JPH04145874A - Driving circuit for vibrator type actuator - Google Patents

Driving circuit for vibrator type actuator

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Publication number
JPH04145874A
JPH04145874A JP2264628A JP26462890A JPH04145874A JP H04145874 A JPH04145874 A JP H04145874A JP 2264628 A JP2264628 A JP 2264628A JP 26462890 A JP26462890 A JP 26462890A JP H04145874 A JPH04145874 A JP H04145874A
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JP
Japan
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piezoelectric vibrator
terminal
vibrator
drive circuit
circuit
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Pending
Application number
JP2264628A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Koji Toda
耕司 戸田
Masaaki Igarashi
五十嵐 雅昭
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
U Ee R & D kk
Original Assignee
U Ee R & D kk
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Filing date
Publication date
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Abstract

PURPOSE:To enable the title drive circuit to follow the variation of the resonance frequency of a piezoelectric vibrator in real time and to change the direction of vibratory displacement in a moment by constituting the drive circuit of a bias circuit, drive circuit, the first and second switching elements, the piezoelectric vibrator, current detector, and filter. CONSTITUTION:This drive circuit for vibrator type actuators is constituted of two switching elements 11 and 12, a current detector 13, a band-pass filter 14, a DC power source 15, a bias circuit 16, a waveform transformer 17, and a drive circuit 18 and applies an AC voltage across a piezoelectric vibrator 40. The drive circuit 18 controls the turning on/off of the circuits of the switching elements composed of transistors, etc., and the elements 11 and 12 are alternately turned on/off. When the element 11 is turned on, an electric current flows from the DC power source 15 to the power source 15 through the element 11, piezoelectric vibrator 40, and current detector 13. When the electric current flows through the element 11, the other switching elements 12 is turned off.

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、電気−機械変換素子である圧電振動子を駆動
源として用いる振動子型アクチュエータの駆動回路に関
する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Field of Industrial Application) The present invention relates to a drive circuit for a vibrator-type actuator that uses a piezoelectric vibrator, which is an electro-mechanical transducer, as a drive source.

(従来の技術) 従来、振動子型アクチュエータの駆動源として用いられ
る圧電振動子としては、第4図に示すように、セラミッ
ク圧電体41の分極軸45に垂直な両端面の一方には電
気的に互いに分離された2つの電極42,43が設けて
あり、他方の端面には電′If!44が設けであるもの
がある。この圧電振動子40の電極42と電極43との
間に交流電圧を印加すると、圧電振動子40c′ニ一振
動変位が発生ずる。この振動変位は、印加される交流電
圧の周波数が圧電振動子40の共振周波数に等しいとき
に最大となる。第6図に圧電振動子4oの印加重用の周
波数−アドミタンス・位相角特性を示す。
(Prior Art) Conventionally, as shown in FIG. 4, a piezoelectric vibrator used as a drive source of a vibrator-type actuator has an electric conductor on one of both end faces perpendicular to the polarization axis 45 of a ceramic piezoelectric body 41. There are two electrodes 42, 43 separated from each other, and the other end face is provided with an electrode 'If!'. 44 is provided. When an alternating current voltage is applied between the electrodes 42 and 43 of the piezoelectric vibrator 40, a double vibration displacement occurs in the piezoelectric vibrator 40c'. This vibrational displacement becomes maximum when the frequency of the applied alternating current voltage is equal to the resonant frequency of the piezoelectric vibrator 40. FIG. 6 shows the frequency-admittance/phase angle characteristics for applied load of the piezoelectric vibrator 4o.

第6図において、圧電振動子4oの共振点は位相角θか
0°となる点であるから、圧電振動子4゜は2つの共振
周波数f + = 138.5 kH7−f 2 = 
145.2 kllZを有する。この圧電振動子40の
電極42.44間に周波数f1の交流電圧を印加すると
第4図(a)および第5図(a>における矢印の方向の
振動変位が発生し、周波数f2の交流電圧を印加すると
第4図(b)における矢印の方向の振動変位が発生する
。また、圧電振動子4oの電#143.44間に周波数
f1の交流電圧を印加すると第5図(b)における矢印
の方向の振動変位か発生する。そこで、この圧電振動子
40を駆動源として用いる振動子型アクチュエータは、
周波数f1まなはf2の交流電圧を圧電振動子4oに印
加することにより発生ずる振動変位で、該圧電振動子4
0に接触する被駆動部材を駆動する。
In FIG. 6, the resonance point of the piezoelectric vibrator 4o is the point where the phase angle θ is 0°, so the piezoelectric vibrator 4° has two resonance frequencies f + = 138.5 kH7-f 2 =
It has 145.2 kllZ. When an AC voltage of frequency f1 is applied between the electrodes 42 and 44 of this piezoelectric vibrator 40, vibration displacement occurs in the direction of the arrow in FIGS. 4(a) and 5(a), and the AC voltage of frequency f2 is generated. When applied, vibration displacement occurs in the direction of the arrow in Fig. 4(b).Furthermore, when an AC voltage of frequency f1 is applied between voltages 143 and 44 of the piezoelectric vibrator 4o, the vibration displacement occurs in the direction of the arrow in Fig. 5(b). Therefore, a vibrator-type actuator that uses this piezoelectric vibrator 40 as a driving source,
Vibration displacement generated by applying an AC voltage of frequency f1 to f2 to the piezoelectric vibrator 4o.
Drive the driven member that contacts 0.

