JPH09182467A - 振動アクチュエータの駆動装置 - Google Patents
振動アクチュエータの駆動装置Info
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- JPH09182467A JPH09182467A JP7341094A JP34109495A JPH09182467A JP H09182467 A JPH09182467 A JP H09182467A JP 7341094 A JP7341094 A JP 7341094A JP 34109495 A JP34109495 A JP 34109495A JP H09182467 A JPH09182467 A JP H09182467A
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- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 コギング現象の発生を防止し、振動アクチュ
エータを安定に駆動させる振動アクチュエータの駆動装
置を提供する。 【解決手段】 電気的エネルギーを機械的エネルギーに
変換する電気機械変換素子の機械的振動運動を利用して
駆動する振動アクチュエータの駆動装置において、電気
機械変換素子に印加する交番電圧を発生する電圧発生回
路（１、２、４、５）と、電圧発生回路から電気機械変
換素子に供給される電流の振幅値、又は実効値が一定と
なるように電圧発生回路の交番電圧を制御する電圧制御
回路（６、７、８、９）とを備える。
エータを安定に駆動させる振動アクチュエータの駆動装
置を提供する。 【解決手段】 電気的エネルギーを機械的エネルギーに
変換する電気機械変換素子の機械的振動運動を利用して
駆動する振動アクチュエータの駆動装置において、電気
機械変換素子に印加する交番電圧を発生する電圧発生回
路（１、２、４、５）と、電圧発生回路から電気機械変
換素子に供給される電流の振幅値、又は実効値が一定と
なるように電圧発生回路の交番電圧を制御する電圧制御
回路（６、７、８、９）とを備える。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電気的エネルギー
を機械的エネルギーに変換する電気機械変換素子によっ
て生じた振動により駆動するいわゆる振動アクチュエー
タの駆動装置に関するものである。
を機械的エネルギーに変換する電気機械変換素子によっ
て生じた振動により駆動するいわゆる振動アクチュエー
タの駆動装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】図５は、従来の振動アクチュエータの一
例である回転式モータの一般的な構成を示す図である。
図５（Ａ）は、振動アクチュエータ１００の断面図であ
り、互いに接着されているロータ１００−１及び摺動材
１００−２からなるロータと、同様に互いに接着されて
いる弾性体１００−３及び振動体１００−４からなるス
テータとにより構成されている。これらのロータとステ
ータは、不図示の加圧手段により加圧接触されて駆動さ
れている。
例である回転式モータの一般的な構成を示す図である。
図５（Ａ）は、振動アクチュエータ１００の断面図であ
り、互いに接着されているロータ１００−１及び摺動材
１００−２からなるロータと、同様に互いに接着されて
いる弾性体１００−３及び振動体１００−４からなるス
テータとにより構成されている。これらのロータとステ
ータは、不図示の加圧手段により加圧接触されて駆動さ
れている。
【０００３】図５（Ｂ）は、振動体１００−４の電極配
置を示す平面図である。電極１００−４ａ及び１００−
４ｂは、入力電極である。これらの電極に振動アクチュ
エータ１００毎に定まった周波数であって、相互に９０
゜又はー９０゜の位相差を有する周波電圧が印加される
ことにより、ステータに進行性振動波が形成され、ロー
タが摩擦駆動する。一方、電極１００−４ｃは、接地さ
れる共通電極である。また、電極１００−４ｄは、必要
に応じてモニター電圧を取り出すことに使用されること
のある電極であり、振動体１００−４の振動には直接寄
与しない電極である。
置を示す平面図である。電極１００−４ａ及び１００−
４ｂは、入力電極である。これらの電極に振動アクチュ
エータ１００毎に定まった周波数であって、相互に９０
゜又はー９０゜の位相差を有する周波電圧が印加される
ことにより、ステータに進行性振動波が形成され、ロー
タが摩擦駆動する。一方、電極１００−４ｃは、接地さ
れる共通電極である。また、電極１００−４ｄは、必要
に応じてモニター電圧を取り出すことに使用されること
のある電極であり、振動体１００−４の振動には直接寄
与しない電極である。
【０００４】図５（Ｃ）は、振動体１００−４の入力電
極１００−４ａ又は１００−４ｂと接地電極間の等価回
路を示したものである。この等価回路は、自己容量Ｃ0
と、Ｃ0 と並列接続されたＬ、Ｃ、Ｒの直列共振回路に
より表される。Ｌ、Ｃ、Ｒの直列共振回路に流れる電流
はモーショナル電流と呼ばれ、その大きさは振動アクチ
ュエータ１００の駆動量、すなわち回転速度に比例する
ものと考えられている。ここで、Ｌ、Ｃ、Ｒ直列回路の
インピーダンスは、印加される周波電圧の周波数を変化
させることで増減する。従って、モーショナル電流の大
きさは、駆動周波数を可変制御することにより変化させ
ることができ、その結果、振動アクチュエータ１００の
