KR101092819B1

KR101092819B1 - 구동장치

Info

Publication number: KR101092819B1
Application number: KR1020087022963A
Authority: KR
Inventors: 류이치 요시다; 히로히사 스에요시; 사토시 신케; 신이치 야마모토
Original assignee: 코니카 미놀타 옵토 인코포레이티드
Priority date: 2006-04-11
Filing date: 2007-04-10
Publication date: 2011-12-12
Also published as: US20090160372A1; EP2006995B1; CN101421912B; JP4957722B2; CN101421912A; JPWO2007119713A1; US8026688B2; EP2006995A4; WO2007119713A1; KR20080094844A; EP2006995A1

Abstract

불사용에 의한 이동체의 고착을 해소할 수 있는 구동장치를 제공하기 위해, 전기기계 변환소자의 신축에 의해 축 방향으로 왕복 이동하는 구동축과, 구동축에 마찰로 걸려지는 이동체와, 전기기계 변환소자에 구동 전압을 입력하는 구동회로를 가진 구동장치에서, 구동회로는, 전기기계 변환소자의 공진 주파수(fr)보다 작고, 또한 이동체의 이동속도가 최대로 되는 주파수(fd1)보다 작은 주파수(fd1')의 구동 동작 패턴 전압과, 구동 동작 패턴 전압의 주파수(fd1')보다 작고, 또한 이동체에 작용하는 추력이 최대로 되는 주파수(fd2) 근방의 주파수의 고착 해소 패턴 전압을 출력하는 것으로 한다.

Description

구동장치{DRIVE DEVICE}

본 발명은, 구동장치에 관한 것이다.

특허문헌 1에는, 전기기계 변환소자의 신축에 의해 구동축을 축방향으로 왕복이동시키고, 구동축에 마찰로 걸려지는 이동체를 구동축 상에서 미끄럼 이동시키는 구동장치에서, 이동체의 위치결정 외에, 구동축의 크리닝을 목적으로 해서, 이동체를 구동축의 전 길이에 걸쳐 이동시키는 셀프 메인트넌스를 실행하는 것이 개시되어 있다.

이와 같은 구동장치에서는, 구동축의 오염에 의한 구동력의 저하 뿐 아니라, 사용하지 않는 상태가 계속되면, 이동체의 구동축에 대한 마찰력이 일시적으로 증대하여 이동체를 이동시키기 어려워진다거나, 이동될 수가 없게 되거나 한다. 즉, 이동체가 구동축에 고착시키는 현상이 발생하는 경우가 있다.

특허문헌 1 : 일본국 특개 2004-15864호 공보

특허문헌 2 : 일본국 특개 2004-104919호 공보

(발명이 해결하고자 하는 과제)

이에, 본 발명은, 미사용에 의한 이동체의 고착을 해소할 수 있는 구동장치를 제공하는 것을 과제로 한다.

(과제를 해결하기 위한 수단)

상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명에 의한 구동장치는, 전기기계 변환소자의 신축에 의해 축 방향으로 왕복 이동하는 구동축과, 상기 구동축에 마찰로 걸려지는 이동체와, 상기 전기기계 변환소자에 구동 전압을 입력하는 구동회로를 갖고, 상기 구동회로는, 상기 전기기계 변환소자의 공진 주파수(fr)보다 작고, 또한 상기 이동체의 이동속도가 최대로 되는 주파수(fd1)보다 작은 주파수(fd1')의 구동 동작 패턴 전압과, 상기 구동 동작 패턴 전압의 주파수(fd1')보다 작고, 또한 상기 이동체에 작용하는 추력이 최대로 되는 주파수(fd2) 근방의 주파수의 고착 해소 패턴 전압을 출력하는 것으로 한다.

이와 같은 구성에 의하면, 이동체의 이동속도가 최대로 되는 주파수(fd1) 가 전기기계 변환소자의 공진 주파수(fr)보다 작고, 이동체에 작용하는 추력이 최대로 되는 주파수(fd2)가 이동체의 이동속도가 최대로 되는 주파수(fd1)보다 작다. 따라서, 이동체 이동속도가 빠른 주파수(fd1) 근방의 주파수의 구동 동작 패턴 전압에 의해, 전기기계 변환소자에의 입력량에 비례해서 효율적으로 이동체를 이동시킬 수가 있고, 또한 이동체에 작용하는 추력이 최대로 되는 주파수(fd2) 근방의 주파수의 고착 해소 패턴 전압에 의해, 이동체의 구동축에 대한 고착을 해소할 수가 있게 된다.

