JP3171022B2 - 電気機械変換素子を使用した駆動装置 - Google Patents
電気機械変換素子を使用した駆動装置Info
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Description
使用した駆動装置に関する。
電気機械変換素子に鋸歯状波駆動パルスを印加して駆動
部材を軸方向に往復変位させ、この駆動部材に摩擦結合
させた移動部材を軸方向に移動させるアクチユエ−タ
(以下、インパクト型アクチユエ−タと呼ぶ)が知られ
ている。
およそ次のように動作する。まず、電気機械変換素子に
印加する鋸歯状波駆動パルスの緩やかな立上り部分では
電気機械変換素子が緩やかに厚み方向に伸び変位し、電
気機械変換素子に結合する駆動部材も正方向に緩やかに
変位する。このとき、移動部材は摩擦結合力により駆動
部材と結合しており、駆動部材と共に正方向に移動す
る。
波駆動パルスの急速な立下り部分では、電気機械変換素
子が急速に厚み方向に縮み変位し、電気機械変換素子に
結合する駆動部材も負方向に急速に変位する。このと
き、駆動部材に摩擦結合した移動部材は慣性力により摩
擦結合力に打ち勝つてその位置に留まり、移動しない。
電気機械変換素子に鋸歯状波駆動パルスを連続的に印加
することにより、移動部材を連続的に所定方向に移動さ
せることができる。
は、電気機械変換素子に印加する鋸歯状波駆動パルスの
波形を変え、急速な立上り部分と緩やかな立下り部分か
らなる鋸歯状波駆動パルスを印加すれば達成することが
できる。
動部材の動きは、実際には更に複雑であつて、駆動部材
の正方向変位においても、また負方向変位においても摩
擦結合面において滑りが発生し、駆動部材と移動部材と
は滑りながら往復移動しつつ全体として駆動部材の緩や
かな変位方向に移動するものと考えられている。
なインパクト型アクチユエ−タを使用した駆動装置にお
いて、効率よく駆動するための条件は未だ十分に解明さ
れていない。この発明は、電気機械変換素子に印加する
駆動パルスの周波数に関し、最も効率よく駆動できる周
波数範囲を解明し、効率よく駆動できる電気機械変換素
子を使用した駆動装置を提供することを目的とする。
決するもので、静止部材と、前記静止部材にその伸縮方
向の一端を固定された電気機械変換素子と、前記電気機
械変換素子の伸縮方向のもう一端に結合され、前記電気
機械変換素子の伸縮方向に移動できるように支持された
駆動部材と、前記駆動部材に摩擦結合され、前記電気機
械変換素子の伸縮方向に移動できるように支持された移
動部材と、前記駆動部材と移動部材間に摩擦力を発生さ
せる摩擦力付加部材と、前記電気機械変換素子の伸びと
縮みを異なる速度で行うように前記電気機械変換素子に
電流を供給できる電気回路とからなる駆動装置におい
て、前記駆動部材が所定の目的方向とこれと逆方向のい
ずれの方向に動くときも、前記駆動部材と前記移動部材
間に滑りを生じさせて駆動するとき、自由端に前記駆動
部材を固定し、もう一端を固定端とした場合の前記電気
機械変換素子の共振周波数f1に対して前記電気機械変
換素子の駆動周波数fを、f 1 /3≦f≦2f 1 /3に
設定することを特徴とする。
電気機械変換素子の駆動周波数fを、f 1 /3≦f≦2
f 1 /3に設定することにより、移動部材を効率よく高
速で駆動することができる。
図1はこの発明を適用したインパクト型アクチユエ−タ
を使用したレンズ駆動機構の一例を示すものである。
いレンズ鏡筒から延長された支持部材14と15により
光軸方向に平行に移動自在に支持されている。18は圧
電素子で、その一端は、図示していないレンズ鏡筒の延
長部13に接着固定され、他の端は駆動軸11の一端に
接着固定されている。なお、20は後述する圧電素子の
駆動回路を示す。
する。レンズ保持枠12の上方の延長部分はスライダブ
ロツク12aが形成され、駆動軸11が貫通している。
り欠き部12bが形成され、切り欠き部12bにおいて
駆動軸11の上半分が露出している。また、この切り欠
き部12bには駆動軸11の上半分に当接するパツド1
6が嵌挿され、パツド16はコイルスプリング17によ
り駆動軸11に当接する下向きの付勢力Fが与えられて
いる。この構成により、パツド16を含むスライダブロ
ツク12aと駆動軸11とはコイルスプリング17の付
勢力Fにより圧接され、摩擦結合している。
ある。駆動回路20は圧電素子18を電流の大きさの異
なる2種類の電流1と電流2(電流1>電流2)で充
電、放電して駆動するもので、電流の大きさの異なる2
