JPH1198864A - 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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JPH1198864A
JPH1198864A JP9259771A JP25977197A JPH1198864A JP H1198864 A JPH1198864 A JP H1198864A JP 9259771 A JP9259771 A JP 9259771A JP 25977197 A JP25977197 A JP 25977197A JP H1198864 A JPH1198864 A JP H1198864A
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JP
Japan
Prior art keywords
driving
vibration actuator
vibrator
driving force
relative motion
Prior art date
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Pending
Application number
JP9259771A
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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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  • General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 簡単かつ安価な構成で、効率良くスムーズで
かつ確実な起動および停止が可能な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を起動するとき、周波
信号が印加される電気機械変換素子の数を順次増加させ
るように制御し、振動アクチュエータの駆動を停止する
とき、その印加している電気機械変換素子の数を順次減
少させるように制御する。

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起動する場合、
起動周波数を定格周波数よりも高い周波数で起動させた
後に、定格周波数付近まで周波数を下げて掃引する方法
がしばしば用いられている。これは、起動時は相対運動
部材と振動子間の相対速度差が大きいために滑りが生じ
始動がしにくいために、相対速度差が小さい高い周波数
で起動し、起動後に低い周波数にシフト(速度を上げ
る)させ、スムーズな起動を図っているものである。言
い換えると、振動子の駆動力取り出し部の楕円運動の振
幅を小さく起動し、徐々に振幅を大きくすることであ
る。例えば、特開昭59−156168号公報を参照。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ように駆動周波数を掃引するためには、周波数可変発振
器が必要となり、コストアップおよび駆動装置が複雑と
なる問題が生じる。また、その制御を誤ると共振周波数
を乗り越え(通り過ぎる)て起動不能に陥るという問題
も有する。
【0005】本発明の目的は、簡単かつ安価な構成で、
効率良くスムーズでかつ確実な起動および停止が可能な
振動アクチュエータの駆動装置を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】実施の形態を示す図1、
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に印
加する周波信号であって相対運動が所定の速度となるよ
うに設定された所定の周波数の周波信号を生成する駆動
信号生成回路と、該振動アクチュエータを起動すると
き、周波信号が印加される電気機械変換素子の数を順次
増加させるように制御する制御回路とを備えるものであ
る。請求項2の発明は、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に印加する
周波信号であって相対運動が所定の速度となるように設
定された所定の周波数の周波信号を生成する駆動信号生
成回路と、該振動アクチュエータの駆動を停止すると
き、周波信号が印加されている電気機械変換素子の数を
順次減少させるように制御する制御回路とを備えるもの
である。
【0007】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。
【0008】
【発明の実施の形態】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4個の圧電
素子C1、C2、C3、C4が接着接合され、この圧電
素子C1〜C4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
させる。例えば、圧電素子C1、C3に正弦(sin)
波信号を印加し、圧電素子C2、C4に位相がπ/2異
なる余弦(cos)波信号を印加し、L1−B4の振動
モードを発生させる。L1−B4の振動モードとは、図