駆動量を制御することが可能となる。
極１００−４ａ又は１００−４ｂと接地電極間の等価回
路を示したものである。この等価回路は、自己容量Ｃ0
と、Ｃ0 と並列接続されたＬ、Ｃ、Ｒの直列共振回路に
より表される。Ｌ、Ｃ、Ｒの直列共振回路に流れる電流
はモーショナル電流と呼ばれ、その大きさは振動アクチ
ュエータ１００の駆動量、すなわち回転速度に比例する
ものと考えられている。ここで、Ｌ、Ｃ、Ｒ直列回路の
インピーダンスは、印加される周波電圧の周波数を変化
させることで増減する。従って、モーショナル電流の大
きさは、駆動周波数を可変制御することにより変化させ
ることができ、その結果、振動アクチュエータ１００の
駆動量を制御することが可能となる。
【０００５】次に、従来の振動アクチュエータの駆動装
置について説明する。図３は、図５に示した振動アクチ
ュエータ１００を駆動する従来の駆動装置を示したブロ
ック図である。制御回路１は、出力端子をＶＣＯ（電圧
制御発振器）２に接続しており、ＶＣＯ２に対して電圧
値Ｖf の信号を出力することにより、振動アクチュエー
タの駆動を制御する回路である。ＶＣＯ２は、出力端子
を増幅器３Ａ及び移相器４に接続しており、入力信号Ｖ
f の電圧値に対応した周波数の正弦波信号（ｓｉｎ波信
号）Ｓa を出力する回路である。
置について説明する。図３は、図５に示した振動アクチ
ュエータ１００を駆動する従来の駆動装置を示したブロ
ック図である。制御回路１は、出力端子をＶＣＯ（電圧
制御発振器）２に接続しており、ＶＣＯ２に対して電圧
値Ｖf の信号を出力することにより、振動アクチュエー
タの駆動を制御する回路である。ＶＣＯ２は、出力端子
を増幅器３Ａ及び移相器４に接続しており、入力信号Ｖ
f の電圧値に対応した周波数の正弦波信号（ｓｉｎ波信
号）Ｓa を出力する回路である。
【０００６】移相器４は、入力された信号Ｓa の位相を
９０゜又は−９０゜だけシフトさせた、すなわち余弦波
信号（ｃｏｓ波）Ｓb を生成し、それを増幅器３Ｂへ出
力する回路である。ここで、位相を９０゜シフトさせる
か、−９０゜シフトさせるかは、振動アクチュエータの
駆動方向（回転方向）によって定められる。増幅器３Ａ
及び３Ｂは、入力信号Ｓa 、Ｓb を予め設定された電圧
増幅率でそれぞれ増幅し、入力信号と同周波数であっ
て、より振幅の大きい交番電圧Ｖa 、Ｖb を発生する回
路である。増幅器３Ａ、３Ｂは、それぞれの出力端子を
振動体１００−４の入力電極１００−４ａ、１００−４
ｂに接続している。従って、電極１００−４ａ、１００
−４ｂには、交番電圧Ｖa 、Ｖb が印加され、交流電流
Ｉa 、Ｉb が流れる。この結果、既に説明したようにス
テータに進行性振動波が形成され、ロータが摩擦駆動さ
れる。
９０゜又は−９０゜だけシフトさせた、すなわち余弦波
信号（ｃｏｓ波）Ｓb を生成し、それを増幅器３Ｂへ出
力する回路である。ここで、位相を９０゜シフトさせる
か、−９０゜シフトさせるかは、振動アクチュエータの
駆動方向（回転方向）によって定められる。増幅器３Ａ
及び３Ｂは、入力信号Ｓa 、Ｓb を予め設定された電圧
増幅率でそれぞれ増幅し、入力信号と同周波数であっ
て、より振幅の大きい交番電圧Ｖa 、Ｖb を発生する回
路である。増幅器３Ａ、３Ｂは、それぞれの出力端子を
振動体１００−４の入力電極１００−４ａ、１００−４
ｂに接続している。従って、電極１００−４ａ、１００
−４ｂには、交番電圧Ｖa 、Ｖb が印加され、交流電流
Ｉa 、Ｉb が流れる。この結果、既に説明したようにス
テータに進行性振動波が形成され、ロータが摩擦駆動さ
れる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】図４（Ａ）は、従来の
駆動装置を用いて、振動アクチュエータ１００に交番電
圧を印加した場合における交番電圧の周波数ｆ（以下
「駆動周波数」という）と振動アクチュエータの駆動量
Ｎとの関係を示す図である。なお、ここでは、駆動周波
数ｆをはじめ高周波側（ｆ0 ）から低周波側（ｆ5 ）へ
走査し、続いて低周波側から高周波側に走査している。
また、駆動量Ｎとは、振動アクチュエータ１００の回転
速度を意味する。
駆動装置を用いて、振動アクチュエータ１００に交番電
圧を印加した場合における交番電圧の周波数ｆ（以下
「駆動周波数」という）と振動アクチュエータの駆動量
Ｎとの関係を示す図である。なお、ここでは、駆動周波
数ｆをはじめ高周波側（ｆ0 ）から低周波側（ｆ5 ）へ
走査し、続いて低周波側から高周波側に走査している。
また、駆動量Ｎとは、振動アクチュエータ１００の回転
速度を意味する。
【０００８】図に示されるように、振動アクチュエータ
１００は、駆動周波数がｆ1 を越える高周波数領域にあ
る間は駆動せず（点ａ〜点ｂ）、駆動周波数がｆ1 とな
ったときに起動する。その後、駆動量Ｎは、駆動周波数
ｆの低下に伴い増大し（点ｃ、点ｄ）、駆動周波数ｆ4
においてその最大値を示す（点ｅ）。さらに駆動周波数
を低下させると、駆動量Ｎは急激に減少し、振動アクチ
ュエータはその駆動を停止する。このような駆動量の急
激な減少・停止は、一般に”コギング現象”と呼ばれて
いる。振動アクチュエータ１００は、これ以降、駆動周
波数をｆ5 まで低下させても停止したままである。
１００は、駆動周波数がｆ1 を越える高周波数領域にあ
る間は駆動せず（点ａ〜点ｂ）、駆動周波数がｆ1 とな
ったときに起動する。その後、駆動量Ｎは、駆動周波数
