JPH09215351A - Method and equipment for driving vibrating actuator - Google Patents
Method and equipment for driving vibrating actuatorInfo
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- JPH09215351A JPH09215351A JP8019053A JP1905396A JPH09215351A JP H09215351 A JPH09215351 A JP H09215351A JP 8019053 A JP8019053 A JP 8019053A JP 1905396 A JP1905396 A JP 1905396A JP H09215351 A JPH09215351 A JP H09215351A
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- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、弾性体を励振する
ことにより駆動力を得る振動アクチュエータの駆動方法
及び駆動装置に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a driving method and a driving device for a vibration actuator that obtains a driving force by exciting an elastic body.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来の振動アクチュエータとして、弾性
体に接合した電気機械変換素子に交流電圧を印加して、
その弾性体に縦振動と屈曲振動を調和的に発生させるこ
とにより、駆動力を得る超音波アクチュエータが開発さ
れており、「光ピックアップ移動を目的とした圧電リニ
ア・モータ」(富川義朗 他:第5回電磁力関連のダイ
ナミックシンポジウム講演論文集pp393〜398)
の中で、構成と負荷特性が述べられている。2. Description of the Related Art As a conventional vibration actuator, an AC voltage is applied to an electromechanical conversion element bonded to an elastic body,
An ultrasonic actuator has been developed that obtains driving force by generating longitudinal vibration and flexural vibration in the elastic body in a harmonic manner. "Piezoelectric linear motor for moving an optical pickup" (Yoshiro Tomikawa et al. Proc. Of the 5th Dynamic Symposium on Electromagnetic Force, pp. 393-398)
The configuration and load characteristics are described in.
【0003】この振動アクチュエータは、平板形状をし
ており、縦振動1次モードと屈曲振動4次モード(又は
8次モード)の共振周波数が非常に近い値となる形状に
設計されている。そして、電気機械変換素子に2つの共
振周波数に近い周波数の交流電圧を2相印加することに
より、弾性体に2つのモードが調和した振動を発生させ
る。この弾性体は、屈曲振動4次モードの腹となる部分
に突起部が設けられており、その突起部の先端が楕円運
動することにより、駆動力を得る。This vibration actuator has a flat plate shape and is designed in such a shape that the resonance frequencies of the longitudinal vibration first-order mode and the bending vibration fourth-order mode (or eighth-order mode) are very close to each other. Then, by applying two-phase AC voltages having frequencies close to the two resonance frequencies to the electromechanical conversion element, vibration in which the two modes are harmonized is generated in the elastic body. In this elastic body, a protrusion is provided at a portion serving as an antinode of the bending vibration fourth mode, and a driving force is obtained by the elliptical movement of the tip of the protrusion.
【0004】[0004]
【発明が解決しようとする課題】上述した従来の振動ア
クチュエータは、弾性体の大きさや電気機械変換素子を
貼付する位置などによって、楕円運動の発生する方向が
決定されてしまうので、1方向(1次元)にしか駆動で
きなかった。In the conventional vibration actuator described above, the direction in which the elliptical motion occurs is determined by the size of the elastic body, the position where the electromechanical conversion element is attached, and the like. It was possible to drive only to dimension.
【0005】この問題を解決するために、本出願人は、
縦振動と屈曲振動を合成することにより、相対運動部材
との間に2次元に相対運動を起こす振動アクチュエータ
を既に提案している(図1の構造参照)。弾性体1は、
表面に4枚の電気機械変換素子2a〜2dが、裏面に4
個の摺動部材3a〜3dがそれぞれ貼り付けられてい
る。To solve this problem, the applicant has
A vibration actuator that two-dimensionally performs relative motion with a relative motion member by combining longitudinal vibration and bending vibration has already been proposed (see the structure in FIG. 1). The elastic body 1 is
Four electromechanical conversion elements 2a to 2d on the front surface and four electromechanical conversion elements on the back surface
The individual sliding members 3a to 3d are attached respectively.
【0006】この振動アクチュエータは、電気機械変換
素子2aと2cを一体的に、電気機械変換素子2bと2
dを一体的にそれぞれグループ化して、2つのグループ
にπ/2位相の異なる電圧を印加することにより、X方
向に相対運動が発生する。また、電気機械変換素子2a
と2bを一体的に、電気機械変換素子2cと2dを一体
的にそれぞれグループ化して、2相の交流電圧を印加す
ることにより、Y方向に相対運動が発生する。In this vibration actuator, the electromechanical conversion elements 2a and 2c are integrally formed, and the electromechanical conversion elements 2b and 2c are integrated.
Relative motion is generated in the X direction by integrally grouping d and applying voltages having different π / 2 phases to the two groups. In addition, the electromechanical conversion element 2a
And 2b are integrally grouped, and the electromechanical conversion elements 2c and 2d are grouped integrally, and a two-phase AC voltage is applied, whereby relative motion is generated in the Y direction.
【0007】このような駆動方法は、X方向及びY方向
の駆動は容易であるが、その他の方向に駆動したい場合
に、例えば、図5の実線が示すように、X方向に3ステ
ップだけ移動させて、Y方向に2ステップだけ移動させ
ることを繰り返すというようなことを行わなければなら
ない。そのために、ダイレクトに所望の方向(図5の点
線)に移動するのに比較して、動作速度が劣るという問
題点があった。In such a driving method, driving in the X and Y directions is easy, but when it is desired to drive in other directions, for example, as shown by the solid line in FIG. Then, the movement of two steps in the Y direction must be repeated. Therefore, there is a problem that the operation speed is inferior as compared with the case of directly moving in a desired direction (dotted line in FIG. 5).
