JPH10151415A - Driving apparatus and driving method for ultrasonic actuator - Google Patents

Driving apparatus and driving method for ultrasonic actuator

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JPH10151415A
JPH10151415A JP8312158A JP31215896A JPH10151415A JP H10151415 A JPH10151415 A JP H10151415A JP 8312158 A JP8312158 A JP 8312158A JP 31215896 A JP31215896 A JP 31215896A JP H10151415 A JPH10151415 A JP H10151415A
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JP
Japan
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ultrasonic
ultrasonic actuator
driving
driven body
resonator
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Withdrawn
Application number
JP8312158A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Kunihiko Sasaki
佐々木  邦彦
Yuugo Imai
裕五 今井
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Olympus Corp
Original Assignee
Olympus Optical Co Ltd
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Publication date
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Publication of JPH10151415A publication Critical patent/JPH10151415A/en
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To carry out smooth and highly precise ultrasonic actuator operation with a simple structure even in the case the driving force is increased by arranging a plurality of ultrasonic actuators in the same direction. SOLUTION: A plurality of ultrasonic actuators 1-a, 1-b are arranged in the same direction. Electricity application controlling apparatuses 6-a to apply high frequency voltage to the ultrasonic actuators 1-a, 1-b are installed. The electricity application controlling apparatuses 6-a separately send out resonant frequency signals or non-resonant signals and control driving and non-driving of an object body 2 to be driven by the ultrasonic actuators 1-a, 1-b, respectively.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、圧電素子や電歪素
子等の電気−機械エネルギー変換素子により超音波振動
を発生させ被駆動体を駆動する超音波アクチュエータの
駆動装置および駆動方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a driving apparatus and a driving method of an ultrasonic actuator for driving a driven body by generating ultrasonic vibration by an electro-mechanical energy conversion element such as a piezoelectric element or an electrostrictive element.

【0002】[0002]

【従来の技術】図4に特願平7−39609号公報に開
示された従来の1つの超音波アクチュエータの一例を示
す。従来の超音波アクチュエータにおいては、一対の電
気機械変換素子12を一面に配置した真鍮製の略直方体
の共振器11が、共振振動と共振屈曲振動が同時に励起
されるような形状で構成されている。前記共振器11の
振動の節に焼き入れたステンレス製ピン13が圧入され
ている。前記共振器11の上面中央部に電気機械変換素
子12を固定するための凸部14が共振器11本体に対
して直角な面を持ち一体に構成されている。前記電気機
械変換素子12の端面が前記凸部14に押圧されて止め
られるように電気機械変換素子12の他端面が固定部材
15とビス16とにより共振器11に強固に固定されて
いる。また、前記電気機械変換素子12の固定時に、電
気機械変換素子12の共振器11との接触している全面
に接着剤が塗布され、電気機械変換素子12と共振器1
1の固定を強固にしている。ここで、電気機械変換素子
12への電極をA,GNDおよびB,GNDとし、例え
ば左側の電気機械変換素子12への電極をA,GNDと
しA相と呼び、右側の電気変換素子12への電極をB,
GNDとしB相と呼ぶこととする。前記電気機械変換素
子12が配置された面の反対側面の屈曲振動腹位置に、
一対の摺動用突起17が設けられている。
2. Description of the Related Art FIG. 4 shows an example of one conventional ultrasonic actuator disclosed in Japanese Patent Application No. 7-39609. In a conventional ultrasonic actuator, a substantially rectangular parallelepiped resonator 11 made of brass and having a pair of electromechanical transducers 12 arranged on one surface is formed in such a shape that resonance vibration and resonance bending vibration are simultaneously excited. . A stainless steel pin 13 hardened into a node of the vibration of the resonator 11 is press-fitted. A protrusion 14 for fixing the electromechanical transducer 12 at the center of the upper surface of the resonator 11 has a surface perpendicular to the main body of the resonator 11 and is integrally formed. The other end surface of the electromechanical transducer 12 is firmly fixed to the resonator 11 by a fixing member 15 and a screw 16 so that the end face of the electromechanical transducer 12 is pressed and stopped by the projection 14. When the electromechanical transducer 12 is fixed, an adhesive is applied to the entire surface of the electromechanical transducer 12 which is in contact with the resonator 11, and the electromechanical transducer 12 and the resonator 1
The fixation of 1 is strengthened. Here, the electrodes to the electromechanical transducer 12 are A, GND and B, GND. For example, the electrodes to the electromechanical transducer 12 on the left side are A, GND, and are called A phase. The electrode is B,
It will be referred to as GND and B phase. At the bending vibration antinode position on the opposite side of the surface on which the electromechanical transducer 12 is arranged,
A pair of sliding projections 17 are provided.

【0003】前記超音波アクチュエータを、2つ同一方
向に配置して超音波アクチュエータを構成した例を図
5、図6に示す。前記共振器11のピン13が、焼き入
れされたステンレス製ホルダ18のV溝19に挟み込ま
れており、ホルダ18のV溝19の垂直方向軸20上に
押圧バネ21が前記ホルダ18の上面に位置して設けら
れており、押圧バネ21の反対側(図において上部)は
筐体22に螺合された押圧ネジ23に当接し、押圧ネジ
23の回動操作により、ホルダ18を介して適当な押圧
力が前記共振器11に付与されている。
FIGS. 5 and 6 show examples in which two ultrasonic actuators are arranged in the same direction to form an ultrasonic actuator. The pin 13 of the resonator 11 is sandwiched in a V groove 19 of a hardened stainless steel holder 18, and a pressing spring 21 is provided on a vertical axis 20 of the V groove 19 of the holder 18 on the upper surface of the holder 18. The opposite side (the upper part in the figure) of the pressing spring 21 is in contact with a pressing screw 23 screwed to the housing 22, and the pressing screw 23 is rotated through the holder 18 via the holder 18. The pressing force is applied to the resonator 11.

【0004】前記ホルダ18の側面は、このホルダ18
が垂直軸20方向に抵抗無く移動可能なように、軸受け
手段24により支持されている。また、前記摺動突起1
7が接触する面には、摺動材25が被駆動体26に接着
固定されており、この被駆動体26は基台27上の軸受
け手段28によりX方向に移動可能に保持されて一つの
超音波アクチュエータが構成され、この超音波アクチュ
エータが同一の被駆動体26に対して、図6に示すよう
に、被駆動体26の移動方向から見て左右対称に一対配
置している。
The side surface of the holder 18 is
Are supported by bearing means 24 so that they can move in the vertical axis 20 direction without resistance. The sliding projection 1
A sliding member 25 is bonded and fixed to a driven body 26 on a surface with which the base 7 contacts, and the driven body 26 is held by a bearing means 28 on a base 27 so as to be movable in the X direction, and one As shown in FIG. 6, a pair of ultrasonic actuators are arranged symmetrically with respect to the same driven body 26 as viewed in the moving direction of the driven body 26.

【0005】従来の超音波アクチュエータの動作原理
は、超音波アクチュエータの共振器11の1次の縦振動
(X方向振動:図7参照)と2次の屈曲振動(Y方向振
動:図8参照)の共振周波数を合わせるように共振器1
1の寸法を決めて、その周波数で2つの電気機械変換素
子12のA相、B相に90°位相のずれた電力を供給す
ることにより楕円振動を発生させ、被駆動体26をこれ
に押し付けることにより、この被駆動体26を駆動する
ものである。
[0005] The operating principle of the conventional ultrasonic actuator is such that primary longitudinal vibration (X-direction vibration: see FIG. 7) and secondary bending vibration (Y-direction vibration: see FIG. 8) of the resonator 11 of the ultrasonic actuator. Resonator 1 so that the resonance frequency of
1 is determined, and elliptical vibration is generated by supplying electric power having a 90 ° phase shift to the A phase and the B phase of the two electromechanical transducers 12 at that frequency to generate the elliptical vibration and press the driven body 26 against this. Thereby, the driven body 26 is driven.

