JP2018061347A5

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Publication number: JP2018061347A5
Application number: JP2016197199A
Authority: JP
Filing date: 2016-10-05
Publication date: 2019-11-14
Anticipated expiration: 2036-10-05

Description

本発明に係る振動型駆動装置は、電気−機械エネルギ変換素子を有する振動体と、前記振動体と接触する接触体とを有し、前記電気−機械エネルギ変換素子に交流電圧が印加されて前記振動体に振動が励起されることにより、前記振動体と前記接触体とが相対移動する振動型アクチュエータと、前記交流電圧を制御することによって前記振動型アクチュエータを制御する制御装置と、を備える振動型駆動装置であって、前記制御装置は、前記振動体と前記接触体とを相対移動させるための負荷が相対的に大きい状態で前記振動型アクチュエータを駆動する場合には、前記振動型アクチュエータの推力が最も大きくなる周波数を含む周波数範囲にある第１の周波数を前記交流電圧の起動周波数に設定し、前記負荷が相対的に小さい状態で前記振動型アクチュエータを駆動する場合には、前記第１の周波数よりも低く且つ第２の周波数よりも高い第３の周波数を前記交流電圧の起動周波数に設定し、前記第２の周波数は、前記振動体と前記接触体の相対的な移動速度が最大となる周波数であることを特徴とする。

以下、本発明の実施形態について、添付図面を参照して説明する。本実施形態では、本発明に係る振動型駆動装置として、図１２を参照して説明した振動型アクチュエータ３００と同様の構成を有する振動型アクチュエータを用いて構成された駆動ユニットを備える並進駆動装置を取り上げることとする。最初に、並進駆動装置の駆動ユニット構成について説明する。

図１（ａ）は、並進駆動装置に用いられる駆動ユニット１の概略構成を示す斜視図である。図１（ｂ）は、駆動ユニット１の分解斜視図である。駆動ユニット１は、振動体３０と被駆動体（接触体）であるスライダ２９とを備える振動型アクチュエータを、並進駆動装置に設置することができるようにユニット化したものである。振動体３０の基本的な構成は、図１２を参照して説明した振動体３０５に準ずる。つまり、振動体３０は、平板状の弾性体と、弾性体の一方の面に設けられた電気−機械エネルギ変換素子（圧電素子）と、弾性体の他方の面に設けられてスライダ２９と加圧接触する突起部とを有しており、駆動原理等についての説明は省略する。また、スライダ２９は、図１２を参照して説明した被駆動体３０１に相当する。

３つの転動ボール２４がそれぞれ、スライダ２９において３カ所に形成されたボール受部３３と第１の固定レール２２において２カ所に形成された溝部２７及び第２の固定レール２３に設けられた１カ所の溝部２８とによって転動可能に挟持されている。第１の固定レール２２と第２の固定レール２３は基台２０に固定され、これにより、スライダ２９の駆動方向と位置が定められている。なお、スライダ２９の移動方向と位置を決める方法は、転動ボール２４を用いる方法に限定されず、スライドレールのように直線的な移動が可能な部材を用いても構わない。

次に、駆動ユニット１を用いた並進駆動装置について説明する。図２は、並進駆動装置１００の概略構成を示す平面図である。説明の便宜上、図２に示すように直交座標系（Ｘ軸，Ｙ軸）を定める。なお、並進駆動装置１００の厚み方向は、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の両方向と直交する方向であり、Ｚ軸方向（不図示）とする。

よって、駆動ユニット１Ａ，１Ｂを駆動すると、移動体４は、駆動ユニット１Ａ，１Ｂ以外から推力を受けることなく、推力受け部１１Ａ，１１Ｂを介して出力軸１０Ａ，１０Ｂから推力を受けてＸＹ平面内を移動することができる。つまり、並進駆動装置１００では、移動体４は、支持コロ５とコロ受け部との摺動嵌合と、出力軸１０Ａ，１０Ｂと推力受け部１１Ａ，１１Ｂとの摺動嵌合により、Ｚ軸方向での移動が規制された状態でＸＹ平面内の一定範囲において移動可能となっている。

ステップＳ７において制御装置は、ロック解除された状態での第１の変位センサ６ａ，６ｂ及び第２の変位センサ７による検出位置を移動体４の並進動作時の原点として再設定する。具体的には、ステップＳ６でロック解除が終了したときに検出されたＸ＝Ｘ_１、Ｙ＝Ｙ_１をＸ_１→Ｘ_０、Ｙ_１→Ｙ_０となるように再設定する。但し、θについては、再度、ロック動作を行う際に必要となるためにリセットせず、検出されたθ_１をそのまま記憶しておく。なお、ステップＳ５において、移動体４の位置がＸ＝Ｘ_０、Ｙ＝Ｙ_０となるように移動体４のＸ軸方向及びＹ軸方向への移動量を制御してもよい。Ｘ軸方向及びＹ軸方向への移動量を制御するのは、ロック解除動作の直後に行ってもよいし、ロック解除動作中にＸ軸方向及びＹ軸方向への移動を制御することによって行ってもよい。その場合、ロック状態とロック解除状態とでは、移動体４のＸ_０とＸ_１、Ｙ_０とＹ_１の値がそれぞれ略等しくなるため、ステップＳ７で行っている原点の再設定を省略することが可能となる。

