JP2010183819A - 駆動装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】駆動装置1は、圧電素子を用いて構成されたアクチュエータ本体4及びアクチュエータ本体4に設けられてアクチュエータ本体4の振動に従って運動することで駆動力を出力する駆動子8,8を有する超音波アクチュエータ2と、周波数が同じで位相が異なる第1及び第2交流電圧を圧電素子に印加してアクチュエータ本体4に振動を発生させる制御部10とを備えている。制御部10は、第1交流電圧と前記第2交流電圧とを電圧値が互いに異なるように調節する。
【選択図】図1
Description
〈1.1:全体構成〉
本実施形態に係る超音波アクチュエータ2は、アクチュエータ本体4と、該アクチュエータ本体4に設けられた駆動子8,8と、該アクチュエータ本体4を収容するケース5と、該アクチュエータ本体4をケース5に対して支持する支持部6A〜6Cと、該アクチュエータ本体4に給電するための第1及び第2フレキシブルケーブル7A,7Bとを有していて、アクチュエータ本体4に伸縮振動と屈曲振動とを発生させることによって、移動体9との間に相対的な駆動力を発生するものである。この超音波アクチュエータ2が振動型アクチュエータを構成し、移動体9が駆動対象物を構成する。
本実施形態に係るアクチュエータ本体4は、略直方体形状である。このアクチュエータ本体4は、圧電体である略矩形状の複数の圧電体層41と、前記圧電体層41の間に設けられた内部電極層とを有している。アクチュエータ本体4は、図2の紙面手前から奥に向かう方向(以下、厚み方向ともいう)に、圧電体層と内部電極層が積層されている。
本実施形態においては、電気接続部材として、フレキシブルケーブルを用いている。図2に示すように、第1及び第2フレキシブルケーブル7A,5Bは、アクチュエータ本体4の両短辺側面において、該アクチュエータ本体4に電気的に接続されている。第1フレキシブルケーブル7Aと第2フレキシブルケーブル5Bとは同じ形状である。
駆動装置1における駆動電源11は、クロック発生部14と、位相シフト部15と、第1及び第2増幅部16A,16Bと、第1及び第2波形整形部17A,17Bとを有し、2相の正弦波の駆動電圧をアクチュエータ本体4に印加する。
〈3.1:基本動作〉
以下、超音波アクチュエータ2の動作について説明する。図8は、本実施形態に係る1次の伸縮振動の変位を示す概念図であり、図9は、2次の屈曲振動の変位を示す概念図であり、図10は、アクチュエータ本体4の動作を示す概念図である。なお、図8〜図10においては、アクチュエータ本体4の主面はその紙面と平行な位置関係にある。
以下に、駆動装置1の駆動電圧の電圧値制御について説明する。
そこで、駆動装置1は、第1及び第2電流検出部12A,12Bの検出結果に基づいて、第1電極間に流れる第1電流A1と、第2電極間に流れる第2電流A2とを比較し、第1電流A1の電流値と第2電流A2の電流値との差が所定の閾値以下となるように、第1及び第2駆動電圧V1,V2の電圧値を調節する。具体的には、制御部10が駆動電源11において第1及び第2駆動電圧V1,V2の元となる矩形波電圧のデューティ比を調節することによって、第1及び第2駆動電圧V1,V2の実効値を調節する。
また、駆動装置1を、第1及び第2電流の均一化までは行わずに、第1及び第2電流の何れもが所定の上限値を超えないように、第1及び第2駆動電圧を制御するように構成してもよい。つまり、駆動装置1は、第1及び第2電流検出部12A,12Bの検出結果に基づいて、第1及び第2電流A1,A2の何れもが所定の上限値を超えないように、第1及び第2駆動電圧V1,V2の電圧値を調節する。具体的には、制御部10が駆動電源11において第1及び第2駆動電圧V1,V2の元になる矩形波電圧のデューティ比を調節することによって、第1及び第2駆動電圧の実効値を調節する。
さらに、駆動装置1は、消費電力よりも移動体9の駆動速度を優先するときには、第1及び第2電流検出部12A,12Bの検出結果に基づいて、第1及び第2電極間のうち電流が流れ易い方の駆動電圧の電圧値を大きく調節する。詳しくは、同じ電圧値の第1及び第2駆動電圧V1,V2を印加したときに、第1及び第2電極間のうち、より大きな電流値の電流が流れた方の電極間の駆動電圧を大きく調節する。
