JP2013144273A - Drive circuit of piezoelectric actuator - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、立上りまたは立下りを伴う駆動電圧を印加する圧電アクチュエータの駆動回路に関する。 The present invention relates to a drive circuit for a piezoelectric actuator that applies a drive voltage with rising or falling.
近年、カメラのレンズ駆動機構や精密位置決め装置等に圧電アクチュエータが用いられており、そのような機構や装置内で生じる異常な電圧や電流から圧電アクチュエータを保護する回路が提案されている。 In recent years, piezoelectric actuators have been used in camera lens driving mechanisms, precision positioning devices, and the like, and circuits that protect piezoelectric actuators from abnormal voltages and currents generated in such mechanisms and devices have been proposed.
たとえば、特許文献1記載の圧電アクチュエータ装置は、故障判定器で故障が判定された場合に駆動信号増幅回路から圧電アクチュエータへの電圧供給を遮断し、圧電アクチュエータを故障時の異常な印加電圧から保護している。
For example, in the piezoelectric actuator device described in
また、特許文献2記載のアクチュエータ駆動機構は、圧電素子がショートした場合でも、過電流検出抵抗の両端に接続された過電流保護回路が通電を停止させて圧電素子に対する過電流が流れないよう制御している。
Further, the actuator drive mechanism described in
また、特許文献3は、過電圧の駆動信号が圧電アクチュエータに入力された場合には、過電圧制限素子の抵抗が急激に下がり電流を流すことで、不適切な信号を圧電アクチュエータ素子から遮断し、圧電アクチュエータ素子を思わぬ破損から守っている。 Further, in Patent Document 3, when an overvoltage drive signal is input to a piezoelectric actuator, the resistance of the overvoltage limiting element is suddenly lowered to flow a current, thereby blocking an inappropriate signal from the piezoelectric actuator element. The actuator element is protected from unexpected damage.
一方、圧電アクチュエータには、バルブの開閉に代表されるOnOffの動作に対する耐久性が求められるようになっている。たとえば、バルブの開閉機構では、ガスの切替のために0.5秒以内の伸縮を1000万回以上行なう駆動が求められることもある。圧電アクチュエータを矩形波など急峻な電圧の変化を伴う駆動波形で駆動した場合には、DCを印加する場合より早く電圧変化の回数に応じた故障が発生する。
On the other hand, the piezoelectric actuator is required to have durability against the OnOff operation represented by opening and closing of the valve. For example, in the valve opening / closing mechanism, there is a case where it is required to perform expansion and contraction within 0.5
上記の特許文献1〜3記載の技術は、過電流や過電圧から圧電アクチュエータを保護するものにすぎず、電圧の変化の大きさには対応していない。したがって、このような回路を用いたとしても急峻な電圧の変化を伴う駆動波形に対して、圧電アクチュエータの耐久性は向上しない。
The techniques described in
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、立上りまたは立下りを伴う駆動電圧で圧電アクチュエータを駆動する場合に圧電アクチュエータへの負担を軽減して故障を防止できる圧電アクチュエータの駆動回路を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and when a piezoelectric actuator is driven with a driving voltage that involves rising or falling, the driving of the piezoelectric actuator can reduce the burden on the piezoelectric actuator and prevent failure. An object is to provide a circuit.
(1)上記の目的を達成するため、本発明の圧電アクチュエータの駆動回路は、立上りまたは立下りを伴う駆動電圧を印加する圧電アクチュエータの駆動回路であって、電圧印加の立上りまたは立下りにおいて、圧電アクチュエータの機械的共振周波数以下の周波数成分で形成され、傾き0から始まる波形で前記圧電アクチュエータに印加することを特徴としている。 (1) In order to achieve the above object, the piezoelectric actuator drive circuit of the present invention is a piezoelectric actuator drive circuit that applies a drive voltage with rising or falling, and at the rising or falling of voltage application, The piezoelectric actuator is formed with a frequency component equal to or lower than the mechanical resonance frequency of the piezoelectric actuator, and is applied to the piezoelectric actuator with a waveform starting from an inclination of zero.
