專利名稱：超聲波致動(dòng)器驅(qū)動(dòng)裝置及超聲波致動(dòng)器驅(qū)動(dòng)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及超聲波致動(dòng)器驅(qū)動(dòng)裝置及超聲波致動(dòng)器驅(qū)動(dòng)方法，特別是涉及通過向超聲波致動(dòng)器的例如層疊型超聲波振子施加頻率電壓的驅(qū)動(dòng)信號，來產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)力的超聲波致動(dòng)器驅(qū)動(dòng)裝置及超聲波致動(dòng)器驅(qū)動(dòng)方法。
背景技術(shù)：
近年來，超聲波致動(dòng)器作為代替電磁型電動(dòng)機(jī)的新式電動(dòng)機(jī)受到矚目。該超聲波致動(dòng)器與現(xiàn)有電磁型電動(dòng)機(jī)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)(1)在沒有齒輪的情況下得到低速大推力。
(2)具有保持力。
(3)行程長、分解能力高。
(4)靜音性好。
(5)不產(chǎn)生磁噪聲，并且也不受噪聲影響。
具有上述優(yōu)點(diǎn)的超聲波致動(dòng)器，通常由致動(dòng)器驅(qū)動(dòng)裝置進(jìn)行驅(qū)動(dòng)控制。該致動(dòng)器驅(qū)動(dòng)裝置進(jìn)行如下控制向所述超聲波致動(dòng)器的超聲波振子施加頻率電壓的驅(qū)動(dòng)信號，使該超聲波振子產(chǎn)生超聲波橢圓振動(dòng)，從而通過該超聲波振子或者與該超聲波振子接觸的被驅(qū)動(dòng)體得到驅(qū)動(dòng)力。
作為上述超聲波致動(dòng)器驅(qū)動(dòng)裝置的現(xiàn)有技術(shù)，有例如特開平1-160379號公報(bào)中公開的超聲波電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置。
該技術(shù)方案的超聲波電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置，在驅(qū)動(dòng)超聲波致動(dòng)器(超聲波電動(dòng)機(jī))時(shí)，具有對流向該超聲波致動(dòng)器的電氣等效電路(說明書第2圖所示的L、C1、R串聯(lián)電路)的機(jī)械臂電流的電流振幅進(jìn)行檢測的裝置，去掉所述超聲波致動(dòng)器的共振頻率鄰域，以高于該共振頻率的頻率電壓驅(qū)動(dòng)信號進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，并且改變該驅(qū)動(dòng)信號的頻率和振幅，使所述機(jī)械臂電流成為規(guī)定大小。
上述超聲波致動(dòng)器由于溫度的變化其超聲波振子的共振頻率發(fā)生變化，從而驅(qū)動(dòng)速度顯著降低，而該驅(qū)動(dòng)速度顯著降低時(shí)，上述超聲波致動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)就可能停止。因此，一般情況下，在隨著溫度變化等外部因素的變化，超聲波致動(dòng)器的共振狀態(tài)發(fā)生變化的情況下，也要檢測出可實(shí)現(xiàn)超聲波致動(dòng)器穩(wěn)定驅(qū)動(dòng)的頻率。
但是，上述特開平1-160379號公報(bào)中記載的現(xiàn)有例中，為了實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定驅(qū)動(dòng)而去掉了超聲波致動(dòng)器的共振頻率鄰域，并且以高于該共振頻率的頻率驅(qū)動(dòng)信號進(jìn)行了驅(qū)動(dòng)，因此可能會(huì)使驅(qū)動(dòng)效率惡化。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種超聲波致動(dòng)器驅(qū)動(dòng)裝置及超聲波致動(dòng)器驅(qū)動(dòng)方法，即使在隨著溫度變化等外部因素的變化，超聲波致動(dòng)器的共振狀態(tài)發(fā)生變化的情況下，也可以通過檢測出該超聲波致動(dòng)器的共振頻率鄰域，并利用該檢測出的共振頻率鄰域的驅(qū)動(dòng)信號，以高驅(qū)動(dòng)效率的狀態(tài)下進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。
簡單地說，本發(fā)明的超聲波致動(dòng)器驅(qū)動(dòng)裝置，通過向壓電板和內(nèi)部電極交互層疊而形成的超聲波振子施加頻率信號，來進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，其特征在于，包括振蕩部，生成用于驅(qū)動(dòng)所述超聲波振子的頻率信號；驅(qū)動(dòng)部，根據(jù)所述振蕩部的輸出，將所述頻率信號進(jìn)行放大并施加到所述超聲波振子；振動(dòng)信息檢測部，檢測出所述超聲波振子的振動(dòng)信息；以及控制部，根據(jù)所述振動(dòng)信息檢測出所述超聲波振子的共振頻率鄰域的頻率，將該檢測出的頻率設(shè)定為所述超聲波振子的驅(qū)動(dòng)頻率，并控制所述振蕩部，使其根據(jù)該驅(qū)動(dòng)頻率生成所述頻率信號。
另外，簡單地說，本發(fā)明的超聲波致動(dòng)器驅(qū)動(dòng)方法，通過向壓電板和內(nèi)部電極交互層疊而形成的超聲波振子施加頻率信號，來進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，其特征在于，根據(jù)所述超聲波振子的振動(dòng)信息，檢測出所述超聲波振子的共振頻率鄰域的頻率，將該檢測出的頻率設(shè)定為所述超聲波振子的驅(qū)動(dòng)頻率，并將基于該驅(qū)動(dòng)頻率的所述頻率信號施加到所述超聲波振子，來進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。
根據(jù)該結(jié)構(gòu)，可以提供一種超聲波致動(dòng)器驅(qū)動(dòng)裝置及超聲波致動(dòng)器驅(qū)動(dòng)方法，即使在超聲波致動(dòng)器的共振狀態(tài)隨著溫度變化等外部因素的變化而發(fā)生變化的情況下，也可以通過檢測該超聲波致動(dòng)器的共振頻率的鄰域，并利用該檢測出的共振頻率鄰域的驅(qū)動(dòng)信號，在高驅(qū)動(dòng)效率的狀態(tài)下進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。
通過以下的詳細(xì)說明可進(jìn)一步明確本發(fā)明的上述目的和效果。
