JP2002176788A - ４相駆動振動型アクチュエータの駆動回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】部品点数を増やすことなく安価で省スペースな
回路によって４相駆動振動型アクチュエータを駆動する
駆動回路を提供する。 【解決手段】駆動相の４相の電極（A+,B+,A-,B-）を設
けた振動型アクチュエータに対して、２つのセンタータ
ップ付のトランス10、11を用意し、トランス10,11の二
次側の両端に圧電素子のA+電極とA-電極、B+電極とB-電
極を接続し、駆動周波数に応じてパルス発生回路で発生
したパルスにより各トランス毎に設けた各スイッチング
回路（FET2〜5、FET6〜9）をオン・オフ制御してトラン
ス11とトランス12に交流電圧を発生させ、その際両方の
スイッチング回路へのパルスに90°の位相差を持たせ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は画像形成装置の駆動
部等に用いられる振動型アクチュエータの駆動回路に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】振動型アクチュエータは、振動減衰性の
少ない金属等の弾性体に電気−機械エネルギー変換素子
としての圧電素子を接着して形成された振動体、あるい
は弾性体間に圧電素子を挟持して形成された振動体を基
本的構成として有している。そして、前記圧電素子に駆
動回路から周波信号としての駆動信号を印加し、前記振
動体の共振周波数付近での駆動により、前記振動体に加
圧接触する接触体と、前記振動体とを相対駆動する。

【０００３】上記した弾性体に圧電素子を接着するタイ
プの振動体としては、例えばリング状または円盤状の弾
性体の片面側に、通常圧電素子を複数配し、何組かの圧
電素子を適当に組み合わせ（これを相と呼ぶ）、この相
を複数設け、これらの複数の相に時間的な位相をずらし
て駆動信号を印加して夫々定在波を形成し、これらの複
数の定在波の合成により、振動体に進行波を起こし、前
記圧電素子の接着面とは反対面に加圧接触している接触
体、例えば移動体を駆動している。

【０００４】従来、振動型アクチュエータの駆動回路
は、特開平8-33364号公報の図4、7、8、9、10、11や、
特開平9-271174号公報の図１、および特開平11-178364
号公報の図３に示されるように、スイッチング回路、ト
ランス、パルス発生回路、直流電源から構成され、いず
れの回路もスイッチング回路によって直流電源からトラ
ンスに流す電流を駆動周波数でON/OFFすることによっ
て、トランスの二次側に比較的大きな交流駆動信号を発
生させる回路である。

【０００５】このような回路では相の数だけスイッチン
グ回路、トランス、パルス発生回路が必要である。例え
ば、2相駆動振動型アクチュエータの駆動回路は図１７
に示すような回路であるが、４相駆動型の振動型アクチ
ュエータの駆動回路は図１８のようになり、かなり大規
模になってしまう。

【０００６】図１７、図１８において、501〜506はトラ
ンスを示し、550〜573はMOSFET、510〜515は振動型アク
チュエータの駆動相、530、531は電源を示す。また、図
１７、１８ではパルス発生回路は省略している。実際に
はMOSFETのゲートはすべてパルス発生回路に接続され、
トランスの一次側のコイルに流れる電流の方向が駆動周
波数で切り替わるように駆動信号が入るようになってい
る。

【０００７】図１７に示す2相駆動振動型アクチュエー
タの駆動回路において、振動型アクチュエータの振動体
を例えばリング状の弾性体の片面に圧電素子を接合した
タイプとし、両相に波長λの定在波を複数波数形成する
場合、前記リング状の圧電素子に対して1/2λ（半波
長）の間隔で分極方向を異極とする領域を複数形成し、
これを一方の相510とし、この一方の相510に対して例え
ば1/4λの間隔を有して同様に半波長の間隔で分極方向
を異極とする領域を複数形成したものを他方の相511と
すると、一方の相510と他方の相511とに時間的に位相の
ずれを有する交番信号である交流電圧を印加する。な
お、各相を構成する半波長ごとの異極の分極領域を形成
する隣り合う電極には互いに同位相の交流電圧が印加さ
れる。

【０００８】そして、MOSFET550〜553により前記一方の
相510用のスイッチング回路を構成し、またMOSFET554〜
557により前記他方の相511用のスイッチング回路を構成
しており、不図示のパルス発生回路から前記両方のスイ
ッチング回路における各MOSFETにそれぞれ駆動周波数に
応じた所定タイミングのパルス波形のパルス信号が出力
され、トランス501、502により昇圧されて波形整形され
た交流電圧がそれぞれ各相510、511に印加される。

