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JP2002010656A - Vibration actuator - Google Patents

Vibration actuator

Info

Publication number
JP2002010656A
JP2002010656A JP2000188063A JP2000188063A JP2002010656A JP 2002010656 A JP2002010656 A JP 2002010656A JP 2000188063 A JP2000188063 A JP 2000188063A JP 2000188063 A JP2000188063 A JP 2000188063A JP 2002010656 A JP2002010656 A JP 2002010656A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
vibration
vibrator
driving
signal
input
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP2000188063A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Shunji Hoshino
俊二 星野
Tsunemi Gonda
常躬 権田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nikon Corp
Original Assignee
Nikon Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nikon Corp filed Critical Nikon Corp
Priority to JP2000188063A priority Critical patent/JP2002010656A/en
Publication of JP2002010656A publication Critical patent/JP2002010656A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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  • General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 自励振駆動により超音波アクチュエータを駆
動すると、直線移動方向の変更、さらには移動時の速度
制御を行うことが難しい。 【解決手段】 駆動方向へ振動する縦振動と、縦振動の
振動方向と直交する方向へ振動する屈曲振動とを励振す
るとともに、2つの振動検出領域25p、25p’を有
する振動子21と、振動検出領域25p、25p’から
それぞれ取り出した2つの信号に演算処理を行うことに
より縦振動に関する信号を生成し、生成したこの信号を
入力部に帰還させることによって、縦振動の共振周波数
と略同じ値の周波数を有する駆動信号を振動子21へ入
力する駆動装置30とを備える超音波アクチュエータ2
0である。
(57) [Summary] [Problem] When an ultrasonic actuator is driven by self-excited driving, it is difficult to change the direction of linear movement and further control the speed during movement. SOLUTION: A vibrator 21 having two vibration detection areas 25p and 25p 'while exciting a longitudinal vibration vibrating in a driving direction and a bending vibration vibrating in a direction orthogonal to the vibration direction of the longitudinal vibration; By performing arithmetic processing on the two signals extracted from the detection areas 25p and 25p ', respectively, a signal relating to the longitudinal vibration is generated, and the generated signal is fed back to the input unit, thereby obtaining a value substantially equal to the resonance frequency of the longitudinal vibration. Actuator 30 having a driving device 30 for inputting a driving signal having a frequency of
0.

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
タに関する。より具体的には、本発明は、いわゆる自励
振駆動により駆動される振動アクチュエータに関する。
[0001] The present invention relates to a vibration actuator. More specifically, the present invention relates to a vibration actuator driven by so-called self-excited drive.

【0002】[0002]

【従来の技術】図6は、振動子2を有する従来例である
超音波アクチュエータ1を示す斜視図である。また、図
7は、振動子2に発生した2つの振動波形の一例を示す
説明図である。
FIG. 6 is a perspective view showing a conventional ultrasonic actuator 1 having a vibrator 2. As shown in FIG. FIG. 7 is an explanatory diagram showing an example of two vibration waveforms generated in the vibrator 2.

【0003】図6及び図7に示すように、振動子2は、
弾性体3と、電気エネルギを機械エネルギに変換する電
気機械変換素子4(以下、「圧電体」を例にとって説明
する。)を有する。弾性体3は、共振先鋭度が大きな金
属材料により矩形平板状に形成される。弾性体3では、
発生する縦振動L1及び屈曲振動B4それぞれの固有振
動数が略一致するように各部寸法が設定される。弾性体
3の一方の平面には圧電体4が接着されて装着される。
圧電体4には、A相、B相の2相の駆動電圧がそれぞれ
印加される入力部4a、4bと、振動子2の振動状態を
モニタする検出部4pと、グランド部4gとの4領域が
連続して形成される。4領域4a、4b、4p、4gそ
れぞれの表面には、例えば銀電極5a、5b、5p、5
gが互いに離れて接着される。また、弾性体3の他方の
平面であって、振動子2の長手方向に関して、発生する
曲げ振動B4の4つの腹位置l1 〜l4 のうちの外側の
腹位置l1 、l4 には、突起状に二つの駆動力取出部3
a、3bが形成される。駆動力取出部3a、3bの底面
には、高分子材等の樹脂材や金属材料等を主成分とした
摺動材7a、7bが、例えばエポキシ樹脂系接着剤によ
り貼付される。これらの摺動材7a、7bを介して、適
当な加圧力で平板状の相対運動部材6を加圧接触させ
る。
As shown in FIGS. 6 and 7, the vibrator 2 comprises:
It has an elastic body 3 and an electromechanical transducer 4 for converting electric energy into mechanical energy (hereinafter, described by taking a “piezoelectric body” as an example). The elastic body 3 is formed in a rectangular flat plate shape from a metal material having a large resonance sharpness. In the elastic body 3,
The dimensions of each part are set such that the natural frequencies of the generated longitudinal vibration L1 and bending vibration B4 substantially match. The piezoelectric body 4 is attached and attached to one plane of the elastic body 3.
The piezoelectric body 4 has four areas, namely, input sections 4a and 4b to which two-phase drive voltages of A-phase and B-phase are applied, a detection section 4p for monitoring the vibration state of the vibrator 2, and a ground section 4g. Are continuously formed. For example, silver electrodes 5a, 5b, 5p, 5
g are glued apart from each other. Furthermore, a other plane of the elastic body 3, with respect to the longitudinal direction of the vibrator 2, on the outside of the loop position l 1, l 4 of the four loop position l 1 to l 4 bending vibration B4 generated , Two driving force take-out portions 3
a, 3b are formed. Sliding members 7a and 7b mainly composed of a resin material such as a polymer material, a metal material, or the like are attached to the bottom surfaces of the driving force extracting portions 3a and 3b, for example, with an epoxy resin adhesive. Through these sliding members 7a and 7b, the plate-shaped relative motion member 6 is brought into pressure contact with an appropriate pressing force.

【0004】この状態で、入力部4a、4bに弾性体3
に発生する縦振動L1及び屈曲振動B4それぞれの固有
振動数に略一致するとともに位相が(π/2)ずれた高
周波の駆動電圧VA 、VB をそれぞれ印加する。する
と、図7に示すように、弾性体3 には振動子2 の長手方
向へ振動する1次の縦振動L1と、振動子2の厚さ方向
へ振動する4次の屈曲振動B4とが励振される。弾性体
3に発生した縦振動L1と屈曲振動B4とは合成され、
駆動力取出部3a、3bそれぞれの底面に、楕円状に周
期的に変位する楕円運動が発生する。これにより、振動
子2は、摺動材7a、7bを介して加圧接触された相対
運動部材6との間で、振動子2の長手方向に関して直線
的な相対運動を行う。
In this state, the elastic members 3 are attached to the input portions 4a and 4b.
, And high-frequency driving voltages V A and V B whose phases are substantially equal to the natural frequencies of the longitudinal vibration L1 and the bending vibration B4 and whose phases are shifted by (π / 2), respectively. Then, as shown in FIG. 7, the elastic body 3 is excited by a first-order longitudinal vibration L1 vibrating in the longitudinal direction of the vibrator 2 and a fourth-order bending vibration B4 vibrating in the thickness direction of the vibrator 2. Is done. The longitudinal vibration L1 and the bending vibration B4 generated in the elastic body 3 are synthesized,
An elliptical motion that periodically displaces in an elliptical shape is generated on the bottom surface of each of the driving force extracting portions 3a and 3b. As a result, the vibrator 2 performs a linear relative motion in the longitudinal direction of the vibrator 2 between the vibrator 2 and the relative motion member 6 that is brought into pressure contact via the sliding members 7a and 7b.

