JP5552843B2

JP5552843B2 - Actuator drive circuit and ultrasonic linear actuator using the same

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Publication number: JP5552843B2
Application number: JP2010045501A
Authority: JP
Inventors: 一弘柴谷
Original assignee: Konica Minolta Inc
Current assignee: Konica Minolta Inc
Priority date: 2010-03-02
Filing date: 2010-03-02
Publication date: 2014-07-16
Anticipated expiration: 2030-03-02
Also published as: JP2011182577A

Description

本発明は、ＳＩＤＭ(Smooth Impact Drive Mechanism（登録商標）)から成る超音波リニアアクチュエータの駆動回路などとして好適に実施される駆動回路およびそれを用いる前記超音波リニアアクチュエータに関する。 The present invention relates to a drive circuit suitably implemented as a drive circuit of an ultrasonic linear actuator made of SIDM (Smooth Impact Drive Mechanism (registered trademark)) and the ultrasonic linear actuator using the drive circuit.

前記超音波リニアアクチュエータは、たとえば図８で模式的に示すような構造を有し、圧電素子１の伸縮をロッド（駆動部材）２に伝え、そのロッド２に所定の摩擦力で係合している被駆動部材（移動体）３を、前記圧電素子の伸張時と縮小時との速度差を利用して移動させるものである。 The ultrasonic linear actuator has a structure as schematically shown in FIG. 8, for example, and transmits the expansion and contraction of the piezoelectric element 1 to a rod (drive member) 2 and engages the rod 2 with a predetermined friction force. The driven member (moving body) 3 is moved by utilizing the speed difference between the expansion and contraction of the piezoelectric element.

たとえば、図８（ａ）から図８（ｂ）で示すように、ロッド２をゆっくりと伸張させることで、そのロッド２に摩擦係合している被駆動部材３も移動し、図８（ｂ）から図８（ｃ）で示すように、前記所定の摩擦力を超える程、ロッド２を瞬時に縮小すると、被駆動部材３が慣性のために伸張位置に取り残されるということを繰返し行うことで、前記被駆動部材３を前記ロッド２の軸方向に移動させるものである。そして、伸張を瞬時に、縮小をゆっくりと行うことで、前記被駆動部材３の移動方向を前記とは逆転することができる。前記圧電素子１のロッド２とは反対側は、変位を阻止する固定部４に固定されている。 For example, as shown in FIGS. 8A to 8B, by slowly extending the rod 2, the driven member 3 that is frictionally engaged with the rod 2 is also moved. 8 (c) to 8 (c), when the rod 2 is instantaneously reduced to the extent that the predetermined frictional force is exceeded, the driven member 3 is left in the extended position due to inertia. The driven member 3 is moved in the axial direction of the rod 2. The moving direction of the driven member 3 can be reversed from the above by performing the expansion instantly and the reduction slowly. The opposite side of the piezoelectric element 1 from the rod 2 is fixed to a fixing portion 4 that prevents displacement.

このような超音波リニアアクチュエータは、通常のローレンツ力型のモータなどに比べて、構成が簡単で、しかも減速機構を用いずに負荷をダイレクトに駆動することができる。このため、特許文献１では、その搭載例として、前記ロッドをレンズ光軸方向に設置し、フォーカシングレンズの保持部材を前記ロッドに係合させることで、オートフォーカスを実現した駆動装置が提案されている。なお、前記ロッドに対して被駆動部材を摩擦係合させるためには、ばねなどによる押圧力だけではなく、磁力が用いられてもよい。 Such an ultrasonic linear actuator has a simple configuration as compared with a normal Lorentz force type motor or the like, and can directly drive a load without using a speed reduction mechanism. For this reason, Patent Document 1 proposes a drive device that realizes autofocus by installing the rod in the lens optical axis direction and engaging a holding member of a focusing lens with the rod as an example of mounting. Yes. In order to frictionally engage the driven member with the rod, not only a pressing force by a spring or the like but also a magnetic force may be used.

一方、ロッド２に前記の速度差を生じさせるにあたっては、端的には、前記圧電素子１に擬似鋸歯状の駆動信号を与えることであるが、その場合、駆動回路が非常に複雑になるので、本件出願人は、先に特許文献２において、駆動周波数およびデューティを適切に選定することで、図９に示すような矩形波電圧を与えた場合にも、前記鋸歯状変位が得られることを示した。また、その理論的背景は、非特許文献１で明らかにされている。その理論を要約すると、前記鋸歯状波形の基本は、基本周波数の正弦波信号に、第２調波の正弦波信号を加算して得ることができるというものである。すなわち、前記鋸歯状波形には、成分的に複数の周波数の正弦波が含まれているが、そのうち少なくとも１次および２次の成分があれば前記超音波リニアアクチュエータの駆動に充分なレベルとなり、変位ｙは、
ｙ＝−ｓｉｎ（ωｔ）−０．２５・ｓｉｎ（２ωｔ）・・・（１）
で表すことができる。 On the other hand, in order to cause the speed difference in the rod 2, a pseudo sawtooth drive signal is given to the piezoelectric element 1, but in that case, the drive circuit becomes very complicated. The present applicant has previously shown in Patent Document 2 that the sawtooth displacement can be obtained even when a rectangular wave voltage as shown in FIG. 9 is given by appropriately selecting the drive frequency and duty. It was. The theoretical background is clarified in Non-Patent Document 1. To summarize the theory, the basis of the sawtooth waveform is that it can be obtained by adding a sine wave signal of the second harmonic to a sine wave signal of the fundamental frequency. That is, the sawtooth waveform includes a sine wave having a plurality of frequencies as components, but if there are at least primary and secondary components, the level is sufficient for driving the ultrasonic linear actuator, The displacement y is
y = −sin (ωt) −0.25 · sin (2ωt) (1)
Can be expressed as

そして、そのような鋸歯状波形を得るための条件は、駆動周波数が低い場合、そのものの波形を成形しなければならないが、或る程度駆動周波数が高くなると、１次共振周波数ｆｒの０．６〜０．８倍前後の駆動周波数ｆｄで、０．３または０．７程度のデューティの矩形波を圧電素子に入力することで、前記鋸歯状変位を生じさせることが可能になる。特許文献２は、このような特性を利用して、製品において実現容易な矩形波電圧で駆動させるようにしたものである。 The condition for obtaining such a sawtooth waveform is that when the drive frequency is low, the waveform itself must be formed. When the drive frequency is increased to some extent, the primary resonance frequency fr is 0.6. By inputting a rectangular wave having a duty of about 0.3 or 0.7 to the piezoelectric element at a driving frequency fd of about 0.8 times, the sawtooth displacement can be generated. Patent Document 2 uses such a characteristic to drive with a rectangular wave voltage that can be easily realized in a product.

