JP4814948B2 - 振動型アクチュエータの制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、振動型アクチュエータの制御装置に関するものである。

従来から、被駆動体をアクチュエータで駆動する駆動装置が知られており、その一例として特許文献１に開示された駆動装置がある。

この特許文献１に開示された駆動装置は、被駆動体としてのステージと、被駆動体を所定のＸ方向へ駆動するための２つの第１アクチュエータと、被駆動体を該Ｘ方向と直交するＹ方向へ駆動するための２つの第２アクチュエータとを備えている。

第１及び第２アクチュエータは、平面視長方形状の圧電素子で構成されていて、縦振動と屈曲振動とを行う。この第１及び第２アクチュエータは、ステージに当接するように設けられていて、この状態で圧電素子に縦振動及び屈曲振動を発生させることで該アクチュエータとステージとの間の摩擦力によってステージを移動させる。さらに詳しくは、第１アクチュエータによる移動量と第２アクチュエータによる移動量を調整することによって、ステージをＸ方向とＹ方向との間の任意の方向へ移動させることができる。
特開平１１−２３５０６３号公報

ところで、振動型アクチュエータではアクチュエータと被駆動部とが接触しており、アクチュエータの振動を直接被駆動部に伝達して、被駆動部を移動させる。このアクチュエータと被駆動部との間には摩擦力が働いている。しかしながら、被駆動部が所定の当接部に当接した場合には、アクチュエータの振動は被駆動部に伝達されるものの、被駆動部はそれ以上移動せず、アクチュエータと被駆動部とが接触している部分がスリップを起こし、このスリップを起こしている部分が長時間続くと磨耗してしまう。

そこで、本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、被駆動部が機構的にその移動が規制された場合においてアクチュエータと被駆動部とのスリップによるアクチュエータ及び被駆動部の磨耗を防止することにある。

本発明に係る駆動装置は、基台と、前記基台に対して所定の方向に移動可能な被駆動体と、圧電素子及び駆動子を有し、該圧電素子の縦振動と横振動とを組み合わせて該駆動子を略楕円状に運動させることにより前記被駆動体を前記基台に対して移動させるアクチュエータ本体と、前記基台に対する前記被駆動体の位置を検出する位置検出センサと、前記被駆動体を指令位置へ移動させるように、該指令位置に応じた駆動信号を前記アクチュエータ本体に供給する制御部とを備え、前記制御部は、前記指令位置と前記位置検出センサにより検出された前記被駆動体の位置との差の絶対値が所定の閾値より大きくなると、前記駆動信号の供給を止めるものとする。

本発明によれば、被駆動部が機構的に規制された場合においてアクチュエータと被駆動部とのスリップを最小限に抑え、このスリップによるアクチュエータ及び被駆動部の磨耗を防止することができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

《発明の実施形態１》
本発明の実施形態１に係る駆動装置１は、図１，２に示すように、固定部材２と、該固定部材２に対して相対的に移動可能に支持されたステージ３と、該ステージ３を駆動する第１超音波アクチュエータ４Ａ及び第２超音波アクチュエータ４Ｂと、該第１及び第２超音波アクチュエータ４Ａ，４Ｂを駆動制御する制御装置（図示省略）とを備えている。

前記固定部材２は、平面視方形状の底壁部２１と、底壁部２１の四隅部からそれぞれ立設する４つの側壁部２２，２２，…と、該底壁部２１と対向して該４つの側壁部２２，２２，…のうちの３つの側壁部２２，２２，２２の先端部に取り付けられる第１天井壁部２３と、該底壁部２１と対向して該４つの側壁部２２，２２，…のうちの残りの１つの側壁部２２の先端部に取り付けられる第２天井壁部２４とを有している。前記側壁部２２，２２，…は、底壁部２１の対向する一方の対の辺縁部にそれぞれ２つずつ設けられている。底壁部２１の各辺縁部に設けられた２つの側壁部２２，２２は、該辺縁部の両端部に設けられている。前記第１天井壁部２３は、平面視略Ｌ字形状をした平板部材であって、３つの側壁部２２，２２，２２の先端部に跨って取り付けられている。また、前記第２天井壁部２４は、平面視略方形状をした平板部材である。

前記ステージ３は、金属製の平面視正方形状の平板部材であって、前記４つの側壁部２２，２２，…との間に間隔を有する状態で前記固定部材２内に収容されている。尚、ステージ３は、ポリカーボネイト等の樹脂で形成されていてもよい。このステージ３が被駆動体を構成する。

また、ステージ３の下面における一の辺縁部及び該一の辺縁部と直交する２つの辺縁部のうちの一方には、ステージ３の下面及び側面に開口する凹部３２，３２が形成されている。この凹部３２，３２には、セラミック製の補強部材３３，３３が嵌め込まれて接着されている。この補強部材３３，３３は、ステージ３の下面と面一に配置されている。尚、補強部材３３，３３は、セラミック製に限られず、耐摩耗性を有する部材であれば、任意の部材を採用することができる。

このステージ３は、その四隅部が支持バネ２５，２５，…によって第１及び第２天井壁部２３，２４に対して支持されている。このとき、ステージ３と第１及び第２天井壁部２３，２４との間には、金属製の球状の転動体２６，２６，２６（本実施形態では３つ）設けられている。ステージ３の上面（第１及び第２天井壁部２３，２４と対向する面）には、転動体２６，２６，２６のステージ３に対する相対移動を規制するための受け穴部３１，３１，３１が形成されている。前記転動体２６，２６，２６はこの受け穴部３１，３１，３１内に配設される一方、第１及び第２天井壁部２３，２４の下面（ステージ３と対向する面）と当接している。さらに詳しくは、転動体２６，２６，２６のうちの２つはステージ３と第１天井壁部２３との間に介設され、残りの１つはステージ３と第２天井壁部２４との間に介設されている。こうすることで、ステージ３は、第１及び第２天井壁部２３，２４に対して一定の間隔を有した状態で付勢支持されていると共に、転動体２６，２６，２６を介して該ステージ３の上面及び下面と平行な方向に移動可能に構成されている。

前記第１及び第２超音波アクチュエータ４Ａ，４Ｂは、同様の構成をしている。各超音波アクチュエータ４Ａ（４Ｂ）は、図３に示すように、振動を発生させるアクチュエータ本体５と、該アクチュエータ本体５の駆動力をステージ３に伝達する駆動子５９，５９と、該アクチュエータ本体５を収容するケース６と、アクチュエータ本体５とケース６との間に介設されてアクチュエータ本体５を弾性的に支持する支持ゴム７１，７１と、アクチュエータ本体５を前記ステージ３に付勢するための付勢ゴム７２とを備えている。

前記アクチュエータ本体５は、圧電素子５０で構成されている。

前記圧電素子５０は、略長方形状の互いに対向する一対の主面と、この主面と直交して該主面の長手方向に延びる、互いに対向する一対の長辺側面と、これら主面及び長辺側面の両方と直交して該主面の短手方向に延びる、互いに対向する一対の短辺側面とを有する略直方体状をしている。

この圧電素子５０は、図４に示すように、５つの圧電体層５１，５１，…と４つの内部電極層５２，５４，５３，５４とを交互に積層して構成される。内部電極層５２，５４，５３，５４は、積層方向に圧電体層５１を介して交互に配された、第１給電電極層５２と共通電極層５４と第２給電電極層５３と共通電極層５４とで構成される。これら第１給電電極層５２、第２給電電極層５３及び共通電極層５４，５４のそれぞれは、各圧電体層５１の主面上に印刷されている。

前記各圧電体層５１は、例えばチタン酸ジルコン酸鉛などのセラミック材料からなる絶縁体層であって、前記圧電素子５０と同様に、一対の主面と、一対の長辺側面と、一対の短辺側面とを有する略直方体状をしている。また、各圧電体層５１には、その長辺側面のうち前記駆動子５９，５９が設けられていない側の長辺側面の長手方向中央部に外部電極５５ａが、一方の短辺側面の短手方向中央部に外部電極５６ａが、他方の短辺側面の短手方向中央部に外部電極５７ａがそれぞれ形成されている。

