JPH10136664A - ピエゾ制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ピエゾをある正規な周波数で駆動し、ある一
定変位を得るピエゾ制御装置において、ピエゾ特性変化
に関係なく、安価な制御装置で一定変位量を維持させる
ことができるピエゾ制御装置を提供することを目的とす
る。 【解決手段】 ピエゾをアクチュエータとしての正規な
周波数で駆動する前に、ピエゾ１の駆動装置２から出力
されるＤＣ電圧におけるピエゾ変位量から、正規周波数
で駆動する際のピエゾ駆動電圧値を決定することによ
り、安価な変位センサが利用でき、かつピエゾ特性が変
化しても、ＤＣ電圧におけるピエゾ変位量から正規周波
数駆動時における変位量を一定に維持できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、アクチュエータと
して使用されるピエゾ制御装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、ピエゾをある一定の周波数で駆
動し、その変位を用いて、フィルターを切り換える等の
アクチュエータとして使用する場合、ピエゾ自体の特性
が環境、寿命等により変化するため、その変位量を一定
にするためには、ピエゾ変位を変位センサで常時検知
し、その変位量をピエゾ駆動装置にフィードバックする
ことにより、一定変位を確保しなければならない。しか
もその変位量が大になるに連れて、ピエゾ自体の特性は
経年変化の影響を受けやすく、一定駆動電圧でも一定変
位は得られない。

【０００３】以下に従来のピエゾ制御装置について説明
する。図６は従来のピエゾ制御装置のブロック図、図７
は同ピエゾ制御装置の制御タイミング図であり、１はピ
エゾ、１０はピエゾを駆動する駆動装置、１１はピエゾ
の変位量を常時検知し、アナログ的にその変位量を出力
するセンサ、１２はピエゾ１を正規駆動周波数ｆ１で駆
動する際のピエゾ変位量がＬ２となるようなセンサ１１
の目標電圧ＲＥＦを発生する目標電圧発生装置、１３は
センサ１１からの１周期毎の最大電圧ＰＡつまり最大変
位量をホールドするピークホールド装置、１４は目標電
圧ＲＥＦとセンサ１１からのピークホールド電圧ＰＡと
の偏差量Ｈを求め、その偏差量Ｈを駆動装置１０へ出力
する偏差アンプである。

【０００４】まず、センサ１１とピエゾ１との距離をＬ
２になるよう配置する。また、センサ１１は、距離Ｌ２
離れているピエゾ静止状態の時のセンサ出力ＳＡが０
Ｖ、ピエゾ１とセンサ１１との距離が０つまりピエゾ１
変位量がＬ２になった時のセンサ出力ＳＡがＲＥＦとな
るよう設定されている。

【０００５】次に実際にピエゾを駆動しようとする正規
周波数ｆ１でのピエゾ駆動動作について説明する。まず
駆動装置１０から駆動周波数ｆ１、及びある適当な駆動
電圧Ｖで、ピエゾ１が駆動される。この時、目標電圧発
生装置１２からはセンサ１１の目標電圧ＲＥＦが偏差ア
ンプ１４に出力されると共に、センサ１１からはピエゾ
１変位量に応じた変位量ＳＡが出力され、ピークホール
ド１３により１周期毎の最大変位量ＰＡがホールドされ
る。

【０００６】つまり、図７の（Ｉ）状態で、ピエゾ１変
位量はＬ２には達しておらず、駆動装置１０からの駆動
電圧Ｖが小さかったことがわかる。そして、偏差アンプ
１４は目標電圧ＲＥＦとピークホールド１３からのホー
ルド電圧ＰＡとの偏差量Ｈを、次の周期の駆動電圧Ｖに
フィードバックするため、駆動装置１０に偏差量Ｈをフ
ィードバックする。駆動装置は偏差量Ｈの値に応じて、
駆動電圧Ｖを制御し、次周期の駆動電圧Ｖを上昇させ
る。

【０００７】このサイクルを繰り返しながら、ピエゾ１
は駆動周波数ｆ１で変位量Ｌ２を確保することになる。
つまり、毎周期ピエゾ１変位量をフィードバックするこ
とにより、ピエゾ寿命、環境等によるピエゾ特性変化に
対し、駆動電圧を随時変化させながら、ピエゾ変位量を
一定に確保することができる。

【０００８】しかし、そのためにまず、センサ１１とし
てピエゾ変位量をアナログ的にかつピエゾ駆動周波数ｆ
１よりも高速な応答周波数をもつ高価なセンサを用いる
必要があると共に、ピエゾ駆動周波数に応じてリアルタ
イムなフィードバック制御を行う必要があり、ピエゾ制
御装置全体として高価なものになる。