図１０には、前記矩形波のデューティおよび周波数を変化させた場合における被駆動部材の移動速度の変化を示す。このグラフは、前記非特許文献１の図２０で示されたもので、圧電素子およびロッドの共振周波数は、２００ｋＨｚ、駆動電圧は６Ｖ_Ｐ−Ｐ、被駆動部材のロッドに対する摩擦力は３００ｍＮとしている。この図１０から明らかなように、共振周波数の０．７倍のときに、矩形波に含まれる１次成分の正弦波および２次成分の正弦波の位相およびゲインが適切な関係となり、鋸歯状変位が得られ、最高の速度が得られている。 FIG. 10 shows changes in the moving speed of the driven member when the duty and frequency of the rectangular wave are changed. This graph, in which the shown in FIG. 20 of non-patent document 1, the resonance frequency of the piezoelectric element and the rod, 200kHz, the driving voltage is 6V _P-P, the frictional force against the rod of the driven member is set to 300mN . As is apparent from FIG. 10, when the resonance frequency is 0.7 times, the phase and gain of the primary component sine wave and the secondary component sine wave included in the rectangular wave have an appropriate relationship, and a sawtooth shape is obtained. The displacement is obtained and the highest speed is obtained.

そこで、そのような超音波リニアアクチュエータを駆動する回路としては、典型的な従来技術では、図１１で示すような駆動回路１１がある。すなわち、電源電圧＋Ｖの電源ラインとＧＮＤとの間に、ｐ型のＭＯＳＦＥＴＱ１とｎ型のＭＯＳＦＥＴＱ２との直列回路と、同様のｐ型のＭＯＳＦＥＴＱ３とｎ型のＭＯＳＦＥＴＱ４との直列回路とを備え、それらのＭＯＳＦＥＴＱ１，Ｑ２；Ｑ３，Ｑ４の接続点間に前記圧電素子１を接続して成る、いわゆるＨブリッジ回路１０に、その制御回路１２を備えて成る。そして、対角線上のＭＯＳＦＥＴＱ１，Ｑ４が同じタイミングで相互に逆相の駆動信号ｓ１，ｓ４で制御されてＯＮ／ＯＦＦし、同様にＭＯＳＦＥＴＱ２，Ｑ３が同じタイミングで相互に逆相の駆動信号ｓ２，ｓ３で制御されてＯＮ／ＯＦＦする。その論理を前記図９に示す。 Therefore, as a circuit for driving such an ultrasonic linear actuator, there is a drive circuit 11 as shown in FIG. 11 in a typical prior art. That is, a series circuit of a p-type MOSFET Q1 and an n-type MOSFET Q2 and a series circuit of a similar p-type MOSFET Q3 and an n-type MOSFET Q4 are provided between the power supply line of the power supply voltage + V and GND. A control circuit 12 is provided in a so-called H-bridge circuit 10 in which the piezoelectric element 1 is connected between connection points of MOSFETs Q1, Q2; Q3, Q4. The diagonal MOSFETs Q1 and Q4 are controlled by ON / OFF with mutually opposite phase drive signals s1 and s4 at the same timing, and similarly, the MOSFET Q2 and Q3 have mutually opposite phase drive signals s2 and s3 at the same timing. Controlled by ON / OFF. The logic is shown in FIG.

このような駆動回路１１において、本件発明者らは、参照符号Ｒ０で示すように、Ｈブリッジ回路１０の電源側またはＧＮＤ側に電流制限抵抗を挿脱できるようにし、挿入時には離脱時に比べて駆動トルクを下げることなく、被駆動部材３の変移量を小さくできるようにした駆動回路を提案している。 In such a drive circuit 11, the present inventors enable the current limiting resistor to be inserted into and removed from the power supply side or the GND side of the H-bridge circuit 10 as indicated by the reference symbol R0, and drive when compared with when disconnected. A drive circuit is proposed in which the amount of displacement of the driven member 3 can be reduced without lowering the torque.

特許第２６３３０６６号公報Japanese Patent No. 2633066 特許第３１７１１８７号公報Japanese Patent No. 3171187 特開２００８−２６３７１６号公報JP 2008-263716 A

（スムーズインパクト駆動機構（ＳＩＤＭ）の開発（第２報）精密工学会誌Ｖｏｌ．６８，Ｎｏ．４（２００２）ｐｐ．５３６−５４１）(Development of Smooth Impact Drive Mechanism (SIDM) (2nd Report) Journal of Precision Engineering Vol.68, No.4 (2002) pp.536-541)

しかしながら、上述のような単純な矩形波パルスを用いる駆動回路では、アクチュエータの起動時と停止時に「カッチ」という音を発生するという問題がある。同様に、起動と停止との繰返しによる間欠駆動時には、この「カッチ」という音が連続的に発生し、それが間欠駆動時の騒音となる。この騒音は、起動時と停止時とにおける摩擦接触部５のスリップ音および圧電素子１の伸縮音に起因する。一般に、圧電素子１を用いる超音波リニアアクチュエータの場合、その速度調整には間欠駆動が用いられるが、このときに発生する騒音が製品仕様に大きく影響する。特に、デジタルカメラやムービーの像ぶれ補正は、連続動作であり、また携帯電話のＡＦやズーム制御では、小型の機器で音漏れがし易く、共に静音化が望まれている。 However, in the drive circuit using the simple rectangular wave pulse as described above, there is a problem that the sound of “catch” is generated when the actuator is started and stopped. Similarly, at the time of intermittent driving by repeated starting and stopping, this “kitch” sound is continuously generated, which becomes noise at the time of intermittent driving. This noise is caused by the slip sound of the frictional contact portion 5 and the expansion / contraction sound of the piezoelectric element 1 at the time of start and stop. In general, in the case of an ultrasonic linear actuator using the piezoelectric element 1, intermittent drive is used for speed adjustment, but noise generated at this time greatly affects product specifications. In particular, image blur correction of digital cameras and movies is a continuous operation, and in AF and zoom control of a mobile phone, sound leakage is likely to occur with a small device, and both are desired to be quiet.

圧電素子１を用いる超音波リニアアクチュエータの消音化には、図１２で示すように、起動時に駆動電圧を徐々に昇圧し、停止時に駆動電圧（＋Ｖ）を徐々に降圧すればよい。すなわち、図１１における電流制限抵抗Ｒ０の抵抗値を調整し、圧電素子１への充放電電流を小さく、つまり圧電素子１が完全に充電される前に電流を止めればよい。従来方法として、前記抵抗値をアナログ的に変化させる方法があるが、これでは、回路規模が大きくなり、コストが嵩むという問題がある。 In order to mute the ultrasonic linear actuator using the piezoelectric element 1, as shown in FIG. 12, the drive voltage may be gradually increased during startup and the drive voltage (+ V) may be gradually decreased during stop. That is, the resistance value of the current limiting resistor R0 in FIG. 11 is adjusted to reduce the charge / discharge current to the piezoelectric element 1, that is, the current is stopped before the piezoelectric element 1 is fully charged. As a conventional method, there is a method of changing the resistance value in an analog manner. However, there is a problem that the circuit scale becomes large and the cost increases.