ｆの低下に伴い増大し（点ｃ、点ｄ）、駆動周波数ｆ4
においてその最大値を示す（点ｅ）。さらに駆動周波数
を低下させると、駆動量Ｎは急激に減少し、振動アクチ
ュエータはその駆動を停止する。このような駆動量の急
激な減少・停止は、一般に”コギング現象”と呼ばれて
いる。振動アクチュエータ１００は、これ以降、駆動周
波数をｆ5 まで低下させても停止したままである。
【０００９】次に、駆動周波数をｆ5 より高周波側へ走
査すると、振動アクチュエータ１００は、ｆ5 〜ｆ2 の
領域では駆動せず（点ｇ、点ｈ）、駆動周波数がコギン
グ現象が発生したｆ4 より高いｆ2 に達したときに突然
駆動し始める。このときの駆動量Ｎは、駆動周波数を高
周波側から低周波側に走査したときに記録された駆動量
とほぼ同じである（点ｃ）。この後、駆動周波数をさら
に増大させると、駆動量Ｎは徐々に減少し、駆動周波数
がｆ1 に達したときに駆動は停止する。ここで、駆動周
波数をｆ2 からｆ1 へ増大させたときに、駆動量Ｎが示
す軌跡は、駆動周波数をｆ1 からｆ2 へ減少させたとき
に示す軌跡とほぼ等しい。
査すると、振動アクチュエータ１００は、ｆ5 〜ｆ2 の
領域では駆動せず（点ｇ、点ｈ）、駆動周波数がコギン
グ現象が発生したｆ4 より高いｆ2 に達したときに突然
駆動し始める。このときの駆動量Ｎは、駆動周波数を高
周波側から低周波側に走査したときに記録された駆動量
とほぼ同じである（点ｃ）。この後、駆動周波数をさら
に増大させると、駆動量Ｎは徐々に減少し、駆動周波数
がｆ1 に達したときに駆動は停止する。ここで、駆動周
波数をｆ2 からｆ1 へ増大させたときに、駆動量Ｎが示
す軌跡は、駆動周波数をｆ1 からｆ2 へ減少させたとき
に示す軌跡とほぼ等しい。
【００１０】図４（Ｂ）は、図４（Ａ）と同条件で振動
アクチュエータ１００を駆動した場合に、振動体１００
−４の入力電極１００−４ａに流れる電流Ｉa の変化の
様子を示したものである。ここで、電流Ｉa の大きさと
は、入力電極１００−４ａに流れる電流の振幅の大きさ
をいうこととする。ただし、図４（Ｂ）は、電流Ｉaの
振幅の大きさの変化を示す代わりに実効値の変化を図示
することとしても、その定性的特徴はほぼ同一となる。
また、入力電極１００−４ｂに流れる電流Ｉbについて
は、電流Ｉa とほぼ同一の値及び変化を示すことから、
その図示を省略した。
アクチュエータ１００を駆動した場合に、振動体１００
−４の入力電極１００−４ａに流れる電流Ｉa の変化の
様子を示したものである。ここで、電流Ｉa の大きさと
は、入力電極１００−４ａに流れる電流の振幅の大きさ
をいうこととする。ただし、図４（Ｂ）は、電流Ｉaの
振幅の大きさの変化を示す代わりに実効値の変化を図示
することとしても、その定性的特徴はほぼ同一となる。
また、入力電極１００−４ｂに流れる電流Ｉbについて
は、電流Ｉa とほぼ同一の値及び変化を示すことから、
その図示を省略した。
【００１１】電流Ｉa は、駆動周波数の低下に伴い、徐
々に増大し（点ａ’〜点ｄ’）、駆動周波数がｆ4 とな
ったときに、駆動量Ｎと同様にその最大値を示す（点
ｅ’）。電流Ｉa がこのような変化を示すのは、振動体
１００−４のインピーダンス特性が駆動周波数ｆに依存
して変化し、振動体１００−４へ流れるモーショナル電
流が増大することに依存すると考えられる。駆動周波数
をｆ4 よりさらに低下させると、電流Ｉa は、振動アク
チュエータの駆動が停止するのとほぼ同時に急激に減少
し、その後は、駆動周波数がｆ5 に達するまで緩やかに
減少する。
々に増大し（点ａ’〜点ｄ’）、駆動周波数がｆ4 とな
ったときに、駆動量Ｎと同様にその最大値を示す（点
ｅ’）。電流Ｉa がこのような変化を示すのは、振動体
１００−４のインピーダンス特性が駆動周波数ｆに依存
して変化し、振動体１００−４へ流れるモーショナル電
流が増大することに依存すると考えられる。駆動周波数
をｆ4 よりさらに低下させると、電流Ｉa は、振動アク
チュエータの駆動が停止するのとほぼ同時に急激に減少
し、その後は、駆動周波数がｆ5 に達するまで緩やかに
減少する。
【００１２】次に、駆動周波数をｆ5 から高周波側へ走
査すると、電流Ｉa は、振動アクチュエータが再び起動
するｆ2 まではわずかに増大するのみである（点ｇ’、
点ｈ’）。この結果、電流Ｉa は、ｆ4 からｆ2 の範囲
において、駆動周波数が低周波側へ走査されたときより
小さい値を示している。駆動周波数がｆ2 に達し、振動
アクチュエータが再起動すると、電流Ｉa は、急激に増
大し（点ｃ’）、周波数がｆ2 からｆ0 の範囲では、駆
動周波数が低周波側へ走査されたときとほぼ同じ軌跡を
示しながら、単調に減少する。
査すると、電流Ｉa は、振動アクチュエータが再び起動
するｆ2 まではわずかに増大するのみである（点ｇ’、
点ｈ’）。この結果、電流Ｉa は、ｆ4 からｆ2 の範囲
において、駆動周波数が低周波側へ走査されたときより
小さい値を示している。駆動周波数がｆ2 に達し、振動
アクチュエータが再起動すると、電流Ｉa は、急激に増
大し（点ｃ’）、周波数がｆ2 からｆ0 の範囲では、駆
動周波数が低周波側へ走査されたときとほぼ同じ軌跡を
示しながら、単調に減少する。
【００１３】このように振動アクチュエータは、コギン
グ現象という特有の現象を有する。このために、例えば
振動アクチュエータをより高速で駆動させるために駆動