圖1所示為本發(fā)明超聲波致動(dòng)器驅(qū)動(dòng)裝置的第1實(shí)施例的整體結(jié)構(gòu)框圖。
圖2A所示為本實(shí)施例的超聲波致動(dòng)器驅(qū)動(dòng)裝置的驅(qū)動(dòng)方法的說明圖，是說明根據(jù)圖1的振動(dòng)信息檢測部的檢測結(jié)果檢測出共振頻率鄰域的檢測方法、表示檢測開始時(shí)的電壓—電流相位差與頻率特性的曲線圖。
圖2B所示為本實(shí)施例的超聲波致動(dòng)器驅(qū)動(dòng)裝置的驅(qū)動(dòng)方法的說明圖，是說明根據(jù)圖1的振動(dòng)信息檢測部的檢測結(jié)果檢測出共振頻率鄰域的檢測方法、表示檢測過程中的電壓—電流相位差與頻率特性的曲線圖。
圖3所示為圖1的控制部進(jìn)行的共振頻率檢測處理程序的控制例的流程圖。
圖4A表示利用本實(shí)施例的超聲波致動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)方法驅(qū)動(dòng)的超聲波致動(dòng)器的特性，是表示速度與頻率之間的特性的曲線圖。
圖4B表示利用本實(shí)施例的超聲波致動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)方法驅(qū)動(dòng)的超聲波致動(dòng)器的特性，是表示電壓—電流相位差與頻率特性之間的曲線圖。
圖5所示為第1實(shí)施例的超聲波致動(dòng)器驅(qū)動(dòng)裝置中使用的超聲波致動(dòng)器的第1結(jié)構(gòu)例的結(jié)構(gòu)圖。
圖6所示為第1實(shí)施例的超聲波致動(dòng)器驅(qū)動(dòng)裝置中使用的超聲波致動(dòng)器的第2結(jié)構(gòu)例的結(jié)構(gòu)圖。
圖7所示為在Y軸方向上層疊形成的壓電層疊體的分解立體圖。
圖8所示為在Z軸方向上層疊形成的壓電層疊體的分解立體圖。
圖9所示為在X軸方向上層疊形成的壓電層疊體的分解立體圖。
圖10A所示為第1實(shí)施例的超聲波致動(dòng)器驅(qū)動(dòng)裝置中使用的超聲波致動(dòng)器的第3結(jié)構(gòu)例的正視圖。
圖10B所示為圖10A的超聲波致動(dòng)器的側(cè)視圖。
圖11所示為第1實(shí)施例的超聲波致動(dòng)器驅(qū)動(dòng)裝置中使用的超聲波致動(dòng)器的第4結(jié)構(gòu)例的側(cè)視圖。
圖12所示為第1實(shí)施例的超聲波致動(dòng)器驅(qū)動(dòng)裝置中使用的超聲波致動(dòng)器的第5結(jié)構(gòu)例的正視圖。
圖13所示為第1實(shí)施例的超聲波致動(dòng)器驅(qū)動(dòng)裝置中使用的超聲波致動(dòng)器的第6結(jié)構(gòu)例的正視圖。
圖14所示為本發(fā)明超聲波致動(dòng)器驅(qū)動(dòng)裝置的第2實(shí)施例的整體結(jié)構(gòu)框圖。
圖15所示為本發(fā)明超聲波致動(dòng)器驅(qū)動(dòng)裝置的第3實(shí)施例的整體結(jié)構(gòu)框圖。
圖16所示為本發(fā)明超聲波致動(dòng)器驅(qū)動(dòng)裝置的第4實(shí)施例的整體結(jié)構(gòu)框圖。
圖17所示為本發(fā)明超聲波致動(dòng)器驅(qū)動(dòng)裝置的第5實(shí)施例的整體結(jié)構(gòu)框圖。
圖18A所示為說明與本發(fā)明超聲波振子的縱向1次振動(dòng)模式對應(yīng)的位移量—頻率特性的說明圖。
圖18B所示為說明與本發(fā)明超聲波振子的彎曲2次振動(dòng)模式對應(yīng)的位移量—頻率特性的說明圖。
圖19所示為說明本發(fā)明超聲波振子的速度—頻率特性的說明圖。
圖20A說明的是施加到本發(fā)明超聲波振子上的頻率信號為矩形波(單極)的情形，是用于正向驅(qū)動(dòng)超聲波致動(dòng)器的頻率信號的波形圖。
圖20B說明的是施加到本發(fā)明超聲波振子上的頻率信號為矩形波(單極)的情形，是用于逆向驅(qū)動(dòng)超聲波致動(dòng)器的頻率信號的波形圖。
圖21A說明的是施加到本發(fā)明超聲波振子上的頻率信號為正弦波(單極)的情形，是用于正向驅(qū)動(dòng)超聲波致動(dòng)器的頻率信號的波形圖。
圖21B說明的是施加到本發(fā)明超聲波振子上的頻率信號為正弦波(單極)的情形，是用于逆向驅(qū)動(dòng)超聲波致動(dòng)器的頻率信號的波形圖。
圖22A說明的是施加到本發(fā)明超聲波振子上的頻率信號為矩形波(雙極)的情形，是用于正向驅(qū)動(dòng)超聲波致動(dòng)器的頻率信號的波形圖。
圖22B說明的是施加到本發(fā)明超聲波振子上的頻率信號為矩形波(雙極)的情形，是用于逆向驅(qū)動(dòng)超聲波致動(dòng)器的頻率信號的波形圖。
圖23A說明的是施加到本發(fā)明超聲波振子上的頻率信號為正弦波(雙極)的情形，是用于正向驅(qū)動(dòng)超聲波致動(dòng)器的頻率信號的波形圖。
圖23B說明的是施加到本發(fā)明超聲波振子上的頻率信號為正弦波(雙極)的情形，是用于逆向驅(qū)動(dòng)超聲波致動(dòng)器的頻率信號的波形圖。
具體實(shí)施例方式
以下，參照
本發(fā)明的實(shí)施例。
第1實(shí)施例圖1～圖4B所示為本發(fā)明超聲波致動(dòng)器驅(qū)動(dòng)裝置的第1實(shí)施例，圖1所示為第1實(shí)施例的超聲波致動(dòng)器驅(qū)動(dòng)裝置的整體結(jié)構(gòu)框圖，圖2A、圖2B和圖3所示為本實(shí)施例的超聲波致動(dòng)器驅(qū)動(dòng)裝置的驅(qū)動(dòng)方法的說明圖，其中圖2A和圖2B是說明根據(jù)圖1的振動(dòng)信息檢測部的檢測結(jié)果檢測出共振頻率鄰域的檢測方法的曲線圖，圖2A是表示檢測開始時(shí)的電壓—電流相位差與頻率之間特性的曲線圖，圖2B是表示檢測過程中的電壓—電流相位差與頻率之間特性的曲線圖。圖3所示為圖1的控制部進(jìn)行的共振頻率檢測處理程序控制示例的流程圖。圖4A和圖4B是表示利用本實(shí)施例的超聲波致動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)方法驅(qū)動(dòng)的超聲波致動(dòng)器的特性的特性圖，圖4A是表示速度與頻率之間特性的曲線圖，圖4B是表示電壓—電流相位差與頻率之間特性的曲線圖。
如圖1所示，本實(shí)施例的超聲波致動(dòng)器驅(qū)動(dòng)裝置包括超聲波致動(dòng)器1，利用層疊超聲波振子(以下稱為超聲波振子)1A和與其接觸的被驅(qū)動(dòng)部2之間產(chǎn)生的摩擦力進(jìn)行驅(qū)動(dòng)；向該超聲波致動(dòng)器1施加頻率信號的驅(qū)動(dòng)信號的驅(qū)動(dòng)部3；生成供給該驅(qū)動(dòng)部3的頻率信號的源信號并確定該頻率信號的頻率的振蕩部4；檢測出表示所述超聲波致動(dòng)器1的超聲波振子1A的振動(dòng)狀態(tài)的參數(shù)的振動(dòng)信息檢測部5；以及根據(jù)該振動(dòng)信息檢測部5的檢測結(jié)果，對所述振蕩部4的振動(dòng)頻率進(jìn)行控制的控制部6。
