JP4053773B2 - Actuator control method - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧電素子等の電気機械変換素子の振動によって駆動されるアクチュエータの制御方法に関し、特に、電圧変化に伴って発生する作動音を低減させ得るアクチュエータ制御方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来より、自動車用ワイパブレードやスピードメータ、時計の針等では、棒状の部材を駆動させることによりガラス面の払拭や数値指示等を行っており、その駆動源としては電磁モータや油空圧にて回転駆動するアクチュエータが用いられている。ところが、このような電磁モータ等は、それ自体が相当の大きさを有しているためデザイン上や設置上の制限を受けると共に、減速機構やリンク機構等が必要となることが多く、スペースや装置重量などの点で問題があった。
【0003】
そこで、本発明者らは電気機械変換素子の一種である圧電素子の振動形態に着目し、印加電圧の変化に伴って駆動体が回転軸を中心に揺動若しくは回転運動する電磁モータ等を使用しないアクチュエータを開発するに至った。そこでは、圧電素子からなる駆動体を回転軸に取り付け、この回転軸に対して回転抵抗力を付与すると共に、圧電素子に図11に示すような鋸歯状の波形を有する電圧が印加される。
【0004】
この場合、圧電素子は印加電圧に応じて変位するが、鋸歯状電圧を印可した場合、電圧変化率の違いにより、素子自体の慣性や回転抵抗力の影響を受け、駆動体の移動量に差異が生じ、その差分だけ回転軸が回動する。すなわち、素子自体は電圧変化率にかかわらず電圧値に応じた変位を行うのに対し、電圧変化率が大きいときの駆動体の移動量は、慣性の影響により電圧変化率が小さいときのそれよりも小さくなる。このため、素子の変位量と移動量との差分だけ回転軸がスリップし、これに伴って駆動体が回転移動する。そして、素子に印可する鋸歯状電圧の形態を適宜調整することにより駆動体の移動速度や移動方向が制御され、駆動体を回転運動や揺動運動させることが可能となる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このように圧電素子に鋸歯状波形の電圧を印可してアクチュエータを駆動させると、図11のA部のような入力電圧が急激に変化する部位で大きな作動音が発生するという問題がある。このような作動音は、特にアクチュエータを人が接する場所にて使用する場合には異音として認識され易く、発生音の低減が不可欠でありその改善が望まれていた。
【0006】
本発明の目的は、圧電振動アクチュエータの作動音を低減させることにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明のアクチュエータの制御方法は、電気機械変換素子に電圧値が変化する電圧を印可し、前記電圧変化に伴う前記電気機械変換素子の振動によって駆動されるアクチュエータの制御方法であって、前記電気機械変換素子に印可される電圧は、電圧が曲線的に変化する曲線変位部を電圧の極小値及び極大値の近傍に有すると共に、電圧の極小値から極大値に至る立ち上がり時間T1と極大値から極小値に至る立ち下がり時間T2とを異にすることを特徴としており、この場合、前記印可電圧に、時間経過に伴い電圧が直線的に変化する直線変位部を設け、この直線変位部の両端に前記曲線変位部を設けても良い。
【0008】
また、本発明のアクチュエータ制御方法は、電気機械変換素子に電圧値が変化する電圧を印可し、前記電圧変化に伴う前記電気機械変換素子の振動によって駆動されるアクチュエータの制御方法であって、前記電気機械変換素子に印可される電圧は、電圧の極小値から極大値に至る立ち上がり時間T1と極大値から極小値に至る立ち下がり時間T2とを異にする正弦波変位波形を有することを特徴とする。
【0009】
本発明にあっては、立ち上がり時間T1と立ち下がり時間T2を異ならせた直線変位波形又は正弦波変位波形を有する電圧を電気機械変換素子に印可することにより、素子の変形速度差を確保して駆動に必要な発生力を維持しつつ、電圧の急変を緩和させることができる。このため、アクチュエータの駆動力を大幅に減少させることなく作動音を大きく減少させることができ、静音性の向上を図ることが可能となる。
【0010】
さらに、本発明のアクチュエータの制御方法は、電気機械変換素子に電圧値が変化する電圧を印可し、前記電圧変化に伴う前記電気機械変換素子の振動によって駆動されるアクチュエータの制御方法であって、前記電気機械変換素子に印可される電圧は、電圧の極小値が一定時間継続する下底部と電圧の極大値が一定時間継続する上底部とを備えてなる台形波形を有し、前記台形波形は、時間経過に伴い電圧が直線的に変化する直線変位部と、前記直線変位部と前記上底部及び前記下底部との間に設けられ電圧が曲線的に変化する曲線変位部とを備えると共に、電圧の極小値から極大値に至る立ち上がり時間T1と極大値から極小値に至る立ち下がり時間T2とを異にすることを特徴とする。この場合、上底部及び下底部を小刻みなジグザグ波形としても良い。
【0011】