第3図に従来の振動子型アクチュエータの駆動回路を示
す。この従来の振動子型アクチュエータの駆動回路は、
トランジスタなどで構成される2つのスイッチング素子
31.32か交互にON/OFFすることによって圧電
振動子4oの電極42.44間に交流電圧を供給し、そ
の交流電圧の周波数は周波数発生器36で決定される。
FIG. 3 shows a drive circuit for a conventional vibrator type actuator. The drive circuit for this conventional vibrator type actuator is
An alternating current voltage is supplied between the electrodes 42 and 44 of the piezoelectric vibrator 4o by alternately turning on and off two switching elements 31 and 32 composed of transistors, etc., and the frequency of the alternating voltage is determined by a frequency generator 36. It is determined.

以下にその動作を説明する。The operation will be explained below.

スイッチング素子31がONとなると、直流電源37か
らスイッチング素子3I、圧電振動子40、直流電源3
7へと電流が流れる。このとき、スイッチング素子32
はOFF状態である。一方、スイッチング素子32がO
Nとなると、圧電振動子40からスイッチング素子32
、圧電振動子40へと先程とは逆の向きに圧電振動子4
0を電流が流れる。これは、圧電振動子40か蓄電器と
して充放電を行うからであり、このときスイッチング素
子31はOFド状態である。このスイッチング素子31
..32のスイッチング動作によって圧電振動子40に
交流電圧が供給される。位相比較器33は、圧電振動子
40に印加される電圧と流れる電流とをそれぞれ電圧信
号301、電流信号302として取り出し、それら2つ
の信号の位相差を検出して位相差信号として出力する。
When the switching element 31 is turned ON, the switching element 3I, the piezoelectric vibrator 40, and the DC power supply 3 are connected to the DC power supply 37.
Current flows to 7. At this time, the switching element 32
is in the OFF state. On the other hand, the switching element 32 is
When N, the piezoelectric vibrator 40 to the switching element 32
, the piezoelectric vibrator 4 in the opposite direction to the piezoelectric vibrator 40.
Current flows through 0. This is because the piezoelectric vibrator 40 performs charging and discharging as a capacitor, and at this time the switching element 31 is in the OF state. This switching element 31
.. .. AC voltage is supplied to the piezoelectric vibrator 40 by the switching operation of 32. The phase comparator 33 extracts the voltage applied to the piezoelectric vibrator 40 and the current flowing therein as a voltage signal 301 and a current signal 302, respectively, detects a phase difference between these two signals, and outputs the detected phase difference as a phase difference signal.

周波数制御回路35は、位相比較器33から出力される
位相差信号をフィルタ34を介して入力し、電圧信号3
01と電流信号302との位相差が0となる様に周波数
発生器36の発振周波数を制御する。
The frequency control circuit 35 inputs the phase difference signal output from the phase comparator 33 via the filter 34 and converts the voltage signal 3
The oscillation frequency of the frequency generator 36 is controlled so that the phase difference between 01 and the current signal 302 becomes 0.

周波数発生器36は、周波数制御回路35からその発振
周波数を制御されてドライブ回路38に信号を出力する
。ドライブ回路38は周波数発生器36から供給される
信号の周波数でスイッチング素子31.32を交互にO
N/OFF’する。ここで、周波数発生器36の発振周
波数は圧電振動子40の共振周波数であるflまたはf
lに設定してあるが、圧電振動子40の共振周波数が第
7図に示す様に温度変化によって変動して圧電振動子4
0の振動変位が変化するから周波数発生器36の発振周
波数を圧電振動子40の共振周波数に追随させる必要か
ある。そこで、位相比較器33で圧電振動子40の共振
周波数と周波数発生器36の発振周波数との周波数差を
検出して1周波数発生器36にフィードバックしている
。このフィードバックループをなす位相比較器33とフ
ィルタ34と周波数制御回路35と周波数発生器36と
は、一般にP L I−と呼ばれている。
The frequency generator 36 has its oscillation frequency controlled by the frequency control circuit 35 and outputs a signal to the drive circuit 38. The drive circuit 38 alternately turns on the switching elements 31 and 32 at the frequency of the signal supplied from the frequency generator 36.
N/OFF'. Here, the oscillation frequency of the frequency generator 36 is fl or f which is the resonance frequency of the piezoelectric vibrator 40.
However, as shown in FIG. 7, the resonant frequency of the piezoelectric vibrator 40 changes due to temperature changes and
Since the zero vibration displacement changes, it is necessary to make the oscillation frequency of the frequency generator 36 follow the resonance frequency of the piezoelectric vibrator 40. Therefore, the phase comparator 33 detects the frequency difference between the resonant frequency of the piezoelectric vibrator 40 and the oscillation frequency of the frequency generator 36 and feeds it back to the 1-frequency generator 36. The phase comparator 33, filter 34, frequency control circuit 35, and frequency generator 36 that form this feedback loop are generally called PLI-.