또, 본 발명의 구동장치에서, 상기 구동 동작 패턴 전압의 주파수(fd1')는, 상기 전기기계 변환소자의 공진 주파수(fr)의 0.75배 이상, 0.85배 이하 이어도 좋다.

이와 같은 구성에 의하면, 구동 동작 패턴 전압의 주파수를, 이동체의 이동속도가 최대로 되는 주파수에 가깝게, 또한 공진 주파수(fr)에 너무 가깝지 않도록 함으로써, 충분히 높은 구동속도를 얻으면서, 개체 차이에 의한 구동속도의 오차를 작게 할 수가 있게 된다.

또, 본 발명의 구동장치에서, 상기 고착 해소 패턴 전압의 출력 계속 시간은, l000msec 이하 이어도 좋다.

이동체가 고착된 경우, 통상적인 구동 동작 패턴 전압에서, 또 l000msec 연속해서 인가하면 고착을 대략 해소할 수가 있다. 따라서, 고착 해소 패턴 전압의 계속 시간을 l000msec를 넘어 인가하는 것은 낭비가 된다.

또, 본 발명의 구동장치에서, 상기 고착 해소 패턴 전압은, 상기 전기기계 변환소자를 완만하게 신장시키고 급하게 수축시키는 파형과, 상기 전기기계 변환소자를 급하게 신장시키고 완만하게 수축시키는 파형을 소정의 단위시간씩 교대로 반복해서 좋다.

이와 같은 구성에 의하면, 이동체에 대해 양방향으로 추력을 가할 수가 있어, 추력이 집중적으로 작용하는 위치를 이동할 수 있기 때문에 이동체의 고착을 해소하기 쉽다. 또, 이동체가 기계적 스트로크의 단부에 있을 때에도, 이동할 수 있는 방향으로도 추력이 작용해서 고착을 해소할 수가 있다.

또, 본 발명의 구동장치에서, 상기 단위시간은 l00msec 이하이어도 좋다.

이동체에 대해 양방향으로 균형있게 추력을 가할 수가 있어, 고착을 단시간에 해소할 수가 있다.

또, 본 발명의 구동장치에서, 상기 단위시간은, 상기 이동체의 고유 진동주기의 1/2 이어도 좋다.

이와 같은 구성에 의하면, 이동체의 고유 진동수에 맞춰 추력(推力)을 가함으로써 공진(共振)에 의해, 이동체의 이동을 포착해서, 고착을 용이하게 해소할 수가 있다.

또, 본 발명의 구동장치에서, 상기 고착 해소 패턴 전압은, 상기 구동 동작 패턴 전압과 파형이 달라도 좋다.

이와 같은 구성에 의하면, 구동 동작 패턴 전압보다도 추력이 높아지도록 한 파형의 고착 해소 패턴 전압을 인가함으로써, 효율적으로 이동체의 고착을 해소할 수가 있다.

또, 본 발명의 구동장치에서, 상기 고착 해소 패턴 전압은, 주파수가 상기 이동체에 작용하는 추력이 최대로 되는 주파수(fd2)를 중심으로 해서 ±3%의 범위에서 스윕(sweep)되어도 좋다.

이와 같은 구성에 의하면, 온도 등의 사용 환경에 의해, 전기기계 변환소자의 주파수 특성이 변화하여도, 고착 해소 패턴 전압을 소정의 범위에서 변화시키므로, 이동체에 최대 추력을 작용시킬 수가 있어, 효율적으로 고착을 해소할 수가 있다.

또, 본 발명의 구동장치에서, 상기 구동 동작 패턴 전압과 상기 고착 해소 패턴 전압은, 모두 구형파(矩形波)로서, 상기 고착 해소 패턴 전압은, 상기 구동 동작 패턴 전압과 듀티(duty) 비가 달라져도 좋다.