【0005】ところで、このような超音波アクチュエー
タの一般的な駆動方法として、いわゆる他励振駆動が知
られている。この他励振駆動は、超音波アクチュエータ
を駆動することができる駆動周波数を有する駆動信号を
供給する電源(例えば外部発振器及び駆動増幅器)を用
いて、振動子をその機械的な共振周波数の近傍の駆動周
波数で強制的に振動をさせる駆動方法であり、各種の制
御性に優れている。しかし、この他励振駆動を行うには
駆動用の外部発振器及び駆動増幅器が必要になるととも
に、超音波アクチュエータの駆動周波数は温度に対して
敏感であるために適宜手段によって駆動周波数を補正す
る必要がある。このため、他励振駆動では、駆動装置に
要するコストが嵩む。
Incidentally, as a general driving method of such an ultrasonic actuator, so-called separately-excited driving is known. The other excitation drive uses a power supply (for example, an external oscillator and a drive amplifier) that supplies a drive signal having a drive frequency capable of driving the ultrasonic actuator, and drives the vibrator near its mechanical resonance frequency. This is a driving method that forcibly vibrates at a frequency, and is excellent in various controllability. However, in order to perform the other excitation driving, an external driving oscillator and a driving amplifier are required, and since the driving frequency of the ultrasonic actuator is sensitive to temperature, it is necessary to correct the driving frequency by appropriate means. is there. For this reason, the cost required for the drive device increases in the separate excitation drive.

【0006】このため、近年、超音波アクチュエータ
を、いわゆる自励振駆動により駆動することが検討され
ている。この自励振駆動は、駆動増幅器と超音波アクチ
ュエータとの間に一巡の閉ループを形成し、駆動増幅器
及び超音波アクチュエータそれぞれの共振特性を利用し
て正帰還をかけて発振器として機能させることによって
駆動動作させるものであり、例えば、振動子に振動検出
用電極を設けてこの振動検出用電極により得られる信号
を利用して正帰還ループを構成して動作させる振動帰還
型、あるいは超音波アクチュエータの共振特性をインダ
クティブ又はキャパシティブ素子として利用する例えば
ハートレイ型やコルピッツ型の発振器として正帰還をか
ける。この自励振駆動は、超音波アクチュエータの振動
子自体を発振素子の一部として利用するため、温度追尾
性が向上して超音波アクチュエータの個体差や環境温度
の影響を受け難くなるとともに、駆動装置のコストを低
減できる可能性が大きくなる等の各種の特徴を有する。
For this reason, in recent years, it has been studied to drive an ultrasonic actuator by so-called self-excited drive. In this self-excited drive, a drive operation is performed by forming a closed loop between the drive amplifier and the ultrasonic actuator and applying positive feedback using the resonance characteristics of the drive amplifier and the ultrasonic actuator to function as an oscillator. For example, the resonance characteristics of a vibration feedback type or an ultrasonic actuator in which a vibration detection electrode is provided on a vibrator and a positive feedback loop is formed using a signal obtained from the vibration detection electrode to operate. Is used as an inductive or capacitive element, for example, a positive feedback is applied as a Hartley type or Colpitts type oscillator. This self-excited drive uses the vibrator of the ultrasonic actuator itself as a part of the oscillation element, so that the temperature tracking performance is improved, and the ultrasonic actuator is less affected by individual differences and the environmental temperature. It has various features such as an increase in the possibility of reducing the cost.

【0007】図8は、振動帰還型発振回路を構成した従
来の自励振駆動回路8の構成例を示すブロック図であ
る。同図において、符号9は位相補正回路を示し、符号
10は高調波(スプリアス)抑制フィルタを示し、さら
に符号11は駆動用増幅器を示す。
FIG. 8 is a block diagram showing a configuration example of a conventional self-excited drive circuit 8 constituting a vibration feedback oscillation circuit. In the figure, reference numeral 9 indicates a phase correction circuit, reference numeral 10 indicates a harmonic (spurious) suppression filter, and reference numeral 11 indicates a driving amplifier.

【0008】超音波アクチュエータ1〜駆動用増幅器1
1の各素子の入出力間の電圧比(増幅率)をG1、G
2、G3、G4とするとともに、各素子の入出力間の位
相差をΘ1、Θ2、Θ3、Θ4とすると、この閉ループ
が発振するための条件は、周知のように、下記式及び
式により規定される。
[0008] Ultrasonic actuator 1 to drive amplifier 1
G1 and G are the voltage ratios (amplification factors) between the input and output of each element
Assuming that the phase difference between the input and output of each element is Θ1, Θ2, Θ3, and Θ4, as well as G3 and G4, the condition for oscillating this closed loop is defined by the following equations and equations as is well known. Is done.

【0009】 G1・G2・G3・G4≧1 ・・・・・・・ Θ1+Θ2+Θ3+Θ4=0° ・・・・・・・ このため、位相補正回路9の入出力間の位相差Θ2を適
宜調整してこの閉ループの位相差をゼロとすることによ
り、超音波アクチュエータ1の自励振駆動が行われる。
G 1 2G 2 GG 3 GG 4 ≧ 1 ・ ・ ・ 1 + Θ2 + Θ3 + ° 4 = 0 ° ・ ・ ・ Therefore, the phase difference Θ2 between the input and output of the phase correction circuit 9 is appropriately adjusted. By setting the phase difference of this closed loop to zero, the self-excited drive of the ultrasonic actuator 1 is performed.

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】しかし、このようにし
て超音波アクチュエータ1を自励振駆動すると、以下に
列記する課題がある。
However, when the ultrasonic actuator 1 is driven by self-excitation in this manner, there are the following problems.

【0011】(i)超音波アクチュエータ1の直線移動
の方向を変更するためにA相の駆動信号及びB相の駆動
信号による駆動力の役割分担を逆転させると、この逆転
に伴って動作特性が変動し、方向変更により自励振動作
の特性が変動する。
(I) When the roles of the driving force by the A-phase drive signal and the B-phase drive signal are reversed in order to change the direction of the linear movement of the ultrasonic actuator 1, the operating characteristics are accompanied by this reverse rotation. Fluctuates, and the characteristics of the self-excited operation fluctuate due to the direction change.

【0012】(ii)この超音波アクチュエータ1に
は、1次の縦振動L1及び4次の屈曲振動B4以外に種
々雑多な多種の他の振動が生じる。このため、これらの
他の振動により超音波アクチュエータ1が発振振動して
しまうことを防ぐために、位相補正回路9や高調波(ス
プリアス)抑制フィルタ10を設けているが、このた
め、この回路による駆動周波数特性が所望の特性から、
位相補正回路9や高調波抑制フィルタ10が有する周波
数特性に依存した特性に変動してしまう。すなわち、駆
動装置8全体が位相補正回路9や高調波抑制フィルタ1
0等が有する温度特性に影響されるようになり、自励振
駆動の特徴である温度変化追尾性等が減殺され、速度制
御の精度が低下する。
(Ii) In the ultrasonic actuator 1, various other various vibrations occur in addition to the first-order longitudinal vibration L1 and the fourth-order bending vibration B4. For this reason, in order to prevent the ultrasonic actuator 1 from oscillating and vibrating due to these other vibrations, a phase correction circuit 9 and a harmonic (spurious) suppression filter 10 are provided. From the desired frequency characteristics,
The characteristics vary depending on the frequency characteristics of the phase correction circuit 9 and the harmonic suppression filter 10. That is, the entire driving device 8 includes the phase correction circuit 9 and the harmonic suppression filter 1.
Since the temperature characteristics of 0 or the like are affected, the tracking characteristics of the temperature change and the like, which are characteristics of the self-excited drive, are reduced, and the accuracy of the speed control is reduced.

【0013】このように、自励振駆動により超音波アク
チュエータを駆動すれば、温度追尾性が向上して超音波
アクチュエータの個体差や環境温度の影響を排除し、か
つ駆動装置全体のコスト低減が期待されるにもかかわら
ず、超音波アクチュエータの基本的な制御の一つであ
る、直線移動方向の変更、さらには移動時の速度制御を
行うことが難しくなるという課題があった。
As described above, if the ultrasonic actuator is driven by self-excited driving, the temperature tracking property is improved, the influence of the individual difference of the ultrasonic actuator and the influence of the environmental temperature are eliminated, and the cost of the entire driving device is expected to be reduced. Nevertheless, there has been a problem that it is difficult to change the linear movement direction, which is one of the basic controls of the ultrasonic actuator, and to perform speed control during movement.

