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JP7520686B2 - Vibration type driving device and driving method for a vibration type driving device - Google Patents
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JP7520686B2 - Vibration type driving device and driving method for a vibration type driving device - Google Patents

Vibration type driving device and driving method for a vibration type driving device Download PDF

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Description

超音波振動を利用したアクチュエータの駆動装置に関するものである。 This relates to a drive device for an actuator that uses ultrasonic vibration.

電気-機械エネルギー変換素子(圧電素子、電歪素子等)によって加振される振動体を使った振動型アクチュエータにおいて、印加電圧を計測して振動体の断線等の不具合を検知する方法は知られている。例えば特許文献1にはインダクタを介して振動体に印加する交流電圧の高周波成分の発生の検出によって断線を検知する例が示されている。又特許文献2には昇圧用のトランスの特性によって変化する印加電圧の周波数特性のピーク特性のQ値やピーク周波数の変化の検出によって断線を検知する例が示されている。 In a vibration actuator that uses a vibrating body that is excited by an electrical-mechanical energy conversion element (piezoelectric element, electrostrictive element, etc.), a method is known for measuring the applied voltage to detect defects such as a disconnection in the vibrating body. For example, Patent Document 1 shows an example of detecting a disconnection by detecting the generation of high-frequency components in an AC voltage applied to the vibrating body via an inductor. Patent Document 2 also shows an example of detecting a disconnection by detecting changes in the Q value or peak frequency of the peak characteristics of the frequency characteristics of the applied voltage that change depending on the characteristics of a step-up transformer.

特許文献1のように単体の振動体の場合、断線による印加電圧の変化が大きく、高周波成分の発生によって断線の発生を検知できる。しかし、インダクタ素子と振動体とが並列接続された振動体ユニットを直列に複数接続したものや、複数のトランスの2次側にそれぞれ並列に振動体を接続し各トランスの1次側を直列に接続した直列接続型の振動体装置においては以下の問題がある。 In the case of a single vibrator as in Patent Document 1, the change in applied voltage due to a disconnection is large, and the occurrence of a disconnection can be detected by the generation of high-frequency components. However, the following problems exist in a series-connected vibrator device in which multiple vibrator units, each having an inductor element and a vibrator connected in parallel, are connected in series, or in which a vibrator is connected in parallel to the secondary side of multiple transformers and the primary side of each transformer is connected in series.

すなわち、1つの振動体が断線しても直列接続の両端にかかる印加電圧の波形変化は少ない上、駆動周波数より高い周波数領域に現れる高周波成分は周波数によって増加したり減少したりする。そのため、単純に高周波成分が発生したからと言って断線の有無を判定出来なかった。 In other words, even if one vibrator breaks, there is little change in the waveform of the voltage applied to both ends of the series connection, and the high-frequency components that appear in a frequency range higher than the drive frequency increase or decrease depending on the frequency. For this reason, the presence or absence of a break cannot be determined simply because high-frequency components have been generated.

また特許文献2のようにトランスの2次側の周波数特性を利用して印加電圧の周波数特性のピーク特性に着目し、ピーク周波数やQ値を検出する方法を用いれば、個々の振動体の不具合を検知する事が出来る。しかし、上述したような直列接続型の振動体装置においては、すべての振動体に印加される交流電圧を検出する必要があり、不具合箇所を検知する事が出来る反面回路規模が大きくなる欠点があった。また、高周波域での周波数掃引や疑似乱数を用いたピーク周波数及びQ値の検出は、通常の駆動電圧を印加している最中に別途高周波電圧を重畳して独立に行うと速度変動や異音の原因になりやすいという問題があった。複数の振動体を連ねる振動型ユニットにおいては、複数の振動体の内、1個の振動体の断線が発生したとしても他の振動体へ印加電圧は供給され、ある程度駆動出来るので断線しても駆動を継続できるという性質を持つ。しかし、断線した状態では他の振動体の負担が重くなる為、性能劣化が加速的に進む可能性があるという問題があった。 Also, as in Patent Document 2, by using the frequency characteristics of the secondary side of the transformer to focus on the peak characteristics of the frequency characteristics of the applied voltage and using a method to detect the peak frequency and Q value, it is possible to detect defects in individual vibrators. However, in the above-mentioned series-connected vibrator device, it is necessary to detect the AC voltage applied to all vibrators, and while it is possible to detect defective parts, there is a drawback in that the circuit size becomes large. In addition, there is a problem that the detection of the peak frequency and Q value using frequency sweep in the high frequency range or pseudo-random numbers is likely to cause speed fluctuations and abnormal noise if it is performed independently by superimposing a separate high frequency voltage while applying a normal driving voltage. In a vibration type unit in which multiple vibrators are connected in series, even if one of the multiple vibrators breaks, the applied voltage is supplied to the other vibrators and they can be driven to a certain extent, so they have the property that they can continue to be driven even if the wire breaks. However, there is a problem that the burden on the other vibrators becomes heavy in the broken state, and performance deterioration may progress at an accelerated rate.

特許第5716624Patent No. 5716624 特開2018-78769Patent Publication No. 2018-78769

本発明は上記課題に鑑み、複数の振動体を連ねる振動体ユニットにおいて、駆動中に振動体の断線を検出することを目的とする。 In view of the above problems, the present invention aims to detect a disconnection of a vibrator while it is being driven in a vibrator unit that has multiple vibrators connected together.

上記課題を解決するための振動型駆動装置は、指令信号を出力する制御部と、
前記指令信号に基づき駆動信号を出力する駆動部と、
前記駆動信号に基づき振動する2つ以上の振動体が連なる振動体ユニットと、
前記駆動信号を分析して分析結果を出力する駆動信号分析手段と、前記分析結果に基づき前記振動体に連結する配線の断線の有無を判定する判定手段を備え、
1次側が直列に接続された複数のトランスの2次側にそれぞれ並列に振動体を接続した前記振動体ユニットを備え、前記複数のトランスの1次側は、前記駆動信号が印加されるように構成されており、
前記駆動部は所定の電圧と周波数を有するパルス信号を生成する矩形電圧生成手段と、前記矩形電圧生成手段と前記振動体ユニットとの間に挿入される波形整形手段を備え、
前記駆動信号の高調波の周波数が、前記振動体が断線していない状態において波形整形手段の出力電圧又は出力電流の周波数特性の谷の最下点の近傍であるよう構成されている。
また別の振動型駆動装置は、
指令信号を出力する制御部と、
前記指令信号に基づき駆動信号を出力する駆動部と、
前記駆動信号に基づき振動する2つ以上の振動体が連なる振動体ユニットと、
前記駆動信号を分析して分析結果を出力する駆動信号分析手段と、前記分析結果に基づき前記振動体に連結する配線の断線の有無を判定する判定手段を備え、
並列に接続された一対のインダクタと振動体が、直列に複数対が連なる前記振動体ユニットを備え、
前記駆動部は所定の電圧と周波数を有するパルス信号を生成する矩形電圧生成手段と、前記矩形電圧生成手段と前記振動体ユニットとの間に挿入される波形整形手段を備え、
前記駆動信号の高調波の周波数が、前記振動体が断線していない状態において波形整形手段の出力電圧又は出力電流の周波数特性の谷の最下点の近傍であるよう構成されている
The vibration type driving device for solving the above problem includes: a control unit that outputs a command signal;
A drive unit that outputs a drive signal based on the command signal;
a vibrator unit including two or more vibrators arranged in series and vibrating based on the drive signal;
a drive signal analysis means for analyzing the drive signal and outputting an analysis result; and a determination means for determining whether or not a wire connected to the vibrating body is broken based on the analysis result,
The vibrator unit includes a plurality of transformers whose primary sides are connected in series, and the secondary sides of the transformers are connected in parallel to each other, and the primary sides of the transformers are configured to receive the drive signal,
the driving unit includes a rectangular voltage generating means for generating a pulse signal having a predetermined voltage and frequency, and a waveform shaping means inserted between the rectangular voltage generating means and the vibrator unit,
The frequency of the harmonic of the drive signal is configured to be near the lowest point of the valley of the frequency characteristic of the output voltage or output current of the waveform shaping means when the vibrator is not broken.
Another vibratory drive device is
A control unit that outputs a command signal;
A drive unit that outputs a drive signal based on the command signal;
a vibrator unit including two or more vibrators arranged in series and vibrating based on the drive signal;
a drive signal analysis means for analyzing the drive signal and outputting an analysis result; and a determination means for determining whether or not a wire connected to the vibrating body is broken based on the analysis result,
The vibrator unit includes a plurality of pairs of a pair of an inductor and a vibrator connected in parallel and connected in series,
the driving unit includes a rectangular voltage generating means for generating a pulse signal having a predetermined voltage and frequency, and a waveform shaping means inserted between the rectangular voltage generating means and the vibrator unit,
The frequency of the harmonic of the drive signal is configured to be near the lowest point of the valley of the frequency characteristic of the output voltage or output current of the waveform shaping means when the vibrator is not broken .

本発明によれば、複数の振動体を連ねる振動型ユニットを有する振動型駆動装置において通常の駆動中に振動体の断線を検知可能となる。また通常駆動中に断線が発生しても、いち早く断線の状況に応じた駆動制御の実施が可能なので周辺機構や使用ユーザへの断線の影響を少なくすることが出来る。 According to the present invention, in a vibration type drive device having a vibration type unit in which multiple vibrators are connected, it is possible to detect a disconnection of a vibrator during normal operation. Even if a disconnection occurs during normal operation, it is possible to quickly implement drive control according to the disconnection situation, thereby reducing the impact of the disconnection on peripheral mechanisms and the user.

第1の実施例の振動型アクチュエータの駆動回路の第1の例を示す図FIG. 1 is a diagram showing a first example of a drive circuit for a vibration actuator according to a first embodiment; 振動型アクチュエータの構造の第1の例を示す図FIG. 1 is a diagram showing a first example of the structure of a vibration type actuator; 振動型アクチュエータ内の電気的接続を示す図A diagram showing electrical connections within a vibration actuator. 第1の実施例の断線時の駆動電圧振幅の周波数特性変化の第1の例を示す図FIG. 11 is a diagram showing a first example of a change in frequency characteristic of a driving voltage amplitude when a wire is broken in the first embodiment; 第1の実施例の断線時の駆動電圧波形の変化を示す図FIG. 13 is a diagram showing a change in the driving voltage waveform when a wire is broken in the first embodiment; 第1の実施例のデューティ50%のパルス信号で駆動した際の分析結果の第1の例を示す図FIG. 11 is a diagram showing a first example of an analysis result when driven by a pulse signal with a duty of 50% in the first embodiment; 第1の実施例のデューティ38%のパルス信号で駆動した際の分析結果の第1の例を示す図FIG. 11 is a diagram showing a first example of an analysis result when driven by a pulse signal with a duty of 38% in the first embodiment; 第1の実施例のデューティ50%のパルス信号で駆動した際の断線数と分析結果の関係の第1の例を示す図FIG. 11 is a diagram showing a first example of the relationship between the number of breaks and analysis results when driven by a pulse signal with a duty of 50% in the first embodiment; 第1の実施例のデューティ38%のパルス信号で駆動した際の断線数と分析結果の関係の第1の例を示す図FIG. 11 is a diagram showing a first example of the relationship between the number of breaks and analysis results when driven by a pulse signal with a duty of 38% in the first embodiment; 第1の実施例の振動型アクチュエータの駆動回路の第2の例を示す図FIG. 2 is a diagram showing a second example of a drive circuit for the vibration actuator according to the first embodiment; 第1の実施例の断線時の駆動電圧振幅の周波数特性変化の第2の例を示す図FIG. 11 is a diagram showing a second example of a change in frequency characteristic of a driving voltage amplitude when a wire is broken in the first embodiment; 第1の実施例のデューティ50%のパルス信号で駆動した際の分析結果の第2の例を示す図FIG. 11 is a diagram showing a second example of the analysis results when driven by a pulse signal with a duty of 50% in the first embodiment; 第1の実施例の振動型アクチュエータの駆動回路の第3の例を示す図FIG. 11 is a diagram showing a third example of a drive circuit for the vibration actuator according to the first embodiment; 第1の実施例の断線時の駆動電圧振幅の周波数特性変化の第3の例を示す図FIG. 11 is a diagram showing a third example of a change in frequency characteristic of a driving voltage amplitude when a wire is broken in the first embodiment; 第1の実施例のデューティ50%のパルス信号で駆動した際の分析結果の第3の例を示す図FIG. 11 is a diagram showing a third example of an analysis result when driven by a pulse signal with a duty of 50% in the first embodiment; 第1の実施例のデューティ38%のパルス信号で駆動した際の分析結果の第2の例を示す図FIG. 2 is a diagram showing a second example of the analysis results when driven by a pulse signal with a duty of 38% in the first embodiment; 第2の実施例の振動型アクチュエータの駆動回路の第1の例を示す図FIG. 11 is a diagram showing a first example of a drive circuit for a vibration actuator according to a second embodiment; 第2の実施例の断線時の駆動電圧振幅の周波数特性変化の例を示す図FIG. 13 is a diagram showing an example of a change in frequency characteristic of a driving voltage amplitude when a wire is broken in the second embodiment; 第2の実施例の断線時の駆動電圧波形の変化の例を示す図FIG. 13 is a diagram showing an example of a change in a driving voltage waveform when a wire is broken in the second embodiment; 第2の実施例のデューティ50%のパルス信号で駆動した際の分析結果の例を示す図FIG. 13 is a diagram showing an example of an analysis result when driven by a pulse signal with a duty of 50% in the second embodiment; 第2の実施例の振動型アクチュエータの駆動回路の第2の例を示す図FIG. 13 is a diagram showing a second example of a drive circuit for a vibration actuator according to a second embodiment; 第3の実施例の振動型アクチュエータの振動体の構成を示す図FIG. 13 is a diagram showing the configuration of a vibrating body of a vibration actuator according to a third embodiment; 第3の実施例の振動体の振動モードを示す図FIG. 13 is a diagram showing vibration modes of a vibrating body according to a third embodiment; 第3の実施例の振動型アクチュエータの構成例を示す図FIG. 13 is a diagram showing a configuration example of a vibration actuator according to a third embodiment; 第3の実施例の振動型アクチュエータの駆動回路を示す図FIG. 13 is a diagram showing a drive circuit of a vibration actuator according to a third embodiment. 第3の実施例の断線時の駆動電圧振幅の周波数特性変化の例を示す図FIG. 13 is a diagram showing an example of a change in frequency characteristic of a driving voltage amplitude when a wire is broken in the third embodiment; 第3の実施例の断線時の駆動電圧波形の変化を示す図FIG. 13 is a diagram showing a change in the driving voltage waveform when a wire is broken in the third embodiment. 第3の実施例のデューティ50%のパルス信号で駆動した際の分析結果の例を示す図FIG. 13 is a diagram showing an example of an analysis result when driven by a pulse signal with a duty of 50% in the third embodiment; 第3の実施例のCPU15の動作例を示すフローチャート11 is a flowchart showing an example of the operation of the CPU 15 according to the third embodiment. 第3の実施例のCPU15の波形分析、断線判定、振動振幅制御の動作例を示すフローチャート11 is a flowchart showing an example of the operation of the CPU 15 of the third embodiment, including waveform analysis, disconnection determination, and vibration amplitude control. 第4の実施例の振動型アクチュエータの駆動回路を示す図FIG. 13 is a diagram showing a drive circuit of a vibration actuator according to a fourth embodiment. 第4の実施例の断線時の駆動電流の周波数特性変化の例を示す図FIG. 13 is a diagram showing an example of a change in frequency characteristic of a driving current when a wire is broken in the fourth embodiment; 第4の実施例のデューティ50%のパルス信号で駆動した際の分析結果の例を示す図FIG. 13 is a diagram showing an example of an analysis result when driven by a pulse signal with a duty of 50% in the fourth embodiment; 第4の実施例のCPU15の波形分析、断線判定、振動振幅制御の動作例を示すフローチャート13 is a flowchart showing an example of the operation of the CPU 15 of the fourth embodiment, including waveform analysis, disconnection determination, and vibration amplitude control.

