JP2001286163A - Actuator drive method and its equipment - Google Patents

Actuator drive method and its equipment

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JP2001286163A
JP2001286163A JP2000097091A JP2000097091A JP2001286163A JP 2001286163 A JP2001286163 A JP 2001286163A JP 2000097091 A JP2000097091 A JP 2000097091A JP 2000097091 A JP2000097091 A JP 2000097091A JP 2001286163 A JP2001286163 A JP 2001286163A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To enable an actuator to efficiently control a part to be driven. SOLUTION: The actuator is constituted of a fixed part 4, displacement parts 2 and 3, each of which base side is fixed to the fixed part 4 making each tip cross each other, a composition part 5 which is commonly disposed at each tip of the displacement parts 2 and 3, and a pressurizing part which makes the composition part 5 pressure-contact to the part to be driven of the driving object. The drive method of the actuator which transmits its drive force to the part to be driven by making the composition part 5 move elliptically makes change the slope of the composition part 5 against the part to be driven either in the minor axis direction or in the major axis direction of the elliptical orbit.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば回転する円
板状のロータや、直進するスライダなどの被駆動部材を
駆動するアクチュエータの駆動方法および装置に関す
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method and a device for driving an actuator for driving a driven member such as a rotating disk-shaped rotor or a linearly moving slider.

【0002】[0002]

【従来の技術】上記アクチュエータとしては、圧電素子
等で構成された変位部材の基端側を固定部に固定し、先
端側を交差するようにしてその交差部分に合成部を取付
けてなる駆動部を、加圧部にて被駆動部材に加圧接触さ
せる構成とされたものが知られている。
2. Description of the Related Art The above-mentioned actuator is a drive unit comprising a displacement member formed of a piezoelectric element or the like fixed to a fixed portion at a base end thereof and attached to a combining portion at the intersection so as to intersect the front end. Is configured to be brought into pressure contact with a driven member by a pressure unit.

【0003】ところで、そのようなアクチュエータを、
合成部が楕円軌跡となるように駆動する方式のものが提
案されている(特開昭58−148682)。
By the way, such an actuator is
A system in which the combining unit is driven so as to form an elliptical locus has been proposed (JP-A-58-148682).

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記提
案方式により合成部が動く楕円軌跡は、その長径方向が
回転する円板状のロータの法線に対して平行な一定状態
となっていて、ロータの回転速度を制御する場合には、
電圧出力値を変動させる必要があり、よってロータを高
速で駆動させる場合に効率が低下するという問題があっ
た。
However, the elliptical trajectory in which the synthesizing unit moves according to the above proposed method is in a constant state parallel to the normal of the disk-shaped rotor whose major axis rotates. When controlling the rotation speed of
It is necessary to change the voltage output value, so that there is a problem that the efficiency is reduced when the rotor is driven at a high speed.

【0005】本発明は、このような従来技術の課題を解
決すべくなされたものであり、被駆動部材に対する駆動
制御を効率よく行わせ得るトラス型アクチュエータの駆
動方法および装置を提供することを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the problems of the prior art, and an object of the present invention is to provide a method and an apparatus for driving a truss-type actuator capable of efficiently performing drive control on a driven member. And

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】請求項1の発明は、固定
部、各先端側が交差するように各基端側が固定部に固定
された複数の変位部、および全変位部の先端に共通して
配設された合成部からなる駆動部と、上記合成部を駆動
対象の被駆動部材に加圧接触させる加圧部とからなるア
クチュエータに対し、上記合成部を楕円運動させて被駆
動部材に駆動力を伝達させるアクチュエータの駆動方法
であって、前記合成部の楕円軌跡における短径方向また
は長径方向の被駆動部材に対する傾きを変化させること
を特徴とする。
According to the first aspect of the present invention, a fixed portion, a plurality of displacement portions each having a base end fixed to the fixed portion so that each tip side intersects, and a common end to all the displacement portions. The actuator composed of a driving unit composed of a combining unit and a pressurizing unit that presses the combining unit to a driven member to be driven is subjected to an elliptical motion of the combining unit to a driven member. A method of driving an actuator for transmitting a driving force, wherein an inclination of an elliptical locus of the combining section with respect to a driven member in a minor axis direction or a major axis direction is changed.

【0007】この発明にあっては、合成部の楕円軌跡に
おける短径方向または長径方向の被駆動部材に対する傾
きが変化するので、出力特性を低速高トルクから高速低
トルクまでの任意値となるように調整することが可能と
なり、これにより効率アップを図ることが可能となる。
According to the present invention, the inclination of the elliptical trajectory of the combining section in the minor axis direction or the major axis direction with respect to the driven member changes, so that the output characteristic is set to an arbitrary value from low-speed high torque to high-speed low torque. , So that efficiency can be improved.

【0008】請求項2の発明は、前記合成部の楕円軌跡
における短径方向または長径方向の被駆動部材に対する
傾きを、各変位部に与える駆動信号の位相差および振幅
のうち少なくとも振幅を変えて変化させることを特徴と
する。
According to a second aspect of the present invention, the inclination of the elliptical trajectory of the combining section in the minor axis direction or the major axis direction with respect to the driven member is changed by changing at least the amplitude of the phase difference and the amplitude of the drive signal applied to each displacement section. It is characterized by changing.

【0009】この発明にあっては、各変位部に与える駆
動信号の位相差および振幅のうち少なくとも振幅を調節
すると、合成部の楕円軌跡における短径方向または長径
方向の被駆動部材に対する傾きが変化することになる。
According to the present invention, when at least the amplitude of the phase difference and the amplitude of the drive signal applied to each displacement portion is adjusted, the inclination of the elliptical trajectory of the combining portion with respect to the driven member in the short diameter direction or the long diameter direction changes. Will do.

【0010】請求項3の発明は、前記合成部の楕円軌跡
における短径方向または長径方向の被駆動部材に対する
傾き量が異なるように、位相差および振幅のうち少なく
とも振幅を複数レベルで設定しておき、被駆動部材の駆
動速度に応じて位相差および振幅のうち少なくとも振幅
のレベルを切り替えることを特徴とする。
According to a third aspect of the present invention, at least the amplitude of the phase difference and the amplitude is set at a plurality of levels so that the inclination of the elliptical trajectory of the combining section in the minor axis direction or the major axis direction with respect to the driven member is different. Preferably, at least the amplitude level of the phase difference and the amplitude is switched according to the driving speed of the driven member.

【0011】この発明にあっては、低速高トルクから高
速低トルクまでの任意値となるように、位相差および振
幅のうち少なくとも振幅を複数レベルで設定しておき、
被駆動部材の駆動速度に応じてレベルの切り替えを行う
と、被駆動部材の駆動速度に最適な速度とトルクに制御
することが可能になる。
In the present invention, at least the amplitude of the phase difference and the amplitude is set at a plurality of levels so as to be an arbitrary value from low-speed high torque to high-speed low torque.
When the level is switched in accordance with the driving speed of the driven member, it is possible to control the speed and the torque to be optimal for the driving speed of the driven member.

【0012】請求項4の発明は、固定部、各先端側が交
差するように各基端側が固定部に固定された複数の変位
部、および全変位部の先端に共通して配設された合成部
からなる駆動部と、上記合成部を駆動対象の被駆動部材
に加圧接触させる加圧部とからなるアクチュエータに対
し、上記合成部を楕円運動させて被駆動部材に駆動力を
伝達させるアクチュエータの駆動方法であって、前記合
成部の楕円軌跡の短径方向または長径方向が被駆動部材
に対して傾いた状態において、楕円軌跡の短径寸法を変
化させることにより被駆動部材の駆動特性を制御するこ
とを特徴とする。
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a fixed portion, a plurality of displacement portions each having a base end fixed to the fixed portion so that each tip side intersects, and a composite member commonly disposed at the tip of all the displacement portions. Actuator that moves the combining unit in an elliptical manner to transmit a driving force to a driven member, with respect to an actuator that includes a driving unit that includes a driving unit and a pressing unit that presses the combining unit to a driven member to be driven. In the driving method of (1), in a state where the minor axis direction or major axis direction of the elliptical locus of the combining unit is inclined with respect to the driven member, the driving characteristic of the driven member is changed by changing the minor axis dimension of the elliptical locus. It is characterized by controlling.

【0013】この発明にあっては、楕円軌跡の被駆動部
材に対する傾き変化に加えて、楕円軌跡の短径寸法が変
化するので、出力特性をより高い精度で低速高トルクか
ら高速低トルクまでの任意値となるように調整すること
が可能となり、これにより効率アップをより向上させ得
ることになる。
According to the present invention, in addition to the change in the inclination of the elliptical trajectory with respect to the driven member, the minor axis dimension of the elliptical trajectory changes, so that the output characteristics can be improved with higher accuracy from low speed and high torque to high speed and low torque. It is possible to adjust the value to an arbitrary value, which can further improve the efficiency.

【0014】請求項5の発明は、前記楕円軌跡の短径寸
法を、各変位部に与える駆動信号の位相差および振幅の
うち少なくとも振幅を変えて変化させることを特徴とす
る。
According to a fifth aspect of the present invention, the minor dimension of the elliptical locus is changed by changing at least the amplitude of the phase difference and the amplitude of the drive signal applied to each displacement portion.

【0015】請求項6の発明は、前記複数の変位部を、
1または2以上の第1グループと、1または2以上の第
2グループとに区別し、両方のグループの変位部を駆動
することを特徴とする。
According to a sixth aspect of the present invention, the plurality of displacement portions are
One or more first groups and one or more second groups are distinguished, and the displacement units of both groups are driven.

【0016】この発明にあっては、変位部が2よりも多
い複数で構成されている場合に、これら複数の変位部を
2つのグループに区分し、各グループを上述のように駆
動させると、変位部が2つからなるアクチュエータと同
様に制御することが可能となる。
According to the present invention, when a plurality of displacement parts are composed of more than two, the plurality of displacement parts are divided into two groups, and each group is driven as described above. Control can be performed in the same manner as an actuator having two displacement units.

【0017】請求項7の発明は、前記複数の変位部を、
1または2以上の第1グループと、1または2以上の第
2グループとに区別し、一方のグループの変位部を駆動
することを特徴とする。
According to a seventh aspect of the present invention, the plurality of displacement portions are
One or two or more first groups and one or two or more second groups are distinguished, and a displacement unit of one group is driven.

【0018】この発明にあっては、変位部が2よりも多
い複数で構成されている場合に、これら複数の変位部を
2つのグループに区分し、一方のグループを駆動側と
し、他方のグループを従動側として上述のように駆動さ
せると、変位部が2つからなるアクチュエータと同様に
制御することが可能となる。
According to the present invention, when the number of the displacement portions is more than two, the plurality of displacement portions are divided into two groups, one of which is a drive side, and the other of which is a drive group. Is driven on the driven side as described above, control can be performed in the same manner as an actuator having two displacement units.

【0019】請求項8の発明は、固定部、各先端側が交
差するように各基端側が固定部に固定された複数の変位
部、および全変位部の先端に共通して配設された合成部
からなる駆動部と、上記合成部を駆動対象の被駆動部材
に加圧接触させる加圧部とからなるアクチュエータに対
し、上記合成部を楕円運動させて被駆動部材に駆動力を
伝達させるアクチュエータの駆動方法であって、上記複
数の変位部を、1または2以上の第1グループと、1ま
たは2以上の第2グループとに区別し、第1グループの
変位部と第2グループの変位部が同じ位相で共振する同
相モードの共振周波数fn1と、第1グループの変位部
と第2グループの変位部が逆の位相で共振する逆相モー
ドの共振周波数fn2との関係が、下記(A1)式およ
び(A2)式を満足するように一方のグループを駆動制
御することを特徴とする。
The invention according to claim 8 is a fixing part, a plurality of displacement parts whose base ends are fixed to the fixing part so that the respective tip sides cross each other, and a composite part commonly disposed at the tips of all the displacement parts. Actuator that moves the combining unit in an elliptical manner to transmit a driving force to a driven member, with respect to an actuator that includes a driving unit that includes a driving unit and a pressing unit that presses the combining unit to a driven member to be driven. Wherein the plurality of displacement units are divided into one or more first groups and one or more second groups, and a first group of displacement units and a second group of displacement units are provided. The relationship between the resonance frequency fn 1 of the in-phase mode in which the displacements of the first group resonates in the same phase and the resonance frequency fn 2 of the opposite-phase mode in which the displacements of the first group and the second group resonate in opposite phases are as follows: Satisfies formulas A1) and (A2) In this case, one group is driven and controlled.

