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JP5151426B2 - Positioning device - Google Patents

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JP5151426B2
JP5151426B2 JP2007313349A JP2007313349A JP5151426B2 JP 5151426 B2 JP5151426 B2 JP 5151426B2 JP 2007313349 A JP2007313349 A JP 2007313349A JP 2007313349 A JP2007313349 A JP 2007313349A JP 5151426 B2 JP5151426 B2 JP 5151426B2
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隆之 干野
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  • General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)

Description

本発明は、位置決め装置、特に振動型アクチュエータを用いた位置決め装置に関する。   The present invention relates to a positioning device, and more particularly to a positioning device using a vibration type actuator.

特許文献1には、圧電素子の振動により可動部材を変位させる振動型アクチュエータの可動部材に着磁した部材を設け、ホール素子などで可動部材の形成する磁界の変化を検出して、可動部材の位置を算出し、可動部材を設定位置に配置するように圧電素子に駆動電圧を印加する駆動回路を制御する位置決め装置が記載されている。   In Patent Document 1, a member magnetized to a movable member of a vibration type actuator that displaces the movable member by vibration of a piezoelectric element is provided, and a change in the magnetic field formed by the movable member is detected by a Hall element or the like. There is described a positioning device that calculates a position and controls a driving circuit that applies a driving voltage to a piezoelectric element so as to place a movable member at a set position.

特許文献2には、振動型アクチュエータに、デューティ比0.3または0.7の矩形波を印加することで、可動部材を引き戻し方向または繰り出し方向に移動させられることが記載されている。特許文献2に記載されているように、スイッチング素子でスイッチングして矩形波電圧を生成すると、スイッチング時に大きな突入電流が流れ、電磁ノイズが発生する。   Patent Document 2 describes that a movable member can be moved in a pull-back direction or a feed-out direction by applying a rectangular wave having a duty ratio of 0.3 or 0.7 to a vibration type actuator. As described in Patent Document 2, when a rectangular wave voltage is generated by switching with a switching element, a large inrush current flows during switching, and electromagnetic noise is generated.

特許文献1の位置決め装置において、駆動回路が電磁ノイズを発生すると、ホール素子などで検出する磁界強度に電磁ノイズが重畳され、位置検出に誤差が生じてしまう。振動型アクチュエータでは、圧電素子のような容量性負荷を有する駆動源を使用しているため、DCモータやステッピングモータのような誘導性負荷を有する駆動源を使用するものに比べて、スイッチングによる突入電流が大きくなり、電磁ノイズによる位置決め誤差が大きくなるという問題があった。   In the positioning device of Patent Document 1, when the drive circuit generates electromagnetic noise, the electromagnetic noise is superimposed on the magnetic field intensity detected by the Hall element or the like, and an error occurs in position detection. Since the vibration type actuator uses a drive source having a capacitive load such as a piezoelectric element, the rush due to switching is compared to that using a drive source having an inductive load such as a DC motor or a stepping motor. There is a problem that the current increases and the positioning error due to electromagnetic noise increases.

特許文献3には、位置変位出力信号の差分が大きいときにノイズであると判断し、検出位置を補正してモータを駆動する発明が記載されているが、微小なノイズを検出することは困難であり、正確な位置決めを保証することはできない。   Patent Document 3 describes an invention in which noise is determined when a difference between position displacement output signals is large, and a motor is driven by correcting a detection position. However, it is difficult to detect minute noise. Therefore, accurate positioning cannot be guaranteed.

また、特許文献4には、ノイズ除去のためにフィルタ処理や平均化処理を行い、アクチュエータの制御を行う発明が記載されている。しかしながら、駆動回路のスイッチング周波数と、位置検出のサンプリング周波数が近い場合には、サンプリングした位置変位出力信号に連続してノイズが乗るため、ノイズ成分を効果的に除去できない。
特開2006−292396号公報 特開2001−211669号公報 特開2005−230939号公報 特開2003−131690号公報
Japanese Patent Application Laid-Open No. H10-228561 describes an invention for controlling an actuator by performing filter processing and averaging processing for noise removal. However, when the switching frequency of the driving circuit is close to the sampling frequency for position detection, noise is continuously added to the sampled position displacement output signal, so that the noise component cannot be effectively removed.
JP 2006-292396 A JP 2001-21669 A JP 2005-230939 A JP 2003-131690 A

前記問題点に鑑みて、本発明は、駆動回路のスイッチングノイズの影響を受けない、位置決め精度の高い位置決め装置を提供すること課題とする。   In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a positioning device that is not affected by switching noise of a drive circuit and has high positioning accuracy.