本発明の目的は、低コストに騒音を低減することができるアクチュエータの駆動回路およびそれを用いる超音波リニアアクチュエータを提供することである。 An object of the present invention is to provide an actuator drive circuit capable of reducing noise at low cost and an ultrasonic linear actuator using the same.

本発明のアクチュエータの駆動回路は、振動子の振動を駆動部材に伝え、前記駆動部材に所定の摩擦力で係合している被駆動部材を、前記振動子の伸張時と縮小時との速度差を利用して移動させるアクチュエータの駆動回路において、前記振動子に駆動パルスを与えるパルス発生回路と、前記パルス発生回路のパルスを制御する制御回路とを含み、前記制御回路は、前記パルス発生回路に、前記振動子の系における共振周波数に対して所定数倍の駆動周波数で、かつ所定デューティで規定されるパルス幅のパルスを発生させて、前記所定デューティの駆動パルス出力することで、前記駆動部材と被駆動部材との係合部分に、前記速度差を生じさせる擬似鋸歯状の変位振動を生じさせ、そして、前記被駆動部材の起動時、停止時または間欠駆動時の少なくとも１つにおいて、前記駆動周波数を維持し、かつ前記駆動パルスのレベルが定常駆動時のレベルより小さくなるように、前記所定デューティで規定されるパルス幅よりも短縮したパルス幅のパルスを発生させて、前記所定デューティの駆動パルスを出力することを特徴とする。
The actuator drive circuit according to the present invention transmits the vibration of the vibrator to the drive member, and causes the driven member engaged with the drive member with a predetermined frictional force to move the vibrator at a speed of expansion and contraction. in the driving circuit of the actuator for moving by utilizing the difference includes a pulse generating circuit for applying a drive pulse to the transducer, and a control circuit for controlling the pulse of the pulse generating circuit, said control circuit, said pulse generator the circuit at a predetermined multiple of the drive frequency relative to the resonance frequency in the system of the vibrator, and to generate a pulse of the pulse width defined by a predetermined duty, in Rukoto to drive pulse output of the predetermined duty , the engaging portion between the drive and driven members, causing a pseudo sawtooth displacement vibration causing the speed difference, and, at the start of the driven member, stop, or intermittent drive In at least one, maintaining the drive frequency, and the like level of the driving pulse is smaller than the level in the steady driving, generating a pulse of said predetermined duty pulse width shorter than the pulse width defined by by, characterized by also be output from the drive pulse of the predetermined duty.

上記の構成によれば、圧電素子などの振動子の伸縮を駆動部材に伝え、その駆動部材に所定の摩擦力で係合している被駆動部材を、前記振動子の伸張時と縮小時との速度差を利用して移動させる超音波リニアアクチュエータなどとして実現されるアクチュエータの駆動回路において、パルス発生回路が前記振動子に駆動パルスを与えて、前記駆動部材と被駆動部材との係合部分に前記の速度差を生じさせる擬似鋸歯状の変位振動を生じさせるにあたって、パルス発生回路による発生パルスを制御する制御回路は、以下のような駆動パルスを発生させる。 According to the above configuration, the expansion / contraction of the vibrator such as the piezoelectric element is transmitted to the driving member, and the driven member engaged with the driving member with a predetermined frictional force is applied when the vibrator is expanded and contracted. In an actuator drive circuit realized as an ultrasonic linear actuator that moves using the speed difference between the two, a pulse generation circuit gives a drive pulse to the vibrator, and an engagement portion between the drive member and the driven member When generating the pseudo-sawtooth displacement vibration that causes the speed difference, the control circuit that controls the pulse generated by the pulse generation circuit generates the following drive pulse.

すなわち、先ず、前記駆動パルスを、前記振動子の系における１次共振周波数ｆｒに対して、０．６〜０．８の所定数倍の駆動周波数ｆｄで、かつ０．３程度または０．７程度の所定デューティのパルスとすることで、該駆動パルスに含まれる１次成分の正弦波および２次成分の正弦波の位相およびゲインが適切な関係となり、前記駆動部材と被駆動部材との係合部分に擬似鋸歯状の変位振動を生じさせ、前記被駆動部材に高い移動速度を得ることができるようになる。前記の０．３と０．７とのデューティの違いで、前記被駆動部材の移動方向が切替わる。次に、注目すべきは、制御回路は、前記被駆動部材の起動時、停止時または間欠駆動時の少なくとも１つにおいて、前記パルス発生回路に、前記駆動周波数ｆｄを維持し、かつ前記所定デューティで規定されるパルス幅よりも短縮した駆動パルスを発生させる。 That is, first, the drive pulse is driven at a drive frequency fd that is a predetermined number of times 0.6 to 0.8 with respect to the primary resonance frequency fr in the vibrator system, and is about 0.3 or 0.7. By setting the pulse to a predetermined duty of the order, the phase and gain of the sine wave of the primary component and the sine wave of the secondary component included in the drive pulse have an appropriate relationship, and the relationship between the drive member and the driven member. A pseudo sawtooth-like displacement vibration is generated in the joint portion, and a high moving speed can be obtained for the driven member. The moving direction of the driven member is switched by the difference in duty between 0.3 and 0.7. Next, it should be noted that the control circuit maintains the drive frequency fd in the pulse generation circuit and at least the predetermined duty when the driven member is started, stopped, or intermittently driven. A drive pulse that is shorter than the pulse width specified in (1) is generated.

したがって、前記起動時、停止時または間欠駆動時では、定常駆動時よりも、振動子の充放電が早期に打ち切られることになり、騒音（被駆動部材のスリップ音や振動子の伸縮音）を低減することができる。また、そのように充放電のレベルを小さくするにあたって、駆動回路は、Ｈブリッジ回路などの従来通りの振動子を充放電するパルス発生回路と、その制御回路とによって構成することができ、その制御回路がパルス発生回路を制御する信号の態様を変化するだけでよく、低コストに実現することができる。 Therefore, at the time of starting, stopping, or intermittent driving, the charging / discharging of the vibrator is terminated earlier than at the time of steady driving, and noise (slip noise of the driven member and expansion / contraction sound of the vibrator) is generated. Can be reduced. In order to reduce the charge / discharge level in this way, the drive circuit can be constituted by a pulse generation circuit for charging / discharging a conventional vibrator such as an H-bridge circuit and its control circuit. The circuit only needs to change the mode of the signal that controls the pulse generation circuit, and can be realized at low cost.

また、本発明のアクチュエータの駆動回路では、前記振動子は超音波振動を行う圧電素子であることを特徴とする。 In the actuator drive circuit of the present invention, the vibrator is a piezoelectric element that performs ultrasonic vibration.

上記の構成によれば、前記アクチュエータとして、構成が簡単で、しかも減速機構を用いずに負荷をダイレクトに駆動することができる超音波リニアアクチュエータを用いることができる。 According to the above configuration, an ultrasonic linear actuator that has a simple configuration and can directly drive a load without using a speed reduction mechanism can be used as the actuator.