本発明を実施するための形態の一例は、指令信号を出力する制御部と、指令信号に基づき駆動信号を出力する駆動部と、駆動信号に基づき振動する2つ以上の振動体が連なる振動体ユニットを備えている。さらには、駆動信号を分析して分析結果を出力する駆動信号分析手段と、分析結果に基づき前記振動体に連結する配線の断線の有無を判定する判定手段を備える振動型駆動装置である。 One example of an embodiment of the present invention is a vibration type driving device that includes a control unit that outputs a command signal, a driving unit that outputs a drive signal based on the command signal, and a vibrating body unit in which two or more vibrating bodies that vibrate based on the drive signal are connected. It further includes a drive signal analysis means that analyzes the drive signal and outputs the analysis result, and a determination means that determines whether or not there is a break in the wiring connected to the vibrating body based on the analysis result.

本発明を実施するための形態の他の一例は、以下のような制御方法である。すなわち制御部が指令信号を駆動部へ出力し、前記指令信号に基づき駆動部が出力した駆動信号によって2つ以上の振動体が連なる振動体ユニットが振動する。それとともに、前記駆動信号を分析して分析結果を出力し、前記分析結果に基づき前記振動体に連結する配線の断線の有無を判定する振動型駆動装置の制御方法である。 Another example of a form for implementing the present invention is a control method as follows. That is, a control unit outputs a command signal to a drive unit, and a vibrator unit having two or more vibrators connected together vibrates due to a drive signal output by the drive unit based on the command signal. At the same time, the control method for a vibration type drive device analyzes the drive signal, outputs the analysis result, and determines whether or not there is a break in the wiring connected to the vibrator based on the analysis result.

当該構成によって、複数の振動体を連ねる振動型アクチュエータにおいて通常の駆動中に振動体の断線を検知することができる。以下、図面を参照しつつ詳述する。 This configuration makes it possible to detect a disconnection in a vibrating body during normal operation in a vibration actuator that has multiple vibrating bodies connected together. This will be described in detail below with reference to the drawings.

図1は第1の実施例の振動型アクチュエータの駆動回路を示す図である。1、2、3は振動体、5、6、7は1次側のインダクタを直列に接続したトランスであり、トランス5、6、7の2次側に振動体1、2、3をそれぞれ並列に接続した点線で囲った部分は振動体ユニットとしての振動型アクチュエータ10の内部回路を示している。各振動体に並列に接続されたトランスの2次側コイルのインダクタンス値は、振動型アクチュエータ10の共振周波数に近い所定の周波数でマッチングされている。 Figure 1 shows the drive circuit of the vibration actuator of the first embodiment. 1, 2, and 3 are vibrators, 5, 6, and 7 are transformers with primary inductors connected in series, and the areas surrounded by dotted lines where vibrators 1, 2, and 3 are connected in parallel to the secondary sides of transformers 5, 6, and 7 respectively, show the internal circuit of vibration actuator 10 as a vibration body unit. The inductance value of the secondary coil of the transformer connected in parallel to each vibrator is matched at a predetermined frequency close to the resonant frequency of vibration actuator 10.

即ち、マッチング周波数をF、制動容量値をC、トランスの2次側コイルのインダクタンス値をLとすると、これらの関係は数式1で表される。 That is, when the matching frequency is F 0 , the damping capacitance value is C 0 , and the inductance value of the secondary coil of the transformer is L 0 , the relationship between them is expressed by Equation 1.

Figure 0007520686000001
12は周波数指令に応じたパルス信号を出力する矩形電圧生成手段であり、インダクタとコンデンサの直列回路で構成される波形整形手段11を介して駆動電圧を振動型アクチュエータ10に出力している。13は振動型アクチュエータ10に流れる電流を計測する為の抵抗で、振動体1、2、3の振動速度に比例した電圧を出力する。したがって振動型アクチュエータ10の全体を代表した電圧の値を抵抗13の出力から検出できる。
Figure 0007520686000001
Reference numeral 12 denotes a rectangular voltage generating means that outputs a pulse signal according to a frequency command, and outputs a drive voltage to the vibration actuator 10 via a waveform shaping means 11 that is composed of a series circuit of an inductor and a capacitor. Reference numeral 13 denotes a resistor for measuring the current flowing through the vibration actuator 10, and outputs a voltage proportional to the vibration speed of the vibrating bodies 1, 2, and 3. Therefore, a voltage value representing the entire vibration actuator 10 can be detected from the output of the resistor 13.

尚、振動体の振幅は正確にはこの振動速度を時間で積分した値に比例するが、振動速度の振幅は概ね振動振幅に比例するので以下の実施例では振動速度信号の振幅を制御することで振動振幅を制御している。 To be precise, the amplitude of the vibrating body is proportional to the value obtained by integrating this vibration velocity with respect to time, but since the amplitude of the vibration velocity is roughly proportional to the vibration amplitude, in the following examples, the vibration amplitude is controlled by controlling the amplitude of the vibration velocity signal.

14は抵抗13で検出された振動速度信号の振幅を検出する為の振幅検出手段、15は不図示の指令手段からの指令に応じて振動型アクチュエータ10の振動振幅指令を出力する公知のCPUである。16は振動振幅指令と振幅検出手段14の出力を比較する振幅比較手段、17は振幅比較手段16の出力に応じて矩形電圧生成手段12に対して周波数指令を出力する振幅制御手段である。18は振動型アクチュエータ10の駆動電圧の波形を分析する駆動信号分析手段であって、制御部であるCPU15は駆動信号分析手段18の波形分析結果に応じてON-OFF指令等の指令信号を出力する。この指令信号に基づき、駆動部は駆動信号を2つ以上の振動体が連なる振動体ユニットに出力する。 14 is an amplitude detection means for detecting the amplitude of the vibration velocity signal detected by resistor 13, and 15 is a known CPU that outputs a vibration amplitude command for vibration actuator 10 in response to a command from a command means (not shown). 16 is an amplitude comparison means for comparing the vibration amplitude command with the output of amplitude detection means 14, and 17 is an amplitude control means for outputting a frequency command to rectangular voltage generation means 12 in response to the output of amplitude comparison means 16. 18 is a drive signal analysis means for analyzing the waveform of the drive voltage for vibration actuator 10, and CPU 15, which is a control unit, outputs a command signal such as an ON-OFF command in response to the waveform analysis result of drive signal analysis means 18. Based on this command signal, the drive unit outputs a drive signal to a vibration body unit in which two or more vibration bodies are connected.

制御部であるCPU15はON-OFF指令等の指令信号を、駆動部である矩形電圧生成手段12に出力し、振動型アクチュエータ10の駆動・停止等の動作を制御している。 The CPU 15, which is the control unit, outputs command signals such as ON-OFF commands to the rectangular voltage generating means 12, which is the drive unit, and controls the operation of the vibration actuator 10, such as driving and stopping.

図1に例示した振動体ユニットは、1次側が直列に接続された複数のトランスの2次側にそれぞれ並列に振動体を接続した構成であり、複数のトランスの1次側は、前記駆動信号が印加されるように構成されている。加えて、矩形電圧生成手段と振動体ユニットとの間に挿入される波形整形手段を備えている。 The vibrator unit illustrated in FIG. 1 has a configuration in which vibrators are connected in parallel to the secondary sides of multiple transformers whose primaries are connected in series, and the primary sides of the multiple transformers are configured to be applied with the drive signal. In addition, it is equipped with a waveform shaping means inserted between the rectangular voltage generating means and the vibrator unit.

このように、2つ以上の振動体が連なって振動体ユニットとしての振動型アクチュエータ10が構成されており、制御部としてのCPU15が発する共通の指令信号により、振動体がそれぞれ駆動するように構成されている。 In this way, two or more vibrating bodies are connected together to form a vibration actuator 10 as a vibrating body unit, and each vibrating body is configured to be driven by a common command signal issued by the CPU 15 as a control unit.

ここで本実施例の振動型アクチュエータの第1の例を示す。図2は3つの振動体を円柱シャフトの外周に接触させ、円柱シャフトを回転させる振動型アクチュエータの構造を示す図である。1、2、3は縦方向(矢印の方向)に振動する振動体で4は円柱シャフトである。本実施例では振動体1、2、3は円柱シャフト4の円周に120°毎に略均等に配置されている。振動体1、2、3を加振して縦方向の振動を励起することによって円柱シャフト4は時計周りに回転する。円柱シャフトは2つ以上の振動体が連なる振動体ユニットに接する共通の接触体に相当し、振動体1,2,3の駆動により発生した合力の方向に振動体に対して相対移動する。 Here, a first example of a vibration type actuator of this embodiment is shown. Figure 2 shows the structure of a vibration type actuator in which three vibrators are brought into contact with the outer circumference of a cylindrical shaft to rotate the cylindrical shaft. 1, 2, and 3 are vibrators that vibrate in the vertical direction (direction of the arrow), and 4 is a cylindrical shaft. In this embodiment, vibrators 1, 2, and 3 are arranged approximately evenly every 120° on the circumference of cylindrical shaft 4. By exciting vibrations in the vertical direction by vibrating vibrators 1, 2, and 3, cylindrical shaft 4 rotates clockwise. The cylindrical shaft corresponds to a common contact body that contacts a vibrator unit in which two or more vibrators are connected, and moves relative to the vibrators in the direction of the resultant force generated by driving vibrators 1, 2, and 3.

図3は振動型アクチュエータ10内の電気的接続を示す図である。5、6、7はトランスで、トランス5、6、7の2次側コイルが振動体1、2、3に接合された圧電体に並列に接続されている。8は振動型アクチュエータ10に交流電圧を入力する為のコネクタで、トランス5、6、7の1次側コイルを直列接続し、その両端が接続されている。9はドーナツ状の中空ケースで、上記振動体が収められ、これらが一体となり複数の振動体が連なった振動型アクチュエータ10を構成している。 Figure 3 is a diagram showing the electrical connections within the vibration actuator 10. 5, 6, and 7 are transformers, and the secondary coils of the transformers 5, 6, and 7 are connected in parallel to the piezoelectric bodies joined to the vibrating bodies 1, 2, and 3. 8 is a connector for inputting AC voltage to the vibration actuator 10, which connects the primary coils of the transformers 5, 6, and 7 in series, with both ends connected. 9 is a donut-shaped hollow case that contains the vibrating bodies, and these are integrated to form the vibration actuator 10, which is made up of multiple vibrating bodies connected together.

また、振動体1、2、3はケース9の円柱シャフト4を通す中空円筒部に、120°毎に円柱シャフト4に加圧接触される突出部を持ち、不図示のバネ構造を含む支持部材によって一定の加圧力で円柱シャフト4に押し当てられている。次にCPU15の動作について説明する。CPU15は不図示の指令手段からの速度指令に応じて速度指令に対応する振動振幅のテーブルを元に振動振幅に関連する指令信号を出力する。駆動中に定期的に駆動信号分析手段18の分析結果をモニタし、分析結果が所定の範囲外であれば振動体1、2、3のいずれかが断線したと判定し、振動振幅指令を0にして振動型アクチュエータを停止する。さらには停止と共に不図示の指令手段に断線発生を知らせるように動作してもよい。 The vibrators 1, 2, and 3 have protrusions that are in pressure contact with the cylindrical shaft 4 every 120° in the hollow cylindrical section through which the cylindrical shaft 4 of the case 9 passes, and are pressed against the cylindrical shaft 4 with a constant pressure force by a support member including a spring structure (not shown). Next, the operation of the CPU 15 will be described. The CPU 15 outputs a command signal related to the vibration amplitude based on a table of vibration amplitudes corresponding to the speed command in response to a speed command from a command means (not shown). During driving, the analysis results of the drive signal analysis means 18 are periodically monitored, and if the analysis results are outside a predetermined range, it is determined that one of the vibrators 1, 2, and 3 has broken, and the vibration amplitude command is set to 0 to stop the vibration type actuator. Furthermore, the CPU 15 may operate to notify a command means (not shown) of the breakage when stopping.

