JP2006109679A - Ultrasonic actuator device and method of driving ultrasonic actuator - Google Patents

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晃 松枝
Takashi Okamura
崇 岡村
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an ultrasonic actuator driving unit which is possible of precise drive control capable of getting an accurate stop position by reducing the burden to a drive mechanism within an actuator, in simple constitution, and a method of driving the actuator. <P>SOLUTION: This ultrasonic actuator driving unit 1 is equipped with a controller 2, a driver 3, first and second vibration information detectors 4 and 6, and an ultrasonic actuator 5 which has an ultrasonic oscillator 5A and a driven body 5B. The above controller 2 controls the driving force to the above driven body 5B to change gradually by switching the oscillation state ( for example, the three oscillation modes of a bending oscillation mode, a elliptic oscillation mode, and a no-feed mode) of the above ultrasonic oscillator 5A, when starting or stopping the above driven body 5B. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、超音波アクチュエータ駆動装置及び超音波アクチュエータ駆動方法に関し、特に超音波アクチュエータの超音波振動子に印加する交流電圧の駆動信号を制御することで超音波アクチュエータの停止等の駆動制御を駆動機構に負荷を与えることなく精度良く行うことができる超音波アクチュエータ駆動装置及び超音波アクチュエータ駆動方法に関する。   The present invention relates to an ultrasonic actuator driving apparatus and an ultrasonic actuator driving method, and in particular, drives driving control such as stopping of an ultrasonic actuator by controlling an AC voltage drive signal applied to an ultrasonic transducer of the ultrasonic actuator. The present invention relates to an ultrasonic actuator driving apparatus and an ultrasonic actuator driving method that can be performed accurately without applying a load to a mechanism.

従来より、電磁型モータよりも多くの利点を有する超音波アクチュエータに関する提案が数多くなされている。
例えば、特開平7−163162号公報による提案では、縦及び屈曲の2振動モードにより駆動点に超音波楕円振動を発生させる超音波アクチュエータに関し、この超音波アクチュエータを駆動するのに必要な基本的技術が開示されている。
Conventionally, many proposals have been made regarding ultrasonic actuators having many advantages over electromagnetic motors.
For example, the proposal disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 7-163162 relates to an ultrasonic actuator that generates an ultrasonic elliptical vibration at a driving point by two vibration modes of vertical and bending, and a basic technique necessary for driving the ultrasonic actuator. Is disclosed.

この提案による技術では、前記超音波アクチュエータ(前記公報明細書中では超音波リニアモータと記載)を駆動するにあたり、図9(a)又は図9(b)に示すようなA相とB相に位相が90°異なる駆動信号を前記超音波アクチュエータを構成する超音波振動子57A(図10参照)に印加することにより、図10(a)に示すような縦振動と、図10(b)に示すような屈曲振動との2振動モードを同時に励起される。なお、図9(a)乃至図9(d)においては駆動信号を矩形波信号で示されているが、正弦波であっても良い。   In the technique based on this proposal, when driving the ultrasonic actuator (described as the ultrasonic linear motor in the specification of the publication), the A phase and the B phase as shown in FIG. 9A or 9B are used. By applying drive signals having a phase difference of 90 ° to the ultrasonic transducer 57A (see FIG. 10) constituting the ultrasonic actuator, longitudinal vibration as shown in FIG. 10 (a) and FIG. 10 (b). Two vibration modes with bending vibration as shown are excited simultaneously. 9A to 9D, the drive signal is shown as a rectangular wave signal, but it may be a sine wave.

その結果、前記超音波振動子57Aに設けられた摩擦接触部57C(図10参照)には、図10(c)に示すような楕円振動が発生し、この楕円振動により被駆動部57Bが駆動することになる。この場合、B相の位相が+90°あるいは―90°とすることにより、楕円振動の回転方向が反対向きになる、即ち、駆動の方向を制御することができる。なお、図9(c)は縦振動時における、A相とB相の位相が同相である駆動信号を示し、図9(d)は屈曲振動時における、A相とB相の位相が逆相である駆動信号を示している。   As a result, elliptical vibration as shown in FIG. 10C is generated in the frictional contact portion 57C (see FIG. 10) provided in the ultrasonic transducer 57A, and the driven portion 57B is driven by this elliptical vibration. Will do. In this case, by setting the phase of the B phase to + 90 ° or −90 °, the rotational direction of the elliptical vibration is opposite, that is, the drive direction can be controlled. FIG. 9 (c) shows a drive signal in which the phases of the A phase and the B phase are the same during longitudinal vibration, and FIG. 9 (d) shows the phases of the A phase and the B phase are reversed during bending vibration. The drive signal which is is shown.

このような超音波アクチュエータの駆動制御を実現する従来の駆動回路は、図示はしないが例えば超音波振動子及び被駆動体で構成される超音波アクチュエータの駆動を制御する制御部と、駆動信号の源信号を発生するとともに前記制御部の制御によりこの駆動信号の周波数を決定する第1発振部と、前記制御部の制御により前記第1発振部と同じ周波数で+90°又は−90°の位相で制御可能に発振する第2発振部と、前記2つの第1、第2発振部の出力信号を電力増幅して前記超音波アクチュエータに印加する2つの第1、第2駆動回路からなる駆動部とを有して構成することにより、前記超音波アクチュエータの駆動制御を行うようにしている。
特開平7−163162号公報
Although not shown, a conventional drive circuit that realizes such drive control of an ultrasonic actuator includes, for example, a control unit that controls the drive of an ultrasonic actuator composed of an ultrasonic transducer and a driven body, and a drive signal. A first oscillating unit that generates a source signal and determines the frequency of the drive signal by the control of the control unit; and a phase of + 90 ° or −90 ° at the same frequency as the first oscillating unit by the control of the control unit. A second oscillating section that oscillates in a controllable manner, and a driving section that includes two first and second driving circuits that amplify the output signals of the two first and second oscillating sections and apply them to the ultrasonic actuator. In this way, drive control of the ultrasonic actuator is performed.
JP 7-163162 A

前記従来の超音波アクチュエータ駆動回路では、前記超音波振動子の起動及び停止制御は、前記制御部により2相(A相、B相)の駆動信号を単純に前記超音波振動子に対して印加、あるいは遮断するようにして行われているものである。しかしながらこのような制御方法では、慣性質量のある被駆動体57Bに対し超音波アクチューエータ57の駆動力の変化が急峻であるため、特に停止動作の場合には、停止位置が不正確になってしまったり、超音波アクチュエータ57及び被駆動部57Bの駆動機構に係る負担が大きくなってしまう等の不都合があった。   In the conventional ultrasonic actuator driving circuit, the control and start control of the ultrasonic vibrator is simply applied to the ultrasonic vibrator by a two-phase (A phase, B phase) driving signal by the control unit. Or, it is done so as to cut off. However, in such a control method, the change in the driving force of the ultrasonic actuator 57 is steep with respect to the driven body 57B having an inertial mass, so that the stop position becomes inaccurate particularly in the stop operation. There is a disadvantage that the load on the driving mechanism of the ultrasonic actuator 57 and the driven portion 57B becomes large.

図を用いて説明すると、図11(a)には前記従来の超音波アクチュエータ駆動回路による制御例が示され、図11(b)にはその制御に基づき駆動される被駆動体の動作状態が示されている。
図11(a)及び図11(b)に示すように、最初、時間t0 〜t1 において超音波アクチュエータ57及び被駆動体57Bは停止状態にある。そして、起動時(駆動開始時)の時間t1 に制御部は、第1発振部と第2発振部に制御信号を出力し、A相信号とそれと+90°又は−90°の位相差を持つB相信号を電力増幅部を介して超音波振動子57Aに印加する。これにより、前記超音波振動子57Aには楕円振動が発生する。すると、超音波アクチュエータ57内の被駆動体57Bは、図11(a)に示すように、徐々に速度を上げ、一定の速度になる。
そして、制御部は、前記被駆動体57Bが所定の位置(例えば図11(b)中に示す目標位置Lo 手前の所定位置Ly )まで来ると、時間tx において給電を停止するように制御する。しかしその後、前記被駆動体57Bは、慣性により給電中断前の速度、慣性質量、摩擦に応じた距離(慣性移動想定距離Lz )を移動することになる。つまり、従来の制御方法では、それを見越して目標位置Lo の手前で給電を中止するように制御するが、前記超音波アクチュエータ57は急に電源OFFされるため、逆に負荷から駆動されることになり、駆動系のメカ部材に負担がかかる。即ち、超音波アクチュエータ57は、超音波駆動子57Aに生じた楕円振動で前記被駆動体57Bを駆動するが、給電を時間tx にて停止すると前記被駆動体57Bは、超音波振動子57Aを引きずることになり、大きな摩擦力が生じる。通常、前記超音波駆動子57Aは超音波アクチュエータ57に接着する構造を採用しているため、接着部への負担が大きい。同時に超音波駆動子57Aと被駆動体57Bの接触部分(摩擦接触部57C)の摩耗も進んでしまう。
FIG. 11A shows an example of control by the conventional ultrasonic actuator driving circuit, and FIG. 11B shows the operating state of the driven body driven based on the control. It is shown.
As shown in FIGS. 11A and 11B, at first, the ultrasonic actuator 57 and the driven body 57B are in a stopped state from time t0 to time t1. Then, at time t1 at the time of starting (at the start of driving), the control unit outputs a control signal to the first oscillation unit and the second oscillation unit, and B phase having a phase difference of + 90 ° or −90 ° with the A phase signal. The phase signal is applied to the ultrasonic transducer 57A via the power amplifier. Thereby, elliptical vibration is generated in the ultrasonic transducer 57A. Then, the driven body 57B in the ultrasonic actuator 57 gradually increases in speed and becomes a constant speed as shown in FIG.
Then, when the driven body 57B reaches a predetermined position (for example, a predetermined position Ly before the target position Lo shown in FIG. 11B), the control unit controls to stop power supply at time tx. However, after that, the driven body 57B moves a distance (assumed inertial movement distance Lz) according to the speed, inertial mass, and friction before power supply interruption due to inertia. In other words, in the conventional control method, the power supply is controlled to stop before the target position Lo in anticipation of this, but the ultrasonic actuator 57 is suddenly turned off, so that it is driven from the load. Thus, a load is applied to the mechanical members of the drive system. That is, the ultrasonic actuator 57 drives the driven body 57B with elliptical vibration generated in the ultrasonic driver 57A, but when the feeding is stopped at time tx, the driven body 57B causes the ultrasonic transducer 57A to move. Dragging, and a large frictional force is generated. Usually, since the ultrasonic driver 57A employs a structure that adheres to the ultrasonic actuator 57, the burden on the bonded portion is large. At the same time, wear of the contact portion (friction contact portion 57C) between the ultrasonic driver 57A and the driven body 57B also proceeds.

