JP2002233173A - Driver - Google Patents

Driver

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JP2002233173A
JP2002233173A JP2001021606A JP2001021606A JP2002233173A JP 2002233173 A JP2002233173 A JP 2002233173A JP 2001021606 A JP2001021606 A JP 2001021606A JP 2001021606 A JP2001021606 A JP 2001021606A JP 2002233173 A JP2002233173 A JP 2002233173A
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drive
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driving
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龍一 吉田
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a driver which can suppress disorder of a displacement of an electromechanical transducer and suppress electromagnetic noise. SOLUTION: The driver comprises the electromechanical transducer, a drive friction element fixed to one end in the expanding direction of the electromechanical transducer, an engagement element engaged with the drive friction element by a frictional force, and a drive circuit which applies a drive voltage to the electromechanical transducer for moving an engagement member. The drive circuit applies a drive voltage to the electromechanical transducer, so as to have a displacement Xp of the electromechanical transducer expressed by a equation Xp=-Xpo sin(2π.fdt)+sin(2π.2fdt)/b} (1).

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、駆動装置に関し、
さらに詳しくは、圧電素子などの電気機械変換素子を用
いた駆動装置に関する。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a driving device,
More specifically, the present invention relates to a driving device using an electromechanical transducer such as a piezoelectric element.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、圧電素子の伸縮を利用し、移動体
を移動させる駆動装置が存在している。図1に圧電素子
を用いた駆動装置の原理を示す。図1に示したように、
駆動装置2は、圧電素子4の伸縮方向の一端に駆動軸6
を固定し、他端を台座3に固定する。駆動軸6には移動
体5が摩擦係合されており、駆動軸6に沿って移動する
ことができる。
2. Description of the Related Art Conventionally, there is a driving device for moving a moving body by utilizing expansion and contraction of a piezoelectric element. FIG. 1 shows the principle of a driving device using a piezoelectric element. As shown in FIG.
The driving device 2 includes a driving shaft 6 at one end of the piezoelectric element 4 in the expansion and contraction direction.
And the other end is fixed to the pedestal 3. The moving body 5 is frictionally engaged with the drive shaft 6 and can move along the drive shaft 6.

【0003】この駆動装置2の圧電素子4に、例えば、
図1(e)に示すような鋸歯状波形の駆動電圧を印加す
る。まず、印加する電圧を徐々に変化させるときは、図
1(b)に示すように、圧電素子4は、その厚みを増大
させる方向に移動し、駆動軸6が操出方向に移動する。
これに伴って、移動体5は駆動軸6とともに移動する。
[0003] For example, the piezoelectric element 4 of the driving device 2
A drive voltage having a sawtooth waveform as shown in FIG. First, when the applied voltage is gradually changed, as shown in FIG. 1B, the piezoelectric element 4 moves in a direction to increase its thickness, and the drive shaft 6 moves in the steering direction.
Accordingly, the moving body 5 moves together with the drive shaft 6.

【0004】次いで、圧電素子4への電圧の印加を急激
に変化させると、図1(c)に示すように、圧電素子4
は急激に縮み、駆動軸6が戻り方向へ移動する。このと
き、移動体5は駆動軸6との摩擦に打ち勝ってその場に
とどまり、移動しない。したがって、その結果、移動体
5は駆動軸6に対して図1(c)に示すように右方向へ
移動する。
Next, when the application of the voltage to the piezoelectric element 4 is rapidly changed, as shown in FIG.
Rapidly shrinks, and the drive shaft 6 moves in the return direction. At this time, the moving body 5 stays there and overcomes the friction with the drive shaft 6 and does not move. Therefore, as a result, the moving body 5 moves rightward with respect to the drive shaft 6 as shown in FIG.

【0005】上述のように移動体5を移動させるために
印加される駆動電圧の鋸歯状波形は、フーリエ展開する
と、下記の数式(14)で表されるように、正弦波の重
ね合わせからなるものである。
[0005] As described above, the sawtooth waveform of the drive voltage applied to move the moving body 5 is obtained by superimposing a sine wave as represented by the following equation (14) when Fourier-expanded. Things.

【0006】[0006]

【数10】 (Equation 10)

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
駆動方法における駆動波形では、駆動回路がコスト高に
なり、また、上記数式14に示したように、高次の正弦
波まで電圧波形に含む。その中には、圧電素子の共振周
波数近傍の周波数成分も含まれることが多い。
However, the driving waveform in the conventional driving method increases the cost of the driving circuit, and includes a higher-order sine wave in the voltage waveform as shown in the above equation (14). In many cases, frequency components near the resonance frequency of the piezoelectric element are also included.

【0008】この共振周波数近傍の周波数成分は、圧電
素子の変位波形を乱し、移動体の動きに悪影響を及ぼ
す。また鋸歯状波形の駆動電圧に含まれる高次の正弦波
は、電磁ノイズの原因となり、実用上問題がある。
The frequency component near the resonance frequency disturbs the displacement waveform of the piezoelectric element and adversely affects the movement of the moving body. A high-order sine wave included in the drive voltage having a sawtooth waveform causes electromagnetic noise and has a practical problem.

【0009】具体的には、図1(e)で示されるような
鋸歯状波形の駆動電圧を圧電素子4に印加すると、圧電
素子4の変位は、図1(d)の4aで示されるように、
急激に収縮するところで、その変位に乱れが生じる。こ
の変位の乱れは、移動体5の移動に対し、5aで示され
るような移動の乱れを引き起こす。
More specifically, when a driving voltage having a sawtooth waveform as shown in FIG. 1E is applied to the piezoelectric element 4, the displacement of the piezoelectric element 4 becomes as shown by 4a in FIG. To
Where the material contracts rapidly, the displacement is disturbed. The disturbance of the displacement causes the movement of the moving body 5 to be disturbed as shown by 5a.

【0010】したがって、本発明が解決しようとする技
術的課題は、電気機械変換素子の変位の乱れを抑え、電
磁ノイズの発生を抑制することができる駆動装置を提供
することである。
[0010] Therefore, a technical problem to be solved by the present invention is to provide a driving device capable of suppressing disturbance of displacement of an electromechanical transducer and suppressing generation of electromagnetic noise.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段および作用・効果】本発明
は、上記技術的課題を解決するために、以下の構成の駆
動装置を提供する。
The present invention provides a driving device having the following configuration in order to solve the above technical problems.

【0012】駆動装置は、電気機械変換素子と、前記電
気機械変換素子の伸縮方向の一端に固定された駆動摩擦
部材と、前記駆動摩擦部材に摩擦力で係合された係合部
材と、前記電気機械変換素子に前記係合部材を移動させ
る駆動電圧を印加する駆動回路とから構成されるもので
ある。そして、駆動回路は、前記電気機械変換素子の変
位Xが下記数式(1)で表されるように、前記駆動電
圧を前記電気機械変換素子に印加する。
The drive device includes an electromechanical transducer, a drive friction member fixed to one end of the electromechanical transducer in the direction of expansion and contraction, an engagement member engaged with the drive friction member by frictional force, And a drive circuit for applying a drive voltage to move the engaging member to the electromechanical conversion element. Then, the drive circuit, the displacement X p of the electromechanical conversion element as represented by the following equation (1), applies the driving voltage to the electromechanical transducer.