所述驅(qū)動(dòng)部3對振蕩部4供給的頻率信號進(jìn)行放大，將放大后的頻率信號作為驅(qū)動(dòng)信號輸出到超聲波致動(dòng)器1的超聲波振子1A，從而驅(qū)動(dòng)超聲波致動(dòng)器1。
所述驅(qū)動(dòng)部3上連接有振蕩部4。該振蕩部4在后述的控制部6的控制下生成具有90度相位差的頻率信號的源信號，并輸出到所述驅(qū)動(dòng)部3。
所述振動(dòng)信息檢測部5與超聲波振子1A電連接，它檢測出表示該超聲波振子1A的振動(dòng)狀態(tài)的參數(shù)數(shù)值，并將檢測結(jié)果輸出到控制部6。
所述控制部6控制所述振蕩部4的振蕩頻率，使施加到超聲波振子1A的頻率信號成為超聲波振子1A的共振頻率。即，該控制部6進(jìn)行檢測處理，以便根據(jù)振動(dòng)信息檢測部5檢測出的振動(dòng)狀態(tài)參數(shù)數(shù)值，檢測出其振動(dòng)狀態(tài)因外部環(huán)境而變化的超聲波振子1A的共振頻率鄰域的頻率。而且，該控制部6控制所述振蕩部4，使其產(chǎn)生所檢測出的共振頻率鄰域的頻率信號。
以下，參照圖2A、圖2B和圖3說明本實(shí)施例的超聲波致動(dòng)器驅(qū)動(dòng)裝置的驅(qū)動(dòng)方法。
例如如圖2A所示，所述超聲波致動(dòng)器1具有電壓—電流的相位差在共振頻率附近急劇變化的特性，在本實(shí)施例中，控制部6利用該特性進(jìn)行檢測共振頻率的處理。即，所述振動(dòng)信息檢測部5檢測出例如超聲波振子1A的電壓和電流之間的相位差，作為表示超聲波振子1A的振動(dòng)狀態(tài)的參數(shù)，并輸出到控制部6。
此時(shí)，執(zhí)行本實(shí)施例的超聲波致動(dòng)器驅(qū)動(dòng)裝置的驅(qū)動(dòng)方法，所述控制部6啟動(dòng)如圖3所示的共振頻率檢測處理程序，并執(zhí)行從步驟S1到步驟S7的處理。
在步驟S1中，控制部6將根據(jù)圖2A所示的電壓—電流相位差特性檢測出的包含共振頻率的頻率檢測區(qū)域(上限值為fmax、下限值為fmin的區(qū)域)的上限值fmax代入頻率f2、下限值fmin代入f1。
然后，控制部6通過接下來的步驟S2的處理，算出頻率f1和頻率f2的中間值(f1+f2)/2，并代入頻率fc。
接著，控制部6通過步驟S3的處理，檢測出與所述頻率f1、頻率f2和頻率fc各頻率對應(yīng)的電壓—電流的相位差(以下稱為相位差)，然后將用頻率f1檢測出的相位差代入ph(f1)、用頻率f2檢測出的相位差代入ph(f2)、用頻率fc檢測出的相位差代入ph(fc)。
然后，控制部6在步驟S4的判斷處理中，比較|ph(fc)-ph(f1)|和|ph(f2)-ph(fc)|。在|ph(f2)-ph(fc)|小的情況下，在下續(xù)步驟S5的處理中，將頻率f2的值置換為頻率fc的值，然后轉(zhuǎn)移到下續(xù)步驟S7的處理。在|ph(fc)-ph(f1)|小的情況下，在步驟S6的處理中將頻率f1的值置換為頻率fc的值，然后轉(zhuǎn)移到步驟S7的處理。
再有，圖2B示出|ph(f2)-ph(fc)|小的情況，因而通過控制部6執(zhí)行的所述步驟S5的處理，頻率f2被置換為頻率fc的值。
然后，控制部6在步驟S7的判斷處理中，判斷所述頻率f1是否約等于所述頻率f2。這種情況下，在控制部6判斷為不滿足f1f2的關(guān)系，即不相等時(shí)，返回所述步驟S2的處理，再次繼續(xù)進(jìn)行該步驟S2的處理。
另一方面，控制部6在所述步驟S7的判斷處理中判斷為滿足f1f2的關(guān)系，即約等于時(shí)，確認(rèn)滿足f1f2的關(guān)系，并且，將此時(shí)的頻率值設(shè)定為適合于超聲波振子1A驅(qū)動(dòng)的共振頻率鄰域值，然后結(jié)束該共振頻率檢測處理程序。
因此，控制部6重復(fù)執(zhí)行所述步驟S2～所述步驟S6的處理，直到滿足f1f2的關(guān)系，從而可以高精度地檢測出所述共振頻率鄰域。
上述控制部6的檢測處理程序適宜在所述超聲波致動(dòng)器1啟動(dòng)時(shí)或者驅(qū)動(dòng)時(shí)執(zhí)行。
然后，控制部6控制所述振蕩部4，使其產(chǎn)生通過上述檢測處理程序的執(zhí)行檢測出的共振頻率鄰域的振蕩頻率。通過該控制，在所述控制部6的控制下，振蕩部4將作為超聲波振子1A的共振頻率的規(guī)定頻率和電壓為規(guī)定頻率信號的源信號輸出到所述驅(qū)動(dòng)部3。該驅(qū)動(dòng)部3將該源信號的電壓升降至可驅(qū)動(dòng)超聲波振子1A的最適當(dāng)?shù)碾妷海⑹┘拥匠暡ㄕ褡?A。
這樣，被施加了頻率信號的超聲波振子1A產(chǎn)生超聲波橢圓振動(dòng)，因此，該超聲波振子1A和與該超聲波振子1A接觸的被驅(qū)動(dòng)部2之間產(chǎn)生摩擦力，從而可以在高驅(qū)動(dòng)效率的狀態(tài)下驅(qū)動(dòng)所述超聲波致動(dòng)器1。
圖4A和圖4B所示為利用上述超聲波致動(dòng)器驅(qū)動(dòng)裝置的驅(qū)動(dòng)方法驅(qū)動(dòng)控制的所述超聲波致動(dòng)器1的特性。即，該超聲波致動(dòng)器1在圖4A所示的速度—頻率特性中具有的特性是當(dāng)將頻率f在比共振頻率(圖3A中虛線所示部分)低的頻域中進(jìn)行驅(qū)動(dòng)時(shí)，速度急速下降，相反，將頻率f在比共振頻率高的頻域中進(jìn)行驅(qū)動(dòng)時(shí)，速度緩慢下降，到某一點(diǎn)后速度急速下降。
另外，在該超聲波致動(dòng)器1的速度—頻率特性幾乎不隨掃頻方向變化時(shí)，幾乎沒有滯后現(xiàn)象。即，如圖19所示，從比共振頻率高的方向向低的方向掃頻后得到的速度—頻率特性、和從比共振頻率低的方向向高的方向掃頻得到的各速度—頻率特性幾乎沒有差異。
而且，與該速度—頻率特性相結(jié)合，該超聲波致動(dòng)器1的電壓—電流相位差和頻率特性如圖4B所示，具有相位差在共振頻率附近急劇變化的特性和不依賴掃頻方向的特性。因此，如果用本實(shí)施例的超聲波致動(dòng)器驅(qū)動(dòng)裝置，向具有上述特性的超聲波致動(dòng)器1的超聲波振子1A施加共振頻率鄰域的頻率信號，則本實(shí)施例的超聲波致動(dòng)器驅(qū)動(dòng)裝置就可在高驅(qū)動(dòng)效率的狀態(tài)下驅(qū)動(dòng)該超聲波致動(dòng)器1。