【０００９】一方、図１８に示す４相駆動振動型アクチ
ュエータの駆動回路においては、振動型アクチュエータ
の振動体を例えばリング状の弾性体の片面に圧電素子を
接合したタイプとし、両相に波長λの定在波を複数波数
形成する場合、前記リング状の圧電素子に対して1/4λ
の間隔で分極方向を同極とする領域を全周にわたり電極
により形成し、前記電極のうち、一つおきの電極（半波
長の間隔を有する）を一方の相とし、他の一つおきの電
極（半波長の間隔を有し、結果として前記一方の相とは
1/4λの間隔を有する）を他方の相とし、さらに前記一
方の相を構成する隣接する電極については位相の反転し
た交流電圧を印加するようにしており、これを＋側の相
512と、−側の相513とする。同様に、他方の相において
も各領域を形成する隣接する電極については位相の反転
した交流電圧を印加するようにしており、これを＋側の
相514と、−側の相515としている。

【００１０】そして、MOSFET558〜561、MOSFET562〜56
5、MOSFET566〜569、MOSFET570〜573により夫々スイッ
チング回路を構成し、不図示のパルス発生回路から前記
４つのスイッチング回路における各MOSFETにそれぞれ駆
動周波数に応じた所定タイミングのパルス波形のパルス
信号が出力され、トランス503、504、505、506により昇
圧されて波形整形された交流電圧がそれぞれ各相512、5
13、514、515に印加される。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】従来の振動型駆動回路
では、パルス発生回路と、各相それぞれにトランス、ス
イッチング回路が必要であり、特に４相駆動振動型アク
チュエータのような多相のアクチュエータではコストお
よびスペース的に不利である。

【００１２】また、相の数が多いと駆動回路を構成する
各素子のばらつきにより出力電圧がばらついて、アクチ
ュエータの特性や寿命に影響を及ぼすおそれがある。

【００１３】本発明は以上の事情に鑑みて、部品点数を
増やすことなく安価で省スペースな回路によって４相駆
動振動型アクチュエータを駆動する回路を提供し、また
特別な調整をすることなく相間の出力電圧のばらつきの
少ない駆動回路を提供することを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】第１の発明は、振動体の
電気-機械エネルギー変換素子に共振振動の波長の４分
の一波長おきに設けた４相の駆動相に、互いに時間的位
相差を有する４相の交流信号を印加することにより、共
振振動の波長に対して半波長の位置的関係にある一方の
２相の駆動相で形成される定在波と、他方の２相の駆動
相で形成される定在波との合成により進行波を形成する
４相駆動振動型アクチュエータの駆動回路において、駆
動周波数に応じたパルスを発生するパルス発生手段と、
前記パルス発生手段からのパルスによりスイッチング素
子がオン・オフ制御されて第１のトランスに交流電圧を
出力させる第１のスイッチング回路と、前記パルス発生
手段からのパルスによりスイッチング素子がオン・オフ
制御されて第２のトランスに交流電圧を出力させる第２
のスイッチング回路とを有し、前記第１のトランスの二
次側両端に前記一方の２相の駆動相を夫々接続し、前記
第２のトランスの二次側両端に前記他方の２相の駆動相
を夫々接続し、前記パルス発生手段から前記第１のスイ
ッチング回路と前記第２のスイッチング回路へのパルス
を９０°の位相差を持って出力させたことを特徴とす
る。

【００１５】すなわち、空間にアクチュエータの共振振
動の波長の４分の一波長おきに配置されたA+、B+、A-、
B-の４相の圧電素子に対して、時間的な位相がそれぞれ
0°、90°、180°、270°または0°、-90°、180°、-2
70°の交流信号を印加して駆動する４相駆動振動型アク
チュエータを駆動する駆動回路において、2組のトラン
ス、スイッチング回路、パルス発生回路および直流電源
からなり、各トランス、スイッチング回路、およびパル
ス回路の組でそれぞれ１８０°ずれた２相分を駆動す
る。

【００１６】第２の発明は、上記第１の発明で、前記第
１および第２のトランスの各一次側は夫々前記第１およ
び前記第２のスイッチング回路に接続され、前記第１お
よび第２のトランスの各二次側には接地されたセンター
タップが設けられていることを特徴とする。

【００１７】第３の発明は、上記第１または第２の発明
で、前記第１および第２のスイッチング回路は、複数の
スイッチング素子でブリッジ回路に構成され、前記第１
および第２のトランスの一次側のコイルに電流を流す方
向を駆動周波数で交互に切り替えることによって前記第
１および第のトランスに夫々２相分の交流信号を発生さ
せることを特徴とする。

【００１８】第４の発明は、上記第１または第２の発明
で、前記第１および第２のトランスは、夫々一次側の巻
き線に直流電源に接続されたセンタータップが設けら
れ、前記第１および第２のトランスの一次側の両端に夫
々前記スイッチング素子を接続した第１および第２のス
イッチング回路を構成し、前記第１および第のスイッチ
ング回路における一対の前記スイッチング素子に互いに
時間的に１８０°ずれたパルスを供給することによっ
て、前記第１および第２のトランスにそれぞれ２相分の
交流信号を発生させることを特徴とする。