【0013】[0013]

【数11】 [Equation 11]

【0014】式中、Xp0、f、t、bは以下のこと
を示す。 Xp0:任意の電気機械変換素子の振幅 f:任意の駆動周波数 t:時間 b:2<b<8を満たす定数
In the formula, X p0 , f d , t, and b indicate the following. X p0 : amplitude of an arbitrary electromechanical transducer f d : arbitrary driving frequency t: time b: constant satisfying 2 <b <8

【0015】上記構成において、電気機械変換素子は、
圧電素子や電歪素子などの素子である。駆動装置におい
ては、電気機械変換素子の変位としては、高次の正弦波
まで必要なく2次までの正弦波までで十分であり、上記
数式(1)で表されたように変位する。このときの電気
機械変換素子の変位は、略鋸歯状波形をしているため、
係合部材を駆動させることができる。また、高次の正弦
波形を含まないため、電気機械変換素子の共振周波数近
傍の周波数成分を含めないようにすることができ、電気
機械変換素子の変位が乱れず、電磁ノイズを発生させる
ことがない。
In the above configuration, the electromechanical conversion element is
It is an element such as a piezoelectric element or an electrostrictive element. In the driving device, the displacement of the electromechanical transducer is not required up to a high-order sine wave and is sufficient up to a second-order sine wave, and the displacement is represented by the above equation (1). Since the displacement of the electromechanical transducer at this time has a substantially sawtooth waveform,
The engagement member can be driven. In addition, since a high-order sine waveform is not included, it is possible to exclude a frequency component near a resonance frequency of the electromechanical transducer, and the displacement of the electromechanical transducer is not disturbed, thereby generating electromagnetic noise. Absent.

【0016】上記構成によれば、駆動電圧は、電磁ノイ
ズを発生させることがなく、係合部材の移動に乱れを生
じない。
According to the above configuration, the drive voltage does not generate electromagnetic noise and does not disturb the movement of the engagement member.

【0017】上記発明の駆動装置は、具体的には以下の
ように種々の態様で構成することができる。
The driving device of the present invention can be specifically configured in various modes as described below.

【0018】好ましくは、前記駆動回路は、下記数式
(2)で表される前記駆動電圧を前記電気機械変換素子
に印加する。
Preferably, the drive circuit applies the drive voltage represented by the following equation (2) to the electromechanical transducer.

【0019】[0019]

【数12】 (Equation 12)

【0020】(式中、V、f、t、b、|G(f)
|、θ(f)は以下のことを示す。 V:任意の電圧 f:任意の駆動周波数 t:時間 b:2<b<8を満たす定数 |G(f)|:伝達関数のゲイン θ(f):伝達関数の位相。
(Where V 0 , f d , t, b, | G (f d )
|, Θ (f d ) indicates the following. V 0 : arbitrary voltage f d : arbitrary driving frequency t: time b: constant satisfying 2 <b <8 | G (f d ) |: gain of transfer function θ (f d ): phase of transfer function.

【0021】伝達関数のゲイン|G(f)|及び、位相θ
(f)は、それぞれ、下記数式(15)及び(16)で
表される
The gain | G (f d ) | of the transfer function and the phase θ
(f d ) is represented by the following equations (15) and (16), respectively.

【0022】[0022]

【数13】 (Equation 13)

【0023】数式(15)及び(16)中、A(f)及
びB(f)は、下記数式(3)で表される前記電気機
械変換素子の電圧−変位の伝達関数G(f)を実数部A
(f )と虚数部B(f)に分け、G(f)=A(f)+
iB(f)と表したときの値として導かれる。
In equations (15) and (16), A (fd)
And B (fd) Is the electric machine represented by the following equation (3).
Voltage-displacement transfer function G (fd) Is the real part A
(f d) And the imaginary part B (fd) And G (fd) = A (fd) +
iB (fd) Is derived.

【0024】[0024]

【数14】 [Equation 14]

【0025】数式中、fは前記電気機械変換素子の共
振周波数、Qは電気機械変換素子の機械品質係数であ
る。
[0025] In formula, is f s resonant frequency of the electromechanical transducer, the Q m is a machine quality factor of the electromechanical transducer.

【0026】上記構成によれば、駆動回路により印加さ
れる駆動電圧と電気機械変換素子との間の伝達関数によ
る変化分を見込んだ駆動電圧が明確にされているので、
駆動装置の駆動を容易にすることができる。
According to the above configuration, since the drive voltage that takes into account the change due to the transfer function between the drive voltage applied by the drive circuit and the electromechanical transducer is clarified,
The driving of the driving device can be facilitated.

【0027】好ましくは、前記駆動回路は、下記数式
(4)で表される前記駆動電圧を前記電気機械変換素子
に印加する。
Preferably, the driving circuit applies the driving voltage represented by the following equation (4) to the electromechanical transducer.

【0028】[0028]

【数15】 (Equation 15)

【0029】式中、V、f、t、bは以下のことを
示す。 V:任意の電圧 f:f<f/3を満たす駆動周波数(fは前記
電気機械変換素子の共振周波数) t:時間 b:2<b<8を満たす定数
In the formula, V 0 , f d , t, and b indicate the following. V 0: arbitrary voltage f d: f d <drive frequency (the resonant frequency of f s is the electro-mechanical conversion element) that satisfies f s / 3 t: time b: 2 constants satisfying <b <8

【0030】上記構成によれば、駆動周波数fがf
<f/3を満たす範囲、すなわち電気機械変換素子の
共振周波数と比較して小さい範囲においては、駆動電圧
と電気機械変換素子との間の伝達関数に依存しない電圧
印加が可能となる。
According to the above configuration, the driving frequency f d is f d
<Range satisfying f s / 3, i.e. in the small range as compared with the resonance frequency of the electromechanical transducer, a voltage is applied that does not depend on the transfer function between the drive voltage and the electro-mechanical conversion element is made possible.

【0031】好ましくは、前記電気機械変換素子は、伸
縮方向に結合された第1の電気機械変換素子及び第2の
電気機械変換素子から構成され、前記駆動回路は、前記
第1の電気機械変換素子の変位Xp1が下記数式(5)
で表され、かつ、前記第2の電気機械変換素子の変位X
p2が下記数式(6)で表されるように、前記第1及び
第2の電気機械変換素子に前記駆動電圧を印加する。
Preferably, the electromechanical transducer comprises a first electromechanical transducer and a second electromechanical transducer coupled in the direction of expansion and contraction, and the drive circuit comprises the first electromechanical transducer. The element displacement X p1 is given by the following equation (5).
And the displacement X of the second electromechanical transducer
The drive voltage is applied to the first and second electromechanical transducers such that p2 is represented by the following equation (6).

【0032】[0032]

【数16】 (Equation 16)

【0033】式中、Xp0、f、t、bは以下のこと
を示す。 Xp0:任意の電気機械変換素子の振幅 f:任意の駆動周波数 t:時間 b:2<b<8を満たす定数
In the formula, X p0 , f d , t, and b indicate the following. X p0 : amplitude of an arbitrary electromechanical transducer f d : arbitrary driving frequency t: time b: constant satisfying 2 <b <8

【0034】上記構成によれば、直列に第1及び第2の
電気機械変換素子を例えば、直列に接続し、それぞれ、
数式(5)、(6)で示される正弦波形の変位を与える
ことにより、電気機械変換素子全体の変位を2次までの
正弦波形とすることができる。
According to the above configuration, the first and second electromechanical transducers are connected in series, for example, in series, and
By giving the sine waveform displacements represented by Expressions (5) and (6), the displacement of the entire electromechanical transducer can be made a sine waveform up to the second order.