前記課題を解決するために、本発明による位置決め装置は、印加される電圧の変動に応じて振動を生じ、該振動によって可動部材をすべり変位させる振動型アクチュエータと、回路のスイッチングにより電圧変動する駆動電圧を前記振動型アクチュエータに印加する駆動回路と、前記可動部材の変位に伴って変化する変位値を出力する変位出力手段と、前記変位値をサンプリングし、サンプリングした前記変位値に基づいて前記可動部材の位置を示す位置信号を出力する位置検出手段と、前記位置信号に基づいて、前記可動部材を設定した位置に移動させるように、前記駆動回路のスイッチングを制御し、前記変位値のサンプリングを前記駆動回路のスイッチングと異なるタイミングで行わせるように、前記位置検出手段を制御する制御装置とを有し、前記制御装置は、所定の駆動周期T毎に、デューティ比Dを用いて、時間0および時間D・Tにおいて前記駆動電圧の電位を往復遷移させるように、前記駆動回路にスイッチングをさせるデューティ制御を行い、前記位置検出手段に(1−D)・Tのタイミングで前記サンプリングをさせるものとする。 In order to solve the above-mentioned problems, a positioning device according to the present invention includes a vibration type actuator that generates vibration in response to a change in applied voltage and slides and displaces a movable member by the vibration, and a drive that changes in voltage by circuit switching. A drive circuit for applying a voltage to the vibration type actuator, a displacement output means for outputting a displacement value that changes in accordance with the displacement of the movable member, the displacement value is sampled, and the movable device is based on the sampled displacement value. Position detection means for outputting a position signal indicating the position of the member, and based on the position signal, the switching of the drive circuit is controlled so as to move the movable member to a set position, and the displacement value is sampled. A control device for controlling the position detecting means so that the timing is different from the switching of the driving circuit. Have a, the control unit, every predetermined driving period T, using the duty ratio D, so as to reciprocate transitions the potential of the driving voltage at the time 0 and the time D · T, the switching to the drive circuit It is assumed that the duty control is performed, and the position detection unit is caused to perform the sampling at a timing of (1-D) · T.

この構成によれば、駆動回路のスイッチングによる電磁ノイズがないときに変位値のサンプリングを行うので、位置信号に可動部材の位置との誤差がなく、可動部材を正確に位置決めできる。   According to this configuration, since the displacement value is sampled when there is no electromagnetic noise due to switching of the drive circuit, the position signal has no error from the position of the movable member, and the movable member can be accurately positioned.

また、この構成によれば、サンプリングのタイミングが駆動回路のデューティ比によって決定されるので、制御が容易である。一般に、振動型アクチュエータの駆動は、駆動方向に応じて、デューティ比Dを約0.3または約0.7にする。このため、(1−D)・Tのタイミングから次のスイッチングまでは、約0.3Tまたは約0.4Tの余裕があり、サンプリングをするための時間を簡単に確保できる。 Further , according to this configuration, the sampling timing is determined by the duty ratio of the drive circuit, so that control is easy. In general, in driving a vibration type actuator, the duty ratio D is set to about 0.3 or about 0.7 depending on the driving direction. For this reason, there is a margin of about 0.3T or about 0.4T from the timing of (1-D) · T to the next switching, and a time for sampling can be easily secured.

また、本発明の位置決め装置において、前記振動型アクチュエータは、駆動電圧に応じて伸縮する圧電素子を有してもよく、前記圧電素子の一端に固定された駆動部材を有し、前記駆動部材に前記可動部材が摩擦係合してもよい。   In the positioning device of the present invention, the vibration type actuator may include a piezoelectric element that expands and contracts according to a driving voltage, and includes a driving member fixed to one end of the piezoelectric element. The movable member may be frictionally engaged.

