JPH07274558A - 圧電体駆動回路 - Google Patents

圧電体駆動回路

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JPH07274558A
JPH07274558A JP6058847A JP5884794A JPH07274558A JP H07274558 A JPH07274558 A JP H07274558A JP 6058847 A JP6058847 A JP 6058847A JP 5884794 A JP5884794 A JP 5884794A JP H07274558 A JPH07274558 A JP H07274558A
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JP
Japan
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piezoelectric body
terminal
drive circuit
voltage
switching
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JP6058847A
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Kiyoshi Mogi
清 茂木
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Nikon Corp
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  • General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 複雑な回路を構成することなく、圧電体の励
振効率が低下や圧電体からの異音が発生する等の不都合
がなく、容易に正弦波の振幅電圧を可変することを可能
とする。 【構成】 誘導性素子14の第1端子に、第2端子が接
続された容量性素子13と、一端が第1の電位にあり、
他端が容量性素子13の第1端子に接続された第1のス
イッチング素子11と、一端が第2の電位にあり、他端
が容量性素子13の第1端子に接続された第2のスイッ
チング素子12と、一端が誘導性素子の第1端子に接続
され、他端が第3の電位にある整流素子15とを備え
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、超音波モータ等に用い
られる圧電体を駆動する圧電体駆動回路に関するもので
ある。
【0002】
【従来の技術】図6は、超音波モータの一般的な構成を
示す図である。図6(A)は、超音波モータの断面図で
あり、互いに接着されているロータ100−1と摺動材
100−2とから移動子を構成し、同様に互いに接着さ
れている弾性体100−3と圧電体100−4とから固
定子を構成している。これらの移動子と固定子とは、図
示しない加圧手段により加圧接触されて、駆動される。
【0003】図6(B)は、圧電体100−4の電極の
配置を示す平面図である。電極100−4a、100−
4bは、入力電極であり、相互にπ/2の位相差を持
ち、超音波モータごとに決まった周波数の正弦波電圧が
印加される。電極100−4cは、接地される共通電極
である。電極100−4dは、圧電体100−4の励振
には寄与しない電極であり、モニタ電圧を取り出すのに
用いられる。
【0004】つぎに、以上のようにロータ100−1、
摺動材100−2、弾性体100−3、圧電体100−
4により構成された超音波モータ100の駆動回路につ
いて説明する。図7は、図6の超音波モータの駆動回路
を示したブロック図である。従来の超音波モータの駆動
回路は、駆動周波数設定回路1と、移相回路2と、圧電
体駆動回路3(3A,3B)等とから構成されている。
【0005】駆動周波数設定回路1は、周波信号を出力
する回路であり、その周波数は超音波モータごとに決め
られた駆動周波数に対応して設定され、その出力は、移
相回路2に接続されている。移相回路2は、駆動周波数
設定回路1の出力を、相互にπ/2だけ位相の異なった
周波信号にする回路であり、その出力は、圧電体駆動回
路3(3A,3B)に接続されている。圧電体駆動回路
3A,3Bは、移相回路2からの周波信号を増幅した正
弦波電圧を、それぞれ圧電体100−4の電極100−
4a、100−4bに入力する回路である。
【0006】圧電体100−4は、正弦波電圧が入力さ
れることによって励振され、弾性体100−3に進行性
振動波を発生させ、この弾性体100−3に加圧接触さ
れた摺動材100−2及びロータ100−1からなる移
動子を駆動する。このとき、移動子の駆動量(超音波モ
ータの回転速度)は、圧電体100−4の励振強度に応
じて変化する。つまり、圧電体駆動回路3から出力され
る正弦波の振幅電圧を変えることによって、移動子の駆
動量を変えることができる。このような超音波モータの
構成および動作については、日経メカニカル 198
3.2.28号、本出願人による特願昭58−7738
0号などにより周知である。