周波数を低下させたところ、振動アクチュエータが突然
停止する場合があるという問題があった。また、一旦コ
ギング現象が発生すると、駆動量Ｎは、駆動周波数ｆに
対してヒステリシス特性を示す。従って、振動アクチュ
エータを再起動させるためには、一時的に駆動周波数を
ｆ2 よりも高い領域にまで移行させて再起動を行った後
に、再び駆動周波数を低下させ、所望の駆動量を得るよ
うに制御する必要がある。このために、振動アクチュエ
ータの再起動時における制御が大変複雑になるという問
題があった。
グ現象という特有の現象を有する。このために、例えば
振動アクチュエータをより高速で駆動させるために駆動
周波数を低下させたところ、振動アクチュエータが突然
停止する場合があるという問題があった。また、一旦コ
ギング現象が発生すると、駆動量Ｎは、駆動周波数ｆに
対してヒステリシス特性を示す。従って、振動アクチュ
エータを再起動させるためには、一時的に駆動周波数を
ｆ2 よりも高い領域にまで移行させて再起動を行った後
に、再び駆動周波数を低下させ、所望の駆動量を得るよ
うに制御する必要がある。このために、振動アクチュエ
ータの再起動時における制御が大変複雑になるという問
題があった。
【００１４】一方、従来は、駆動周波数の下限をコギン
グ現象が発生する周波数ｆ4 よりも所定量だけ高い周波
数ｆ3 に設定し、振動アクチュエータを駆動周波数ｆ1
〜ｆ3 の範囲内において限定することによりコギング現
象を回避することが試みられていた。しかし、コギング
現象の発生する周波数ｆ4 は、温度等によって大きく変
化するために、駆動周波数の下限ｆ3 を特定することは
困難であり、コギング現象を完全に回避するには至って
いなかった。そこで、本発明は、コギング現象の発生を
防止し、振動アクチュエータを安定に駆動させる振動ア
クチュエータの駆動装置を提供することを課題とする。
グ現象が発生する周波数ｆ4 よりも所定量だけ高い周波
数ｆ3 に設定し、振動アクチュエータを駆動周波数ｆ1
〜ｆ3 の範囲内において限定することによりコギング現
象を回避することが試みられていた。しかし、コギング
現象の発生する周波数ｆ4 は、温度等によって大きく変
化するために、駆動周波数の下限ｆ3 を特定することは
困難であり、コギング現象を完全に回避するには至って
いなかった。そこで、本発明は、コギング現象の発生を
防止し、振動アクチュエータを安定に駆動させる振動ア
クチュエータの駆動装置を提供することを課題とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】本願発明者は、課題の解
決を図るべく、種々の実験を試みた結果、振動体１００
−４に流れる電流Ｉa 、Ｉb の実効値又は振幅値が駆動
周波数に依らずほぼ一定になるように交番電圧Ｖa 、Ｖ
b の値を制御することにより、コギング現象及び駆動特
性におけるヒステリシスを防止しつつ振動アクチュエー
タを駆動することが可能になるという知見を得た。そこ
で、本願発明者は、かかる知見に基づき以下の特徴を有
する本願発明を完成させた。
決を図るべく、種々の実験を試みた結果、振動体１００
−４に流れる電流Ｉa 、Ｉb の実効値又は振幅値が駆動
周波数に依らずほぼ一定になるように交番電圧Ｖa 、Ｖ
b の値を制御することにより、コギング現象及び駆動特
性におけるヒステリシスを防止しつつ振動アクチュエー
タを駆動することが可能になるという知見を得た。そこ
で、本願発明者は、かかる知見に基づき以下の特徴を有
する本願発明を完成させた。
【００１６】すなわち、請求項１に係る発明は、電気的
エネルギーを機械的エネルギーに変換する電気機械変換
素子の機械的振動運動を利用して駆動する振動アクチュ
エータの駆動装置において、電気機械変換素子に印加す
る交番電圧を発生する電圧発生回路（１、２、４、５）
と、電圧発生回路から電気機械変換素子に供給される電
流の振幅値、又は実効値が一定となるように電圧発生回
路の交番電圧を制御する電圧制御回路（６、７、８、
９）とを備えることを特徴とする。
エネルギーを機械的エネルギーに変換する電気機械変換
素子の機械的振動運動を利用して駆動する振動アクチュ
エータの駆動装置において、電気機械変換素子に印加す
る交番電圧を発生する電圧発生回路（１、２、４、５）
と、電圧発生回路から電気機械変換素子に供給される電
流の振幅値、又は実効値が一定となるように電圧発生回
路の交番電圧を制御する電圧制御回路（６、７、８、
９）とを備えることを特徴とする。
【００１７】請求項２に係る発明は、請求項１に記載の
振動アクチュエータの駆動装置において、電圧発生回路
は、交番電圧を出力する発振回路（１、２）と、発振回
路が出力する交番電圧を増幅する増幅回路（５）とを有
し、電圧制御回路は、電圧発生回路から電気機械変換素
子に供給される電流を検出する電流検出回路（７、８、
９）と、電流検出回路の検出結果に基づいて増幅回路の
増幅率を制御する増幅率制御回路（６）とを有すること
を特徴とする。
振動アクチュエータの駆動装置において、電圧発生回路
は、交番電圧を出力する発振回路（１、２）と、発振回
路が出力する交番電圧を増幅する増幅回路（５）とを有
し、電圧制御回路は、電圧発生回路から電気機械変換素
子に供給される電流を検出する電流検出回路（７、８、
９）と、電流検出回路の検出結果に基づいて増幅回路の
増幅率を制御する増幅率制御回路（６）とを有すること
を特徴とする。
【００１８】
【発明の実施の形態】以下、図面等を参照して、本発明