【0020】 1<fn1/fn2<α+√(α2−1)…(A1) α=(1−2ζ2)/(1−4ζ2)…(A2) 但し、ζは減衰比 この発明にあっては、上記(A1)式および(A2)式
を満足するように一方のグループを駆動制御すると、請
求項7の発明と同様な制御が可能となる。
1 <fn 1 / fn 2 <α + √ (α 2 -1) (A1) α = (1-2ζ 2 ) / (1-4ζ 2 ) (A2) where ζ is the attenuation ratio. In this case, if one group is driven and controlled so as to satisfy the above expressions (A1) and (A2), the same control as the invention of claim 7 becomes possible.

【0021】請求項9の発明は、請求項1、2、4およ
び5のいずれかに記載のアクチュエータの駆動方法にお
ける複数の変位部を、1または2以上の第1グループと
1または2以上の第2グループとに区別して両グループ
を各々駆動するアクチュエータの駆動装置であって、発
振信号を一方が他方に対して遅れまたは進むように増幅
し、各別に各グループに出力する2つの増幅手段と、被
駆動部材の速度を検出する速度検出手段と、上記速度検
出手段による検出結果に基づき前記2つの増幅手段の両
方または一方による振幅量を制御する振幅制御手段と、
上記速度検出手段による検出結果に基づき、前記2つの
増幅手段へ入力されるまたは2つの増幅手段から出力さ
れる信号の両方または一方の位相量を制御する位相差制
御手段とを具備することを特徴とする。
According to a ninth aspect of the present invention, in the method for driving an actuator according to any one of the first, second, fourth, and fifth aspects, the plurality of displacement portions are connected to one or more first groups and one or two or more A driving device for an actuator for driving both groups separately from a second group, comprising two amplifying means for amplifying an oscillating signal such that one lags or advances the other, and outputs the oscillating signal to each group separately. A speed detecting means for detecting the speed of the driven member, and an amplitude control means for controlling an amplitude amount by both or one of the two amplifying means based on a detection result by the speed detecting means,
Phase difference control means for controlling a phase amount of both or one of the signals input to or output from the two amplifying means based on the detection result by the speed detecting means. And

【0022】この発明にあっては、各変位部に与える駆
動信号の位相差および振幅の少なくとも一方を調節する
と、合成部の楕円軌跡における短径方向または長径方向
の被駆動部材に対する傾きが変化することになる。
According to the present invention, when at least one of the phase difference and the amplitude of the drive signal applied to each displacement section is adjusted, the inclination of the elliptical trajectory of the combining section in the minor axis direction or the major axis direction with respect to the driven member changes. Will be.

【0023】請求項10の発明は、請求項3に記載のア
クチュエータの駆動方法における複数の変位部を、1ま
たは2以上の第1グループと1または2以上の第2グル
ープとに区別して両グループを各々駆動するアクチュエ
ータの駆動装置であって、発振信号を一方が他方に対し
て遅れまたは進むように増幅し、各別に各グループに出
力する2つの増幅手段と、前記2つの増幅手段の両方ま
たは一方による振幅量を制御する振幅制御手段と、前記
2つの増幅手段へ入力されるまたは2つの増幅手段から
出力される信号の両方または一方の位相量を制御する位
相差制御手段と、時間経過に応じた複数の駆動パターン
を記憶するとともに、所定時間に達すると記憶した該当
駆動パターンで上記振幅制御手段および位相差制御手段
の少なくとも片方を制御する制御手段とを具備すること
を特徴とする。
According to a tenth aspect of the present invention, there is provided a method of driving an actuator according to the third aspect, wherein the plurality of displacement portions are classified into one or more first groups and one or more second groups. And two amplifying means for amplifying the oscillating signal so that one lags or advances the other and outputs the signals to each group separately, and both or both of the two amplifying means An amplitude control means for controlling an amplitude amount by one of the signals; a phase difference control means for controlling a phase amount of both or one of the signals input to or output from the two amplification means; A plurality of corresponding drive patterns are stored, and at least one of the amplitude control means and the phase difference control means is stored in a corresponding drive pattern when a predetermined time is reached. Characterized by comprising a control means for controlling.

【0024】この発明にあっては、時間経過に応じて低
速高トルクから高速低トルクまでの任意な値となるよう
に、位相差および振幅のうち少なくとも振幅を複数レベ
ルで設定しておき、時間経過に伴ってレベルの切り替え
を行うと、例えば駆動開始後における被駆動部材の駆動
速度に最適な速度とトルクに制御することが可能にな
る。
In the present invention, at least the amplitude of the phase difference and the amplitude is set at a plurality of levels so as to have an arbitrary value from low-speed high torque to high-speed low torque according to the passage of time. When the level is changed over time, for example, it is possible to control the speed and the torque to be optimal for the driving speed of the driven member after the start of driving.

【0025】請求項11の発明は、請求項3に記載のア
クチュエータの駆動方法における複数の変位部を、1ま
たは2以上の第1グループと1または2以上の第2グル
ープとに区別して両グループを各々駆動するアクチュエ
ータの駆動装置であって、発振信号を一方が他方に対し
て遅れまたは進むように増幅し、各別に各グループに出
力する2つの増幅手段と、前記2つの増幅手段の両方ま
たは一方による振幅量を制御する振幅制御手段と、前記
2つの増幅手段へ入力されるまたは2つの増幅手段から
出力される信号の両方または一方の位相量を制御する位
相差制御手段と、被駆動部材の速度変化に応じた複数の
駆動パターンを記憶するとともに、被駆動部材の速度が
所定速度に達すると記憶した該当駆動パターンで上記振
幅制御手段および位相差制御手段の少なくとも片方を制
御する制御手段とを具備することを特徴とする。
According to an eleventh aspect of the present invention, in the method of driving an actuator according to the third aspect, the plurality of displacement portions are distinguished into one or two or more first groups and one or two or more second groups. And two amplifying means for amplifying the oscillating signal so that one lags or advances the other and outputs the signals to each group separately, and both or both of the two amplifying means Amplitude control means for controlling an amplitude amount by one of the above, phase difference control means for controlling both or one of the phase amounts of signals input to or output from the two amplifying means, and a driven member A plurality of drive patterns corresponding to the speed change are stored, and when the speed of the driven member reaches a predetermined speed, the amplitude control means and Characterized by a control means for controlling at least one of the retardation control means.

【0026】この発明にあっては、被駆動部材の速度変
化に応じて低速高トルクから高速低トルクまでの任意な
値となるように、位相差および振幅のうち少なくとも振
幅を複数レベルで設定しておき、被駆動部材の速度変化
に伴ってレベルの切り替えを行うと、例えば駆動開始後
における被駆動部材の駆動速度に最適な速度とトルクに
制御することが可能になる。
According to the present invention, at least the amplitude of the phase difference and the amplitude is set at a plurality of levels so as to have an arbitrary value from low-speed high torque to high-speed low torque in accordance with the speed change of the driven member. If the level is switched in accordance with the change in the speed of the driven member, it is possible to control the speed and the torque to be optimum for the driving speed of the driven member after the start of driving, for example.

【0027】[0027]

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施形態を具体
的に説明する。 (第1実施形態)図1に、第1実施形態に係る駆動方法
により駆動されるトラス型アクチュエータの構成を示
す。
Embodiments of the present invention will be specifically described below. (First Embodiment) FIG. 1 shows a configuration of a truss-type actuator driven by a driving method according to a first embodiment.

【0028】このアクチュエータは、被駆動部材10を
駆動する駆動部1と、その駆動部1をローラ10に加圧
接触させる加圧部6とからなる。上記駆動部1は、例え
ば90度の挟み角度で交差された2本の変位部2、3
と、その交点に接着された合成部5と、変位部2、3の
基端に接着された固定部4とから構成されている。
This actuator comprises a driving section 1 for driving a driven member 10 and a pressing section 6 for bringing the driving section 1 into pressure contact with a roller 10. The driving unit 1 includes, for example, two displacement units 2 and 3 intersecting at a 90 ° sandwiching angle.
And a combining unit 5 bonded to the intersection thereof, and a fixing unit 4 bonded to the base ends of the displacement units 2 and 3.

【0029】変位部2、3には、圧電効果により電気信
号を変位に変換する積層型の圧電素子が用いられてい
る。合成部5には、安定して高い摩擦係数が得られ、摩
耗しにくいタングステンなどの金属材料が用いられる。
固定部4には、製造し易く強度が得られるステンレスな
どの金属材料が用いられる。また、これらの接着には接
着力や強度に優れたエポキシ系樹脂の接着剤が用いられ
る。加圧部6は、コイルばねなどで構成され、固定部4
を被駆動部材である円板状のロータ10の中心方向(矢
印A方向)に加圧する。ロータ10は、アルミニウムな
どの金属で作製され、合成部5との接触による摩耗を防
ぐため、その側面にはアルマイトなどの表面処理が施さ
れている。
As the displacement units 2 and 3, a laminated piezoelectric element that converts an electric signal into a displacement by a piezoelectric effect is used. For the synthesizing part 5, a metal material such as tungsten which can stably obtain a high friction coefficient and is hard to wear is used.
The fixing portion 4 is made of a metal material such as stainless steel which can be easily manufactured and has high strength. In addition, an epoxy resin adhesive excellent in adhesive strength and strength is used for the bonding. The pressing unit 6 is formed of a coil spring or the like,
Is pressed in the center direction (direction of arrow A) of the disk-shaped rotor 10 as a driven member. The rotor 10 is made of a metal such as aluminum, and its side surface is subjected to a surface treatment such as alumite in order to prevent abrasion due to contact with the composite portion 5.

【0030】図2(a)に、上記変位部2、3として用
いる積層型圧電素子の構造を示す。
FIG. 2A shows the structure of a laminated piezoelectric element used as the displacement parts 2 and 3.

【0031】この圧電素子2(または3)は、例えばP
ZTなどの圧電効果を有する材料を薄く延ばした圧電材
料層7を積み重ねるとともに、各圧電材料層7の間には
電界を与えるための金属製の電極8が挟まれており、各
接触部分が接着剤などを用いて接着された構成となって
いる。なお、両端の圧電材料層7は保護層として機能す
る。
The piezoelectric element 2 (or 3) has, for example, P
A piezoelectric material layer 7 formed by thinly extending a material having a piezoelectric effect such as ZT is stacked, and a metal electrode 8 for applying an electric field is sandwiched between the piezoelectric material layers 7. It is configured to be adhered using an agent or the like. Note that the piezoelectric material layers 7 at both ends function as protective layers.

【0032】上記電極8は積層方向に交互に信号線9
a、9bに接続され、これら信号線9a、9bが外部の
駆動電源9に接続されている。信号線9a、9bに所定
の電圧を与えると、圧電材料層7には積層方向に交互の
電界が発生する。各圧電材料層7は、電界に合せて分極
の向きが反対になるように積み重ねられている。
The electrodes 8 are alternately connected to the signal lines 9 in the laminating direction.
a, 9b, and these signal lines 9a, 9b are connected to an external drive power supply 9. When a predetermined voltage is applied to the signal lines 9a and 9b, an alternating electric field is generated in the piezoelectric material layer 7 in the stacking direction. The piezoelectric material layers 7 are stacked so that the directions of polarization are opposite in accordance with the electric field.