【0008】そこで、本発明は、任意の方向にダイレク
トに駆動できる振動アクチュエータの駆動方法及び駆動
装置を提供することを課題とする。Therefore, an object of the present invention is to provide a driving method and a driving device for a vibration actuator which can be driven directly in an arbitrary direction.
【0009】[0009]
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、請求項1の発明は、弾性体と、前記弾性体の所定位
置に設けられた電気機械変換素子とを含み、第1の周波
数をもつ交流電圧の入力に応答して、相対運動部材との
間に第1方向の相対運動を生じさせ、第2の周波数をも
つ交流電圧の入力に応答して、相対運動部材との間に第
2方向の相対運動を生じさせる振動アクチュエータの駆
動方法であって、前記第1の周波数を持つ交流電圧と前
記第2の周波数を持つ交流電圧を合成した交流電圧を前
記電気機械変換素子に印加することにより、相対運動部
材との間に前記第1の方向及び前記第2の方向と異なる
第3の方向に相対運動を発生することを特徴とする。請
求項2の発明は、請求項1に記載された振動アクチュエ
ータの駆動方法において、前記第1の周波数をもつ交流
電圧の入力に応答して第1振動モードと第2振動モード
とが発生し、これら両振動の合成により前記弾性体に生
じる楕円運動によって前記第1の方向に相対運動が生
じ、前記第2の周波数をもつ交流電圧の入力に応答して
第3振動モードと第4振動モードとが発生し、これら両
振動の合成により前記弾性体に生じる楕円運動によって
前記第2の方向に相対運動が生ずることを特徴とする請
求項3の発明は、請求項1に記載された振動アクチュエ
ータの駆動方法において、前記第1の周波数を持つ交流
電圧と前記第2の周波数を持つ交流電圧とを合成する比
率を変えることにより前記第3の方向を調整することを
特徴としている。請求項4の発明は、請求項1に記載さ
れた振動アクチュエータの駆動方法において、前記第1
モード振動と前記第3モード振動とが縦振動であり、前
記第2モード振動と前記第4モード振動とが屈曲振動で
あることを特徴とする。請求項5の発明は、請求項4に
記載された振動アクチュエータの駆動方法において、前
記第2モード振動と前記第4モード振動とのモードの次
数が異なることを特徴とする。請求項6の発明は、請求
項4に記載された振動アクチュエータの駆動方法におい
て、前記第1モード振動と前記第3モード振動とが1次
の縦振動であり、前記第2モード振動が4次の屈曲振動
であり、前記第4モード振動が6次の屈曲振動であるこ
とを特徴とする。請求項7の発明は、弾性体と、前記弾
性体の所定位置に設けられた電気機械変換素子とを含
み、第1の周波数をもつ交流電圧の入力に応答して、相
対運動部材との間に第1方向の相対運動を生じさせ、第
2の周波数をもつ交流電圧の入力に応答して、相対運動
部材との間に第2方向の相対運動を生じさせる振動アク
チュエータの駆動装置であって、前記第1の周波数を持
つ交流電圧を発生する第1の発振器と、前記第2の周波
数を持つ交流電圧を発生する第2の発振器と、駆動方向
を指示する駆動方向指示器と、前記第1の周波数を持つ
交流電圧と前記第2の周波数を持つ交流電圧とを、前記
駆動方向指示器の指示に基づいて比率を変えて合成し、
前記電気機械変換素子に印加する波形合成器とを備え、
相対運動部材との間に前記第1の方向及び前記第2の方
向と異なる第3の方向に相対運動を発生することを特徴
とする。In order to solve the above problems, the invention of claim 1 includes an elastic body and an electromechanical conversion element provided at a predetermined position of the elastic body, and has a first frequency. In response to the input of the AC voltage having a relative frequency with the relative motion member, and in response to the input of the AC voltage having the second frequency, with the relative motion member. A method of driving a vibration actuator that causes relative movement in a second direction, wherein an AC voltage obtained by combining an AC voltage having the first frequency and an AC voltage having the second frequency is applied to the electromechanical conversion element. By doing so, relative movement is generated between the relative movement member in a third direction different from the first direction and the second direction. According to a second aspect of the present invention, in the method for driving the vibration actuator according to the first aspect, a first vibration mode and a second vibration mode are generated in response to the input of the AC voltage having the first frequency, The elliptical motion generated in the elastic body by the combination of these two vibrations causes relative motion in the first direction, and the third vibration mode and the fourth vibration mode are generated in response to the input of the AC voltage having the second frequency. Is generated, and an elliptic motion is generated in the elastic body by combining these two vibrations, whereby relative motion is generated in the second direction. In the driving method, the third direction is adjusted by changing the ratio of combining the AC voltage having the first frequency and the AC voltage having the second frequency. According to a fourth aspect of the present invention, in the method of driving the vibration actuator according to the first aspect, the first
The mode vibration and the third mode vibration are longitudinal vibrations, and the second mode vibration and the fourth mode vibration are bending vibrations. According to a fifth aspect of the present invention, in the method of driving a vibration actuator according to the fourth aspect, the second mode vibration and the fourth mode vibration have different mode orders. According to a sixth aspect of the present invention, in the method for driving a vibration actuator according to the fourth aspect, the first mode vibration and the third mode vibration are first-order longitudinal vibrations, and the second mode vibration is a fourth-order vibration. And the fourth mode vibration is a sixth-order bending vibration. The invention according to claim 7 includes an elastic body and an electromechanical conversion element provided at a predetermined position of the elastic body, and in response to an input of an AC voltage having a first frequency, a relative motion member is provided. A drive device for a vibration actuator that causes relative motion in a first direction in the first direction and, in response to an input of an alternating voltage having a second frequency, causes a relative motion in a second direction with the relative motion member. A first oscillator for generating an alternating voltage having the first frequency, a second oscillator for generating an alternating voltage having the second frequency, a drive direction indicator for indicating a drive direction, the first oscillator An alternating voltage having a frequency of 1 and an alternating voltage having the second frequency are combined by changing the ratio based on the instruction of the drive direction indicator,
A waveform synthesizer for applying to the electromechanical conversion element,
It is characterized in that relative movement is generated between the relative movement member and a third direction different from the first direction and the second direction.
