JP2002233175A - Actuator and its drive method - Google Patents

Actuator and its drive method

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JP2002233175A
JP2002233175A JP2001026367A JP2001026367A JP2002233175A JP 2002233175 A JP2002233175 A JP 2002233175A JP 2001026367 A JP2001026367 A JP 2001026367A JP 2001026367 A JP2001026367 A JP 2001026367A JP 2002233175 A JP2002233175 A JP 2002233175A
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Japan
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displacement
target value
displacement element
information
drive signal
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JP2001026367A
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Japanese (ja)
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Kazuhiro Shibatani
一弘 柴谷
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Minolta Co Ltd
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Minolta Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To realize low-speed drive, the efficient utilization of a battery capacity, and a stable operation of an actuator which moves a driven element in the prescribed direction by applying an AC drive signal to a displacement device, such as a piezoelectric device, etc., to make the displacement device vibrate. SOLUTION: Information concerning the amplitude of the vibration of the displacement device, for instance a current applied to the piezoelectric device, is monitored. When the peak value of the current reaches a value which is not larger than a target value, the application of a drive signal is started, and when the peak value reaches a value larger than the target value, the application of the driving signal is discontinued.

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、圧電素子などの変
位素子を用いたアクチュエータ及びその駆動方法に関す
る。
The present invention relates to an actuator using a displacement element such as a piezoelectric element and a method of driving the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来より、圧電素子を用いたアクチュエ
ータ(超音波モータ)において速度制御及び電池容量の
有効利用を目的として、バースト変調駆動(間欠駆動)
が行われている。
2. Description of the Related Art Conventionally, burst modulation drive (intermittent drive) has been used for the purpose of speed control and effective use of battery capacity in an actuator (ultrasonic motor) using a piezoelectric element.
Has been done.

【0003】例えば特公平7−89748号公報には、
バースト信号(交流電圧駆動信号)の周波数やデューテ
ィ比を変化させて速度制御を行う技術が示されている。
また、特許第283116号には、駆動電圧の連続印加
時間の下限値を設定し、印加時間が下限値に達するまで
は印加時間を変化させ、印加時間が下限値に達した後は
休止時間を変化させることにより速度を制御する技術が
示されている。さらに、特許第3005865号には、
バースト信号のディユーティ比を変化させることによ
り、電池容量の利用率を向上させる技術が示されてい
る。
For example, Japanese Patent Publication No. 7-89748 discloses that
There is disclosed a technique for controlling the speed by changing the frequency and duty ratio of a burst signal (AC voltage drive signal).
Also, in Japanese Patent No. 283116, a lower limit value of the continuous application time of the drive voltage is set, the application time is changed until the application time reaches the lower limit value, and a pause time is set after the application time reaches the lower limit value. Techniques for controlling speed by varying it are disclosed. In addition, Japanese Patent No.
There is disclosed a technique for improving the utilization rate of battery capacity by changing the duty ratio of a burst signal.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来技術はいずれもバースト変調駆動によるアクチュエー
タの速度制御又は電池容量の有効利用に関するものであ
り、バースト変調駆動によるアクチュエータの出力を安
定化する技術は、現在のところ知られていない。
However, all of the above prior arts relate to speed control of the actuator by burst modulation drive or effective use of battery capacity. Techniques for stabilizing the output of the actuator by burst modulation drive include: Unknown at present.

【0005】本発明は、上記従来例の問題点を解決する
ためになされたものであり、バースト変調駆動により出
力を安定化させたアクチュエータ及びその駆動方法を提
供することを目的としている。
An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems of the conventional example, and an object of the present invention is to provide an actuator whose output is stabilized by burst modulation driving and a driving method thereof.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明のアクチュエータは、複数の変位素子を各変
位素子の変位が合成されるように配置し、前記変位素子
の変位合成部分を被駆動部材に加圧接触させることによ
り被駆動部材を駆動するアクチュエータであって、少な
くとも1つの変位素子の変位に関する情報を検出する変
位検出部と、前記変位検出部により検出された情報を少
なくとも1つの目標値と比較する比較部と、前記比較部
による比較結果を用いて前記変位素子に駆動信号を印加
する印加時間及び休止時間を制御する制御部とを具備す
ることを特徴とする。
In order to achieve the above object, in the actuator of the present invention, a plurality of displacement elements are arranged so that displacements of the respective displacement elements are combined, and a displacement combining portion of the displacement element is covered. An actuator for driving a driven member by bringing a pressure contact with a driving member into contact with the driving member, wherein the displacement detecting unit detects information on displacement of at least one displacement element, and the information detected by the displacement detecting unit is at least one. It is characterized by comprising a comparison unit for comparing with a target value, and a control unit for controlling an application time and a pause time for applying a drive signal to the displacement element using a comparison result by the comparison unit.

【0007】上記構成において、前記目標値は1つであ
り、前記情報が前記目標値よりも高くなったときに駆動
信号の印加を休止させ、前記情報が前記目標値以下にな
ったときに駆動信号の印加を開始することが好ましい。
In the above arrangement, the target value is one, and when the information becomes higher than the target value, the application of the drive signal is stopped, and when the information becomes lower than the target value, the driving is stopped. It is preferable to start applying the signal.

【0008】また、前記目標値は第1目標値及び第1目
標値よりも低い第2目標値であり、前記情報が前記第1
目標値よりも高くなったときに駆動信号の印加を休止さ
せ、前記情報が前記第2目標値以下になったときに駆動
信号の印加を開始することが好ましい。
The target value is a first target value and a second target value lower than the first target value, and the information is the first target value.
It is preferable that the application of the drive signal is stopped when the value becomes higher than the target value, and the application of the drive signal is started when the information becomes equal to or less than the second target value.

【0009】さらに、前記目標値は少なくとも第1変位
素子及び第2変位素子の2つの変位素子についてそれぞ
れ少なくとも1つ設定され、前記変位検出部は目標値が
設定された第1変位素子及び第2変位素子についてそれ
ぞれ変位に関する情報を検出し、前記比較部は第1変位
素子及び第2変位素子についてそれら変位素子の情報と
目標値とを比較し、前記制御部は前記第1変位素子に関
する情報が目標値よりも高くなったときに駆動信号の印
加を休止させ、前記第2変位素子に関する情報が目標値
以下になったときに駆動信号に印加を開始することが好
ましい。
Further, at least one target value is set for each of at least two displacement elements of a first displacement element and a second displacement element, and the displacement detecting section sets the first displacement element and the second displacement element having the set target values. Each of the displacement elements detects information relating to displacement, and the comparing section compares the information of the first displacement element and the information of the second displacement element with a target value. It is preferable that the application of the driving signal is stopped when the driving signal becomes higher than the target value, and the application of the driving signal is started when the information on the second displacement element becomes lower than the target value.

【0010】さらに、前記複数の変位素子のうち、少な
くとも1つの変位素子を他の変位素子の振動により励振
させることが好ましい。
Further, it is preferable that at least one of the plurality of displacement elements is excited by vibration of another displacement element.

【0011】さらに、前記変位素子の変位に関する情報
は、前記変位素子の振幅に関する情報であることが好ま
しい。
Further, it is preferable that the information on the displacement of the displacement element is information on the amplitude of the displacement element.

【0012】さらに、前記変位素子は圧電素子であり、
前記変位素子の振幅に関する情報として、前記変位素子
に流れる電流値を検出することが好ましい。
Further, the displacement element is a piezoelectric element,
It is preferable that a value of a current flowing through the displacement element is detected as the information on the amplitude of the displacement element.

【0013】さらに、前記変位素子に駆動信号を印加す
る印加時間及び休止時間は、前記駆動信号の周期と同期
していることが好ましい。
Further, it is preferable that an application time and a pause time for applying a drive signal to the displacement element are synchronized with a cycle of the drive signal.

【0014】一方、本発明のアクチュエータの駆動方法
は、複数の変位素子の変位を合成し、前記変位素子の変
位合成部分を被駆動部材に加圧接触させることにより被
駆動部材を駆動するアクチュエータの駆動方法であっ
て、少なくとも1つの変位素子の変位に関する情報を検
出し、検出された情報を少なくとも1つの目標値と比較
し、比較結果を用いて前記変位素子に駆動信号を印加す
る印加時間及び休止時間を制御することを特徴とする。
On the other hand, a method of driving an actuator according to the present invention is a method of driving an actuator that drives a driven member by synthesizing displacements of a plurality of displacement elements and bringing a displacement synthesis portion of the displacement element into press contact with the driven member. A driving method, comprising detecting information on displacement of at least one displacement element, comparing the detected information with at least one target value, and applying a drive signal to the displacement element using the comparison result, and The pause time is controlled.

【0015】上記方法において、前記目標値を1つと
し、前記情報が前記目標値よりも高くなったときに駆動
信号の印加を休止させ、前記情報が前記目標値以下にな
ったときに駆動信号の印加を開始することが好ましい。
In the above method, the target value is set to one, and when the information becomes higher than the target value, the application of the driving signal is stopped, and when the information becomes lower than the target value, the driving signal is stopped. Is preferably started.

【0016】また、前記目標値を第1目標値及び第1目
標値よりも低い第2目標値とし、前記情報が前記第1目
標値よりも高くなったときに駆動信号の印加を休止さ
せ、前記情報が前記第2目標値以下になったときに駆動
信号の印加を開始することが好ましい。
Further, the target value is a first target value and a second target value lower than the first target value, and when the information becomes higher than the first target value, the application of the drive signal is stopped. It is preferable that the application of the drive signal is started when the information becomes equal to or less than the second target value.

【0017】さらに、前記目標値は少なくとも第1変位
素子及び第2変位素子の2つの変位素子についてそれぞ
れ少なくとも1つ設定し、目標値が設定された第1変位
素子及び第2変位素子についてそれぞれ変位に関する情
報を検出し、第1変位素子及び第2変位素子についてそ
れら変位素子の情報と目標値とを比較し、前記第1変位
素子に関する情報が目標値よりも高くなったときに駆動
信号の印加を休止させ、前記第2変位素子に関する情報
が目標値以下になったときに駆動信号に印加を開始する
ことが好ましい。
Further, at least one target value is set for each of at least two displacement elements of the first displacement element and the second displacement element, and the target value is set for each of the first displacement element and the second displacement element for which the target value is set. Detecting information on the first displacement element and the second displacement element, comparing the information on the displacement elements with a target value, and applying the drive signal when the information on the first displacement element becomes higher than the target value. Is preferably stopped, and the application to the drive signal is started when the information on the second displacement element becomes equal to or less than a target value.

【0018】さらに、前記複数の変位素子のうち、少な
くとも1つの変位素子に駆動信号を印加して振動させ、
他の少なくとも1つの変位素子を前記変位素子の振動に
より励振させることが好ましい。
Further, a drive signal is applied to at least one of the plurality of displacement elements to cause vibration,
Preferably, at least one other displacement element is excited by the vibration of the displacement element.

【0019】さらに、前記変位素子の変位に関する情報
として、前記変位素子の振幅に関する情報を検出するこ
とが好ましい。
Further, it is preferable that information relating to the amplitude of the displacement element is detected as the information relating to the displacement of the displacement element.

【0020】さらに、前記変位素子として圧電素子を用
い、前記変位素子の振幅に関する情報として、前記変位
素子に流れる電流値を検出することが好ましい。
Further, it is preferable that a piezoelectric element is used as the displacement element, and a value of a current flowing through the displacement element is detected as information on the amplitude of the displacement element.

【0021】さらに、前記変位素子に駆動信号を印加す
る印加時間及び休止時間を、前記駆動信号の周期と同期
させることが好ましい。
Further, it is preferable that an application time and a pause time for applying a drive signal to the displacement element are synchronized with a cycle of the drive signal.

