JP2008172853A - 定在波型超音波アクチュエータの駆動方法およびその駆動装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】定在波型超音波アクチュエータ10の駆動方法は、超音波振動子4に縦振動と屈曲振動とを発生させることにより、超音波振動子4の摩擦接触子18に略楕円振動を生じさせ、該楕円振動の摩擦力を推力として、超音波振動子4と超音波振動子4に接触する被駆動体2とを相対的に移動させる定在波型超音波アクチュエータ10の駆動方法であって、起動時に、前記縦振動を励起した後に、前記屈曲振動を励起させる。
【選択図】図11
Description
(1)ギヤなしで高トルクが得られる。
(2)電気OFF時に保持力がある。
(3)高分解能である。
(4)静粛性に富んでいる。
(5)磁気的ノイズを発生せず、また、ノイズの影響も受けない。
本発明は、超音波振動子に縦振動と屈曲振動とを発生させることにより、前記超音波振動子の出力端に略楕円振動を生じさせ、該楕円振動の摩擦力を推力として、前記超音波振動子と前記超音波振動子に接触する被駆動体とを相対的に移動させる定在波型超音波アクチュエータの駆動方法であって、起動時に、前記縦振動を励起した後に、前記屈曲振動を励起させる定在波型超音波アクチュエータの駆動方法を提供する。
本実施形体に係る超音波アクチュエータ10は、図1に示されるように、被駆動体2と、該被駆動体2に接触配置される超音波振動子4とを備えている。超音波振動子4は、図示しない押圧手段により、被駆動体2に所定の押圧力で押し付けられている。また、本実施形態に係る超音波アクチュエータシステム6は、上記超音波アクチュエータ10と、該超音波アクチュエータ10を駆動する駆動装置8とを備えている。
内部電極14(C+)は、圧電セラミックスシート12の幅方向の中央部において、圧電セラミックスシート12の長さ方向に沿って帯状に設けられている。具体的には、内部電極14(C+)は、図8に示すように、圧電セラミックスシート12を長手方向に2等分および幅方向に2等分して第1の領域乃至第4の領域からなる4つの領域に区分した場合に、第1から第4の各領域における占有面積が略等しくなるように配置されている。
内部電極14(C−)は、図4に示した圧電セラミックスシート12における内部電極14(C+)に対応する位置に配置されている。同様に、内部電極14(A−),14(B−)についても、図4に示した内部電極14(A+),14(B+)にそれぞれ対応する位置に配置されている。
図4に示される圧電セラミックスシート12と、図5に示される圧電セラミックスシート12とは、交互に複数枚積層されることにより、直方体状の圧電積層体16を構成している。
具体的には、図2および図3に示されるように、圧電積層体16の長さ方向の一端には、圧電積層体16の他側面の側(図において上側)からC相の外部電極22(C+),B相の外部電極22(B+),22(B−)が設けられ、これに対向する面には、C相の外部電極22(C−),A相の外部電極22(A+),22(A−)が設けられている。
具体的には、A相の外部電極22(A+),22(A−)にそれぞれ接続される1対の配線、並びに、B相の外部電極22(B+),22(B−)にそれぞれ接続される1対の配線は、それぞれA相,B相の駆動用信号線として、図11に示す駆動装置8のドライブIC28に接続される。
A相の外部電極22(A+),22(A−)およびB相の外部電極22(B+),22(B−)に同位相で共振周波数に対応する駆動交番電圧を印加すると、図6に示されるような1次の縦振動が励起されるようになっている。また、このとき、前述した圧電セラミックスシート12に生ずる電荷は、例えば、図8に示すように、圧電セラミックシート12を4つの領域に区分した場合、図9に示すように、第1の領域から第4の領域において正電荷もしくは負電荷が同時に励起された状態となる。
なお、対をなす内部電極14(C+),14(C−)には、互いに異符号の電荷がそれぞれ励起されることとなる。
なお、摩擦接触子18は、例えば、PPS樹脂中にチタン酸カリウムの繊維、カーボンの繊維、PTFE(4フッ化エチレン)等が混入された素材からなる。
図11に示すように、駆動装置8は、2相の駆動制御信号を発生する駆動パルス発生回路26と、該駆動パルス発生回路26から出力される駆動制御信号に基づいて駆動交番電圧を生成するドライブIC28と、超音波振動子4の振動を検出する振動検出回路30と、該振動検出回路30から出力される振動検出信号と前記駆動パルス発生回路26から発生される駆動制御信号との位相差を求める位相比較回路32と、この位相差に応じて超音波振動子4に印加する駆動交番電圧を制御する周波数制御回路34と、周波数設定回路36と、方向指示回路38とを備えている。
