KR20060093044A

KR20060093044A - 구동장치 및 구동방법

Info

Publication number: KR20060093044A
Application number: KR1020060015122A
Authority: KR
Inventors: 도모유키 유아사; 야스히로 오카모토
Original assignee: 코니카 미놀타 옵토 인코포레이티드
Priority date: 2005-02-18
Filing date: 2006-02-16
Publication date: 2006-08-23
Also published as: CN1822486A; JP2006262685A; US7271522B2; KR100693322B1; CN1822486B; US20060186758A1

Abstract

본 발명은, 이동체의 기동시나 정지시에서의 소리의 발생을 저감할 수 있는 구동전압을 생성하는 구동회로를 갖춘 구동장치를 제공한다.

이를 위해 본 발명은, 전압이 인가되면 신장 및 수축하는 압전소자(4)와, 이동체(10)를 접동 가능하도록 지지하고, 압전소자(4)에 결합해서 압전소자(4)와 함께 변위하는 로드(5) 및, 압전소자(4)에 전압을 인가하는 구동회로를 갖추어 구성되되, 상기 구동회로로부터 압전소자(4)로, 제1전압(Ea)으로부터 최종 전압까지 계단모양으로 증가 또는 감소하는 적어도 3개의 값을 순서대로 순환하는 전압을 인가하고, 압전소자(4)에 전압이 인가되는 것에 따른 압전소자(4)의 신장과 수축의 속도를 다르게 함으로써 이동체(10)를 로드(5)에 대해 상대적으로 이동시키는 구동장치로서, 상기 제1전압(Ea)이 인가되는 시간이 변경 가능한 것을 특징으로 한다.

Description

구동장치 및 구동방법 {DRIVING DEVICE AND DRIVING METHOD}

도 1은 종래의 구동장치를 나타낸 분해 사시도 및 조립도.

도 2는 도 1의 구동장치에서의 구동원리를 설명하는 도면.

도 3은 도 1의 구동장치에서의 구동원리를 설명하는 도면.

도 4는 톱니모양의 구동전압을 생성하는 종래의 방법을 설명하는 도면.

도 5는 톱니모양의 구동전압을 생성하는 종래의 방법을 설명하는 도면.

도 6는 본 발명에서의 구동회로의 일례를 나타낸 회로도.

도 7은 도 6의 구동회로에 대한 제어신호 및 압전소자에 인가되는 전압을 나타낸 도면.

도 8은 도 6의 구동회로에 의해 압전소자에 인가되는 구동전압의 파형의 일례를 나타낸 도면.

도 9는 도 8의 구동전압이 인가된 경우의 로드의 변위를 나타낸 그래프.

도 10은 구동전압의 인가시간을 여러 가지로 변경한 경우의 추력의 변화를 나타낸 그래프.

도 11은 ta/T와 이동체의 속도와의 관계를 나타낸 그래프.

도 12는 이동체의 기동시 및 정지시에서의 이동체의 속도변화를 나타낸 그래프.

도 13은 변형예의 구동회로의 회로도.

도 14는 도 13의 구동회로에 대한 제어신호 및 압전소자에 인가되는 전압을 나타낸 도면.

< 부호의 설명 >

1 --- 대좌(base), 2, 3 --- 지지부

4 --- 압전소자(전기기계 변환소자), 5 --- 로드(지지부재)

10 --- 이동체, 11 --- 이동체본체

12 --- 캡(cap), 13 --- 압압 용수철

본 발명은, 구동장치에 관한 것으로, 더 자세하게는 압전소자(예를 들어 피에조(piezo)소자) 등의 전기기계 변환소자를 이용한 구동장치 및 구동방법에 관한 것이다. 본 발명의 구동장치는, 예를 들면 카메라, DVD 기기, MD 기기, 내시경 등에서의 광학부품의 구동기구나, 정밀 스테이지의 구동기구로서 적합하다.

전압의 인가에 의해 길이가 변화하는(신장 및 수축(이후, 신축이라고도 약기한다)하는) 압전소자 등의 전기기계 변환소자를 이용한 구동장치로서, 예를 들면 도 1a의 분해 사시도 및 도 1b의 조립 사시도에 나타낸 것이 알려져 있다(일본 특개평 11-98865호 공보 참조).

이 구동장치는, 대좌(base; 1)에 대해 이동체(10)를 상대적으로 이동시킬 수 가 있어, 예를 들어 카메라의 렌즈구동장치로서 사용할 수 있다. 즉, 이동체(10)를 렌즈 프레임(lens frame: 렌즈틀)과 연결하면, 이동체(10)와 함께 렌즈를 이동시킬 수가 있다.

압전소자(4)는, 다수의 압전판을 적층하여 구성되어 있고, 신축방향 일단(4a)이 대좌(1)에 고정됨과 더불어 타단(4b)이 로드(지지부재; 5)의 제1단(5a)에 고정된다. 로드(5)는 대좌(1)에 일체적으로 형성된 지지부(2 및 3)에 접동 가능하게 지지된다.