【0035】好ましくは、前記電気機械変換素子は、第
1の電気機械変換素子及び第2の電気機械変換素子から
構成され、前記駆動回路は、下記数式(7)で表される
駆動電圧V1を前記第1の電気機械変換素子に印加し、
下記数式(8)で表される駆動電圧V2を前記第2の電
気機械変換素子に印加する。
Preferably, the electromechanical transducer comprises a first electromechanical transducer and a second electromechanical transducer, and the drive circuit comprises a drive voltage V 1 represented by the following equation (7). Is applied to the first electromechanical transducer,
The driving voltage V 2 represented by the following equation (8) is applied to the second electro-mechanical conversion element.

【0036】[0036]

【数17】 [Equation 17]

【0037】式中、V、f、t、b、A、A
以下のことを示す。 V:任意の電圧 f:任意の駆動周波数 t:時間 b:2<b<8を満たす定数 A1:第1の電気機械変換素子の単位電圧あたりの変位
量 A2:第2の電気機械変換素子の単位電圧あたりの変位
In the formula, V 0 , f d , t, b, A 1 and A 2 indicate the following. V 0 : arbitrary voltage f d : arbitrary driving frequency t: time b: constant satisfying 2 <b <8 A 1 : displacement amount per unit voltage of the first electromechanical transducer A 2 : second electricity Displacement per unit voltage of mechanical transducer

【0038】上記構成によれば、第1及び第2の電気機
械変換素子を、例えば直列に接続し、それぞれ、数式
(7)及び(8)に示す駆動電圧を印加することによ
り、電気機械変換素子全体としては、2次の正弦波まで
の駆動電圧を印加した場合と同じ効果を得ることができ
る。また、駆動回路により印加される駆動電圧と電気機
械変換素子との間の伝達関数による変化分を見込んだ駆
動電圧が明確にすることができる。さらに、駆動回路は
正弦波形の駆動電圧をそれぞれ印加することができるの
で、構成を容易にすることができる。
According to the above configuration, the first and second electromechanical transducers are connected, for example, in series, and the driving voltages shown in equations (7) and (8) are applied, respectively. The same effect as when a drive voltage up to the secondary sine wave is applied can be obtained for the entire device. Further, it is possible to clarify the drive voltage that allows for the change due to the transfer function between the drive voltage applied by the drive circuit and the electromechanical transducer. Further, since the drive circuit can apply a drive voltage having a sine waveform, the configuration can be simplified.

【0039】好ましくは、前記駆動回路は、下記数式
(9)で表される駆動電圧V1を前記第1の電気機械変
換素子に印加し、下記数式(10)で表される駆動電圧
2を前記第2の電気機械変換素子に印加する。
Preferably, the drive circuit applies a drive voltage V 1 represented by the following equation (9) to the first electromechanical transducer, and applies a drive voltage V 2 represented by the following equation (10). Is applied to the second electromechanical transducer.

【0040】[0040]

【数18】 (Equation 18)

【0041】式中、V、t、bは以下のことを示
す。 V:任意の電圧 f:f<f/3を満たす駆動周波数(fは前記
電気機械変換素子の共振周波数) t:時間 b:2<b<8を満たす定数
In the formula, V 0 f d , t, and b indicate the following. V 0: arbitrary voltage f d: f d <drive frequency (the resonant frequency of f s is the electro-mechanical conversion element) that satisfies f s / 3 t: time b: 2 constants satisfying <b <8

【0042】上記構成によれば、駆動周波数fがf
<f/3を満たす範囲、すなわち電気機械変換素子の
共振周波数と比較して小さい範囲においては、駆動電圧
と電気機械変換素子との間の伝達関数に依存しない電圧
印加が可能となる。
According to the above configuration, the driving frequency f d is f d
<Range satisfying f s / 3, i.e. in the small range as compared with the resonance frequency of the electromechanical transducer, a voltage is applied that does not depend on the transfer function between the drive voltage and the electro-mechanical conversion element is made possible.

【0043】好ましくは、前記定数bは、前記第1の電
気機械変換素子と前記第2の電気機械変換素子の単位電
圧あたりの変位量の比(A/A)に等しく、前記駆
動回路は、下記数式(11)で表される駆動電圧V1
前記第1の電気機械変換素子に印加し、下記数式(1
2)で表される駆動電圧V2を前記第2の電気機械変換
素子に印加する。
Preferably, the constant b is equal to a ratio (A 1 / A 2 ) of a displacement per unit voltage between the first electromechanical transducer and the second electromechanical transducer, and the drive circuit Applies a driving voltage V 1 represented by the following equation (11) to the first electromechanical transducer, and applies the following equation (1)
The driving voltage V 2 represented by 2) applied to the second electro-mechanical conversion element.

【0044】[0044]

【数19】 [Equation 19]

【0045】式中、V’、f、t、bは以下のこと
を示す。 V’:任意の電圧 f:f<f/3を満たす駆動周波数(fは前記
電気機械変換素子の共振周波数) t:時間 b:2<b<8を満たす定数
In the formula, V 0 ′, f d , t, and b indicate the following. V 0 ': any voltage f d: f d <drive frequency (the resonant frequency of f s is the electro-mechanical conversion element) that satisfies f s / 3 t: time b: 2 constants satisfying <b <8

【0046】上記構成によれば、電気機械変換素子の変
位量を調整することで、第1及び第2の電気機械変換素
子に印加される駆動電圧の電源を単一電源から取ること
ができる。
According to the above configuration, by adjusting the amount of displacement of the electromechanical transducer, a single power source can be used for the drive voltage applied to the first and second electromechanical transducers.

【0047】好ましくは、前記駆動回路は、自励発振回
路により、前記電気機械変換素子に前記駆動電圧を印加
する。
Preferably, the drive circuit applies the drive voltage to the electromechanical transducer by a self-excited oscillation circuit.

【0048】上記構成によれば、電気機械変換素子を2
つ設け、それぞれに正弦波の駆動電圧を印加するため、
エネルギーロスを抑えることができる。
According to the above configuration, the electromechanical transducer is provided with two
In order to apply a sinusoidal drive voltage to each,
Energy loss can be suppressed.

【0049】好ましくは、前記駆動回路は、前記電気機
械変換素子の変位Xが前記数式(1)に対して、下記
数式(13)で示されるように位相ずれθを設けること
ができるように、前記駆動電圧を調整する位相調整手段
を備え、前記係合部材の移動速度と移動方向を調整す
る。
[0049] Preferably, the drive circuit, the relative displacement X p is the equation of the electromechanical transducer (1), so that it can provide a phase shift θ as shown by the following equation (13) Phase adjusting means for adjusting the driving voltage, and adjusts a moving speed and a moving direction of the engaging member.

【0050】[0050]

【数20】 (Equation 20)

【0051】式中、Xp0、f、t、bは以下のこと
を示す。 Xp0:任意の電気機械変換素子の振幅 f:任意の駆動周波数 t:時間 b:2<b<8を満たす定数
In the formula, X p0 , f d , t, and b indicate the following. X p0 : amplitude of an arbitrary electromechanical transducer f d : arbitrary driving frequency t: time b: constant satisfying 2 <b <8

【0052】2次の正弦波の位相ずれθを調整する位相
調整手段は容易に構成され、係合部材の移動速度と移動
方向を容易に調整することができる。
The phase adjusting means for adjusting the phase shift θ of the secondary sine wave is easily constructed, and the moving speed and moving direction of the engaging member can be easily adjusted.