このように、本発明の圧電アクチュエータの駆動回路は、圧電アクチュエータの機械的共振周波数以下の周波数成分のみ、立上りまたは立下りにおいて傾き0から始まる波形で圧電アクチュエータに印加するため、矩形波のような立上りまたは立下りを伴う波形の電圧で駆動した場合に、立上りまたは立下りの電圧の変化が緩やかになる。その結果、圧電アクチュエータにかかる負担が軽減され、その耐久性が向上する。そして、たとえば、バルブの開閉に用いられる圧電アクチュエータの駆動回路に効果的に応用できる。
As described above, the piezoelectric actuator drive circuit according to the present invention applies only a frequency component equal to or lower than the mechanical resonance frequency of the piezoelectric actuator to the piezoelectric actuator with a waveform starting from the
(2)また、本発明の圧電アクチュエータの駆動回路は、前記電圧印加の立上りまたは立下りにおいて、前記圧電アクチュエータの機械的共振周波数の1/3の周波数を有し位相−90°または+90°から始まる正弦波より、1次微分値の絶対値が小さい波形で、前記圧電アクチュエータに電圧を印加することを特徴としている。これにより、特に立上りまたは立下り付近の波形が緩やかになる。その結果、圧電アクチュエータにかかる負担が軽減され、耐久性が向上する。 (2) In addition, the piezoelectric actuator drive circuit of the present invention has a frequency that is 1/3 of the mechanical resonance frequency of the piezoelectric actuator at the rising or falling of the voltage application, from a phase of −90 ° or + 90 °. A voltage is applied to the piezoelectric actuator with a waveform having a smaller first-order differential value than a starting sine wave. Thereby, the waveform especially in the vicinity of rising or falling becomes gentle. As a result, the burden on the piezoelectric actuator is reduced and the durability is improved.
(3)また、本発明の圧電アクチュエータの駆動回路は、電源電圧を前記印加電圧波形の電圧にして前記圧電アクチュエータに印加する2次以上のRCローパスフィルタを備えることを特徴としている。これにより、急峻すぎる電源電圧を緩やかな波形に変えて圧電アクチュエータに印加する構成を簡易に実現できる。 (3) Further, the piezoelectric actuator drive circuit of the present invention is characterized by including a secondary or higher-order RC low-pass filter that applies a power supply voltage to the piezoelectric actuator with a voltage having the applied voltage waveform. Accordingly, it is possible to easily realize a configuration in which the power supply voltage that is too steep is changed to a gentle waveform and applied to the piezoelectric actuator.
(4)また、本発明の圧電アクチュエータの駆動回路は、電源電圧を前記印加電圧波形の電圧にして前記圧電アクチュエータに印加するRLCローパスフィルタを備えることを特徴としている。これにより、急峻すぎる電源電圧を緩やかな波形に変えて圧電アクチュエータに印加する構成を簡易に実現できる。 (4) In addition, the piezoelectric actuator drive circuit of the present invention includes an RLC low-pass filter that applies a power supply voltage to the piezoelectric actuator with a voltage of the applied voltage waveform. Accordingly, it is possible to easily realize a configuration in which the power supply voltage that is too steep is changed to a gentle waveform and applied to the piezoelectric actuator.
(5)また、本発明の圧電アクチュエータの駆動回路は、前記電圧印加の立上りまたは立下りにおいて、前記圧電アクチュエータの機械的共振周波数の1/3以下の周波数を有し位相−90°または+90°から始まる正弦波の半周期の波形で、前記圧電アクチュエータに電圧を印加することを特徴としている。これにより、特に立上りまたは立下り付近の波形が緩やかになる。その結果、圧電アクチュエータにかかる負担が軽減され、耐久性が向上する。 (5) Further, the drive circuit for the piezoelectric actuator of the present invention has a frequency equal to or lower than 1/3 of the mechanical resonance frequency of the piezoelectric actuator at the rising or falling of the voltage application, and a phase of −90 ° or + 90 °. A voltage is applied to the piezoelectric actuator with a half-cycle waveform of a sine wave starting from. Thereby, the waveform especially in the vicinity of rising or falling becomes gentle. As a result, the burden on the piezoelectric actuator is reduced and the durability is improved.
