３…位相調整手段、４５…電圧調整手段。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、縦振動および屈曲振動といった複数の振動モードを組み合わせて振動体を振動させる圧電アクチュエータに関する。
【背景技術】
【０００２】
圧電アクチュエータは、振動体の接触部を楕円軌跡で振動させることにより、被駆動体を摩擦駆動するのが一般的である（例えば、特許文献１〜４）。この際、縦振動および屈曲振動といった２つの振動モードを組み合わせて振動体を振動させる圧電アクチュエータでは、振動体の形状に関わる設計値、振動体の特性、製造上のばらつき、摩擦駆動部の経時変化、電気駆動状態等の変動要因により、２つの振動モードの共振周波数を完全に一致させることは困難とされ、共振周波数から外れた同一の駆動周波数で振動体を駆動することになる。そして、同一駆動周波数での駆動の結果、接触部の振動軌跡が楕円となる。
【０００３】
図９ないし図１１に基づき、振動軌跡が楕円となる理由について説明する。図９に示す振動体１０は矩形状とされ、その表側を形成する圧電素子上には、長手方向に沿った中央の第１駆動電極１１と、第１駆動電極１１の一方側に沿った第２、第３駆動電極１２，１３と、他方側に沿った別の第２、第３駆動電極１２，１３とが設けられ、第２駆動電極１２同士が互いに対角線上に設けられてリード線で導通し、第３駆動電極１３同士も互いに対角線上に設けられてリード線で導通している。
【０００４】
このような振動体１０の第１駆動電極１１へは、交流電源である信号発生装置２０から第１駆動信号１４が、第２駆動電極１２へは、移相器１５により第１駆動信号１４に対して位相が９０°遅らせた第２駆動信号１６が、第３駆動電極１３へは、位相反転手段１７により第２駆動信号１６に対して位相が１８０°反転した図示しない第３駆動信号が、それぞれ所定の駆動振幅でかつ同一の駆動周波数で印加される。そして、第１駆動電極１１への印加により、振動体１０の長手方向に沿った縦振動が励振され、第２、第３駆動電極１２，１３への印加により、幅方向に沿った面内での屈曲振動が励振される。
【０００５】
ここで、図１０は、振動体１０の振動特性例を示す図であり、振動体１０に励振される縦振動の共振周波数が屈曲振動の共振周波数よりも低くずれた場合を示している。ところが、振動体１０を２つの異なる共振周波数で駆動することはできないため、この例の場合には、縦振動の共振周波数に近い周波数を駆動周波数として採用している。この結果、図１０、図１１に示すように、振動体１０の接触部１８での縦振動の振動波形が、第１駆動信号１４に対して略９０°遅れた（＋９０°）位相となるのに対して、屈曲振動の波形は、第２駆動信号１６に対して９０°遅れた（＋９０°）状態からα°進んだ（−α°）位相となる。このように、屈曲振動の振動波形の位相が縦振動の振動波形に対して、総じて９０−α°遅れることで、接触部１８の振動軌跡が楕円となる。また、図９に示すような振動体１０および被駆動体１９の配置では、楕円とされた振動軌跡の長軸Ａｌおよび短軸Ａｓは、接触部１８と被駆動体１９との法線Ｎに対して傾斜する。
【０００６】
ところで、被駆動体１９の駆動条件によっては、接触部１８の振動軌跡が楕円ではなく、図１１に点線で示すような真円に近い場合の方が望まれたり、楕円であっても、その長軸Ａｌや短軸Ａｓが法線Ｎに対して傾斜しない方が望まれたりする場合がある。例えば、振動軌跡を真円にすると、被駆動体１９に接触している間の速度変化が少なくなるために、擦れによる摩耗が少なくて耐久性に優れているし、１サイクルでの被駆動体１９の送り量も、楕円軌跡時が送り量ｆ１であるのに対して、真円軌跡時には送り量ｆ２となって大きくなり、スピードが増す。また、図示を省略するが、楕円軌跡であっても、長軸Ａｌを法線Ｎと平行にすれば、送り量がさらに増し、スピードがより高速になる。さらに、短軸Ａｓを法線Ｎと平行にすれば、摩耗は促進されるが、法線Ｎに対して傾斜させた場合に比して、伝達トルクを著しく増大させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第２７２２２１１号（特開平２−４１６７３号）公報