【００１９】第５の発明は、上記第１および第２の発明
で、前記第１および第２のトランスは、夫々一次側の巻
き線に直流電源に接続されたセンタータップが設けら
れ、前記第１および第２のトランスの一次側の片端に前
記スイッチング素子を接続すると共に他端にダイオード
を接続して夫々第１および第２のスイッチング回路を構
成し、前記第１および第２のスイッチング回路の前記各
スイッチング素子を夫々駆動することによって、前記第
１および前記第２のトランスに夫々２相分の交流信号を
発生させることを特徴とする。

【００２０】第６の発明は、上記第１または第２の発明
で、前記第１および第２のトランスの一次側の巻き線の
片端を直流電源に接続すると共に他端を前記スイッチン
グ素子に接続して夫々前記第１および第２のスイッチン
グ回路を構成し、前記第１および第２のスイッチング回
路の前記各スイッチング素子を駆動することによって、
前記第１および前記第２のトランスに夫々２相分の交流
信号を発生させることを特徴とする。

【００２１】第７の発明は、上記第２乃至第６のいずれ
かの発明で、前記第１および第２のトランスは、二次側
の巻き線でセンタータップから両端の端子までのコイル
と一次側の結合係数およびトランスの二次側の巻き線で
センタータップから両端の端子までのコイルのインダク
タンス値がほぼ等しい値となるように調整されているこ
とを特徴とする。

【００２２】第８の発明は、上記第７の発明で、前記第
１および前記第２のトランスは、二次側巻き線が壁部で
仕切られた同じスペースに積層状に巻かれていて、イン
ダクタンス値を調整するために内側のコイルと外側のコ
イルの巻き線数が異なることを特徴とする。

【００２３】第９の発明は、上記第７の発明で、前記第
１および第のトランスは、バイファイラ巻きによって巻
かれてセンタータップがつけられていることを特徴とす
る。

【００２４】第１０の発明は、上記第１の発明で、前記
第１および第２のトランスの各一次側は夫々前記第１お
よび前記第２のスイッチング回路に接続され、前記第１
のトランスの二次側には前記一方の２相の駆動相の片方
の電極が接続され、前記第２のトランスの二次側には前
記他方の２相の駆動相の片方の電極が接続され、前記一
方及び他方の駆動相の他方の各電極を互いに接続したこ
とを特徴とする。

【００２５】

【発明の実施の形態】（第１の実施の形態）まず、４相
駆動振動型アクチュエータについて説明する。本実施の
形態における振動体は、図１３に示すように、円環形状
に形成された金属製の弾性体101に、曲げ振動によって
生じる周方向の変位を拡大する目的で、放射方向に延び
る変位拡大用の溝104が周方向に沿って等間隔に複数形
成されている。弾性体101の前記溝104が形成されている
面と反対側の面には、円環状の圧電素子102が接着剤、
ろう付けなどの接合方法により固着されている。

【００２６】図１４は本実施形態の圧電素子102の電
極、および分極パターンを示す。図１４（ａ）はパター
ン電極面、図１４（ｂ）は裏面の共通電極面を示す。共
通電極面が弾性体101に固着され、共通電極103-2が、弾
性体101と電気的に導通している。

【００２７】図１４（ａ）に示した電極103-1、および
分極パターンについて説明する。本実施の形態の振動体
は、圧電素子の周方向の伸縮によって、定在波の波長を
λとすると、１周に７つの曲げ変形を起こす振動モード
（７λ）を用いるもので、分極処理方向（分極パター
ン）を全て同極として１つの電極をλ/４の間隔で形成
している。

【００２８】図１５（ａ）はＡ相定在波駆動時のＡ相駆
動電極と、節の位置を示す。図１５（ｂ）はＢ相定在波
駆動時のＢ相駆動電極と、節の位置を示す。

【００２９】図１５（ａ）において、（Ａ＋）、（Ａ
−）の記号で示した領域がＡ相駆動電極であって、（Ａ
＋）電極と、（Ａ−）電極には、互いに逆位相の交番電
圧が印加される。なお、破線は、Ａ相の定在波駆動時の
節の位置を示す。

【００３０】Ａ相パターン電極は、Ａ相の振動モードを
励起するために、振動振幅が極大となる腹の位置に、各
半波長（λ／２）あたりに１つずつ１４個所において均
等に配置されている。

【００３１】図１５（ｂ）に示したＢ相パターンは、Ａ
相と位置的位相が４分の１波長（λ／４）ずれた位置で
７次の振動モードを励起させるため、Ａ相パターンとλ
／４ずれた位置で、λ／２のピッチで均等に配置され
る。