この構成によれば、圧電アクチュエータを用いて精度の高い位置決めができる。   According to this configuration, high-accuracy positioning can be performed using the piezoelectric actuator.

また、本発明の位置決め装置において、前記変位出力手段は、前記可動部材に付設した着磁された磁界発生部材と、前記磁界発生部材の形成した磁界の強度を検出する磁界検出手段とを含んでもよい。   In the positioning device of the present invention, the displacement output means may include a magnetized magnetic field generating member attached to the movable member and a magnetic field detecting means for detecting the strength of the magnetic field formed by the magnetic field generating member. Good.

この構成によれば、電磁ノイズの影響を受けやすい磁気による位置の検出が高精度にできる。   According to this configuration, position detection by magnetism that is easily affected by electromagnetic noise can be detected with high accuracy.

本発明の位置決め装置は、駆動回路のスイッチングと異なるタイミングで可動部材の位置を検出するので、スイッチングによる電磁ノイズの影響を受けずに正確な位置を検出して、精度の高い位置決めができる。   Since the positioning device of the present invention detects the position of the movable member at a timing different from the switching of the drive circuit, the accurate position can be detected and the positioning can be performed with high accuracy without being affected by the electromagnetic noise due to the switching.

これより、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
図1は、本発明の1つの実施形態である位置決め装置1の構成を示す概略図である。位置決め装置1は、圧電アクチュエータ(振動型アクチュエータ)2と変位出力器(変位出力手段)3とからなり、圧電アクチュエータ2の駆動回路4と、変位出力器3の変位出力信号(変位値)を処理する位置検出回路5と、位置指令信号によって指示された位置に対応する位置検出回路(位置検出手段)5の出力が得られるように駆動回路4を制御する制御装置6とを有している。
Embodiments of the present invention will now be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of a positioning device 1 according to one embodiment of the present invention. The positioning device 1 includes a piezoelectric actuator (vibration type actuator) 2 and a displacement output device (displacement output means) 3, and processes a drive circuit 4 of the piezoelectric actuator 2 and a displacement output signal (displacement value) of the displacement output device 3. And a control device 6 for controlling the drive circuit 4 so as to obtain an output of the position detection circuit (position detection means) 5 corresponding to the position indicated by the position command signal.

圧電アクチュエータ2は、ベース部材7に固定され、駆動回路4の駆動電圧によって矢印で示したx方向に伸縮する圧電素子8と、圧電素子8に固定され、圧電素子8の伸縮によってx方向に進退する駆動部材9と、駆動部材9に摩擦係合し、駆動部材9上を滑り移動可能な可動部材10とからなる。   The piezoelectric actuator 2 is fixed to the base member 7 and expands and contracts in the x direction indicated by the arrow by the drive voltage of the drive circuit 4, and is fixed to the piezoelectric element 8 and advances and retracts in the x direction by the expansion and contraction of the piezoelectric element 8. And a movable member 10 that is frictionally engaged with the drive member 9 and that can slide on the drive member 9.

変位出力器3は、可動部材10に付設された磁界発生部材11と、磁界発生部材11に対向するようにベース部材7に固定された磁界検出手段12とからなる。   The displacement output device 3 includes a magnetic field generating member 11 attached to the movable member 10 and a magnetic field detecting means 12 fixed to the base member 7 so as to face the magnetic field generating member 11.

さらに、図2に変位出力器3の構成を詳しく示す。磁界発生部材11は、磁界検出手段12に対向する面がN極に着磁されたN極部13と、磁界検出手段12に対向する面がS極に着磁されたS極部14と、N極部13とS極部14の間に設けられ、N極にもS極にも着磁されていない不着磁部15とからなっている。N極部13、不着磁部15およびS極部14は、可動部材10の可動方向であるx方向に並んでいる。また、磁界検出手段12は、x方向に並んだ2つのホール素子16a,16bで構成されている。   FIG. 2 shows the configuration of the displacement output device 3 in detail. The magnetic field generating member 11 includes an N pole portion 13 whose surface facing the magnetic field detection means 12 is magnetized to N pole, an S pole portion 14 whose surface facing the magnetic field detection means 12 is magnetized to S pole, It is provided between the N pole part 13 and the S pole part 14, and is composed of a non-magnetized part 15 that is not magnetized in the N pole or the S pole. The N pole portion 13, the non-magnetized portion 15, and the S pole portion 14 are arranged in the x direction, which is the movable direction of the movable member 10. The magnetic field detection means 12 includes two Hall elements 16a and 16b arranged in the x direction.

