JP2002165469A - Piezo-electric actuator - Google Patents

Piezo-electric actuator

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JP2002165469A
JP2002165469A JP2000353026A JP2000353026A JP2002165469A JP 2002165469 A JP2002165469 A JP 2002165469A JP 2000353026 A JP2000353026 A JP 2000353026A JP 2000353026 A JP2000353026 A JP 2000353026A JP 2002165469 A JP2002165469 A JP 2002165469A
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JP
Japan
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frequency
drive
speed
unit
driven
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Withdrawn
Application number
JP2000353026A
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Japanese (ja)
Inventor
Koji Obara
宏二 小原
Takeshi Tamada
武司 玉田
Yoshinori Maruyama
吉紀 丸山
Fuminori Moro
文則 毛呂
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Minolta Co Ltd
Original Assignee
Minolta Co Ltd
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Publication date
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  • General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To set, using a simplified structure, a drive frequency of a piezo-electric element to the frequency to allow a driven section to move in the highest speed in a truss-type piezoelectric actuator, in a structure with a truss-type piezoelectric driver formed by coupling an intersecting point of two piezoelectric elements which are crossing in the right angle with a chip member is placed with pressure in contact with the driven section. SOLUTION: A sensor 7 is provided to the driven section 2 in order to detect a rotating speed, an optimum drive frequency setting section 82 is provided within a drive controller 8, a drive voltage of a drive section 3 outputted from a drive signal supplying section 6 is scanned over the prescribed frequency range with the optimum drive frequency setting section 82 at the time of initial setting, the speed characteristic is actually measured by calculating a change of rotating speed of the driven section 2, and the optimum drive frequency to provide the maximum rotating speed is calculated, using this speed characteristic. Moreover, the drive frequency of a drive voltage is set to the optimum drive frequency using a drive frequency setting section 83.

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、少なくとも1つが
圧電体からなる複数の変位部材を各先端が互いに直交す
るように結合してなるトラス型圧電駆動部を被駆動部に
圧接し、その圧接部を楕円運動若しくは円運動させるこ
とで被駆動部を駆動するトラス型圧電アクチュエータに
関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to a truss-type piezoelectric drive unit formed by connecting a plurality of displacement members, at least one of which is made of a piezoelectric material, such that their ends are orthogonal to each other, and presses the drive unit to a driven unit. The present invention relates to a truss-type piezoelectric actuator that drives a driven part by causing a part to perform an elliptical or circular motion.

【0002】[0002]

【従来の技術】圧電体を用いたアクチュエータ若しくは
超音波モータの駆動方法の分野では、圧電体の機械的共
振周波数若しくはその近傍の周波数で当該圧電体を駆動
したときに最も効率良く圧電体が振動することから、従
来、圧電体に供給する駆動電圧の周波数が駆動効率が最
も高くなる最適な周波数からずれた場合に自動的に最適
な周波数に修正する技術が提案されている。
2. Description of the Related Art In the field of a method of driving an actuator or an ultrasonic motor using a piezoelectric body, the piezoelectric body vibrates most efficiently when the piezoelectric body is driven at a mechanical resonance frequency of the piezoelectric body or at a frequency near the mechanical resonance frequency. Therefore, conventionally, a technique has been proposed in which, when the frequency of the drive voltage supplied to the piezoelectric body deviates from the optimum frequency at which the drive efficiency becomes highest, the frequency is automatically corrected to the optimum frequency.

【0003】例えば特公平7−2023号には、超音波
モータの回転速度が最大となる圧電体の駆動周波数と当
該圧電体の変位周波数との位相差θoptを予め算出して
おき、超音波モータの駆動中に圧電体の駆動周波数と当
該圧電体の変位周波数との位相差θを検出するととも
に、この位相差θと最適位相差θoptとのずれ量Δθを
検出し、このずれ量Δθに基づいて圧電体の駆動周波数
を超音波モータの回転速度が最大となる周波数(すなわ
ち、Δθ=0となる周波数)に自動的に修正する技術が
示されている。
For example, Japanese Patent Publication No. 7-2023 discloses that the phase difference θopt between the driving frequency of the piezoelectric body at which the rotational speed of the ultrasonic motor is maximized and the displacement frequency of the piezoelectric body is calculated in advance, and the ultrasonic motor During the driving of the piezoelectric element, the phase difference θ between the driving frequency of the piezoelectric body and the displacement frequency of the piezoelectric body is detected, and the deviation Δθ between the phase difference θ and the optimal phase difference θopt is detected, and based on the deviation Δθ There is disclosed a technique for automatically correcting the driving frequency of the piezoelectric body to a frequency at which the rotational speed of the ultrasonic motor is maximized (that is, a frequency at which Δθ = 0).

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】ところで、直進運動若
しくは回転運動が可能に保持された被駆動部に、少なく
とも1つが圧電体からなる複数の変位部材を各先端が互
いに直交するように結合してなるトラス型圧電駆動部を
圧接させ、上記圧電体に所定周波数の駆動電圧を供給す
ることで変位部材の結合部(被駆動部に圧接される部
分。以下、圧接部という。)を楕円運動若しくは円運動
させ、この運動を被駆動部に伝達することで当該被駆動
部を所定の方向に移動させる圧電アクチュエータにおい
ては、圧接部の変位(圧電体の変位と他の変位部材の変
位とがベクトル的に合成された変位)を被駆動部に伝達
するようにしているので、被駆動部を効率よく変位させ
る(すなわち、最も高速で移動させる)には、圧電体を
機械的共振周波数の近傍で駆動するとともに、当該圧電
体と他の変位部材との変位の位相差を所定の値に制御
(すなわち、圧接部が所定の楕円軌道若しくは円軌道を
描いて変位するように制御)すればよいことが知られて
いる。
By the way, a plurality of displacement members, at least one of which is made of a piezoelectric material, are connected to a driven portion which is held so as to be able to move linearly or rotationally so that the respective ends are orthogonal to each other. The truss-type piezoelectric driving section is pressed against the piezoelectric body, and a driving voltage of a predetermined frequency is supplied to the piezoelectric body, so that the coupling section of the displacement member (a section pressed against the driven section; hereinafter, referred to as a pressing section) is subjected to elliptical motion or In a piezoelectric actuator that makes a circular motion and transmits the motion to a driven part to move the driven part in a predetermined direction, the displacement of the pressure contact part (the displacement of the piezoelectric body and the displacement of the other displacement members are vector ) Is transmitted to the driven portion, and in order to efficiently displace (ie, move at the highest speed) the driven portion, the piezoelectric body must have a mechanical resonance frequency. If the piezoelectric element is driven by the side and the phase difference of the displacement between the piezoelectric body and the other displacement member is controlled to a predetermined value (that is, the displacement is controlled so that the press-contact portion moves along a predetermined elliptical or circular orbit). It is known to be good.

【0005】特公平7−2023号に記載の圧電体の駆
動制御方法は、超音波モータの回転速度が最大となる圧
電体の駆動周波数と当該圧電体の変位周波数との位相差
θoptが変化しないとの前提のもとに圧電体の駆動周波
数と当該圧電体の変位周波数との位相差θを最適位相差
θoptに追尾させるものである。
In the drive control method for a piezoelectric body described in Japanese Patent Publication No. 7-2023, the phase difference θopt between the drive frequency of the piezoelectric body at which the rotational speed of the ultrasonic motor is maximized and the displacement frequency of the piezoelectric body does not change. Under such a premise, the phase difference θ between the driving frequency of the piezoelectric body and the displacement frequency of the piezoelectric body is tracked to the optimum phase difference θopt.

【0006】しかし、トラス型圧電アクチュエータは、
トラス型圧電駆動部の圧接部を楕円運動若しくは円運動
させ、その運動軌跡の一部を駆動力として被駆動部に伝
達する構成であるから、被駆動部の移動速度が最大とな
る圧電体の駆動周波数とトラス型圧電駆動部の圧接部の
変位周波数との位相差は常に一定になるとは限らず、当
該圧接部の変位軌跡が適切でなければ、却って被駆動部
の移動速度は低下する場合がある。
However, a truss type piezoelectric actuator is
The truss-type piezoelectric drive unit has an elliptical or circular motion of the pressure contact part and transmits a part of its motion trajectory to the driven unit as a driving force. The phase difference between the drive frequency and the displacement frequency of the pressure contact portion of the truss type piezoelectric drive unit is not always constant, and if the displacement trajectory of the pressure contact unit is not appropriate, the moving speed of the driven unit will decrease instead There is.

【0007】従って、特公平7−2023号に記載の圧
電体の駆動制御方法をトラス型圧電アクチュエータに適
用したとしても被駆動部を最も効率の良い状態に駆動制
御することは困難である。
Therefore, even if the drive control method of the piezoelectric body described in Japanese Patent Publication No. 7-2023 is applied to the truss type piezoelectric actuator, it is difficult to drive and control the driven portion in the most efficient state.

【0008】その一方、圧電体の変位周波数と他の変位
部材の変位周波数との位相差を検出し、その位相差に基
づいてトラス型圧電駆動部の圧接部の変位軌跡を被駆動
部の移動速度が最大となるように木目細かい制御するこ
とは望ましいが、この方法は変位部材毎に変位周波数を
検出し、変位部材間の変位の位相差を算出する必要があ
り、圧電体の駆動周波数を制御するための構成が複雑に
なり、回路の簡略化、コストの低減化の要請に反する。
On the other hand, the phase difference between the displacement frequency of the piezoelectric body and the displacement frequency of the other displacement member is detected, and the displacement trajectory of the press-contact portion of the truss-type piezoelectric drive portion is moved based on the phase difference. Although it is desirable to perform fine grain control so that the speed is maximized, this method needs to detect the displacement frequency for each displacement member, calculate the phase difference of displacement between the displacement members, and determine the drive frequency of the piezoelectric body. The configuration for control becomes complicated, which is against the demand for simplification of the circuit and reduction in cost.