【０００９】本発明は上記従来の問題点を解決するもの
で、寿命、環境等によるピエゾ特性変化が生じても、安
価な回路構成で正規周波数でのピエゾ変位量を一定にす
ることができるピエゾ制御装置を提供することを目的と
している。

【００１０】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、正規
周波数での駆動を行う以前に、正規周波数より低い第二
周波数でのピエゾ駆動におけるピエゾ変位量から、正規
周波数でのピエゾ変位量を一定にするピエゾ駆動電圧値
を決定する駆動電圧決定装置を備えた。

【００１１】請求項２の発明は、２枚のピエゾからなる
バイモルフピエゾと、一方のピエゾには分極方向と同
一、もう一方のピエゾには分極方向と逆方向となるよう
駆動するバイモルフ駆動装置とを備えた。

【００１２】

【発明の実施の形態】請求項１に記載の発明は、周波数
の低い第二周波数でのピエゾ変位検知に安価な変位セン
サが使用でき、前記変位量に対するピエゾ駆動電圧値を
基に、ピエゾ特性変化に対応した正規周波数におけるピ
エゾ駆動電圧値を求めることができるため、経年変化等
によるピエゾ特性変化に対し、安価な回路構成で正規周
波数におけるピエゾ変位量を一定に保持することができ
る。

【００１３】請求項２に記載の発明は、ピエゾ変位量を
大にすることができ、かつ変位量が大となっても安価な
制御装置で、その変位量を一定にすることができる。

【００１４】以下、本発明の実施の形態について説明す
る。図１は本発明の一実施の形態におけるピエゾ制御装
置のブロック図、図２は同ピエゾ制御装置のタイミング
図、図３は同ピエゾ制御装置のピエゾ変位図、図４は同
ピエゾ制御装置の変位量と駆動周波数との関係図、図５
は同バイモルフピエゾの制御ブロック図である。

【００１５】図１において、１はピエゾ、２はピエゾ１
を駆動する駆動装置、３はピエゾ変位があらかじめ決め
られた変位Ｌ１に達するとＯＮする変位検知用のセン
サ、４はセンサ３がＯＮするピエゾ駆動電圧値Ｖ１か
ら、駆動装置２が正規駆動周波数ｆ１で変位Ｌ２を確保
するようピエゾ１の駆動電圧Ｖ２を決定する駆動電圧決
定装置である。

【００１６】図２、図３に示すように、ピエゾをある駆
動周波数で一定変位させるのに、２つのモードから構成
される。１つはＩＮＩモード期間であり、ピエゾ１が変
位Ｌ１に達するピエゾ駆動電圧値Ｖ１を調べる。この期
間の駆動周波数はＤＣである。もう１つがＤｒｉｖｅモ
ード期間であり、ピエゾをアクチュエータとして利用す
る際の正規な周波数ｆ１で、その周波数における変位量
Ｌ２を確保する期間である。

【００１７】まずＩＮＩモード期間であるが、この期間
に駆動電圧決定装置４は駆動装置２に対し、センサ３か
らの出力信号ＳがＯＮするまで駆動電圧Ｖを徐々に上げ
るよう指令電圧ＶＳを出力し、駆動電圧Ｖを上昇させ
る。センサ３がＯＮすると、駆動電圧決定装置４は一旦
センサ３がＯＦＦするまで駆動電圧Ｖが下がるよう指令
電圧ＶＳを下げる。そして、再度駆動電圧Ｖを前回電圧
上昇速度よりもさらに遅く上昇させセンサ３がＯＮする
駆動電圧値Ｖ１を正確に検知できるよう駆動電圧決定装
置４は指令電圧ＶＳを制御する。この時のピエゾ変位動
作を図２の（１）〜（５）に示す。以上のようにして、
ＩＮＩモード期間に駆動電圧決定装置４はピエゾ１が変
位Ｌ１に達する駆動電圧値Ｖ１を検知する。

【００１８】次に正規周波数ｆ１でピエゾ１を駆動する
Ｄｒｉｖｅモード期間について説明する。この期間が実
際にピエゾ１がアクチュエータとして利用される期間で
あり、前回得られた駆動電圧値Ｖ１を基に、正規周波数
ｆ１で変位Ｌ２を確保する駆動電圧Ｖ２を駆動電圧決定
装置４が演算し、実際に正規周波数ｆ１でピエゾ１を駆
動することになる。

【００１９】ここで、正規周波数ｆ１で変位Ｌ２を確保
する駆動電圧Ｖ２をどうやって駆動電圧Ｖ１から演算す
るかであるが、以下にその演算方法について説明する。
ピエゾは同一駆動電圧でも駆動周波数が上がるに連れ
て、変位量も増大する。