【0014】本発明の目的は、このような従来の技術が
有する課題に鑑み、自励振駆動によっても、基本的な制
御の一つである、直線移動方向の変更、さらには移動時
の速度制御を確実に行うことができる、例えば超音波ア
クチュエータ等の振動アクチュエータを提供することで
ある。
In view of the above-mentioned problems of the prior art, an object of the present invention is to change the direction of linear movement, which is one of the basic controls by self-excited driving, and to control the speed during movement. And a vibration actuator such as an ultrasonic actuator.

【0015】[0015]

【課題を解決するための手段】本発明は、自励振駆動を
行う際に、振動アクチュエータを構成する振動子に装着
して用いる振動検出用電極の配置位置を最適化するとと
もに、この振動検出用電極から得られた信号を用いて自
励振駆動を行うことにより、直線移動方向の変更、さら
には移動時の速度制御を確実に行うことができ、これに
より、温度追尾性を向上して超音波アクチュエータの個
体差や環境温度の影響を排除でき、かつ駆動装置全体の
コスト低減を図ることができるという、新規かつ重要な
知見に基づくものである。
SUMMARY OF THE INVENTION According to the present invention, when self-excited driving is performed, the position of a vibration detecting electrode to be mounted on a vibrator constituting a vibration actuator is optimized, and the vibration detecting electrode is used. By performing self-excited drive using signals obtained from the electrodes, it is possible to reliably change the direction of linear movement and further control speed during movement, thereby improving temperature tracking and improving ultrasonic This is based on a new and important finding that it is possible to eliminate the effects of individual differences of actuators and environmental temperature and to reduce the cost of the entire driving device.

【0016】請求項1の発明では、駆動方向へ振動する
第1の振動と、この第1の振動の振動方向と交差する方
向へ第1の振動と略同じ周波数で振動する第2の振動と
を励振させ、第1の振動の節位置に対して略対称的な位
置に設けられた少なくとも2つの振動検出領域を有する
振動子と、この少なくとも2つの振動検出領域からそれ
ぞれ取り出した2つの信号に演算処理を行うことにより
第1の振動に関する信号を生成し、生成したこの第1の
振動に関する信号を入力部に帰還させることによって、
第1の振動の共振周波数と略同じ値の周波数を有する駆
動信号を振動子へ入力する駆動装置とを備えることを特
徴とする振動アクチュエータを提供する。
According to the first aspect of the present invention, the first vibration vibrating in the driving direction and the second vibration vibrating at substantially the same frequency as the first vibration in a direction intersecting with the vibration direction of the first vibration. Is excited, and a vibrator having at least two vibration detection regions provided at positions substantially symmetrical with respect to the node position of the first vibration, and two signals respectively taken out from the at least two vibration detection regions By performing a calculation process, a signal related to the first vibration is generated, and the generated signal related to the first vibration is fed back to the input unit.
A driving device for inputting a driving signal having a frequency substantially equal to the resonance frequency of the first vibration to the vibrator.

【0017】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において、2つの振動検出領域が、
第2の振動の節位置を含む位置に設けられることを特徴
とする。
According to a second aspect of the present invention, in the vibration actuator according to the first aspect, the two vibration detection areas are:
It is provided at a position including a node position of the second vibration.

【0018】請求項3の発明は、請求項1又は請求項2
に記載された振動アクチュエータにおいて、2つの振動
検出領域が、第1の振動の節位置を含む位置とは異なる
位置に設けられることを特徴とする。
According to a third aspect of the present invention, there is provided the first or second aspect.
, The two vibration detection areas are provided at positions different from the position including the node position of the first vibration.

【0019】請求項4の発明は、請求項1から請求項3
までのいずれか1項に記載された振動アクチュエータに
おいて、演算処理は、加算処理であることを特徴とす
る。請求項5の発明は、請求項1から請求項4までのい
ずれか1項に記載された振動アクチュエータにおいて、
第1の振動が縦振動であるとともに、第2の振動が屈曲
振動であることを特徴とする。
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided the first to third aspects.
In the vibration actuator described in any one of the above, the arithmetic processing is an addition processing. According to a fifth aspect of the present invention, in the vibration actuator according to any one of the first to fourth aspects,
It is characterized in that the first vibration is a longitudinal vibration and the second vibration is a bending vibration.

【0020】さらに、請求項6の発明は、請求項1から
請求項5までのいずれか1項に記載された振動アクチュ
エータにおいて、振動子が矩形平板状の外形を有し、2
つの振動検出領域が、振動子の平面の中央部に関して対
称な位置に設けられることを特徴とする。
According to a sixth aspect of the present invention, in the vibration actuator according to any one of the first to fifth aspects, the vibrator has a rectangular flat plate-like outer shape.
The two vibration detection areas are provided at symmetrical positions with respect to the center of the plane of the vibrator.

【0021】[0021]

【発明の実施の形態】(第1実施形態)以下、本発明に
かかる振動アクチュエータの実施の形態を、添付図面を
参照しながら詳細に説明する。なお、以降の各実施形態
の説明では、振動アクチュエータが超音波の振動域を利
用した超音波アクチュエータである場合を例にとる。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS (First Embodiment) Hereinafter, embodiments of a vibration actuator according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following description of each embodiment, a case where the vibration actuator is an ultrasonic actuator using an ultrasonic vibration region will be described as an example.

【0022】図1は、本実施形態の超音波アクチュエー
タ20の構成を示す斜視図である。また、図2は、この
超音波アクチュエータ20の振動子21に発生する振動
波形例を示す説明図である。
FIG. 1 is a perspective view showing the configuration of an ultrasonic actuator 20 according to the present embodiment. FIG. 2 is an explanatory diagram showing an example of a vibration waveform generated in the vibrator 21 of the ultrasonic actuator 20.

【0023】図1及び図2にそれぞれ示すように、本実
施形態の超音波アクチュエータ20は、振動子21と、
振動子21との間で相対運動を生じる相対運動部材26
と、駆動装置30とを備える。以下、これらの構成要素
について、順次説明する。
As shown in FIGS. 1 and 2, the ultrasonic actuator 20 of the present embodiment comprises a vibrator 21 and
Relative motion member 26 that generates relative motion with vibrator 21
And a driving device 30. Hereinafter, these components will be sequentially described.

【0024】〔振動子21〕振動子21は、弾性体22
と、弾性体22の一方の平面に装着された圧電体23と
を有する。
[Vibrator 21] The vibrator 21 is an elastic body 22.
And a piezoelectric body 23 mounted on one plane of the elastic body 22.

【0025】弾性体22は、本実施形態ではSUS30
4により矩形平板状に形成される。また、弾性体22の
各部の寸法は、発生する1次の縦振動L1及び4次の曲
げ振動B4それぞれの固有振動数が略一致するように、
設定される。なお、弾性体22は、ステンレス鋼以外に
も、普通鋼、リン青銅又はエリンバー材等といった、共
振先鋭度が大きな金属材料により形成してもよい。
The elastic body 22 is made of SUS30 in this embodiment.
4 form a rectangular flat plate. The dimensions of each part of the elastic body 22 are set such that the natural frequencies of the generated primary longitudinal vibration L1 and the quaternary bending vibration B4 substantially coincide with each other.
Is set. The elastic body 22 may be formed of a metal material having a large resonance sharpness, such as ordinary steel, phosphor bronze, or Elinvar material, other than stainless steel.

【0026】弾性体22の一方の平面には、後述する圧
電体23が例えば接着されて装着される。また、弾性体
22の他方の平面には、弾性体22の幅方向への二本の
溝部が相対運動方向(図2における左右方向)に関して
所定距離だけ離れて設けられる。これらの溝部に、矩形
の断面形状の摺動材が嵌め込まれてエポキシ系接着剤に
より接着され、突起状に突出して装着される。
On one flat surface of the elastic body 22, a piezoelectric body 23 to be described later is mounted, for example, by bonding. Further, two grooves in the width direction of the elastic body 22 are provided on the other plane of the elastic body 22 at a predetermined distance from each other in the relative movement direction (the left-right direction in FIG. 2). A sliding member having a rectangular cross-sectional shape is fitted into these grooves, adhered with an epoxy-based adhesive, and mounted in a protruding manner.

