JP5760748B2 - 圧電アクチュエーターの駆動方法、及び、駆動ユニット - Google Patents
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Description
そこで本発明は、被駆動体の駆動の最適化を図ることを目的とする。
圧電素子に駆動信号が供給されることに基づいて振動する振動体を備え、前記振動体の振動を被駆動体に伝えて前記被駆動体を駆動させる圧電アクチュエーターの駆動方法であって、
前記被駆動体の駆動方向と交差する方向に前記振動体を伸縮させる第1振動モードと、
前記被駆動体の駆動方向に前記振動体を屈曲させる第2振動モードであって、前記第1振動モードとは独立した第2振動モードと、
を同時に実行し、
前記被駆動体の駆動を加速又は減速させる場合には、前記被駆動体を定速で駆動させる場合よりも、前記第1振動モードの振動の振幅を大きくし、且つ、前記第2振動モードの振動の振幅を小さくする、
ことを特徴とする圧電アクチュエーターの駆動方法である。
前記被駆動体の駆動方向と交差する方向に前記振動体を伸縮させる第1振動モードと、
前記被駆動体の駆動方向に前記振動体を屈曲させる第2振動モードであって、前記第1振動モードとは独立した第2振動モードと、
を同時に実行し、
前記被駆動体の駆動を加速又は減速させる場合には、前記被駆動体を定速で駆動させる場合よりも、前記第1振動モードの振動の振幅を大きくし、且つ、前記第2振動モードの振動の振幅を小さくする、
ことを特徴とする圧電アクチュエーターの駆動方法が明らかとなる。
このような駆動方法によれば、被駆動体の駆動をより確実に制御できる。
このような駆動方法によれば、被駆動体と振動体(当接部)の滑りを抑制しつつ駆動速度を変えることができる。
このような駆動方法によれば、異常振動の発生を抑制することができる。
≪駆動ユニットの構成について≫
図1は、本実施形態における圧電アクチュエーターを用いた駆動ユニットの概略構成図である。また、図2は、本実施形態における圧電アクチュエーター付近の側面図である。なお、図2では、便宜上、後述する固定部材25の図示を省略している。本実施形態の駆動ユニットは、例えばマイクロポンプや携帯型機器などの機器を駆動するためのユニットである。
圧電アクチュエーター20は、圧電素子21、22、補強板23、当接部24、及び固定部材25を有している。
本実施形態の制御部200は、駆動信号生成部100で生成される駆動信号に基づいて振動体を長手方向及び幅方向に振動させ、当接部24を楕円運動させる。そして、この楕円運動の際に、当接部24をローター30に当接させてローター30を回転させる。なお、制御部200は、ローター30の回転させる際に、停止状態から所定速度まで加速する加速域、所定速度を維持する定速域、及び、所定速度から停止状態まで減速する減速域、を有する速度プロファイルに基づいて回転するように制御を行う。以下の説明において加速域と減速域をまとめて加減速域ともいう。
図3Aは縦振動モードの簡略説明図である。制御部200が第1駆動信号を圧電素子21の第1電極26に供給すると、長手方向に沿って振動体が伸縮する縦振動モードの振動が励起される。この振動の振幅は、第1電極26に供給される第1駆動信号の電圧振幅に依存する。すなわち、第1駆動信号の電圧振幅が大きいほど縦振動モードの振動の振幅(以下、単に縦振動モードの振幅ともいう)が大きくなり、逆に、第1駆動信号の電圧振幅が小さいほど縦振動モードの振幅が小さくなる。
図3Bは屈曲振動モードの説明図である。制御部200が第2駆動信号を圧電素子21の1対の第2電極27に供給すると、各第2電極27はそれぞれ長手方向に伸縮する。すなわち第2電極27の部分では縦振動モードの振動が起こる。一方、第3電極28の部分では縦振動モードの振動が起こらないため、振動体の長手方向の中心線に沿ってアンバランスな状態となる。これにより、図3Bに示すように、振動体には、長手方向に直交する方向(幅方向)に屈曲する屈曲振動モードの振動が励起される。この振動の振幅は、第2駆動信号の電圧振幅に依存する。すなわち、第2駆動信号の電圧振幅が大きいほど屈曲振動モードの振動の振幅(以下、単に屈曲振動モードの振幅ともいう)が大きくなり、逆に、第2駆動信号の電圧振幅が小さいほど屈曲振動モードの振幅が小さくなる。
図4は、ローター30を回転させる際の当接部24の運動(楕円運動)の説明図である。また、図5は、楕円の軌跡の説明図である。
もし仮に、ローター30の回転速度に関係なく、図4に示す楕円と同一形状の楕円の軌道でローター30を駆動させるとする。この場合、ローター30を安定して回転させることができない可能性がある。
図6は本実施形態の駆動方法の説明図である。図6Aは加減速域における楕円軌道の一例を示し、図6Bは定速域における楕円軌道の一例を示している。
上記の実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に、本発明にはその等価物が含まれることは言うまでもない。
前述した実施形態の圧電アクチュエーターでは、駆動の対象物(被駆動体)がローター30であったので、当接部24によってローター30を回転するようにしていたが、これには限らない。例えば平板形状の被駆動体に当接部24を当接させることによって、該被駆動体を直線的に駆動するようにしてもよい。