【0006】前記一方の超音波アクチュエータの2つの
電気機械変換素子12に図示しない高周波電源より位相
が90°ずれ、かつ、共振器11の共振周波数の電圧を
加えることにより、前記共振器11の腹部分に接着固定
された摺動突起17が楕円振動を行い、軸受け手段28
上の被駆動体26がX方向に駆動される。同様に、他方
の超音波アクチュエータも同じ駆動周波数で同様に駆動
される。
The two electromechanical transducers 12 of the one ultrasonic actuator are applied with a voltage having a phase difference of 90 ° from a high-frequency power source (not shown) and a resonance frequency of the resonator 11, so that the abdomen of the resonator 11 is applied. The sliding projection 17 adhered and fixed to each other performs an elliptical vibration, and the bearing means 28
The upper driven body 26 is driven in the X direction. Similarly, the other ultrasonic actuator is similarly driven at the same drive frequency.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】上述した1つの超音波
アクチュエータにおいて超音波楕円振動による推力は、
この1つの超音波アクチュエータの持つ特性値で一意的
に決まり、それ以上の推力を得ることはできない。従っ
て、重い被駆動体を駆動するなど大きな推力が必要な場
合には、超音波アクチュエータを同一方向に複数配置し
て、配置した超音波アクチュエータの数だけ加えた推力
を発生させる。
The thrust due to ultrasonic elliptical vibration in one ultrasonic actuator described above is:
It is uniquely determined by the characteristic value of this one ultrasonic actuator, and no further thrust can be obtained. Therefore, when a large thrust is required, such as when driving a heavy driven body, a plurality of ultrasonic actuators are arranged in the same direction, and a thrust added by the number of arranged ultrasonic actuators is generated.

【0008】しかしながら、同一方向に配置された全て
の超音波アクチュエータへ同じタイミングで等しい電力
を供給すると、大きな推力は得られるが、推力の分解能
も大きくなってしまい、推力を滑らかに変化させられ
ず、被駆動体の精密な位置決め・移動速度ムラの抑制・
振動の抑制等といった滑らかで高精度な制御ができない
という欠点があった。又、同一方向に配置された複数の
超音波アクチュエータの各々に駆動装置を接続してシス
テムを構成すると、装置が複雑で大きく高価になってし
まうという欠点もあった。
However, if the same power is supplied to all the ultrasonic actuators arranged in the same direction at the same timing, a large thrust can be obtained, but the resolution of the thrust also increases, and the thrust cannot be changed smoothly. , Precise positioning of the driven body
There is a disadvantage that smooth and high-precision control such as suppression of vibration cannot be performed. Further, when a drive device is connected to each of a plurality of ultrasonic actuators arranged in the same direction to form a system, there is a disadvantage that the device is complicated, large and expensive.

【0009】本発明の目的は、上記従来技術の欠点の解
消すべく、超音波アクチュエータを同一方向に複数配置
して推力を増大しても、簡単な構成により滑らかで高精
度な駆動が可能になる超音波アクチュエータの駆動装置
および駆動方法を提供することにある。
An object of the present invention is to solve the above-mentioned drawbacks of the prior art and to realize a smooth and highly accurate drive with a simple structure even if a plurality of ultrasonic actuators are arranged in the same direction to increase the thrust. And a driving method for the ultrasonic actuator.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、以下のように構成した。請求項1の発明
は、略直方体の共振器と、該共振器に固定された2つの
電気機械変換素子とを有し、前記2つの電気機械変換素
子にそれぞれ位相の異なる高周波電圧を印加することに
より前記共振器に定在波楕円振動を発生させて、該定在
波楕円振動により、前記共振器に圧し当てた被駆動体を
駆動する超音波アクチュエータを駆動する超音波アクチ
ュエータの駆動装置において、前記超音波アクチュエー
タを複数有し、該複数の超音波アクチュエータの駆動を
制御する印加制御器を具備するようにした。
Means for Solving the Problems In order to achieve the above object, the present invention has the following constitution. The invention according to claim 1 includes a substantially rectangular parallelepiped resonator, and two electromechanical transducers fixed to the resonator, and applying high-frequency voltages having different phases to the two electromechanical transducers. By generating a standing wave elliptical vibration in the resonator by the standing wave elliptical vibration, in the ultrasonic actuator driving device to drive an ultrasonic actuator that drives a driven body pressed against the resonator, A plurality of the ultrasonic actuators are provided, and an application controller for controlling driving of the plurality of ultrasonic actuators is provided.

【0011】請求項2の発明は、請求項1の構成にあっ
て、前記印加制御器の数は超音波アクチュエータの数の
約数であるようにした。
According to a second aspect of the present invention, in the configuration of the first aspect, the number of the application controllers is a divisor of the number of the ultrasonic actuators.

【0012】請求項3の発明は、請求項1の構成にあっ
て、前記超音波アクチュエータの被駆動体を駆動する推
力の比が互いに2のべき乗であり、前記印加制御器の数
は超音波アクチュエータの数と同数であるようにした。
According to a third aspect of the present invention, in the configuration of the first aspect, the ratio of the thrusts for driving the driven body of the ultrasonic actuator is a power of two, and the number of the application controllers is ultrasonic. The number was the same as the number of actuators.

【0013】請求項4の発明は、略直方体の共振器と、
該共振器に固定された2つの電気機械変換素子とを有
し、前記2つの電気機械変換素子にそれぞれ位相の異な
る高周波電圧を印加することにより前記共振器に定在波
楕円振動を発生させて、該定在波楕円振動により、前記
共振器に圧し当てた被駆動体を駆動する超音波アクチュ
エータを駆動する超音波アクチュエータの駆動方法にお
いて、前記超音波アクチュエータを同一方向に複数配置
し、該複数位置の超音波アクチュエータの駆動を上記印
加制御器により制御するようにした。
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a resonator having a substantially rectangular parallelepiped shape,
Having two electromechanical transducers fixed to the resonator, and applying a high-frequency voltage having a different phase to each of the two electromechanical transducers to generate standing wave elliptical vibration in the resonator. A driving method for driving an ultrasonic actuator that drives a driven body pressed against the resonator by the standing wave elliptical vibration, wherein a plurality of the ultrasonic actuators are arranged in the same direction; The driving of the ultrasonic actuator at the position is controlled by the application controller.

【0014】請求項5の発明は、請求項4の構成にあっ
て、前記複数配置の超音波アクチュエータは複数のグル
ープをなし、同一グループの前記超音波アクチュエータ
には同一タイミングで電力が供給され、前記グループの
数は前記超音波アクチュエータの数の約数であるように
した。
According to a fifth aspect of the present invention, in the configuration of the fourth aspect, the plurality of ultrasonic actuators form a plurality of groups, and power is supplied to the same group of the ultrasonic actuators at the same timing. The number of the groups was a divisor of the number of the ultrasonic actuators.

【0015】請求項6の発明は、請求項4の構成にあっ
て、前記超音波アクチュエータの被駆動体を駆動する推
力の比が互いに2のべき乗であり、必要な推力に応じて
前記超音波アクチュエータの駆動・非駆動を組み合わせ
て制御するようにした。
According to a sixth aspect of the present invention, in the configuration of the fourth aspect, the ratio of the thrusts for driving the driven body of the ultrasonic actuator is a power of two, and the ultrasonic wave is driven in accordance with a necessary thrust. Control is performed by combining driving and non-driving of the actuator.