図3に、位置決め装置1の回路構成を示す。駆動回路4は、制御装置6が出力する制御信号C1,C2,C3,C4によって駆動されるスイッチング素子である4つのトランジスタ17,18,19,20を有する。トランジスタ17は、pチャネル型FETからなり、オンすることで圧電素子8の電極8aを電源E(V)に接続し、トランジスタ18は、pチャネル型FETからなり、オンすることで圧電素子8の電極8bを電源E(V)に接続する。トランジスタ19は、nチャネル型FETからなり、オンすることで電極8aを接地し、トランジスタ20は、nチャネル型FETからなり、オンすることで電極8bを接地する。駆動回路4は、トランジスタ17とトランジスタ20とがオンすることで、圧電素子8に+E(V)の駆動電圧を印加し、トランジスタ18とトランジスタ19とがオンすることで、圧電素子8に−E(V)の駆動電圧を印加するフルブリッジ回路である。   FIG. 3 shows a circuit configuration of the positioning device 1. The drive circuit 4 includes four transistors 17, 18, 19, and 20 that are switching elements driven by control signals C 1, C 2, C 3, and C 4 output from the control device 6. The transistor 17 is made of a p-channel FET, and is turned on to connect the electrode 8a of the piezoelectric element 8 to the power source E (V). The transistor 18 is made of a p-channel FET, and is turned on to turn on the piezoelectric element 8. The electrode 8b is connected to the power source E (V). The transistor 19 is composed of an n-channel FET, and is turned on to ground the electrode 8a. The transistor 20 is composed of an n-channel FET, and is turned on to ground the electrode 8b. The drive circuit 4 applies a drive voltage of + E (V) to the piezoelectric element 8 when the transistor 17 and the transistor 20 are turned on, and −E to the piezoelectric element 8 when the transistor 18 and the transistor 19 are turned on. It is a full bridge circuit which applies the drive voltage of (V).

位置検出回路5は、ホール素子16a,16bそれぞれの変位出力信号を増幅するアンプ21a,21bと、増幅された変位出力信号をディジタルに変換するAD変換器22a,22bを備える演算装置23とを有する。演算装置23は、制御装置6のトリガ信号TSが入力されると、AD変換器22a,22bによって変位出力信号をディジタル値に変換して読み込むサンプリングを開始する。   The position detection circuit 5 includes amplifiers 21a and 21b that amplify the displacement output signals of the Hall elements 16a and 16b, and an arithmetic unit 23 that includes AD converters 22a and 22b that convert the amplified displacement output signals to digital. . When the trigger signal TS of the control device 6 is input, the arithmetic device 23 starts sampling by converting the displacement output signal into a digital value by the AD converters 22a and 22b.

演算装置23は、ディジタル変換してサンプリングしたアンプ21aの出力(増幅したホール素子16aの変位出力信号)Aとアンプ21bの出力(増幅したホール素子16bの変位出力信号)Bとから、A>0の場合、(A−B)/(A+B)+2、B<0の場合、(A−B)/(A+B)−2、A≦0且つB≧0の場合、(B+A)/(B−A)の演算を行い、演算結果を制御装置6に可動部材10の位置を示す位置信号PSとして入力する。   The arithmetic unit 23 calculates A> 0 from the output of the amplifier 21a (amplified displacement output signal of the Hall element 16a) A and the output of the amplifier 21b (amplified displacement output signal of the Hall element 16b) B, which are sampled after digital conversion. In the case of (A−B) / (A + B) +2, B <0, (A−B) / (A + B) −2, A ≦ 0 and B ≧ 0, (B + A) / (B−A And the calculation result is input to the control device 6 as a position signal PS indicating the position of the movable member 10.

