JPH1118451A - Driver for oscillatory actuator - Google Patents

Driver for oscillatory actuator

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JPH1118451A
JPH1118451A JP9163107A JP16310797A JPH1118451A JP H1118451 A JPH1118451 A JP H1118451A JP 9163107 A JP9163107 A JP 9163107A JP 16310797 A JP16310797 A JP 16310797A JP H1118451 A JPH1118451 A JP H1118451A
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JP
Japan
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vibration
frequency
electromechanical transducer
driving
longitudinal
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JP9163107A
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Japanese (ja)
Inventor
Tsunemi Gonda
常躬 権田
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Nikon Corp
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Nikon Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To minimize unevenness of velocity by generating oscillations which oscillate in parallel with the direction of the driving force by applying a frequency signal set so that the relative motion reaches a specified velocity to an electromechanical converting element for the drive, and oscillation which oscillates in the direction crossing this, thereby controlling the frequency signal. SOLUTION: The frequency from an amplifier 5 for drive is supplied to a piezoelectric element for longitudinal oscillation of an oscillatory actuator 10, and the frequency signal from an amplifier 6 for drive is supplied to the piezoelectric element for torsional oscillation of the oscillatory actuator 10. In the case of switching the rotational direction of the oscillatory actuator 10, the phase of the output signal from a phase shifting circuit 4 is inverted. Then, a longitudinal oscillation detection signal processing circuit 7 processes the output voltage from the piezoelectric element for the detection of longitudinal oscillations, and extracts a rotation unevenness signal. Moreover, the control of the torsional oscillation detection signal processing circuit 8 corrects the divergence between the set rotational velocity and the average value of actual rotational velocity. As a result, the rotational unevenness can be kept to a minimum.

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、振動アクチュエー
タ、特に回転型振動アクチュエータの駆動装置に関す
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a vibration actuator, and more particularly to a driving device for a rotary vibration actuator.

【0002】[0002]

【従来の技術】回転型振動アクチュエータ(超音波の振
動域を利用したものを超音波振動アクチュエータあるい
は超音波モータとも言う)は各種の構成原理が提案され
ており、その一つとしてm次の縦振動(Longitu
dinal)とn次のねじれ振動(Torsiona
l)を組み合わせた振動アクチュエータがL−T型振動
アクチュエータとして提案されている。この構成の振動
アクチュエータは他の振動アクチュエータと比較して低
速度/高トルクという特徴がある、しかし他の回転型振
動アクチュエータと同様に低速時に速度の上昇と下降を
繰り返す回転ムラが生じやすいという欠点を有してい
る。その対策として回転軸にエンコーダ等の回転検出器
を取り付け回転状態を検出してフィードバックを掛けて
安定化を図ることが一般的に行われている。
2. Description of the Related Art Various types of construction principles have been proposed for a rotary vibration actuator (an ultrasonic vibration actuator or an ultrasonic motor which uses an ultrasonic vibration region). Vibration (Longitu
digital) and n-th torsional vibration (Torsiona)
A vibration actuator combining l) has been proposed as an LT vibration actuator. Vibration actuators of this configuration are characterized by low speed / high torque compared to other vibration actuators. However, similar to other rotary vibration actuators, the disadvantage is that rotational unevenness that repeatedly increases and decreases in speed at low speeds is likely to occur. have. As a countermeasure, it is common practice to attach a rotation detector such as an encoder to a rotating shaft, detect a rotation state, and apply feedback to stabilize the rotation state.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかし、回転軸にエン
コーダ等の回転検出器を取り付けて回転状態を検出する
となると、回転検出器を取り付ける場所を確保する必要
があり振動アクチュエータが大型化するという問題が生
じる。また、回転検出器の付加によりコスト増となると
いう問題が生じる。
However, when a rotation detector such as an encoder is mounted on a rotary shaft to detect a rotation state, it is necessary to secure a place for mounting the rotation detector, and the vibration actuator becomes large. Occurs. In addition, there is a problem that the cost increases due to the addition of the rotation detector.

【0004】本発明の目的は、外付けの速度検出器を必
要とせず速度ムラを最小限に押さえるとともに、振動ア
クチュエータの小型化、低コスト化を可能とした振動ア
クチュエータの駆動装置を提供することにある。
An object of the present invention is to provide a driving apparatus for a vibration actuator which does not require an external speed detector, minimizes speed unevenness, and can reduce the size and cost of the vibration actuator. It is in.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】第1の実施の形態を示す
図2および図7に対応づけて本発明を説明する。上記目
的を達成するために、請求項1の発明は、弾性体11
a、11bと、弾性体11a、11bに接合されて該弾
性体11a、11bに複数の振動を発生させる駆動用電
気機械変換素子12、13および弾性体11a、11b
に接合されて該弾性体11a、11bの振動状態を検出
する検出用電気機械変換素子26とを有し、複数の振動
により駆動力を得る振動子18と、振動子18に加圧接
触されて駆動力により振動子18との間で相対運動を行
なう相対運動部材21とを備えた振動アクチュエータ1
0を駆動する振動アクチュエータの駆動装置に適用さ
れ、相対運動が所定の速度となるように設定された周波
信号を駆動用電気機械変換素子12、13に印加して弾
性体11a、11bに駆動力の方向とほぼ平行な方向に
振動する第1の振動と第1の振動方向と交差する方向に
振動する第2振動とを発生させるとともに、検出用電気
機械変換素子26の出力に基づいて相対運動の速度ムラ
を防止するように周波信号を制御する制御装置1〜9を
備えるものである。請求項2の発明は、請求項1記載の
振動アクチュエータの駆動装置において、相対運動の速
度を、駆動用電気機械変換素子12、13に印加される
周波信号の周波数を変えることで制御するものとし、制
御装置1〜9は、検出用電気機械変換素子26の出力に
基づいて周波信号の周波数を変更する周波数制御回路
2、3、9を有するものである。請求項3の発明は、請
求項1または2記載の振動アクチュエータの駆動装置に
おいて、検出用電気機械変換素子26の出力を、駆動用
電気機械変換素子12、13に印加される周波信号の有
する周波数に対応した周波数を有する周波信号とし、制
御装置1〜9は、検出用電気機械変換素子26の出力の
周波信号の隣合う周期間に現れる包絡線の変動を検出
し、この検出した信号に基づいて相対運動の速度ムラを
防止するよう駆動用電気機械変換素子12、13に印加
される周波信号を制御するものである。請求項4の発明
は、長手方向と交差する駆動面を有する一対の柱状の弾
性体11a、11bと、この弾性体11a、11b間に
配置され該弾性体11a、11bに長手方向に沿った軸
線回りに振動するねじり振動を発生させるねじり振動用
電気機械変換素子12と、弾性体11a、11bに接合
されて該弾性体11a、11bに長手方向に振動する縦
振動を発生させる縦振動用電気機械変換素子13と、縦
振動の振動状態を検出する縦振動検出用電気機械変換素
子26と、軸線回りに回転可能に振動子18の駆動面に
加圧接触されて駆動力により回転駆動される相対運動部
材21とを備えた振動アクチュエータ10を駆動する振
動アクチュエータの駆動装置に適用され、相対運動部材
21の回転速度が所定の速度となるように設定された周
波信号を縦振動用電気機械変換素子13およびねじり振
動用電気機械変換素子12に印加するとともに、縦振動
検出用電気機械変換素子26の出力に基づいて、相対運
動部材21の回転ムラをを防止するよう周波信号を制御
する制御装置1〜9を備えるものである。請求項5の発
明は、請求項4記載の振動アクチュエータの駆動装置に
おいて、回転速度を縦振動用電気機械変換素子13およ
びねじり振動用電気機械変換素子12に印加される周波
信号の周波数を変えることで制御されるものとし、制御
装置1〜9は、縦振動検出用電気機械変換素子26の出
力に基づいて周波信号の周波数を変更する周波数制御回
路2、3、9を有するものである。請求項6の発明は、
請求項4または5記載の振動アクチュエータの駆動装置
において、縦振動検出用電気機械変換素子26の出力
を、縦振動用電気機械変換素子13およびねじり振動用
電気機械変換素子12に印加される周波信号の有する周
波数に対応した周波数を有する周波信号とし、制御装置
1〜9は、縦振動検出用電気機械変換素子26の出力の
周波信号の隣合う周期間に現れる包絡線の変動を検出
し、この検出した信号に基づいて相対運動の回転ムラを
防止するよう駆動用電気機械変換素子12、13に印加
される周波信号を制御するものである。
The present invention will be described with reference to FIGS. 2 and 7 showing the first embodiment. In order to achieve the above object, the invention according to claim 1 includes an elastic body 11
a, 11b, driving electromechanical transducers 12, 13 joined to the elastic bodies 11a, 11b and generating a plurality of vibrations in the elastic bodies 11a, 11b, and the elastic bodies 11a, 11b.
And a vibrator 18 for detecting a vibration state of the elastic bodies 11a and 11b, and a driving force by a plurality of vibrations. A vibration actuator 1 including a relative motion member 21 for performing relative motion between the vibrator 18 and a driving force.
0 is applied to the driving device of the vibration actuator that drives the vibration element 0, and a frequency signal set so that the relative movement becomes a predetermined speed is applied to the driving electromechanical transducers 12 and 13 to apply a driving force to the elastic bodies 11a and 11b. Generates a first vibration that vibrates in a direction substantially parallel to the direction of vibration and a second vibration that vibrates in a direction that intersects the first vibration direction, and performs relative motion based on the output of the electromechanical transducer 26 for detection. Control devices 1 to 9 for controlling the frequency signal so as to prevent the speed unevenness. According to a second aspect of the present invention, in the driving device for a vibration actuator according to the first aspect, the speed of the relative motion is controlled by changing the frequency of a frequency signal applied to the driving electromechanical transducers 12 and 13. The control devices 1 to 9 have frequency control circuits 2, 3, and 9 for changing the frequency of the frequency signal based on the output of the detection electromechanical transducer 26. According to a third aspect of the present invention, in the driving device for a vibration actuator according to the first or second aspect, the output of the electromechanical transducer for detection 26 is a frequency having a frequency signal applied to the electromechanical transducers 12 and 13 for driving. The control devices 1 to 9 detect the fluctuation of the envelope appearing between adjacent periods of the frequency signal of the output of the electromechanical transducer 26 for detection, based on the detected signal. Thus, the frequency signal applied to the driving electromechanical transducers 12 and 13 is controlled so as to prevent the speed unevenness of the relative motion. According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a pair of columnar elastic bodies 11a and 11b having a driving surface intersecting with the longitudinal direction, and an axial line disposed between the elastic bodies 11a and 11b and extending along the longitudinal direction of the elastic bodies 11a and 11b. An electromechanical transducer 12 for torsional vibration that generates torsional vibration vibrating around, and an electric machine for longitudinal vibration that is joined to the elastic bodies 11a and 11b and generates longitudinal vibration that vibrates in the elastic bodies 11a and 11b in the longitudinal direction. The conversion element 13, an electromechanical conversion element 26 for detecting a longitudinal vibration that detects a vibration state of the longitudinal vibration, and a relative element that is rotationally driven by a driving force by being pressed against a driving surface of the vibrator 18 so as to be rotatable around an axis. A frequency set in such a manner as to be applied to a driving device of a vibration actuator that drives the vibration actuator 10 having the moving member 21 and the rotational speed of the relative moving member 21 is set to a predetermined speed. Is applied to the electro-mechanical transducer 13 for longitudinal vibration and the electro-mechanical transducer 12 for torsional vibration, and based on the output of the electro-mechanical transducer 26 for longitudinal vibration detection, the rotation unevenness of the relative motion member 21 is prevented. And control devices 1 to 9 for controlling frequency signals. According to a fifth aspect of the present invention, in the driving device for a vibration actuator according to the fourth aspect, the rotational speed is changed by changing the frequency of a frequency signal applied to the electromechanical transducer 13 for longitudinal vibration and the electromechanical transducer 12 for torsional vibration. The control devices 1 to 9 have frequency control circuits 2, 3, and 9 that change the frequency of the frequency signal based on the output of the electromechanical transducer 26 for detecting longitudinal vibration. The invention of claim 6 is
6. The driving device for a vibration actuator according to claim 4, wherein an output of the electromechanical transducer for detecting longitudinal vibration is applied to an electromechanical transducer for longitudinal vibration and an electromechanical transducer for torsional vibration. The control devices 1 to 9 detect the fluctuation of the envelope appearing between adjacent periods of the frequency signal of the output of the longitudinal vibration detecting electromechanical transducer element 26 as a frequency signal having a frequency corresponding to the frequency of Based on the detected signal, the frequency signal applied to the driving electromechanical transducers 12 and 13 is controlled so as to prevent the rotation unevenness of the relative motion.