前記各共通電極層５４は、圧電体層５１の主面の略全面に亘って設けられた略長方形状をしている。また、各共通電極層５４の一方の長辺部には、その長手方向中央部から圧電体層５１の前記外部電極５５ａまで延びる引出電極５４ａが形成されている。

前記第１給電電極層５２は、図５に示すように、圧電体層５１の主面をその長手方向及び短手方向にそれぞれ２等分してなる４つの領域のうち該主面の対角線方向に位置する２対の領域のうち一方の対の領域にそれぞれ形成された一対の第１電極５２ａ，５２ｂと、これら第１電極５２ａ，５２ｂを連結して導通させる導通電極５２ｃとを有する。各第１電極５２ａ（５２ｂ）は略矩形状の電極であり、積層方向に見て共通電極層５４と重なっている。つまり、各第１電極５２ａ（５２ｂ）は、圧電体層５１を挟んで共通電極層５４と対向している。また、第１電極５２ａ，５２ｂのうちの一方の第１電極５２ａには、圧電体層５１の前記外部電極５６ａまで延びる引出電極５２ｄが設けられている。

前記第２給電電極層５３は、圧電体層５１の主面の対角線方向に位置する前記２対の領域のうち他方の対の領域にそれぞれ形成された一対の第２電極５３ａ，５３ｂと、これら第２電極５３ａ，５３ｂを連結して導通させる導通電極５３ｃとを有する。前記他方の対の領域のうち積層方向に見て前記第１電極５２ａの前記短手方向且つ前記第１電極５２ｂの前記長手方向に隣接する領域に設けられる電極が第２電極５３ａであり、第１電極５２ａの該長手方向且つ第１電極５２ｂの該短手方向に隣接する領域に設けられる電極が第２電極５３ｂである。各第２電極５３ａ（５３ｂ）は略矩形状の電極であり、積層方向に見て共通電極層５４と重なっている。つまり、各第２電極５３ａ（５３ｂ）は、圧電体層５１を挟んで共通電極層５４と対向している。また、第２電極５３ａ，５３ｂのうちの一方の第２電極５３ｂには、圧電体層５１の前記外部電極５７ａまで延びる引出電極５３ｄが設けられている。

これら圧電体層５１，５１，…と内部電極層５２，５４，５３，５４とを交互に積層することで構成された圧電素子５０においては、その一方の長辺側面の前記長手方向中央部に、各圧電体層５１の外部電極５５ａが積層方向に並んで一まとまりの外部電極５５が形成されている。この外部電極５５には、前記共通電極層５４，５４に形成された引出電極５４ａ，５４ａが電気的に接続されている。同様に、圧電素子５０の一方の短辺側面の前記短手方向中央部には、各圧電体層５１の外部電極５６ａが積層方向に並んで一まとまりの外部電極５６が形成されている。この外部電極５６には、前記第１給電電極層５２の引出電極５２ｄが電気的に接続されている。また、圧電素子５０の他方の短辺側面の前記短手方向中央部には、各圧電体層５１の外部電極５７ａが積層方向に並んで一まとまりの外部電極５７が形成されている。この外部電極５７には、前記第２給電電極層５３の引出電極５３ｄが電気的に接続されている。

そして、圧電素子５０の長辺側面のうち前記外部電極５５ａが設けられていない側の長辺側面には、前記駆動子５９，５９が前記長手方向に互いに間隔を空けて設けられている。駆動子５９，５９は、該長手方向において、該長辺側面の全長の３０〜３５％距離だけその長手方向両端部から内側に入った位置に配設されている。この位置は、屈曲振動の２次モードの腹の位置であって、振動が最も大きくなる位置である。これら駆動子５９，５９は、ほぼ球体状であって、セラミック等の硬質部材で形成されている。

前記外部電極５５をグランドに接続し、前記外部電極５６に所定周波数の交流電圧を、前記外部電極５７に該交流電圧と位相が９０°ずれた交流電圧を印加することによって、圧電体層５１の主面の対角線方向に位置する一方の対の第１電極５２ａ，５２ｂと、他方の対の第２電極５３ａ，５３ｂとに互いに位相が９０°ずれた交流電圧を印加され、圧電素子５０には、図６に示す縦振動（いわゆる、伸縮振動）の１次モードと、図７に示す屈曲振動の２次モードとが誘起される。

縦振動の共振周波数及び屈曲振動の共振周波数はそれぞれ、圧電素子５０の材料、形状等により決定される。さらに、両共振周波数は、圧電素子５０を支持する力及び支持する部分によっても影響を受ける。これらを考慮して、両共振周波数を略一致させ、その近傍の周波数の交流電圧を位相を９０°ずらした状態で外部電極５６，５７のそれぞれに印加することによって、圧電素子５０には、縦振動の１次モードと屈曲振動の２次モードとが調和的に誘起され、図８（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）に示す形状の変化を順番に起こす。

その結果、圧電素子５０に設けられた各駆動子５９が該圧電素子５０の主面と平行な平面（図８における紙面と平行な面）内で略楕円運動を起こす。

前記ケース６は、樹脂製であって、前記圧電素子５０に対応した略直方体状の概略箱形状をしている。このケース６は、前記圧電素子５０の主面と平行で且つ略長方形状の主壁部６１と、該主壁部６１の前記長手方向の一側（図３における左側）に位置する短辺部に設けられた第１短辺壁部６２と、該主壁部６１の該長手方向の他側（図３における右側）に位置する短辺部に設けられた第２短辺壁部６３と、該主壁部６１の前記短手方向の一側（図３における下側）に位置する長辺部に設けられた長辺壁部６４とを有している。つまり、ケース６は、主壁部６１に対向する側及び該主壁部６１の該短手方向の他側（図３における上側）に位置する長辺部（圧電素子５０の駆動子５９，５９が設けられた長辺側面に対応する部分）には壁部が設けられておらず、厚み方向（主壁部６１の法線方向）の一側及び該短手方向の他側に開口した形状となっている。

このように構成されたケース６内に前記アクチュエータ本体５が収容されている。アクチュエータ本体５は、圧電素子５０の一方の主面が主壁部６１と当接し且つ圧電素子５０の一方の長辺側面（前記外部電極５５が設けられている側の長辺側面）が長辺壁部６４と対向するようにしてケース６内に収容されている。このとき、駆動子５９，５９はケース６から前記短手方向の他側に突出している。また、圧電素子５０の一方の短辺側面とケース６の第１短辺壁部６２との間および圧電素子５０の他方の短辺側面とケース６の第２短辺壁部６３との間にはそれぞれ支持ゴム７１，７１が介設されている。この圧電素子５０の両短辺側面は縦振動の腹の部分であるが、支持ゴム７１，７１は弾性体であるため、圧電素子５０の縦振動を阻害することなく、該圧電素子５０を支持することができる。これら支持ゴム７１，７１は、アクチュエータ本体５並びに第１及び第２短辺壁部６２，６３だけでなく、主壁部６１の内側表面とも当接している。また、圧電素子５０の一方の長辺側面とケース６の長辺壁部６４との間には付勢ゴム７２が介設されている。この付勢ゴム７２は、アクチュエータ本体５及び長辺壁部６４だけでなく、主壁部６１の内側表面とも当接している。

そして、主壁部６１の内側表面における、前記支持ゴム７１，７１及び付勢ゴム７２が当接する部分には電極６１ａ（付勢ゴム７２と当接する電極のみ図示）が設けられているこれらの電極は、主壁部６１の外側表面に設けられた端子電極（図示省略）にそれぞれ導通している。

