[發(fā)明專利]振動(dòng)型致動(dòng)器的控制裝置和振動(dòng)型致動(dòng)器的控制方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110145592.2
• 申請(qǐng)日: 2011-06-01
• 公開（公告）號(hào): CN102270941A
• 公開（公告）日: 2011-12-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 工藤真也
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 佳能株式會(huì)社
• 主分類號(hào): H02N2/00
• 分類號(hào): H02N2/00
• 代理公司: 中國國際貿(mào)易促進(jìn)委員會(huì)專利商標(biāo)事務(wù)所 11038
• 代理人: 李穎

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及振動(dòng)型致動(dòng)器的控制裝置和振動(dòng)型致動(dòng)器的控制方法。

背景技術(shù)

這樣的致動(dòng)器被常規(guī)地提出：該致動(dòng)器使板狀振動(dòng)器上的給定質(zhì)點(diǎn)經(jīng)受橢圓運(yùn)動(dòng)以對(duì)驅(qū)動(dòng)部件進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。

作為具有板狀振動(dòng)器的振動(dòng)型致動(dòng)器的基本配置，在日本專利申請(qǐng)公開No.2004-320846中示出的這樣的配置是已知的。圖8A是示出日本專利申請(qǐng)公開No.2004-320846中的振動(dòng)型致動(dòng)器的外部基本配置的例子的透視圖。

如圖8A所示，該振動(dòng)型致動(dòng)器中的振動(dòng)器包含矩形板狀成形的、由金屬材料形成的彈性部件4。該彈性部件4包含與該彈性部件4的背面接合的壓電元件(機(jī)電能量換能器)5。多個(gè)突起6被設(shè)置在彈性部件4的頂面上的相應(yīng)預(yù)定位置處。

根據(jù)該配置，向壓電元件5施加AC(交流)電壓允許同時(shí)產(chǎn)生沿彈性部件4的長邊方向的二次彎曲振動(dòng)和沿彈性部件4的短邊方向的一次彎曲振動(dòng)。這在突起6中激勵(lì)橢圓運(yùn)動(dòng)。

然后，驅(qū)動(dòng)部件7在壓力下接觸突起6的頂部(接觸部分)，并然后通過突起6的橢圓運(yùn)動(dòng)而被線性地驅(qū)動(dòng)。即，突起6用作振動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)單元。

圖8B是示出圖8A所示的振動(dòng)型致動(dòng)器中的壓電元件5的極化(polarization)區(qū)域的例子的示意圖。

此外，圖9A和圖9B是示出彈性單元4的振動(dòng)模式的透視圖。圖9C是示出在彈性單元4的突起6中激勵(lì)的橢圓運(yùn)動(dòng)的圖。

如圖8B所示，壓電元件5經(jīng)受極化處理，并且包含兩個(gè)電極A1和A2。

分別向兩個(gè)電極A1和A2施加相位彼此相同的AC電壓V1和V2，以激勵(lì)矩形彈性單元4進(jìn)入具有沿與長邊方向平行的方向延伸的兩個(gè)節(jié)點(diǎn)(node)的一次彎曲移動(dòng)。這與圖9A所示的第一振動(dòng)模式對(duì)應(yīng)。

此外，分別向兩個(gè)電極A1和A2施加彼此反相的AC電壓V1和V2，以激勵(lì)矩形彈性單元4進(jìn)入具有沿與短邊方向平行的方向延伸的三個(gè)節(jié)點(diǎn)的二次彎曲移動(dòng)。這與圖9B所示的第二振動(dòng)模式對(duì)應(yīng)。

然后，第一振動(dòng)模式和第二振動(dòng)模式被組合在一起，以在突起6中激勵(lì)橢圓運(yùn)動(dòng)。此時(shí)，當(dāng)在壓力下與突起6接觸時(shí)，驅(qū)動(dòng)部件可被線性地驅(qū)動(dòng)。

這里，圖9A所示的第一振動(dòng)模式允許在突起6中激勵(lì)沿與在壓力下接觸驅(qū)動(dòng)部件的接觸部分的表面(以下，稱為接觸表面)垂直的方向移位的幅度(以下，稱為Z軸幅度)。

此外，圖9B所示的第二振動(dòng)模式允許在突起6中激勵(lì)沿與接觸表面平行的方向移位的幅度(以下，稱為X軸幅度)。

第一振動(dòng)模式和第二振動(dòng)模式的組合允許在突起6中的預(yù)定的一個(gè)中激勵(lì)如圖9C所示的橢圓運(yùn)動(dòng)。以下，將Z軸幅度和X軸幅度之間的大小的比值稱為橢圓運(yùn)動(dòng)的橢圓率(ellipticity)。

圖10A是示出當(dāng)兩相電壓V1和V2之間的相位差在-180度和180度之間改變時(shí)所觀察的第一振動(dòng)模式和第二振動(dòng)模式下的幅度的曲線圖。

當(dāng)向極化的壓電元件5的相應(yīng)兩個(gè)電極A1和A2施加的兩相AC電壓V1和V2之間的相位差在-180度和180度之間改變時(shí)，第一振動(dòng)模式和第二振動(dòng)模式(P2)中的幅度分別如圖10A中的P1和P2所示的那樣。

在圖10A中，橫軸表示相位差。縱軸表示第一振動(dòng)模式和第二振動(dòng)模式下的幅度。

第一振動(dòng)模式和第二振動(dòng)模式的組合允許在突起6中激勵(lì)橢圓運(yùn)動(dòng)。改變要施加的AC電壓V1和V2之間的相位差允許調(diào)整在預(yù)定的突起6中激勵(lì)的橢圓運(yùn)動(dòng)的橢圓率。

圖10A在其下部中示出與橫軸上的相位差對(duì)應(yīng)的橢圓形狀。可通過在AC電壓V1和V2之間的相位差的正號(hào)和負(fù)號(hào)之間切換，切換提供線性驅(qū)動(dòng)的振動(dòng)型致動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)方向。

此外，通過連續(xù)地改變從任何值開始的相位差并使得符號(hào)在正號(hào)和負(fù)號(hào)之間適當(dāng)?shù)馗淖?例如，連續(xù)地在90度和-90度之間改變相位差并使得符號(hào)在正號(hào)和負(fù)號(hào)之間適當(dāng)?shù)馗淖?，可連續(xù)地改變驅(qū)動(dòng)的方向和速度。

關(guān)于驅(qū)動(dòng)速度，如圖10B所示，出現(xiàn)以下現(xiàn)象(稱為崖落(cliffdrop)現(xiàn)象)。驅(qū)動(dòng)速度在共振頻率處達(dá)到峰值，并且在共振頻率的更高頻率側(cè)緩慢地減小，同時(shí)在共振頻率的更低頻率側(cè)迅速減小。

此外，眾所周知，可通過將向壓電元件施加的AC電壓的頻率設(shè)為較接近共振頻率來增大速度。可通過將施加的AC電壓的頻率設(shè)為較遠(yuǎn)離共振頻率來降低速度。

作為這種振動(dòng)型致動(dòng)器，可以提供通過使用多個(gè)振動(dòng)器來施加增大的驅(qū)動(dòng)力的裝置。

但是，當(dāng)振動(dòng)型致動(dòng)器被配置為使用多個(gè)振動(dòng)器對(duì)驅(qū)動(dòng)部件進(jìn)行驅(qū)動(dòng)時(shí)會(huì)出現(xiàn)以下問題。