【特許文献２】特許第３１９２０２８号（特開平６−３２７２７４号）公報
【特許文献３】特開平８−１２６３５９号公報
【特許文献４】特開２００１−２８６１６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１〜４によれば、接触部の振動軌跡の最適化等に関しては記載されているが、その場合でも、最適化された楕円形状の一振動軌跡のみで被駆動体を駆動している。従って、長軸や短軸の方向を任意に変えて（振動軌跡の向きを任意に変えて）種々の駆動条件に対応したり、場合によっては真円の振動軌跡で駆動したりといった要望に応じることはできない。しかも、振動軌跡の長軸や短軸の法線に対する傾斜をなくすためには、振動体と被駆動体との位置関係を調整する必要があり、互いの配置位置に関する設計上の制約が大きい。
【０００９】
本発明の目的は、接触部の振動軌跡の形状や向きを任意に変更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】
【００１０】
本発明の圧電アクチュエータは、少なくとも二つの振動モードの組み合わせにより振動する圧電素子を有するとともに、この圧電素子を含んで構成された振動体には、一方の振動モードの振動を励振させる第１駆動信号印加用の第１駆動電極と、他方の振動モード振動を励振させる第２駆動信号印可用の第２駆動電極とが設けられ、第１、第２駆動信号の少なくともいずれか一方の駆動信号の位相を調整する位相調整手段を備えていることを特徴とする。
このような本発明によれば、振動モードの違いに起因して生じる各振動波形の位相の遅れや進みを（位相差）、第２駆動信号の駆動波形の位相を予め調整することで解消あるいは可変にできる。従って、その調整具合により、当該位相差による振動軌跡の形状や向きを任意に変更して、接触部や被駆動体の摩耗を抑制したり、被駆動体の駆動スピード、あるいは被駆動体への伝達トルクを変更したりできる。
【００１１】
本発明の圧電アクチュエータでは、前記第１、第２駆動信号の少なくともいずれか一方の駆動信号の電圧レベルを調整する電圧調整手段を備えていることが望ましい。
このような本発明によれば、振動軌跡の形状や向きを任意に変更したうえで、振動波形の大きさを調整でき、必要に応じて駆動スピードをより大幅に変更したり、被駆動体への伝達トルクを大幅に変更したりできる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、接触部の振動軌跡の形状や向きを任意に変更できるとともに、接触部や被駆動体側の摩耗を防止でき、かつ被駆動体の駆動スピード、あるいは伝達トルクを可変にできるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第１実施形態に係る圧電アクチュエータを示すブロック図。
【図２】圧電アクチュエータに印加される駆動信号の波形を示す図。
【図３】本発明の第２実施形態に係る圧電アクチュエータを示すブロック図。
【図４】接触部の振動軌跡を示す図であって、（Ａ）は略真円形状の振動軌跡を、（Ｂ）は楕円形状の振動軌跡を示す図。
【図５】振動軌跡および回転速度の自動調整を説明するためのフローチャート。
【図６】本発明の第３実施形態に係る圧電アクチュエータを示すブロック図。
【図７】回転速度の自動調整を説明するためのフローチャート。
【図８】本発明の変形例を示すブロック図。
【図９】背景技術を説明するための図。
【図１０】縦振動および屈曲振動の振動振幅、周波数、振動位相の関係を示す図。
【図１１】縦振動および屈曲振動の振動振幅の波形、および振動軌跡を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
