JP2001085756A - 振動アクチュエータ駆動装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 変化する共振点を有する振動アクチュエータ
の運動エネルギーを効率的に取り出す方法を提供するこ
と。 【解決手段】 共振点の変化を振動検出器及びコンパレ
ータを用いて追尾し、常時振動アクチュエータを共振点
で駆動するようにするともに、アクチュエータの駆動を
安定化するため、コンパレータに閾値電圧を生成する手
段や位相調整器を、回路中に適宜挿入する。

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
タに関し、更に詳しくは、共振点を持つ振動アクチュエ
ータの駆動装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】共振点を持ち、かつ使用環境に応じてそ
の共振点が変化する振動アクチュエータを駆動する際、
振動の運動エネルギーを最も効率的に取り出すために、
駆動装置において変化する共振点を追尾し、振動アクチ
ュエータを共振点で駆動することが望ましい。

【０００３】従来においても、このような装置は、さま
ざまな構成により実現されてきていて、その中で比較的
一般的なのが、図１０に示すような構成によるものであ
る。図１０に示す駆動装置１０１は、振動検出器１２、
信号増幅器１０４、振幅調整器１０５、電力増幅器１４
からなり、振動検出器１２によって電気的あるいは機械
的に振動アクチュエータ１０の振動を検出して信号増幅
器１０４に適合した電気信号に変換し、その電気信号を
信号増幅器１０４に印加し、信号増幅器１０４からの出
力を振幅調整器１０５に印加し、振幅調整器１０５から
の出力を電力増幅器１４に印加し、電力増幅器１４から
の出力で振動アクチュエータ１０を駆動するように構成
したものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】図１０に示す従来の駆
動装置の例においては、電力増幅器１４からＥ（Ｖ）の
信号が振動アクチュエータ１０に与えられたとき、ｄＥ
（Ｖ）の信号が振動検出器１２で検出されたとして、信
号増幅器１０４の増幅率をＡとすると、その出力はｄＡ
Ｅ（Ｖ）となる。また、振幅調整器１０５にｄＡＥ
（Ｖ）の入力をしたときの出力をｒｄＡＥ（Ｖ）とす
る。電力増幅器１４の増幅率が１であるときに、駆動装
置１０１と振動アクチュエータ１０とからなる帰還系か
ら安定的かつ継続的に振動エネルギーを得るには、ｒｄ
ＡＥ＝Ｅ、即ち、ｒ＝１／ｄＡである必要がある。

【０００５】前記の関係をどのような状況においても恒
常的に成り立たせるためには、一般的に振幅調整器１０
５を適正に設計するが、これが駆動装置の構成を複雑に
し、駆動装置の製造コストを引き上げる要因になってい
る。

【０００６】そこで、本発明の課題は、共振点が変化す
る振動アクチュエータにおいて、共振点を追尾し、振動
アクチュエータを共振点で駆動するように機能する駆動
回路の新規な構成を提供することにより、振動アクチュ
エータの動作を安定させるとともに、構成を簡略化し、
製造コストを低減することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、共振点
を持ち、その共振点周波数が変化する振動アクチュエー
タ駆動装置において、前記振動アクチュエータ駆動装置
は、振動検出器、コンパレータ、及び電力増幅器からな
り、振動検出器によって振動アクチュエータの振動を検
出し、振動検出器からの出力をコンパレータに印加し、
コンパレータからの出力を電力増幅器に印加し、電力増
幅器からの出力によって振動アクチュエータを駆動する
ように構成することにより、振動アクチュエータの共振
周波数を追尾して振動アクチュエータを駆動することを
特徴とする振動アクチュエータ駆動装置が得られる。

【０００８】また、本発明によれば、共振点を持ち、そ
の共振点周波数が変化する振動アクチュエータ駆動装置
において、前記振動アクチュエータ駆動装置は、振動検
出器、コンパレータ、位相調整器、及び電力増幅器から
なり、振動検出器によって振動アクチュエータの振動を
検出し、振動検出器からの出力をコンパレータに印加
し、コンパレータからの出力を位相調整器に印加し、位
相調整器からの出力を電力増幅器に印加し、電力増幅器
からの出力によって振動アクチュエータを駆動するよう
に構成することにより、振動アクチュエータの共振周波
数を追尾して振動アクチュエータを駆動することを特徴
とする振動アクチュエータ駆動装置が得られる。