구형파로 구동하게 되는 형식의 구동장치에서는, 이동체의 속도를 최대로 하는 듀티 비와, 이동체의 추력을 최대로 하는 듀티 비가 다르기 때문에, 구동 동작 전압 패턴의 듀티 비를 이동체의 속도가 높아지도록 하고, 고착 해소 패턴 전압의 듀티 비를 추력이 높아지도록 함으로써, 구동 효율을 최적화하면서, 확실하게 고착을 해소할 수가 있다.

또, 본 발명의 구동장치에서, 상기 고착 해소 패턴 전압의 듀티 비는, 0.3 근방 또는 0.7 근방이어도 좋다.

이동체에 작용하는 추력은, 구동 방향에 따라, 듀티 비가 약 0.3 또는 약 0.7 일 때에 최대로 되기 때문에, 고착 해소 패턴 전압의 듀티 비를 이 값의 근방에 설정함으로써 고착을 해소하기가 쉽게 된다.

또, 본 발명의 구동장치에서, 상기 구동 동작 패턴 전압의 주파수(fd1')와, 상기 이동체에 작용하는 추력이 최대로 되는 주파수(fd2)와의 차이가, 상기 이동체에 작용하는 추력이 최대로 되는 주파수(fd2)의 3% 이상 이어도 좋다.

이와 같은 구성에 의하면, 고착 해소 패턴 전압에 의해 이동체에 작용하는 추력을, 구동 동작 패턴 전압에 의해 이동체에 작용하는 추력보다 의미 있게 크게 설정할 수가 있어, 이동체의 고착을 해소하기가 쉽다.

또, 본 발명의 구동장치에서, 상기 고착 해소 패턴 전압은, 상기 이동체를 상기 구동축의 선단 방향으로 이동시키는 파형과, 상기 이동체를 상기 구동축의 근원 방향으로 이동시키는 파형을 교대로 반복하여도 좋다.

이와 같은 구성에 의하면, 이동체에 대해 양방향으로 추력을 가할 수가 있어, 추력이 집중적으로 작용하는 위치를 이동시킬 수 있기 때문에 이동체의 고착을 해소하기가 쉽다. 또, 이동체가 기계적 스트로크의 단부에 있을 때이더라도, 이동할 수 있는 방향으로도 추력이 작용해서 고착을 해소할 수가 있다.

또, 본 발명의 구동장치에서, 상기 고착 해소 패턴 전압은, 전원 투입시, 리셋 동작 시, 및 일정시간 상기 구동 동작 패턴 전압이 출력되지 않았을 때의 적어도 어느 한 때에 출력되어도 좋다.

이와 같은 구성에 의하면, 이동체가 이동하지 않는 상태가 계속되었을 때에, 고착 해소 패턴 전압을 인가하기 때문에, 구동 동작 패턴 전압의 입력량과, 이동체의 이동량에 차이가 나는 것을 방지할 수 있다.

(발명의 효과)

본 발명에 의하면, 고착 해소 패턴 전압을 인가해서, 이동체의 구동축에 대한 고착을 해소하기 때문에, 구동 동작 패턴 전압의 입력량에 비례해서 이동체가 이동하도록 할 수가 있다.

도 1은, 본 발명 구동장치의 개략도.

도 2는, 도 1의 구동장치의 구동 동작 패턴 전압 및 전기기계 변환소자의 변위의 파형을 나타낸 그래프.

도 3은, 도 1의 구동장치의 고착 해소 패턴 전압의 일람표.

도 4는, 도 1의 구동장치의 이동체 속도와 이동체 추력의 구동 전압의 주파수에 대한 특성을 나타낸 그래프.

도 5는, 도 1의 구동장치의 이동체 속도와 이동체 추력의 구동 전압의 듀티 비에 대한 특성을 나타낸 그래프.

(부호의 설명)

1 - - - 구동장치

3 - - - 전기기계 변환소자

4 - - - 구동축

5 - - - 이동체

6 - - - 구동회로

이하, 본 발명의 실시형태에 대해, 도면을 참조하면서 설명한다.

도 1은, 본 발명에 따른 구동장치(1)의 구성을 나타낸다. 구동장치(1)는, 추(錘; 2)와 추(2)에 일단이 고정된 전기기계 변환소자(예컨대 압전소자; 3)와, 전기기계 변환소자(3)의 다른 단부에 일단이 고정된 봉상(棒狀)의 구동축(4)과, 구동축(4)에 마찰로 걸려지는 이동체(5)와, 전기기계 변환소자(3)에 구동 전압을 인가 하는 구동회로(6)로 이루어지고, 이동체(5)는, 피구동체(7)를 지지하고 있다.