【0027】そして、この摺動材が駆動力取出部22
a、22bとして機能する。したがって、弾性体22
は、これら摺動材からなる駆動力取出部22a、22b
を介して相対運動部材26に接触する。
The sliding member is used as the driving force take-out portion 22.
a and 22b. Therefore, the elastic body 22
Are driving force take-out portions 22a, 22b made of these sliding members.
And the relative motion member 26 is contacted.

【0028】図2に示すように、駆動力取出部22a、
22bは、弾性体22に発生する4次の曲げ振動B4の
4つの腹位置l1 〜l4 のうちの外側に位置する腹位置
1、l4 に一致する位置に設けられる。なお、駆動力
取出部22a、22bは、曲げ振動B4の腹位置l1
4 に正確に一致する位置にある必要はなく、この腹位
置の近傍にあってもよい。
As shown in FIG. 2, the driving force take-out portions 22a,
22b is provided at a position that matches antinode positions l 1, l 4 located outside of the four loop position l 1 to l 4 fourth-order bending vibration B4 generated in the elastic member 22. In addition, the driving force extracting portions 22a and 22b are connected to the antinode position l 1 of the bending vibration B4,
need not be in a position to exactly match the l 4, may be in the vicinity of the antinode position.

【0029】圧電体23は、本実施形態ではPZT(チ
タンジルコン酸鉛)からなる薄板状の圧電素子により構
成される。この圧電体23には、A相の駆動信号が入力
される入力領域23a、23cと、A相の駆動信号とは
位相が(π/2)だけずれたB相の駆動信号が入力され
る入力領域23b、23dとが形成される。各入力領域
23a〜23dは、図2に示すように、弾性体22に発
生する曲げ振動B4の5つの節位置n1 〜n5 により区
画された4つの領域に形成される。すなわち、駆動信号
の入力により変形する各入力領域23a〜23dが、い
ずれも、不動点である節位置n1 〜n5 を跨がないた
め、入力領域23a〜23dの変形が節位置n1 〜n5
によって抑制されることがない。そのため、各入力領域
23a〜23dに入力された電気エネルギは、最大の効
率で弾性体22の変形、すなわち機械エネルギに変換さ
れる。なお、本実施形態における振動子21は、曲げ振
動B4の共振周波数より縦振動L1の共振周波数に近い
駆動信号を入力したほうが効率的に相対運動部材26を
駆動できる。
In the present embodiment, the piezoelectric body 23 is composed of a thin plate-like piezoelectric element made of PZT (lead zirconate titanate). The input regions 23 a and 23 c to which the A-phase drive signal is input and the B-phase drive signal whose phase is shifted by (π / 2) from the A-phase drive signal are input to the piezoelectric body 23. Regions 23b and 23d are formed. Each input region 23a~23d, as shown in FIG. 2, is formed into four regions partitioned by five nodal position n 1 ~n 5 bending vibration B4 generated in the elastic member 22. That is, each input region 23a~23d be deformed by input of the driving signal are both, because does not cross the nodal position n 1 ~n 5 is a fixed point, the deformation of the input region 23a~23d knots position n 1 ~ n 5
It is not suppressed by. Therefore, the electric energy input to each of the input areas 23a to 23d is transformed with maximum efficiency into the deformation of the elastic body 22, that is, converted into mechanical energy. In the vibrator 21 of the present embodiment, the relative motion member 26 can be driven more efficiently by inputting a drive signal closer to the resonance frequency of the longitudinal vibration L1 than the resonance frequency of the bending vibration B4.

【0030】また、曲げ振動B4の節位置n2 、n4
は、振動子21が発生する縦振動L1により電気エネル
ギーを出力する検出領域23p、23p’が半円状に設
けられる。検出領域23p、23p’からピックアップ
信号が出力される。このピックアップ信号により、振動
子21が発生する縦振動L1の振動状態が検出される。
Further, at the nodal positions n 2 and n 4 of the bending vibration B4, detection regions 23p and 23p 'for outputting electric energy by the longitudinal vibration L1 generated by the vibrator 21 are provided in a semicircular shape. Pickup signals are output from the detection areas 23p and 23p '. Based on the pickup signal, the vibration state of the longitudinal vibration L1 generated by the vibrator 21 is detected.

【0031】各入力領域23a〜23dと各検出領域2
3p、23p’とは、それぞれの表面を、銀電極25a
〜25d、25p、25p’により覆われており、銀電
極25a〜25d、25p、25p’はそれぞれ図示し
ないリード線により、後述する駆動装置30に接続され
る。これにより、駆動装置30から各入力領域23a〜
23dに独立して駆動信号を入力したり、各検出領域2
3p、23p’から独立して検出信号を出力して駆動装
置30に入力することができる。
Each of the input areas 23a to 23d and each of the detection areas 2
3p and 23p 'mean that each surface is a silver electrode 25a.
To 25d, 25p, and 25p ', and the silver electrodes 25a to 25d, 25p, and 25p' are connected to a driving device 30 described later by lead wires (not shown). As a result, the input regions 23a to 23a
A drive signal is input independently to each of the detection areas 23d.
A detection signal can be output independently of 3p and 23p 'and input to the driving device 30.

【0032】なお、本実施形態では、振動子21の平面
中央部Oを中心として振動子21は点対称となるように
形成される。これにより、駆動力取出部22a、22b
に発生する楕円運動を略同じ形状とすることができ、相
対運動方向の反転に伴う駆動差(左右差)は殆ど発生し
ない。
In this embodiment, the vibrator 21 is formed so as to be point-symmetric with respect to the center O of the plane of the vibrator 21. As a result, the driving force extracting portions 22a, 22b
Can be made substantially the same shape, and a drive difference (left-right difference) due to reversal of the relative motion direction hardly occurs.

【0033】また、検出領域23p、23p’を振動子
21の縦振動L1の節位置に対して対称的に配置してい
るので.両検出領域23p、23p’から、ほぼ同じ周
波数成分を有するピックアップ信号が得られる。この信
号を後述の駆動装置30に用いることで、良好に振動子
21を励振させることができる。
Further, since the detection areas 23p and 23p 'are arranged symmetrically with respect to the node position of the longitudinal vibration L1 of the vibrator 21,. A pickup signal having substantially the same frequency component is obtained from both detection areas 23p and 23p '. By using this signal for the driving device 30 described later, the vibrator 21 can be favorably excited.

【0034】本実施形態では、振動子11は以上のよう
に構成される。 〔相対運動部材26〕図1及び図2に示すように、振動
子21の駆動力取出部22a、22bに接触して、相対
運動部材26が配置される。
In this embodiment, the vibrator 11 is configured as described above. [Relative Motion Member 26] As shown in FIGS. 1 and 2, the relative motion member 26 is disposed in contact with the driving force extracting portions 22a and 22b of the vibrator 21.

【0035】相対運動部材26は、本実施形態ではステ
ンレス鋼により平板状に構成されて配置される。また、
相対運動部材26は、図示しない加圧支持機構により駆
動力取出部22a、22bを介して、振動子21に加圧
接触する。これにより、振動子21の駆動力取出部22
a、22bに発生する楕円運動により、縦振動L1の振
動方向と同方向(図2の左右方向)について、振動子2
1との間で相対運動を生じる。
In the present embodiment, the relative movement member 26 is formed in a flat plate shape of stainless steel and arranged. Also,
The relative motion member 26 comes into pressure contact with the vibrator 21 via the driving force extracting portions 22a and 22b by a pressure support mechanism (not shown). As a result, the driving force extracting portion 22 of the vibrator 21
a, 22b in the same direction as the vibration direction of the longitudinal vibration L1 (the left-right direction in FIG. 2)
1 and a relative motion is generated.

【0036】なお、相対運動部材26は、銅合金やアル
ミニウム合金さらには高分子材等により構成されていて
もよい。本実施形態では、相対運動部材26は以上のよ
うに構成される。
The relative movement member 26 may be made of a copper alloy, an aluminum alloy, a polymer material or the like. In the present embodiment, the relative motion member 26 is configured as described above.

