JPH1189255A - 振動アクチュエータの駆動装置 - Google Patents

振動アクチュエータの駆動装置

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JPH1189255A
JPH1189255A JP9235975A JP23597597A JPH1189255A JP H1189255 A JPH1189255 A JP H1189255A JP 9235975 A JP9235975 A JP 9235975A JP 23597597 A JP23597597 A JP 23597597A JP H1189255 A JPH1189255 A JP H1189255A
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JP
Japan
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signal
driving
phase
vibration actuator
actuator
Prior art date
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JP9235975A
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English (en)
Inventor
Tsunemi Gonda
常躬 権田
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Nikon Corp
Original Assignee
Nikon Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 振動アクチュエータの微少駆動または間欠駆
動を容易かつ安価な構成で実現する振動アクチュエータ
の駆動装置を提供すること。 【解決手段】振動アクチュエータ1の弾性体101に接
合された圧電素子102と圧電素子103に位相の異な
る複数の駆動周波信号を印加して駆動し、位相が同一ま
たは逆相の関係にある複数の駆動周波信号を印加してそ
の駆動を停止する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、振動アクチュエー
タを駆動する駆動装置に関する。
【0002】
【従来の技術】弾性体の表面に例えば圧電素子を接合
し、この圧電素子に一定の周波数を有する駆動電圧を印
加することにより弾性体に複数の振動モードを調和的に
発生させ、弾性体表面に物理的な楕円運動を発生させる
ことにより、弾性体に加圧接触される相対運動部材を駆
動する振動アクチュエータが知られている。この種の振
動アクチュエータにおいて、超音波の振動域を利用した
ものを超音波振動アクチュエータあるいは超音波モータ
とも呼ばれている。
【0003】上記振動アクチュエータを駆動する駆動装
置の一般的な構成を図5に示す。図5において、振動ア
クチュエータ201を駆動する駆動装置は、振動アクチ
ュエータ201の共振周波数近傍の駆動周波数を有する
sin(正弦)波信号を発振する発振器202と、発振
器202からのsin波信号から90゜位相が遅れたc
os(余弦)波信号を生成する移相器203と、移相器
203のcos波信号を反転させて−cos波信号を生
成する反転器204と、振動アクチュエータ201の駆
動方向を規定すべくcos波信号と−cos波信号を切
り換えるための切換器205と、sin波信号および±
cos波信号を振動アクチュエータ201の駆動レベル
まで増幅する増幅器206、207とから構成される。
増幅器206で増幅されたsin波信号はA相信号とし
て振動アクチュエータの一つの圧電素子に供給され、増
幅器207で増幅された±cos波信号のいずれかはB
相信号として振動アクチュエータの他の一つの圧電素子
に供給されて振動アクチュエータ201が駆動される。
【0004】上記のような駆動装置において、振動アク
チュエータ201を微少駆動または間欠(Steppi
ng)駆動させる場合は、図6(a)に示すように駆動
信号の供給を時間で制限するバースト信号による駆動が
提案されている。しかし、このようなバースト信号によ
る駆動の場合は、バーストの周期が音波帯域になり摺動
部等における発音(騒音)の問題が発生する。その消音
対策としては、図6(b)に示すようなガウシャン波
や、図6(c)に示すような振幅変調波による提案も同
時になされている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかし、これらのガウ
シャン波や振幅変調波を得るには複雑な構成が必要とな