구동장치(1)에서, 전기기계 변환소자(3)는, 인가된 전압에 대응해서 화살표 A, B 방향으로 신축(伸縮)한다. 구동축(4)은, 전기기계 변환소자(3)의 신축에 의해 축 방향(화살표 A, B 방향)으로 왕복 이동한다. 이동체(5)는, 구동축(4)이 완만하게 이동할 때는, 구동축(4)과 함께 이동하지만, 구동축(4)이 급하게 이동할 때는, 자신의 관성력으로 그 장소에 머물려고 해서 구동축(4)에 대해 미끄럼이동한다.

구동회로(6)는, 전기기계 변환소자(3)에 대해, 이동체(5)를 위치 결정하기 위한 구동 동작 패턴 전압 외에, 이동체(5)의 구동축(4)에 대한 고착을 해소하기 위한 고착 해소 패턴 전압을 출력하도록 되어 있다.

도 2는, 구동회로(6)가 출력하는 구동 동작 패턴 전압의 파형과, 구동 동작 패턴 전압에 대응하는 전기기계 변환소자(3)의 길이의 변화, 즉 구동축(4)의 축 방향의 위치를 나타낸다. 본 실시형태는, 전기기계 변환소자(3)에 구형파를 입력해서 구동축(4)의 톱니형상의 변위를 얻은 것으로, 구동축(4)이 고정된 상태에서의 전기기계 변환소자(3)의 구동 전압에 대한 변위의 전달 특성(주파수에 의한 이득과 위상의 변화)을 이용하는 것이다. 도 2(A)는, 이동체(5)를 화살표 A 방향으로 이동시키는 경우를 나타내고, 도 2(B)는, 이동체(5)를 화살표 B 방향으로 이동시키는 경우를 나타낸다.

도 1의 구성에서는, 통상, 이동체(5)의 이동속도가 최대로 되는 주파수(fd1)와, 이동체(5)에 작용하는 추력이 최대로 되는 주파수(fd2)가 대략 일치하지만, 본 실시형태의 구동장치(1)는, 특허문헌 2(일본국 특개 2004-104919호 공보)에 개시 된, 공진 주파수의 선택에 의해, 즉 추(2), 전기기계 변환소자(3) 및, 구동축(4)의 각각의 길이, 외경 및 중량의 선택에 의한 공진 주파수의 설정에 의해, 이동체(5)의 이동속도가 최대로 되는 주파수(fd1)를 이동체(5)에 작용하는 추력이 최대로 되는 주파수(fd2)와 다르게 되어 있다.

구체적으로는, 추(2)는, 텅스텐 재료를 직경 2mm, 길이 1mm의 원주상으로 형성되고, 전기기계 변환소자(3)는, PZT 입자 재료를 직경 1.2mm, 길이 3.3mm의 원주상으로 형성시키고, 구동축(4)은, 카본 재료를 직경 1mm, 길이 9.8mm의 원주상으로 형성시켜 이루어지도록 한다.

이와 같은 구성에서, 전기기계 변환소자(3)의 공진 주파수(fr)는, 168kHz 이고, 이동체(5)의 이동속도가 최대로 되는 주파수(fd1)는 143kHz이고, 이동체(5)에 작용하는 추력이 최대로 되는 주파수(fd2)는 118kHz 이다.

전기기계 변환소자(3)의 신장 속도와 수축 속도와의 사이에 차이를 지워 이동체(5)를 미끄럼이동시키기 위해 이상적인 구동 동작 패턴 전압의 구동 주파수(fd1)는, 전기기계 변환소자(3)의 공진 주파수(fr)의 0.8 ~ 0.9배이다. 그러나, 공진 주파수(fr)에 가까울수록 개체 차에 의한 불균형이 커지기 때문에, 구동장치(1)에서는, {평균치-3σ(표준편차)}의 값이 최대로 되도록, 공진 주파수(fr)의 0.75 ~ 0.8배의 구동 동작 주파수(fd1'; 예컨대 126kHz)에서 구동한다. 또, 구동 동작 패턴 전압의 듀티 비(Du1)는, 이동체(5)를 A 방향으로 미끄럼이동시킬 때는 0.34, 이동체(5)를 B 방향으로 미끄럼이동시킬 때는 0.66으로 설정된다.