【0010】[0010]
【発明の実施の形態】以下、図面等を参照し、実施形態
をあげて、本発明を詳細に説明する。図1は、本発明が
適用される振動アクチュエータ本体の実施形態を三角法
で描いた図である。この実施形態の振動アクチュエータ
は、縦振動1次モードと屈曲振動4次又は6次の振動を
合成することにより、2次元に相対運動を起こす超音波
モータを例にしたものである。弾性体1は、表面に4枚
の電気機械変換素子2a〜2dが、裏面に4個の摺動部
材3a〜3dがそれぞれ貼り付けられている。弾性体1
の材質は、ステンレスやアルミニウム合金等の金属又は
プラスチック等が適している。この弾性体1は、厚さが
H,長辺方向の長さがWx,短辺方向の長さがWyとし
てある。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The present invention will be described in detail below with reference to the drawings and the like. FIG. 1 is a diagram in which an embodiment of a vibration actuator body to which the present invention is applied is drawn by trigonometry. The vibration actuator of this embodiment is an example of an ultrasonic motor that causes a two-dimensional relative motion by combining a longitudinal vibration first-order mode and a bending vibration fourth-order or sixth-order vibration. The elastic body 1 has four electromechanical conversion elements 2a to 2d on its front surface and four sliding members 3a to 3d on its back surface. Elastic body 1
A suitable material is a metal such as stainless steel or aluminum alloy, or plastic. The elastic body 1 has a thickness H, a length in the long side direction is Wx, and a length in the short side direction is Wy.
【0011】電気機械変換素子2a〜2dは、電気エネ
ルギーを機械的変位に変換するための素子であり、例え
ば、PZT等の圧電素子又はPMN等の電歪素子等が用
いられる。摺動部材3a〜3dは、四フッ化エチレン樹
脂(例えば、テフロン:デュポン社の商品名)や二硫化
モリブデン等を含有したプラスチック等が用いられる。The electromechanical conversion elements 2a to 2d are elements for converting electric energy into mechanical displacement, and for example, piezoelectric elements such as PZT or electrostrictive elements such as PMN are used. As the sliding members 3a to 3d, a plastic containing tetrafluoroethylene resin (for example, Teflon: a product name of DuPont), molybdenum disulfide, or the like is used.
【0012】この振動アクチュエータは、電気機械変換
素子2a〜2dに交流電圧を印加すると、弾性体1の摺
動部材3a〜3dを貼り付けた位置に楕円運動が発生
し、摺動部材3a〜3dは、不図示の相対運動部材に加
圧接触しているために、その相対運動部材との間に相対
運動を生じる。In this vibration actuator, when an AC voltage is applied to the electromechanical conversion elements 2a to 2d, an elliptic motion is generated at the positions of the elastic member 1 to which the sliding members 3a to 3d are attached, and the sliding members 3a to 3d. Is in pressure contact with a relative motion member (not shown), and therefore causes relative motion with the relative motion member.
【0013】図2は、本発明が適用される振動アクチュ
エータを、X方向とY方向にそれぞれ駆動する原理を説
明する図である。弾性体1の長辺の長さをWx ,厚さを
Hとすると、長辺方向の1次の縦振動の共振周波数fL1
X は、弾性体1の縦弾性係数をE,密度をρとしたとき
に、 fL1X =√(E/ρ)/(2・Wx ) となる。また、6次の屈曲振動の共振周波数fB6X は、
Aを定数とすると、 fB6X =[A・A・H・√(E/( 12・ρ))]/(
2・π・Wx ・Wx) A=20.420352 となる。FIG. 2 is a diagram for explaining the principle of driving the vibration actuator to which the present invention is applied in the X and Y directions, respectively. When the length of the long side of the elastic body 1 is Wx and the thickness thereof is H, the resonance frequency fL1 of the primary longitudinal vibration in the long side direction.
X is fL1X = √ (E / ρ) / (2 · Wx), where E is the longitudinal elastic coefficient of the elastic body 1 and ρ is the density. In addition, the resonance frequency fB6X of the 6th bending vibration is
If A is a constant, then fB6X = [A ・ A ・ H ・ √ (E / (12 ・ ρ))] / (
2 · π · Wx · Wx) A = 20.420352.