種類の電流で駆動することにより、圧電素子18は異な
る速度で伸縮する。
ブロツク12aを移動させるときの目標位置を入力する
入力装置22、電流1充電回路23、電流1放電回路2
4、電流2充電回路25、電流2放電回路26、及びス
ライダブロツク12aの現在位置を検出する位置検出器
27から構成される。図3に電流1充電回路23、電流
1放電回路24、電流2充電回路25、電流2放電回路
26の回路の一例を示す。
いてレンズL1 をズ−ム操作により移動させる場合であ
れば、ズ−ム操作環の回転角検出器などがこれに相当す
る。また、位置検出器27はスライダブロツク12aの
位置を検出するもので、例えば駆動軸11に平行して配
置した一定間隔でNSの磁極を着磁した着磁ロツドと、
着磁ロツドに接近してスライダブロツク12aに設けら
れ、着磁ロツドの磁気を検出する磁気抵抗素子から構成
される公知の位置検出器などが利用できる。
素子18を充電するもので、電流1充電回路23が作動
すると、圧電素子18は急速に伸び変位を生ずる。電流
1放電回路24は大電流で急速に圧電素子18を放電す
るもので、電流1放電回路24が作動すると、圧電素子
18は急速に縮み変位を生ずる。
路23よりも少ない電流の定電流充電回路で、圧電素子
18を緩やかに充電するものであるから、電流2充電回
路25が作動すると圧電素子18は緩やかに伸び変位を
生ずる。電流2放電回路26は電流1放電回路24より
も少ない電流の定電流放電回路で、圧電素子18を緩や
かに放電するものであるから、電流2放電回路26が作
動すると圧電素子18は緩やかに縮み変位を生ずる。電
流2充電回路25を定電流充電回路、電流2放電回路2
6を定電流放電回路としたのは、駆動原理から明らかな
ように、圧電素子18を緩やかに伸び変位或いは縮み変
位させるとき、可能な限り等速度で変位させたほうが移
動部材を速く移動させることができるからである。
変位では、駆動軸11は緩やかに軸方向に移動し、駆動
軸11に摩擦結合するスライダブロツク12aを実質的
に移動させることができる。また、圧電素子18の急速
な伸び変位及び縮み変位では、駆動軸11は急速に軸方
向に移動するが、駆動軸11に摩擦結合するスライダブ
ロツク12aは、その慣性力により駆動軸11との間の
摩擦結合力に打ち勝つて実質的にその位置に留まり、移
動しない。
と、これと反対方向のいずれにおいてもスライダブロツ
ク12aと駆動軸11との間に滑りを生じつつ追動し、
駆動時間の差によつて全体として矢印a方向に移動する
ものも含まれる。
1、及び駆動動作のタイミングを示す図4、及び図5参
照しつつ説明する。
照)へ移動させる繰出し動作の場合を説明する。この場
合は、圧電素子18に矢印a方向の緩やかな伸び変位
と、矢印aと反対方向の急速な縮み変位とを与えること
で実施できるから、電流2充電回路25と電流1放電回
路24を選択して作動させ、圧電素子18を緩やかに充
電した後、急速に放電する。圧電素子18には、図4の
(a)に示す緩やかな立上りとその後の急速な立下り波
形の電圧が印加され、図4の(b)に示す正方向の定電
流とその後の負方向の急峻なパルス状電流が流れる。こ
れにより、圧電素子18には矢印a方向の緩やかな伸び
変位と、矢印aと反対方向の急速な縮み変位を生じ、駆
動軸11とスライダブロツク12aを介してレンズL1
を矢印a方向(図1参照)へ移動させることができる。
1参照)へ移動させる繰込み動作の場合を説明する。こ
の場合は、圧電素子18に矢印a方向の急速な縮み変位
と、矢印aと反対方向の緩やかな伸び変位とを与えるこ
とで実施できるから、電流1充電回路23と電流2放電
回路26を選択して作動させ、圧電素子18を急速に充
電した後、緩やかに放電する。圧電素子18には、図5
の(a)に示す急速な立上りとその後の緩やかな立下り
波形の電圧が印加され、図5の(b)に示す正方向の急
峻なパルス状電流とその後の負方向の定電流が流れる。
これにより、圧電素子18には矢印a方向のの急速な伸
び変位と、矢印aと反対方向の緩やかな縮み変位を生
じ、駆動軸11とスライダブロツク12aを介してレン
ズL1 を矢印aと反対方向(図1参照)へ移動させるこ
とができる。
圧波形の一例を示し、また図6(b)は圧電素子18に
印加される電圧波形に対応する駆動軸11の変位と、駆
動軸11に摩擦結合するスライダブロツク12aの移動
量の一例を示す。
ダブロツク12a(レンズ保持枠12、レンズL1 を含
む)の移動の態様について考察する。以下の説明では、