【0022】[0022]

【発明の実施の形態】本発明の一実施形態に係るアクチ
ュエータについて説明する。本実施形態に係るアクチュ
エータであるトラス型アクチュエータの構成を図1に示
す。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An actuator according to an embodiment of the present invention will be described. FIG. 1 shows a configuration of a truss-type actuator which is an actuator according to the present embodiment.

【0023】図1に示すように、駆動ユニットは、互い
に所定角度(例えば90度)をなすように配置された2
つの積層型の第1圧電素子10A及び第2圧電素子10
Bと、第1圧電素子10Aと第2圧電素子10Bの交差
側端部に接着剤などにより接合されたチップ部材(駆動
部材)20と、第1圧電素子10A及び第2圧電素子1
0Bの基端部が接着剤などにより固定され、第1圧電素
子10A及び第2圧電素子10Bを保持するベース部材
30と、チップ部材20をロータ40の表面に当接させ
るための加圧力を発生する加圧部材(コイルばねや板ば
ねなどの弾性体)45などで構成されている。
As shown in FIG. 1, the drive units are arranged at a predetermined angle (for example, 90 degrees) from each other.
Two stacked first and second piezoelectric elements 10A and 10A
B, a chip member (driving member) 20 joined to an intersecting end of the first piezoelectric element 10A and the second piezoelectric element 10B with an adhesive or the like, and the first piezoelectric element 10A and the second piezoelectric element 1
OB is fixed with an adhesive or the like to generate a pressing force for bringing the base member 30 holding the first piezoelectric element 10A and the second piezoelectric element 10B and the chip member 20 into contact with the surface of the rotor 40. Pressure member (an elastic body such as a coil spring or a leaf spring) 45 or the like.

【0024】第1圧電素子10A及び第2圧電素子10
Bの詳細を図2に示す。なお、両者は実質的に同一構成
である。各圧電素子10A,10Bは、それぞれPZT
(チタン酸ジルコン酸鉛)などの圧電特性を示す複数の
セラミック薄板11と電極12,13を交互に積層した
ものであり、各セラミック薄板11と電極12,13と
は接着剤などにより固定されている。1つおきに配置さ
れた各電極群12及び13は、それぞれ信号線14,1
5を介して駆動電源16に接続されている。信号線14
と15の間に所定の電圧を印加すると、電極12と13
に挟まれた各セラミック薄板11には、その積層方向に
電界が発生し、その電界は1つおきに同じ方向である。
従って、各セラミック薄板11は、1つおきに分極の方
向が同じになる(隣り合う2つのセラミック薄板11の
分極方向は逆となる)ように積層されている。なお、各
圧電素子10A,10Bの両端部には、保護層17が設
けられている。
First piezoelectric element 10A and second piezoelectric element 10
Details of B are shown in FIG. Both have substantially the same configuration. Each of the piezoelectric elements 10A and 10B is a PZT
(Lead zirconate titanate) and a plurality of ceramic thin plates 11 exhibiting piezoelectric characteristics and electrodes 12, 13 are alternately laminated, and each ceramic thin plate 11 and electrodes 12, 13 are fixed by an adhesive or the like. I have. Each of the electrode groups 12 and 13 arranged alternately is connected to a signal line 14, 1 respectively.
5 is connected to a drive power supply 16. Signal line 14
When a predetermined voltage is applied between the electrodes 12 and 15, the electrodes 12 and 13
An electric field is generated in the laminating direction of each of the ceramic thin plates 11 sandwiched therebetween, and the electric field is in the same direction every other one.
Therefore, the ceramic thin plates 11 are stacked so that the polarization direction of every other ceramic thin plate 11 is the same (the polarization direction of two adjacent ceramic thin plates 11 is opposite). Note that protective layers 17 are provided at both ends of each of the piezoelectric elements 10A and 10B.

【0025】駆動電源16により直流の駆動電圧を各電
極12と13の間に印加すると、全てのセラミック薄板
11が同方向に伸び又は縮み、各圧電素子10A,10
Bが全体として伸縮する。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12と13の間に発生
する電界と各圧電素子10A,10Bの変位は、ほぼ直
線的な関係と見なすことができる。
When a DC drive voltage is applied between the electrodes 12 and 13 by the drive power supply 16, all the ceramic thin plates 11 expand or contract in the same direction, and the piezoelectric elements 10A, 10A
B expands and contracts as a whole. In a region where the electric field is small and the displacement history is negligible, the electric field generated between the electrodes 12 and 13 and the displacement of each of the piezoelectric elements 10A and 10B can be regarded as a substantially linear relationship.

【0026】一方、駆動電源16により交流の駆動電圧
(交流信号)を各電極12と13の間に印加すると、そ
の電界に応じて各セラミック薄板11は同方向に伸縮を
繰り返し、各圧電素子10A,10Bが全体として伸縮
を繰り返す。各圧電素子10A,10B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。交流の駆動電圧の周波数が各圧電素子10A,1
0Bの共振周波数と一致すると、インピーダンスが低下
し、各圧電素子10A,10Bの変位が増大する。各圧
電素子10A,10Bは、その外形寸法に対して変位が
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。
On the other hand, when an AC drive voltage (AC signal) is applied between the electrodes 12 and 13 by the drive power supply 16, the ceramic thin plates 11 repeatedly expand and contract in the same direction according to the electric field, and the piezoelectric elements 10A , 10B repeat expansion and contraction as a whole. Each of the piezoelectric elements 10A and 10B has a unique resonance frequency determined by its structure and electrical characteristics. When the frequency of the AC drive voltage is equal to each piezoelectric element 10A, 1
When the resonance frequency matches the resonance frequency of 0B, the impedance decreases and the displacement of each of the piezoelectric elements 10A and 10B increases. Since each of the piezoelectric elements 10A and 10B has a small displacement with respect to its external dimensions, it is desirable to utilize this resonance phenomenon in order to drive the piezoelectric elements at a low voltage.

【0027】チップ部材20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
テンなどが好ましい。ベース部材30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などが好
ましい。また、接着剤としては、接着力及び強度に優れ
たエポキシ系樹脂などが好ましい。
As a material of the tip member 20, tungsten or the like, which can stably obtain a high friction coefficient and is excellent in wear resistance, is preferable. As a material of the base member 30,
Stainless steel or the like, which is easy to manufacture and has excellent strength, is preferred. Further, as the adhesive, an epoxy resin having excellent adhesive strength and strength is preferable.

【0028】第1圧電素子10A及び第2圧電素子10
Bをそれぞれ位相差を有する交流信号で駆動するか又は
いずれか一方の圧電素子10A又は10Bを駆動するこ
とにより、チップ部材20が楕円軌道又は円軌道を描く
ように駆動することができる。このチップ部材20を、
例えば所定の軸Lの周りに回転可能なロータ40の円筒
面に押しつけると、チップ部材20の楕円運動又は円運
動をロータ40の回転運動に変換することが可能とな
る。あるいは、チップ部材20を、例えば棒状部材(図
示せず)の平面部に押しつけることにより、チップ部材
20の楕円運動又は円運動を棒状部材の直線運動に変換
することが可能となる。ロータ40の材料としては、ア
ルミニウムなどの軽量金属が好ましく、チップ部材20
との摩擦による摩耗を防止するため、表面にタフトライ
ド処理やアルマイト処理などを施すことが好ましい。
First piezoelectric element 10A and second piezoelectric element 10
By driving B with an AC signal having a phase difference, or driving one of the piezoelectric elements 10A or 10B, the chip member 20 can be driven so as to draw an elliptical orbit. This tip member 20 is
For example, when pressed against a cylindrical surface of the rotor 40 that can rotate around a predetermined axis L, it becomes possible to convert the elliptical motion or the circular motion of the tip member 20 into the rotational motion of the rotor 40. Alternatively, it is possible to convert the elliptical motion or the circular motion of the tip member 20 into a linear motion of the bar member by pressing the tip member 20 against, for example, a flat portion of a bar member (not shown). The material of the rotor 40 is preferably a lightweight metal such as aluminum.
In order to prevent abrasion due to friction with the surface, it is preferable to apply a tuftride treatment or an alumite treatment to the surface.

【0029】図1に示すようなトラス型アクチュエータ
の駆動方法としては、2つの圧電素子10Aと10Bに
それぞれ所定の位相差を有する駆動信号を印加し、2つ
の圧電素子10Aと10Bを同時に駆動する方法と、い
ずれか一方の圧電素子(駆動側素子)10A又は10B
を駆動し、他方の圧電素子(従動側素子)10B又は1
0Aに位相の遅れた振動又は位相の進んだ振動を伝達す
る駆動方法が考えられる。本実施形態のアクチュエータ
では、後者の駆動方法を採用している。
As a driving method of the truss type actuator as shown in FIG. 1, a driving signal having a predetermined phase difference is applied to each of the two piezoelectric elements 10A and 10B, and the two piezoelectric elements 10A and 10B are simultaneously driven. Method and one of the piezoelectric elements (drive-side elements) 10A or 10B
And the other piezoelectric element (driven side element) 10B or 1
A driving method that transmits vibration with a phase delay or vibration with a phase advance to 0 A is conceivable. In the actuator of the present embodiment, the latter driving method is adopted.

【0030】いずれか一方の圧電素子10A又は10B
のみを駆動する場合、駆動素子となる圧電素子10A又
は10Bの振動と受動素子となる圧電素子10B又は1
0Aの振動の位相差は駆動信号の周波数により変化し、
また1つの圧電素子10Aと10Bの交差部に設けられ
たチップ部材20の軌跡の形状は、楕円振動の式(Liss
ajousの式)に従い、これら2つの圧電素子10Aと1
0Bの振動の位相差によって変化する。
Either one of the piezoelectric elements 10A or 10B
In the case of driving only the piezoelectric element 10A or 10B serving as a driving element and the vibration of the piezoelectric element 10B or 1B serving as a passive element.
The phase difference of the vibration of 0A changes according to the frequency of the drive signal,
In addition, the shape of the trajectory of the chip member 20 provided at the intersection of one piezoelectric element 10A and 10B is expressed by an elliptical vibration formula (Liss
ajous equation), these two piezoelectric elements 10A and 1A
It changes according to the phase difference of the vibration of 0B.

【0031】周知のように、圧電素子に対して電圧を印
加すれば電界の方向に伸縮し、また圧電素子に対して所
定方向に引張力又は圧縮力を加えると、その方向に電圧
を発生する。従って、駆動側素子に流れる電流及び従動
側素子に発生する電圧により流れる電流をモニタするこ
とにより、駆動側素子及び従動側素子の振動状態を知る
ことができる。
As is well known, when a voltage is applied to a piezoelectric element, it expands and contracts in the direction of an electric field, and when a tensile or compressive force is applied to a piezoelectric element in a predetermined direction, a voltage is generated in that direction. . Therefore, by monitoring the current flowing through the drive-side element and the current flowing through the voltage generated in the driven-side element, it is possible to know the vibration state of the drive-side element and the driven-side element.