【0016】図1は本発明の構成の一例を示す図であ
る。図1において、1は超音波アクチュエータであり、
2は被駆動体である。超音波アクチュエータ1は、従来
技術にて示したように共振器11,電気機械変換素子1
2,摺動突起17等からなり、N個の超音波アクチュエ
ータ1にて1個の被駆動体2を駆動する。被駆動体2
は、超音波アクチュエータ1の共振器11に固定された
摺動突起17が押し当てられている。3は共振周波数信
号生成部であり、共振器11が1次の縦振動と2次の屈
曲振動を起こす共振周波数の信号を発生する。4は方向
用移相器であり、入力に対し被駆動体2を移動させる方
向に応じて+90°或いは−90°位相をずらす。5は
電力増幅部であり、印加制御器6、方向用移相器4によ
り生成された各信号を超音波アクチュエータ1に供給す
べき電力まで増幅する。6は印加制御器であり、共振周
波数信号生成部3から出力される共振周波数信号が入力
され、そのまま共振周波数信号を出力する場合と、共振
器11が共振しない非共振信号を出力する場合がある。
ここで非共振信号とは、電力増幅部5等を介して超音波
アクチュエータ1の電気機械変換素子12へ与えられて
も、共振器11が1次の縦振動と2次の屈曲振動の両方
を起こさない信号のことであり、一定の直流信号や共振
周波数から離れた周波数の信号等のことである。なお、
超音波アクチュエータ1の数をN個、同一タイミングで
同一電力を供給される超音波アクチュエータのグループ
数をm個とすると、ここではN=6、m=2の場合の構
成を図示したが、この個数に限るものではない。グルー
プG1 は3個の超音波アクチュエータ1−aからなり、
超音波アクチュエータ1−aに印加すべき信号を制御す
る印加制御器は6−aであり、グループG2 は3個の超
音波アクチュエータ1−bからなり、超音波アクチュエ
ータ1−bに印加すべき信号を制御する印加制御器は6
−bである。
FIG. 1 is a diagram showing an example of the configuration of the present invention. In FIG. 1, 1 is an ultrasonic actuator,
Reference numeral 2 denotes a driven body. The ultrasonic actuator 1 includes a resonator 11 and an electromechanical transducer 1 as described in the related art.
2, one driven body 2 is driven by the N ultrasonic actuators 1 and the like. Driven body 2
A sliding projection 17 fixed to the resonator 11 of the ultrasonic actuator 1 is pressed. Reference numeral 3 denotes a resonance frequency signal generation unit that generates a signal having a resonance frequency at which the resonator 11 causes primary longitudinal vibration and secondary bending vibration. Reference numeral 4 denotes a direction phase shifter, which shifts the phase by + 90 ° or −90 ° in accordance with the direction in which the driven body 2 is moved with respect to the input. Reference numeral 5 denotes a power amplifier, which amplifies each signal generated by the application controller 6 and the directional phase shifter 4 to power to be supplied to the ultrasonic actuator 1. Reference numeral 6 denotes an application controller, which receives a resonance frequency signal output from the resonance frequency signal generator 3 and outputs the resonance frequency signal as it is, or outputs a non-resonance signal in which the resonator 11 does not resonate. .
Here, the non-resonant signal means that even if the non-resonant signal is applied to the electromechanical transducer 12 of the ultrasonic actuator 1 via the power amplifying unit 5 or the like, the resonator 11 generates both primary longitudinal vibration and secondary bending vibration. A signal that does not occur, such as a constant DC signal or a signal at a frequency away from the resonance frequency. In addition,
Assuming that the number of ultrasonic actuators 1 is N and the number of ultrasonic actuator groups to which the same power is supplied at the same timing is m, the configuration in the case of N = 6 and m = 2 is illustrated here. The number is not limited. Group G 1 is composed of three ultrasonic actuator 1-a,
Application controller for controlling the signal to be applied to the ultrasonic actuator 1-a is a 6-a, the group G 2 is composed of three ultrasonic actuator 1-b, to be applied to the ultrasonic actuator 1-b The application controller for controlling the signal is 6
-B.

【0017】次に、本発明の作用を説明する。以上のよ
うに構成される本発明において、超音波アクチュエータ
の駆動装置は以下のように動作する。まず、共振器11
が1次の縦振動と2次の屈曲振動を励起できる共振周波
数frの信号を共振周波数信号発生部3から出力する。
共振周波数信号生成部3からの出力信号は印加制御器6
−a,6−bに入力され、そのままの共振周波数信号又
は共振器11が共振しない非共振信号のいずれかが出力
される。
Next, the operation of the present invention will be described. In the present invention configured as described above, the driving device of the ultrasonic actuator operates as follows. First, the resonator 11
Output from the resonance frequency signal generator 3 a signal having a resonance frequency fr that can excite the primary longitudinal vibration and the secondary bending vibration.
The output signal from the resonance frequency signal generator 3 is applied to the application controller 6
-A, 6-b, and outputs either the resonance frequency signal as it is or the non-resonance signal in which the resonator 11 does not resonate.

【0018】被駆動体2を停止させる場合は、印加制御
器6−a,6−b共に非共振信号を出力する。この非共
振信号は方向用移相器4に入力されるが、印加制御器6
−a,6−bの出力と同様の非共振信号として出力され
る。これら印加制御器6−a,6−bの出力と方向用移
相器4の出力は、それぞれ電力増幅部5にて電力増幅さ
れて超音波アクチュエータ1に印加される。しかし、非
共振信号が印加されるために、共振器11には1次の縦
振動と2次の屈曲振動が励起できず、共振しない。従っ
て、摺動突起17は被駆動体2を押し出す動作をせず、
被駆動体2は停止する。
When stopping the driven body 2, both the application controllers 6-a and 6-b output non-resonant signals. This non-resonant signal is input to the direction phase shifter 4, but is applied to the application controller 6.
-A and 6-b are output as non-resonant signals similar to the outputs. The outputs of the application controllers 6-a and 6-b and the output of the direction phase shifter 4 are power-amplified by the power amplifier 5 and applied to the ultrasonic actuator 1. However, since a non-resonant signal is applied, the primary longitudinal vibration and the secondary bending vibration cannot be excited in the resonator 11 and do not resonate. Therefore, the sliding projection 17 does not perform the operation of pushing the driven body 2,
The driven body 2 stops.

【0019】被駆動体2を高速移動させる場合は、印加
制御器6−a,6−b共にそのまま共振周波数信号を出
力する。この共振周波数信号は方向用移相器4に入力さ
れ、被駆動体2の移動方向に応じて+90°或いは−9
0°位相をずらした信号として出力される。これら印加
制御器6−a,6−bの出力と方向用移相器4の出力
は、それぞれ電力増幅部5に入力され、超音波アクチュ
エータ1に供給すべき電力まで各信号を増幅する。増幅
された各電力信号は、超音波アクチュエータ1のA相或
いはB相の電気機械変換素子12へ供給される。電力が
供給された超音波アクチュエータ1は、共振器11にて
1次の縦振動と2次の屈曲振動が励起され、摺動突起1
7に定在波楕円振動を発生させる。従って、6個全ての
超音波アクチュエータ1−a,1−bにおいて、摺動突
起17は被駆動体2を押し出し、被駆動体2を駆動す
る。
When the driven body 2 is moved at high speed, both the application controllers 6-a and 6-b directly output the resonance frequency signal. This resonance frequency signal is input to the directional phase shifter 4, and is set to + 90 ° or −9 depending on the moving direction of the driven body 2.
It is output as a signal shifted in phase by 0 °. The outputs of the application controllers 6-a and 6-b and the output of the direction phase shifter 4 are respectively input to the power amplifier 5, and amplify each signal up to the power to be supplied to the ultrasonic actuator 1. Each of the amplified power signals is supplied to the A-phase or B-phase electromechanical transducer 12 of the ultrasonic actuator 1. In the ultrasonic actuator 1 to which the power is supplied, the primary longitudinal vibration and the secondary bending vibration are excited by the resonator 11, and the sliding protrusion 1
7 generates a standing wave elliptical vibration. Therefore, in all six ultrasonic actuators 1-a and 1-b, the sliding protrusion 17 pushes the driven body 2 and drives the driven body 2.