この様に、従来の振動子型アクチュエータの駆動回路は
、PLLによるフィードバックループを用いたものであ
った。
In this way, the conventional drive circuit for a vibrator type actuator uses a feedback loop using a PLL.

(発明が解決しようとする課題) しかしながら、従来の振動子型7′クヂユエー夕の駆動
回路は、圧電振動子40に印加する交流電圧の周波数を
、P L Lによるフィードバックルーズにより周波数
発生器36の発振周波数を変化させて変動する圧電振動
子40の共振周波数に追随させているから、それらの周
波数の一致にある程度の時間を要し、振動子型アクチュ
エータを効率的に運転できない。また、圧電振動子40
の振動変位の方向を反転させる場合、第5図に示す様に
圧電振動子40に切換えスイッチを設けて交流電圧を印
加する電極を切換える方法や、周波数発生器36の発振
周波数をf1→f2またはf2→f1と切換える方法か
あるが、前者の方法ではスイッチの切換え時間が必要で
あり、後者の方法では可変の周波数発生器が必要となっ
て位相比較器33、フィルタ34、周波数制御回路35
および周波数発生器36とで構成される制御回路(PL
L )が複雑となってその部品点数も多くなる。さらに
、圧電振動子40に切換えスイッチを設けずに圧電振動
子40の電極42.44問および電極4.3.44間に
それぞれ駆動回路を設けてそれぞれの駆動回路を起、動
、停止させて圧電振動子40の振動変位の向きを変える
方法もあるが、この場合には回路か非常に大きくなって
しまう。
(Problems to be Solved by the Invention) However, in the drive circuit of the conventional vibrator type 7' Since the oscillation frequency is changed to follow the changing resonance frequency of the piezoelectric vibrator 40, it takes a certain amount of time for the frequencies to match, and the vibrator type actuator cannot be operated efficiently. In addition, the piezoelectric vibrator 40
In order to reverse the direction of vibration displacement, as shown in FIG. There is a method of switching from f2 to f1, but the former method requires switching time, and the latter method requires a variable frequency generator, which requires a phase comparator 33, a filter 34, and a frequency control circuit 35.
and a control circuit (PL
L) becomes complicated and the number of parts increases. Furthermore, without providing a changeover switch to the piezoelectric vibrator 40, drive circuits are provided between the electrodes 42, 44 and the electrodes 4, 3, and 44 of the piezoelectric vibrator 40 to start, operate, and stop the respective drive circuits. There is also a method of changing the direction of vibration displacement of the piezoelectric vibrator 40, but in this case the circuit becomes very large.

そこで本発明の目的は、圧電振動子の共振周波数の変動
にリアルタイムに追随でき、圧電振動子の振動変位の向
きを瞬時に変えられ、さらに回路構成か簡単な振動子型
アクチュエータの駆動回路を提供することにある。
Therefore, an object of the present invention is to provide a drive circuit for a vibrator-type actuator that can follow changes in the resonant frequency of a piezoelectric vibrator in real time, can instantly change the direction of vibration displacement of a piezoelectric vibrator, and has a simple circuit configuration. It's about doing.