【0006】なお、上記課題を解決するための手段の項
では、分かりやすく説明するため実施の形態の図と対応
づけたが、これにより本発明が実施の形態に限定される
ものではない。
In the section of the means for solving the above-mentioned problems, correspondence is made with the drawings of the embodiment for easy understanding, but the present invention is not limited to the embodiment.

【0007】[0007]

【発明の実施の形態】BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION

【0008】図1〜図4を用いて本発明の実施の形態に
おいて速度制御される回転型振動アクチュエータの構造
および動作原理について説明する。この種の回転型振動
アクチュエータはロッド型振動アクチュエータとも言
い、超音波帯域で使用するものはロッド型超音波モータ
とも言う。
The structure and operation principle of a rotary vibration actuator whose speed is controlled in an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. This type of rotary vibration actuator is also called a rod vibration actuator, and one used in the ultrasonic band is also called a rod ultrasonic motor.

【0009】図1(A)は、回転型振動アクチュエータ
10の構造を説明する断面図である。図1(B)は、図
1(A)のII−B線で切断した断面図である。図2
(A)は、図1のIIIA−i線で切断し図の上部方向
から見た概略断面図である。図2(B)は、弾性体11
a、11b、ねじり振動用圧電素子12a、12b、縦
振動用圧電素子13a、13b、ねじり振動検出用圧電
素子27a、27b、縦振動検出用圧電素子26a、2
6b及び電極板15−1a、15−2a、15−3a、
15−4a、15−1b、15−2b、15−3b、1
5−4bの配置を示す側面図である。図3は、弾性体1
1a、11b、ねじり振動用圧電素子12a、12b、
縦振動用圧電素子13a、13b、ねじり振動検出用圧
電素子27a、27b、縦振動検出用圧電素子26a、
26b及び電極板15−1a、15−2a、15−3
a、15−4a、15−1b、15−2b、15−3
b、15−4bの配置を示す分解図である。なお、図お
よび以下の説明において、ねじり振動用圧電素子12
a、12bをねじり振動用圧電素子12、縦振動用圧電
素子13a、13bを縦振動用圧電素子13、ねじり振
動検出用圧電素子27a、27bねじり振動検出用圧電
素子27、縦振動検出用圧電素子26a、26bを縦振
動検出用圧電素子26、電極板15−1a、15−2
a、15−3a、15−4a、15−1b、15−2
b、15−3b、15−4bを電極板15と総称して説
明する場合もある。圧電素子は、電気エネルギを機械的
変位に変換するもので電気機械変換素子ともいう。
FIG. 1A is a sectional view for explaining the structure of the rotary vibration actuator 10. FIG. 1B is a cross-sectional view taken along line II-B in FIG. FIG.
FIG. 3A is a schematic sectional view taken along the line IIIA-i of FIG. 1 and viewed from above. FIG. 2B shows the elastic body 11.
a, 11b, torsional vibration piezoelectric elements 12a, 12b, longitudinal vibration piezoelectric elements 13a, 13b, torsional vibration detecting piezoelectric elements 27a, 27b, longitudinal vibration detecting piezoelectric elements 26a, 2b
6b and electrode plates 15-1a, 15-2a, 15-3a,
15-4a, 15-1b, 15-2b, 15-3b, 1
It is a side view which shows arrangement | positioning of 5-4b. FIG.
1a, 11b, torsional vibration piezoelectric elements 12a, 12b,
Longitudinal vibration piezoelectric elements 13a, 13b, torsional vibration detecting piezoelectric elements 27a, 27b, longitudinal vibration detecting piezoelectric element 26a,
26b and electrode plates 15-1a, 15-2a, 15-3
a, 15-4a, 15-1b, 15-2b, 15-3
It is an exploded view showing arrangement of b, 15-4b. In the drawings and the following description, the torsional vibration piezoelectric element 12
a and 12b are torsional vibration piezoelectric elements 12, longitudinal vibration piezoelectric elements 13a and 13b are longitudinal vibration piezoelectric elements 13, torsional vibration detecting piezoelectric elements 27a and 27b, torsional vibration detecting piezoelectric elements 27, and longitudinal vibration detecting piezoelectric elements. 26a and 26b are piezoelectric elements 26 for detecting longitudinal vibration, and electrode plates 15-1a and 15-2.
a, 15-3a, 15-4a, 15-1b, 15-2
b, 15-3b, and 15-4b may be collectively referred to as the electrode plate 15. A piezoelectric element converts electric energy into mechanical displacement and is also called an electromechanical conversion element.

【0010】なお、図2(A)の括弧内の符号は、図1
のIIIA−ii線で切断した場合の部材を示す。ま
た、図3においては、固定子18(振動子ともいう)が
軸線方向を中心に対称に構成され、上から下に向かっ
て、圧電素子27a、12a、13a、26aが配置さ
れ、これらと対称に圧電素子27b、12b、13b、
26bが配置され、さらに、電極15−4a、15−1
a、15−2a、15−3aが配置され、これらと対称
に電極15−4b、15−1b、15−2b、15−3
bが配置される。ただし、圧電素子12b、13b、2
6b、電極15−1b、15−2b、15−3bは隠れ
て図示されていない。
In FIG. 2A, reference numerals in parentheses are those in FIG.
3 shows a member cut along the line IIIA-ii. Further, in FIG. 3, the stator 18 (also referred to as a vibrator) is configured symmetrically with respect to the axial direction, and the piezoelectric elements 27a, 12a, 13a, and 26a are arranged from top to bottom, and are symmetric with these. , The piezoelectric elements 27b, 12b, 13b,
26b are arranged, and furthermore, the electrodes 15-4a, 15-1
a, 15-2a and 15-3a are arranged, and the electrodes 15-4b, 15-1b, 15-2b and 15-3 are symmetrically arranged.
b is arranged. However, the piezoelectric elements 12b, 13b, 2
6b and the electrodes 15-1b, 15-2b, 15-3b are hidden and not shown.

【0011】固定子18は、駆動周波信号により1次の
縦振動と2次のねじり振動とを励振する電気機械変換素
子により、駆動力を発生する部材である。固定子18
は、弾性体11a、11bと、この弾性体11a、11
bの間に挟まれたねじり振動用圧電素子12及び縦振動
用圧電素子13と、この弾性体11a、11bの間に挟
まれた電極板15と、弾性体11a、11bの間にねじ
り振動用圧電素子12、縦振動用圧電素子13及び電極
板15を固定するための締結部材17とから構成されて
いる。
The stator 18 is a member that generates a driving force by an electromechanical transducer that excites a primary longitudinal vibration and a secondary torsional vibration by a driving frequency signal. Stator 18
Are elastic bodies 11a, 11b and elastic bodies 11a, 11b.
b, the torsional vibration piezoelectric element 12 and the longitudinal vibration piezoelectric element 13, the electrode plate 15 sandwiched between the elastic bodies 11 a, 11 b, and the torsion vibration piezoelectric element 13 between the elastic bodies 11 a, 11 b. It comprises a piezoelectric element 12, a piezoelectric element 13 for longitudinal vibration, and a fastening member 17 for fixing the electrode plate 15.

【0012】弾性体11a、11bは、その長手方向に
沿って形成された平面部に、2層のねじり振動用圧電素
子12、縦振動用圧電素子13、ねじり振動検出用圧電
素子27、縦振動検出用圧電素子26及び電極板15と
を挟み込んだ状態で保持する。図1(A)及び図2
(B)に示すように、弾性体11a、11bは、厚肉の
円筒を縦に2つに分割した半円柱状の部材であり、これ
らの上面には、それぞれ駆動面11cが形成されてい
る。
The elastic members 11a and 11b have two layers of torsional vibration piezoelectric elements 12, longitudinal vibration piezoelectric elements 13, torsional vibration detecting piezoelectric elements 27, and longitudinal vibrations on a flat portion formed along the longitudinal direction. The detection piezoelectric element 26 and the electrode plate 15 are held in a sandwiched state. 1 (A) and 2
As shown in (B), the elastic bodies 11a and 11b are semi-cylindrical members obtained by vertically dividing a thick cylinder into two, and a driving surface 11c is formed on the upper surface thereof. .