本発明によれば、立上りまたは立下りを伴う駆動電圧で圧電アクチュエータを駆動する場合に圧電アクチュエータへの負担を軽減して故障を防止できる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, when driving a piezoelectric actuator with the drive voltage accompanying a rise or fall, the burden to a piezoelectric actuator can be eased and a failure can be prevented.
次に、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。 Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In order to facilitate understanding of the description, the same reference numerals are given to the same components in the respective drawings, and duplicate descriptions are omitted.
[第1の実施形態]
図1は、2次のRCローパスフィルタを備える圧電アクチュエータの駆動回路10を示す図である。駆動回路10は、立上りまたは立下りを伴う駆動電圧が印加される用途に用いられ、頻繁にOnOff駆動させられる。このような回路の応用例にはバルブの開閉機構等がある。駆動回路10は、電源11、圧電アクチュエータ15および2次のRCローパスフィルタを備えている。
[First Embodiment]
FIG. 1 is a diagram showing a
電源11は、たとえばOnOffの指示により、矩形波のような立上りまたは立下りを伴う電源電圧を発生させる。圧電アクチュエータ15は、電極と電極間にPZT等で形成された圧電層を有しており、印加電圧に応じて伸縮する。なお、電圧印加の立上りとは、一定だった電圧が増加に転じたときの状態をいい、電圧印加の立下りとは一定だった電圧が減少に転じたときの状態をいう。
The
2次のRCローパスフィルタは、圧電アクチュエータ15の容量値に応じた特性を有する各抵抗12、13およびキャパシタ14を設置することにより構成されている。すなわち、圧電アクチュエータ15を含めて2次のRCローパスフィルタが構成されている。抵抗12およびキャパシタ14により1段目のRCローパスフィルタが構成され、抵抗13および圧電アクチュエータ15により2段目のRCローパスフィルタが構成されている。
The secondary RC low-pass filter is configured by installing the
2次のRCローパスフィルタは、OnOffの電源電圧波形のうち圧電アクチュエータ15の機械的共振周波数以下の周波数成分のみ通し、電圧印加の立上りまたは立下りにおいて傾き0から始まる波形にして圧電アクチュエータ15に印加する。このようにして、印加電圧の変化を緩やかにするだけでなく、印加電圧が一定の電圧から変化する際の時間当たりの電圧の変化を小さくしている。上記のような波形で圧電アクチュエータ15に電圧を印加できるように抵抗12、13およびキャパシタ14の各特性値(抵抗値、容量値)が設計されている。
The second-order RC low-pass filter passes only the frequency component equal to or lower than the mechanical resonance frequency of the
2次のRCローパスフィルタに代えて1次のRCローパスフィルタを構成した場合には、印加電圧の立ち上がりの傾きが十分に小さくならない。ただし、RCローパスフィルタはさらに高次のものであってもよい。 When a primary RC low-pass filter is configured instead of the secondary RC low-pass filter, the slope of rising of the applied voltage is not sufficiently reduced. However, the RC low-pass filter may be higher order.