도 3에, 구동장치(1)의 고착 해소 패턴 전압의 일람(一覽)을 예시한다. 구동 장치(1)에서, 전기기계 변환소자(3)에 장시간 구동 전압이 인가되지 않고, 이동체(5)가 구동축(4)의 같은 위치에 걸어 맞춰진 채로 시간이 경과하면, 이동체(5)의 구동축(4)에 대한 마찰력이 일시적으로 증대하여, 이동체(5)가 구동축(4)에 고착되는 경우가 있으나, 고착 해소 패턴 전압은, 이와 같은 이동체(5)의 고착을 해소하기 위해 출력되는 것이다.

고착 해소 패턴 전압은, 구동 동작 패턴 전압과 같은 전압(진폭)의 구형파 전압이지만, 도시된 것과 같이, 주파수 및 듀티 비가 다른 14종류의 전압을 계속해서 출력하는 것이다. 또, 구동 동작 패턴 전압의 출력 펄스 수는, 이동체(5)를 이동해야 할 거리에 비례한 수만큼 출력되는바, 고착 해소 패턴 전압의 출력 펄스 수는, 도 3에 도시된 것과 같이 미리 정해진 수만큼 출력된다.

구동 동작 패턴 전압의 각 단계의 구동 전압을 출력하기 위해 요하는 단위시간은, 모두 약 30msec로서, 일정하다. 또, 이 단위시간은, 도 1에서, 화살표 C로 나타낸 같은, 피구동체(7)를 포함한 이동체(5)의 구동축(4) 상에서의 진동의 고유 진동 주기의 1/2에 대략 일치하고 있다. 또, 전 14 단계를 출력하기 위해 요하는 계속 시간은, 420msec 이다.

고착 해소 패턴 전압에서, 각 홀수 단계는, 듀티 비가 0.30이고, 전기기계 변환소자(3)를 완만하게 신장시키고 나서 급하게 수축시킴으로써 이동체(5)를 화살표 A 방향으로 미끄럼이동시키는 파형(波形)이다. 한편, 각 짝수 단계는, 듀티 비가 0.70이고, 전기기계 변환소자(3)를 급하게 신장시키고 나서 완만하게 수축시켜줌으로써 이동체(5)를 화살표 B 방향으로 미끄럼이동시키는 파형이다.

고착 해소 패턴 전압의 주파수인 고착 해소 주파수(fd2)의 변화는, 단계 7, 8의 118.0kHz를 기준으로, ±3%의 범위에서 1% 씩 변화시키도록 스윕하도록 되어 있다.

또, 구동장치(1)에서, 구동회로(6)는, 전원 투입시, 리셋트 동작 시 및, 일정시간 구동 동작 패턴 전압을 출력하지 않았을 때, 자동적으로 고착 해소 패턴 전압을 출력하도록 되어 있고, 구동회로(6)가 고착 해소 패턴 전압을 출력한다면, 구동장치(1)는 계속해서 원점복귀 동작을 실행하도록 되어 있다.

다음에는, 고착 해소 패턴 전압을 인가함으로 인한 작용 효과를 설명한다.

도 4(A)에, 이동체(5)의 이동속도와 인가하는 구형파 구동 전압의 주파수와의 관계를 나타내고, 도 4(B)에, 이동체(5)에 작용하는 추력과 인가하는 구형파 구동 전압의 주파수와의 관계를 나타낸다. 단, 도면은, 환경온도 20℃에서 측정한 것이다.

이동체(5)의 이동속도는, 구동 동작 패턴 전압을 연속해서 인가했을 때의, 이동체(5)의 위치의 변화를, 0.5초 간격으로, 레이저 측장기(測長器)에 의해 서브 미크론 단위로 측정해서 산출하였다.

또, 이동체(5)에 작용하는 추력은, 압축형 로드 셀을 이용해서 측정하였다.