【０００９】また、本発明によれば、前記の振動検出
器、コンパレータ、位相調整器、及び電力増幅器からな
る振動アクチュエータ駆動装置において、位相調整器と
してローパスフィルタあるいは積分回路を用いることを
特徴とする振動アクチュエータ駆動装置が得られる。

【００１０】また、本発明によれば、前記の振動アクチ
ュエータ駆動装置において、電力増幅器の出力インピー
ダンスを、駆動すべき振動アクチュエータのインピーダ
ンスの１％から２００％の間に設定することを特徴とす
る振動アクチュエータ駆動装置が得られる。

【００１１】また、本発明によれば、前記の振動アクチ
ュエータ駆動装置において、コンパレータの閾値電圧が
可変であることを特徴とする振動アクチュエータ駆動装
置が得られる。

【００１２】また、本発明によれば、前記の振動アクチ
ュエータ駆動装置において、適当な基準電圧発生手段と
電気的雑音発生手段によって、コンパレータの閾値電圧
を生成することを特徴とする振動アクチュエータ駆動装
置が得られる。

【００１３】また、本発明によれば、前記の基準電圧発
生手段と電気的雑音発生手段を有する振動アクチュエー
タ駆動装置において、電気的雑音発生手段として、単一
の抵抗素子、あるいは複数の抵抗素子の組み合わせを用
いることを特徴とする振動アクチュエータ駆動装置が得
られる。

【００１４】また、本発明によれば、前記の基準電圧発
生手段と電気的雑音発生手段を有する振動アクチュエー
タ駆動装置において、電気的雑音発生手段として、抵抗
素子及びダイオードを組み合わせたものを用いることを
特徴とする振動アクチュエータ駆動装置が得られる。

【００１５】

【作用】本発明による、振動検出器、コンパレータ、及
び電力増幅器から構成される振動アクチュエータ駆動装
置によれば、振動検出器とコンパレータを用いるという
極めて簡単な構成で、本発明の目的に適う振動アクチュ
エータ駆動装置を得ることができる。また、コンパレー
タの出力幅が振動アクチュエータを駆動するのに大き過
ぎる場合は、コンパレータと電力増幅器の間、あるいは
他の適当な場所に分圧器、振幅制御手段、あるいはレベ
ルシフト手段を挿入することによって対応できる。この
ような場合においても、本発明による振動アクチュエー
タ駆動装置では、図１０に示した従来例における振幅調
整器のような厳密な調整機構を用いる必要がない。

【００１６】また、本発明による、振動検出器、コンパ
レータ、位相調整器、及び電力増幅器から構成される振
動アクチュエータ駆動装置によれば、急峻な駆動信号の
変化が振動アクチュエータに悪影響を及ぼす場合でも、
コンパレータからの出力の急峻な変化を位相調整器によ
って緩和することができる。振動検出手段としてハイパ
スフィルタなどを用いた場合では、実際の振動アクチュ
エータの振動と振動検出手段の出力との間に位相のずれ
が生じてしまうことがあるが、位相調整器によってこの
ような位相のずれを補正し、より安定的、継続的に振動
アクチュエータを駆動することができる。