【0032】次に、一方の圧電素子(駆動側素子)10
A又は10Bに交流電圧(正弦波)駆動信号を入力して
駆動し、他方の圧電素子(従動側素子)10B又は10
Aを振動させた場合における各圧電素子10A及び10
Bに流れる電流値の変化を図3及び図4に示す。図3は
駆動側素子に駆動信号を印加し始めた直後(起動時)の
電流波形を示し、図4は駆動側素子への駆動信号の印加
を停止した直後(停止時)の電流波形を示す。これらの
電流波形は、各圧電素子10A及び10Bにそれぞれ直
列に接続した抵抗を用いて検出したものである。
Next, one piezoelectric element (driving element) 10
A or 10B is driven by inputting an AC voltage (sine wave) drive signal to the other piezoelectric element (driven side element) 10B or 10B.
A when each of the piezoelectric elements 10A and 10A is vibrated.
Changes in the value of the current flowing through B are shown in FIGS. FIG. 3 shows a current waveform immediately after the application of the drive signal to the driving element (at the time of starting), and FIG. 4 shows a current waveform immediately after the application of the driving signal to the driving element is stopped (at the time of stop). . These current waveforms are detected using resistors connected in series to the respective piezoelectric elements 10A and 10B.

【0033】図3からわかるように、起動時には、駆動
側素子及び従動側素子共に所定の振幅に達するまでの立
ち上がりに時間を要する。また、駆動側素子は駆動信号
の印加開始から比較的すぐに振動を開始するが、従動側
素子が振動を開始するまでにしばらく時間を要する。ま
た、図4からわかるように、停止時においても同様に、
駆動側素子及び従動側素子共に所定の振幅に減衰するま
での立ち下がりに時間を要する。また、従動側素子は駆
動側素子に比べて立ち下がりが遅く、駆動側素子がほぼ
減衰してもまだ所定の振幅で振動している。このよう
に、一方の圧電素子のみを駆動する場合、共振現象を利
用するため、各圧電素子の振動の立ち上がりに時間を要
し、かつ駆動信号の停止後も各圧電素子の振動は一定時
間持続する。
As can be seen from FIG. 3, at the time of startup, it takes time for the drive-side element and the driven-side element to rise until reaching a predetermined amplitude. Further, the drive-side element starts to vibrate relatively soon after the start of application of the drive signal, but it takes a while before the driven-side element starts to vibrate. Also, as can be seen from FIG.
It takes time for the drive element and the driven element to fall to a predetermined amplitude. In addition, the driven-side element has a slower fall than the driving-side element, and still vibrates at a predetermined amplitude even when the driving-side element is almost attenuated. As described above, when only one of the piezoelectric elements is driven, the resonance phenomenon is used, so that it takes time for the vibration of each of the piezoelectric elements to rise, and the vibration of each of the piezoelectric elements lasts for a certain time even after the drive signal is stopped. I do.

【0034】次に、本実施形態のアクチュエータにおけ
るバースト変調駆動について、図5及び図6を参照しつ
つ説明する。各図において、(a)はモニタされる圧電
素子10A又は10Bに流れる電流値、(b)はバース
ト信号、(c)は圧電素子に実際に印加される駆動信号
をそれぞれ表す。なお、モニタされる圧電素子は駆動側
素子及び従動側素子のいずれであってもよい。
Next, burst modulation driving in the actuator according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. In each figure, (a) represents a current value flowing through the monitored piezoelectric element 10A or 10B, (b) represents a burst signal, and (c) represents a drive signal actually applied to the piezoelectric element. The monitored piezoelectric element may be either the driving element or the driven element.

【0035】バースト変調駆動は、駆動側素子に印加す
る駆動信号を停止しても一定時間各圧電素子の振動が持
続する現象を利用したものである。図5に示す駆動例は
制御の目標値を1つだけ設定した場合であり、圧電素子
10A又は10Bに流れる電流値が所定値よりも高くな
るまで駆動信号を連続して印加し、所定値を超えた時点
で駆動信号の印加を停止し、さらに電流値が所定値以下
になったときに駆動信号の印加を再開する。図5に示す
駆動例では、モニタされる圧電素子に流れる交流電流値
のピーク値が目標値以下の間バースト信号が出力され、
バースト信号が出力されている間だけ駆動信号が駆動側
素子に印加される。
The burst modulation drive utilizes a phenomenon in which the vibration of each piezoelectric element continues for a certain period of time even when the drive signal applied to the drive-side element is stopped. The driving example shown in FIG. 5 is a case where only one control target value is set. The driving signal is continuously applied until the current value flowing through the piezoelectric element 10A or 10B becomes higher than a predetermined value, and the predetermined value is set. The application of the drive signal is stopped when the current value exceeds the threshold, and the application of the drive signal is restarted when the current value becomes equal to or less than the predetermined value. In the driving example shown in FIG. 5, a burst signal is output while the peak value of the alternating current flowing through the monitored piezoelectric element is equal to or less than the target value.
The drive signal is applied to the drive element only while the burst signal is being output.

【0036】また、図6に示す駆動例は制御の目標値を
2つ設定した場合であり、圧電素子10A又は10Bに
流れる電流値が第1所定値よりも高くなるまで駆動信号
を連続して印加し、第1所定値を超えた時点で駆動信号
の印加を停止し、さらに電流値が第1所定値よりも小さ
い第2所定値以下になったときに駆動信号の印加を再開
する。図6に示す駆動例では、モニタされる圧電素子に
流れる交流電流値のピーク値が第2目標値以下になった
時点から第1目標値を超えるまでの間バースト信号が出
力され、バースト信号が出力されている間だけ駆動信号
が駆動側素子に印加される。これらの動作を繰り返すこ
とにより、見かけ上アクチュエータは連続して振動して
いるが、駆動信号は間欠的にしか供給されず、アクチュ
エータの低速駆動及び電池容量の有効利用が可能とな
る。さらに、モニタされる圧電素子に流れる電流のピー
ク値が一定の範囲内となるように制御されるため、アク
チュエータによる被駆動部材の速度やトルクなどを安定
化させることができる。
The driving example shown in FIG. 6 is a case where two control target values are set. The driving signal is continuously output until the current flowing through the piezoelectric element 10A or 10B becomes higher than the first predetermined value. When the current exceeds a first predetermined value, the application of the driving signal is stopped, and when the current value becomes equal to or less than a second predetermined value smaller than the first predetermined value, the application of the driving signal is restarted. In the driving example shown in FIG. 6, a burst signal is output from the time when the peak value of the alternating current value flowing through the monitored piezoelectric element falls below the second target value until the peak value exceeds the first target value, and the burst signal is output. The drive signal is applied to the drive-side element only during the output. By repeating these operations, the actuator is apparently vibrating continuously, but the drive signal is supplied only intermittently, so that the actuator can be driven at low speed and the battery capacity can be effectively used. Further, since the peak value of the current flowing through the monitored piezoelectric element is controlled to be within a certain range, the speed and torque of the driven member by the actuator can be stabilized.

【0037】次に、本実施形態における駆動回路のブロ
ック構成の一例を図7に示す。図7に示す例では、圧電
素子10A又は10Bに印加される駆動信号として正弦
波電圧信号を用いる。
Next, FIG. 7 shows an example of a block configuration of the drive circuit according to the present embodiment. In the example shown in FIG. 7, a sine wave voltage signal is used as a drive signal applied to the piezoelectric element 10A or 10B.

【0038】第1圧電素子10A及び第2圧電素子10
Bには、それぞれ各圧電素子10A,10Bに流れる電
流を検出するために抵抗51A及び51Bが直列接続さ
れている。各抵抗51A及び51Bの端子電圧は、それ
ぞれ第1電流検出部52A及び第2電流検出部52Bに
入力され、例えば図3及び図4に示すような正弦波電流
波形として検出される。各電流検出部52A,52B
は、それぞれ増幅器及びゼロクロスコンマレータなどで
構成されており、正弦波電流波形を方形波に波形整形し
た後、方形波信号を位相差検出部53に入力する。位相
差検出部53は、例えばエクスクルーシブオア回路及び
ローパスフィルタなどで構成され、入力された2つの信
号の位相差を検出する。
The first piezoelectric element 10A and the second piezoelectric element 10
B is connected in series with resistors 51A and 51B for detecting currents flowing through the respective piezoelectric elements 10A and 10B. The terminal voltages of the resistors 51A and 51B are input to the first current detector 52A and the second current detector 52B, respectively, and are detected as sine wave current waveforms as shown in FIGS. 3 and 4, for example. Each current detector 52A, 52B
Are each formed of an amplifier, a zero-cross comma, and the like. After shaping the sinusoidal current waveform into a square wave, the square wave signal is input to the phase difference detection unit 53. The phase difference detection unit 53 includes, for example, an exclusive OR circuit and a low-pass filter, and detects a phase difference between two input signals.

【0039】位相差検出部53により得られたアナログ
の位相差信号は、演算処理部(MPU)60のA/D変
換部61に入力され、ディジタル信号化された後、位相
差比較部(Comp)62により目標位相差(Ref)
と比較される。位相差比較部62による比較結果(目標
位相差と実際に位相差との差)はD/A変換部63に入
力され、ディジタル信号化された後、電圧制御発振器
(VCO)54に入力される。なお、演算処理部60に
は入出力制御部(I/O)64が設けられているが、そ
の機能は後述する。
The analog phase difference signal obtained by the phase difference detection section 53 is input to an A / D conversion section 61 of an arithmetic processing section (MPU) 60, converted into a digital signal, and then converted to a phase difference comparison section (Comp). ) 62, the target phase difference (Ref)
Is compared to The comparison result (difference between the target phase difference and the actual phase difference) by the phase difference comparing section 62 is input to the D / A conversion section 63, converted into a digital signal, and then input to the voltage controlled oscillator (VCO) 54. . The arithmetic processing unit 60 is provided with an input / output control unit (I / O) 64, the function of which will be described later.

【0040】発振器54は、演算処理部60からの出力
に応じてその発振周波数を調節する。周波数が調節され
た正弦波信号は、第1〜第4スイッチ素子55A〜55
Dを介して第1増幅器56A及び第2増幅器56Bに入
力され、所定の振幅に増幅される。各スイッチ55A〜
55Dはそれぞれトランジスタなどの素子で構成され、
例えばハイレベル又は”1”に相当する信号が入力され
るとオンし、ローレベル又は”0”に相当する信号が入
力されるとオフするように構成されているものとする。
なお、以下の説明では、便宜上「ハイレベル信号」及び
「ローレベル信号」とする。
The oscillator 54 adjusts its oscillation frequency in accordance with the output from the processing unit 60. The sine wave signal whose frequency has been adjusted is output from the first to fourth switch elements 55A to 55A.
The signal is input to the first amplifier 56A and the second amplifier 56B via D, and is amplified to a predetermined amplitude. Each switch 55A ~
55D is composed of elements such as transistors, respectively.
For example, it is assumed that the circuit is configured to turn on when a signal corresponding to a high level or “1” is input, and to be turned off when a signal corresponding to a low level or “0” is input.
In the following description, a “high-level signal” and a “low-level signal” are used for convenience.

【0041】第1増幅器56Aにより増幅された駆動信
号は第1圧電素子10Aに印加され、また第2増幅器5
6Bにより増幅された駆動信号が第2圧電素子10Bに
印加される。このように、第1圧電素子10Aと第2圧
電素子10Bの実際の振動状態を電流値などを用いて検
出し、それらの振動の位相差を目標位相差に一致するよ
うに駆動信号の周波数をフィードバック制御することに
より、チップ部材20の軌跡を所望する形状に近似させ
ることが可能となる。
The drive signal amplified by the first amplifier 56A is applied to the first piezoelectric element 10A.
The drive signal amplified by 6B is applied to the second piezoelectric element 10B. As described above, the actual vibration state of the first piezoelectric element 10A and the second piezoelectric element 10B is detected using the current value or the like, and the frequency of the drive signal is adjusted so that the phase difference between the vibrations matches the target phase difference. By performing the feedback control, the trajectory of the tip member 20 can be approximated to a desired shape.