なお、電圧印加の立上りにおいては、圧電アクチュエータ15の機械的共振周波数の1/3の周波数を有し、位相−90°から始まる正弦波より1次微分値の絶対値が小さい波形で圧電アクチュエータ15に電圧を印加する構成になっていることが好ましい。また、電圧印加の立下りにおいては、圧電アクチュエータ15の機械的共振周波数の1/3の周波数を有し、位相+90°から始まる正弦波より1次微分値の絶対値が小さい波形で、圧電アクチュエータ15に電圧を印加する構成になっていることが好ましい。
At the rise of voltage application, the
[第2の実施形態]
圧電アクチュエータの駆動回路は、2次以上のRCローパスフィルタに代えてRLCローパスフィルタを備えていてもよい。図2は、RLCローパスフィルタを備える圧電アクチュエータの駆動回路20を示す図である。駆動回路20は、電源11、圧電アクチュエータ15およびRLCローパスフィルタを備えている。
[Second Embodiment]
The drive circuit of the piezoelectric actuator may include an RLC low-pass filter instead of the secondary or higher-order RC low-pass filter. FIG. 2 is a diagram illustrating a
RLCローパスフィルタは、所定の特性を有する抵抗22、コイル23およびキャパシタ24により構成されている。RLCローパスフィルタは、OnOffの電源電圧波形のうち圧電アクチュエータ15の機械的共振周波数以下の周波数成分のみを通し、傾き0から始まる波形にして圧電アクチュエータ15に印加する。このような波形で圧電アクチュエータ15に電圧を印加できるように抵抗22、コイル23およびキャパシタ24の各特性値(抵抗値、インダクタンス、容量値)が設計されている。
The RLC low-pass filter includes a
なお、電圧印加の立上りにおいては、圧電アクチュエータ15の機械的共振周波数の1/3の周波数を有し、位相−90°から始まる正弦波より1次微分値の絶対値が小さい印加電圧波形で、圧電アクチュエータ15に電圧を印加する構成になっていることが好ましい。また、電圧印加の立下りにおいては、圧電アクチュエータ15の機械的共振周波数の1/3の周波数を有し、位相+90°から始まる正弦波より1次微分値の絶対値が小さい印加電圧波形で、圧電アクチュエータ15に電圧を印加する構成になっていることが好ましい。
At the rise of voltage application, an applied voltage waveform having a frequency that is 1/3 of the mechanical resonance frequency of the
[第3の実施形態]
圧電アクチュエータの駆動回路は、電源自体が2次以上のRCローパスフィルタやRLCローパスフィルタと同様の動作をするものであってもよい。図3は、電源自体が所定の動作を行なう圧電アクチュエータの駆動回路30を示す図である。駆動回路30は、電源31および圧電アクチュエータ15を備えている。電源31は、圧電アクチュエータ15の機械的共振周波数以下の周波数成分のみで形成され、傾き0から始まる波形で駆動電圧を圧電アクチュエータ15に印加する。また、電源31は、電圧印加の立上りまたは立下りにおいて、圧電アクチュエータ15の機械的共振周波数の1/3の周波数を有する正弦波より1次微分値の絶対値が小さい印加電圧波形で、圧電アクチュエータ15に電圧を印加することが好ましい。
[Third Embodiment]
The drive circuit for the piezoelectric actuator may be one in which the power supply itself operates in the same manner as a secondary or higher-order RC low-pass filter or RLC low-pass filter. FIG. 3 is a diagram showing a
また、上記のような印加電圧波形に代えて、電圧印加の立上りにおいて、圧電アクチュエータ15の機械的共振周波数の1/3以下の周波数を有し、位相−90°から始まる正弦波の半周期の印加電圧波形で、圧電アクチュエータ15に電圧を印加する構成としてもよい。また、電圧印加の立下りにおいて、圧電アクチュエータ15の機械的共振周波数の1/3以下の周波数を有し、位相+90°から始まる正弦波の半周期の印加電圧波形で、圧電アクチュエータ15に電圧を印加する構成としてもよい。
Further, instead of the applied voltage waveform as described above, at the rise of voltage application, it has a frequency equal to or less than 1/3 of the mechanical resonance frequency of the
[耐久性試験]
上記の実施形態に対応する実施例およびこれと比較するための比較例の回路を構成し、圧電アクチュエータの耐久性を確認する試験を行なった。具体的には、各回路で圧電アクチュエータに対して、定格電圧のOnOffで駆動電圧を発生させ、波形を測定するとともに定期的に絶縁抵抗を測定して1MΩを下回ったところで故障したと判断した。
[Durability test]
The circuit of the Example corresponding to said embodiment and the comparative example for comparing with this was comprised, and the test which confirms durability of a piezoelectric actuator was done. Specifically, a drive voltage was generated at the rated voltage OnOff for each circuit in each circuit, the waveform was measured, and the insulation resistance was measured periodically to determine that a failure occurred when the value was below 1 MΩ.