制御装置6は、可動部材10を位置決めすべき位置を示す位置指令信号SSが入力され、位置信号PSと位置指令信号SSとの偏差から、駆動回路4が圧電素子8に印加すべき駆動電圧の波形を決定し、駆動回路4のトランジスタ17,18,19,20のスイッチングを制御する。   The control device 6 receives a position command signal SS indicating the position where the movable member 10 should be positioned, and determines the drive voltage that the drive circuit 4 should apply to the piezoelectric element 8 from the deviation between the position signal PS and the position command signal SS. The waveform is determined, and the switching of the transistors 17, 18, 19, and 20 of the drive circuit 4 is controlled.

図4に、可動部材10を圧電素子8から遠ざけるように移動させる場合、つまり、位置信号PSが示す可動部材10の位置が位置指令信号SSが示す位置より圧電素子8に近い場合の、制御装置6による駆動回路4および位置検出回路5の制御および圧電アクチュエータ2の動作のタイミングチャートを示し、図5に、可動部材10を圧電素子8に近づけるように移動させる場合、つまり、位置信号PSが示す可動部材10の位置が位置指令信号SSが示す位置より圧電素子8から遠い場合の、制御装置6による駆動回路4および位置検出回路5の制御および圧電アクチュエータ2の動作のタイミングチャートを示す。   FIG. 4 shows a control device for moving the movable member 10 away from the piezoelectric element 8, that is, when the position of the movable member 10 indicated by the position signal PS is closer to the piezoelectric element 8 than the position indicated by the position command signal SS. 6 shows a timing chart of the control of the drive circuit 4 and the position detection circuit 5 and the operation of the piezoelectric actuator 2, and FIG. 5 shows the case where the movable member 10 is moved closer to the piezoelectric element 8, that is, the position signal PS shows. A timing chart of the control of the drive circuit 4 and the position detection circuit 5 by the control device 6 and the operation of the piezoelectric actuator 2 when the position of the movable member 10 is farther from the piezoelectric element 8 than the position indicated by the position command signal SS is shown.

制御装置6の制御信号C1,C3がHI、C2,C4がLOであれば、トランジスタ17とトランジスタ20がオフ、トランジスタ18とトランジスタ19がオンし、圧電素子8には−E(V)の電圧が印加されている。ここで、制御信号C2,C4をHIにすると、トランジスタ18がオフし、トランジスタ20がオンする。これにより、圧電素子8の両電極8a,8bが共に接地され、圧電素子8の電圧が0(V)になる。続いて、制御信号C1,C3をLOにすると、トランジスタ17がオンし、トランジスタ19がオフする。これにより、圧電素子8には+E(V)の電圧が印加される。同様に、圧電素子8に−E(V)を印加する際にも、一度、両電極8a,8bを接地してから駆動電圧を印加する。   When the control signals C1 and C3 of the control device 6 are HI and C2 and C4 are LO, the transistors 17 and 20 are turned off, the transistors 18 and 19 are turned on, and the piezoelectric element 8 has a voltage of −E (V). Is applied. Here, when the control signals C2 and C4 are set to HI, the transistor 18 is turned off and the transistor 20 is turned on. Thereby, both electrodes 8a and 8b of the piezoelectric element 8 are grounded, and the voltage of the piezoelectric element 8 becomes 0 (V). Subsequently, when the control signals C1 and C3 are set to LO, the transistor 17 is turned on and the transistor 19 is turned off. As a result, a voltage of + E (V) is applied to the piezoelectric element 8. Similarly, when -E (V) is applied to the piezoelectric element 8, the drive voltage is applied after the electrodes 8a and 8b are once grounded.