(課題を解決するための手段) 本発明は、側面に平行な方向に分極軸を有する柱状のセ
ラミック圧電体とこのセラミック圧電体の前記分極軸に
垂直な両端面に設けられた一対の電極とからなり前記電
極間に加えられる交流電圧により振動変位を生ずる圧電
振動子を駆動源とする振動子型アクチュエータの駆動回
路であって、前記圧電振動子の一方の電極に第2の端子
が接続してあり制御端子に入力する信号により第1の端
子から第2の端子への方向の電流路をON/OFFする
第1のスイッチング素子と、前記圧電振動子の一方の電
極に第1の端子が接続してあり制御端子に入力する信号
により第1の端子から第2の端子への方向の電流路をO
N10 F Fする第2のスイッチング素子と、前記圧
電振動子の他方の電極と前記第2のスイッチング素子の
第2の端子との間に接続してあって前記圧電振動子に流
れる電流を電圧信号として検出する電流検出器と、前記
第1のスイッチング素子の第1の端子に正極が接続して
あり前記第2のスイッチング素子の第2端子に負極が接
続してある直流電源と、前記電流検出器から出力される
交流の電圧信号を正弦波に変換して出力する沖波器と、
該ろ波器から出力される正弦波状の電圧信号をある電圧
値までバイアスするバイアス回路と、該バイアス回路か
ら出力される1F弦波状の電圧信号を方形波状の電圧信
号に変換する波形変換器と、該波形変換器から出力され
る方形波状の電圧信号を受けて前記第1および第2のス
イッチング素子の制御端子に制御信号を出力して前記第
1および第2のスイッチング素子を前記電圧信号の周波
数に応じて交互にON10FFして前記圧電振動子の電
極間に交流電圧を印加するドライブ回路とを有する。
(Means for Solving the Problems) The present invention comprises a columnar ceramic piezoelectric body having a polarization axis in a direction parallel to the side surface, and a pair of electrodes provided on both end faces of the ceramic piezoelectric body perpendicular to the polarization axis. A drive circuit for a vibrator-type actuator whose drive source is a piezoelectric vibrator that generates vibrational displacement by an alternating voltage applied between the electrodes, wherein a second terminal is connected to one electrode of the piezoelectric vibrator. a first switching element that turns on/off a current path from the first terminal to the second terminal according to a signal input to the control terminal; and a first terminal connected to one electrode of the piezoelectric vibrator. The current path from the first terminal to the second terminal is controlled by the signal input to the control terminal.
A second switching element is connected between the other electrode of the piezoelectric vibrator and a second terminal of the second switching element, and the current flowing through the piezoelectric vibrator is converted into a voltage signal. a DC power supply having a positive electrode connected to a first terminal of the first switching element and a negative electrode connected to a second terminal of the second switching element; An Oki wave device that converts the AC voltage signal output from the device into a sine wave and outputs it,
a bias circuit that biases a sinusoidal voltage signal output from the filter to a certain voltage value; and a waveform converter that converts the 1F sinusoidal voltage signal output from the bias circuit into a square wave voltage signal. , receiving a square wave voltage signal output from the waveform converter and outputting a control signal to the control terminals of the first and second switching elements to control the first and second switching elements according to the voltage signal. and a drive circuit that alternately turns ON10FF depending on the frequency to apply an AC voltage between the electrodes of the piezoelectric vibrator.

(作用) 本発明の振動子型アクチュエータの駆動回路は、バイア
ス回路とドライブ回路と第1および第2のスイッチング
素子と圧電振動子と電流検出器とろ波器とで構成される
ループが圧電振動子の2つの共振周波数のいずれか一方
で自励発振し、その自励発振周波数に基づいて第1およ
び第2のスイッチング素子が交互にスイッチングを行っ
て圧電振動子に交流電圧を印加する。
(Function) In the drive circuit of the vibrator type actuator of the present invention, a loop composed of a bias circuit, a drive circuit, first and second switching elements, a piezoelectric vibrator, a current detector, and a filter is a piezoelectric vibrator. The piezoelectric vibrator self-oscillates at one of two resonance frequencies, and the first and second switching elements alternately switch based on the self-oscillation frequency to apply an alternating current voltage to the piezoelectric vibrator.

(実施例) 次に、実施例を挙げて本発明を説明する。(Example) Next, the present invention will be explained by giving examples.