【0033】かかる圧電素子2(または3)に、例えば
外部より直流の駆動電圧を加えると、全圧電材料層7は
一致して、伸びまたは縮み方向に変位する。外部より加
えられる電界の大きさと変位とは、電界が小さく変位の
履歴が無視できる領域では、図2(b)に示すように、
ほぼ直線的な関係とみなすことができる。一方、圧電素
子2(または3)に、例えば外部より交流電圧を加える
と、その電界に応じて全圧電材料層7は伸縮を繰り返
す。
When, for example, a DC drive voltage is applied to the piezoelectric element 2 (or 3) from the outside, all the piezoelectric material layers 7 coincide with each other and are displaced in the direction of expansion or contraction. As shown in FIG. 2B, the magnitude and displacement of the externally applied electric field are, as shown in FIG.
It can be regarded as a substantially linear relationship. On the other hand, when an AC voltage is applied to the piezoelectric element 2 (or 3), for example, from the outside, all the piezoelectric material layers 7 repeatedly expand and contract in accordance with the electric field.

【0034】圧電素子2、3には、その構造や電気的特
性で決まる固有の共振周波数が存在し、駆動信号の周波
数がこれに一致すると、インピーダンスが低下して変位
が増大する共振現象を起こす。圧電素子2、3は、外形
寸法に対してその変位が少ないため、低い電圧で駆動す
るためには、この共振現象を用いることが好ましい。
Each of the piezoelectric elements 2 and 3 has a unique resonance frequency determined by its structure and electrical characteristics. When the frequency of the drive signal matches the resonance frequency, a resonance phenomenon occurs in which the impedance decreases and the displacement increases. . Since the piezoelectric elements 2 and 3 have a small displacement with respect to the external dimensions, it is preferable to use this resonance phenomenon in order to drive the piezoelectric elements at a low voltage.

【0035】上記アクチュエータにおいて、2つの変位
部2、3を各々駆動する駆動信号の振幅や位相を変化さ
せると、楕円振動の式(Lissajousの式)に従
った合成部5の軌跡が得られる。
In the above-described actuator, when the amplitude and phase of the drive signal for driving the two displacement units 2 and 3 are changed, the trajectory of the synthesis unit 5 is obtained according to the elliptical vibration equation (Lissajous equation).

【0036】図3は、2つの変位部2、3を各々駆動す
る2つの駆動信号の位相を変化させたときに得られる合
成部5の軌跡形状を示す図であり、(a)は両駆動信号
の位相差が60゜の場合、(b)は両駆動信号の位相差
が90゜の場合、(c)は両駆動信号の位相差が120
゜の場合である。
FIGS. 3A and 3B are diagrams showing the trajectory shapes of the synthesizing unit 5 obtained when the phases of two drive signals for driving the two displacement units 2 and 3 are changed. FIG. (B) when the phase difference between the two drive signals is 90 °, and (c) when the phase difference between the two drive signals is 120 °.
This is the case of ゜.

【0037】この図3から理解されるように、このアク
チュエータは両駆動信号の位相差を90°にすると合成
部5の軌跡が円となり、位相差を90°より小さくする
と合成部5の軌跡が被駆動部材の法線方向Aに長径方向
が揃った楕円軌跡となり、位相差を90°より大きくす
ると合成部5の軌跡が被駆動部材の接線方向Bに長径方
向が揃った楕円軌跡になる。
As can be understood from FIG. 3, in this actuator, when the phase difference between the two drive signals is 90 °, the trajectory of the synthesizing unit 5 is circular, and when the phase difference is smaller than 90 °, the trajectory of the synthesizing unit 5 is When the phase difference is larger than 90 °, the trajectory of the synthesizing unit 5 becomes an elliptical trajectory in which the major axis direction is aligned with the tangential direction B of the driven member.

【0038】図4は、位相に加えて両駆動信号の振幅を
変化させたときに得られる軌跡形状を示す図であり、
(a)は前記位相差が60゜で、変位部2の駆動信号の
振幅が変位部3の駆動信号の振幅より小さい場合で、
(b)は位相差が60゜で、変位部2の駆動信号の振幅
が変位部3の駆動信号の振幅より大きい場合で、(c)
は位相差が120゜で、変位部2の駆動信号の振幅が変
位部3の駆動信号の振幅より小さい場合で、(d)は位
相差が120゜で、変位部2の駆動信号の振幅が変位部
3の駆動信号の振幅より大きい場合である。
FIG. 4 is a diagram showing a trajectory obtained when the amplitude of both drive signals is changed in addition to the phase.
(A) is a case where the phase difference is 60 ° and the amplitude of the drive signal of the displacement unit 2 is smaller than the amplitude of the drive signal of the displacement unit 3;
(B) shows a case where the phase difference is 60 ° and the amplitude of the drive signal of the displacement unit 2 is larger than the amplitude of the drive signal of the displacement unit 3;
Is a case where the phase difference is 120 ° and the amplitude of the drive signal of the displacement unit 2 is smaller than the amplitude of the drive signal of the displacement unit 3. (D) is a case where the phase difference is 120 ° and the amplitude of the drive signal of the displacement unit 2 is This is a case where the amplitude of the drive signal of the displacement unit 3 is larger than the amplitude.

【0039】この図4から理解されるように、60°の
位相差においては、変位部2の駆動信号の振幅を変位部
3の駆動信号の振幅に比べて小さくすると、合成部5の
楕円軌跡はその長径方向が被駆動部材の法線方向Aから
変位部2側へ傾き、逆に変位部3の駆動信号の振幅を変
位部2の駆動信号の振幅に比べて小さくすると、合成部
5の楕円軌跡はその長径方向が被駆動部材の法線方向A
から変位部3側に傾く。
As can be understood from FIG. 4, when the amplitude of the drive signal of the displacement unit 2 is smaller than the amplitude of the drive signal of the displacement unit 3 at a phase difference of 60 °, the elliptical locus of the synthesis unit 5 is obtained. When the major axis direction is tilted from the normal direction A of the driven member toward the displacement section 2, and conversely, when the amplitude of the drive signal of the displacement section 3 is made smaller than the amplitude of the drive signal of the displacement section 2, The major axis direction of the elliptical locus is the normal direction A of the driven member.
To the displacement part 3 side.

【0040】一方、120°の位相差においては、変位
部2の駆動信号の振幅を変位部3の駆動信号の振幅に比
べて小さくすると、合成部5の楕円軌跡はその短径方向
が被駆動部材の法線方向Aから変位部3側に傾き、逆に
変位部3の駆動信号の振幅を変位部2の駆動信号の振幅
に比べて小さくすると、合成部5の楕円軌跡はその短径
方向が被駆動部材の法線方向Aから変位部2側に傾く。
On the other hand, when the amplitude of the drive signal of the displacement unit 2 is smaller than the amplitude of the drive signal of the displacement unit 3 at a phase difference of 120 °, the elliptical trajectory of the synthesis unit 5 is driven in the minor axis direction. When the amplitude of the drive signal of the displacement unit 3 is made smaller than the amplitude of the drive signal of the displacement unit 2 when the amplitude of the drive signal of the displacement unit 3 is smaller than the amplitude of the drive signal of the displacement unit 2, the elliptical trajectory of the synthesis unit 5 becomes shorter in the minor axis direction. Tilt from the normal direction A of the driven member toward the displacement portion 2.

【0041】したがって、本発明にあっては、振幅を変
えると合成部5の楕円軌跡を被駆動部材の法線方向Aに
対して傾けることができ、加えて位相差を変えることに
より合成部5の楕円軌跡の長径方向(または短径方向)
を変えることができることとなる。
Therefore, in the present invention, when the amplitude is changed, the elliptical trajectory of the synthesizing unit 5 can be inclined with respect to the normal direction A of the driven member. The major axis direction (or minor axis direction) of the elliptical locus of
Can be changed.

【0042】図5は、図4(a)に対応するもので、6
0°の位相差で変位部2の駆動信号の振幅を変位部3の
駆動信号の振幅に比べて小さくした場合の駆動態様の説
明図である。
FIG. 5 corresponds to FIG.
FIG. 9 is an explanatory diagram of a driving mode when the amplitude of the drive signal of the displacement unit 2 is made smaller than the amplitude of the drive signal of the displacement unit 3 at a phase difference of 0 °.

【0043】この駆動による場合には、上述したよう
に、合成部5の楕円軌跡の長径方向は被駆動部材の法線
方向Aに対して角度θだけ傾く。そして、このようにア
クチュエータを駆動した時において、合成部5は加圧部
6の押圧力により被駆動部材に加圧接触しているため、
被駆動部材はδだけ変形を受けている。このときに、合
成部5が被駆動部材に与える力Frは、下記(1)式と
なる。
In the case of this driving, as described above, the major axis direction of the elliptical locus of the synthesizing unit 5 is inclined by the angle θ with respect to the normal direction A of the driven member. When the actuator is driven in this manner, the synthesizing unit 5 is in pressurized contact with the driven member by the pressing force of the pressurizing unit 6.
The driven member has been deformed by δ. At this time, the force Fr applied by the combining unit 5 to the driven member is expressed by the following equation (1).

【0044】Fr=kr×δ …(1) 但し、kr:被駆動部材の弾性率から求まるばね定数 ここで、被駆動部材を駆動する被駆動部材の外表面に沿
った力Ftは、下記(2)式となる。
Fr = kr × δ (1) where kr is a spring constant determined from the elastic modulus of the driven member. Here, the force Ft along the outer surface of the driven member that drives the driven member is represented by the following equation. 2)

【0045】Ft=Fr×sinθ …(2) よって、駆動力Ftはθの関数であり、上述したように
変位部2、3に与える両駆動信号の位相差と振幅を変化
させて角度θを可変することによって、アクチュエータ
の駆動力をコントロールすることが可能である。
Ft = Fr × sin θ (2) Accordingly, the driving force Ft is a function of θ, and as described above, the angle θ is changed by changing the phase difference and the amplitude of the two driving signals applied to the displacement units 2 and 3. By making the variable, it is possible to control the driving force of the actuator.

【0046】図6に、第1実施形態の駆動方法を実現す
る駆動装置のブロック図を示す。
FIG. 6 shows a block diagram of a driving device for realizing the driving method of the first embodiment.

【0047】この駆動装置は、発振器15からの駆動信
号を直接入力して増幅し変位部2に出力する増幅器16
と、発振器15からの駆動信号を遅延回路14を経た後
で増幅し変位部3に出力する増幅器17と、被駆動部材
の速度を検出する速度検出部11と、速度検出部11の
検出信号を入力し遅延回路14を制御する位相制御部1
2と、速度検出部11の検出信号を入力し増幅器16お
よび17を制御する振幅制御部13とを備える。なお、
速度検出部11は、パルスエンコーダやMRセンサなど
が用いられる。
This drive device directly receives and amplifies a drive signal from an oscillator 15 and outputs the amplified signal to the displacement unit 2.
And an amplifier 17 that amplifies the drive signal from the oscillator 15 after passing through the delay circuit 14 and outputs the amplified signal to the displacement unit 3, a speed detector 11 that detects the speed of the driven member, and a detection signal of the speed detector 11. Phase control unit 1 for inputting and controlling delay circuit 14
2 and an amplitude control unit 13 that inputs a detection signal of the speed detection unit 11 and controls the amplifiers 16 and 17. In addition,
As the speed detection unit 11, a pulse encoder, an MR sensor, or the like is used.

【0048】速度検出部11により検出された被駆動部
材の速度信号は位相制御部12および振幅制御部13に
入力される。位相制御部12は、不図示の速度指令部よ
り与えられた指令値と現在の被駆動部材の速度とを比較
し、最適な位相差を算出し、遅延回路14に入力する。
遅延回路14では命令値分位相を遅らせ、2つの変位部
2、3に与える駆動信号に位相差を生じさせる。そし
て、増幅器16、17はそれぞれ駆動信号を増幅して変
位部2、3に供給する。また、振幅制御部13は、不図
示の速度指令部より与えられた指令値と現在の被駆動部
材の速度とを比較し、変位部2、3それぞれについての
最適な振幅を算出し、各振幅値をそれぞれの増幅器1
6、17に入力する。増幅器16、17は、振幅制御部
13からの命令値に従い振幅を変化させ、各変位部2、
3に供給する。
The speed signal of the driven member detected by the speed detector 11 is input to the phase controller 12 and the amplitude controller 13. The phase control unit 12 compares a command value given from a speed command unit (not shown) with the current speed of the driven member, calculates an optimal phase difference, and inputs the calculated phase difference to the delay circuit 14.
The delay circuit 14 delays the phase by the command value and causes a phase difference between the drive signals applied to the two displacement units 2 and 3. Then, the amplifiers 16 and 17 amplify the drive signals and supply the amplified drive signals to the displacement units 2 and 3, respectively. Further, the amplitude control unit 13 compares a command value given from a speed command unit (not shown) with the current speed of the driven member, calculates an optimum amplitude for each of the displacement units 2 and 3, and The value for each amplifier 1
Input to 6 and 17. The amplifiers 16 and 17 change the amplitude in accordance with the command value from the amplitude control unit 13 and
Supply 3

【0049】この駆動装置により、アクチュエータの駆
動力をコントロールすることが可能となる。
With this driving device, the driving force of the actuator can be controlled.