圧電アクチュエータとして、日本セラテック社製PRB−4040を各水準について10本用意し、バネを介して約300Nの予圧をかけた。この圧電アクチュエータの静電容量は約6.5μFであった。この状態で共振周波数を測定したところ、約300Hzであった。各回路では、任意波形が作成可能なファンクションジェネレータと2アンペアの4象限アンプで電源電圧を発生させた。矩形波の電圧はすべて0−150V、周波数は1HzでDuty比50%とした。 As piezoelectric actuators, 10 PRB-4040s manufactured by Nippon Ceratech Co., Ltd. were prepared for each level, and a preload of about 300 N was applied via a spring. The capacitance of this piezoelectric actuator was about 6.5 μF. When the resonance frequency was measured in this state, it was about 300 Hz. In each circuit, the power supply voltage was generated by a function generator capable of creating an arbitrary waveform and a 2 amp 4-quadrant amplifier. The voltages of the rectangular waves were all 0-150V, the frequency was 1 Hz, and the duty ratio was 50%.
(比較例1)
図4は、比較例1の圧電アクチュエータの駆動回路40を示す回路図である。圧電アクチュエータ15に直列に2.2kΩの抵抗42をつないで駆動回路40を構成した。ファンクションジェネレータおよび2アンペアの4象限アンプを用いて電源11を構成し、矩形波の電圧を印加した。
(Comparative Example 1)
FIG. 4 is a circuit diagram showing a
(比較例2)
10kΩの抵抗42を用いて図4に示す圧電アクチュエータの駆動回路40を構成した。ファンクションジェネレータおよび2アンペアの4象限アンプを用いて電源11を構成し、矩形波の電圧を印加した。
(Comparative Example 2)
A
(比較例3)
図5は、比較例3の圧電アクチュエータの駆動回路50を示す回路図である。圧電アクチュエータの駆動回路50は、2.2kΩの抵抗52および容量値1μFのキャパシタ53を有する1次のRC1次のローパスフィルタを備えている。上記の比較例1、2と同様に、ファンクションジェネレータおよび2アンペアの4象限アンプを用いて電源11を構成し、矩形波の電圧を印加した。
(Comparative Example 3)
FIG. 5 is a circuit diagram showing a
(比較例4)
図6に示す圧電アクチュエータの駆動回路60を用いて比較例4の圧電アクチュエータの駆動回路を構成した。ファンクションジェネレータおよび2アンペアの4象限アンプを用いた電源61により、1kΩの抵抗、インダクタンス1mHのコイルおよび6.5μFのキャパシタで構成された図2に示すようなRLCローパスフィルタを構成した。そして、電源電圧をRLCローパスフィルタを介して圧電アクチュエータ15に印加した。
(Comparative Example 4)
The piezoelectric actuator drive circuit of Comparative Example 4 was configured using the piezoelectric
(比較例5)
図6は、比較例5の圧電アクチュエータの駆動回路60を示す回路図である。圧電アクチュエータの駆動回路60は、電源61および圧電アクチュエータ15を備えている。ファンクションジェネレータおよび2アンペアの4象限アンプを用いて電源61を構成し、立上りと立下りを1kHzの正弦波の半周期で形成した矩形波の電圧を圧電アクチュエータ15に印加した。
(Comparative Example 5)
FIG. 6 is a circuit diagram showing a
(実施例1)
実施例1として、図1に示す圧電アクチュエータの駆動回路10を構成した。2次のRCローパスフィルタを各抵抗値1kΩの抵抗および容量値1μFのキャパシタで構成し、圧電アクチュエータ15に電圧を印加した。
Example 1
As Example 1, the
(実施例2)
実施例2として、図2に示す圧電アクチュエータの駆動回路20を構成した。2次のRLCローパスフィルタを各抵抗値1kΩの抵抗および容量値2.5μFのキャパシタで構成し、圧電アクチュエータ15に電圧を印加した。
(Example 2)
As Example 2, the piezoelectric
(実施例3)
圧電アクチュエータに直列に1kΩの抵抗と1Hのコイルを直列につないで矩形波を入力した時と同じ駆動波形の電圧を加えた。
(Example 3)
A voltage of the same drive waveform as that when a rectangular wave was input by connecting a 1 kΩ resistor and a 1 H coil in series to the piezoelectric actuator was applied.