〔第１実施形態〕
以下、本発明の第１実施形態を図面に基づいて説明する。本実施形態において、背景技術として既に説明した構成と同一構成には同じ符号を付し、それらの説明を省略または簡略化する。図１には、本実施形態に係る圧電アクチュエータ１の構成がブロック図として示されている。図２には、圧電アクチュエータ１に印加される第１、第２駆動信号１４，１６の波形が示されている。
【００１５】
圧電アクチュエータ１は、被駆動体１９を駆動する振動体１０と、振動体１０へ印加する交流電圧を駆動信号として生じさせる信号発生装置２０と、信号発生装置２０からの駆動信号を調整して振動体１０に出力するドライバ回路３０とを備えている。
【００１６】
振動体１０は前述のように、圧電素子上の第１、第２、第３駆動電極１１，１２，１３を有している。また、図示を省略するが、圧電素子は補強板（シム板ともいう）を挟んで表裏両面に設けられており、裏側の圧電素子にも第１〜第３駆動電極１１〜１３と重なる位置に同様な第１〜第３駆動電極が表裏対象に設けられ、対応する第１駆動電極１１同士、第２駆動電極同士、および第３駆動電極同士がそれぞれ導通している。また、補強板も振動体１０の一端子であり、図示しないリード線によってグラウンドに接続されている。さらに、補強板の長手方向にそった両方の側部中央には、外方に突出した支持部１０Ａが一体に設けられており、これらの支持部１０Ａが図示しない固定部にねじ１０Ｂによって固定される。なお、補強板のグラウンドへの接続をリード線によらず、固定部へのネジ止めによって行ってもよい。
【００１７】
信号発生装置２０は、所定の周波数の駆動信号（第１駆動信号１４）を生成してドライバ回路３０に出力する。駆動信号としては、本実施形態では交番電圧からなるアナログ信号のであるが、矩形波といったデジタル信号であってもよい。
【００１８】
ドライバ回路３０は、種々のハードウエアあるいはソフトウエアからなる移相器１５、位相反転手段１７、および位相調整手段３３を備えている。移相器１５は、信号発生装置２０からの駆動信号の位相を９０°遅らせる機能を有している。具体的に移相器１５は、図２に示すように、信号発生装置２０から第１駆動電極１１に略直接的に印加される縦振動用の第１駆動信号１４に対し、位相が９０°遅れた第２駆動信号１６（図２中の点線）を生成し、出力する。この位相が遅れた第２駆動信号１６は、圧電素子の第２駆動電極に印可される。位相反転手段１７は、例えばインバータ回路等で構成され、第２駆動信号１６に対して位相が１８０°反転した第３駆動信号（図示略）を生成し、第３駆動電極１３に印可する。
【００１９】
第１駆動電極１１に第１駆動信号１４を印加し、第２駆動電極１２に第２駆動信号１６に印可し、第３駆動電極１３に第３駆動信号を印可すると、振動体１０に縦振動および屈曲振動の二つのモードでの振動が励振され、接触部１８の楕円形状の振動軌跡によって被駆動体１９がＲ＋（正転）方向に回転する。
【００２０】
一方、移相器１５には切換信号を出力する正逆切換信号源３４が接続されており、ここからの切換信号により移相器１５は、第２駆動信号１６として、第１駆動信号１４の位相を９０°遅らせるのではなく、９０°進めるように機能する。この結果、位相が９０°進んだ第２駆動信号１６を第２駆動電極１２に印加し、さらにこの第２駆動信号１６に対して位相が反転した第３駆動信号を第３駆動電極１３に印可することとなり、接触部１８は前述とは異なる方向の楕円軌跡を描いて被駆動体１９をＲ−（逆転）方向に回転させる。つまり正逆切換信号源３４は、被駆動体１９の回転方向を切り換える切換スイッチとして機能する。
【００２１】