【0050】また、駆動装置としては、図7や図8に示
す構成のものを用いることができる。
As the driving device, those having the configuration shown in FIGS. 7 and 8 can be used.

【0051】図7に示す駆動装置は、図6の駆動装置に
おける速度検出部11に代えて、メモリ21およびタイ
マー22からの信号を入力するコントローラ20を用い
ている。
The driving device shown in FIG. 7 uses a controller 20 for inputting signals from a memory 21 and a timer 22 in place of the speed detecting section 11 in the driving device shown in FIG.

【0052】この駆動装置においては、メモリ21に
は、複数の情報が記憶されている。各情報は、位相差情
報と振幅情報とからなる駆動パターンであり、低速高ト
ルクから高速低トルクまでの種々の段階のものである。
タイマー22は、起動時からの時間を計測するようにな
っていて、コントローラ20は予め決められた時間が経
過する度に、メモリ21から該当時間に応じた駆動パタ
ーンを読み出して位相差制御部12および振幅制御部1
3のうちの該当するものを制御する。
In this driving device, the memory 21 stores a plurality of pieces of information. Each piece of information is a drive pattern including phase difference information and amplitude information, and is of various stages from low-speed high-torque to high-speed low-torque.
The timer 22 measures the time from the time of activation, and the controller 20 reads a drive pattern corresponding to the time from the memory 21 every time a predetermined time elapses, and And amplitude control unit 1
Control the appropriate one of the three.

【0053】図8に示す駆動装置は、図6の駆動装置に
おける速度検出部11に代えて、メモリ21および速度
検出部11からの信号を入力するコントローラ23を用
いている。
The driving device shown in FIG. 8 uses a memory 21 and a controller 23 for inputting a signal from the speed detecting unit 11 instead of the speed detecting unit 11 in the driving device shown in FIG.

【0054】この駆動装置におけるメモリ21には、前
同様に複数の情報が記憶されている。各情報は、位相差
情報と振幅情報とからなる駆動パターンであり、低速高
トルクから高速低トルクまでの種々の段階のものであ
る。速度検出部11は、ロータの回転速度を計測するよ
うになっていて、コントローラ23は予め決められた速
度に達すると、メモリ21から該当速度に応じた駆動パ
ターンを読み出して位相差制御部12および振幅制御部
13のうちの該当するものを制御する。
A plurality of pieces of information are stored in the memory 21 of this driving device as before. Each piece of information is a drive pattern including phase difference information and amplitude information, and is of various stages from low-speed high-torque to high-speed low-torque. The speed detector 11 measures the rotation speed of the rotor. When the controller 23 reaches a predetermined speed, the controller 23 reads a drive pattern corresponding to the speed from the memory 21 and reads the drive pattern corresponding to the speed. The corresponding one of the amplitude control units 13 is controlled.

【0055】これら駆動装置による場合は、駆動開始後
の立ち上がりをスムーズに行うことが可能になる。
In the case of using these driving devices, it is possible to smoothly start up after the start of driving.

【0056】なお、上記第1実施形態では位相差と振幅
を変化させて、合成部5の楕円軌跡の傾き具合を調整し
ているが、本発明はこれに限らず、振幅のみを変化させ
て合成部5の楕円軌跡の傾き具合を調整してもよい。但
し、駆動トルクをも調整する場合は、位相差も変化させ
るようにするのが好ましい。
In the first embodiment, the phase difference and the amplitude are changed to adjust the inclination of the elliptical trajectory of the synthesizing unit 5. However, the present invention is not limited to this, and only the amplitude is changed. The degree of inclination of the elliptical locus of the combining unit 5 may be adjusted. However, when the driving torque is also adjusted, it is preferable to change the phase difference.

【0057】また、上記第1実施形態における2つの変
位部2、3の駆動モードは、共振モード、非共振モード
のどちらでもよいが、共振モードの方がより効率がよ
く、低電圧で駆動できるという利点がある。但し、2つ
の変位部2、3を共振モードで駆動する場合には、共振
周波数付近で電圧と変位の位相が大きく変化するので、
圧電素子の共振周波数にずれが生じているときなどで
は、変位と比例関係にある電流の値を検出し、各変位部
に流れる電流の位相が所定値になるように電圧の位相を
制御するのが好ましい。
The driving mode of the two displacement portions 2 and 3 in the first embodiment may be either the resonance mode or the non-resonance mode, but the resonance mode is more efficient and can be driven at a low voltage. There is an advantage. However, when the two displacement units 2 and 3 are driven in the resonance mode, the phase of the voltage and the displacement greatly changes near the resonance frequency.
When the resonance frequency of the piezoelectric element is shifted, for example, the value of the current that is proportional to the displacement is detected, and the phase of the voltage is controlled so that the phase of the current flowing through each displacement section becomes a predetermined value. Is preferred.

【0058】また、上記第1実施形態では、変位部に積
層型圧電素子を使用しているが、本発明はこれに限ら
ず、圧電素子の他に弾性体を含んだ構成のものを変位部
として用いることも可能である。
In the first embodiment, the laminated piezoelectric element is used for the displacement section. However, the present invention is not limited to this, and a structure including an elastic body in addition to the piezoelectric element may be used. It is also possible to use as.

【0059】図9は、圧電素子の他に弾性体を含んだ構
成のものを変位部に用いたトラス型アクチュエータを示
す模式的正面図である。このアクチュエータの変位部
2、3は、単層の圧電素子2a、3aと金属製の弾性体
2b、3bとを直列に接続した構成である。
FIG. 9 is a schematic front view showing a truss-type actuator using a displacement member that includes an elastic body in addition to a piezoelectric element. The displacement parts 2, 3 of this actuator have a configuration in which single-layer piezoelectric elements 2a, 3a and metal elastic bodies 2b, 3b are connected in series.

【0060】この構成のアクチュエータを用いる場合に
は、変位部に積層型圧電素子を使用したものと同様の効
果が得られることに加えて、以下のような利点がある。
即ち、一般に、圧電素子はセラミックス材料で作られて
おり、金属などと比べると振動の減衰が大きく、共振時
の変位拡大率が小さい。また、セラミックスは圧縮力に
は強いが引張力には弱く、特に積層型圧電素子ではその
接着面が多数存在するので剥がれる可能性が高くなるな
どの課題があるが、その課題の解決を図ることができる
という利点がある。 (第2実施形態)上記第1実施形態においては、2つの
変位部2と変位部3の両方に駆動信号を与え、それらの
変位を合成することで合成部5において楕円軌跡を得て
いた。これに対し、第2実施形態は、片側の変位部を駆
動して合成部において所望の軌跡を得る場合である。
The use of the actuator having this configuration has the following advantages in addition to the same effects as those obtained by using the laminated piezoelectric element for the displacement portion.
That is, in general, a piezoelectric element is made of a ceramic material, and has a large vibration damping and a small displacement expansion ratio at the time of resonance as compared with a metal or the like. In addition, ceramics are strong in compressive force but weak in tensile force. In particular, multilayer piezoelectric elements have many problems such as the possibility of peeling because of the large number of bonding surfaces. There is an advantage that can be. (Second Embodiment) In the first embodiment, an elliptical trajectory is obtained in the combining unit 5 by providing a drive signal to both the two displacement units 2 and 3 and combining the displacements. On the other hand, in the second embodiment, a desired trajectory is obtained in the combining unit by driving one of the displacement units.

【0061】この第2実施形態では、変位部の共振を利
用しなければ達成できないが、反面駆動するのは片側の
変位部のみであるので駆動回路の簡略化を図ることがで
きる。以下に、第2実施形態の駆動方法の数値的な取り
扱い及び実験結果を示す。 (アクチュエータのモデル化)トラス型アクチュエータ
の固有振動モードには、図10(a)に示すように、共
に圧電素子からなる両変位部2、3が同じ位相で伸縮す
る同位相モードと、図10(b)に示すように逆の位相
で伸縮する逆位相モードが存在する。
In the second embodiment, this cannot be achieved unless the resonance of the displacement portion is used, but the driving circuit can be simplified since only the displacement portion on one side is driven. Hereinafter, numerical handling and experimental results of the driving method according to the second embodiment will be described. (Modeling of Actuator) The natural vibration modes of the truss-type actuator include, as shown in FIG. 10A, an in-phase mode in which both displacement portions 2 and 3 both made of piezoelectric elements expand and contract in the same phase. There is an anti-phase mode that expands and contracts in the opposite phase as shown in FIG.

【0062】ここで、各モードは、図11に示すよう
に、バネ、重りおよびダッシュポットを備えた1自由度
の粘性減衰振動系で表すことができる。但し、ダッシュ
ポットの表示は省略してある。
Here, as shown in FIG. 11, each mode can be represented by a one-degree-of-freedom viscous damping vibration system including a spring, a weight, and a dashpot. However, the display of the dashpot is omitted.

【0063】そして、同位相モードを、被駆動部材の法
線方向Aに振動する第1振動系とし、逆位相モードを、
被駆動部材の接線方向Bに振動する第2振動系とする
と、1本の変位部2を駆動するときの振動モデルは、図
11で表される。両モードの変位方向は直交し、その対
称軸方向(矢印方向)に圧電素子(変位部)2の励振力
が加えられる。
The in-phase mode is a first vibration system that vibrates in the normal direction A of the driven member, and the anti-phase mode is
Assuming a second vibration system that vibrates in the tangential direction B of the driven member, a vibration model for driving one displacement unit 2 is shown in FIG. The displacement directions of both modes are orthogonal to each other, and the excitation force of the piezoelectric element (displacement portion) 2 is applied in the direction of the axis of symmetry (the direction of the arrow).

【0064】1自由度の振動系(バネ定数:k、重りの
質量:m、粘性:η)に、正弦波の励振力:f(t)=
0cosωtを加えたときの変位:χ(t)は、下記
(3)式で表される。
In a vibration system having one degree of freedom (spring constant: k, mass of weight: m, viscosity: η), excitation force of sine wave: f (t) =
Displacement when adding F 0 cosωt: χ (t) is expressed by the following equation (3).

【0065】 χ(t)=Xcos(ωt−φ) …(3)Χ (t) = Xcos (ωt−φ) (3)

【0066】[0066]

【数1】 (Equation 1)

【0067】但し、固有振動数:ωn=√(k/m)、
減衰比:ζ=η/2√(mk)、静的変位:X0=F0
kであり、共振周波数:fn=ωn/2πである。
Here, the natural frequency: ωn = √ (k / m),
Damping ratio: ζ = η / 2√ (mk), static displacement: X 0 = F 0 /
k, and the resonance frequency is fn = ωn / 2π.

【0068】そして、圧電素子2が発生させる駆動力:
0cosωtを、法線方向Aと接線方向Bとの2方向
成分に分解すると、各成分である第1、第2振動系の励
振力f1(t)、f2(t)は、下記(4)式で表され
る。
The driving force generated by the piezoelectric element 2 is as follows:
When F 0 cos ωt is decomposed into two components of a normal direction A and a tangential direction B, the excitation forces f 1 (t) and f 2 (t) of the first and second vibration systems, which are the components, are as follows. It is expressed by equation (4).

【0069】 f1(t)=f2(t)=(F0/√2)cosωt …(4) これらを上記(3)式に代入すると、第1振動系の変
位:χ1(t)は下記(5)式で表され、第2振動系の
変位:χ2(t)は下記(6)式で表される。
F 1 (t) = f 2 (t) = (F 0 / √2) cosωt (4) When these are substituted into the above equation (3), the displacement of the first vibration system: χ 1 (t) Is represented by the following equation (5), and the displacement of the second vibration system: χ 2 (t) is represented by the following equation (6).