【００１７】また、位相検出器としてローパスフィルタ
あるいは積分回路を用いれば、前記の振動アクチュエー
タ駆動装置を、より簡単な構成で得ることができる。

【００１８】また、振動アクチュエータなどの電気的な
負荷を駆動する場合、電力増幅器の出力インピーダンス
は、通常は駆動すべき負荷の負荷のインピーダンスより
も十分に小さく設定するが、前記の振動アクチュエータ
駆動装置においては、電力増幅器のインピーダンスを小
さくし過ぎると、振動アクチュエータの振動を振動アク
チュエータの両端の電位差によって検出することが困難
になる。振動アクチュエータの振動を機械的に検出すれ
ば問題ないが、振動検出手段の構成が複雑になってしま
う。本発明による振動アクチュエータの駆動装置の場合
は、電力増幅器の出力インピーダンスを、駆動すべき振
動アクチュエータのインピーダンスの１％から２００％
の間に設定することにより、振動アクチュエータの両端
の電位差を検出することにより簡単に振動アクチュエー
タの振動を検出できるので、振動検出手段の構成をより
簡略化でき、簡単な構造の振動アクチュエータ駆動装置
を得ることができる。

【００１９】また、コンパレータには入力オフセット電
圧が存在し、これによって振動アクチュエータの動作が
不安定になることがある。この場合、コンパレータの閾
値電圧を可変にすることにより、コンパレータの入力オ
フセット電圧によって振動アクチュエータ駆動装置の動
作が不安定になっても、コンパレータの閾値電圧によっ
て振動アクチュエータ駆動装置の動作を安定させること
ができる。

【００２０】また、前記閾値電圧を電気的雑音発生手段
によって生成することにより、コンパレータの入力オフ
セット電圧により振動アクチュエータの動作が不安定に
なった場合に対応できる。

【００２１】また、前記の電気的雑音の発生を、単一の
抵抗素子，複数の抵抗素子の組み合わせ、もしくは抵抗
素子及びダイオードの組み合わせにより行えば、振動ア
クチュエータ駆動装置を簡単な構成で得ることができ
る。

【００２２】

【発明の実施の形態】次に、本発明による振動アクチュ
エータ駆動装置の実施の形態を、図を参照して説明す
る。

【００２３】図１は、本発明の、振動検出器、コンパレ
ータ、及び電力増幅器から構成される振動アクチュエー
タ駆動装置の実施の形態を示すブロック図である。図２
は、図１に示した本発明の実施の形態の回路図である。
図３は図１に示した本発明の実施の形態の振動アクチュ
エータ駆動装置内部の各部の出力を示す波形図である。

【００２４】図１に示した振動アクチュエータ駆動装置
１１は、振動検出器１２、コンパレータ１３、電力増幅
器１４からなり、振動アクチュエータ１０の振動を、振
動検出器１２で検出し、振動検出器１２からの出力をコ
ンパレータ１３に入力し、コンパレータ１３からの出力
を電力増幅器１４に入力し、電力増幅器１４からの出力
で振動アクチュエータ１０を駆動するように構成したも
のである。

【００２５】図３において、３１は電力増幅器１４の出
力、３２は振動アクチュエータ１０の端子電圧、３３は
振動検出器１２の出力、３４はコンパレータ１３の出力
である。

【００２６】電力増幅器１４から振動アクチュエータ１
０に方形波が印加されると，入力信号の立ち上がりによ
って、振動アクチュエータ１０は固有の共振周波数によ
り電気的に振動を開始する。このため、振動アクチュエ
ータ１０の端子電圧波形３２は、電力増幅器出力３１と
振動アクチュエータ１０の電気的振動による電圧が加算
された波形になる。振動検出器１２は、振動アクチュエ
ータ１０の端子電圧から振動アクチュエータ１０の電気
的振動のみを抽出し、その出力は図３における３３のよ
うになる。振動検出器出力３１はコンパレータ１３に入
力され、適当な閾値電圧とコンパレートされ、その出力
波形として図３における３４の波形を得る。この波形を
電力増幅器に入力すれば、３１の出力波形が得られる。
図１に示す振動アクチュエータ駆動装置１１は、このよ
うにして振動アクチュエータ固有の共振周波数で、振動
アクチュエータ１０を継続して振動させることができ
る。

【００２７】図２は、図１に示した振動アクチュエータ
駆動装置を簡単な構成で実現した例であり、振動検出器
としてハイパスフィルタを使用している。

【００２８】図４は、本発明による、振動検出器１２、
コンパレータ１３、位相調整器４２、及び電力増幅器１
４から構成される振動アクチュエータ駆動装置４１の実
施の形態を示すブロック図である。