이동체(10)는, 본체(11)와 캡(cap; 12)에 의해 로드(5)를 사이에 끼워 넣음과 더불어, 압압 용수철(바이어싱부재(biasing member); 13)에 의해 본체(11) 및 캡(12)에 끼워 넣는 방향으로 바이어싱력(biasing force: 밀어붙이는 힘)을 줌으로써, 로드(5)의 주위에 마찰력으로 계합된다. 즉, 이동체(10)는 마찰력을 극복하는 힘이 걸리면 로드(5)에 대해 접동할 수 있도록, 로드(5)에 지지되어 있다.

압전소자(4)에는 도시하지 않은 전압제어회로가 접속되어 있다. 압전소자(4)에 대해, 톱니모양 파형을 갖는 소정의 구동전압을 인가하면, 압전소자(4)는 거의 같은 형상의 톱니모양 변위를 가지고 진동한다(도 2 참조). 그리고, 이에 따라 로드(5)도 톱니모양의 변위를 가지고 그 길이방향으로 진동한다. 즉, 도 2의 그래프는, 압전소자(4)의 진동변위를 나타냄과 더불어, 로드(5)의 진동변위를 나타내는 것이기도 하다.

구체적으로 설명하면, 제1의 파형(100)의 기간 A에서의 완만한 상승 경사부(101)에서는, 압전소자(4)는 비교적 천천히 신장하고, 로드(5)가 도 1b 중 화살표 (I)방향으로 천천히 이동한다. 다음에, 기간 B에 있어서, 압전소자(4)는 급속히 신축하여 초기 길이로 돌아가고(하강 경사부(102)로 나타낸 파형부분), 로드(5)가 급격하게 화살표(II)방향으로 이동한다.

이하 마찬가지의 이동이 반복되어, 결과로서 로드(5)는 I방향으로의 느린 이동(slow movement)과 II방향으로의 급격한 이동(rapid movement)을 반복해서 진동한다. 이와 같이 해서, 로드(5)는 도 2에 나타낸 바와 같은 완급이 붙은 톱니모양의 진동파형을 그리면서 진동한다.

여기서, 도 3에 나타낸 바와 같이, 로드(5)가 천천히 이동하는 경우에는 이동체(10)가 로드(5)와의 마찰력에 의해 로드(5)와 함께 이동하는 한편, 로드(5)가 급격하게 이동하는 경우에는 이동체(10)의 관성력이 로드와의 마찰력을 극복하고 그 자리에 멈추도록, 이동체(10)의 압압 용수철(13)의 용수철력(이동체(10)의 로드(5)에 대한 마찰력)이 조절되고 있다. 따라서, 로드(5)가 진동하는 동안에 이동체(10)는 대좌(1)에 대해 상대적으로 I방향으로 이동하게 된다.

이동체(10)를 도 1b 중 화살표(II)방향으로 이동시키는 경우에는, 압전소자(4) 및 로드(5)의 진동파형이 도 2에 나타낸 것과 역으로 되도록, 즉 급격한 상승부와 완만한 하강부를 가지는 파형으로 하면 좋다. 이동체(10)의 이동원리는 상기의 경우와 마찬가지이다.

상술한 바와 같이, 톱니모양의 파형을 갖는 구동전압을 압전소자에 인가하는 것이 필요하게 되는데, 그러한 구동전압을 생성하는 방법으로서는 다음에 설명하는 것이 알려져 있다.

≪파형발생기 및 증폭기를 사용하는 방법(도 4 참조)≫

파형발생기의 DA변환에 의해 8비트, 0∼5V의 톱니모양 파형을 생성하고, 이것을 전력증폭기(power amplifier)를 이용하여 0∼10V로 증폭한다(도 4a 참조). 이와 같이 해서, 0∼10V의 구동용의 톱니모양 파형을 얻는다.

도 4b는 이동체(10)를 도 3 중 I방향으로 계속 투입할 때의 구동전압 파형(스러스트(thrust) 파형)을, 도 4c는 그 역방향으로 구동할 때의 구동전압 파형(리턴(return) 파형)을 각각 나타내고 있다.

≪정전류회로 및 스위치회로를 사용하는 방법(도 5 참조)≫

도 5a에 나타낸 디지털회로에 있어서, A 및 D는 정전류회로를 구성하고, B 및 C는 스위치회로를 구성하고 있다. 이 디지털회로에 대해, 도 5b에 나타낸 신호를 a∼d단에 인가한다. 이에 따라, 정전류회로(A, D)와 스위치회로(B, C)를 교대로 동작시켜 0∼10V의 구동용의 톱니모양 파형을 얻을 수 있다.