位相調整手段３３は、駆動信号がアナログ波形である本実施形態では、適宜なインダクタンス素子やキャパシタンス素子等の組み合わせで構成されており、第２駆動信号１６の位相を任意に変更、調整する機能を有するとともに、このことにより、第２駆動信号１６の反転駆動信号である第３駆動信号の位相も変更、調整することが可能である。駆動信号がデジタル波形である場合、カウンタ等を用いて位相調整手段３３を構成することも可能である。
【００２２】
このような位相調整手段３３には位相調整信号生成手段３５が接続されている。この位相調整信号生成手段３５は、例えば所定の位相調整用プログラムが動作するパーソナルコンピュータ等に接続されて、テンキーを操作したり、圧電アクチュエータ１に設けられる図示しないダイヤルを操作したりするなどにより、位相調整用の指令信号を出力する。この位相調整信号によって位相調整手段３３は、第２駆動信号１６（第３駆動信号）の位相を所定の角度単位で進ませたり、または遅らせたりすることが可能である。図２には、第２駆動信号１６の位相をα°遅らせた波形（図２中の実線）が示されている。この場合には勿論、第３駆動信号としてもα°位相が遅れることになる。
【００２３】
この際、位相差であるα°は、前述したように、屈曲振動の振動波形の位相進み相当する。従って、この進み分を予め第２駆動信号１６の段階で遅らせることにより、振動体１０を実際に駆動した場合には、屈曲振動の振動波形は、図１１中に点線で示すように、α°の位相進みが解消され、屈曲振動の振動波形を縦振動の振動波形に対してきっちり９０°遅らせることができる。
【００２４】
このため、第１駆動信号１４、第２駆動信号１６、および第３駆動信号の振幅が同じで、何ら変更されない本実施形態では、縦振動時の振動振幅および屈曲振動時の振動振幅が略同じになるように振動体１０の縦横比等を設計しておけば、接触部１８の振動軌跡は、図１１に点線で示すように、略真円となる。具体的には、法線Ｎに対して傾斜した長軸Ａｌおよび短軸Ａｓを有する従来の楕円形状の振動軌跡は、法線Ｎと直交するＸ軸に長軸Ａｌが重なり、法線Ｎと平行なＹ軸に短軸Ａｓが重なるように略真円を形成するのである。
【００２５】
そして、振動軌跡が略真円となることにより、接触部１８が被駆動体１９と接触している間での速度変化を従来に比して小さくでき、接触部１８および被駆動体１９の互いの摩耗を抑制できる。また、接触部１８の振動軌跡が略真円となることで、被駆動体１９の送り量ｆ２を従来の送り量ｆ１よりも大きくでき、スピードを大きくできるという効果もある。
【００２６】
〔第２実施形態〕
図３には、本発明の第２実施形態に係る圧電アクチュエータ１の構成がブロック図として示されている。なお、前記背景技術および第１実施形態で説明した構成と同一構成には同じ符号を付し、それらの説明を省略または簡略化する。次説する第３実施形態でも同様である。
【００２７】
本実施形態での圧電アクチュエータ１のドライバ回路３０は、第１実施形態での構成に加え、速度検出手段４１、最大速度判定手段４２、出力切換手段４３、電圧調整信号生成手段４４、および電圧調整手段４５を備えており、第２駆動電圧１６（図２）の前述した位相調整や、その駆動振幅つまり電圧レベルの調整を自動的に行うように構成されている。
【００２８】
速度検出手段４１は、例えばエンコーダ等で構成され、被駆動体１９の回転速度を検出し、その検出信号を最大速度判定手段４２に出力する。
最大速度判定手段４２は、検出信号の入力をトリガとして信号生成用の指令信号を出力切換手段４３に出力するとともに、被駆動体１９が最高速度で駆動されているかを判定する。
出力切換手段４３は、信号生成用の指令信号を位相調整信号生成手段３５に出力するか、または電圧調整信号生成手段４４に出力するかを切り換える切換スイッチとして機能する。スイッチ切換用の切換信号（図３中の点線ライン）は、位相調整信号生成手段３５または電圧調整信号生成手段４４から出力切換手段４３に出力される。
【００２９】