【００３２】Ａ相パターン、Ｂ相パターンを同じ円周上
に配置するため、Ａ相、Ｂ相の各パターン電極は、λ／
４の角度長を持つ、扇形の形状としている。

【００３３】Ａ、Ｂ相の各パターン電極は、図中（＋）
の記号で示すように、すべてが厚み方向に同じ極性に分
極されている。

【００３４】図１６は、本実施の形態の圧電素子２への
給電方法を示す。電圧印加のためのフレキシブルプリン
ト基板107を圧電素子102に接着剤などで貼りつけてい
る。フレキシブルプリント基板107の給電電極は、それ
ぞれ（Ａ＋）、（Ａ−）、（Ｂ＋）、（Ｂ−）の４つの
電極に分けられ、波長λのピッチで設けられた電極露出
部であるランド１０７−１が、圧電素子のパターン電極
を波長λのピッチでそれぞれ短絡している。

【００３５】本実施の形態の振動体の駆動は、（Ａ＋）
と（Ａ−）電極間、および、（Ｂ＋）と（Ｂ−）電極間
に互いに時間的位相が９０°ずれた交番電圧を印加す
る。

【００３６】また、圧電素子の固着面の共通電極を挟ん
で（Ａ＋）と（Ａ−）の圧電素子が直列に接続されるた
め、素子上で同極性に分極された分極領域が電気的には
逆に接続され、（Ａ＋）と（Ａ−）に接続された各分極
領域は、互いに逆位相の伸縮力を発生することとなる。

【００３７】こうして、Ａ、Ｂの各相の定在波が、位置
的位相差λ／４、および時間的位相差９０°をもって励
起され、両定在波の合成により進行性の振動波が励起さ
れることになる。

【００３８】４相駆動振動型アクチュエータでは、分極
方向が均一で振動体を構成する環状の弾性体の全周に圧
電素子を均等に配置しているため、合成振動振幅の分布
は共に全周に渡って均一にすることができるという特徴
を有する。

【００３９】このような４相駆動振動型アクチュエータ
の駆動回路の本発明の一実施の形態の構成を示したのが
図１である。

【００４０】ここで、１は直流電源、２〜9はMOSFET、1
0、11はトランス、12〜15は振動型アクチュエータの駆
動相を示している。

【００４１】MOSFET２〜５を図示のごとく接続すること
により第１のスイッチング回路を構成し、またMOSFET６
〜９を図示のごとく接続することにより第２のスイッチ
ング回路を構成している。そして、前記第１のスイッチ
ング回路は第１のトランス１０の一次側に接続され、ま
た前記第２のスイッチング回路は第２のトランス１１の
一次側に接続されている。

【００４２】駆動相12は図１５に示す電極（A+）に相当
し、駆動相13は図１５に示す電極（B+）に相当し、駆動
相14は図１５に示す電極（A-）に相当し、駆動相15は図
１５に示す電極（B-）に相当する。

【００４３】したがって、駆動相12、13、14、15は振動
型アクチュエータの環状の弾性体上に順に0°、90°、1
80°、270°の位相差で配置される。

【００４４】また、第１のトランス１０および第２のト
ランス１１の二次側には、インダクタンス上の中点（セ
ンタータップと呼ぶ）が設けられており、このセンター
タップを接地している。そして、第１のトランス１０お
よび第２のトランス１１のインダクタンスは駆動相の静
電容量とインピーダンスマッチングするように調整され
ている。

【００４５】なお、このセンタータップはインダクタン
スの中点であり、必ずしも巻き線の中点でない。

【００４６】一方、第１のトランス１０の二次側の両端
には（A+）電極に相当する０°位置の駆動相１２と（A
-）電極に相当する１８０°位置の駆動相１４が接続さ
れ、また第２のトランス１１の二次側の両端には、（B
+）電極に相当する９０°位置の駆動相１３と（B-）電
極に相当２７０°位置の駆動相１５とが接続されてい
る。

【００４７】すなわち、第１及び第２のトランス１０、
１１の二次側の両端には、夫々空間的に１８0°ずれた
駆動相12，14と、駆動相13，15が接続されている。

【００４８】また、トランスの二次側の両端における交
番信号の波形は、１８０°の反転した波形が出力され、
センタータップ付トランスとすることで該二次側両端の
波形のずれを少なくすることができる。

【００４９】トランス１０、１１の一次側はMOSFETで構
成された第１、第２のスイッチング回路のフルブリッジ
に接続されており、MOSFET2〜5で構成される第１のスイ
ッチング回路と、MOSFET6〜9によって構成される第２の
スイッチング回路とは不図示の９０°位相器によって互
いに９０°の位相差を有して駆動される。

【００５０】なお、ここではスイッチング素子としてMO
SFETを示したが、バイポーラトランジスタなどの他の半
導体素子や制御可能な機械接点を用いても同様の構成が
可能である。

【００５１】図２は第１の実施の形態の動作を示した図
である。AからHまでは不図示のパルス発生回路の発生す
る駆動パルスである。FET2、3、6、7はPチャンネルであ
るのでロジックレベルがローのときにFETが導通する。
またFET4、5、8、9はNチャンネルなのでロジックレベル
がハイのときにFETが導通する。パルスA〜DとE〜Hは相
互の位相差が９０°に調整されている。

