[发明专利]振动型致动器的控制装置和振动型致动器的控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及振动型致动器的控制装置和振动型致动器的控制方法。

背景技术

这样的致动器被常规地提出：该致动器使板状振动器上的给定质点经受椭圆运动以对驱动部件进行驱动。

作为具有板状振动器的振动型致动器的基本配置，在日本专利申请公开No.2004-320846中示出的这样的配置是已知的。图8A是示出日本专利申请公开No.2004-320846中的振动型致动器的外部基本配置的例子的透视图。

如图8A所示，该振动型致动器中的振动器包含矩形板状成形的、由金属材料形成的弹性部件4。该弹性部件4包含与该弹性部件4的背面接合的压电元件(机电能量换能器)5。多个突起6被设置在弹性部件4的顶面上的相应预定位置处。

根据该配置，向压电元件5施加AC(交流)电压允许同时产生沿弹性部件4的长边方向的二次弯曲振动和沿弹性部件4的短边方向的一次弯曲振动。这在突起6中激励椭圆运动。

然后，驱动部件7在压力下接触突起6的顶部(接触部分)，并然后通过突起6的椭圆运动而被线性地驱动。即，突起6用作振动器的驱动单元。

图8B是示出图8A所示的振动型致动器中的压电元件5的极化(polarization)区域的例子的示意图。

此外，图9A和图9B是示出弹性单元4的振动模式的透视图。图9C是示出在弹性单元4的突起6中激励的椭圆运动的图。

如图8B所示，压电元件5经受极化处理，并且包含两个电极A1和A2。

分别向两个电极A1和A2施加相位彼此相同的AC电压V1和V2，以激励矩形弹性单元4进入具有沿与长边方向平行的方向延伸的两个节点(node)的一次弯曲移动。这与图9A所示的第一振动模式对应。

此外，分别向两个电极A1和A2施加彼此反相的AC电压V1和V2，以激励矩形弹性单元4进入具有沿与短边方向平行的方向延伸的三个节点的二次弯曲移动。这与图9B所示的第二振动模式对应。

然后，第一振动模式和第二振动模式被组合在一起，以在突起6中激励椭圆运动。此时，当在压力下与突起6接触时，驱动部件可被线性地驱动。

这里，图9A所示的第一振动模式允许在突起6中激励沿与在压力下接触驱动部件的接触部分的表面(以下，称为接触表面)垂直的方向移位的幅度(以下，称为Z轴幅度)。

此外，图9B所示的第二振动模式允许在突起6中激励沿与接触表面平行的方向移位的幅度(以下，称为X轴幅度)。

第一振动模式和第二振动模式的组合允许在突起6中的预定的一个中激励如图9C所示的椭圆运动。以下，将Z轴幅度和X轴幅度之间的大小的比值称为椭圆运动的椭圆率(ellipticity)。

图10A是示出当两相电压V1和V2之间的相位差在-180度和180度之间改变时所观察的第一振动模式和第二振动模式下的幅度的曲线图。

当向极化的压电元件5的相应两个电极A1和A2施加的两相AC电压V1和V2之间的相位差在-180度和180度之间改变时，第一振动模式和第二振动模式(P2)中的幅度分别如图10A中的P1和P2所示的那样。

在图10A中，横轴表示相位差。纵轴表示第一振动模式和第二振动模式下的幅度。

第一振动模式和第二振动模式的组合允许在突起6中激励椭圆运动。改变要施加的AC电压V1和V2之间的相位差允许调整在预定的突起6中激励的椭圆运动的椭圆率。

图10A在其下部中示出与横轴上的相位差对应的椭圆形状。可通过在AC电压V1和V2之间的相位差的正号和负号之间切换，切换提供线性驱动的振动型致动器的驱动方向。

此外，通过连续地改变从任何值开始的相位差并使得符号在正号和负号之间适当地改变(例如，连续地在90度和-90度之间改变相位差并使得符号在正号和负号之间适当地改变)，可连续地改变驱动的方向和速度。

关于驱动速度，如图10B所示，出现以下现象(称为崖落(cliffdrop)现象)。驱动速度在共振频率处达到峰值，并且在共振频率的更高频率侧缓慢地减小，同时在共振频率的更低频率侧迅速减小。

此外，众所周知，可通过将向压电元件施加的AC电压的频率设为较接近共振频率来增大速度。可通过将施加的AC电压的频率设为较远离共振频率来降低速度。

作为这种振动型致动器，可以提供通过使用多个振动器来施加增大的驱动力的装置。

但是，当振动型致动器被配置为使用多个振动器对驱动部件进行驱动时会出现以下问题。