도 4 및 도 5에서 설명한 방법은 모두 일본 특개평 9-191676호 공보에 개시된 것이다.

상술한 바와 같이, 종래는 톱니모양의 구동용 전압파형을 얻기 위해, 파형발생기와 증폭용 증폭기를 사용하거나, 혹은 정전류회로와 스위치수단을 사용할 필요가 있어, 구성이 복잡하여 비용증가로 이어지고 있었다.

따라서, 본 발명의 목적은 전기기계 변환소자를 이용하는 구동장치로서, 간단한 회로구성으로 톱니모양 파형의 구동전압을 생성할 수 있는 구동회로를 갖춘 구동장치를 제공하는 것이다.

또, 본 발명의 다른 목적은 전기기계 변환소자를 이용하는 구동장치로서, 이동체의 기동시나 정지시에서의 소리의 발생을 저감할 수 있는 구동전압을 생성하는 구동회로를 갖춘 구동장치를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 구동장치는,

전압이 인가되면 신장 및 수축하는 전기기계 변환소자와,

이동체를 접동 가능하도록 지지하고, 상기 전기기계 변환소자에 결합해서 상기 전기기계 변환소자와 함께 변위하는 지지부재 및,

상기 전기기계 변환소자에 전압을 인가하는 구동회로를 갖추어 구성되되,

상기 구동회로로부터 상기 전기기계 변환소자로, 제1전압으로부터 최종 전압까지 계단모양으로 증가 또는 감소하는 적어도 3개의 값을 순서대로 순환하는 전압을 반복해서 인가하고, 상기 전기기계 변환소자에 전압이 인가되는 것에 따른 상기 전기기계 변환소자의 신장과 수축의 속도를 다르게 함으로써 상기 이동체를 상기 지지부재에 대해 상대적으로 이동시키는 구동장치로서,

상기 제1전압이 인가되는 시간이 변경 가능한 것을 특징으로 하는 것이다.

또, 본 발명의 구동방법은,

전압이 인가되면 신장 및 수축하는 전기기계 변환소자와,

로드모양을 이루고서, 그 일단이 상기 전기기계 변환소자의 신축방향의 일단에 고정되어 이동체를 접동 가능하도록 지지하는 지지부재,

상기 이동체를 상기 지지부재에 대해 치우치게 하는 바이어싱부재 및,

4개의 스위칭소자를 갖추고서 상기 전기기계 변환소자에 전압을 인가하는 H브리지회로와, 상기 스위칭소자를 제어하는 제어회로를 포함한 구동회로를 갖춘 구동장치에서의 상기 이동체의 구동방법으로서,

상기 구동회로로부터 상기 전기기계 변환소자로, 제1전압으로부터 최종 전압까지 계단모양으로 증가 또는 감소하는 적어도 3개의 값을 순서대로 순환하는 전압을 인가하는 단계와,

상기 전기기계 변환소자에 전압이 인가되는 것에 따른 상기 전기기계 변환소자의 신장과 수축의 속도를 다르게 함으로써, 상기 이동체가 상기 지지부재와의 마찰력에 의해 상기 지지부재와 함께 이동하는 상태와, 상기 이동체가 상기 지지부재와의 마찰력을 극복하고 상기 지지부재를 따라 접동하는 상태를 반복하는 단계 및,

상기 이동체의 기동시 및/또는 정지시에 상기 제1전압이 인가되는 시간을 원활하게 변화시키는 단계를 구비하여 이루어진 것을 특징으로 하는 것이다.

(실시예)

이하, 본 발명의 실시예를 첨부도면을 참조해서 상세하게 설명한다.

≪회로구성(도 6, 도 7)≫

도 6은 본 발명의 구동장치에서의 압전소자에 전압을 인가하기 위한 구동회로의 구성을 나타내고 있다. 본 발명의 구동장치는, 기구 부분의 구성은 도 1a에 나타낸 바와 같은 종래예와 같지만, 구동회로의 구성이 종래와는 다르다.

즉, 도시의 실시예에 있어서는, 도 6의 구동회로를 이용해서 도 1a의 압전소 자(4)를 구동한다.

도 6에 있어서는, 4개의 스위치(Q1∼Q4)와 2개의 캐패시터(C1, C2) 및 압전소자로 H브리지회로를 구성하고 있다. 스위치(Q1, Q2)는 P채널형의 MOSFET로 구성되어 있고, 스위치(Q3, Q4)는 N채널형의 MOSFET로 구성되어 있다.

스위치(Q1)는 소스가 Vp단에 접속되고, 게이트가 제어회로의 Sc1단에 접속되어 있다.

스위치(Q2)는 소스가 Vp단에 접속되고, 게이트가 제어회로의 Sc2단에 접속되어 있다.