【0014】ここで、Wx とHの比を H/Wx =[2√(3)・π]/( A・A) とすると、 fL1X =fB6X =fx となり、1次の縦振動と6次の屈曲振動とが一致して縮
退することがわかる。従って、この周波数を入力するこ
とにより、この振動アクチュエータは、X方向(紙面の
左右方向)に駆動される。Here, if the ratio of Wx and H is H / Wx = [2√ (3) · π] / (A · A), then fL1X = fB6X = fx and the first-order longitudinal vibration and sixth-order vibration are obtained. It can be seen that the bending vibrations coincide with each other and degenerate. Therefore, by inputting this frequency, this vibration actuator is driven in the X direction (left and right direction on the paper surface).
【0015】一方、弾性体1の短辺の長さをWy ,厚さ
をHとすると、短辺方向の1次の縦振動の共振周波数f
L1Y は、弾性体1の縦弾性係数をE,密度をρとしたと
きに、 fL1Y =√(E/ρ)/(2・Wy ) となる。また、4次の屈曲振動の共振周波数fB4Y は、
Bを定数とすると、 fB4Y =[B・B・H・√(E/( 12・ρ))]/(
2・π・Wy ・Wy) B=14.137166 となる。On the other hand, when the length of the short side of the elastic body 1 is Wy and the thickness thereof is H, the resonance frequency f of the primary longitudinal vibration in the short side direction is f.
L1Y is fL1Y = √ (E / ρ) / (2 · Wy) where E is the longitudinal elastic coefficient of the elastic body 1 and ρ is the density. Also, the resonance frequency fB4Y of the fourth bending vibration is
If B is a constant, then fB4Y = [B ・ B ・ H ・ √ (E / (12 ・ ρ))] / (
2 · π · Wy · Wy) B = 14.137166.
【0016】ここで、Wy とHの比を H/Wy =( 2√( 3) ・π) /( B・B) とすると、 fL1Y =fB4Y =fy となり、1次の縦振動と4次の屈曲振動とが一致して縮
退することがわかる。従って、この周波数を入力するこ
とにより、この振動アクチュエータは、Y方向(紙面の
上下方向)に駆動される。Here, if the ratio of Wy and H is H / Wy = (2√ (3) · π) / (B · B), then fL1Y = fB4Y = fy It can be seen that the bending vibrations coincide with each other and degenerate. Therefore, by inputting this frequency, the vibration actuator is driven in the Y direction (vertical direction on the paper surface).
【0017】当然ながら、X方向に駆動するための入力
周波数fx と、Y方向に駆動するための入力周波数fy
とは異なるので、X方向の駆動とY方向の駆動とは干渉
しない。なお、電気機械変換素子2a〜2dや、摺動部
材3a〜3dの影響も考慮して、共振周波数を求める
と、より精度よく制御することができる。As a matter of course, the input frequency fx for driving in the X direction and the input frequency fy for driving in the Y direction
Therefore, the driving in the X direction and the driving in the Y direction do not interfere with each other. If the resonance frequency is obtained in consideration of the influences of the electromechanical conversion elements 2a to 2d and the sliding members 3a to 3d, more accurate control can be performed.
【0018】図3は、本発明が適用される振動アクチュ
エータの駆動装置の実施形態を示すブロック図である。
発振器11aは、振動アクチュエータの長辺方向の縦1
次振動と屈曲6次振動が同時に発生するような周波数を
発生し、発振器11bは、短辺方向の縦1次振動と屈曲
4次振動が同時に発生するような周波数を発生する発振
器である。なお、それらの振動の形状は、図2の通りで
ある。発振器11aの出力は、分岐して、一方は、波形
合成器13に直接接続され、他方は、移相器12aを介
して、所定の角度だけ位相を変化させてから、波形合成
器13に接続されている。発振器11bの出力は、分岐
して、一方は、波形合成器13に直接接続され、他方
は、移相器12bを介して、所定の角度だけ位相を変化
させてから、波形合成器13に接続されている。FIG. 3 is a block diagram showing an embodiment of a drive device for a vibration actuator to which the present invention is applied.
The oscillator 11a has a length of 1 in the long side direction of the vibration actuator.
The oscillator 11b is an oscillator that generates a frequency at which the secondary vibration and the bending sixth-order vibration simultaneously occur, and the oscillator 11b generates a frequency at which the longitudinal primary vibration in the short side direction and the bending fourth-order vibration simultaneously occur. The shapes of those vibrations are as shown in FIG. The output of the oscillator 11a is branched, one is directly connected to the waveform synthesizer 13, and the other is connected to the waveform synthesizer 13 after changing the phase by a predetermined angle via the phase shifter 12a. Has been done. The output of the oscillator 11b is branched, one is directly connected to the waveform synthesizer 13, and the other is connected to the waveform synthesizer 13 after changing the phase by a predetermined angle via the phase shifter 12b. Has been done.
【0019】駆動方向指示器14は、この振動アクチュ
エータの駆動方向を指示するためのものであり、その出
力は、位相器12a,12b及び波形合成器13に接続
されている。波形合成器13は、駆動方向指示器14の
命令により、入力I1〜I4に基づいて駆動波形を合成
するためのものであり、その出力O1〜O4は、それぞ
れ増幅器15a〜15dによって増幅された後に、電気
機械変換素子2a〜2dに接続されている。The drive direction indicator 14 is for indicating the drive direction of the vibration actuator, and its output is connected to the phase shifters 12a and 12b and the waveform synthesizer 13. The waveform synthesizer 13 is for synthesizing drive waveforms based on the inputs I1 to I4 in accordance with a command from the drive direction indicator 14, and its outputs O1 to O4 are amplified by amplifiers 15a to 15d, respectively. , And are connected to the electromechanical conversion elements 2a to 2d.