次に駆動信号分析手段18の動作について説明する。図4は振動型アクチュエータ10の振動体の接続が断線した時の駆動電圧振幅の周波数特性の変化を示している。矩形電圧生成手段12が、正弦波状の電圧信号である駆動信号を出力したと仮定して周波数を掃引し駆動電圧の振幅を測定したものである。本実施形態における振動型アクチュエータ10の駆動周波数の範囲は概ね93kHzから98kHzの間である。 Next, the operation of the drive signal analysis means 18 will be described. Figure 4 shows the change in frequency characteristics of the drive voltage amplitude when the connection of the vibrating body of the vibration actuator 10 is broken. Assuming that the rectangular voltage generation means 12 outputs a drive signal that is a sinusoidal voltage signal, the frequency is swept and the amplitude of the drive voltage is measured. The drive frequency range of the vibration actuator 10 in this embodiment is approximately between 93 kHz and 98 kHz.

図4中、実線が断線無し、破線が振動体の1つに連結する配線が断線、一点鎖線が2つの振動体のそれぞれに連結する配線が断線、点線が全ての振動体のそれぞれに連結する配線が断線した場合である。図4中、Fは通常駆動で用いる周波数範囲内のある駆動電圧波形の基本波の周波数、Fはその2次の高調波の周波数、Fはその3次の高調波の周波数を示している。図4の各次数の電圧振幅を比較すると、断線の数によって次数間の振幅の比が異なり波形が変化している事がわかる。また駆動電圧の3次の高調波の周波数Fが断線無しの時の周波数特性の谷の最下点の周波数(310kHz付近)の近傍である為、3次の高調波の振幅が断線時に大きく変化しているため断線時の波形変化を大きくしている。 In Fig. 4, the solid line indicates no breakage, the dashed line indicates a breakage in the wiring connected to one of the vibrators, the dashed line indicates a breakage in the wiring connected to each of the two vibrators, and the dotted line indicates a breakage in the wiring connected to each of all the vibrators. In Fig. 4, F1 indicates the fundamental frequency of a certain driving voltage waveform within the frequency range used in normal driving, F2 indicates the frequency of its second harmonic, and F3 indicates the frequency of its third harmonic. Comparing the voltage amplitudes of each order in Fig. 4, it can be seen that the ratio of the amplitudes between the orders differs depending on the number of breakages, and the waveform changes. In addition, since the frequency F3 of the third harmonic of the driving voltage is near the frequency (around 310 kHz) at the lowest point of the valley of the frequency characteristic when there is no breakage, the amplitude of the third harmonic changes significantly when a breakage occurs, which makes the waveform change large when a breakage occurs.

図5に駆動電圧の波形の変化を示す。図5(a)は矩形電圧生成手段12がデューティ50%のパルス信号を出力した場合、図5(b)は矩形電圧生成手段12がデューティ38%のパルス信号を出力した場合を示している。実線が断線無し、破線が1つの振動体が断線、一点鎖線が2つの振動体が断線、点線が全て断線した場合である。 Figure 5 shows the change in the waveform of the drive voltage. Figure 5(a) shows the case where the rectangular voltage generating means 12 outputs a pulse signal with a duty of 50%, and Figure 5(b) shows the case where the rectangular voltage generating means 12 outputs a pulse signal with a duty of 38%. The solid line shows the case where there is no break, the dashed line shows the case where one vibrator is broken, the dashed line shows the case where two vibrators are broken, and the dotted line shows the case where all are broken.

図5(a)、図5(b)とも断線が発生すると滑らかな波形の一部が急峻に変化し、矩形波が重畳している様子がよくわかる。また断線の数が増えると急峻な波形が大きくなる一方で振幅は小さくなっており、重畳される矩形波成分の割合が増加していることがわかる。 In both Figures 5(a) and 5(b), when a break occurs, part of the smooth waveform changes to abrupt and a square wave is superimposed. It can also be seen that as the number of breaks increases, the steepness of the waveform increases while the amplitude decreases, and the proportion of superimposed square wave components increases.

図6は矩形電圧生成手段12の出力するパルス信号のデューティが50%の時の駆動信号分析手段18の波形分析結果の例を示している。図6(a)、(b)は駆動電圧の周波数を変えて駆動電圧の「絶対値の平均値」と実効値を元に計算したグラフである。図6(a)は波形率(「絶対値の平均値」/実効値)、図6(b)は実効値―「絶対値の平均値」の結果である。 Figure 6 shows an example of the waveform analysis results of the drive signal analysis means 18 when the duty of the pulse signal output by the rectangular voltage generation means 12 is 50%. Figures 6(a) and (b) are graphs calculated based on the "average absolute value" and effective value of the drive voltage when the frequency of the drive voltage is changed. Figure 6(a) shows the result of the form factor ("average absolute value"/effective value), and Figure 6(b) shows the result of effective value - "average absolute value".

交流信号の実効値は矩形波に近いほど交流信号の「絶対値の平均値」に近づいていくので、断線数の増加によって重畳される矩形波成分が増加すると波形率は1に近づいてゆき、実効値―「絶対値の平均値」は減少している。 The closer the effective value of an AC signal is to a square wave, the closer it approaches the "average absolute value" of the AC signal. Therefore, as the number of breaks increases and the superimposed square wave components increase, the form factor approaches 1, and the effective value - the "average absolute value" decreases.

このように分析する波形は、駆動電圧の周波数に対する駆動電圧の絶対値の平均値の波形、あるいは駆動電圧の周波数に対する駆動電圧の実効値の波形であってもよい。 The waveform analyzed in this manner may be a waveform of the average absolute value of the drive voltage relative to the frequency of the drive voltage, or a waveform of the effective value of the drive voltage relative to the frequency of the drive voltage.

図6(c)、(d)は駆動電圧の高調波の振幅から計算したグラフである。図6(c)は高周波成分の度合いを評価する為の全高調波歪率(基本波以外の高周波成分(高調波成分)の振幅を基本波の振幅で割った値)、図6(d)は3次の高調波の振幅を基本波の振幅で割った値を示すグラフである。基本波や高調波の振幅の計測方法としては、公知のFFT(高速フーリエ変換)を用いる方法の他以下の方法がある。すなわち、ローパスフィルタを使って基本波と高周波成分(高調波成分)を分離してそれぞれの振幅を計測する方法、バンドパスフィルタで特定の次数の高調波を抜き出して振幅を計測する方法等がある。また、本実施例では駆動信号分析手段18を使って波形の分析を行ったが、不図示のA/D変換器を用いて駆動電圧の時系列波形をCPU15に読み込み、FFT等の演算を用いて波形分析を行っても良い。その場合、A/D変換器で入力する前にローパスフィルタで5次以上の高調波を減衰させてから入力することで、A/D変換器のサンプリング周波数を下げることが出来る。波形の変化には3次以下の高調波の影響が大きいので、3次の高調波を検出するのに十分なサンプリング周波数(例えば基本波の12倍以上の周波数)でサンプリングするのが望ましい。このように、駆動電圧の周波数に対する3次の高調波の振幅と基本波の振幅の波形から分析してもよい。 6(c) and (d) are graphs calculated from the amplitude of the harmonics of the drive voltage. FIG. 6(c) is a graph showing the total harmonic distortion (the value obtained by dividing the amplitude of high-frequency components (harmonic components) other than the fundamental wave by the amplitude of the fundamental wave) for evaluating the degree of high-frequency components, and FIG. 6(d) is a graph showing the value obtained by dividing the amplitude of the third harmonic by the amplitude of the fundamental wave. Methods for measuring the amplitude of the fundamental wave and the harmonics include the well-known method of using FFT (fast Fourier transform) as well as the following methods. That is, there are a method of using a low-pass filter to separate the fundamental wave and the high-frequency components (harmonic components) and measure their respective amplitudes, and a method of extracting a specific order of harmonics using a band-pass filter and measuring the amplitude. In addition, in this embodiment, the waveform was analyzed using the drive signal analysis means 18, but the time-series waveform of the drive voltage may be read into the CPU 15 using an A/D converter (not shown) and the waveform may be analyzed using calculations such as FFT. In this case, the sampling frequency of the A/D converter can be lowered by attenuating the fifth and higher harmonics with a low-pass filter before inputting the signal to the A/D converter. Since the third and lower harmonics have a large effect on the change in waveform, it is desirable to perform sampling at a sampling frequency sufficient to detect the third harmonic (for example, a frequency 12 times or higher than the fundamental wave). In this way, analysis can be performed from the waveforms of the amplitude of the third harmonic and the amplitude of the fundamental wave relative to the frequency of the drive voltage.

図4の駆動電圧振幅の周波数特性より矩形波の2次以上の高調波成分は断線によってほぼ増加しているので、高調波歪率及び3次高調波(F近傍の周波数)の振幅を基本波(F近傍の周波数)の振幅で割った値は断線数が増えるに従って増加している。 According to the frequency characteristics of the drive voltage amplitude in FIG. 4, the second and higher harmonic components of the square wave increase almost entirely due to breakages, so the harmonic distortion factor and the value obtained by dividing the amplitude of the third harmonic (frequency near F3 ) by the amplitude of the fundamental wave (frequency near F1 ) increase as the number of breakages increases.

断線の有無を判定する閾値を図6(a)、(b)、(c)、(d)のそれぞれのグラフに長鎖線で示した。この閾値を用いれば各波形分析計算の結果から94kHzから97kHzまでのどの周波数で駆動中であっても、断線の有無の判定が可能である。 The threshold value for determining whether or not there is a break is shown by the long-dash line in each of the graphs in Figures 6(a), (b), (c), and (d). By using this threshold value, it is possible to determine whether or not there is a break from the results of each waveform analysis calculation, regardless of the frequency at which the device is being driven, from 94 kHz to 97 kHz.

図7は矩形電圧生成手段12の出力するパルス信号のデューティが38%の時の駆動信号分析手段18の波形分析結果の例を示している。図7(a)、(b)は駆動電圧の周波数を変えて駆動電圧の「絶対値の平均値」と実効値を元に計算したグラフである。図7(a)は波形率(「絶対値の平均値」/実効値)、図7(b)は実効値―「絶対値の平均値」の結果である。図7(c)、(d)は駆動電圧の高調波の振幅から計算したグラフである。図7(c)は全高調波歪率(基本波以外の高周波成分(高調波成分)の振幅を基本波の振幅で割った値)、図7(d)は3次の高調波の振幅を基本波の振幅で割った値を示すグラフである。 Figure 7 shows an example of the waveform analysis results of the drive signal analysis means 18 when the duty of the pulse signal output by the rectangular voltage generation means 12 is 38%. Figures 7(a) and (b) are graphs calculated based on the "average absolute value" and effective value of the drive voltage when the frequency of the drive voltage is changed. Figure 7(a) shows the form factor ("average absolute value"/effective value), and Figure 7(b) shows the result of effective value - "average absolute value". Figures 7(c) and (d) are graphs calculated from the amplitude of the harmonics of the drive voltage. Figure 7(c) shows the total harmonic distortion (the value obtained by dividing the amplitude of high-frequency components (harmonic components) other than the fundamental wave by the amplitude of the fundamental wave), and Figure 7(d) shows the value obtained by dividing the amplitude of the third harmonic by the amplitude of the fundamental wave.

図7(a)、(b)の分析結果は断線によって増加又は減少方向に一様に変化しているが、断線0と断線1の結果が近接しており、間に閾値を設けても断線判定の信頼性が低い。図7(c)、(d)の分析結果は断線0と断線1の間隙が十分あるので断線の有無の判定が比較的容易である。 The analysis results in Figures 7(a) and (b) show a uniform increase or decrease due to the break, but the results for break 0 and break 1 are close to each other, and even if a threshold is set between them, the reliability of the break determination is low. The analysis results in Figures 7(c) and (d) show a sufficient gap between break 0 and break 1, making it relatively easy to determine whether or not there is a break.

図8は図6を基に矩形電圧生成手段12の出力するパルス信号のデューティが50%の時の周波数を所定周波数に固定した時の断線個数に対する分析結果の変化を示したグラフである。図8(a)は波形率、図8(b)は実効値―「絶対値の平均値」、図8(c)は全高調波歪率、図8(d)は3次の高調波の振幅を基本波の振幅で割った値を示すグラフである。94kHzから97kHzの周波数範囲において概ね図8の様に断線の数によって各値が一様に変化しているので、断線の数を求める事も可能である。 Figure 8 is a graph based on Figure 6 showing the change in analysis results with respect to the number of breaks when the frequency when the duty of the pulse signal output by the rectangular voltage generating means 12 is 50% is fixed to a specified frequency. Figure 8(a) is the form factor, Figure 8(b) is the effective value - "average of absolute values", Figure 8(c) is the total harmonic distortion, and Figure 8(d) is the value obtained by dividing the amplitude of the third harmonic by the amplitude of the fundamental wave. In the frequency range from 94 kHz to 97 kHz, each value changes roughly uniformly depending on the number of breaks as shown in Figure 8, so it is also possible to determine the number of breaks.

図9は図7を基に矩形電圧生成手段12の出力するパルス信号のデューティが38%の時の周波数を所定周波数に固定した時の断線個数に対する分析結果の変化を示したグラフである。図9(a)は波形率、図9(b)は実効値―「絶対値の平均値」、図9(c)は全高調波歪率、図9(d)は3次の高調波の振幅を基本波の振幅で割った値を示すグラフである。 Figure 9 is a graph based on Figure 7 showing the change in the analysis results for the number of breaks when the frequency of the pulse signal output by the rectangular voltage generating means 12 with a duty of 38% is fixed to a specified frequency. Figure 9(a) is a graph showing the form factor, Figure 9(b) is a graph showing the effective value - "average of absolute values", Figure 9(c) is a graph showing the total harmonic distortion, and Figure 9(d) is a graph showing the value obtained by dividing the amplitude of the third harmonic by the amplitude of the fundamental wave.

図7の説明と同様に図9(a)、(b)の分析結果は断線によって増加又は減少方向に一様に変化しているが、断線数間の結果が近接しており、断線の数を求めても誤差が大きくなる可能性がある。図9(c)、(d)の分析結果は断線0と断線1の間隙が十分あるのでデューティ50%の場合と同様に断線の数を求める事が可能である。 As explained in Figure 7, the analysis results in Figures 9(a) and (b) show a uniform increase or decrease due to the number of breaks, but the results for the number of breaks are close to each other, so there is a possibility that the error in determining the number of breaks will be large. The analysis results in Figures 9(c) and (d) show that there is a sufficient gap between breaks 0 and 1, so it is possible to determine the number of breaks in the same way as with a duty of 50%.