なお、基準位相差φrefの値については、特に限定されることなく、超音波アクチュエータ10の駆動効率、換言すると、所望のアクチュエータの速度に応じて設計事項により任意に決定できる。
まず、超音波アクチュエータ10の起動時には、駆動装置8は、図14に示すように、超音波振動子4に縦振動を励起させた後、屈曲振動を励起させる。
図14において、横軸は時間を示し、縦軸は被駆動体2の移動速度を示している。本実施形態では、t0からt1までの間で縦振動を励起させ、t1以降は縦振動と屈曲振動を励起させる。
具体的には、超音波振動子4に生じている縦振動と屈曲振動のうち、縦振動に応じた電気信号が配線L1,L2を介して振動検出回路30に入力され、振動検出回路30において、デジタル信号に変換されて、振動検出信号として位相比較回路32に入力される。
周波数制御回路34においては、差分Δφの符号(プラス、または、マイナス)に基づいて周波数の変化量Δfの符号(プラス、または、マイナス)が決められ、この変化量Δfが周波数設定回路36に出力される。
これにより、A相の駆動制御信号と振動検出信号との位相差φが基準位相差φrefとなるようなフィードバック制御が行われることとなり、超音波振動子4の内部電極14(C+),14(C−)から検出される縦振動の電気信号に追従した所望の駆動周波数で,超音波アクチュエータ10を駆動させることが可能となる。
図16において、横軸は時間を示し、縦軸は被駆動体2の移動速度を示している。本実施形態では、t1´において屈曲振動を停止して縦振動のみを励起し、t2´において駆動信号を停止させる。
例えば、本実施形態では、A相およびB相の電極に位相差の異なる駆動制御信号を印加することにより、超音波振動子4に縦振動と屈曲振動とを励起させたが、これに代えて、超音波振動子が、縦振動を誘起する専用の電極と屈曲振動を誘起する専用の電極とを備えることとし、超音波振動子に縦振動と屈曲振動とを励起させることとしてもよい。このようにすることで、縦振動の振動速度と屈曲振動の振動速度とをそれぞれ変えることができる。この結果、縦振動と屈曲振動との合成により被駆動体が移動される超音波アクチュエータにおいては、被駆動体の移動速度は縦振動の振動速度で一義的に決まるため、屈曲振動の振動速度を変えることで、被駆動体の移動速度を制御することが可能となる。
4 超音波振動子
10 超音波アクチュエータ(定在波型超音波アクチュエータ)
18 摩擦接触子
Claims (5)
- 超音波振動子に縦振動と屈曲振動とを発生させることにより、前記超音波振動子の出力端に略楕円振動を生じさせ、該楕円振動の摩擦力を推力として、前記超音波振動子と前記超音波振動子に接触する被駆動体とを相対的に移動させる定在波型超音波アクチュエータの駆動方法であって、
起動時に、前記縦振動を励起した後に、前記屈曲振動を励起させる定在波型超音波アクチュエータの駆動方法。 - 超音波振動子に縦振動と屈曲振動とを発生させることにより、前記超音波振動子の出力端に略楕円振動を生じさせ、該楕円振動の摩擦力を推力として、前記超音波振動子と前記超音波振動子に接触する被駆動体とを相対的に移動させる定在波型超音波アクチュエータの駆動方法であって、
駆動停止時に、前記屈曲振動を停止した後に、前記縦振動を停止する定在波型超音波アクチュエータの駆動方法。 - 超音波振動子に縦振動と屈曲振動とを発生させることにより、前記超音波振動子の出力端に略楕円振動を生じさせ、該楕円振動の摩擦力を推力として、前記超音波振動子と前記超音波振動子に接触する被駆動体とを相対的に移動させる定在波型超音波アクチュエータの駆動装置であって、
起動時に、前記縦振動を励起した後に、前記屈曲振動を励起させる定在波型超音波アクチュエータの駆動装置。 - 超音波振動子に縦振動と屈曲振動とを発生させることにより、前記超音波振動子の出力端に略楕円振動を生じさせ、該楕円振動の摩擦力を推力として、前記超音波振動子と前記超音波振動子に接触する被駆動体とを相対的に移動させる定在波型超音波アクチュエータの駆動装置であって、
駆動停止時に、前記屈曲振動を停止した後に、前記縦振動を停止する定在波型超音波アクチュエータの駆動装置。 - 定在波型超音波アクチュエータと、
請求項3または請求項4に記載の駆動装置と
を備える定在波型超音波アクチュエータシステム。
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