電圧調整信号生成手段４４は、信号生成用の指令信号に基づいて電圧レベルつまり駆動振幅の大きさを調整するための電圧調整用の指令信号を生成し、電圧調整手段４５に出力する。なお、同様な信号生成用の指令信号が入力される位相調整信号生成手段３５では、その指令信号に基づいた位相調整用の指令信号が自動的に生成され、位相調整手段３３に出力される。
電圧調整手段４５は、電圧調整用の指令信号に基づき、位相調整された第２駆動信号１６の駆動振幅の大きさを調整する機能を有する。このことから、位相が反転した第３駆動信号の電圧レベルも調整されることとなる。
【００３０】
このような実施形態では、図１１に示すような従来の楕円形状の振動軌跡を、図４（Ａ）に示す略真円の振動軌跡に自動的に調整するとともに、図４（Ｂ）に示すように、例えばＸ軸方向の振動振幅を変えずに、Ｙ方向に沿った振動振幅のみを大きくして送り量ｆ３をより大きくし、スピードを一層大きくすることが可能である。
【００３１】
このことについて、図５に示すフローチャーチをも参照して詳説する。
先ず、図２に示す第１駆動信号１４を第１駆動電極１１に印加し、点線で示す従来通りの第２駆動信号１６およびこれを反転した第３駆動信号を第２、第３駆動電極１２，１３に印加し、よって被駆動体１９を駆動する。この状態において速度検出手段４１は、被駆動体１９の回転速度を速度Ｓ１として検出する（ＳＴ１）。
【００３２】
次いで、最大速度判定手段４２は、速度Ｓ１をストアしておくとともに、出力切換手段４３に対して信号生成用の指令信号を出力する。ここで、出力切換手段４３は、指令信号を位相調整信号生成手段３５に流すようにセットされており、指令信号は位相調整信号生成手段３５に出力される。位相調整信号生成手段３５は、指令信号を入力すると、被駆動体１９の速度Ｓ１に関わらず、第２駆動信号１６の位相を所定の角度だけ＋側（遅らせる側）に調整する指令信号を生成し、位相調整手段３３に出力する。位相調整手段３３は、その指令信号に基づいて第２駆動信号１６の位相を第１駆動信号１４に対して所定角度だけ遅らせて調整する。これにより、第３駆動信号の位相も進むことになる（ＳＴ２）。以下、第３駆動信号については、第２駆動信号１６と同じであるため、説明を省略する。
【００３３】
この後、速度検出手段４１は、被駆動体１９の回転速度を速度Ｓ２として検出し、検出信号を最大速度判定手段４２に出力する（ＳＴ３）。最大速度判定手段４２は、位相が遅れる前の速度Ｓ１と遅らせた場合の速度Ｓ２とを比較する（ＳＴ４）。位相を遅らせた際の速度Ｓ２が速度Ｓ１よりも小さい場合、この速度Ｓ２を速度Ｓ１としてストアし（ＳＴ５）、この後に、出力切換手段４３を通して信号生成用の指令信号を位相調整信号生成手段３５に出力する。これを受けた位相調整信号生成手段３５は、第２駆動信号１６の位相を所定の角度だけ−側（進ませる側）に調整する指令信号を生成し、位相調整手段３３に出力する。位相調整手段３３は、その指令信号に基づいて第２駆動信号１６の位相を第１駆動信号１４に対して所定角度だけ進ませ、元に戻す（ＳＴ６）。これにより、回転速度が低速側にシフトしていくのを防止する。
【００３４】
さらに、ＳＴ３に戻り、速度検出手段４１は再度、被駆動体１９の回転速度を速度Ｓ２として検出することになるが、次のＳＴ４では、速度Ｓ２の方が速度Ｓ１よりも大きくなることが必定であるため、ＳＴ７に進む。ここでは、最大速度判定手段４２が速度Ｓ２を速度Ｓ１としてストアし（ＳＴ７）、位相調整信号生成手段３５は再び、第２駆動信号１６の位相を所定の角度だけ−側に調整する指令信号を生成し、位相調整手段３３は、その指令信号に基づいて第２駆動信号１６の位相を進ませる（ＳＴ８）。さらに、速度検出手段４１が回転速度を速度Ｓ２として検出し（ＳＴ９）、最大速度判定手段４２は速度Ｓ２と速度Ｓ１とを比較する（ＳＴ１０）。ここでは、速度Ｓ２が速度Ｓ１よりも大きいことが必定であるから、ＳＴ７に戻り、ＳＴ７〜ＳＴ１０を繰り返す。このことにより、位相は徐々に−側に調整され、被駆動体１９の回転速度は増していき、接触部１８の振動軌跡は図４（Ａ）に示すように楕円形から真円に近づく。