【0042】なお、スイッチ素子55A〜55Dは、第
1圧電素子10Aと第2圧電素子10Bのいずれを駆動
側素子及びいずれを従動側素子とするかの切り替え、及
びバースト変調制御の際の駆動信号の印加開始及び停止
を制御するために用いられる。また、本実施形態ではい
ずれか一方の圧電素子10A又は10Bのみを駆動し他
方の圧電素子は従動させるので、第1圧電素子10Aと
第2圧電素子10Bの両方同時に駆動信号が印加される
ようにスイッチ素子55A〜55Dが制御されることは
ない。
The switch elements 55A to 55D are used to switch between the first piezoelectric element 10A and the second piezoelectric element 10B as the driving element and the driven element, and to provide a driving signal for burst modulation control. Is used to control the start and stop of the application of. Further, in this embodiment, only one of the piezoelectric elements 10A or 10B is driven and the other is driven, so that the driving signal is applied to both the first piezoelectric element 10A and the second piezoelectric element 10B at the same time. The switch elements 55A to 55D are not controlled.

【0043】一方、第1電流検出部52Aの出力は第1
ピーク検出部57Aに入力され、また第2電流検出部5
2Bの出力は第2ピーク検出部57Bに入力される。各
ピーク検出部57A及び57Bは、各電流検出部52A
及び52Bにより検出された図5(a)又は図6(a)
に示すような正弦波信号からそれらのピークを検出す
る。各ピーク検出部57A及び57Bにより検出された
ピーク値信号は、それぞれ第1電流値比較部58A及び
第2電流値比較部58Bに入力され、目標値と比較され
る。一例として、各電流値比較部58A及び58Bは、
検出された電流のピーク値が目標値(場合によっては2
つの目標値のいずれか)よりも高い場合ローレベル信号
を出力し、目標値以下の場合ハイレベル信号を出力す
る。各電流値比較部58A及び58Bは常時各圧電素子
10A及び10Bに流れる電流のピーク値と所定の目標
値とを比較し、モニタ素子切り替え部70に出力する。
On the other hand, the output of the first current detector 52A is the first
The signal is input to the peak detector 57A, and the second current detector 5
The output of 2B is input to the second peak detection unit 57B. Each of the peak detectors 57A and 57B is connected to a corresponding one of the current detectors 52A.
5 (a) or 6 (a) detected by FIG.
These peaks are detected from a sine wave signal as shown in FIG. The peak value signals detected by the peak detection units 57A and 57B are input to the first current value comparison unit 58A and the second current value comparison unit 58B, respectively, and are compared with target values. As an example, each current value comparison unit 58A and 58B
The peak value of the detected current is the target value (in some cases, 2
If the value is higher than one of the two target values, a low-level signal is output, and if it is lower than the target value, a high-level signal is output. Each of the current value comparing sections 58A and 58B constantly compares the peak value of the current flowing through each of the piezoelectric elements 10A and 10B with a predetermined target value, and outputs the result to the monitor element switching section 70.

【0044】モニタ素子切換部70は、例えば第1AN
D回路71、第2AND回路72及びOR回路73で構
成されており、第1電流値比較部58Aからの出力信号
は第1AND回路71に入力され、第2電流値比較部5
8Bからの出力信号は第2AND回路72に入力され
る。また、第1AND回路71及び第2AND回路72
は、それぞれ演算処理部60の入出力制御部64に接続
されている。入出力制御部64は、第1圧電素子10A
と第2圧電素子10Bのうちモニタ素子として使用する
側に接続されているAND回路71又は72に対してハ
イレベル信号を出力し、他方にはローレベル信号を出力
する。例えば、第1圧電素子10Aをモニタ素子として
使用する場合、入出力制御部64は第1AND回路71
に対してハイレベル信号を出力し、第2圧電素子10B
にはローレベル信号を出力する。従って、第2電流値比
較部58Bからハイレベル信号が出力されても第2AN
D回路72はオンせず、第2AND回路72からはロー
レベル信号が出力される。これに対して、第1圧電素子
10Aに流れる電流のピーク値が目標値以下になると、
第1電流値比較部58Aからハイレベル信号が出力され
るので第1AND回路71がオンし、第1AND回路7
1からハイレベル信号が出力される。OR回路73に
は、第1AND回路71からハイレベル信号が入力さ
れ、また第2AND回路72からローレベル信号がそれ
ぞれ入力されるので、OR回路73からはハイレベル信
号が、駆動素子切換部80に出力される。
The monitor element switching unit 70 includes, for example, a first AN
An output signal from the first current value comparing section 58A is input to the first AND circuit 71, and the second current value comparing section 5 includes a D circuit 71, a second AND circuit 72, and an OR circuit 73.
The output signal from 8B is input to the second AND circuit 72. The first AND circuit 71 and the second AND circuit 72
Are connected to the input / output control unit 64 of the arithmetic processing unit 60, respectively. The input / output control unit 64 includes the first piezoelectric element 10A
And outputs a high-level signal to the AND circuit 71 or 72 connected to the side of the second piezoelectric element 10B to be used as a monitor element, and outputs a low-level signal to the other. For example, when the first piezoelectric element 10A is used as a monitor element, the input / output control unit 64 controls the first AND circuit 71
To the second piezoelectric element 10B.
Outputs a low level signal. Therefore, even if a high level signal is output from the second current value comparison unit 58B, the second AN
The D circuit 72 does not turn on, and the second AND circuit 72 outputs a low level signal. On the other hand, when the peak value of the current flowing through the first piezoelectric element 10A becomes equal to or less than the target value,
Since a high-level signal is output from the first current value comparison unit 58A, the first AND circuit 71 is turned on, and the first AND circuit 7
1 outputs a high level signal. Since a high-level signal is input from the first AND circuit 71 to the OR circuit 73 and a low-level signal is input from the second AND circuit 72, the high-level signal is output from the OR circuit 73 to the drive element switching unit 80. Is output.

【0045】駆動素子切換部80は、例えば第3AND
回路81及び第4AND回路82で構成されており、O
R回路73からの出力は第3AND回路81及び第4A
ND回路82に入力される。また、第3AND回路81
及び第4AND回路82は、それぞれ演算処理部60の
入出力制御部64に接続されている。入出力制御部64
は、第1圧電素子10Aと第2圧電素子10Bのうち駆
動側素子として使用する側に接続されているAND回路
81又は82に対してハイレベル信号を出力し、他方に
はローレベル信号を出力する。例えば、第1圧電素子1
0Aを駆動側素子として使用する場合、入出力制御部6
4は第3AND回路81に対してハイレベル信号を出力
し、第2圧電素子10Bにはローレベル信号を出力す
る。従って、OR回路73からハイレベル信号が出力さ
れても第4AND回路82はオンせず、第4AND回路
82からはローレベル信号を出力される。これに対し
て、OR回路73からハイレベル信号が出力されると、
第3AND回路81がオンし、第3AND回路81から
ハイレベル信号が出力される。
The drive element switching section 80 is, for example, a third AND
Circuit 81 and a fourth AND circuit 82.
The output from the R circuit 73 is supplied to the third AND circuit 81 and the fourth
The signal is input to the ND circuit 82. Also, the third AND circuit 81
The fourth AND circuit 82 is connected to the input / output control unit 64 of the arithmetic processing unit 60. Input / output control unit 64
Outputs a high-level signal to the AND circuit 81 or 82 connected to the side used as the driving-side element of the first piezoelectric element 10A and the second piezoelectric element 10B, and outputs a low-level signal to the other. I do. For example, the first piezoelectric element 1
When 0A is used as the driving element, the input / output control unit 6
4 outputs a high level signal to the third AND circuit 81 and outputs a low level signal to the second piezoelectric element 10B. Therefore, even when the OR circuit 73 outputs a high-level signal, the fourth AND circuit 82 does not turn on, and the fourth AND circuit 82 outputs a low-level signal. On the other hand, when a high level signal is output from the OR circuit 73,
The third AND circuit 81 is turned on, and a high-level signal is output from the third AND circuit 81.

【0046】第3AND回路81は、発振器54と第1
増幅器56Aとの間に設けられた第1スイッチ素子55
Aに接続されており、第4AND回路82は、発振器5
4と第2増幅器56Bとの間に設けられた第3スイッチ
素子55Cに接続されている。また、入出力制御部64
は、グラウンドと第1増幅器56A及び第2増幅器56
Bの間に設けられた第2スイッチ素子55B及び第4ス
イッチ素子55Dに接続されている。
The third AND circuit 81 includes the oscillator 54 and the first
First switch element 55 provided between the first switch element 55 and the amplifier 56A
A, and the fourth AND circuit 82 is connected to the oscillator 5
4 and a third switch element 55C provided between the second amplifier 56B. Also, the input / output control unit 64
Are ground and the first and second amplifiers 56A and 56A.
B are connected to the second switch element 55B and the fourth switch element 55D provided between B.

【0047】第3AND回路81からハイレベル信号が
出力されると、第1スイッチ素子55Aがオンし、発振
器54から出力される正弦波信号が第1増幅器56Aに
入力され、所定の振幅に増幅されて駆動信号として第1
圧電素子10Aに印加される。第3AND回路81から
ローレベル信号が出力されると、第1スイッチ素子55
Aがオフし、発振器54から出力される正弦波信号が第
1増幅器56Aに入力されなくなり、第1圧電素子10
Aへの駆動信号の印加が停止される。なお、前述の駆動
素子切換部80の構成から、第1スイッチ素子55Aと
第3スイッチ素子55Cが同時にオンすることはない。
また、第2スイッチ素子55B及び第4スイッチ素子5
5Dは、それぞれ第1圧電素子10A又は第2圧電素子
10Bが従動側素子として使用される場合に、従動側素
子に貯まっている電荷を放電するために用いられる。
When a high-level signal is output from the third AND circuit 81, the first switch element 55A is turned on, and the sine wave signal output from the oscillator 54 is input to the first amplifier 56A and amplified to a predetermined amplitude. As the drive signal
Applied to the piezoelectric element 10A. When the low-level signal is output from the third AND circuit 81, the first switch element 55
A is turned off, the sine wave signal output from the oscillator 54 is no longer input to the first amplifier 56A, and the first piezoelectric element 10A is turned off.
The application of the drive signal to A is stopped. Note that, from the configuration of the drive element switching unit 80 described above, the first switch element 55A and the third switch element 55C do not turn on at the same time.
The second switch element 55B and the fourth switch element 5
5D is used to discharge the electric charge stored in the driven element when the first piezoelectric element 10A or the second piezoelectric element 10B is used as the driven element.

【0048】このような回路構成により、第1圧電素子
10Aと第2圧電素子10Bのいずれかを駆動側素子と
し、他方を従動側素子として駆動しつつ、チップ部材2
0が所定の軌跡を描くように駆動信号の周波数をフィー
ドバック制御することができると共に、いずれかの素子
に流れる電流をモニタしながら駆動信号の印加開始及び
停止を制御するバースト変調駆動を行うことができる。
With such a circuit configuration, the chip member 2 is driven while one of the first piezoelectric element 10A and the second piezoelectric element 10B is used as a driving element and the other is driven as a driven element.
The frequency of the drive signal can be feedback-controlled so that 0 draws a predetermined trajectory, and the burst modulation drive that controls the start and stop of application of the drive signal while monitoring the current flowing to any of the elements can be performed. it can.