【００５２】今、パルスA、DによってMOSFET２、５がON
すると、図１に示す第１のトランス10の一次側に上から
下に電流が流れる。また、パルスC、BによってFET３、
４がONすると、第１のトランス10の一次側に下から上に
電流が流れる。この動作を振動体の駆動周波数で繰り返
すことによって、第１のトランス１０の二次側に駆動信
号を発生させている。

【００５３】このとき、第１のトランス１０のインダク
タンスと圧電素子の静電容量がインピーダンスマッチン
グされているため、第１のトランス１０の二次側の両端
の端子に昇圧された正弦波状の電圧が発生する。

【００５４】その際、第１のトランス１０の二次側には
インダクタンスの中点にセンタータップが設けてあり接
地されているので、トランスの二次側の両端にはグラン
ドに対して対称な図２のI、Jの波形の電圧が発生する。

【００５５】同様にしてMOSFET６〜９で構成される第２
のスイッチング回路と第２のトランス11からなる回路
に、パルスE〜Hを加えることによって、第２のトランス
11の二次側の両端にグランドに対して対称な昇圧された
2相の電圧K、Lを発生させることが出来る。

【００５６】このとき、パルスA〜DとパルスE〜Hは相互
の位相差が９０°に調整されているため、結果として図
１の回路において、例えば第１のトランス１０の二次側
から0°と180°、第２のトランス１１の二次側から90°
と270°の駆動信号を発生させることが出来る。

【００５７】そして、第１のトランス10はアクチュエー
タの（Ａ＋）、（Ａ−）電極１２と１４、第２のトラン
ス11の両端は（Ｂ＋）、（Ｂ−）電極１３と１５に接続
され、前述したような進行波を振動体上に励振する。こ
のとき、振動体に圧接された移動体が進行波の方向と逆
方向に駆動される。

【００５８】また、図２の場合と逆方向に駆動する場合
は、パルスA〜DとE〜Hの相互の位相差を-９０°とすれ
ばよい。この構成によれば従来の図１７の回路と比較し
てFETを８個、トランスを2個削減することができ、ロー
コスト化、省スペース化が可能となる。

【００５９】図３(a)は本実施の形態のトランスの一例
を示す断面図で、１６は一次側コイル、１７、１８は二
次側のコイルである。発生する電圧が高電圧の場合、相
間の分離をしなければならない。

【００６０】このとき、例えば図３(b)のような分離構
成とすると、一次側のコイル16と二次側の内側のコイル
17の結合係数とコイル16と18の結合係数が大きく異なる
ため電圧にアンバランスが生じてしまう。こうなるとモ
ータの性能に悪影響を及ぼすばかりでなく、異常な磨耗
の原因になるおそれがある。

【００６１】図3(a)のように壁部であるパーティション
で仕切られたスペース内に、コイル１８の外周にコイル
１７が積層巻きの構成では、一次側のコイル１６に対し
て二次側のコイル１７と１８は略対称であるので、その
ようなアンバランスは非常に小さい。ただし、内側のコ
イル１７と外側のコイル１８では同じ巻き線数にすると
インダクタンス値が異なった値になってしまうため、イ
ンダクタンス値を揃えるために巻き数を内と外で変え
る。

【００６２】したがって、ここでのセンタータップは巻
き線の真中ではなく、インダクタンス値の中点となる。
なお、巻き線の耐圧等が問題にならない場合には、図４
のように2本まとめて巻くバイファイラ巻きによって二
次側の2つのコイル17、18およびセンタータップを作る
のも良い方法である。

【００６３】この場合、対称性が非常に良好となるた
め、2つの相の間の電圧は良く揃ったものとなり、前述
したようなアンバランスによる不具合を防ぐことができ
る。

【００６４】また、図5に示すように、ロータリーエン
コーダー２４からのパルスを速度カウンタ２５で検出し
て速度を検出する速度検出手段からの速度情報を制御回
路２０に出力し、速度指令発生装置１９からの速度指令
と、前記速度情報とを比較して前記速度指令の値となる
ように適当な制御ゲインを掛けて、パルス発生回路２１
に対して駆動パルスの周波数、パルス幅などにフィード
バックし、図１に示す回路にパルスを通電して第１、第
２のトランスから０°，１８０°，９０°，２７０°の
位相ずれを有した交流電圧を4相駆動振動型アクチュエ
ータ２３の各相に印加する構成も可能である。

【００６５】ここで、速度指令発生装置１９とはマイク
ロコンピュータなどのシステムを制御している装置で、
制御対象の目的に応じた速度指令を発生する。また図で
は速度を示したが、位置、トルク、出力等をフィードバ
ックする構成も同様にして構成可能である。