【0070】 χ1(t)=X1cos(ωt−φ1) …(5) χ2(t)=X2cos(ωt−φ2) …(6)Χ 1 (t) = X 1 cos (ωt−φ 1 ) (5) χ 2 (t) = X 2 cos (ωt−φ 2 ) (6)

【0071】[0071]

【数2】 (Equation 2)

【0072】 但し、固有振動数:ωn1=√(k1/m1) ωn2=√(k2/m2) 減衰比:ζ1=η1/2√(m11) ζ2=η2/2√(m22) 静的変位:X01=F0/(√2×k1) X02=F0/(√2×k2) 共振周波数:fn1,2=ωn1,2/2πである。[0072] However, the natural frequency: ωn 1 = √ (k 1 / m 1) ωn 2 = √ (k 2 / m 2) damping ratio: ζ 1 = η 1 / 2√ (m 1 k 1) ζ 2 = Η 2 / 2√ (m 2 k 2 ) Static displacement: X 01 = F 0 / (√2 × k 1 ) X 02 = F 0 / (√2 × k 2 ) Resonance frequency: fn 1,2 = ωn 1,2 / 2π.

【0073】このように、第1、第2振動系の固有振動
数:ωn1,2、減衰比:ζ1,2、静的変位:X01,02が得
られると、駆動周波数:f=ω/2πと第1、第2振動
系の変位:χ1,2(t)(すなわち合成部の軌跡)の関
係を求めることができる。 (軌跡が円形となる条件)上記第1、第2振動系は互い
に直交しているので、Lissajousの式より、両
者の振幅が等しく位相差が90度になる条件で、合成部
の軌跡が円形を描くことが解る。そして、上述した
(5)式および(6)式より、この条件は下記(7)式
および(8)式で表される。
As described above, when the natural frequency of the first and second vibration systems: ωn 1,2 , the damping ratio: ζ 1,2 , and the static displacement: X 01,02 , the driving frequency: f = The relationship between ω / 2π and the displacement of the first and second vibration systems: χ 1,2 (t) (that is, the trajectory of the synthesis unit) can be obtained. (Condition that the trajectory is circular) Since the first and second vibration systems are orthogonal to each other, the trajectory of the combining unit is circular under the condition that both amplitudes are equal and the phase difference is 90 degrees according to the Lissajous equation. You can see that Then, from the above equations (5) and (6), this condition is expressed by the following equations (7) and (8).

【0074】[0074]

【数3】 (Equation 3)

【0075】上記(7)式および(8)式を簡略化すべ
く、ζ1=ζ2、X01=X02と仮定し、上記(7)式およ
び(8)式を整理してωを消去すると、fn1、fn2
よびζの関係は下記(9)式で表される。
In order to simplify the above equations (7) and (8), it is assumed that ζ 1 = ζ 2 and X 01 = X 02, and the equations (7) and (8) are rearranged and ω is eliminated. Then, the relationship between fn 1 , fn 2 and ζ is expressed by the following equation (9).

【0076】共振周波数の比率: fn1/fn2=(α±√(α2−1)…(9) 但し、(1−2ζ2)/(1−4ζ4)=α このように、振動系の減衰率:ζが得られると、片側駆
動で円形の軌跡を得るための共振周波数:fn1,2の比
率を求めることができる。
Ratio of resonance frequencies: fn 1 / fn 2 = (α ± √ (α 2 -1)... (9) where (1-2ζ 2 ) / (1-4ζ 4 ) = α When the system damping ratio: 得 is obtained, the ratio of the resonance frequency: fn 1,2 for obtaining a circular locus by one-side driving can be obtained.

【0077】また、このときの駆動周波数:f3は、 駆動周波数:f3=ω3/2π …(10) で表される。但し、ω3 2=[(2ωn1 2ωn2 2)/(ω
1 2+ωn2 2)](1−2ζ2)である。 (共振周波数の比率と合成部の軌跡)上記図11のモデ
ルにおいて、共振周波数の比率と軌跡との関係を調べ
る。
The driving frequency: f 3 at this time is represented by the following: driving frequency: f 3 = ω 3 / 2π (10) However, ω 3 2 = [(2ωn 1 2 ωn 2 2) / (ω
n 1 2 + ωn 2 2 )] (1-2 2 ). (Resonance frequency ratio and trajectory of the combining unit) In the model of FIG. 11, the relationship between the resonance frequency ratio and the trajectory is examined.

【0078】図12に、共振周波数の比率が(9)式を
満たし、円形の軌跡が得られる状態を、図13に共振周
波数が離れた例を、図14に共振周波数が近づいた例を
示す。図12〜図14のいずれも、変位部2を駆動した
場合であり、減衰比:ζ1,2=0.025とし、共振周
波数の値は適宜決定している。
FIG. 12 shows a state in which the ratio of the resonance frequencies satisfies the equation (9) and a circular locus is obtained, FIG. 13 shows an example in which the resonance frequencies are apart, and FIG. 14 shows an example in which the resonance frequencies are close. . 12 to 14 show the case where the displacement unit 2 is driven, the attenuation ratio: ζ 1,2 = 0.025, and the value of the resonance frequency is appropriately determined.

【0079】図12(a)において、同位相の共振周波
数:fn1をf1=64kHzとすると、(9)式および
(10)式より逆位相の共振周波数:fn2はf2=67
kHzとなり、駆動周波数:f3はf3=65.4kHz
となる。
In FIG. 12A, assuming that the resonance frequency fn 1 of the same phase is f 1 = 64 kHz, the resonance frequency f n 2 of the opposite phase is f 2 = 67 from equations (9) and (10).
kHz, and the driving frequency: f 3 is f 3 = 65.4 kHz.
Becomes

【0080】駆動周波数f3が65.4kHzと等しい
場合には、図12(a)に示すように両振動系の振幅が
一致し、図12(b)に示すように位相差が90度とな
るため、合成部の軌跡は図12(e)に示すように円形
となる。同位相の振動系においては、図12(a)に示
すように駆動周波数が共振周波数より大きいため、振幅
はピークを過ぎてやや小さくなり、図12(b)に示す
ように位相遅れは90度より大きくなる。一方、逆位相
の振動系においては、図12(a)に示すように駆動周
波数が共振周波数より小さいため、振幅はピークに達さ
ずやや小さくなり、図12(b)に示すように位相遅れ
は90度より小さくなる。また、同位相の位相遅れが逆
位相の位相遅れより大きいため、交点の合成部は反時計
方向に回転する。
When the driving frequency f 3 is equal to 65.4 kHz, the amplitudes of the two vibration systems match as shown in FIG. 12A, and the phase difference becomes 90 degrees as shown in FIG. Therefore, the trajectory of the combining unit is circular as shown in FIG. In a vibration system having the same phase, since the driving frequency is higher than the resonance frequency as shown in FIG. 12A, the amplitude slightly exceeds the peak, and the phase delay is 90 degrees as shown in FIG. 12B. Be larger. On the other hand, in the vibration system of the opposite phase, since the driving frequency is lower than the resonance frequency as shown in FIG. 12A, the amplitude does not reach the peak and becomes slightly smaller, and the phase lag as shown in FIG. Is less than 90 degrees. Further, since the phase delay of the same phase is larger than the phase delay of the opposite phase, the combining part at the intersection rotates counterclockwise.

【0081】また、駆動周波数が各振動系の共振周波数
より十分に小さい場合には、図12(a)に示すように
振幅は等しくかつ小さくなり、図12(b)に示すよう
に位相差は0度に近づくため、図12(c)に示すよう
に合成部の軌跡は駆動方向に伸びた小さな楕円形とな
る。共振周波数より十分に大きい場合も同じである(図
12(g)参照)。また、駆動周波数が共振周波数と等
しい場合には、振幅の比、位相差とも大きいため、図1
2(d)や(f)に示すように合成部の軌跡は各振動系
の方向に伸びた大きい楕円形となる。
When the driving frequency is sufficiently lower than the resonance frequency of each vibration system, the amplitude becomes equal and smaller as shown in FIG. 12A, and the phase difference becomes smaller as shown in FIG. Since it approaches 0 degrees, the trajectory of the combining unit has a small elliptical shape extending in the driving direction as shown in FIG. The same applies to the case where the resonance frequency is sufficiently higher than the resonance frequency (see FIG. 12G). When the drive frequency is equal to the resonance frequency, both the amplitude ratio and the phase difference are large, so that FIG.
As shown in 2 (d) and (f), the trajectory of the combining unit is a large ellipse extending in the direction of each vibration system.

【0082】ところで、図13(a)に示すように共振
周波数が離れると、変位のピークはほとんど重ならず、
図13(b)に示すように位相差は0度と180度との
間を連続的に変化する。この場合において、駆動周波数
が共振周波数より十分に小さい、または十分に大きい場
合には、図13(c)または図13(g)に示すように
合成部の軌跡は、図12の場合とほぼ一致する。また、
駆動周波数が共振周波数と等しい場合には、振幅の差が
十分に大きいため、図13(d)や(f)に示すように
合成部の軌跡は振動系の変位方向に伸びた大きく細い楕
円形となる。また、駆動周波数が共振周波数の中間にあ
る場合には、振幅は等しくかつ小さくなり、位相差は1
80度に近づくため、図13(e)に示すように合成部
の軌跡は駆動方向と直交した方向に伸びる小さく細い楕
円形となる。
As shown in FIG. 13 (a), when the resonance frequencies are separated, the peaks of the displacement hardly overlap.
As shown in FIG. 13B, the phase difference continuously changes between 0 degree and 180 degrees. In this case, when the drive frequency is sufficiently lower or sufficiently higher than the resonance frequency, the trajectory of the combining unit substantially matches the case of FIG. 12 as shown in FIG. 13C or 13G. I do. Also,
When the driving frequency is equal to the resonance frequency, the difference between the amplitudes is sufficiently large. Therefore, as shown in FIGS. 13D and 13F, the trajectory of the synthesizing portion is a large thin elliptical shape extending in the displacement direction of the vibration system. Becomes When the driving frequency is in the middle of the resonance frequency, the amplitude is equal and small, and the phase difference is 1
Since the angle approaches 80 degrees, the trajectory of the combining unit becomes a small and thin ellipse extending in a direction orthogonal to the driving direction as shown in FIG.

【0083】また、図14(a)に示すように共振周波
数が近づくと、図14(a)および(b)に示すように
振幅と位相のカーブはほぼ重なり、位相差はピークの低
い山形となる。駆動周波数が共振周波数より十分に小さ
い、または十分に大きい場合には、図14(c)または
(g)に示すように合成部の軌跡は図12の場合とほぼ
一致する。また、駆動周波数が共振周波数と等しいと、
振幅はほぼ等しくなり、位相差はやや小さくなるため、
図14(d)や(f)に示すように合成部の軌跡は駆動
方向に伸びる大きい楕円形となる。また、駆動周波数が
共振周波数の中間にある場合には、振幅は等しくかつ大
きくなり、位相差はやや小さくなるため、図14(e)
に示すように合成部の軌跡は駆動方向に伸びる大きい楕
円形となる。
When the resonance frequency approaches as shown in FIG. 14 (a), the amplitude and phase curves substantially overlap as shown in FIGS. 14 (a) and 14 (b), and the phase difference becomes a peak-like shape having a low peak. Become. When the driving frequency is sufficiently lower or sufficiently higher than the resonance frequency, the trajectory of the combining unit substantially matches the case of FIG. 12 as shown in FIG. 14 (c) or (g). Also, if the drive frequency is equal to the resonance frequency,
Since the amplitude is almost equal and the phase difference is slightly smaller,
As shown in FIGS. 14D and 14F, the trajectory of the combining unit is a large ellipse extending in the driving direction. When the driving frequency is in the middle of the resonance frequency, the amplitude is equal and large, and the phase difference is slightly small.
As shown in (1), the trajectory of the combining section is a large ellipse extending in the driving direction.