【００２９】図４に示した振動アクチュエータ駆動装置
４１は、振動検出器１２、コンパレータ１３、位相調整
器４２、及び電力増幅器１４からなり、振動アクチュエ
ータ１０の振動を振動検出器１２によって検出し、振動
検出器１２からの出力をコンパレータ１３に入力し、コ
ンパレータ１３からの出力を位相調整器４２に入力し、
位相調整器４２の出力を電力増幅器１４に入力し、電力
増幅器１４からの出力で振動アクチュエータ１０を駆動
するように構成したものである。この構成は図１に示し
た振動アクチュエータの駆動装置において、コンパレー
タと電力増幅器の間に位相調整器を挿入した構成になっ
ている。この構成の振動アクチュエータ駆動装置の基本
的な動作原理は、図１に示したものと同じであるが、位
相調整器４２の挿入により、以下に示す二つの効果が発
現する。

【００３０】第１の効果は、発振安定性の向上である。
振動検出器には様々な構成が考えられるが、その構成に
よっては振動検出器１２の入力信号中の振動アクチュエ
ータ１０の振動成分とと振動検出器１２の出力の位相が
ずれてしまうことがある。本発明による振動アクチュエ
ータ駆動装置４１は振動アクチュエータ１０を発信子と
した発振器のような構成をとっているので、振動検出器
１２の入力信号中の振動アクチュエータ１０の振動成分
と振動検出器１２の出力の位相のずれが、振動アクチュ
エータ１０の発振安定性に悪影響を及ぼす結果となる。
しかし、位相調整器４２を用いて前記の位相ずれを調整
することによって、この問題を解決できる。

【００３１】第２の効果は、方形波入力に適合しない振
動アクチュエータでも駆動できることである。振動アク
チュエータによっては、入力の急峻な立ち上がりや立ち
下がりにより、リンギングを起こしたり、固有振動周波
数の整数倍のモードで発振したりすることがある。この
とき、位相調整器４２により、コンパレータ１３の出力
の高周波成分を調整することによってコンパレータ１３
の出力波形の急峻な立ち上がり及び立ち下がりを緩和す
ることができる。これにより、本発明の振動アクチュエ
ータ駆動装置を適用できる振動アクチュエータの範囲を
大幅に増やすことができる。

【００３２】図５は、図４に示した振動アクチュエータ
駆動装置の回路図である。振動検出器１２としてハイパ
スフィルタを、位相調整器４２としてローパスフィルタ
をそれぞれ用いている。この構成により、図４に示した
振動アクチュエータ駆動装置の振動検出器１２及び位相
調整器４２を、抵抗器とコンデンサの組み合わせのみと
いう簡単な構成で得ることができる。振動検出器１２は
ハイパスフィルタであるが、その時定数によっては振動
アクチュエータ１０の固有振動と振動検出器１２の出力
の位相がずれてしまうことがある。この場合において
も、位相調整器４２即ちローパスフィルタによって、位
相調整が可能であり、発振安定性を向上できる。また、
ローパスフィルタによって構成される位相調整器４２に
は、コンパレータ１３の出力波形の急峻な立ち上がりや
立ち下がりを緩和する機能があるので、急峻な立ち上が
りや立ち下がりに適合しない振動アクチュエータも駆動
できる。また、ローパスフィルタの代替として積分回路
を用いた場合においても、同様の効果が得られる。

【００３３】一般に、電力増幅器のインピーダンスは、
できるだけ小さく設定するする。しかし、図１、図４に
示した振動アクチュエータ駆動装置においては、出力イ
ンピーダンスを小さくし過ぎると、振動アクチュエータ
の固有振動が抑制され振動検出器によって振動が検出し
難くなることがある。この場合、電力増幅器１４の出力
インピーダンスを振動アクチュエータ１０に直流時のイ
ンピーダンスの１％から２００％の間に設定することに
より、振動アクチュエータ１０の振動を確実に検出し
て、発振安定性や共振点の追尾性能を向上できる。