り、駆動装置が大がかりとなりコストが上昇するという
問題が発生していた。
【0006】本発明の目的は、振動アクチュエータの微
少駆動または間欠駆動を容易かつ安価な構成で実現する
振動アクチュエータの駆動装置を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】実施の形態を示す図1お
よび図2に対応づけて本発明を説明する。上記目的を達
成するために、請求項1の発明は、弾性体101と該弾
性体101に接合されて該弾性体101に複数の振動を
発生させる複数の駆動用電気機械変換素子102、10
3とを有して複数の振動により駆動力を得る振動子と、
振動子に加圧接触されて駆動力により振動子との間で相
対運動を行なう相対運動部材106とを備えた振動アク
チュエータを駆動する振動アクチュエータの駆動装置に
適用され、複数の駆動用電気機械変換素子102、10
3に、位相の異なる複数の周波信号を印加する場合と位
相が同一の複数の周波信号を印加する場合とを択一的に
行うことにより、該相対運動の速度を制御する制御回路
7、8、9を備えるようにしたものである。請求項2の
発明は、弾性体101と該弾性体101に接合されて該
弾性体101に複数の振動を発生させる複数の駆動用電
気機械変換素子102、103とを有して複数の振動に
より駆動力を得る振動子と、振動子に加圧接触されて駆
動力により振動子との間で相対運動を行なう相対運動部
材106とを備えた振動アクチュエータを駆動する振動
アクチュエータの駆動装置に適用され、複数の駆動用電
気機械変換素子102、103に、位相の異なる複数の
周波信号を印加する場合と位相が逆相の関係にある複数
の周波信号を印加する場合とを択一的に行うことによ
り、該相対運動の速度を制御する制御回路7、8、9を
備えるようにしたものである。
【0008】なお、上記課題を解決するための手段およ
び作用の項では、分かりやすく説明するため実施の形態
の図と対応づけたが、これにより本発明が実施の形態に
限定されるものではない。
【0009】
【発明の実施の形態】図1〜図4を使用して本発明の実
施の形態を説明する。図1は、本発明の振動アクチュエ
ータの駆動装置により駆動される振動アクチュエータの
概略構成を説明する斜視図である。図1において、振動
アクチュエータ1は、弾性体101の表面に2個の圧電
素子102、103が接着接合されている。そして、こ
の圧電素子102、103に位相の異なる駆動電圧を印
加することにより弾性体101に複数の振動モードを調
和的に発生させ、駆動力取り出し部104、105に物
理的な楕円運動を発生させ、この駆動力取り出し部10
4、105に不図示の付勢部材により加圧接触される相
対運動部材106を相対運動させて駆動するものであ
る。弾性体101には振動状態をモニタする振動モニタ
用圧電素子107、108も接着接合されている。弾性
体101と、圧電素子102、103と、駆動力取り出
し部104、105と、振動モニタ用圧電素子107、
108とを総合して振動子ともいう。以上の動作原理は
公知であるので詳細な説明は省略する(例えば特開平8
−184769号公報を参照)。
【0010】図2は、図1の振動アクチュエータ1を駆
動する本発明による駆動装置の実施の形態の構成図であ
る。図2の駆動装置は、電圧制御発振器(以下VCOと
言う)2と、移相器3と、イクスクルーシブOR(EX
OR)ゲート4と、増幅器5、6と、分周器7と、切換
回路8、9とから構成される。
【0011】VCO2は、入力電圧により発振周波数が
制御された周波数の矩形波を出力する。移相器3は、V
CO2からの信号S1をそれぞれお互いにπ/2位相が
ずれた2個の信号S2、S3を出力する。図3は移相器
3における信号S1、S2、S3の関係を示す図であ
る。移相器3の具体的な構成は、例えば2個のDタイプ
フリップフロップをたすきがけに接続することにより実
現することができるが、公知な内容であるので詳細な説
明は省略する。イクスクルーシブORゲート4は、不図
示の制御回路から送られてくる信号R/Lにより移相器
3からの信号S3を反転させるかしないかを制御する。
すなわち、信号S2に対して信号S3の位相をπ/2ず
らせるか−π/2ずらせるかを決定し、振動アクチュエ
ータ1の駆動方向を決めるものである。増幅器5、6
は、移相器3および切換回路9からの出力信号を振動ア
クチュエータ1の駆動レベルまで増幅する。増幅された
信号は増幅器5からはA相信号として増幅器6からはB
相信号として振動アクチュエータ1の圧電素子102、
103に印加される。分周器7は、VCO2からの信号
を分周し所定の周期の信号を出力する。切換回路8、9
は、B相信号としての信号を信号S2とするか、あるい
は信号S3とするかを切り換えるための切換回路であ
