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
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、電気機械変換素子を
使用した駆動装置に関する。
使用した駆動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】電気機械変換素子に駆動部材を結合し、
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。
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。
【０００３】この種のインパクト型アクチユエ−タは、
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。
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。
【０００４】次に、電気機械変換素子に印加する鋸歯状
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。
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。
【０００５】移動部材を先と反対方向に移動させるに
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。
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。
【０００６】上記した駆動部材とこれに摩擦結合した移
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。
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。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記のよう
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。
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。
【０００８】
【課題を解決するための手段】この発明は上記課題を解
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。
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。
【０００９】
【作用】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≦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。
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。
【００１０】
【実施例】以下、この発明の実施例について説明する。
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。
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。
【００１１】図１において、１１は駆動軸で、図示しな
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。
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。
【００１２】１２はレンズ保持枠で、レンズＬ1 を支持
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。
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。
【００１３】スライダブロツク１２ａの中央上部には切
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。
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。
【００１４】図２は圧電素子の駆動回路のブロツク図で
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。
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。
【００１５】駆動回路２０は、制御回路２１、スライダ
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。
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。
【００１６】入力装置２２は、例えばズ−ムレンズにお
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。
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。
【００１７】電流１充電回路２３は大電流で急速に圧電
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。
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。
【００１８】また、電流２充電回路２５は電流１充電回
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。
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。
【００１９】圧電素子１８の緩やかな伸び変位及び縮み
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。
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。
【００２０】なお、ここでいう実質的とは、矢印ａ方向
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。
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。
【００２１】上記した駆動回路２０による駆動動作を図
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。
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。
【００２２】まず、レンズＬ1 を矢印ａ方向（図１参
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。
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。
【００２３】次に、レンズＬ1 を矢印ａと反対方向（図
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。
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。
【００２４】図６（ａ）は圧電素子１８に印加される電
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。
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。
【００２５】ここで、駆動軸１１に摩擦結合するスライ
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。
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。
【００２６】駆動部材が水平に配置されているとき、駆
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。
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。
【００２７】また、動摩擦係数をμd とすると動摩擦力
Ｆd は Ｆd ＝μd （ｍm ｇ＋２Ｆb ） で表される。
Ｆd は Ｆd ＝μd （ｍm ｇ＋２Ｆb ） で表される。
【００２８】駆動部材が動くとき、摩擦力により駆動部
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。
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。
【００２９】この発明では、駆動部材を目的方向に駆動
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。
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。
【００３０】このため、駆動部材が目的方向及びその反
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。
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。
【００３１】このとき、駆動部材の動きの方向による速
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。
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。
【００３２】図７は駆動部材の駆動速度と、移動部材の
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。
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。
【００３３】図８は駆動部材の駆動加速度と、移動部材
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。
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。
【００３４】次に、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について考察する。
水平方向の移動速度について考察する。
【００３５】図９乃至図１３は、圧電素子の寸法、共振
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。
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。
【００３６】図９（ａ）は構成系の共振周波数の影響を
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。
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。
【００３７】図１０（ａ）は圧電素子駆動電圧の最大電
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。