【0020】ここで、波形合成器13の入力I1〜I4
に入力される信号VI1〜VI4を VI1=sin(2π・fx ・t) VI2=cos(2π・fx ・t) VI3=sin(2π・fy ・t) VI4=cos(2π・fy ・t) とする。ここでは、以下の記述を簡略にするために、入
力信号の振幅は、規格化した値1とする。波形合成器1
3は、上記の4つの信号を任意の割合により合成して、
4つの出力信号をVO1〜VO4を作り出し、出力O1〜O
4に出力する。これらの信号は行列を用いて一般的に数
1のように表される。Here, inputs I1 to I4 of the waveform synthesizer 13 are inputted.
Signals VI1 to VI4 input to are VI1 = sin (2π · fx · t) VI2 = cos (2π · fx · t) VI3 = sin (2π · fy · t) VI4 = cos (2π · fy · t) To do. Here, in order to simplify the following description, the amplitude of the input signal is a standardized value 1. Waveform synthesizer 1
3 synthesizes the above four signals at an arbitrary ratio,
VO1 to VO4 are produced from four output signals, and outputs O1 to O
4 is output. These signals are generally expressed by the following equation 1 using a matrix.
【0021】[0021]
【数1】 [Equation 1]
【0022】(X)の(+)方向に振動アクチュエータ
を駆動するときには、駆動方向指示器14は、波形合成
器13に命令を送り、行列Aが数2のように設定され
る。When driving the vibration actuator in the (+) direction of (X), the drive direction indicator 14 sends a command to the waveform synthesizer 13, and the matrix A is set as shown in Equation 2.
【0023】[0023]
【数2】 [Equation 2]
【0024】このときに、出力信号VO1〜VO4は、具体
的には、 VO1=a・cos(2π・fx ・t) VO2=a・sin(2π・fx ・t) VO3=a・sin(2π・fx ・t) VO4=a・cos(2π・fx ・t) と書き表される。それらは、増幅器15a〜15dによ
って増幅されて、電気機械変換素子2a〜2dに入力さ
れる。これにより、振動アクチュエータには、長辺方向
の1次の縦振動と、6次の屈曲振動とが発生し、これら
の2種類の振動が縮退して、弾性体1の摺動部材3a〜
3dを貼り付けた位置に楕円運動が発生し、相対運動部
材との間に(X)の(+)方向に相対運動を生じる。At this time, the output signals VO1 to VO4 are, specifically, VO1 = a.cos (2.pi.fx.t) VO2 = a.sin (2.pi.fx.t) VO3 = a.sin (2.pi.).・ Fx ・ t) VO4 = a ・ cos (2π ・ fx ・ t) They are amplified by the amplifiers 15a to 15d and input to the electromechanical conversion elements 2a to 2d. As a result, primary longitudinal vibrations in the long side direction and sixth-order bending vibrations are generated in the vibration actuator, and these two types of vibrations are degenerated, and the sliding members 3a to 3a of the elastic body 1 to.
Elliptical motion occurs at the position where 3d is attached, and relative motion is generated between the relative motion member and the relative motion member in the (+) direction of (X).
【0025】また、(X)の(−)方向に振動アクチュ
エータを駆動するときには、駆動方向指示器14は、波
形合成器13に指示を与え、行列Aは、数3のように設
定される。When driving the vibration actuator in the (-) direction (X), the drive direction indicator 14 gives an instruction to the waveform synthesizer 13, and the matrix A is set as shown in the equation (3).
【0026】[0026]
【数3】 (Equation 3)
【0027】このときに、出力信号VO1〜VO4は、具体
的には、 VO1=a・sin(2π・fx ・t) VO2=a・cos(2π・fx ・t) VO3=a・cos(2π・fx ・t) VO4=a・sin(2π・fx ・t) となる。また、駆動方向切替器14が移相器12aに指
示を与え、移相角を−π/2に切り替え、行列Aは、数
2と同様とすると、同じ効果を得ることができる。At this time, the output signals VO1 to VO4 are, specifically, VO1 = a.sin (2.pi.fx.t) VO2 = a.cos (2.pi.fx.t) VO3 = a.cos (2.pi.・ Fx ・ t) VO4 = a ・ sin (2π ・ fx ・ t). Further, if the drive direction switching unit 14 gives an instruction to the phase shifter 12a to switch the phase shift angle to −π / 2 and the matrix A is the same as that of the equation 2, the same effect can be obtained.
【0028】次に、(Y)の(+)方向に振動アクチュ
エータを駆動するときには、駆動方向指示器14は、波
形合成器13に指示を与え、行列Aは、数4のように設
定される。Next, when driving the vibration actuator in the (+) direction of (Y), the drive direction indicator 14 gives an instruction to the waveform synthesizer 13, and the matrix A is set as shown in the equation (4). .