【0009】本発明は、上記課題に鑑みてなされたもの
であり、被駆動部とこれに圧接されたトラス型駆動部と
からなる圧電アクチュエータにおいて、簡単な構造で被
駆動部を可及的に最適な効率で駆動することのできる圧
電アクチュエータを提供するものである。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above problems, and in a piezoelectric actuator comprising a driven portion and a truss-type driving portion pressed against the same, the driven portion is as simple as possible. An object of the present invention is to provide a piezoelectric actuator that can be driven with optimal efficiency.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の圧電アクチュエータは、直進運動若しくは
回転運動を可能に保持された被駆動部と、少なくとも1
つが圧電体からなる複数の変位部材を各先端が互いに直
交するように結合してなるトラス型圧電駆動部と、この
トラス型圧電駆動部の上記変位部材の結合部を上記被駆
動部に圧接する加圧部と、上記トラス型圧電駆動部の圧
電体に電圧が所定の周波数で変化する駆動信号を供給す
る駆動信号供給部とを具備する圧電アクチュエータにお
いて、上記被駆動部の変位速度を検出する速度検出部
と、上記駆動信号供給部から所定の周波数範囲で周波数
を変化させつつ上記駆動電圧を上記圧電素子に供給して
上記速度検出部で上記被駆動部の変位速度を検出し、そ
の速度特性と上記駆動電圧の周波数とから上記被駆動部
の速度特性を算出する速度特性算出部と、上記速度特性
算出部で算出された速度特性に基づいて上記被駆動部の
変位速度が最高速度となる上記駆動電圧の周波数を検出
する周波数検出部と、上記駆動信号供給部から供給され
る上記駆動電圧の周波数を上記周波数検出部で検出され
た周波数に設定する駆動周波数設定部とからなる駆動周
波数設定手段を備えたものである(請求項1)。
In order to achieve the above object, a piezoelectric actuator according to the present invention comprises: a driven part which is held so as to be capable of linear or rotational movement;
A truss-type piezoelectric drive unit formed by connecting a plurality of displacement members each formed of a piezoelectric body such that the respective ends are orthogonal to each other, and press-fit a connection portion of the displacement member of the truss-type piezoelectric drive unit to the driven unit. A piezoelectric actuator comprising a pressing unit and a drive signal supply unit that supplies a drive signal in which a voltage changes at a predetermined frequency to a piezoelectric body of the truss-type piezoelectric drive unit, wherein a displacement speed of the driven unit is detected. A speed detection unit, which supplies the drive voltage to the piezoelectric element while changing the frequency within a predetermined frequency range from the drive signal supply unit, detects the displacement speed of the driven unit by the speed detection unit, A speed characteristic calculating unit that calculates a speed characteristic of the driven unit from the characteristic and the frequency of the driving voltage; and a displacement speed of the driven unit based on the speed characteristic calculated by the speed characteristic calculating unit. And a drive frequency setting unit configured to set the frequency of the drive voltage supplied from the drive signal supply unit to the frequency detected by the frequency detection unit. It is provided with setting means (claim 1).

【0011】この構成によれば、駆動周波数設定手段の
駆動信号供給部から所定の周波数範囲で周波数を変化さ
せつつ駆動電圧を駆動部の圧電素子に供給して被駆動部
が駆動され、速度検出部で各駆動周波数における被駆動
部の変位速度(すなわち、駆動周波数に対する被駆動部
の変位速度の特性)が検出される。そして、周波数検出
部でこの被駆動部の速度特性に基づいて当該被駆動部の
変位速度が最高速度となる周波数が検出され、駆動周波
数設定部で駆動信号供給部から供給される駆動電圧の周
波数が周波数検出部で検出された周波数に設定される。
これにより被駆動部は最も効率のよい状態で駆動され
る。
According to this configuration, the drive voltage is supplied to the piezoelectric element of the drive unit while changing the frequency within a predetermined frequency range from the drive signal supply unit of the drive frequency setting unit, and the driven unit is driven, and the speed detection is performed. The unit detects the displacement speed of the driven unit at each drive frequency (ie, the characteristic of the displacement speed of the driven unit with respect to the drive frequency). Then, the frequency at which the displacement speed of the driven portion becomes the highest speed is detected based on the speed characteristic of the driven portion by the frequency detection portion, and the frequency of the drive voltage supplied from the drive signal supply portion is detected by the drive frequency setting portion. Is set to the frequency detected by the frequency detector.
Thereby, the driven part is driven in the most efficient state.

【0012】なお、上記圧電アクチュエータにおいて、
実測した速度特性に基づいて上記駆動電圧の駆動周波数
を設定するモードを設定するモード設定手段を更に設
け、上記駆動周波数設定手段は上記モード設定手段で上
記モードが設定されると、上記速度特性算出部、上記周
波数検出部及び上記駆動周波数設定部を動作させて上記
駆動電圧の周波数を上記被駆動部が最高速度で変位する
駆動周波数に設定するとよい(請求項2)。
In the above piezoelectric actuator,
Mode setting means for setting a mode for setting the drive frequency of the drive voltage based on the actually measured speed characteristic is further provided. The drive frequency setting means calculates the speed characteristic when the mode is set by the mode setting means. The frequency of the drive voltage may be set to a drive frequency at which the driven part is displaced at a maximum speed by operating the unit, the frequency detection unit, and the drive frequency setting unit (claim 2).

【0013】この構成によれば、駆動周波数設定手段
は、モードが設定されたとき、被駆動部の速度特性を実
測し、その速度特性に基づいて検出される最適な駆動周
波数を駆動電圧の駆動周波数に設定する。
According to this structure, when the mode is set, the drive frequency setting means actually measures the speed characteristic of the driven part, and sets the optimum drive frequency detected based on the speed characteristic to the drive voltage. Set to frequency.

【0014】また、上記圧電アクチュエータにおいて、
上記駆動周波数設定手段は、圧電アクチュエータを起動
させたときの駆動周波数の初期設定時に、上記速度特性
算出部、上記周波数検出部及び上記駆動周波数設定部を
動作させて上記駆動電圧の周波数を上記被駆動部が最高
速度で変位する駆動周波数に設定するとよい(請求項
3)。
In the above-mentioned piezoelectric actuator,
The drive frequency setting means operates the speed characteristic calculation section, the frequency detection section, and the drive frequency setting section at the time of initial setting of the drive frequency when the piezoelectric actuator is activated, and sets the frequency of the drive voltage to the received frequency. It is preferable to set a driving frequency at which the driving section is displaced at the maximum speed (claim 3).

【0015】この構成によれば、駆動周波数設定手段
は、圧電アクチュエータを起動させたときの駆動周波数
の初期設定時に、被駆動部の速度特性を実測し、その速
度特性に基づいて検出される最適な駆動周波数を駆動電
圧の駆動周波数に設定する。
According to this structure, the drive frequency setting means actually measures the speed characteristic of the driven portion at the time of initial setting of the drive frequency when the piezoelectric actuator is activated, and detects an optimum value detected based on the speed characteristic. The driving frequency is set to the driving frequency of the driving voltage.

【0016】更に、上記圧電アクチュエータにおいて、
上記速度検出部で検出された上記被駆動部の速度が予め
設定された所定の閾値以下に低下したことを検出する速
度低下検出手段を更に備え、上記駆動周波数設定手段は
上記速度低下検出手段で上記被駆動部の速度が所定の閾
値以下に低下すると、上記速度特性算出部及び上記周波
数検出部を動作させて上記被駆動部が最高速度で変位す
る上記駆動電圧の駆動周波数を検出するようにしてもよ
い(請求項4)。
Further, in the above piezoelectric actuator,
The apparatus further comprises speed reduction detecting means for detecting that the speed of the driven part detected by the speed detecting part has decreased to a predetermined threshold value or less, and wherein the driving frequency setting means is provided by the speed reduction detecting means. When the speed of the driven part falls below a predetermined threshold, the speed characteristic calculation part and the frequency detection part are operated to detect the drive frequency of the drive voltage at which the driven part is displaced at the maximum speed. (Claim 4).

【0017】この構成によれば、被駆動部の駆動中にそ
の変位速度が検出され、速度低下検出手段でその変位速
度が所定の閾値以下に低下すると、駆動周波数設定手段
により被駆動部の速度特性が実測され、その速度特性に
基づいて最適な駆動周波数が検出される。
According to this configuration, the displacement speed is detected during the driving of the driven portion, and when the displacement speed falls below the predetermined threshold value by the speed reduction detecting means, the driving frequency setting means sets the speed of the driven portion to be lower. Characteristics are actually measured, and an optimum driving frequency is detected based on the speed characteristics.

【0018】この場合は、上駆動記周波数設定部は、上
記周波数検出部で上記被駆動部を最高速度で変位させる
上記駆動電圧の周波数が検出されると、その検出直後に
上記駆動信号供給部から上記圧電素子に供給される駆動
電圧の周波数を上記周波数検出部で検出された周波数に
変更するとよい(請求項5)。
In this case, when the frequency detecting section detects the frequency of the driving voltage for displacing the driven section at the maximum speed by the frequency detecting section, the driving signal supplying section immediately after the detection. It is preferable that the frequency of the drive voltage supplied to the piezoelectric element is changed to the frequency detected by the frequency detector.

【0019】この構成によれば、被駆動部の駆動中にそ
の変位速度が検出され、速度低下検出手段でその変位速
度が所定の閾値以下に低下すると、駆動周波数設定手段
により被駆動部の速度特性が実測され、圧電体の駆動電
圧の駆動周波数がその速度特性に基づいて検出された最
適な駆動周波数に変更される。
According to this configuration, the displacement speed is detected while the driven portion is being driven, and when the displacement speed falls below a predetermined threshold value by the speed drop detecting means, the driving frequency setting means sets the speed of the driven portion to be lower. The characteristics are measured, and the driving frequency of the driving voltage of the piezoelectric body is changed to the optimum driving frequency detected based on the speed characteristics.

【0020】[0020]

【発明の実施の形態】本発明に係る圧電アクチュエータ
の第1実施形態の構成を図1に示す。
FIG. 1 shows the structure of a first embodiment of a piezoelectric actuator according to the present invention.

【0021】圧電アクチュエータ1は、被駆動部2、駆
動部3、加圧部4、駆動信号切換部5、駆動信号供給部
6、回転検出部7、駆動制御部8及び操作部9から構成
されている。
The piezoelectric actuator 1 comprises a driven part 2, a driving part 3, a pressing part 4, a driving signal switching part 5, a driving signal supplying part 6, a rotation detecting part 7, a driving control part 8, and an operating part 9. ing.

【0022】被駆動部2は鉄、アルミニウムなどの金属
からなる円板若しくは円筒体からなり、回転軸21を中
心に回転可能になっている。例えば被駆動部2の回転軸
21に駆動させたい部材を固定することで被駆動部2の
回転に応じて当該部材を駆動させることができる。被駆
動部2の周面22には、駆動部3との摩擦による摩耗を
防止するため、タフライド処理若しくはアルマイト処理
等の表面処理が施されている。なお、本実施形態では被
駆動部2を回転体としているが、直進運動が可能な板状
体であってもよい。
The driven part 2 is made of a disk or a cylinder made of a metal such as iron or aluminum, and is rotatable about a rotation shaft 21. For example, by fixing a member to be driven to the rotating shaft 21 of the driven unit 2, the member can be driven according to the rotation of the driven unit 2. The peripheral surface 22 of the driven part 2 has been subjected to a surface treatment such as a tuffering treatment or an alumite treatment in order to prevent abrasion due to friction with the driving part 3. In the present embodiment, the driven part 2 is a rotating body, but may be a plate-like body capable of linear movement.

【0023】駆動部3は被駆動部2の駆動力を発生する
駆動源である。駆動部3は2個の積層型圧電素子31,
32をトラス型に組み合わせて構成されている。すなわ
ち、2個の積層型圧電素子31(以下、第1圧電素子3
1という。)と積層型圧電素子32(以下、第2圧電素
子32という。)とを略直角に交差させて配置し、これ
らの交差側の先端部に被駆動部2の周面22に圧接され
るチップ部材33(圧接部)を接着剤にて接合する一
方、第1,第2圧電素子31,32の基端部を船形のベ
ース部材34に接着剤にて接合している。
The driving section 3 is a driving source for generating a driving force for the driven section 2. The driving unit 3 includes two laminated piezoelectric elements 31,
32 are combined in a truss shape. That is, two stacked piezoelectric elements 31 (hereinafter, referred to as first piezoelectric element 3).
One. ) And a laminated piezoelectric element 32 (hereinafter, referred to as a second piezoelectric element 32) are disposed so as to intersect at a substantially right angle, and a tip that is pressed against the peripheral surface 22 of the driven unit 2 at the tip on the intersecting side. The member 33 (press-contact portion) is joined with an adhesive, and the base ends of the first and second piezoelectric elements 31 and 32 are joined with a ship-shaped base member 34 with an adhesive.