第1図は本発明の一実施例を示ず図である。本実施例は
、2つのスイッチング素子11.12と、電流検出器1
3と、バンド・パス・フィルタ14と、直流電源15と
、バイアス回路16と、波形変換器17と、ドライブ回
路18とで構成され、圧電振動子40に交流電圧を印加
する。トランジスタ等でなるスイッチング素子11.1
2はドライブ回路18によって回路のON10 F F
が制御され、この2つのスイッチング素子11.12は
交互にON10 F Fされる。スイッチング素子11
がON状態となると、直流電源17からスイッチング素
子11、圧電振動子40、電流検出器13、直流電源1
7へと電流が流れる。このときスイッチング素子12は
OFF状態である。一方、スイッチング素子12がON
状態になると、圧電振動子40からスイッチング素子1
2、電流検出器13、圧電振動子40へと電流が流れる
が、これは圧電振動子40が蓄電器として充放電するか
らである。このときスイッチング素子11はOFド状態
である。この2つのスイッチング素子11゜12のスイ
ッチング動作により、圧電振動子40の電極42.44
間に交流電圧が印加されるのである。電流検出器13は
圧電振動子40に流れる電流を電圧として取り出し、そ
の電圧信号をバンド・パス・フィルタ14に出力する。
FIG. 1 is a diagram that does not show one embodiment of the present invention. This embodiment includes two switching elements 11 and 12 and a current detector 1.
3, a band pass filter 14, a DC power supply 15, a bias circuit 16, a waveform converter 17, and a drive circuit 18, and applies an AC voltage to the piezoelectric vibrator 40. Switching element 11.1 consisting of a transistor etc.
2 is ON10 F F of the circuit by the drive circuit 18
is controlled, and these two switching elements 11 and 12 are alternately turned ON10FF. switching element 11
is in the ON state, the DC power supply 17, the switching element 11, the piezoelectric vibrator 40, the current detector 13, and the DC power supply 1
Current flows to 7. At this time, the switching element 12 is in an OFF state. On the other hand, the switching element 12 is turned on.
When the switching element 1 is in the state, the piezoelectric vibrator 40
2. Current flows to the current detector 13 and the piezoelectric vibrator 40, but this is because the piezoelectric vibrator 40 is charged and discharged as a capacitor. At this time, the switching element 11 is in the OF state. Due to the switching operation of these two switching elements 11 and 12, the electrodes 42 and 44 of the piezoelectric vibrator 40
An alternating current voltage is applied between them. The current detector 13 extracts the current flowing through the piezoelectric vibrator 40 as a voltage, and outputs the voltage signal to the band pass filter 14.

バンド・パス・フィルタ14の回路構成を第2図に示す
。このバンド・パス・フィルタ14は増幅器20を用い
たフィルタであって、スイッチSWがONのときには中
心周波数f o=146kHzのバンド・パス・フィル
タとして機能し、スイッチSWがOFFのときには単な
るバッファとして機能する。この中心周波数f。はイン
タフタンスLとコンデンサCの共振周波数である。バン
ド・パス・フィルタ14を通過した電圧信号はバイアス
回路j6に入力し、直流電源15の出力電圧を2つの抵
抗器Rで分圧した電圧値にバイアスされて波形変換器1
7に出力される。ここで、波形変換器17に入力するま
での電圧信号は正弦波である。波形変換器17は比較器
で構成され、バイアス回路16でバイアスされた正弦波
状の電圧信号をバイアス回路16のバイアス値と同じ基
準電圧と比較して方形波の電圧信号に変換する。ドライ
ブ回路18は方形波状の電圧信号を入力し、該電圧信号
によりスイッチング素子11.12を交互にON/OF
Fして圧電振動子40に交流電圧を供給する。本実施例
に用いる圧電振動子40は第4図に示したものと同一の
ものであるから、その共振周波数はf 、 =138.
5kHzとf 2= 145.2kHzである。
The circuit configuration of the band pass filter 14 is shown in FIG. This band pass filter 14 is a filter using an amplifier 20, and functions as a band pass filter with a center frequency of 146 kHz when the switch SW is ON, and functions as a simple buffer when the switch SW is OFF. do. This center frequency f. is the resonant frequency of the interface L and the capacitor C. The voltage signal that has passed through the band pass filter 14 is input to the bias circuit j6, and is biased to a voltage value obtained by dividing the output voltage of the DC power supply 15 by two resistors R, and then is applied to the waveform converter 1.
7 is output. Here, the voltage signal until input to the waveform converter 17 is a sine wave. The waveform converter 17 is composed of a comparator, and compares the sinusoidal voltage signal biased by the bias circuit 16 with a reference voltage that is the same as the bias value of the bias circuit 16 to convert it into a square wave voltage signal. The drive circuit 18 inputs a square wave voltage signal and turns the switching elements 11 and 12 on and off alternately according to the voltage signal.
F and supplies AC voltage to the piezoelectric vibrator 40. Since the piezoelectric vibrator 40 used in this embodiment is the same as that shown in FIG. 4, its resonance frequency is f , =138.
5kHz and f2=145.2kHz.