上述したように、慣性で移動する距離(慣性移動想定距離Lx )は、摩擦力のバラツキで変わる。超音波アクチュエータ57は、被駆動体57Bの移動距離により速度も変化する場合が多く、結果的に慣性で移動する距離のバラツキは大きくなる。したがって、被駆動体57Bの正確な停止位置が実現しにくくなる。
従来技術は、停止位置に関しては、通常、別途リニアスケール等の位置検出手段を設けて、微少送り/戻しにより目標の位置に引き込む方法を採用している。しかしながら、このような従来技術では、超音波アクチュエータ単体での停止精度が悪いと、目標位置に収束する時に送り/引き戻し制御が多く発生し、結果的にその停止制御に係る時間が増大してしまうといった不都合もあった。
As described above, the distance moved by inertia (the inertial movement assumed distance Lx) varies depending on the variation in frictional force. The ultrasonic actuator 57 often changes its speed depending on the moving distance of the driven body 57B, and as a result, the variation in the moving distance due to inertia increases. Therefore, it is difficult to realize an accurate stop position of the driven body 57B.
In the prior art, with respect to the stop position, usually, a separate position detection means such as a linear scale is provided, and a method of pulling to the target position by fine feed / return is adopted. However, in such a conventional technique, if the stop accuracy of the ultrasonic actuator alone is poor, a lot of feed / return control occurs when it converges to the target position, resulting in an increase in time for the stop control. There were also inconveniences.

そこで、本発明は前記問題点に鑑みてなされたもので、簡単な構成で超音波アクチュエータ内の駆動機構への負担を減らし、正確な停止位置を得ることができる精度の良い駆動制御が可能な超音波アクチュエータ駆動装置及びアクチュエータ駆動方法を提供することを目的とする。   Accordingly, the present invention has been made in view of the above problems, and it is possible to perform accurate drive control that can reduce the burden on the drive mechanism in the ultrasonic actuator and obtain an accurate stop position with a simple configuration. An object is to provide an ultrasonic actuator driving apparatus and an actuator driving method.

請求項1の発明の超音波アクチュエータ駆動装置は、圧電層と内部電極層とを交互に積層してなる超音波振動子及び前記超音波振動子の少なくとも一部に接触し相対的に移動する被駆動体を備えた超音波アクチュエータと、交流信号を生成する発振部と、前記交流信号に基づいて2相の駆動信号を生成する移相部と、前記2相の駆動信号を増幅し、前記超音波振動子に印加することで、前記超音波振動子に縦振動及び/又は屈曲振動を発生させる駆動部と、前記発振部、移相部及び駆動部を制御する制御部と、を有する超音波アクチュエータ駆動装置において、前記制御部は、前記被駆動体を起動又は停止するにあたり、前記超音波振動子の振動状態を切り替えることによって、前記被駆動体に対する駆動力を徐々に変化させることを特徴とするものである。   An ultrasonic actuator driving apparatus according to a first aspect of the present invention includes an ultrasonic transducer in which piezoelectric layers and internal electrode layers are alternately stacked, and an object to be moved relatively in contact with at least a part of the ultrasonic transducer. An ultrasonic actuator provided with a driving body; an oscillating unit that generates an AC signal; a phase shift unit that generates a two-phase driving signal based on the AC signal; and amplifying the two-phase driving signal; An ultrasonic wave having a drive unit that generates longitudinal vibration and / or flexural vibration in the ultrasonic transducer by applying the ultrasonic transducer, and a control unit that controls the oscillation unit, the phase shift unit, and the drive unit. In the actuator driving device, the control unit gradually changes a driving force for the driven body by switching a vibration state of the ultrasonic transducer when starting or stopping the driven body. Is shall.

請求項2の発明の超音波アクチュエータ駆動装置は、請求項1に記載の超音波アクチュエータ駆動装置において、前記制御部は、前記被駆動体を起動するにあたり、前記超音波振動子に屈曲振動のみを発生した後に、縦振動及び屈曲振動を発生させるように前記2相の駆動信号の位相差を制御することを特徴とするものである。   An ultrasonic actuator driving apparatus according to a second aspect of the present invention is the ultrasonic actuator driving apparatus according to the first aspect, wherein the control unit applies only flexural vibration to the ultrasonic vibrator when activating the driven body. After the generation, the phase difference between the two-phase drive signals is controlled so as to generate the longitudinal vibration and the bending vibration.

請求項3の発明の超音波アクチュエータ駆動装置は、請求項1に記載の超音波アクチュエータ駆動装置において、前記制御部は、駆動中の前記被駆動体を減速、停止するにあたり、前記超音波振動子への前記駆動信号の印加を停止する期間と屈曲振動を発生させる期間を複数組み合わせて用いることにより、前記被駆動体に対する駆動力を徐々に変化させることを特徴とするものである。   An ultrasonic actuator driving apparatus according to a third aspect of the present invention is the ultrasonic actuator driving apparatus according to the first aspect, wherein the control unit decelerates and stops the driven body that is being driven. The driving force applied to the driven body is gradually changed by using a combination of a period during which the application of the driving signal is stopped and a period during which bending vibration is generated.

請求項4の発明の超音波アクチュエータ駆動装置は、請求項1に記載の超音波アクチュエータ駆動装置において、前記制御部は、駆動中の前記被駆動体を減速、停止するにあたり、前記超音波振動子に屈曲振動のみを所定期間発生させた後、前記駆動信号の印加を停止することを特徴とするものである。   According to a fourth aspect of the present invention, there is provided the ultrasonic actuator driving apparatus according to the first aspect, wherein the control unit decelerates and stops the driven body that is being driven. Then, after only bending vibration is generated for a predetermined period, application of the drive signal is stopped.

請求項5の発明の超音波アクチュエータ駆動装置は、請求項1に記載の超音波アクチュエータ駆動装置において、前記制御部は、駆動中の前記被駆動体を減速、停止するにあたり、前記超音波振動子への前記駆動信号の印加を所定期間停止した後、屈曲振動を発生させることを特徴とするものである。   An ultrasonic actuator driving apparatus according to a fifth aspect of the present invention is the ultrasonic actuator driving apparatus according to the first aspect, wherein the control unit decelerates and stops the driven body that is being driven. Bending vibration is generated after the application of the drive signal to is stopped for a predetermined period.

請求項6の発明の超音波アクチュエータ駆動装置は、請求項3乃至請求項5のいずれか1つに記載の超音波アクチュエータ駆動装置において、前記制御部は、前記超音波振動子に屈曲振動を発生するにあたり、前記超音波振動子に印加する駆動信号の振幅を徐々に変化させることを特徴とするものである。   An ultrasonic actuator driving apparatus according to a sixth aspect of the present invention is the ultrasonic actuator driving apparatus according to any one of the third to fifth aspects, wherein the control section generates a bending vibration in the ultrasonic transducer. In doing so, the amplitude of the drive signal applied to the ultrasonic transducer is gradually changed.

請求項7の発明の超音波アクチュエータ駆動装置は、請求項3乃至請求項5のいずれか1つに記載の超音波アクチュエータ駆動装置において、前記制御部は、前記超音波振動子に屈曲振動を発生するにあたり、前記超音波振動子に印加する駆動信号の周波数を徐々に変化させることを特徴とするものである。   An ultrasonic actuator driving apparatus according to a seventh aspect of the invention is the ultrasonic actuator driving apparatus according to any one of the third to fifth aspects, wherein the control unit generates a bending vibration in the ultrasonic transducer. In doing so, the frequency of the drive signal applied to the ultrasonic transducer is gradually changed.

請求項8の発明の超音波アクチュエータ駆動方法は、圧電層と内部電極層とを交互に積層してなる超音波振動子及び前記超音波振動子の少なくとも一部に接触し相対的に移動する被駆動体を備えた超音波アクチュエータを有し、前記超音波振動子に、交流信号に基づいて生成された2相の駆動信号を印加することで、前記超音波振動子に縦振動及び/又は屈曲振動を発生させて駆動を行う超音波アクチュエータ駆動方法であって、前記被駆動体を起動又は停止するにあたり、前記超音波振動子の振動状態を切り替えることによって、前記被駆動体に対する駆動力を徐々に変化させるようにしたことを特徴とするものである。   According to an eighth aspect of the present invention, there is provided an ultrasonic actuator driving method comprising: an ultrasonic transducer comprising alternately laminated piezoelectric layers and internal electrode layers; and an object to be moved relatively in contact with at least a part of the ultrasonic transducer. An ultrasonic actuator having a drive body is provided, and longitudinal vibration and / or bending is applied to the ultrasonic vibrator by applying a two-phase drive signal generated based on an AC signal to the ultrasonic vibrator. An ultrasonic actuator driving method for driving by generating vibrations, wherein when the driven body is started or stopped, the driving force to the driven body is gradually increased by switching the vibration state of the ultrasonic vibrator. It is characterized by being changed to.

請求項9の発明の超音波アクチュエータ駆動方法は、請求項8に記載の超音波アクチュエータ駆動方法において、前記被駆動体を起動するにあたり、前記超音波振動子に屈曲振動のみを発生した後に、縦振動及び屈曲振動を発生させるように前記2相の駆動信号の位相差を制御することを特徴とするものである。   The ultrasonic actuator driving method according to the ninth aspect of the invention is the ultrasonic actuator driving method according to the eighth aspect of the invention, wherein when the driven body is activated, only the bending vibration is generated in the ultrasonic vibrator, The phase difference between the two-phase driving signals is controlled so as to generate vibration and bending vibration.

請求項10の発明の超音波アクチュエータ駆動方法は、請求項8に記載の超音波アクチュエータ駆動方法において、駆動中の前記被駆動体を減速、停止するにあたり、前記超音波振動子への前記駆動信号の印加を停止する期間と屈曲振動を発生させる期間を複数組み合わせることにより、前記被駆動体に対する駆動力を徐々に変化させることを特徴とするものである。   An ultrasonic actuator driving method according to a tenth aspect of the present invention is the ultrasonic actuator driving method according to the eighth aspect, wherein the drive signal to the ultrasonic transducer is used to decelerate and stop the driven body being driven. The driving force with respect to the driven body is gradually changed by combining a plurality of periods in which the application of power is stopped and a period in which bending vibration is generated.

請求項11の発明の超音波アクチュエータ駆動方法は、請求項8に記載の超音波アクチュエータ駆動方法において、駆動中の前記被駆動体を減速、停止するにあたり、前記超音波振動子に屈曲振動のみを所定期間発生させた後、前記駆動信号の印加を停止することを特徴とするものである。   The ultrasonic actuator driving method according to an eleventh aspect of the invention is the ultrasonic actuator driving method according to the eighth aspect, wherein only the bending vibration is applied to the ultrasonic vibrator when the driven body being driven is decelerated and stopped. After the generation for a predetermined period, the application of the drive signal is stopped.

請求項12の発明の超音波アクチュエータ駆動方法は、請求項8に記載の超音波アクチュエータ駆動方法において、駆動中の前記被駆動体を減速、停止するにあたり、前記超音波振動子への前記駆動信号の印加を所定期間停止した後、屈曲振動を発生させることを特徴とするものである。   An ultrasonic actuator driving method according to a twelfth aspect of the present invention is the ultrasonic actuator driving method according to the eighth aspect, wherein the drive signal to the ultrasonic transducer is used to decelerate and stop the driven body being driven. After the application of is stopped for a predetermined period, bending vibration is generated.

請求項13の発明の超音波アクチュエータ駆動方法は、請求項10乃至請求項12のいずれか1つに超音波アクチュエータ駆動方法において、前記超音波振動子に前記屈曲振動を発生するにあたり、前記超音波振動子に印加する駆動信号の振幅を徐々に変化させることを特徴とするものである。   An ultrasonic actuator driving method according to a thirteenth aspect of the invention is the ultrasonic actuator driving method according to any one of the tenth to twelfth aspects, wherein the ultrasonic wave is generated when the bending vibration is generated in the ultrasonic transducer. The drive signal applied to the vibrator is gradually changed in amplitude.