【0053】[0053]

【発明の実施の形態】以下、本発明の各実施形態に係る
駆動装置について、図面を参照しながら説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, a driving device according to each embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

【0054】図2に本発明の第1実施形態にかかる駆動
装置を示す。図2(a)に示したように駆動装置10
は、電気機械変換素子である圧電素子14の伸縮方向の
一方の端面が台座13に固定されており他方の端面が駆
動部材である駆動軸16に固定されている。駆動軸16
には、係合部材である移動体15が摩擦係合されてお
り、駆動軸16に沿って移動することができる。
FIG. 2 shows a driving device according to the first embodiment of the present invention. As shown in FIG.
The one end face of the piezoelectric element 14 which is an electromechanical transducer in the expansion and contraction direction is fixed to the base 13 and the other end face is fixed to the drive shaft 16 which is a drive member. Drive shaft 16
, A moving body 15 which is an engagement member is frictionally engaged with, and can move along a drive shaft 16.

【0055】駆動電圧を圧電素子14に印加することに
よって、圧電素子が伸縮し、変位X が生じる。圧電素
子14の変位Xは駆動軸16に伝達され、駆動軸16
が移動することによって移動体15が速度Vで移動す
る。2次までの正弦波を重ね合わせによる下記数式(1
7)により略鋸歯状波形を作ることができ、そのときの
圧電素子の変位X様子を図2(b)に示す。
Applying a driving voltage to the piezoelectric element 14
Therefore, the piezoelectric element expands and contracts, and the displacement X pOccurs. Piezoelectric element
Displacement X of child 14pIs transmitted to the drive shaft 16 and the drive shaft 16
Moves, the moving body 15 moves at a speed VmMove with
You. The following equation (1) is obtained by superimposing sine waves up to the second order.
A substantially sawtooth waveform can be created by 7),
Displacement X of piezoelectric elementpThe situation is shown in FIG.

【0056】[0056]

【数21】 (Equation 21)

【0057】図2に示した通り、2次までの正弦波の組
み合わせにより略鋸歯状波形を作ることができ、圧電素
子14が略鋸歯状波形で変位することによって、駆動装
置10を駆動させることができる。
As shown in FIG. 2, a substantially sawtooth waveform can be formed by combining sine waves up to the second order, and the driving device 10 is driven by the piezoelectric element 14 being displaced in a substantially sawtooth waveform. Can be.

【0058】次に、上記数式(17)において、2次の
正弦波の大きさを変化させた第2実施形態について説明
する。本実施形態の駆動装置10は、圧電素子14の伸
縮方向の一端が台座13に固定され、他端が駆動軸16
に固定されている。駆動軸16には、移動体15が摩擦
係合されている。圧電素子14は、その変位が2次まで
の正弦波の重ね合わせで表されるように移動し、具体的
には下記数式(1)で表される。
Next, a description will be given of a second embodiment in which the magnitude of the secondary sine wave is changed in the above equation (17). In the driving device 10 of the present embodiment, one end of the piezoelectric element 14 in the expansion and contraction direction is fixed to the base 13, and the other end is connected to the driving shaft 16.
Fixed to. The moving body 15 is frictionally engaged with the drive shaft 16. The piezoelectric element 14 moves so that its displacement is represented by superposition of sine waves up to the second order, and is specifically represented by the following equation (1).

【0059】[0059]

【数22】 (Equation 22)

【0060】図3(a)に示すように、圧電素子14が
上記数式(1)で表されるような変位Xをすると、こ
れに伴って駆動部材である駆動軸16は移動し、移動体
15は、速度Vで移動する。ここで、上記数式(1)
のbの値を変えた場合の移動体15の速度を図3(b)
に示す。このグラフに示すとおり、移動体15の移動速
度Vは変化し、bが2〜8の範囲、好ましくは4の値
を取れば、移動体15の速度を大きく保つことができ、
速度性能を高くすることができる。
[0060] As shown in FIG. 3 (a), the piezoelectric element 14 to the displacement X p as represented by the equation (1), the drive shaft 16 is a drive member in accordance with this move, move body 15 is moved at a velocity V m. Here, the above equation (1)
FIG. 3B shows the speed of the moving body 15 when the value of b is changed.
Shown in As shown in this graph, the moving velocity V m of the moving body 15 changes, b in the range of 2 to 8, preferably if you take the value of 4, it is possible to maintain a large velocity of the moving body 15,
Speed performance can be increased.

【0061】次に正弦波の位相を変えた第3実施形態に
ついて説明する。本実施形態の駆動装置10は、圧電素
子14の伸縮方向の一端が台座13に固定され、他端が
駆動軸16に固定されている。駆動軸16には、移動体
15が摩擦係合されている。圧電素子14は、その変位
が2次までの正弦波の重ね合わせで表されるように移動
し、具体的には下記数式(18)で表される。
Next, a third embodiment in which the phase of a sine wave is changed will be described. In the driving device 10 of the present embodiment, one end of the piezoelectric element 14 in the expansion and contraction direction is fixed to the pedestal 13, and the other end is fixed to the driving shaft 16. The moving body 15 is frictionally engaged with the drive shaft 16. The piezoelectric element 14 moves so that its displacement is represented by superposition of sine waves up to the second order, and is specifically represented by the following equation (18).

【0062】[0062]

【数23】 (Equation 23)

【0063】図4(a)に示すように、圧電素子14が
数24のXで示される変位をすると、これに伴って駆
動軸16は移動し、移動体15は、速度Vで移動す
る。上記数式中の位相θの値を変えた場合の移動体15
の速度を図4(b)に示す。このグラフに示すように、
移動体15の移動速度V及び方向は、位相θの値を変
えることによって変化し、位相θを調整することによっ
て、移動体15を移動させる方向と速度を制御すること
ができる。位相θによる位相制御はソフトなどを用いて
行われるため、容易に制御ができるというメリットがあ
る。
[0063] As shown in FIG. 4 (a), when the displacement piezoelectric element 14 is shown by the number 24 of the X p, the driving shaft 16 moves with this, the moving body 15, moves at a speed V m I do. Moving object 15 when the value of phase θ in the above equation is changed
Is shown in FIG. 4 (b). As shown in this graph,
The moving speed Vm and the direction of the moving body 15 change by changing the value of the phase θ, and the direction and speed of moving the moving body 15 can be controlled by adjusting the phase θ. Since the phase control using the phase θ is performed using software or the like, there is an advantage that the control can be easily performed.

【0064】ここで、各実施形態において具体的に使用
した圧電素子及び駆動装置の構成の詳細を示す。圧電素
子はd33方向利用全面電極型積層タイプのものであ
る。寸法は2×2×10mmである。層厚は100μm
で層数は100層である。容量は100nFである。駆
動装置の構成としては駆動軸材料にはカーボンを用い
た。この構成において、圧電素子の共振周波数は60k
Hzである。
Here, the details of the configuration of the piezoelectric element and the driving device specifically used in each embodiment will be described. The piezoelectric element is of a full electrode type laminated type using the d33 direction. The dimensions are 2 × 2 × 10 mm. Layer thickness 100 μm
And the number of layers is 100. The capacitance is 100 nF. As the configuration of the driving device, carbon was used for the driving shaft material. In this configuration, the resonance frequency of the piezoelectric element is 60 k
Hz.