次に、第1図のB点から信号を入力してA点に現れる信
号を測定することにより、本実施例の回路時・1を調べ
る。第8図はバンド・パス・フィルり14のスイッチS
WかON状態であってバンド・パス・フィルタとして動
作する場合の印加電圧の周波数−利得・位相差特性を示
す図である。ここで、利得とはB点の入力信号に対する
A点の出力信号の利得であり、位相差とはB点の入力信
号とA点の出力信号との位相差である。本実施例はA点
とB点とを切り離してオープンループとし、B点から信
号を入力してA点から信号を取り出したときの入力対出
力の利得および位相差の周波数特性において利得068
以上で位相差0°の周波数f、か存在するときに、A点
とB点とを接続してクローズループとしたときにその周
波数f、で自励発振する。第8図におけるf、としては
、圧電振動子40の共振周波数fI、f2がある。従っ
て、バンド・パス・フィルタ14のスイッチSWを閉じ
てバンド・パス・フィルタとして機能させた場合には、
第8図から明らかな様に本実施例は、前記周波数f、の
うちの利得の大きい圧電振動子40の共振周波数で2で
自励発振する。第9図にバンド・パス・フィルタ14の
スイッチSWを0FF状態としてバンド・パス・フィル
タ14をバッファとして機能させたときのB点とA点と
の間における印加電圧の周波数−利得・位相差特性を示
す。第9図においては、利得か068以上で位相差が0
°の周波数は圧電振動子40の共振周波数f+たりであ
る。従って、本実施例は、バンド・パス・フィルタ14
のスイッチSWを開放してバンド・パス・フィルタ14
をバッファとして機能させた場合には、圧電振動子40
の共振周波数f1で自励発振する。
Next, time 1 of the circuit of this embodiment is investigated by inputting a signal from point B in FIG. 1 and measuring the signal appearing at point A. Figure 8 shows switch S of band pass fill 14.
FIG. 7 is a diagram showing the frequency-gain/phase difference characteristics of the applied voltage when W is in the ON state and operates as a band pass filter. Here, the gain is the gain of the output signal at point A with respect to the input signal at point B, and the phase difference is the phase difference between the input signal at point B and the output signal at point A. In this embodiment, points A and B are separated to form an open loop, and when a signal is input from point B and a signal is taken out from point A, the gain is 068 in the frequency characteristics of the input-to-output gain and phase difference.
As described above, when there is a frequency f with a phase difference of 0°, when points A and B are connected to form a closed loop, self-oscillation occurs at that frequency f. As f in FIG. 8, there are resonance frequencies fI and f2 of the piezoelectric vibrator 40. Therefore, when the switch SW of the band pass filter 14 is closed to function as a band pass filter,
As is clear from FIG. 8, in this embodiment, self-oscillation occurs at the resonance frequency of the piezoelectric vibrator 40 having a large gain among the frequencies f of 2. FIG. 9 shows the frequency-gain/phase difference characteristics of the applied voltage between points B and A when the switch SW of the band-pass filter 14 is set to 0FF and the band-pass filter 14 functions as a buffer. shows. In Figure 9, the phase difference is 0 when the gain is 068 or more.
The frequency of ° is approximately the resonant frequency f+ of the piezoelectric vibrator 40. Therefore, in this embodiment, the band pass filter 14
The band pass filter 14 is opened by opening the switch SW.
When the piezoelectric vibrator 40 functions as a buffer, the piezoelectric vibrator 40
It self-oscillates at a resonant frequency f1.

この様に、本実施例は圧電振動子40の共振周波数f1
またはf2で自励発振して圧電振動子40に交流電圧を
印加することにより、周波数発生器を必要としない振動
子型アクチュエータの駆動回路として働く。本実施例に
おいても温度により圧電振動40の共振周波数f+、f
2が変動するか、常に回路自体がその周波数変動にリア
ルタイムに追随するから圧電振動子40に印加する交流
電圧の変動した共振周波数f1.f2への周波数合わぜ
の時間は0であり、振動子型アクチュエータの効率的な
運転が可能となる。また、バンド・パス・フィルタ14
のスイッチSWをON/OFFすることにより発振周波
数がflとf2とに瞬時に変化するから、圧電振動子4
0の振動変位の向きを瞬時に変えることができ、圧電振
動子40に駆動される被駆動部材の運動方向が瞬時に変
化する0本実施例の回路は圧電振動子の共振周波数の違
いに全く影響されないから、回F!@構成および回路定
数を全く変えないで異なる共振周波数を有する圧電振動
子のそれぞれに対応することができる。
In this way, in this embodiment, the resonant frequency f1 of the piezoelectric vibrator 40 is
Alternatively, by self-oscillating at f2 and applying an AC voltage to the piezoelectric vibrator 40, it functions as a drive circuit for a vibrator-type actuator that does not require a frequency generator. In this embodiment as well, the resonant frequencies f+ and f of the piezoelectric vibration 40 depend on the temperature.
2 changes, or the circuit itself always follows the frequency fluctuation in real time, so the resonance frequency f1.2 of the AC voltage applied to the piezoelectric vibrator 40 changes. The time required for frequency matching to f2 is 0, allowing efficient operation of the vibrator type actuator. In addition, the band pass filter 14
By turning ON/OFF the switch SW of the piezoelectric vibrator 4, the oscillation frequency changes instantaneously between fl and f2.
The circuit of this embodiment is capable of instantly changing the direction of the vibration displacement of the piezoelectric vibrator 40, and the direction of motion of the driven member driven by the piezoelectric vibrator 40 is completely independent of the difference in resonance frequency of the piezoelectric vibrator. It won't affect me, so F! It is possible to accommodate piezoelectric vibrators having different resonance frequencies without changing the configuration or circuit constants at all.