さらにまた、本発明のアクチュエータの駆動回路では、前記制御回路は、前記制御回路は、前記短縮したパルス幅の短縮量を、停止時には徐々に大きくさせ、起動時には最大値から徐々に短縮させることを特徴とする。
Furthermore, in the drive circuit of the actuator of the present invention, the control circuit, the control circuit, the amount of shortening of the shortened pulse width is gradually increased during stops, that is gradually reduced from the maximum value at start Features.

上記の構成によれば、振動子に加わるエネルギーを、起動時には徐々に大きくし、停止時には徐々に小さくすることができ、前記騒音の発生をより確実に抑えることができる。 According to said structure, the energy added to a vibrator | oscillator can be gradually enlarged at the time of starting, and can be gradually made small at the time of a stop, and generation | occurrence | production of the said noise can be suppressed more reliably.

また、本発明のアクチュエータの駆動回路では、前記制御回路は、前記制御回路は、前記所定デューティで規定されるパルス幅のパルスを複数の微細パルスで構成させ、前記短縮したパルス幅の短縮を、前記微細パルスの密度を変化させることで行うことを特徴とする。 Further, in the driving circuit of the actuator of the present invention, the control circuit, the control circuit causes the configuration of the pulse of the pulse width defined by the front Symbol predetermined duty at a plurality of fine pulses, the shortening of the shortened pulse width , By changing the density of the fine pulses.

上記の構成によれば、前記所定デューティで規定されるパルス幅のパルスを短縮するにあたって、ＰＤＭ（パルス密度変調）を用いる。したがって、調整容易に、前記パルス幅を実質的に短縮することができる（すなわち、前記微細パルスの総積算時間が前記短縮したパルス幅となる）。 According to the above configuration, PDM (Pulse Density Modulation) is used to shorten a pulse having a pulse width defined by the predetermined duty. Therefore, the pulse width can be substantially shortened with ease of adjustment (that is, the total accumulated time of the fine pulses becomes the shortened pulse width).

さらにまた、本発明のアクチュエータの駆動回路では、前記微細パルスの周波数が、前記振動子の系における***振周波数または前記１次共振周波数ｆｒの１０倍以上に設定されることを特徴とする。 Furthermore, in the actuator drive circuit according to the present invention, the frequency of the fine pulse is set to 10 times or more the anti-resonance frequency or the primary resonance frequency fr in the vibrator system.

上記の構成によれば、***振周波数では、振動子のインピーダンスが最も高く、したがってそのインピーダンスと該振動子の容量とで大きな時定数を形成することができ、前記微細パルスの周波数を前記***振周波数に設定することで、実質的な前記パルス幅の調整がし易くなる。同様に、共振周波数の１０倍以上に前記微細パルスの周波数を設定することで、前記パルス幅の調整を細かく行うことができる。 According to the above configuration, the impedance of the vibrator is the highest at the anti-resonance frequency, and therefore, a large time constant can be formed by the impedance and the capacitance of the vibrator. By setting the frequency, it becomes easy to substantially adjust the pulse width. Similarly, the pulse width can be finely adjusted by setting the frequency of the fine pulse to 10 times or more of the resonance frequency.

また、本発明のアクチュエータの駆動回路では、前記パルス発生回路はＨブリッジ回路から成り、前記制御回路は、そのＨブリッジ回路における半導体スイッチ素子を駆動することを特徴とする。 In the actuator drive circuit according to the present invention, the pulse generation circuit includes an H-bridge circuit, and the control circuit drives a semiconductor switch element in the H-bridge circuit.

上記の構成によれば、振動子を充放電させるにあたって、Ｈブリッジ回路を用いることで、単純に電源とＧＮＤとの間を切換える回路に比べて、同じ電源電圧でも、前記振動子に２倍の電圧を印加することができる。 According to the above configuration, when the vibrator is charged and discharged, by using an H bridge circuit, the vibrator has twice the same power supply voltage as compared with a circuit that simply switches between the power source and GND. A voltage can be applied.

さらにまた、本発明の超音波リニアアクチュエータは、前記のアクチュエータの駆動回路と、所定の方向に振動する前記振動子と、前記振動子の振動方向の一端に取付けられて該振動子により前記振動方向に変位駆動される駆動部材と、前記駆動部材に所定の摩擦力で係合している被駆動部材とを備えることを特徴とする。 Furthermore, the ultrasonic linear actuator of the present invention includes a drive circuit for the actuator, the vibrator that vibrates in a predetermined direction, and one end of the vibrator in the vibration direction. And a driven member engaged with the driving member with a predetermined frictional force.

上記の構成によれば、低騒音の超音波リニアアクチュエータを実現することができる。 According to said structure, a low noise ultrasonic linear actuator is realizable.

本発明のアクチュエータの駆動回路およびそれを用いる超音波リニアアクチュエータは、以上のように、圧電素子などの振動子の伸縮を駆動部材に伝え、その駆動部材に所定の摩擦力で係合している被駆動部材を、前記振動子の伸張時と縮小時との速度差を利用して移動させる超音波リニアアクチュエータなどとして実現されるアクチュエータの駆動回路において、前記駆動部材と被駆動部材との係合部分に前記の速度差を生じさせる擬似鋸歯状の変位振動を生じさせるにあたって、前記振動子に与える駆動信号を、前記振動子の系における１次共振周波数ｆｒの所定数倍の駆動周波数ｆｄで、かつ所定デューティの駆動パルスとすることで、Ｈブリッジなどで作成できる矩形波での駆動を可能にし、さらに被駆動部材の起動時、停止時または間欠駆動時の少なくとも１つにおいて、前記駆動周波数ｆｄを維持し、かつ前記駆動パルスを前記所定デューティで規定されるパルス幅よりも短縮したパルスとする。 As described above, the actuator drive circuit and the ultrasonic linear actuator using the actuator according to the present invention transmit the expansion and contraction of a vibrator such as a piezoelectric element to the drive member, and are engaged with the drive member with a predetermined frictional force. In an actuator drive circuit realized as an ultrasonic linear actuator that moves a driven member by utilizing a speed difference between when the vibrator is expanded and contracted, engagement between the driving member and the driven member In generating the pseudo sawtooth displacement vibration that causes the speed difference in the portion, the drive signal applied to the vibrator is a drive frequency fd that is a predetermined number of times the primary resonance frequency fr in the vibrator system. In addition, by using a drive pulse with a predetermined duty, it is possible to drive with a rectangular wave that can be created by an H bridge or the like, and when the driven member is started, stopped or In at least one in the intermittent driving, maintaining the drive frequency fd, and the said pulse of the drive pulse and shorter than the pulse width defined by the predetermined duty.

それゆえ、前記起動時、停止時または間欠駆動時では、定常駆動時よりも、振動子の充放電が早期に打ち切られることになり、騒音を低減することができる。また、そのように充放電のレベルを小さくするにあたって、駆動回路は、前記Ｈブリッジ回路などの従来通りの振動子を充放電するパルス発生回路と、その制御回路とによって構成することができ、その制御回路が作成する前記駆動パルスの態様を変化するだけでよく、低コストに実現することができる。 Therefore, at the time of starting, stopping, or intermittent driving, charging / discharging of the vibrator is terminated earlier than during steady driving, and noise can be reduced. Further, in reducing the charge / discharge level in this way, the drive circuit can be constituted by a pulse generation circuit for charging / discharging a conventional vibrator such as the H-bridge circuit and its control circuit, It is only necessary to change the mode of the drive pulse generated by the control circuit, which can be realized at low cost.