前記各支持ゴム７１は、シリコーンゴムに金属粒子を混入した導電性ゴムで構成され、略直方体状をしている。これら支持ゴム７１，７１は、アクチュエータ本体５をその長手方向に付勢した状態で弾性的に支持する。それと共に、支持ゴム７１，７１は、圧電素子５０の外部電極５６，５７と主壁部６１の内側表面の短辺部に設けられ且つ前記端子電極と導通する電極とを導通させている。

また、前記付勢ゴム７２も、支持ゴム７１と同様に、シリコーンゴムに金属粒子を混入した導電性ゴムで構成され、略直方体状をしている。この付勢ゴム７２は、アクチュエータ本体５をその短手方向（即ち、短手方向が付勢方向に相当する）に付勢するためのものである。それと共に、付勢ゴム７２は、圧電素子５０の外部電極５５と主壁部６１の電極６１ａとを導通させている。

つまり、ケース６の外側表面に設けられた前記端子電極に給電することによって、圧電素子５０に給電することができる。

このように構成された第１及び第２超音波アクチュエータ４Ａ，４Ｂは、それぞれステージ３と固定部材２の底壁部２１との間に介設される。第１及び第２超音波アクチュエータ４Ａ，４Ｂは、ケース６の長辺壁部６４が固定部材２の底壁部２１に固定される一方、駆動子５９，５９がステージ３の下面と当接するように配置されている。すなわち、第１及び第２超音波アクチュエータ４Ａ，４Ｂは、圧電素子５０の短手方向がステージ３の下面に直交すると共に、圧電素子５０の長手方向がステージ３の下面と平行な方向を向くように配置される。さらに換言すれば、第１及び第２超音波アクチュエータ４Ａ，４Ｂは、圧電素子５０の屈曲振動の方向がステージ３の下面と直交すると共に、圧電素子５０の縦振動の方向がステージ３の下面と平行な方向を向くように配置される。

このとき、前記付勢ゴム７２が圧縮変形しており、この付勢ゴム７２の弾性力によって駆動子５９，５９が補強部材３３に付勢されている。各超音波アクチュエータ４Ａ（４Ｂ）のステージ３への付勢力は、付勢ゴム７２の弾性力によって決まる。

尚、本実施形態では、駆動子５９，５９は、ステージ３の下面において補強部材３３，３３の下面と当接している。この補強部材３３を設けることによって、ステージ３の下面の耐摩耗性を向上させている。

さらに詳しくは、第１超音波アクチュエータ４Ａは、図９に示すように、圧電素子５０の長手方向（即ち、縦振動の振動方向）がステージ３の下面の一の辺縁部近傍において該辺縁部と平行な方向（この方向をＸ方向とする。）を向くように配置される。一方、第２超音波アクチュエータ４Ｂは、圧電素子５０の長手方向がステージ３の下面の前記一の辺縁部と直交する辺縁部近傍において該辺縁部と平行な方向（この方向をＹ方向とする。）を向くように配置される。こうして、第１及び第２超音波アクチュエータ４Ａ，４Ｂは、それぞれの圧電素子５０の長手方向が平面視で互いに直交するように配置されている。この第１超音波アクチュエータ４Ａが第１アクチュエータを、第２超音波アクチュエータ４Ｂが第２アクチュエータを構成する。また、Ｘ方向が第１の駆動方向に、Ｙ方向が第２の駆動方向に相当する。

以下に、駆動装置１の組み立て方法について説明する。

まず、前記固定部材２の第１及び第２天井壁部２３，２４を側壁部２２，２２，…の先端部に取り付ける。

次に、前記ステージ３の受け穴部３１，３１，３１に転動体２６，２６，２６を配設し、該ステージ３を支持バネ２５，２５，…によって固定部材２の第１及び第２天井壁部２３，２４に対して取り付ける。

続いて、第１及び第２超音波アクチュエータ４Ａ，４Ｂを、固定部材２の底壁部２１とステージ３との間に配置する。ここで、ステージ３が固定部材２に取り付けられた状態において、固定部材２の底壁部２１の上面とステージ３の下面との距離は、第１及び第２超音波アクチュエータ４Ａ，４Ｂの前記短手方向長さよりも短くなっている。そこで、アクチュエータ本体５をケース６の長辺壁部６４に押し付けて付勢ゴム７２を圧縮変形させた状態で、各超音波アクチュエータ４Ａ（４Ｂ）を固定部材２の底壁部２１とステージ３との間に配置する。そして、各超音波アクチュエータ４Ａ（４Ｂ）を所望の位置に配置した後、ケース６を固定部材２の底壁部２１に対して固定し、ケース６の外側表面に設けられた前記端子電極に制御装置（図示両略）からの信号線（図示両略）を接続する。このとき、各超音波アクチュエータ４Ａ（４Ｂ）の駆動子５９，５９は、ステージ３の補強部材３３と当接している。

−駆動装置の動作−
次に、このように構成された駆動装置１の動作について説明する。

第１及び第２超音波アクチュエータ４Ａ，４Ｂはそれぞれ、前述の如く、前記ケース６の端子電極を介して、前記外部電極５５をグランドに接続し、前記外部電極５６に所定周波数の交流電圧を、前記外部電極５７に該交流電圧と位相が９０°ずれた交流電圧を印加することによって、圧電素子５０に縦振動と屈曲振動との合成振動を発生させ、駆動子５９，５９に圧電素子５０の主面と平行な平面内において略楕円運動を行わせる。こうすることで、駆動子５９，５９は、ステージ３との当接及び離間を周期的に繰り返しながら、摩擦力によってステージ３を圧電素子５０の長手方向へ移動させる。つまり、第１及び第２超音波アクチュエータ４Ａ，４Ｂは、ステージ３に対して、圧電素子５０の長手方向へ駆動力を付与している。尚、２つの駆動子５９，５９は、図８に示すように、それぞれ位相が１８０°ずれた状態で略楕円運動をしているため、ステージ３は駆動子５９，５９のそれぞれによって交互に駆動される。本実施形態１では、第１超音波アクチュエータ４Ａがステージ３をＸ方向へ移動させる一方、第２超音波アクチュエータ４Ｂがステージ３をＹ方向へ移動させる。

そして、ステージ３の、第１超音波アクチュエータ４Ａによる移動量と、第２超音波アクチュエータ４Ｂによる移動量とを調整することによって、Ｘ方向への移動とＹ方向への移動とを合成させて、ステージ３をその下面（詳しくは、補強部材３３の下面）に平行な平面内で任意の方向に移動させることができる。具体的には、各超音波アクチュエータ４Ａ（４Ｂ）による移動量は、外部電極５６，５７に給電する交流電圧の電圧値、周波数及び給電時間の少なくとも１つを調整する、又は外部電極５６と外部電極５７とに給電する各交流電圧の位相のずれを９０°以外の値に変更する等によって調整することができる。こうして、Ｘ方向への移動とＹ方向への移動とを合成してステージ３を移動させるときには、第１超音波アクチュエータ４Ａと第２超音波アクチュエータ４Ｂとを同時に駆動して、ステージ３を所望の位置の方向へ移動させてもよいし、第１超音波アクチュエータ４Ａと第２超音波アクチュエータ４Ｂとを交互に駆動して、ステージ３をＸ方向とＹ方向とに別々に移動させて所望の位置まで移動させるようにしてもよい。

次に、ステージ３をＸ方向及びＹ方向の何れか一方にのみ移動させる場合について説明する。例えば、ステージ３をＸ方向にのみ移動させるときは、第１超音波アクチュエータ４Ａは、圧電素子５０に縦振動と屈曲振動との合成振動を発生させてステージ３に駆動力を付与する一方、第２超音波アクチュエータ４Ｂは、圧電素子５０に実質的にステージ３の下面（具体的には、補強部材３３の下面）と平行な平面内での振動のみ、即ち、縦振動のみを発生させて駆動子５９，５９をステージ３に対して滑らせる。