【0049】なお、上記説明では、モニタする圧電素子
10A又は10Bの電流値として交流電流の正のピーク
値を用い、この値と目標値とを比較したが、これに限定
されるものではなく、電流の実効値や負のピーク値など
変位素子(圧電素子)の振幅に関する情報であれば何で
もよい。さらに、駆動側素子又は従動側素子のいずれか
に目標値を設定し、その素子の振幅に関する情報をモニ
タするように構成したが、これに限定されるものではな
く、駆動側素子及び従動側素子の両方にそれぞれ1つ又
は2つの目標値を設定し、駆動側素子及び従動側素子の
両方をモニタするように構成してもよい。その場合、例
えば駆動側素子の振幅に関する情報を用いてバースト信
号を立ち上げ、従動側素子の振幅に関する情報を用いて
バースト信号を立ち下げるように構成してもよい。その
場合、入出力制御部64は、モニタ素子切換部70の第
1AND回路71と第2AND回路72に入力する信号
を交互に切り替えればよい。これらの応用は以下の変形
例においても同様である。
In the above description, the positive peak value of the alternating current is used as the current value of the piezoelectric element 10A or 10B to be monitored, and this value is compared with the target value. However, the present invention is not limited to this. Any information may be used as long as the information is related to the amplitude of the displacement element (piezoelectric element), such as the effective value of the current or the negative peak value. Further, a target value is set to either the driving element or the driven element, and information on the amplitude of the element is monitored. However, the present invention is not limited to this, and the driving element and the driven element are not limited to this. One or two target values may be set for both of them, and both the driving-side element and the driven-side element may be monitored. In this case, for example, the burst signal may be raised using information on the amplitude of the driving element, and the burst signal may be lowered using information on the amplitude of the driven element. In this case, the input / output control unit 64 may switch the signals input to the first AND circuit 71 and the second AND circuit 72 of the monitor element switching unit 70 alternately. These applications are the same in the following modifications.

【0050】次に、本実施形態における駆動回路の変形
例のブロック構成を図8に示す。また、図8中のHブリ
ッジ・ドライバ制御部の詳細を図9に、Hブリッジ・ド
ライバの詳細を図10に示す。図8〜図10に示す変形
例では、圧電素子10A又は10Bに印加される駆動信
号として方形波電圧信号を用いる。なお、上記図7に示
す回路と同じ符号を付した構成要素は実質的に同じもの
であるため、その説明を省略する。
Next, FIG. 8 shows a block configuration of a modified example of the drive circuit according to the present embodiment. 9 shows details of the H-bridge driver control unit in FIG. 8, and FIG. 10 shows details of the H-bridge driver. 8 to 10, a square wave voltage signal is used as a drive signal applied to the piezoelectric element 10A or 10B. Note that components denoted by the same reference numerals as those in the circuit shown in FIG. 7 are substantially the same, and a description thereof will be omitted.

【0051】図8中、電圧制御発振器54Xは方形波信
号を発振し、Hブリッジ・ドライバ制御部90に入力さ
れる。また、駆動素子切換部80の第3AND回路81
及び第4AND回路82からの出力もHブリッジ・ドラ
イバ制御部90に入力される。Hブリッジ・ドライバ制
御部90は、第1圧電素子10Aに接続された第1Hブ
リッジ・ドライバ100A及び第2圧電素子10Bに接
続された第2Hブリッジ・ドライバ100Bをそれぞれ
制御する。
In FIG. 8, the voltage controlled oscillator 54X oscillates a square wave signal and is input to the H-bridge driver control unit 90. Further, the third AND circuit 81 of the drive element switching unit 80
The output from the fourth AND circuit 82 is also input to the H-bridge driver control unit 90. The H-bridge driver control unit 90 controls the first H-bridge driver 100A connected to the first piezoelectric element 10A and the second H-bridge driver 100B connected to the second piezoelectric element 10B, respectively.

【0052】図9に示すように、Hブリッジ・ドライバ
制御部90は、第1〜第4のNAND回路91A〜91
Dと、インバータ92で構成されている。発振器54X
からの方形波信号は第1NAND回路91A及び第3N
AND回路91Cに直接入力され、またインバータ92
により反転された後、第2NAND回路91B及び第4
NAND回路91Dに入力される。一方、第3AND回
路81の出力は第1NAND回路91A及び第2NAN
D回路91Bに入力され、第4AND回路82の出力は
第3NAND回路91C及び第4NAND回路91Dに
入力される。
As shown in FIG. 9, the H-bridge driver control section 90 includes first to fourth NAND circuits 91A to 91A.
D and an inverter 92. Oscillator 54X
From the first NAND circuit 91A and the 3N
The signal is directly input to the AND circuit 91C, and
After being inverted by the second NAND circuit 91B and the fourth NAND circuit 91B.
Input to NAND circuit 91D. On the other hand, the output of the third AND circuit 81 is the first NAND circuit 91A and the second NAN
The input to the D circuit 91B and the output of the fourth AND circuit 82 are input to the third NAND circuit 91C and the fourth NAND circuit 91D.

【0053】従って、例えば駆動側素子として第1圧電
素子10Aが選択されている場合に、発振器54Xから
の方形波信号がハイレベルで、かつ第3AND回路81
からの出力がハイレベルの時に第1NAND回路91か
らローレベル信号が、第2NAND回路92からハイレ
ベル信号が、それぞれ第1Hブリッジ・ドライバ100
Aに入力される。逆に、発振器54Xからの方形波信号
がローレベルで、かつ第3AND回路81からの出力が
ハイレベルの時に第1NAND回路91からハイレベル
信号が、第2NAND回路92からローレベル信号が、
それぞれ第1Hブリッジ・ドライバ100Aに入力され
る。一方、第4AND回路82からの信号はローレベル
であるので、第3NAND回路91C及び第4NAND
回路91Dからはそれぞれハイレベル信号が出力され
る。駆動側素子として第2圧電素子10Bが選択されて
いる場合も同様である。
Therefore, for example, when the first piezoelectric element 10A is selected as the driving element, the square wave signal from the oscillator 54X is at a high level and the third AND circuit 81
When the output from the first NAND circuit 91 is at a high level, a low-level signal is output from the first NAND circuit 91 and a high-level signal is output from the second NAND circuit 92, respectively.
A is input to A. Conversely, when the square wave signal from the oscillator 54X is at a low level and the output from the third AND circuit 81 is at a high level, a high level signal from the first NAND circuit 91, a low level signal from the second NAND circuit 92,
Each is input to the first H-bridge driver 100A. On the other hand, since the signal from the fourth AND circuit 82 is at a low level, the third NAND circuit 91C and the fourth NAND circuit 91C
A high-level signal is output from each of the circuits 91D. The same applies to the case where the second piezoelectric element 10B is selected as the driving element.

【0054】次に、Hブリッジ・ドライバ100A,1
00Bの構成を図10に示す。第1圧電素子10Aと抵
抗51Aの直列回路又は第2圧電素子10Bと抵抗51
Bの直列回路に対して駆動電圧Vccの印加の開始及び
停止を制御するためのブリッジ回路を構成する第5〜第
8スイッチ素子101A〜101D、第5スイッチ素子
101Aに接続された第1NOR回路102A、第7ス
イッチ素子101Cに接続された第2NOR回路102
B、第6スイッチ素子101B及び第8スイッチ素子1
01Dにそれぞれ接続されたバッファ103A及び10
3B、各NOR回路102A及び102Bに接続された
第2及び第3インバータ104A及び104Bなどで構
成されている。なお、バッファ103A及び103B
は、トランジスタなどで構成されたスイッチング素子1
01B及び101Dのインピーダンスなどを調節するた
めに用いられる。
Next, the H-bridge driver 100A, 1
FIG. 10 shows the configuration of 00B. A series circuit of the first piezoelectric element 10A and the resistor 51A or the second piezoelectric element 10B and the resistor 51A
A first NOR circuit 102A connected to the fifth to eighth switch elements 101A to 101D and a fifth switch element 101A that constitute a bridge circuit for controlling start and stop of application of the drive voltage Vcc to the series circuit of B , The second NOR circuit 102 connected to the seventh switch element 101C
B, sixth switch element 101B and eighth switch element 1
Buffers 103A and 103 connected to 01D, respectively.
3B, second and third inverters 104A and 104B connected to the respective NOR circuits 102A and 102B. The buffers 103A and 103B
Is a switching element 1 composed of a transistor or the like.
It is used to adjust the impedance of 01B and 101D.

【0055】第1NAND回路91A又は第3NAND
回路91Cからの出力信号は、第2インバータ104A
を介して第1NOR回路102Aに入力されると共に、
第2NOR回路102Bに直接入力される。一方、第2
NAND回路91B又は第4NAND回路91Dからの
出力信号は、直接第1NOR回路102A及びバッファ
103Aに入力されると共に、第3インバータ104B
を介して第2NOR回路102B及びバッファ103B
に入力される。
First NAND circuit 91A or third NAND circuit
The output signal from the circuit 91C is the second inverter 104A
And input to the first NOR circuit 102A via
The signal is directly input to the second NOR circuit 102B. On the other hand, the second
An output signal from the NAND circuit 91B or the fourth NAND circuit 91D is directly input to the first NOR circuit 102A and the buffer 103A, and the third inverter 104B
NOR circuit 102B and buffer 103B
Is input to

【0056】第1NAND回路91A又は第3NAND
回路91Cからの信号がハイレベルかローレベルか、及
び第2NAND回路91B又は第4NAND回路91D
からの信号がハイレベルかローレベルかの組み合わせに
応じた第5〜第8スイッチ素子のオン/オフ及び圧電素
子10A又は10Bの動作状態を以下の表1に示す。な
お、表1中、信号”X”は第1NAND回路91A又は
第3NAND回路91Cからの信号を表し、信号”Y”
は第2NAND回路91B又は第4NAND回路91D
からの信号を表す。また、”H”及び”L”はそれぞれ
信号のレベルがハイレベル及びローレベルであることを
表し、SW5〜SW8はそれぞれ第5〜第8スイッチ素
子を表す。さらに、「駆動モード」とは圧電素子10A
又は10Bの状態を表す。
First NAND circuit 91A or third NAND circuit
Whether the signal from the circuit 91C is at a high level or a low level, and whether the second NAND circuit 91B or the fourth NAND circuit 91D
Table 1 below shows ON / OFF of the fifth to eighth switch elements and operation states of the piezoelectric elements 10A or 10B according to the combination of the signal from the high level and the low level. In Table 1, the signal “X” indicates a signal from the first NAND circuit 91A or the third NAND circuit 91C, and the signal “Y”
Is the second NAND circuit 91B or the fourth NAND circuit 91D
Represents the signal from "H" and "L" indicate that the signal level is a high level and a low level, respectively, and SW5 to SW8 indicate the fifth to eighth switch elements, respectively. Further, the “drive mode” refers to the piezoelectric element 10A.
Or, it represents the state of 10B.

【0057】[0057]

【表1】 [Table 1]

【0058】上記変形例では、発振器54Xにより発振
される信号を増幅して駆動信号とし、これを圧電素子1
0A又は10Bに印加するのではなく、上記発振器54
Xからの信号をHブリッジ・ドライバ100A又は10
0Bに供給される駆動電圧Vccを圧電素子10A又は
10Bに印加するためのタイミング信号として用いてい
るので、発振器54Xによる周波信号をディジタル的に
取り扱うことができ、増幅器が不要になるなど、駆動回
路の構成を簡単にすることができる。
In the above-described modification, the signal oscillated by the oscillator 54X is amplified and used as a drive signal.
Instead of applying a voltage to 0A or 10B,
The signal from X is supplied to the H bridge driver 100A or 10
Since the driving voltage Vcc supplied to the driving circuit 0B is used as a timing signal for applying the driving voltage Vcc to the piezoelectric element 10A or 10B, the frequency signal generated by the oscillator 54X can be handled digitally, and an amplifier is not required. Can be simplified.