【００６６】（第２の実施の形態）図６は本発明におけ
る第２の実施の形態を示す回路図である。また、図７は
図６の回路に対応する従来の回路である。ここで、26、
43はDC電源、27〜34、44〜47はＮチャンネルのMOSFET、
35〜38、48、49はトランスであり、39、40、41、42およ
び50、51、52、53はそれぞれ4相駆動振動型アクチュエ
ータのA+相、B+相、A-相、B-相を示す。

【００６７】また、パルス発生回路は図１等と同様にし
て不図示とした。この型の回路はMOSFETがすべてNチャ
ンネルで構成されるため、図１に示すブリッジ型のスイ
ッチング回路と比較してプリドライバが簡単で、またス
イッチング素子の数が少なくて済むという特徴を有す
る。

【００６８】図６に示す本実施の形態における第１のト
ランス４８及び第２のトランス４９は一次側、二次側に
それぞれセンタータップを持ち、各センタータップは一
次側は直流電源、二次側はグランドに接続されている。
なお、このセンタータップはインダクタンスの中点であ
り、必ずしも巻きの中心でなくとも良い。

【００６９】第１のトランス48の二次側の両端は振動型
アクチュエータのA+相およびA-相に、第２のトランス49
の二次側の両端は振動型アクチュエータのB+相およびB-
相に接続されている。また、図８は図６の回路の動作を
示す図である。

【００７０】第１、第２のトランス48、49の一次側はMO
SFET44〜47をパルスM〜Pによって上下のコイルに電流を
流すプッシュプル駆動される。

【００７１】この結果、第１及び第２のトランス４８,
４９の二次側の両端には昇圧された交流電圧が生じる。
このとき、二次側のセンタータップが接地されているた
め、二次側の両端にはグランドに対して対称な交流電
圧、すなわち180°の位相差を持った電圧が発生する。

【００７２】本実施の形態では、パルスM、NとO、Pは90
°の位相差を持たせてあるため、第１、第２のトランス
48、49の両端に発生する電圧の位相差も90°となり、そ
の結果グランドに対して図６の回路で0°、90°、180
°、270°の４相の駆動電圧を発生させることができ
る。

【００７３】なお、この実施の形態でも第１の実施の形
態と同様にしてセンタータップを作るためにトランスを
積層巻きまたはバイファイラ巻きとするのが望ましい。
また、図５のように速度信号や位置信号をフィードバッ
クする構成も可能である。図７の従来の回路の詳しい動
作説明は省略するが、4つのトランスおよびスイッチン
グ回路で４相の電圧を発生している。これと比較して図
６の回路によればFETおよびトランスの個数を半分にす
ることができる。

【００７４】（第３の実施の形態）図９は本発明におけ
る第３の実施の形態を示す回路図である。この回路は図
６の回路のうちMOSFET2つをダイオードに置き換えたも
のである。他の構成は図６と同じである。

【００７５】動作波形を図10に示す。90°位相差のパル
スU、VによってＮチャンネルのMOSFET56、58をON、OFF
する。MOSFETをOFFすると、トランスのインダクタンス
成分によってFETのドレインに誘導電圧が発生する。こ
れをリセットするのがダイオードおよびトランスのダイ
オード側の巻き線である。ダイオード側の巻き線はバイ
ファイラ巻き等によってFET側の巻き線と高い結合係数
を持つように巻かれている。

【００７６】ここでFETのOFFによって誘導起電力が発生
すると、それと対称なダイオードのカソードには逆極性
の起電力が発生し、ダイオードがONしてトランスの一次
側巻き線を介してエネルギーを電源コンデンサ65に回生
する。この結果FETに掛かる誘導電圧が抑えられる。

【００７７】二次側に発生する電圧はセンタータップが
接地されているため、第１、第２の実施の形態と同様
に、180°位相差の2相の交流電圧となる。このためトラ
ンス１個で2相分を駆動することが可能である。この回
路では第２の実施の形態の回路と比較してスイッチング
素子の数がさらに半分にできるため、ローコスト省スペ
ースが可能である。

【００７８】（第４の実施の形態）図11は本発明におけ
る第4の実施の形態を示す図である。また、図12は図１
１に示す第4の実施の形態をよりシンプルにした回路図
で、図１２の回路では少し波形が歪んで効率は劣るけれ
ども、上記した第１〜第３の各実施の形態と比較して最
もローコスト、省スペースなのがこの回路である。

【００７９】トランスの一次側は単層巻きで、二次側は
第１〜第３の実施の形態と同様である。トランスの一次
側は片側が直流電源につながり、他方はスイッチング素
子（MOSFET）に接続される。