因此，根據(jù)本實(shí)施例，即使在超聲波致動(dòng)器的共振狀態(tài)隨著溫度變化等外部因素的變化而變化的情況下，也可以根據(jù)振動(dòng)信息檢測部5檢測出的表示超聲波振子1A的振動(dòng)狀態(tài)的、例如電壓—電流相位差等參數(shù)，由控制部6高精度地檢測出超聲波振子1A的共振頻率鄰域的頻率，而且，通過控制所述振蕩部4產(chǎn)生該檢測出的共振頻率鄰域的頻率，可以在高驅(qū)動(dòng)效率的狀態(tài)下驅(qū)動(dòng)所述超聲波致動(dòng)器1。
在本實(shí)施例中，說明了利用例如超聲波振子1A的電壓和電流之間的相位差，作為振動(dòng)信息檢測部5檢測出的表示超聲波振子1A振動(dòng)狀態(tài)的參數(shù)。但不限于此，如圖1的波狀線所示，也可以檢測出所述振蕩部4的頻率信號的電壓與施加到超聲波振子1A的頻率信號的電流之間的相位差，并輸出到控制部6。
圖5A和圖5B所示為本實(shí)施例的超聲波致動(dòng)器驅(qū)動(dòng)裝置中使用的超聲波致動(dòng)器的第1結(jié)構(gòu)例，圖5A為正視圖，圖5B為側(cè)視圖。圖6所示為超聲波致動(dòng)器的第2結(jié)構(gòu)例的正視圖。
本實(shí)施例的超聲波致動(dòng)器驅(qū)動(dòng)裝置具有例如圖5A所示的超聲波致動(dòng)器1。該超聲波致動(dòng)器1如圖5A、圖5B所示，包括由方柱形壓電層疊體構(gòu)成的超聲波振子1A；以及通過該超聲波振子1A的壓電層疊體的后述摩擦部件9與該超聲波振子1A接觸的被驅(qū)動(dòng)部2；分別設(shè)在所述超聲波振子1A的壓電層疊體的左右兩側(cè)側(cè)面的兩個(gè)部位上的外部電極8；以及粘合在所述超聲波振子1A的壓電層疊體的例如底面的兩個(gè)部位上的摩擦部件9。并且，通過規(guī)定的壓緊裝置向超聲波振子1A施加規(guī)定的壓緊力。
在使用上述超聲波振子1A時(shí)，如果改變施加到超聲波振子1A上的壓緊力的大小，則超聲波振子1A的位移量—頻率特性發(fā)生變化。即，如圖18A和圖18B所示，隨著壓緊力變大至0kgf、1kgf、2kgf，位移量—頻率特性整體表現(xiàn)為位移量減小并向高頻率一側(cè)移動(dòng)。而且，位移量—頻率特性在縱向1次振動(dòng)模式和彎曲2次振動(dòng)模式下，向上述高頻率一側(cè)移動(dòng)的程度不同。在本實(shí)施例中，將方柱形壓電層疊體的縱橫尺寸比設(shè)定為規(guī)定值，從而在某一規(guī)定的壓緊力之下，使縱向1次振動(dòng)模式和彎曲2次振動(dòng)模式下共振頻率一致。
如圖7所示，所述超聲波振子1A的壓電層疊體是在Y軸方向(與超聲波振子1A的振動(dòng)方向正交的超聲波振子1A的進(jìn)深方向)上，層疊了經(jīng)過內(nèi)部電極處理的矩形薄壓電板1d并構(gòu)成了一體。
圖中右側(cè)的外部電極8安裝在從所述超聲波振子1A的壓電層疊體的圖中右側(cè)面部取出的內(nèi)部電極露出部分(圖上未示出)，將2個(gè)電氣端子(A+、A-兩個(gè)端子)作為A(A相)。圖中左側(cè)的外部電極8安裝在從所述壓電層疊體的圖中左側(cè)面部取出的內(nèi)部電極露出部分(圖上未示出)，將2個(gè)電端子(B+、B-兩個(gè)端子)作為B(B相)。這種情況下，A-、B-端子分別構(gòu)成A相、B相的接地端，也可以通過引線等使其成為同電位。
這些外部電極8上，通過錫焊等連接了圖上未示出的各引線，這些引線與驅(qū)動(dòng)部3和振動(dòng)信息檢測部5連接。
所述摩擦部件9分別設(shè)置在與被驅(qū)動(dòng)部2接觸的所述壓電層疊體底面上產(chǎn)生的彎曲振動(dòng)的腹部位置。
在本結(jié)構(gòu)例中，所述超聲波振子1A長度方向上的尺寸最好為例如5～20mm。而且，包括該超聲波振子1A和所述被驅(qū)動(dòng)部2在內(nèi)構(gòu)成超聲波致動(dòng)器1時(shí)所施加的壓緊力最好為例如0.1～3.0kgf。
因此，根據(jù)本結(jié)構(gòu)例，通過使用上述結(jié)構(gòu)的超聲波致動(dòng)器1，即使超聲波振子1A的共振狀態(tài)隨著外部因素的變化而發(fā)生變化時(shí)，也可以檢測出共振頻率鄰域的頻率，并且可以施加該檢測出的共振頻率鄰域的頻率信號，因此得到可以在高驅(qū)動(dòng)效率的狀態(tài)下驅(qū)動(dòng)超聲波致動(dòng)器1的效果。另外，通過使用上述結(jié)構(gòu)的超聲波振子1A，可以減少部件數(shù)量，并且可以抑制個(gè)體缺陷。而且，通過將超聲波振子1A的Q值設(shè)計(jì)為一定值，在某一規(guī)定壓緊力下，縱向1次振動(dòng)模式和彎曲2次振動(dòng)模式的共振頻率一致，因此可以有效地執(zhí)行上述共振頻率檢測處理程序。
在本結(jié)構(gòu)例中，所述超聲波振子1A的外部電極8配置在作為壓電層疊體的外部表面的該壓電層疊體長度方向的兩側(cè)面上，但不限于此，也可以如圖6的第2結(jié)構(gòu)例所示，將外部電極8從側(cè)面?zhèn)纫霾⑿纬稍谒鰤弘妼盈B體的表面上，另外也可以配置在所述壓電層疊體背面的對應(yīng)的位置。
另外，在本實(shí)施例中說明了所述超聲波振子1A的壓電層疊體的層疊方向是在Y軸方向上層疊，但不限于此，也可以如圖8所示，作為超聲波振子1A的壓電層疊體大致上半部分層疊體的第1壓電層疊體1a、和作為大致下半部分層疊體的第2壓電層疊體1b，夾著絕緣壓電片1c在z軸方向(相對于所述超聲波振子1A的驅(qū)動(dòng)方向垂直的垂直方向)上層疊而構(gòu)成。而且，也可以如圖9所示，作為所述壓電層疊體大致左半部分的層疊體的第1壓電層疊體1a、和作為大致右半部分的層疊體的第2壓電層疊體1b，夾著絕緣壓電片1c在y軸方向(與所述超聲波振子1A的驅(qū)動(dòng)方向相同的水平方向)上層疊而構(gòu)成。
圖10A和圖10B所示為用于本實(shí)施例的超聲波致動(dòng)器驅(qū)動(dòng)裝置的超聲波致動(dòng)器的第3結(jié)構(gòu)例，圖10A為正視圖，圖10B為側(cè)視圖。圖11所示為超聲波致動(dòng)器的第4結(jié)構(gòu)例的側(cè)視圖，圖12所示為超聲波致動(dòng)器的第5結(jié)構(gòu)例的正視圖。圖13所示為超聲波致動(dòng)器的第6結(jié)構(gòu)例的正視圖。在圖10A～圖13中，與所述第1和第2結(jié)構(gòu)例相同的構(gòu)成部件上標(biāo)注相同的標(biāo)記并省略了說明，以下僅說明不同的部分。
本實(shí)施例的超聲波致動(dòng)器驅(qū)動(dòng)裝置具有圖10A所示的超聲波致動(dòng)器1B。該超聲波致動(dòng)器1B如圖10A、圖10B所示，在構(gòu)成超聲波振子1A的壓電層疊體的上面和底面的至少2個(gè)部位上各設(shè)有摩擦部件9，并且具有在向該壓電層疊體施加規(guī)定的壓緊力的同時(shí)對其進(jìn)行夾持的第1導(dǎo)板11和第2導(dǎo)板12。此外，利用包含所述導(dǎo)板11、12等的規(guī)定的壓緊裝置(圖上未示出)，向超聲波振子1A施加規(guī)定的壓緊力。