に係る実施形態について、さらに詳しく説明する。な
お、以下の実施形態に関する説明は、振動アクチュエー
タとして超音波モータを一例にとって行い、また、電気
機械変換素子として用いられる圧電体、電歪体等を振動
体と総称するものとする。さらに、従来例において既に
説明したものと同様な機能を果たす部分には、同一の符
号を付して、重複する説明を適宜省略する。
に係る実施形態について、さらに詳しく説明する。な
お、以下の実施形態に関する説明は、振動アクチュエー
タとして超音波モータを一例にとって行い、また、電気
機械変換素子として用いられる圧電体、電歪体等を振動
体と総称するものとする。さらに、従来例において既に
説明したものと同様な機能を果たす部分には、同一の符
号を付して、重複する説明を適宜省略する。
【００１９】図１は、本実施形態に係る超音波モータの
駆動装置を示す図である。はじめに、図１を用いて本実
施形態の構成において、従来例と異なる部分について説
明する。増幅器５Ａ及び５Ｂは、後述する増幅率制御器
６からの制御信号Ｓg に基づいて、その増幅率Ｇを変化
させる増幅器である。ここで、増幅率Ｇは、出力信号Ｖ
a 又はＶb の入力信号Ｓa 又はＳb に対する電圧比（Ｖ
a ／Ｓa 、又はＶb ／Ｓb ）をいう。抵抗７は、増幅器
５Ａと振動体１００−４の入力電極１００−４ａの間に
挿入れた抵抗であり、その両端は、差動増幅器８の入力
端子にそれぞれ接続されている。また、差動増幅器８の
出力端子は、振幅検知器９に接続されている。
駆動装置を示す図である。はじめに、図１を用いて本実
施形態の構成において、従来例と異なる部分について説
明する。増幅器５Ａ及び５Ｂは、後述する増幅率制御器
６からの制御信号Ｓg に基づいて、その増幅率Ｇを変化
させる増幅器である。ここで、増幅率Ｇは、出力信号Ｖ
a 又はＶb の入力信号Ｓa 又はＳb に対する電圧比（Ｖ
a ／Ｓa 、又はＶb ／Ｓb ）をいう。抵抗７は、増幅器
５Ａと振動体１００−４の入力電極１００−４ａの間に
挿入れた抵抗であり、その両端は、差動増幅器８の入力
端子にそれぞれ接続されている。また、差動増幅器８の
出力端子は、振幅検知器９に接続されている。
【００２０】振幅検知器９は、入力された電圧波形の振
幅を検出し、その振幅値に対応した信号Ｖp を出力する
ピーク・ディテクタ回路であり、周知のダイオードＤ、
コンデンサＣ及び抵抗Ｒとから構成されている。また、
振幅検知器９の出力端子は、増幅率制御器６に接続され
ている。増幅率制御器６は、振幅検知器９の出力信号Ｖ
p の他に、他の入力端子から固定電圧Ｖref を入力さ
れ、これらを比較し、その比較結果に基づいた信号Ｓg
を増幅器５Ａ及び５Ｂに出力する回路である。
幅を検出し、その振幅値に対応した信号Ｖp を出力する
ピーク・ディテクタ回路であり、周知のダイオードＤ、
コンデンサＣ及び抵抗Ｒとから構成されている。また、
振幅検知器９の出力端子は、増幅率制御器６に接続され
ている。増幅率制御器６は、振幅検知器９の出力信号Ｖ
p の他に、他の入力端子から固定電圧Ｖref を入力さ
れ、これらを比較し、その比較結果に基づいた信号Ｓg
を増幅器５Ａ及び５Ｂに出力する回路である。
【００２１】次に、本実施形態の動作について説明す
る。振動体１００−４に交番電圧Ｖa が印加され電流Ｉ
a が発生すると、抵抗器７の両端子間には電流Ｉa の大
きさに比例した電位差が生じる。差動増幅器８は、この
電位差を検出し、それに対応した電圧Ｖi を振幅検知器
９に対して出力する。ここで、電圧Ｖi は、電流Ｉa に
比例して変化する交流電圧であり、電流Ｉaの大小はこ
の交流電圧の振幅値、又は実効値等によって表される。
る。振動体１００−４に交番電圧Ｖa が印加され電流Ｉ
a が発生すると、抵抗器７の両端子間には電流Ｉa の大
きさに比例した電位差が生じる。差動増幅器８は、この
電位差を検出し、それに対応した電圧Ｖi を振幅検知器
９に対して出力する。ここで、電圧Ｖi は、電流Ｉa に
比例して変化する交流電圧であり、電流Ｉaの大小はこ
の交流電圧の振幅値、又は実効値等によって表される。
【００２２】振幅検知器９は、前述のように入力された
交番電圧Ｖi の振幅値を検出し、それに対応した電圧信
号Ｖp を増幅率制御器６に対して出力する。次に、増幅
率制御器６は、入力された２つの電圧Ｖp とＶref の大
きさを比較し、Ｖp ＞Ｖrefであれば、増幅器５Ａ及び
５Ｂの増幅率Ｇを減少させるべく適切な制御信号Ｓgを
出力する。逆にＶp ＜Ｖref であれば、増幅率制御器６
は、増幅率Ｇを増大させるべく、適切な信号Ｓg を出力
する。さらに、Ｖp ＝Ｖref である場合には、増幅率Ｇ
をそのときの値に維持する信号Ｓg を出力する。
交番電圧Ｖi の振幅値を検出し、それに対応した電圧信
号Ｖp を増幅率制御器６に対して出力する。次に、増幅
率制御器６は、入力された２つの電圧Ｖp とＶref の大
きさを比較し、Ｖp ＞Ｖrefであれば、増幅器５Ａ及び
５Ｂの増幅率Ｇを減少させるべく適切な制御信号Ｓgを
出力する。逆にＶp ＜Ｖref であれば、増幅率制御器６
は、増幅率Ｇを増大させるべく、適切な信号Ｓg を出力
する。さらに、Ｖp ＝Ｖref である場合には、増幅率Ｇ
をそのときの値に維持する信号Ｓg を出力する。
【００２３】本実施形態は、以上のように動作すること
により、増幅器５Ａから振動体１００−４に供給される