駆動軸11を駆動部材と呼び、スライダブロツク12a
(レンズ保持枠12、レンズL1 を含む)を移動部材と
呼ぶことにする。圧電素子18の伸び変位と縮み変位に
より、駆動部材に摩擦結合する移動部材を移動させると
き、駆動部材の加速度が小さいときはこれに摩擦結合す
る移動部材も滑りを生じることなく移動するが、駆動部
材の加速度が限界値を越えると摩擦結合面に滑りを生じ
る。
動部材と移動部材との間に付加的な摩擦力を与えるばね
(図1のコイルスプリング17に相当)のばね力をFb
、静止摩擦係数をμ、移動部材の質量をmm としたと
き、駆動部材と移動部材との間に働く最大静止摩擦力F
s は Fs =μ(mm g+2Fb ) で表される。
Fd は Fd =μd (mm g+2Fb ) で表される。
材に摩擦結合する移動部材も動く。このとき、駆動部材
の加速度が小さいときは摩擦結合する移動部材も滑りを
生じることなく移動するが、駆動部材の加速度が限界値
を越えると摩擦結合面に滑りを生じる。その限界加速度
AL は AL =Fs /mm で表される。
するときの速度よりも、目的方向と反対方向に駆動する
ときの速度を速めると共に、目的方向及びその反対方向
のいずれの方向においても駆動部材の駆動速度が限界加
速度AL を越える速度にしている。
対方向のいずれの方向に動いても、駆動部材とこれに摩
擦結合する移動部材との間には滑りを生じ、滑りが生じ
ている間、移動部材は駆動部材との速度差を減少させる
ように動摩擦力Fd を受けている。
度差から目的方向に動摩擦力Fd を受けている時間ta
のほうが、これと反対方向に動摩擦力Fd を受けている
時間tb のよりも長くなる。このため移動部材が目的方
向及びその反対方向に駆動される1サイクルにおける速
度変化dv は dv =Fd (ta −tb )/mm で表される。
移動速度を示すもので、駆動部材の駆動速度は実線で、
移動部材の移動速度は破線で示してある。図から明らか
なように、移動部材は、目的方向及び反対方向に駆動さ
れる回数を重ねるにつれて次第に移動速度が増加し、時
間t1 =t2 になつた時点で定常状態となり、移動部材
は目的方向に移動する。
の移動加速度を示すもので、駆動部材の駆動加速度は実
線で、移動部材の移動加速度は破線で示してある。
水平方向の移動速度について考察する。
周波数、駆動部材の材料、質量、構成系の共振周波数、
駆動電圧、移動部材の質量mm 、ばね力Fb 、静止摩擦
力Fs についてそれぞれ設定した条件1と条件2の下に
おいて、駆動部材の駆動周波数と移動部材の水平方向の
移動速度を測定した実験結果を示すものである。
示す図である。即ち、図9(b)に示す条件1と条件2
において、駆動部材の駆動周波数と移動部材の水平方向
の移動速度を示しており、条件1は構成系の共振周波数
が45kHz、条件2は共振周波数が25kHzであ
る。
圧値の影響を示す図である。即ち、図10(b)に示す
条件1と条件2において、駆動部材の駆動周波数と移動
部材の水平方向の移動速度を示しており、条件1は圧電
素子駆動電圧の最大電圧値が30V、条件2は最大電圧
値が20Vであり、その他の条件は同一である。
形の影響を示す図である。即ち、図11(b)に示す条
件1と条件2において、駆動部材の駆動周波数と移動部
材の水平方向の移動速度を示すもので、条件1は圧電素
子駆動電圧の波形が図示のような最適波形で、条件2は
波形がノコギリ波形であり、その他の条件は同一であ
る。
す図である。即ち、図12(b)に示す条件1と条件2
において、駆動部材の駆動周波数と移動部材の水平方向
の移動速度を示すもので、条件1は移動部材の質量が2
0g、条件2は移動部材の質量が40gであり、その他
の条件は同一である。
摩擦力の影響を示す図である。即ち、図13(b)に示
す条件1と条件2において、駆動部材の駆動周波数と移
動部材の水平方向の移動速度を示すもので、条件1はバ
ネ力500gf、摩擦力200gf(摩擦力はバネ力を
調整して設定される。この場合はバネ力500gfとし
て摩擦力を200gfに設定している)、条件2はバネ
力1000gf、摩擦力400gfであり、その他の条
件は同一である。
の移動速度が最も速くなる駆動周波数は、駆動部材と圧
電素子とから決まる構成系の共振周波数に大きく影響さ
れ(図9(a)参照)、その他のパラメ−タは移動部材
の移動速度の最大値に影響を与えるにしても、そのとき
の駆動周波数にはあまり影響しないことが分かる。そし
て、上記の事項は、大きさや容量の相違する圧電素子に