앞에서 설명한 것과 같이, 구동 동작 주파수(fd1')는, 이동체(5)의 이동속도가 최대로 되는 주파수(fd1)보다 약간 낮은 주파수가 선택되고, 고착 해소 주파수(fd2)는, 구동 동작 주파수(fd1')보다 더 낮은 주파수가 선택되어 있다. 이 때문에, 고착 해소 패턴 전압에 의한 이동체(5)의 이동속도는, 구동 동작 패턴 전압에 의한 이동속도보다도 늦어지게 된다.

한편, 이동체(5)를 구동축(4)에 대해 미끄럼이동시키도록 작용하는 추력은, 일반적으로 이동체(5)의 이동량을 최대로 하는 주파수(fd1) 및, 구동 동작 주파수(fd1')보다도 낮은 주파수에서 최대로 된다. 따라서, 본 실시형태에서는, 이동체(5)에 작용하는 추력이 최대로 되는 주파수(fd2; 118kHz)를 고착 해소 주파수로 하고 있다.

이 때문에, 구동 동작 패턴 전압을 인가하여도 이동체(5)가 미끄럼이동 하지 않도록 된 고착 상태에서도, 전기기계 변환소자(3)에 고착 해소 패턴 전압을 인가하면 구동 동작 패턴 전압을 인가할 때보다 큰 추력이 이동체(5)에 작용하기 때문에 이동체(5)를 구동축(4)에 대해 미끄럼이동시킬 수가 있게 된다. 고착 상태로 있던 이동체(5)도, 한번 미끄럼이동을 하면, 통상적인 추력으로 미끄럼이동 하는 상태로 복귀한다. 이와 같이, 구동 동작 주파수(fd1')보다도 낮은 고착 해소 주파수(fd2)의 고착 해소 패턴 전압을 인가함으로써 이동체(5)의 고착 상태를 해소할 수 있는 가능성이 높다.

본 실시형태에서는, 고착 해소 주파수를 이동체(5)에 작용하는 추력이 최대로 되는 주파수(fd2)에 합치되어 있으나, 고착 해소 주파수는, 이동체(5)에 작용하는 추력이 최대로 되는 주파수(fd2) 근방의 주파수이어도 좋다.

또, 본 실시형태에서, 구동 동작 주파수(fd1')와 이동체(5)에 작용하는 추력이 최대로 되는 주파수(fd2)와의 차이는, 이동체(5)에 작용하는 추력이 최대로 되는 주파수(fd2)를 기준으로 해서 약 6.8% 이다. 이는, 고착 해소 주파수에서 이동 체(5)에 작용하는 추력이, 구동 동작 주파수(fd1')에서 이동체(5)에 작용하는 추력보다도 충분히 커지게 되는 것을 의미한다. 구동 동작 주파수(fd1')와 이동체(5)에 작용하는 추력이 최대로 되는 주파수(fd2)와의 차이가 3% 이상이라면, 고착 해소 패턴 전압의 작용을 구동 동작 패턴 전압과 비교해서 의미 있는 것으로 할 수가 있다.

또, 도 5(A)에, 이동체(5)의 이동속도와 인가하는 구형파 구동 전압의 듀티 비와의 관계를 나타내고, 도 5(B)에, 이동체(5)에 작용하는 추력과 인가하는 구형파 구동 전압의 듀티 비와의 관계를(A 방향으로 작용하는 범위만) 나타낸다. 이동체(5)의 속도와 추력은, 듀티 비에 대해서도 다른 피크(peak)를 갖고 있고, 구동 동작 패턴 전압의 듀티 비(Du1)는, 이동체(5)의 이동속도를 될 수 있는 한 높일 수가 있을 만큼의 값(Du1=0.34)으로 설정되고, 고착 해소 패턴 전압의 듀티 비는, 이동체(5)에 작용하는 추력을 될 수 있을 만큼 높일 수가 있도록 한 값(Du2=0.30)으로 설정되어 있다.

이 듀티 비의 변화에 의해서도, 구동 동작 패턴 전압에서는 용이하게 이동하지 않도록 고착된 이동체(5)를 고착 해소 패턴 전압에 의해 이동시킬 수가 있다.

또, 구동장치(1)에서, 고착 해소 패턴 전압의 각 단계를 A 방향과 B 방향으로, 각각 이동체(5)의 고유 진동 주파수의 1/2에 대략 일치하는 단위시간씩, 교대로 되풀이하도록 되어 있기 때문에, 이동체(5)를 공진시켜, 작은 추력에서도 이동체가 미끄럼이동하기 쉽도록 되어 있다.