電流Ｉa の値を、固定電圧Ｖref に対応した一定のもの
に制御する。なお、増幅器５Ｂは、増幅器５Ａと同様
に、増幅率制御器６の出力信号Ｓg によってその増幅率
が制御される。よって、増幅器５Ｂより振動体１００−
４に供給される電流Ｉb の値も電流Ｉa と同じに制御さ
れる。なお、固定電圧Ｖref は、電流Ｉa 、Ｉb が、超
音波モータ１００が所望の駆動量範囲で駆動されるのに
十分な値に設定される。
により、増幅器５Ａから振動体１００−４に供給される
電流Ｉa の値を、固定電圧Ｖref に対応した一定のもの
に制御する。なお、増幅器５Ｂは、増幅器５Ａと同様
に、増幅率制御器６の出力信号Ｓg によってその増幅率
が制御される。よって、増幅器５Ｂより振動体１００−
４に供給される電流Ｉb の値も電流Ｉa と同じに制御さ
れる。なお、固定電圧Ｖref は、電流Ｉa 、Ｉb が、超
音波モータ１００が所望の駆動量範囲で駆動されるのに
十分な値に設定される。
【００２４】図２は、本実施形態を用いて超音波モータ
１００を駆動した場合における駆動周波数ｆと入力電極
１００−４ａに流れる電流の大きさ｜Ｉa ｜、印加され
る交番電圧の大きさ｜Ｖa ｜、及び駆動量Ｎの関係を示
した図である。なお、この図において駆動周波数ｆは、
図４と同様にはじめ高周波側から低周波側に走査され、
続いて低周波側から高周波側に走査されている。
１００を駆動した場合における駆動周波数ｆと入力電極
１００−４ａに流れる電流の大きさ｜Ｉa ｜、印加され
る交番電圧の大きさ｜Ｖa ｜、及び駆動量Ｎの関係を示
した図である。なお、この図において駆動周波数ｆは、
図４と同様にはじめ高周波側から低周波側に走査され、
続いて低周波側から高周波側に走査されている。
【００２５】図に見られるように、入力電極１００−４
ａに供給される電流の大きさ｜Ｉa｜は、駆動周波数の
値に関わらず常に一定値を維持している。一方、交番電
圧の大きさ｜Ｖa ｜は、超音波モータ１００の駆動量Ｎ
が大きくなるに従って減少し駆動量が小さくなるに従っ
て増大している。これは、駆動周波数ｆの変化に伴い、
振動体１００−４のインピーダンス特性も変化するのに
対し、本実施形態の増幅率制御回路６等が適切に動作
し、｜Ｉa ｜を一定に維持すべく、｜Ｖa ｜を制御した
結果の現れである。
ａに供給される電流の大きさ｜Ｉa｜は、駆動周波数の
値に関わらず常に一定値を維持している。一方、交番電
圧の大きさ｜Ｖa ｜は、超音波モータ１００の駆動量Ｎ
が大きくなるに従って減少し駆動量が小さくなるに従っ
て増大している。これは、駆動周波数ｆの変化に伴い、
振動体１００−４のインピーダンス特性も変化するのに
対し、本実施形態の増幅率制御回路６等が適切に動作
し、｜Ｉa ｜を一定に維持すべく、｜Ｖa ｜を制御した
結果の現れである。
【００２６】一方、超音波モータ１００は、駆動周波数
ｆを高周波側から低周波側に走査した場合に、駆動周波
数ｆa において起動し、駆動周波数ｆの低下に伴いその
駆動量Ｎを徐々に増大させる。駆動量Ｎは、駆動周波数
ｆb においてその最大値を示した後に、駆動周波数の低
下に従い緩やかに減少し、駆動周波数ｆc 以下において
ゼロとなる。また、駆動量Ｎ、｜Ｉa ｜、｜Ｖa ｜は、
引き続き駆動周波数ｆを低周波側から高周波側に走査し
た場合にも、低周波側に走査したときと同じ軌跡を描
く。すなわち、従来の駆動装置を用いて超音波モータを
駆動した場合に見られたようなヒステリシス特性は見ら
れない。なお、電流Ｉb の大きさ、交番電圧Ｖb の大き
さは、それぞれ、｜Ｉa ｜、｜Ｖa ｜と同様な特性を示
すことから、ここではそれらの図示を省略した。
ｆを高周波側から低周波側に走査した場合に、駆動周波
数ｆa において起動し、駆動周波数ｆの低下に伴いその
駆動量Ｎを徐々に増大させる。駆動量Ｎは、駆動周波数
ｆb においてその最大値を示した後に、駆動周波数の低
下に従い緩やかに減少し、駆動周波数ｆc 以下において
ゼロとなる。また、駆動量Ｎ、｜Ｉa ｜、｜Ｖa ｜は、
引き続き駆動周波数ｆを低周波側から高周波側に走査し
た場合にも、低周波側に走査したときと同じ軌跡を描
く。すなわち、従来の駆動装置を用いて超音波モータを
駆動した場合に見られたようなヒステリシス特性は見ら
れない。なお、電流Ｉb の大きさ、交番電圧Ｖb の大き
さは、それぞれ、｜Ｉa ｜、｜Ｖa ｜と同様な特性を示
すことから、ここではそれらの図示を省略した。
【００２７】以上説明したように、本実施形態を用いて
超音波モータを駆動した場合には、その駆動特性は緩や
かな変化のみを示し、急激に駆動量が減少・停止するコ
ギング現象は発生しない。つまり、本実施形態は、コギ
ング現象を完全に防止することに成功している。また、
本実施形態は、超音波モータの駆動特性におけるヒステ
リシスをも除去している。従って、本実施形態による超
音波モータの駆動制御は、従来の駆動装置を用いた場合
と比較して非常に容易となる。さらに、本実施形態は、
図２において明らかであるように、駆動周波数ｆの走査
範囲に何らの制限を設ける必要がない。従って、温度等
の周囲環境に変化があり、超音波モータの周波数特性が
変化した場合であっても、本実施形態の奏する効果はそ
れに影響されない。
超音波モータを駆動した場合には、その駆動特性は緩や
かな変化のみを示し、急激に駆動量が減少・停止するコ
ギング現象は発生しない。つまり、本実施形態は、コギ
ング現象を完全に防止することに成功している。また、