本発明にあっては、極値が一定時間継続する台形波形を有する電圧を電気機械変換素子に印可することにより、電圧波形のシャープエッジ部分をなくし電圧の急変を緩和させることができる。このため、作動音を大きく減少させることができ、静音性の向上を図ることが可能となる。
【0012】
また、前記立ち上がり時間T1と立ち下がり時間T2との比は、T1:T2=0.95:0.05〜0.8:0.2、又はT1:T2=0.05:0.95〜0.2:0.8とすることが好ましく、これにより、駆動に必要な発生力を維持しつつアクチュエータの作動音低減が図られる。
【0013】
一方、本発明のアクチュエータ制御方法は、電気機械変換素子に電圧値が変化する電圧を印可し、前記電圧変化に伴う前記電気機械変換素子の振動によって駆動されるアクチュエータの制御方法であって、前記電気機械変換素子に印可される電圧は、その極値近傍に電圧が曲線的に変化する曲線変位部を有することを特徴とする。
【0014】
本発明にあっては、極値近傍における電圧変化が緩やかとなり、電圧ピーク部分にある程度の時間を持たせることができ、電圧波形のシャープエッジ部分をなくしアクチュエータの作動音低減を図ることが可能となる。
【0015】
加えて、本発明においては、前記電気機械変換素子としてバイモルフ圧電素子等の圧電セラミクスを使用しても良い。
【0016】
【発明の実施の形態】
(実施の形態1)
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図1は圧電振動アクチュエータの基本構成を示す概念図、図2は本発明の制御方法が適用される揺動形の圧電振動アクチュエータの構成を示す斜視図である。
【0017】
本発明の制御方法が適用される圧電振動アクチュエータは、図1に示すように、平板状の駆動体1と、駆動体1が取り付けられた回転軸2と、回転軸2を支持する軸受部3とから構成されている。駆動体1は、電気機械変換素子の一種であるバイモルフ圧電素子によって形成されており、配線4を介してドライバ5から電圧が適宜印加される。これにより、駆動体1は全体が回転軸2との取付部を基部として曲がり、その先端が図1のX方向に作動する。また、回転軸2は軸受部3に回転可能に支持されていると共に、その回転に際し、回転を規制する方向に回転抵抗力が付与されている。この回転抵抗力は、例えば摩擦力の形で付与され、図2のアクチュエータでは板ばね13によって付与されている。
【0018】
ここで、図2のアクチュエータ11では、駆動体1が取り付けられた回転軸2は、ホルダ12に取り付けられている。このホルダ12は、図1における軸受部3の役割を果たしており、そこに回転軸2が回転自在に取り付けられる。なお、アクチュエータ11では、駆動体1として長さ20mm×高さ3mmの圧電素子を使用しており、回転軸2は直径4mmに形成されている。
【0019】
ホルダ12の上端には、回転抵抗力付与手段として、板ばね13が取り付けられており、回転軸2の頂部にて摩擦力により回転抵抗力を付与するようになっている。板ばね13は、止めねじ24によってホルダ12に固定されている。板ばね13の先端部には嵌合孔14が形成されており、そこには回転軸2の上部に形成された小径部15が嵌合するようになっている。そして、回転軸2における小径部15が形成された段部端面に板ばね13の下面が弾性的に接触し、回転軸2に回転抵抗力を付与している。これにより、簡易でコンパクトな構成で安定した荷重を回転軸2に加えることができ、安定した回転抵抗力が付与される。
【0020】
図3は、図2のアクチュエータにおける給電構造を示す説明図である。アクチュエータ11では、回転軸2は中空状になっており、その内部には軸方向に沿って空隙23が形成されている。この空隙23中には、図3に示すように、駆動体1に電力を供給するための配線4が通されており、駆動体1の外部に配線を引き回すことなく装置内部に配線4が収容されている。
【0021】
一方、アクチュエータ11には、図4に示すように、時間と共に電圧値とその極性が変化する直線変位波形を有する電圧を印加され、これによりアクチュエータ11は回転軸2を中心とした回転運動を行う。図4はアクチュエータ11に印加される電圧の波形を示す説明図、図5は図4の電圧が印加された場合の駆動体1の挙動を示す説明図である。
【0022】
ここで、当該実施の形態では、アクチュエータ11には極大値と極小値の間の電位差が200V、周波数250Hzの電圧が印加される。また、印加電圧は、図4に示すように、その極小値から極大値に至る立ち上がり時間T1と極大値から極小値に至る立ち下がり時間T2が異なっており、ここではT1とT2の比はT1:T2=0.8:0.2となっている。そして、このような波形を有する電圧が印加されると、駆動体1は、+電圧のときには図5において右方に変位し、−電圧のときには図中左方に変位する。
【0023】
そこで、図4のように印加電圧を変化させると、まず図4の(1)のときは電圧は±0であり、駆動体1は初期位置P0にて停止状態にある。次に、図4(2)の状態に電圧を変化させると、+電圧であることから、図5(1→2)のように駆動体1は右方に変位する。その後、図4の(2→3)のように電圧が+から−に変化させると、駆動体1もまたそれに応じて図5(2→3)のように左方に変位する。
【0024】