【0024】チップ部材33の材料としては、安定して
高い摩擦係数が得られ、かつ耐摩耗性に優れたタングス
テン等が好ましい。ベース部材34の材料としては、製
造が容易で、かつ強度に優れたステンレス鋼等が好まし
い。また、接着剤としては、接着力及び強度に優れたエ
ポキシ系樹脂等が好ましい。
As a material of the tip member 33, tungsten or the like, which can stably obtain a high friction coefficient and is excellent in abrasion resistance, is preferable. As a material of the base member 34, stainless steel or the like which is easy to manufacture and has excellent strength is preferable. Further, as the adhesive, an epoxy resin or the like having excellent adhesive strength and strength is preferable.

【0025】第1圧電素子31は、図2に示すように、
PZT等の圧電特性を示す複数のセラミック薄板31a
と電極31b,31cを交互に積層したものであり、各
セラミック薄板31aと電極31b,31cとは接着剤
等により固定されている。また、第1圧電素子31の両
端部には保護層31dが設けられている。
The first piezoelectric element 31 is, as shown in FIG.
Plural ceramic thin plates 31a exhibiting piezoelectric characteristics such as PZT
And the electrodes 31b and 31c are alternately laminated, and each ceramic thin plate 31a and the electrodes 31b and 31c are fixed by an adhesive or the like. Further, protective layers 31 d are provided at both ends of the first piezoelectric element 31.

【0026】隣接するセラミック薄板31aは互いに分
極方向が逆になるように積層されている。1つおきに配
置された電極31b及び電極31cには駆動信号切換部
5を介して駆動信号供給部6から駆動電圧Vが供給され
るようになっている。電極31bと電極31cとの間に
所定の駆動電圧Vが印加されると、電極31bと電極3
1cとに挟まれた各セラミック薄板31aにはその分極
方向に電界が発生し、これにより各セラミック薄板31
aは分極方向に変位する。隣接するセラミック薄板31
aでは駆動電圧Vの印加される方向が逆になっている
が、分極方向が互いに逆方向になっているので、各セラ
ミック薄板31aの変位方向は同一となり、積層型圧電
素子31は各セラミック薄板111aの変位量を加算し
た変位量で変位する。
The adjacent ceramic thin plates 31a are stacked so that the polarization directions are opposite to each other. The drive voltage V is supplied from the drive signal supply unit 6 via the drive signal switching unit 5 to every other electrode 31b and electrode 31c. When a predetermined driving voltage V is applied between the electrode 31b and the electrode 31c, the electrode 31b and the electrode 3
1c, an electric field is generated in the direction of polarization in each of the ceramic thin plates 31a.
a is displaced in the polarization direction. Adjacent ceramic plate 31
a, the direction in which the drive voltage V is applied is reversed, but since the polarization directions are opposite to each other, the displacement direction of each ceramic thin plate 31a is the same, and the laminated piezoelectric element 31 is The displacement is performed by the displacement amount obtained by adding the displacement amount of 111a.

【0027】なお、第2圧電素子32も第2圧電素子3
1と同一の構造をなし、駆動信号供給部6から出力され
る駆動電圧Vが駆動信号切換部5を介して切換供給され
るようになっている。従って、第1圧電素子31と略同
一の駆動特性で伸縮を行なう。
The second piezoelectric element 32 is also the second piezoelectric element 3
1 has the same structure as that of FIG. 1, and the drive voltage V output from the drive signal supply unit 6 is switched and supplied via the drive signal switching unit 5. Therefore, the first piezoelectric element 31 expands and contracts with substantially the same drive characteristics.

【0028】電界が小さく、かつ変位の履歴が無視でき
る領域では、各電極31bと電極31cの間に発生する
電界と第1圧電素子31の変位は、ほぼ直線的な関係と
見なすことができる。この様子を図3に示す。なお、図
中、横軸は電界強度を、縦軸は歪み率を表している。
In a region where the electric field is small and the displacement history is negligible, the electric field generated between each electrode 31b and the electrode 31c and the displacement of the first piezoelectric element 31 can be regarded as a substantially linear relationship. This is shown in FIG. In the figure, the horizontal axis represents the electric field intensity, and the vertical axis represents the distortion rate.

【0029】電極31bと電極31cの間に周期的にレ
ベルが変化する駆動電圧(例えば正弦波状や矩形波状に
交番する交流信号やパルス列からなる直流電圧等)が印
加されると、その電圧の交番に応じて各セラミック薄板
31aは同方向に伸縮を繰り返し、第1圧電素子31は
全体として伸縮を繰り返す。
When a drive voltage (for example, a sine-wave or rectangular-wave alternating signal or a dc voltage composed of a pulse train) whose level periodically changes is applied between the electrode 31b and the electrode 31c, the alternating voltage is applied. Accordingly, the respective ceramic thin plates 31a repeatedly expand and contract in the same direction, and the first piezoelectric element 31 repeatedly expands and contracts as a whole.

【0030】ここで、圧電アクチュエータ1の被駆動部
2の回転原理について説明する。本実施形態では、第1
圧電素子31と第2圧電素子32のいずれか一方、例え
ば第1圧電素子31のみを駆動して当該第1圧電素子3
1の振動をベース部材34を介して第2圧電素子32に
伝達し、第2圧電素子32を所定の位相差を持って共振
させるようにしている。このように駆動すると、第1圧
電素子31と第2圧電素子32の交点に設けられたチッ
プ部材33は楕円(円を含む)を描くように駆動され
る。このチップ部材33を、例えば回転軸21の周りに
回転可能な被駆動部2の周面22に押しつけると、チッ
プ部材33の楕円運動(円運動を含む)を被駆動部2の
回転運動に変換することが可能となる。
Here, the principle of rotation of the driven part 2 of the piezoelectric actuator 1 will be described. In the present embodiment, the first
By driving only one of the piezoelectric element 31 and the second piezoelectric element 32, for example, only the first piezoelectric element 31, the first piezoelectric element 3
The first vibration is transmitted to the second piezoelectric element 32 via the base member 34 so that the second piezoelectric element 32 resonates with a predetermined phase difference. When driven in this manner, the chip member 33 provided at the intersection of the first piezoelectric element 31 and the second piezoelectric element 32 is driven to draw an ellipse (including a circle). When the tip member 33 is pressed against, for example, the peripheral surface 22 of the driven part 2 that is rotatable around the rotation axis 21, the elliptical movement (including the circular movement) of the tip member 33 is converted into the rotational movement of the driven part 2. It is possible to do.

【0031】具体的には、第1圧電素子31又は第2圧
電素子32に印加する、例えば正弦波電圧の周波数(圧
電素子の駆動周波数)が小さく、チップ部材33の回転
速度が遅い場合、加圧部4の付勢力によりアクチュエー
タ自体がチップ部材33の変位に追従してしまい、チッ
プ部材33は被駆動部2の周面22から離反することは
なく、被駆動部2の周面22と接触した状態で往復駆動
される。従って、この場合は被駆動部2を回転させるこ
とはできない。
Specifically, for example, when the frequency of the sine wave voltage (the driving frequency of the piezoelectric element) applied to the first piezoelectric element 31 or the second piezoelectric element 32 is small and the rotation speed of the tip member 33 is low, The actuator itself follows the displacement of the tip member 33 due to the urging force of the pressure portion 4, and the tip member 33 does not separate from the peripheral surface 22 of the driven portion 2 and contacts the peripheral surface 22 of the driven portion 2. It is driven back and forth in the state where it is set. Therefore, in this case, the driven portion 2 cannot be rotated.

【0032】しかし、第1圧電素子31又は第2圧電素
子32に印加する正弦波電圧の周波数が大きく、チップ
部材33の回転速度が速い場合、加圧部4の付勢力によ
ってはアクチュエータ自体がチップ部材33の変位に追
従できず、図4(b)〜(e)に示すようにチップ部材
33が被駆動部2の周面22から一時的に離反する状態
が生まれる。
However, when the frequency of the sine wave voltage applied to the first piezoelectric element 31 or the second piezoelectric element 32 is large and the rotational speed of the tip member 33 is high, the actuator itself may be displaced by the urging force of the pressurizing section 4. 4 (b) to 4 (e), the tip member 33 is temporarily separated from the peripheral surface 22 of the driven part 2 as shown in FIGS.

【0033】従って、チップ部材33が被駆動部2の周
面22から離反している間にチップ部材33を所定方向
に移動させ(図4(b)(c)参照)、チップ部材33
が被駆動部2の周面22に接触している間に所定方向と
反対の方向に移動させることにより(図4(d)(e)
参照)、被駆動部2を回転させることができる。
Accordingly, the tip member 33 is moved in a predetermined direction while the tip member 33 is separated from the peripheral surface 22 of the driven portion 2 (see FIGS. 4B and 4C), and the tip member 33 is moved.
Is moved in the direction opposite to the predetermined direction while the contact is in contact with the peripheral surface 22 of the driven part 2 (FIGS. 4D and 4E).
), The driven part 2 can be rotated.

【0034】なお、図4において、(a)及び(e)は
第1圧電素子31及び第2圧電素子32が共に伸び、チ
ップ部材33が被駆動部2の周面22に接触した状態、
(b)は第1圧電素子31が縮み、第2圧電素子32が
伸び、チップ部材33が被駆動部2の周面22から離反
した状態、(c)は第1圧電素子31及び第2圧電素子
32が共に縮み、チップ部材33が被駆動部2の周面2
2から離反した状態、(d)は第1圧電素子31が伸び
第2圧電素子32が縮んでいるが、アクチュエータがチ
ップ部材33の動きに追いつき、チップ部材33が被駆
動部2の周面22に接触した状態を示している。
In FIG. 4, (a) and (e) show a state in which the first piezoelectric element 31 and the second piezoelectric element 32 are both extended, and the chip member 33 is in contact with the peripheral surface 22 of the driven part 2.
(B) shows a state in which the first piezoelectric element 31 is contracted, a second piezoelectric element 32 is expanded, and the chip member 33 is separated from the peripheral surface 22 of the driven part 2, and (c) is a state in which the first piezoelectric element 31 and the second piezoelectric element 31 are separated. The element 32 shrinks together, and the chip member 33 is
2D, the first piezoelectric element 31 is extended and the second piezoelectric element 32 is contracted, but the actuator catches up with the movement of the chip member 33 and the chip member 33 is moved away from the peripheral surface 22 of the driven part 2. Shows the state in contact with.