本実施形態は、超音波モータの駆動特性におけるヒステ
リシスをも除去している。従って、本実施形態による超
音波モータの駆動制御は、従来の駆動装置を用いた場合
と比較して非常に容易となる。さらに、本実施形態は、
図２において明らかであるように、駆動周波数ｆの走査
範囲に何らの制限を設ける必要がない。従って、温度等
の周囲環境に変化があり、超音波モータの周波数特性が
変化した場合であっても、本実施形態の奏する効果はそ
れに影響されない。
【００２８】（その他の実施形態）なお、本発明は、上
記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態
は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された
技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効
果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技
術的範囲に包含される。
記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態
は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された
技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効
果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技
術的範囲に包含される。
【００２９】１）上記実施形態においては、円環型の振
動アクチュエータについて説明をしたが、本発明に係る
技術的思想は、リニア型の振動アクチュエータに対して
適用することも可能である。 ２）上記実施形態においては、振幅検出器９を用いて差
動増幅器８が出力する電圧Ｖi の振幅値Ｖp を求める場
合について説明しているが、これは、振動体１００−４
に流れる電流Ｉa の大きさに関する情報を検出すること
であれば他の方法でもよく、例えば、実効値検出器を用
いて電圧Ｖi の実効値を求めることであってもよい。
動アクチュエータについて説明をしたが、本発明に係る
技術的思想は、リニア型の振動アクチュエータに対して
適用することも可能である。 ２）上記実施形態においては、振幅検出器９を用いて差
動増幅器８が出力する電圧Ｖi の振幅値Ｖp を求める場
合について説明しているが、これは、振動体１００−４
に流れる電流Ｉa の大きさに関する情報を検出すること
であれば他の方法でもよく、例えば、実効値検出器を用
いて電圧Ｖi の実効値を求めることであってもよい。
【００３０】
【発明の効果】以上詳しく説明したように、本発明によ
れば、電圧制御回路は、電圧発生回路から電気変換素子
に供給される電流の振幅値又は実効値が一定となるよう
に電圧発生回路の交番電圧を制御することとしたので、
振動アクチュエータをコギング現象を発生させずに駆動
することが可能である。また、本発明によれば、振動ア
クチュエータの駆動特性はヒステリシスを示さないこと
から、振動アクチュエータの駆動状態を容易に制御する
ことが可能である。
れば、電圧制御回路は、電圧発生回路から電気変換素子
に供給される電流の振幅値又は実効値が一定となるよう
に電圧発生回路の交番電圧を制御することとしたので、
振動アクチュエータをコギング現象を発生させずに駆動
することが可能である。また、本発明によれば、振動ア
クチュエータの駆動特性はヒステリシスを示さないこと
から、振動アクチュエータの駆動状態を容易に制御する
ことが可能である。
【図１】本発明に係る超音波モータの駆動装置を示す図
である。
である。
【図２】本発明により超音波モータを駆動したときの駆
動周波数ｆと電流の大きさ｜Ｉa ｜、電圧の大きさ｜Ｖ
a ｜及び駆動量Ｎの関係を示す図である。
動周波数ｆと電流の大きさ｜Ｉa ｜、電圧の大きさ｜Ｖ
a ｜及び駆動量Ｎの関係を示す図である。
【図３】従来の振動アクチュエータの駆動装置を示した
ブロック図である。
ブロック図である。
【図４】従来の駆動装置により振動アクチュエータを駆
動したときの駆動周波数ｆと駆動量Ｎ及び電流Ｉａの大
きさの関係を示した図である。
動したときの駆動周波数ｆと駆動量Ｎ及び電流Ｉａの大
きさの関係を示した図である。
【図５】振動アクチュエータの一般的な構成を例示する
模式図である。
模式図である。
１ 制御回路 ２ 電圧制御発振器（ＶＣＯ） ４ 移相器 ５ 増幅器 ６ 増幅率制御器 ７ 抵抗 ８ 差動増幅器 ９ 振幅検知器
Claims (2)
- 【請求項１】 電気的エネルギーを機械的エネルギーに
変換する電気機械変換素子の機械的振動運動を利用して
駆動する振動アクチュエータの駆動装置において、 前記電気機械変換素子に印加する交番電圧を発生する電
圧発生回路と、 前記電圧発生回路から前記電気機械変換素子に供給され
る電流の振幅値、又は実効値が一定となるように前記電
圧発生回路の交番電圧を制御する電圧制御回路と、 を備えることを特徴とする振動アクチュエータの駆動装
置。 - 【請求項２】 請求項１に記載の振動アクチュエータの
駆動装置において、 前記電圧発生回路は、交番電圧を出力する発振回路と、
前記発振回路が出力する交番電圧を増幅する増幅回路と
を有し、 前記電圧制御回路は、前記電圧発生回路から前記電気機
械変換素子に供給される電流を検出する電流検出回路