図3に示す圧電アクチュエータの駆動回路30を用いて実施例3の圧電アクチュエータの駆動回路を構成した。ファンクションジェネレータおよび2アンペアの4象限アンプを用いた電源31により、1kΩの抵抗、インダクタンス1Hのコイルおよび6.5μFのキャパシタで構成されたRLCローパスフィルタを擬似的に構成した。そして、電源電圧を、RLCローパスフィルタを介して圧電アクチュエータ15に印加した。
The piezoelectric actuator drive circuit of Example 3 was configured using the piezoelectric
(実施例4)
実施例4として、図3に示す圧電アクチュエータの駆動回路30を構成した。ファンクションジェネレータおよび2アンペアの4象限アンプを用いて電源11を構成し、矩形波の立ち上がり立下り部分を100Hzの正弦波の半周期の形状とした印加電圧波形で、圧電アクチュエータ15に印加した。
Example 4
As Example 4, the
(各例の波形)
図7A〜図14Cは、比較例1〜5および実施例1〜4のの印加電圧波形を示す図である。図では各例に対して3段階の時間スケールで印加電圧波形を示している。
(Waveform in each example)
7A to 14C are diagrams showing applied voltage waveforms in Comparative Examples 1 to 5 and Examples 1 to 4. FIG. In the figure, applied voltage waveforms are shown on a three-stage time scale for each example.
比較例1では、電源11と圧電アクチュエータ15との間に2.2kΩの抵抗42を設けたところ、図7A〜7Bに示すように電圧の変化が緩やかになったが、図7Cに示すように立上りの印加電圧波形の傾きは急峻なままだった。比較例2では、電源11と圧電アクチュエータ15との間に10kΩの抵抗42を設けたところ、図8A〜8Bに示すようにさらに電圧の変化が緩やかになったが、図8Cに示すように立上りの傾きは比較例1と大差なかった。比較例3では、電源11と圧電アクチュエータ15との間に1次のローパスフィルタを設けたが、図9A〜図9Cに示すように比較例1と大差ない印加電圧波形にしかならなかった。
In Comparative Example 1, when the
これに対し、実施例1、2では、回路に2次のRCローパスフィルタを構成したところ、図12A〜12C、図13A〜13Cにそれぞれ示すように、図12A〜12B、図13A〜13Bに示すように電圧の変化が緩やかになった。また、図12C、図13Cに示すように立上りの印加電圧波形の傾きも緩やかになった。 On the other hand, in the first and second embodiments, when a second-order RC low-pass filter is configured in the circuit, as shown in FIGS. 12A to 12C and FIGS. 13A to 13C, as shown in FIGS. 12A to 12B and FIGS. As shown, the change in voltage became gradual. Further, as shown in FIGS. 12C and 13C, the slope of the rising applied voltage waveform also became gentle.
また、比較例4では、RLCローパスフィルタを構成したが、コイルのインダクタンスが1mHであり、立上りの印加電圧の傾きは大きいままだった。これに対し、実施例3では、コイルのインダクタンスが1Hとして擬似的にRLCローパスフィルタを構成したことで、図3に示すように立上りの傾きが緩やかな印加電圧波形が得られた。 In Comparative Example 4, an RLC low-pass filter was configured, but the inductance of the coil was 1 mH, and the slope of the applied voltage at the rising edge remained large. On the other hand, in Example 3, a pseudo RLC low-pass filter was configured with the coil inductance set to 1H, so that an applied voltage waveform with a gradual rising slope was obtained as shown in FIG.
また、比較例5では、ファンクションジェネレータで立上りと立下りを1kHzの正弦波の半周期分で形成した電圧を印加したが、図11A〜11Cに示すように印加電圧波形の傾きは小さくならなかった。これに対して、実施例4では、ファンクションジェネレータで立上りと立下りを100Hzの正弦波の半周期分で形成した電圧を印加したところ、図15A〜15Cに示すように印加電圧の傾きが緩やかになった。 In Comparative Example 5, the voltage generated by the function generator with the rising and falling edges corresponding to a half cycle of a 1 kHz sine wave was applied, but the slope of the applied voltage waveform did not decrease as shown in FIGS. . On the other hand, in Example 4, when the voltage generated by the function generator with a half cycle of a sine wave of 100 Hz is applied by the function generator, the gradient of the applied voltage becomes gentle as shown in FIGS. became.