本発明の実施の一形態に係る駆動回路のブロック図である。1 is a block diagram of a drive circuit according to an embodiment of the present invention. 図１で示す駆動回路によるＨブリッジ回路の制御論理と、それによって圧電素子に与えられる電圧との関係を示す波形図である。It is a wave form diagram which shows the relationship between the control logic of the H bridge circuit by the drive circuit shown in FIG. 1, and the voltage given to a piezoelectric element by it. 本発明の実施の他の形態に係る駆動回路のブロック図である。FIG. 6 is a block diagram of a drive circuit according to another embodiment of the present invention. 図３で示す駆動回路によるＨブリッジ回路の制御論理と、それによって圧電素子に与えられる電圧との関係を示す波形図である。FIG. 4 is a waveform diagram showing the relationship between the control logic of the H-bridge circuit by the drive circuit shown in FIG. 3 and the voltage applied to the piezoelectric element thereby. 振動子に圧電素子を用いた超音波リニアアクチュエータの伝達特性を示すグラフである。It is a graph which shows the transmission characteristic of the ultrasonic linear actuator which used the piezoelectric element for the vibrator | oscillator. 前記圧電素子のインピーダンス特性を示すグラフである。It is a graph which shows the impedance characteristic of the said piezoelectric element. 前記圧電素子の等価回路図である。It is an equivalent circuit diagram of the piezoelectric element. 超音波リニアアクチュエータ（ＳＩＤＭ）の構造を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the structure of an ultrasonic linear actuator (SIDM). 従来および本実施の形態の定常時における圧電素子の駆動波形図である。It is the drive waveform figure of the piezoelectric element in the normal time of the past and this Embodiment. 超音波リニアアクチュエータ（ＳＩＤＭ）を矩形波で駆動するにあたって、デューティおよび周波数を変化させた場合における被駆動部材の移動速度の変化を示すグラフである。It is a graph which shows the change of the moving speed of a to-be-driven member at the time of changing a duty and a frequency in driving an ultrasonic linear actuator (SIDM) with a rectangular wave. 従来技術の駆動回路のブロック図である。It is a block diagram of the drive circuit of a prior art. 本実施の形態における圧電素子の駆動波形図である。It is a drive waveform diagram of the piezoelectric element in the present embodiment.

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の一形態に係る駆動回路２１のブロック図である。この駆動回路２１は、前述の図８で示すような超音波リニアアクチュエータを駆動する回路であり、パルス発生回路であるＨブリッジ回路１０については、前述の図１１の駆動回路１１と同様である。したがって、振動子は超音波振動を行う圧電素子１であり、アクチュエータとしては、構成が簡単で、しかも減速機構を用いずに負荷をダイレクトに駆動することができる前記超音波リニアアクチュエータである。そして、前述の図１１の駆動回路１１と本実施の形態の駆動回路２１とは、制御回路２２が異なるだけである。 (Embodiment 1)
FIG. 1 is a block diagram of a drive circuit 21 according to an embodiment of the present invention. The drive circuit 21 is a circuit for driving the ultrasonic linear actuator as shown in FIG. 8, and the H bridge circuit 10 which is a pulse generation circuit is the same as the drive circuit 11 shown in FIG. Therefore, the vibrator is the piezoelectric element 1 that performs ultrasonic vibration, and the actuator is the ultrasonic linear actuator that has a simple configuration and can directly drive a load without using a speed reduction mechanism. 11 is different from the drive circuit 21 of the present embodiment only in the control circuit 22.

したがって、前記超音波リニアアクチュエータのロッド２と被駆動部材３との係合部分に擬似鋸歯状の変位振動を生じさせるにあたって、Ｈブリッジ回路１０から圧電素子１に与える駆動信号は、該圧電素子１の系における１次共振周波数ｆｒに対して、所定数倍、たとえば０．６〜０．８倍、好ましくは０．７倍の駆動周波数ｆｄで、かつ所定デューティ、たとえば０．３または０．７の駆動パルスとなっている。こうして、前記駆動パルスに含まれる１次成分の正弦波および２次成分の正弦波の位相およびゲインを適切な関係として、前記係合部分に擬似鋸歯状の変位振動を生じさせ、前記被駆動部材３に高い移動速度を得ることができるようになり、また前記の０．３と０．７とのデューティの違いで、前記被駆動部材３の移動方向を切替えるようになっている。 Therefore, the drive signal given from the H bridge circuit 10 to the piezoelectric element 1 when the pseudo-sawtooth displacement vibration is generated in the engagement portion between the rod 2 of the ultrasonic linear actuator and the driven member 3 is the piezoelectric element 1. The drive frequency fd is a predetermined number of times, for example, 0.6 to 0.8 times, preferably 0.7 times the primary resonance frequency fr in the above system, and a predetermined duty, for example, 0.3 or 0.7. This is a drive pulse. Thus, with the phase and gain of the primary component sine wave and secondary component sine wave included in the drive pulse as appropriate relations, pseudo-sawtooth displacement vibration is generated in the engagement portion, and the driven member 3, the moving speed of the driven member 3 can be switched by the difference in duty between 0.3 and 0.7.

注目すべきは、制御回路２１が、前記被駆動部材３の起動時、停止時または間欠駆動時の少なくとも１つにおいて、前記の駆動パルスを、前記駆動周波数ｆｄを維持し、かつ前記駆動パルスを前記０．３または０．７のデューティで規定されるパルス幅よりも短縮したパルスとすることである。このため、前述の従来技術の駆動回路１１では、制御回路１２はＩ／Ｏポートを使用していたのに対して、本実施の形態の駆動回路２１では、制御回路２２のＰＷＭポートを使用する。 It should be noted that the control circuit 21 maintains the drive pulse fd and the drive pulse in at least one of starting, stopping, or intermittent driving of the driven member 3. The pulse is shorter than the pulse width defined by the duty of 0.3 or 0.7. For this reason, in the above-described conventional driving circuit 11, the control circuit 12 uses the I / O port, whereas in the driving circuit 21 of the present embodiment, the PWM port of the control circuit 22 is used. .