【0013】また、弾性体11a、11bは、4つの大
径部14A、14B、14C、14Dと3つの小径部1
4a、14b、14cとを有している。弾性体11a、
11bの形状をこのようにすると、弾性体11a、11
bは、1次の縦振動の共振周波数と2次のねじり振動の
共振周波数とが略一致すると所望の振動をすることがで
きる。大径部14A、14Dには、その長手方向と交差
する方向に、それぞれ貫通孔が形成されている。なお、
弾性体11a、11bは、鉄鋼、ステンレス鋼、リン青
銅、エリンバー材等の共振先鋭度が大きい金属材料から
なる。
The elastic members 11a and 11b have four large-diameter portions 14A, 14B, 14C and 14D and three small-diameter portions 1A.
4a, 14b, and 14c. Elastic body 11a,
When the shape of 11b is set in this way, the elastic bodies 11a, 11b
b can perform a desired vibration when the resonance frequency of the primary longitudinal vibration and the resonance frequency of the secondary torsional vibration substantially match. Through holes are formed in the large diameter portions 14A and 14D, respectively, in a direction intersecting the longitudinal direction. In addition,
The elastic members 11a and 11b are made of a metal material having a large resonance sharpness, such as steel, stainless steel, phosphor bronze, and elinvar.

【0014】ねじり振動用圧電素子12は、周波電圧が
印加されると電圧の方向に応じたせん断変形を生じ、こ
れによりねじり振動を発生させる圧電定数d15を用いる
圧電体である。本発明の実施の形態におけるねじり振動
用圧電素子群は、図2(A)に示すように、2枚のねじ
り振動用圧電素子12aと2枚のねじり振動用圧電素子
12bとから構成されている。ねじり振動用圧電素子1
2aとねじり振動用圧電素子12bとは、それぞれ同一
方向の電圧が印加されたときに、図2(B)に示すよう
にそれぞれのせん断変形が反対方向となるように配置さ
れているので、固定子18にはある方向へのねじり変位
が発生する。また、このねじり振動用圧電素子12a、
12bは、図2(B)に示すように、発生する2次のね
じり振動の駆動面11c寄りの節部を含み、小径部14
cをまたいで配置されている。
The torsional vibration piezoelectric element 12 is a piezoelectric body using a piezoelectric constant d15 that generates shear deformation according to the direction of the voltage when a frequency voltage is applied, thereby generating torsional vibration. As shown in FIG. 2A, the torsional vibration piezoelectric element group according to the embodiment of the present invention is composed of two torsional vibration piezoelectric elements 12a and two torsional vibration piezoelectric elements 12b. . Piezoelectric element for torsional vibration 1
Since the piezoelectric element 2a and the torsional vibration piezoelectric element 12b are arranged such that the respective shear deformations are in opposite directions when a voltage in the same direction is applied, as shown in FIG. The torsional displacement in a certain direction occurs in the child 18. Also, the torsional vibration piezoelectric element 12a,
As shown in FIG. 2B, 12b includes a node near the drive surface 11c of the generated secondary torsional vibration, and includes a small-diameter portion 14b.
c.

【0015】縦振動用圧電素子13は、周波電圧が印加
されると電圧の方向に応じた伸縮変形を生じ、これによ
り縦振動を発生する圧電定数d31を用いる圧電体であ
る。本実施の形態の縦振動用圧電素子群は、図2(A)
に示すように、2枚の縦振動用圧電素子13aと2枚の
縦振動用圧電素子13bとから構成されている。縦振動
用圧電素子13a、13bは、同じ方向の電圧を印加さ
れたときに、それぞれ同一方向に縦変形するように配置
されている。また、縦振動用圧電素子13a、13b
は、図2(B)に示すように、発生する1次の縦振動の
節部を含み、これをまたぐようにそれぞれ配置されてい
る。縦振動用圧電素子13a、13bがこのように配置
されると、縦振動用圧電素子群に同じ周波電圧が印加さ
れたときに、1次の縦振動モードが励起され易くなる。
The longitudinal vibration piezoelectric element 13 is a piezoelectric material that uses a piezoelectric constant d31 that undergoes expansion and contraction according to the direction of the voltage when a frequency voltage is applied, thereby generating longitudinal vibration. The longitudinal vibration piezoelectric element group according to the present embodiment is shown in FIG.
As shown in the figure, the piezoelectric vibrator includes two longitudinal vibration piezoelectric elements 13a and two longitudinal vibration piezoelectric elements 13b. The piezoelectric elements 13a and 13b for longitudinal vibration are arranged so as to be vertically deformed in the same direction when a voltage in the same direction is applied. Also, the longitudinal vibration piezoelectric elements 13a, 13b
As shown in FIG. 2 (B), includes nodes of the first-order longitudinal vibration generated, and are arranged so as to straddle the nodes. When the longitudinal vibration piezoelectric elements 13a and 13b are arranged in this manner, the primary longitudinal vibration mode is easily excited when the same frequency voltage is applied to the longitudinal vibration piezoelectric element group.

【0016】ねじり振動検出用圧電素子27は、ねじり
振動用圧電素子12のねじり振動を検出するための圧電
体である。図2(B)に示すように、ねじり振動検出用
圧電素子27a、27bは、ねじり振動用圧電素子12
a、12bよりも駆動面11c側寄りに配置されてい
る。
The torsional vibration detecting piezoelectric element 27 is a piezoelectric body for detecting the torsional vibration of the torsional vibration piezoelectric element 12. As shown in FIG. 2B, the torsional vibration detecting piezoelectric elements 27a and 27b are
It is arranged closer to the drive surface 11c side than a and 12b.

【0017】縦振動検出用圧電素子26は、縦振動用圧
電素子13の縦振動を検出するための圧電体であり、図
2(B)に示すように、縦振動検出用圧電素子26a、
26bは、縦振動用圧電素子13a、13bよりも端面
11d側寄りに配置されている。
The longitudinal vibration detecting piezoelectric element 26 is a piezoelectric body for detecting the longitudinal vibration of the longitudinal vibration piezoelectric element 13, and as shown in FIG. 2B, the longitudinal vibration detecting piezoelectric element 26a,
26b is arranged closer to the end face 11d side than the longitudinal vibration piezoelectric elements 13a and 13b.

【0018】電極板15は、ねじり振動用圧電素子12
及び縦振動用圧電素子13に電圧を印加し、ねじり振動
検出用圧電素子27及び縦振動検出用圧電素子26から
の電圧を検出する電極である。電極板15は、図2
(B)に示すように、半円柱状弾性体11a、11bの
平面部にそれぞれ接着された、縦振動用圧電素子13
a、13b、ねじり振動用圧電素子12a、12b、縦
振動検出用圧電素子26a、26b及びねじり振動検出
用圧電素子27a、26bとの間に挟まれた状態で、接
着剤により接合され保持されている。
The electrode plate 15 is made of a piezoelectric element 12 for torsional vibration.
And an electrode for applying a voltage to the longitudinal vibration piezoelectric element 13 to detect a voltage from the torsional vibration detecting piezoelectric element 27 and the longitudinal vibration detecting piezoelectric element 26. The electrode plate 15 is shown in FIG.
As shown in (B), the longitudinal vibration piezoelectric element 13 adhered to the plane portions of the semi-cylindrical elastic bodies 11a and 11b, respectively.
a, 13b, torsional vibration piezoelectric elements 12a, 12b, longitudinal vibration detecting piezoelectric elements 26a, 26b, and torsional vibration detecting piezoelectric elements 27a, 26b. I have.

【0019】電極板15は、図3に示すように、ねじり
振動用圧電素子12a、12b及び縦振動用圧電素子1
3a、13bのそれぞれに駆動周波信号を同時に印加す
るための電極板15−1a、15−1b及び電極板15
−2a、15−2bと、縦振動検出用圧電素子26及び
ねじり振動検出用圧電素子27からの電圧をそれぞれ検
出するための電極板15−3a、15−3b及び電極板
15−4a、15−4bとから構成されている。電極板
15−1a、15−1b、15−2a、15−2b、1
5−3a、15−3b、15−4a、15−4bは、図
3に示すように、その一部が弾性体11a、11bの外
周面から突出している。
As shown in FIG. 3, the electrode plate 15 is composed of the piezoelectric elements 12a, 12b for torsional vibration and the piezoelectric element 1 for longitudinal vibration.
Electrode plates 15-1a and 15-1b and an electrode plate 15 for simultaneously applying a drive frequency signal to each of the electrodes 3a and 13b.
-2a, 15-2b, and electrode plates 15-3a, 15-3b and 15-4a, 15- for detecting voltages from the piezoelectric element 26 for detecting longitudinal vibration and the piezoelectric element 27 for detecting torsional vibration, respectively. 4b. Electrode plates 15-1a, 15-1b, 15-2a, 15-2b, 1
As shown in FIG. 3, 5-3a, 15-3b, 15-4a, and 15-4b partially protrude from the outer peripheral surfaces of the elastic bodies 11a and 11b.

【0020】締結部材17は、ねじり振動用圧電素子1
2と、縦振動用圧電素子13と、ねじり振動検出用圧電
素子27と、縦振動用圧電素子13と、縦振動検出用圧
電素子26と、電極板15とを、弾性体11a、11b
間に固定するための部材である。締結部材17は、貫通
孔17cに挿入されるボルト17aと、ナット17bと
から構成されており、ボルト17aの一部とナット17
bとは、弾性体11a、11bの外周面から突出してい
る。
The fastening member 17 is a piezoelectric element 1 for torsional vibration.
2, the longitudinal vibration piezoelectric element 13, the torsional vibration detecting piezoelectric element 27, the longitudinal vibration piezoelectric element 13, the longitudinal vibration detecting piezoelectric element 26, and the electrode plate 15 are connected to the elastic bodies 11a, 11b.
It is a member for fixing between. The fastening member 17 includes a bolt 17a inserted into the through hole 17c and a nut 17b, and a part of the bolt 17a and the nut 17a.
b protrudes from the outer peripheral surfaces of the elastic bodies 11a and 11b.

【0021】移動子21は、駆動面11c上において相
対運動を行う部材である。移動子21は、厚肉円環状の
ステンレス鋼、アルミニウム合金又は銅合金等からなる
移動子母材21aと、駆動面11cに接触する高分子材
料等を主成分とする摺動材21bとから構成されてい
る。移動子母材21aの内周部には、この移動子母材2
1aを後述する固定軸20に対して位置決めするベアリ
ング22が嵌合している。移動子母材21aの外周部に
は、本回転型振動アクチュエータ10により回転駆動さ
れる対象物の歯面とかみ合う出力取り出し用の歯車23
が設けられている。
The moving element 21 is a member that makes a relative movement on the driving surface 11c. The moving element 21 is composed of a moving element base material 21a made of a thick annular stainless steel, an aluminum alloy, a copper alloy, or the like, and a sliding material 21b mainly made of a polymer material or the like that comes into contact with the driving surface 11c. Have been. The moving child base material 2 is provided on the inner periphery of the moving child base material 21a.
A bearing 22 for positioning 1a with respect to a fixed shaft 20 to be described later is fitted. An output take-out gear 23 meshing with a tooth surface of an object rotated and driven by the rotary vibration actuator 10 is provided on an outer peripheral portion of the mover base material 21a.
Is provided.