Claims

電気−機械エネルギ変換素子を有する振動体と、前記振動体と接触する接触体とを有し、前記電気−機械エネルギ変換素子に交流電圧が印加されて前記振動体に振動が励起されることにより、前記振動体と前記接触体とが相対移動する振動型アクチュエータと、
前記交流電圧を制御することによって前記振動型アクチュエータを制御する制御装置と、を備える振動型駆動装置であって、
前記制御装置は、
前記振動体と前記接触体とを相対移動させるための負荷が相対的に大きい状態で前記振動型アクチュエータを駆動する場合には、前記振動型アクチュエータの推力が最も大きくなる周波数を含む周波数範囲にある第１の周波数を前記交流電圧の起動周波数に設定し、
前記負荷が相対的に小さい状態で前記振動型アクチュエータを駆動する場合には、前記第１の周波数よりも低く且つ第２の周波数よりも高い第３の周波数を前記交流電圧の起動周波数に設定し、
前記第２の周波数は、前記振動体と前記接触体の相対的な移動速度が最大となる周波数であることを特徴とする振動型駆動装置。
前記第１の周波数は、前記負荷が相対的に大きい場合の前記負荷の大きさを超える推力を発生することができる周波数の範囲内の周波数であることを特徴とする請求項１に記載の振動型駆動装置。
前記第２の周波数は、前記接触体に対して外部から負荷を与えない状態で前記振動体と前記接触体とを相対移動させたときの速度が最大となる周波数であることを特徴とする請求項１又は２に記載の振動型駆動装置。
前記制御装置は、前記交流電圧の起動周波数を前記第１の周波数に設定して前記振動型アクチュエータを起動した場合、予め設定された位相差の上限値から下限値までの範囲で前記第１の周波数の位相差を制御することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の振動型駆動装置。
前記制御装置は、前記交流電圧の起動周波数を前記第３の周波数に設定して前記振動型アクチュエータを起動した場合、予め設定された位相差の上限値から下限値までの範囲で前記第３の周波数の位相差を変更することにより、前記振動体と前記接触体との相対的な移動速度を制御することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の振動型駆動装置。
前記制御装置は、前記交流電圧の位相差が前記予め設定された位相差の上限値または下限値となった場合、前記第２の周波数を下限として前記交流電圧の周波数を変更することにより前記振動体と前記接触体との相対的な移動速度を制御することを特徴とする請求項５に記載の振動型駆動装置。
前記振動型アクチュエータを前記負荷が相対的に大きい状態で駆動する場合とは、前記振動体または前記接触体を摩擦により所定の位置に係合させまたは係合された状態を解除する動作を行う場合であり、
前記振動型アクチュエータを前記負荷が相対的に小さい状態で駆動する場合とは、前記振動体または前記接触体の前記摩擦による係合が解除された状態を維持して前記振動体と前記接触体とを相対移動させる動作を行う場合であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の振動型駆動装置。
移動体と、
前記振動型アクチュエータを備える複数の駆動ユニットと、
前記複数の駆動ユニットを支持する支持部材と、を更に備え、
前記移動体と前記支持部材とは、前記移動体が前記複数の駆動ユニットからの出力を受けることによって相対的に移動可能に配置され、
前記振動型アクチュエータを前記負荷が相対的に大きい状態で駆動する場合とは、前記移動体を摩擦により所定の位置に係合させる動作または係合された状態を解除する動作を行う場合であり、
前記振動型アクチュエータを前記負荷が相対的に小さい状態で駆動する場合とは、前記移動体の前記摩擦による係合が解除された状態を維持して、前記駆動ユニットと前記移動体とを相対移動させる動作を行う場合であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の振動型駆動装置。
前記振動体は、
平板状の弾性体と、
前記弾性体の一方の面に設けられ、前記接触体と接触する突起部と、を有し、
前記電気−機械エネルギ変換素子は、前記弾性体の他方の面に設けられ、
前記振動体に２つの異なる振動モードの振動を同時に励起することによって前記突起部に生じさせた楕円振動により前記接触体が摩擦駆動されることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の振動型駆動装置。
電気−機械エネルギ変換素子を有する振動体と、前記振動体と接触する接触体とを有し、前記電気−機械エネルギ変換素子に交流電圧が印加されて前記振動体に振動が励起されることにより前記振動体と前記接触体とが相対移動する振動型アクチュエータの制御方法であって、
前記振動体と前記接触体とを相対移動させるための負荷が相対的に大きい状態で前記振動型アクチュエータを駆動する場合には、前記振動型アクチュエータの推力が最も大きい領域にある第１の周波数を前記交流電圧の起動周波数に設定し、
前記負荷が相対的に小さい状態で前記振動型アクチュエータを駆動する場合には、前記第１の周波数よりも低く且つ第２の周波数よりも高い第３の周波数を前記交流電圧の起動周波数に設定し、
前記第２の周波数は、前記振動体と前記接触体の相対的な移動速度が最大となる周波数であることを特徴とする振動型アクチュエータの制御方法。
請求項１乃至９のいずれか１項に記載の振動型駆動装置と、
前記振動型駆動装置が備える振動型アクチュエータの出力を用いて位置決めされる部材と、を備えることを特徴とする電子機器。