【0035】図1に戻り、第1,第2圧電素子31,3
2にはその構造や電気的特性により決定される固有の共
振周波数が存在する。駆動電圧の周波数が第1,第2圧
電素子31,32の共振周波数と一致すると、第1,第
2圧電素子31,32のインピーダンスが低下し、第
1,第2圧電素子31,32の変位量が増大する。第
1,第2圧電素子31,32はその外形寸法に対して変
位量が小さいため、低い電圧で駆動するためには、この
共振現象を利用することが望ましい。
Returning to FIG. 1, the first and second piezoelectric elements 31, 3
2 has a unique resonance frequency determined by its structure and electrical characteristics. When the frequency of the drive voltage matches the resonance frequency of the first and second piezoelectric elements 31, 32, the impedance of the first and second piezoelectric elements 31, 32 decreases, and the displacement of the first and second piezoelectric elements 31, 32 is reduced. The amount increases. Since the first and second piezoelectric elements 31 and 32 have a small displacement with respect to their outer dimensions, it is desirable to utilize this resonance phenomenon in order to drive at a low voltage.

【0036】しかし、トラス型圧電アクチュエータ1
は、トラス型の駆動部3が複数の変位部材を各先端が互
いに直交するように圧接部材に接着するとともに、各基
端をベース部材に接着して組み立てられ、更にこのトラ
ス型駆動部3をバネ等の加圧部材4で被駆動部2に圧接
させる構造であるため、同一の共振周波数特性を有する
圧電素子を用いた場合にもアクチュエータ毎に駆動周波
数(圧電素子に供給される駆動電圧の周波数)に対する
被駆動部2の変位速度の特性(以下、速度特性とい
う。)が相違し、駆動効率が最良となる駆動周波数(す
なわち、被駆動部2を最高速度で変位できる駆動周波
数)はアクチュエータ毎に大きく異なっている。すなわ
ち、圧電アクチュエータ毎に固有の速度特性があり、駆
動効率が最良となる駆動周波数(この駆動周波数を最適
駆動周波数という。)が存在する。
However, the truss type piezoelectric actuator 1
The truss-type drive unit 3 is assembled by bonding a plurality of displacement members to a press-contact member so that each tip is orthogonal to each other and bonding each base end to a base member. Since the pressure member 4 is pressed against the driven portion 2 by a pressing member 4 such as a spring, even when piezoelectric elements having the same resonance frequency characteristics are used, the driving frequency (the driving voltage supplied to the piezoelectric element The characteristics of the displacement speed of the driven unit 2 with respect to the frequency (hereinafter, referred to as speed characteristics) are different, and the driving frequency at which the driving efficiency is the best (that is, the driving frequency at which the driven unit 2 can be displaced at the maximum speed) is the actuator. Every one is very different. That is, each piezoelectric actuator has a unique speed characteristic, and there is a drive frequency at which the drive efficiency is the best (this drive frequency is referred to as an optimum drive frequency).

【0037】この最適駆動周波数のバラツキは、変位部
材単体の共振周波数のバラツキ、変位部材間の共振周波
数の差、圧接部材及び加圧部材の重量、接着剤の塗布量
等の要因が複合して生じるもので、そのバラツキ範囲は
数十kHzにもなる。
The variation in the optimum driving frequency is caused by a combination of factors such as the variation in the resonance frequency of the displacement member alone, the difference in the resonance frequency between the displacement members, the weight of the pressure contact member and the pressure member, and the amount of adhesive applied. The variation range is several tens of kHz.

【0038】そこで、本実施形態では、後述するように
製造ロット毎に予め最適駆動周波数のバラツキ範囲を確
認しておき、その周波数範囲内で駆動周波数を変化させ
ながら第1圧電素子31若しくは第2圧電素子32を駆
動して被駆動部2を実際に変位させ、各駆動周波数に対
する被駆動部2の速度を検出することで圧電アクチュエ
ータ1の実際の速度特性を取得し、その速度特性から最
適駆動周波数を駆動信号供給部6から出力される駆動電
圧Vの駆動周波数に設定するようにしている。
Therefore, in the present embodiment, as will be described later, a variation range of the optimum driving frequency is checked in advance for each manufacturing lot, and the first piezoelectric element 31 or the second piezoelectric element 31 is changed while changing the driving frequency within the frequency range. By driving the piezoelectric element 32 to actually displace the driven unit 2 and detecting the speed of the driven unit 2 with respect to each drive frequency, the actual speed characteristics of the piezoelectric actuator 1 are obtained, and the optimal driving is performed based on the speed characteristics. The frequency is set to the drive frequency of the drive voltage V output from the drive signal supply unit 6.

【0039】すなわち、ある製造ロットの圧電アクチュ
エータの速度特性が、例えば図5に示すように圧電アク
チュエータ毎に相違し、その最適駆動周波数f1opt,
f2opt,f3opt,…fnoptが78〜87〔kHz〕の範
囲でばらついているとすると、その製造ロットの圧電ア
クチュエータ毎に、その製造ロットの最適駆動周波数f
optのバラツキ範囲に対して両側で3kHzの余裕を見
た75〜90〔kHz〕の範囲で駆動周波数fを所定のス
テップ(例えば0.2kHz)で変化させながら被駆動部
2を変位させ、各駆動周波数fでの被駆動部2の回転速
度N〔rpm〕を算出することで速度特性を算出し、その
速度特性に基づいて最適駆動周波数foptを設定する。
That is, the speed characteristics of the piezoelectric actuators of a certain manufacturing lot are different for each piezoelectric actuator as shown in FIG. 5, for example, and the optimal driving frequency f1opt,
Assuming that f2opt, f3opt,... fnopt vary in the range of 78 to 87 [kHz], the optimum driving frequency f of the production lot is determined for each piezoelectric actuator of the production lot.
The drive unit 2 is displaced while changing the drive frequency f in a predetermined step (for example, 0.2 kHz) in a range of 75 to 90 [kHz] in which a margin of 3 kHz is observed on both sides with respect to the variation range of opt. The speed characteristic is calculated by calculating the rotation speed N [rpm] of the driven part 2 at the drive frequency f, and the optimum drive frequency fopt is set based on the speed characteristic.

【0040】例えば算出した速度特性が図5のである
とすると、その圧電アクチュエータの駆動周波数fとし
て最適駆動周波数f1optが設定される。従って、その
圧電アクチュエータを起動すると、第1圧電素子31若
しくは第2圧電素子32には周波数f1optの駆動電圧
Vが供給され、被駆動部2は略回転速度N1max〔rpm〕
で回転することになる。
For example, if the calculated speed characteristic is as shown in FIG. 5, the optimum driving frequency f1opt is set as the driving frequency f of the piezoelectric actuator. Therefore, when the piezoelectric actuator is activated, the driving voltage V having the frequency f1opt is supplied to the first piezoelectric element 31 or the second piezoelectric element 32, and the driven part 2 rotates at a substantially rotational speed N1max [rpm].
Will rotate.

【0041】図1に戻り、加圧部4は駆動部3のチップ
部材33を被駆動部2の周面22に回転軸21側に加圧
するもので、例えば板バネ、コイルバネやエアーシリン
ダ等からなる。この加圧力はチップ部材33と被駆動部
2の周面との摩擦力を考慮した適宜の値に調整されてい
る。
Returning to FIG. 1, the pressing unit 4 presses the tip member 33 of the driving unit 3 against the peripheral surface 22 of the driven unit 2 toward the rotating shaft 21. For example, a pressing unit 4 is provided by a plate spring, a coil spring, an air cylinder, or the like. Become. This pressing force is adjusted to an appropriate value in consideration of the frictional force between the tip member 33 and the peripheral surface of the driven part 2.

【0042】駆動信号切換部5は駆動信号供給部6から
出力される駆動電圧を第1圧電素子31と第2圧電素子
32とに切換供給するものである。駆動信号切換部5は
2個のスイッチ51,52からなる。スイッチ51,5
2のコモン端子はそれぞれ第1圧電素子31の一方の電
極群31bと第2圧電素子32の一方の電極群32b
(図示していない)に接続され、スイッチ51,52の
一方の接点は駆動信号供給部6の出力端に接続され、他
方の接点は接地されている。なお、第1,第2圧電素子
31,32の他方の電極群31c,32cは接地されて
いる。
The drive signal switching section 5 switches and supplies the drive voltage output from the drive signal supply section 6 to the first piezoelectric element 31 and the second piezoelectric element 32. The drive signal switching unit 5 includes two switches 51 and 52. Switches 51, 5
2 common terminals are one electrode group 31b of the first piezoelectric element 31 and one electrode group 32b of the second piezoelectric element 32, respectively.
(Not shown), one contact of the switches 51 and 52 is connected to the output terminal of the drive signal supply unit 6, and the other contact is grounded. The other electrode groups 31c and 32c of the first and second piezoelectric elements 31 and 32 are grounded.

【0043】スイッチ51,52は、何れか一方のコモ
ン端子が接地されるように(すなわち、スイッチ51の
コモン端子が一方の接点に接続されるときは、スイッチ
52のコモン端子は他方の接点に接続され、スイッチ5
1のコモン端子が他方の接点に接続されるときは、スイ
ッチ52のコモン端子は一方の接点に接続されるよう
に)、連動して切り換えられ、その切換制御は駆動制御
部8により行なわれる。
The switches 51 and 52 are connected so that either one of the common terminals is grounded (that is, when the common terminal of the switch 51 is connected to one contact, the common terminal of the switch 52 is connected to the other contact). Connected, switch 5
When the one common terminal is connected to the other contact, the common terminal of the switch 52 is connected to the one contact) so as to be switched in conjunction with each other, and the switching control is performed by the drive control unit 8.

【0044】駆動信号供給部6は第1圧電素子31若し
くは第2圧電素子32を伸縮させるための駆動電圧(駆
動信号)を発生するものである。駆動信号供給部6は周
波数可変型の正弦波信号を発生する発振器61とこの発
振器61の出力を第1,第2圧電素子31,32の駆動
可能なレベルに増幅するパワーアンプ62からなる。な
お、上述の実測されるアクチュエータの速度特性はチッ
プ部材33の駆動軌跡も含めた全体的な特性であるの
で、駆動電圧Vの周波数を変化させると、チップ部材3
3の駆動軌跡も変化することになるが、本実施形態では
全体として被駆動部2を最高速度で駆動できるのであれ
ば、チップ部材33の駆動軌跡は特に問題とならないの
で、駆動信号供給部6から出力される駆動電圧Vの振幅
は所定のレベルとし、駆動周波数だけを制御するように
している。
The drive signal supply section 6 generates a drive voltage (drive signal) for expanding and contracting the first piezoelectric element 31 or the second piezoelectric element 32. The drive signal supply unit 6 includes an oscillator 61 for generating a variable frequency sine wave signal and a power amplifier 62 for amplifying the output of the oscillator 61 to a level at which the first and second piezoelectric elements 31 and 32 can be driven. Since the actually measured speed characteristic of the actuator is an overall characteristic including the driving locus of the tip member 33, when the frequency of the driving voltage V is changed, the tip member 3
Although the driving locus of the tip member 3 also changes, in this embodiment, the driving locus of the chip member 33 does not cause any particular problem as long as the driven portion 2 can be driven at the maximum speed as a whole. The amplitude of the drive voltage V output from the controller is set to a predetermined level, and only the drive frequency is controlled.