この様にデューティ50%とデューティ38%の分析結果に大きな違いが発生するのは、パルス信号の2次と3次の高調波の振幅比が異なるからである。図4の駆動電圧振幅の周波数特性は2次と3次の高調波の周波数周辺で断線による特性変化が大きいため、パルス信号の2次と3次の高調波の振幅比の違いが分析結果の違いに影響している。このように駆動条件(デューティや駆動周波数)によって分析結果が変わるので駆動条件が変化するアプリケーションに於いては、駆動条件によって波形分析方法切り替える事は有効である。 The reason why there is such a large difference between the analysis results for a duty of 50% and a duty of 38% is because the amplitude ratio of the second and third harmonics of the pulse signal is different. The frequency characteristics of the drive voltage amplitude in Figure 4 show large changes in characteristics due to disconnections around the frequencies of the second and third harmonics, so the difference in the amplitude ratio of the second and third harmonics of the pulse signal affects the difference in the analysis results. As the analysis results change depending on the drive conditions (duty and drive frequency), in applications where the drive conditions change, it is effective to switch the waveform analysis method depending on the drive conditions.

図10は図1の振動型アクチュエータの駆動回路の波形整形手段11をインダクタだけの波形整形手段19に変えた場合の構成を示している。CPU15の動作は上記例と変わらないが、振動型アクチュエータ10の振動体が断線した時の駆動電圧の振幅の周波数特性の変化が異なるので、駆動信号分析手段18の分析結果が異なっている。 Figure 10 shows a configuration in which the waveform shaping means 11 of the drive circuit of the vibration actuator in Figure 1 is replaced with a waveform shaping means 19 consisting of an inductor only. The operation of the CPU 15 is the same as in the above example, but the change in the frequency characteristics of the amplitude of the drive voltage when the vibrating body of the vibration actuator 10 is broken is different, so the analysis results of the drive signal analysis means 18 are different.

図11は図10の振動型アクチュエータの駆動回路における振動型アクチュエータ10の振動体の接続が断線した時の駆動電圧の振幅の周波数特性の変化を示す図である。 Figure 11 shows the change in the frequency characteristics of the amplitude of the drive voltage when the connection of the vibrating body of the vibration actuator 10 in the drive circuit of the vibration actuator of Figure 10 is broken.

波形整形手段に直流カットの為のコンデンサが無い為に、図4の特性と比較して低周波域の駆動電圧振幅の周波数特性が増加している。 Because the waveform shaping means does not have a capacitor for cutting DC, the frequency characteristics of the drive voltage amplitude in the low frequency range are increased compared to the characteristics in Figure 4.

図12は矩形電圧生成手段12の出力するパルス信号のデューティが50%の時の駆動信号分析手段18による駆動電圧の波形分析結果の例を示している。図12(a)は波形率、図12(b)は実効値―「絶対値の平均値」、図12(c)は全高調波歪率(基本波以外の高調波成分の振幅を基本波の振幅で割った値)、図12(d)は3次の高調波の振幅を基本波の振幅で割った値を示すグラフである。図11のグラフにおいて全て断線した断線3以外の特性は高周波域(F以上の周波数)での振幅変化が少ない。それに対して周波数が90kHzから100kHzに近づくほど振幅が大きくなっている為、基本波(F近傍)の周波数が100kHzに近いほど断線による波形の変化が少なくなっている。その為図12(a)、(c)、(d)の分析結果は周波数が高いほど断線0、断線1、断線2の変化が少なくなっている。 FIG. 12 shows an example of the waveform analysis result of the drive voltage by the drive signal analysis means 18 when the duty of the pulse signal output by the rectangular voltage generation means 12 is 50%. FIG. 12(a) is a graph showing the form factor, FIG. 12(b) is the effective value - "average of absolute values", FIG. 12(c) is a graph showing the total harmonic distortion (the value obtained by dividing the amplitude of the harmonic components other than the fundamental wave by the amplitude of the fundamental wave), and FIG. 12(d) is a graph showing the value obtained by dividing the amplitude of the third harmonic by the amplitude of the fundamental wave. In the graph of FIG. 11, the characteristics other than the break 3, which is all broken, have little amplitude change in the high frequency range (frequencies of F2 or more). On the other hand, the amplitude increases as the frequency approaches 90 kHz to 100 kHz, so the closer the frequency of the fundamental wave (near F1 ) is to 100 kHz, the less the change in the waveform due to breakage. Therefore, the analysis results of FIG. 12(a), (c), and (d) show that the higher the frequency, the less the change in break 0, break 1, and break 2.

図12の各分析結果は97kHz近傍で断線による変化が少なくなっているが、それぞれ断線の数によって各値が一様に変化している。したがって、あらかじめ断線によって発生する駆動電圧の振幅の特性を計測し、各分析結果を周波数毎の比較テーブルとして用意しておくことで断線の有無や断線の数を求める事が可能である。 The analysis results in Figure 12 show that changes due to breaks are small around 97 kHz, but each value changes uniformly depending on the number of breaks. Therefore, by measuring the characteristics of the amplitude of the drive voltage generated by breaks in advance and preparing each analysis result as a comparison table for each frequency, it is possible to determine whether breaks exist and how many breaks there are.

図13は振動型アクチュエータの構成が異なる場合の例で振動型アクチュエータの駆動回路の第3の例を示す図である。上記例では振動体1、2、3と並列にトランス5、6、7が接続され振動型アクチュエータ10を構成していた。本例では振動体1、2、3にインダクタ20、21、22が並列に接続されると共に振動体1、2、3は直列に接続され、振動体ユニットとしての振動型アクチュエータ23を構成している。すなわち並列に接続された一対のインダクタと振動体が、直列に複数対が連なる前記振動体ユニットを構成している。 Figure 13 shows a third example of a drive circuit for a vibration actuator in a different configuration. In the above example, transformers 5, 6, and 7 were connected in parallel to vibrators 1, 2, and 3 to form vibration actuator 10. In this example, inductors 20, 21, and 22 are connected in parallel to vibrators 1, 2, and 3, and vibrators 1, 2, and 3 are connected in series to form vibration actuator 23 as a vibrator unit. In other words, a pair of inductors and vibrators connected in parallel constitutes the vibrator unit, with multiple pairs connected in series.

各部の動作は上記例と同様なので駆動信号分析手段18の動作についてのみ説明する。 The operation of each part is the same as in the above example, so only the operation of the drive signal analysis means 18 will be explained.

図14は振動型アクチュエータ23の振動体の接続が断線した時の駆動電圧の振幅の周波数特性の変化を示している。上記説明と同様に矩形電圧生成手段12が正弦波を出力したと仮定して周波数を掃引し駆動電圧の振幅を測定したものである。 Figure 14 shows the change in frequency characteristics of the amplitude of the drive voltage when the connection of the vibrating body of the vibration actuator 23 is broken. As explained above, the frequency was swept and the amplitude of the drive voltage was measured, assuming that the rectangular voltage generating means 12 outputs a sine wave.

実線が断線無し、破線が1つの振動体が断線、一点鎖線が2つの振動体が断線、点線が全て断線した場合である。Fは通常駆動で使用するある駆動電圧波形の基本波の周波数、Fは2次の高調波の周波数、Fは3次の高調波の周波数を示している。 The solid line indicates no breaks, the dashed line indicates one vibrator breaks, the dashed line indicates two vibrators breaks, and the dotted line indicates all breaks. F1 indicates the fundamental frequency of a certain drive voltage waveform used in normal driving, F2 indicates the frequency of the second harmonic, and F3 indicates the frequency of the third harmonic.

図15は矩形電圧生成手段12の出力するパルス信号のデューティが50%の時の駆動信号分析手段18の波形分析結果の例を示している。図15(a)は波形率、図15(b)は実効値―「絶対値の平均値」、図15(c)は全高調波歪率(基本波以外の高調波成分の振幅を基本波の振幅で割った値)、図15(d)は3次の高調波の振幅を基本波の振幅で割った値を示すグラフである。各分析結果とも断線0と断線1の間隙が大きいので断線の有無の判定は容易である。各グラフの長鎖線は断線判定のための閾値である。 Figure 15 shows an example of the waveform analysis results of the drive signal analysis means 18 when the duty of the pulse signal output by the rectangular voltage generation means 12 is 50%. Figure 15(a) is a graph showing the form factor, Figure 15(b) is the effective value - "average of absolute values", Figure 15(c) is a graph showing the total harmonic distortion (the amplitude of harmonic components other than the fundamental wave divided by the amplitude of the fundamental wave), and Figure 15(d) is a graph showing the amplitude of the third harmonic divided by the amplitude of the fundamental wave. Since the gap between break 0 and break 1 is large in each analysis result, it is easy to determine whether or not there is a break. The long-dash line in each graph is the threshold value for determining whether there is a break.

図16は矩形電圧生成手段12の出力するパルス信号のデューティが38%の時の駆動信号分析手段18による駆動電圧の波形分析結果の例を示している。図16(a)は波形率、図16(b)は実効値―「絶対値の平均値」、図16(c)は全高調波歪率(基本波以外の高調波成分の振幅を基本波の振幅で割った値)、図16(d)は3次の高調波の振幅を基本波の振幅で割った値を示すグラフである。図16(c)の全高調波歪率以外の特性は断線数間の間隙が狭くなった以外は図15のデューティ50%の場合と同じで断線の有無の判定が容易である。しかし、図16(c)の全高調波歪率は図15(c)と比較して断線0と断線1の順番が入れ替わっている。全高調波歪率が減少するということは基本波成分に対して相対的に高周波成分が減少する事を示しており、図16(c)の特性は断線1によって駆動電圧の高周波成分が減少している事を示している。従って図16(c)の全高調波歪率を用いて断線の有無を判定するには図の2つの長鎖線の様に大小2つの閾値が必要である。また図16のどの分析手法でも94kHzから97kHzの範囲内で断線数間のグラフの交差は無いので、あらかじめ断線による駆動電圧波形の分析結果を比較テーブルとして作成しておき、それに基づいて判定すれば断線の判定が可能である。 Figure 16 shows an example of the waveform analysis result of the drive voltage by the drive signal analysis means 18 when the duty of the pulse signal output by the rectangular voltage generation means 12 is 38%. Figure 16(a) is a graph showing the form factor, Figure 16(b) is the effective value - "average of absolute values", Figure 16(c) is the total harmonic distortion (the value obtained by dividing the amplitude of the harmonic components other than the fundamental wave by the amplitude of the fundamental wave), and Figure 16(d) is a graph showing the value obtained by dividing the amplitude of the third harmonic by the amplitude of the fundamental wave. The characteristics other than the total harmonic distortion in Figure 16(c) are the same as those in the case of a duty of 50% in Figure 15, except that the gap between the number of breaks is narrower, making it easy to determine whether or not there is a break. However, the order of break 0 and break 1 is reversed in the total harmonic distortion in Figure 16(c) compared to Figure 15(c). A decrease in the total harmonic distortion indicates that the high frequency components are reduced relative to the fundamental wave components, and the characteristics in Figure 16(c) show that the high frequency components of the drive voltage are reduced by break 1. Therefore, to determine the presence or absence of a break using the total harmonic distortion in Figure 16(c), two thresholds, large and small, are required, as shown by the two long-dash lines in the figure. Also, since there is no intersection between the graphs of the number of breaks in the range of 94 kHz to 97 kHz with any of the analysis methods in Figure 16, it is possible to determine the presence of a break by creating a comparison table in advance of the analysis results of the drive voltage waveform due to breaks and making a judgment based on that.

上記説明にて異なる回路、異なるデューティ、異なる駆動周波数では断線による駆動電圧波形への影響が異なる事を示した。図16の説明では、断線した場合でも高周波成分が減少する場合があり、駆動条件によっては単純に高周波成分の有無だけでは断線の判定が出来ない事を示した。また、あらかじめ断線による駆動電圧波形の分析結果を比較テーブルとして作成しておけば周波数指令と分析結果と比較テーブルを用い、それに基づいて判定すれば断線の判定が可能である事を示した。 The above explanation shows that the effect of a break on the drive voltage waveform differs depending on the circuit, duty cycle, and drive frequency. The explanation in Figure 16 shows that even when a break occurs, the high-frequency components may decrease, and that depending on the drive conditions, a break cannot be determined simply by the presence or absence of high-frequency components. It also shows that if a comparison table is created in advance of the analysis results of the drive voltage waveform due to a break, a break can be determined by using the frequency command, the analysis results, and the comparison table to make a judgment based on that.

また、上記説明では4つの波形分析手法の例を用いて断線の判定方法を説明したが波形によって出力が変化する演算手法や測定方法であれば使用することが可能である。例えば断線によって急峻な波形が現れ、断線数によって大きさが変化するので、単位時間あたりの駆動電圧の変化の最大値を用いても良い。また特定の次数の高調波振幅によって断線を判定することも可能である。 In addition, in the above explanation, a method for determining whether a wire is broken was explained using four examples of waveform analysis methods, but any calculation method or measurement method in which the output changes depending on the waveform can be used. For example, a wire break causes a steep waveform to appear, and the magnitude changes depending on the number of breaks, so the maximum value of the change in drive voltage per unit time can be used. It is also possible to determine whether a wire is broken based on the harmonic amplitude of a specific order.

尚、上記説明では駆動電圧として矩形電圧生成手段12の出力であるパルス信号を用いたが他の波形でも良い。三角波、鋸波、公知のD級アンプの出力であるPWM変調波であっても5次以下の比較的低次の高調波を多く含む波形であれば、断線による波形変化が比較的大きい為、断線の検知に利用可能である。 In the above explanation, a pulse signal output from the rectangular voltage generating means 12 is used as the drive voltage, but other waveforms may also be used. Even triangular waves, sawtooth waves, and PWM modulated waves output from known class D amplifiers can be used to detect breaks, as long as they contain many relatively low-order harmonics of the fifth order or less, because the change in waveform due to a break is relatively large.