【0020】被駆動体2を滑らかで高精度に移動させる
場合には、印加制御器6−a,6−bの何れか一方がそ
のまま共振周波数信号を出力し、他方が非共振信号を出
力する。ここでは、印加制御器6−aがそのまま共振周
波数信号を出力し、印加制御器6−bが非共振信号を出
力する場合について説明する。印加制御器6−aの出力
である共振周波数信号6−a1は電力増幅器5へ直接入
力される信号6−a2と方向用移相器4に入力される信
号6−a3に分かれる。信号6−a3は、方向用移相器
4により被駆動体2を移動させる方向に応じて+90°
或いは−90°位相をずらした信号6−a4として出力
される。信号6−a2および信号6−a4はそれぞれ電
力増幅器5に入力され、超音波アクチュエータ1−aに
供給すべき電力まで増幅される。増幅された各電力信号
は、超音波アクチュエータ1のA相或いはB相の電気機
械変換素子12へ供給される。電力が供給された超音波
アクチュエータ1−aは、共振器11にて1次の縦振動
と2次の屈曲振動が励起され、定在波楕円振動を発生さ
せる。従って、超音波アクチュエータ1−aにおいて、
摺動突起17は被駆動体2を押し出し、被駆動体2を駆
動する。一方、印加制御器6−bの出力である非共振信
号6−b1は電力増幅器5へ直接入力される信号6−b
2と方向用移相器4に入力される信号6−b3に分かれ
る。信号6−b3は方向用移相器4に入力され、印加制
御器6−bの出力と同様の非共振信号6−b4として出
力される。信号6−b2および信号6−b4は、それぞ
れ電力増幅部5にて電力増幅されて超音波アクチュエー
タ1−bに印加される。しかし、非共振信号が印加され
るために、共振器11には1次の縦振動と2次の屈曲振
動が励起できず、共振しない。従って、摺動突起17は
被駆動体2を押し出す動作をしない。
When the driven body 2 is moved smoothly and with high precision, one of the application controllers 6-a and 6-b outputs the resonance frequency signal as it is, and the other outputs the non-resonance signal. . Here, a case where the application controller 6-a outputs the resonance frequency signal as it is and the application controller 6-b outputs the non-resonance signal will be described. The resonance frequency signal 6-a1 output from the application controller 6-a is divided into a signal 6-a2 input directly to the power amplifier 5 and a signal 6-a3 input to the direction phase shifter 4. The signal 6-a3 is + 90 ° according to the direction in which the driven body 2 is moved by the direction phase shifter 4.
Alternatively, it is output as a signal 6-a4 shifted in phase by -90 degrees. The signal 6-a2 and the signal 6-a4 are input to the power amplifier 5, and are amplified to the power to be supplied to the ultrasonic actuator 1-a. Each of the amplified power signals is supplied to the A-phase or B-phase electromechanical transducer 12 of the ultrasonic actuator 1. In the ultrasonic actuator 1-a to which the power is supplied, the primary longitudinal vibration and the secondary bending vibration are excited in the resonator 11, and the standing wave elliptical vibration is generated. Therefore, in the ultrasonic actuator 1-a,
The sliding protrusion 17 pushes the driven body 2 to drive the driven body 2. On the other hand, the non-resonant signal 6-b1, which is the output of the application controller 6-b, is the signal 6-b directly input to the power amplifier 5.
2 and a signal 6-b3 input to the direction phase shifter 4. The signal 6-b3 is input to the direction phase shifter 4, and is output as a non-resonant signal 6-b4 similar to the output of the application controller 6-b. The signal 6-b2 and the signal 6-b4 are power-amplified by the power amplifying unit 5 and applied to the ultrasonic actuator 1-b. However, since a non-resonant signal is applied, the primary longitudinal vibration and the secondary bending vibration cannot be excited in the resonator 11 and do not resonate. Therefore, the sliding projection 17 does not perform the operation of pushing the driven body 2.

【0021】このように、超音波アクチュエータ1−a
は被駆動体2を駆動するが超音波アクチュエータ1−b
は被駆動体2を駆動しないため、超音波アクチュエータ
1−aと超音波アクチュエータ1−bとに同じタイミン
グで等しい電力を供給する場合と比較して、被駆動体2
を駆動すべき推力をより滑らかで高精度に発生させるこ
とができる。すなわち、超音波アクチュエータ1−a,
1−bで被駆動体2を駆動する際、まず超音波アクチュ
エータ1−aで被駆動体2を駆動した後、超音波アクチ
ュエータ1−bに電力を供給し、すでに駆動している被
駆動体2に推力を与えることで滑らかで高精度な駆動が
得られる。また、被駆動体2の駆動を段階的に停止する
ことで、被駆動体2は慣性等の影響が少なくなり、滑ら
かな高精度な駆動が得られる。
Thus, the ultrasonic actuator 1-a
Drives the driven body 2, but the ultrasonic actuator 1-b
Does not drive the driven body 2, so that compared to the case where the same power is supplied to the ultrasonic actuator 1-a and the ultrasonic actuator 1-b at the same timing, the driven body 2
Can be generated more smoothly and with high precision. That is, the ultrasonic actuators 1-a,
When the driven body 2 is driven by 1-b, first, the driven body 2 is driven by the ultrasonic actuator 1-a, and then the electric power is supplied to the ultrasonic actuator 1-b, and the driven body already driven is driven. By applying a thrust to 2, a smooth and highly accurate drive can be obtained. In addition, by stopping the driving of the driven body 2 in a stepwise manner, the driven body 2 is less affected by inertia and the like, and smooth high-precision driving can be obtained.

【0022】また、本構成例によれば超音波アクチュエ
ータ1が1個にて被駆動体2を駆動する場合に比べ、6
倍の推力にて被駆動体2を駆動でき、グループG1 内と
グループG2 内にはそれぞれ同一タイミングで同一電力
の信号が印加されるので、印加制御器6を6個用意する
必要は無く2個で済み、駆動装置を簡略化できる。本構
成例では、グループG1 の超音波アクチュエータ1−a
が並列接続で3個、グループG2 の超音波アクチュエー
タ1−bが並列接続で3個の場合を図示したが、このよ
うにグループG1 とグループG2 の超音波アクチュエー
タ1の数が同じ場合には、同じグループ内で超音波アク
チュエータ1を直列接続しても構わない。
Further, according to the present configuration example, compared to the case where the ultrasonic actuator 1 drives the driven body 2 by one,
Times can drive the driven member 2 in the thrust, since signals of the same power in each of the same timings in the group G 1 in the group G 2 is applied, application control unit 6 need not be six prepared Only two components are required, and the driving device can be simplified. In this configuration example, the group G 1 of the ultrasonic actuator 1-a
3, an ultrasonic actuator 1-b group G 2 is illustrated the case of three parallel connected, in this case the number of the ultrasonic actuator 1 group G 1 and the group G 2 are the same but in parallel connection , The ultrasonic actuators 1 may be connected in series within the same group.

【0023】[0023]

【発明の実施の形態】 [発明の実施の形態1]本発明の実施の形態1につい
て、図2を参照して説明する。図2は実施の形態1にお
ける全体構成を示すブロック図である。図2において、
図1と同一の機能を果たす超音波アクチュエータ、被駆
動体、共振周波数信号生成部、方向用移相器、電力増幅
器には同一符号1,2,3,4,5を付し、その説明を
省略する。
[First Embodiment of the Invention] The first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a block diagram showing the overall configuration in the first embodiment. In FIG.
The ultrasonic actuator, driven body, resonance frequency signal generator, directional phase shifter, and power amplifier that perform the same functions as in FIG. Omitted.