具体的には、第２超音波アクチュエータ４Ｂの前記外部電極５６と前記外部電極５７とに同じ交流電圧を印加する。すなわち、圧電素子５０の第１電極５２ａ，５２ｂ及び第２電極５３ａ，５３ｂ（図５参照）に同位相の交流電圧を印加する。これにより、該圧電素子５０における各電極に対応する４つの領域が同時に伸縮するため、実質的に該圧電素子５０には図５に示すような縦振動のみが誘起される。ここで、前記図５に示すような縦振動においては、圧電素子５０は短手方向にも若干振動しているが、この短手方向への振動は長手方向の縦振動に比べて無視できる程に小さい。つまり、「実質的に」とは、それ以外の振動も存在するが、その大きさが無視できる程度に小さいことを意味する。

その結果、第２超音波アクチュエータ４Ｂとステージ３との間の摩擦力を低減して、ステージ３を第１超音波アクチュエータ４ＡによってＸ方向へ効率良く移動させることができる。

この点について以下に詳しく説明する。ステージ３をＸ方向にのみ移動させる際に第２超音波アクチュエータ４Ｂを停止させた状態で、第１超音波アクチュエータ４Ａのみを駆動する場合、第２超音波アクチュエータ４Ｂのアクチュエータ本体５は停止状態であってもステージ３に対して付勢されているため、第２超音波アクチュエータ４Ｂの駆動子５９，５９とステージ３との間の摩擦力が第１超音波アクチュエータ４Ａによるステージ３のＸ方向への駆動を阻害している。特に、ステージ３が始動するまでの間は、駆動子５９，５９とステージ３との間の摩擦力は静摩擦力であるため、ステージ３の始動時には大きな駆動力が必要となる。本実施形態のようにステージ３を２つの超音波アクチュエータで駆動させる構成においては、一方の超音波アクチュエータ４Ａ（４Ｂ）による駆動力の方向は他方の超音波アクチュエータ４Ｂ（４Ａ）の駆動子５９，５９を中心とするモーメントを生じさせる方向となるため、他方の超音波アクチュエータ４Ｂ（４Ａ）の駆動子５９，５９とステージ３との間の摩擦力が大きいと、ステージ３が第２超音波アクチュエータ４Ｂの駆動子５９，５９を中心に回転しようとする場合もある。

それに対して、本実施形態１では、第１超音波アクチュエータ４Ａを駆動するときに、該第１超音波アクチュエータ４Ａの駆動と同時か又はその駆動よりも先に、第２超音波アクチュエータ４Ｂは、圧電素子５０に実質的に縦振動のみ発生させている。その結果、駆動子５９，５９がステージ３の下面に対し滑って摺動するため、駆動子５９，５９とステージ３の下面との間の摩擦状態は、静摩擦から動摩擦に変わり、摩擦力が低減する。

また、駆動子５９，５９はステージ３の下面と平行な方向に振動しているため、駆動子５９，５９のステージ３の下面に対する摺動速度が速くなり、動摩擦係数が低減する。その結果、停止した駆動子５９，５９に対してステージ３のみが移動している動摩擦状態と比較して、動摩擦力を低減することができる。

さらに、駆動子５９，５９は、実質的にステージ３の下面と平行な平面内で振動しているため、駆動子５９，５９のステージ３への付勢力が増大することはなく、つまり、摩擦力が増大することがない。尚、圧電素子５０は、その長手方向（ステージ３の下面と平行な方向）への伸縮に合わせて短手方向（ステージ３の下面に直交する方向）にも若干、伸縮する。しかし、短手方向への伸縮は長手方向への伸縮に比べて非常に小さいため、圧電素子５０の短手方向への振動はステージ３へほとんど影響は与えない。

こうして、駆動子５９，５９とステージ３との間の摩擦力を低減することができるため、ステージ３を第１超音波アクチュエータ４ＡによってＸ方向にのみ移動させるときに、第２超音波アクチュエータ４Ｂの駆動子５９，５９を中心にステージ３が回転することを防止することができると共に、ステージ３と第２超音波アクチュエータ４Ｂの駆動子５９，５９との間の摩擦損失を低減することができる。

尚、第１及び第２超音波アクチュエータ４Ａ，４Ｂのこのような駆動は、ステージ３をＸ方向の所望の位置へ向かって単純にＸ方向にのみ駆動する場合に限られず、前述の如く、ステージ３をＸ方向とＹ方向との間の任意の方向の所望の位置へ移動させるべく、Ｘ方向への移動とＹ方向への移動とを交互に行って移動させる際のＸ方向への移動時にも用いられる。

また、前述の説明では、ステージ３をＸ方向へのみ移動させる場合について説明したが、ステージ３をＹ方向へのみ移動させるときには、前述の説明における第１超音波アクチュエータ４Ａと第２超音波アクチュエータ４Ｂとの役割を反対にすればよい。

したがって、実施形態１によれば、第１及び第２超音波アクチュエータ４Ａ，４Ｂの何れか一方のみでステージ３をその一方の超音波アクチュエータに対応した移動方向へのみ移動させるときには、他方の超音波アクチュエータをステージ３の下面と平行な方向へのみ振動させることによって、他方の超音波アクチュエータの駆動子５９，５９とステージ３との間の摩擦状態を動摩擦状態とすると共に、該駆動子５９，５９のステージ３に対する摺動速度が速くなり動摩擦係数が低減するため、該駆動子５９，５９とステージ３との間の摩擦力を低減することができ、前記一方の超音波アクチュエータでステージ３を円滑に且つ効率良く移動させることができる。

また、第１及び第２超音波アクチュエータ４Ａ，４Ｂを、圧電素子５０の、ステージ３の下面と平行な方向への振動が縦振動となるように構成すると共に、駆動子５９，５９を圧電素子５０の長辺側面においてその長手方向中央部に対して対称な位置に設けることによって、前述の如く、圧電素子５０にステージ３の下面と平行な方向の振動のみ発生させて駆動子５９，５９をステージ３に対して滑らせるときに、振動する該駆動子５９，５９がステージ３に不要な駆動力を付与することを防止することができる。

詳しくは、圧電素子５０の停止時であっても駆動子５９，５９は付勢ゴム７２によってステージ３に対して付勢されており、圧電素子５０がステージ３の下面と平行な方向へのみ振動する場合であっても、該駆動子５９，５９とステージ３との間には、若干ではあるが、摩擦力が生じる。ところで、前述の如く、長辺側面において長手方向中央部に対して対称な位置に２つの駆動子５９，５９が設けた圧電素子５０を縦振動させると、該駆動子５９，５９は該長手方向中央部を中心に長手方向に互いに反対向きで且つ同じ振幅の振動を行う。つまり、該駆動子５９，５９がステージ３に対して摺動する際に生じる摩擦力は、圧電素子５０の長手方向中央部を中心に長手方向に対称であるため、両駆動子５９，５９の摩擦力は互いに打ち消し合う。その結果、圧電素子５０をステージ３の下面に平行な方向に振動させるときに該駆動子５９，５９からステージ３へ駆動力が付与されることを防止することができ、前記一方の超音波アクチュエータによるステージ３の移動を阻害することを防止することができる。

さらに、第１及び第２超音波アクチュエータ４Ａ，４Ｂを、圧電素子５０の、ステージ３の下面と平行な方向への振動が縦振動となるように構成することによって、固定部材２の底壁部２１とステージ３との間において、圧電素子５０の短手方向がステージ３の下面に対して直交し且つ圧電素子５０の長手方向がステージ３の下面と平行な方向を向くように配置されるため、圧電素子５０がその長手方向がステージ３の下面と直交するように配置される構成と比較して、該底壁部２１とステージ３との間隔を短くすることができ、駆動装置１のコンパクト化を図ることができる。