このように駆動信号分析手段は波形整形手段の出力電圧又は出力電流の波形を分析し、波形率、高調波歪率、実効値と絶対値の平均値との差、高調波振幅のいずれかに応じた値を検出するとよい。なお波形整形手段はあるほうがより望ましいが必須ではなく直接に信号処理してもよい。 In this way, the drive signal analysis means analyzes the waveform of the output voltage or output current of the waveform shaping means, and detects a value corresponding to any one of the following: form factor, harmonic distortion, difference between the effective value and the average of the absolute value, and harmonic amplitude. Although it is preferable to have a waveform shaping means, it is not essential and direct signal processing may be used.

図17は第2の実施例の振動型アクチュエータの駆動回路を示す図である。上記実施例の振動型アクチュエータは振動体1、2、3とトランス5、6、7が並列に接続されていたが、本実施例ではマッチング調整用コンデンサ24、25、26が並列に追加接続されている。各部の動作は実施例1と同じなので説明は省略し、駆動電圧波形の分析及び断線の判定について説明する。 Figure 17 is a diagram showing the drive circuit of the vibration actuator of the second embodiment. In the vibration actuator of the above embodiment, vibrators 1, 2, and 3 are connected in parallel with transformers 5, 6, and 7, but in this embodiment, matching adjustment capacitors 24, 25, and 26 are additionally connected in parallel. The operation of each part is the same as in the first embodiment, so the explanation is omitted, and the analysis of the drive voltage waveform and the determination of disconnection will be explained.

各振動体に並列に接続されたコンデンサはマッチング周波数調整用のコンデンサで、その静電容量値Cは、マッチング周波数をF、制動容量値をC、トランスの2次側コイルのインダクタンス値をLとすると、これらの関係は数式2で表される。 The capacitors connected in parallel to each vibrating body are capacitors for adjusting the matching frequency, and the capacitance value C1 of the capacitor is expressed by the following equation 2, where the matching frequency is F0 , the damping capacitance value is C0 , and the inductance value of the secondary coil of the transformer is L0 .

Figure 0007520686000002
トランスの2次側コイルのインダクタンス値Lや制動容量値Cの値はバラツキが大きいので、マッチング調整用コンデンサ(静電容量値C)を並列に接続することでマッチング周波数Fを揃えるようにしている。
Figure 0007520686000002
Since there is a large variation in the inductance value L0 and the damping capacitance value C0 of the secondary coil of the transformer, a matching adjustment capacitor (capacitance value C1 ) is connected in parallel to make the matching frequency F0 uniform.

次に、振動体が断線した場合の駆動電圧波形について上記実施例との違いについて説明する。回路構成としては、上記実施例では振動体の接続が断線すると振動体に並列に接続されたトランス又はインダクタに並列に接続された静電容量成分が無くなるのに対して、本実施例ではマッチング調整用のコンデンサの接続が残る。そのため、断線によってトランスとマッチング調整用コンデンサとの並列共振系が現れ、駆動電圧波形にその影響が現れる。 Next, we will explain the difference from the above embodiment in the drive voltage waveform when the vibrator is disconnected. In terms of circuit configuration, in the above embodiment, when the connection of the vibrator is disconnected, the electrostatic capacitance component connected in parallel to the transformer or inductor connected in parallel to the vibrator disappears, whereas in this embodiment, the connection of the matching adjustment capacitor remains. Therefore, a parallel resonance system between the transformer and the matching adjustment capacitor appears due to the disconnection, and the effect of this appears in the drive voltage waveform.

図18は図17の振動型アクチュエータ27の振動体の接続が断線した時の駆動電圧の振幅の周波数特性の変化を示している。矩形電圧生成手段12が正弦波を出力したと仮定して周波数を掃引し駆動電圧の振幅を測定したものである。 Figure 18 shows the change in frequency characteristics of the amplitude of the drive voltage when the connection of the vibrator of the vibration actuator 27 in Figure 17 is broken. Assuming that the rectangular voltage generating means 12 outputs a sine wave, the frequency is swept and the amplitude of the drive voltage is measured.

実線が断線無し、破線が1つの振動体が断線、一点鎖線が2つの振動体が断線、点線が全て断線した場合である。Fは通常駆動で用いるある駆動電圧波形の基本波の周波数、Fは2次の高調波の周波数、Fは3次の高調波の周波数、Fは4次の高調波の周波数を示している。3次の高調波の周波数Fと4次の高調波の周波数Fの間のピーク特性は振動体の断線によって生じたマッチング調整用コンデンサとトランスの並列共振の影響である。また駆動電圧の3次の高調波の周波数Fが断線無しの時の周波数特性の谷の最下点の周波数(310kHz付近)の近傍である為、3次の高調波の振幅が断線時に大きく変化しているため断線時の波形変化を大きくしている。 The solid line indicates no breakage, the dashed line indicates one vibrator breakage, the dashed line indicates two vibrators breakage, and the dotted line indicates all breakages. F1 indicates the fundamental frequency of a certain drive voltage waveform used in normal driving, F2 indicates the frequency of the second harmonic, F3 indicates the frequency of the third harmonic, and F4 indicates the frequency of the fourth harmonic. The peak characteristics between the third harmonic frequency F3 and the fourth harmonic frequency F4 are the influence of the parallel resonance of the matching adjustment capacitor and the transformer caused by the breakage of the vibrator. In addition, since the frequency F3 of the third harmonic of the drive voltage is near the lowest frequency (around 310 kHz) of the valley of the frequency characteristic when there is no breakage, the amplitude of the third harmonic changes significantly when the breakage occurs, which makes the waveform change large when the breakage occurs.

図19は矩形電圧生成手段12がデューティ50%のパルス信号を出力した場合の駆動電圧波形を示している。実線が断線無し、破線が1つの振動体が断線、一点鎖線が2つの振動体が断線、点線が全て断線した場合である。断線が発生すると断線の数の増加に応じて正弦波が矩形波に近付いていることがわかる。 Figure 19 shows the drive voltage waveform when the rectangular voltage generating means 12 outputs a pulse signal with a duty of 50%. The solid line indicates no breaks, the dashed line indicates one vibrator break, the dashed line indicates two vibrators break, and the dotted line indicates all breaks. It can be seen that when breaks occur, the sine wave approaches a rectangular wave as the number of breaks increases.

図20は矩形電圧生成手段12の出力するパルス信号のデューティが50%の時の駆動信号分析手段18による駆動電圧の波形分析結果の例を示している。図20(a)は波形率、図20(b)は実効値―「絶対値の平均値」、図20(c)は全高調波歪率(基本波以外の高調波成分の振幅を基本波の振幅で割った値)、図20(d)は3次の高調波の振幅を基本波の振幅で割った値を示すグラフである。図20のすべての波形分析結果において断線0と断線1間の間隙が広く断線の有無の判定が容易である。図20の長鎖線は振動型アクチュエータ27の駆動中に断線の有無を判定する為の閾値を示している。このように間隙が広くなった理由は図18の駆動電圧振幅の周波数特性がマッチング調整用コンデンサとトランスの並列共振の影響で3次の高調波(F)付近での断線の有無による変化が大きいからである。このようにマッチング調整用コンデンサとトランスによる並列共振の周波数をパルス信号の低次の高調波の付近に設定する事で、断線の有無の判定を容易にすることが出来る。 FIG. 20 shows an example of the waveform analysis result of the drive voltage by the drive signal analysis means 18 when the duty of the pulse signal output by the rectangular voltage generation means 12 is 50%. FIG. 20(a) is a graph showing the form factor, FIG. 20(b) is the effective value - "average of absolute values", FIG. 20(c) is the total harmonic distortion factor (the value obtained by dividing the amplitude of the harmonic components other than the fundamental wave by the amplitude of the fundamental wave), and FIG. 20(d) is a graph showing the value obtained by dividing the amplitude of the third harmonic by the amplitude of the fundamental wave. In all the waveform analysis results in FIG. 20, the gap between break 0 and break 1 is wide, making it easy to determine whether or not there is a break. The long chain line in FIG. 20 indicates the threshold value for determining whether or not there is a break while the vibration actuator 27 is being driven. The reason why the gap is wide is that the frequency characteristic of the drive voltage amplitude in FIG. 18 changes greatly depending on the presence or absence of a break near the third harmonic (F 3 ) due to the influence of the parallel resonance of the matching adjustment capacitor and the transformer. In this way, by setting the frequency of the parallel resonance formed by the matching adjustment capacitor and the transformer near the low-order harmonic of the pulse signal, it is possible to easily determine whether or not there is a break in the wire.

また上記実施例と同様にあらかじめ断線によって発生する駆動電圧の振幅の特性を計測して分析結果の比較テーブルを作成しておくことで、振動型アクチュエータ27の駆動中に分析結果と比較テーブルを用いて断線の有無や断線数を判定することが可能である。 As in the above embodiment, by measuring the characteristics of the amplitude of the drive voltage generated by a break in advance and creating a comparison table of the analysis results, it is possible to determine the presence or absence of a break in the drive voltage and the number of breaks by using the analysis results and the comparison table while the vibration actuator 27 is being driven.

図21は第2の実施例の振動型アクチュエータの駆動回路の第2の例を示す図である。図17に示した例では振動体1、2、3にトランス5、6、7とマッチング調整用コンデンサ24、25、26が並列に接続しているのに対し、振動体1、2、3にインダクタ20、21、22とマッチング調整用コンデンサ24、25、26が並列接続している。マッチング調整用コンデンサ24、25、26はインダクタ20、21、22と隣接して不図示の回路基板上に実装され、振動体1、2、3はこの回路基板とはコネクタを介してフレキシブル基板で接続される。フレキシブル基板が屈曲を繰り返す用途や折り曲げる用途ではフレキシブル基板の断線のリスクが高くなる。 Figure 21 is a diagram showing a second example of the drive circuit of the vibration type actuator of the second embodiment. In the example shown in Figure 17, the transformers 5, 6, 7 and the matching adjustment capacitors 24, 25, 26 are connected in parallel to the vibrating bodies 1, 2, 3, while the inductors 20, 21, 22 and the matching adjustment capacitors 24, 25, 26 are connected in parallel to the vibrating bodies 1, 2, 3. The matching adjustment capacitors 24, 25, 26 are mounted adjacent to the inductors 20, 21, 22 on a circuit board (not shown), and the vibrating bodies 1, 2, 3 are connected to this circuit board by a flexible board via a connector. In applications where the flexible board is repeatedly bent or folded, the risk of breakage of the flexible board increases.

マッチング調整用コンデンサの静電容量値Cは、マッチング周波数をF、制動容量値をC、インダクタのインダクタンス値をLとすると、これらの関係は数式2で表される。振動体1、2、3、インダクタ20、21、22及びマッチング調整用コンデンサ24、25、26、の並直列回路は振動型アクチュエータ28を構成しており、矩形電圧生成手段12のパルス信号が波形整形手段11を介して印加される。振動型アクチュエータ28に流れる電流は抵抗13で電圧信号に変換され、振幅検出手段14に入力されている。各部の動作は実施例1と同じなので説明は省略する。 The capacitance value C1 of the matching adjustment capacitor is expressed by the following equation 2, where F0 is the matching frequency, C0 is the damping capacitance, and L0 is the inductance of the inductor. The parallel-series circuit of the vibrators 1, 2, 3, the inductors 20, 21, 22, and the matching adjustment capacitors 24, 25, 26 constitutes a vibration actuator 28, to which a pulse signal from a rectangular voltage generating means 12 is applied via a waveform shaping means 11. The current flowing through the vibration actuator 28 is converted into a voltage signal by a resistor 13, and input to an amplitude detecting means 14. The operation of each part is the same as in the first embodiment, so a description thereof will be omitted.

また直列に接続する振動体の数が増えると、製造時にコネクタの差し込み不良等のリスクも増加する。差し込み不良も断線の一種であり、接触不良から完全にコネクタが脱落(断線)するまでの間で分析結果が断線0から断線1の状態に変化していく。その変化の過程で分析結果が閾値をよぎり、コネクタの差し込み不良等も検出することが可能である。 Furthermore, as the number of vibrating bodies connected in series increases, so does the risk of improper insertion of connectors during manufacturing. Improper insertion is also a type of disconnection, and the analysis result changes from disconnection 0 to disconnection 1 during the period from poor contact to the connector completely falling off (disconnection). During this change, the analysis result crosses the threshold, making it possible to detect improper insertion of connectors, etc.

また、上記説明では4つの波形分析手法を用いて説明したが波形によって出力が変化する方法であれば使用することが可能である。 In addition, in the above explanation, four waveform analysis methods were used, but any method in which the output changes depending on the waveform can be used.

尚、上記説明では駆動電圧として矩形電圧生成手段12の出力であるパルス信号を用いたが他の波形でも良い。三角波、鋸波、公知のD級アンプの出力であるPWM変調波であっても5次以下の比較的低次の高調波を多く含む波形であれば、断線による波形変化が比較的大きい為、断線の検知に利用可能である。 In the above explanation, a pulse signal output from the rectangular voltage generating means 12 is used as the drive voltage, but other waveforms may also be used. Even triangular waves, sawtooth waves, and PWM modulated waves output from known class D amplifiers can be used to detect breaks, as long as they contain many relatively low-order harmonics of the fifth order or less, because the change in waveform due to a break is relatively large.

図22は実施例3で用いる振動体の構成を示す図である。図22(a)の48は導電性材料で作られた矩形状の弾性体で、表面に接触体に接触する突起が2つ設けられている。49は弾性体48の一部をなし、これを加振する為の圧電体である。図22(b)は圧電体49に設けられた電極を示しており、電極31、32間は電気的に絶縁され、位相が独立して変化する2つの交流電圧が印加される。圧電体49の裏面は全面が電極となっており、電極31、32の一部に設けられた不図示のビアを介して表面から通電出来るように構成されている。 Figure 22 shows the configuration of the vibrator used in Example 3. In Figure 22(a), 48 is a rectangular elastic body made of a conductive material, and has two protrusions on its surface that come into contact with the contact body. 49 is a piezoelectric body that forms part of elastic body 48 and vibrates it. Figure 22(b) shows electrodes provided on piezoelectric body 49, and electrodes 31 and 32 are electrically insulated from each other, and two AC voltages whose phases change independently are applied to them. The entire back surface of piezoelectric body 49 is an electrode, and it is configured so that electricity can be passed from the front surface through vias (not shown) provided in parts of electrodes 31 and 32.