この場合、図4の(2→3)の電圧変化率は図4(1→2)の場合に比して大きいため、両者の間で駆動体1の変形速度に差が生じる。すなわち、(1→2)では駆動体1は比較的ゆっくりと曲がり、(2→3)ではそれよりも速く曲がる。その際、駆動体1には、その重量によってその場に残ろうとする慣性力が発生する。そして、駆動体1の変形速度差から、(1→2)のときの慣性力よりも(2→3)のときの慣性力の方が大きくなる。
【0025】
この慣性力に対しては、回転軸2に付与される回転抵抗力が作用する。すなわち、駆動体1の変形に伴い慣性力と摩擦力とが対抗する形となる。当該アクチュエータでは、回転抵抗力Frが、(1→2)のときの慣性力F12よりも大きく、(2→3)のときの慣性力F23よりも小さくなるよう設定されている(F12<Fr<F23)。従って、(1→2)の場合の慣性力F12は、回転抵抗力Frによって打ち消される形となり、駆動体1は電圧値に応じた角度だけゆっくりと変位する。これに対して、(2→3)の場合には、慣性力F23は、回転抵抗力Frによって打ち消されない。このため、駆動体1は電圧変化に伴い急激に反対方向へと変位するが、電圧値に応じた角度は変位できず、その差分だけ回転軸2が回動する。
【0026】
この場合、駆動体1は電圧変化率が変化しても、電圧値に依存した角度だけ屈曲する。例えば電圧を+100V印加した場合、回転軸2に対し駆動体1がゆっくりと+10度屈曲したとすると、このとき回転軸2は回転抵抗力によってスリック状態(スリップしない状態)にあり、駆動体1は片持ち梁のようにその先端が素子の全屈曲分の+10度だけ移動する。これに対し、−100V印加して反対方向に急激に屈曲させた場合には、駆動体1の先端は前述のように慣性の影響により素子の全屈曲分の−10度までは移動することができない。つまり、駆動体1自体は電圧値に応じた量だけ変位しようとするものの、その先端は全変位量分は移動できない。このため、駆動体1を支持する回転軸2が回転抵抗力に打ち勝って駆動体1の先端移動方向とは逆回転にスリップし、このスリップにより回転軸2が回動する。
【0027】
すなわち、駆動体1に図4のような波形の電圧を印可すると、回転軸2はそのスリップ分だけ図中右方側へと移動することになる。従って、図5の(2→3),(4→5)に示すように、駆動体1の振動と共に、1往復振動後における駆動体1の中心位置を示す線分Qも右方へ移動する(P0→Q1→Q2)。なお、図5における一点鎖線P0は、図5(1)の場合の駆動体1の位置(初期位置)を示している。
【0028】
さらに、図4(2)→(3)にて電圧が変化した後、(3)→(4)では電圧が(2)→(3)よりもゆっくりと+側へと変化し、駆動体1は、電圧変化に合わせて、図5(3→4)のように右方に変位する。この場合は、電圧変化が小さいため、駆動体1の慣性の影響は小さく、電圧に応じた変位量だけ駆動体1は右方に変位する。電圧が図4(4)に至ると、電圧は再び変化して(5)に至る。このときも前述のように、駆動体1の変形の速度差に基づき慣性力が発生し、図5(4→5)における駆動体1の左方への変位量は、図5(3→4)での右方への変位量よりも小さくなる。従って、回転軸2がこの変位量の差分だけ回動し、線分Qもまた右方へと移動する。
【0029】
このように図4のような波形の電圧を印加すると、駆動体変形の速度差に基づく慣性力の働きにより回転軸2にスリップが生じ、その分だけ駆動体1は図5のように徐々に右方へと移動し、反時計回りに回転する(線分Qの動作参照)。すなわち、ゆっくり曲げて速く戻す動作の繰り返しにより、ゆっくり曲げたときの変位側に駆動体1が自走する。そして、電圧変化を図4とは逆に、立ち下がり時の変化率を小さく(T2を長く)、立ち上がり時の変化率を大きく(T1を短く)することにより、駆動体1は図5において左方(時計回り)に回転することになる。なお、この場合のT1とT2の比は、前記の場合とは逆にT1:T2=0.2:0.8となる。従って、電圧変化パターンの切り換えにより、駆動体1を適宜往復動させることが可能となり、モータやリンク機構を用いることなく揺動するアクチュエータを構成することが可能となる。
【0030】
一方、図11のように、電圧の立ち下がりが急激でT2がほぼ0に等しいような鋸歯波形を有する電圧をアクチュエータ11に印可すると、前述のように、電圧急変部位ににて大きな作動音が発生する。これに対し、図4のような波形の電圧を印可する当該制御方法では、T1とT2を適正な比に設定することにより、駆動体変形の速度差を確保して駆動に必要な発生力を維持しつつ、電圧の急変を緩和させている。このため、当該制御方法によれば、駆動力を大幅に減少させることなく作動音を大きく減少させることができ、静音性の向上を図ることが可能となる。なお、発明者らの実験によれば、電圧値・周波数を同じくする図11のような鋸歯波形電圧を用いた場合に約65dBであった作動音を、図4のような波形の電圧を用いることにより約45dBに低減させることができた。
【0031】
(実施の形態2)
次に、本発明の実施の形態2として、図4の直線変位波形のピーク値(極値)近傍に曲線変位部を設けたものについて説明する。図6は、実施の形態2においてアクチュエータ11に印加される電圧の波形を示す説明図である。なお、以下の実施の形態においては、実施の形態1と同様の部位、部材等については同一の符号を付し、その説明は省略する。
【0032】