【0024】スイッチ8は印加制御器7の構成要素であ
り、共振周波数信号生成部3の出力とグラウンドレベル
のいずれか一方の信号を出力する。超音波アクチュエー
タ1は5個からなり、同一タイミングで同一電力を供給
される超音波アクチュエータのグループ数も5である。
グループg1 の超音波アクチュエータ1は1−a、超音
波アクチュエータ1−aに印加すべき信号を制御するス
イッチは8−a、グループg2 の超音波アクチュエータ
は1−b、超音波アクチュエータ1−bに印加すべき信
号を制御するスイッチは8−b、グループg3 の超音波
アクチュエータは1−c、超音波アクチュエータ1−c
に印加すべき信号を制御するスイッチは8−c、グルー
プg4 の超音波アクチュエータは1−d、超音波アクチ
ュエータ1−dに印加すべき信号を制御するスイッチは
8−d、グループg5 の超音波アクチュエータは1−
e、超音波アクチュエータ1−eに印加すべき信号を制
御するスイッチは8−eである。
The switch 8 is a component of the application controller 7 and outputs one of the output of the resonance frequency signal generator 3 and the ground level. The number of ultrasonic actuators 1 is five, and the number of ultrasonic actuator groups to which the same power is supplied at the same timing is also five.
Group ultrasonic actuator 1 g 1 is 1-a, the switch that controls a signal to be applied to the ultrasonic actuator 1-a is 8-a, the group g 2 of the ultrasonic actuator 1-b, the ultrasonic actuator 1- switch for controlling the signal to be applied to b 8-b, the ultrasonic actuator 1-c group g 3, the ultrasonic actuator 1-c
The switch 8-c to control the signal to be applied to, the group g 4 ultrasonic actuator 1-d, the switch that controls a signal to be applied to the ultrasonic actuator 1-d is 8-d, the group g 5 The ultrasonic actuator is 1-
e, a switch for controlling a signal to be applied to the ultrasonic actuator 1-e is 8-e.

【0025】次に、上記構成の駆動装置により超音波ア
クチュエータを駆動する方法を説明する。共振周波数信
号生成部3から共振周波数信号が出力されると、該共振
周波数信号はスイッチ8−a,8−b,8−c,8−
d,8−eへ入力され、スイッチ8−a〜8−eはその
まま前記共振周波数信号を出力するか或いはグラウンド
レベルの信号を出力する。該グラウンドレベルの信号は
電力増幅器5で増幅されても共振器11が共振しなけれ
ばそのレベルは問わない。以下、前記グラウンドレベル
の信号を0Vと呼ぶ。
Next, a description will be given of a method of driving the ultrasonic actuator by the driving device having the above configuration. When the resonance frequency signal is output from the resonance frequency signal generation unit 3, the resonance frequency signal is output to the switches 8-a, 8-b, 8-c, 8-
d, 8-e, and the switches 8-a to 8-e output the resonance frequency signal as it is or output a ground level signal. Even if the signal of the ground level is amplified by the power amplifier 5, the level is not limited as long as the resonator 11 does not resonate. Hereinafter, the ground level signal is referred to as 0V.

【0026】スイッチ8−a,8−b,8−c,8−
d,8−e全てが0Vを出力する場合、これらの信号は
方向用移相器4に入力され、スイッチ8−a,8−b,
8−c,8−d,8−eの出力と同様の0Vが方向用移
相器4から出力される。これらスイッチ8−a,8−
b,8−c,8−d,8−eの出力と方向用移相器4の
出力は、それぞれ電力増幅器5にて電力増幅されて超音
波アクチュエータ1に印加される。しかし、0Vは増幅
されても共振器11が共振しないレベルの信号であるか
ら、超音波アクチュエータ1に印加されても、共振器1
1には1次の縦振動と2次の屈曲振動が励起できず、共
振しない。従って、摺動突起17は被駆動体2を押し出
す動作をせず、被駆動体2は停止する。
Switches 8-a, 8-b, 8-c, 8-
When all of d and 8-e output 0V, these signals are input to the direction phase shifter 4, and the switches 8-a, 8-b,
0V similar to the outputs of 8-c, 8-d and 8-e is output from the direction phase shifter 4. These switches 8-a, 8-
The outputs of b, 8-c, 8-d, 8-e and the output of the directional phase shifter 4 are power-amplified by the power amplifier 5 and applied to the ultrasonic actuator 1. However, since 0 V is a signal of a level at which the resonator 11 does not resonate even if it is amplified, even if it is applied to the ultrasonic actuator 1,
No. 1 cannot be excited with primary longitudinal vibration and secondary bending vibration, and does not resonate. Therefore, the sliding projection 17 does not perform the operation of pushing the driven body 2, and the driven body 2 stops.

【0027】スイッチ8−a,8−b,8−c,8−
d,8−e全てがそのまま共振周波数信号を出力する場
合、この共振周波数信号は方向用移相器4に入力され、
被駆動体2の移動方向に応じて+90°或いは−90°
位相をずらした信号として出力される。これらスイッチ
8−a,8−b,8−c,8−d,8−eの出力は直接
又は方向用移相器4を経由してそれぞれ電力増幅部5に
入力され、超音波アクチュエータ1に供給すべき電力ま
で増幅される。増幅された各電力信号は、超音波アクチ
ュエータ1のA相或いはB相の電気機械変換素子12へ
供給される。電力が供給された超音波アクチュエータ1
は、共振器11にて1次の縦振動と2次の屈曲振動が励
起され、定在波楕円振動を発生させる。従って、5個全
ての超音波アクチュエータ1−a,1−b,1−c,1
−d,1−eにおいて、摺動突起17は被駆動体2を押
し出し、被駆動体2を駆動する。
Switches 8-a, 8-b, 8-c, 8-
When all of d and 8-e output the resonance frequency signal as it is, the resonance frequency signal is input to the direction phase shifter 4, and
+ 90 ° or -90 ° depending on the moving direction of the driven body 2
It is output as a signal whose phase is shifted. The outputs of these switches 8-a, 8-b, 8-c, 8-d, 8-e are input to the power amplifier 5 either directly or via the directional phase shifter 4, and output to the ultrasonic actuator 1. The power to be supplied is amplified. Each of the amplified power signals is supplied to the A-phase or B-phase electromechanical transducer 12 of the ultrasonic actuator 1. Ultrasonic actuator 1 supplied with electric power
The first longitudinal vibration and the second bending vibration are excited in the resonator 11 to generate a standing wave elliptical vibration. Therefore, all five ultrasonic actuators 1-a, 1-b, 1-c, 1
In −d and 1-e, the sliding protrusion 17 pushes the driven body 2 to drive the driven body 2.

【0028】スイッチ8−a,8−b,8−c,8−
d,8−eの何れかがそのまま共振周波数信号を出力
し、残りのスイッチ8が0Vを出力する場合、共振周波
数信号を出力したスイッチ8に対応したグループgの超
音波アクチュエータ1にて定在波楕円振動が発生して被
駆動体2を駆動し、0Vを出力したスイッチ8に対応し
たグループgの超音波アクチュエータ1にて定在波楕円
振動が発生せず被駆動体2を駆動しない。従って、その
まま共振周波数信号を出力するスイッチ8の数をx(x
=1,2,3,4)とすると、全てのスイッチ8−a,
8−b,8−c,8−d,8−eがそのまま共振周波数
信号を出力する場合と比べて推力がx/5となり、被駆
動体2を次に述べるメカニズムにより、より滑らかで高
精度に制御することができる。
Switches 8-a, 8-b, 8-c, 8-
When any of d and 8-e outputs the resonance frequency signal as it is and the remaining switch 8 outputs 0 V, the ultrasonic actuator 1 of the group g corresponding to the switch 8 that has output the resonance frequency signal stands still. The driven body 2 is driven by the generation of the wave elliptical vibration, and the driven body 2 is not driven without the standing wave elliptical vibration generated by the ultrasonic actuators 1 of the group g corresponding to the switch 8 that outputs 0V. Therefore, the number of switches 8 that output the resonance frequency signal as it is is represented by x (x
= 1, 2, 3, 4), all switches 8-a,
8-b, 8-c, 8-d and 8-e have a thrust x / 5 as compared with the case where the resonance frequency signal is output as it is, and the driven body 2 is smoother and more precise by the mechanism described below. Can be controlled.