【0065】圧電素子14に上記数式(1)で示される
変位Xを与えるように駆動させたときの駆動条件は、
駆動周波数が10kHz、静的変位量Xp0が0.4μ
m(電圧10V)である。
[0065] the driving conditions at the time of driving is allowed to provide the displacement X p represented by the equation (1) to the piezoelectric element 14,
The drive frequency is 10kHz, static displacement amount X p0 is 0.4μ
m (voltage 10 V).

【0066】次に、圧電素子に印加する電圧と変位の関
係を示す第4実施形態について説明する。本実施形態の
駆動装置10は、圧電素子14の伸縮方向の一端が台座
13に固定され、他端が駆動軸16に固定されている。
駆動軸16には、移動体15が摩擦係合されている。駆
動回路17により圧電素子14に印加される駆動電圧V
の駆動周波数fが圧電素子の共振周波数fより十分
低い場合は、電圧Vと変位Xの概形は相似とみなすこ
とができる。しかしながら、周波数が高くなってくる
と、概形は異なったものとなる。これは圧電素子14の
電圧から変位への伝達関数が駆動周波数fに依存する
ためである。
Next, a fourth embodiment showing the relationship between the voltage applied to the piezoelectric element and the displacement will be described. In the driving device 10 of the present embodiment, one end of the piezoelectric element 14 in the expansion and contraction direction is fixed to the pedestal 13, and the other end is fixed to the driving shaft 16.
The moving body 15 is frictionally engaged with the drive shaft 16. The drive voltage V applied to the piezoelectric element 14 by the drive circuit 17
If the drive frequency f d is sufficiently lower than the resonance frequency f s of the piezoelectric element, outline of the displacement X p and voltage V can be regarded as similar. However, as the frequency increases, the outline becomes different. This is because the transfer function of the displacement from the voltage of the piezoelectric element 14 is dependent on the drive frequency f d.

【0067】この駆動電圧と圧電素子の変位は伝達関数
G(f)を用いて下記数式(19)で示されるような関
係を有し、当該伝達関数G(f)は下記数式(3)で表
すことができる。
The drive voltage and the displacement of the piezoelectric element have a relationship represented by the following equation (19) using a transfer function G (f d ), and the transfer function G (f d ) is represented by the following equation (3). ).

【0068】[0068]

【数24】 (Equation 24)

【0069】上記数式(3)において、共振周波数f
は上述のように60kHzである。圧電素子機械品質係数
は、圧電材料としての値は50であるが、駆動装置
の構成としたときには1〜10の値を使用するのが適当
であるため、Q=3を用いた。
In the above equation (3), the resonance frequency f s
Is 60 kHz as described above. The piezoelectric element mechanical quality factor Q m is the value of the piezoelectric material 50, because it is appropriate to use the value of 1 to 10 when the configuration of the drive device, using a Q m = 3.

【0070】ここで、上記伝達関数の特性を見るために
駆動周波数fを横軸にとり、上記伝達関数のゲイン|
G(f)|と位相θ(f)を横軸にとったボート線図を
用いる。上記ゲイン及び位相は、上記数式(3)で示さ
れる伝達関数を下記数式(20)で示すように実数部分
と虚数部分に分けたときの値であるA(f)、B(f
)を用いて導かれる。具体的には、ゲイン|G(f)|
は数式(15)で,位相θ(f)は数式(16)で表さ
れる。
Here, in order to see the characteristics of the transfer function,
Drive frequency fdOn the horizontal axis, and the gain of the transfer function
G (fd) | And the phase θ (fd) On the horizontal axis
Used. The gain and phase are represented by the above equation (3).
The transfer function to be calculated is represented by the real part
And imaginary part, A (fd), B (f
d). Specifically, the gain | G (fd) |
Is the equation (15), and the phase θ (fd) Is represented by equation (16).
It is.

【0071】[0071]

【数25】 (Equation 25)

【0072】|G(f)|及びθ(f)はそれぞれ、図5
(b)及び(c)に示されるような変化を持ったグラフ
となる。これより、上記の変位Xを達成するために
は、この伝達関数による変化分をみこんだ電圧を印加す
る必要がある。したがって、駆動電圧Vは、下記数式
(2)で表される。この式においては、b=4を使用し
ている。
| G (f d ) | and θ (f d ) are respectively shown in FIG.
The graph has a change as shown in (b) and (c). This, in order to achieve the displacement X p described above, it is necessary to apply a voltage in anticipation of the change due to the transfer function. Therefore, the drive voltage V is represented by the following equation (2). In this equation, b = 4 is used.

【0073】[0073]

【数26】 (Equation 26)

【0074】図5に示す駆動装置10において、駆動回
路17によって、上式の駆動電圧Vを圧電素子14に印
加することで、圧電素子14は上記数式(1)に示され
る変位Xで移動する。これに伴い、移動体15が駆動
する。
[0074] In the driving device 10 shown in FIG. 5, moved by the drive circuit 17, by applying a driving voltage V of the above equation to the piezoelectric element 14, the piezoelectric element 14 in the displacement X p shown in the equation (1) I do. Accordingly, the moving body 15 is driven.

【0075】ただし、この方法では、圧電素子の伝達関
数Gを十分に明らかにする必要がある。また、量産など
において、この伝達関数がユニットごとにばらついた場
合、個々に調整する必要がある。よって、これらを回避
する方法が求められる。
However, in this method, it is necessary to sufficiently clarify the transfer function G of the piezoelectric element. In addition, in the case of mass production or the like, if this transfer function varies from unit to unit, it is necessary to individually adjust the transfer function. Therefore, a method for avoiding these is required.

【0076】図6は、駆動周波数が限定される第5実施
形態を説明するための図である。本実施形態の駆動装置
10は、圧電素子14の伸縮方向の一端が台座13に固
定され、他端が駆動軸16に固定されている。駆動軸1
6には、移動体15が摩擦係合されている。上記のよう
にして導かれた伝達関数のゲイン及び位相と駆動周波数
の関係を、それぞれ図6(b)、図6(c)に示す。図6
(b)に示すようにf<f/3の範囲、すなわち、
駆動周波数fが20kHz以下の範囲であれば、|G(f
)|=1とみなすことができる。図6(c)に示すよう
に同様にf<fs/3の範囲では、θ(f)=0とみ
なすことができる。これより、駆動周波数が限定される
場合は駆動電圧Vは下記数式(4)で表される。ただ
し、駆動周波数fの範囲は圧電素子機械品質係数Q
に依存する。
FIG. 6 is a diagram for explaining a fifth embodiment in which the driving frequency is limited. In the driving device 10 of the present embodiment, one end of the piezoelectric element 14 in the expansion and contraction direction is fixed to the pedestal 13, and the other end is fixed to the driving shaft 16. Drive shaft 1
A moving body 15 is frictionally engaged with 6. FIGS. 6B and 6C show the relationship between the drive frequency and the gain and phase of the transfer function derived as described above. FIG.
(B) f d as shown in <f s / 3 range, namely,
So long as the drive frequency f d is less 20kHz, | G (f
d ) | = 1. Similarly, in the range of f d <f s / 3 as shown in FIG. 6 (c), it can be regarded as θ (f d) = 0. Thus, when the driving frequency is limited, the driving voltage V is expressed by the following equation (4). However, the range of the drive frequency f d is the piezoelectric element mechanical quality factor Q m
Depends on.