図6に示すように、当該実施の形態では、電圧波形の+と−のピーク値付近に、電圧が曲線的に変化する曲線変位部31が設けられている。すなわち、図6の波形では、ピーク部分はシャープエッジではなく、ある程度の時間を持って電圧が変化するようになっている。このため、ピーク値近傍における電圧の急変が緩和され、作動音を減少させることが可能となる。
【0033】
なお、曲線変位部31による作動音低減効果は、図11のような鋸歯状電圧にても有効である。図7は、図6の波形の変形例を示す説明図であり、図6においてT2=0とした場合に相当する。この場合、電圧は立ち下がり時には極大値から極小値まで急変するが、ピーク値近傍では曲線変位部31によって波形からシャープエッジが除かれている。従って、ピーク値近傍における電圧変化が緩和され、アクチュエータの作動音低減を図ることが可能となる。
(実施の形態3)
また、本発明の実施の形態3として、アクチュエータ11に時間と共に電圧値と極性が変化する正弦波変位波形を有する電圧を印加する制御形態について説明する。図8は、実施の形態3においてアクチュエータ11に印加される電圧の波形を示す説明図である。
【0034】
図8に示すように、当該実施の形態では、アクチュエータ11には極大値と極小値の間の電位差が200V、周波数250Hzの正弦波電圧が印加され、T1とT2の比はT1:T2=0.8:0.2となっている。そして、このような波形を有する電圧が印加されると、駆動体1は図5のように動作し、回転軸2を中心として時計回りに回転する。そして、ここでも前述同様に、アクチュエータ駆動に必要な発生力を維持しつつ電圧急変が緩和され、作動音が大きく減少させることができる。
(実施の形態4)
さらに、本発明の実施の形態4として、アクチュエータ11に台形波形を有する電圧を印加する制御形態について説明する。図9は、実施の形態4においてアクチュエータ11に印加される電圧の波形を示す説明図である。
【0035】
図9に示すように、当該実施の形態では、アクチュエータ11には電圧の極小値及び極大値が一定時間(T3)継続する台形波形が印加される。この場合、極小値から極大値に至る立ち上がり時間T1と極大値から極小値に至る立ち下がり時間T2は、前述同様異なる値に設定されており、T1とT2の比はT1:T2=0.8:0.2となっている。そして、このような波形を有する電圧が印加された場合も、駆動体1は図5のように動作するが、電圧ピーク部分はシャープエッジではなく、ある程度の時間(T3)を持って電圧が変化するようになっている。
【0036】
一方、この場合も図10に示すように、ピーク値付近に電圧が曲線的に変化する曲線変位部31が設けても良い。すなわち、図9の台形波形における上底部32及び下底部33の両端に曲線変位部31をそれぞれ設けても良い。これにより、ピーク値に移行する際の電圧変化が緩和され、更なる作動音低減が図られる。なお、台形波の場合、T2=0としても電圧変化緩和による作動音低減効果を得ることが可能である。また、台形波の上底部32及び下底部33における電圧を曲線状又は小刻みなジグザグ波とすることも可能である。
【0037】
本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。
例えば、前述の実施の形態では、立ち上がり時間T1と立ち下がり時間T2の比をT1:T2=0.8:0.2とした例を示したが、両者の比はこれには限定されない。但し、アクチュエータ駆動に必要な力を得つつ作動音を低減すると言う観点からは、T1:T2=0.95:0.05〜0.8:0.2(逆動作の場合には、T1:T2=0.05:0.95〜0.2:0.8)の範囲が望ましい。また、前述の実施の形態では、電気機械変換素子としてバイモルフ圧電素子を用いた例を示したが、水晶等の他の電気機械変換素子を用いることも可能である。さらに、前述の実施の形態では、アクチュエータ11に極性の変化する電圧を印可した例を示したが、プラス又はマイナスの範囲内で電圧値が変化するような極性の変化しない電圧によりアクチュエータ11を駆動しても良い。
【0038】
一方、アクチュエータ11に対する回転抵抗力付与手段は、摩擦力以外にも磁気を用いたブレーキや電磁式のブレーキによって行うことも可能であり、摩擦力による場合も、その付与手段は板ばねには限定されない。例えば、回転軸中に内装若しくは外装したコイルスプリングやゴムなどによって回転抵抗力を付与することも可能である。また、回転抵抗力を付与する板ばねは回転軸2の側部に弾性的に接触するようにしても良く、板ばねをアクチュエータ外部に取り付けても良い。さらに、回転軸2に回転抵抗力を付与するに際しては、回転軸2側に付与手段を配設する構成も可能である。例えば、回転軸2の先端部をクリップ形状に形成し、これを軸受部3に形成した取付孔に嵌め込み摩擦力を得るようにしても良い。
【0039】
【発明の効果】
本発明のアクチュエータ制御方法によれば、電気機械変換素子に、電圧値が変化し、電圧の極小値から極大値に至る立ち上がり時間T1と極大値から極小値に至る立ち下がり時間T2とを異にする直線変位波形又は正弦波変位波形を有する電圧を印可するようにしたので、素子の変形速度差を確保して駆動に必要な発生力を維持しつつ、電圧の急変を緩和させることができる。このため、アクチュエータの駆動力を大幅に減少させることなく作動音を大きく減少させることができ、静音性の向上を図ることが可能となる。