【0084】以上の説明では、水平方向に配置された変
位部2を駆動しているが、これとは反対に鉛直方向に配
置された変位部3を駆動する場合には、上記とは対称的
なモデルとなり、合成部の軌跡は時計方向に回転する。
また、同位相の共振周波数が逆位相の共振周波数より大
きい場合には、逆位相の位相遅れが同位相の位相遅れよ
り大きくなり、同じく合成部の軌跡は時計方向に回転す
る。(第2実施形態の駆動方法)上述したとおり、同位
相と逆位相の共振周波数の大小及び各々の離れ具合によ
って、片側の変位部のみの駆動で種々の楕円軌跡を得る
ことができる。
In the above description, the displacement section 2 arranged in the horizontal direction is driven. On the contrary, when the displacement section 3 arranged in the vertical direction is driven, the displacement section 2 is symmetric. Model, and the trajectory of the synthesis unit rotates clockwise.
When the resonance frequency of the same phase is larger than the resonance frequency of the opposite phase, the phase delay of the opposite phase becomes larger than the phase delay of the same phase, and the trajectory of the combining unit also rotates clockwise. (Driving Method of Second Embodiment) As described above, various elliptical trajectories can be obtained by driving only one displacement portion depending on the magnitude of the resonance frequency of the same phase and the opposite phase and the degree of separation between them.

【0085】第2実施形態では、同位相の共振周波数f
1を逆位相の共振周波数fn2より大きく設定すること
で、図15および図16に示すような合成部の軌跡を得
ている。図15、図16では変位部3のみを駆動する例
を示している。
In the second embodiment, the in-phase resonance frequency f
By setting n 1 to be higher than the resonance frequency fn 2 of the opposite phase, the trajectory of the combining unit as shown in FIGS. 15 and 16 is obtained. 15 and 16 show an example in which only the displacement unit 3 is driven.

【0086】具体的には、楕円軌跡を作るためには、合
成部の軌跡が円形となる条件である上記(9)式を考慮
して、下記(11)式を満足させる必要がある。
Specifically, in order to form an elliptical trajectory, it is necessary to satisfy the following equation (11) in consideration of the above equation (9), which is a condition that the trajectory of the combining unit is circular.

【0087】 fn1/fn2<(α±√(α2−1)…(11) また、合成部が楕円軌跡で動くときの駆動方向と被駆動
部材であるロータが回転する方向との逆転現象が発生す
るのを防止するためには、下記(12)式を満足させる
必要がある。
Fn 1 / fn 2 <(α ± √ (α 2 -1) (11) In addition, the reverse of the driving direction when the combining unit moves along an elliptical locus and the direction in which the rotor that is the driven member rotates. In order to prevent the phenomenon from occurring, it is necessary to satisfy the following expression (12).

【0088】1<fn1/fn2…(12) したがって、第2実施形態のように2つの変位部の片側
のみを駆動させて合成部を楕円軌跡で動かす場合は、下
記(13)式を満足させる必要がある。
1 <fn 1 / fn 2 (12) Therefore, as in the second embodiment, when only one of the two displacement sections is driven to move the combining section along an elliptical locus, the following equation (13) is used. Need to be satisfied.

【0089】 1<fn1/fn2<(α±√(α2−1)…(13) より詳細に説明すると、上記(13)式を満足する場合
には、合成部が楕円軌跡で動くときの駆動方向と被駆動
部材であるロータが回転する方向とを揃えることができ
るが、上記(12)式を満足せず、つまりfn1/fn2
<1となると、合成部が楕円軌跡で動くときの駆動方向
と被駆動部材であるロータが回転する方向とが逆方向に
なり、ロータの駆動が困難になるからである。
1 <fn 1 / fn 2 <(α ± √ (α 2 −1) (13) In more detail, when the above equation (13) is satisfied, the synthesis unit moves along an elliptical locus. Although the driving direction at the time and the direction in which the rotor as the driven member rotates can be matched, the above expression (12) is not satisfied, that is, fn 1 / fn 2
If <1, the driving direction when the combining unit moves on an elliptical trajectory is opposite to the direction in which the rotor that is the driven member rotates, and it becomes difficult to drive the rotor.

【0090】また、同位相と逆位相の共振周波数の離れ
具合や駆動周波数を適宜決めることで、図15に示すよ
うにロータ10の法線方向に対して斜めに傾いた楕円軌
跡を作ることも、図16に示すようにロータ10の法線
方向に対して傾いていない楕円軌跡を作ることも可能で
ある。なお、図15および図16においては、被駆動部
材を時計回りに駆動しているが、反時計回りに駆動した
い場合は駆動側変位部と従動側変位部を入れ替えればよ
い。 (実験結果)図17に、上記第1実施形態の駆動方法で
得られたアクチュエータの駆動軌跡と特性図を示す。
Also, an elliptical locus inclined obliquely to the normal direction of the rotor 10 can be formed as shown in FIG. As shown in FIG. 16, it is also possible to create an elliptical locus that is not inclined with respect to the normal direction of the rotor 10. In FIGS. 15 and 16, the driven member is driven clockwise. However, if the driven member is to be driven counterclockwise, the driving side displacement section and the driven side displacement section may be exchanged. (Experimental Results) FIG. 17 shows a driving locus and a characteristic diagram of the actuator obtained by the driving method of the first embodiment.

【0091】図17(a)および(b)は、合成部の楕
円軌跡におけるロータに対する接線方向(縦軸方向)及
び法線方向(横軸方向)の楕円中心からの距離がほぼ等
しくなるように合成部の楕円軌跡を変化させた場合の軌
跡形状である。図中の数字の単位はμmである。
FIGS. 17 (a) and 17 (b) show that the distances from the center of the ellipse in the tangent direction (vertical axis direction) and the normal direction (horizontal axis direction) to the rotor in the elliptical trajectory of the combining section are almost equal. This is the trajectory shape when the elliptical trajectory of the combining unit is changed. The unit of the numbers in the figure is μm.

【0092】図17(c)は、そのように軌跡形状を変
化させた場合の特性図であり、横軸にアクチュエータの
駆動力(F)をとり、縦軸にロータの速度をとってい
る。なお、加圧部6による押圧方向は、図17(a)お
よび(b)における横軸の右方向である。また、図17
(d)も、そのように軌跡形状を変化させた場合の特性
図であり、横軸にアクチュエータの駆動力(F)をと
り、縦軸に効率をとっている。なお、図17(c)およ
び(d)中の「あ」の箇所が図17(a)に示す軌跡形
状のときであり、「い」の箇所が図17(b)に示す軌
跡形状のときである。また、図17(a)〜(d)の
A、B、C、D及びEは違う駆動条件であることを示
す。
FIG. 17C is a characteristic diagram in the case where the shape of the trajectory is changed in such a manner. The horizontal axis indicates the driving force (F) of the actuator, and the vertical axis indicates the speed of the rotor. Note that the pressing direction by the pressing unit 6 is the rightward direction of the horizontal axis in FIGS. 17 (a) and 17 (b). FIG.
(D) is a characteristic diagram in the case where the trajectory shape is changed in such a manner, where the horizontal axis represents the driving force (F) of the actuator and the vertical axis represents efficiency. 17 (c) and (d) show the case of the locus shape shown in FIG. 17 (a), and the case of "i" shows the locus shape shown in FIG. 17 (b). It is. Also, A, B, C, D, and E in FIGS. 17A to 17D indicate different driving conditions.

【0093】図17より理解されるように、図中の駆動
条件B、Cに示すように、ロータの法線方向に対して短
径方向が斜めに傾いた楕円軌跡形状となるように駆動し
た方が、駆動条件Aのようにロータの接線方向に長径方
向が向いた楕円軌跡形状とするときよりも、出力および
効率がともに向上する場合があることが確認できる。但
し、図中の駆動条件Eに示すように楕円軌跡の短径が小
さくなり過ぎると、合成部が楕円駆動と言うより直線状
に振動するようになり、被駆動部材を突っつくような駆
動方法に近くなり、出力および効率の特性が下がってし
まう。
As can be understood from FIG. 17, as shown by the driving conditions B and C in the figure, the rotor was driven so as to have an elliptical locus shape in which the minor axis direction was obliquely inclined with respect to the normal direction of the rotor. It can be confirmed that both the output and the efficiency may be improved as compared with the case where the elliptical trajectory shape has the major axis oriented in the tangential direction of the rotor as in the driving condition A. However, if the minor axis of the elliptical trajectory becomes too small as indicated by the driving condition E in the figure, the combining unit vibrates linearly rather than elliptical driving, and the driving method sticks the driven member. And the output and efficiency characteristics are reduced.

【0094】したがって、楕円軌跡の短径が小さくなり
過ぎない程度で、ロータの法線方向に対して短径方向が
斜めに傾いた楕円軌跡形状となるように、位相差および
振幅の少なくとも一方を調整して駆動することが好まし
い。このことは、第2実施形態による場合も同様であ
る。
Therefore, at least one of the phase difference and the amplitude is adjusted so that the minor axis of the elliptical locus does not become too small and the elliptical locus has a minor axis obliquely inclined with respect to the normal direction of the rotor. It is preferable to drive with adjustment. This is the same in the case of the second embodiment.

【0095】図18に、合成部が楕円軌跡となるよう
に、2つの変位部の片側を駆動した場合の合成部の軌跡
形状に応じた特性図を示す。なお、図18(a)(b)
の右側のTS48等は駆動条件を、vはロータの速度
を、ηは効率を示す。
FIG. 18 is a characteristic diagram according to the trajectory shape of the combining unit when one of the two displacement units is driven so that the combining unit has an elliptical trajectory. 18 (a) and 18 (b)
, TS48 and the like indicate the driving conditions, v indicates the speed of the rotor, and η indicates the efficiency.

【0096】図18(a)は、図15に示すように合成
部の楕円軌跡における短径方向が、ロータの法線方向に
対して斜めに傾けた状態で、その楕円軌跡の短径長さが
変化するように駆動する第2実施形態による場合の特性
図であり、図18(b)は図16に示すように合成部の
軌跡が楕円になる条件を満たし、かつその楕円軌跡の短
径方向がロータの法線方向に向いた、つまり傾いていな
い状態で駆動する場合の特性図である。
FIG. 18A shows a state in which the minor axis direction of the elliptical trajectory of the combining unit is inclined with respect to the normal direction of the rotor as shown in FIG. 18B is a characteristic diagram in the case of driving according to the second embodiment, and FIG. 18B satisfies the condition that the trajectory of the combining unit is elliptical as shown in FIG. 16 and the minor axis of the elliptical locus. It is a characteristic diagram in the case of driving in a state where the direction is oriented in the normal direction of the rotor, that is, not inclined.

【0097】この図18から明らかなように、第2実施
形態による場合のように楕円軌跡がロータの法線方向に
対して斜めに傾けた軌跡になるように片側駆動した方
が、出力および効率ともに向上する。よって、このよう
な条件で、位相差や振幅を制御するのが好ましい。
As apparent from FIG. 18, the output and the efficiency are better when the one-side drive is performed such that the elliptical locus is inclined relative to the normal direction of the rotor as in the second embodiment. Both will improve. Therefore, it is preferable to control the phase difference and the amplitude under such conditions.

【0098】なお、上述した第1、第2実施形態におい
ては、変位部の数が、変位部2と変位部3との2つから
なる場合を示した。しかし、本発明は変位部の数を2つ
に限るものではなく、3つ以上の場合においても適用す
ることができる。
In the first and second embodiments described above, the case where the number of the displacement parts is two, that is, the displacement part 2 and the displacement part 3, is shown. However, the present invention is not limited to two displacement parts, but can be applied to three or more displacement parts.