【0059】なお、圧電素子10A又は10Bに印加さ
れる駆動信号は方形波であるが、その周波数は各圧電素
子10A及び10Bの共振周波数の近傍にあるため、各
圧電素子10A及び10Bの振動は正弦波的になる。従
って、各圧電素子10A及び10Bに流れる電流波形も
正弦波的になるが、駆動側素子に流れる電流には、駆動
信号による突入電流に起因するノイズが重畳される。従
って、電流検出部52A及び52Bにより検出された電
流波形をローパスフィルタ処理することが好ましい。
Although the driving signal applied to the piezoelectric elements 10A or 10B is a square wave, its frequency is near the resonance frequency of each of the piezoelectric elements 10A and 10B. It becomes sinusoidal. Therefore, the waveform of the current flowing through each of the piezoelectric elements 10A and 10B also becomes sinusoidal, but the noise flowing due to the rush current due to the drive signal is superimposed on the current flowing through the drive-side element. Therefore, it is preferable to subject the current waveforms detected by the current detection units 52A and 52B to low-pass filtering.

【0060】次に、バースト信号と発振器54又は54
Xから出力される周波数信号との同期及び非同期につい
て説明する。図11は、同期及び非同期の場合における
タイミングチャートであり、(a)は発振器(VCO)
54Xからの周波数信号(方形波)、(b)は非同期の
場合のバースト信号、(c)は非同期の場合の駆動信
号、(d)は同期の場合のバースト信号、(e)は同期
の場合の駆動信号の各波形を表す。
Next, the burst signal and the oscillator 54 or 54
Synchronous and asynchronous with the frequency signal output from X will be described. FIGS. 11A and 11B are timing charts in the case of synchronous and asynchronous cases. FIG. 11A shows an oscillator (VCO).
Frequency signal (square wave) from 54X, (b) is a burst signal when asynchronous, (c) is a drive signal when asynchronous, (d) is a burst signal when synchronous, (e) is a synchronous signal Represents the waveforms of the drive signals of FIG.

【0061】図7及び図8に示す各駆動回路では、バー
スト信号と発振器54又は54Xから出力される周波数
信号の同期をとらずに、すなわち非同期で駆動してい
る。上記各駆動回路では、発振器54又は54Xから所
定周波数の正弦波信号又は方形波信号が連続的に出力さ
れているが、バースト信号が出力されている間だけしか
駆動信号が圧電素子10A又は10Bに印加されないよ
うに構成されている。還元すれば、圧電素子10A又は
10Bに印加される駆動信号は、図11(c)に示すよ
うに(a)の周波数信号と(b)のバースト信号のAN
Dをとったような波形となる。バースト信号と発振器5
4又は54Xから出力される周波数信号とは同期してい
ないので、(c)に示すような発振器54又は54Xか
ら出力される周波数信号とは異なる波形の駆動信号が圧
電素子に印加される。その場合、(c)の両端のような
周期の短い信号が駆動信号に混在すると、圧電素子10
A又は10Bの振動が若干不安定になるおそれがある。
In each of the drive circuits shown in FIGS. 7 and 8, the burst signal and the frequency signal output from the oscillator 54 or 54X are not synchronized, that is, are driven asynchronously. In each of the above driving circuits, a sine wave signal or a square wave signal of a predetermined frequency is continuously output from the oscillator 54 or 54X, but the driving signal is applied to the piezoelectric element 10A or 10B only while the burst signal is being output. It is configured not to be applied. If reduced, the drive signal applied to the piezoelectric element 10A or 10B is, as shown in FIG. 11 (c), the AN of the frequency signal of (a) and the burst signal of (b).
The waveform becomes as if D was taken. Burst signal and oscillator 5
Since the frequency signal output from the oscillator 54 or 54X is not synchronized with the frequency signal output from the oscillator 54 or 54X, a driving signal having a waveform different from the frequency signal output from the oscillator 54 or 54X as shown in FIG. In this case, if a signal with a short cycle such as both ends shown in FIG.
The vibration of A or 10B may become slightly unstable.

【0062】これに対して、(d)に示すようにバース
ト信号と発振器54又は54Xから出力される周波数信
号とを同期させると、(e)に示すような発振器54又
は54Xから出力される周波数信号とは同じ波形の駆動
信号が圧電素子に印加される。その結果、圧電素子10
A又は10Bの振動をより安定化させることができる。
On the other hand, when the burst signal is synchronized with the frequency signal output from the oscillator 54 or 54X as shown in (d), the frequency output from the oscillator 54 or 54X as shown in (e) is obtained. A drive signal having the same waveform as the signal is applied to the piezoelectric element. As a result, the piezoelectric element 10
The vibration of A or 10B can be further stabilized.

【0063】バースト信号と発振器54又は54Xから
出力される周波数信号とを同期させるための回路構成を
図12及び図13に示す。
FIGS. 12 and 13 show a circuit configuration for synchronizing the burst signal with the frequency signal output from the oscillator 54 or 54X.

【0064】図12は、発振器(VCO)54からの出
力信号が正弦波信号である場合における回路構成であ
り、図7に示す駆動回路のうち駆動信号を生成する部分
に、ゼロクロスコンパレータ110及びDフリップフロ
ップ(D.FF)111を追加し、一部の構成要素を省
略して概略的に示したものである。この場合、発振器
(VCO)54の出力信号はゼロクロスコンパレータ1
10にも入力され、ゼロクロスコンパレータ110の出
力(発振器(VCO)54の出力信号の電圧が”0”に
なったタイミングを表す)はDフリップフロップ111
のクロック端子にタイミング信号として入力される。ま
た、電流値比較部58A又は58Bの出力はDフリップ
フロップ111のD端子に入力され、Dフリップフロッ
プ111のQ端子からの出力を用いてスイッチ素子55
A又は55Cを制御する。その結果、スイッチ素子55
A又は55Cのオン/オフのタイミングが発振器54か
らの出力信号の立ち上がり又は立ち下がりと同期する。
FIG. 12 shows a circuit configuration in the case where the output signal from the oscillator (VCO) 54 is a sine wave signal. In the drive circuit shown in FIG. This is schematically illustrated by adding a flip-flop (D.FF) 111 and omitting some components. In this case, the output signal of the oscillator (VCO) 54 is the zero-cross comparator 1
The output of the zero-cross comparator 110 (indicating the timing at which the voltage of the output signal of the oscillator (VCO) 54 becomes “0”) is input to the D flip-flop 111.
As a timing signal. The output of the current value comparison unit 58A or 58B is input to the D terminal of the D flip-flop 111, and the switch element 55 is output using the output from the Q terminal of the D flip-flop 111.
A or 55C is controlled. As a result, the switching element 55
The ON / OFF timing of A or 55C is synchronized with the rise or fall of the output signal from the oscillator 54.

【0065】図13は、発振器(VCO)54からの出
力信号が方形波信号である場合における回路構成であ
り、図8に示す駆動回路のうち駆動信号を生成する部分
に、Dフリップフロップ(D.FF)111を追加し、
一部の構成要素を省略して概略的に示したものである。
この場合、発振器(VCO)54Xの出力信号はDフリ
ップフロップ111のクロック端子にタイミング信号と
して直接入力される。また、電流値比較部58A又は5
8Bの出力はDフリップフロップ111のD端子に入力
され、Hブリッジ・ドライバ制御部90によりDフリッ
プフロップ111のQ端子からの出力と発振器(VC
O)54Xの出力信号のANDを取り、その信号を用い
てHブリッジ・ドライバ100A又は100Bを制御す
る。その結果、スイッチ素子101A〜101Dオン/
オフのタイミングが発振器54Xからの出力信号の立ち
上がり又は立ち下がりと同期する。
FIG. 13 shows a circuit configuration in the case where the output signal from the oscillator (VCO) 54 is a square wave signal. A D flip-flop (D .FF) 111,
It is schematically shown with some components omitted.
In this case, the output signal of the oscillator (VCO) 54X is directly input to the clock terminal of the D flip-flop 111 as a timing signal. Further, the current value comparison unit 58A or 5
The output of 8B is input to the D terminal of the D flip-flop 111, and the output from the Q terminal of the D flip-flop 111 and the oscillator (VC
O) AND the output signal of 54X and use that signal to control the H-bridge driver 100A or 100B. As a result, the switch elements 101A to 101D are turned on /
The OFF timing is synchronized with the rise or fall of the output signal from the oscillator 54X.

【0066】次に、上記本実施形態のアクチュエータを
用いて低速駆動する方法について簡単に説明する。前述
のように、圧電素子の振動は、その立ち上がり及び立ち
下がりに時間を要する。この特性を利用し、バースト変
調駆動時の圧電素子に流れる電流の目標値を、駆動信号
を連続して印加する場合の目標値よりも低い値に設定す
る。そうすると、モニタされる圧電素子の振動の振幅、
ひいては駆動祖その振動の振幅が小さい範囲でほぼ一定
に維持される。その結果、見かけ上、圧電素子に印加す
る駆動信号の電圧を下げた場合と同様の駆動速度が得ら
れる。なお、今場合、駆動信号の電圧は一定であるの
で、増幅器の増幅率を可変にする必要はなく、回路構成
を簡単にすることができる。逆に、増幅器の増幅率が可
変の場合、低速駆動の制御精度を高くすることができ
る。
Next, a brief description will be given of a method of low-speed driving using the actuator of the present embodiment. As described above, the vibration of the piezoelectric element requires time to rise and fall. By utilizing this characteristic, the target value of the current flowing through the piezoelectric element during the burst modulation drive is set to a value lower than the target value when the drive signal is continuously applied. Then, the amplitude of the vibration of the monitored piezoelectric element,
As a result, the amplitude of the vibration of the driving element is kept almost constant in a small range. As a result, apparently, the same driving speed as when the voltage of the driving signal applied to the piezoelectric element is reduced is obtained. In this case, since the voltage of the drive signal is constant, it is not necessary to change the amplification factor of the amplifier, and the circuit configuration can be simplified. Conversely, when the amplification factor of the amplifier is variable, the control accuracy of low-speed driving can be increased.

【0067】なお、上記実施形態の説明ではトラス型ア
クチュエータについて説明したが、これに限定されるも
のではなく、超音波振動を利用したその他のアクチュエ
ータに応用することができることは言うまでもない。ま
た、上記実施形態の説明では、2つの圧電素子の交差部
分にチップ部材を設け、このチップ部材を被駆動部材で
あるロータに接触させるように構成したが、これに限定
されるものではなく、圧電素子などの変位素子の交差部
分を直接被駆動部材に接触させるように構成してもよ
い。
Although the truss type actuator has been described in the above embodiment, the present invention is not limited to this, and it goes without saying that the present invention can be applied to other actuators utilizing ultrasonic vibration. Further, in the description of the above embodiment, the tip member is provided at the intersection of the two piezoelectric elements, and the tip member is configured to contact the rotor that is the driven member. However, the present invention is not limited to this. The crossing portion of a displacement element such as a piezoelectric element may be configured to directly contact the driven member.

【0068】さらに、上記実施形態では、いずれか一方
の圧電素子に駆動信号を印加して駆動側素子とし、他方
の圧電素子に駆動信号を印加せずに従動側素子とした
が、これに限定されるものではなく、各圧電素子に駆動
信号を同時に印加しつつ、駆動信号を印加する印加時間
と休止時間のタイミングを制御するバースト変調駆動を
行うように構成してもよい。さらに、圧電素子(変位素
子)の数は2つに限定されず、3つ以上であってもよ
い。その場合、少なくとも1つの圧電素子を従動させる
ように駆動してもよい。さらに、変位素子としては、図
2に示す積層型圧電素子には限定されず、磁歪素子や圧
電素子と弾性部材を組み合わせたものなどを用いること
ができる。
Further, in the above embodiment, a drive signal is applied to one of the piezoelectric elements to be a drive element, and a drive element is not applied to the other piezoelectric element to be a driven element. Instead, a burst modulation drive for controlling the timing of the application time for applying the drive signal and the pause time while simultaneously applying the drive signal to each piezoelectric element may be performed. Further, the number of piezoelectric elements (displacement elements) is not limited to two, and may be three or more. In that case, at least one piezoelectric element may be driven to be driven. Further, the displacement element is not limited to the stacked piezoelectric element shown in FIG. 2, but may be a magnetostrictive element or a combination of a piezoelectric element and an elastic member.