【0045】発振器61は、例えば電圧制御発振器(Vo
ltage Control Oscillator)や数値制御発振器(Numeri
cal Control Oscillator)等で構成され、発振器61の
発振周波数は駆動制御部8により制御される。
The oscillator 61 is, for example, a voltage-controlled oscillator (Vo
ltage Control Oscillator) and Numerically Controlled Oscillator (Numeri
The oscillation frequency of the oscillator 61 is controlled by the drive control unit 8.

【0046】回転検出部7は被駆動部2が1回転したこ
とを検出するもので、例えば位置検出センサで構成され
ている。この位置検出センサ7は被駆動部2の周面22
の所定位置(駆動部3が圧接されない位置)に設けられ
た指標板71と被駆動部2の周面22に対向する位置で
あって指標板71の移動軌跡上にある所定の位置に設け
られた透過型のフォトインターラプタ72からなる。
The rotation detecting section 7 detects that the driven section 2 makes one rotation, and is constituted by, for example, a position detecting sensor. This position detection sensor 7 is provided on the peripheral surface 22 of the driven portion 2.
Is provided at a predetermined position (a position where the driving section 3 is not pressed against the pressure) and a position facing the peripheral surface 22 of the driven section 2 and on a movement locus of the index plate 71. And a transmission type photointerrupter 72.

【0047】被駆動部2の回転により指標板71が回転
し、フォトインターラプタ72を通過すると、そのフォ
トインターラプタ72で指標板71の通過が検出され
る。この検出信号は駆動制御部8に入力され、後述する
速度演算部82bでその検出信号に基づき被駆動部2の
回転速度N(rpm)が算出される。
When the index plate 71 rotates by the rotation of the driven part 2 and passes through the photo interrupter 72, the passage of the index plate 71 is detected by the photo interrupter 72. This detection signal is input to the drive control unit 8, and the rotational speed N (rpm) of the driven unit 2 is calculated based on the detection signal in a speed calculation unit 82b described later.

【0048】駆動制御部8は駆動信号供給部6から出力
される駆動電圧の周波数fを被駆動部2の回転速度Nが
最大となる最適駆動周波数foptに制御するとともに、
被駆動部2の回転方向を制御するものである。
The drive control section 8 controls the frequency f of the drive voltage output from the drive signal supply section 6 to an optimum drive frequency fopt at which the rotation speed N of the driven section 2 is maximized.
It controls the direction of rotation of the driven part 2.

【0049】駆動制御部8は、例えばMPU(Micro Pr
ocessing Unit)等の演算装置で構成される。駆動制御
部8内の駆動方向切換部81、最適駆動周波数設定部8
2、駆動周波数設定部83及びモード設定部84は、上
述の駆動制御部8の制御機能を実行するための機能ブロ
ックを示したものである。
The drive control unit 8 includes, for example, an MPU (Micro Pr
Ocessing Unit). Driving direction switching unit 81 in driving control unit 8, optimal driving frequency setting unit 8
2. The drive frequency setting unit 83 and the mode setting unit 84 show functional blocks for executing the control function of the drive control unit 8 described above.

【0050】駆動方向切換部81は駆動信号切変部5の
スイッチ51,52の切換えを制御するものである。駆
動方向切換部81は、例えば操作部9から被駆動部2の
回転方向の情報が入力されると、この情報に基づいてス
イッチ51,52を所定の接点に接続する。例えば図1
において被駆動部2を時計回りに回転させるときは、駆
動信号切変部5のスイッチ51,52の接点を同図に示
す関係に接続する。
The drive direction switching section 81 controls switching of the switches 51 and 52 of the drive signal switching section 5. For example, when information on the rotation direction of the driven unit 2 is input from the operation unit 9, the drive direction switching unit 81 connects the switches 51 and 52 to predetermined contacts based on the information. For example, FIG.
When the driven part 2 is rotated clockwise in the above, the contacts of the switches 51 and 52 of the drive signal switching part 5 are connected in the relationship shown in FIG.

【0051】最適駆動周波数設定部82は、上述したよ
うに所定の周波数範囲で駆動周波数を変化させながら被
駆動部2を実際に回転駆動して圧電アクチュエータ1の
速度特性を算出し、この速度特性から最適駆動周波数f
optを設定するものである。
The optimum drive frequency setting section 82 calculates the speed characteristic of the piezoelectric actuator 1 by actually driving the driven section 2 while changing the drive frequency within the predetermined frequency range as described above. To the optimal drive frequency f
opt is set.

【0052】最適駆動周波数foptの設定処理は、主と
して圧電アクチュエータ1の製造工程で組立てが終了し
たときや販売後の圧電アクチュエータ1のメンテナンス
時に行なわれることが多いので、第1実施形態ではモー
ド設定により行なうようにしている。このため、製品製
造時に実測した速度特性に基づいて第1,第2圧電素子
31,32の駆動周波数fが最適駆動周波数foptに設
定されると、メンテナンスで最適駆動周波数foptの再
設定が行われない限り、第1,第2圧電素子31,32
の駆動周波数fは前回設定された最適駆動周波数fopt
に保持される。
The process of setting the optimum drive frequency fopt is often performed when the assembly is completed in the manufacturing process of the piezoelectric actuator 1 or when the piezoelectric actuator 1 is sold after maintenance. I do it. For this reason, if the drive frequency f of the first and second piezoelectric elements 31 and 32 is set to the optimum drive frequency fopt based on the speed characteristics actually measured at the time of product manufacture, the optimum drive frequency fopt is reset by maintenance. Unless otherwise, the first and second piezoelectric elements 31, 32
Is the optimal driving frequency fopt set previously.
Is held.

【0053】最適駆動周波数設定部82は周波数走査部
82a、速度演算部82b、速度特性記憶部82c及び
最適駆動周波数算出部82dからなる。周波数走査部8
2aは速度特性を取得するために、発振器61に対して
駆動周波数fの走査情報を出力するものである。周波数
走査部82aは予め設定された走査範囲(上述の例では
75〜90〔kHz〕)内の周波数情報を予め設定された
ピッチ(上述の例えば0.2〔kHz〕)で順次出力す
る。また、この周波数情報は速度特性記憶部82cにも
出力される。
The optimum driving frequency setting section 82 includes a frequency scanning section 82a, a speed calculating section 82b, a speed characteristic storing section 82c, and an optimum driving frequency calculating section 82d. Frequency scanning unit 8
2a outputs scanning information of the driving frequency f to the oscillator 61 in order to obtain the speed characteristics. The frequency scanning unit 82a sequentially outputs frequency information within a preset scanning range (in the above example, 75 to 90 [kHz]) at a preset pitch (for example, 0.2 [kHz] described above). This frequency information is also output to the speed characteristic storage unit 82c.

【0054】速度演算部82bは被駆動部2の回転速度
Nを算出するものである。速度演算部82bは単位時間
内の位置検出センサ7から出力される指標板71の検出
信号をカウントすることで被駆動部2の回転速度Nを算
出する。この回転速度Nの情報は速度特性記憶部82c
に出力される。
The speed calculating section 82b calculates the rotational speed N of the driven section 2. The speed calculation unit 82b calculates the rotation speed N of the driven unit 2 by counting the detection signal of the index plate 71 output from the position detection sensor 7 within a unit time. The information on the rotation speed N is stored in the speed characteristic storage unit 82c.
Is output to

【0055】速度特性記憶部82cは実測される圧電ア
クチュエータ1の速度特性のデータを記憶するものであ
る。速度特性記憶部82cは速度演算部82bから入力
される回転速度N(i)(i=1,2,…n)のデータを
周波数走査部82aから入力される駆動周波数f(i)
(i=1,2,…n)のデータに対応つけて記憶するこ
とにより速度特性のデータを記憶する。
The speed characteristic storage section 82c stores data of the actually measured speed characteristics of the piezoelectric actuator 1. The speed characteristic storage unit 82c stores the data of the rotation speed N (i) (i = 1, 2,... N) input from the speed calculation unit 82b into the driving frequency f (i) input from the frequency scanning unit 82a.
(I = 1, 2,..., N) is stored in association with the data of the speed characteristic.

【0056】最適駆動周波数算出部82dは速度特性記
憶部82cに記憶された速度特性のデータを用いて被駆
動部2の回転速度Nが最大回転速度Nmaxとなる駆動周
波数fを算出し、その駆動周波数fを最適駆動周波数f
optとする。具体的には、最適駆動周波数算出部82d
は回転速度Nのデータをソーティングして最大回転速度
Nmaxを算出し、その最大回転速度Nmaxに対応する駆動
周波数fを最適駆動周波数foptとする。
The optimum drive frequency calculating section 82d calculates a drive frequency f at which the rotational speed N of the driven portion 2 reaches the maximum rotational speed Nmax by using the speed characteristic data stored in the speed characteristic storage section 82c. The frequency f to the optimal driving frequency f
opt. Specifically, the optimum driving frequency calculation unit 82d
Calculates the maximum rotation speed Nmax by sorting the data of the rotation speed N, and sets the driving frequency f corresponding to the maximum rotation speed Nmax as the optimum driving frequency fopt.

【0057】図6は、最適駆動周波数設定部82の処理
手順を示すフローチャートである。操作部9により、速
度特性を実測して最適駆動周波数を設定するモード(以
下、このモードを駆動周波数最適化モードという。)が
設定されると、最適駆動周波数設定部82は図6に示す
フローチャートを実行して最適駆動周波数の設定を行な
う。
FIG. 6 is a flowchart showing a processing procedure of the optimum driving frequency setting section 82. When the operation unit 9 sets a mode for actually measuring the speed characteristics and setting an optimum driving frequency (hereinafter, this mode is referred to as a driving frequency optimization mode), the optimum driving frequency setting unit 82 sets a flowchart shown in FIG. To set the optimum driving frequency.

【0058】まず、周波数走査部82aで第1サンプリ
ングの駆動周波数f(1)が最適駆動周波数のバラツキ範
囲に基づき予め設定されている周波数走査範囲の下限値
に設定される(#1)。例えば上述の例ではf(1)=7
5kHzに設定される。この駆動周波数f(1)は駆動信号供
給部6及び速度特性記憶部82cに出力され、駆動信号
供給部6からは周波数f(1)の駆動電圧Vが駆動信号切
換部5を介して駆動部3に出力される。
First, the drive frequency f (1) of the first sampling is set to the lower limit value of the preset frequency scan range based on the variation range of the optimum drive frequency in the frequency scanning section 82a (# 1). For example, in the above example, f (1) = 7
Set to 5kHz. The drive frequency f (1) is output to the drive signal supply unit 6 and the speed characteristic storage unit 82c, and the drive voltage V having the frequency f (1) is supplied from the drive signal supply unit 6 via the drive signal switching unit 5 to the drive unit. 3 is output.

【0059】駆動電圧Vが供給されると、駆動部3の圧
接部33が楕円運動若しくは円運動をして被駆動部2が
所定の方向に回転される(#3)。被駆動部2の回転軸
21回りの周回は回転検出部7により検出され、その検
出信号は駆動制御部82に入力され、速度算出部82b
で被駆動部2の回転速度N(1)が算出される(#5)。
この算出結果は速度特性記憶部82cに入力され、周波
数走査部82aから入力され駆動周波数f(1)に対応付
けて記憶される(#7)。
When the drive voltage V is supplied, the pressure contact portion 33 of the drive section 3 makes an elliptical or circular motion, and the driven section 2 is rotated in a predetermined direction (# 3). The rotation of the driven unit 2 around the rotation axis 21 is detected by the rotation detection unit 7, and the detection signal is input to the drive control unit 82, and the speed calculation unit 82b
Then, the rotation speed N (1) of the driven unit 2 is calculated (# 5).
The calculation result is input to the speed characteristic storage unit 82c, input from the frequency scanning unit 82a, and stored in association with the driving frequency f (1) (# 7).