在使用上述超聲波振子1A的情況下同樣地，如果改變施加在超聲波振子1A上的壓緊力的大小，則超聲波振子1A的位移量—頻率特性發(fā)生變化。即，如圖18A和圖18B所示，隨著壓緊力變大至0kgf、1kgf、2kgf，位移量—頻率特性整體表現(xiàn)為位移量減小、并向高頻率一側(cè)移動(dòng)。而且，位移量—頻率特性在縱向1次振動(dòng)模式和彎曲2次振動(dòng)模式下，向上述高頻率一側(cè)移動(dòng)的程度不同。在本實(shí)施例中，通過將方柱形壓電層疊體的縱橫尺寸比設(shè)定為規(guī)定值，從而在某一規(guī)定的壓緊力之下，縱向1次振動(dòng)模式和彎曲2次振動(dòng)模式下的共振頻率一致。
再有，所述摩擦部件9最好設(shè)置在超聲波致動(dòng)器1B可得到最高水平的輸出特性的任意位置上，即，最好設(shè)置在超聲波振子1A的進(jìn)行最高水平的超聲波橢圓振動(dòng)的位置上。一般情況下，進(jìn)行橢圓振動(dòng)會(huì)成為驅(qū)動(dòng)源，因此只要將所述摩擦部件9設(shè)置為使至少1個(gè)以上的摩擦部件9處產(chǎn)生如圖10A的箭頭所示的橢圓振動(dòng)，并且全部摩擦部件9的部位上所產(chǎn)生振動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力的總和不為0即可。
在本結(jié)構(gòu)例中，所述超聲波振子1A長度方向上的尺寸最好為例如5～20mm。而且，包括該超聲波振子1A和所述第1、第2導(dǎo)板11、12在內(nèi)構(gòu)成超聲波致動(dòng)器1B時(shí)所施加的壓緊力，最好為例如30gf～100gf。
此外，本結(jié)構(gòu)例的超聲波致動(dòng)器1B的特性和所述超聲波振子1A的壓電層疊體的層疊方向與所述第1結(jié)構(gòu)例大體相同。
本實(shí)施例的超聲波致動(dòng)器1B由所述超聲波致動(dòng)器驅(qū)動(dòng)裝置施加頻率信號的驅(qū)動(dòng)信號后，在超聲波振子1A的摩擦部件9的附近產(chǎn)生橢圓振動(dòng)，從而該超聲波振子1A由所述第1、第2導(dǎo)板11、12引導(dǎo)并左右驅(qū)動(dòng)。
其它作用與所述第1結(jié)構(gòu)例相同。
因此，可通過使用上述結(jié)構(gòu)的超聲波致動(dòng)器1B，即使超聲波振子1A的共振狀態(tài)隨著外部因素的變化而變化的情況下，也可以檢測出共振頻率鄰域的頻率，而且可以施加該檢測出的共振頻率鄰域的頻率信號，因此得到可以在高驅(qū)動(dòng)效率的狀態(tài)下驅(qū)動(dòng)超聲波致動(dòng)器1B的效果。另外，本實(shí)施例的聲波致動(dòng)器驅(qū)動(dòng)裝置，通過使用上述結(jié)構(gòu)的超聲波振子1A，可以減少部件數(shù)量，并且可以抑制個(gè)體缺陷。而且，通過將超聲波振子1A的Q值設(shè)計(jì)為一定值，在某一規(guī)定壓緊力以下，縱向1次振動(dòng)模式和彎曲2次振動(dòng)模式的共振頻率一致，因此可以有效地執(zhí)行上述共振頻率檢測處理程序。
在本結(jié)構(gòu)例中，超聲波振子1A的外部電極8配置在該壓電層疊體長度方向的兩側(cè)面上，作為壓電層疊體的外部表面，但不限于此，也可以如圖12的第5結(jié)構(gòu)例所示，將外部電極8從側(cè)面?zhèn)纫霾⑿纬稍谒鰤弘妼盈B體的表面上，另外也可以配置在所述壓電層疊體背面的對應(yīng)位置上。
對于所述第1、第2導(dǎo)板11、12，說明了如圖10A所示形成為方柱狀的情形，但不限于此，也可以如圖11的第4結(jié)構(gòu)例所示，使用圓柱狀導(dǎo)板，還可以使用半圓柱狀導(dǎo)板。所述摩擦部件9相應(yīng)地需與所述第1、第2導(dǎo)板11、12的形狀相配合形成為U字形或V字形。
另外，對于上述第1～第5結(jié)構(gòu)例的超聲波致動(dòng)器1、1B、1C，說明了夾著未圖示的絕緣層一體構(gòu)成壓電層疊體的情形，但不限于此，也可以如圖13的第6結(jié)構(gòu)例所示，利用下述的超聲波振子構(gòu)成所述超聲波致動(dòng)器1D，所述超聲波振子包括在方柱形基本彈性體14的長度方向上并列固定的至少2個(gè)層疊型壓電元件13A；在所述基本彈性體14上壓緊并挾持上述2個(gè)層疊型壓電元件13A的保持用彈性體13B；與作為被驅(qū)動(dòng)部的接觸部15接觸、且在所述基本彈性體14的表面上產(chǎn)生的彎曲振動(dòng)腹部位置設(shè)置的摩擦部件9。
在本實(shí)施例中，為了驅(qū)動(dòng)超聲波致動(dòng)器1，驅(qū)動(dòng)部3向超聲波致動(dòng)器1的超聲波振子1A的A相(A+、A-)和B相(B+、B-)的2相的外部電極，施加圖20A和圖20B所示波形的頻率信號。
圖20A所示為用于正向驅(qū)動(dòng)超聲波致動(dòng)器1的頻率信號的波形。相對于施加到超聲波振子1A的A相上的信號，施加到B相的信號是相位延遲了90度(π/2)的信號。通過該信號，縱向1次振動(dòng)模式和彎曲2次振動(dòng)模式的各激勵(lì)，在設(shè)置在超聲波致動(dòng)器1的超聲波振子1A和被驅(qū)動(dòng)部2之間的摩擦部件9上重合，產(chǎn)生繞規(guī)定方向的橢圓振動(dòng)，并正向驅(qū)動(dòng)被驅(qū)動(dòng)部2。
圖20B所示為用于逆向驅(qū)動(dòng)超聲波致動(dòng)器1的頻率信號的波形。相對于施加到超聲波振子1A的A相上的信號，施加到B相的信號是相位超前了90度(π/2)的信號。通過該信號，與正向相同，縱向1次振動(dòng)模式和彎曲2次振動(dòng)模式的各激勵(lì)在摩擦部件9上重合，產(chǎn)生與正向相反方向的橢圓振動(dòng)，并逆向驅(qū)動(dòng)被驅(qū)動(dòng)部2。
所施加的頻率信號為圖21A和圖21B所示的正弦波時(shí)，同樣可以分別按如圖21A所示的正向和圖21B所示的逆向驅(qū)動(dòng)超聲波致動(dòng)器1。
另外，如圖22A和22B所示，在超聲波致動(dòng)器1的超聲波振子1A的A相(A+、A-)和B相(B+、B-)2相的外部電極8上，由驅(qū)動(dòng)部3以GND為基準(zhǔn)，并以向A+、B+施加+V，向A-、B-施加-V的方式，在A+/A-和B+/B-對上施加頻率信號的情況下，與上述相同，可以分別按如圖22A所示的正向和圖22B所示的逆向驅(qū)動(dòng)超聲波致動(dòng)器1。
所施加的頻率信號為圖23A和圖23B所示的正弦波時(shí)，同樣可以分別按如圖23A所示正向和圖23B所示逆向驅(qū)動(dòng)超聲波致動(dòng)器1。
施加到超聲波振子1A上的頻率信號的波形不限于上述矩形波和正弦波，也可以是鋸形波。