【0029】ここでスイッチ8即ち印加制御器7による
制御がより滑らかで高精度に行えることを示す。まず、
従来技術である5個全ての超音波アクチュエータ1−
a,1−b,1−c,1−d,1−eにて発生できる最
大推力にて被駆動体2を駆動してから、5個全ての超音
波アクチュエータ1−a,1−b,1−c,1−d,1
−eが一斉に被駆動体2の駆動を止める場合について説
明する。従来技術では、本実施の形態1に示すような印
加制御器が設けられていないため、5個全ての超音波ア
クチュエータ1−a,1−b,1−c,1−d,1−e
が被駆動体2を駆動している状態から、急に5個全ての
超音波アクチュエータ1−a,1−b,1−c,1−
d,1−eが一斉に被駆動体2の駆動を止めることとな
り、最大推力から急に推力0に変化し、被駆動体2は慣
性等の影響により、精密な位置決めができないばかりか
振動を発生させてしまうという事態が生じる。
Here, it will be shown that the control by the switch 8, that is, the application controller 7 can be performed more smoothly and with higher precision. First,
All five ultrasonic actuators 1-
a, 1-b, 1-c, 1-d, 1-e, after driving the driven body 2 with the maximum thrust that can be generated, all five ultrasonic actuators 1-a, 1-b, 1-c, 1-d, 1
The case where -e stops driving the driven body 2 all at once will be described. In the prior art, since the application controller as shown in the first embodiment is not provided, all five ultrasonic actuators 1-a, 1-b, 1-c, 1-d, 1-e
From the state in which the driven body 2 is driven, suddenly all five ultrasonic actuators 1-a, 1-b, 1-c, 1-
d and 1-e stop driving the driven body 2 all at once, and the thrust changes suddenly from the maximum thrust to zero, and the driven body 2 cannot not only perform precise positioning but also vibrate due to the influence of inertia and the like. This can cause a situation.

【0030】しかし、本実施の形態1で示したように5
個全ての超音波アクチュエータ1−a,1−b,1−
c,1−d,1−eが被駆動体2を駆動している状態か
ら、印加制御器7のスイッチ8による制御によって超音
波アクチュエータ1を1個ずつ被駆動体2の駆動を止め
て、最終的に5個全ての超音波アクチュエータ1−a,
1−b,1−c,1−d,1−eが被駆動体2の駆動を
止めるようにすると、最大推力から徐々に推力が減少し
て最終的に推力0に変化する。これにより、慣性等の影
響が極力除去され、精密な位置決めが可能になり、また
振動の発生を抑制することができる。推力を徐々に減少
する手順は、システムの構成や用途等に依存するため、
応じて種々の手順が考えられるが、それらは本実施の形
態に示す印加制御器7のスイッチ8の切り換えによって
実現できるのである。
However, as shown in the first embodiment, 5
Ultrasonic actuators 1-a, 1-b, 1-
From the state where c, 1-d, and 1-e are driving the driven body 2, the driving of the driven body 2 is stopped one by one by controlling the ultrasonic actuator 1 one by one by the switch 8 of the application controller 7. Finally, all five ultrasonic actuators 1-a,
When 1-b, 1-c, 1-d, and 1-e stop driving the driven body 2, the thrust gradually decreases from the maximum thrust and finally changes to zero. As a result, the influence of inertia and the like is eliminated as much as possible, precise positioning becomes possible, and generation of vibration can be suppressed. The procedure for gradually reducing the thrust depends on the system configuration and usage, etc.
Various procedures can be considered according to the procedure, but these can be realized by switching the switch 8 of the application controller 7 shown in the present embodiment.

【0031】以上のように、本発明の実施の形態1によ
れば、共振周波数信号生成部3による供給電力量の増減
による推力増減の他に、5個の超音波アクチュエータ1
−a,1−b,1−c,1−d,1−eに対して5個の
スイッチ8−a,8−b,8−c,8−d,8−eを用
いることで、個々の超音波アクチュエータ1の推力を制
御でき、より滑らかで高精度な被駆動体2の駆動ができ
る。
As described above, according to the first embodiment of the present invention, in addition to the increase / decrease of the thrust due to the increase / decrease of the amount of power supplied by the resonance frequency signal generator 3, the five ultrasonic actuators 1
By using five switches 8-a, 8-b, 8-c, 8-d, 8-e for -a, 1-b, 1-c, 1-d, 1-e, Of the ultrasonic actuator 1 can be controlled, and the driven body 2 can be driven more smoothly and more accurately.

【0032】また、個々の超音波アクチュエータ1の持
つ特性値が同一で等しい推力を発生するのであれば、本
実施の形態の場合、超音波アクチュエータ1の数である
5個の約数である5個だけスイッチ8があるため、発生
する推力は発生可能な最大推力の5分の1ステップ毎に
変化させることが可能であり、発生させる推力のレンジ
内を5段階分精度良く制御できる。
If the characteristic values of the individual ultrasonic actuators 1 are the same and generate the same thrust, in the case of the present embodiment, the number of ultrasonic actuators 1, which is five, is five. Since only one switch 8 is provided, the generated thrust can be changed every one-fifth step of the maximum thrust that can be generated, and the range of the generated thrust can be controlled with high precision by five steps.

【0033】さらに、個々の超音波アクチュエータ1の
持つ特性値を変え、発生する推力に重み付けすれば、よ
り少ない超音波アクチュエータ1の数にて発生させる推
力のレンジ内を精度良く制御できる。一例として次の場
合を説明する。基準となる超音波アクチュエータ1が1
個あり、推力Fを発生する。他に2(=21 )倍、4
(=22 )倍、8(=23 )倍の推力2F、4F、8F
を発生する超音波アクチュエータ1がそれぞれ1個ずつ
あり、計4個の超音波アクチュエータ1が被駆動体2を
駆動する。スイッチ8はそれぞれ超音波アクチュエータ
1毎に備えられて計4個あるとすれば、4個の超音波ア
クチュエータ1にて発生する推力は、発生可能な最大推
力15Fの15分の1ステップすなわち推力F毎に変化
させることが可能である。被駆動体2の駆動に推力Fが
必要な場合には、推力Fを発生する超音波アクチュエー
タ1に対応したスイッチ8のみが共振周波数信号を出力
し、他のスイッチ8が0Vを出力する。推力2Fが必要
な場合には、推力2Fを発生する超音波アクチュエータ
1に対応したスイッチ8のみが共振周波数信号を出力
し、他のスイッチ8が0Vを出力する。推力3Fが必要
な場合には、推力Fと推力2Fを発生する超音波アクチ
ュエータ1に対応した2つのスイッチ8のみが共振周波
数信号を出力し、他の2つのスイッチ8が0Vを出力す
る。同様に組み合わせて制御することにより、4個の超
音波アクチュエータ1と4個のスイッチ8にて16段階
(0,F,2F,・・・,15F)分精度良く制御する
ことが可能となる。
Further, by changing the characteristic value of each ultrasonic actuator 1 and weighting the generated thrust, the range of the generated thrust can be accurately controlled with a smaller number of ultrasonic actuators 1. The following case will be described as an example. The reference ultrasonic actuator 1 is 1
And a thrust F is generated. In addition, 2 (= 2 1 ) times, 4
(= 2 2 ) times, 8 (= 2 3 ) times thrust 2F, 4F, 8F
Is generated, and a total of four ultrasonic actuators 1 drive the driven body 2. Assuming that there are a total of four switches 8 provided for each ultrasonic actuator 1, the thrust generated by the four ultrasonic actuators 1 is 1/15 step of the maximum thrust 15F that can be generated, that is, the thrust F It is possible to change each time. When a thrust F is required to drive the driven body 2, only the switch 8 corresponding to the ultrasonic actuator 1 that generates the thrust F outputs a resonance frequency signal, and the other switches 8 output 0V. When a thrust 2F is required, only the switch 8 corresponding to the ultrasonic actuator 1 that generates the thrust 2F outputs a resonance frequency signal, and the other switches 8 output 0V. When the thrust 3F is required, only the two switches 8 corresponding to the ultrasonic actuators 1 that generate the thrust F and the thrust 2F output the resonance frequency signal, and the other two switches 8 output 0V. Similarly, by controlling in combination, four ultrasonic actuators 1 and four switches 8 can control with 16 steps (0, F, 2F,..., 15F) with high accuracy.