스위치(Q3)는 드레인이 스위치(Q1)의 드레인 측에 접속되고, 소스가 접지되어 있다. 또, 스위치(Q3)의 게이트는 제어회로의 Sc3단에 접속되어 있다.

스위치(Q4)는 드레인이 스위치(Q2)의 드레인 측에 접속되고, 소스가 접지되어 있다. 또, 스위치(Q4)의 게이트는 제어회로의 Sc4단에 접속되어 있다.

압전소자는, 일단이 스위치(Q1 및 Q3)의 각 드레인 사이에 접속되어 있고, 타단이 스위치(Q2 및 Q4)의 각 드레인 사이에 접속되어 있다.

또, 캐패시터(C1, C2)는 도시한 바와 같이 스위치(Q3, Q4)와 각각 병렬로 접속되어 있다. 양 캐패시터(C1, C2)는 모두 압전소자의 용량과 동일한 용량을 가진다.

도 6의 구동회로에 있어서, 제어회로로부터의 신호에 의해, 스위치(Q1∼Q4)의 게이트전압을 도 7의 (aㅡ1)에 나타낸 바와 같이 제어하면, 압전소자에 부하되는 4개의 구동전압(제1전압(Ea), 제2전압(Eb), 제3전압(Ec), 최종 전압(Ed))은, 도 7의 (b-1)에 나타낸 바와 같이 계단모양의 파형으로 된다. 도면으로부터 알 수 있는 바와 같이, ta∼td는 각각의 전압 인가시간을 나타내고 있고, ta∼td로 1사이클을 구성한다. 또, 제어회로는 Sc1 단자, Sc2 단자, Sc3 단자 및 Sc4 단자에 신호를 출력하는 타이밍을 바꿈으로써, 각 전압치(Ea, Eb, Ec, Ed)의 인가시간(ta, tb, tc, td)을 각각 변경할 수 있도록 되어 있다.

구간 ta에서는 스위치(Q2, Q3)가 온으로 되고, 스위치(Q1, Q4)가 오프로 된다. 한편, 구간 td에서는 스위치(Q1, Q4)가 온으로 되고, 스위치(Q2, Q3)가 오프로 된다. 따라서, 구간 ta 및 구간 td에서는, 압전소자에 부하되는 전압은 절대치가 동일하고 부호가 반대로 된다. Vp단에, 예를 들어 3볼트의 전압을 인가했을 경우, 압전소자에 인가되는 구동전압을 Ea=-3V로 하면, Ed=＋3V이다.

구간 tb에 있어서는, 스위치(Q1, Q2)가 모두 오프로 됨과 더불어 스위치(Q3, Q4)가 온으로 되어 압전소자의 양단이 단락하여 접지되므로, Eb=0이다.

또, 구간 tc에 있어서는, 스위치(Q1)만이 온으로 되어, 압전소자 및 2개의 캐패시터(C1, C2)의 용량이 동일하기 때문에, Ec=0.5Ed=＋1.5V로 된다.

따라서, ta∼td의 사이클을 반복함으로써, 도 7의 (b-1)에 나타낸 바와 같이 Ea, Eb, Ec, Ed의 4개의 전압치를 순서대로 순환하는 계단모양의 구동전압이 압전소자에 주기적으로 인가되게 된다. 이 경우, 구동전압에 있어서 제1전압(Ea)이 최소치로 된다.

도 7의 (a-2) 및 (b-2)는 상기와는 역방향으로 구동을 실행하는 경우의 각 게이트전압 및 그에 대응하는 구동전압을 나타내고 있다. 이 경우, 구동전압에 있 어서 제1전압(Ea)이 최대치로 된다.

≪구동파형(도 8, 도 9)≫

도 8은 도 7의 (a-1)에서의 인가시간을 ta=1.0T, tb=tc=td=0.5T로 했을 경우의 구동전압을 나타낸 그래프이다.

여기서, T는 도 1에 나타낸 기구 부분(전기기계 변환소자 및 로드)의 물리적인 시스템(system: 계)의 공진주기로서, 상기 기구 부분의 공진주파수 1/T을 예를 들어 150kHz로 하면, T=1/150000=6.66μsec로 된다. 즉, ta=1.0T=6.66μsec, tb=tc=td=0.5T=3.33μsec이다.

도 9는 도 8의 구동전압을 인가했을 경우의 로드의 변위를 나타내고 있다. 도 8의 계단모양의 파형에 거의 대응한 톱니모양의 로드 진동변위가 실현되고 있다.

이상으로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 실시예에 있어서는 각 구간 각각에 있어서는 단순한 일정치의 전압을 인가하고 있고, 그러한 일정 전압의 값을 순차로 변경하는 것만으로, 결과로서 톱니모양 파형의 로드 진동변위를 달성하고 있다.