おいても、全く同様であることが他の実験から明らかと
なつた。
は、理論上からも、以下のように推測することができ
る。即ち、この駆動装置は圧電素子の伸縮の速度差をつ
けることで移動部材を移動させている。しかし、駆動部
材と圧電素子から決まる構成系の共振周波数以上の周波
数の駆動パルスで駆動するときは、圧電素子の応答遅れ
のため、理論上圧電素子の伸縮に速度差をつけることが
できない。このため、駆動周波数をその構成系の共振周
波数以上にしても、移動部材を移動させることができな
いことになるが、駆動周波数がどの程度まで構成系の共
振周波数に近付けることができるかは、理論上からは明
らかでなかつた。
部材の水平方向の移動速度は、構成系の共振周波数f1
の1/2程度で最大速度Vmaxになることが分かる
(図9(a)参照)。さらに、駆動周波数をfとする
と、fがf 1 /3≦f≦2f 1 /3 の範囲にあるとき、移動部材の水平方向の移動速度vは v≧Vmax/2 の範囲にあり、実用上支障のない高速度で移動させるこ
とができる。
は、構成系の共振周波数f1 を f1 ≧3f/2 とすると、移動速度vを速くすることができる。
的に高速度で駆動するには、構成系の共振周波数f1 を
30kHz以上に設定すればよい。
周波数をf0 、圧電素子の質量をmp 、駆動部材の質量
mr とした場合、構成系の共振周波数f1 は
機械変換素子を使用した駆動装置において、電気機械変
換素子に印加する駆動パルスの周波数に関して最も効率
よく駆動できる周波数範囲を解明したものであり、電気
機械変換素子の共振周波数f1に対して電気機械変換素
子の駆動周波数fを、f 1 /3≦f≦2f 1 /3に設定
したから、移動部材を効率よく高速で駆動することがで
きる。
タを使用したレンズ駆動機構の一例を説明する断面図。
流2充電回路25、電流2放電回路26の回路の一例を
示す回路図。
イミングチヤ−ト。
イミングチヤ−ト。
圧電素子18に印加される電圧波形に対応する駆動軸1
1の変位と、駆動軸11に摩擦結合するスライダブロツ
ク12aの移動量の一例を説明する図。
示す図。
度を示す図。
移動部材の水平方向の移動速度の変化を示す図。
動部材の駆動周波数と移動部材の水平方向の移動速度の
変化を示す図。
部材の駆動周波数と移動部材の水平方向の移動速度の変
化を示す図。
波数と移動部材の水平方向の移動速度の変化を示す図。
駆動部材の駆動周波数と移動部材の水平方向の移動速度
の変化を示す図。
Claims (1)
- 【請求項1】 静止部材と、 前記静止部材にその伸縮方向の一端を固定された電気機
械変換素子と、 前記電気機械変換素子の伸縮方向のもう一端に結合さ
れ、前記電気機械変換素子の伸縮方向に移動できるよう
に支持された駆動部材と、 前記駆動部材に摩擦結合され、前記電気機械変換素子の
伸縮方向に移動できるように支持された移動部材と、 前記駆動部材と移動部材間に摩擦力を発生させる摩擦力
付加部材と、 前記電気様機械換素子の伸びと縮みを異なる速度で行う
ように前記電気機械変換素子に電流を供給できる電気回
路とからなる駆動装置において、 前記駆動部材が所定の目的方向とこれと逆方向のいずれ
の方向に動くときも、前記駆動部材と前記移動部材間に
滑りを生じさせて駆動するとき、自由端に前記駆動部材
を固定し、もう一端を固定端とした場合の前記電気機械
変換素子の共振周波数f1に対して前記電気機械変換素
子の駆動周波数fを、f 1 /3≦f≦2f 1 /3 に設定することを特徴とする電気機械変換素子を使用し
た駆動装置。
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DE69522027T DE69522027T2 (de) | 1994-03-29 | 1995-03-21 | Antriebsgerät unter Verwendung eines Wandlers |
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Cited By (2)
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-
1994
- 1994-08-30 JP JP22739694A patent/JP3171022B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
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