【0077】[0077]

【数27】 [Equation 27]

【0078】上記数式(2)及び(4)で表される駆動
電圧Vは、比較的簡単な電気回路で作り出すことは困難
である。一方、数式(4)に示される式中の一次正弦波
と二次正弦波を単独で作り出すことは比較的簡単な電気
回路で可能である。そこで、圧電素子を直列に2つのブ
ロックに分けて、それぞれのブロックに上記数式(4)
で表される式の一次正弦波と二次正弦波を印加すること
で、圧電素子全体としては、上記数式(1)で表される
式により示される変位Xを得ることができる。
The driving voltage V represented by the above equations (2) and (4) is difficult to generate with a relatively simple electric circuit. On the other hand, it is possible to generate the primary sine wave and the secondary sine wave in the expression shown in Expression (4) independently with a relatively simple electric circuit. Therefore, the piezoelectric element is divided into two blocks in series, and the above equation (4) is assigned to each block.
In By applying a primary sinusoidal and secondary sinusoidal expression represented as a whole a piezoelectric element, it is possible to obtain the displacement X p represented by formula represented by the above formula (1).

【0079】図7に第6実施形態にかかる駆動装置12
の構成を示す。この駆動装置12は、圧電素子を2つの
ブロックに分けて、それぞれのブロックに一次正弦波と
二次正弦波を印加する。具体的には、圧電素子20とし
て、積層型圧電素子の層を第1ブロック22と第2ブロ
ック24の2つのブロックに分ける。上述の通り、圧電
素子20は積層数が100であるので、第1ブロック2
2と第2ブロック24の層数の合計は100となる。駆
動回路26、28は、直列につながれた第1の圧電素子
である第1ブロック22、第2の圧電素子である第2ブ
ロック24のそれぞれに駆動電圧V及びVを印加す
る。駆動電圧Vは上記数式(2)の駆動電圧の一次正
弦項であり、駆動電圧Vは上記数式(2)の二次正弦
項である。これらは、具体的に下記数式(7)及び
(8)で表される。
FIG. 7 shows a driving device 12 according to the sixth embodiment.
Is shown. The driving device 12 divides the piezoelectric element into two blocks and applies a primary sine wave and a secondary sine wave to each block. Specifically, as the piezoelectric element 20, the layer of the multilayer piezoelectric element is divided into two blocks, a first block 22 and a second block 24. As described above, since the number of stacked piezoelectric elements 20 is 100, the first block 2
The total number of layers of 2 and the second block 24 is 100. Drive circuits 26 and 28 applies a driving voltage V 1 and V 2 in each of the second blocks 24, which is the first of the first block 22 is a piezoelectric element, a second piezoelectric element connected in series. Driving voltages V 1 is the primary sine term of the driving voltage of the equation (2), the driving voltage V 2 is the secondary sine term of the above equation (2). These are specifically represented by the following equations (7) and (8).

【0080】[0080]

【数28】 [Equation 28]

【0081】図8に駆動周波数fがf<f/3の
範囲に制限される第7実施形態を示す。本実施形態で
は、上述のように|G(f)|=1及びθ(f)=0とみ
なすことができるので、駆動回路36は、下記数式
(9)で表される駆動電圧Vを第1の圧電素子である
第1ブロック32に印加し、駆動回路38は、下記数式
(10)で表される駆動電圧Vを第2の圧電素子であ
る第2ブロック34に印加する。その結果、圧電素子3
0全体としては、数式(1)に示される変位Xを得る
ことができる。
[0081] Figure 8 shows a seventh embodiment the drive frequency f d is limited to a range of f d <f s / 3. In the present embodiment, | G (f d ) | = 1 and θ (f d ) = 0 can be regarded as described above, so the drive circuit 36 generates the drive voltage V represented by the following equation (9). applying a 1 to the first block 32 is a first piezoelectric element, the driving circuit 38 applies a driving voltage V 2 represented by the following equation (10) to the second block 34 is a second piezoelectric element . As a result, the piezoelectric element 3
0 as a whole, can be obtained a displacement X p shown in Equation (1).

【0082】[0082]

【数29】 (Equation 29)

【0083】図9に第8の実施形態の駆動装置を示す。
図9に示すように、本駆動装置12bは、圧電素子40
のブロックを積層型圧電素子の層をそれぞれの変位量が
4:1となるように分割する。具体的には、第1ブロッ
ク42と第2ブロック44との層数の比が4:1、すな
わち、第1ブロックを80層、第2ブロックを20層に
なるように圧電素子40を設ける。圧電素子40をこの
ように設けることで、駆動回路46は、第1ブロック4
2に下記数式(11)で表される駆動電圧Vを印加す
る。また、駆動回路48は、第2ブロック44に下記数
式(12)で表される駆動電圧Vを印加する。したが
って、駆動回路46、48を単一電源から取ることがで
きる。
FIG. 9 shows a driving device according to the eighth embodiment.
As shown in FIG. 9, the present driving device 12b includes a piezoelectric element 40
Is divided so that the displacement amount of each layer of the laminated piezoelectric element becomes 4: 1. Specifically, the piezoelectric element 40 is provided so that the ratio of the number of layers of the first block 42 and the second block 44 is 4: 1, that is, the first block has 80 layers and the second block has 20 layers. By providing the piezoelectric element 40 in this manner, the driving circuit 46
Applying a driving voltages V 1 represented in 2 by the following equation (11). The drive circuit 48 applies a drive voltage V 2 to the second block 44 is expressed by the following equation (12). Therefore, the driving circuits 46 and 48 can be obtained from a single power supply.

【0084】[0084]

【数30】 [Equation 30]

【0085】なお、積層型圧電素子を用い、積層数で変
位量の比を4:1とする代わりに、他に長さが同じで、
電界強度が4倍になるようにしても同様の効果を得るこ
とができる。
In addition, instead of using a laminated type piezoelectric element and setting the ratio of the displacement amount to the number of laminations of 4: 1, the other lengths are the same.
The same effect can be obtained even when the electric field strength is quadrupled.

【0086】圧電素子を容量性負荷として扱える領域で
正弦波形で駆動する場合、エネルギーは非常に低いもの
とすることができる。しかし、鋸歯状波形や上記数式
(2)で表される波形で圧電素子を駆動した場合、波形
が正弦波ではないためエネルギーロスは避けられない。
このことから、圧電素子を二つのブロックに分けて、そ
れぞれを正弦波駆動する大きなメリットとして低消費電
力化があげられる。
When the piezoelectric element is driven with a sinusoidal waveform in a region where it can be treated as a capacitive load, the energy can be very low. However, when the piezoelectric element is driven with a sawtooth waveform or a waveform represented by the above equation (2), energy loss is inevitable because the waveform is not a sine wave.
From this, low power consumption can be cited as a great advantage of dividing the piezoelectric element into two blocks and driving each of the blocks with a sine wave.