【0029】[0029]
【数4】 (Equation 4)
【0030】このときに、出力信号VO1〜VO4は、具体
的には、 VO1=a・sin(2π・fy ・t) VO2=a・sin(2π・fy ・t) VO3=a・cos(2π・fy ・t) VO4=a・cos(2π・fy ・t) となる。At this time, the output signals VO1 to VO4 are, concretely, VO1 = a.sin (2.pi.fy.t) VO2 = a.sin (2.pi.fy.t) VO3 = a.cos (2.pi.・ Fy ・ t) VO4 = a ・ cos (2π ・ fy ・ t)
【0031】それらは、増幅器15a〜15dによって
増幅されて電気機械変換素子2a〜2dに入力される。
これにより、振動アクチュエータには、短辺方向の1次
の縦振動と4次の屈曲振動とが発生し、これらの2種類
の振動が縮退して、弾性体1の摺動部材3a〜3dを貼
り付けた位置に楕円運動が発生し、相対運動部材との間
に(Y)の(+)方向に相対運動を生じる。These are amplified by the amplifiers 15a to 15d and input to the electromechanical conversion elements 2a to 2d.
As a result, primary longitudinal vibration and quaternary flexural vibration in the short side direction are generated in the vibration actuator, and these two types of vibration degenerate, causing the sliding members 3a to 3d of the elastic body 1 to move. Elliptical motion is generated at the position where it is attached, and relative motion is generated in the (+) direction of (Y) with the relative motion member.
【0032】さらに、(Y)の(−)方向に振動アクチ
ュエータを駆動するときには、駆動方向指示器14は、
波形合成器13に指示を与え、行列Aは、数5のように
設定される。Further, when the vibration actuator is driven in the (-) direction of (Y), the drive direction indicator 14 is
An instruction is given to the waveform synthesizer 13, and the matrix A is set as shown in Expression 5.
【0033】[0033]
【数5】 (Equation 5)
【0034】このときに、出力信号VO1〜VO4は、具体
的には、 VO1=a・cos(2π・fy ・t) VO2=a・cos(2π・fy ・t) VO3=a・sin(2π・fy ・t) VO4=a・sin(2π・fy ・t) となる。At this time, the output signals VO1 to VO4 are, specifically, VO1 = a.cos (2.pi.fy.t) VO2 = a.cos (2.pi.fy.t) VO3 = a.sin (2.pi.・ Fy ・ t) VO4 = a ・ sin (2π ・ fy ・ t).
【0035】また、駆動方向切替器14は、移相器12
bに指示を与え、移相角を−π/2に切り替え、行列A
を数4のままとしても駆動方向の反転が可能である。Further, the drive direction switching device 14 is the phase shifter 12
b, the phase shift angle is switched to −π / 2, and the matrix A
It is possible to invert the driving direction even if the equation (4) is maintained.
【0036】図4は、本発明が適用される振動アクチュ
エータを任意の方向に駆動するための波形を示す図であ
る。上述のとおり、X方向とY方向の駆動周波数は異な
るので、それら2つの周波数(図4のV1 及びV2 )を
適切な割合で含む信号(図4のV3 )が電気機械変換素
子に印加されれば、振動アクチュエータを任意の方向に
駆動することが可能である。すなわち、次式のようにな
る。 V3 =a・V1 +b・V2 =a・sin ( 2π・fx ・t+φx ) +b・sin ( 2π・fy ・t+φy ) FIG. 4 is a diagram showing waveforms for driving the vibration actuator to which the present invention is applied in arbitrary directions. As described above, since the driving frequencies in the X direction and the Y direction are different, a signal (V3 in FIG. 4) containing these two frequencies (V1 and V2 in FIG. 4) in an appropriate ratio is applied to the electromechanical conversion element. For example, it is possible to drive the vibration actuator in any direction. That is, the following equation is obtained. V3 = a ・ V1 + b ・ V2 = a ・ sin (2π ・ fx ・ t + φx) + b ・ sin (2π ・ fy ・ t + φy)
【0037】ここで、a及びbは駆動方向によって定ま
る定数、φx 及びφy は初期位相を示しており、0又は
π/2の値をとりうる。これらの定数a,b及び初期位
相φx ,φy は波形合成器13及び移相器12a,12
bによって決定される。2つの移相器12a,12bの
移相角を+π/2とし、行列Aを数6とする。Here, a and b are constants determined by the driving direction, φx and φy are initial phases, and can be 0 or π / 2. The constants a and b and the initial phases φx and φy are determined by the waveform synthesizer 13 and the phase shifters 12a and 12a.
b. The phase shift angle of the two phase shifters 12a and 12b is + π / 2, and the matrix A is Equation 6.
【0038】[0038]
【数6】 (Equation 6)
【0039】このときに、出力信号VO1〜VO4は、具体
的には、 VO1=a・cos(2π・fx ・t) +b・sin(2π・fy ・t) VO2=a・sin(2π・fx ・t) +b・sin(2π・fy ・t) VO3=a・sin(2π・fx ・t) +b・cos(2π・fy ・t) VO4=a・cos(2π・fx ・t) +b・cos(2π・fy ・t) となり、a,bを正の値とした場合に、振動アクチュエ
ータは、第1象限(x>0,y>0)の方向に進むこと
になる。At this time, the output signals VO1 to VO4 are, specifically, VO1 = a.cos (2.pi.fx.t) + b.sin (2.pi.fy.t) VO2 = a.sin (2.pi.fx)・ T) + b ・ sin (2π ・ fy ・ t) VO3 = a ・ sin (2π ・ fx ・ t) + b ・ cos (2π ・ fy ・ t) VO4 = a ・ cos (2π ・ fx ・ t) + b ・ cos (2π · fy · t), and when a and b are positive values, the vibration actuator advances in the first quadrant (x> 0, y> 0).