【００３５】
しかしながら、引き続き位相を−側に調整していくと、振動軌跡は真円を通り越し、当初の楕円形状とは傾き方向の異なる別の楕円形状に変化し始めるため、縦振動側の振動振幅が小さくなって回転速度が低下する。ＳＴ１０にて、速度Ｓ２が小さいと判断された場合には、そのような状態にある。そこで、そのような場合、位相調整手段３３は、位相を＋側に一段階戻し、これまでで最大の回転速度を維持させる（ＳＴ１１）。すなわち、振動軌跡を略真円に自動的に維持できる。また、位相調整手段３３は出力切換手段４３に切換信号を出力し、最大速度判定手段４２からの指令信号が電圧調整信号生成手段４４に出力されるように出力切換手段４３を切り換える（ＳＴ１２）。
【００３６】
この後、電圧調整信号生成手段４４は、第２駆動信号１６の電圧を所定の大きさだけ＋側（大きくする側）に調整するための指令信号を電圧調整手段４５に出力し、この指令信号に基づいて電圧調整手段４５は、第２駆動信号１６の電圧レベルを上げる（ＳＴ１３）。次いで、速度検出手段４１が回転速度を速度Ｓ２として検出し（ＳＴ１４）、最大速度検出手段４２は、先程まで最大の回転速度としてストアされていた速度Ｓ１と速度２とを比較する（ＳＴ１５）。第２駆動信号１６の電圧レベルを上げると、屈曲振動側の振動振幅が大きくなるので、振動軌跡はＹ軸に重なるように長軸Ａｌが形成された楕円形状となり、送り量ｆ３が大きくなってスピードが大幅に増す。従って、ＳＴ１５では必然的に「ＮＯ」となり、ＳＴ１６に進む。ここでは、最大速度判定手段４２が速度Ｓ２を速度Ｓ１としてストアする（ＳＴ１６）。そして、ＳＴ１３〜１６を繰り返すことで、回転速度をさらに高速側に更新することになる。
【００３７】
しかし、回転速度は無限に高速化される訳ではなく、振動体１０の形状や大きさによって屈曲振動の最大振動振幅が制限されるため、電圧レベルを上げ続けると、やがて回転速度が一定となるか、または逆に小さくなる。従って、このような状況をＳＴ１５にて判定すると、電圧調整手段４５は、第２駆動信号１６の電圧レベルを一段階−側（下げる側）に調整し、その時の回転速度を最大回転速度として維持する（ＳＴ１７）。これにより、被駆動体１９を最大回転速度で自動的に駆動することができる。
【００３８】
〔第３実施形態〕
図６に示す第３実施形態のドライバ回路３０では、被駆動体１９の回転速度を比較する手段として、前記第２実施形態と同様な最大速度判定手段４２の他、予め設定された目標速度Ｓと速度検出手段４１で検出された実際の速度Ｓ２とを比較する速度比較手段４６が設けられている。また、速度比較手段４６には、適宜な記憶素子等で構成された目標速度記憶手段４７が接続されている。このような目標速度記憶手段４７には前述のように、目標速度Ｓが予め設定、記憶されている。
【００３９】
本実施形態では、第２実施形態と同じく、ＳＴ１〜ＳＴ１１までのステップにより、接触部１８の振動軌跡を略真円に自動的に調整できる。また、ＳＴ１１の後には、図７に示すように、回転速度を目標速度Ｓに維持させることができる。すなわち先ず、図５でのＳＴ１１の後、速度検出手段４１は回転速度を速度２として検出する（ＳＴ１８）。次いで、速度比較手段４６は、目標速度記憶手段４７に格納された目標速度Ｓと速度Ｓ２とを比較する（ＳＴ１９）。速度Ｓ２が目標速度よりも小さい場合には、電圧調整信号生成手段４４が指令信号を出力し、この指令信号に基づいて電圧調整手段４５は電圧レベルを所定の大きさだけ大きくする（ＳＴ２０）。そして、ＳＴ１８〜ＳＴ１９を繰り返すことで、速度Ｓ２は自動的に目標速度Ｓに達するようになる。速度Ｓ２が目標速度Ｓに達したり、目標速度Ｓを越えたりした場合には、電圧調整手段４５は電圧レベルを所定の大きさだけ小さくし（ＳＴ２１）、ＳＴ１８〜ＳＴ２１を繰り返すことで、速度Ｓ２を目標速度近辺に維持させることができる。
【００４０】
なお、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