次に、本発明の実施形態１における振動型アクチュエータの具体的な制御について図１０，１１，１２，１３を参照しながら説明する。以下の説明では、先述した構成要件のなかで同様に機能するものについて同じ番号を付与し、詳細な説明は省略する。

図１０は振動型アクチュエータ制御回路の構成図である。振動型アクチュエータは先述したように圧電素子５０、内部電極５２と５３、駆動子５９，第１短辺壁部６２，第２短辺壁部６３，長辺壁部６４，支持ゴム７１，付勢ゴム７２で構成されている。セラミック製の補強部材３３を含むステージ３は可動部として、図に示す様にＡ方向およびＢ方向に移動する構成になっている。

また、支持部材（図示せず）と同様の固定部として当接部１３０，１３１（例えば、側壁部２２，２２）を有しており、ステージ３が当接部１３０あるいは１３１に当接した場合にステージ３は停止することになる。このとき、圧電型アクチュエータ４Ａ，４Ｂに電力が供給され、ステージ３がＡ方向あるいはＢ方向に移動するように駆動子５９が振動している場合には、ステージ３が当接部１３０あるいは１３１に当接した時点で、駆動子５９がステージ３に対してスリップを起こすことになる。

１０１はステージ３に取り付けられたマグネットであり、ホール素子で構成される位置検出センサ１００によって、ステージ３の位置を検出する構成になっている。

制御回路１４０には、この位置検出センサ１００の出力が入力されており、制御回路１４０ではこの位置検出センサ１００から出力されるステージ３の位置情報に基づいて圧電素子５０に印加する電圧パルスあるいは電流パルスの周波数、位相の制御を行う。この周波数、位相の制御を行うための信号はＡｃｈおよびＢｃｈから出力される構成になっている。制御回路１４０には、圧電素子５０に印加する信号のＯＮ／ＯＦＦの制御を行うことも可能である。

図１１（Ａ）に示す様に、ステージ３をＡ方向に移動させる場合にはＡｃｈとＢｃｈから矩形波のパルスを出力し、互いの位相差はＡｃｈに対してＢｃｈが９０度位相を遅らせた状態になる。また、図１１（Ｂ）に示す様に、ステージ３をＢ方向に移動させる場合にはＡｃｈとＢｃｈから矩形波のパルスを出力し、互いの位相差はＡｃｈに対してＢｃｈが９０度位相を進めた状態になる。また、図１１（Ｃ）に示す様に、ステージ３を停止させる場合にはＡｃｈとＢｃｈの信号をＧＮＤレベルにする状態になる。

１１０ａ、１１０ｂ、１２０ａ、１２０ｂはパワーＦＥＴなどのスイッチング素子を示す。

スイッチング素子１１０ａに入力されるＡｃｈの信号が＋５Ｖの場合にはスイッチング素子１１０ａに接続されている＋５Ｖ電源からコイル１４１を通して圧電素子５０の電極５３ａ、５３ｂに電力が供給される。一方、スイッチング素子１１０ｂにはインバーター１１１（＋５Ｖが入力された場合には出力は−５Ｖ、−５Ｖが入力された場合には出力は＋５Ｖとなる素子）を介してＡｃｈの信号が入力され、Ａｃｈの信号が＋５Ｖの場合にはスイッチング素子１１０ｂに入力される電圧は−５Ｖとなるため、このスイッチング素子はＯＦＦとなる。

スイッチング素子１１０ａに入力されるＡｃｈの信号が−５Ｖの場合には、このスイッチング素子はＯＦＦとなる。一方、スイッチング素子１１０ｂにはインバーター１１１を介してＡｃｈの信号が入力され、Ａｃｈの信号が−５Ｖの場合にはスイッチング素子１１０ｂに入力される電圧は＋５Ｖとなるため、スイッチング素子１１０ｂに接続されている−５Ｖ電源からコイル１４１を通して圧電素子５０の電極５３ａ、５３ｂに電力が供給される。

スイッチング素子１２０ａに入力されるＢｃｈの信号が＋５Ｖの場合にはスイッチング素子１２０ａに接続されている＋５Ｖ電源からコイル１４２を通して圧電素子５０の電極５２ａ、５２ｂに電力が供給される。一方、スイッチング素子１２０ｂにはインバーター１２１（＋５Ｖが入力された場合には出力は−５Ｖ、−５Ｖが入力された場合には出力は＋５Ｖとなる素子）を介してＢｃｈの信号が入力され、Ｂｃｈの信号が＋５Ｖの場合にはスイッチング素子１２０ｂに入力される電圧は−５Ｖとなるため、このスイッチング素子はＯＦＦとなる。

スイッチング素子１２０ａに入力されるＢｃｈの信号が−５Ｖの場合には、このスイッチング素子はＯＦＦとなる。一方、スイッチング素子１２０ｂにはインバーター１２１を介してＢｃｈの信号が入力され、Ｂｃｈの信号が−５Ｖの場合にはスイッチング素子１２０ｂに入力される電圧は＋５Ｖとなるため、スイッチング素子１２０ｂに接続されている−５Ｖ電源からコイル１４２を通して圧電素子５０の電極５２ａ、５２ｂに電力が供給される。

ここで、各ＦＥＴから出力される信号が本実施例のように矩形波の場合は、１次の周波数成分だけでなく、複数の高次の周波数成分が含まれる。圧電素子５０に印加される信号の内、３次や５次などの高調波成分は駆動の効率を落としたり、圧電素子そのものを破損したりする場合がある。そこで、コイル１４１，１４２を設けることによって、この矩形波の周波数成分の内、１次の周波数成分が主に圧電素子５０に印加されるようになる。なお、各ＦＥＴから出力される信号が正弦波の場合には、本コイルは挿入してもよいし、挿入しなくてもよい。

以上で説明した構成によって、圧電素子５０に電力を供給することで駆動子５９をステージ３が進行する方向に振動させることによりステージ３を移動させることができる。そして、位置検出センサ１００の出力に基づいて、制御回路１４０では圧電素子５０に印加する電力波形を制御することによって、ステージ３の移動制御を行うことが可能となる。

図１２はステージ３の位置とアクチュエータ４Ａ，４Ｂへの電力供給・休止期間との関係を示すタイミング図である。図のグラフの横軸は時間を表し、縦軸は位置検出センサ１００から出力される電圧を示し、この電圧はステージ３の位置情報を表す。このステージ３は先述したように、当接部１３０，１３１で移動が規制される。同図では、当接部１３０にステージ３が当接した状態を上限基準とし、当接部１３１にステージ３が当接した状態を下限基準とする。縦軸の０は上限基準と下限基準との中間点を表す。グラフの破線は位置検出センサ１００から出力された位置情報を示し、ステージ３の実際の位置に相当する。グラフの実線は目標とする位置（指令位置）に相当する。制御回路１４０では位置検出センサ１００から出力される位置情報と制御回路内部で生成される目標とする位置情報との比較を行い、図のグラフに一点破線で示す位置誤差情報を得る。この誤差情報に基づいて、目標とする位置が実際の位置に対してＡ方向に存在する場合には、図１１（Ａ）で示すＡｃｈおよびＢｃｈの信号を発生させる。また、目標とする位置が実際の位置に対してＢ方向に存在する場合には、図１１（Ｂ）で示すＡｃｈおよびＢｃｈの信号を発生させる。また、目標とする位置が実際の位置と等しい場合には、図１１（Ｃ）で示すようにＡｃｈおよびＢｃｈの信号はＧＮＤレベルにする。

ここでは、図１３も参照しながら本発明の特徴であるステージ３が当接部１３０あるいは１３１部に当接した場合に生じる位置誤差の大きさから、アクチュエータ４Ａ，４Ｂへの電力を休止することにより駆動子５９とステージ３（詳しくは、補強部材３３）との間でのスリップによる双方の磨耗を防止する制御方法について説明する。図１３はアクチュエータ４Ａ，４Ｂへの電力供給ＯＮ／ＯＦＦの動作フローチャートを示す。