【0022】固定軸20は、固定子18と移動子21と
を支持するための軸である。固定軸20は、弾性体11
a、11b間において、この弾性体11a、11bの長
手方向に形成された中空部を貫通し、ベアリング22を
介して移動子21を回転自在に支持するとともに、この
移動子21の半径方向での位置決めをしている。固定軸
20には、外部取り付け部材(不図示)に対して、セッ
トビス(不図示)によりこの固定軸20をまわり止めす
るために、図1(B)に示すような溝20aと、締結部
材17を挿入するための貫通孔20dが形成されてい
る。溝20aの面は、貫通孔20dの貫通方向に対して
30〜60度程度の角度を持つように設けられている。
The fixed shaft 20 is a shaft for supporting the stator 18 and the moving member 21. The fixed shaft 20 is
a, 11b, penetrates through the hollow portions formed in the longitudinal direction of the elastic bodies 11a, 11b, rotatably supports the movable element 21 via the bearing 22, and also supports the movable element 21 in the radial direction. We are positioning. A groove 20a as shown in FIG. 1B and a fastening member are provided on the fixed shaft 20 to prevent the fixed shaft 20 from rotating around an external mounting member (not shown) by a set screw (not shown). 17 is formed therein. The surface of the groove 20a is provided so as to have an angle of about 30 to 60 degrees with respect to the through direction of the through hole 20d.

【0023】ピン16は、弾性体11a、11bと固定
軸20とを固定するとともに、固定子18が発生する駆
動力の反力により、固定軸20が回転するのを防止する
ための部材であり、ねじり振動の節に対応する小径部1
4cにおいて、弾性体11a、11bと固定軸20とを
貫通している。
The pin 16 is a member for fixing the elastic members 11a and 11b and the fixed shaft 20, and for preventing the fixed shaft 20 from rotating due to the reaction force of the driving force generated by the stator 18. , Small diameter part 1 corresponding to torsional vibration nodes
4c, the elastic bodies 11a, 11b and the fixed shaft 20 are penetrated.

【0024】カラー19は、固定子18の中空部内にお
いて、固定軸20の長手方向と交差する方向に、この固
定軸20が移動するのを防止する部材である。カラー1
9は、大径部14A、14Dに対応する固定子18の中
空部に配置されている。
The collar 19 is a member for preventing the fixed shaft 20 from moving in the hollow portion of the stator 18 in a direction intersecting the longitudinal direction of the fixed shaft 20. Color 1
Reference numeral 9 is arranged in the hollow portion of the stator 18 corresponding to the large diameter portions 14A and 14D.

【0025】加圧部材24は、移動子21を駆動面11
aに加圧接触するための部材であり、例えば、皿バネ、
コイルバネ、板バネ等からなる。加圧部材24の加圧量
は、ネジ部20cにねじ込まれているナット25のねじ
込み量を調整することで変えることができる。
The pressing member 24 moves the moving member 21 to the driving surface 11.
a member for making pressure contact with a, for example, a disc spring,
It consists of a coil spring, a leaf spring and the like. The amount of pressure applied by the pressure member 24 can be changed by adjusting the amount of screwing of the nut 25 screwed into the screw portion 20c.

【0026】次に、回転型振動アクチュエータ10の動
作を説明する。図2(A)に示すように、手前側のねじ
り振動用圧電素子12a及び奥側のねじり振動用圧電素
子12bに電極15−1a、15−1bを介してある同
一の極性の電圧が印加されると、ねじり振動用圧電素子
12a、12bは図2(B)実線の矢印に示す方向にせ
ん断変形をし、駆動面11cは図2(A)の矢印方向に
ねじれる。ねじり振動用圧電素子12a、12bに逆の
極性の電圧が印加されるときには、ねじり振動用圧電素
子12a、12bは図2(B)とは逆向きのせん断変形
をし、駆動面11cは図12(A)の矢印方向と反対方
向にねじれる。一方、縦振動用圧電素子13a、13b
に電極15−2a、15−2bを介して同一の正弦波電
圧が印加されると、縦振動用圧電素子13a、13b
は、電圧の極性に応じてそれぞれ同一方向に伸縮変形を
し、駆動面11cは縦振動をする。なお、図2(B)の
ねじり振動用圧電素子12a、12bの点線の矢印は分
極方向を示す。
Next, the operation of the rotary vibration actuator 10 will be described. As shown in FIG. 2A, a voltage of the same polarity is applied to the torsional vibration piezoelectric element 12a on the near side and the torsional vibration piezoelectric element 12b on the back side via the electrodes 15-1a and 15-1b. Then, the torsional vibration piezoelectric elements 12a and 12b undergo shear deformation in the direction indicated by the solid arrow in FIG. 2B, and the drive surface 11c is twisted in the arrow direction in FIG. When voltages of opposite polarities are applied to the torsional vibration piezoelectric elements 12a and 12b, the torsional vibration piezoelectric elements 12a and 12b undergo shear deformation in the direction opposite to that of FIG. It is twisted in the direction opposite to the arrow direction of (A). On the other hand, the longitudinal vibration piezoelectric elements 13a, 13b
When the same sine wave voltage is applied to the piezoelectric elements 13a and 13b via the electrodes 15-2a and 15-2b,
Respectively, expands and contracts in the same direction according to the polarity of the voltage, and the drive surface 11c vibrates longitudinally. Note that the dotted arrows of the torsional vibration piezoelectric elements 12a and 12b in FIG. 2B indicate the polarization direction.

【0027】このような縦振動用圧電素子13とねじり
振動用圧電素子12に、2つの(1/4)λ(波長)位
相差のある駆動周波信号が入力されると、縦振動及びね
じり振動それぞれの振動の位相が90゜ずれ、これらの
振動を合成した楕円運動が固定子18の駆動面11cに
生じる。
When two driving frequency signals having a (() λ (wavelength) phase difference are input to the piezoelectric element 13 for longitudinal vibration and the piezoelectric element 12 for torsional vibration, longitudinal vibration and torsional vibration are obtained. The phases of the respective vibrations are shifted by 90 °, and an elliptical motion obtained by combining these vibrations is generated on the driving surface 11c of the stator 18.

【0028】図4は、本実施の形態の固定子18に発生
するねじり振動(T)と縦振動(L)とを組み合わせ
て、駆動面11cに楕円運動を発生させることを示す説
明図である。t=0の時点では、ねじり運動(T)の変
位は左側に最大であり、縦振動(L)の変位はゼロであ
る。この状態では、移動子21は、加圧部材24によっ
て固定子18の駆動面11cに接触している。
FIG. 4 is an explanatory diagram showing that the torsional vibration (T) and the longitudinal vibration (L) generated in the stator 18 of this embodiment are combined to generate an elliptical motion on the drive surface 11c. . At time t = 0, the displacement of the torsional motion (T) is the largest on the left, and the displacement of the longitudinal vibration (L) is zero. In this state, the moving member 21 is in contact with the driving surface 11c of the stator 18 by the pressing member 24.

【0029】駆動周波数をfとしたときの角周波数をω
(=2πf)とすると、t=0〜(4/4)・(π/
ω)までは、ねじり運動(T)は、左側の最大から右側
の最大まで変位し、縦振動(L)は、ゼロから上側の最
大まで変位し、再びゼロに戻っている。したがって、固
定子18の駆動面11cは、移動子21を押しながら右
方向に回転するので、移動子21は右方向に駆動され
る。移動子21の駆動は、歯車23を介して回転筒4へ
伝達され、レンズ保持筒3は図1に示すA方向に直進運
動をする。
When the driving frequency is f, the angular frequency is ω
(= 2πf), t = 0 to (4/4) · (π /
Up to ω), the torsional movement (T) is displaced from the left maximum to the right maximum, and the longitudinal vibration (L) is displaced from zero to the upper maximum and back to zero again. Therefore, the driving surface 11c of the stator 18 rotates rightward while pressing the moving member 21, so that the moving member 21 is driven rightward. The drive of the moving element 21 is transmitted to the rotary cylinder 4 via the gear 23, and the lens holding cylinder 3 moves straight in the direction A shown in FIG.

【0030】t=(4/4)・(π/ω)〜(8/4)
・(π/ω)までは(なおt=(8/4)・(π/ω)
=0である)、ねじり振動(T)は、右側の最大から左
側の最大まで変位し、縦振動(L)は、ゼロから下側の
最大まで変位し、再びゼロに戻っている。したがって、
固定子18の駆動面11cは、移動子21から離れなが
ら左方向に回転するので、移動子21は駆動されない。
このときに、移動子21は、加圧部材24によって加圧
されているが、加圧部材24の固有振動数が超音波振動
域よりも低いために、移動子21は固定子18の縮みに
追従することができない。
T = (4/4) · (π / ω) to (8/4)
· Until (π / ω) (note that t = (8/4) · (π / ω)
= 0), the torsional vibration (T) is displaced from the maximum on the right to the maximum on the left, and the longitudinal vibration (L) is displaced from zero to the lower maximum and back to zero again. Therefore,
Since the drive surface 11c of the stator 18 rotates leftward while moving away from the movable member 21, the movable member 21 is not driven.
At this time, the moving member 21 is pressurized by the pressing member 24, but since the natural frequency of the pressing member 24 is lower than the ultrasonic vibration range, the moving member 21 is compressed by the stator 18. I can't follow.

【0031】上述した回転型振動アクチュエータ10の
ねじり振動用圧電素子12および縦振動用圧電素子13
に一定の周波数および電圧値の周波電圧が印加される
と、回転型振動アクチュエータ10の移動子21は一定
の回転速度で回転をする。図5(a)は上述した回転型
振動アクチュエータ10の移動子21の回転速度に対す
る縦振動検出用圧電素子26の出力特性を示す図であ
り、図5(b)は移動子21の回転速度に対するねじり
振動検出用圧電素子27の出力特性を示す図である。両
図から分かるように、振動検出用圧電素子の出力電圧は
回転型振動アクチュエータ10の移動子21の回転数に
相関して出力される。
The piezoelectric element 12 for torsional vibration and the piezoelectric element 13 for longitudinal vibration of the rotary vibration actuator 10 described above.
Is applied with a constant frequency and a voltage value, the moving element 21 of the rotary vibration actuator 10 rotates at a constant rotation speed. FIG. 5A is a diagram showing the output characteristics of the vertical vibration detecting piezoelectric element 26 with respect to the rotation speed of the moving element 21 of the rotary vibration actuator 10 described above, and FIG. FIG. 4 is a diagram illustrating output characteristics of a torsional vibration detecting piezoelectric element 27. As can be seen from both figures, the output voltage of the vibration detecting piezoelectric element is output in correlation with the rotation speed of the moving element 21 of the rotary vibration actuator 10.