と、前記電流検出回路の検出結果に基づいて前記増幅回
路の増幅率を制御する増幅率制御回路とを有する、 ことを特徴とする振動アクチュエータの駆動装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7341094A JPH09182467A (ja) | 1995-12-27 | 1995-12-27 | 振動アクチュエータの駆動装置 |
| US08/774,347 US5777444A (en) | 1995-12-27 | 1996-12-27 | Drive device for a vibration actuator which prevents the cogging phenomenon |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7341094A JPH09182467A (ja) | 1995-12-27 | 1995-12-27 | 振動アクチュエータの駆動装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09182467A true JPH09182467A (ja) | 1997-07-11 |
Family
ID=18343207
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7341094A Pending JPH09182467A (ja) | 1995-12-27 | 1995-12-27 | 振動アクチュエータの駆動装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09182467A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100944966B1 (ko) * | 2001-11-29 | 2010-03-02 | 코닌클리케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이. | 압전 구동 디바이스 및 이를 포함하는 전기 면도기 |
| JP2011055665A (ja) * | 2009-09-03 | 2011-03-17 | Nikon Corp | 振動アクチュエータ駆動装置、レンズ鏡筒、及び、光学装置 |
| JP2015012637A (ja) * | 2013-06-26 | 2015-01-19 | スミダコーポレーション株式会社 | 超音波モータの駆動回路 |
| JP2016040994A (ja) * | 2014-08-13 | 2016-03-24 | セイコーエプソン株式会社 | 圧電駆動装置、ロボット、及び、それらの駆動方法 |
| WO2022085678A1 (ja) * | 2020-10-22 | 2022-04-28 | キヤノン株式会社 | 振動型駆動装置及び振動型駆動装置の駆動方法 |
| WO2022091247A1 (ja) * | 2020-10-28 | 2022-05-05 | ヤマハロボティクスホールディングス株式会社 | 超音波加振式不良検出装置及びワイヤ不良検出システム |
-
1995
- 1995-12-27 JP JP7341094A patent/JPH09182467A/ja active Pending
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100944966B1 (ko) * | 2001-11-29 | 2010-03-02 | 코닌클리케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이. | 압전 구동 디바이스 및 이를 포함하는 전기 면도기 |
| JP2011055665A (ja) * | 2009-09-03 | 2011-03-17 | Nikon Corp | 振動アクチュエータ駆動装置、レンズ鏡筒、及び、光学装置 |
| US8526130B2 (en) | 2009-09-03 | 2013-09-03 | Nikon Corporation | Oscillating actuator drive unit, lens barrel, optical apparatus, method for adjusting a voltage, and computer-readable recording medium |
| JP2015012637A (ja) * | 2013-06-26 | 2015-01-19 | スミダコーポレーション株式会社 | 超音波モータの駆動回路 |
| JP2016040994A (ja) * | 2014-08-13 | 2016-03-24 | セイコーエプソン株式会社 | 圧電駆動装置、ロボット、及び、それらの駆動方法 |
| WO2022085678A1 (ja) * | 2020-10-22 | 2022-04-28 | キヤノン株式会社 | 振動型駆動装置及び振動型駆動装置の駆動方法 |
| WO2022091247A1 (ja) * | 2020-10-28 | 2022-05-05 | ヤマハロボティクスホールディングス株式会社 | 超音波加振式不良検出装置及びワイヤ不良検出システム |
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