図23は弾性体48の振動モードを示す図である。図23(a)は、上記電極31と電極32に同相の交流電圧を印加した際に励起される振動モード(突き上げ振動モード)の振動形態で、図23(b)は逆相の交流電圧を印加した際に励起される振動モード(送り振動モード)の振動形態である。 Figure 23 is a diagram showing the vibration modes of elastic body 48. Figure 23(a) shows the vibration form of the vibration mode (thrust vibration mode) excited when an AC voltage of the same phase is applied to electrodes 31 and 32, and Figure 23(b) shows the vibration form of the vibration mode (feed vibration mode) excited when an AC voltage of the opposite phase is applied.

即ち、印加する交流電圧の位相差を0°とすると、図23(a)のモードが励起され、位相差を180°とすると、図23(b)のモードが励起される。また、交流電圧の位相差を0°と180°の間(実際には0°から120°程度が使用される)にすると両方の振動モードが同時に励起され、弾性体48に設けられた突起に加圧接触された接触体が弾性体48の長方形の長手方向に移動する。 That is, when the phase difference of the applied AC voltage is 0°, the mode in FIG. 23(a) is excited, and when the phase difference is 180°, the mode in FIG. 23(b) is excited. Also, when the phase difference of the AC voltage is between 0° and 180° (in practice, a range of about 0° to 120° is used), both vibration modes are excited simultaneously, and the contact body that is in pressure contact with the protrusion provided on the elastic body 48 moves in the longitudinal direction of the rectangle of the elastic body 48.

図24は本実施例の直動型の振動型アクチュエータの構成を示す図である。具体的には、上下に振動体36、37の突起部を互いに向い合せに配置し、同様に直線上に振動体38まで振動体を上下ペアで5セット配置し、合計10個の振動体で上下方向から共通の接触体50を挟み矢印の方向に移動するよう構成したものである。 Figure 24 shows the configuration of the linear vibration actuator of this embodiment. Specifically, the protrusions of the vibrating bodies 36 and 37 are arranged facing each other on the top and bottom, and five sets of vibrating bodies are arranged in a straight line in the same way up to vibrating body 38 in top and bottom pairs, so that a total of ten vibrating bodies are configured to move in the direction of the arrows from above and below, sandwiching a common contact body 50.

図25は第3の実施例の振動型アクチュエータの駆動回路を示す図である。第1及び第2の実施例の振動型アクチュエータの振動体の数が3個で駆動電圧の相数が1であったが、本実施例では振動体の数が10個で2相の駆動電圧で駆動する。10個の振動体36、37、…、38は不図示の導電性の弾性体がグランド電位に接続されている。 Figure 25 is a diagram showing the drive circuit of the vibration type actuator of the third embodiment. The vibration type actuator of the first and second embodiments has three vibrating bodies and one phase of the drive voltage, but in this embodiment, the number of vibrating bodies is ten and is driven by a two-phase drive voltage. The ten vibrating bodies 36, 37, ..., 38 are connected to a ground potential by conductive elastic bodies (not shown).

振動体36には圧電体49に設けられた電極30、31が設けられトランス32、33にマッチング調整用コンデンサ34、35と共にそれぞれ並列に接続されている。トランス32の1次側にはトランス52、…、53の9個のトランスの1次側が直列に接続され、トランス52、…、53の2次側それぞれに振動体37、…、38の9個の振動体の一方の電極が並列接続されている。またトランス33の1次側には同様に9個のトランス54、…、55の1次側が直列に接続され、トランス54、…、55の2次側それぞれに振動体37、…、38の9個の振動体の他方の電極が並列接続されている。また10個の振動体36、37、…、38にはトランスと共に並列にマッチング調整用コンデンサが接続され、これら振動体、マッチング調整用コンデンサ、トランスからなる直列に接続された10組のユニットで振動型アクチュエータ51を構成している。 The vibrating body 36 is provided with electrodes 30, 31 provided on the piezoelectric body 49, and is connected in parallel to the transformers 32, 33 together with the matching adjustment capacitors 34, 35. The primary side of the nine transformers 52, ..., 53 are connected in series to the primary side of the transformer 32, and one electrode of the nine vibrating bodies 37, ..., 38 is connected in parallel to each of the secondary sides of the transformers 52, ..., 53. Similarly, the primary sides of nine transformers 54, ..., 55 are connected in series to the primary side of the transformer 33, and the other electrodes of the nine vibrating bodies 37, ..., 38 are connected in parallel to each of the secondary sides of the transformers 54, ..., 55. In addition, matching adjustment capacitors are connected in parallel to the ten vibrating bodies 36, 37, ..., 38 together with the transformers, and the ten units consisting of these vibrating bodies, matching adjustment capacitors, and transformers connected in series constitute the vibration type actuator 51.

40は2相のパルス信号を出力する矩形電圧生成手段であり、インダクタとコンデンサの直列回路で構成される波形整形手段11、39を介して駆動電圧を振動型アクチュエータ51に印加している。41及び42は振動型アクチュエータ51に流れる2相の電流をそれぞれ計測する為の抵抗で、振動体36、37、…、38の振動速度に比例した電圧を検出している。 40 is a rectangular voltage generating means that outputs a two-phase pulse signal, and applies the drive voltage to the vibration actuator 51 via waveform shaping means 11, 39, which are composed of a series circuit of an inductor and a capacitor. 41 and 42 are resistors for measuring the two-phase currents flowing through the vibration actuator 51, and detect voltages proportional to the vibration speeds of the vibrating bodies 36, 37, ..., 38.

43は抵抗41、42で検出された振動速度を検出する為のA/D変換器で、CPU15に2相の電流信号(CurA、CurB)を時系列データとして入力している。CPU15は不図示の指令手段からの位置指令、A/D変換器43からの2相の電流信号、後述する駆動信号分析手段47の分析結果に基づいて位置指令、パルス幅指令、周波数指令を決定し、出力している。パルス幅指令及び周波数指令は矩形電圧生成手段40に入力され、出力する2相のパルス信号の周波数とパルス幅を設定している。CPU15の動作の詳細な説明は後述する。 43 is an A/D converter for detecting the vibration velocity detected by resistors 41 and 42, and inputs two-phase current signals (CurA, CurB) to the CPU 15 as time-series data. The CPU 15 determines and outputs a position command, a pulse width command, and a frequency command based on a position command from a command means (not shown), the two-phase current signal from the A/D converter 43, and the analysis results of a drive signal analysis means 47 (described later). The pulse width command and frequency command are input to the rectangular voltage generation means 40, which sets the frequency and pulse width of the two-phase pulse signal to be output. A detailed explanation of the operation of the CPU 15 will be given later.

45は共通の接触体50の位置を検出する為の公知のリニアエンコーダであり、46はCPU15からの位置指令とリニアエンコーダ45が出力する位置信号の差を出力する位置比較手段である。44は位置比較手段46の出力に応じて矩形電圧生成手段40に位相差指令を出力する位置制御手段であり、上記2相のパルス信号の位相差を設定して接触体50の移動方向と速度を制御している。47は振動型アクチュエータ51の2相の駆動電圧の波形を分析する駆動信号分析手段であって、2相の駆動電圧の波形分析をそれぞれ行い、分析結果を出力している。 45 is a known linear encoder for detecting the position of the common contact body 50, and 46 is a position comparison means for outputting the difference between the position command from the CPU 15 and the position signal output by the linear encoder 45. 44 is a position control means for outputting a phase difference command to the rectangular voltage generation means 40 according to the output of the position comparison means 46, and controls the moving direction and speed of the contact body 50 by setting the phase difference of the above-mentioned two-phase pulse signals. 47 is a drive signal analysis means for analyzing the waveforms of the two-phase drive voltages of the vibration type actuator 51, performing waveform analysis of each of the two-phase drive voltages, and outputting the analysis results.

図26は図25の振動型アクチュエータ51の振動体の接続が断線した時の駆動電圧の振幅の周波数特性の変化を示している。矩形電圧生成手段40が正弦波を出力したと仮定して周波数を掃引し駆動電圧の振幅を測定したものである。実線が断線無し、点線が断線数1から10までの特性を示している。Fは通常駆動中のある駆動電圧の基本波の周波数、F、F、F、Fは2次から5次までの高調波の周波数示している。図26の各高調波次数の周波数の電圧振幅を比較すると、断線の数によって次数間の振幅の比が異なっており波形が変化する事がわかる。特に3次の高調波の周波数(F)付近は断線の有無による駆動電圧振幅の変化が大きい事を示している。また駆動電圧の3次の高調波の周波数Fが断線無しの時の周波数特性の谷の最下点の周波数(290kHz付近)の近傍である為、3次の高調波の振幅が断線時に大きく変化しているため断線時の波形変化を大きくしている。 FIG. 26 shows the change in frequency characteristic of the amplitude of the driving voltage when the connection of the vibrating body of the vibration actuator 51 in FIG. 25 is broken. The frequency is swept and the amplitude of the driving voltage is measured assuming that the rectangular voltage generating means 40 outputs a sine wave. The solid line shows the characteristic when there is no break, and the dotted line shows the characteristic when the number of breaks is 1 to 10. F1 shows the fundamental frequency of a certain driving voltage during normal driving, and F2 , F3 , F4 , and F5 show the frequencies of the harmonics from the second to the fifth order. Comparing the voltage amplitude of the frequencies of the harmonic orders in FIG. 26, it can be seen that the ratio of the amplitude between the orders differs depending on the number of breaks, and the waveform changes. In particular, it shows that the change in the amplitude of the driving voltage depending on the presence or absence of a break is large near the frequency ( F3 ) of the third harmonic. In addition, since the frequency F3 of the third harmonic of the drive voltage is close to the frequency (near 290 kHz) of the lowest point of the valley of the frequency characteristic when there is no breakage, the amplitude of the third harmonic changes significantly when there is a breakage, which makes the change in the waveform when there is a breakage large.

図27に駆動電圧の波形の変化を示す。実線が断線無し、破線が1つの振動体が断線、一点鎖線が2つの振動体が断線、点線が全て断線した場合である。断線が発生すると正弦波の頂点がつぶれ、断線の数の増加に応じて正弦波が矩形波に近付いていることがわかる。 Figure 27 shows the change in the waveform of the drive voltage. The solid line indicates no breaks, the dashed line indicates one vibrator break, the dashed line indicates two vibrators break, and the dotted line indicates all breaks. When a break occurs, the peak of the sine wave collapses, and it can be seen that the sine wave approaches a square wave as the number of breaks increases.

図28は矩形電圧生成手段40の出力するパルス信号のデューティが50%の時の駆動信号分析手段47による駆動電圧の波形分析結果の例を示している。図28(a)は波形率(絶対値の平均値/実効値)、図28(b)は実効値―(絶対値の平均値)、図28(c)は全高調波歪率、図28(d)は3次の高調波の振幅を基本波の振幅で割った値である。 Figure 28 shows an example of the waveform analysis results of the drive voltage by the drive signal analysis means 47 when the duty of the pulse signal output by the rectangular voltage generation means 40 is 50%. Figure 28(a) shows the form factor (average of absolute values/effective value), Figure 28(b) shows the effective value - (average of absolute values), Figure 28(c) shows the total harmonic distortion, and Figure 28(d) shows the value obtained by dividing the amplitude of the third harmonic by the amplitude of the fundamental wave.

図28のすべての波形分析結果において断線0と断線1間の間隙が広く断線の有無の判定が容易である。図28の長鎖線は振動型アクチュエータ51の駆動中に断線の有無を判定する為の閾値を示している。10個の振動体の1つが断線しただけであっても十分断線の有無を判定可能であることがわかる。 In all of the waveform analysis results in Figure 28, the gap between break 0 and break 1 is wide, making it easy to determine whether or not a break has occurred. The long-dash line in Figure 28 indicates the threshold value for determining whether or not a break has occurred while the vibration actuator 51 is in operation. It can be seen that even if only one of the ten vibrators is broken, it is still possible to determine whether or not a break has occurred.

ではここでCPU15の詳細な動作についてフローチャートを用いて説明する。CPU15はA/D変換器43からの2相の電流信号に基づく振動振幅制御と、駆動信号分析手段47の波形分析結果に基づく振動型アクチュエータ51の駆動・停止等の動作の制御を行っている。まず波形分析結果に基づく振動型アクチュエータ51の駆動・停止等の動作について説明する。 Now, the detailed operation of the CPU 15 will be explained using a flowchart. The CPU 15 controls the vibration amplitude based on the two-phase current signal from the A/D converter 43, and controls operations such as driving and stopping the vibration actuator 51 based on the waveform analysis results of the drive signal analysis means 47. First, the operations such as driving and stopping the vibration actuator 51 based on the waveform analysis results will be explained.

本実施形態にかかる振動型駆動装置の制御方法は、以下のものである。すなわち制御部が指令信号を駆動部へ出力し、駆動部が出力した駆動信号によって2つ以上の振動体が連なる振動体ユニットが振動する。それとともに、駆動信号を分析して分析結果を出力し、分析結果に基づき振動体に連結する配線の断線の有無を判定するものである。 The control method for the vibration type drive device according to this embodiment is as follows. That is, the control unit outputs a command signal to the drive unit, and the drive signal output by the drive unit causes a vibrator unit, which is made up of two or more connected vibrators, to vibrate. At the same time, the drive signal is analyzed and the analysis result is output, and based on the analysis result, it is determined whether or not there is a break in the wiring connected to the vibrators.