【００８０】動作波形は図10と同様である。

【００８１】すなわち、90°位相差のU、Vの2相のパル
スで駆動されトランスの二次側には図11、12で上から順
に0°、180°、90°、270°の昇圧された駆動電圧が発
生する。ここで、図11で抵抗67、コンデンサ68、ダイオ
ード69および抵抗71、コンデンサ72、ダイオード73から
なる回路はスナバ回路と呼ばれる回路である。MOSFETの
OFF動作によってドレインに誘導起電力による誘導電圧
が発生するが、この回路によって誘導エネルギーを吸収
し、抵抗で消費することによって高圧が発生するのを防
いでいる。なおFETの耐圧が十分にあるときは、このス
ナバ回路を省略して図12のようによりシンプルな回路を
構成することも可能である。

【００８２】（第５の実施の形態）図19は本発明におけ
る第５の実施の形態を示す図である。MOSFETからなるス
イッチング素子602〜609の駆動パルスは図１の回路と同
様である。トランス610、611は1次側、2次側ともセンタ
ータップがないものを用いており、トランス610、611の
二次側両端に空間的に180°の位相差にあるアクチュエ
ータの片方の駆動電極（相）612、613、614、615が接続
されている。

【００８３】また、各相612、613、614、615の他方の電
極は、互いに接続されている。この回路の駆動波形は図
２と同様になる。但し、この回路の場合アクチュエータ
に印加される電圧はグランド基準でなく、電極間電圧で
ある。なお、アクチュエータの共通電極を接地または適
当な電位に保つようにしても駆動可能である。この回路
の利点として駆動に必要な信号線を1本減らすことがで
きる。またトランスもタップを省略できるので小型化、
ローコスト化が可能となる。なおスイッチング回路、ト
ランス1次側の構成として図6、図7、図9、図11、図12と
同様の形態を取ることも可能である。

【００８４】

【発明の効果】以上説明したように、振動型アクチュエ
ータの４相の駆動相に対して２つのトランスで駆動用の
交流電圧を生成することができ、部品点数を増やすこと
なく安価で省スペースな回路によって４相駆動振動型ア
クチュエータを駆動する回路を提供できる。

【００８５】また、トランスには、センタータップを設
けているので、特別な調整することなく相間の出力電圧
のばらつきの少ない駆動回路を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態を示す回路図

【図２】図１の回路の動作を示す動作波形図

【図３】（ａ）は好ましいトランスの構造の一例を示す
構造図、（ｂ）は不適なトランスの構造図

【図４】トランスのバイファイラ巻きの一例を示す説明
図

【図５】図１の回路を用いた駆動制御回路のブロック図

【図６】本発明の第２の実施の形態を示す回路図

【図７】本発明の第２の実施の形態に対応する従来の回
路図

【図８】図６の回路の動作を示す動作波形図

【図９】本発明の第３の実施の形態を示す回路図

【図１０】図９の回路の動作を示す動作波形図

【図１１】本発明の第４の実施の形態を示す回路図

【図１２】本発明の第４の実施の形態の変形例を示す回
路図

【図１３】本発明が適用される４相駆動振動型アクチュ
エータの振動体の斜視図

【図１４】（ａ）は図１３の圧電素子の分極パターンを
示す図、（ｂ）は反対面の全面電極を示す図

【図１５】（ａ）は図１３の圧電素子のＡ相、（ｂ）は
図１３の圧電素子のＢ相を示す図

【図１６】図１３の圧電素子の給電部材を示す図

【図１７】従来の2相駆動振動型アクチュエータの駆動
回路

【図１８】図１７の回路を４相駆動振動型アクチュエー
タに適用した回路図

【図１９】本発明の第５の実施の形態を示す回路図

【符号の説明】

1、26、43、54、66、81、601 直流電源 10、11、35〜38、48、49、59、60、75、76、84、85、61
1、612 トランス 2〜9、27〜34、44〜47、56、58、70、74、82、83、602
〜610 MOSFET 12〜15、39〜42、50〜53、61〜64、77〜80、86〜89、61
3〜616 振動型アクチュエータの駆動相 16、17、18 トランス巻き線（コイル） 55、57、69、73 ダイオード 65、68、72 コンデンサ 67、71 抵抗 101 弾性体 104 溝 102 圧電素子 103 電極 107 フレキシブルプリント基板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5H680 AA00 AA19 BB03 BB16 CC06 CC07 CC10 DD01 DD23 DD53 DD66 DD85 DD87 DD92 EE22 EE23 FF08 FF23 FF24 FF26 FF30 FF33 FF35 FF38