2に示すように、1次の縦振動L1と4次の屈曲振動B
4の定在波が発生するモードである。これにより、駆動
力取り出し部102、103には物理的な楕円運動が発
生し、この駆動力取り出し部102、103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104を相
対運動させて駆動する。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も接着接合されるが図示
を省略する。弾性体101と、圧電素子C1〜C4、駆
動力取り出し部106、107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)。
【0009】図3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3の駆動装置は、発振器2と、移相器3と、切換
スイッチ4、5、6、7と増幅器8、9、10、11
と、コントローラ12とから構成される。
【0010】発振器2は所定の周波数の信号を出力す
る。移相器3は、発振器2からの信号を受けて、それぞ
れお互いにπ/2位相がずれた正弦波信号と余弦波信号
を出力する。移相器3からの正弦波信号は、切換スイッ
チ4、6に接続され、余弦波信号は切換スイッチ5、7
に接続される。増幅器8〜11は、切換スイッチ4〜7
からの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。増幅された信号は振動アクチュエータ1の各圧
電素子C1〜C4に印加される。
【0011】コントローラ12は、マイクロプロセッサ
および周辺素子からなり切換スイッチ4〜7のスイッチ
ングを制御する。切換スイッチ4〜7は半導体スイッチ
などにより構成され、コントローラ12からの信号を受
けて接点をオン(閉)オフ(開)する。発振器2および
移相器3からは常に信号が出力されているが、切換スイ
ッチ4〜7のオンオフにより振動アクチュエータ1の圧
電素子C1〜C4への駆動信号の供給をオンオフして振
動アクチュエータ1の駆動を制御する。
【0012】切換スイッチ4〜7がすべてオフのときは
振動アクチュエータ1の各圧電素子C1〜C4には駆動
信号が供給されず振動アクチュエータ1は停止状態であ
る。次に、振動アクチュエータ1の駆動を開始すると
き、切換スイッチ4から順次切換スイッチ5、切換スイ
ッチ6、切換スイッチ7と一定の時間間隔(例えば数1
0ms)でオンしていく。すなわち、まず圧電素子C1
に正弦波信号を供給し、一定時間経過後に圧電素子C2
に余弦波信号を供給し、さらに一定時間経過後に圧電素
子C3に正弦波信号を供給し、さらに一定時間経過後に
圧電素子C4に余弦波信号を供給する。このようにし
て、駆動信号を供給する圧電素子の数を順次増やすこと
により、駆動力取り出し部102、103の楕円運動の
振幅を増やしていき、相対運動部材104と駆動力取り
出し部102、103間の相対速度差を小さくし滑りを
最小にしながら駆動を開始する。これにより相対運動部
材104は図1の矢印A方向に移動し始めて徐々に駆動
速度を上げ、最終的に所定の駆動速度に達し、効率良く
スムーズでかつ確実な起動(駆動の開始)がなされる。
また、発振器2も周波数可変の発振器としなくてもよく
コストダウンが図れる。
【0013】次に、振動アクチュエータ1の駆動を停止
する場合には、上記駆動開始時とは逆に切換スイッチ7
から順次一定時間間隔でオフをしていく。これにより、
同様に効率良くスムーズでかつ確実な停止がなされる。
【0014】このようなスムーズな起動および停止は、
確実な起動停止の効果に加えてさらに振動アクチュエー
タ1を構成する各部品に過度な負荷をかけず、部品寿命
を長くすることができる。また騒音防止にも効果があ
る。
【0015】上記では、振動アクチュエータ1の停止状
態から、圧電素子C1〜C4に順次駆動信号を供給して
起動し、最終的に所定の駆動速度に達して駆動する場合
を説明した。しかし、圧電素子C1〜C4をすべて使用
しないで、例えば、圧電素子C1、C2のみを順次オン
するようにして微少駆動することも可能である。この場
合の圧電素子の組み合わせはC3、C4のみでもよい
し、他の組み合わせでもよい。
【0016】上記実施の形態では、振動アクチュエータ
1の駆動方向は一方向で説明を行ったが、例えば移相器
3からの余弦波信号を負の余弦波(−cos)信号とす
ることにより逆方向の駆動が可能となる。逆方向の駆動
であっても、上記のように圧電素子C1〜C4への駆動
信号の供給をずらすことにより、効率良くスムーズでか
つ確実な起動停止が可能となる。
【0017】なお、弾性体に発生する振動の振幅は、圧
電素子に駆動信号が供給された側の方が大きくなる。そ
のため、駆動方向に応じて駆動信号の供給の順序を切り
換えた方が、駆動方向ごとの動きの差を小さくすること
ができ好ましい。つまり、図1中、矢印A方向に駆動す
るときは駆動信号の供給順序を圧電素子C1から順次C
2、C3、C4とし、矢印B方向に駆動するときは駆動
信号の供給順序を圧電素子C4から順次C3、C2、C
1とすればよい。このような供給順序は、コントローラ
12が駆動方向に応じて供給順序を切り換えるように構
成すれば実施できる。