供給ＯＮ／ＯＦＦ制御開始から動作を開始する。ステップ１（Ｓ１）では指令位置が当接位置（当接部１３０あるいは１３１に当接する位置）を超えたかどうかを判定する。これは、指令位置が下限基準を下回った場合、あるいは上限基準を上回った場合の状態を意味する。

指令位置が当接位置を超えない場合には、ステップ４（Ｓ４）の処理に進み、アクチュエータ４Ａ，４Ｂへの電力供給をＯＮにする。一方、指令位置が当接位置を超えた場合には、ステップ２（Ｓ２）の処理に進む。

ステップ２（Ｓ２）では、指令位置と実際位置との差の絶対値が許容誤差より小さいかどうかを判定する。

指令位置と実際位置との差の絶対値が許容誤差より小さい場合にはステップ４（Ｓ４）に進み、アクチュエータへの電力供給をＯＮにする。すなわち、図１１（Ａ）で示すＡｃｈおよびＢｃｈの信号あるいは図１１（Ｂ）で示すＡｃｈおよびＢｃｈの信号を発生させ、ステップ１（Ｓ１）の処理に戻る。一方、指令位置と実際位置との差の絶対値が許容誤差以上の場合にはステップ３（Ｓ３）に進み、アクチュエータへの電力供給をＯＦＦにする。すなわち、図１１（Ｃ）で示すようにＡｃｈおよびＢｃｈの信号はＧＮＤレベルにして、ステップ１（Ｓ１）の処理に戻る。

図１２を参照して、正弦波状の指令位置に対する、アクチュエータ４Ａ，４Ｂへの電力供給ＯＮ／ＯＦＦの動作について説明する。

まず、指令位置は当接位置を越えていない状態から始まっているので、電力供給ＯＮの状態で処理が始まる（供給Ａ）。次に、指令位置が下限基準を下方向に超えかつ位置誤差が許容誤差範囲を下方向に超えた場合にアクチュエータへの電力供給を休止する（休止Ｂ）。次に、指令位置が下限基準を超えない状態になり、位置誤差が許容範囲内に入った場合に、アクチュエータへの電力供給を再開する（供給Ｃ）。次に、指令位置が上限基準を上方向に超えかつ位置誤差が許容誤差範囲を上方向に超えた場合にアクチュエータへの電力供給を休止する（休止Ｄ）。次に、指令位置が上限基準を超えない状態になり、位置誤差が許容範囲内に入った場合に、アクチュエータへの電力供給を再開する（供給Ｅ）。

なお、位置検出センサ１００の値は０点がずれていることがあるが、起動時に、ステージ３を可動範囲の端（本実施の形態で説明した当接部などのメカ的に可動不可能になるところ）まで可動させ、可動端における位置検出センサ１００の出力電圧を両側で検出することによって０点を校正することができる。

以上で本発明の実施形態１における振動型アクチュエータの具体的動作について説明した。本実施の形態で述べた具体的動作によって、アクチュエータ４Ａ，４Ｂの駆動子５９，５９と被駆動部としてのステージ３とが接触している部分がスリップを起こすことによる磨耗を解消することが可能となる。

なお、本実施形態１における図１３のフローのステップ１（Ｓ１）では指令位置が当接位置を超えたかどうかを判定するようにしていたが、この位置に係らず、ステージ３の同じ位置に駆動子５９，５９が長時間接触する場合にはアクチュエータ４Ａ，４Ｂへの電力供給をＯＦＦにするようにしてもよい。

このように、本発明の目的は、被駆動部が所定の当接部に当接した場合には、アクチュエータの振動を停止させ、一方、被駆動部が所定の当接部から離脱した場合には、アクチュエータの振動を復帰させる制御方法および装置を提供することにある。

換言すれば、本発明に係る振動型アクチュエータの制御装置は、基台と、前記基台に対して所定の方向に可動可能な可動体と、圧電素子と、駆動子を有し、縦振動と横振動を組み合わせて駆動子を略楕円状に運動させることにより前記可動体を基台に対して可動させる駆動力発生部と、前記基台に対する前記可動体の位置を検出する位置センサと、前記前記基台に対する前記可動体の可動位置（指令位置）に応じて前記駆動力発生部に駆動電力を供給するように制御する制御部とを備えている。そして、前記制御部は、前記可動体の可動位置（指令位置）と前記位置センサにより検出された位置との差の変化率が所定の値以上になると駆動電力の供給を止めるように制御する。

また、該振動型アクチュエータの制御装置において、前記制御部は、前記駆動電力の供給が停止している場合において、前記可動体の可動位置（指令位置）が前記駆動電力の供給を止めたときの可動位置と同じになったときに、前記駆動電力の供給を再開するように制御する。

《発明の実施形態２》
次に、本発明の実施形態２について説明する。本実施形態２に駆動装置２０１は、超音波アクチュエータの構成が実施形態１と異なる。以下、実施形態１と同様の構成については、同様の符号を付し、説明を省略する。

実施形態２に係るアクチュエータ本体２０５は、図１４に示すように、圧電素子２５０の一方の短辺側面に１つの駆動子２５９が設けられている。このアクチュエータ本体２０５は、圧電素子２５０の他方の短辺側面に付勢ゴム２７２が当接するようにしてケース２０６内に収容されている。このとき、前記駆動子２５９はケース２０６から外部に突出している。そして、圧電素子２５０の両長辺側面とケース２０６との間には、各側に２つずつ支持ゴム２７１，２７１が介設されている。

この圧電素子２５０には、実施形態１の圧電素子５０と同様に、圧電素子２５０の主面をその長手方向及び短手方向にそれぞれ２等分してなる４つの領域のそれぞれに第１電極２５２ａ，２５２ｂ及び第２電極２５３ａ，２５３ｂが設けられている。尚、第１電極２５２ａ，２５２ｂ及び第２電極２５３ａ，２５３ｂは、それぞれ別々に給電されるように構成してもよいし、実施形態１と同様に、対角線方向に位置する対ごとに給電するように構成してもよい。

そして、圧電素子２５０の対角線方向に位置する対ごとに、すなわち、第１電極２５２ａ，２５２ｂと第２電極２５３ａ，２５３ｂとにそれぞれ位相が９０°ずれた交流電圧を印加することによって、圧電素子２５０には、図８に示すように、縦振動と屈曲振動とが調和的に誘起される。その結果、駆動子２５９は、圧電素子２５０の主面と平行な面内で略楕円運動を行う。

このように構成された第１及び第２超音波アクチュエータ２０４Ａ，２０４Ｂは、駆動子２５９がステージ３の下面（詳しくは、補強部材３３）に当接し且つ、圧電素子２５０の長手方向がステージ３の下面の法線方向を向くようにして、固定部材２の底壁部２１とステージ３の下面との間に配置される。換言すれば、第１及び第２超音波アクチュエータ２０４Ａ，２０４Ｂは、圧電素子２５０の縦振動の方向がステージ３の下面と直交すると共に、圧電素子２５０の屈曲振動の方向がステージ３の下面と平行な方向を向くように配置される。

このとき、第１超音波アクチュエータ２０４Ａは、その圧電素子２５０の短手方向がＸ方向を向くように配置される一方、第２超音波アクチュエータ２０４Ｂは、その圧電素子２５０の短手方向がＹ方向を向くように配置される。

この状態で、各超音波アクチュエータ２０４Ａ（２０４Ｂ）のアクチュエータ本体２０５に、前述の如く、縦振動と屈曲振動との合成振動を発生させることによって、ステージ３が駆動される。

このとき、実施形態１と同様に、ステージ３の、第１超音波アクチュエータ２０４Ａによる移動量と、第２超音波アクチュエータ２０４Ｂによる移動量とを調整することによって、Ｘ方向への移動とＹ方向への移動とを合成させて、ステージ３をその下面に平行な平面内で任意の方向に移動させることができる。