図２に、前記駆動回路２１による各ＭＯＳＦＥＴＱ１〜Ｑ４の制御論理と、圧電素子１に与えられる電圧との関係を示す。前述の図９と同様に、対角線上のＭＯＳＦＥＴＱ１，Ｑ４が同じタイミングで相互に逆相の駆動信号Ｓ１，Ｓ４で制御されてＯＮ／ＯＦＦし、同様にＭＯＳＦＥＴＱ２，Ｑ３が同じタイミングで相互に逆相の駆動信号Ｓ２，Ｓ３で制御されてＯＮ／ＯＦＦする。また、非駆動時は、ＧＮＤ側のｎ型のＭＯＳＦＥＴＱ２，Ｑ４が共にＯＮされて、圧電素子１は放電状態とされている。 FIG. 2 shows the relationship between the control logic of the MOSFETs Q1 to Q4 by the drive circuit 21 and the voltage applied to the piezoelectric element 1. Similarly to FIG. 9, the MOSFETs Q1 and Q4 on the diagonal line are controlled by the opposite-phase drive signals S1 and S4 at the same timing and turned ON / OFF, and the MOSFETs Q2 and Q3 are similarly reversed-phase to each other at the same timing. ON / OFF controlled by the drive signals S2 and S3. When not driven, both the n-type MOSFETs Q2 and Q4 on the GND side are turned on, and the piezoelectric element 1 is in a discharged state.

したがって、前記起動時、停止時または間欠駆動時では、定常駆動時よりも、圧電素子１の充放電が早期に打ち切られることになり、これによって前述の図１２や図２で示すように、圧電素子１への印加電圧が定常駆動時のレベルにまで上昇せず、被駆動部材３の変移量も定常駆動時よりも小さくなり、低騒音（被駆動部材３のスリップ音や圧電素子１の伸縮音を低減する）な超音波リニアアクチュエータを実現することができる。また、そのように充放電のレベルを小さくするにあたって、駆動回路２１は、Ｈブリッジ回路１０などの従来通りの圧電素子１を充放電するパルス発生回路と、その制御回路２２とによって構成することができ、その制御回路２２が作成する前記駆動パルスの態様を変化するだけでよく、低コストに実現することができる。 Therefore, at the time of starting, stopping, or intermittent driving, charging / discharging of the piezoelectric element 1 is terminated earlier than at the time of steady driving. As a result, as shown in FIG. 12 and FIG. The applied voltage to the element 1 does not rise to the level at the time of steady driving, the amount of displacement of the driven member 3 becomes smaller than that at the time of steady driving, and low noise (slip noise of the driven member 3 and expansion / contraction of the piezoelectric element 1) An ultrasonic linear actuator that reduces sound can be realized. In order to reduce the charge / discharge level in this way, the drive circuit 21 may be configured by a pulse generation circuit for charging / discharging the conventional piezoelectric element 1 such as the H-bridge circuit 10 and its control circuit 22. It is only necessary to change the mode of the drive pulse generated by the control circuit 22 and can be realized at low cost.

また、前記被駆動部材３の停止時には、前記制御回路２１は、前記パルス幅の短縮量を徐々に大きく、したがってパルス幅自体は最大値から徐々に小さくし、起動時には前記パルス幅の短縮量を最大値から徐々に短縮、したがって図２に示すようにパルス幅自体は最小値から徐々に大きくするので、圧電素子１に加わるエネルギーを、起動時には徐々に大きくし、停止時には徐々に小さくすることができ、前記騒音の発生をより確実に抑えることができる。 Further, when the driven member 3 is stopped, the control circuit 21 gradually increases the shortening amount of the pulse width, and therefore the pulse width itself gradually decreases from the maximum value, and reduces the shortening amount of the pulse width when starting up. Since the pulse width itself gradually increases from the minimum value as shown in FIG. 2 as shown in FIG. 2, the energy applied to the piezoelectric element 1 can be gradually increased during startup and gradually decreased when stopped. The generation of the noise can be suppressed more reliably.

さらにまた、圧電素子１を充放電させるにあたって、Ｈブリッジ回路１０を用いることで、単純に電源とＧＮＤとの間を切換える回路に比べて、同じ電源電圧でも、前記振動子に２倍の電圧を印加することができる。 Furthermore, when charging / discharging the piezoelectric element 1, by using the H bridge circuit 10, compared with a circuit that simply switches between the power supply and GND, the vibrator has twice the voltage even with the same power supply voltage. Can be applied.

（実施の形態２）
図３は、本発明の実施の他の形態に係る駆動回路３１のブロック図である。この駆動回路３１も、前述の図８で示すような超音波リニアアクチュエータを駆動する回路であり、Ｈブリッジ回路１０については、前述の図１１の駆動回路１１と同様である。注目すべきは、この駆動回路３１では、前記０．３または０．７の所定デューティで規定されるパルス幅のパルスを、図４で示すように、複数の微細パルスで構成し、その微細パルスの密度を変化させる、すなわちＰＤＭ（パルス密度変調）を用いて、前記パルスのパルス幅を実質的に短縮することである。ここで、前記実質的にとは、前記微細パルスの総積算時間が、図２で示すような短縮したパルス幅と等価になるという意味である。前記図４は、前記駆動回路３１による各ＭＯＳＦＥＴＱ１〜Ｑ４の制御論理と、圧電素子１に与えられる電圧との関係を示す波形図である。 (Embodiment 2)
FIG. 3 is a block diagram of a drive circuit 31 according to another embodiment of the present invention. The drive circuit 31 is also a circuit for driving the ultrasonic linear actuator as shown in FIG. 8, and the H bridge circuit 10 is the same as the drive circuit 11 shown in FIG. It should be noted that in the drive circuit 31, the pulse having a pulse width defined by the predetermined duty of 0.3 or 0.7 is composed of a plurality of fine pulses as shown in FIG. The pulse width of the pulse is substantially shortened using PDM (pulse density modulation). Here, “substantially” means that the total accumulated time of the fine pulses is equivalent to a shortened pulse width as shown in FIG. FIG. 4 is a waveform diagram showing the relationship between the control logic of the MOSFETs Q1 to Q4 by the drive circuit 31 and the voltage applied to the piezoelectric element 1.

ここで、図５に、前述の図８で示すような圧電素子１を用いた超音波リニアアクチュエータの伝達特性を示す。ただし、この図５は、被駆動部材３を搭載する前の特性を示している。前述のようにＳＩＤＭにおいては、１次共振周波数ｆｒの０．６〜０．８倍が駆動周波数ｆｄに設定されている。このとき、前記制御回路３２のＩ／Ｏポートから各ＭＯＳＦＥＴＱ１〜Ｑ４に与える駆動信号Ｓ１１〜Ｓ１４の周波数ｆａは、前記パルス幅の調整を細かく行えるように、前記１次共振周波数ｆｒよりも充分大きく設定する必要がある。好ましくは、前記圧電素子１の系における***振周波数ｆｒ’である。 Here, FIG. 5 shows transfer characteristics of an ultrasonic linear actuator using the piezoelectric element 1 as shown in FIG. However, FIG. 5 shows characteristics before the driven member 3 is mounted. As described above, in SIDM, the driving frequency fd is set to 0.6 to 0.8 times the primary resonance frequency fr. At this time, the frequency fa of the drive signals S11 to S14 given from the I / O port of the control circuit 32 to the MOSFETs Q1 to Q4 is sufficiently larger than the primary resonance frequency fr so that the pulse width can be finely adjusted. Must be set. The anti-resonance frequency fr ′ in the piezoelectric element 1 system is preferable.