第2實(shí)施例圖14所示為本發(fā)明超聲波致動(dòng)器驅(qū)動(dòng)裝置的第2實(shí)施例的整體結(jié)構(gòu)框圖。在圖14的與上述第1實(shí)施例相同的構(gòu)成部件上標(biāo)注相同的符號并省略說明，以下僅說明不同的部分。
本實(shí)施例的超聲波致動(dòng)器驅(qū)動(dòng)裝置，在上述第1實(shí)施例的振動(dòng)信息檢測部5內(nèi)具有電流檢測部16和第1相位檢測部17。所述電流檢測部16與驅(qū)動(dòng)部3的輸出側(cè)相連，用于檢測施加到超聲波振子1A上的頻率信號的電流，并將檢測結(jié)果輸出到所述第1相位檢測部17。所述第1相位檢測部17與振蕩部4的輸出側(cè)和控制部6相連，用于檢測來自振蕩部4的頻率信號的電壓和在電流檢測部16檢測出的電流之間的相位差，并輸出到所述控制部6。
與上述第1實(shí)施例相同，所述控制部6根據(jù)振動(dòng)信息檢測部5檢測出的、來自振蕩部4的頻率信號的電壓和電流檢測部16檢測出的電流之間的相位差，進(jìn)行檢測處理，以便檢測出振動(dòng)狀態(tài)因外部環(huán)境的變化而發(fā)生了變化的超聲波振子1A的共振頻率鄰域的頻率。而且，該控制部6控制所述振蕩部4，使其產(chǎn)生檢測出的共振頻率鄰域的頻率信號。其它結(jié)構(gòu)與上述第1實(shí)施例相同。
本實(shí)施例的超聲波致動(dòng)器驅(qū)動(dòng)裝置與上述第1實(shí)施例的作用相同。即，本實(shí)施例的超聲波致動(dòng)器驅(qū)動(dòng)裝置，即使在超聲波致動(dòng)器的共振狀態(tài)隨著溫度變化等外部因素的變化而發(fā)生變化的情況下，也可以由控制部6根據(jù)振動(dòng)信息檢測部5檢測出的、來自振蕩部4的頻率信號的電壓和電流檢測部16檢測出的電流之間的相位差，高精度地檢測出超聲波振子1A的共振頻率鄰域的頻率。此外，控制部6通過控制所述振蕩部4，使其產(chǎn)生該檢測出的共振頻率鄰域的頻率信號，由此可以在高驅(qū)動(dòng)效率的狀態(tài)下驅(qū)動(dòng)所述超聲波致動(dòng)器1。
因此，根據(jù)本實(shí)施例，除了可以得到與上述第1實(shí)施例相同的效果，還可以利用作為最一般的數(shù)字IC結(jié)構(gòu)電路之一的TTL(Transistor-Transistor Logic)電平控制電壓，因此不必附加比較器等其它構(gòu)成部件，從而可以降低成本。
在本實(shí)施例中，施加到超聲波振子1A上的頻率信號的波形與第1實(shí)施例相同，可以是矩形波、正弦波和鋸形波當(dāng)中的任何一個(gè)。
另外，本實(shí)施例中，檢測出振蕩部4的頻率信號的電壓和施加到超聲波振子1A上的頻率信號的電流之間的相位差，并輸出到控制部6，但不限于此，也可以檢測出施加到超聲波振子1A上的頻率信號的電壓和電流之間的相位差，并輸出到控制部6。
第3實(shí)施例圖15所示為本發(fā)明超聲波致動(dòng)器驅(qū)動(dòng)裝置的第3實(shí)施例的整體結(jié)構(gòu)框圖。在圖15中，與上述第1實(shí)施例相同的構(gòu)成部件上標(biāo)注相同的標(biāo)記并省略說明，以下僅說明不同的部分。
本實(shí)施例的超聲波致動(dòng)器驅(qū)動(dòng)裝置，在上述第1實(shí)施例的振動(dòng)信息檢測部5內(nèi)具有電流檢測部18。所述電流檢測部18與驅(qū)動(dòng)部3的輸出側(cè)相連，用于檢測施加到超聲波振子1A上的頻率信號的電流值，并將檢測結(jié)果輸出到所述控制部6。
與上述第1實(shí)施例相同，所述控制部6根據(jù)振動(dòng)信息檢測部5檢測出的、施加到超聲波振子1A上的頻率信號的電流值，進(jìn)行檢測處理，以便檢測出振動(dòng)狀態(tài)因外部環(huán)境的變化而發(fā)生變化的超聲波振子1A的共振頻率鄰域的頻率。然后，該控制部6控制所述振蕩部4，使其產(chǎn)生檢測出的共振頻率鄰域的頻率信號。其它結(jié)構(gòu)與上述第1實(shí)施例相同。
本實(shí)施例的超聲波致動(dòng)器驅(qū)動(dòng)裝置與上述第1實(shí)施例的作用相同。即，本實(shí)施例的超聲波致動(dòng)器驅(qū)動(dòng)裝置，即使在超聲波致動(dòng)器的共振狀態(tài)隨著溫度變化等外部因素的變化而發(fā)生變化的情況下，也可以由控制部6根據(jù)振動(dòng)信息檢測部5檢測出的、施加到超聲波振子1A上的頻率信號的電流值，高精度地檢測出超聲波振子1A的共振頻率鄰域的頻率。而且，控制部6通過控制所述振蕩部4，使其產(chǎn)生該檢測出的共振頻率鄰域的頻率信號，可以在高驅(qū)動(dòng)效率的狀態(tài)下驅(qū)動(dòng)所述超聲波致動(dòng)器1。
因此，根據(jù)本實(shí)施例，除了可以得到與上述第1實(shí)施例相同的效果，還因?yàn)椴捎昧瞬考?shù)量少的結(jié)構(gòu)，從而與第2實(shí)施例相比可以進(jìn)一步降低成本。
在本實(shí)施例中，施加到超聲波振子1A上的頻率信號的波形與上述實(shí)施例相同，可以是矩形波、正弦波和鋸形波當(dāng)中的任何一個(gè)。
第4實(shí)施例圖16所示為本發(fā)明超聲波致動(dòng)器驅(qū)動(dòng)裝置的第4實(shí)施例的整體結(jié)構(gòu)框圖。在圖16中，與上述第1實(shí)施例相同的構(gòu)成部件上標(biāo)注相同的標(biāo)記，并省略說明，以下僅說明不同的部分。
本實(shí)施例的超聲波致動(dòng)器驅(qū)動(dòng)裝置，在上述第1實(shí)施例的振動(dòng)信息檢測部5內(nèi)具有振動(dòng)檢測部19和第2相位檢測部20。所述振動(dòng)檢測部19與超聲波振子1A相連，用于檢測超聲波振子1A的振動(dòng)波形，并將檢測結(jié)果輸出到所述第2相位檢測部20。所述第2相位檢測部20與振蕩部4的輸出側(cè)和控制部6相連，用于檢測來自振蕩部4的頻率信號的電壓和振動(dòng)檢測部19檢測出的振動(dòng)波形之間的相位差，并輸出到所述控制部6。
與上述第1實(shí)施例相同，所述控制部6根據(jù)振動(dòng)信息檢測部5檢測出的、來自振蕩部4的頻率信號的電壓和振動(dòng)檢測部19檢測出的振動(dòng)波形之間的相位差，進(jìn)行檢測處理，以便檢測出振動(dòng)狀態(tài)由于外部環(huán)境的變化而發(fā)生變化的超聲波振子1A的共振頻率鄰域的頻率。而且，該控制部6控制所述振蕩部4，使其產(chǎn)生檢測出的共振頻率鄰域的頻率信號。其它結(jié)構(gòu)與上述第1實(shí)施例相同。