【0007】このような超音波モータは、入力電極に正
弦波の高電圧を印加する必要があるために、従来から、
圧電体駆動回路3として、圧電体100−4の入力電極
に、矩形電圧を誘導性素子を介して、供給するものが知
られている。
【0008】図8は、従来の圧電体駆動回路の一例を示
す回路図である。図8において、101,102はスイ
ッチング素子、103は誘導性素子、104,105は
必要に応じて挿入されるダイオード、106,107は
抵抗、108はトランジスタ、109は位相反転器、1
11は高圧電源である。
【0009】入力信号Pは、超音波モータの駆動周波数
を有する矩形波であり、この矩形波に応答して、高圧電
源111と接地間に直列に挿入されたスイッチング素子
101,102を駆動し、振幅電圧差Vdの矩形電圧を
誘導性素子103を介して圧電体100−4の入力電極
100−4a(又は100−4b)に供給する。圧電体
100−4は、点線内のような等価回路で表わされ、C
0が自己容量、L,C,Rは直列共振回路を形成してい
る。誘導性素子103に矩形波高電圧が印加された場合
に、圧電体100−4の入力電極100−4aが有して
いる自己容量C0と誘導性素子103のインダクタンス
とによる共振によって、入力電極100−4aに正弦波
電圧が生成され、圧電体100−4が励振される。
【0010】ここで、圧電体100−4の励振強度を変
える場合には、高圧電源111の電圧Vdを変化させ、
入力電極100−4aに生成される正弦波の振幅電圧を
変化さればよい。
【0011】また、圧電体100−4の励振強度を変え
る場合には、次のような回路によって行うことができ
る。図9は、従来の圧電体駆動回路の他の例を示す回路
図である。図9において、図8と異なるのは、論理積回
路110を付加した点である。この例では、スイッチン
グ素子101の開閉時間は、パルス幅変調された制御信
号Sにより変化させられ、入力電極100−41aに生
成される正弦波の振幅電圧を変化させる。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】しかし、図8の圧電体
駆動回路により、圧電体の励振強度を変える場合には、
電源電圧を変化させるために、構成が複雑な可変電圧源
が必要である。この可変電圧源は、電力損失が大きくな
り(つまり、電力利用効率が低下し)、電池駆動が要求
される小型機器等には不向きである。
【0013】一方、図9の圧電体駆動回路により、圧電
体の励振強度を変える場合には、制御信号によって変調
された高周波成分が入力電極に重畳され、圧電体の励振
効率が低下したり、圧電体から異音が発生する等の欠点
がある。
【0014】本発明の目的は、複雑な回路を構成するこ
となく、圧電体の励振効率が低下や圧電体からの異音が
発生する等の不都合がなく、容易に正弦波の振幅電圧が
可変可能な圧電体駆動回路を提供することにある。
【0015】
【課題を解決するための手段】本発明による圧電体駆動
回路の第1の解決手段は、電源と、前記電源からの電圧
を接断して、振幅電圧差をもつ矩形電圧を生成するスイ
ッチング制御手段と、前記スイッチング制御手段に第1
端子が接続され、圧電体の入力電極に第2端子が接続さ
れ、前記矩形電圧を正弦波電圧にする誘導性素子とを備
えた圧電体駆動回路において、前記誘導性素子の第1端
子と前記スイッチング制御手段との間に容量性素子を接
続し、前記スイッチング制御手段は、前記容量性素子へ
の充電時間を可変することにより、前記正弦波電圧の振
幅値を変えることを特徴としている。
【0016】第2の解決手段は、第1の解決手段の圧電
体駆動回路において、前記誘導性素子の第1端子に、第
2端子が接続された容量性素子(13)と、一端が第1
の電位にあり、他端が前記容量性素子の第1端子に接続
された第1のスイッチング素子(11)と、一端が第2
の電位にあり、他端が前記容量性素子の第1端子に接続
された第2のスイッチング素子(12)と、一端が前記
誘導性素子の第1端子に接続され、他端が第3の電位に
ある整流素子(15)とを備えたことを特徴としてい
る。
【0017】第3の解決手段は、第2の解決手段の圧電
体駆動回路において、前記第1及び第2のスイッチング
素子は、前記圧電体の駆動周波数に応じて、相互にスイ
ッチの開閉時期が許可され、それぞれの許可された期間
でスイッチングの閉鎖時間を可変とすることを特徴とし
ている。
【0018】第4の解決手段は、第2または第3の解決
手段の圧電体駆動回路において、前記第1及び第2のス
イッチング素子は、前記第1及び第2の電位の双方又は
一方を可変とすることを特徴としている。
【0019】第5の解決手段は、第1〜第4のいずれか
1つの解決手段の圧電体駆動回路において、前記圧電体
は、その圧電体と加圧接触される弾性体とにより超音波
モータを構成し、前記圧電体の励振により、前記弾性体
に進行性振動波を発生させることを特徴とする。
【0020】
【作用】本発明によれば、誘導性素子の第1端子に、容
量性素子の第2端子を接続し、その容量性素子の充電時
間を可変とするスイッチングを行う。具体的には、第1
のスイッチング素子の閉鎖によって、容量性素子を充電