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 振動体の電気-機械エネルギー変換素子
   に共振振動の波長の４分の一波長おきに設けた４相の駆
   動相に、互いに時間的位相差を有する４相の交流信号を
   印加することにより、共振振動の波長に対して半波長の
   位置的関係にある一方の２相の駆動相で形成される定在
   波と、他方の２相の駆動相で形成される定在波との合成
   により進行波を形成する４相駆動振動型アクチュエータ
   の駆動回路において、 駆動周波数に応じたパルスを発生するパルス発生手段
   と、前記パルス発生手段からのパルスによりスイッチン
   グ素子がオン・オフ制御されて第１のトランスに交流電
   圧を出力させる第１のスイッチング回路と、前記パルス
   発生手段からのパルスによりスイッチング素子がオン・
   オフ制御されて第２のトランスに交流電圧を出力させる
   第２のスイッチング回路とを有し、前記第１のトランス
   の二次側両端に前記一方の２相の駆動相を夫々接続し、
   前記第２のトランスの二次側両端に前記他方の２相の駆
   動相を夫々接続し、前記パルス発生手段から前記第１の
   スイッチング回路と前記第２のスイッチング回路へのパ
   ルスを９０°の位相差を持って出力させたことを特徴と
   する４相駆動振動型アクチュエータの駆動回路。
2. 【請求項２】 前記第１および第２のトランスの各一次
   側は夫々前記第１および前記第２のスイッチング回路に
   接続され、前記第１および第２のトランスの各二次側に
   は接地されたセンタータップが設けられていることを特
   徴とする請求項１に記載の４相駆動振動型アクチュエー
   タ駆動回路。
3. 【請求項３】 前記第１および第２のスイッチング回路
   は、複数のスイッチング素子でブリッジ回路に構成さ
   れ、前記第１および第２のトランスの一次側のコイルに
   電流を流す方向を駆動周波数で交互に切り替えることに
   よって前記第１および第のトランスに夫々２相分の交流
   信号を発生させることを特徴とする請求項１または２に
   記載の４相駆動振動型アクチュエータ駆動回路。
4. 【請求項４】 前記第１および第２のトランスは、夫々
   一次側の巻き線に直流電源に接続されたセンタータップ
   が設けられ、前記第１および第２のトランスの一次側の
   両端に夫々前記スイッチング素子を接続した第１および
   第２のスイッチング回路を構成し、前記第１および第の
   スイッチング回路における一対の前記スイッチング素子
   に互いに時間的に１８０°ずれたパルスを供給すること
   によって、前記第１および第２のトランスにそれぞれ２
   相分の交流信号を発生させることを特徴とする請求項１
   または２に記載の４相駆動振動型アクチュエータ駆動回
   路。
5. 【請求項５】 前記第１および第２のトランスは、夫々
   一次側の巻き線に直流電源に接続されたセンタータップ
   が設けられ、前記第１および第２のトランスの一次側の
   片端に前記スイッチング素子を接続すると共に他端にダ
   イオードを接続して夫々第１および第２のスイッチング
   回路を構成し、前記第１および第２のスイッチング回路
   の前記各スイッチング素子を夫々駆動することによっ
   て、前記第１および前記第２のトランスに夫々２相分の
   交流信号を発生させることを特徴とする請求項１または
   ２に記載の４相駆動振動型アクチュエータ駆動回路。
6. 【請求項６】 前記第１および第２のトランスの一次側
   の巻き線の片端を直流電源に接続すると共に他端を前記
   スイッチング素子に接続して夫々前記第１および第２の
   スイッチング回路を構成し、前記第１および第２のスイ
   ッチング回路の前記各スイッチング素子を駆動すること
   によって、前記第１および前記第２のトランスに夫々２
   相分の交流信号を発生させることを特徴とする請求項１
   または２に記載の４相駆動振動型アクチュエータ駆動回
   路。
7. 【請求項７】 前記第１および第２のトランスは、二次
   側の巻き線でセンタータップから両端の端子までのコイ
   ルと一次側の結合係数およびトランスの二次側の巻き線
   でセンタータップから両端の端子までのコイルのインダ
   クタンス値がほぼ等しい値となるように調整されている
   ことを特徴とする請求項２乃至６のいずれかに記載の４
   相駆動振動型アクチュエータ駆動回路。
8. 【請求項８】 前記第１および前記第２のトランスは、
   二次側巻き線が壁部で仕切られた同じスペースに積層状
   に巻かれていて、インダクタンス値を調整するために内
   側のコイルと外側のコイルの巻き線数が異なることを特
   徴とする請求項７に記載の４相駆動振動型アクチュエー
   タ駆動回路。
9. 【請求項９】 前記第１および第のトランスは、バイフ
   ァイラ巻きによって巻かれてセンタータップがつけられ
   ていることを特徴とする請求項７に記載の４相駆動振動
   型アクチュエータ駆動回路。
10. 【請求項１０】 前記第１および第２のトランスの各一
    次側は夫々前記第１および前記第２のスイッチング回路
    に接続され、前記第１のトランスの二次側には前記一方
    の２相の駆動相の片方の電極が接続され、前記第２のト
    ランスの二次側には前記他方の２相の駆動相の片方の電
    極が接続され、前記一方及び他方の駆動相の他方の各電
    極を互いに接続したことを特徴とする請求項１に記載の
    ４相駆動振動型アクチュエータ駆動回路。