그리고, 고착 해소 패턴 전압은, 고착 해소 주파수(fd2)가 스윕되도록 되어 있으나, 이는, 도 4에 나타나 있는 것과 같은 그래프의 이동체(5)의 속도 및 추력의 주파수에 대한 특성이, 환경온도의 변화에 의해 쉬프트(횡축 방향으로 이동)하기 때문에, 환경온도에 관계없이 적어도 어느 단계에서 추력이 대략 피크로 되도록 하기 위해서이다. 환경온도가 기준으로 되는 20℃로부터 ±40℃의 범위에서 변화하면, 이동체(5)의 추력이 피크로 되는 주파수는 ±3% 정도 쉬프트하기 때문에, 본 실시형태에서는, 고착 해소 주파수(fd2)를 ±3%의 범위에서 스윕하도록 되어 있다.

이상과 같이, 본 실시형태의 구동장치(1)는, 이동체(5)의 구동축(4)에 대한 고착을 해소하기 위해 주파수, 듀티 비, 단위시간 등의 파라미터를 최적화한 고착 해소 패턴 전압을 전기기계 변환소자(3)에 인가하지만, 본 발명은, 반드시, 모든 파라미터를 최적화하는 것을 요구하는 것은 아니다.

예컨대, 고착 해소 패턴 전압에 의해 이동체(5)에 작용하는 추력이 A, B 어느 한 방향만으로 되지 않아도 좋다. 단, 이동체(5)와 구동축(4)과의 접촉면의 특정한 부위에만 추력이 집중해서 작용하지 않도록, A, B 양방향으로 추력을 작용시킴으로써 고착을 해소하기 쉽게 된다. 특히, 이동체(5)가 기계적인 스트로크의 어느 일단에 있을 때에, 전혀 기능하지 않을 염려가 있기 때문에, A, B 양방향으로 교대로 작용하도록 해 놓는 것이 바람직하다.

또, 단위시간은, 이동체(5)의 고유 진동 주파수에 무관계하게 결정해도 좋으나, 추력을 균형있게 작용시켜 빨리 고착을 해소하기 위해서는, 단위시간을 100msec 이하로 하는 것이 바람직하다.

또, 구동 동작 패턴 전압과 같은 파형의 전압을 연속해서 인가하여도, 이동 체(5)의 고착은 해소될 수 있고, 그 경우, 대개의 고착은 1000msec 정도에서 해소된다. 따라서, 통상적인 조건에서는, 고착 해소 패턴 전압의 계속 시간을 1000msec를 넘어 길게 설정하면, 기동 시간이 필요 이상으로 길어지게 되어 에너지 손실이 증가하기만 하기 때문에 바람직하지 않다.

또, 본 실시형태에서는, 고착 해소 주파수(fd2)를 스윕하기 때문에, 단위시간을 엄밀하게 일치시키기 위해서 출력펄스 수를 변화시키고 있으나, 가령, 펄스 수를 변화시키지 않아도, 단위시간의 불균일은 ±3% 정도이어서, 각 단계의 단위시간은 대체로 일정하다고 이해해야만 한다.

또, 본 실시형태는, 구형파 전압 구동에 의한 구동장치(1)이지만, 톱니형상 전압 구동에서도, 이동체 속도의 피크는 이동체 추력의 피크보다 높게 된다. 따라서, 톱니형상 전압 구동에 의한 구동장치에도 본 발명을 적용할 수가 있다.

Claims

전기기계 변환소자의 신축에 의해 축 방향으로 왕복 이동하는 구동축과, 상기 구동축에 마찰로 걸려지는 이동체와, 상기 전기기계 변환소자에 구동전압을 입력하는 구동회로를 갖고,

상기 구동회로는, 상기 전기기계 변환소자의 공진 주파수(fr)보다 작고, 또한 상기 이동체의 이동속도가 최대로 되는 주파수(fd1)보다 작은 주파수(fd1')의 구동 동작 패턴 전압과,

상기 구동 동작 패턴 전압의 주파수(fd1')보다 작고, 또한 상기 이동체에 작용하는 추력이 최대로 되는 주파수(fd2) 근방의 주파수의 고착 해소 패턴 전압을 출력하며,