【0087】これを達成するために、図10に示す電気
回路を用いた第9実施形態にかかる駆動装置12cの構
成を図10に示す。この駆動装置12cでは、正弦波を
作り出すために、駆動回路として自励発振回路60を用
いている。この自励発振回路60により駆動電圧Vは、
第1ブロック52、第2ブロック54のそれぞれに印加
される。自励発振回路60は、電源65を共通にし、周
波数fのパルス66は、スイッチ61を通じてコイル
63により誘導されて第1ブロック52に印加される。
同様に、周波数2fのパルス68は、スイッチ62を
通じてコイル64により誘導されて、第2ブロック54
に印加される。このときの自励発振回路のインダクタン
スLは自励発振周波数がf及び2fになるように設
定すればよい。具体的には、コイル63のインダクタン
スL及びコイル64のインダクタンスLはそれぞれ
下記数式(21)及び(22)で示される値となるよう
に設定すればよい。
FIG. 10 shows a configuration of a driving device 12c according to a ninth embodiment using the electric circuit shown in FIG. 10 in order to achieve this. In the driving device 12c, a self-excited oscillation circuit 60 is used as a driving circuit to generate a sine wave. The driving voltage V is calculated by the self-excited oscillation circuit 60.
It is applied to each of the first block 52 and the second block 54. Self-oscillating circuit 60, a power source 65 in common, a pulse 66 of frequency f d is applied to the first block 52 is induced by the coil 63 through the switch 61.
Similarly, pulse 68 of frequency 2f d is induced by the coil 64 through the switch 62, the second block 54
Is applied to Inductance L of the self-excited oscillation circuit in this case may be set so as self-oscillation frequency is f d and 2f d. Specifically, it may be set so that each inductance L 2 of the inductance L 1 and the coil 64 of the coil 63 becomes a value represented by the following equation (21) and (22).

【0088】[0088]

【数31】 (Equation 31)

【0089】上記回路60は正弦波駆動することから、
この回路を用いることでエネルギーロスを抑えることが
できる。
Since the circuit 60 is driven by a sine wave,
By using this circuit, energy loss can be suppressed.

【0090】なお、本発明は上記実施形態に限定される
ものではなく、その他種々の態様で実施可能である。
The present invention is not limited to the above embodiment, but can be implemented in various other modes.

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

【図1】 圧電素子を用いた駆動装置の原理を説明する
図である。
FIG. 1 is a diagram illustrating the principle of a driving device using a piezoelectric element.

【図2】 本発明の第1実施形態にかかる駆動装置を示
す図である。
FIG. 2 is a diagram showing a driving device according to the first embodiment of the present invention.

【図3】 本発明の第2実施形態にかかる駆動装置を示
す図である。
FIG. 3 is a diagram showing a driving device according to a second embodiment of the present invention.

【図4】 本発明の第3実施形態にかかる駆動装置を示
す図である。
FIG. 4 is a diagram showing a driving device according to a third embodiment of the present invention.

【図5】 本発明の第4実施形態にかかる駆動装置を示
す図である。
FIG. 5 is a diagram showing a driving device according to a fourth embodiment of the present invention.

【図6】 本発明の第5実施形態にかかる駆動装置を示
す図である。
FIG. 6 is a view showing a driving device according to a fifth embodiment of the present invention.

【図7】 本発明の第6実施形態にかかる駆動装置の構
成を示す図である。
FIG. 7 is a diagram illustrating a configuration of a driving device according to a sixth embodiment of the present invention.

【図8】 本発明の第7実施形態にかかる駆動装置の構
成を示す図である。
FIG. 8 is a diagram illustrating a configuration of a driving device according to a seventh embodiment of the present invention.

【図9】 本発明の第8実施形態にかかる駆動装置の構
成を示す図である。
FIG. 9 is a diagram illustrating a configuration of a driving device according to an eighth embodiment of the present invention.

【図10】 本発明の第9実施形態にかかる駆動装置の
構成を示す図である。
FIG. 10 is a diagram illustrating a configuration of a driving device according to a ninth embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

2 駆動装置 3 台座 4 圧電素子 5 移動体 6 駆動軸 10 駆動装置 12,12a,12b,12c 駆動装置 13 台座 14 圧電素子 15 移動体 16 駆動軸 20,30,40,50 圧電素子 22,32,42,52 第1ブロック 24,34,44,54 第2ブロック 36,38,46,48 駆動回路 60 自励発振回路 61,62 スイッチ 63,64 コイル 65 電源 66,68 パルス 2 Driving device 3 Pedestal 4 Piezoelectric element 5 Moving body 6 Driving shaft 10 Driving device 12, 12a, 12b, 12c Driving device 13 Pedestal 14 Piezoelectric element 15 Moving body 16 Drive shaft 20, 30, 40, 50 Piezoelectric elements 22, 32, 42, 52 First block 24, 34, 44, 54 Second block 36, 38, 46, 48 Driving circuit 60 Self-excited oscillation circuit 61, 62 Switch 63, 64 Coil 65 Power supply 66, 68 pulses