する。このとき、充電電圧は、第1のスイッチング素子
の閉鎖時間によって決定される。ついで、第2のスイッ
チング素子の閉鎖によって、容量性素子の第1端子(接
点A)を、接地すると、容量性素子の第2端子(接点
B)は、先の充電電圧に相当する負電圧が現れる。この
動作を、入力信号の周波数で繰り返すことにより、圧電
体の入力電極が有している自己容量と誘導性素子のイン
ダクタンスによる共振によって、正弦波電圧が入力電極
に生成される。
【0021】
【実施例】以下、図面などを参照しながら、実施例をあ
げて、さらに詳しく説明する。図1は、本発明による圧
電体駆動回路の第1の実施例を示す回路図、図2は、動
作を説明するための線図である。図1において、11,
12はスイッチング素子,13は容量性素子,14は誘
導性素子,15は整流素子、16,17は抵抗、18は
トランジスタ、19は位相反転器、20は論理積回路、
21,22は必要に応じて挿入されるダイオード等の整
流素子である。
【0022】スイッチング素子11は、その一端が内部
抵抗rを含む高圧の電源Battに接続されている。ス
イッチング素子12は、その一端が接地されている。ス
イッチング素子11,12は、各々の他端が互いに接点
Aで接続されている。なお、本実施例では、スイッチン
グ素子11,12として、MOSFETを用いたが、こ
れに限るものではない。
【0023】容量性素子13は、接点Aでスイッチング
素子11,12に接続され、接点Bで誘導性素子14に
接続されている。誘導性素子14は、接点Bと接点C
(圧電体100−4の入力電極100−4a又は100
−4b)間に挿入されている。整流素子15は、接点B
と接地間に挿入されている。
【0024】また、入力信号Aは、図2(A)に示すよ
うな期間Taを駆動サイクルとする論理信号であって、
分岐した一方が位相反転器19を介して、スイッチング
素子12に接続され、他方が論理積回路20の一方の入
力端子に接続されている。圧電体100−4の駆動周波
数をfaとすれば、Ta=1/faで与えられる。
【0025】制御信号Bは、図2(B)に示すように、
周期Tcで、論理レベルが“H”である期間Tbが可変
可能な信号(パルス幅変調信号)ある。この制御信号B
は、論理積回路20の他方の入力端子に接続され、論理
積回路20の出力は、トランジスタ素子18に接続され
ている。
【0026】従って、スイッチング素子11は、抵抗1
6,17、トランジスタ素子18からなる回路及び論理
積回路20により、入力信号Aと制御信号Bが共に、論
理レベル“H”であるときだけに閉鎖(スイッチON)
される。一方、スイッチング素子12は、位相反転器1
9からの信号により、入力信号Aが論理レベル“L”の
ときだけに閉鎖(スイッチON)される。入力信号Aと
制御信号Bとの関係は、Ta>Tcであることが望まし
いが、必ずしも、時間的に同期をとる必要はない。つま
り、Ta=n×Tc(n=1,2,3,・・・)である
必要はない。
【0027】まず、入力信号Aと制御信号Bが共に論理
レベル“H”になる度に、容量性素子13の一端(接点
A)は、スイッチング素子11を介して、高圧電源Ba
ttに接続される。このときに、容量性素子13は、ス
イッチング素子11、整流素子15または誘導性素子1
3と圧電体100−4を通して、電流が流れて充電され
る。充電電圧の変化速度は、電源Battの内部抵抗r
やスイッチング素子のオン抵抗等の寄生抵抗と、容量性
素子13の容量によって決定される。そこで、制御信号
Bの期間Tbを可変することによって、駆動サイクル
(期間Ta)内における、充電時間が変化し、結果的に
は、1サイクルの充電電圧Vsが変化する。
【0028】続く、入力信号Aの論理レベル“L”の期
間において、容量性素子13の一端(接点A)は、スイ
ッチング素子12を介して接地される。このときに、容
量性素子13の他端(接点B)は、瞬間的に−Vsとな
り、整流素子15は逆方向にバイアスされる。よって、
電圧Vsに充電された容量性素子13の電荷は、スイッ
チング素子12、接地、圧電体100−4、誘導性素子
14を通して、放電される。
【0029】一方、入力信号Aの論理レベル“H”の期
間、接点Bは、ほぼ接地電位(正確には、整流素子15
の順方向バイアス電位)に保たれるために、図2(D)
のようになる。このため、接点Cには、圧電体100−
4の入力電極100−4a(又は100−4b)が有し
ている自己容量と誘導性素子14のインダクタンスによ
る共振によって、図2(E)のような電圧波形で示す正
弦波電圧が生成される。
【0030】この正弦波電圧の振幅値は、容量性素子1
3の充電電圧Vsに依存するものであるので、制御信号
BのTb/Tc比を制御することによって、正弦波信号
の振幅値を変え、圧電体100−4の励振強度を変化さ
せることができる。
【0031】上述した実施例の圧電体駆動回路は、前述
した図7の圧電体駆動回路3として用いることによっ
て、超音波モータの駆動に必要な電源は、定電圧出力の
ものでよく、さらには、スイッチイング素子11の開閉
による高周波成分は、容量性素子13によって吸収され
るために、圧電体から異音が発生することなく、モータ
の回転速度を容易に可変することができる。