【0099】図19は、変位部が4つの場合を示す斜視
図である。このアクチュエータにおいて、x方向の振動
を行わせる場合には、変位部アとイを第1グループと
し、変位部ウとエを第2グループとして、各々のグルー
プが前述の変位部2や変位部3に相当するものと考えれ
ばよい。一方、y方向の振動を行わせる場合には、同様
に変位部アとエを第1グループとし、変位部イとウを第
2グループとして、各々のグループが前述の変位部2や
変位部3に相当するものと考えればよい。
FIG. 19 is a perspective view showing a case where there are four displacement parts. In the case of causing the actuator to vibrate in the x direction, the displacement units a and b are set as a first group, and the displacement units c and d are set as a second group. Can be considered as equivalent to On the other hand, when the vibration in the y direction is performed, similarly, the displacement parts a and d are set as the first group, and the displacement parts a and c are set as the second group. Can be considered as equivalent to

【0100】また、上述した実施形態では被駆動部材と
して回転する円形のロータを例に挙げて説明している
が、本発明はこれに限らず、楕円等のロータや直進する
スライダなどにも同様に適用することができる。被駆動
部材が楕円等のロータである場合に、合成部の楕円軌跡
の短径方向または長径方向を前記ロータの法線方向に対
して傾けるようにすればよい。また、上記スライダが板
状のものである場合には、合成部の楕円軌跡の短径方向
または長径方向を前記スライダの厚み方向に対して傾け
るようにすればよい。また、スライダが合成部と接する
面が平面である場合には、その平面に対して垂直な方向
に対して合成部の楕円軌跡の短径方向または長径方向を
傾けるようにすればよい。
In the above-described embodiment, a circular rotor that rotates as a driven member is described as an example. However, the present invention is not limited to this, and the present invention is not limited to an elliptical rotor or a linear slider. Can be applied to When the driven member is an elliptical rotor or the like, the minor axis direction or major axis direction of the elliptical trajectory of the combining section may be inclined with respect to the normal direction of the rotor. When the slider has a plate shape, the minor axis direction or major axis direction of the elliptical locus of the combining section may be inclined with respect to the thickness direction of the slider. When the surface of the slider in contact with the combining section is a plane, the minor axis direction or the major axis direction of the elliptical locus of the combining section may be inclined with respect to a direction perpendicular to the plane.

【0101】また、上述した実施形態では変位部として
圧電素子を用いた例を挙げて説明しているが、本発明は
これに限らず、磁歪素子や他の電気・機械エネルギー変
換素子を用いることもできる。
In the above-described embodiment, an example is described in which a piezoelectric element is used as the displacement portion. However, the present invention is not limited to this, and a magnetostrictive element or another electromechanical energy conversion element may be used. Can also.

【0102】[0102]

【発明の効果】以上詳述したように、本発明による場合
には、合成部の楕円軌跡における短径方向または長径方
向の被駆動部材に対する傾きが変化するので、出力特性
を低速高トルクから高速低トルクまでの任意値となるよ
うに調整することが可能となり、これにより効率アップ
を図ることが可能となる。
As described above in detail, in the case of the present invention, the inclination of the elliptical trajectory of the combining section in the minor axis direction or the major axis direction with respect to the driven member changes, so that the output characteristic changes from low speed and high torque to high speed. It is possible to adjust the value to an arbitrary value up to a low torque, thereby increasing the efficiency.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の第1実施形態に係る駆動方法により駆
動されるトラス型アクチュエータの構成を示す模式的正
面図である。
FIG. 1 is a schematic front view showing a configuration of a truss-type actuator driven by a driving method according to a first embodiment of the present invention.

【図2】(a)は本発明の第1実施形態に係る駆動方法
により駆動されるトラス型アクチュエータを構成する変
位部として用いる積層型圧電素子の構造を示す正面図、
(b)はほぼ直線的な関係の合成部の軌跡を示す図であ
る。
FIG. 2A is a front view showing a structure of a laminated piezoelectric element used as a displacement unit constituting a truss-type actuator driven by the driving method according to the first embodiment of the present invention,
(B) is a figure which shows the locus | trajectory of the combination part of a substantially linear relationship.

【図3】本発明の第1実施形態に係る駆動方法により駆
動されるトラス型アクチュエータを構成する2つの変位
部を各々駆動する2つの駆動信号の位相を変化させたと
きに得られる合成部の軌跡形状を示す図であり、(a)
は両駆動信号の位相差が60゜の場合、(b)は両駆動
信号の位相差が90゜の場合、(c)は両駆動信号の位
相差が120゜の場合である。
FIG. 3 is a diagram illustrating a synthesis unit obtained when the phases of two drive signals that respectively drive two displacement units included in a truss-type actuator driven by the drive method according to the first embodiment of the present invention are changed. It is a figure which shows a locus | trajectory shape, (a)
(B) shows the case where the phase difference between both drive signals is 90 °, and (c) shows the case where the phase difference between both drive signals is 120 °.

【図4】本発明の第1実施形態に係る駆動方法により駆
動されるトラス型アクチュエータを構成する2つの変位
部を各々駆動する2つの駆動信号の振幅を変化させたと
きに得られる軌跡形状を示す図であり、(a)は前記位
相差が60゜で、一方の変位部の駆動信号の振幅が他方
の変位部の駆動信号の振幅より小さい場合で、(b)は
位相差が60゜で、一方の変位部の駆動信号の振幅が他
方の変位部の駆動信号の振幅より大きい場合で、(c)
は位相差が120゜で、一方の変位部の駆動信号の振幅
が他方の変位部の駆動信号の振幅より小さい場合で、
(d)は位相差が120゜で、一方の変位部の駆動信号
の振幅が他方の変位部の駆動信号の振幅より大きい場合
である。
FIG. 4 shows a trajectory shape obtained when the amplitudes of two drive signals for driving two displacement units constituting a truss-type actuator driven by the drive method according to the first embodiment of the present invention are changed. FIG. 7A is a diagram illustrating a case where the phase difference is 60 ° and the amplitude of the drive signal of one displacement unit is smaller than the amplitude of the drive signal of the other displacement unit, and FIG. In the case where the amplitude of the drive signal of one displacement unit is larger than the amplitude of the drive signal of the other displacement unit, (c)
Is a case where the phase difference is 120 ° and the amplitude of the drive signal of one displacement unit is smaller than the amplitude of the drive signal of the other displacement unit,
(D) is a case where the phase difference is 120 ° and the amplitude of the drive signal of one displacement unit is larger than the amplitude of the drive signal of the other displacement unit.

【図5】図4(a)に対応するもので、60°の位相差
で一方の変位部の駆動信号の振幅を他方の変位部の駆動
信号の振幅に比べて小さくした場合の駆動態様の説明図
である。
FIG. 5 corresponds to FIG. 4 (a), and shows a driving mode when the amplitude of the drive signal of one displacement unit is made smaller than the amplitude of the drive signal of the other displacement unit by a phase difference of 60 °. FIG.

【図6】本発明の駆動方法を実現する駆動装置のブロッ
ク図を示す。
FIG. 6 shows a block diagram of a driving device for realizing the driving method of the present invention.

【図7】本発明の駆動方法を実現する他の駆動装置のブ
ロック図を示す。
FIG. 7 shows a block diagram of another driving device for realizing the driving method of the present invention.

【図8】本発明の駆動方法を実現する更に他の駆動装置
のブロック図を示す。
FIG. 8 shows a block diagram of still another driving device for realizing the driving method of the present invention.

【図9】本発明の第1実施形態に係る駆動方法により駆
動される他のトラス型アクチュエータの構成を示す模式
的正面図である。
FIG. 9 is a schematic front view showing the configuration of another truss-type actuator driven by the driving method according to the first embodiment of the present invention.

【図10】トラス型アクチュエータの固有振動モードを
示す図であり、(a)は両変位部が同じ位相で伸縮する
同位相モード、(b)は逆の位相で伸縮する逆位相モー
ドを示す。
10A and 10B are diagrams showing natural vibration modes of the truss-type actuator, wherein FIG. 10A shows an in-phase mode in which both displacement portions expand and contract in the same phase, and FIG. 10B shows an anti-phase mode in which both displacement portions expand and contract in the opposite phase.

【図11】同位相モードを第1振動系とし、逆位相モー
ドを第2振動系とした場合において、1本の変位部を駆
動するときの振動モデルを示す図である。
FIG. 11 is a diagram showing a vibration model when driving one displacement unit when the same phase mode is a first vibration system and the opposite phase mode is a second vibration system.

【図12】図11の振動モデルにおいて、共振周波数の
比率が(9)式を満たし、円形の軌跡が得られる状態の
共振周波数の比率と軌跡との関係を示す図である。
12 is a diagram showing a relationship between the ratio of the resonance frequency and the locus in a state where the ratio of the resonance frequency satisfies the expression (9) and a circular locus is obtained in the vibration model of FIG. 11;

【図13】図11の振動モデルにおいて、共振周波数が
離れた状態の共振周波数の比率と軌跡との関係を示す図
である。
FIG. 13 is a diagram illustrating a relationship between a ratio of a resonance frequency in a state where resonance frequencies are separated and a locus in the vibration model of FIG. 11;

【図14】図11の振動モデルにおいて、共振周波数が
近づいた状態の共振周波数の比率と軌跡との関係を示す
図である。
FIG. 14 is a diagram showing a relationship between a ratio of a resonance frequency in a state where the resonance frequency approaches and a locus in the vibration model of FIG. 11;

【図15】本発明の第2実施形態によりロータの法線方
向に対して斜めに傾いた楕円軌跡を作る場合の駆動状態
を示す正面図である。
FIG. 15 is a front view showing a driving state when an elliptical trajectory inclined obliquely to the normal direction of the rotor is formed according to the second embodiment of the present invention.

【図16】本発明の第2実施形態によりロータの法線方
向に対して傾いていない楕円軌跡を作る場合の駆動状態
を示す正面図である。
FIG. 16 is a front view showing a driving state when an elliptical trajectory not inclined with respect to the normal direction of the rotor is formed according to the second embodiment of the present invention.

【図17】本発明の第2実施形態の駆動方法で得られた
アクチュエータの駆動軌跡と特性図を示し、(a)は楕
円軌跡のロータに対する接線方向及び法線方向の距離が
ほぼ等しくなるように合成部の軌跡を変化させた結果で
あり、(b)はそのときの特性図である。
17A and 17B show a driving locus and a characteristic diagram of an actuator obtained by the driving method according to the second embodiment of the present invention, and FIG. 17A shows that the elliptical locus in the tangential direction and the normal direction to the rotor are almost equal. 7B shows the result of changing the trajectory of the combining unit, and FIG.

【図18】(a)および(b)は共に合成部が楕円軌跡
となるように、2つの変位部の片側を駆動した場合の合
成部の軌跡形状に応じた特性図を示し、(a)は、図1
5に示すように合成部の楕円軌跡における短径方向が、
ロータの法線方向に対して斜めに傾けた状態、(b)は
図16に示すように合成部の軌跡が楕円になる条件を満
たし、かつその楕円軌跡の短径方向がロータの法線方向
に向いた、つまり傾いていない状態である。
18A and 18B are characteristic diagrams according to the trajectory shape of the combining unit when one of the two displacement units is driven such that the combining unit has an elliptical trajectory, and FIG. Figure 1
As shown in FIG. 5, the minor axis direction of the elliptical locus of the combining unit is
FIG. 16B shows a state in which the trajectory of the combining unit is elliptical as shown in FIG. 16, and the minor axis direction of the elliptical trajectory is the normal direction of the rotor. , That is, not tilted.