【0034】[発明の実施の形態2]本発明の実施の形
態2について、図3を参照して説明する。図3は本発明
の実施の形態2における全体構成を示すブロック図であ
る。図3において、図1と同一の機能を果たす超音波ア
クチュエータ、被駆動体、共振周波数信号生成部、電力
増幅器には同一符号1,2,3,5を付し、その説明を
省略する。
Second Embodiment A second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a block diagram showing an overall configuration according to Embodiment 2 of the present invention. In FIG. 3, the same reference numerals 1, 2, 3, and 5 are assigned to the ultrasonic actuator, driven body, resonance frequency signal generation unit, and power amplifier that perform the same functions as those in FIG.

【0035】4分割移相器10は印加制御器9の構成要
素であり、共振周波数信号生成部3からの共振周波数信
号に対して位相を−90°,0°,90°,180°ず
らすことができ、独立な出力uと出力vとの2系統持っ
ている。超音波アクチュエータ1は8個からなり、同一
タイミングで同一電力を供給される超音波アクチュエー
タ1のグループ数は2である。グループg1 は6個の超
音波アクチュエータ1−aからなり、超音波アクチュエ
ータ1−aに印加すべき信号を生成する4分割移相器1
0の出力はu、グループg2 は2個ある超音波アクチュ
エータ1−bからなり、超音波アクチュエータ1−bに
印加すべき信号を生成する4分割移相器10の出力はv
である。
The quadrant phase shifter 10 is a component of the application controller 9 and shifts the phase by -90 °, 0 °, 90 °, and 180 ° with respect to the resonance frequency signal from the resonance frequency signal generation unit 3. And has two independent systems, output u and output v. The number of the ultrasonic actuators 1 is eight, and the number of the ultrasonic actuators 1 to which the same power is supplied at the same timing is two. Group g 1 are six pieces of the ultrasonic actuator 1-a, 4-division phase shifter for generating a signal to be applied to the ultrasonic actuator 1-a 1
Output 0 u, group g 2 consists of two certain ultrasonic actuator 1-b, the output of the quartered phase shifter 10 to generate a signal to be applied to the ultrasonic actuator 1-b is v
It is.

【0036】次に、上記構成の駆動装置により超音波ア
クチュエータを駆動する方法を説明する。まずシステム
運転前に、最適な運転が可能となる超音波アクチュエー
タ1の数と、被駆動体2を所望の速度で駆動するのに必
要な推力から最大の超音波アクチュエータ1の数を決め
る。ここでは最適な運転が可能となる超音波アクチュエ
ータ1の数が6個で、駆動する最大の超音波アクチュエ
ータ1の数が8個であったとする。最適な運転とは、シ
ステムの構成や用途等に依存するが、ここでは被駆動体
2の位置制御における位置決め時の振動を制御すること
に着目する。この場合、8個の超音波アクチュエータ1
による発生可能な最大推力により被駆動体2を駆動した
状態から停止するため、8個の超音波アクチュエータ1
に対し全て同時に被駆動体2への駆動を止めると、位置
決め時に振動が発生してしまう。そこで、8個駆動から
0個駆動の変化の中間に1ステップ設け、そのステップ
での個数を1〜7個の内から選ぶ。選び方は、位置決め
時の振動が最も抑制される個数を、試運転の実施等によ
り決定する。本実施の形態では構成の項で述べたよう
に、グループg1 の超音波アクチュエータの数は6個、
グループg2 の超音波アクチュエータの数は2個と決め
られた。
Next, a description will be given of a method of driving the ultrasonic actuator by the driving device having the above configuration. First, before operating the system, the maximum number of ultrasonic actuators 1 is determined based on the number of ultrasonic actuators 1 capable of optimal operation and the thrust necessary to drive the driven body 2 at a desired speed. Here, it is assumed that the number of the ultrasonic actuators 1 enabling the optimal operation is six, and the number of the maximum ultrasonic actuators 1 to be driven is eight. The optimal operation depends on the system configuration, application, and the like. Here, however, attention is paid to controlling vibration during positioning in position control of the driven body 2. In this case, eight ultrasonic actuators 1
To stop the driven body 2 from being driven by the maximum thrust that can be generated by the eight ultrasonic actuators 1
However, if the driving of the driven body 2 is stopped at the same time, vibration occurs at the time of positioning. Therefore, one step is provided in the middle of the change from eight drive to zero drive, and the number at that step is selected from 1 to 7. The method of selecting the number is determined by, for example, performing a trial run, and determining the number that minimizes vibration during positioning. As in the present embodiment described in the section of the structure, the number of the ultrasonic actuator of the group g 1 is six,
The number of the ultrasonic actuator of the group g 2 was determined to two.

【0037】次に、システム運転時について説明する。
共振周波数信号生成部3から共振周波数信号が出力され
ると、超音波アクチュエータ1−a,1−bのA相に対
応する電力増幅部5に入力される他、4分割移相器10
にも入力される。4分割移相器10の出力は、超音波ア
クチュエータ1−a,1−bのB相に対応する電力増幅
器5に入力される。
Next, the operation of the system will be described.
When the resonance frequency signal is output from the resonance frequency signal generation unit 3, the resonance frequency signal is input to the power amplification unit 5 corresponding to the A phase of the ultrasonic actuators 1-a and 1-b, and the four-phase splitter 10
Is also entered. The output of the quadrant phase shifter 10 is input to the power amplifier 5 corresponding to the B phase of the ultrasonic actuators 1-a and 1-b.

【0038】4分割移相器10の出力u,v即ち各B相
信号が共に180°位相をずらされて出力される場合に
は、全ての超音波アクチュエータ1−a,1−bの共振
器11には2次の屈曲振動のみが励起され1次の縦振動
が励起できず、定在波楕円振動を発生できない。従っ
て、被駆動体2は停止する。
If the outputs u and v of the four-phase splitter 10, that is, the respective B-phase signals are output with their phases shifted by 180 °, the resonators of all the ultrasonic actuators 1-a and 1-b are output. In 11, only the secondary bending vibration is excited, the primary longitudinal vibration cannot be excited, and the standing wave elliptical vibration cannot be generated. Therefore, the driven body 2 stops.

【0039】4分割移相器10の出力u,vが共に被駆
動体2の移動方向に応じて+90°或いは−90°位相
をずらした信号を出力する場合は、本発明の実施の形態
1と同様に、全ての超音波アクチュエータ1−a,1−
bにおいて、共振器11に1次の縦振動と2次の屈曲振
動が励起され、被駆動体2は最高推力にて駆動される。
When both the outputs u and v of the four-phase splitter 10 output signals whose phases are shifted by + 90 ° or −90 ° in accordance with the moving direction of the driven body 2, the first embodiment of the present invention. Similarly, all the ultrasonic actuators 1-a and 1-a
In b, the primary longitudinal vibration and the secondary bending vibration are excited in the resonator 11, and the driven body 2 is driven with the maximum thrust.

【0040】4分割移相器10の出力u,vの一方が被
駆動体2の移動方向に応じて+90°或いは−90°位
相をずらした信号を出力し、他方の4分割移相器10の
出力が共振周波数信号に対して180°位相をずらして
出力する場合、実施の形態1と同様に、被駆動体2を駆
動するグループと被駆動体2を駆動しないグループとが
存在して、被駆動体2を駆動すべき推力を高精度に発生
させることができる。しかし、実施の形態1と異なり、
推力の変化には偏りがある。これは、被駆動体2を所望
の速度で駆動する場合には必要な超音波アクチュエータ
1の数8個で駆動するが、被駆動体2の速度が変化する
過程にある場合には変化の過程で最適運転となる超音波
アクチュエータ1の数6個にて駆動して、推力の急激な
変化による影響を緩和する。
One of the outputs u and v of the quadrant phase shifter 10 outputs a signal whose phase is shifted by + 90 ° or −90 ° in accordance with the moving direction of the driven body 2, and the other quadrant phase shifter 10 Is output with a phase shift of 180 ° with respect to the resonance frequency signal, there are a group that drives the driven body 2 and a group that does not drive the driven body 2, as in the first embodiment. A thrust to drive the driven body 2 can be generated with high accuracy. However, unlike the first embodiment,
Thrust changes are biased. This means that when the driven body 2 is driven at a desired speed, the required number of ultrasonic actuators 1 are driven by eight, but when the speed of the driven body 2 is changing, the changing process is performed. In this case, the ultrasonic actuator 1 is driven by the number of six which is optimally operated to mitigate the influence of a rapid change in thrust.