【００３４】図６は、コンパレータの閾値電圧を可変と
した振動アクチュエータ駆動装置を示す回路図である。
通常コンパレータには入力オフセット電圧が存在する。
安定した発振動作を実現するには、振動検出器の出力を
適当な閾値電圧を用いて比較動作させることが必要であ
る。しかし、コンパレータのオフセット電圧にはばらつ
きがあり、このばらつきを調整するための入力オフセッ
ト電圧調整端子付コンパレータは、入力オフセット電圧
調整端子が付いていないコンパレータに比較して高価で
ある。入力オフセット電圧調整端子の付いていないコン
パレータを用いても、図６に示すように、コンパレータ
の閾値電圧を可変にすることにより、入力オフセット電
圧のばらつきを抑制し、発振動作を安定化できる。な
お、図６においては、振動検出器１２、閾値電圧を可変
としたコンパレータ６２、位相調整器４２、及び電力増
幅器１４から構成される例を示したが、位相調整器４２
がない場合においても、同様の効果が得られる。

【００３５】図７は、コンパレータの閾値電圧の生成
を、適当な基準電圧発生手段と電気的雑音発生手段によ
り行う振動アクチュエータ駆動装置の実施の形態を示す
回路図である。コンパレータ７２の入力オフセット電圧
によって振動アクチュエータ駆動装置７１の動作が不安
定になって、振動アクチュエータ１０の振動が停止した
場合でも、電気的雑音発生手段７３の出力が入力オフセ
ット電圧を上回った時点で、コンパレータ７２の出力が
反転し、再び振動アクチュエータ１０を振動させ、振動
アクチュエータ駆動装置７１の動作を正常な状態に戻す
ことができる。

【００３６】図８は、コンパレータの閾値電圧を生成す
る電気的雑音発生手段として、単一の抵抗素子または複
数の抵抗素子の組み合わせを用いる振動アクチュエータ
駆動装置の実施の形態を示す回路図である。また、図９
は、コンパレータの閾値電圧を生成する電気的雑音発生
手段として、抵抗素子及びダイオードの組み合わせを用
いる振動アクチュエータ駆動装置の実施の形態を示す回
路図である。

【００３７】図８に示す実施の形態は、抵抗素子を電気
的雑音発生手段として用いており、抵抗素子から発生す
る熱雑音電圧を利用するものである。また図９に示す実
施の形態は、ダイオードに発生する熱雑音電流を抵抗素
子で電圧に変換し閾値電圧として利用するものである。
これらのような構成によれば、簡便な構成で振動アクチ
ュエータ駆動装置を得ることができる。

【００３８】

【発明の効果】以上、説明したように、本発明による振
動アクチュエータ駆動装置によれば、状況の変化によっ
て発信周波数の変化する振動アクチュエータの発振周波
数を追尾して、振動アクチュエータを駆動することが可
能となる。しかも、本発明による振動アクチュエータ
は、簡単な構成で前記の機能を発現でき、安定した発振
出力を常に効率よく得られるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の一例を示す図、振動アク
チュエータ駆動装置を示すブロック図。