【0040】
また、本発明のアクチュエータ制御方法によれば、電気機械変換素子に、電圧値が変化し、電圧の極小値及び極大値が一定時間継続する台形波形を有する電圧を印可するようにしたので、極値部分における電圧の急変を緩和させることができ、アクチュエータ作動音を大きく減少させ、静音性の向上を図ることが可能となる。
【0041】
さらに、本発明のアクチュエータ制御方法によれば、電気機械変換素子に、電圧値が変化し、その極値近傍に電圧が曲線的に変化する曲線変位部を有する電圧を印可するようにしたので、極値部分における電圧の急変を緩和させることができ、アクチュエータ作動音を大きく減少させ、静音性の向上を図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】圧電振動アクチュエータの基本構成を示す概念図である。
【図2】本発明の制御方法が適用される揺動形の圧電振動アクチュエータの構成を示す斜視図である。
【図3】図2のアクチュエータにおける給電構造を示す説明図である。
【図4】図2のアクチュエータに印加される電圧の波形を示す説明図である。
【図5】図4の電圧が印加された場合の駆動体の挙動を示す説明図である。
【図6】実施の形態2においてアクチュエータに印加される電圧の波形を示す説明図である。
【図7】図6の電圧波形の変形例を示す説明図である。
【図8】実施の形態3においてアクチュエータに印加される電圧の波形を示す説明図である。
【図9】実施の形態4においてアクチュエータに印加される電圧の波形を示す説明図である。
【図10】図9の電圧波形の変形例を示す説明図である。
【図11】圧電振動アクチュエータにおける従来の印加電圧波形を示す説明図である。
【符号の説明】
1 駆動体(電気機械変換素子)
2 回転軸
3 軸受部
4 配線
5 ドライバ
11 アクチュエータ
12 ホルダ
13 板ばね
14 嵌合孔
15 小径部
23 空隙
24 止めねじ
31 曲線変位部
32 上底部
33 下底部
T1 立ち上がり時間
T2 立ち下がり時間
T3 電圧値継続時間[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for controlling an actuator that is driven by vibration of an electromechanical transducer such as a piezoelectric element, and more particularly to an actuator control method that can reduce operating noise that occurs with a voltage change.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, wiper blades for automobiles, speedometers, clock hands, etc. have been used to wipe glass surfaces and give numerical instructions by driving rod-shaped members. An actuator that is driven to rotate is used. However, since such an electromagnetic motor itself has a considerable size, it is limited in design and installation, and often requires a speed reduction mechanism, a link mechanism, etc. There was a problem in terms of equipment weight.
[0003]
Therefore, the present inventors pay attention to the vibration form of the piezoelectric element, which is a kind of electromechanical conversion element, and use an electromagnetic motor or the like in which the drive body swings or rotates around the rotation axis as the applied voltage changes. Led to the development of an actuator that does not. There, a driving body made of a piezoelectric element is attached to a rotating shaft, a rotational resistance force is applied to the rotating shaft, and a voltage having a sawtooth waveform as shown in FIG. 11 is applied to the piezoelectric element.