請求項14の発明の超音波アクチュエータ駆動方法は、請求項10乃至請求項12のいずれか1つに超音波アクチュエータ駆動方法において、前記超音波振動子に前記屈曲振動を発生するにあたり、前記超音波振動子に印加する駆動信号の周波数を徐々に変化させることを特徴とするものである。   An ultrasonic actuator driving method according to a fourteenth aspect of the present invention is the ultrasonic actuator driving method according to any one of the tenth to twelfth aspects, wherein the ultrasonic wave is generated when the bending vibration is generated in the ultrasonic transducer. The frequency of the drive signal applied to the vibrator is gradually changed.

本発明の超音波アクチュエータ駆動装置及び超音波アクチュエータ駆動方法は、簡単な構成で超音波アクチュエータ内の駆動機構への負担を減らし、正確な停止位置を得ることができる精度の良い駆動制御が可能であるといった利点がある。   The ultrasonic actuator driving apparatus and the ultrasonic actuator driving method of the present invention can reduce the burden on the driving mechanism in the ultrasonic actuator with a simple configuration and can perform accurate driving control that can obtain an accurate stop position. There is an advantage that there is.

以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

図1乃至図5は本発明の超音波アクチュエータ駆動装置の第1実施例を示し、図1は前記超音波アクチュエータ駆動装置の全体構成を示すブロック図、図2(a)及び図2(b)は図1の超音波アクチュエータの構成例を示すもので、図2(a)は正面図、図2(b)は側面図である。また、図3はY軸方向に積層してなる図2の圧電体積層体の分解斜視図、図4は図1の電流検出部及び位相検出部の具体的な構成例を示すブロック図、図5は本実施例の超音波アクチュエータ駆動方法を用いた制御動作に基づく超音波アクチュエータの動作状態を示すグラフである。   1 to 5 show a first embodiment of an ultrasonic actuator driving apparatus according to the present invention, and FIG. 1 is a block diagram showing the overall configuration of the ultrasonic actuator driving apparatus, FIGS. 2 (a) and 2 (b). FIG. 2 shows a configuration example of the ultrasonic actuator of FIG. 1, FIG. 2 (a) is a front view, and FIG. 2 (b) is a side view. 3 is an exploded perspective view of the piezoelectric laminated body of FIG. 2 laminated in the Y-axis direction, and FIG. 4 is a block diagram showing a specific configuration example of the current detection unit and the phase detection unit of FIG. 5 is a graph showing the operating state of the ultrasonic actuator based on the control operation using the ultrasonic actuator driving method of the present embodiment.

図1に示すように、本実施例の超音波アクチュエータ駆動装置1は、超音波振動子5Aと被駆動部5Bを有して構成された超音波アクチュエータ5の駆動を後述する第2振動情報検出部6からの検出結果に基づき制御する制御部2と、前記超音波アクチュエータ5を駆動する駆動信号の源信号を発生するとともに前記制御部2の制御によりこの駆動信号の周波数を決定する発振部7を有し、この発振部7からの出力信号を電力増幅部9を介して前記超音波アクチュエータ5に印加する駆動部3と、この駆動部3の出力信号(駆動信号)を取り込み前記超音波アクチュエータ5に流れる駆動信号の電流を検出する第1振動情報検出部4と、前記超音波振動子5Aに接触する被駆動部5Bとの間に生じる摩擦力を利用して駆動を行う超音波アクチュエータ5と、前記駆動部3の出力信号(駆動信号)及び前記第1振動情報検出部4の検出結果を取り込み前記駆動部3の出力信号(駆動信号)と前記第1振動情報検出部4にて検出した電流との位相差を検出し、検出結果を前記制御部2に出力する第2振動情報検出部6と、を有している。   As shown in FIG. 1, the ultrasonic actuator driving apparatus 1 of the present embodiment is a second vibration information detecting device that drives the ultrasonic actuator 5 having an ultrasonic transducer 5 </ b> A and a driven portion 5 </ b> B, which will be described later. The control unit 2 that controls based on the detection result from the unit 6, and the oscillation unit 7 that generates a source signal of the drive signal that drives the ultrasonic actuator 5 and determines the frequency of the drive signal under the control of the control unit 2. A drive unit 3 for applying an output signal from the oscillation unit 7 to the ultrasonic actuator 5 through a power amplification unit 9, and an output signal (drive signal) of the drive unit 3 is taken in. An ultrasonic actuator that drives using a frictional force generated between the first vibration information detection unit 4 that detects the current of the drive signal flowing through 5 and the driven unit 5B that contacts the ultrasonic transducer 5A. The eta 5, the output signal (drive signal) of the drive unit 3 and the detection result of the first vibration information detection unit 4 are fetched, and the output signal (drive signal) of the drive unit 3 and the first vibration information detection unit 4 are input. And a second vibration information detection unit 6 that detects a phase difference from the detected current and outputs a detection result to the control unit 2.

前記超音波アクチュエータ駆動装置1の詳細な構成については後述するが、この超音波アクチュエータ駆動装置1に設けられた前記超音波アクチュエータ5の構成を図2(a)及び図2(b)を参照しながら説明する。   Although the detailed configuration of the ultrasonic actuator driving device 1 will be described later, the configuration of the ultrasonic actuator 5 provided in the ultrasonic actuator driving device 1 will be described with reference to FIGS. 2 (a) and 2 (b). While explaining.

図2(a)及び図2(b)に示すように、前記超音波アクチュエータ5は、角柱形状の圧電積層体で構成された超音波振動子5Aと、この超音波振動子5Aの圧電積層体の後述する摩擦部材20を介して接触するように配設された被駆動部5Bと、前記超音波振動子5Aの圧電積層体の左右両側側面それぞれ2箇所に設けられた外部電極19と、前記超音波振動子5Aの圧電積層体の例えば上面及び底面の2箇所に接着された摩擦部材20と、を有している。   As shown in FIGS. 2 (a) and 2 (b), the ultrasonic actuator 5 includes an ultrasonic transducer 5A composed of a prismatic piezoelectric laminate, and a piezoelectric laminate of the ultrasonic transducer 5A. A driven part 5B disposed so as to be in contact with each other via a friction member 20 described later, external electrodes 19 provided on two left and right side surfaces of the piezoelectric laminate of the ultrasonic transducer 5A, and For example, the piezoelectric laminate of the ultrasonic transducer 5A has a friction member 20 bonded to two locations, for example, an upper surface and a bottom surface.

前記超音波振動子5Aの圧電積層体は、図3に示すように内部電極処理が施された薄い矩形状の圧電板5aをY軸方向(超音波振動子5Aの振動方向に対し直交する超音波振動子5Aの奥行き方向)に積層して一体に構成されている。前記各圧電板5aは、内部電極処理が施されることにより、所定形状の内部電極5bを有している。   As shown in FIG. 3, the piezoelectric laminated body of the ultrasonic transducer 5A has a thin rectangular piezoelectric plate 5a that has been subjected to an internal electrode treatment, placed in a Y-axis direction (a direction orthogonal to the vibration direction of the ultrasonic transducer 5A). It is laminated and integrated in the depth direction of the acoustic wave vibrator 5A. Each piezoelectric plate 5a has an internal electrode 5b having a predetermined shape by being subjected to internal electrode processing.

図中右側の外部電極19は、前記超音波振動子5Aの圧電積層体の図中右側面部から取り出されている内部電極露出部(図示せず)に取付けることにより、2つの電気端子(A+,A−の両端子)をA(A相)として構成している。また、図中左側の外部電極19は、前記圧電積層体の図中左側側面部から取り出されている内部電極露出部(図示せず)に取付けることにより、2つの電気端子(B+,B−の両端子)をB(B相)として構成している。この場合、前記A−,B−端子は、平衡回路の場合はそれぞれA相,B相の−側であるが、不平衡回路で駆動する場合はグラウンドとして図示しないリード線等で電気的に同電位となるように構成しても良い。   The external electrode 19 on the right side in the figure is attached to an internal electrode exposed part (not shown) taken out from the right side part in the figure of the piezoelectric laminate of the ultrasonic transducer 5A, whereby two electrical terminals (A +, Both terminals A-) are configured as A (A phase). Further, the external electrode 19 on the left side in the figure is attached to an internal electrode exposed part (not shown) taken out from the left side surface part in the figure of the piezoelectric laminate, thereby providing two electrical terminals (B +, B−). Both terminals) are configured as B (B phase). In this case, the A- and B- terminals are on the negative side of the A phase and B phase, respectively, in the case of a balanced circuit. You may comprise so that it may become an electric potential.

これらの外部電極19には、図示はしないがそれぞれリード線が半田等で接続されており、これらリード線は、前第1の振動情報検出部4に接続されるようになっている。
前記摩擦部材20は、被駆動部5Bに接触する前記圧電積層体の上面及び底面に発生する屈曲振動の腹の位置にそれぞれ設けられている。
なお、本構成例では、前記超音波振動子5Aは、長手方向の寸法が例えば5〜20mmとなるよう構成する。また、この超音波振動子5A及び前記被駆動部5Bを含めて超音波アクチュエータ5を構成する際に加える押圧力は、例えば0.1〜5kgである。
Although not shown, lead wires are connected to these external electrodes 19 with solder or the like, and these lead wires are connected to the first vibration information detection unit 4.
The friction member 20 is provided at a position of an antinode of bending vibration generated on the top and bottom surfaces of the piezoelectric laminate in contact with the driven portion 5B.
In this configuration example, the ultrasonic transducer 5A is configured such that the longitudinal dimension is, for example, 5 to 20 mm. Further, the pressing force applied when the ultrasonic actuator 5 including the ultrasonic transducer 5A and the driven portion 5B is configured is, for example, 0.1 to 5 kg.

次に、前記超音波アクチュエータ5を駆動する超音波アクチュエータ駆動装置1の詳細な構成について図1及び図4を参照しながら説明する。
図1に示すように、前記制御部2は、制御信号2a、2bを生成し、制御信号2aを前記駆動部3の発振部7に出力し、制御信号2bを前記駆動部3の移相部8に出力する。
前記駆動部3は、制御信号2aにより駆動信号の所定の周波数を決定しA相信号8aを出力する発振部7と、この発振部7のA相信号8aに対し+90°、−90°、180°の位相差をもったB相信号8bに変換して出力する移相部8と、前記A相信号8a及び前記B相信号8bを取り込み、これら2つの信号を電力増幅して前記第1、第2振動情報検出部4、6に出力する電力増幅部9と、を有している。
Next, a detailed configuration of the ultrasonic actuator driving apparatus 1 that drives the ultrasonic actuator 5 will be described with reference to FIGS. 1 and 4.
As shown in FIG. 1, the control unit 2 generates control signals 2 a and 2 b, outputs the control signal 2 a to the oscillation unit 7 of the drive unit 3, and outputs the control signal 2 b to the phase shift unit of the drive unit 3. 8 is output.
The driving unit 3 determines the predetermined frequency of the driving signal by the control signal 2a and outputs the A phase signal 8a, and + 90 °, −90 °, 180 ° with respect to the A phase signal 8a of the oscillating unit 7. The phase shift unit 8 that converts and outputs the phase B signal 8b having a phase difference of 0 °, the phase A signal 8a and the phase B signal 8b are taken in, the power of these two signals is amplified, and the first, And a power amplifying unit 9 that outputs the second vibration information detecting units 4 and 6.