【0018】また、駆動信号の供給順序は、これまで説
明した形態に限定されるものではない。例えば、図1
中、矢印A方向に駆動するときでも、駆動信号の供給順
序を先の順序とは逆に圧電素子C4から順次C3、C
2、C1としてもよい。また、圧電素子の配置順に順次
供給する代わりにランダムな順序で供給しても良い。本
発明においては、複数の圧電素子に駆動信号を一時に供
給しない方法であれば、適用される条件に応じて各種の
組み合わせが考えられる。このことは、振動アクチュエ
ータ1を停止させる場合も同様である。
【0019】また、振動アクチュエータの構成が例えば
6枚の圧電素子を張り付けL1−B6振動モードの振動
アクチュエータであっても本発明の内容は適用できる。
また、2枚の圧電素子でL1−B2振動モードであって
も適用できる。また、図1の振動アクチュエータはリニ
ア型振動アクチュエータであるが、回転型振動アクチュ
エータにも適用できる。また、上記実施の形態では、定
在波型の振動アクチュエータで説明をしたが、進行波型
の振動アクチュエータであってもよい。すなわち、本発
明の内容は、複数の圧電素子により駆動する振動アクチ
ュエータ全般に適用できる。
【0020】図3の構成では、切換スイッチの扱う信号
が低電圧の方が部品の選定等容易であるため、切換スイ
ッチを前段にし増幅器を後段にしているが、これに限定
する必要はない。例えば、正弦波信号および余弦波信号
にそれぞれ一つずつの増幅器を設け、その後段に切換ス
イッチを設けて各圧電素子への駆動信号の供給を制御す
るようにしてもよい。また、切換スイッチは半導体スイ
ッチに限定されるものではなく、電磁リレー等を用いる
こともできる。また、各圧電素子に供給される駆動信号
は、正弦波信号と余弦波信号の組み合わせに限定される
ものではない。互いの基本波の位相が異なれば(例えば
90度)他の周波電圧を用いてもよく、例えば、矩形波
のデジタル信号を圧電素子に供給してもよい。このよう
なデジタル信号を用いた場合、前記切換スイッチをAN
Dゲートなどの論理IC等で構成することもできる。ま
た、コントローラ12はマイクロプロセッサで構成され
ているが、これに限定する必要はなく切換スイッチ4〜
7のオンオフの順序を制御できるものであればどのよう
なものでもよい。例えばロータリースイッチのようなも
のでもよい。
【0021】
【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、振動アクチュエータを起動するとき、
周波信号が印加される電気機械変換素子の数を順次増加
させるように制御しているので、効率良くスムーズでか
つ確実な起動がなされ、騒音防止にもなる。また、周波
数可変の発振器を必要とせずコストダウンが図れる。請
求項2の発明は、振動アクチュエータの駆動を停止する
とき、周波信号が印加されている電気機械変換素子の数
を順次減少させるように制御しているので、効率良くス
ムーズでかつ確実な駆動の停止がなされ、騒音防止にも
なる。また、請求項1と同様に周波数可変の発振器を必
要とせずコストダウンが図れる。
【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】振動アクチュエータの振動モードを説明する図
である。
【図3】本発明による駆動装置の第1の実施の形態の構
成図である。
【符号の説明】
1 振動アクチュエータ 2 発振器 3 移相器 4〜7 切換スイッチ 8〜11 増幅器 101 弾性体 102、103 駆動力取り出し部 104 相対運動部材 C1〜C4 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印加する周波信号
    であって、前記相対運動が所定の速度となるように設定
    された所定の周波数の周波信号を生成する駆動信号生成
    回路と、 該振動アクチュエータを起動するとき、前記周波信号が
    印加される前記電気機械変換素子の数を順次増加させる
    ように制御する制御回路と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印加する周波信号
    であって、前記相対運動が所定の速度となるように設定
    された所定の周波数の周波信号を生成する駆動信号生成
    回路と、 該振動アクチュエータの駆動を停止するとき、前記周波
    信号が印加されている前記電気機械変換素子の数を順次
    減少させるように制御する制御回路とを備えることを特
    徴とする振動アクチュエータの駆動装置。
JP9259771A 1997-09-25 1997-09-25 振動アクチュエータの駆動装置 Pending JPH1198864A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008172853A (ja) * 2007-01-05 2008-07-24 Olympus Corp 定在波型超音波アクチュエータの駆動方法およびその駆動装置
CN103441700A (zh) * 2013-08-22 2013-12-11 广州市番禺奥迪威电子有限公司 一种压电执行器以及该执行器的驱动方法

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