本實(shí)施例的超聲波致動(dòng)器驅(qū)動(dòng)裝置，與上述第1實(shí)施例的作用相同。即，本實(shí)施例的超聲波致動(dòng)器驅(qū)動(dòng)裝置，即使在超聲波致動(dòng)器的共振狀態(tài)隨著溫度變化等外部因素的變化而發(fā)生變化的情況下，也可以由控制部6根據(jù)振動(dòng)信息檢測部5檢測出的、來自振蕩部4的頻率信號的電壓和振動(dòng)檢測部19檢測出的振動(dòng)波形之間的相位差，高精度地檢測出超聲波振子1A的共振頻率鄰域的頻率。此外，控制部6通過控制所述振蕩部4，使其產(chǎn)生該檢測出的共振頻率鄰域的頻率信號，可以在高驅(qū)動(dòng)效率的狀態(tài)下驅(qū)動(dòng)所述超聲波致動(dòng)器1。
因此，根據(jù)本實(shí)施例，除了可以得到與上述第1實(shí)施例相同的效果，還因?yàn)榭梢灾苯訖z測出超聲波振子1A的振動(dòng)狀態(tài)，因此可以高精度地檢測出所述超聲波致動(dòng)器1的共振頻率鄰域。另外，還可以利用作為最一般的數(shù)字IC結(jié)構(gòu)電路之一的TTL(Transistor-Transistor Logic)電平控制電壓，因此不必附加比較器等其它構(gòu)成部件，從而可以降低成本。
在本實(shí)施例中，施加到超聲波振子1A上的頻率信號的波形與上述實(shí)施例相同，可以是矩形波、正弦波和鋸形波當(dāng)中的任何一個(gè)。
另外，在本實(shí)施例中，將輸入到所述第2相位檢測部20的信號作為所述振蕩部4的頻率信號的電壓，但不限于此，也可以將施加到超聲波振子1A上的頻率信號的電壓輸入到所述第2相位檢測部20。而且，以輸入到所述第2相位檢測部20的信號作為來自所述振動(dòng)檢測部19的振動(dòng)波形，但也可以是振動(dòng)波形的電流、電壓或電流和電壓之間的相位差。
第5實(shí)施例圖17所示為本發(fā)明超聲波致動(dòng)器驅(qū)動(dòng)裝置的第5實(shí)施例的整體結(jié)構(gòu)框圖。在圖17中，與上述第1實(shí)施例相同的構(gòu)成部件上標(biāo)注相同的標(biāo)記，并省略說明，以下僅說明不同的部分。
本實(shí)施例的超聲波致動(dòng)器驅(qū)動(dòng)裝置，在上述第1實(shí)施例的振動(dòng)信息檢測部5內(nèi)具有振動(dòng)檢測部21。所述振動(dòng)檢測部21與超聲波振子1A相連，檢測作為超聲波振子1A的振動(dòng)狀態(tài)參數(shù)的該超聲波振子1A的振動(dòng)波形，并將檢測結(jié)果輸出到所述控制部6。
與上述第1實(shí)施例相同，所述控制部6根據(jù)振動(dòng)信息檢測部5檢測出的、超聲波振子1A的振動(dòng)波形，進(jìn)行檢測處理，以便檢測出振動(dòng)狀態(tài)因外部環(huán)境的變化而發(fā)生變化的超聲波振子1A的共振頻率鄰域的頻率。此外，該控制部6控制所述振蕩部4，使其產(chǎn)生檢測出的共振頻率鄰域的頻率信號。其它結(jié)構(gòu)與上述第1實(shí)施例相同。
本實(shí)施例的超聲波致動(dòng)器驅(qū)動(dòng)裝置的作用與上述第1實(shí)施例的作用相同。即，本實(shí)施例的超聲波致動(dòng)器驅(qū)動(dòng)裝置，即使在超聲波致動(dòng)器的共振狀態(tài)隨著溫度變化等外部因素的變化而發(fā)生變化的情況下，也可以由控制部6根據(jù)振動(dòng)信息檢測部5檢測出的超聲波振子1A的振動(dòng)波形，高精度地檢測出超聲波振子1A的共振頻率鄰域的頻率。而且，控制部6通過控制所述振蕩部4，使其產(chǎn)生該檢測出的共振頻率鄰域的頻率信號，可以在高驅(qū)動(dòng)效率的狀態(tài)下驅(qū)動(dòng)所述超聲波致動(dòng)器1。
因此，根據(jù)本實(shí)施例，除了可以得到與上述第1實(shí)施例相同的效果，還因?yàn)椴捎昧瞬考?shù)量少的結(jié)構(gòu)，從而與第4實(shí)施例相比，可進(jìn)一步降低成本。
在本實(shí)施例中，施加到超聲波振子1A上的頻率信號的波形與上述實(shí)施例相同，可以是矩形波、正弦波和鋸形波當(dāng)中的任何一個(gè)。
另外，在本實(shí)施例中，以來自振動(dòng)檢測部21的振動(dòng)波形作為輸出到控制部6的信號，但也可以是振動(dòng)波形的電流、電壓或電流和電壓之間的相位差。
本發(fā)明的上述第1～第5實(shí)施例中，說明了控制部6利用施加到超聲波振子1A上的頻率信號的電流和來自振蕩部4的頻率信號的電壓之間的相位差，進(jìn)行共振頻率鄰域的檢測處理，但不限于此，也可以利用表示超聲波振子1A的振動(dòng)狀態(tài)的振動(dòng)波形的電流、電壓或電流和電壓之間的相位差，或者振動(dòng)波形與來自振蕩部4的頻率信號的電壓之間的相位差，來進(jìn)行所述的檢測處理。
另外，本發(fā)明的上述第2～第5實(shí)施例中的超聲波致動(dòng)器，也可以使用上述第1實(shí)施例中使用的第1～第6結(jié)構(gòu)例當(dāng)中的任意一種超聲波致動(dòng)器。
而且，在本發(fā)明中，關(guān)于檢測超聲波致動(dòng)器1的共振頻率鄰域的方法，說明了階段性地縮小包含超聲波致動(dòng)器1的共振頻率的頻率檢測區(qū)域的檢測方法，但不限于此，也可以使用例如連續(xù)改變頻率來進(jìn)行檢測的檢測方法。
本發(fā)明不限于上述第1～第5實(shí)施例，在不脫離發(fā)明要義的范圍內(nèi)，可以進(jìn)行種種變形實(shí)施。
在本發(fā)明中，在不脫離本發(fā)明的發(fā)明精神和意圖的前提下，很顯然可以在本發(fā)明基礎(chǔ)上做出很寬范圍內(nèi)不同的各種改進(jìn)。
本發(fā)明只受所附權(quán)利要求的限制，除此以外不受任何特定實(shí)施例的限制。
權(quán)利要求
1.一種超聲波致動(dòng)器驅(qū)動(dòng)裝置，通過向壓電板和內(nèi)部電極交互層疊而形成的超聲波振子施加頻率信號，來進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，其特征在于，包括振蕩部，生成用于驅(qū)動(dòng)所述超聲波振子的頻率信號；驅(qū)動(dòng)部，根據(jù)所述振蕩部的輸出，將所述頻率信號進(jìn)行放大并施加到所述超聲波振子；振動(dòng)信息檢測部，檢測出所述超聲波振子的振動(dòng)信息；以及控制部，根據(jù)所述振動(dòng)信息檢測出所述超聲波振子的共振頻率鄰域的頻率，將該檢測出的頻率設(shè)定為所述超聲波振子的驅(qū)動(dòng)頻率，并控制所述振蕩部，使其根據(jù)該驅(qū)動(dòng)頻率生成所述頻率信號。
2.如權(quán)利要求1所述的超聲波致動(dòng)器驅(qū)動(dòng)裝置，其特征在于，所述控制部改變包含所述超聲波振子的共振頻率的頻率檢測區(qū)域，使其階段性地變窄，由此進(jìn)行所述共振頻率鄰域的頻率的檢測。
3.如權(quán)利要求2所述的超聲波致動(dòng)器驅(qū)動(dòng)裝置，其特征在于，所述共振頻率鄰域的頻率是所述振動(dòng)信息的變化大致成最大的頻率。