前記発振部7は、制御信号2aに対応する周波数のA相信号8aを前記移相部8及び前記電力増幅部9に出力する。
そして、前記移相部8は、供給されたA相信号8aに対し+90°、−90°、180°の位相差をもったB相信号に変換して前記電力増幅部9に出力する。この場合、移相部8は、前記制御部2からの制御信号2bにより、入力されたA相信号(=0°位相の信号)、+90°位相の信号、−90°位相の信号、180°位相の信号のいずれかを前記B相信号として電力増幅部9に対して選択的に出力するようになっている。
The oscillation unit 7 outputs an A-phase signal 8 a having a frequency corresponding to the control signal 2 a to the phase shift unit 8 and the power amplification unit 9.
The phase shifter 8 converts the supplied A-phase signal 8a into a B-phase signal having phase differences of + 90 °, −90 °, and 180 °, and outputs the B-phase signal to the power amplifier 9. In this case, the phase shifter 8 receives the A phase signal (= 0 ° phase signal), + 90 ° phase signal, −90 ° phase signal, 180 ° based on the control signal 2b from the control unit 2. Any one of the phase signals is selectively output to the power amplifier 9 as the B phase signal.

前記電力増幅部9は、入力された2つのA相信号8a及びB相信号8bを電力増幅し且つ両極性の信号に変換して出力する(平衡出力)。すなわち、電力増幅部9の出力信号である2つのA相信号8a、B相信号8bは、前記第1振動情報検出部4を介して前記超音波アクチュエータ5の超音波振動子5Aに供給される。また、前記電力増幅部9の出力信号は、前記第2振動情報検出部6にも供給されるようになっている。   The power amplifier 9 amplifies the power of the two input A-phase signals 8a and B-phase signals 8b, converts them into bipolar signals, and outputs them (balanced output). That is, the two A-phase signals 8a and B-phase signals 8b that are output signals of the power amplifier 9 are supplied to the ultrasonic transducer 5A of the ultrasonic actuator 5 via the first vibration information detector 4. . Further, the output signal of the power amplifier 9 is also supplied to the second vibration information detector 6.

前記第1振動情報検出部4は、A相電流を検出するA相電流検出部10と、B相電流を検出するB相電流検出部11とを有し、それぞれ前記超音波振動子5Aに流れる電流値を検出するためのものである。
具体的には、前記A相電流検出部10及びB相電流検出部11は、図4に示すように、抵抗器14と、その抵抗器14の両端電圧の差分を検出する差動増幅回路15と、で構成している。なお、前記抵抗器14の抵抗値は、超音波振動子5Aの直流抵抗値に比べ十分小さな値で、且つ差動増幅回路15の利得と合わせて、前記第2振動情報検出部6での検出誤差が生じない値を選べば良く、通常数Ω以下の値をとるようになっている。
The first vibration information detection unit 4 includes an A-phase current detection unit 10 that detects an A-phase current, and a B-phase current detection unit 11 that detects a B-phase current, and each flows through the ultrasonic transducer 5A. This is for detecting the current value.
Specifically, the A-phase current detection unit 10 and the B-phase current detection unit 11 are, as shown in FIG. 4, a resistor 14 and a differential amplifier circuit 15 that detects a difference between both end voltages of the resistor 14. And it consists of. The resistance value of the resistor 14 is sufficiently smaller than the DC resistance value of the ultrasonic transducer 5A and is detected by the second vibration information detection unit 6 together with the gain of the differential amplifier circuit 15. It is sufficient to select a value that does not cause an error, and usually a value of several Ω or less is taken.

通常の動作では、A相駆動信号と、+90°または-90°の位相差のB相駆動信号を超音波振動子5Aに出力すると、この超音波振動子5Aは、それ自体に設けられた摩擦部材20(図2(a)及び図2(b)参照)に楕円振動を発生し、前記被駆動部5Bを駆動させる。この場合、楕円振動の方向、即ち被駆動部5Bが駆動される方向は、A相に対するB相の位相が+90°か−90°かで決定する。
また、前記超音波振動子5Aは、A相とB相の位相差が0°の時は、図10(a)に示す縦振動のみが発生する。また、前記超音波振動子5Aは、A相とB相の位相差が180°の時は、図10(b)に示す屈曲振動のみが発生することになる。
In normal operation, when an A-phase drive signal and a B-phase drive signal having a phase difference of + 90 ° or −90 ° are output to the ultrasonic transducer 5A, the ultrasonic transducer 5A is provided in itself. Elliptical vibration is generated in the friction member 20 (see FIGS. 2A and 2B) to drive the driven portion 5B. In this case, the direction of elliptical vibration, that is, the direction in which the driven part 5B is driven is determined by whether the phase of the B phase with respect to the A phase is + 90 ° or −90 °.
Further, when the phase difference between the A phase and the B phase is 0 °, the ultrasonic transducer 5A generates only the longitudinal vibration shown in FIG. Further, when the phase difference between the A phase and the B phase is 180 °, only the bending vibration shown in FIG. 10B is generated in the ultrasonic transducer 5A.

前記第2振動情報検出部6は、A相の電圧と電流の位相差を検出するA相位相差検出部12と、B相の電圧と電流の位相差を検出するB相位相差検出部13を有している。また、前記A相位相差検出部12及びB相位相差検出部13には、前記電力増幅部9の出力電圧、及び駆動電流波形を検出する前記第1情報検出部4(A相、B相電流検出部10、11)の出力信号が入力されるようになっている。   The second vibration information detection unit 6 includes an A-phase phase difference detection unit 12 that detects a phase difference between an A-phase voltage and a current, and a B-phase phase difference detection unit 13 that detects a phase difference between a B-phase voltage and a current. is doing. The A-phase phase difference detection unit 12 and the B-phase phase difference detection unit 13 include the first information detection unit 4 (A-phase and B-phase current detection) that detects an output voltage and a drive current waveform of the power amplification unit 9. The output signals of the units 10 and 11) are inputted.

前記A相位相差検出部12及びB相位相差検出部13は、A相、あるいはB相の電圧と電流の位相差を検出するもので、例えば、PLL(Phase Locked Loop) IC 4046のフェーズコンパレータを用いて構成している。そして、前記A相位相差検出部12及びB相位相差検出部13により検出されたA相及びB相のそれぞれの電圧と電流の位相差は、前記制御部2に入力される。   The A-phase phase difference detection unit 12 and the B-phase phase difference detection unit 13 detect a phase difference between the A-phase or B-phase voltage and current. For example, a phase comparator of a PLL (Phase Locked Loop) IC 4046 is used. Is configured. The phase differences between the voltages and currents of the A phase and B phase detected by the A phase phase difference detection unit 12 and the B phase phase difference detection unit 13 are input to the control unit 2.

前記制御部2は、前記第2振動情報検出部6からの検出結果(位相情報)に基づき、前記駆動部3の発振部7への制御信号2a及び移相部8への制御信号2bを制御して、前記超音波アクチュエータ5の駆動制御を行う。
次に、前記構成の超音波アクチュエータ駆動装置に適用される超音波アクチュエータ駆動方法について、図1及び図5を参照しながら説明する。
なお、本実施例では、前記超音波アクチュエータ駆動方法を実施する場合には、事前に前記超音波振動子5Aの駆動周波数を決めておく必要がある。したがって、予め前記駆動周波数を設定したものとして説明する。
また、前記超音波アクチュエータ5は、前記したように縦振動、屈曲振動、縦振動と屈曲振動が同時に発生して得られる楕円振動の3つの振動モードがあり、その周波数は若干異なる場合もある。また、温度変化により各周波数は変化する。ここでは、説明簡略化のため、縦振動、屈曲振動、楕円振動の各振動をは既知の同一の周波数で発生するものとして説明する。さらに、図5は、前記3つの振動モードの内、縦振動モードを“縦”、屈曲振動モードを“屈曲”、楕円振動モードを“屈曲+縦”と示している。
The control unit 2 controls the control signal 2a to the oscillation unit 7 of the drive unit 3 and the control signal 2b to the phase shift unit 8 based on the detection result (phase information) from the second vibration information detection unit 6. Then, drive control of the ultrasonic actuator 5 is performed.
Next, an ultrasonic actuator driving method applied to the ultrasonic actuator driving apparatus having the above-described configuration will be described with reference to FIGS.
In this embodiment, when the ultrasonic actuator driving method is performed, it is necessary to determine the driving frequency of the ultrasonic transducer 5A in advance. Therefore, description will be made assuming that the drive frequency is set in advance.
The ultrasonic actuator 5 has three vibration modes of longitudinal vibration, bending vibration, and elliptical vibration obtained by generating longitudinal vibration and bending vibration at the same time as described above, and the frequencies may be slightly different. Moreover, each frequency changes with temperature changes. Here, for simplification of explanation, each vibration of longitudinal vibration, bending vibration, and elliptical vibration is assumed to be generated at the same known frequency. Furthermore, FIG. 5 shows the longitudinal vibration mode as “vertical”, the bending vibration mode as “bending”, and the elliptical vibration mode as “bending + longitudinal” among the three vibration modes.

図5に示すように、最初、時間t0 〜t1 においては、前記制御部2による駆動制御がなされてない無給電の状態(以下、無給電モードと称す)であるので、超音波アクチュエータ5及び被駆動体5Bは停止状態にある。   As shown in FIG. 5, at time t0 to t1, first, since the drive control by the control unit 2 is not performed (hereinafter referred to as a non-feed mode), the ultrasonic actuator 5 and the target The driver 5B is in a stopped state.

そして、起動時(駆動開始時)の時間t1 になると、制御部2は、発振部7が所定の周波数での発振するように制御信号2aを出力する。同時に、制御部2は、移相部8に制御信号2bを出力して前記移相部8からA相信号8aと180°の位相差を持つB相信号8bを出力させるように制御する。これらA相信号8a及びB相信号8bの2相信号は、電力増幅を行う電力増幅部9と、A,B各相の電流検出部10、11を介して、前記超音波振動子5Aに印加される。このことにより、前記超音波振動子5Aには、時間t1 〜時間t2 の間のA領域内において屈曲振動(図10(b)参照)のみが発生することになる。   Then, at time t1 at the time of starting (at the start of driving), the control unit 2 outputs a control signal 2a so that the oscillation unit 7 oscillates at a predetermined frequency. At the same time, the control unit 2 controls the phase shift unit 8 to output a control signal 2b so that the phase shift unit 8 outputs a B phase signal 8b having a phase difference of 180 ° from the A phase signal 8a. The two-phase signals of the A-phase signal 8a and the B-phase signal 8b are applied to the ultrasonic transducer 5A via the power amplification unit 9 that performs power amplification and the current detection units 10 and 11 of the A and B phases. Is done. As a result, only the bending vibration (see FIG. 10B) is generated in the ultrasonic transducer 5A in the region A between time t1 and time t2.