【0060】続いて、駆動周波数f(1)が周波数走査範
囲の上限値(上述の例では90kHz)と一致しているか
否かが判別される(#9)。今回の駆動周波数f(1)は
下限値であるから(#9でNO)、ステップ#11に移
行し、第2サンプリングの駆動周波数f(2)が設定され
てステップ#5に戻る。この駆動周波数f(2)には前の
駆動周波数f(1)に所定の周波数ピッチΔf(例えば
0.2kHz)を加算した値75.2kHzが設定される。
Subsequently, it is determined whether or not the driving frequency f (1) matches the upper limit value of the frequency scanning range (90 kHz in the above example) (# 9). Since the current drive frequency f (1) is the lower limit value (NO in # 9), the process proceeds to step # 11, where the drive frequency f (2) for the second sampling is set and returns to step # 5. The drive frequency f (2) is set to a value of 75.2 kHz obtained by adding a predetermined frequency pitch Δf (for example, 0.2 kHz) to the previous drive frequency f (1).

【0061】ステップ#5に戻ると、上述の第1サンプ
リングの場合と同様にして第2サンプリングの駆動周波
数f(2)に対する被駆動部2の回転速度N(2)が算出さ
れ、速度特性記憶部82cに記憶される(#5,#
7)。そして、再度、駆動周波数f(2)が周波数走査範
囲の上限値(上述の例では90kHz)と一致しているか
否かが判別される(#9)。駆動周波数f(2)も周波数
走査範囲の上限値を超えていないから(#9でNO)、
ステップ#11に移行し、第3サンプリングの駆動周波
数f(3)(=f(2)+Δf=75.4kHz)が設定され、
ステップ#5,#7で駆動周波数f(3)に対する被駆動
部2の回転速度N(3)が算出され、速度特性記憶部82
cに記憶される(#5,#7)。
Returning to step # 5, the rotation speed N (2) of the driven part 2 with respect to the drive frequency f (2) of the second sampling is calculated in the same manner as in the case of the above-mentioned first sampling, and the speed characteristic is stored. (# 5, # 5)
7). Then, it is determined again whether or not the driving frequency f (2) matches the upper limit value of the frequency scanning range (90 kHz in the above example) (# 9). Since the driving frequency f (2) also does not exceed the upper limit of the frequency scanning range (NO in # 9),
Proceeding to step # 11, the drive frequency f (3) (= f (2) + Δf = 75.4 kHz) for the third sampling is set,
In steps # 5 and # 7, the rotation speed N (3) of the driven unit 2 with respect to the drive frequency f (3) is calculated, and the speed characteristic storage unit 82
c (# 5, # 7).

【0062】以下、同様の方法で駆動周波数fをΔfず
つ増加させながら、各駆動周波数f(i)(n=4,…
n)に対する被駆動部2の回転速度N(i)を算出し、そ
の算出結果が速度特性記憶部82cに記憶される(#5
〜#11のループ)。そして、第nサンプリングの駆動
周波数f(n)(=f(n-1)+Δf)が周波数走査範囲の上
限値に一致すると(#9でYES)、速度特性の算出は
終了し、ステップ#13に移行してこの速度特性から最
大回転速度Nmaxに対応する駆動周波数fが算出され、
更にこの駆動周波数fが最適駆動周波数foptとして設
定される(#15)。
Hereinafter, while increasing the drive frequency f by Δf in the same manner, each drive frequency f (i) (n = 4,...)
The rotation speed N (i) of the driven unit 2 with respect to n) is calculated, and the calculation result is stored in the speed characteristic storage unit 82c (# 5).
To # 11 loop). When the drive frequency f (n) (= f (n-1) + Δf) of the n-th sampling matches the upper limit value of the frequency scanning range (YES in # 9), the calculation of the speed characteristics is completed, and step # 13 is performed. The driving frequency f corresponding to the maximum rotation speed Nmax is calculated from the speed characteristics,
Further, the driving frequency f is set as the optimum driving frequency fopt (# 15).

【0063】なお、この実施形態ではサンプリング周波
数のピッチをΔfに固定して最初から高分解能で速度特
性を算出するようにしているが、低分解能の速度特性を
実測した後、周波数の走査範囲を絞り込んで高分解能の
速度特性を実測するようにしてもよい。すなわち、最初
はΔfを、例えば1kHzなどの大きい値に設定してサン
プリング周波数の粗い速度特性を算出し、この速度特性
で、例えば80kHzの近傍に最大回転速度Nmaxが存在す
ることが分ると、走査範囲を、例えば80±1kHzに変
更するとともに、周波数ピッチΔfを、例えば0.2kH
zに小さくしてサンプリング周波数の細かい速度特性を
算出するようにしてもよい。
In this embodiment, the pitch of the sampling frequency is fixed to Δf, and the speed characteristic is calculated from the beginning with high resolution. However, after measuring the low-resolution speed characteristic, the frequency scanning range is changed. It is also possible to narrow down and actually measure a high-resolution speed characteristic. That is, initially, Δf is set to a large value such as 1 kHz to calculate a rough speed characteristic of the sampling frequency, and it is found from the speed characteristics that the maximum rotation speed Nmax exists near 80 kHz, for example. The scanning range is changed to, for example, 80 ± 1 kHz, and the frequency pitch Δf is set to, for example, 0.2 kHz.
The speed characteristic may be calculated with a small sampling frequency by reducing the value to z.

【0064】あるいはまた、中程度の高分解能で速度特
性を算出し、補間演算処理により最大回転速度Nmaxと
なる駆動周波数fを算出するようにしてもよい。この方
法は速度特性を実測する時間を短くすることができる利
点がある。
Alternatively, the drive frequency f at which the maximum rotation speed Nmax is obtained may be calculated by calculating the speed characteristics at a medium high resolution and performing an interpolation operation. This method has an advantage that the time for actually measuring the speed characteristics can be shortened.

【0065】また、この実施形態では速度特性を実測し
た後にその速度特性を用いて最適駆動周波数foptを算
出するようにしているが、駆動周波数f(i)に対する回
転速度N(i)を算出する毎にソーティング処理を行なっ
て最大回転速度Nmaxを算出するようにしてもよい。こ
の方法では速度特性の実測が完了するまでに最大回転速
度Nmaxに対応する駆動周波数fmaxを検出することがで
きるので、最適駆動周波数foptの設定処理の高速化が
可能になる。
In this embodiment, the optimum drive frequency fopt is calculated using the speed characteristics after the speed characteristics are actually measured. However, the rotation speed N (i) with respect to the drive frequency f (i) is calculated. The maximum rotation speed Nmax may be calculated by performing a sorting process every time. According to this method, the drive frequency fmax corresponding to the maximum rotation speed Nmax can be detected before the actual measurement of the speed characteristics is completed, so that the setting process of the optimal drive frequency fopt can be speeded up.

【0066】図1に戻り、駆動周波数設定部83は通常
の駆動モードにおける駆動部3の駆動周波数fを設定す
るものである。通常の駆動モードにおいては、駆動周波
数設定部83は最適周波数算出部82dで算出された最
適駆動周波数foptを駆動周波数fの情報(VCO61
に対する制御電圧情報)として駆動信号供給部6に出力
する。駆動信号供給部6では発振器61でこの制御電圧
情報に基づき周波数foptの正弦波状の駆動電圧が発生
され、この駆動電圧がパワーアンプ62で所定のレベル
に増幅されて駆動部3に出力される。
Returning to FIG. 1, the drive frequency setting section 83 sets the drive frequency f of the drive section 3 in the normal drive mode. In the normal drive mode, the drive frequency setting unit 83 replaces the optimum drive frequency fopt calculated by the optimum frequency calculation unit 82d with information on the drive frequency f (VCO 61
To the drive signal supply unit 6. In the drive signal supply unit 6, a sine-wave drive voltage having a frequency fopt is generated by the oscillator 61 based on the control voltage information, and the drive voltage is amplified to a predetermined level by the power amplifier 62 and output to the drive unit 3.

【0067】モード設定部84は、操作部9から入力さ
れる操作情報に基づいて通常の駆動モードと駆動周波数
適正化モードとを切換設定するものである。モードの設
定情報は最適駆動周波数設定部82と駆動周波数設定部
83とに入力される。図7に示すように、最適駆動周波
数設定部82は駆動周波数最適化モードの設定情報が入
力されると(#21でNO)、速度特性の実測処理及び
最適駆動周波数foptの算出処理を行なう(#25)。
一方、駆動周波数設定部83は通常の駆動モードの設定
情報が入力されると(#21でYES)、最適駆動周波
数設定部82で設定された最適駆動周波数foptの情報
を駆動信号供給部6に出力し、駆動部3を最適駆動周波
数foptの駆動信号で駆動させる(#23)。
The mode setting section 84 switches between a normal drive mode and a drive frequency optimization mode based on operation information input from the operation section 9. The mode setting information is input to the optimum driving frequency setting unit 82 and the driving frequency setting unit 83. As shown in FIG. 7, when the setting information of the drive frequency optimization mode is input (NO in # 21), the optimum drive frequency setting unit 82 performs the actual measurement processing of the speed characteristics and the calculation processing of the optimum drive frequency fopt (FIG. 7). # 25).
On the other hand, when the setting information of the normal driving mode is input (YES in # 21), the driving frequency setting unit 83 sends the information of the optimum driving frequency fopt set by the optimum driving frequency setting unit 82 to the driving signal supply unit 6. Then, the driving section 3 is driven by the driving signal of the optimum driving frequency fopt (# 23).

【0068】上記のように、圧電アクチュエータ1は実
際の速度特性を測定し、その速度特性に基づいて駆動効
率が最も高くなる第1圧電素子31又は第2圧電素子3
2の駆動周波数fを設定するようにしているので、簡単
な構造でアクチュエータの駆動効率を最も高い状態に制
御することができる。
As described above, the piezoelectric actuator 1 measures the actual speed characteristics, and based on the speed characteristics, the first piezoelectric element 31 or the second piezoelectric element 3 having the highest driving efficiency.
Since the driving frequency f of 2 is set, the driving efficiency of the actuator can be controlled to the highest state with a simple structure.

【0069】図8は、本発明に係る圧電アクチュエータ
の第2実施形態の構成を示す図である。
FIG. 8 is a diagram showing the configuration of a second embodiment of the piezoelectric actuator according to the present invention.