【0032】以上説明した実施例に限定されず、種々の
変形や変更が可能であって、それらも本発明に含まれ
る。例えば、図2(E)に示すように、正弦波電圧波形
の振幅中心が負側にシフトしていることが不都合な場合
には、第2の実施例(図3)のように、整流素子15の
陰極(カソード)を正の電位でバイアスしてもよい。
【0033】また、第3の実施例(図4)のように、容
量性素子13の充放電の方向を逆にしてもよい。さら
に、正弦波の振幅電圧を変える必要のない場合や、高圧
電源の電圧が容易に変えられる場合には、第4の実施例
(図5)のような回路構成であってもよい。以上の各実
施例の回路構成において、スイッチング素子11に印加
される電源電位やスイッチング素子12の接地電位、整
流素子15の陽極電位は、これに限定されるものではな
く、任意に固定され又は可変される電位であってもよ
い。また、本発明は、リニヤ型超音波モータの圧電体駆
動回路にも適用できるものである。
【0034】
【発明の効果】以上詳しく説明したように、本発明の圧
電体駆動回路によれば、簡単な回路構成によって、圧電
体の励振強度を容易かつ適正に可変することができる、
という効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による圧電体駆動回路の第1の実施例を
示す回路図である。
【図2】第1の実施例に係る圧電体駆動回路の動作を説
明するための線図である。
【図3】本発明による圧電体駆動回路の第2の実施例を
示す回路図である。
【図4】本発明による圧電体駆動回路の第3の実施例を
示す回路図である。
【図5】本発明による圧電体駆動回路の第4の実施例を
示す回路図である。
【図6】超音波モータの一般的な構成を示す図である。
【図7】図6の超音波モータの駆動回路を示したブロッ
ク図である。
【図8】従来の圧電体駆動回路の一例を示す回路図であ
る。
【図9】従来の圧電体駆動回路の他の例を示す回路図で
ある。
【符号の説明】
11,12 スイッチング素子 13 容量性素子 14 誘導性素子 15 整流素子 16,17 抵抗 18 トランジスタ素子 19 位相反転器 20 論理積回路 21,22 整流素子 100−4 圧電体

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 電源と、 前記電源からの電圧を接断して、振幅電圧差をもつ矩形
    電圧を生成するスイッチング制御手段と、 前記スイッチング制御手段に第1端子が接続され、圧電
    体の入力電極に第2端子が接続され、前記矩形電圧を正
    弦波電圧にする誘導性素子とを備えた圧電体駆動回路に
    おいて、 前記誘導性素子の第1端子と前記スイッチング制御手段
    の間に容量性素子を接続し、 前記スイッチング制御手段は、前記容量性素子への充電
    時間を可変することにより、前記正弦波電圧の振幅値を
    変えることを特徴とする圧電体駆動回路。
  2. 【請求項2】 請求項1に記載の圧電体駆動回路におい
    て、 前記誘導性素子の第1端子に、第2端子が接続された容
    量性素子と、 一端が第1の電位にあり、他端が前記容量性素子の第1
    端子に接続された第1のスイッチング素子と、 一端が第2の電位にあり、他端が前記容量性素子の第1
    端子に接続された第2のスイッチング素子と、 一端が前記誘導性素子の第1端子に接続され、他端が第
    3の電位にある整流素子とを備えたことを特徴とする圧
    電体駆動回路。
  3. 【請求項3】 請求項2に記載の圧電体駆動回路におい
    て、 前記第1及び第2のスイッチング素子は、前記圧電体の
    駆動周波数に応じて、相互にスイッチの開閉時期が許可
    され、それぞれの許可された期間でスイッチングの閉鎖
    時間を可変とすることを特徴とする圧電体駆動回路。
  4. 【請求項4】 請求項2又は請求項3に記載の圧電体駆
    動回路において、 前記第1及び第2のスイッチング素子は、前記第1及び
    第2の電位の双方又は一方を可変とすることを特徴とす
    る圧電体駆動回路。
  5. 【請求項5】 請求項1〜請求項4のいずれか1項に記
    載の圧電体駆動回路において、 前記圧電体は、その圧電体と加圧接触される弾性体とに
    より超音波モータを構成し、前記圧電体の励振により、
    前記弾性体に進行性振動波を発生させることを特徴とす
    る圧電体駆動回路。
JP6058847A 1994-03-29 1994-03-29 圧電体駆動回路 Pending JPH07274558A (ja)

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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6204591B1 (en) 1998-01-16 2001-03-20 Nec Corporation Piezoelectric driving circuit
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