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 電気機械変換素子と、前記電気機械変換
素子の伸縮方向の一端に固定された駆動摩擦部材と、前
記駆動摩擦部材に摩擦力で係合された係合部材と、前記
電気機械変換素子に前記係合部材を移動させる駆動電圧
を印加する駆動回路とから構成される駆動装置におい
て、 前記駆動回路は、前記電気機械変換素子の変位Xが下
記数式(1)で表されるように、前記駆動電圧を前記電
気機械変換素子に印加することを特徴とする駆動装置。 【数1】 (式中、Xp0、f、t、bは以下のことを示す。 Xp0:任意の電気機械変換素子の振幅 f:任意の駆動周波数 t:時間 b:2<b<8を満たす定数)
An electromechanical transducer, a drive friction member fixed to one end of the electromechanical transducer in a direction of expansion and contraction, an engagement member engaged with the drive friction member by frictional force, and in the driving device comprising a driving circuit for applying a driving voltage to move the engaging member to the conversion element, wherein the drive circuit, the displacement X p of the electro-mechanical conversion element is represented by the following formula (1) As described above, the drive device applies the drive voltage to the electromechanical transducer. (Equation 1) ( Where X p0 , f d , t, and b indicate the following: X p0 : amplitude of any electromechanical transducer f d : any drive frequency t: time b: 2 <b <8 constant)
【請求項2】 前記駆動回路は、下記数式(2)で表さ
れる前記駆動電圧を前記電気機械変換素子に印加するこ
とを特徴とする請求項1記載の駆動装置。 【数2】 (式中、V、f、t、b、|G(f)|、θ(f)は
以下のことを示す。 V:任意の電圧 f:任意の駆動周波数 t:時間 b:2<b<8を満たす定数 |G(f)|:下記数式(3)で表される伝達関数のゲイ
ン θ(f):下記数式(3)で表される伝達関数の位相。 【数3】 (式中、f、Qは以下のことを示す。 f:前記電気機械変換素子の共振周波数 Q:前記電気機械変換素子の機械品質係数))
2. The drive device according to claim 1, wherein the drive circuit applies the drive voltage represented by the following equation (2) to the electromechanical conversion element. (Equation 2) (Where V 0 , f d , t, b, | G (f d ) |, θ (f d ) indicate the following: V 0 : arbitrary voltage f d : arbitrary driving frequency t: time b: constant satisfying 2 <b <8 | G (f d ) |: gain of transfer function represented by the following equation (3) θ (f d ): phase of transfer function represented by the following equation (3) [Equation 3] (Where f s and Q m indicate the following: f s : resonance frequency of the electromechanical transducer element Q m : mechanical quality factor of the electromechanical transducer element)
【請求項3】 前記駆動回路は、下記数式(4)で表さ
れる前記駆動電圧を前記電気機械変換素子に印加するこ
とを特徴とする請求項2記載の駆動装置。 【数4】 (式中、V、f、t、bは以下のことを示す。 V:任意の電圧 f:f<f/3を満たす駆動周波数(fは前記
電気機械変換素子の共振周波数) t:時間 b:2<b<8を満たす定数)
3. The drive device according to claim 2, wherein the drive circuit applies the drive voltage represented by the following equation (4) to the electromechanical transducer. (Equation 4) (Wherein, V 0, f d, t , b indicates the following: V 0:. Any voltage f d: f d <driving frequency satisfying f s / 3 (f s is the electromechanical transducer Resonance frequency) t: time b: constant satisfying 2 <b <8)
【請求項4】 前記電気機械変換素子は、伸縮方向に結
合された第1の電気機械変換素子及び第2の電気機械変
換素子から構成され、 前記駆動回路は、前記第1の電気機械変換素子の変位X
p1が下記数式(5)で表され、かつ、前記第2の電気
機械変換素子の変位Xp2が下記数式(6)で表される
ように、前記第1及び第2の電気機械変換素子に前記駆
動電圧を印加することを特徴とする請求項1記載の駆動
装置。 【数5】 (式中、Xp0、f、t、bは以下のことを示す。 Xp0:任意の電気機械変換素子の振幅 f:任意の駆動周波数 t:時間 b:2<b<8を満たす定数)
4. The electro-mechanical conversion device according to claim 1, wherein the electro-mechanical conversion device includes a first electro-mechanical conversion device and a second electro-mechanical conversion device coupled in the direction of expansion and contraction. Displacement X
The first and second electromechanical transducers are defined such that p1 is represented by the following equation (5) and displacement Xp2 of the second electromechanical transducer is represented by the following equation (6). The driving device according to claim 1, wherein the driving voltage is applied. (Equation 5) ( Where X p0 , f d , t, and b indicate the following: X p0 : amplitude of any electromechanical transducer f d : any drive frequency t: time b: 2 <b <8 constant)
【請求項5】 前記電気機械変換素子は、伸縮方向に結
合された第1の電気機械変換素子及び第2の電気機械変
換素子から構成され、 前記駆動回路は、下記数式(7)で表される駆動電圧V
1を前記第1の電気機械変換素子に印加し、下記数式
(8)で表される駆動電圧V2を前記第2の電気機械変
換素子に印加することを特徴とする請求項4記載の駆動
装置。 【数6】 (式中、V、f、t、b、A、Aは以下のこと
を示す。 V:任意の電圧 f:任意の駆動周波数 t:時間 b:2<b<8を満たす定数 A1:前記第1の電気機械変換素子の単位電圧あたりの
変位量 A2:前記第2の電気機械変換素子の単位電圧あたりの
変位量)
5. The electro-mechanical conversion element comprises a first electro-mechanical conversion element and a second electro-mechanical conversion element coupled in a direction of expansion and contraction, and the driving circuit is represented by the following equation (7). Drive voltage V
1 is applied to the first electro-mechanical conversion element, the driving of claim 4, wherein the driving voltage V 2 represented by the following equation (8) and applying to said second electromechanical transducer apparatus. (Equation 6) (Where V 0 , f d , t, b, A 1 , A 2 indicate the following: V 0 : arbitrary voltage f d : arbitrary driving frequency t: time b: 2 <b <8 Satisfaction constant A 1 : Displacement per unit voltage of the first electromechanical transducer A 2 : Displacement per unit voltage of the second electromechanical transducer
【請求項6】 前記駆動回路は、下記数式(9)で表さ
れる駆動電圧V1を前記第1の電気機械変換素子に印加
し、下記数式(10)で表される駆動電圧V 2を前記第
2の電気機械変換素子に印加することを特徴とする請求
項5記載の駆動装置。 【数7】 (式中、V、f、t、bは以下のことを示す。 V:任意の電圧 f:f<f/3を満たす駆動周波数(fは前記
電気機械変換素子の共振周波数) t:時間 b:2<b<8を満たす定数)
6. The driving circuit is represented by the following equation (9).
Drive voltage V1Is applied to the first electromechanical transducer.
And a driving voltage V represented by the following equation (10). TwoThe said
2. The method according to claim 1, wherein the voltage is applied to the electromechanical transducer.
Item 6. The driving device according to Item 5. (Equation 7)(Where V0, Fd, T and b indicate the following. V0: Arbitrary voltage fd: Fd<FsDrive frequency (fsIs
T: time b: constant satisfying 2 <b <8)
【請求項7】 前記定数bは、前記第1の電気機械変換
素子と前記第2の電気機械変換素子の単位電圧あたりの
変位量の比(A/A)に等しく、前記駆動回路は、
下記数式(11)で表される駆動電圧V1を前記第1の
電気機械変換素子に印加し、下記数式(12)で表され
る駆動電圧V2を前記第2の電気機械変換素子に印加す
ることを特徴とする請求項6記載の駆動装置。 【数8】 (式中、V’、f、t、bは以下のことを示す。 V’:任意の電圧 f:f<f/3を満たす駆動周波数(fは前記
電気機械変換素子の共振周波数) t:時間)
7. The constant b is equal to the ratio (A 1 / A 2 ) of the amount of displacement per unit voltage of the first electromechanical transducer and the second electromechanical transducer, and the drive circuit ,
The driving voltages V 1 represented by the following equation (11) is applied to the first electro-mechanical conversion element, applying a drive voltage V 2 represented by the following equation (12) to said second electromechanical transducer 7. The driving device according to claim 6, wherein the driving is performed. (Equation 8) (Wherein, V 0 ', f d, t, b is V 0 indicates that:.': Any voltage f d: f d <f s / 3 to satisfy the drive frequency (f s is the electro-mechanical conversion Element resonance frequency) t: time)
【請求項8】 前記駆動回路は、自励発振回路により、
前記電気機械変換素子に前記駆動電圧を印加することを
特徴とする請求項4記載の駆動装置。
8. The driving circuit includes a self-excited oscillation circuit,
The drive device according to claim 4, wherein the drive voltage is applied to the electromechanical conversion element.
【請求項9】 前記駆動回路は、前記電気機械変換素子
の変位Xが前記数式(1)に対して、下記数式(1
3)で示されるように位相ずれθを設けることができる
ように、前記駆動電圧を調整する位相調整手段を備え、
前記係合部材の移動速度と移動方向を調整可能であるこ
とを特徴とする請求項1記載の駆動装置。 【数9】 (式中、Xp0、f、t、bは以下のことを示す。 Xp0:任意の電気機械変換素子の振幅 f:任意の駆動周波数 t:時間 b:2<b<8を満たす定数)
9. The driving circuit according to claim 1, wherein the displacement Xp of the electromechanical transducer is defined by the following equation (1) with respect to the equation (1).
Phase adjusting means for adjusting the driving voltage so that the phase shift θ can be provided as shown in 3);
2. The driving device according to claim 1, wherein a moving speed and a moving direction of the engaging member are adjustable. (Equation 9) ( Where X p0 , f d , t, and b indicate the following: X p0 : amplitude of any electromechanical transducer f d : any drive frequency t: time b: 2 <b <8 constant)
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JP2014236629A (en) * 2013-06-04 2014-12-15 オリンパス株式会社 Ultrasonic motor

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