次に、前記超音波振動子5Aに楕円振動を発生させるため、制御部2は、時間t2 において、前記移相部8に対して制御信号2bを出力し、この制御信号に基づき前記移相部8は、A相信号8aと+90°或いは−90°のB相信号8bを出力する。   Next, in order to generate elliptical vibration in the ultrasonic transducer 5A, the control unit 2 outputs a control signal 2b to the phase shift unit 8 at time t2, and the phase shift unit based on this control signal. 8 outputs an A-phase signal 8a and a + 90 ° or -90 ° B-phase signal 8b.

このとき、A相信号8aとB相信号8bが90°の位相差を持つ場合、前記超音波振動子5Aは、図10(c)に示すような楕円振動が摩擦接触部20近傍に発生し、被駆動体5Bを駆動させる。なお、前記被駆動体5Bの駆動方向は、前記B相信号8bの+90°と−90°で逆の向きになる。
このようにして、前記被駆動部5Bは、時間t2 〜時間t3 の間のB領域内において動き出し、図5に示すように、徐々に速度を上げて一定の速度になる。
At this time, when the A-phase signal 8a and the B-phase signal 8b have a phase difference of 90 °, the ultrasonic transducer 5A generates elliptical vibrations in the vicinity of the frictional contact portion 20 as shown in FIG. Then, the driven body 5B is driven. The driving direction of the driven body 5B is opposite in the + 90 ° and −90 ° of the B-phase signal 8b.
In this way, the driven portion 5B starts to move in the region B between time t2 and time t3, and gradually increases in speed to a constant speed as shown in FIG.

本実施例では、屈曲振動が既に発生している状態から縦振動を発生させるので、前記超音波振動子5Aの摩擦接触部20と前記被駆動体5Bとの不要な摩擦を回避することができる。通常、前記摩擦接触部20は、前記超音波振動子5Aに接着固定されるが、この摩擦接触部20への不要なストレスを減らし、即ち、摩擦係数を小さくすることができる。また、本実施例では、前記摩擦接触部20と前記被駆動体5Bの接触面の摩耗も減らすことができる。   In this embodiment, since the longitudinal vibration is generated from the state in which the bending vibration has already occurred, unnecessary friction between the friction contact portion 20 of the ultrasonic transducer 5A and the driven body 5B can be avoided. . Usually, the friction contact portion 20 is bonded and fixed to the ultrasonic transducer 5A. However, unnecessary stress on the friction contact portion 20 can be reduced, that is, the friction coefficient can be reduced. Further, in this embodiment, the wear of the contact surface between the friction contact portion 20 and the driven body 5B can be reduced.

そして、前記被駆動体5Bが時間t3 にて所定速度に達した後、時間t3 〜時間t4 の間のB1領域内において、制御部2は、前記被駆動体5Bが停止位置手前の所定距離に到達したことを検出する。これは別途設けたスケールにより検出する。なお、仮にスケールを使わない場合は、制御部2によって駆動自体を時間で管理することにより、一定時間前に所定距離に配置されたことを検出すれば良い。   Then, after the driven body 5B reaches the predetermined speed at time t3, the control unit 2 sets the driven body 5B to a predetermined distance before the stop position in the B1 region between time t3 and time t4. Detecting that it has arrived. This is detected by a scale provided separately. If the scale is not used, it is only necessary to detect that it is arranged at a predetermined distance before a certain time by managing the drive itself by time by the control unit 2.

次に、時間t4 において、前記被駆動体5Bの停止制御を行うものとする。すると、制御部2は、時刻t4 〜時間t5 の間のC領域内において、前記移相部8への制御信号2bを変更し、前記移相部8からA相信号8aと180°位相が異なるB相信号8bが出力されるように制御する。これらA相信号8a及びB相信号8bの2相信号は、電力増幅を行う電力増幅部9と、A,B各相の電流検出部10、11を介して、前記超音波振動子5Aに印加される。   Next, at time t4, stop control of the driven body 5B is performed. Then, the control unit 2 changes the control signal 2b to the phase shift unit 8 within the C region between time t4 and time t5, and the phase shift unit 8 and the phase A signal 8a are 180 degrees out of phase. Control is performed so that the B-phase signal 8b is output. The two-phase signals of the A-phase signal 8a and the B-phase signal 8b are applied to the ultrasonic transducer 5A via the power amplification unit 9 that performs power amplification and the current detection units 10 and 11 of the A and B phases. Is done.

すると、前記超音波振動子5Aは屈曲振動(図10(b)参照)のみが発生する。このとき、超音波アクチュエータ5の摩擦接触部20は、周期的に被駆動体5Bに押圧をかけることになるが、これは駆動力を持たず前記被駆動体5Bへの一定の加圧のみが生じることになる。その結果、前記被駆動体5Bに対しブレーキの効果が生じる。これに対し超音波アクチュエータ5への給電を全く停止した場合、摩擦接触部20は常に前記被駆動体5Bに密着し引きずられることになり強いブレーキとなるが、この無給電モード実行に比べて屈曲振動モード実行時は緩やかな減速効果が得られるようになっている。これにより、本実施例では、前記したように摩擦接触部20が引きずられることがないので、駆動機構部分への負荷等の悪影響も少なくすることができる。   Then, only the bending vibration (see FIG. 10B) is generated in the ultrasonic transducer 5A. At this time, the frictional contact portion 20 of the ultrasonic actuator 5 periodically presses the driven body 5B, but this does not have a driving force and only a certain pressure is applied to the driven body 5B. Will occur. As a result, a braking effect is produced on the driven body 5B. On the other hand, when the power supply to the ultrasonic actuator 5 is completely stopped, the frictional contact portion 20 is always brought into close contact with and dragged to the driven body 5B and becomes a strong brake. When the vibration mode is executed, a gentle deceleration effect can be obtained. Thereby, in this embodiment, since the frictional contact portion 20 is not dragged as described above, adverse effects such as a load on the drive mechanism portion can be reduced.

その後、前記屈曲振動による減速状態でさらに被駆動体5Bが一定距離進むと、時間t5 以降の領域D内において、制御部2は、前記超音波アクチュエータ5への給電を中止するように制御する。これにより、前記被駆動体5Bには強い制動がかかりこの被駆動体5Bは、時刻tz にて停止することになる。この時点では、前記被駆動体5Bの速度は十分に落ちてきているので、駆動機構部分への悪影響も小さい。そして、停止した所でスケールを確認し、目標点に対し過不足があれば微少送りにより修正すれば良い。   Thereafter, when the driven body 5B further travels a certain distance in the deceleration state due to the bending vibration, the control unit 2 performs control so as to stop the power supply to the ultrasonic actuator 5 in the region D after time t5. As a result, strong braking is applied to the driven body 5B, and the driven body 5B stops at time tz. At this point in time, the speed of the driven body 5B has dropped sufficiently, so that the adverse effect on the drive mechanism portion is small. Then, the scale is checked at the place where it stopped, and if there is an excess or deficiency with respect to the target point, it may be corrected by fine feed.

以上、説明したように、本実施例によれば、前記被駆動体5Bに対する起動、停止を段階的な加減速を行うように制御することで、駆動機構に対する悪影響を減らすことが出来、また正確に停止位置で停止させることが可能となるので、精度のよい超音波アクチュエータ5の駆動を行うことができる。   As described above, according to the present embodiment, the start and stop of the driven body 5B are controlled so as to perform stepwise acceleration / deceleration, thereby reducing the adverse effects on the drive mechanism and accurately. Therefore, it is possible to drive the ultrasonic actuator 5 with high accuracy.

なお、本実施例では、前記制御部2による制御動作例では、屈曲振動モード、楕円振動モード、及び無給電モードを、A〜Dの期間内においてそれぞれ適宜実行した場合について説明したが、この順序に限定されるものではなく、屈曲振動モード、縦振動モード、楕円振動モード及び無給電モードに相当する期間をそれぞれ組み合わせて制御することにより、前記被駆動体5Bに対する駆動力を徐々に変化させるようにして停止させても良い。   In the present embodiment, in the control operation example by the control unit 2, the case where the bending vibration mode, the elliptical vibration mode, and the non-feeding mode are appropriately executed within the period A to D has been described. The driving force for the driven body 5B is gradually changed by controlling the period corresponding to the bending vibration mode, the longitudinal vibration mode, the elliptical vibration mode, and the non-feeding mode in combination. May be stopped.

図6は本発明の超音波アクチュエータ駆動装置の第2実施例を示し、超音波アクチュエータ駆動方法を用いた制御動作に基づく超音波アクチュエータの動作状態を示すグラフである。
本実施例の超音波アクチュエータ駆動装置の構成は、前記第1実施例と同様である。また、本実施例の超音波アクチュエータ駆動装置は、前記第1実施例における超音波アクチュエータ駆動方法を適用するが、減速停止動作するにあたり、急減速となる無給電モードと緩減速となる屈曲振動モードとを組み合わせこれを繰り返すように制御することで、効果的な減速が可能となるように制御している。
FIG. 6 is a graph showing an operation state of the ultrasonic actuator based on the control operation using the ultrasonic actuator driving method according to the second embodiment of the ultrasonic actuator driving device of the present invention.
The configuration of the ultrasonic actuator driving apparatus of this embodiment is the same as that of the first embodiment. Further, the ultrasonic actuator driving apparatus of the present embodiment applies the ultrasonic actuator driving method of the first embodiment. However, when performing the deceleration stop operation, the non-feed mode for sudden deceleration and the bending vibration mode for slow deceleration are performed. Is controlled so that effective deceleration can be achieved.

このような本実施例の超音波アクチュエータ駆動方法について図6を参照しながら説明する。
いま、時間t0 〜時間t1 の間のA領域内において、前記超音波アクチュエータ5が楕円振動モードの実行により駆動しているものとする。この場合、前記超音波アクチュエータ5の起動時から楕円振動モードが実行されるまでの動作については、前記第1実施例と略同様である。
Such an ultrasonic actuator driving method of this embodiment will be described with reference to FIG.
Now, it is assumed that the ultrasonic actuator 5 is driven by executing the elliptical vibration mode in the region A between time t0 and time t1. In this case, the operation from the activation of the ultrasonic actuator 5 to the execution of the elliptical vibration mode is substantially the same as in the first embodiment.

つまり、起動時(駆動開始時)、制御部2は、発振部7が所定の周波数で発振するように制御信号2aを出力する。同時に、制御部2は、移相部8に制御信号2bを出力して前記移相部8からA相信号8aと180°の位相差を持つB相信号8bを出力させるように制御する。これらA相信号8a及びB相信号8bの2相信号は、電力増幅を行う電力増幅部9と、A,B各相の電流検出部10、11を介して、前記超音波振動子5Aに印加される。このことにより、前記超音波振動子5Aには、屈曲振動(図10(b)参照)のみが発生することになる。   That is, at the start (when driving is started), the control unit 2 outputs the control signal 2a so that the oscillation unit 7 oscillates at a predetermined frequency. At the same time, the control unit 2 controls the phase shift unit 8 to output a control signal 2b so that the phase shift unit 8 outputs a B phase signal 8b having a phase difference of 180 ° from the A phase signal 8a. The two-phase signals of the A-phase signal 8a and the B-phase signal 8b are applied to the ultrasonic transducer 5A via the power amplification unit 9 that performs power amplification and the current detection units 10 and 11 of the A and B phases. Is done. As a result, only the bending vibration (see FIG. 10B) is generated in the ultrasonic transducer 5A.