【図19】本発明が適用可能な、変位部が4つの場合の
アクチュエータを示す斜視図である。
FIG. 19 is a perspective view showing an actuator to which the present invention can be applied when there are four displacement units.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 駆動部 2、3 変位部 4 固定部 5 合成部 6 加圧部 10 被駆動部材 11 速度検出部 12 位相制御部 13 振幅制御部 14 遅延回路 15 発振器 16、17 増幅器 20、23 コントローラ 21 メモリ 22 タイマー DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Drive part 2, 3 Displacement part 4 Fixed part 5 Synthesizing part 6 Pressurizing part 10 Driven member 11 Speed detection part 12 Phase control part 13 Amplitude control part 14 Delay circuit 15 Oscillator 16, 17 Amplifier 20, 23 Controller 21 Memory 22 timer

フロントページの続き (72)発明者 松田 伸也 大阪市中央区安土町二丁目3番13号 大阪 国際ビル ミノルタ株式会社内 Fターム(参考) 5H680 AA04 AA05 AA06 AA08 BB15 CC02 DD01 DD23 DD27 DD37 DD53 DD74 DD95 EE23 FF08 FF21 FF23 FF27 FF30 FF33 GG02 GG20 GG25 GG27 Continuation of the front page (72) Inventor Shinya Matsuda 2-3-1, Azuchicho, Chuo-ku, Osaka F-term in Osaka International Building Minolta Co., Ltd. (reference) 5H680 AA04 AA05 AA06 AA08 BB15 CC02 DD01 DD23 DD27 DD37 DD53 DD74 DD95 EE23 FF08 FF21 FF23 FF27 FF30 FF33 GG02 GG20 GG25 GG27

Claims (11)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 固定部、各先端側が交差するように各基
端側が固定部に固定された複数の変位部、および全変位
部の先端に共通して配設された合成部からなる駆動部
と、上記合成部を駆動対象の被駆動部材に加圧接触させ
る加圧部とからなるアクチュエータに対し、上記合成部
を楕円運動させて被駆動部材に駆動力を伝達させるアク
チュエータの駆動方法であって、 前記合成部の楕円軌跡における短径方向または長径方向
の被駆動部材に対する傾きを変化させることを特徴とす
るアクチュエータの駆動方法。
1. A drive unit comprising: a fixed portion; a plurality of displacement portions each having a base end fixed to the fixed portion such that each tip side intersects; and a synthesizing portion commonly disposed at the tip of all the displacement portions. And a pressurizing unit that presses the combining unit against a driven member to be driven, and a method of driving an actuator that transmits the driving force to the driven member by causing the combining unit to perform elliptical motion. And changing the inclination of the combining section in the minor axis direction or the major axis direction in the elliptical trajectory with respect to the driven member.
【請求項2】 前記合成部の楕円軌跡における短径方向
または長径方向の被駆動部材に対する傾きを、各変位部
に与える駆動信号の位相差および振幅のうち少なくとも
振幅を変えて変化させることを特徴とする請求項1に記
載のアクチュエータの駆動方法。
2. The method according to claim 1, wherein the inclination of the combining section in the minor axis direction or the major axis direction with respect to the driven member in the elliptical trajectory is changed by changing at least the amplitude of the phase difference and the amplitude of the drive signal applied to each displacement section. The method for driving an actuator according to claim 1, wherein
【請求項3】 前記合成部の楕円軌跡における短径方向
または長径方向の被駆動部材に対する傾き量が異なるよ
うに、位相差および振幅のうち少なくとも振幅を複数レ
ベルで設定しておき、被駆動部材の駆動速度に応じて位
相差および振幅のうち少なくとも振幅のレベルを切り替
えることを特徴とする請求項1または2に記載のアクチ
ュエータの駆動方法。
3. At least a plurality of levels of the phase difference and the amplitude are set at a plurality of levels so that the amount of inclination of the elliptical trajectory of the combining unit with respect to the driven member in the minor axis direction or the major axis direction is different. 3. The method according to claim 1, wherein at least one of the phase difference and the amplitude is switched in accordance with the driving speed.
【請求項4】 固定部、各先端側が交差するように各基
端側が固定部に固定された複数の変位部、および全変位
部の先端に共通して配設された合成部からなる駆動部
と、上記合成部を駆動対象の被駆動部材に加圧接触させ
る加圧部とからなるアクチュエータに対し、上記合成部
を楕円運動させて被駆動部材に駆動力を伝達させるアク
チュエータの駆動方法であって、 前記合成部の楕円軌跡の短径方向または長径方向が被駆
動部材に対して傾いた状態において、楕円軌跡の短径寸
法を変化させることにより被駆動部材の駆動特性を制御
することを特徴とするアクチュエータの駆動方法。
4. A drive unit comprising: a fixed portion; a plurality of displacement portions each having a base end fixed to the fixed portion such that each tip side intersects; and a synthesizing portion commonly disposed at the tip of all the displacement portions. And a pressurizing unit that presses the combining unit against a driven member to be driven, and a method of driving an actuator that transmits the driving force to the driven member by causing the combining unit to perform elliptical motion. In the state where the minor axis direction or major axis direction of the elliptical locus of the combining unit is inclined with respect to the driven member, the driving characteristics of the driven member are controlled by changing the minor axis dimension of the elliptical locus. Actuator driving method to be used.
【請求項5】 前記楕円軌跡の短径寸法を、各変位部に
与える駆動信号の位相差および振幅のうち少なくとも振
幅を変えて変化させることを特徴とする請求項4に記載
のアクチュエータの駆動方法。
5. The method of driving an actuator according to claim 4, wherein the minor axis dimension of the elliptical locus is changed by changing at least the amplitude of the phase difference and the amplitude of the drive signal applied to each displacement portion. .
【請求項6】 前記複数の変位部を、1または2以上の
第1グループと、1または2以上の第2グループとに区
別し、両方のグループの変位部を駆動することを特徴と
する請求項1乃至5のいずれかに記載のアクチュエータ
の駆動方法。
6. The method according to claim 1, wherein the plurality of displacement units are divided into one or more first groups and one or more second groups, and the displacement units in both groups are driven. Item 6. A method for driving an actuator according to any one of Items 1 to 5.
【請求項7】 前記複数の変位部を、1または2以上の
第1グループと、1または2以上の第2グループとに区
別し、一方のグループの変位部を駆動することを特徴と
する請求項4または5に記載のアクチュエータの駆動方
法。
7. The method according to claim 1, wherein the plurality of displacement units are classified into one or more first groups and one or more second groups, and one of the groups is driven. Item 6. The method for driving an actuator according to item 4 or 5.
【請求項8】 固定部、各先端側が交差するように各基
端側が固定部に固定された複数の変位部、および全変位
部の先端に共通して配設された合成部からなる駆動部
と、上記合成部を駆動対象の被駆動部材に加圧接触させ
る加圧部とからなるアクチュエータに対し、上記合成部
を楕円運動させて被駆動部材に駆動力を伝達させるアク
チュエータの駆動方法であって、 上記複数の変位部を、1または2以上の第1グループ
と、1または2以上の第2グループとに区別し、第1グ
ループの変位部と第2グループの変位部が同じ位相で共
振する同相モードの共振周波数fn1と、第1グループ
の変位部と第2グループの変位部が逆の位相で共振する
逆相モードの共振周波数fn2との関係が、下記(A
1)式および(A2)式を満足するように一方のグルー
プを駆動制御することを特徴とするアクチュエータの駆
動方法。 1<fn1/fn2<α+√(α2−1)…(A1) α=(1−2ζ2)/(1−4ζ2)…(A2) 但し、ζは減衰比
8. A drive unit comprising: a fixed portion; a plurality of displacement portions each having a base end fixed to the fixed portion so that each tip side intersects; and a synthesizing portion commonly disposed at the tips of all the displacement portions. And a pressurizing unit that presses the combining unit against a driven member to be driven, and a method of driving an actuator that transmits the driving force to the driven member by causing the combining unit to perform elliptical motion. The plurality of displacement units are divided into one or more first groups and one or more second groups, and the first group displacement units and the second group displacement units resonate in the same phase. and the resonance frequency fn 1 common mode, the relationship between the resonance frequency fn 2 reverse-phase mode in which the displacement of the displacement portion and the second group of the first group to resonate in opposite phase, the following (a
A method of driving an actuator, wherein one group is drive-controlled so as to satisfy the expressions (1) and (A2). 1 <fn 1 / fn 2 < α + √ (α 2 -1) ... (A1) α = (1-2ζ 2) / (1-4ζ 2) ... (A2) where the ζ damping ratio
【請求項9】 請求項1、2、4および5のいずれかに
記載のアクチュエータの駆動方法における複数の変位部
を、1または2以上の第1グループと1または2以上の
第2グループとに区別して両グループを各々駆動するア
クチュエータの駆動装置であって、 発振信号を一方が他方に対して遅れまたは進むように増
幅し、各別に各グループに出力する2つの増幅手段と、 被駆動部材の速度を検出する速度検出手段と、 上記速度検出手段による検出結果に基づき前記2つの増
幅手段の両方または一方による振幅量を制御する振幅制
御手段と、 上記速度検出手段による検出結果に基づき、前記2つの
増幅手段へ入力されるまたは2つの増幅手段から出力さ
れる信号の両方または一方の位相量を制御する位相差制
御手段とを具備することを特徴とするアクチュエータの
駆動装置。
9. The actuator driving method according to claim 1, wherein the plurality of displacement portions are divided into one or more first groups and one or more second groups. A driving device for an actuator that drives both groups separately, comprising two amplifying means for amplifying an oscillating signal so that one lags or advances the other and outputs the signals to each group separately, Speed detecting means for detecting a speed; amplitude controlling means for controlling an amplitude amount by both or one of the two amplifying means based on a detection result by the speed detecting means; And phase difference control means for controlling the phase amount of both or one of the signals input to the two amplifying means or output from the two amplifying means. Actuator drive device that.
【請求項10】 請求項3に記載のアクチュエータの駆
動方法における複数の変位部を、1または2以上の第1
グループと1または2以上の第2グループとに区別して
両グループを各々駆動するアクチュエータの駆動装置で
あって、 発振信号を一方が他方に対して遅れまたは進むように増
幅し、各別に各グループに出力する2つの増幅手段と、 前記2つの増幅手段の両方または一方による振幅量を制
御する振幅制御手段と、 前記2つの増幅手段へ入力されるまたは2つの増幅手段
から出力される信号の両方または一方の位相量を制御す
る位相差制御手段と、 時間経過に応じた複数の駆動パターンを記憶するととも
に、所定時間に達すると記憶した該当駆動パターンで上
記振幅制御手段および位相差制御手段の少なくとも片方
を制御する制御手段とを具備することを特徴とするアク
チュエータの駆動装置。
10. The method of driving an actuator according to claim 3, wherein the plurality of displacement parts are one or two or more first displacement parts.
A drive device for an actuator that drives each of two groups while distinguishing between the group and one or more second groups, wherein the oscillation signal is amplified so that one is delayed or advanced with respect to the other, and each is separately applied to each group. Two amplifying means for outputting; an amplitude controlling means for controlling an amplitude amount by both or one of the two amplifying means; and / or a signal inputted to or outputted from the two amplifying means. A phase difference control means for controlling one phase amount; and a plurality of drive patterns corresponding to a lapse of time are stored. At least one of the amplitude control means and the phase difference control means is stored in a corresponding drive pattern when a predetermined time is reached. And a control means for controlling the driving of the actuator.
【請求項11】 請求項3に記載のアクチュエータの駆
動方法における複数の変位部を、1または2以上の第1
グループと1または2以上の第2グループとに区別して
両グループを各々駆動するアクチュエータの駆動装置で
あって、 発振信号を一方が他方に対して遅れまたは進むように増
幅し、各別に各グループに出力する2つの増幅手段と、 前記2つの増幅手段の両方または一方による振幅量を制
御する振幅制御手段と、 前記2つの増幅手段へ入力されるまたは2つの増幅手段
から出力される信号の両方または一方の位相量を制御す
る位相差制御手段と、 被駆動部材の速度変化に応じた複数の駆動パターンを記
憶するとともに、被駆動部材の速度が所定速度に達する
と記憶した該当駆動パターンで上記振幅制御手段および
位相差制御手段の少なくとも片方を制御する制御手段と
を具備することを特徴とするアクチュエータの駆動装
置。
11. The method for driving an actuator according to claim 3, wherein the plurality of displacement units are one or more of the first and second displacement units.
A drive device for an actuator that drives each of two groups while distinguishing between the group and one or more second groups, wherein the oscillation signal is amplified so that one is delayed or advanced with respect to the other, and each is separately applied to each group. Two amplifying means for outputting; an amplitude controlling means for controlling an amplitude amount by both or one of the two amplifying means; and / or a signal inputted to or outputted from the two amplifying means. A phase difference control means for controlling one phase amount; a plurality of drive patterns corresponding to a change in speed of the driven member are stored; and when the speed of the driven member reaches a predetermined speed, the amplitude is determined by the stored drive pattern. A driving device for an actuator, comprising: control means for controlling at least one of a control means and a phase difference control means.
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