【0037】〔駆動装置30〕図3は、本実施形態の超
音波アクチュエータ20の駆動装置30のブロック図で
ある。なお、以降の説明は、A相の駆動信号を用いる場
合を例にとる。
[Drive Device 30] FIG. 3 is a block diagram of the drive device 30 of the ultrasonic actuator 20 according to the present embodiment. In the following description, an example in which an A-phase drive signal is used will be described.

【0038】図3において、振動子21に設けられた検
出用領域23p、23p’に発生したピックアップ信号
の電圧変化、すなわち縦振動変位は、信号処理回路31
に入力される。信号処理回路31は、検出用領域23
p、23p’からそれぞれ入力された二つの電圧値を加
算する処理を行う。
In FIG. 3, the voltage change of the pickup signal generated in the detection areas 23p and 23p 'provided on the vibrator 21, that is, the longitudinal vibration displacement is determined by the signal processing circuit 31.
Is input to The signal processing circuit 31 includes the detection area 23
A process of adding the two voltage values respectively input from p and 23p 'is performed.

【0039】ここで、本実施形態では、図2に示すよう
に、検出用領域23p、23p’は屈曲振動B4の節位
置n2 、n4 に設けられている。このため、信号処理回
路31により加算される信号は、屈曲振動B4に関する
電圧は零であって、縦振動L1の電圧を2倍に増幅した
電圧を有する信号として、得られる。
Here, in this embodiment, as shown in FIG. 2, the detection regions 23p and 23p 'are provided at the nodal positions n 2 and n 4 of the bending vibration B4. For this reason, the signal added by the signal processing circuit 31 is obtained as a signal having a voltage obtained by amplifying the voltage of the longitudinal vibration L1 twice, with the voltage relating to the bending vibration B4 being zero.

【0040】このようにして加算されて得られた信号は
二つに分けられ、一方は移相回路32を介して90度程
度の遅れ位相とされてから切り換え回路33に入力され
る。他方は直接切り換え回路33に入力される。
The signal obtained by the addition in this manner is divided into two. One of the signals is delayed by about 90 degrees through the phase shift circuit 32 and then input to the switching circuit 33. The other is input directly to the switching circuit 33.

【0041】方向切り換え回路33では、位相が遅れた
信号を駆動回路34Bへ出力するとともに、位相が遅れ
ていない信号を駆動回路34Aへ出力する。駆動回路3
4A,34Bに入力された信号は、それぞれ適宜増幅さ
れて、超音波アクチュエータ20の入力領域23a、2
3c、入力領域23b、23dに入力される。
The direction switching circuit 33 outputs a signal whose phase is delayed to the driving circuit 34B and outputs a signal whose phase is not delayed to the driving circuit 34A. Drive circuit 3
The signals input to 4A and 34B are appropriately amplified, and input signals 23a,
3c is input to the input areas 23b and 23d.

【0042】ここで、この駆動装置30は、振動子21
を含んだ一巡の閉ループ、すなわち検出用領域23p、
23p’→信号処理回路31→方向切り換え回路33→
駆動回路34A→入力領域23a、23cに至るループ
において、入力領域23a、23cに加えられる電圧を
入力とし、信号処理回路31からの加算された電圧を入
力とし、それら入出力間の増幅率及び位相差が、図8を
参照しながら前述した式及び式を満足するように、
設定されている。本実施形態では、駆動装置30がこの
ように構成されて、検出用領域23、23p’から得ら
れるピックアップ信号を用いて自励振駆動が行われる。
Here, the driving device 30 includes the vibrator 21
, A detection loop 23p,
23p '→ signal processing circuit 31 → direction switching circuit 33 →
In the loop from the drive circuit 34A to the input areas 23a and 23c, the voltage applied to the input areas 23a and 23c is input, the added voltage from the signal processing circuit 31 is input, and the amplification factor and the level between the input and output are input. Assuming that the phase difference satisfies the equations and equations described above with reference to FIG.
Is set. In the present embodiment, the driving device 30 is configured as described above, and the self-excited driving is performed using the pickup signals obtained from the detection regions 23 and 23p ′.

【0043】次に、先の方法とは逆方向に相対運動部材
26を駆動するために信号処理回路31からの信号をB
相の駆動信号として用いて自励振駆動を行う場合を説明
する。
Next, in order to drive the relative movement member 26 in a direction opposite to the above method, the signal from the signal processing
A case where self-excited drive is performed using the phase drive signal will be described.

【0044】図3において、検出用領域23p、23
p’からのピックアップ信号が信号処理回路31により
加算され、方向切り換え回路33及び移相回路32に入
力される。信号切り換え回路33から、位相が遅れてい
る信号を駆動回路34Aに出力し、位相が遅れていない
信号を駆動回路34Bに入力する。駆動回路34B及び
34Aに入力された信号は、それぞれ適宜増幅されて入
力領域23a、23cに入力される。振動子21を含ん
だ一巡の閉ループ、すなわち検出用領域23p、23
p’→信号処理信号31→方向切り換え回路33→駆動
回路34B→入力領域23b、23dに至る閉ループに
おいてB相に加えられる電圧を入力とし、信号処理回路
31からの加算された検出用領域23p、23p’の電
圧を出力とし、それら入出力間の増幅率及び位相差が、
図8を参照しながら前述した式及び式を満足するよ
うに、設定されている。このようにして、相対運動部材
26を逆方向に駆動する場合においても自励振駆動が可
能となる。
In FIG. 3, the detection areas 23p and 23p
The pickup signal from p ′ is added by the signal processing circuit 31 and input to the direction switching circuit 33 and the phase shift circuit 32. From the signal switching circuit 33, a signal whose phase is delayed is output to the driving circuit 34A, and a signal whose phase is not delayed is input to the driving circuit 34B. The signals input to the drive circuits 34B and 34A are appropriately amplified and input to the input regions 23a and 23c. A closed loop including the vibrator 21, that is, the detection regions 23p and 23
p ′ → signal processing signal 31 → direction switching circuit 33 → drive circuit 34B → input area 23b, input voltage applied to phase B in a closed loop to 23d, and added detection area 23p from signal processing circuit 31; A voltage of 23p 'is output, and the amplification factor and phase difference between the input and output are
The equations are set so as to satisfy the equations described above with reference to FIG. In this way, even when the relative motion member 26 is driven in the reverse direction, the self-excited driving can be performed.

【0045】図4は、図3に示す制御装置30の構成の
一例を具体化した実施回路図である。なお、図4におい
ては図3と同一の要素には同一の図中符号を用いる。同
図において、信号処理回路31において、検出用領域2
5p、25p’からの電圧は、抵抗R1〜R7及びアン
プIC1により構成された加算回路により加算処理され
る。なお、同図においてコンデンサC1は必ずしも必要
ではないが、前述した式及び式を満足するために位
相の調整を行う場合には、このコンデンサC1を用いて
調整を行うことができるため、設けておくことが望まし
い。
FIG. 4 is a circuit diagram illustrating an example of the configuration of the control device 30 shown in FIG. In FIG. 4, the same reference numerals are used for the same elements as those in FIG. In the figure, in the signal processing circuit 31, the detection area 2
The voltages from 5p and 25p 'are added by an adding circuit including resistors R1 to R7 and an amplifier IC1. Although the capacitor C1 is not always necessary in the figure, when the phase is adjusted to satisfy the above-described equations and the equations, the capacitor C1 can be used for adjustment, so that the capacitor C1 is provided. It is desirable.

【0046】次に、信号処理回路31から出力された電
圧は、移相回路32及び方向切り換え回路33に入力さ
れる。移相回路32は、抵抗R8〜R10、コンデンサ
C2及びアンプIC2により構成されており、入力され
た電圧の位相を略90度遅らせる。
Next, the voltage output from the signal processing circuit 31 is input to the phase shift circuit 32 and the direction switching circuit 33. The phase shift circuit 32 includes resistors R8 to R10, a capacitor C2, and an amplifier IC2, and delays the phase of the input voltage by approximately 90 degrees.