4.如權(quán)利要求1所述的超聲波致動(dòng)器驅(qū)動(dòng)裝置，其特征在于，所述振動(dòng)信息檢測部是第1相位差檢測部，該第1相位差檢測部對施加到所述超聲波振子的頻率信號的電流和來自所述振蕩部的頻率信號的電壓之間的相位差進(jìn)行檢測。
5.如權(quán)利要求1所述的超聲波致動(dòng)器驅(qū)動(dòng)裝置，其特征在于，所述振動(dòng)信息檢測部是電流檢測部，該電流檢測部檢測施加到所述超聲波振子的頻率信號的電流。
6.如權(quán)利要求1所述的超聲波致動(dòng)器驅(qū)動(dòng)裝置，其特征在于，所述振動(dòng)信息檢測部是第2相位差檢測部，該第2相位差檢測部對施加到所述超聲波振子的頻率信號的電壓和所述超聲波振子的振動(dòng)波形之間的相位差進(jìn)行檢測。
7.如權(quán)利要求1所述的超聲波致動(dòng)器驅(qū)動(dòng)裝置，其特征在于，所述振動(dòng)信息檢測部是檢測所述超聲波振子的振動(dòng)的振動(dòng)檢測部。
8.如權(quán)利要求1所述的超聲波致動(dòng)器驅(qū)動(dòng)裝置，其特征在于，所述超聲波振子具有壓電層疊體，在同一方向上層疊壓電板而構(gòu)成；摩擦部件，設(shè)在所述壓電層疊體的側(cè)面，并以規(guī)定的壓緊力與被驅(qū)動(dòng)部接觸；內(nèi)部電極，設(shè)在所述壓電層疊體內(nèi)部，包括第1電極群和第2電極群；與所述內(nèi)部電極導(dǎo)通的第1外部電極群和第2外部電極群，由所述驅(qū)動(dòng)部將頻率信號施加到所述第1外部電極群和/或所述第2外部電極群，從而同時(shí)產(chǎn)生第1振動(dòng)模式和第2振動(dòng)模式，由此在所述超聲波振子中產(chǎn)生超聲波橢圓振動(dòng)。
9.如權(quán)利要求1所述的超聲波致動(dòng)器驅(qū)動(dòng)裝置，其特征在于，所述超聲波振子被向所述壓電層疊體施加規(guī)定壓緊力的第1和第2導(dǎo)板部件夾持，在所述超聲波振子與所述第1和第2導(dǎo)板部件之間夾有所述摩擦部件。
10.如權(quán)利要求8所述的超聲波致動(dòng)器驅(qū)動(dòng)裝置，其特征在于，通過將所述壓電層疊體作成規(guī)定的外形尺寸，在所述規(guī)定壓緊力之下，使得第1振動(dòng)模式和第2振動(dòng)模式的共振頻率一致。
11.一種超聲波致動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)方法，通過向壓電板和內(nèi)部電極交互層疊而形成的超聲波振子施加頻率信號，來進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，其特征在于，根據(jù)所述超聲波振子的振動(dòng)信息，檢測出所述超聲波振子的共振頻率鄰域的頻率，將該檢測出的頻率設(shè)定為所述超聲波振子的驅(qū)動(dòng)頻率，并將基于該驅(qū)動(dòng)頻率的所述頻率信號施加到所述超聲波振子，來進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。
12.如權(quán)利要求11所述的超聲波致動(dòng)器驅(qū)動(dòng)方法，其特征在于，改變包含所述超聲波振子的共振頻率的頻率檢測區(qū)域，使其階段性地變窄，由此進(jìn)行所述共振頻率鄰域的頻率的檢測。
13.如權(quán)利要求12所述的超聲波致動(dòng)器驅(qū)動(dòng)方法，其特征在于，所述共振頻率鄰域的頻率是所述振動(dòng)信息變化大致成最大的頻率。
14.如權(quán)利要求11所述的超聲波致動(dòng)器驅(qū)動(dòng)方法，其特征在于，所述振動(dòng)信息是施加到所述超聲波振子的電流和所述頻率信號的電壓之間的相位差。
15.如權(quán)利要求11所述的超聲波致動(dòng)器驅(qū)動(dòng)方法，其特征在于，所述振動(dòng)信息是施加到所述超聲波振子的電流。
16.如權(quán)利要求11所述的超聲波致動(dòng)器驅(qū)動(dòng)方法，其特征在于，所述振動(dòng)信息是施加到所述超聲波振子的電壓和振動(dòng)波形之間的相位差。
17.如權(quán)利要求11所述的超聲波致動(dòng)器驅(qū)動(dòng)方法，其特征在于，所述振動(dòng)信息是所述超聲波振子的振動(dòng)波形的相位差。
18.如權(quán)利要求11所述的超聲波致動(dòng)器驅(qū)動(dòng)方法，其特征在于，所述超聲波振子具有壓電層疊體，在同一方向上層疊壓電板而構(gòu)成；摩擦部件，設(shè)在所述壓電層疊體的側(cè)面，并以規(guī)定的壓緊力與被驅(qū)動(dòng)部接觸；內(nèi)部電極，設(shè)在所述壓電層疊體內(nèi)部，包括第1電極群和第2電極群；與所述內(nèi)部電極導(dǎo)通的第1外部電極群和第2外部電極群，由所述驅(qū)動(dòng)部將頻率信號施加到所述第1外部電極群和/或所述第2外部電極群，從而同時(shí)產(chǎn)生第1振動(dòng)模式和第2振動(dòng)模式，由此在所述超聲波振子中產(chǎn)生超聲波橢圓振動(dòng)。
19.如權(quán)利要求11所述的超聲波致動(dòng)器驅(qū)動(dòng)方法，其特征在于，述超聲波振子被向所述壓電層疊體施加規(guī)定壓緊力的第1和第2導(dǎo)板部件夾持，在所述超聲波振子與所述第1和第2導(dǎo)板部件之間夾有所述摩擦部件。
20.如權(quán)利要求18所述的超聲波致動(dòng)器驅(qū)動(dòng)方法，其特征在于，通過將所述壓電層疊體作成規(guī)定的外形尺寸，在所述規(guī)定壓緊力之下，使得第1振動(dòng)模式和第2振動(dòng)模式的共振頻率一致。
全文摘要
本發(fā)明的超聲波致動(dòng)器驅(qū)動(dòng)裝置，通過向壓電板和內(nèi)部電極交互層疊而形成的超聲波振子施加頻率信號，來進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，它包括振蕩部，生成用于驅(qū)動(dòng)超聲波振子的頻率信號；驅(qū)動(dòng)部，根據(jù)振蕩部的輸出，將頻率信號進(jìn)行放大并施加到超聲波振子；振動(dòng)信息檢測部，檢測出超聲波振子的振動(dòng)信息；以及控制部，根據(jù)振動(dòng)信息檢測出超聲波振子共振頻率鄰域的頻率，將該檢測出的頻率設(shè)定為超聲波振子的驅(qū)動(dòng)頻率，并控制振蕩部，使其根據(jù)該驅(qū)動(dòng)頻率生成頻率信號。
文檔編號H01L41/09GK1595783SQ20041007685
公開日2005年3月16日 申請日期2004年9月8日 優(yōu)先權(quán)日2003年9月9日
發(fā)明者葛西靖明, 西尾真博 申請人:奧林巴斯株式會(huì)社