上記の制御においては、駆動装置1は、第1及び第2電流検出部12A,12Bの検出結果に基づいて、第1及び第2駆動電圧を制御しているが、これに限られるものではない。例えば、駆動装置1は、出荷前等に予め測定しておいた第1及び第2電流又は予め測定した第1及び第2電流から算出した第1及び第2駆動電圧を制御部10に信号の授受可能に接続された記憶部18に記憶しておいてもよい。そして、駆動装置1は、超音波アクチュエータ2を実際に作動させるときに、記憶部18から記憶していたデータを読み出して、該データに基づいて第1及び第2駆動電圧を設定して、上記の制御を行うようにしてもよい。
したがって、本実施形態によれば、第1駆動電圧と第2駆動電圧とを電圧値が互いに異なるように調節することによって、第1及び第2電流に応じた駆動電圧でアクチュエータ本体4を作動させることができるため、アクチュエータ本体4の発熱を抑えたり、消費電力を抑えたりすることができる。
本発明は、前記実施形態について、以下のような構成としてもよい。
2 超音波アクチュエータ(振動型アクチュエータ)
4 アクチュエータ本体
9 移動体(駆動対象物)
10 制御部
12A 第1電流検出部
12B 第2電流検出部
18 記憶部
V1 第1駆動電圧
V2 第2駆動電圧
A1 第1電流
A2 第2電流
Claims (12)
- 圧電素子を用いて構成されたアクチュエータ本体を有し、該アクチュエータ本体を振動させることによって駆動力を出力する振動型アクチュエータと、
周波数が同じで位相が異なる第1及び第2交流電圧を前記圧電素子に印加して該アクチュエータ本体に振動を発生させる制御部とを備え、
前記制御部は、前記第1交流電圧と前記第2交流電圧とを電圧値が互いに異なるように調節する駆動装置。 - 請求項1に記載の駆動装置において、
前記第1交流電圧に対応して流れる第1電流を検出する第1電流検出部と、
前記第2交流電圧に対応して流れる第2電流を検出する第2電流検出部とをさらに備え、
前記制御部は、前記第1及び第2電流検出部の検出結果に基づいて、前記第1交流電圧の電圧値及び/又は前記第2交流電圧の電圧値を調節する駆動装置。 - 請求項1に記載の駆動装置において、
前記第1交流電圧に対応して流れる第1電流と、前記第2交流電圧に対応して流れる第2電流とを予め記憶しておく記憶部をさらに備え、
前記制御部は、前記記憶部に記憶している前記第1及び第2電流に基づいて、前記第1交流電圧の電圧値及び/又は前記第2交流電圧の電圧値を調節する駆動装置。 - 請求項2又は3に記載の駆動装置において、
前記制御部は、前記第1電流の電流値と前記第2電流の電流値との差が所定の閾値以下となるように、前記第1交流電圧の電圧値及び/又は前記第2交流電圧の電圧値を調節する駆動装置。 - 請求項4に記載の駆動装置において、
前記制御部は、前記第1電流の電流値と前記第2電流の電流値との差が所定の閾値以下となるように、前記第1及び第2電流のうち電流値が大きい方に対応する前記第1又は第2交流電圧の電圧値を下げる駆動装置。 - 請求項4に記載の駆動装置において、
前記制御部は、前記第1電流の電流値と前記第2電流の電流値との差が所定の閾値以下となるように、前記第1及び第2電流のうち電流値が小さい方に対応する前記第1又は第2交流電圧の電圧値を上げる駆動装置。 - 請求項2又は3に記載の駆動装置において、
前記制御部は、前記第1及び第2電流が所定の上限値以下となるように、前記第1交流電圧の電圧値及び/又は前記第2交流電圧の電圧値を調節する駆動装置。 - 請求項2又は3に記載の駆動装置において、
前記制御部は、前記第1及び第2電流のうち電流値が大きい方の電流値が所定の上限値となるように、前記第1交流電圧の電圧値及び/又は前記第2交流電圧の電圧値を調節する駆動装置。 - 請求項1乃至8の何れか1つに記載の駆動装置において、
前記アクチュエータ本体は、縦振動と屈曲振動とを行う駆動装置。 - 請求項1乃至9の何れか1つに記載の駆動装置において、
前記制御部は、前記アクチュエータ本体に振動を発生させることによって駆動対象物を移動させて該駆動対象物の位置を制御しており、前記第1交流電圧と前記第2交流電圧との位相差を調節することによって駆動対象物の移動速度を制御する駆動装置。 - 請求項1乃至10の何れか1つに記載の駆動装置において、
前記制御部は、前記第1及び第2交流電圧を調節後、所定の時間が経過すると元に戻す駆動装置。 - 請求項1乃至11の何れか1つに記載の駆動装置において、
前記制御部は、前記アクチュエータ本体に振動を発生させることによって駆動対象物を移動させて該駆動対象物の位置を制御しており、
前記第1及び第2駆動電圧の電圧値の制御周期は、前記駆動対象物の位置の制御周期よりも長い駆動装置。
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