前述した実施形態において振動体は、圧電素子21、22及び補強板23で構成されていたが、これには限らない。例えば、補強板23の一方の面に圧電素子を設けて振動体を構成してもよい。あるいは、補強板23を用いずに圧電素子だけで振動体を構成するようにしてもよい。ただし、この場合、撓みが生じやすくなるおそれがある。また、例えば、落下したときや、螺子止めの際に、割れてしまうおそれがある。本実施形態のように補強板23を圧電素子21、22で挟むような構成すると、固定を確実に行うことができるとともに、強度を高めることができ、割れの発生のおそれを軽減できる。
前述した実施形態では、第1駆動信号および第2駆動信号は共に駆動信号生成部100で生成されていたが、これには限られない。例えば、駆動信号生成部を複数設けて第1駆動信号および第2駆動信号をそれぞれ別に生成してもよい。なお、その場合もローター30の回転速度の検出結果に応じて各駆動信号の波形をそれぞれ調整するようにすればよい。
前述した実施形態では、ローター30を一方向(反時計回り方向)のみに回転させていたが、両方向に回転するようにしてもよい。例えば、対角線上の一対の第3電極28の箇所にも一対の第2電極27と同様の電極を設け、第2駆動信号を供給する第2電極27の対の組み合わせをスイッチ等で切り替えることで、ローター30を反時計回り方向と時計回り方向に回転方向を切り替えるようにしてもよい。
前述した実施形態では、回転速度検出部300を設けることによりローター30の回転速度を検出していたが、ローター30の回転速度を検出しなくてもよい。例えば、位相検出用の第3電極28の検出結果からローター30の回転速度を推定し、その推定結果に基づいて振動体の振動の制御を行うようにしてもよい。
前述した実施形態では、縦振動モードの振幅をローター30の回転速度に応じて変えていたが、段階的に変えてもよい。例えば、ローター30が動きだすとき(振幅大)と、定速域などローター30回転がしているとき(振幅小)の2段階に変えるようにしてもよい。
24 当接部、25 固定部材、
26 第1電極、27 第2電極、28 第3電極、
30 ローター、31 回転軸、
100 駆動信号生成部、200 制御部、
210 第1波形調整部、220 第2波形調整部、
300 回転速度検出部
Claims (8)
- 圧電素子を有する振動体を備え、前記振動体の振動を被駆動体に伝えて前記被駆動体を駆動させる圧電アクチュエーターの駆動方法であって、
前記振動体が、前記被駆動体の駆動方向と交差する方向に前記振動体を伸縮させる第1振動モードと、前記被駆動体の駆動方向に前記振動体を屈曲させる第2振動モードであって、前記第1振動モードとは独立した第2振動モードと、で同時に振動し、
前記被駆動体の駆動を加速又は減速させる場合には、前記被駆動体を定速で駆動させる場合よりも、前記第1振動モードの振動の振幅を大きくし、且つ、前記第2振動モードの振動の振幅を小さくする、
ことを特徴とする圧電アクチュエーターの駆動方法。 - 請求項1に記載の圧電アクチュエーターの駆動方法であって、
前記被駆動体の駆動速度を検出し、当該駆動速度の検出結果に応じて、前記第1振動モードの振動の振幅、及び、前記第2振動モードの振動の振幅をそれぞれ変更する、
ことを特徴とする圧電アクチュエーターの駆動方法。 - 請求項2に記載の圧電アクチュエーターの駆動方法であって、
前記第2振動モードの振動の振幅は、前記駆動速度に依存するように変更する
ことを特徴とする圧電アクチュエーターの駆動方法。 - 請求項1〜3の何れかに記載の圧電アクチュエーターの駆動方法であって、
前記被駆動体の駆動を加速又は減速させるときの前記第1振動モードの振動の振幅は、所定値以下である
ことを特徴とする圧電アクチュエーターの駆動方法。 - 圧電素子を有し、前記圧電素子に駆動信号が供給されることに基づいて振動する振動体と、前記振動を被駆動体に伝える伝達部とを備えた、圧電アクチュエーターと、
前記駆動信号を前記圧電アクチュエーターに供給する駆動部と、
を備え、
前記駆動部は、前記振動体を前記被駆動体の駆動方向と交差する方向に伸縮させる第1振動モードで振動させるための第1駆動信号と、前記振動体を前記被駆動体の駆動方向に前記振動体を屈曲させる第2振動モードで振動させるための第2駆動信号とを、同時に供給し、前記被駆動体の駆動を加速又は減速させる場合には、前記被駆動体を定速で駆動させる場合よりも、大きい振幅の前記第1駆動信号を供給し、且つ、小さい振幅の前記第2駆動信号を供給する、
ことを特徴とする駆動ユニット。 - 請求項5に記載の駆動ユニットであって、
前記被駆動体の駆動速度を検出する速度検出部をさらに備え、
前記駆動部は、前記駆動速度の検出結果に応じて振幅が変更された、前記第1駆動信号、及び、前記第2駆動信号を供給する、
ことを特徴とする駆動ユニット。 - 請求項6に記載の駆動ユニットであって、
前記駆動部は、前記駆動速度に依存するように振幅が変更された、前記第2駆動信号を供給する、
ことを特徴とする駆動ユニット。 - 請求項5〜7の何れかに記載の駆動ユニットであって、
前記駆動部は、前記被駆動体の駆動を加速又は減速させるときには、所定値以下の振幅の前記第1駆動信号を供給する、
ことを特徴とする駆動ユニット。
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