次に、前記超音波振動子5Aに楕円振動を発生させるため、制御部2は、前記移相部8に対して制御信号2bを出力し、この制御信号に基づき前記移相部8は、A相信号8aと+90°或いは−90°のB相信号8bを出力する。   Next, in order to cause the ultrasonic transducer 5A to generate elliptical vibration, the control unit 2 outputs a control signal 2b to the phase shift unit 8, and based on this control signal, the phase shift unit 8 The phase signal 8a and the B phase signal 8b of + 90 ° or −90 ° are output.

このとき、A相信号8aとB相信号8bが90°の位相差を持つ場合、前記超音波振動子5Aは、図10(c)に示すような楕円振動が摩擦接触部20近傍に発生し、被駆動体5Bを駆動させる。なお、前記被駆動体5Bの駆動方向は、前記B相信号8bの+90°と−90°で逆の向きになる。
このようにして、前記被駆動部5Bは動き出し、前記第1実施例と同様に、徐々に速度を上げて一定の速度になる。
At this time, when the A-phase signal 8a and the B-phase signal 8b have a phase difference of 90 °, the ultrasonic transducer 5A generates elliptical vibrations in the vicinity of the frictional contact portion 20 as shown in FIG. Then, the driven body 5B is driven. The driving direction of the driven body 5B is opposite in the + 90 ° and −90 ° of the B-phase signal 8b.
In this way, the driven portion 5B starts to move and gradually increases the speed to a constant speed as in the first embodiment.

そして、前記被駆動体5Bが所定速度に達した後、時間t0 〜時間t1 の間のA領域内において、制御部2は、前記被駆動体5Bが停止位置手前の所定距離に到達したことを検出する。これは別途設けたスケールにより検出する。なお、仮にスケールを使わない場合は、制御部2によって駆動自体を時間で管理することにより、一定時間前に所定距離に配置されたことを検出すれば良い。   Then, after the driven body 5B reaches a predetermined speed, the control unit 2 confirms that the driven body 5B has reached a predetermined distance before the stop position in the area A between time t0 and time t1. To detect. This is detected by a scale provided separately. If the scale is not used, it is only necessary to detect that it is arranged at a predetermined distance before a certain time by managing the drive itself by time by the control unit 2.

次に、時間t1 において、前記被駆動体5Bの停止制御を行うものとする。この場合、本実施例では、制御部2は、時刻t1 〜時間t2 の間のB領域内において、移相部8への制御信号2bを変更してA相信号8aとB相信号8bとの位相差が180°となるように制御する。これにより、超音波振動子5Aには屈曲振動が発生し被駆動体5Bに対し緩やかな制動がかかる。この状態で一定時間(時間t2 までの時間) 経過した後、制御部2は、時間t2 〜時間t3 の間のC領域内において、無給電モードを実行させ、つまり、発振部7への制御信号2aを変更し発振を停止するように制御する。これにより、前記被駆動体5Bに対して強い制動がかかる。   Next, at time t1, stop control of the driven body 5B is performed. In this case, in this embodiment, the control unit 2 changes the control signal 2b to the phase shift unit 8 in the B region between the time t1 and the time t2 to change between the A phase signal 8a and the B phase signal 8b. Control is performed so that the phase difference is 180 °. As a result, bending vibration is generated in the ultrasonic transducer 5A, and gentle braking is applied to the driven body 5B. After a predetermined time (time up to time t2) has elapsed in this state, the control unit 2 executes the non-feed mode in the C region between time t2 and time t3, that is, a control signal to the oscillation unit 7 2a is changed to control to stop the oscillation. Thereby, strong braking is applied to the driven body 5B.

その後、本実施例では、前記制御部2は、この屈曲振動状態(屈曲振動モード)と発振停止状態(無給電モード)を繰り返すように制御する。つまり、制御部2は、時間t3 〜時間t4 の間のD領域内において前記同様に屈曲振動モードを実行するように制御し、その後、時間t4 〜時間t5 の間のE領域内において前記同様に無給電モードを実行するように制御することにより、被駆動体5Bは、時刻t5〜時間tz の間のF領域内にて減速し停止に至る。このとき、前記第1実施例と同様に停止した所でスケールを確認し、目標点に対し過不足があれば微少送りにより修正すれば良い。   Thereafter, in the present embodiment, the control unit 2 performs control so as to repeat this bending vibration state (bending vibration mode) and oscillation stop state (non-feeding mode). That is, the control unit 2 performs control so as to execute the bending vibration mode in the D region between time t3 and time t4 in the same manner as described above, and thereafter in the E region between time t4 and time t5 in the same manner as described above. By controlling to execute the non-feed mode, the driven body 5B is decelerated and stopped in the F region between time t5 and time tz. At this time, as in the first embodiment, the scale is confirmed at the place where it has stopped, and if there is an excess or deficiency with respect to the target point, it may be corrected by fine feed.

したがって、本実施例によれば、前記第1実施例と同様の効果が得られる他に、駆動中の超音波アクチュエータ5を停止するにあたり、屈曲振動モードと無給電モードを複数組み合わせるように制御することで、駆動機構の負担を減らし、より正確な停止位置を得ることが可能となる。   Therefore, according to the present embodiment, in addition to obtaining the same effect as the first embodiment, in order to stop the ultrasonic actuator 5 being driven, control is performed so as to combine a plurality of bending vibration modes and non-feed modes. Thus, it is possible to reduce the burden on the drive mechanism and obtain a more accurate stop position.

図7は本発明の超音波アクチュエータ駆動装置の第3実施例を示し、超音波アクチュエータ駆動方法を用いた制御動作に基づく超音波アクチュエータの動作状態を示すグラフであり、図8は第3実施例の変形例を示し、図8(a)は屈曲振動モード実行中に駆動信号の振幅を徐々に変化させた場合の制御例を示すグラフ、図8(b)は屈曲振動モード実行時の駆動信号の共振周波数を含む周波数と超音波アクチュエータに流れる電流との関係を示すグラフ、図8(c)は屈曲振動モード実行中に駆動信号の周波数を徐々に変化させた場合の制御例を示すグラフである。   FIG. 7 is a graph showing an operation state of an ultrasonic actuator based on a control operation using the ultrasonic actuator driving method according to a third embodiment of the ultrasonic actuator driving apparatus of the present invention. FIG. 8 is a graph showing the third embodiment. 8A is a graph showing a control example when the amplitude of the drive signal is gradually changed during execution of the bending vibration mode, and FIG. 8B is a drive signal when the bending vibration mode is executed. FIG. 8C is a graph showing a control example when the frequency of the drive signal is gradually changed during execution of the bending vibration mode. is there.

前記第1実施例の超音波アクチュエータ駆動方法は、慣性質量が大きい被駆動体5B等駆動部を機構部に負担をかけず正確に停止させるものであったが、前記駆動部の慣性質量が小さい場合や、前記機構部への影響よりも停止までの時間を最短にしたいと言う場合も考えられる。そのような場合には、先に給電を中止して強い制動をかけ、その後屈曲振動で徐々に止めるといった制御方法も有効である。
このような制御方法を採用した実施例を図7を参照しながら説明する。なお、本実施例の超音波アクチュエータ駆動装置の構成は、前記第1実施例と同様である。
In the ultrasonic actuator driving method of the first embodiment, the driven part such as the driven body 5B having a large inertial mass is accurately stopped without imposing a load on the mechanism part, but the inertial mass of the drive part is small. In other cases, the time to stop may be minimized rather than the influence on the mechanism. In such a case, a control method is also effective in which power supply is stopped first and strong braking is applied, and then gradually stopped by bending vibration.
An embodiment employing such a control method will be described with reference to FIG. The configuration of the ultrasonic actuator driving apparatus of this embodiment is the same as that of the first embodiment.

図7に示すように、いま、時間t0 〜時間t1 の間のA領域内において、前記超音波アクチュエータ5が楕円振動モードの実行により駆動しているものとする。この場合、前記超音波アクチュエータ5の起動時から楕円振動モードが実行されるまでの動作については、前記第1実施例と略同様である。   As shown in FIG. 7, it is assumed that the ultrasonic actuator 5 is driven by executing the elliptical vibration mode in the region A between time t0 and time t1. In this case, the operation from the activation of the ultrasonic actuator 5 to the execution of the elliptical vibration mode is substantially the same as in the first embodiment.

つまり、起動時(駆動開始時)、制御部2は、発振部7が所定の周波数での発振するように制御信号2aを出力する。同時に、制御部2は、移相部8に制御信号2bを出力して前記移相部8からA相信号8aと180°の位相差を持つB相信号8bを出力させるように制御する。これらA相信号8a及びB相信号8bの2相信号は、電力増幅を行う電力増幅部9と、A,B各相の電流検出部10、11を介して、前記超音波振動子5Aに印加される。このことにより、前記超音波振動子5Aには、屈曲振動(図10(b)参照)のみが発生することになる。   That is, at the start (when driving is started), the control unit 2 outputs the control signal 2a so that the oscillation unit 7 oscillates at a predetermined frequency. At the same time, the control unit 2 controls the phase shift unit 8 to output a control signal 2b so that the phase shift unit 8 outputs a B phase signal 8b having a phase difference of 180 ° from the A phase signal 8a. The two-phase signals of the A-phase signal 8a and the B-phase signal 8b are applied to the ultrasonic transducer 5A via the power amplification unit 9 that performs power amplification and the current detection units 10 and 11 of the A and B phases. Is done. As a result, only the bending vibration (see FIG. 10B) is generated in the ultrasonic transducer 5A.

次に、前記超音波振動子5Aに楕円振動を発生させるため、制御部2は、前記移相部8に対して制御信号2bを出力し、この制御信号に基づき前記移相部8は、A相信号8aと+90°或いは−90°のB相信号8bを出力する。   Next, in order to cause the ultrasonic transducer 5A to generate elliptical vibration, the control unit 2 outputs a control signal 2b to the phase shift unit 8, and based on this control signal, the phase shift unit 8 The phase signal 8a and the B phase signal 8b of + 90 ° or −90 ° are output.

このとき、A相信号8aとB相信号8bが90°の位相差を持つ場合、前記超音波振動子5Aは、図10(c)に示すような楕円振動が摩擦接触部20近傍に発生し、被駆動体5Bを駆動させる。なお、前記被駆動体5Bの駆動方向は、前記B相信号8bの+90°と−90°で逆の向きになる。
このようにして、前記被駆動部5Bは動き出し、前記第1実施例と同様に、徐々に速度を上げて一定の速度になる。
At this time, when the A-phase signal 8a and the B-phase signal 8b have a phase difference of 90 °, the ultrasonic transducer 5A generates elliptical vibrations in the vicinity of the frictional contact portion 20 as shown in FIG. Then, the driven body 5B is driven. The driving direction of the driven body 5B is opposite in the + 90 ° and −90 ° of the B-phase signal 8b.
In this way, the driven portion 5B starts to move and gradually increases the speed to a constant speed as in the first embodiment.