また、ステージ３をＸ方向及びＹ方向の何れか一方、例えば、Ｘ方向だけに移動させるときは、第１超音波アクチュエータ２０４Ａは、圧電素子２５０に縦振動と屈曲振動との合成振動を発生させてステージ３に駆動力を付与する一方、第２超音波アクチュエータ２０４Ｂは、圧電素子２５０に実質的にステージ３の下面と平行な平面内での振動のみを発生させて駆動子２５９をステージ３に対して滑らせる。具体的には、第２超音波アクチュエータ２０４Ｂは、圧電素子２５０に実質的に図７に示すような屈曲振動だけを発生させる。第１電極２５２ａ，２５２ｂ及び第２電極２５３ａ，２５３ｂの何れか一方だけに交流電圧を印加する、または、第１電極２５２ａ，２５２ｂと第２電極２５３ａ，２５３ｂとに位相が１８０°ずれた交流電圧を印加することによって、圧電素子２５０に実質的に屈曲振動だけを発生させることができる。この場合、駆動子２５９は、ステージ３への付勢力が増加することなく、ステージ３の下面に平行な平面内で振動し、その結果、ステージ３に対して滑って摺動する。

したがって、実施形態２によれば、実施形態１と同様に、第１及び第２超音波アクチュエータ２０４Ａ，２０４Ｂの何れか一方のみでステージ３をその一方の超音波アクチュエータに対応した移動方向へのみ移動させるときには、他方の超音波アクチュエータをステージ３の下面と平行な方向へのみ振動、即ち、屈曲振動のみさせることによって、他方の超音波アクチュエータの駆動子５９とステージ３との摩擦状態を動摩擦状態とすると共に、該駆動子５９のステージ３に対する摺動速度が速くなり動摩擦係数が低減するため、該駆動子５９とステージ３との間の摩擦力を低減することができ、前記一方の超音波アクチュエータでステージ３を円滑に且つ効率良く移動させることができる。

《発明の実施形態３》
続いて、本発明の実施形態３について説明する。本実施形態２に駆動装置は、超音波アクチュエータの構成が実施形態１と異なる。以下、実施形態１と同様の構成については、同様の符号を付し、説明を省略する。

実施形態３に係る第１及び第２超音波アクチュエータ３０４Ａ，３０４Ｂは、図１５に示すアクチュエータ本体３０５と、該アクチュエータ本体３０５を収容するケース（図示省略）と、該アクチュエータ本体３０５をケース内で弾性的に支持する支持ゴム（図示省略）と、該アクチュエータ本体３０５をステージ３側へ付勢するための付勢ゴム（図示省略）とを備えている。

アクチュエータ本体３０５は、図１５に示すように、金属製の本体部３５０と、該本体部３５０に設けられた複数の圧電素子３５１ａ，３５１ｂ，…と、該本体部３５０に設けられた駆動子３５９，３５９とを有している。

本体部３５０は、略正方形の上面３５０ａ及び下面（図示省略）と、略長方形の４つの側面３５０ｂ，３５０ｃ（２つの側面のみ図示）とを有している。各側面はその両長辺部が上面３５０ａ及び下面の辺部と一致するように、すなわち、その短手方向が上下方向を向くように配置されている。

この本体部３５０の上面３５０ａには、２つの駆動子３５９，３５９が設けられている。これら２つの駆動子３５９，３５９は、上面３５０ａの重心を通り且つ対向する一対の辺部に平行な線上に並んで配置されている。

そして、本体部３５０の隣接する一対の側面３５０ｂ，３５０ｃには、それぞれ４つの圧電素子３５１ａ，３５１ｂ，３５１ｃ，３５１ｄと圧電素子３５２ａ，３５２ｂ，３５２ｃ，３５２ｄとが貼り付けられている。圧電素子３５１ａ，３５１ｂ，…は、側面３５０ｂをその長手方向及び短手方向にそれぞれ２等分してなる４つの領域にそれぞれ配置されている。圧電素子３５２ａ，３５２ｂ，…も同様に、側面３５０ｃをその長手方向及び短手方向にそれぞれ２等分してなる４つの領域にそれぞれ配置されている。これら圧電素子３５１ａ，３５１ｂ，…及び圧電素子３５２ａ，３５２ｂ，…は、実施形態１，２と異なり、各圧電素子ごとに一様な電極が設けられており、各圧電素子ごとに一様に給電することによって各圧電素子が一様に伸縮する。

このように構成されたアクチュエータ本体３０５は、側面３５０ｂにおいて、対角線方向に位置する一方の対の圧電素子３５１ａ，３５１ｄと他方の対の圧電素子３５１ｂ，３５１ｃとにそれぞれ位相が９０°ずれた交流電圧を印加することによって、本体部３５０には側面３５０ｂの長手方向への縦振動と側面３５０ｂの短手方向への屈曲振動とが調和的に発生し、その結果、駆動子３５９，３５９が側面３５０ｂと平行な平面内で略楕円運動を行う。また、アクチュエータ本体３０５は、側面３５０ｃにおいて、対角線方向に位置する一方の対の圧電素子３５２ａ，３５２ｄと他方の対の圧電素子３５２ｂ，３５２ｃとにそれぞれ位相が９０°ずれた交流電圧を印加することによって、本体部３５０には側面３５０ｃの長手方向への縦振動と側面３５０ｃの短手方向への屈曲振動とが調和的に発生し、その結果、駆動子３５９，３５９が側面３５０ｃと平行な平面内で略楕円運動を行う。

かかるアクチュエータ本体３０５を備える第１及び第２超音波アクチュエータ３０４Ａ，３０４Ｂは、図１，２に示す実施形態１に係る第１及び第２超音波アクチュエータ４Ａ，４Ｂと同様に、固定部材２の底壁部２１とステージ３の下面（詳しくは、補強部材３３）との間に介設される。詳しくは、図１６に示すように、第１超音波アクチュエータ３０４Ａは、ステージ３の下面の一の辺縁部の近傍において、駆動子３５９，３５９が並ぶ方向が該辺縁部と平行な方向（この方向をＸ方向とする。）を向くように、即ち、本体部３５０の側面３５０ｂの長手方向が該辺縁部と平行になるように配置されている。一方、第２超音波アクチュエータ３０４Ｂは、ステージ３の下面の前記位置の辺縁部と直交する辺縁部の近傍において、駆動子３５９，３５９が並ぶ方向が該辺縁部と平行な方向（この方向をＹ方向とする。）を向くように、即ち、本体部３５０の側面３５０ｂの長手方向が該辺縁部と平行になるように配置されている。

このように構成された駆動装置３０１において、第１超音波アクチュエータ３０４Ａは、基本的には側面３５０ｂに設けられた圧電素子３５１ａ，３５１ｂ，…を駆動することによって駆動子３５９，３５９を該側面３５０ｂ（長手方向がＸ方向を向いている）に平行な平面内で略楕円運動させる。つまり、第１超音波アクチュエータ３０４Ａは主としてステージ３をＸ方向へ移動させるために用いられる。一方、第２超音波アクチュエータ３０４Ｂは、基本的には側面３５０ｂに設けられた圧電素子３５１ａ，３５１ｂ，…を駆動することによって駆動子３５９，３５９を該側面３５０ｂ（長手方向がＹ方向を向いている）に平行な平面内で略楕円運動させる。つまり、第２超音波アクチュエータ３０４Ｂは主としてステージ３をＹ方向へ移動させるために用いられる。