図29は断線結果によって振動型アクチュエータ51の異なる駆動シーケンスを実行するCPU15の動作の例を示すフローチャートである。接触体50の位置制御動作のシーケンスを示しており、断線の数(N)によって異なる動作シーケンスを選択しており、フローチャートを用いて各動作シーケンスについて説明する。位置制御動作は不図示の指令手段から新たな位置指令POS_Cが入力されると開始する。最初にそれまでに発生した振動子の断線数Nを確認する。断線数Nが2以上なら断線状態表示用LEDを赤に点灯して位置制御動作を終了する。断線数Nが1以下なら、振動型アクチュエータ51に印加する駆動電圧を生成する為に、パルス幅指令PW_Cを所定のパルス幅PW0に、周波数指令Frqを初期周波数Fに設定する。そして振幅指令AMP_Cを所定の振幅AMP0に設定し、駆動タイマーTを0に初期化する。すると矩形電圧生成手段40からパルス信号が出力され、振動型アクチュエータ51の移動が開始する。次に波形分析、断線判定、振動振幅制御を行う。振動振幅制御の詳細については後述する。断線判定によって決定した断線数Nが0であれば断線状態表示用LEDを緑に点灯し、そのまま駆動タイマーTがT1になるか断線数Nが1以上になるまで波形分析、断線判定、振動振幅制御を繰り返す。その間に不図示の指令手段から位置指令POS_Cが更新されれば駆動タイマーTを0に初期化して駆動タイマーTがT1になるまで波形分析、断線判定、振動振幅制御を繰り返す。駆動タイマーTがT1になったらパルス幅指令PW_Cを0にし、振動振幅指令AMP_Cも0にして位置制御動作を終了する。 FIG. 29 is a flowchart showing an example of the operation of the CPU 15 which executes different drive sequences of the vibration actuator 51 depending on the result of the disconnection. The sequence of the position control operation of the contact body 50 is shown, and different operation sequences are selected depending on the number of disconnections (N). Each operation sequence will be explained using the flowchart. The position control operation starts when a new position command POS_C is input from a command means (not shown). First, the number of disconnections N of the vibrator that have occurred up to that point is confirmed. If the number of disconnections N is 2 or more, the disconnection state display LED is turned on in red and the position control operation ends. If the number of disconnections N is 1 or less, in order to generate a drive voltage to be applied to the vibration actuator 51, the pulse width command PW_C is set to a predetermined pulse width PW0 and the frequency command Frq is set to an initial frequency F0 . Then, the amplitude command AMP_C is set to a predetermined amplitude AMP0, and the drive timer T is initialized to 0. Then, a pulse signal is output from the rectangular voltage generating means 40, and the movement of the vibration actuator 51 starts. Next, waveform analysis, disconnection determination, and vibration amplitude control are performed. Details of the vibration amplitude control will be described later. If the number of breaks N determined by the breakage judgment is 0, the breakage state display LED is lit in green, and waveform analysis, breakage judgment, and vibration amplitude control are repeated until the drive timer T reaches T1 or the number of breaks N reaches 1 or more. If the position command POS_C is updated from a command means (not shown) during this time, the drive timer T is initialized to 0, and waveform analysis, breakage judgment, and vibration amplitude control are repeated until the drive timer T reaches T1. When the drive timer T reaches T1, the pulse width command PW_C is set to 0, and the vibration amplitude command AMP_C is also set to 0, ending the position control operation.

この駆動タイマーTがT1になるまでの間に断線数Nが1以上になったら断線数Nによって異なる動作が実行される。断線数Nが1なら断線状態表示用LEDを黄に点灯して断線数Nが0の時と同じ動作を継続する。断線数Nが2ならば断線状態表示用LEDを橙に点灯し、位置指令POS_Cの更新は行わないが駆動タイマーTがT1になるまで断線数Nが0の場合と同じ動作が継続される。断線数Nが3以上なら断線状態表示用LEDを赤に点灯してパルス幅指令PW_Cを0にし、振動振幅指令AMP_Cも0にして位置制御動作を終了する。 If the number of breaks N becomes 1 or more before the drive timer T reaches T1, different operations are executed depending on the number of breaks N. If the number of breaks N is 1, the LED for indicating the break state turns yellow and the same operation as when the number of breaks N is 0 continues. If the number of breaks N is 2, the LED for indicating the break state turns orange, the position command POS_C is not updated, but the same operation as when the number of breaks N is 0 continues until the drive timer T reaches T1. If the number of breaks N is 3 or more, the LED for indicating the break state turns red, the pulse width command PW_C is set to 0, the vibration amplitude command AMP_C is also set to 0, and the position control operation ends.

振動型アクチュエータ51のように振動体ユニットを複数直列に接続した振動型アクチュエータはいくつかの振動体が断線しても駆動を継続可能な場合もあるので、アプリケーションによっては駆動を継続する場合もある。また、断線数が少なくても駆動を継続すると周辺機構にダメージが蓄積していくので、駆動を継続する場合でも累積駆動時間が一定以上になったら駆動禁止にする等の対応をする場合もある。 A vibration actuator with multiple vibrating body units connected in series, such as vibration actuator 51, may be able to continue driving even if some of the vibrating bodies are broken, so depending on the application, driving may continue. Also, even if the number of breaks is small, continuing driving can cause accumulated damage to the surrounding mechanisms, so even if driving is continued, measures such as prohibiting driving when the accumulated driving time exceeds a certain amount may be taken.

次に波形分析、断線判定、振動振幅制御の動作について説明する。 Next, we will explain the operations of waveform analysis, disconnection detection, and vibration amplitude control.

図30は波形分析、断線判定、振動振幅制御動作のフローチャートである。最初に割り込み処理によって別途A/D変換器43から入力された2相の時系列の電流信号CurA(t)とCurB(t)を加算して信号Cur(t)を生成する。これは振動体の突き上げ振動モードの振動速度(振動振幅)に相当する。次にローパスフィルタ演算によって1次(基本波)の信号を抽出して1次の振幅Amp(1)を求める。次に駆動信号分析手段47から入力された図28の分析手法に基づく分析結果(例えば波形率)から2相それぞれの断線数を求め合計の断線数Nを求める。次に振動振幅指令Amp_Cと1次の振幅Amp(1)を比較してAmp(1)がAmp_Cより小さいなら周波数指令FrqからdFだけ周波数を低く設定する。Amp(1)がAmp_Cより大きいなら周波数指令FrqにdFだけ周波数を高く設定する。また周波数指令は最小周波数Frq_minと最大周波数Frq_max内に収まるように制限される。 Figure 30 is a flowchart of the waveform analysis, breakage judgment, and vibration amplitude control operation. First, the two-phase time series current signals CurA(t) and CurB(t) input from the A/D converter 43 separately by interrupt processing are added to generate the signal Cur(t). This corresponds to the vibration speed (vibration amplitude) of the thrust-up vibration mode of the vibrator. Next, the first-order (fundamental wave) signal is extracted by low-pass filter calculation to obtain the first-order amplitude Amp(1). Next, the number of breakages in each of the two phases is obtained from the analysis results (e.g., form factor) based on the analysis method of Figure 28 input from the drive signal analysis means 47, and the total number of breakages N is obtained. Next, the vibration amplitude command Amp_C is compared with the first-order amplitude Amp(1), and if Amp(1) is smaller than Amp_C, the frequency is set lower by dF from the frequency command Frq. If Amp(1) is larger than Amp_C, the frequency is set higher by dF in the frequency command Frq. The frequency command is also limited to fall within the minimum frequency Frq_min and maximum frequency Frq_max.

この様にして振動型アクチュエータ51の突き上げ振動モードの振動振幅は振動振幅指令Amp_Cに制御され、接触体50と振動体間の接触状態を所望の状態に保っている。尚、本実施例では2相の駆動電圧の波形分析を個別に行っているが、駆動電圧を加算した信号を元に波形分析しても良い。 In this way, the vibration amplitude of the thrust vibration mode of the vibration actuator 51 is controlled by the vibration amplitude command Amp_C, and the contact state between the contact body 50 and the vibrating body is maintained in a desired state. In this embodiment, the waveform analysis of the two-phase drive voltages is performed separately, but the waveform analysis may also be performed based on a signal to which the drive voltages are added.

また、上記説明では4つの波形分析手法を用いて説明したが波形によって出力が変化する方法であれば使用することが可能である。 In addition, in the above explanation, four waveform analysis methods were used, but any method in which the output changes depending on the waveform can be used.

尚、上記説明では駆動電圧として矩形電圧生成手段12の出力であるパルス信号を用いたが他の波形でも良い。三角波、鋸波、公知のD級アンプの出力であるPWM変調波であっても5次以下の比較的低次の高調波を多く含む波形であれば、断線による波形変化が比較的大きい為、断線の検知に利用可能である。 In the above explanation, a pulse signal output from the rectangular voltage generating means 12 is used as the drive voltage, but other waveforms may also be used. Even triangular waves, sawtooth waves, and PWM modulated waves output from known class D amplifiers can be used to detect breaks, as long as they contain many relatively low-order harmonics of the fifth order or less, because the change in waveform due to a break is relatively large.

上記実施例は駆動電圧の波形を分析する事で振動型アクチュエータの振動体の断線を検知したが、振動型アクチュエータへの流入電流の波形を分析する事でも断線を検知可能である。図31は図25の振動型アクチュエータの駆動回路の駆動信号分析手段47を駆動電圧ではなく抵抗41、42の端子電圧(振動型アクチュエータへの流入電流)の波形を分析するように変更したものである。各部の動作の説明は実施例3と同じなので説明は省略し、波形分析動作について説明する。 In the above embodiment, a break in the vibrating body of the vibration actuator is detected by analyzing the waveform of the drive voltage, but a break can also be detected by analyzing the waveform of the current flowing into the vibration actuator. Figure 31 shows a modification of the drive signal analysis means 47 of the drive circuit of the vibration actuator in Figure 25 to analyze the waveform of the terminal voltage of resistors 41 and 42 (current flowing into the vibration actuator) instead of the drive voltage. The operation of each part is the same as in Example 3, so the explanation will be omitted and the waveform analysis operation will be explained.

図32は図31の振動型アクチュエータ51の振動体の接続が断線した時の抵抗41又は抵抗42の端子電圧(振動型アクチュエータへの流入電流)の振幅の周波数特性の変化を示している。実線が断線無し、点線が断線数1から10までの特性を示している。Fは通常駆動中のある駆動電圧波形の基本波の周波数、F、F、F、Fは2次から5次までの高調波の周波数示している。図32の各高調波次数の周波数の流入電流の振幅を比較すると、断線の数によって次数間の振幅の比が異なり波形が変化している事がわかる。特に3次の高調波の周波数(F)付近は断線の有無による流入電流振幅の変化が大きい事を示している。図26の駆動電圧振幅の特性と比較して特徴的なのが310kHz付近の断線の数によらずに一致する負のピーク特性である。これは振動体と並列に接続したトランスの2次側とマッチング調整用コンデンサによる並列共振によって生じている。 FIG. 32 shows the change in frequency characteristic of the amplitude of the terminal voltage (current flowing into the vibration actuator) of the resistor 41 or 42 when the connection of the vibrator of the vibration actuator 51 in FIG. 31 is broken. The solid line shows the characteristic when there is no break, and the dotted line shows the characteristic when the number of breaks is 1 to 10. F1 shows the fundamental frequency of a certain drive voltage waveform during normal driving, and F2 , F3 , F4 , and F5 show the frequencies of the harmonics from the second to the fifth order. Comparing the amplitude of the inflow current at the frequency of each harmonic order in FIG. 32, it can be seen that the ratio of the amplitude between the orders differs depending on the number of breaks, and the waveform changes. In particular, the frequency ( F3 ) of the third harmonic shows a large change in the inflow current amplitude depending on the presence or absence of a break. Compared to the characteristic of the drive voltage amplitude in FIG. 26, it is characteristic that the negative peak characteristic coincides regardless of the number of breaks near 310 kHz. This is caused by parallel resonance between the secondary side of the transformer connected in parallel with the vibrator and the matching adjustment capacitor.

図33は矩形電圧生成手段40の出力するパルス信号のデューティが50%の時の駆動信号分析手段47による振動型アクチュエータ51への流入電流の波形分析結果の例を示している。図33(a)は波形率(絶対値の平均値/実効値)、図33(b)は実効値―(絶対値の平均値)、図33(c)は全高調波歪率、図33(d)は3次の高調波の振幅を基本波の振幅で割った値である。 Figure 33 shows an example of the results of waveform analysis of the current flowing into the vibration type actuator 51 by the drive signal analysis means 47 when the duty of the pulse signal output by the rectangular voltage generation means 40 is 50%. Figure 33(a) shows the form factor (average of absolute values/effective value), Figure 33(b) shows the effective value - (average of absolute values), Figure 33(c) shows the total harmonic distortion, and Figure 33(d) shows the value obtained by dividing the amplitude of the third harmonic by the amplitude of the fundamental wave.

図33のすべての波形分析結果において断線0と断線1間の断線の有無の判定は可能であるが、分析結果が周波数によって値が大きく変化するので、駆動周波数によって断線判定の閾値を変える必要がある。あらかじめ断線によって発生する振動型アクチュエータへの流入電流の振幅の特性を計測して分析結果の比較テーブルを作成しておく事が必要である。そうすることで上記実施例と同様に振動型アクチュエータ51の駆動中に分析結果と比較テーブルを用いて断線の有無や断線数を判定することが出来る。 It is possible to determine whether or not there is a break between break 0 and break 1 in all of the waveform analysis results in Figure 33, but since the analysis result values change significantly depending on the frequency, it is necessary to change the threshold for break determination depending on the drive frequency. It is necessary to measure the characteristics of the amplitude of the current flowing into the vibration actuator caused by a break in advance and create a comparison table of the analysis results. By doing so, it is possible to determine whether or not there is a break and the number of breaks using the analysis results and the comparison table while the vibration actuator 51 is being driven, as in the above embodiment.

断線結果に応じて異なるシーケンスで駆動・停止を制御するCPU15の動作は図29のフローチャートに従っており、上記説明と同じなので説明は省略する。 The operation of the CPU 15, which controls the drive and stop in different sequences depending on the result of the disconnection, follows the flowchart in Figure 29 and is the same as described above, so a detailed explanation will be omitted.