る。
【0012】図4は、B相信号が選択される様子を説明
するタイミングチャートである。以下図2および図4を
参照してB相信号が選択される様子を説明する。図2に
おいて、信号R/Lはロー信号となっているものとし、
イクスクルーシブORゲート4からは信号S3が反転さ
れないで出力されるものとする。分周器7は、VCO2
からの信号を分周して例えば図4の信号S4の周期の信
号を出力する。この信号S4の周期は、以下に説明する
間欠駆動の周期となる。信号S4がハイの時(t0〜t
1)は、切換回路8ではゲートG2側が選択され、信号
S5は信号S3と同一の信号となる。信号S4がローの
時(t1〜t2)は、ゲートG1側が選択され信号S5
は信号S2と同一の信号となる。
【0013】切換回路9に入力される信号C/Sは、連
続(Continuous)モードと間欠(Stepp
ing)モードとを選択する信号である。信号C/Sが
ローの時は間欠モードであり、切換回路9ではゲートG
3側が選択される。ゲートG3側が選択されると、信号
S6は信号S5と同一の信号(S6−1)となる。信号
C/Sがハイの時は連続モードであり、切換回路9では
ゲートG4側が選択される。ゲートG4側が選択される
と、信号S6はイクスクルーシブORゲート4の出力と
同一の信号すなわち信号S3と同一の信号となる。
【0014】今、信号C/Sがローであると考えると、
振動アクチュエータ1にはB相信号として信号S6−1
(図4)が増幅器6を経由して印加される。また、A相
信号としては信号S2が増幅器5を経由して印加され
る。この時、t0〜t1間においては、信号S2と信号
S6−1は位相が90度異なるので、図1の駆動力取り
出し部104、105には物理的な楕円運動が生成さ
れ、この駆動力取り出し部104、105に加圧接触さ
れる相対運動部材106が所定の駆動力および駆動速度
で駆動される。
【0015】t1〜t2においては、信号S2と信号S
6−1は同位相であるため、駆動力取り出し部104、
105には楕円運動は発生せず上下運動あるいは実質的
に上下運動のみとみなせるような近似な運動が生じる。
これにより、相対運動部材106は楕円運動のように送
り出されることはなくその位置で上下運動のみを行い、
送り出し方向(駆動方向)には実質停止することにな
る。t2以降はt0〜t1と同様に相対運動部材106
の駆動(送り出し)が再びなされる。
【0016】信号C/Sがハイの場合は、振動アクチュ
エータ1にはB相信号として信号S6−2が増幅器6を
経由して印加される。この場合は、信号S6−2はA相
信号としての信号S2と常に位相が90度異なるので、
相対運動部材106は連続して駆動される。
【0017】このようにして、振動アクチュエータ1へ
印加するA相信号とB相信号の位相を、所定の間隔で同
一位相にしたり90度異なる位相にしたりして間欠駆動
を行い微少駆動を実現している。これにより、間欠駆動
の駆動装置が簡単に構成できまたコストも低減される。
さらに、相対運動部材106が駆動方向に停止している
場合も、駆動力取り出し部104、105は上下運動を
行っているため、駆動停止時あるいは駆動開始時の騒音
の発生が低減される。
【0018】上記実施の形態では、A相信号とB相信号
の位相を同相にすることにより、駆動力取り出し部の運
動を上下運動のみとして、相対運動部材の駆動を停止し
ているが、この相対運動部材の停止は必ずしも完全に停
止する必要はない。電気的な信号をほぼ正確に同相にし
ても、振動アクチュエータの構成や弾性体の状態などに
よって必ずしも駆動方向の運動成分がゼロにならない場
合がある。しかし、このような場合であっても、90度
位相が異なる信号を印加している場合と同相の信号を印
加している場合において相対的な駆動速度差が十分あれ
ば実用上問題はない。
【0019】上記実施の形態では、A相信号とB相信号
の位相を同相にすることにより、相対運動部材の駆動を
停止しているが、A相信号とB相信号の位相を逆相とし
てもよい。なお、位相が逆相とは位相が180度(π)
異なることを言うが、本明細書では「位相が異なる」と
表現した場合には位相が180度異なる場合すなわち位
相が反転している場合を含まないものとする。
【0020】上記実施の形態では、分周器7により間欠
駆動の周期や間欠駆動時間を設定しているが、分周器の
使用に限定する必要はない。任意の周期が設定できまた
ハイの時間も任意に設定できる発振回路やコンピュータ
制御などを使用してもよい。このようにすることによ
り、必要に応じた精度の高い間欠駆動を実現することが
できる。また、本発明は周期的な間欠駆動に限定する必
要はない。任意に停止させたり駆動させたりするときに
も本発明は適用することができる。