【0041】以上のように、本発明の実施の形態2によ
れば、8個の超音波アクチュエータ1に対して1個の4
分割移相器10を構成要素とする印加制御器9を用いる
ことで、個々の超音波アクチュエータ1の推力を制御で
き、より滑らかで高精度な被駆動体2の駆動ができる。
さらに、システム運転前に最適な運転が可能となる超音
波アクチュエータ1の数を決めることで、出力端子u,
vを持つ4分割移相器10を構成要素とする最小数の印
加制御器9にて、より高精度な被駆動体2の駆動が可能
となる。
As described above, according to the second embodiment of the present invention, one ultrasonic actuator 1 is
By using the application controller 9 having the divided phase shifter 10 as a component, the thrust of each ultrasonic actuator 1 can be controlled, and the driven body 2 can be driven more smoothly and with higher precision.
Further, by deciding the number of the ultrasonic actuators 1 enabling the optimal operation before the system operation, the output terminals u,
The driven body 2 can be driven with higher accuracy by the minimum number of application controllers 9 having the four-phase splitter 10 having v as a constituent element.

【0042】[0042]

【発明の効果】以上説明したように、本発明において
は、超音波アクチュエータを同一方向に複数配置して推
力を増大しても、供給電力量の増減による高精度化の他
に、簡単な構成により被駆動体の精密な位置決め・移動
速度ムラの抑制・振動の抑制等といった滑らかで高精度
な駆動が可能になる超音波アクチュエータの駆動装置お
よび駆動方法を提供することができる。
As described above, according to the present invention, even if the thrust is increased by arranging a plurality of ultrasonic actuators in the same direction, in addition to increasing the thrust by increasing or decreasing the amount of supplied electric power, a simple structure is provided. Accordingly, it is possible to provide a driving device and a driving method of an ultrasonic actuator that enable smooth and high-precision driving such as precise positioning of a driven body, suppression of uneven moving speed, suppression of vibration, and the like.

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

【図1】本は発明の構成の一例を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing an example of the configuration of the present invention.

【図2】本発明の実施の形態1における構成を示す図で
ある。
FIG. 2 is a diagram showing a configuration according to the first embodiment of the present invention.

【図3】本発明の実施の形態2における構成を示す図で
ある。
FIG. 3 is a diagram showing a configuration according to a second embodiment of the present invention.

【図4】従来の1つの超音波アクチュエータの外観を示
す斜視図である。
FIG. 4 is a perspective view showing the appearance of one conventional ultrasonic actuator.

【図5】従来の超音波アクチュエータの正面図である。FIG. 5 is a front view of a conventional ultrasonic actuator.

【図6】従来の超音波アクチュエータの側面図である。FIG. 6 is a side view of a conventional ultrasonic actuator.

【図7】従来の超音波アクチュエータの縦振動を示す図
である。
FIG. 7 is a view showing longitudinal vibration of a conventional ultrasonic actuator.

【図8】従来の超音波アクチュエータの屈曲振動を示す
図である。
FIG. 8 is a diagram showing bending vibration of a conventional ultrasonic actuator.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 超音波アクチュエータ 2 被駆動体 3 共振周波数信号生成部 4 方向用移相器 5 電力増幅部 7,9 印加制御器 8 スイッチ 10 4分割移相器 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Ultrasonic actuator 2 Driven object 3 Resonance frequency signal generation part 4 Direction phase shifter 5 Power amplifying part 7, 9 Application controller 8 Switch 10 Four-phase splitter

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 略直方体の共振器と、該共振器に固定さ
れた2つの電気機械変換素子とを有し、前記2つの電気
機械変換素子にそれぞれ位相の異なる高周波電圧を印加
することにより前記共振器に定在波楕円振動を発生させ
て、該定在波楕円振動により、前記共振器に圧し当てた
被駆動体を駆動する超音波アクチュエータを駆動する超
音波アクチュエータの駆動装置において、前記超音波ア
クチュエータを複数有し、該複数の超音波アクチュエー
タの駆動を制御する印加制御器を具備することを特徴と
する超音波アクチュエータの駆動装置。
1. An electromechanical transducer having a substantially rectangular parallelepiped resonator and two electromechanical transducers fixed to the resonator, wherein high-frequency voltages having different phases are applied to the two electromechanical transducers. An ultrasonic actuator driving device that generates a standing wave elliptical vibration in a resonator and drives an ultrasonic actuator that drives a driven body pressed against the resonator by the standing wave elliptical vibration. A driving device for an ultrasonic actuator, comprising: a plurality of ultrasonic actuators; and an application controller for controlling driving of the plural ultrasonic actuators.
【請求項2】 前記印加制御器の数は超音波アクチュエ
ータの数の約数であることを特徴とする請求項1記載の
超音波アクチュエータの駆動装置。
2. The ultrasonic actuator driving device according to claim 1, wherein the number of the application controllers is a divisor of the number of the ultrasonic actuators.
【請求項3】 前記超音波アクチュエータの被駆動体を
駆動する推力の比が互いに2のべき乗であり、前記印加
制御器の数は超音波アクチュエータの数と同数であるこ
とを特徴とする請求項1記載の超音波アクチュエータの
駆動装置。
3. The ultrasonic actuator according to claim 2, wherein the ratio of the thrust for driving the driven body of the ultrasonic actuator is a power of two, and the number of the application controllers is the same as the number of the ultrasonic actuators. 2. A driving device for an ultrasonic actuator according to claim 1.
【請求項4】 略直方体の共振器と、該共振器に固定さ
れた2つの電気機械変換素子とを有し、前記2つの電気
機械変換素子にそれぞれ位相の異なる高周波電圧を印加
することにより前記共振器に定在波楕円振動を発生させ
て、該定在波楕円振動により、前記共振器に圧し当てた
被駆動体を駆動する超音波アクチュエータを駆動する超
音波アクチュエータの駆動方法において、前記超音波ア
クチュエータを同一方向に複数配置し、該複数位置の超
音波アクチュエータの駆動を上記印加制御器により制御
することを特徴とする超音波アクチュエータの駆動方
法。
4. A resonator having a substantially rectangular parallelepiped shape and two electromechanical transducers fixed to the resonator, and applying high-frequency voltages having different phases to the two electromechanical transducers, respectively. A method of driving an ultrasonic actuator that generates a standing wave elliptical vibration in a resonator and drives an ultrasonic actuator that drives a driven body pressed against the resonator by the standing wave elliptical vibration, A method for driving an ultrasonic actuator, comprising: arranging a plurality of ultrasonic actuators in the same direction, and controlling the driving of the ultrasonic actuator at the plurality of positions by the application controller.
【請求項5】 前記複数配置の超音波アクチュエータは
複数のグループをなし、同一グループの前記超音波アク
チュエータには同一タイミングで電力が供給され、前記
グループの数は前記超音波アクチュエータの数の約数で
あることを特徴とする請求項4記載の超音波アクチュエ
ータの駆動方法。
5. The ultrasonic actuators of a plurality of arrangements form a plurality of groups, power is supplied to the ultrasonic actuators of the same group at the same timing, and the number of the groups is a divisor of the number of the ultrasonic actuators. The driving method of the ultrasonic actuator according to claim 4, wherein:
【請求項6】 前記超音波アクチュエータの被駆動体を
駆動する推力の比が互いに2のべき乗であり、必要な推
力に応じて前記超音波アクチュエータの駆動・非駆動を
組み合わせて制御することを特徴とする請求項4記載の
超音波アクチュエータの駆動方法。
6. A ratio of thrusts for driving a driven body of the ultrasonic actuator is a power of two, and driving and non-driving of the ultrasonic actuator are controlled in combination according to a required thrust. The method for driving an ultrasonic actuator according to claim 4, wherein
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008278712A (en) * 2007-05-07 2008-11-13 Matsushita Electric Ind Co Ltd Drive device

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