본 발명에 있어서는, 압전소자에 대한 구동전압으로서 도 8에 나타낸 바와 같은 계단모양의 변동파형을 얻을 수 있으면 충분하기 때문에, 구체적인 회로구성이나 거기에 사용하는 스위칭소자는 도 6에 나타낸 것으로 한정되는 것은 아니다.

또, 도시의 예에서는, 4개의 전압치를 순서대로 순환하는 계단모양의 변동 파형으로 하고 있지만, 5개 이상의 전압치를 이용해도 상관없다. 다만, 간단한 회로구성으로 적정한 로드 진동변위를 얻을 수 있다고 하는 점에서, 4개의 전압치 또 는 후술하는 3개의 전압치를 이용하는 것이 바람직하다.

≪실험에 의한 추력의 측정≫

상기의 구동회로를 이용해서 구동했을 경우의 추력(推力)을, 인가시간의 조합을 여러 가지로 변경하면서 실험에 의해 측정했다. 측정 데이터는, 도 1 중의 이동체(10)의 추력을 로드 셀(load cell)로 측정해서 얻은 것이다.

도 10의 그래프는, tb, tc, td를 똑같이 일정하게 유지한 상태에서, ta만을 변화시켜 간 경우의 데이터를 나타내고 있다. 여기에서도 T=6.66μsec이다.

도 10에서는, tb/T = tc/T = td/T = 0.3, tb/T = tc/T = td/T = 0.5, 및 tb/T = tc/T = td/T = 0.7의 3개의 경우에 대해, 각각 ta를 변화시켜 측정을 실행하고 있다. 그래프로부터 다음과 같은 것을 알 수 있다.

ta/T는 1.0, 2.0 및 3.0의 부근에서 피크가 나타나고, 그 중에서도 ta/T=1.0일 때에 추력이 최대로 되고 있다. 이로부터, ta/T=1.0으로 구동했을 때에 이동체(10)의 이동속도가 가장 빨라진다고 생각된다. 한편, ta/T=0.5와 ta/T=1.5일 때는, 추력은 0 또는 0에 가까운 것으로 되고 있다. 이로부터, ta/T=0.5 또는 1.5로 구동했을 때에는, 이동체(10)는 이동하지 않거나, 또는 이동했다고 해도 그 속도는 느린 것으로 된다고 생각된다.

도 10에 관한 실험은 도 7의 (a-1) 및 (b-1)에 대응하는 구동방향(도 3 중 화살표(I)방향)으로 이동체(10)를 이동시켰을 경우에 대해 실행한 것이다. 그리고, ta는 4개의 전압치(작은 순서대로 Ea, Eb, Ec, Ed로 한다) 중 최소의 전압치인 제1전압(Ea)의 인가시간이다.

상기와는 역방향으로 이동체(10)를 이동시키는 경우에는, 톱니모양의 로드 진동파형을 좌우 역으로 할 뿐이기 때문에, 4개의 전압치를 큰 순서대로 Ea, Eb, Ec, Ed로 하고, 최대의 전압치인 제1전압(Ea)의 인가시간을 ta로 생각해도 마찬가지의 결과가 예측된다.

도 11은 상술한 바와 같은 ta/T와 이동체(10)의 이동속도의 관계를 개략적으로 그래프화한 것이다. 이 그래프에 나타낸 바와 같이, ta/T=1.0에서 이동체(10)의 이동속도가 가장 빨라지고, ta/T=0.5 또는 1.5에서 이동체(10)의 이동속도가 가장 느려진다.

도 1에 나타낸 구동장치에 있어서, 이동체(10)의 기동시부터 정지시까지 전부 가장 빠른 이동속도로 구동하려고 하면, 기동시와 정지시에 있어서 속도변화가 급격하게 되어 소리가 발생한다고 하는 문제가 있다. 그래서, 본 실시예의 구동장치에서는, 도 12a에 나타낸 바와 같이 이동체(10)의 기동시에는 속도를 제로로부터 가장 빠른 이동속도까지 서서히 증가시키고, 도 12b에 나타낸 바와 같이 이동체(10)의 정지시에는 속도를 가장 빠른 이동속도로부터 제로까지 서서히 감소시키도록 한다. 그를 위해, 구동회로는 이동체(10)의 기동시는 ta/T를 0.5로부터 1.0, 또는 1.5로부터 1.0으로 원활하게 변화시키고, 이동체(10)의 정지시에는 ta/T를 1.0으로부터 0.5, 또는 1.0으로부터 1.5로 원활하게 변화시킨다. 이러한 ta/T의 변화는, 상기 기구 부분의 시스템의 공진주기(T)가 일정하기 때문에, 구동회로의 제어회로의 Sc1 단자, Sc2 단자, Sc3 단자 및 Sc4 단자에 신호를 출력하는 타이밍을 바꾸는 것에 의해 제1전압(Ea)의 인가시간(ta)를 서서히 변경함으로써 달성할 수 있다.