【0021】上記実施の形態では、リニア型振動アクチ
ュエータについて説明をしたが、リニア型振動アクチュ
エータに限定する必要はない。回転型振動アクチュエー
タ(ロッド型振動アクチュエータ)にも本発明は適用す
ることができる。すなわち、本発明は、異なる位相の電
気信号を駆動用電気機械変換素子に印加して駆動する振
動アクチュエータ全般に適用することができる。
【0022】
【発明の効果】本発明は、次のような効果を奏する。請
求項1の発明は、位相の異なる複数の周波信号を印加す
る場合と位相が同一の複数の周波信号を印加する場合と
を択一的に行うことにより、相対運動部材の相対運動の
速度を制御しているので、この制御を間欠駆動(または
微少駆動)に応用した場合、間欠駆動の駆動装置が簡単
に安価に構成できる。また、駆動停止時あるいは駆動開
始時の騒音の発生が低減される。請求項2の発明は、位
相の異なる複数の周波信号を印加する場合と位相が逆相
の関係にある複数の周波信号を印加する場合とを択一的
に行うことにより、相対運動部材の相対運動の速度を制
御しているので、上記と同様の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の振動アクチュエータの駆動装置により
駆動される振動アクチュエータの概略構成を説明する斜
視図である。
【図2】本発明による駆動装置の実施の形態の構成図で
ある。
【図3】移相器3における信号S1、S2、S3の関係
を示す図である。
【図4】B相信号が選択される様子を説明するタイミン
グチャートである。
【図5】従来の振動アクチュエータの駆動装置の一般的
な構成を示す図である。
【図6】従来のバースト信号、ガウシャン波、変調波を
示す図である。
【符号の説明】
1 振動アクチュエータ 2 電圧制御発振器(VCO) 3 移相器 4 イクスクルーシブOR(EXOR)ゲート 5、6 増幅器 7 分周器 8、9 切換回路 101 弾性体 102、103 圧電素子 104、105 駆動力取り出し部 106 相対運動部材 107、108 振動モニタ用圧電素子

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】弾性体と該弾性体に接合されて該弾性体に
    複数の振動を発生させる複数の駆動用電気機械変換素子
    とを有して前記複数の振動により駆動力を得る振動子
    と、前記振動子に加圧接触されて前記駆動力により前記
    振動子との間で相対運動を行なう相対運動部材とを備え
    た振動アクチュエータを駆動する振動アクチュエータの
    駆動装置において、 前記複数の駆動用電気機械変換素子に、位相の異なる複
    数の周波信号を印加する場合と位相が同一の複数の周波
    信号を印加する場合とを択一的に行うことにより、前記
    相対運動の速度を制御する制御回路を備えることを特徴
    とする振動アクチュエータの駆動装置。
  2. 【請求項2】弾性体と該弾性体に接合されて該弾性体に
    複数の振動を発生させる複数の駆動用電気機械変換素子
    とを有して前記複数の振動により駆動力を得る振動子
    と、前記振動子に加圧接触されて前記駆動力により前記
    振動子との間で相対運動を行なう相対運動部材とを備え
    た振動アクチュエータを駆動する振動アクチュエータの
    駆動装置において、 前記複数の駆動用電気機械変換素子に、位相の異なる複
    数の周波信号を印加する場合と位相が逆相の関係にある
    複数の周波信号を印加する場合とを択一的に行うことに
    より、前記相対運動の速度を制御する制御回路を備える
    ことを特徴とする振動アクチュエータの駆動装置。
JP9235975A 1997-09-01 1997-09-01 振動アクチュエータの駆動装置 Pending JPH1189255A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7960895B2 (en) 2007-05-07 2011-06-14 Panasonic Corporation Drive unit
JP2012110228A (ja) * 2012-03-07 2012-06-07 Panasonic Corp 駆動装置
US11394320B2 (en) 2018-10-30 2022-07-19 Seiko Epson Corporation Control method for piezoelectric drive device, piezoelectric drive device, robot, and printer

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