【0032】しかし、本来一定の回転速度で移動子21
が回転している回転型振動アクチュエータ10である
が、ミクロ的にその回転速度を見ると回転ムラが生じて
おり、特に低速度で回転するときに大きく現れる。図6
(a)は、移動子21の1回転あたりの縦振動検出用圧
電素子26のプラス側の電圧波形を示す図である。図6
(a)ではこの電圧波形は一定の周波数を有する交流電
圧であることが細かい縦線で示されている。図6(b)
は図6(a)の包絡線を示す。図6から分かるように移
動子21の1回転あたりにおいてピーク値に変動が生じ
ており、この変動が回転ムラに対応していることが各種
実験の結果判明した。なお、ねじり振動検出用圧電素子
27には、この回転ムラに対応する信号は現れていなか
った。
However, the movement of the moving element
Is a rotating type vibration actuator 10 which rotates, but when its rotation speed is viewed microscopically, rotation unevenness occurs, and it appears particularly when rotating at a low speed. FIG.
(A) is a figure which shows the voltage waveform of the plus side of the piezoelectric element 26 for longitudinal vibration detection per rotation of the moving element 21. FIG. FIG.
In (a), the vertical waveform indicates that this voltage waveform is an AC voltage having a constant frequency. FIG. 6 (b)
Indicates the envelope of FIG. As can be seen from FIG. 6, various experiments have revealed that the peak value fluctuates per rotation of the mover 21, and this fluctuation corresponds to the rotation unevenness. Note that no signal corresponding to the rotation unevenness appeared on the torsional vibration detecting piezoelectric element 27.

【0033】図7は、回転型振動アクチュエータ10を
駆動する駆動装置の構成を示すブロック図である。この
駆動装置は、速度制御電圧設定部1、増幅器2、電圧制
御発振器(VCOともいう)3、移相回路4、駆動用増
幅器5、6を備える。速度制御電圧設定部1は、回転型
振動アクチュエータ10の移動子21の所望の回転速度
に対応した電圧を設定する。電圧制御発振器3は、入力
される電圧に応じた周波数の信号を生成する。移相回路
4は、入力した信号と位相が(π/2)異なる信号を生
成する。駆動用増幅器5、6は、回転型振動アクチュエ
ータ10の駆動レベルまで入力した信号を増幅する。駆
動用増幅器5からの駆動周波信号は回転型振動アクチュ
エータ10の縦振動用圧電素子13を駆動する電極15
−2a、15−2bに供給され、駆動用増幅器5からの
駆動周波信号は回転型振動アクチュエータ10のねじり
振動用圧電素子12を駆動する電極15−1a、15−
1bに供給される。回転型振動アクチュエータ10の回
転方向を切り換える場合は、移相回路4からの出力信号
の位相を反転させればよい。
FIG. 7 is a block diagram showing a configuration of a driving device for driving the rotary vibration actuator 10. As shown in FIG. This driving device includes a speed control voltage setting unit 1, an amplifier 2, a voltage controlled oscillator (also referred to as a VCO) 3, a phase shift circuit 4, and driving amplifiers 5 and 6. The speed control voltage setting unit 1 sets a voltage corresponding to a desired rotation speed of the moving member 21 of the rotary vibration actuator 10. The voltage controlled oscillator 3 generates a signal having a frequency according to the input voltage. The phase shift circuit 4 generates a signal having a phase different from the input signal by (π / 2). The drive amplifiers 5 and 6 amplify signals input to the drive level of the rotary vibration actuator 10. The driving frequency signal from the driving amplifier 5 is applied to an electrode 15 for driving the longitudinal vibration piezoelectric element 13 of the rotary vibration actuator 10.
-2a, 15-2b, and the driving frequency signal from the driving amplifier 5 is used to drive the electrodes 15-1a, 15- for driving the torsional vibration piezoelectric element 12 of the rotary vibration actuator 10.
1b. When switching the rotation direction of the rotary vibration actuator 10, the phase of the output signal from the phase shift circuit 4 may be inverted.

【0034】また、前記駆動装置は、縦振動検出信号処
理回路7と、ねじり振動検出信号処理回路8と、比較器
9とを備える。縦振動検出信号処理回路7は、縦振動検
出用圧電素子26の電極15−3aあるいは電極15−
3bのどちらかまたは両方に接続される。そして、縦振
動検出用圧電素子26からの出力電圧を処理し、回転ム
ラ信号を抽出する。ねじり振動検出信号処理回路8は、
ねじり振動検出用圧電素子27の電極15−4aあるい
は電極15−4bのどちらかまたは両方に接続される。
そして、ねじり振動検出用圧電素子27からの出力電圧
を処理し、回転速度制御信号を抽出する。ねじり振動検
出信号処理回路8は、速度制御電圧設定部1の出力電圧
とねじり振動検出用圧電素子27の出力電圧の差分を求
めその差分をフィードバックして速度制御を行うための
ものである。ここでいうねじり振動検出用圧電素子27
の出力電圧とはピーク値に変動があったとしても平均化
された値で検出されるものである。すなわち、ねじり振
動検出信号処理回路8の制御は回転ムラの信号ではな
く、設定された回転速度と実際の回転速度の平均値との
ずれを補正するものである。
The driving device includes a longitudinal vibration detection signal processing circuit 7, a torsional vibration detection signal processing circuit 8, and a comparator 9. The vertical vibration detection signal processing circuit 7 is provided with the electrode 15-3a or the electrode 15- of the piezoelectric element 26 for vertical vibration detection.
3b is connected to either or both. Then, the output voltage from the vertical vibration detecting piezoelectric element 26 is processed to extract a rotation unevenness signal. The torsional vibration detection signal processing circuit 8
It is connected to one or both of the electrodes 15-4a and the electrodes 15-4b of the torsional vibration detecting piezoelectric element 27.
Then, the output voltage from the torsional vibration detecting piezoelectric element 27 is processed to extract a rotation speed control signal. The torsional vibration detection signal processing circuit 8 calculates a difference between the output voltage of the speed control voltage setting unit 1 and the output voltage of the torsional vibration detecting piezoelectric element 27, and performs the speed control by feeding back the difference. The piezoelectric element 27 for torsional vibration detection here
Is detected as an averaged value even if the peak value fluctuates. That is, the control of the torsional vibration detection signal processing circuit 8 is not a signal of rotation unevenness, but a correction of a deviation between the set rotation speed and the average value of the actual rotation speed.

【0035】ここで、回転ムラとは例えば1回転のうち
に回転速度が上がったり下がったりするように、比較的
短時間のうちに回転速度が変化するものを言い、回転速
度の平均値のずれとは回転速度がどちらか一方に固定し
てずれている場合、あるいは、比較的長時間で変化する
場合のものを言う。例えば、数ミリセコンド内で変化す
るものを回転ムラと言い、数百ミリセコンド単位で検出
される回転速度の変化は回転ムラとは言わず回転速度の
平均値のずれと言う。また、この回転ムラに対応する比
較的短時間の時間であるかどうかを、駆動周波信号の周
波数に対応した周波数を有するねじり振動検出用圧電素
子27の出力電圧の平均値の測定が可能である時間であ
るかどうかで定義するようにしてもよい。例えば、約5
0KHzの駆動周波信号の周波数に対応した周波数を有
するねじり振動検出用圧電素子27の出力電圧であれ
ば、その時間が約2ms以下であると出力電圧の平均値
測定は一般に困難となるので、回転ムラを示している時
間間隔と言ってもよい。
Here, the rotation unevenness means that the rotation speed changes in a relatively short time such that the rotation speed increases or decreases in one rotation, for example. Refers to the case where the rotation speed is fixedly deviated to one or the other or changes over a relatively long time. For example, a change within a few milliseconds is referred to as rotation unevenness, and a change in rotation speed detected in units of several hundred milliseconds is not referred to as rotation unevenness, but is referred to as a deviation of the average value of the rotation speed. In addition, it is possible to measure the average value of the output voltage of the torsional vibration detecting piezoelectric element 27 having a frequency corresponding to the frequency of the drive frequency signal as to whether or not it is a relatively short time corresponding to the rotation unevenness. It may be defined by whether or not it is time. For example, about 5
In the case of the output voltage of the torsional vibration detecting piezoelectric element 27 having a frequency corresponding to the frequency of the driving frequency signal of 0 KHz, it is generally difficult to measure the average value of the output voltage if the time is about 2 ms or less. It may be called a time interval indicating unevenness.

【0036】比較器9は速度制御電圧設定部1からの信
号と、縦振動検出信号処理回路7からの信号と、ねじり
振動検出信号処理回路8からの信号を比較する。比較器
9は演算増幅器(以下オペアンプと言う)および周辺素
子により構成される。
The comparator 9 compares the signal from the speed control voltage setting unit 1, the signal from the longitudinal vibration detection signal processing circuit 7, and the signal from the torsional vibration detection signal processing circuit 8. The comparator 9 includes an operational amplifier (hereinafter, referred to as an operational amplifier) and peripheral elements.