【0040】同様に、第2象限(x<0、y>0)に駆
動したいときは行列Aを数7とすればよい。Similarly, when it is desired to drive in the second quadrant (x <0, y> 0), the matrix A can be expressed by the equation 7.
【0041】[0041]
【数7】 (Equation 7)
【0042】第3象限,第4象限の方向への移動も、行
列Aの設定を適切にすることにより可能となる。また、
定数a及びbの大小関係をa≫bとした場合には、x軸
に近い方向、b≫aにした場合には、y軸に近い方向へ
の駆動が可能となる。Moving in the directions of the third and fourth quadrants is also possible by appropriately setting the matrix A. Also,
When the magnitude relationship between the constants a and b is a >> b, driving can be performed in the direction close to the x-axis, and when b >> a, driving can be performed in the direction close to the y-axis.
【0043】なお、駆動方向を180度反転するときに
は、行列Aの設定はそのままとし、移相器12a及び1
2bの移相角を+π/2から−π/2に切り替えるよう
にしてもよい。When the driving direction is inverted by 180 degrees, the setting of the matrix A is left as it is and the phase shifters 12a and 1a are set.
The phase shift angle of 2b may be switched from + π / 2 to −π / 2.
【0044】[0044]
【発明の効果】以上のように本発明によれば、第1交流
電圧の入力に応答して相対運動部材との間に第1方向の
相対運動を生じさせ、第2交流電圧の入力に応答して相
対運動部材との間に第2方向の相対運動を生じさせる振
動アクチュエータの駆動する場合に、2つの周波数の交
流電圧を重ねあわせるようにしたので、2次元の任意の
方向にアクチュエータを駆動することができる、という
効果がある。As described above, according to the present invention, in response to the input of the first AC voltage, relative movement in the first direction is generated between the relative movement member and the input of the second AC voltage. When driving the vibration actuator that causes relative movement in the second direction with the relative movement member, since the alternating voltage of two frequencies is superposed, the actuator is driven in any two-dimensional direction. There is an effect that can be done.
【図1】本発明が適用される振動アクチュエータ本体の
実施形態を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing an embodiment of a vibration actuator body to which the present invention is applied.
【図2】本発明が適用される振動アクチュエータをX方
向とY方向にそれぞれ駆動する原理を説明する図であ
る。FIG. 2 is a diagram illustrating a principle of driving a vibration actuator to which the present invention is applied in each of an X direction and a Y direction.
【図3】本発明が適用される振動アクチュエータの駆動
装置の実施形態を示すブロック図である。FIG. 3 is a block diagram showing an embodiment of a drive device for a vibration actuator to which the present invention is applied.
【図4】本発明が適用される振動アクチュエータの電気
機械変換素子に印加する波形を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a waveform applied to an electromechanical conversion element of a vibration actuator to which the present invention is applied.
【図5】2次元型振動アクチュエータの駆動方法を説明
する図である。FIG. 5 is a diagram illustrating a driving method of a two-dimensional vibration actuator.
1 弾性体 2 電気機械変換素子 3 摺動部材 11 発振器 12 移相器 13 波形合成器 14 駆動方向指示器 15 増幅器 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Elastic body 2 Electromechanical conversion element 3 Sliding member 11 Oscillator 12 Phase shifter 13 Waveform synthesizer 14 Drive direction indicator 15 Amplifier
Claims (7)
られた電気機械変換素子とを含み、 第1の周波数をもつ交流電圧の入力に応答して、相対運
動部材との間に第1方向の相対運動を生じさせ、 第2の周波数をもつ交流電圧の入力に応答して、相対運
動部材との間に第2方向の相対運動を生じさせる振動ア
クチュエータの駆動方法であって、 前記第1の周波数を持つ交流電圧と前記第2の周波数を
持つ交流電圧を合成した交流電圧を前記電気機械変換素
子に印加することにより、相対運動部材との間に前記第
1の方向及び前記第2の方向と異なる第3の方向に相対
運動を発生することを特徴とする振動アクチュエータの
駆動方法。1. An elastic body and an electromechanical conversion element provided at a predetermined position of the elastic body, wherein the elastic body and the electromechanical conversion element are arranged between the relative motion member and the relative movement member in response to an input of an AC voltage having a first frequency. A method of driving a vibration actuator, which causes relative movement in one direction and generates relative movement in a second direction between the relative movement member and the relative movement member in response to an input of an AC voltage having a second frequency. By applying an AC voltage that is a combination of an AC voltage having a first frequency and an AC voltage having the second frequency, to the electromechanical conversion element, the first direction and the A method of driving a vibration actuator, wherein relative movement is generated in a third direction different from the second direction.
タの駆動方法において、 前記第1の周波数をもつ交流電圧の入力に応答して第1
振動モードと第2振動モードとが発生し、これら両振動
の合成により前記弾性体に生じる楕円運動によって前記
第1の方向に相対運動が生じ、 前記第2の周波数をもつ交流電圧の入力に応答して第3
振動モードと第4振動モードとが発生し、これら両振動
の合成により前記弾性体に生じる楕円運動によって前記
第2の方向に相対運動が生ずることを特徴とする振動ア
クチュエータの駆動方法。2. The method for driving a vibration actuator according to claim 1, wherein the first actuator responds to an input of an AC voltage having the first frequency.