例えば、前記実施形態では、振動体として第１〜第３電極１１〜１３を有した矩形状の振動体１０が用いられていたが、図８に示すような円形の振動体５０を用いてもよい。振動体５０は、中央の開口部分周りに設けられた第１駆動電極５１と、その外周側に周方向に沿って設けられた第２、第３駆動電極５２，５３とを有している。これらの第１〜第３駆動電極５１〜５３が、前記各実施形態での第１〜第３駆動電極１１〜１３にそれぞれ相当し、第１駆動電極５１に第１駆動信号を印加することで縦振動が励振し、第２、第３駆動電極５２，５３に互いに位相が反転した第２、第３駆動電圧を印加することで縦振動とは平面的に直交する向きで横振動が励振され、接触部５４には楕円形状や略真円形状の振動軌跡を生じさせることができる。なお、図８に示すドライバ回路３０は、第１実施形態と同じ構成であるが、第２、第３実施形態のドライバ回路３０と円形の振動体５０とを組み合わせてもよい。
【００４１】
前記実施形態では、第２駆動信号１６の位相や電圧レベルを調整するように構成されていたが、これに限らず、第１駆動信号１４を調整したり、あるいは第１、第２駆動信号１４，１６の両方を調整したりする構成にしてもよい。
【００４２】
前記実施形態では、第２、第３駆動電極１２，１３を有し、これらに互いに反転した駆動信号を印加するように構成されていたが、第２，第３駆動電極１２，１３の一方のみが設けられている場合でも、接触部１８に所定の振動軌跡を生じさせ、被駆動体１９を駆動できるので、そのような場合でも本発明に含まれる。
【符号の説明】
【００４３】
１…圧電アクチュエータ、１０…振動体、１１…第１駆動電極、１２…第２駆動電極、１４…第１駆動信号、１６…第２駆動信号、３３…位相調整手段、４５…電圧調整手段。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の振動モードおよび第２の振動モードが同時に励振され、接触部が振動する圧電素子と、
前記圧電素子に前記第１の振動モードを励振させる第１駆動信号を印加する第１駆動電極と、
前記圧電素子に前記第２の振動モードを励振させる第２駆動信号を印加する第２駆動電極と、
位相調整信号生成手段からの位相調整信号の出力により、前記第１駆動信号と前記第２駆動信号との位相差を調整する位相調整手段と、
を備えた圧電アクチュエータ。
【請求項２】
前記第１の振動モードは縦振動モードであり、前記第２の振動モードは屈曲振動モードである請求項１に記載の圧電アクチュエータ。
【請求項３】
前記位相調整信号生成手段は、前記第１駆動信号の位相を調整する請求項２に記載の圧電アクチュエータ。
【請求項４】
前記位相調整信号生成手段は、前記第２駆動信号の位相を調整する請求項２に記載の圧電アクチュエータ。
【請求項５】
前記位相調整信号生成手段は、前記第１駆動信号および前記第２駆動信号の位相を調整する請求項２に記載の圧電アクチュエータ。
【請求項６】
前記接触部の振動により回転する被駆動体と、
前記被駆動体の回転速度を検出する速度検出手段と、
をさらに備え、
前記位相調整信号生成手段は、前記速度検出手段により検出された検出信号に基づき前記位相調整信号を出力する請求項１乃至５何れか一項に記載の圧電アクチュエータ。
【請求項７】
前記速度検出手段により検出された検出信号に基づき電圧調整信号を出力する電圧調整信号生成手段と、
前記電圧調整信号の出力により、前記第１駆動信号または前記第２駆動信号の少なくとも一方の駆動振幅の大きさを調整する電圧調整手段と、
をさらに備えた請求項６に記載の圧電アクチュエータ。
【請求項８】
前記速度検出手段により検出された回転速度と、予め設定された目標速度とを比較する速度比較手段と、
検出された前記回転速度が前記目標速度より小さい場合には、前記第１駆動信号または前記第２駆動信号の少なくとも一方の駆動振幅の大きさを大きくする電圧調整手段と、