【0070】第1実施形態はモード設定により速度特性
を実測して最適駆動周波数foptを設定するようにして
いたが、第2実施形態は駆動部2の回転速度Nが所定の
閾値以下に低下すると、速度特性を実測して最適駆動周
波数foptを再設定し、駆動電圧の周波数を修正するよ
うにしたものである。
In the first embodiment, the optimum drive frequency fopt is set by actually measuring the speed characteristics by mode setting. However, in the second embodiment, when the rotation speed N of the drive unit 2 falls below a predetermined threshold value. In this case, the optimum drive frequency fopt is reset by actually measuring the speed characteristics, and the frequency of the drive voltage is corrected.

【0071】従って、図8は、図1において、操作部9
を除去するとともに、モード設定部84を速度低下判定
部85に変更したものである。速度低下判定部85は速
度算出部82bで算出される被駆動部2の回転速度Nと
予め設定された所定の閾値Nrとを比較し、回転速度N
が閾値Nr以下に低下すると、その判定結果を最適駆動
周波数設定部82と駆動周波数設定部83とに出力す
る。最適駆動周波数設定部82はこの判定結果を受けて
上述した速度特性の算出処理と最適駆動周波数foptの
設定処理とを行なう。また、駆動周波数設定部83は駆
動信号供給部6に出力している駆動周波数fを最適駆動
周波数設定部82で再設定された最適駆動周波数fopt
に変更する。
Therefore, FIG. 8 shows the operation unit 9 shown in FIG.
And the mode setting unit 84 is changed to a speed reduction determining unit 85. The speed reduction determining unit 85 compares the rotation speed N of the driven unit 2 calculated by the speed calculation unit 82b with a predetermined threshold Nr, and determines the rotation speed N
Is decreased to the threshold value Nr or less, the determination result is output to the optimal driving frequency setting unit 82 and the driving frequency setting unit 83. The optimum drive frequency setting unit 82 receives the determination result and performs the above-described calculation process of the speed characteristics and the process of setting the optimum drive frequency fopt. Further, the drive frequency setting unit 83 changes the drive frequency f output to the drive signal supply unit 6 to the optimal drive frequency fopt reset by the optimal drive frequency setting unit 82.
Change to

【0072】図9は、第2実施形態に係る圧電アクチュ
エータの駆動周波数の制御処理を示すフローチャートで
ある。
FIG. 9 is a flowchart showing the control processing of the driving frequency of the piezoelectric actuator according to the second embodiment.

【0073】同図に示すように、被駆動部2の回転速度
Nが所定の閾値Nrよりも高いときは(#31でN
O)、駆動周波数fの修正は行われず、回転速度Nが所
定の閾値Nr以下に低下すると(#31でYES)、最
適駆動周波数設定部82で速度特性の実測とその速度特
性に基づく最適駆動周波数foptの算出とが行われ(#
33)、駆動周波数設定部83で駆動信号供給部6から
出力される駆動電圧の周波数が新たに設定された最適駆
動周波数foptに修正される(#35)。
As shown in the figure, when the rotation speed N of the driven part 2 is higher than a predetermined threshold value Nr (N in # 31)
O), when the drive frequency f is not corrected and the rotation speed N falls below the predetermined threshold value Nr (YES in # 31), the optimum drive frequency setting unit 82 measures the speed characteristics and performs the optimum drive based on the speed characteristics. The frequency fopt is calculated (#
33) The drive frequency setting unit 83 corrects the frequency of the drive voltage output from the drive signal supply unit 6 to the newly set optimum drive frequency fopt (# 35).

【0074】すなわち、当初、駆動信号供給部6から出
力される駆動電圧の周波数が図5のの速度特性に基づ
く最適駆動周波数f1optに設定されているとして、そ
の後に速度特性が図5のに変化して被駆動部2の回転
速度Nが所定の閾値Nr以下のN1に低下すると、最適
駆動周波数設定部82によりの速度特性が実測され、
このの速度特性に基づき最適駆動周波数f2optが設
定される。そして、駆動周波数設定部83により駆動信
号供給部6から出力される駆動電圧の周波数がf1opt
からf2optに修正される。
That is, assuming that the frequency of the drive voltage output from the drive signal supply unit 6 is initially set to the optimum drive frequency f1opt based on the speed characteristic of FIG. 5, the speed characteristic changes to that of FIG. Then, when the rotation speed N of the driven unit 2 decreases to N1 equal to or less than the predetermined threshold value Nr, the speed characteristic by the optimum driving frequency setting unit 82 is actually measured,
The optimum driving frequency f2opt is set based on the speed characteristics. Then, the frequency of the drive voltage output from the drive signal supply unit 6 by the drive frequency setting unit 83 is f1opt
To f2opt.

【0075】これによりアクチュエータの速度特性が負
荷変動や周囲温度などの環境変化や経時劣化等によって
変化し、被駆動部2の回転速度Nが所定の閾値Nr以下
に低下したときは駆動周波数fが現在の速度特性におい
て最も駆動効率が良好となる最適駆動周波数foptに自
動的に修正されるので、可能な限り駆動効率を最良の状
態にしてアクチュエータを駆動させることができる。
As a result, the speed characteristic of the actuator changes due to environmental changes such as load fluctuations, ambient temperature, etc., aging, and the like. When the rotation speed N of the driven part 2 drops below a predetermined threshold value Nr, the drive frequency f becomes lower. Since the driving speed is automatically corrected to the optimum driving frequency fopt at which the driving efficiency becomes the best in the current speed characteristics, the actuator can be driven with the driving efficiency being the best possible.

【0076】なお、第2実施形態では被駆動部2の回転
速度Nの低下を直接検出して駆動効率が所定の閾値以下
に低下すると、駆動周波数fを変更するようにしていた
が、速度特性の変化に影響を与える温度や湿度等の環境
条件の変化を検出し、その環境条件が駆動効率を所定の
閾値以下に低下させる程度に変化したと推定されると
き、駆動周波数fを変更するようにしてもよく、あるい
は両方の条件の何れか一方が駆動効率を所定の閾値以下
に低下させる状態に変化すると、駆動周波数fを変更す
るようにしてもよい。
In the second embodiment, the drive frequency f is changed when the drive efficiency drops below a predetermined threshold value by directly detecting the decrease in the rotation speed N of the driven part 2. When a change in environmental conditions such as temperature and humidity affecting the change in the temperature is detected and it is estimated that the environmental conditions have changed to such an extent that the drive efficiency drops below a predetermined threshold, the drive frequency f is changed. Alternatively, the driving frequency f may be changed when either one of the two conditions changes to a state in which the driving efficiency is reduced to a predetermined threshold value or less.

【0077】また、第2実施形態では被駆動部2の回転
速度Nが所定の閾値Nr以下に低下すると、直ちに速度
特性を実測して駆動周波数fを新たに取得した最適駆動
周波数foptに修正するようにしているが、現駆動中に
は速度特性の実測及び駆動周波数の修正処理は行なわ
ず、電源がオンにされて駆動周波数fの初期設定を行な
うときにだけ速度特性を実測し、その速度特性に基づい
て算出された最適駆動周波数foptを駆動周波数fとし
て設定するようにしてもよい。
In the second embodiment, when the rotation speed N of the driven part 2 falls below the predetermined threshold value Nr, the speed characteristic is immediately measured and the driving frequency f is corrected to the newly obtained optimum driving frequency fopt. However, during the current driving, the actual measurement of the speed characteristics and the correction processing of the driving frequency are not performed, and the speed characteristics are actually measured only when the power is turned on and the initial setting of the driving frequency f is performed. The optimal driving frequency fopt calculated based on the characteristic may be set as the driving frequency f.

【0078】なお、上記実施形態の説明では、チップ部
材33を駆動するための2つの変位素子31,32をそ
れぞれ直交するように配置したが、これに限定されるも
のではなく、その他の角度、例えば45°、135°等
任意の角度であってもよい。さらに、変位素子の数は2
つに限定されず、3個、あるいはそれ以上用いて、3自
由度又は4自由度の駆動を行うように構成してもよい。
さらに、変位素子の駆動源として、圧電素子だけでな
く、磁歪素子等他の電気的又は機械的変位素子を用いて
もよい。また、複数個の変位素子のうち、少なくも1個
を圧電素子等の機械電気変換素子とし、他の変位素子を
弾性部材で構成してもよい。
In the description of the above embodiment, the two displacement elements 31 and 32 for driving the tip member 33 are arranged so as to be orthogonal to each other. However, the present invention is not limited to this. For example, the angle may be any angle such as 45 ° or 135 °. Furthermore, the number of displacement elements is 2
The present invention is not limited to this, and three or more driving units may be used to drive three or four degrees of freedom.
Further, as the driving source of the displacement element, not only the piezoelectric element but also another electric or mechanical displacement element such as a magnetostrictive element may be used. In addition, at least one of the plurality of displacement elements may be configured as a electromechanical conversion element such as a piezoelectric element, and the other displacement elements may be configured with elastic members.

【0079】また、上記実施形態では2つの第1,第2
圧電素子31,32のうち、何れか一方を切換駆動す
る、所謂片側駆動タイプの圧電アクチュエータについて
説明したが、本発明は、第1,第2圧電素子31,32
の両方を同時に駆動する両側駆動タイプの圧電アクチュ
エータにも適用することができる。この場合は、第1圧
電素子31だけを駆動したときの速度特性と第2圧電素
子32だけを駆動したときの速度特性とをそれぞれ取得
し、各速度特性から最適駆動周波数foptをそれぞれ算
出し、両最適駆動周波数foptを用いて最適な駆動周波
数fを設定すればよい。
In the above embodiment, two first and second
The so-called one-side drive type piezoelectric actuator that switches and drives one of the piezoelectric elements 31 and 32 has been described, but the present invention relates to the first and second piezoelectric elements 31 and 32.
Can be applied to a double-sided drive type piezoelectric actuator that simultaneously drives both. In this case, the speed characteristics when only the first piezoelectric element 31 is driven and the speed characteristics when only the second piezoelectric element 32 is driven are obtained, and the optimum driving frequency fopt is calculated from each speed characteristic. The optimum driving frequency f may be set using both optimum driving frequencies fopt.

【0080】両側駆動タイプの圧電アクチュエータでは
片側駆動タイプの圧電アクチュエータよりも被駆動部2
の回転速度を高くすることができる利点がある。
The two-sided drive type piezoelectric actuator is more driven than the one-sided drive type piezoelectric actuator.
There is an advantage that the rotation speed of the can be increased.

【0081】[0081]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
トラス型圧電アクチュエータにおいて、駆動信号供給部
から所定の周波数範囲で周波数を変化させつつ駆動電圧
を圧電素子に供給して被駆動部の変位速度を検出し、こ
の変位速度と駆動電圧の周波数とから被駆動部の速度特
性を算出し、この速度特性に基づいて圧電体に供給され
る駆動電圧の周波数を被駆動部の変位速度が最高速度と
なる周波数に設定するようにしたので、簡単な構造で可
及的に高い効率で圧電アクチュエータの駆動を制御する
ことができる。
As described above, according to the present invention,
In a truss type piezoelectric actuator, a drive voltage is supplied to a piezoelectric element while changing the frequency within a predetermined frequency range from a drive signal supply unit, and a displacement speed of a driven portion is detected. Since the speed characteristic of the driven part is calculated and the frequency of the drive voltage supplied to the piezoelectric body is set to the frequency at which the displacement speed of the driven part becomes the maximum speed based on the speed characteristic, a simple structure is adopted. Accordingly, the driving of the piezoelectric actuator can be controlled with the highest possible efficiency.