図６に、圧電素子のインピーダンス特性を示す。圧電素子は、図７で示すように、Ｌ，Ｒ，Ｃの直列共振回路と、それに並列の容量Ｃ０を加えた並列共振回路とを伴わせて持っている。そして、図６で示すように、共振点（ｆｒ）では、前記Ｌ，Ｒ，Ｃの直列共振回路のインピーダンスが小さく、***振点（ｆｒ’）では大きい。したがって、前記駆動信号Ｓ１１〜Ｓ１４の周波数ｆａに***振周波数ｆｒを用いると、該圧電素子１の容量Ｃ０との時定数が大きくなって、充電量の調整に時間的余裕が生まれ、実質的な前記パルス幅の調整がし易くなる。この***振点（ｆｒ’）以外では、前記周波数ｆａを、駆動周波数ｆｄの１０倍以上に設定することで、同様に前記実質的なパルス幅の調整を細かく行うことができる。たとえば、基本の駆動周波数ｆｄは５０ｋＨｚであり、駆動信号Ｓ１１〜Ｓ１４の周波数ｆａは、１０倍の５００ｋＨｚ以上である。 FIG. 6 shows the impedance characteristics of the piezoelectric element. As shown in FIG. 7, the piezoelectric element has an L, R, C series resonance circuit and a parallel resonance circuit in which a parallel capacitance C0 is added thereto. As shown in FIG. 6, at the resonance point (fr), the impedance of the L, R, C series resonance circuit is small, and is large at the antiresonance point (fr '). Therefore, when the anti-resonance frequency fr is used as the frequency fa of the drive signals S11 to S14, the time constant with the capacitance C0 of the piezoelectric element 1 is increased, and a time margin is created in adjusting the charge amount. The pulse width can be easily adjusted. Except for this anti-resonance point (fr '), the substantial pulse width can be finely adjusted in the same manner by setting the frequency fa to 10 times or more the driving frequency fd. For example, the basic drive frequency fd is 50 kHz, and the frequency fa of the drive signals S11 to S14 is 10 times 500 kHz or more.

再び図４に戻り、先ず１発目の駆動パルスの立ち上がり時刻ｔ１１で、ＭＯＳＦＥＴＱ１，Ｑ４に与える駆動信号Ｓ１１，Ｓ１４は、それぞれローレベルおよびハイレベルのパルスとなって、共にＯＮし、ＭＯＳＦＥＴＱ２，Ｑ３に与える駆動信号Ｓ１２，Ｓ１３は、それぞれローレベルおよびハイレベルのままで、共にＯＦＦし、圧電素子１は１方の極性で僅かに充電される。その後、前記１発目の駆動パルスの立ち下がり時刻ｔ１２で論理が反転し、ＭＯＳＦＥＴＱ２，Ｑ３に与える駆動信号Ｓ１２，Ｓ１３にはそれぞれハイレベルおよびローレベルのパルスが連続して２発与えられ、共にそのパルスタイミングでＯＮし、ＭＯＳＦＥＴＱ１，Ｑ４に与える駆動信号Ｓ１１，Ｓ１４は、それぞれハイレベルおよびローレベルで維持されて、共にＯＦＦし、圧電素子１からは前記一方の極性の電荷が引抜かれ、さらに他方の極性で僅かに充電される。 Returning to FIG. 4 again, first, at the rise time t11 of the first drive pulse, the drive signals S11 and S14 applied to the MOSFETs Q1 and Q4 become low level and high level pulses, respectively, and both are turned on. The drive signals S12 and S13 applied to are kept at the low level and the high level, respectively, and both are turned off, and the piezoelectric element 1 is slightly charged with one polarity. Thereafter, the logic is inverted at the fall time t12 of the first drive pulse, and two high level and low level pulses are successively given to the drive signals S12 and S13 applied to the MOSFETs Q2 and Q3, respectively. The drive signals S11 and S14 that are turned on at the pulse timing and applied to the MOSFETs Q1 and Q4 are maintained at the high level and the low level, respectively, are turned off, and the charge of one polarity is extracted from the piezoelectric element 1. It is slightly charged with the other polarity.

次に、２発目の駆動パルスの立ち上がり時刻ｔ２１で、再びＭＯＳＦＥＴＱ１，Ｑ４に与える駆動信号Ｓ１１，Ｓ１４には、それぞれローレベルおよびハイレベルのパルスが連続して３発与えられ、共にＯＮし、ＭＯＳＦＥＴＱ２，Ｑ３に与える駆動信号Ｓ１２，Ｓ１３は、それぞれローレベルおよびハイレベルで維持され、共にＯＦＦし、圧電素子１からは前記他方の極性の電荷が引抜かれ、さらに１方の極性で僅かに充電される。その後、前記２発目の駆動パルスの立ち下がり時刻ｔ２２で論理が反転し、ＭＯＳＦＥＴＱ２，Ｑ３に与える駆動信号Ｓ１２，Ｓ１３にはそれぞれハイレベルおよびローレベルのパルスが連続して４発与えられ、共にそのパルスタイミングでＯＮし、ＭＯＳＦＥＴＱ１，Ｑ４に与える駆動信号Ｓ１１，Ｓ１４は、それぞれハイレベルおよびローレベルで維持されて、共にＯＦＦし、圧電素子１からは前記他一方の極性の電荷が引抜かれ、さらに他方の極性で僅かに充電される。以後は、同様の動作を繰返し、昇圧駆動が完了し定常駆動に遷移すれば、圧電素子１は図９に示す駆動信号で駆動される。降圧時も同様である。 Next, at the rise time t21 of the second drive pulse, the drive signals S11 and S14 given to the MOSFETs Q1 and Q4 again are given three low level and high level pulses, respectively, and both are turned ON. The drive signals S12 and S13 given to the MOSFETs Q2 and Q3 are maintained at the low level and the high level, respectively, and both are turned off. The electric charge of the other polarity is extracted from the piezoelectric element 1, and the charge is slightly charged with one polarity. Is done. Thereafter, the logic is inverted at the falling time t22 of the second driving pulse, and the driving signals S12 and S13 given to the MOSFETs Q2 and Q3 are each given four consecutive high and low level pulses, The drive signals S11 and S14 that are turned on at the pulse timing and applied to the MOSFETs Q1 and Q4 are maintained at the high level and the low level, respectively, are turned off, and the electric charge of the other polarity is extracted from the piezoelectric element 1, Furthermore, it is slightly charged with the other polarity. Thereafter, the same operation is repeated, and when the step-up driving is completed and transition is made to the steady driving, the piezoelectric element 1 is driven by the driving signal shown in FIG. The same applies to the step-down.