【0047】また、方向切り換え回路33は、抵抗R1
1〜R13,コンデンサC3、C4、アナログスイッチ
IC3及びスイッチSW1、SW2により構成される。
アナログスイッチIC3は、スイッチSW1が正転側の
時に0X、1Xに入力された電圧のうち0Xに入力され
た電圧、すなわち信号処理回路31から出力された位相
が遅れていない電圧が選択されて、XCから出力され
る。また、0Y、1Yに入力された電圧のうち0Yに入
力された電圧、すなわち移相回路32から出力された電
圧で位相が90度遅れている電圧が選択され、YCから
出力される。
The direction switching circuit 33 includes a resistor R1
1 to R13, capacitors C3 and C4, an analog switch IC3, and switches SW1 and SW2.
The analog switch IC3 selects the voltage input to 0X among the voltages input to 0X and 1X when the switch SW1 is on the normal rotation side, that is, the voltage whose phase output from the signal processing circuit 31 is not delayed, Output from XC. Further, of the voltages input to 0Y and 1Y, the voltage input to 0Y, that is, the voltage output from the phase shift circuit 32 and having a phase delayed by 90 degrees is selected and output from the YC.

【0048】また、本実施形態では、この方向切り換え
回路33により超音波アクチュエータ20の起動又は停
止が行われている。スイッチSW2が停止の位置にある
とき、アナログスイッチIC3の各出力XC、YCから
は入力されている二つの電圧(0X,1X及び0Y、1
Y)の両方ともに出力されない状態となる。
In this embodiment, the ultrasonic actuator 20 is started or stopped by the direction switching circuit 33. When the switch SW2 is at the stop position, the two voltages (0X, 1X and 0Y, 1Y, 1X) input from the outputs XC and YC of the analog switch IC3 are output.
Y) are not output.

【0049】このようにして、方向切り換え回路33に
より、図3で説明した振動子21を含む一巡の閉ループ
を開くことによって、閉ループが構成されなくなり、自
励振が停止される。
As described above, by opening the closed loop including the vibrator 21 described with reference to FIG. 3 by the direction switching circuit 33, the closed loop is not formed and the self-excitation is stopped.

【0050】なお、本例の説明では、スイッチSW1、
2(点線)にメカニカルスイッチを用いた場合を例にと
ったが、メカニカルスイッチの代わりに、デジタル信号
(例えばTTLレベル等の信号)を直接アナログスイッ
チIC3に外部入力することによりスイッチングを行う
ようにしても、同様の効果が得られる。
In the description of this embodiment, the switches SW1,
2 (dotted line), a mechanical switch is used as an example. Instead of the mechanical switch, a digital signal (for example, a TTL level signal) is directly input to the analog switch IC3 to perform switching. The same effect can be obtained.

【0051】次に、方向切り換え回路33から出力され
た二つの電圧(XC,YC)は、それぞれ、駆動回路3
4A及び駆動回路34Bに入力される。駆動回路34A
及び駆動回路34Bは、同様に構成されているため、以
降の説明は、駆動回路34Aについて行い、駆動回路3
4Bについてはその説明と一部の図示とをともに省略す
る。
Next, the two voltages (XC, YC) output from the direction switching circuit 33 are respectively applied to the drive circuit 3
4A and the drive circuit 34B. Drive circuit 34A
Since the drive circuit 34B and the drive circuit 34B have the same configuration, the following description will be made with respect to the drive circuit 34A.
The description and a part of the illustration of 4B are omitted.

【0052】駆動回路34Aでは、抵抗R14,R15
及びアンプIC4によりアンプが構成されており、増幅
を行っている。また、駆動回路34Aでは、抵抗R17
〜R28、コンデンサC5〜C11、ダイオードD1〜
D6、トランジスタQ1〜Q4及びトランスL1により
構成された回路、すなわち第4図において点線で囲んだ
回路により、増幅された電圧から超音波アクチュエータ
20を駆動するために必要な電圧及び電流が供給され
る。なお、駆動回路34Aにおける点線で囲んだ回路
は、本発明のように抵抗及びトランジスタ等を用いて構
成するのではなく、例えばオーディオアンプ等のような
集積回路を用いて構成してもよい。
In the driving circuit 34A, the resistors R14, R15
An amplifier is configured by the amplifier IC 4 and performs amplification. In the drive circuit 34A, the resistor R17
To R28, capacitors C5 to C11, diode D1 to
A voltage and a current necessary for driving the ultrasonic actuator 20 from the amplified voltage are supplied from a circuit constituted by D6, transistors Q1 to Q4 and a transformer L1, that is, a circuit surrounded by a dotted line in FIG. . Note that the circuit surrounded by the dotted line in the drive circuit 34A may be configured using an integrated circuit such as an audio amplifier, for example, instead of using resistors and transistors as in the present invention.

【0053】次に、この駆動回路34Aの出力は、入力
領域23a,23cに入力される。一方、駆動回路34
Bの出力も同様に入力領域23b、23dに入力され
る。これにより、図3に示すように閉ループが構成さ
れ、自励振駆動が行われる。また、超音波アクチュエー
タ20の移動速度を変更するには、駆動回路34A、3
4Bに印加している電源電圧に記載している記号(図4
における符号○、●)を変更することにより、超音波ア
クチュエータ20に出力される電圧及び電流が変更さ
れ、超音波アクチュエータ20の速度が変更される。例
えば電源電圧を高い値に変更すると、これにより、超音
波アクチュエータ20に供給される電圧及び電流が増加
し、超音波アクチュエータ20の速度が上昇する。逆
に、超音波アクチュエータ20に供給される電源電圧を
低い値に変更すると、超音波アクチュエータ20に供給
される電圧及び電流が減少し、超音波アクチュエータ2
0の速度が低下する。
Next, the output of the driving circuit 34A is input to the input areas 23a and 23c. On the other hand, the driving circuit 34
The output of B is also input to the input areas 23b and 23d. Thus, a closed loop is formed as shown in FIG. 3, and the self-excited drive is performed. To change the moving speed of the ultrasonic actuator 20, the driving circuits 34A,
4B (see FIG. 4).
, The voltage and current output to the ultrasonic actuator 20 are changed, and the speed of the ultrasonic actuator 20 is changed. For example, when the power supply voltage is changed to a high value, the voltage and current supplied to the ultrasonic actuator 20 increase, and the speed of the ultrasonic actuator 20 increases. Conversely, when the power supply voltage supplied to the ultrasonic actuator 20 is changed to a low value, the voltage and current supplied to the ultrasonic actuator 20 decrease, and the ultrasonic actuator 2
0 speed decreases.

【0054】このように、本実施形態では、超音波アク
チュエータ20を自励振駆動するに際し、駆動装置30
により、縦振動L1の節の位置に対して対称的な位置に
設けた2つの振動検出領域25p、25p’からそれぞ
れ出力される2つのピックアップ信号に加算処理を行う
ことで縦振動L1の周波数成分を他の周波数成分よりも
大きな信号強度で得ることができる。この得られた信号
を増幅して振動子21の入力部に帰還させるため、超音
波アクチュエータ20の振動子21に、縦振動L1の共
振周波数と略同じ値の周波数を有する駆動信号を入力す
ることができる。また、本実施形態では、振動検出領域
25p,25p’を曲げ振動B4の節位置に設けている
ので、得られる曲げ振動B4の周波数成分の信号が小さ
くなる。したがって、縦振動L1の周波数成分の信号が
相対的に強い強度で得られ、縦振動L1の周波数成分以
外の信号が自励振することが防げる。そして、本実施形
態の超音波アクチュエータ20によれば、直線移動の方
向を変更するためにA相の駆動信号及びB相の駆動信号
による駆動力の役割分担を逆転させても、動作特性が変
化せず、方向変更により自励振動作特性を一定に保つこ
とができる。
As described above, in the present embodiment, when the ultrasonic actuator 20 is driven by self-excitation, the driving device 30
By performing addition processing on the two pickup signals output from the two vibration detection areas 25p and 25p ′ provided at positions symmetrical to the position of the node of the longitudinal vibration L1, the frequency component of the longitudinal vibration L1 is obtained. Can be obtained with a signal strength larger than other frequency components. In order to amplify the obtained signal and feed it back to the input portion of the vibrator 21, a drive signal having a frequency substantially equal to the resonance frequency of the longitudinal vibration L1 is input to the vibrator 21 of the ultrasonic actuator 20. Can be. In the present embodiment, since the vibration detection areas 25p and 25p 'are provided at the nodes of the bending vibration B4, the signal of the frequency component of the obtained bending vibration B4 is reduced. Therefore, the signal of the frequency component of the longitudinal vibration L1 is obtained with relatively high intensity, and the signal other than the frequency component of the longitudinal vibration L1 can be prevented from self-exciting. According to the ultrasonic actuator 20 of the present embodiment, even if the role sharing of the driving force by the A-phase drive signal and the B-phase drive signal is reversed to change the direction of the linear movement, the operation characteristics change. Instead, the self-excited operation characteristics can be kept constant by changing the direction.