[0004]
In this case, the piezoelectric element is displaced according to the applied voltage. However, when a sawtooth voltage is applied, due to the difference in voltage change rate, it is affected by the inertia of the element itself and the rotational resistance force, and the amount of movement of the driving body varies. And the rotation axis rotates by the difference. In other words, the element itself moves according to the voltage value regardless of the voltage change rate, whereas the amount of movement of the driving body when the voltage change rate is large is larger than that when the voltage change rate is small due to the influence of inertia. Becomes smaller. For this reason, the rotation shaft slips by the difference between the displacement amount and the movement amount of the element, and accordingly, the drive body rotates. Then, by appropriately adjusting the form of the sawtooth voltage applied to the element, the moving speed and moving direction of the driving body are controlled, and the driving body can be rotated or oscillated.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, when the actuator is driven by applying a sawtooth waveform voltage to the piezoelectric element in this way, there is a problem that a large operating noise is generated at a site where the input voltage changes abruptly as shown in FIG. . Such an operating sound is easily recognized as an abnormal sound particularly when the actuator is used in a place where a person comes into contact, and reduction of the generated sound is indispensable, and improvement thereof has been desired.
[0006]
An object of the present invention is to reduce the operation sound of a piezoelectric vibration actuator.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
The actuator control method of the present invention is a method for controlling an actuator that applies a voltage whose voltage value changes to an electromechanical transducer, and is driven by vibration of the electromechanical transducer associated with the voltage change. The voltage applied to the mechanical conversion element has a curve displacement portion in which the voltage changes in a curve in the vicinity of the minimum value and the maximum value of the voltage, and rise time T1 from the minimum value to the maximum value and the maximum value. The falling time T2 to reach the minimum value is different , and in this case, the applied voltage is provided with a linear displacement portion in which the voltage linearly changes with time, and both ends of the linear displacement portion are provided. The curve displacement portion may be provided in the case.
[0008]
The actuator control method of the present invention is a method for controlling an actuator that applies a voltage whose voltage value changes to an electromechanical transducer and is driven by vibration of the electromechanical transducer associated with the voltage change, The voltage applied to the electromechanical transducer has a sinusoidal displacement waveform that makes the rise time T 1 from the minimum value of the voltage to the maximum value different from the fall time T 2 from the maximum value to the minimum value. Features.
[0009]
In the present invention, by applying a voltage having a linear displacement waveform or a sinusoidal displacement waveform in which the rising time T 1 and the falling time T 2 are different to the electromechanical conversion element, the deformation speed difference of the element is secured. Thus, sudden changes in voltage can be mitigated while maintaining the generated force necessary for driving. For this reason, it is possible to greatly reduce the operation sound without significantly reducing the driving force of the actuator, and it is possible to improve the silence.
[0010]
Furthermore, the actuator control method of the present invention is a method for controlling an actuator that applies a voltage whose voltage value changes to an electromechanical transducer, and is driven by vibration of the electromechanical transducer associated with the voltage change, The voltage applied to the electromechanical transducer has a trapezoidal waveform having a lower base where the minimum value of voltage continues for a certain period of time and an upper base where the maximum value of voltage continues for a certain period of time, and the trapezoidal waveform is A linear displacement portion in which the voltage linearly changes with time, and a curved displacement portion provided between the linear displacement portion, the upper bottom portion, and the lower bottom portion and in which the voltage changes in a curved manner. The rising time T1 from the minimum value of the voltage to the maximum value is different from the falling time T2 from the maximum value to the minimum value. In this case, it is good also as a zigzag waveform for every upper bottom part and lower bottom part.
[0011]
In the present invention, by applying a voltage having a trapezoidal waveform whose extreme value continues for a certain period of time to the electromechanical conversion element, the sharp edge portion of the voltage waveform can be eliminated and the sudden change in voltage can be alleviated. For this reason, it is possible to greatly reduce the operating noise and improve the quietness.
[0012]
The ratio of the rise time T 1 and the fall time T 2 may be T 1 : T 2 = 0.95: 0.05 to 0.8: 0.2, or T 1 : T 2 = 0.05: 0.95 to 0.2: 0.8. Preferably, this reduces the operating noise of the actuator while maintaining the generated force necessary for driving.
[0013]
On the other hand, the actuator control method of the present invention is a method for controlling an actuator that applies a voltage whose voltage value changes to an electromechanical transducer and is driven by vibration of the electromechanical transducer associated with the voltage change, The voltage applied to the electromechanical conversion element has a curve displacement portion in which the voltage changes in a curve in the vicinity of its extreme value.