(MTTF)
上記の比較例1〜5および実施例1〜4の回路に対して、故障した回数のデータでワイブルプロットし、MTTF(平均故障寿命)を推定した。表1は、各回路に対するカットオフ周波数(Hz)およびMTTFを示す表である。表1に示すように、比較例1〜5と実施例1〜4とでは明らかに耐久性に違いが現れた。耐久性は、駆動回路のカットオフ周波数の大小とは必ずしも一致しなかった。
For the circuits of Comparative Examples 1 to 5 and Examples 1 to 4, Weibull plotting was performed with the number of times of failure, and MTTF (Mean Failure Life) was estimated. Table 1 shows the cutoff frequency (Hz) and MTTF for each circuit. As shown in Table 1, there was a clear difference in durability between Comparative Examples 1-5 and Examples 1-4. The durability did not always match the magnitude of the cutoff frequency of the drive circuit.
図16は、比較例1〜5および実施例1〜4の立上りの印加電圧波形を示す図である。比較例1〜5は、電圧の変化し始めから電圧の変化割合が大きく、実施例は電圧の変化割合が0から始まっていることが分かる。比較例の電圧波形では、電圧の変化のし始めに圧電アクチュエータの加速度が大きくなるため、系の共振周波数より早い動きとなり、駆動電圧に対して圧電アクチュエータの動作がついていけない時間が発生する。このため、圧電アクチュエータの故障が起きやすくなったと考えられる。一方、実施例の波形では、加速度が十分小さく、系の共振周波数を超えることが無いため、圧電アクチュエータの動作に無理がかからなかったものと考えられる。 FIG. 16 is a diagram showing rising applied voltage waveforms in Comparative Examples 1 to 5 and Examples 1 to 4. It can be seen that Comparative Examples 1 to 5 have a large voltage change rate from the beginning of the voltage change, and that in the example, the voltage change rate starts from 0. In the voltage waveform of the comparative example, since the acceleration of the piezoelectric actuator increases at the beginning of the voltage change, the movement becomes faster than the resonance frequency of the system, and a time during which the operation of the piezoelectric actuator cannot keep up with the drive voltage occurs. For this reason, it is considered that failure of the piezoelectric actuator is likely to occur. On the other hand, in the waveform of the example, since the acceleration is sufficiently small and does not exceed the resonance frequency of the system, it is considered that the operation of the piezoelectric actuator was not forced.
なお、図16に示すように、実施例1〜3の電圧は、実施例4の電圧より小さい。また、0.00015s内であれば、実施例4の電圧は比較例1〜5の電圧より小さい。このような結果から、立上りまたは立下りの時間は、たとえば0.00015sとして特定できる。また、傾き0とは、たとえば図16に示されているように時間に対する電圧の波形が0.01s〜0.001s程度のスケールのグラフ上でほぼ水平に立ち上がっている(または立ち下がっている)ことをいう。
As shown in FIG. 16, the voltages in Examples 1 to 3 are smaller than the voltage in Example 4. Moreover, if it is in 0.00015 s, the voltage of Example 4 is smaller than the voltage of Comparative Examples 1-5. From such a result, the rising or falling time can be specified as 0.00015 s, for example. Further, for example, as shown in FIG. 16, the
10、20、30 駆動回路
11、31 電源
12、13、22 抵抗
14、24 キャパシタ
15 圧電アクチュエータ
23 コイル
10, 20, 30
Claims (5)
電圧印加の立上りまたは立下りにおいて、圧電アクチュエータの機械的共振周波数以下の周波数成分で形成され、傾き0から始まる波形で前記圧電アクチュエータに印加することを特徴とする圧電アクチュエータの駆動回路。 A drive circuit for a piezoelectric actuator that applies a drive voltage with rising or falling,
A drive circuit for a piezoelectric actuator, which is formed with a frequency component equal to or lower than a mechanical resonance frequency of the piezoelectric actuator and applied to the piezoelectric actuator with a waveform starting from a slope of 0 at the rise or fall of voltage application.
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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