【0037】図8は図7の縦振動検出信号処理回路7の
原理回路図であり、図9は図8における各部の波形を示
す。以下、図8および図9を使用してこの原理回路図の
動作を説明する。図9(a)は、端子T1−T2間に供
給される縦振動検出用圧電素子26からの出力電圧であ
る。この出力電圧の包絡線の変化が回転ムラに相当して
いる。図8において、P1点にはダイオードD1、D
2、コンデンサC1、C2により図9(b)に示す負の
2倍圧整流された脈流電圧が得られる。この信号をオペ
アンプA1および抵抗R1、R2、R3、コンデンサC
3により構成される疑似積分機能を持つ反転増幅器に供
給するとその出力P2には図9(c)のとおり図9
(b)の信号の平均値(図9(b)の信号のR2/R1
倍されかつ反転して平均した値)が得られる。さらに、
図9(b)の信号と図9(c)の信号をオペアンプA
2、抵抗R4、R5、R6、R7により構成される加算
器に供給すると、P3には図9(b)の信号と図9
(c)の信号の和が取られ反転された図9(d)に示す
信号が得られる。このようにして、図9(a)に示され
る縦振動検出用圧電素子26の出力電圧の周波信号にお
いて、回転ムラに相当する包絡線の変化、言い替えれば
隣合う周期間のピーク値の変動が抽出される。
FIG. 8 is a principle circuit diagram of the vertical vibration detection signal processing circuit 7 of FIG. 7, and FIG. 9 shows waveforms at various parts in FIG. The operation of the principle circuit diagram will be described below with reference to FIGS. FIG. 9A shows an output voltage from the longitudinal vibration detecting piezoelectric element 26 supplied between the terminals T1 and T2. The change in the envelope of the output voltage corresponds to the rotation unevenness. In FIG. 8, diodes D1 and D1 are located at point P1.
2. A negative double rectified pulsating voltage shown in FIG. 9B is obtained by the capacitors C1 and C2. This signal is supplied to an operational amplifier A1, resistors R1, R2, R3, and a capacitor C.
When the signal is supplied to an inverting amplifier having a pseudo-integral function constituted by the signal P3, the output P2 of the signal is output as shown in FIG.
The average value of the signal of FIG. 9B (R2 / R1 of the signal of FIG.
(Average value). further,
The signal of FIG. 9B and the signal of FIG.
2. When supplied to an adder composed of resistors R4, R5, R6, and R7, the signal of FIG.
The signal shown in FIG. 9D obtained by taking the sum of the signals in FIG. 9C and inverting the sum is obtained. In this way, in the frequency signal of the output voltage of the longitudinal vibration detecting piezoelectric element 26 shown in FIG. 9A, the change of the envelope corresponding to the rotation unevenness, in other words, the change of the peak value between the adjacent cycles is reduced. Is extracted.

【0038】図9(d)のX1部分のマイナス信号は、
図9(a)における振幅が小さい部分を示しており、図
9(a)の包絡線の平均値で示される回転速度より速度
が低下していることを示している。逆に、X2部分のプ
ラス信号は図9(a)における振幅が大きい部分を示し
ており、図9(a)の包絡線の平均値で示される回転速
度より速度が増加していることを示している。図9
(a)の包絡線の平均値で示される回転速度とは、設定
された回転速度に対応するものである。この包絡線の平
均値で示される回転速度と設定された回転速度とに誤差
が生じた場合は、前述したとおりねじり振動検出信号処
理回路8で検出され補正される。ねじり振動検出信号処
理回路8では、この包絡線の平均値すなわち回転速度の
平均値は、ねじり振動検出用圧電素子27の出力電圧の
平均値として測定される。
The minus signal in the X1 part of FIG.
9A shows a portion where the amplitude is small, and indicates that the rotation speed is lower than the rotation speed indicated by the average value of the envelope in FIG. 9A. Conversely, the plus signal in the X2 portion indicates a portion where the amplitude is large in FIG. 9A, and indicates that the speed is higher than the rotation speed indicated by the average value of the envelope in FIG. 9A. ing. FIG.
The rotation speed indicated by the average value of the envelope in (a) corresponds to the set rotation speed. If an error occurs between the rotation speed indicated by the average value of the envelope and the set rotation speed, the error is detected and corrected by the torsional vibration detection signal processing circuit 8 as described above. In the torsional vibration detection signal processing circuit 8, the average value of the envelope, that is, the average value of the rotation speed is measured as the average value of the output voltage of the piezoelectric element 27 for detecting the torsional vibration.

【0039】図8の回路により得られた図9(d)のよ
うな回転ムラ信号を図7の比較器9に入力すると、例え
ば図9(d)のX1部分の信号では電圧制御発振器3に
設定電圧よりも低い電圧が供給される。また、X2部分
の信号を入力すると電圧制御発振器3に設定電圧よりも
高い電圧が供給される。
When the rotation unevenness signal as shown in FIG. 9D obtained by the circuit of FIG. 8 is input to the comparator 9 of FIG. 7, for example, the signal of the X1 part of FIG. A voltage lower than the set voltage is supplied. When the signal of the X2 portion is input, a voltage higher than the set voltage is supplied to the voltage controlled oscillator 3.

【0040】図10(a)は、本実施の形態に使用して
いる電圧制御発振器3の特性を示す図である。図10
(a)に示すように、電圧制御発振器3は入力電圧に比
例して発振周波数が高くなる発振器である。このような
特性を持った電圧制御発振器3に、図9(d)に示され
る信号が入力されると、X1部分に対応する部分では入
力電圧が低下し出力周波数は低下する。X2部分に対応
する部分では入力電圧が上昇し出力周波数は上昇する。
もし、図10(a)に対して逆の特性を持った図10
(b)に示す特性を有する電圧制御発振器3を使用する
場合は、図9(d)の信号を反転させた信号を使用すれ
ばよい。
FIG. 10A is a diagram showing characteristics of the voltage controlled oscillator 3 used in the present embodiment. FIG.
As shown in (a), the voltage controlled oscillator 3 is an oscillator whose oscillation frequency increases in proportion to the input voltage. When the signal shown in FIG. 9D is input to the voltage controlled oscillator 3 having such a characteristic, the input voltage decreases in the portion corresponding to the X1 portion, and the output frequency decreases. In a portion corresponding to the portion X2, the input voltage increases and the output frequency increases.
If FIG. 10A having the opposite characteristic to FIG.
When using the voltage controlled oscillator 3 having the characteristic shown in FIG. 9B, a signal obtained by inverting the signal shown in FIG.

【0041】図11は、本回転型振動アクチュエータ1
0におけるねじり振動用圧電素子12および縦振動用圧
電素子13への駆動電圧の周波数fと、駆動面11cお
ける楕円運動の振幅aを示す図である。f0は共振周波
数であり、速度制御は右下がりの波形Y1の範囲で行わ
れる。駆動面11cの楕円運動の振幅が大きくなると、
1回の楕円運動で移動子21が運ばれる距離が大きくな
り移動子21の回転速度は上昇する。すなわち、周波数
fを下げることにより共振周波数f0に近づけ楕円振動
の振幅を大きくし回転速度を上げ、逆に周波数fを上げ
ることにより共振周波数f0から離れ楕円振動の振幅を
小さくし回転速度を下げている。
FIG. 11 shows the present rotary vibration actuator 1.
FIG. 9 is a diagram showing a frequency f of a driving voltage to the torsional vibration piezoelectric element 12 and the longitudinal vibration piezoelectric element 13 at 0, and an amplitude a of an elliptical motion on the driving surface 11c. f0 is the resonance frequency, and the speed control is performed in the range of the waveform Y1 falling to the right. When the amplitude of the elliptical motion of the driving surface 11c increases,
The distance over which the movable element 21 is carried by one elliptical movement increases, and the rotational speed of the movable element 21 increases. That is, by lowering the frequency f, it approaches the resonance frequency f0 to increase the amplitude of the elliptical vibration to increase the rotation speed, and conversely, by increasing the frequency f, it separates from the resonance frequency f0 to decrease the amplitude of the elliptical vibration and reduce the rotation speed. I have.

【0042】従って、速度が低下しているX1部分では
上述のとおり周波数が下がり共振周波数に近づくことに
なり、回転型振動アクチュエータ10の速度が上昇し回
転ムラの補正がなされる。逆に、速度が上昇しているX
2部分では周波数が上がり共振周波数から離れることに
なり、回転型振動アクチュエータ10の速度が低下し回
転ムラの補正がなされる。
Therefore, in the portion X1 where the speed is decreasing, the frequency decreases as described above and approaches the resonance frequency, so that the speed of the rotary vibration actuator 10 increases and the rotation unevenness is corrected. Conversely, the speed is increasing X
In the two portions, the frequency increases and departs from the resonance frequency, the speed of the rotary vibration actuator 10 decreases, and rotation unevenness is corrected.

【0043】上記の実施の形態では、ねじり振動検出信
号処理回路8を用いて(図7)、速度制御電圧設定部1
の出力電圧とねじり振動検出用圧電素子27の出力電圧
の差分を求めその差分をフィードバックして速度制御を
行う説明を行ったが、この速度制御のために使用する信
号はねじり振動検出用圧電素子27の出力電圧に限定す
る必要はない。例えば、図12に示すように、縦振動検
出信号速度制御処理回路101において縦振動検出用圧
電素子26からの出力電圧と速度制御電圧設定部1の出
力電圧との出力電圧の差分を求めるようにしても同様に
速度制御を行うことができる。
In the above-described embodiment, the speed control voltage setting section 1 uses the torsional vibration detection signal processing circuit 8 (FIG. 7).
A description has been given of the case where the difference between the output voltage of the torsion vibration detection piezoelectric element 27 and the output voltage of the torsion vibration detection piezoelectric element 27 is obtained and the difference is fed back to perform the speed control. It is not necessary to limit to 27 output voltages. For example, as shown in FIG. 12, the longitudinal vibration detection signal speed control processing circuit 101 calculates the difference between the output voltage of the longitudinal vibration detection piezoelectric element 26 and the output voltage of the speed control voltage setting unit 1. The speed control can be similarly performed.

【0044】−変形例− 図13は、図8の縦振動検出信号処理回路7の原理回路
図の変形例である。図14は図13における各部の波形
を示す。以下、図13および図14を使用してこの変形
例の回路図の動作を説明する。図14(a)は、図13
の端子T5−T6間に供給される縦振動検出用圧電素子
26からの出力電圧であり、図9(a)と同一である。
図14(b)はダイオードD11で半波整流されている
様子を示す図であり、この半波整流された信号がコンデ
ンサC11により高周波成分がカットされ、図14
(c)のように包絡線に相当する信号が取り出せる(P
11点)。図14(c)の信号はコンデンサC12によ
り直流成分がカットされ、端子T7−T8には図14
(d)に示す交流信号が得られる。この信号は、図14
(a)のプラス側の包絡線の変動分、すなわち隣合う周
期におけるピーク値の変動を表す信号であり、図8と同
様、抽出された回転ムラに相当する信号である。コンデ
ンサC11は、ねじり振動用圧電素子12および縦振動
用圧電素子13に印加する駆動電圧の周波数成分(例え
ば50KHz程度)をバイパスさせ、包絡線の脈動分を
バイパスさせない程度の値を有し、コンデンサC12は
コンデンサC11より大きな値を有する。ただし、この
回路の出力を受ける回路の入力インピーダンスによって
は、コンデンサC12はコンデンサC11より大きな値
を有するという条件は必要がなくなる場合もある。
Modification FIG. 13 is a modification of the principle circuit diagram of the vertical vibration detection signal processing circuit 7 of FIG. FIG. 14 shows waveforms at various points in FIG. Hereinafter, the operation of the circuit diagram of this modified example will be described with reference to FIGS. FIG. 14A shows the state shown in FIG.
The output voltage from the vertical vibration detecting piezoelectric element 26 supplied between the terminals T5 and T6 is the same as that shown in FIG.
FIG. 14B is a diagram showing a state where half-wave rectification is performed by the diode D11. The high-frequency component of the half-wave rectified signal is cut by the capacitor C11.
As shown in (c), a signal corresponding to the envelope can be extracted (P
11 points). The DC component of the signal of FIG. 14C is cut by the capacitor C12, and the signal of FIG.
An AC signal shown in (d) is obtained. This signal is
8A, a signal representing the variation of the envelope on the plus side, that is, a signal representing the variation of the peak value in the adjacent cycle, and is a signal corresponding to the extracted rotation unevenness, as in FIG. The capacitor C11 has such a value that the frequency component (for example, about 50 KHz) of the drive voltage applied to the torsional vibration piezoelectric element 12 and the longitudinal vibration piezoelectric element 13 is bypassed and the pulsation of the envelope is not bypassed. C12 has a larger value than capacitor C11. However, depending on the input impedance of the circuit receiving the output of this circuit, the condition that the capacitor C12 has a larger value than the capacitor C11 may not be necessary.