【0069】[0069]

【発明の効果】以上説明したように、本発明のアクチュ
エータによれば、複数の変位素子を各変位素子の変位が
合成されるように配置し、前記変位素子の変位合成部分
を被駆動部材に加圧接触させることにより被駆動部材を
駆動するアクチュエータであって、少なくとも1つの変
位素子の変位に関する情報を検出する変位検出部と、前
記変位検出部により検出された情報を少なくとも1つの
目標値と比較する比較部と、前記比較部による比較結果
を用いて前記変位素子に駆動信号を印加する印加時間及
び休止時間を制御する制御部とを具備する。
As described above, according to the actuator of the present invention, a plurality of displacement elements are arranged so that the displacements of the respective displacement elements are combined, and the displacement combined portion of the displacement elements is used as the driven member. An actuator that drives a driven member by bringing it into pressure contact, a displacement detection unit that detects information relating to displacement of at least one displacement element, and at least one target value that is information detected by the displacement detection unit. A comparison unit that performs comparison, and a control unit that controls an application time and a pause time for applying a drive signal to the displacement element using the comparison result by the comparison unit.

【0070】また、本発明のアクチュエータの駆動方法
によれば、複数の変位素子の変位を合成し、前記変位素
子の変位合成部分を被駆動部材に加圧接触させることに
より被駆動部材を駆動するアクチュエータの駆動方法で
あって、少なくとも1つの変位素子の変位に関する情報
を検出し、検出された情報を少なくとも1つの目標値と
比較し、比較結果を用いて前記変位素子に駆動信号を印
加する印加時間及び休止時間を制御する。
Further, according to the actuator driving method of the present invention, the driven members are driven by synthesizing the displacements of the plurality of displacement elements and bringing the displacement-combined portion of the displacement elements into pressure contact with the driven members. A method for driving an actuator, comprising: detecting information regarding displacement of at least one displacement element, comparing the detected information with at least one target value, and applying a drive signal to the displacement element using the comparison result. Control time and pause time.

【0071】すなわち、本発明は、変位素子に駆動信号
の印加を開始してもすぐには所定の変位量ならず、所定
の変位量に達するまでに一定の時間を要し、その間に変
位量が徐々に増大すると共に、駆動信号の印加を停止し
てもすぐには変位量は0にはならず、変位量が徐々に減
衰する性質を利用している。例えば、変位素子の変位量
が目標値を超えたときに駆動信号の印加を停止し、変位
量が目標値以下になった場合に駆動信号の印加を再開す
る用に駆動することにより、全動作時間に占める駆動信
号の印加時間の割合を小さくし、アクチュエータの消費
電力を低減し、電池寿命を伸ばすことができる。また、
目標値を低く設定することにより、アクチュエータを見
かけ上駆動信号の電圧よりも低い電圧で駆動した場合と
同様の駆動速度を得ることができる。さらに、電池は、
連続的に出力を取り出すよりも、間欠的に出力を取り出
す方が、電池容量を有効に利用することができることか
ら、駆動信号を間欠的に変位素子に供給することによ
り、電池容量を有効に利用することができる。
That is, according to the present invention, the application of the drive signal to the displacement element does not start immediately after the start of application of the drive signal, but requires a certain period of time to reach the predetermined displacement. Gradually increases, and the displacement amount does not become 0 immediately after the application of the drive signal is stopped, and the displacement amount gradually attenuates. For example, when the displacement amount of the displacement element exceeds the target value, the application of the drive signal is stopped, and when the displacement amount becomes equal to or less than the target value, the driving signal is restarted so that the drive signal application is restarted. The ratio of the drive signal application time to the time can be reduced, the power consumption of the actuator can be reduced, and the battery life can be extended. Also,
By setting the target value low, it is possible to obtain the same drive speed as when the actuator is apparently driven at a voltage lower than the voltage of the drive signal. In addition, batteries
It is more efficient to use the battery capacity effectively by taking out the output intermittently than by taking out the output continuously.Therefore, the drive capacity is used effectively by intermittently supplying the drive signal to the displacement element. can do.

【0072】また、前記目標値を1つとし、前記情報が
前記目標値よりも高くなったときに駆動信号の印加を休
止させ、前記情報が前記目標値以下になったときに駆動
信号の印加を開始するように制御することにより、変位
素子の変位量、換言すればアクチュエータの駆動速度又
は出力をほぼ一定にすることができる。
Further, the target value is set to one, and when the information becomes higher than the target value, the application of the driving signal is stopped, and when the information becomes lower than the target value, the application of the driving signal is stopped. , The displacement amount of the displacement element, in other words, the driving speed or output of the actuator can be made substantially constant.

【0073】または、前記目標値を第1目標値及び第1
目標値よりも低い第2目標値とし、前記情報が前記第1
目標値よりも高くなったときに駆動信号の印加を休止さ
せ、前記情報が前記第2目標値以下になったときに駆動
信号の印加を開始するように制御することにより、変位
素子の変位量の誤差が許容できる範囲内でほぼ一定にで
きると共に、駆動信号の印加時間をさらに短くすること
ができる。
Alternatively, the target value is set to a first target value and a first target value.
A second target value lower than the target value, wherein the information is the first target value;
By controlling so that the application of the drive signal is stopped when the value becomes higher than the target value and the application of the drive signal is started when the information becomes equal to or less than the second target value, the displacement amount of the displacement element is controlled. Can be made substantially constant within an allowable range, and the drive signal application time can be further shortened.

【0074】または、前記目標値を少なくとも第1変位
素子及び第2変位素子の2つの変位素子についてそれぞ
れ少なくとも1つ設定し、前記変位検出部は目標値が設
定された第1変位素子及び第2変位素子についてそれぞ
れ変位に関する情報を検出し、前記比較部は第1変位素
子及び第2変位素子についてそれら変位素子の情報と目
標値とを比較し、前記制御部は前記第1変位素子に関す
る情報が目標値よりも高くなったときに駆動信号の印加
を休止させ、前記第2変位素子に関する情報が目標値以
下になったときに駆動信号に印加を開始するように制御
することにより、2つの変位素子の変位特性にばらつき
がある場合などであっても、アクチュエータの駆動速度
などの駆動特性を安定化させることができる。
Alternatively, at least one of the target values is set for each of at least two displacement elements of a first displacement element and a second displacement element, and the displacement detecting section sets the first displacement element and the second displacement element having the set target values. Each of the displacement elements detects information relating to displacement, and the comparing section compares the information of the first displacement element and the information of the second displacement element with a target value. By controlling the application of the drive signal to stop when the value becomes higher than the target value and to start applying the drive signal when the information on the second displacement element becomes equal to or less than the target value, the two displacements are controlled. Even when the displacement characteristics of the elements vary, the driving characteristics such as the driving speed of the actuator can be stabilized.

【0075】さらに、前記複数の変位素子のうち、少な
くとも1つの変位素子を他の変位素子の振動により励振
させることにより、アクチュエータの駆動回路及び制御
を簡単にすることができる。
Further, by driving at least one of the plurality of displacement elements by the vibration of another displacement element, the drive circuit and control of the actuator can be simplified.

【0076】さらに、前記変位素子の変位に関する情報
を、前記変位素子の振幅に関する情報とすることによ
り、変位素子の変位に関する情報を検出しやすく、かつ
検出精度を向上させることができる。
Further, by using the information relating to the displacement of the displacement element as the information relating to the amplitude of the displacement element, the information relating to the displacement of the displacement element can be easily detected and the detection accuracy can be improved.

【0077】特に、前記変位素子を圧電素子とし、前記
変位素子の振幅に関する情報として、前記変位素子に流
れる電流値を検出することにより、圧電素子の性質を利
用してその両端の電圧をモニタすることにより、極めて
容易に変位素子の変位に関する情報を得ることができ
る。
In particular, the displacement element is a piezoelectric element, and by detecting the value of the current flowing through the displacement element as information on the amplitude of the displacement element, the voltage at both ends of the displacement element is monitored by utilizing the properties of the piezoelectric element. Thus, information on the displacement of the displacement element can be obtained very easily.

【0078】さらに、前記変位素子に駆動信号を印加す
る印加時間及び休止時間を、前記駆動信号の周期と同期
させることにより、駆動信号の立ち上がり及び立ち下が
りにおいて駆動信号の周期の異なる周期の信号が印加さ
れることが無くなり、アクチュエータの動作をさらに安
定させることができる。
Further, by synchronizing the application time and the pause time for applying the drive signal to the displacement element with the cycle of the drive signal, a signal having a cycle different from that of the drive signal at the rise and fall of the drive signal can be obtained. Since no voltage is applied, the operation of the actuator can be further stabilized.

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

【図1】 本発明のアクチュエータの一実施形態である
トラス型アクチュエータの構成を示す図である。
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a truss-type actuator which is an embodiment of the actuator of the present invention.

【図2】 上記実施形態において用いられる圧電素子の
詳細な構成を示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing a detailed configuration of a piezoelectric element used in the embodiment.

【図3】 上記実施形態において一方の圧電素子(駆動
側素子)を駆動し、他方の圧電素子(従動側素子)を振
動させた場合における各圧電素子に流れる電流値の変化
を示す図であり、駆動側素子に駆動信号を印加し始めた
直後(起動時)の電流波形を示す。
FIG. 3 is a diagram showing a change in a current value flowing through each piezoelectric element when one piezoelectric element (drive-side element) is driven and the other piezoelectric element (driven-side element) is vibrated in the embodiment. 5 shows a current waveform immediately after the start of applying a drive signal to the drive-side element (at the time of startup).

【図4】 図3と同様にして駆動し、駆動側素子への駆
動信号の印加を停止した直後(停止時)の電流波形を示
す図である。
FIG. 4 is a diagram illustrating a current waveform immediately after stopping the application of the drive signal to the drive-side element (when stopped) in the same manner as in FIG. 3;

【図5】 上記実施形態のアクチュエータにおけるバー
スト変調駆動の一例を説明するための図である。
FIG. 5 is a diagram for explaining an example of burst modulation driving in the actuator of the embodiment.

【図6】 上記実施形態のアクチュエータにおけるバー
スト変調駆動の他の一例を説明するための図である。
FIG. 6 is a diagram for explaining another example of burst modulation driving in the actuator of the embodiment.

【図7】 上記実施形態における駆動回路のブロック構
成の一例を示す図である。
FIG. 7 is a diagram illustrating an example of a block configuration of a drive circuit according to the embodiment.

【図8】 上記実施形態における駆動回路のブロック構
成の他の一例を示す図である。
FIG. 8 is a diagram showing another example of the block configuration of the drive circuit in the embodiment.

【図9】 図8中のHブリッジ・ドライバ制御部の詳細
な構成を示す図である。
FIG. 9 is a diagram illustrating a detailed configuration of an H-bridge driver control unit in FIG. 8;

【図10】 図8中のHブリッジ・ドライバの詳細な構
成を示す図である。
FIG. 10 is a diagram showing a detailed configuration of an H-bridge driver in FIG. 8;

【図11】 バースト信号と発振器から出力される周波
数信号とを同期させた場合及び非同期の場合における各
信号波形を示すタイミングチャートである。
FIG. 11 is a timing chart showing signal waveforms when a burst signal and a frequency signal output from an oscillator are synchronized and when the signal is asynchronous.