をさらに備えた請求項６に記載の圧電アクチュエータ。
【請求項９】
前記電圧調整手段は、検出された前記回転速度が前記目標速度より大きい場合には、前記第１駆動信号または前記第２駆動信号の少なくとも一方の駆動振幅の大きさを小さくする請求項８に記載の圧電アクチュエータ。
【請求項１】
第１の振動モードおよび第２の振動モードが同時に励振され、接触部が振動する圧電素子と、
前記圧電素子に前記第１の振動モードを励振させる第１駆動信号を印加する第１駆動電極と、
前記圧電素子に前記第２の振動モードを励振させる第２駆動信号を印加する第２駆動電極と、
位相調整信号生成手段からの位相調整信号の出力により、前記第１駆動信号と前記第２駆動信号との位相差を調整する位相調整手段と、
を備えた圧電アクチュエータ。
【請求項２】
前記第１の振動モードは縦振動モードであり、前記第２の振動モードは屈曲振動モードである請求項１に記載の圧電アクチュエータ。
【請求項３】
前記位相調整信号生成手段は、前記第１駆動信号の位相を調整する請求項２に記載の圧電アクチュエータ。
【請求項４】
前記位相調整信号生成手段は、前記第２駆動信号の位相を調整する請求項２に記載の圧電アクチュエータ。
【請求項５】
前記位相調整信号生成手段は、前記第１駆動信号および前記第２駆動信号の位相を調整する請求項２に記載の圧電アクチュエータ。
【請求項６】
前記接触部の振動により回転する被駆動体と、
前記被駆動体の回転速度を検出する速度検出手段と、
をさらに備え、
前記位相調整信号生成手段は、前記速度検出手段により検出された検出信号に基づき前記位相調整信号を出力する請求項１乃至５何れか一項に記載の圧電アクチュエータ。
【請求項７】
前記速度検出手段により検出された検出信号に基づき電圧調整信号を出力する電圧調整信号生成手段と、
前記電圧調整信号の出力により、前記第１駆動信号または前記第２駆動信号の少なくとも一方の駆動振幅の大きさを調整する電圧調整手段と、
をさらに備えた請求項６に記載の圧電アクチュエータ。
【請求項８】
前記速度検出手段により検出された回転速度と、予め設定された目標速度とを比較する速度比較手段と、
検出された前記回転速度が前記目標速度より小さい場合には、前記第１駆動信号または前記第２駆動信号の少なくとも一方の駆動振幅の大きさを大きくする電圧調整手段と、
をさらに備えた請求項６に記載の圧電アクチュエータ。
【請求項９】
前記電圧調整手段は、検出された前記回転速度が前記目標速度より大きい場合には、前記第１駆動信号または前記第２駆動信号の少なくとも一方の駆動振幅の大きさを小さくする請求項８に記載の圧電アクチュエータ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１２−２４９５２１（Ｐ２０１２−２４９５２１Ａ）
【公開日】平成２４年１２月１３日（２０１２．１２．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−２０４０９７（Ｐ２０１２−２０４０９７）
【出願日】平成２４年９月１８日（２０１２．９．１８）
【分割の表示】特願２０１０−２８７１７（Ｐ２０１０−２８７１７）の分割
【原出願日】平成１８年３月２８日（２００６．３．２８）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１２月１３日（２０１２．１２．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年９月１８日（２０１２．９．１８）
【分割の表示】特願２０１０−２８７１７（Ｐ２０１０−２８７１７）の分割
【原出願日】平成１８年３月２８日（２００６．３．２８）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
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