상기 고착 해소 패턴 전압은, 상기 전기기계 변환소자를 완만하게 신장시키고 급하게 수축시키는 파형과, 상기 전기기계 변환소자를 급하게 신장시키고 완만하게 수축시키는 파형을 소정의 단위시간씩 교대로 되풀이하고,

상기 단위시간이, 상기 이동체의 고유 진동 주기의 1/2인 것을 특징으로 하는 구동장치.
제1항에 있어서, 상기 구동 동작 패턴 전압의 주파수(fd1')는, 상기 전기기계 변환소자의 공진 주파수(fr)의 0.75 배 이상, 0.85 배 이하인 것을 특징으로 하는 구동장치.
제1항에 있어서, 상기 고착 해소 패턴 전압의 출력 계속시간은, 1000msec 이하임을 특징으로 하는 구동장치.
삭제
제1항에 있어서, 상기 단위시간이, 100msec 이하인 것을 특징으로 하는 구동장치.
삭제
제1항에 있어서, 상기 고착 해소 패턴 전압이, 상기 구동 동작 패턴 전압과 파형이 다른 것을 특징으로 하는 구동장치.
제1항에 있어서, 상기 고착 해소 패턴 전압이, 주파수가 상기 이동체에 작용하는 추력이 최대로 되는 주파수(fd2)를 중심으로 해서 ±3%의 범위에서 스윕되는 것을 특징으로 하는 구동장치.
제1항에 있어서, 상기 구동 동작 패턴 전압과 상기 고착 해소 패턴 전압은, 모두 구형파로서,

상기 고착 해소 패턴 전압은, 상기 구동 동작 패턴 전압과 듀티 비가 다른 것을 특징으로 하는 구동장치.
제9항에 있어서, 상기 고착 해소 패턴 전압의 듀티 비는, 0.3 근방 또는 0.7 근방인 것을 특징으로 하는 구동장치.
제1항에 있어서, 상기 구동 동작 패턴 전압과 상기 고착 해소 패턴 전압은, 모두 구형파로서, 상기 구동 동작 패턴 전압의 주파수(fd1')는, 상기 전기기계 변환소자의 공진 주파수(fr)의 0.75배 이상, 0.85배 이하인 것을 특징으로 하는 구동장치.
제11항에 있어서, 상기 고착 해소 패턴 전압은, 상기 구동 동작 패턴 전압과 듀티 비가 다른 것을 특징으로 하는 구동장치.
제1항에 있어서, 상기 구동 동작 패턴 전압의 주파수(fd1')와, 상기 이동체에 작용하는 추력이 최대로 되는 주파수(fd2)와의 차이가, 상기 이동체에 작용하는 추력이 최대로 되는 주파수(fd2)의 3% 이상인 것을 특징으로 하는 기재된 구동장치.
제13항에 있어서, 상기 구동 동작 패턴 전압의 주파수(fd1')는, 상기 전기기계 변환소자의 공진 주파수(fr)의 0.75배 이상, 0.85 배 이하인 것을 특징으로 하는 구동장치.
제1항에 있어서, 상기 고착 해소 패턴 전압은, 상기 이동체를 상기 구동축의 선단 방향으로 이동시키는 파형과, 상기 이동체를 상기 구동축의 근원 방향으로 이동시키는 파형을 교대로 되풀이하는 것임을 특징으로 하는 구동장치.
제15항에 있어서, 상기 고착 해소 패턴 전압은, 상기 이동체를 상기 구동축의 선단 방향으로 이동시키는 파형과, 상기 이동체를 상기 구동축의 근원 방향으로 이동시키는 파형을, 각각 상기 이동체의 고유 진동 주파수의 1/2에 대략 일치하는 단위시간씩 교대로 되풀이하는 것임을 특징으로 하는 구동장치.
제15항에 있어서, 상기 고착 해소 패턴 전압은, 구형파로서, 듀티 비가 0.3 근방 또는 0.7 근방인 것을 특징으로 하는 구동장치.
제1항에 있어서, 상기 고착 해소 패턴 전압은, 전원 투입시, 리셋트 동작 시 및, 일정 시간 상기 구동 동작 패턴 전압이 출력되지 않았을 때의 적어도 어느 때에 출력하도록 된 것을 특징으로 하는 구동장치.