【0045】図13の回路は、一般にAMラジオなどに
おける振幅変調された信号を検波(復調)する回路と同
様のものである。従って、図7の縦振動検出信号処理回
路7は、図8の回路あるいは図13の回路に限定する必
要はなく、振幅変調された信号を検波(復調)して振幅
の変動分を取り出すことができる回路であればどのよう
なものでも図8の回路を置き換えることができる。
The circuit shown in FIG. 13 is generally the same as a circuit that detects (demodulates) an amplitude-modulated signal in an AM radio or the like. Therefore, the longitudinal vibration detection signal processing circuit 7 shown in FIG. 7 does not need to be limited to the circuit shown in FIG. 8 or the circuit shown in FIG. 13, and can detect (demodulate) an amplitude-modulated signal to extract a fluctuation in amplitude. Any circuit capable of replacing the circuit of FIG. 8 can be used.

【0046】以上のように、従来、静的な速度誤差の検
出にしか利用されていなかった縦振動検出用圧電素子2
6に、動的な速度誤差である回転ムラがあらわれるてい
ることが判明した。そこで、本実施の形態および変形例
では、縦振動検出用圧電素子26に現れている回転型振
動アクチュエータ10の移動子21の回転ムラ信号を縦
振動検出信号処理回路7で抽出し、その信号を電圧制御
発振器3の前段にフィードバックして回転ムラを補正し
ている。従って、回転ムラを検出するために新たに回転
軸にエンコーダ等を取り付ける必要がなく、回転型振動
アクチュエータの小型化、低コスト化が可能となる。な
お、検出された回転ムラ信号のフィードバックする位置
は上記実施の形態に限定される必要はない。電圧制御発
振器3がそのような信号を受ける制御端子を有していれ
ば電圧制御発振器3に直接入力するようにしてもよい。
As described above, the vertical vibration detecting piezoelectric element 2 conventionally used only for detecting a static speed error is used.
6, it was found that rotation unevenness, which is a dynamic speed error, appeared. Therefore, in the present embodiment and the modified example, the rotation unevenness signal of the moving element 21 of the rotary vibration actuator 10 appearing in the vertical vibration detection piezoelectric element 26 is extracted by the vertical vibration detection signal processing circuit 7, and the signal is extracted. Feedback is fed back to the preceding stage of the voltage controlled oscillator 3 to correct the rotation unevenness. Therefore, it is not necessary to newly attach an encoder or the like to the rotating shaft in order to detect the rotation unevenness, and the rotary vibration actuator can be reduced in size and cost. The position where the detected rotation unevenness signal is fed back need not be limited to the above embodiment. If the voltage controlled oscillator 3 has a control terminal for receiving such a signal, the signal may be directly input to the voltage controlled oscillator 3.

【0047】また、上記実施の形態では、ねじり振動、
縦振動による回転型振動アクチュエータについて説明を
したが、本発明の内容は、屈曲振動、縦振動による振動
アクチュエータにも適用することができる。
In the above embodiment, the torsional vibration,
Although the rotary type vibration actuator based on longitudinal vibration has been described, the contents of the present invention can be applied to a vibration actuator based on bending vibration and longitudinal vibration.

【0048】[0048]

【発明の効果】本発明は、次のような効果を奏する。請
求項1の発明は、検出用電気機械変換素子の出力に現れ
る速度ムラに対応する信号に基づき、相対運動部材の速
度ムラを防止するよう制御している。そのため、外付け
の速度検出器を必要とせず速度ムラを最小限に押さえる
とともに、振動アクチュエータの小型化、低コスト化を
可能としている。請求項4の発明は、回転型振動アクチ
ュエータの縦振動検出用電気機械変換素子の出力に現れ
る相対運動部材の回転ムラに対応する信号に基づき、相
対運動部材の回転ムラを防止するように制御している。
そのため、振動アクチュエータにおいて外付けの回転速
度検出器を必要とせず回転ムラを最小限に押さえるとと
もに、振動アクチュエータの小型化、低コスト化を可能
としている。請求項2、5の発明は、振動アクチュエー
タの共振周波数近辺で周波数を制御することにより相対
運動部材の速度あるいは回転速度が制御される場合にお
いて適用することが可能となる。請求項3、6の発明
は、検出用電気機械変換素子の出力の周波信号の隣合う
周期間に現れる包絡線の変動を検出して相対運動部材の
速度ムラあるいは回転ムラを防止しているので、短時間
に現れる速度ムラあるいは回転ムラを確実に防止するこ
とができる。
The present invention has the following effects. According to the first aspect of the invention, control is performed to prevent the speed unevenness of the relative motion member based on a signal corresponding to the speed unevenness appearing in the output of the detection electromechanical transducer. Therefore, an external speed detector is not required, and speed unevenness is minimized, and the size and cost of the vibration actuator can be reduced. According to a fourth aspect of the present invention, control is performed to prevent the rotation unevenness of the relative motion member based on a signal corresponding to the rotation unevenness of the relative motion member appearing in the output of the electromechanical transducer for detecting longitudinal vibration of the rotary vibration actuator. ing.
Therefore, the vibration actuator does not require an external rotation speed detector, thereby minimizing rotation unevenness, and enabling the vibration actuator to be reduced in size and cost. The invention according to claims 2 and 5 can be applied to the case where the speed or the rotation speed of the relative motion member is controlled by controlling the frequency near the resonance frequency of the vibration actuator. According to the third and sixth aspects of the present invention, the fluctuation of the envelope appearing between adjacent periods of the frequency signal output from the electromechanical transducer for detection is detected to prevent the speed unevenness or the rotation unevenness of the relative motion member. In addition, it is possible to reliably prevent speed or rotation unevenness appearing in a short time.

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

【図1】(A)は、本発明の実施の形態に用いた振動ア
クチュエータの構造を説明する断面図である。(B)
は、(A)のIIB線で切断した概略断面図である。
FIG. 1A is a cross-sectional view illustrating a structure of a vibration actuator used in an embodiment of the present invention. (B)
FIG. 2 is a schematic sectional view taken along line IIB of FIG.

【図2】(A)は、図2のIIIA−i線及びIIIA
−ii線で切断した概略断面図である。(B)は、弾性
体、ねじり振動用圧電素子、縦振動用圧電素子、ねじり
振動検出用圧電素子、縦振動検出用圧電素子及び電極板
の配置を示す側面図である。
FIG. 2 (A) is a cross-sectional view taken along line IIIA-i of FIG. 2 and IIIA.
It is the schematic sectional drawing cut | disconnected by the -ii line. (B) is a side view showing an arrangement of an elastic body, a torsional vibration piezoelectric element, a longitudinal vibration piezoelectric element, a torsional vibration detecting piezoelectric element, a longitudinal vibration detecting piezoelectric element, and an electrode plate.

【図3】弾性体、ねじり振動用圧電素子、縦振動用圧電
素子、ねじり振動検出用圧電素子、縦振動用圧電素子、
縦振動検出用圧電素子及び電極板の配置を示す分解図で
ある。
FIG. 3 is an elastic body, a piezoelectric element for torsional vibration, a piezoelectric element for longitudinal vibration, a piezoelectric element for detecting torsional vibration, a piezoelectric element for longitudinal vibration,
FIG. 3 is an exploded view showing an arrangement of a piezoelectric element for detecting longitudinal vibration and an electrode plate.

【図4】固定子に発生するねじり振動(T)と縦振動
(L)とを組み合わせて、駆動面に楕円運動を発生させ
ることを示す説明図である。
FIG. 4 is an explanatory diagram showing that elliptical motion is generated on a drive surface by combining torsional vibration (T) and longitudinal vibration (L) generated in a stator.

【図5】(a)は回転型振動アクチュエータの縦振動検
出用圧電素子の回転速度に対する出力特性を示す図であ
り、(b)はねじり振動検出用圧電素子の回転速度に対
する出力特性を示す図である。
5A is a diagram showing output characteristics of a rotary vibration actuator with respect to rotation speed of a longitudinal vibration detecting piezoelectric element, and FIG. 5B is a diagram showing output characteristics of a torsional vibration detecting piezoelectric device with respect to rotation speed. It is.

【図6】(a)は、回転型振動アクチュエータの1回転
あたりの縦振動検出用圧電素子のプラス側の電圧波形を
示す図であり、(b)は(a)の包絡線を示す図であ
る。
6A is a diagram illustrating a positive-side voltage waveform of the longitudinal vibration detecting piezoelectric element per rotation of the rotary vibration actuator, and FIG. 6B is a diagram illustrating an envelope of FIG. is there.

【図7】回転型振動アクチュエータを駆動する駆動装置
のブロック図である。
FIG. 7 is a block diagram of a driving device that drives the rotary vibration actuator.

【図8】縦振動検出信号処理回路の原理回路図である。FIG. 8 is a principle circuit diagram of a longitudinal vibration detection signal processing circuit.

【図9】図8における各部の波形を示す図である。FIG. 9 is a diagram showing waveforms at various parts in FIG.

【図10】電圧制御発振器の特性を示す図である。FIG. 10 is a diagram illustrating characteristics of a voltage controlled oscillator.

【図11】回転型振動アクチュエータの周波数特性を示
す図である。
FIG. 11 is a diagram illustrating frequency characteristics of a rotary vibration actuator.

【図12】回転型振動アクチュエータを駆動する駆動装
置の変形例を示すブロック図である。
FIG. 12 is a block diagram illustrating a modified example of a driving device that drives a rotary vibration actuator.