【図２】本発明の実施の形態の一例を示す図、振動アク
チュエータ駆動装置を示す回路図。

【図３】本発明の実施の形態の一例を示す各部品からの
出力波形を示す図。

【図４】本発明の実施の形態の一例を示す図、振動アク
チュエータ駆動装置を示すブロック図。

【図５】本発明の実施の形態の一例を示す図、振動アク
チュエータ駆動装置を示す回路図。

【図６】本発明の実施の形態の一例を示す図、振動アク
チュエータ駆動装置を示す回路図。

【図７】本発明の実施の形態の一例を示す図、振動アク
チュエータ駆動装置を示す回路図。

【図８】本発明の実施の形態の一例を示す図、振動アク
チュエータ駆動装置を示す回路図。

【図９】本発明の実施の形態の一例を示す図で、振動動
アクチュエータ駆動装置を示す回路図。

【図１０】従来の振動アクチュエータ駆動装置の構成の
一例を示すブロック図。

【符号の説明】

１１，４１，６１，７１，８１，９１，１０１ 振動
アクチュエータ駆動装置 １０ 振動アクチュエータ １２ 振動検出器 １３ コンパレータ １４ 電力増幅器 ３１ 電力増幅器出力波形 ３２ 振動アクチュエータ端子電圧波形 ３３ 振動検出器出力波形 ３４ コンパレータ出力波形 ６２ 閾値電圧を可変としたコンパレータ ７２ 電気的雑音発生手段を設けたコンパレータ ７３ 電気的雑音発生手段 ８２ 電気的雑音発生手段を設けたコンパレータ ８３ 抵抗素子を用いた電気的雑音発生手段 ９２ 電気的雑音発生手段を設けたコンパレータ ９３ 抵抗素子及びダイオードを用いた電気的雑音発
生手段 １０４ 信号増幅器 １０５ 振幅調整器

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 共振点を持ち、その共振点周波数が変化
   する振動アクチュエータ駆動装置において、前記振動ア
   クチュエータ駆動装置は、振動検出器、コンパレータ、
   及び電力増幅器からなり、振動検出器によって振動アク
   チュエータの振動を検出し、振動検出器からの出力をコ
   ンパレータに印加し、コンパレータからの出力を電力増
   幅器に印加し、電力増幅器からの出力によって振動アク
   チュエータを駆動するように構成することにより、振動
   アクチュエータの共振周波数を追尾して振動アクチュエ
   ータを駆動することを特徴とする振動アクチュエータ駆
   動装置。
2. 【請求項２】 共振点を持ち、その共振点周波数が変化
   する振動アクチュエータ駆動装置において、前記振動ア
   クチュエータ駆動装置は、振動検出器、コンパレータ、
   位相調整器、及び電力増幅器からなり、振動検出器によ
   って振動アクチュエータの振動を検出し、振動検出器か
   らの出力をコンパレータに印加し、コンパレータからの
   出力を位相調整器に印加し、位相調整器からの出力を電
   力増幅器に印加し、電力増幅器からの出力によって振動
   アクチュエータを駆動するように構成することにより、
   振動アクチュエータの共振周波数を追尾して振動アクチ
   ュエータを駆動することを特徴とする振動アクチュエー
   タ駆動装置。
3. 【請求項３】 請求項２に記載の振動アクチュエータ駆
   動装置において、位相調整器としてローパスフィルタあ
   るいは積分回路を用いることを特徴とする振動アクチュ
   エータ駆動装置。
4. 【請求項４】 請求項１ないし請求項３のいずれかに記
   載の振動アクチュエータ駆動装置において、電力増幅器
   の出力インピーダンスを、駆動すべき振動アクチュエー
   タのインピーダンスの１％から２００％の間に設定する
   ことを特徴とする振動アクチュエータ駆動装置。
5. 【請求項５】 請求項１ないし請求項４のいずれかに記
   載の振動アクチュエータ駆動装置において、コンパレー
   タの閾値電圧が可変であることを特徴とする振動アクチ
   ュエータ駆動装置。
6. 【請求項６】 請求項１ないし請求項５のいずれかに記
   載の振動アクチュエータ駆動装置において、適当な基準
   電圧発生手段と電気的雑音発生手段によって、コンパレ
   ータの閾値電圧を生成することを特徴とする振動アクチ
   ュエータ駆動装置。
7. 【請求項７】 請求項６に記載の振動アクチュエータ駆
   動装置において、電気的雑音発生手段として、単一の抵
   抗素子、あるいは複数の抵抗素子の組み合わせを用いる
   ことを特徴とする振動アクチュエータ駆動装置。
8. 【請求項８】 請求項６に記載の振動アクチュエータ駆
   動装置において、電気的雑音発生手段として、抵抗素子
   及びダイオードを組み合わせたものを用いることを特徴
   とする振動アクチュエータ駆動装置。