(発明の効果) 以上に詳しく説明した様に、本発明によれば、圧電振動
子の共振周波数で自励発振してその周波数の交流電圧を
圧電振動子に印加する自励式の振動子型アクチュエータ
の駆動回路が実現でき、この駆動回路は圧電振動子の共
振周波数の変動にリアルタイムに追随するから振動子型
アクチュエータを効率的に運転できる。また、圧電振動
子に印加する交流電圧の周波数を瞬時に変えることがで
]′) きるから、圧電振動子の振動変位の向きを瞬時に変化さ
せて振動子型アクチュエータの運動方向をすぐに変化さ
せることができ、さらに回路構成か簡単で部品点数も少
ないから安価にその回路を実現することができる。
(Effects of the Invention) As explained in detail above, according to the present invention, a self-excited vibrator type actuator that self-oscillates at the resonant frequency of a piezoelectric vibrator and applies an AC voltage at that frequency to the piezoelectric vibrator. A drive circuit can be realized, and since this drive circuit follows fluctuations in the resonant frequency of the piezoelectric vibrator in real time, the vibrator type actuator can be operated efficiently. In addition, since the frequency of the AC voltage applied to the piezoelectric vibrator can be changed instantaneously, the direction of the vibration displacement of the piezoelectric vibrator can be instantly changed, and the direction of motion of the vibrator type actuator can be immediately changed. Moreover, since the circuit configuration is simple and the number of parts is small, the circuit can be realized at low cost.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明の一実施例を示す図、第2図はバンド・
パス・フィルタ14の構成を示す図、第3図は従来の振
動子型アクチュエータの駆動回路を示す図、第4図およ
び第5図は振動子型アクチュエータの駆動源として用い
られる圧電振動子を示す図、第6図は圧電振動子40の
印加電圧の周波数−アドミタンス・位相角特性を示す図
、第7図は圧電振動子の共振周波数の温度特性を示す図
、第8図は本実施例におけるバンド・パス・フィルタ1
4のスイッチSWを閉じたときのB点とA点との間にお
ける印加電圧の周波数−利得・位相差特性を示す図、第
9図は本実施例におけるノくンド・パス・フィルタ14
のスイッチSWを開放したときのB点とA点との間にお
ける印加電圧の周波数−利得・位相差特性を示す図であ
る。 11 12.31.’32・・・スイッチング素子、1
3・・・電流検出器、14・・・バンド・パス・フィル
タ、15.37・・・直流電源、17・・・波形変換器
、18.38・・・ドライブ回路、20・・・増幅器1
,33・・・位相比較器、34・・・フィルタ、35・
・・周波数制御回路、36・・・周波数発生器、40・
・・圧電振動子、41・・・セラミック圧電体、42,
43,4.4・・・電極、45・・・分極軸。 代理人 弁理士 本 庄 仲 介 (a) (b) (a) 第 図 (b)
Fig. 1 is a diagram showing an embodiment of the present invention, and Fig. 2 is a diagram showing an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a diagram showing the configuration of the pass filter 14, FIG. 3 is a diagram showing a drive circuit for a conventional vibrator type actuator, and FIGS. 4 and 5 are piezoelectric vibrators used as a drive source for the vibrator type actuator. 6 is a diagram showing the frequency-admittance/phase angle characteristics of the applied voltage to the piezoelectric vibrator 40, FIG. 7 is a diagram showing the temperature characteristic of the resonant frequency of the piezoelectric vibrator, and FIG. 8 is a diagram showing the temperature characteristics of the resonant frequency of the piezoelectric vibrator 40. Band pass filter 1
FIG. 9 is a diagram showing the frequency-gain/phase difference characteristics of the applied voltage between point B and point A when switch SW 4 is closed.
FIG. 3 is a diagram showing the frequency-gain/phase difference characteristics of the applied voltage between point B and point A when the switch SW of 1 is opened. 11 12.31. '32...Switching element, 1
3... Current detector, 14... Band pass filter, 15.37... DC power supply, 17... Waveform converter, 18.38... Drive circuit, 20... Amplifier 1
, 33... Phase comparator, 34... Filter, 35...
...Frequency control circuit, 36...Frequency generator, 40.
...Piezoelectric vibrator, 41...Ceramic piezoelectric body, 42,
43, 4.4... Electrode, 45... Polarization axis. Agent Patent Attorney Honjo Broker (a) (b) (a) Figure (b)