【図12】 発振器からの出力信号が正弦波信号である
場合におけるバースト信号と発振器から出力される周波
数信号とを同期させるための回路構成を示す図である。
FIG. 12 is a diagram showing a circuit configuration for synchronizing a burst signal and a frequency signal output from the oscillator when the output signal from the oscillator is a sine wave signal.

【図13】 発振器からの出力信号が方形波信号である
場合におけるバースト信号と発振器から出力される周波
数信号とを同期させるための回路構成を示す図である。
FIG. 13 is a diagram showing a circuit configuration for synchronizing a burst signal and a frequency signal output from the oscillator when the output signal from the oscillator is a square wave signal.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10A:第1圧電素子 10B:第2圧電素子 20 :チップ部材 30 :ベース部材 40 :ロータ 51A:抵抗 51B:抵抗 52A:第1電流検出部 52B:第2電流検出部 53 :位相差検出部 54 :発振器 54X:発振器 55A:第1スイッチ素子 55B:第2スイッチ素子 55C:第3スイッチ素子 55D:第4スイッチ素子 56A:第1増幅器 56B:第2増幅器 57A:第1ピーク検出部 57B:第2ピーク検出部 58A:第1電流値比較部 58B:第2電流値比較部 60 :演算処理部 61 :A/D変換部 62 :位相差比較部 63 :D/A変換部 64 :入出力制御部 70 :モニタ素子切換部 80 :駆動素子切換部 90 :ブリッジ・ドライバ制御部 100A:第1ブリッジ・ドライバ 100B:第2ブリッジ・ドライバ 110 :ゼロクロスコンパレータ 111 :Dフリップフロップ 10A: first piezoelectric element 10B: second piezoelectric element 20: chip member 30: base member 40: rotor 51A: resistor 51B: resistor 52A: first current detector 52B: second current detector 53: phase difference detector 54 : Oscillator 54X: Oscillator 55A: First switch element 55B: Second switch element 55C: Third switch element 55D: Fourth switch element 56A: First amplifier 56B: Second amplifier 57A: First peak detector 57B: Second Peak detector 58A: first current value comparator 58B: second current value comparator 60: arithmetic processing unit 61: A / D converter 62: phase difference comparator 63: D / A converter 64: input / output controller 70: monitor element switching section 80: drive element switching section 90: bridge driver control section 100A: first bridge driver 100B: second bridge Driver 110: Zero cross comparator 111: D flip-flop

Claims (16)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 複数の変位素子を各変位素子の変位が合
成されるように配置し、前記変位素子の変位合成部分を
被駆動部材に加圧接触させることにより被駆動部材を駆
動するアクチュエータであって、 少なくとも1つの変位素子の変位に関する情報を検出す
る変位検出部と、前記変位検出部により検出された情報
を少なくとも1つの目標値と比較する比較部と、前記比
較部による比較結果を用いて前記変位素子に駆動信号を
印加する印加時間及び休止時間を制御する制御部とを具
備することを特徴とするアクチュエータ。
An actuator that drives a driven member by arranging a plurality of displacement elements so that the displacements of the respective displacement elements are combined, and bringing a displacement combining portion of the displacement element into pressure contact with the driven member. A displacement detection unit that detects information relating to displacement of at least one displacement element, a comparison unit that compares information detected by the displacement detection unit with at least one target value, and a comparison result by the comparison unit. A control unit for controlling an application time and a pause time for applying a drive signal to the displacement element.
【請求項2】 前記目標値は1つであり、前記情報が前
記目標値よりも高くなったときに駆動信号の印加を休止
させ、前記情報が前記目標値以下になったときに駆動信
号の印加を開始することを特徴とする請求項1記載のア
クチュエータ。
2. The method according to claim 1, wherein the target value is one, and when the information becomes higher than the target value, the application of the drive signal is stopped, and when the information becomes lower than the target value, the drive signal is deactivated. The actuator according to claim 1, wherein the application is started.
【請求項3】 前記目標値は第1目標値及び第1目標値
よりも低い第2目標値であり、前記情報が前記第1目標
値よりも高くなったときに駆動信号の印加を休止させ、
前記情報が前記第2目標値以下になったときに駆動信号
の印加を開始することを特徴とする請求項1記載のアク
チュエータ。
3. The target value is a first target value and a second target value lower than the first target value. When the information becomes higher than the first target value, the application of the drive signal is stopped. ,
2. The actuator according to claim 1, wherein the application of the drive signal is started when the information becomes equal to or less than the second target value.
【請求項4】 前記目標値は少なくとも第1変位素子及
び第2変位素子の2つの変位素子についてそれぞれ少な
くとも1つ設定され、前記変位検出部は目標値が設定さ
れた第1変位素子及び第2変位素子についてそれぞれ変
位に関する情報を検出し、前記比較部は第1変位素子及
び第2変位素子についてそれら変位素子の情報と目標値
とを比較し、前記制御部は前記第1変位素子に関する情
報が目標値よりも高くなったときに駆動信号の印加を休
止させ、前記第2変位素子に関する情報が目標値以下に
なったときに駆動信号に印加を開始することを特徴とす
る請求項1記載のアクチュエータ。
4. The at least one target value is set for each of at least two displacement elements of a first displacement element and a second displacement element, and the displacement detection unit sets the first displacement element and the second displacement element each having a target value set. Each of the displacement elements detects information relating to displacement, and the comparing section compares the information of the first displacement element and the information of the second displacement element with a target value. 2. The method according to claim 1, wherein the application of the drive signal is stopped when the value becomes higher than the target value, and the application of the drive signal is started when the information on the second displacement element becomes equal to or less than the target value. Actuator.
【請求項5】 前記複数の変位素子のうち、少なくとも
1つの変位素子を他の変位素子の振動により励振させる
ことを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載のア
クチュエータ。
5. The actuator according to claim 1, wherein at least one of the plurality of displacement elements is excited by vibration of another displacement element.
【請求項6】 前記変位素子の変位に関する情報は、前
記変位素子の振幅に関する情報であることを特徴とする
請求項1から5のいずれかに記載のアクチュエータ。
6. The actuator according to claim 1, wherein the information on the displacement of the displacement element is information on an amplitude of the displacement element.
【請求項7】 前記変位素子は圧電素子であり、前記変
位素子の振幅に関する情報として、前記変位素子に流れ
る電流値を検出することを特徴とする請求項6記載のア
クチュエータ。
7. The actuator according to claim 6, wherein the displacement element is a piezoelectric element, and detects a value of a current flowing through the displacement element as information on an amplitude of the displacement element.
【請求項8】 前記変位素子に駆動信号を印加する印加
時間及び休止時間は、前記駆動信号の周期と同期してい
ることを特徴とする請求項1から7のいずれかに記載の
アクチュエータ。
8. The actuator according to claim 1, wherein an application time for applying a drive signal to the displacement element and a pause time are synchronized with a cycle of the drive signal.
【請求項9】 複数の変位素子の変位を合成し、前記変
位素子の変位合成部分を被駆動部材に加圧接触させるこ
とにより被駆動部材を駆動するアクチュエータの駆動方
法であって、 少なくとも1つの変位素子の変位に関する情報を検出
し、検出された情報を少なくとも1つの目標値と比較
し、比較結果を用いて前記変位素子に駆動信号を印加す
る印加時間及び休止時間を制御することを特徴とするア
クチュエータの駆動方法。
9. A method of driving an actuator for driving a driven member by synthesizing displacements of a plurality of displacement elements and bringing a displacement synthesis portion of the displacement element into pressure contact with the driven member, comprising: Detecting information on displacement of the displacement element, comparing the detected information with at least one target value, and controlling an application time and a pause time for applying a drive signal to the displacement element using the comparison result. Method of driving the actuator.
【請求項10】 前記目標値を1つとし、前記情報が前
記目標値よりも高くなったときに駆動信号の印加を休止
させ、前記情報が前記目標値以下になったときに駆動信
号の印加を開始することを特徴とする請求項9記載のア
クチュエータの駆動方法。
10. The method according to claim 1, wherein the target value is set to one, and when the information becomes higher than the target value, the application of the drive signal is stopped, and when the information becomes lower than the target value, the drive signal is applied. 10. The method of driving an actuator according to claim 9, wherein:
【請求項11】 前記目標値を第1目標値及び第1目標
値よりも低い第2目標値とし、前記情報が前記第1目標
値よりも高くなったときに駆動信号の印加を休止させ、
前記情報が前記第2目標値以下になったときに駆動信号
の印加を開始することを特徴とする請求項9記載のアク
チュエータの駆動方法。
11. The target value is a first target value and a second target value lower than the first target value, and when the information becomes higher than the first target value, the application of the drive signal is stopped.
The method according to claim 9, wherein the application of the drive signal is started when the information becomes equal to or less than the second target value.
【請求項12】 前記目標値は少なくとも第1変位素子
及び第2変位素子の2つの変位素子についてそれぞれ少
なくとも1つ設定し、目標値が設定された第1変位素子
及び第2変位素子についてそれぞれ変位に関する情報を
検出し、第1変位素子及び第2変位素子についてそれら
変位素子の情報と目標値とを比較し、前記第1変位素子
に関する情報が目標値よりも高くなったときに駆動信号
の印加を休止させ、前記第2変位素子に関する情報が目
標値以下になったときに駆動信号に印加を開始すること
を特徴とする請求項9記載のアクチュエータの駆動方
法。
12. The at least one target value is set for each of at least two displacement elements of a first displacement element and a second displacement element, and each of the first and second displacement elements for which a target value is set is displaced. Detecting information on the first displacement element and the second displacement element, comparing the information on the displacement elements with a target value, and applying the drive signal when the information on the first displacement element becomes higher than the target value. 10. The method of driving an actuator according to claim 9, wherein the operation of the actuator is stopped, and the application of the drive signal is started when the information on the second displacement element becomes equal to or less than a target value.
【請求項13】 前記複数の変位素子のうち、少なくと
も1つの変位素子に駆動信号を印加して振動させ、他の
少なくとも1つの変位素子を前記変位素子の振動により
励振させることを特徴とする請求項9から12のいずれ
かに記載のアクチュエータの駆動方法。
13. A method according to claim 1, wherein a driving signal is applied to at least one of the plurality of displacement elements to cause the displacement element to vibrate, and the other at least one displacement element is excited by the vibration of the displacement element. Item 13. The method for driving an actuator according to any one of Items 9 to 12.
【請求項14】 前記変位素子の変位に関する情報とし
て、前記変位素子の振幅に関する情報を検出することを
特徴とする請求項9から13のいずれかに記載のアクチ
ュエータの駆動方法。
14. The actuator driving method according to claim 9, wherein information relating to the amplitude of the displacement element is detected as the information relating to the displacement of the displacement element.
【請求項15】 前記変位素子として圧電素子を用い、
前記変位素子の振幅に関する情報として、前記変位素子
に流れる電流値を検出することを特徴とする請求項14
記載のアクチュエータの駆動方法。
15. A piezoelectric element is used as the displacement element,
15. A value of a current flowing through the displacement element is detected as the information on the amplitude of the displacement element.
A driving method of the above-described actuator.
【請求項16】 前記変位素子に駆動信号を印加する印
加時間及び休止時間を、前記駆動信号の周期と同期させ
ることを特徴とする請求項9から15のいずれかに記載
のアクチュエータの駆動方法。
16. The actuator driving method according to claim 9, wherein an application time and a pause time for applying a drive signal to the displacement element are synchronized with a cycle of the drive signal.
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