이와 같이, 본 실시예의 구동회로에 있어서, 최대치 또는 최소치인 제1전압(Ea)이 인가되는 시간(ta)을 변경함으로써, 이동체(10)의 기동시나 정지시에 속도를 서서히 변화시킬 수가 있고, 이에 따라 이동체(10)의 기동시나 정지시에서의 소리의 발생을 저감할 수 있다.

제1전압 이외의 전압치를 인가하는 시간을 변화시켜도 이동체의 속도를 변경할 수 있지만, 제1전압(Ea)의 인가시간을 변화시킨 경우, 다른 전압의 인가시간을 변화시킨 경우와 비교해서 이동체(10)의 이동속도를 크게 변화시킬 수가 있다. 또, 전압치의 크기를 바꾸는 것으도 이동체(10)의 속도를 바꿀 수 있지만, 전압치의 크기를 바꾸려고 하면 구동회로의 구성이 복잡하게 되어 버린다. 따라서, 이동체(10)의 속도를 변경하는 방법으로서는, 제1전압의 인가시간을 변경하는 방법이 유리하다.

≪변형예≫

그런데, 상기 실시예에서는, 구동회로에 의해 4개의 전압치를 순서대로 순환해서 취하는 구동전압을 압전소자에 인가하는 구동장치에 대해 설명했지만, 본 발명은 도 13에 나타낸 구동회로에 의해 3개의 전압치를 순서대로 순환해서 취하는 구동전압을 압전소자에 인가하는 구동장치에도 적용 가능하다. 도 13에 나타낸 구동회로는, 상기 실시예의 도 6에 나타낸 구동회로와 비교하면, 2개의 캐패시터(C1, C2)가 생략되어 있는 바, 회로구성이 더욱 더 간단하게 되어 있다.

도 13의 구동회로에 있어서, 제어회로로부터의 신호에 의해, 스위치(Q1∼Q4) 의 게이트전압을 도 14의 (a-1)에 나타낸 바와 같이 제어하면, 압전소자에 부하되는 구동전압(제1전압(Ea), 제2전압(Eb), 최종전압(Ed))은 도 14의 (b-1)에 나타낸 바와 같이 계단모양의 파형으로 된다. 도면으로부터 알 수 있는 바와 같이, ta, tb, td는 각각의 전압 인가시간을 나타내고 있고, ta, tb, td로 1사이클을 구성한다. 또, 제어회로는 Sc1 단자, Sc2 단자, Sc3 단자 및 Sc4 단자에 신호를 출력하는 타이밍을 바꿈으로써, 각 전압치(Ea, Eb, Ed)의 인가시간(ta, tb, td)을 각각 변경할 수 있도록 되어 있다.

따라서, ta, tb, td의 사이클을 반복함으로써, 도 14의 (b-1)에 나타낸 바와 같이 Ea, Eb, Ed의 3개의 전압치를 순서대로 순환하는 계단모양의 구동전압이 압전소자에 주기적으로 인가되게 된다. 이 경우, 구동전압에 있어서 제1전압(Ea)이 최소치로 된다.

도 14의 (a-2) 및 (b-2)는 상기와는 역방향으로 구동을 실행하는 경우의 각 게이트전압 및 그에 대응하는 구동전압을 나타내고 있다. 이 경우, 구동전압에 있 어서 제1전압(Ea)이 최대치로 된다.

이러한 도 13의 구동회로에 있어서도, 이동체(10)의 기동시는 ta/T를 0.5로부터 1.0, 또는 1.5로부터 1.0으로 원활하게 변화시키고, 이동체(10)의 정지시에는 ta/T를 1.0으로부터 0.5, 또는 1.0으로부터 1.5로 원활하게 변화시킨다. 이러한 ta/T의 변화는, 상기 기구 부분의 스시템의 공진주기(T)가 일정하기 때문에, 구동회로의 제어회로의 Sc1 단자, Sc2 단자, Sc3 단자 및 Sc4 단자에 신호를 출력하는 타이밍을 바꾸는 것에 의해 전압치(Ea)의 인가시간(ta)을 서서히 변경함으로써 달성할 수 있다.

이와 같이, 도 13의 구동회로에 있어서도, 최대치 또는 최소치인 제1전압(Ea)이 인가되는 시간(ta)을 변경하는 것으로 이동체(10)의 이동속도를 변경함으로써, 이동체(10)의 기동시나 정지시를 느린 속도로 할 수가 있고, 이에 따라 이동체(10)의 기동시나 정지시에서의 소리의 발생을 저감할 수 있다.

ta/T를 0.5와 1.0 사이의 전구간, 또는 1.5와 1.0 사이의 전구간에서 변화시킴으로써 속도변화를 크게 할 수 있지만, 속도변화가 작아도 좋은 경우에는 0.5와 1.0 사이의 일부의 구간, 또는 1.5와 1.0 사이의 일부의 구간에서 ta/T를 변화시키도록 해도 상관없다. 예를 들면, ta/T를 0.6과 0.9 사이의 구간이나 1.4와 1.1 사이의 구간에서 변화시키도록 해도 상관없다.