[0014]
In the present invention, the voltage change in the vicinity of the extreme value becomes gradual, the voltage peak portion can have a certain amount of time, and the sharp edge portion of the voltage waveform can be eliminated to reduce the operating noise of the actuator. Become.
[0015]
In addition, in the present invention, a piezoelectric ceramic such as a bimorph piezoelectric element may be used as the electromechanical transducer.
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
(Embodiment 1)
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a conceptual diagram showing the basic configuration of a piezoelectric vibration actuator, and FIG. 2 is a perspective view showing the configuration of a swing-type piezoelectric vibration actuator to which the control method of the present invention is applied.
[0017]
As shown in FIG. 1, a piezoelectric vibration actuator to which the control method of the present invention is applied includes a flat plate-
[0018]
Here, in the
[0019]
A
[0020]
FIG. 3 is an explanatory view showing a power feeding structure in the actuator of FIG. In the
[0021]
On the other hand, as shown in FIG. 4, a voltage having a linear displacement waveform whose voltage value and its polarity change with time is applied to the
[0022]
Here, in this embodiment, a voltage having a potential difference between the maximum value and the minimum value of 200 V and a frequency of 250 Hz is applied to the
[0023]
Therefore, when the applied voltage is changed as shown in FIG. 4, first, in the case of (1) in FIG. 4, the voltage is ± 0, and the driving
[0024]
In this case, since the voltage change rate of (2 → 3) in FIG. 4 is larger than that in the case of FIG. 4 (1 → 2), there is a difference in the deformation speed of the driving
[0025]
A rotational resistance force applied to the
[0026]
In this case, the
[0027]
That is, when a voltage having a waveform as shown in FIG. 4 is applied to the driving
[0028]
Further, after the voltage changes in FIG. 4 (2) → (3), the voltage changes to the + side more slowly than (2) → (3) in (3) → (4). Is displaced to the right as shown in FIG. 5 (3 → 4) in accordance with the voltage change. In this case, since the voltage change is small, the influence of the inertia of the driving
[0029]
When a voltage having a waveform as shown in FIG. 4 is applied in this way, slippage occurs in the
[0030]
On the other hand, as shown in FIG. 11, when a voltage having a saw-tooth waveform such that the fall of the voltage is abrupt and T 2 is substantially equal to 0 is applied to the
[0031]
(Embodiment 2)
Next, a second embodiment of the present invention will be described in which a curved displacement portion is provided in the vicinity of the peak value (extreme value) of the linear displacement waveform in FIG. FIG. 6 is an explanatory diagram showing a waveform of a voltage applied to the
[0032]
As shown in FIG. 6, in the present embodiment, a
[0033]
Note that the effect of reducing the operating noise by the
(Embodiment 3)
As a third embodiment of the present invention, a control mode in which a voltage having a sinusoidal displacement waveform whose voltage value and polarity change with time will be described. FIG. 8 is an explanatory diagram showing a waveform of a voltage applied to the
[0034]
As shown in FIG. 8, in the subject embodiment, the potential difference between the maximum value and the minimum value to the
(Embodiment 4)
Furthermore, as a fourth embodiment of the present invention, a control mode in which a voltage having a trapezoidal waveform is applied to the
[0035]
As shown in FIG. 9, in the present embodiment, a trapezoidal waveform in which a minimum value and a maximum value of voltage continue for a certain time (T 3 ) is applied to the
[0036]
On the other hand, also in this case, as shown in FIG. 10, a
[0037]
It goes without saying that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention.
For example, in the above-described embodiment, the example in which the ratio between the rising time T 1 and the falling time T 2 is T 1 : T 2 = 0.8: 0.2 is shown, but the ratio between the two is not limited to this. However, from the viewpoint of reducing the operation noise while obtaining the force necessary for driving the actuator, T 1 : T 2 = 0.95: 0.05 to 0.8: 0.2 (in the case of reverse operation, T 1 : T 2 = 0.05: The range of 0.95 to 0.2: 0.8) is desirable. In the above-described embodiment, the bimorph piezoelectric element is used as the electromechanical conversion element. However, other electromechanical conversion elements such as crystal can be used. Furthermore, in the above-described embodiment, an example in which a voltage whose polarity changes is applied to the
[0038]
On the other hand, the rotational resistance applying means for the
[0039]
【The invention's effect】
According to the actuator control method of the present invention, the electromechanical conversion element has the rise time T 1 from the minimum value of the voltage to the maximum value and the fall time T 2 from the maximum value to the minimum value. Since a voltage having a different linear displacement waveform or sinusoidal displacement waveform is applied, it is possible to reduce a sudden change in voltage while ensuring the deformation speed difference of the element and maintaining the generated force necessary for driving. it can. For this reason, it is possible to greatly reduce the operation sound without significantly reducing the driving force of the actuator, and it is possible to improve the silence.