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)側面に平行な方向に分極軸を有する柱状のセラミ
ック圧電体とこのセラミック圧電体の前記分極軸に垂直
な両端面に設けられた一対の電極とからなり前記電極間
に加えられる交流電圧により振動変位を生ずる圧電振動
子を駆動源とする振動子型アクチュエータの駆動回路に
おいて、前記圧電振動子の一方の電極に第2の端子が接
続してあり制御端子に入力する信号により第1の端子か
ら第2の端子への方向の電流路をON/OFFする第1
のスイッチング素子と、前記圧電振動子の一方の電極に
第1の端子が接続してあり制御端子に入力する信号によ
り第1の端子から第2の端子への方向の電流路をON/
OFFする第2のスイッチング素子と、前記圧電振動子
の他方の電極と前記第2のスイッチング素子の第2の端
子との間に接続してあって前記圧電振動子に流れる電流
を電圧信号として検出する電流検出器と、前記第1のス
イッチング素子の第1の端子に正極が接続してあり前記
第2のスイッチング素子の第2端子に負極が接続してあ
る直流電源と、前記電流検出器から出力される交流の電
圧信号を正弦波に変換して出力するろ波器と、該ろ波器
から出力される正弦波状の電圧信号をある電圧値までバ
イアスするバイアス回路と、該バイアス回路から出力さ
れる正弦波状の電圧信号を方形波状の電圧信号に変換す
る波形変換器と、該波形変換器から出力される方形波状
の電圧信号を受けて前記第1および第2のスイッチング
素子の制御端子に制御信号を出力して前記第1および第
2のスイッチング素子を前記電圧信号の周波数に応じて
交互にON/OFFして前記圧電振動子の電極間に交流
電圧を印加するドライブ回路とを有することを特徴とす
る振動子型アクチュエータの駆動回路。
(1) Consisting of a columnar ceramic piezoelectric body having a polarization axis parallel to the side surface and a pair of electrodes provided on both end faces of the ceramic piezoelectric body perpendicular to the polarization axis, an alternating current voltage is applied between the electrodes. In a drive circuit for a vibrator-type actuator whose drive source is a piezoelectric vibrator that generates vibrational displacement, a second terminal is connected to one electrode of the piezoelectric vibrator, and a signal input to a control terminal causes the first A first switch that turns on/off the current path in the direction from the terminal to the second terminal.
A switching element and a first terminal are connected to one electrode of the piezoelectric vibrator, and a signal input to the control terminal turns on/off a current path from the first terminal to the second terminal.
A second switching element that is turned off is connected between the other electrode of the piezoelectric vibrator and a second terminal of the second switching element, and a current flowing through the piezoelectric vibrator is detected as a voltage signal. a DC power supply having a positive electrode connected to a first terminal of the first switching element and a negative electrode connected to a second terminal of the second switching element; A filter that converts the output AC voltage signal into a sine wave and outputs it, a bias circuit that biases the sine wave voltage signal output from the filter to a certain voltage value, and an output from the bias circuit. a waveform converter for converting a sinusoidal voltage signal into a square wave voltage signal; and a drive circuit that outputs a control signal to alternately turn on and off the first and second switching elements according to the frequency of the voltage signal to apply an alternating voltage between the electrodes of the piezoelectric vibrator. A drive circuit for a vibrator-type actuator.
(2)前記ろ波器は帯域通過ろ波器として働く機能とバ
ッファとして働く機能とを切換えるスイッチを有し、前
記圧電振動子と前記電流検出器と前記ろ波器と前記バイ
アス回路と前記ドライブ回路と前記第1および第2のス
イッチング素子でなる閉ループは前記圧電振動子の2つ
の共振周波数で自励発振する回路をなしており、前記ス
イッチを切換えて前記ろ波器の機能を切換えることによ
り、前記発振回路の発振周波数を前記2つの共振周波数
のいずれかに設定して前記圧電振動子の振動変位の向き
を切換えることを特徴とする請求項1に記載の振動子型
アクチュエータの駆動回路。
(2) The filter has a switch for switching between a function of functioning as a bandpass filter and a function of functioning as a buffer, and includes the piezoelectric vibrator, the current detector, the filter, the bias circuit, and the drive. A closed loop consisting of the circuit and the first and second switching elements forms a circuit that self-oscillates at the two resonance frequencies of the piezoelectric vibrator, and by switching the switch to change the function of the filter. 2. The drive circuit for a vibrator type actuator according to claim 1, wherein the oscillation frequency of the oscillation circuit is set to one of the two resonance frequencies to switch the direction of vibration displacement of the piezoelectric vibrator.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6208237B1 (en) 1996-11-29 2001-03-27 Matsushita Electric Industrial Co. Ltd. Electro-mechanical and acoustic transducer for portable terminal unit
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