또, 로드(5)가 천천히 이동하는 경우에는 이동체(10)가 로드(5)와 일체로 되어 이동하고, 로드(5)가 급격하게 이동하는 경우에는 이동체(10)가 그 자리에 머물도록 하면, 이동체(10)를 로드(5)에 대해 가장 효율적으로 상대 이동시킬 수가 있 지만, 본 발명은 그것으로는 한정되지 않는다. 즉, 로드(5)가 천천히 이동하는 경우에 이동체(10)가 로드(5)에 대해 약간 접동하거나, 로드(5)가 급격하게 이동하는 경우에 이동체(10)가 그 자리로부터 약간 이동했다고 해도, 로드(5)가 천천히 이동하는 경우와 급격하게 이동하는 경우에서 이동체(10)의 로드(5)에 대한 접동량이 다르면, 이동체(10)를 로드(5)에 대해 상대적으로 이동시킬 수가 있다.

이상 상세히 설명한 바와 같이 본 발명의 구동장치 및 구동방법에 있어서는, 구동회로는 계단모양으로 증가 또는 감소하는 적어도 3개의 값을 순서대로 순환하는 전압을 전기기계 변환소자에 인가하는 것이다. 그 때문에, 제어가 간단하고 회로구성을 단순화할 수 있으므로, 코스트 억제를 달성할 수 있다.

또, 제1전압이 인가되는 시간을 가변하는 것으로 이동체의 이동속도를 변경함으로써, 이동체의 기동시의 속도상승이나 정지시의 속도감소를 서서히 실행할 수가 있고, 이에 따라 이동체의 기동시나 정지시에서의 소리의 발생을 저감할 수 있다.

Claims

전압이 인가되면 신장 및 수축하는 전기기계 변환소자와,

이동체를 접동 가능하도록 지지하고, 상기 전기기계 변환소자에 결합해서 상기 전기기계 변환소자와 함께 변위하는 지지부재 및,

상기 전기기계 변환소자에 전압을 인가하는 구동회로를 갖추어 구성되되,

상기 구동회로로부터 상기 전기기계 변환소자로, 제1전압으로부터 최종 전압까지 계단모양으로 증가 또는 감소하는 적어도 3개의 값을 순서대로 순환하는 전압을 인가하고, 상기 전기기계 변환소자에 전압이 인가되는 것에 따른 상기 전기기계 변환소자의 신장과 수축의 속도를 다르게 함으로써 상기 이동체를 상기 지지부재에 대해 상대적으로 이동시키는 구동장치로서,

상기 제1전압이 인가되는 시간이 변경 가능한 것을 특징으로 하는 구동장치.
제1항에 있어서, 상기 구동회로는, 상기 이동체의 기동시에, 상기 이동체의 속도가 서서히 증가하도록, 상기 제1전압을 인가하는 시간을 원활하게 변화시키는 것을 특징으로 하는 구동장치.
제2항에 있어서, 상기 전기기계 변환소자와 상기 지지부재로 이루어진 시스 템의 공진주기를 T, 상기 제1전압을 인가하는 시간을 ta로 하면, 상기 이동체의 기동시는 ta/T를 0.5와 1.0 사이에서 증가, 또는 1.5와 1.0 사이에서 감소시키는 것을 특징으로 하는 구동장치.
제1항에 있어서, 상기 구동회로는, 상기 이동체의 정지시에, 상기 이동체의 속도가 서서히 감소하도록, 상기 제1전압을 인가하는 시간을 원활하게 변화시키는 것을 특징으로 하는 구동장치.
제4항에 있어서, 상기 전기기계 변환소자와 상기 지지부재로 이루어진 시스템의 공진주기를 T, 상기 제1전압을 인가하는 시간을 ta로 하면, 상기 이동체의 정지시는 ta/T를 1.0과 0.5 사이에서 감소, 또는 1.0과 1.5 사이에서 증가시키는 것을 특징으로 하는 구동장치.
제1항에 있어서, 상기 구동회로로부터 상기 전기기계 변환소자로 인가되는 전압이 3개의 값을 순서대로 순환하는 것을 특징으로 하는 구동장치.
제1항에 있어서, 상기 구동회로로부터 상기 전기기계 변환소자로 인가되는 전압이 4개의 값을 순서대로 순환하는 것을 특징으로 하는 구동장치.
제1항에 있어서, 상기 구동회로는, 4개의 스위칭소자를 갖춘 H브리지회로와, 각 스위칭소자에 온·오프를 위한 신호를 출력하는 제어회로를 포함하여 구성되되,