ただし、ステージ３をＸ方向及びＹ方向のうちの一方向にのみ移動させるとき、例えば、ステージ３をＹ方向にのみ移動させるときには、第２超音波アクチュエータ３０４Ｂは、駆動子３５９，３５９を長手方向がＹ方向を向いた側面３５０ｂに平行な平面内で略楕円運動させてステージ３をＹ方向へ移動させる一方、第１超音波アクチュエータ３０４Ａは、長手方向がＹ方向を向いた側面３５０ｃに設けられた圧電素子３５２ａ，３５２ｂ，…を駆動することによって駆動子３５９，３５９を該側面３５０ｃに平行な平面内で振動させる。このとき、第１超音波アクチュエータ３０４Ａにおいては、側面３５０ｃの４つの圧電素子３５２ａ，３５２ｂ，…に同位相の交流電圧を印加することによって、アクチュエータ本体３０５に該側面３５０ｃの長手方向に縦振動のみ発生させる。こうすることで、第１超音波アクチュエータ３０４Ａの駆動子３５９，３５９は、Ｙ方向に縦振動のみを行う。

したがって、実施形態３によれば、ステージ３をＸ方向及びＹ方向の何れか一方のみに移動させるときに、駆動子３５９，３５９の並ぶ方向がステージ３の移動方向と一致する方の超音波アクチュエータには、縦振動と屈曲振動との合成振動を発生させる一方、駆動子３５９，３５９の並ぶ方向がステージ３の移動方向と一致しない、詳しくは、直交する方の超音波アクチュエータには、縦振動のみを発生させることによって、駆動子３５９，３５９の並ぶ方向がステージ３の移動方向と一致しない方の超音波アクチュエータの駆動子３５９，３５９とステージ３との摩擦状態を動摩擦状態とすると共に、該駆動子３５９，３５９のステージ３に対する摺動速度が速くなり動摩擦係数が低減するため、該駆動子３５９，３５９とステージ３との間の摩擦力を低減することができ、駆動子３５９，３５９の並ぶ向きがステージ３を移動させる方向と一致する方の超音波アクチュエータでステージ３を円滑に且つ効率良く移動させることができる。

このとき、駆動子３５９，３５９の並ぶ方向がステージ３の移動方向と一致しない方の超音波アクチュエータにおける駆動子３５９，３５９の縦振動の方向がステージ３の移動方向と一致するため、これら縦振動しながらステージ３に対して摺動する駆動子３５９，３５９がステージ３の移動に与える影響を低減することができる。

尚、前記実施形態３においては、本体部３５０は、各側面が短手方向が上下方向を向くように構成されて、上下に扁平な直方体となっているが、これに限られるものではない。すなわち、本体部３５０は、各側面が長手方向が上下方向を向くようにして、上下に長くなるように構成されていてもよい。この場合、ステージ３をＸ方向及びＹ方向の何れか一方へのみ移動させるときには、駆動子３５９，３５９の並ぶ向きがステージ３を移動させる方向と一致していない、詳しくは、直交している方の超音波アクチュエータは、本体部３５０に実施形態２と同様に屈曲振動だけ発生させることによって、駆動子３５９，３５９をステージ３に対して滑らせることができる。

また、駆動子３５９，３５９は、上面３５０ａの重心を通り且つ一対の辺部に平行な直線上に配置されているが、これに限られるものではない。

《その他の実施形態》
本発明は、前記実施形態について、以下のような構成としてもよい。

すなわち、前記実施形態では、ステージ３を固定部材２によって支持しているが、これに限られるものではない。すなわち、ステージ３を所定の平面内で移動させる構成であれば任意の支持構造を採用することができる。

また、前記ステージ３は、補強部材３３，３３が設けられているが、この補強部材３３，３３を設けない構成であってもよい。

さらに、前記駆動装置は、第１及び第２超音波アクチュエータの合計２つの超音波アクチュエータを備えているが、超音波アクチュエータの個数は２つに限定されるものではない。例えば、第１超音波アクチュエータと対向する別の超音波アクチュエータを設け、２つの超音波アクチュエータでステージ３をＸ方向に移動させるように構成してもよい。さらには、Ｘ方向及びＹ方向以外の方向にステージ３を移動させる別の超音波アクチュエータを設けてもよい。

さらにまた、前記超音波アクチュエータは、前記の構成に限られるものではない。例えば、前記支持ゴム及び付勢ゴムを介して圧電素子に給電する構成ではなく、リード線を圧電素子に接続して給電する構成でもよい。また、圧電素子の振動のノード部（節の部分）を非弾性部材で支持する構成であってもよい。さらには、アクチュエータ本体は圧電素子で構成されているが、金属などの基板に圧電素子を貼り付けた構成や、金属などで共振器を形成し、圧電素子を挟み込んだ構成であってもよい。この場合、圧電素子を含んで構成された共振器がアクチュエータ本体を構成する。すなわち、圧電素子を有して構成され異なる２つの振動方向へ振動を発生させる構成であれば、任意の構成を採用することができる。

さらに、本発明によれば、被駆動部が機構的に規制された場合においてアクチュエータと被駆動部とのスリップを最小限に抑え、このスリップによるアクチュエータ及び被駆動部の磨耗を防止することができる
尚、以上の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。

以上説明したように、本発明は、２つのアクチュエータを備えた駆動装置について有用である。

図１は、本発明の実施形態１に係る駆動装置の構成を示す分解斜視図である。 図２は、駆動装置の斜視図である。 図３は、超音波アクチュエータの斜視図である。 図４は、圧電素子の分解斜視図である。 図５は、アクチュエータ本体の構成を示す概略正面図である。 図６は、圧電素子の１次モードの伸縮振動による変位を示す概念図である。 図７は、圧電素子の２次モードの屈曲振動による変位を示す概念図である。 図８は、圧電素子の動作を示す概念図である。 図９は、超音波アクチュエータの配置を示す概略平面図である。 図１０は、振動型アクチュエータ制御回路の構成図である。 図１１は、駆動信号を示す波形図であって、（ａ）はステージを図１０のＡ方向へ移動させるとき、（ｂ）はステージを図１０のＢ方向へ移動させるとき、（ｃ）はステージを停止させるときの駆動信号を示す。 図１２は、被駆動部の位置とアクチュエータへの電力供給・休止期間との関係を示すタイミング図である。 図１３は、アクチュエータへの電力供給ＯＮ／ＯＦＦの動作フローチャートである。 図１４は、実施形態２に係る超音波アクチュエータの斜視図である。 図１５は、実施形態３に係るアクチュエータ本体の斜視図である。 図１６は、超音波アクチュエータの配置を示す概略平面図である。

符号の説明

３ ステージ（被駆動体）
４Ａ，２０４Ａ，３０４Ａ 第１超音波アクチュエータ（第１アクチュエータ）
４Ｂ，２０４Ａ，３０４Ａ 第２超音波アクチュエータ（第２アクチュエータ）
５ アクチュエータ本体
５９ 駆動子

Claims (2)

1. 基台と、
   前記基台に対して所定の方向に移動可能な被駆動体と、
   圧電素子及び駆動子を有し、該圧電素子の縦振動と横振動とを組み合わせて該駆動子を略楕円状に運動させることにより前記被駆動体を前記基台に対して移動させるアクチュエータ本体と、
   前記基台に対する前記被駆動体の位置を検出する位置検出センサと、
   前記被駆動体を指令位置へ移動させるように、該指令位置に応じた駆動信号を前記アクチュエータ本体に供給する制御部とを備え、
   前記制御部は、前記指令位置と前記位置検出センサにより検出された前記被駆動体の位置との差の絶対値が所定の閾値より大きくなると、前記駆動信号の供給を止める振動型アクチュエータの制御装置。
2. 前記制御部は、前記駆動信号の供給を停止している場合において、生成され続ける前記指令位置と前記位置検出センサにより検出された前記被駆動体の位置との比較を続け、該指令位置と該被駆動体の位置との差の絶対値が所定の閾値以下になったときに、前記駆動信号の供給を再開する、請求項１に記載の振動型アクチュエータの制御装置。

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