【0055】また、本実施形態によれば、位相補正回路
や高調波(スプリアス)抑制フィルタ等を設けなくと
も、縦振動L1の周波数成分の信号が他の周波数成分の
信号よりも相対的に強く得られるので、縦振動L1によ
る自励振駆動を行うことができる。これにより、駆動装
置全体が位相補正回路や高調波抑制フィルタ等が有する
温度特性に影響されることを防止でき、自励振駆動の本
質的な特徴である温度変化追尾性等を維持したまま、速
度制御の精度を高く維持できる。
Further, according to this embodiment, the signal of the frequency component of the longitudinal vibration L1 is relatively stronger than the signals of the other frequency components without providing a phase correction circuit, a harmonic (spurious) suppression filter, or the like. As a result, self-excited drive by the longitudinal vibration L1 can be performed. As a result, the entire driving device can be prevented from being affected by the temperature characteristics of the phase correction circuit, the harmonic suppression filter, and the like, and the speed can be maintained while maintaining the temperature change tracking characteristic, which is an essential feature of the self-excited drive. High control accuracy can be maintained.

【0056】したがって、本実施形態の超音波アクチュ
エータ20によれば、自励振駆動によっても、超音波ア
クチュエータ20の個体差や環境温度の影響を排除し、
かつ駆動装置30全体のコスト低減を図りながら、超音
波アクチュエータ20の基本的な制御の一つである、直
線移動方向の変更、さらには移動時の速度制御を確実に
行うことができる。
Therefore, according to the ultrasonic actuator 20 of the present embodiment, the influence of the individual difference of the ultrasonic actuator 20 and the influence of the environmental temperature are eliminated even by the self-excited driving.
In addition, while reducing the cost of the entire driving device 30, one of the basic controls of the ultrasonic actuator 20, that is, the change in the linear movement direction and the speed control during the movement can be reliably performed.

【0057】(第2実施形態)次に、本発明の第2実施
形態を説明する。なお、以降の説明では、前述した第1
実施形態と相違する部分を説明し、共通する部分につい
ては同一の図中符号を付すことにより重複する説明を省
略する。
(Second Embodiment) Next, a second embodiment of the present invention will be described. In the following description, the first
The parts different from the embodiment will be described, and the common parts will be denoted by the same reference numerals in the drawings, and redundant description will be omitted.

【0058】図5は、本実施形態の超音波アクチュエー
タ20−1を構成する振動子21−1を示す上面図であ
る。本実施形態が第1実施形態と相違するのは、振動検
出領域の25−1p、25−1p’の形成範囲である。
すなわち、本実施形態では、第1実施形態と同様に振動
子21−1の節位置n2 、n4 であるが、半円型ではな
く矩形に、振動検出領域の25−1p、25−1p’を
形成した。
FIG. 5 is a top view showing the vibrator 21-1 constituting the ultrasonic actuator 20-1 of the present embodiment. This embodiment is different from the first embodiment in the formation range of the vibration detection regions 25-1p and 25-1p '.
That is, in the present embodiment, the nodal positions n 2 and n 4 of the vibrator 21-1 are the same as in the first embodiment, but are not semicircular but rectangular, and the vibration detecting regions 25-1 p and 25-1 p 'Formed.

【0059】これにより、振動子21−1に発生する屈
曲振動B4による変位部分が、振動検出領域の25−1
p、25−1p’の形成範囲において、小さくできるた
め、振動検出領域の25−1p、25−1p’が不可避
的に検出してしまう屈曲振動の変位量をできるだけ少な
くすることができる。このため、振動検出領域の25−
1p、25−1p’からの信号を自励振駆動に用いる際
の誤差を低減でき、自励振駆動の精度を向上することが
できる。また、本実施形態により、電極の形状が簡素化
され、電極の生産性が向上する。
As a result, the displacement portion caused by the bending vibration B4 generated in the vibrator 21-1 is changed to the 25-1 of the vibration detection area.
In the range where p and 25-1p 'are formed, the displacement can be reduced, so that the displacement of the bending vibration that is inevitably detected by 25-1p and 25-1p' in the vibration detection area can be reduced as much as possible. Therefore, the vibration detection area 25-
An error in using the signals from 1p and 25-1p ′ for the self-excited drive can be reduced, and the accuracy of the self-excited drive can be improved. Further, according to the present embodiment, the shape of the electrode is simplified, and the productivity of the electrode is improved.

【0060】(変形形態)各実施形態の説明では、振動
アクチュエータが超音波アクチュエータである場合を例
にとった。しかし、本発明は超音波アクチュエータには
限定されず、超音波以外の他の振動域を用いた振動アク
チュエータについても同様に適用される。
(Modification) In the description of each embodiment, the case where the vibration actuator is an ultrasonic actuator is taken as an example. However, the present invention is not limited to the ultrasonic actuator, and is similarly applied to a vibration actuator using a vibration region other than the ultrasonic wave.

【0061】また、各実施形態の説明では、第1の振動
が縦振動であるとともに第2の振動が屈曲振動である場
合を例にとった。しかし、本発明はこの形態には限定さ
れず、これ以外の異形モード縮退型の振動子や、同形モ
ード縮退型の振動子等についても同様に適用される。
In the description of each embodiment, the case where the first vibration is the longitudinal vibration and the second vibration is the bending vibration is taken as an example. However, the present invention is not limited to this embodiment, and is similarly applied to other modified mode degenerate type vibrators, homomorphic mode degenerate type vibrators, and the like.

【0062】また、各実施形態の説明では、縦振動の次
数が1次であるとともに屈曲振動の次数が4次である場
合を例にとった。しかし、本発明はこの形態には限定さ
れず、他の次数の場合にも同様に適用される。例えば、
1次の縦振動と2次の屈曲振動との組合せや、3次の縦
振動と8次の屈曲振動との組合せについても同様に適用
される。
In the description of each embodiment, the case where the order of the longitudinal vibration is the first order and the order of the bending vibration is the fourth order is taken as an example. However, the present invention is not limited to this form, and is similarly applied to other orders. For example,
The same applies to a combination of primary longitudinal vibration and secondary bending vibration, and a combination of tertiary longitudinal vibration and eighth-order bending vibration.

【0063】また、各実施形態の説明では、振動子の異
なる位置に2つの振動検出領域が設けられた場合を例に
とった。しかし、本発明はこの形態には限定されず、振
動検出領域は振動子に2つ以上設置されていてもよい。
In the description of each embodiment, the case where two vibration detection areas are provided at different positions of the vibrator is taken as an example. However, the present invention is not limited to this mode, and two or more vibration detection regions may be provided on the vibrator.

【0064】また、各実施形態の説明では、振動検出領
域から検出された信号に加算処理を行う場合を例にとっ
た。しかし、本発明はこの形態には限定されず、振動検
出領域が振動子に設置される位置に応じて、加算処理以
外の演算処理を行うことにより、第1の振動に関する信
号を生成するようにしてもよい。
In the description of each embodiment, an example is described in which the addition processing is performed on the signal detected from the vibration detection area. However, the present invention is not limited to this mode, and a signal relating to the first vibration is generated by performing an arithmetic process other than the addition process in accordance with the position where the vibration detection region is set on the vibrator. You may.