このように構成してもまた、圧電素子１への電荷供給量を調整し、騒音を低減することができる。また、その電荷供給量も、パルス密度によって容易に調整することができる。本実施の形態の駆動回路３１は、前述の図１１で示す駆動回路１１と同様に、各ＭＯＳＦＥＴＱ１〜Ｑ４を、Ｉ／Ｏポートを使用して駆動しているけれども、ハイレベル／ローレベルの切替え周波数を速くし、またタイミングを細かく制御するだけであるので、回路構成としては大きな変更がなく、ソフトウェアの変更などで対応することができる。 Even with this configuration, the amount of charge supplied to the piezoelectric element 1 can be adjusted to reduce noise. The charge supply amount can be easily adjusted by the pulse density. The drive circuit 31 according to the present embodiment drives the MOSFETs Q1 to Q4 using the I / O ports in the same manner as the drive circuit 11 shown in FIG. Since only the frequency is increased and the timing is finely controlled, there is no major change in the circuit configuration, and it can be dealt with by a software change or the like.

なお、本実施の形態でも、図６の等価回路において参照符号Ｒ０で示すように、圧電素子１に直列に電流制限抵抗を挿入し、該圧電素子への充電時間を遅らせるようにしてもよい。これによって、前述の駆動信号Ｓ１１〜Ｓ１４の駆動周波数ｆａを低下させることができ、該駆動化１の負担を軽減することができる。しかしながら、本実施の形態では、圧電素子１への充電電流を細かく制御できるので、図１１の駆動回路１１のように、前記電流制限抵抗Ｒ０を可変抵抗にする必要はない。 In this embodiment, a current limiting resistor may be inserted in series with the piezoelectric element 1 to delay the charging time for the piezoelectric element, as indicated by the reference symbol R0 in the equivalent circuit of FIG. As a result, the drive frequency fa of the drive signals S11 to S14 described above can be reduced, and the burden of the drive 1 can be reduced. However, in the present embodiment, since the charging current to the piezoelectric element 1 can be finely controlled, it is not necessary to make the current limiting resistor R0 variable as in the drive circuit 11 of FIG.

１圧電素子
２ロッド
３被駆動部材
４固定部
１０Ｈブリッジ回路
２１，３１駆動回路
２２，３２制御回路
Ｑ１〜Ｑ４ＭＯＳＦＥＴ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Piezoelectric element 2 Rod 3 Driven member 4 Fixed part 10 H bridge circuit 21, 31 Drive circuit 22, 32 Control circuit Q1-Q4 MOSFET

Claims

振動子の振動を駆動部材に伝え、前記駆動部材に所定の摩擦力で係合している被駆動部材を、前記振動子の伸張時と縮小時との速度差を利用して移動させるアクチュエータの駆動回路において、
前記振動子に駆動パルスを与えるパルス発生回路と、
前記パルス発生回路のパルスを制御する制御回路とを含み、
前記制御回路は、前記パルス発生回路に、前記振動子の系における共振周波数に対して所定数倍の駆動周波数で、かつ所定デューティで規定されるパルス幅のパルスを発生させて、前記所定デューティの駆動パルス出力することで、前記駆動部材と被駆動部材との係合部分に、前記速度差を生じさせる擬似鋸歯状の変位振動を生じさせ、そして、前記被駆動部材の起動時、停止時または間欠駆動時の少なくとも１つにおいて、前記駆動周波数を維持し、かつ前記駆動パルスのレベルが定常駆動時のレベルより小さくなるように、前記所定デューティで規定されるパルス幅よりも短縮したパルス幅のパルスを発生させて、前記所定デューティの駆動パルスを出力することを特徴とするアクチュエータの駆動回路。 An actuator that transmits the vibration of the vibrator to the driving member and moves the driven member engaged with the driving member with a predetermined frictional force by utilizing the speed difference between when the vibrator is extended and when the vibrator is contracted. In the drive circuit,
A pulse generating circuit for applying a driving pulse to the vibrator;
And a control circuit for controlling the pulse of the pulse generating circuit,
Wherein the control circuit comprises a pulse generating circuit, wherein a predetermined multiple of the drive frequency relative to the resonance frequency in the system of the vibrator, and to generate a pulse of the pulse width defined by the predetermined duty, the predetermined duty in also be output from the drive pulse, the engaging portion between the drive and driven members, causing a pseudo sawtooth displacement vibration causing the speed difference, and, at the start of the driven member, stop A pulse that is shorter than the pulse width defined by the predetermined duty so that the drive frequency is maintained and the level of the drive pulse is smaller than the level during steady drive in at least one of time or intermittent drive by generating the width of the pulse, the drive circuit of the actuator, wherein also be output from the drive pulse of the predetermined duty.

前記振動子は超音波振動を行う圧電素子であることを特徴とする請求項１記載のアクチュエータの駆動回路。 The actuator drive circuit according to claim 1, wherein the vibrator is a piezoelectric element that performs ultrasonic vibration.

前記制御回路は、前記短縮したパルス幅の短縮量を、停止時には徐々に大きくさせ、起動時には最大値から徐々に短縮させることを特徴とする請求項１または２記載のアクチュエータの駆動回路。 Wherein the control circuit, the amount of shortening of the shortened pulse width is gradually increased during stops, the drive circuit of the actuator according to claim 1 or 2, wherein the to shorten gradually from a maximum value at the time of startup.

前記制御回路は、前記所定デューティで規定されるパルス幅のパルスを複数の微細パルスで構成させ、前記短縮したパルス幅の短縮を、前記微細パルスの密度を変化させることで行うことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のアクチュエータの駆動回路。 Wherein the control circuit includes a means performs a pulse having a pulse width defined by the front Symbol predetermined duty is composed of a plurality of fine pulses, the shortening of the shortened pulse width, by varying the density of the fine pulse The actuator drive circuit according to any one of claims 1 to 3.

前記微細パルスの周波数が、前記振動子の系における***振周波数または前記共振周波数の１０倍以上に設定されることを特徴とする請求項４記載のアクチュエータの駆動回路。 5. The actuator drive circuit according to claim 4, wherein the frequency of the fine pulse is set to 10 times or more of an anti-resonance frequency in the vibrator system or the resonance frequency.

前記パルス発生回路はＨブリッジ回路から成り、前記制御回路は、そのＨブリッジ回路における半導体スイッチ素子を駆動することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のアクチュエータの駆動回路。 6. The actuator drive circuit according to claim 1, wherein the pulse generation circuit includes an H-bridge circuit, and the control circuit drives a semiconductor switch element in the H-bridge circuit. 7.

前記請求項１〜６のいずれか１項に記載のアクチュエータの駆動回路と、
所定の方向に振動する前記振動子と、
前記振動子の振動方向の一端に取付けられて該振動子により前記振動方向に変位駆動される駆動部材と、
前記駆動部材に所定の摩擦力で係合している被駆動部材とを備えることを特徴とする超音波リニアアクチュエータ。
The actuator drive circuit according to any one of claims 1 to 6,
The vibrator oscillating in a predetermined direction;
A drive member attached to one end of the vibration direction of the vibrator and driven to be displaced in the vibration direction by the vibrator;
An ultrasonic linear actuator comprising: a driven member engaged with the driving member with a predetermined frictional force.