A vibration mode and a second vibration mode are generated, and an elliptic motion generated in the elastic body by combining these vibrations causes relative motion in the first direction, and responds to an input of an AC voltage having the second frequency. And then the third
A method of driving a vibration actuator, characterized in that a vibration mode and a fourth vibration mode are generated, and a relative motion is generated in the second direction by an elliptic motion generated in the elastic body by combining these both vibrations.
タの駆動方法において、 前記第1の周波数を持つ交流電圧と前記第2の周波数を
持つ交流電圧とを合成する比率を変えることにより前記
第3の方向を調整することを特徴とする振動アクチュエ
ータの駆動方法。3. The method of driving a vibration actuator according to claim 1, wherein the ratio of combining the AC voltage having the first frequency and the AC voltage having the second frequency is changed to change the third voltage. A method for driving a vibration actuator, which comprises adjusting the direction of the vibration.
タの駆動方法において、 前記第1モード振動と前記第3モード振動とが縦振動で
あり、前記第2モード振動と前記第4モード振動とが屈
曲振動であることを特徴とする振動アクチュエータの駆
動方法。4. The method of driving a vibration actuator according to claim 1, wherein the first mode vibration and the third mode vibration are longitudinal vibrations, and the second mode vibration and the fourth mode vibration are A method for driving a vibration actuator, which is bending vibration.
タの駆動方法において、 前記第2モード振動と前記第4モード振動とのモードの
次数が異なることを特徴とする振動アクチュエータの駆
動方法。5. The method for driving a vibration actuator according to claim 4, wherein the second mode vibration and the fourth mode vibration have different mode orders.
タの駆動方法において、 前記第1モード振動と前記第3モード振動とが1次の縦
振動であり、前記第2モード振動が4次の屈曲振動であ
り、前記第4モード振動が6次の屈曲振動であることを
特徴とする振動アクチュエータの駆動方法。6. The method of driving a vibration actuator according to claim 4, wherein the first mode vibration and the third mode vibration are first-order longitudinal vibrations, and the second mode vibration is a fourth-order bending. A method of driving a vibration actuator, wherein the fourth mode vibration is a bending vibration of a sixth order.
られた電気機械変換素子とを含み、 第1の周波数をもつ交流電圧の入力に応答して、相対運
動部材との間に第1方向の相対運動を生じさせ、 第2の周波数をもつ交流電圧の入力に応答して、相対運
動部材との間に第2方向の相対運動を生じさせる振動ア
クチュエータの駆動装置であって、 前記第1の周波数を持つ交流電圧を発生する第1の発振
器と、 前記第2の周波数を持つ交流電圧を発生する第2の発振
器と、 駆動方向を指示する駆動方向指示器と、 前記第1の周波数を持つ交流電圧と前記第2の周波数を
持つ交流電圧とを、前記駆動方向指示器の指示に基づい
て比率を変えて合成し、前記電気機械変換素子に印加す
る波形合成器とを備え、 相対運動部材との間に前記第1の方向及び前記第2の方
向と異なる第3の方向に相対運動を発生することを特徴
とする振動アクチュエータの駆動装置。7. An elastic body and an electromechanical conversion element provided at a predetermined position of the elastic body, wherein the elastic body and the electromechanical conversion element are provided between the relative motion member and the relative movement member in response to an input of an AC voltage having a first frequency. A drive device for a vibration actuator, which produces relative movement in one direction, and produces relative movement in a second direction between the relative movement member and the relative movement member in response to input of an AC voltage having a second frequency, A first oscillator for generating an alternating voltage having a first frequency; a second oscillator for generating an alternating voltage having the second frequency; a driving direction indicator for indicating a driving direction; A waveform synthesizer for synthesizing an alternating voltage having a frequency and an alternating voltage having the second frequency with different ratios based on an instruction from the drive direction indicator, and applying the resultant to the electromechanical conversion element, The first direction between the relative movement member Generating a relative motion in a third direction different from the fine said second direction driving apparatus of a vibration actuator according to claim.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP8019053A JPH09215351A (en) | 1996-02-05 | 1996-02-05 | Method and equipment for driving vibrating actuator |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP8019053A JPH09215351A (en) | 1996-02-05 | 1996-02-05 | Method and equipment for driving vibrating actuator |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH09215351A true JPH09215351A (en) | 1997-08-15 |
Family
ID=11988696
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP8019053A Pending JPH09215351A (en) | 1996-02-05 | 1996-02-05 | Method and equipment for driving vibrating actuator |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH09215351A (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2002058267A (en) * | 2000-08-11 | 2002-02-22 | Nikon Corp | Vibration actuator |
JP2012143150A (en) * | 2006-01-17 | 2012-07-26 | Seiko Instruments Inc | Piezoelectric actuator and electronic apparatus using the same |
-
1996
- 1996-02-05 JP JP8019053A patent/JPH09215351A/en active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2002058267A (en) * | 2000-08-11 | 2002-02-22 | Nikon Corp | Vibration actuator |
JP2012143150A (en) * | 2006-01-17 | 2012-07-26 | Seiko Instruments Inc | Piezoelectric actuator and electronic apparatus using the same |
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