【００２０】図４は今回のピエゾ１の駆動周波数変化に
対する変位量変化を表しており、○線は駆動電圧Ｖ１で
駆動周波数を変化させた場合、△線は駆動電圧Ｖ２で駆
動周波数を変化させた場合を表している。

【００２１】この結果から、駆動電圧Ｖ１のままでは正
規周波数ｆ１時点でのピエゾ１の変位量はＬ１＋αとな
り、所望の変位量Ｌ２は得られておらず、駆動周波数ｆ
１時点で変位量Ｌ２を得るには、駆動周波数０つまりＤ
Ｃ駆動時の変位量が２＊Ｌ１つまり、２倍のＬ１になる
駆動電圧Ｖをピエゾに印加すれば所望の変位量Ｌ２が得
られることがわかる。

【００２２】また、ピエゾのＤＣ駆動時の駆動電圧値と
変位量は比例関係にあることから、今回のピエゾ１を駆
動周波数ｆ１で駆動する場合、変位量Ｌ２を確保する駆
動電圧Ｖ２は、Ｖ２＝２＊Ｖ１となる。つまり、駆動電
圧決定装置４は、Ｄｒｉｖｅモード時、ＩＮＩモードで
得られた駆動電圧値Ｖ１を２倍にして、新たに駆動装置
２に出力することになる。これにより、Ｄｒｉｖｅモー
ド時、図３のように正規周波数ｆ１で変位量Ｌ２を確保
するピエゾ制御が可能となる。

【００２３】以上により、ピエゾ１をアクチュエータと
しての休止期間、または停止期間に、非定期的に、ＩＮ
Ｉモード時からセッティングを上記のように行うことに
より、経年変化によるピエゾ特性変化に対し、正規周波
数ｆ１で変位量Ｌ２を確保するピエゾ制御が可能とな
る。

【００２４】また、ピエゾ１がバイモルフピエゾの場合
について図５を用いて説明する。６，７はピエゾで、分
極方向を互いに向き合わせて貼る構成でバイモルフピエ
ゾ５を構成している。矢印はその分極方向である。８は
バイモルフピエゾの駆動装置であり、ピエゾ６には正方
向電圧、ピエゾ７には逆方向電圧を印加し駆動する。

【００２５】その他はすべて、前記実施の形態と同様で
ある。つまり、図３のＩＮＩモード期間にバイモルフピ
エゾ変位がＬ１なる駆動電圧Ｖ１を検知し、Ｄｒｉｖｅ
モード時にあらかじめ求められている計算式（グラフ）
を用いてＶ１からＶ２を算出し、駆動周波数ｆ１時のバ
イモルフピエゾ変位量Ｌ２を確保する。以上により、バ
イモルフ構成にして変位量Ｌ２が大きくなっても、変位
量一定にすることが可能となる。

【００２６】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、正規周波
数によるピエゾ駆動以外の期間、つまりＤＣ電圧印加期
間にピエゾ変位を予め簡単な検知手段で検知し、そこで
得られた駆動電圧値を利用することにより、正規周波数
でのピエゾ駆動における変位量を一定にすることができ
るため、寿命、環境変化等によるピエゾ特性変化に対し
ても、一定の変位量が得られる低価格なピエゾ制御装置
を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態におけるピエゾ制御装置
のブロック図

【図２】本発明の一実施の形態におけるピエゾ制御装置
のタイミング図

【図３】本発明の一実施の形態におけるピエゾ制御装置
のピエゾ変位図

【図４】本発明の一実施の形態におけるピエゾ制御装置
の変位量と駆動周波数との関係図

【図５】本発明の一実施の形態におけるバイモルフピエ
ゾの制御ブロック図

【図６】従来のピエゾ制御装置のブロック図

【図７】従来のピエゾ制御装置の制御タイミング図

【符号の説明】

１ ピエゾ ２ 駆動装置 ３ センサ ４ 駆動電圧決定装置

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ピエゾと、このピエゾを駆動する駆動装置
   と、このピエゾの変位量を検知する変位検知装置とを備
   えたピエゾ制御装置であって、正規周波数での駆動を行
   う以前に、この正規周波数より低い第二周波数でのピエ
   ゾ駆動におけるピエゾ変位量から、正規周波数でのピエ
   ゾ変位量を一定にするピエゾ駆動電圧値を決定する駆動
   電圧決定装置を備えたことを特徴とするピエゾ制御装
   置。
2. 【請求項２】２枚のピエゾからなるバイモルフピエゾ
   と、一方のピエゾには分極方向と同一、もう一方のピエ
   ゾには分極方向と逆方向となるよう駆動するバイモルフ
   駆動装置とを備えたことを特徴とする請求項１記載のピ
   エゾ制御装置。