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。
【００３８】図１１（ａ）は圧電素子駆動電圧の電圧波
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。
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。
【００３９】図１２（ａ）は移動部材の質量の影響を示
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。
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。
【００４０】図１３（ａ）は駆動部材と移動部材と間の
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。
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。
【００４１】以上説明した実験結果によれば、移動部材
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。
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。
【００４２】構成系の共振周波数が与える影響について
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。
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。
【００４３】 しかしながら、上記実験によれば、移動
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。
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。
【００４４】反対に、駆動周波数ｆが決まつている場合
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。
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。
【００４５】また、２０ｋＨｚ以上の駆動周波数で安定
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。
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。
【００４６】圧電素子の両端自由で無負荷の場合の共振
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
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
【００４７】
【数１】 で表すことができる。
【００４８】
【発明の効果】以上説明したとおり、この発明は、電気
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。
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。
【図１】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説明する断面図。
タを使用したレンズ駆動機構の一例を説明する断面図。
【図２】圧電素子の駆動回路のブロツク図。
【図３】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
示す回路図。
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。
【図４】駆動機構の繰出し動作時のタイミングを示すタ
イミングチヤ−ト。
イミングチヤ−ト。
【図５】駆動機構の繰込み動作時のタイミングを示すタ
イミングチヤ−ト。
イミングチヤ−ト。
【図６】圧電素子１８に印加される電圧波形の一例と、
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。
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。
【図７】駆動部材の駆動速度と、移動部材の移動速度を
示す図。
示す図。
【図８】駆動部材の駆動加速度と、移動部材の移動加速
度を示す図。
度を示す図。
【図９】共振周波数に対する、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。
移動部材の水平方向の移動速度の変化を示す図。
【図１０】圧電素子駆動電圧の最大電圧値に対する、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。
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。
【図１１】圧電素子駆動電圧の電圧波形に対する、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。
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。
【図１２】移動部材の質量に対する、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。
波数と移動部材の水平方向の移動速度の変化を示す図。
【図１３】駆動部材と移動部材と間の摩擦力に対する、
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。
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。
１１ 駆動軸（駆動部材） １２ レンズ保持枠 １２ａ スライダブロツク（移動部材） １６ パツド １７ コイルスプリング １８ 圧電素子（電気機械変換素子） ２０ 駆動回路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平４−17584（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−204267（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−368484（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H02N 2/00
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。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22739694A JP3171022B2 (ja) | 1994-08-30 | 1994-08-30 | 電気機械変換素子を使用した駆動装置 |
| US08/404,240 US5589723A (en) | 1994-03-29 | 1995-03-15 | Driving apparatus using transducer |
| DE69522027T DE69522027T2 (de) | 1994-03-29 | 1995-03-21 | Antriebsgerät unter Verwendung eines Wandlers |
| EP95104144A EP0675589B1 (en) | 1994-03-29 | 1995-03-21 | Driving apparatus using transducer |
| US08/947,806 US6111336A (en) | 1994-03-29 | 1997-10-09 | Driving apparatus using transducer |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22739694A JP3171022B2 (ja) | 1994-08-30 | 1994-08-30 | 電気機械変換素子を使用した駆動装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0870586A JPH0870586A (ja) | 1996-03-12 |
| JP3171022B2 true JP3171022B2 (ja) | 2001-05-28 |
Family
ID=16860174
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP22739694A Expired - Fee Related JP3171022B2 (ja) | 1994-03-29 | 1994-08-30 | 電気機械変換素子を使用した駆動装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3171022B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7620313B2 (en) | 2005-03-31 | 2009-11-17 | Fujinon Corporation | Driving mechanism |
| US7650066B2 (en) | 2005-03-31 | 2010-01-19 | Fujinon Corporation | Driving mechanism, photographic mechanism and cellular phone |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4997774B2 (ja) | 2005-03-30 | 2012-08-08 | コニカミノルタアドバンストレイヤー株式会社 | 駆動装置 |
| JP4992037B2 (ja) * | 2007-02-13 | 2012-08-08 | コニカミノルタアドバンストレイヤー株式会社 | 駆動装置、駆動装置の状態検出方法および駆動装置の制御方法 |
| WO2010098138A1 (ja) * | 2009-02-27 | 2010-09-02 | 日立マクセル株式会社 | 駆動装置、レンズ部品、及びカメラモジュール |
-
1994
- 1994-08-30 JP JP22739694A patent/JP3171022B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7620313B2 (en) | 2005-03-31 | 2009-11-17 | Fujinon Corporation | Driving mechanism |
| US7650066B2 (en) | 2005-03-31 | 2010-01-19 | Fujinon Corporation | Driving mechanism, photographic mechanism and cellular phone |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0870586A (ja) | 1996-03-12 |
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