[0040]
In addition, according to the actuator control method of the present invention, the voltage having a trapezoidal waveform in which the voltage value changes and the voltage minimum value and the voltage maximum value continue for a certain time is applied to the electromechanical transducer. The sudden change in voltage in the value portion can be alleviated, the actuator operating noise can be greatly reduced, and the quietness can be improved.
[0041]
Furthermore, according to the actuator control method of the present invention, the electromechanical conversion element is applied with a voltage having a curve displacement portion in which the voltage value changes and the voltage changes in a curve in the vicinity of the extreme value. It is possible to alleviate a sudden change in voltage at the extreme value portion, greatly reduce the actuator operating noise, and improve the quietness.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a conceptual diagram showing a basic configuration of a piezoelectric vibration actuator.
FIG. 2 is a perspective view showing a configuration of a swing-type piezoelectric vibration actuator to which the control method of the present invention is applied.
FIG. 3 is an explanatory diagram showing a power feeding structure in the actuator of FIG. 2;
4 is an explanatory diagram showing a waveform of a voltage applied to the actuator of FIG. 2; FIG.
FIG. 5 is an explanatory diagram showing the behavior of the driving body when the voltage of FIG. 4 is applied.
FIG. 6 is an explanatory diagram showing a waveform of a voltage applied to an actuator in the second embodiment.
7 is an explanatory diagram showing a modification of the voltage waveform of FIG. 6. FIG.
FIG. 8 is an explanatory diagram showing a waveform of a voltage applied to an actuator in the third embodiment.
FIG. 9 is an explanatory diagram showing a waveform of a voltage applied to an actuator in the fourth embodiment.
10 is an explanatory diagram showing a modification of the voltage waveform of FIG. 9;
FIG. 11 is an explanatory diagram showing a conventional applied voltage waveform in a piezoelectric vibration actuator.
[Explanation of symbols]
1 Driving body (electromechanical transducer)
2 Rotating
Claims (8)
前記電気機械変換素子に印可される電圧は、電圧が曲線的に変化する曲線変位部を電圧の極小値及び極大値の近傍に有すると共に、電圧の極小値から極大値に至る立ち上がり時間T1と極大値から極小値に至る立ち下がり時間T2とを異にすることを特徴とするアクチュエータ制御方法。A method of controlling an actuator that applies a voltage whose voltage value changes to an electromechanical conversion element and is driven by vibration of the electromechanical conversion element accompanying the voltage change,
The voltage applied to the electromechanical transducer has a curve displacement portion where the voltage changes in a curve in the vicinity of the minimum value and the maximum value of the voltage, and the rise time T1 from the minimum value to the maximum value and the maximum An actuator control method characterized in that the fall time T2 from the value to the minimum value is made different .
前記電気機械変換素子に印可される電圧は、電圧の極小値から極大値に至る立ち上がり時間T1と極大値から極小値に至る立ち下がり時間T2とを異にする正弦波変位波形を有することを特徴とするアクチュエータ制御方法。A method of controlling an actuator that applies a voltage whose voltage value changes to an electromechanical conversion element and is driven by vibration of the electromechanical conversion element accompanying the voltage change,
The voltage applied to the electromechanical conversion element has a sinusoidal displacement waveform in which a rise time T1 from the minimum value of the voltage to the maximum value and a fall time T2 from the maximum value to the minimum value are different. Actuator control method.
前記電気機械変換素子に印可される電圧は、電圧の極小値が一定時間継続する下底部と電圧の極大値が一定時間継続する上底部とを備えてなる台形波形を有し、前記台形波形は、時間経過に伴い電圧が直線的に変化する直線変位部と、前記直線変位部と前記上底部及び前記下底部との間に設けられ電圧が曲線的に変化する曲線変位部とを備えると共に、電圧の極小値から極大値に至る立ち上がり時間T1と極大値から極小値に至る立ち下がり時間T2とを異にすることを特徴とするアクチュエータ制御方法。A method of controlling an actuator that applies a voltage whose voltage value changes to an electromechanical conversion element and is driven by vibration of the electromechanical conversion element accompanying the voltage change,
The voltage applied to the electromechanical transducer has a trapezoidal waveform having a lower base where the minimum value of voltage continues for a certain period of time and an upper base where the maximum value of voltage continues for a certain period of time, and the trapezoidal waveform is A linear displacement portion in which the voltage linearly changes with time, and a curved displacement portion provided between the linear displacement portion, the upper bottom portion, and the lower bottom portion and in which the voltage changes in a curved manner. An actuator control method characterized in that a rise time T1 from a minimum voltage value to a maximum value is different from a fall time T2 from a maximum value to a minimum value .
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