【0065】また、各実施形態の説明では、2つの振動
検出領域が屈曲振動の節位置を含む位置に設けられた場
合を例にとった。しかし、本発明はこの形態には限定さ
れず、適当な演算処理を行うことにより第1の振動に関
する信号を生成することができる位置であればよく、屈
曲振動の節位置には限定されない。
In the description of each embodiment, the case where the two vibration detection regions are provided at positions including the nodal positions of the bending vibration is taken as an example. However, the present invention is not limited to this form, and may be any position as long as a signal relating to the first vibration can be generated by performing appropriate arithmetic processing, and is not limited to a nodal position of bending vibration.

【0066】また、各実施形態の説明では、2つの振動
検出領域は、縦振動の節位置を含む位置とは異なる位置
に設けられる場合を例にとった。しかし、本発明はこの
形態には限定されず、縦振動の節位置を含んでいても縦
振動を検出できる位置であれば等しく適用される。
In the description of each embodiment, the case where the two vibration detection areas are provided at positions different from the positions including the nodal positions of the longitudinal vibration is taken as an example. However, the present invention is not limited to this mode, and is equally applicable as long as the position including the node position of the longitudinal vibration can be detected.

【0067】さらに、各実施形態の説明では、2つの振
動検出領域が振動子の平面の中央部に関して対称な位置
に設けられる場合を例にとった。しかし、本発明はこの
形態には限定されず、適当な演算処理を行うことにより
第1の振動に関する信号を生成することができる位置で
あれば、対称な位置でなくともよい。
Further, in the description of each embodiment, an example is given in which two vibration detection areas are provided at symmetrical positions with respect to the center of the plane of the vibrator. However, the present invention is not limited to this mode, and the position does not need to be a symmetrical position as long as a signal relating to the first vibration can be generated by performing appropriate arithmetic processing.

【0068】[0068]

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
れば、自励振駆動によっても、超音波アクチュエータの
個体差や環境温度の影響を排除し、かつ駆動装置全体の
コスト低減を図りながら、超音波アクチュエータの基本
的な制御の一つである、直線移動方向の変更、さらには
移動時の速度制御を確実に行うことが可能になる。
As described above in detail, according to the present invention, even by self-excited driving, the effects of individual differences of ultrasonic actuators and the influence of environmental temperature are eliminated, and the cost of the entire driving device is reduced. This makes it possible to reliably change the direction of linear movement, which is one of the basic controls of the ultrasonic actuator, and to control the speed during movement.

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

【図1】第1実施形態の超音波アクチュエータの構成を
示す斜視図である。
FIG. 1 is a perspective view illustrating a configuration of an ultrasonic actuator according to a first embodiment.

【図2】第1実施形態の超音波アクチュエータの振動子
に発生する振動波形例を示す説明図である。
FIG. 2 is an explanatory diagram illustrating an example of a vibration waveform generated in a vibrator of the ultrasonic actuator according to the first embodiment.

【図3】第1実施形態の超音波アクチュエータの駆動装
置のブロック図である。
FIG. 3 is a block diagram of a driving device of the ultrasonic actuator according to the first embodiment.

【図4】第1実施形態の制御装置の構成の一例を具体化
した実施回路図である。
FIG. 4 is an implementation circuit diagram that embodies an example of the configuration of the control device according to the first embodiment;

【図5】第2実施形態の超音波アクチュエータを構成す
る振動子を示す上面図である。
FIG. 5 is a top view showing a vibrator constituting an ultrasonic actuator according to a second embodiment.

【図6】「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」の393頁に、富川義郎氏により開示さ
れた振動子を有する超音波アクチュエータを示す斜視図
である。
FIG. 6 is a perspective view showing an ultrasonic actuator having a vibrator disclosed by Yoshiro Tomikawa on page 393 of “5th Electromagnetic Force-related Dynamic Symposium Lecture Papers”.

【図7】図6に示す超音波アクチュエータの振動子に発
生した2つの振動波形の一例を示す説明図である。
FIG. 7 is an explanatory diagram showing an example of two vibration waveforms generated in a vibrator of the ultrasonic actuator shown in FIG.

【図8】振動帰還型発振回路を構成した従来の自励振駆
動回路の構成例を示すブロック図である。
FIG. 8 is a block diagram showing a configuration example of a conventional self-excited drive circuit forming a vibration feedback oscillation circuit.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

20 超音波アクチュエータ 21 振動子 23p、23p’ 振動検出領域 30 駆動装置 Reference Signs List 20 ultrasonic actuator 21 vibrator 23p, 23p 'vibration detection area 30 driving device

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 5H680 AA06 BB13 CC02 DD01 DD23 DD53 DD55 DD72 DD82 DD92 FF08 FF23 FF26 FF33 FF36 GG02 GG20 GG27  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page F term (reference) 5H680 AA06 BB13 CC02 DD01 DD23 DD53 DD55 DD72 DD82 DD92 FF08 FF23 FF26 FF33 FF36 GG02 GG20 GG27

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 駆動方向へ振動する第1の振動と、該第
1の振動の振動方向と交差する方向へ前記第1の振動と
略同じ周波数で振動する第2の振動とを励振させ、前記
第1の振動の節位置に対して略対称的な位置に設けられ
た少なくとも2つの振動検出領域を有する振動子と、 該少なくとも2つの振動検出領域からそれぞれ取り出し
た2つの信号に演算処理を行うことにより前記第1の振
動に関する信号を生成し、生成した該第1の振動に関す
る信号を入力部に帰還させることによって、前記第1の
振動の共振周波数と略同じ値の周波数を有する駆動信号
を前記振動子へ入力する駆動装置とを備えることを特徴
とする振動アクチュエータ。
A first vibration that vibrates in a driving direction and a second vibration that vibrates at substantially the same frequency as the first vibration in a direction that intersects the vibration direction of the first vibration, A vibrator having at least two vibration detection regions provided at positions substantially symmetrical with respect to the node position of the first vibration, and performing arithmetic processing on two signals respectively extracted from the at least two vibration detection regions A driving signal having a frequency substantially equal to a resonance frequency of the first vibration by generating a signal relating to the first vibration and feeding back the generated signal relating to the first vibration to an input unit. And a drive device for inputting the force to the vibrator.
【請求項2】 前記2つの振動検出領域は、前記第2の
振動の節位置を含む位置に設けられることを特徴とする
請求項1に記載された振動アクチュエータ。
2. The vibration actuator according to claim 1, wherein the two vibration detection areas are provided at positions including a node position of the second vibration.
【請求項3】 前記2つの振動検出領域は、前記第1の
振動の節位置を含む位置とは異なる位置に設けられるこ
とを特徴とする請求項1又は請求項2に記載された振動
アクチュエータ。
3. The vibration actuator according to claim 1, wherein the two vibration detection areas are provided at positions different from a position including a node position of the first vibration.
【請求項4】 前記演算処理は、加算処理であることを
特徴とする請求項1から請求項3までのいずれか1項に
記載された振動アクチュエータ。
4. The vibration actuator according to claim 1, wherein the arithmetic processing is an addition processing.
【請求項5】 前記第1の振動は縦振動であるととも
に、前記第2の振動は屈曲振動であることを特徴とする
請求項1から請求項4までのいずれか1項に記載された
振動アクチュエータ。
5. The vibration according to claim 1, wherein the first vibration is a longitudinal vibration, and the second vibration is a bending vibration. Actuator.
【請求項6】 前記振動子は矩形平板状の外形を有し、
前記2つの振動検出領域は、該振動子の平面の中央部に
関して対称な位置に設けられることを特徴とする請求項
1から請求項5までのいずれか1項に記載された振動ア
クチュエータ。
6. The vibrator has a rectangular flat outer shape,
The vibration actuator according to any one of claims 1 to 5, wherein the two vibration detection regions are provided at symmetrical positions with respect to a center of a plane of the vibrator.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2019030091A (en) * 2017-07-28 2019-02-21 セイコーエプソン株式会社 Piezoelectric drive device, drive method of piezoelectric drive device, robot, electronic component transport device, printer, and projector

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2019030091A (en) * 2017-07-28 2019-02-21 セイコーエプソン株式会社 Piezoelectric drive device, drive method of piezoelectric drive device, robot, electronic component transport device, printer, and projector

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