本実施例においても、前記第1実施例と同様に屈曲振動が既に発生している状態から縦振動を発生させるので、前記超音波振動子5Aの摩擦接触部20と前記被駆動体5Bとの不要な摩擦を回避することができる。通常、前記摩擦接触部20は、前記超音波振動子5Aに接着固定されるが、この摩擦接触部20への不要なストレスを減らし、即ち、摩擦係数を小さくすることができる。また、本実施例においても、前記摩擦接触部20と前記被駆動体5Bの接触面の摩耗も減らすことができる。   Also in the present embodiment, since the longitudinal vibration is generated from the state in which the bending vibration has already occurred as in the first embodiment, the friction contact portion 20 of the ultrasonic transducer 5A and the driven body 5B are Unnecessary friction can be avoided. Usually, the friction contact portion 20 is bonded and fixed to the ultrasonic transducer 5A. However, unnecessary stress on the friction contact portion 20 can be reduced, that is, the friction coefficient can be reduced. Also in this embodiment, the wear of the contact surface between the friction contact portion 20 and the driven body 5B can be reduced.

そして、前記被駆動体5Bが所定速度に達した後、時間t0 〜時間t1 の間のA領域内において、制御部2は、前記被駆動体5Bが停止位置手前の所定距離に配置されたことを検出する。これは別途設けたスケールにより検出する。なお、仮にスケールを使わない場合は、制御部2によって駆動自体を時間で管理することにより、一定時間前に所定距離に配置されたことを検出すれば良い。   Then, after the driven body 5B reaches a predetermined speed, the controller 2 determines that the driven body 5B is disposed at a predetermined distance before the stop position in the area A between time t0 and time t1. Is detected. This is detected by a scale provided separately. If the scale is not used, it is only necessary to detect that it is arranged at a predetermined distance before a certain time by managing the drive itself by time by the control unit 2.

次に、時間t1 において、前記被駆動体5Bの停止制御を行うものとする。すると、制御部2は、時刻t1 〜時間t2 の間のB領域内において、発振部7に発振停止を指令して、超音波アクチュエータ5への給電を中止する。つまり、制御部2は、無給電モードを実行させる。これにより、前記被駆動体5Bには強い制動がかかり、この被駆動体5Bは急激に減速しながら慣性で移動することになる。   Next, at time t1, stop control of the driven body 5B is performed. Then, the control unit 2 commands the oscillation unit 7 to stop oscillation in the region B between time t1 and time t2, and stops power supply to the ultrasonic actuator 5. That is, the control unit 2 causes the non-feed mode to be executed. Thereby, strong braking is applied to the driven body 5B, and the driven body 5B moves with inertia while rapidly decelerating.

続いて、前記したように前記被駆動体5Bが所定の位置まで来たことが検出されると、制御部2は、時間t2 〜時間tz の間のC領域内において、発振部7及び移相部8への制御信号2a、2bを変更して、B相信号8bが、A相信号8aと180°位相が異なるB相信号8bとなるように制御する。これらの2相信号(A相信号8a及びB相信号8b)は電力増幅されて超音波アクチュエータ5に印加される。   Subsequently, when it is detected that the driven body 5B has reached a predetermined position as described above, the control unit 2 detects the oscillation unit 7 and the phase shift in the C region between the time t2 and the time tz. The control signals 2a and 2b to the unit 8 are changed so that the B-phase signal 8b becomes a B-phase signal 8b that is 180 ° out of phase with the A-phase signal 8a. These two-phase signals (A-phase signal 8a and B-phase signal 8b) are amplified in power and applied to the ultrasonic actuator 5.

すると、前記超音波振動子5Aには屈曲振動が発生し被駆動体5Bに対し緩やかな制動がかかり、時刻tz にておいて停止に至る。このとき、前記第1実施例と同様に停止した所でスケールを確認し、目標点に対し過不足があれば微少送りにより修正すれば良い。   Then, bending vibration is generated in the ultrasonic transducer 5A, and the driven body 5B is gently braked, and stops at time tz. At this time, as in the first embodiment, the scale is confirmed at the place where it has stopped, and if there is an excess or deficiency with respect to the target point, it may be corrected by fine feed.

したがって、本実施例によれば、前記したように被駆動体5Bに対する加速、減速を段階的に制御することで、駆動部機構に対する悪影響を減らすことができ、短い駆動時間で且つ正確に停止させることが可能となる。
なお、本実施例では、前記屈曲振動モード実行による制動は一様で有ったが、例えば超音波アクチュエータ5に印加する駆動電力(駆動電圧)を加減することで、弱い制動から強い制動へと変化するような制御も可能である。このような変形例が図8(a)に模式的に示されている。
図8(a)に示すように、前記制御部2による制御によって、A、B相の駆動電圧を時間時間t1 〜時間tx の間の期間において徐々に下げていくことで、屈曲振動は減衰し制動力は増加することになる。つまり、前駆駆動電圧が下がると、屈曲振動の減衰により超音波振動子5Aの摩擦接触部20と被駆動体5Bとの摩擦係数が増大するので、制動力もそれに応じて増大するため、その結果、速度も減衰し停止することになる。
Therefore, according to the present embodiment, as described above, by controlling the acceleration and deceleration of the driven body 5B in stages, adverse effects on the drive unit mechanism can be reduced, and the drive unit can be stopped accurately in a short drive time. It becomes possible.
In the present embodiment, the braking by the execution of the bending vibration mode is uniform. However, for example, by increasing or decreasing the driving power (driving voltage) applied to the ultrasonic actuator 5, from weak braking to strong braking. Control that changes is also possible. Such a modification is schematically shown in FIG.
As shown in FIG. 8 (a), the bending vibration is attenuated by gradually lowering the A and B phase drive voltages in the period between time t1 and time tx by the control of the control unit 2. The braking force will increase. That is, when the precursor driving voltage is lowered, the friction coefficient between the frictional contact portion 20 of the ultrasonic transducer 5A and the driven body 5B is increased due to the attenuation of the bending vibration, so that the braking force is also increased accordingly. The speed will also decay and stop.

また、本実施例では、超音波アクチュエータ5の駆動周波数を振ることで屈曲振動の平均的な押圧を変化させて制動を制御することも可能である。このような変形例が図8(b)及び図8(c)に模式的に示されている。
図8(a)及び図8(b)に示すように、前記制御部2による制御によって、最初、時間t1 にて屈曲振動の共振周波数f1で駆動を初め、その後、時間t1 〜時間tx の間の所定期間で徐々に周波数を上げて周波数f2に至るように制御される。すなわち、共振周波数f1から駆動周波数が離れることにより、屈曲振動が減衰して摩擦接触部20と被駆動体5Bとの摩擦係数が増大するので、制動力もそれに応じて増大することになる。なお、このような変形例では、前記とは逆に周波数を下げても行っても類似の効果は得られる。
In this embodiment, it is also possible to control the braking by changing the average pressure of the bending vibration by changing the drive frequency of the ultrasonic actuator 5. Such a modification is schematically shown in FIGS. 8B and 8C.
As shown in FIGS. 8A and 8B, by the control by the control unit 2, the driving is first started at the resonance frequency f1 of the flexural vibration at time t1, and thereafter between time t1 and time tx. In the predetermined period, the frequency is gradually increased to reach the frequency f2. That is, when the driving frequency is separated from the resonance frequency f1, the flexural vibration is attenuated and the friction coefficient between the friction contact portion 20 and the driven body 5B is increased, so that the braking force is increased accordingly. In such a modified example, a similar effect can be obtained even if the frequency is lowered instead of the above.

なお、本発明は、以上述べた実施形態のみに限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形実施可能である。   It should be noted that the present invention is not limited to the embodiments described above, and various modifications can be made without departing from the spirit of the invention.

図1乃至図6は本発明の超音波アクチュエータ駆動装置の第1実施例を示し、図1は前記超音波アクチュエータ駆動装置の全体構成を示すブロック図。1 to 6 show a first embodiment of an ultrasonic actuator driving apparatus according to the present invention, and FIG. 1 is a block diagram showing an overall configuration of the ultrasonic actuator driving apparatus. 図2は図1の超音波アクチュエータの構成例を示す構成図。FIG. 2 is a configuration diagram showing a configuration example of the ultrasonic actuator of FIG. Y軸方向に積層してなる図2の圧電体積層体の分解斜視図。FIG. 3 is an exploded perspective view of the piezoelectric laminate in FIG. 2 that is laminated in the Y-axis direction. 図1の電流検出部及び位相検出部の具体的な構成例を示すブロック図。The block diagram which shows the specific structural example of the electric current detection part of FIG. 1, and a phase detection part. 図5は本実施例の超音波アクチュエータ駆動方法を用いた制御動作に基づく超音波アクチュエータの動作状態を示すグラフ。FIG. 5 is a graph showing an operation state of the ultrasonic actuator based on the control operation using the ultrasonic actuator driving method of the present embodiment. 本発明の超音波アクチュエータ駆動装置の第2実施例を示し、超音波アクチュエータ駆動方法を用いた制御動作に基づく超音波アクチュエータの動作状態を示すグラフ。The graph which shows 2nd Example of the ultrasonic actuator drive device of this invention, and shows the operation state of the ultrasonic actuator based on control operation using the ultrasonic actuator drive method. 本発明の超音波アクチュエータ駆動装置の第3実施例を示し、超音波アクチュエータ駆動方法を用いた制御動作に基づく超音波アクチュエータの動作状態を示すグラフ。The graph which shows 3rd Example of the ultrasonic actuator drive device of this invention, and shows the operation state of the ultrasonic actuator based on control operation using the ultrasonic actuator drive method. 第3実施例の変形例を示し、屈曲振動モード実行中の制御例を説明するためのグラフ。The graph for demonstrating the modification of 3rd Example and demonstrating the example of control during bending vibration mode execution. 超音波振動子に印加される駆動信号の波形を示す波形図。The wave form diagram which shows the waveform of the drive signal applied to an ultrasonic transducer | vibrator. 超音波振動子の縦振動、屈曲振動及び楕円振動を説明するための説明図。Explanatory drawing for demonstrating the longitudinal vibration, bending vibration, and elliptical vibration of an ultrasonic transducer | vibrator. 従来の超音波アクチュエータ駆動装置による制御例及び被駆動体の動作状態を示すグラフ。The graph which shows the example of control by the conventional ultrasonic actuator drive device, and the operation state of a to-be-driven body.