상기 구동회로는, 상기 제어회로가 각 스위칭소자에 신호를 출력하는 타이밍을 제어함으로써, 상기 제1전압을 인가하는 시간을 변화시키는 것을 특징으로 하는 구동장치.
제1항에 있어서, 상기 지지부재는, 상기 전기기계 변환소자의 신축방향의 일단에 고정되어 있는 것을 특징으로 하는 구동장치.
전압이 인가되면 신장 및 수축하는 전기기계 변환소자와,

로드모양을 이루고서, 그 일단이 상기 전기기계 변환소자의 신축방향의 일단에 고정되어 이동체를 접동 가능하도록 지지하는 지지부재,

상기 이동체를 상기 지지부재에 대해 치우치게 하는 바이어싱부재 및,

4개의 스위칭소자를 갖추고서 상기 전기기계 변환소자에 전압을 인가하는 H 브리지회로와, 이 H브리지회로로부터 상기 전기기계 변환소자로, 제1전압으로부터 최종 전압까지 계단모양으로 증가 또는 감소하는 적어도 3개의 값을 순서대로 순환하는 전압을 인가하도록, 상기 스위칭소자를 제어하는 제어회로를 포함한 구동회로를 갖추어 구성되되,

상기 전기기계 변환소자에 전압이 인가되는 것에 따른 상기 전기기계 변환소자의 신장과 수축의 속도를 다르게 함으로써, 상기 이동체가 상기 지지부재와의 마찰력에 의해 상기 지지부재와 함께 이동하는 상태와, 상기 이동체가 상기 지지부재와의 마찰력을 극복하고 상기 지지부재를 따라 접동하는 상태를 반복해서 상기 이동체를 상기 지지부재에 대해 상대적으로 이동시키는 구동장치로서,

상기 이동체의 기동시 및/또는 정지시에 상기 제1전압이 인가되는 시간을 원활하게 변화시키는 것을 특징으로 하는 구동장치.
제10항에 있어서, 상기 구동회로는, 상기 이동체의 기동시에, 상기 이동체의 속도가 서서히 증가하도록, 상기 제1전압을 인가하는 시간을 원활하게 변화시키는 것을 특징으로 하는 구동장치.
제10항에 있어서, 상기 구동회로는, 상기 이동체의 정지시에, 상기 이동체의 속도가 서서히 감소하도록, 상기 제1전압을 인가하는 시간을 원활하게 변화시키는 것을 특징으로 하는 구동장치.
제1항에 있어서, 상기 전기기계 변환소자가 전압의 인가에 의해 신장 및 수축할 때의 속도를 다르게 함으로써, 상기 이동체가 상기 지지부재를 따라 접동하는 양을 다르게 해서 상기 이동체를 상기 지지부재에 대해 상대적으로 이동시키는 것을 특징으로 하는 구동장치.
제1항에 있어서, 상기 전기기계 변환소자가 전압의 인가에 의해 신장 및 수축할 때의 속도를 다르게 함으로써, 상기 이동체가 상기 지지부재와의 마찰력에 의해 상기 지지부재와 함께 이동하는 상태와, 상기 이동체가 상기 지지부재와의 마찰력을 극복하고 상기 지지부재를 따라 접동하는 상태를 반복해서 상기 이동체를 상기 지지부재에 대해 상대적으로 이동시키는 것을 특징으로 하는 구동장치.
전압이 인가되면 신장 및 수축하는 전기기계 변환소자와,

로드모양을 이루고서, 그 일단이 상기 전기기계 변환소자의 신축방향의 일단에 고정되어 이동체를 접동 가능하도록 지지하는 지지부재,

상기 이동체를 상기 지지부재에 대해 치우치게 하는 바이어싱부재 및,

4개의 스위칭소자를 갖추고서 상기 전기기계 변환소자에 전압을 인가하는 H브리지회로와, 상기 스위칭소자를 제어하는 제어회로를 포함한 구동회로를 갖춘 구동장치에서의 상기 이동체의 구동방법으로서,

상기 구동회로로부터 상기 전기기계 변환소자로, 제1전압으로부터 최종 전압까지 계단모양으로 증가 또는 감소하는 적어도 3개의 값을 순서대로 순환하는 전압을 인가하는 단계와,

상기 전기기계 변환소자에 전압이 인가되는 것에 따른 상기 전기기계 변환소자의 신장과 수축의 속도를 다르게 함으로써, 상기 이동체가 상기 지지부재와의 마찰력에 의해 상기 지지부재와 함께 이동하는 상태와, 상기 이동체가 상기 지지부재와의 마찰력을 극복하고 상기 지지부재를 따라 접동하는 상태를 반복하는 단계 및,

상기 이동체의 기동시 및/또는 정지시에 상기 제1전압이 인가되는 시간을 원활하게 변화시키는 단계를 구비하여 이루어진 것을 특징으로 하는 구동방법.