【0082】また、被駆動部の変位速度が所定の閾値以
下に低下したとき、被駆動部の速度特性を算出し、直ち
にこの速度特性に基づいて圧電体に供給される駆動電圧
の周波数を被駆動部の変位速度が最高速度となる周波数
に変更するようにしたので、簡単な構造で圧電アクチュ
エータの駆動効率を最良の状態に保持することができ
る。
When the displacement speed of the driven part falls below a predetermined threshold, the speed characteristic of the driven part is calculated, and the frequency of the drive voltage supplied to the piezoelectric body is immediately changed based on the speed characteristic. Since the frequency at which the displacement speed of the driving unit is changed to the maximum speed is changed, the driving efficiency of the piezoelectric actuator can be maintained in the best state with a simple structure.

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

【図1】 本発明に係る圧電アクチュエータの第1実施
形態の構成を示す図である。
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a first embodiment of a piezoelectric actuator according to the present invention.

【図2】 本発明に係る圧電アクチュエータに用いられ
る積層型圧電素子の構造を示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing a structure of a laminated piezoelectric element used for a piezoelectric actuator according to the present invention.

【図3】 積層型圧電素子における各電極の間に発生す
る電界と各電極間の圧電部材の歪み率との関係を示す図
である。
FIG. 3 is a diagram showing a relationship between an electric field generated between electrodes of a multilayer piezoelectric element and a strain rate of a piezoelectric member between the electrodes.

【図4】 上記圧電アクチュエータの回転原理を示す図
である。
FIG. 4 is a diagram showing the principle of rotation of the piezoelectric actuator.

【図5】 圧電アクチュエータの速度特性のバラツキを
示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing variations in speed characteristics of a piezoelectric actuator.

【図6】 最適駆動周波数の処理手順を示すフローチャ
ートである。
FIG. 6 is a flowchart illustrating a processing procedure of an optimum driving frequency.

【図7】 第1実施形態における駆動周波数の最適化処
理を示すフローチャートである。
FIG. 7 is a flowchart illustrating a drive frequency optimization process according to the first embodiment.

【図8】 本発明に係る圧電アクチュエータの第2実施
形態の構成を示す図である。
FIG. 8 is a diagram showing a configuration of a second embodiment of the piezoelectric actuator according to the present invention.

【図9】 第2実施形態における駆動周波数の最適化処
理を示すフローチャートである。
FIG. 9 is a flowchart illustrating a drive frequency optimization process according to the second embodiment.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 アクチュエータ 2 被駆動部 21 回転軸 22 周面 3 駆動部(トラス型圧電駆動部) 31,32 積層型圧電素子 33 チップ部材(圧接部) 34 ベース部材 4 加圧部 5 駆動信号切換部 6 駆動信号供給部 61 発振器 62 パワーアンプ 7 回転検出部(速度検出部の構成要素) 8 駆動制御部(駆動周波数設定手段) 81 駆動方向切換部 82 最適駆動周波数設定部 82a 周波数走査部(速度特性算出部の構成要素) 82b 速度算出部(速度検出部及び速度特性算出部の
構成要素) 82c 速度特性記憶部(速度特性算出部の構成要素) 82d 最適駆動周波数算出部(周波数検出部) 83 駆動周波数設定部 84 モード設定部(モード設定手段) 85 速度低下判定部(速度低下検出手段) 9 操作部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Actuator 2 Driven part 21 Rotary shaft 22 Peripheral surface 3 Drive part (truss type piezoelectric drive part) 31, 32 Stacked piezoelectric element 33 Chip member (pressure contact part) 34 Base member 4 Pressurization part 5 Drive signal switching part 6 Drive Signal supply unit 61 Oscillator 62 Power amplifier 7 Rotation detection unit (component of speed detection unit) 8 Drive control unit (drive frequency setting unit) 81 Drive direction switching unit 82 Optimal drive frequency setting unit 82a Frequency scanning unit (speed characteristic calculation unit) 82b Speed calculation unit (component of speed detection unit and speed characteristic calculation unit) 82c Speed characteristic storage unit (component of speed characteristic calculation unit) 82d Optimal drive frequency calculation unit (frequency detection unit) 83 Drive frequency setting Unit 84 Mode setting unit (mode setting unit) 85 Speed drop judgment unit (speed drop detection unit) 9 Operation unit

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 丸山 吉紀 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 (72)発明者 毛呂 文則 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 AA06 AA08 BB01 BB15 BB16 CC02 DD01 DD23 DD27 DD37 DD53 DD55 DD67 DD73 DD74 DD88 DD95 EE22 EE23 EE24 FF08 FF17 FF25 FF26 FF30 FF33 FF36 FF38 GG02 GG20 GG25 GG27  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Yoshinori Maruyama 2-3-13 Azuchicho, Chuo-ku, Osaka City Inside Osaka International Building Minolta Co., Ltd. No.13 Osaka International Building Minolta Co., Ltd. F-term (reference) 5H680 AA04 AA06 AA08 BB01 BB15 BB16 CC02 DD01 DD23 DD27 DD37 DD53 DD55 DD67 DD73 DD74 DD88 DD95 EE22 EE23 EE24 FF08 FF17 FF25 FF26 FF30 FF33 GG20

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 直進運動若しくは回転運動を可能に保持
された被駆動部と、少なくとも1つが圧電体からなる複
数の変位部材を各先端が互いに直交するように結合して
なるトラス型圧電駆動部と、このトラス型圧電駆動部の
上記変位部材の結合部を上記被駆動部に圧接する加圧部
と、上記トラス型圧電駆動部の圧電体に電圧が所定の周
波数で変化する駆動信号を供給する駆動信号供給部とを
具備する圧電アクチュエータにおいて、 上記被駆動部の変位速度を検出する速度検出部と、上記
駆動信号供給部から所定の周波数範囲で周波数を変化さ
せつつ上記駆動電圧を上記圧電素子に供給して上記速度
検出部で上記被駆動部の変位速度を検出し、その速度特
性と上記駆動電圧の周波数とから上記被駆動部の速度特
性を算出する速度特性算出部と、上記速度特性算出部で
算出された速度特性に基づいて上記被駆動部の変位速度
が最高速度となる上記駆動電圧の周波数を検出する周波
数検出部と、上記駆動信号供給部から供給される上記駆
動電圧の周波数を上記周波数検出部で検出された周波数
に設定する駆動周波数設定部とからなる駆動周波数設定
手段を備えたことを特徴とする圧電アクチュエータ。
1. A truss-type piezoelectric drive unit comprising a driven unit held so as to be capable of a linear motion or a rotary motion, and a plurality of displacement members at least one of which is made of a piezoelectric material such that the tips are orthogonal to each other. And a pressurizing section for pressing the coupling portion of the displacement member of the truss-type piezoelectric drive section against the driven section, and a drive signal whose voltage changes at a predetermined frequency to the piezoelectric body of the truss-type piezoelectric drive section. A driving signal supply unit for detecting a displacement speed of the driven portion; and a piezoelectric device for changing the driving voltage from the drive signal supply unit while changing the frequency within a predetermined frequency range. A speed characteristic calculating unit that detects the displacement speed of the driven unit by supplying the element to the speed detecting unit and calculates the speed characteristic of the driven unit from the speed characteristics and the frequency of the driving voltage; A frequency detecting unit that detects a frequency of the driving voltage at which the displacement speed of the driven unit becomes a maximum speed based on the speed characteristic calculated by the speed characteristic calculating unit; and the driving supplied from the driving signal supplying unit. A piezoelectric actuator, comprising: a driving frequency setting unit including a driving frequency setting unit that sets a frequency of a voltage to the frequency detected by the frequency detection unit.
【請求項2】 請求項1記載の圧電アクチュエータにお
いて、実測した速度特性に基づいて上記駆動電圧の駆動
周波数を設定するモードを設定するモード設定手段を更
に設け、上記駆動周波数設定手段は上記モード設定手段
で上記モードが設定されると、上記速度特性算出部、上
記周波数検出部及び上記駆動周波数設定部を動作させて
上記駆動電圧の周波数を上記被駆動部が最高速度で変位
する駆動周波数に設定することを特徴とする圧電アクチ
ュエータ。
2. The piezoelectric actuator according to claim 1, further comprising mode setting means for setting a mode for setting a driving frequency of the driving voltage based on an actually measured speed characteristic, wherein the driving frequency setting means sets the mode setting. When the mode is set by the means, the speed characteristic calculation unit, the frequency detection unit, and the drive frequency setting unit are operated to set the frequency of the drive voltage to a drive frequency at which the driven unit is displaced at a maximum speed. A piezoelectric actuator.
【請求項3】 請求項1記載の圧電アクチュエータにお
いて、上記駆動周波数設定手段は、圧電アクチュエータ
を起動させたときの駆動周波数の初期設定時に、上記速
度特性算出部、上記周波数検出部及び上記駆動周波数設
定部を動作させて上記駆動電圧の周波数を上記被駆動部
が最高速度で変位する駆動周波数に設定することを特徴
とする圧電アクチュエータ。
3. The piezoelectric actuator according to claim 1, wherein the drive frequency setting means is configured to set the drive frequency calculating section, the frequency detecting section, and the drive frequency at an initial setting of the drive frequency when the piezoelectric actuator is activated. A piezoelectric actuator, wherein a frequency of the drive voltage is set to a drive frequency at which the driven part is displaced at a maximum speed by operating a setting unit.
【請求項4】 請求項1記載の圧電アクチュエータにお
いて、上記速度検出部で検出された上記被駆動部の速度
が予め設定された所定の閾値以下に低下したことを検出
する速度低下検出手段を更に備え、上記駆動周波数設定
手段は上記速度低下検出手段で上記被駆動部の速度が所
定の閾値以下に低下すると、上記速度特性算出部及び上
記周波数検出部を動作させて上記被駆動部が最高速度で
変位する上記駆動電圧の駆動周波数を検出することを特
徴とする圧電アクチュエータ。
4. The piezoelectric actuator according to claim 1, further comprising a speed drop detecting means for detecting that the speed of the driven portion detected by the speed detecting portion has dropped below a predetermined threshold value. The drive frequency setting means operates the speed characteristic calculation section and the frequency detection section when the speed of the driven section falls below a predetermined threshold value by the speed drop detection section, so that the driven section has a maximum speed. A driving frequency of the driving voltage that is displaced by the driving frequency.
【請求項5】 請求項4記載の圧電アクチュエータにお
いて、上記駆動周波数設定部は、上記周波数検出部で上
記被駆動部を最高速度で変位させる上記駆動電圧の周波
数が検出されると、その検出直後に上記駆動信号供給部
から上記圧電素子に供給される駆動電圧の周波数を上記
周波数検出部で検出された周波数に変更するものである
ことを特徴とする圧電アクチュエータ。
5. The piezoelectric actuator according to claim 4, wherein the drive frequency setting section detects the frequency of the drive voltage that causes the driven section to be displaced at a maximum speed by the frequency detection section, immediately after the detection. A frequency of a drive voltage supplied from the drive signal supply unit to the piezoelectric element to a frequency detected by the frequency detection unit.
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