符号の説明Explanation of symbols

1…超音波アクチュエータ駆動装置、
2…制御部、
2A…特性データ部、
2B…要求仕様部、
2C…演算部、
2a、2b…制御信号、
3…駆動部、
4…第1振動情報検出部、
5…超音波アクチュエータ、
5A…超音波振動子、
5B…被駆動部、
5a…圧電板、
5b…内部電極、
6…第2振動情報検出部、
7…発振部、
8…移相部、
9…電力増幅部、
10…A相電流検出部
11…B相電流検出部、
12…A相位相差検出部、
13…B相位相差検出部、
15…差動増幅回路、
16…バンドパスフィルター、
17…比較回路、
18…位相比較器、
20…摩擦部材。
代理人 弁理士 伊 藤 進
1 ... ultrasonic actuator driving device,
2 Control unit,
2A ... characteristic data section,
2B ... Required specification part,
2C: arithmetic unit,
2a, 2b ... control signals,
3 ... Drive unit,
4 ... 1st vibration information detection part,
5 ... Ultrasonic actuator,
5A ... ultrasonic transducer,
5B: driven part,
5a ... piezoelectric plate,
5b ... internal electrode,
6 ... 2nd vibration information detection part,
7: Oscillator,
8 ... Phase shift part,
9: Power amplifier,
10 ... A phase current detector 11 ... B phase current detector,
12 ... A phase phase difference detector,
13 ... B phase phase difference detection unit,
15 ... differential amplifier circuit,
16 ... band pass filter,
17: Comparison circuit,
18 ... Phase comparator,
20: Friction member.
Agent Patent Attorney Susumu Ito

Claims (14)

圧電層と内部電極層とを交互に積層してなる超音波振動子及び前記超音波振動子の少なくとも一部に接触し相対的に移動する被駆動体を備えた超音波アクチュエータと、交流信号を生成する発振部と、前記交流信号に基づいて2相の駆動信号を生成する移相部と、前記2相の駆動信号を増幅し、前記超音波振動子に印加することで、前記超音波振動子に縦振動及び/又は屈曲振動を発生させる駆動部と、前記発振部、移相部及び駆動部を制御する制御部と、を有する超音波アクチュエータ駆動装置において、
前記制御部は、前記被駆動体を起動又は停止するにあたり、前記超音波振動子の振動状態を切り替えることによって、前記被駆動体に対する駆動力を徐々に変化させることを特徴とする超音波アクチュエータ駆動装置。
An ultrasonic actuator comprising an ultrasonic vibrator formed by alternately laminating piezoelectric layers and internal electrode layers, a driven body that moves relative to at least a part of the ultrasonic vibrator, and an AC signal. An oscillating unit for generating, a phase shifting unit for generating a two-phase drive signal based on the AC signal, and amplifying the two-phase drive signal and applying the amplified signal to the ultrasonic transducer, thereby generating the ultrasonic vibration. In an ultrasonic actuator driving apparatus comprising: a drive unit that generates longitudinal vibration and / or bending vibration in a child; and a control unit that controls the oscillation unit, the phase shift unit, and the drive unit.
The control unit gradually changes a driving force for the driven body by switching a vibration state of the ultrasonic vibrator when starting or stopping the driven body. apparatus.
前記制御部は、前記被駆動体を起動するにあたり、前記超音波振動子に屈曲振動のみを発生した後に、縦振動及び屈曲振動を発生させるように前記2相の駆動信号の位相差を制御することを特徴とする請求項1に記載の超音波アクチュエータ駆動装置。   The control unit controls the phase difference between the two-phase drive signals so as to generate longitudinal vibration and bending vibration after generating only bending vibration in the ultrasonic vibrator when starting the driven body. The ultrasonic actuator driving apparatus according to claim 1. 前記制御部は、駆動中の前記被駆動体を減速、停止するにあたり、前記超音波振動子への前記駆動信号の印加を停止する期間と屈曲振動を発生させる期間を複数組み合わせて用いることにより、前記被駆動体に対する駆動力を徐々に変化させることを特徴とする請求項1に記載の超音波アクチュエータ駆動装置。   The controller, when decelerating and stopping the driven body that is being driven, by using a combination of a period for stopping application of the drive signal to the ultrasonic transducer and a period for generating bending vibration, The ultrasonic actuator driving apparatus according to claim 1, wherein a driving force for the driven body is gradually changed. 前記制御部は、駆動中の前記被駆動体を減速、停止するにあたり、前記超音波振動子に屈曲振動のみを所定期間発生させた後、前記駆動信号の印加を停止することを特徴とする請求項1に記載の超音波アクチュエータ駆動装置。   The control unit, when decelerating and stopping the driven body being driven, causes the ultrasonic transducer to generate only bending vibration for a predetermined period, and then stops applying the drive signal. Item 2. The ultrasonic actuator driving device according to Item 1. 前記制御部は、駆動中の前記被駆動体を減速、停止するにあたり、前記超音波振動子への前記駆動信号の印加を所定期間停止した後、屈曲振動を発生させることを特徴とする請求項1に記載の超音波アクチュエータ駆動装置。   The control unit, when decelerating and stopping the driven body that is being driven, generates bending vibration after stopping the application of the drive signal to the ultrasonic transducer for a predetermined period. 2. The ultrasonic actuator driving device according to 1. 前記制御部は、前記超音波振動子に屈曲振動を発生するにあたり、前記超音波振動子に印加する駆動信号の振幅を徐々に変化させることを特徴とする請求項3乃至請求項5のいずれか1つに記載の超音波アクチュエータ駆動装置。   The said control part changes the amplitude of the drive signal applied to the said ultrasonic transducer | vibrator gradually, when generating a bending vibration in the said ultrasonic transducer | vibrator, The Claim 3 thru | or 5 characterized by the above-mentioned. The ultrasonic actuator drive device according to one. 前記制御部は、前記超音波振動子に屈曲振動を発生するにあたり、前記超音波振動子に印加する駆動信号の周波数を徐々に変化させることを特徴とする請求項3乃至請求項5のいずれか1つに記載の超音波アクチュエータ駆動装置。   The said control part changes the frequency of the drive signal applied to the said ultrasonic transducer | vibrator gradually when generating a bending vibration in the said ultrasonic transducer | vibrator, The Claim 3 thru | or 5 characterized by the above-mentioned. The ultrasonic actuator drive device according to one. 圧電層と内部電極層とを交互に積層してなる超音波振動子及び前記超音波振動子の少なくとも一部に接触し相対的に移動する被駆動体を備えた超音波アクチュエータを有し、前記超音波振動子に、交流信号に基づいて生成された2相の駆動信号を印加することで、前記超音波振動子に縦振動及び/又は屈曲振動を発生させて駆動を行う超音波アクチュエータ駆動方法であって、
前記被駆動体を起動又は停止するにあたり、前記超音波振動子の振動状態を切り替えることによって、前記被駆動体に対する駆動力を徐々に変化させるようにしたことを特徴とする超音波アクチュエータ駆動方法。
An ultrasonic actuator comprising an ultrasonic transducer formed by alternately laminating piezoelectric layers and internal electrode layers, and a driven body that moves relative to at least a portion of the ultrasonic transducer, Ultrasonic actuator driving method for driving the ultrasonic vibrator by generating a longitudinal vibration and / or a bending vibration by applying a two-phase driving signal generated based on an AC signal to the ultrasonic vibrator Because
An ultrasonic actuator driving method characterized by gradually changing a driving force applied to the driven body by switching a vibration state of the ultrasonic vibrator when starting or stopping the driven body.
前記被駆動体を起動するにあたり、前記超音波振動子に屈曲振動のみを発生した後に、縦振動及び屈曲振動を発生させるように前記2相の駆動信号の位相差を制御することを特徴とする請求項8に記載の超音波アクチュエータ駆動方法。   When starting the driven body, the phase difference between the two-phase drive signals is controlled so that longitudinal vibration and bending vibration are generated after only the bending vibration is generated in the ultrasonic transducer. The method for driving an ultrasonic actuator according to claim 8. 駆動中の前記被駆動体を減速、停止するにあたり、前記超音波振動子への前記駆動信号の印加を停止する期間と屈曲振動を発生させる期間を複数組み合わせることにより、前記被駆動体に対する駆動力を徐々に変化させることを特徴とする請求項8に記載の超音波アクチュエータ駆動方法。   When decelerating and stopping the driven body being driven, a driving force applied to the driven body is combined by combining a plurality of periods in which application of the drive signal to the ultrasonic transducer is stopped and periods in which bending vibration is generated. The method for driving an ultrasonic actuator according to claim 8, wherein: is gradually changed. 駆動中の前記被駆動体を減速、停止するにあたり、前記超音波振動子に屈曲振動のみを所定期間発生させた後、前記駆動信号の印加を停止することを特徴とする請求項8に記載の超音波アクチュエータ駆動方法。   9. The method according to claim 8, wherein when the driven body being driven is decelerated and stopped, the application of the drive signal is stopped after only a bending vibration is generated in the ultrasonic vibrator for a predetermined period. Ultrasonic actuator driving method. 駆動中の前記被駆動体を減速、停止するにあたり、前記超音波振動子への前記駆動信号の印加を所定期間停止した後、屈曲振動を発生させることを特徴とする請求項8に記載の超音波アクチュエータ駆動方法。   9. The method according to claim 8, wherein when the driven body being driven is decelerated and stopped, bending vibration is generated after application of the drive signal to the ultrasonic transducer is stopped for a predetermined period. Sonic actuator driving method. 前記超音波振動子に前記屈曲振動を発生するにあたり、前記超音波振動子に印加する駆動信号の振幅を徐々に変化させることを特徴とする請求項10乃至請求項12のいずれか1つに超音波アクチュエータ駆動方法。   13. The method according to claim 10, wherein an amplitude of a drive signal applied to the ultrasonic transducer is gradually changed when the bending vibration is generated in the ultrasonic transducer. Sonic actuator driving method. 前記超音波振動子に前記屈曲振動を発生するにあたり、前記超音波振動子に印加する駆動信号の周波数を徐々に変化させることを特徴とする請求項10乃至請求項12のいずれか1つに超音波アクチュエータ駆動方法。   13. The method according to claim 10, wherein when the bending vibration is generated in the ultrasonic transducer, a frequency of a drive signal applied to the ultrasonic transducer is gradually changed. Sonic actuator driving method.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016178711A (en) * 2015-03-18 2016-10-06 セイコーエプソン株式会社 Piezoelectric drive device, robot, and method of driving the robot

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0311984A (en) * 1989-06-08 1991-01-21 Nikon Corp Driving device of ultrasonic motor
JPH05336762A (en) * 1991-07-31 1993-12-17 Nasuka:Kk Drive control circuit for ultrasonic motor
JPH08237970A (en) * 1995-02-28 1996-09-13 Olympus Optical Co Ltd Ultrasonic actuator and its driving method
JPH10136669A (en) * 1996-09-04 1998-05-22 Nikon Corp Oscillatory actuator and its control method
JPH11178374A (en) * 1997-12-12 1999-07-02 Canon Inc Drive device for vibrating actuator, equipment using the vibration-type actuator and image forming device using the same
JP2001286164A (en) * 2000-03-31 2001-10-12 Seiko Instruments Inc Ultrasonic vibration motor, and electronic device with ultrasonic motor

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0311984A (en) * 1989-06-08 1991-01-21 Nikon Corp Driving device of ultrasonic motor
JPH05336762A (en) * 1991-07-31 1993-12-17 Nasuka:Kk Drive control circuit for ultrasonic motor
JPH08237970A (en) * 1995-02-28 1996-09-13 Olympus Optical Co Ltd Ultrasonic actuator and its driving method
JPH10136669A (en) * 1996-09-04 1998-05-22 Nikon Corp Oscillatory actuator and its control method
JPH11178374A (en) * 1997-12-12 1999-07-02 Canon Inc Drive device for vibrating actuator, equipment using the vibration-type actuator and image forming device using the same
JP2001286164A (en) * 2000-03-31 2001-10-12 Seiko Instruments Inc Ultrasonic vibration motor, and electronic device with ultrasonic motor

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016178711A (en) * 2015-03-18 2016-10-06 セイコーエプソン株式会社 Piezoelectric drive device, robot, and method of driving the robot

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