【図13】縦振動検出信号処理回路の原理回路図の変形
例を示す図である。
FIG. 13 is a diagram showing a modification of the principle circuit diagram of the longitudinal vibration detection signal processing circuit.

【図14】図13における各部の波形を示す図である。FIG. 14 is a diagram showing waveforms at various parts in FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 速度制御電圧設定部 2 増幅器 3 電圧制御発振器 4 移相回路 5、6 駆動用増幅器 7 縦振動検出信号処理回路 8 ねじり振動検出信号処理回路 9 演算器 10 振動アクチュエータ 11a、11b 弾性体 11c 駆動面 12、12a、12b ねじり振動用圧電素子(駆動用
電気機械変換素子) 13、13a、13b 縦振動用圧電素子(駆動用電気
機械変換素子) 14A、14B、14C、14D 大径部 14a、14b、14c、14d 小径部 15 電極板 17 締結部材 17a ボルト 17b ナット 18 固定子(振動子) 20 固定軸 21 移動子(相対運動部材) 23 歯車 24 加圧部材 26、26a、26b 縦振動検出用圧電素子(検出用
電気機械変換素子) 27、27a、27b ねじり振動検出用圧電素子 101 縦振動検出信号速度制御処理回路 R1〜R7、R11 抵抗 C1〜C3、C11、C12 コンデンサ D1、D2、D11 ダイオード T1〜T8 端子
Reference Signs List 1 speed control voltage setting unit 2 amplifier 3 voltage controlled oscillator 4 phase shift circuit 5, 6 drive amplifier 7 longitudinal vibration detection signal processing circuit 8 torsional vibration detection signal processing circuit 9 arithmetic unit 10 vibration actuator 11a, 11b elastic body 11c driving surface 12, 12a, 12b Piezoelectric element for torsional vibration (electromechanical transducer for driving) 13, 13a, 13b Piezoelectric element for longitudinal vibration (electromechanical transducer for driving) 14A, 14B, 14C, 14D Large diameter portion 14a, 14b, 14c, 14d Small diameter portion 15 Electrode plate 17 Fastening member 17a Bolt 17b Nut 18 Stator (vibrator) 20 Fixed shaft 21 Moving member (relative moving member) 23 Gear 24 Pressing member 26, 26a, 26b Piezoelectric element for detecting longitudinal vibration (Electro-mechanical transducer for detection) 27, 27a, 27b Piezoelectric element for torsional vibration detection 101 Longitudinal vibration Signal speed control processing circuit R1~R7 out, R11 resistor C1 to C3, C11, C12 capacitor D1, D2, D11 diode T1~T8 terminal

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】弾性体と、前記弾性体に接合されて該弾性
体に複数の振動を発生させる駆動用電気機械変換素子お
よび前記弾性体に接合されて該弾性体の振動状態を検出
する検出用電気機械変換素子とを有し、前記複数の振動
により駆動力を得る振動子と、前記振動子に加圧接触さ
れて前記駆動力により前記振動子との間で相対運動を行
なう相対運動部材とを備えた振動アクチュエータを駆動
する振動アクチュエータの駆動装置において、 前記相対運動が所定の速度となるように設定された周波
信号を前記駆動用電気機械変換素子に印加して前記弾性
体に前記駆動力の方向とほぼ平行な方向に振動する第1
の振動と前記第1の振動方向と交差する方向に振動する
第2振動とを発生させるとともに、前記検出用電気機械
変換素子の出力に基づいて前記相対運動の速度ムラを防
止するように前記周波信号を制御する制御装置を備える
ことを特徴とする振動アクチュエータの駆動装置。
An elastic body, a driving electromechanical transducer that is joined to the elastic body and generates a plurality of vibrations in the elastic body, and a detection device that is joined to the elastic body and detects a vibration state of the elastic body. A vibrator having an electromechanical transducer for use and obtaining a driving force by the plurality of vibrations, and a relative motion member which is in pressure contact with the vibrator and performs relative motion between the vibrator and the driving force. A driving device for a vibration actuator that drives a vibration actuator, comprising: applying a frequency signal set such that the relative movement is at a predetermined speed to the driving electromechanical transducer, and driving the elastic body by the driving device. Vibrating in a direction substantially parallel to the direction of force
And a second vibration that vibrates in a direction intersecting with the first vibration direction, and the frequency is controlled so as to prevent speed unevenness of the relative motion based on an output of the electromechanical transducer for detection. A driving device for a vibration actuator, comprising a control device for controlling a signal.
【請求項2】請求項1記載の振動アクチュエータの駆動
装置において、 前記相対運動の速度は、前記駆動用電気機械変換素子に
印加される前記周波信号の周波数を変えることで制御さ
れ、 前記制御装置は、前記検出用電気機械変換素子の出力に
基づいて前記周波信号の周波数を変更する周波数制御回
路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。
2. The driving device for a vibration actuator according to claim 1, wherein a speed of the relative movement is controlled by changing a frequency of the frequency signal applied to the driving electromechanical transducer. Comprises a frequency control circuit for changing the frequency of the frequency signal based on the output of the electromechanical transducer for detection.
【請求項3】請求項1または2記載の振動アクチュエー
タの駆動装置において、 前記検出用電気機械変換素子の出力は、前記駆動用電気
機械変換素子に印加される前記周波信号の有する周波数
に対応した周波数を有する周波信号であり、 前記制御装置は、前記検出用電気機械変換素子の出力の
周波信号の隣合う周期間に現れる包絡線の変動を検出
し、この検出した信号に基づいて前記相対運動の速度ム
ラを防止するよう前記駆動用電気機械変換素子に印加さ
れる前記周波信号を制御することを特徴とする振動アク
チュエータの駆動装置。
3. The driving device for a vibration actuator according to claim 1, wherein an output of the electromechanical transducer for detection corresponds to a frequency of the frequency signal applied to the electromechanical transducer for driving. A frequency signal having a frequency, wherein the control device detects a fluctuation of an envelope appearing between adjacent periods of the frequency signal of the output of the detection electromechanical transducer, and based on the detected signal, the relative motion. A driving device for the vibration actuator, wherein the frequency signal applied to the driving electromechanical transducer is controlled so as to prevent the speed unevenness.
【請求項4】長手方向と交差する駆動面を有する一対の
柱状の弾性体と、この弾性体間に配置され該弾性体に前
記長手方向に沿った軸線回りに振動するねじり振動を発
生させるねじり振動用電気機械変換素子と、前記弾性体
に接合されて該弾性体に前記長手方向に振動する縦振動
を発生させる縦振動用電気機械変換素子と、前記縦振動
の振動状態を検出する縦振動検出用電気機械変換素子
と、前記軸線回りに回転可能に前記振動子の駆動面に加
圧接触されて前記駆動力により回転駆動される相対運動
部材とを備えた振動アクチュエータを駆動する振動アク
チュエータの駆動装置において、 前記相対運動部材の回転速度が所定の速度となるように
設定された周波信号を前記縦振動用電気機械変換素子お
よび前記ねじり振動用電気機械変換素子に印加するとと
もに、前記縦振動検出用電気機械変換素子の出力に基づ
いて、前記相対運動部材の回転ムラをを防止するよう前
記周波信号を制御する制御装置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。
4. A pair of columnar elastic bodies having a driving surface intersecting with the longitudinal direction, and a torsion disposed between the elastic bodies and generating torsional vibrations of the elastic bodies oscillating around an axis along the longitudinal direction. An electromechanical transducer for vibration, an electromechanical transducer for longitudinal vibration joined to the elastic body to generate longitudinal vibration in the elastic body in the longitudinal direction, and longitudinal vibration for detecting a vibration state of the longitudinal vibration A vibration actuator for driving a vibration actuator comprising: a detection electromechanical conversion element; and a relative motion member rotatably driven around the axis by being brought into pressure contact with a driving surface of the vibrator and rotationally driven by the driving force. In the driving device, a frequency signal set such that a rotation speed of the relative motion member is a predetermined speed is transmitted to the electromechanical transducer for longitudinal vibration and the electromechanical transducer for torsional vibration. And a control device for controlling the frequency signal so as to prevent rotation unevenness of the relative motion member based on the output of the electromechanical transducer for detecting longitudinal vibration. apparatus.
【請求項5】請求項4記載の振動アクチュエータの駆動
装置において、 前記回転速度は、前記縦振動用電気機械変換素子および
前記ねじり振動用電気機械変換素子に印加される前記周
波信号の周波数を変えることで制御され、 前記制御装置は、前記縦振動検出用電気機械変換素子の
出力に基づいて前記周波信号の周波数を変更する周波数
制御回路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。
5. The driving device for a vibration actuator according to claim 4, wherein the rotation speed changes a frequency of the frequency signal applied to the electromechanical transducer for longitudinal vibration and the electromechanical transducer for torsional vibration. Wherein the control device has a frequency control circuit that changes the frequency of the frequency signal based on the output of the electromechanical transducer for detecting longitudinal vibration.
【請求項6】請求項4または5記載の振動アクチュエー
タの駆動装置において、 前記縦振動検出用電気機械変換素子の出力は、前記駆動
用電気機械変換素子に印加される前記周波信号の有する
周波数に対応した周波数を有する周波信号であり、 前記制御装置は、前記縦振動検出用電気機械変換素子の
出力の周波信号の隣合う周期間に現れる包絡線の変動を
検出し、この検出した信号に基づいて前記相対運動の回
転ムラを防止するよう前記縦振動用電気機械変換素子お
よび前記ねじり振動用電気機械変換素子に印加される前
記周波信号を制御することを特徴とする振動アクチュエ
ータの駆動装置。
6. The driving device for a vibration actuator according to claim 4, wherein an output of the electromechanical transducer for detecting longitudinal vibration has a frequency corresponding to a frequency of the frequency signal applied to the electromechanical transducer for driving. A frequency signal having a corresponding frequency, wherein the control device detects a fluctuation of an envelope appearing between adjacent periods of the frequency signal of the output of the electromechanical transducer for longitudinal vibration detection, based on the detected signal. A driving device for a vibration actuator, wherein the frequency signal applied to the electro-mechanical transducer for longitudinal vibration and the electro-mechanical transducer for torsional vibration is controlled so as to prevent uneven rotation of the relative motion.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017169416A (en) * 2016-03-18 2017-09-21 セイコーエプソン株式会社 Ultrasonic motor, robot, hand, and pump

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JP2017169416A (en) * 2016-03-18 2017-09-21 セイコーエプソン株式会社 Ultrasonic motor, robot, hand, and pump

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