次に波形分析、断線判定、振動振幅制御の動作について説明する。図34は波形分析、断線判定、振動振幅制御動作のフローチャートである。最初に割り込み処理によって別途A/D変換器43から入力された2相の時系列の電流信号CurA(t)とCurB(t)を加算して信号Cur(t)を生成する。これは振動体の突き上げ振動モードの振動速度(振動振幅)に相当する。次にバンドパスフィルタ演算によって1次(基本波)と3次の高調波信号を抽出して1次の振幅Amp(1)と3次の振幅Amp(3)を求める。次にAmp(3)/Amp(1)を求め、周波数指令Frqとあらかじめ求めてあった図31(d)の関係から断線数Nを求める。次に振動振幅指令Amp_Cと1次の振幅Amp(1)を比較してAmp(1)がAmp_Cより小さいなら周波数指令FrqからdFだけ周波数を低く設定する。Amp(1)がAmp_Cより大きいなら周波数指令FrqにdFだけ周波数を高く設定する。また周波数指令は最小周波数Frq_minと最大周波数Frq_max内に収まるように制限される。この様にして振動型アクチュエータ51の突き上げ振動モードの振動振幅は振動振幅指令Amp_Cに制御される。 Next, the operations of waveform analysis, disconnection judgment, and vibration amplitude control will be described. Figure 34 is a flowchart of the waveform analysis, disconnection judgment, and vibration amplitude control operations. First, the two-phase time series current signals CurA(t) and CurB(t) input from the A/D converter 43 separately by interrupt processing are added to generate a signal Cur(t). This corresponds to the vibration speed (vibration amplitude) of the thrust-up vibration mode of the vibrator. Next, the first (fundamental wave) and third harmonic signals are extracted by bandpass filter calculation to obtain the first amplitude Amp(1) and the third amplitude Amp(3). Next, Amp(3)/Amp(1) is obtained, and the number of disconnections N is obtained from the relationship between the frequency command Frq and the previously obtained relationship shown in Figure 31(d). Next, the vibration amplitude command Amp_C is compared with the first amplitude Amp(1), and if Amp(1) is smaller than Amp_C, the frequency is set lower by dF from the frequency command Frq. If Amp(1) is greater than Amp_C, the frequency command Frq is set to be dF higher. The frequency command is also limited to be within the minimum frequency Frq_min and maximum frequency Frq_max. In this way, the vibration amplitude of the thrust-up vibration mode of the vibration actuator 51 is controlled by the vibration amplitude command Amp_C.

このように本実施例は振動振幅の制御と断線分析の両方とも振動型アクチュエータ51に流れる電流信号を用いているので回路規模を小さくすることが出来る。 In this way, this embodiment uses the current signal flowing through the vibration actuator 51 for both vibration amplitude control and disconnection analysis, making it possible to reduce the circuit size.

このように前記分析結果は、駆動電圧の波形あるいは前記振動体ユニットに流入する電流の波形を分析した結果である。 In this way, the analysis results are the result of analyzing the waveform of the driving voltage or the waveform of the current flowing into the vibrating body unit.

また、上記説明では4つの波形分析手法を用いて説明したが波形によって出力が変化する方法であれば使用することが可能である。 In addition, in the above explanation, four waveform analysis methods were used, but any method in which the output changes depending on the waveform can be used.

また上記説明では振動体には圧電体が接合されているとしたが、振動体自体を圧電体で構築しても良い。また圧電体は積層圧電体であっても良い。 In the above explanation, a piezoelectric body is bonded to the vibrating body, but the vibrating body itself may be constructed of a piezoelectric body. The piezoelectric body may also be a laminated piezoelectric body.

上記の振動型駆動装置はさまざまな機器へと適用可能である。 The vibration type drive device described above can be applied to a variety of devices.

1、2、3、36、37、38、48 振動体
4 円柱シャフト
5、6、7、32、33、52、53、54、55 トランス
10、23、27、28、51 振動型アクチュエータ
11、19 波形整形手段
12、40 矩形電圧生成手段
13、41、42 抵抗
14 振幅検出手段
15 CPU
16 振幅比較手段
17 振幅制御手段
18、39、47 駆動信号分析手段
20、21、22 インダクタ
24、25、26、34、35 マッチング調整用コンデンサ
43 A/D変換器
44 位置制御手段
46 位置比較手段
49 圧電体
50 共通の接触体

1, 2, 3, 36, 37, 38, 48 vibrator 4 cylindrical shaft 5, 6, 7, 32, 33, 52, 53, 54, 55 transformer 10, 23, 27, 28, 51 vibration actuator 11, 19 waveform shaping means 12, 40 rectangular voltage generating means 13, 41, 42 resistor 14 amplitude detecting means 15 CPU
16 Amplitude comparison means 17 Amplitude control means 18, 39, 47 Drive signal analysis means 20, 21, 22 Inductors 24, 25, 26, 34, 35 Matching adjustment capacitors 43 A/D converter 44 Position control means 46 Position comparison means 49 Piezoelectric body 50 Common contact body

Claims (18)

指令信号を出力する制御部と、
前記指令信号に基づき駆動信号を出力する駆動部と、
前記駆動信号に基づき振動する2つ以上の振動体が連なる振動体ユニットと、
前記駆動信号を分析して分析結果を出力する駆動信号分析手段と、前記分析結果に基づき前記振動体に連結する配線の断線の有無を判定する判定手段を備え、
1次側が直列に接続された複数のトランスの2次側にそれぞれ並列に振動体を接続した前記振動体ユニットを備え、前記複数のトランスの1次側は、前記駆動信号が印加されるように構成されており、
前記駆動部は所定の電圧と周波数を有するパルス信号を生成する矩形電圧生成手段と、前記矩形電圧生成手段と前記振動体ユニットとの間に挿入される波形整形手段を備え、
前記駆動信号の高調波の周波数が、前記振動体が断線していない状態において波形整形手段の出力電圧又は出力電流の周波数特性の谷の最下点の近傍であるよう構成されている振動型駆動装置。
A control unit that outputs a command signal;
A drive unit that outputs a drive signal based on the command signal;
a vibrator unit including two or more vibrators arranged in series and vibrating based on the drive signal;
a drive signal analysis means for analyzing the drive signal and outputting an analysis result; and a determination means for determining whether or not a wire connected to the vibrating body is broken based on the analysis result,
The vibrator unit includes a plurality of transformers whose primary sides are connected in series, and the secondary sides of the transformers are connected in parallel to each other, and the primary sides of the transformers are configured to receive the drive signal,
the driving unit includes a rectangular voltage generating means for generating a pulse signal having a predetermined voltage and frequency, and a waveform shaping means inserted between the rectangular voltage generating means and the vibrator unit,
A vibration type driving device configured so that the frequency of the harmonics of the driving signal is near the lowest point of the valley of the frequency characteristic of the output voltage or output current of the waveform shaping means when the vibrator is not broken .
指令信号を出力する制御部と、
前記指令信号に基づき駆動信号を出力する駆動部と、
前記駆動信号に基づき振動する2つ以上の振動体が連なる振動体ユニットと、
前記駆動信号を分析して分析結果を出力する駆動信号分析手段と、前記分析結果に基づき前記振動体に連結する配線の断線の有無を判定する判定手段を備え、
並列に接続された一対のインダクタと振動体が、直列に複数対が連なる前記振動体ユニットを備え、
前記駆動部は所定の電圧と周波数を有するパルス信号を生成する矩形電圧生成手段と、前記矩形電圧生成手段と前記振動体ユニットとの間に挿入される波形整形手段を備え、
前記駆動信号の高調波の周波数が、前記振動体が断線していない状態において波形整形手段の出力電圧又は出力電流の周波数特性の谷の最下点の近傍であるよう構成されている振動型駆動装置
A control unit that outputs a command signal;
A drive unit that outputs a drive signal based on the command signal;
a vibrator unit including two or more vibrators arranged in series and vibrating based on the drive signal;
a drive signal analysis means for analyzing the drive signal and outputting an analysis result; and a determination means for determining whether or not a wire connected to the vibrating body is broken based on the analysis result,
The vibrator unit includes a plurality of pairs of a pair of an inductor and a vibrator connected in parallel and connected in series,
the driving unit includes a rectangular voltage generating means for generating a pulse signal having a predetermined voltage and frequency, and a waveform shaping means inserted between the rectangular voltage generating means and the vibrator unit,
A vibration type driving device configured so that the frequency of the harmonics of the driving signal is near the lowest point of the valley of the frequency characteristic of the output voltage or output current of the waveform shaping means when the vibrator is not broken .
前記駆動信号分析手段は前記波形整形手段の出力電圧又は出力電流の波形を分析し、波形率、高調波歪率、実効値と絶対値の平均値との差、高調波振幅のいずれかに応じた値を検出する事を特徴とする請求項1または2に記載の振動型駆動装置。 The vibration type driving device according to claim 1 or 2, characterized in that the driving signal analysis means analyzes the waveform of the output voltage or output current of the waveform shaping means and detects a value corresponding to any one of the following: form factor, harmonic distortion factor, difference between the effective value and the average value of the absolute value, and harmonic amplitude. 前記波形整形手段はインダクタとコンデンサの直列回路又はインダクタである請求項乃至のいずれか1項記載の振動型駆動装置。 4. The vibratory driving device according to claim 1 , wherein the waveform shaping means is a series circuit of an inductor and a capacitor or an inductor. 前記インダクタに対し、さらに並列にコンデンサを接続したことを特徴とする請求項2記載の振動型駆動装置。 The vibration type driving device according to claim 2, characterized in that a capacitor is further connected in parallel to the inductor. 前記トランスの2次側に並列にコンデンサを接続した請求項記載の振動型駆動装置。 2. The vibratory driving device according to claim 1 , further comprising a capacitor connected in parallel with a secondary side of said transformer. 前記判定手段は所定の閾値によって断線の有無を判定する請求項1乃至のいずれか1項記載の振動型駆動装置。 7. The vibratory driving device according to claim 1, wherein the determining means determines the presence or absence of a disconnection based on a predetermined threshold value. 前記判定手段はあらかじめ断線数に応じて得られる分析結果のテーブルに基づいて断線の数を判定する請求項1乃至のいずれか1項記載の振動型駆動装置。 7. The vibratory driving device according to claim 1, wherein the determining means determines the number of breaks based on a table of analysis results previously obtained according to the number of breaks. 前記振動体ユニットに接する共通の接触体を有する請求項1乃至のいずれか1項記載の振動型駆動装置。 9. The vibratory driving device according to claim 1, further comprising a common contact body that is in contact with the vibrating body units. 前記接触体は円柱シャフトであり、前記円柱シャフトの円周に略均等に配置された3つの振動体を備えている請求項に記載の振動型駆動装置。 10. The vibratory driving device according to claim 9 , wherein the contact body is a cylindrical shaft, and the vibrating body is provided with three vibrating bodies arranged approximately evenly around the circumference of the cylindrical shaft. 前記接触体および前記振動体を収める中空ケースをさらに備える請求項または10に記載の振動型駆動装置。 The vibratory driving device according to claim 9 or 10 , further comprising a hollow case that houses the contact body and the vibrator. 前記振動体は2つの突起を有する矩形状の弾性体と、圧電体を備える請求項1乃至11のいずれか1項記載の振動型駆動装置 12. The vibratory driving device according to claim 1, wherein the vibrator comprises a rectangular elastic body having two protrusions and a piezoelectric body. 制御部が指令信号を駆動部へ出力し、前記指令信号に基づき前記駆動部が出力した駆動信号によって2つ以上の振動体が連なる振動体ユニットが振動するとともに、前記駆動信号を分析して分析結果を出力し、
前記分析結果は、前記駆動信号としての、駆動電圧の波形あるいは前記振動体ユニットに流入する電流の波形を分析した結果であり、
前記波形は、前記駆動電圧の周波数に対する3次の高調波の振幅と基本波の振幅の波形であり、
前記分析結果に基づき前記振動体に連結する配線の断線の有無を判定する振動型駆動装置の制御方法。
The control unit outputs a command signal to the drive unit, and a vibrator unit having two or more vibrators connected together vibrates in response to a drive signal output by the drive unit based on the command signal, and the drive signal is analyzed to output an analysis result.
the analysis result is a result of analyzing a waveform of a driving voltage or a waveform of a current flowing into the vibration body unit as the driving signal,
the waveform is a waveform of a third harmonic amplitude and a fundamental amplitude with respect to a frequency of the driving voltage,
A control method for a vibration type driving device, the control method determining whether or not there is a break in wiring connected to the vibrating body based on the analysis result.
前記振動体ユニットは、1次側が直列に接続された複数のトランスの2次側にそれぞれ並列に振動体が接続され、前記複数のトランスの1次側は、前記駆動信号が印加されるように構成されており、
前記駆動部は所定の電圧と周波数を有するパルス信号を生成する矩形電圧生成手段と、前記矩形電圧生成手段と前記振動体ユニットとの間に挿入される波形整形手段を備える請求項13記載の振動型駆動装置の制御方法。
The vibrator unit is configured such that vibrators are connected in parallel to secondary sides of a plurality of transformers whose primary sides are connected in series, and the drive signal is applied to the primary sides of the plurality of transformers,
The control method for a vibratory driving device according to claim 13, wherein the driving unit comprises a rectangular voltage generating means for generating a pulse signal having a predetermined voltage and frequency, and a waveform shaping means inserted between the rectangular voltage generating means and the vibrating body unit.
前記振動体ユニットは並列に接続された一対のインダクタと振動体が、直列に複数対が連なるように構成されており、
前記駆動部は所定の電圧と周波数を有するパルス信号を生成する矩形電圧生成手段と、前記矩形電圧生成手段と前記振動体ユニットとの間に挿入される波形整形手段を備える請求項13記載の振動型駆動装置の制御方法。
The vibrator unit is configured such that a pair of an inductor and a vibrator connected in parallel are connected in series to each other,
The control method for a vibratory driving device according to claim 13, wherein the driving unit comprises a rectangular voltage generating means for generating a pulse signal having a predetermined voltage and frequency, and a waveform shaping means inserted between the rectangular voltage generating means and the vibrating body unit.
前記振動体のうち、前記振動体に連結する配線の断線の数に応じて異なる駆動シーケンスを実行する請求項13乃至15のいずれか1項に記載の振動型駆動装置の制御方法。 The method for controlling a vibratory driving device according to claim 13 , wherein a different driving sequence is executed depending on the number of breaks in wiring connected to the vibrating body in the vibrating body. 前記断線の数に応じて断線状態表示用LEDを点灯する請求項16に記載の振動型駆動装置の制御方法。 The method for controlling a vibratory driving device according to claim 16 , further comprising the step of lighting an LED for indicating a disconnection state in accordance with the number of disconnections. 請求項1乃至12記載のいずれか1項に記載の振動型駆動装置を搭載した機器。 An apparatus equipped with a vibration type driving device according to any one of claims 1 to 12.
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