本実施形態では、このように、一旦、電極8a,8bを共に接地してから、圧電素子8に印加する駆動電圧の極性を反転するが、これは、電極8a,8bを共に接地することで、充電されている電荷をグランドに放電し、逆極性に電源を接続した際に、電源が供給すべき電荷量を半減させることができ、電源の電力を節約するものである。図では、圧電素子8を取り外して駆動回路4の出力端を開放したときに観測される出力電圧が、段階的に増減する様子を分かりやすく示しているが、圧電アクチュエータ2の駆動においては、この駆動電圧は+E(V)と−E(V)との間を一瞬に遷移する矩形波駆動と同視される。実際に、制御信号C1,C3とC2,C4とを互いの反転信号としてもよく、圧電素子8の一端を常時接地し、他端に電源を接続、切断するハーフブリッジからなる駆動回路によって矩形波状の駆動電圧を印加してもよい。   In this embodiment, the electrodes 8a and 8b are once grounded in this way, and then the polarity of the drive voltage applied to the piezoelectric element 8 is reversed. This is because the electrodes 8a and 8b are grounded together. When the charged electric charge is discharged to the ground and the power supply is connected in the reverse polarity, the amount of charge to be supplied by the power supply can be halved, and the power of the power supply can be saved. In the figure, the output voltage observed when the piezoelectric element 8 is removed and the output terminal of the drive circuit 4 is opened is shown in an easy-to-understand manner. The drive voltage is regarded as a rectangular wave drive that instantaneously transits between + E (V) and -E (V). Actually, the control signals C1, C3, C2, and C4 may be inverted signals of each other, and one end of the piezoelectric element 8 is always grounded, and the other end is connected to the power source, and the power circuit is connected to and disconnected from the rectangular circuit. The drive voltage may be applied.

制御装置6は、時間Tを1周期として、圧電アクチュエータ2に印加する駆動電圧を周期的に繰り返し変化させるような制御信号C1,C2,C3,C4を、駆動回路4に入力する。図4に示すように、駆動回路4は、可動部材10を圧電素子8から遠ざけるように駆動(繰り出し)する場合、圧電素子8に0.3Tだけ+E(V)を印加し、0.7Tだけ−E(V)を印加する(デューティ比D=0.3)。また、図5に示すように、駆動回路4は、可動部材10を圧電素子8に近づけるように駆動(引き戻し)する場合、圧電素子8に0.7Tだけ+E(V)を印加し、0.3Tだけ−E(V)を印加する(デューティ比D=0.7)。   The control device 6 inputs to the drive circuit 4 control signals C1, C2, C3, and C4 that change the drive voltage applied to the piezoelectric actuator 2 periodically and repeatedly with the time T as one cycle. As shown in FIG. 4, when the drive circuit 4 drives (feeds out) the movable member 10 away from the piezoelectric element 8, + E (V) is applied to the piezoelectric element 8 by 0.3T and 0.7T. -E (V) is applied (duty ratio D = 0.3). Further, as shown in FIG. 5, when the drive circuit 4 drives (retracts) the movable member 10 so as to approach the piezoelectric element 8, + E (V) is applied to the piezoelectric element 8 by 0.7 T, and 0. -E (V) is applied only for 3T (duty ratio D = 0.7).

トランジスタ17,18,19,20のスイッチングにより、圧電素子8には充電電流(または放電電流)が流れる。圧電素子8は容量性負荷であるため、図示するように、トランジスタ17,18,19,20がオンした瞬間に大きな突入電流が流れ、電荷が飽和すると電流が流れなくなる。また、充電電流による電圧降下により、実際に圧電素子8に印加される電圧の波形は、矩形波をやや崩したものとなる。   Due to switching of the transistors 17, 18, 19, and 20, a charging current (or discharging current) flows through the piezoelectric element 8. Since the piezoelectric element 8 is a capacitive load, as shown in the figure, a large inrush current flows at the moment when the transistors 17, 18, 19, and 20 are turned on, and when the charge is saturated, no current flows. Further, due to the voltage drop due to the charging current, the waveform of the voltage that is actually applied to the piezoelectric element 8 is a slightly broken rectangular wave.

さらに、圧電素子8の寸法変位は、自身の弾性などにより、駆動電圧の変化からさらに遅があり、その周波数特性によって、図示するように、鋸波状の周期変化をする。圧電素子8が緩慢に寸法変位(伸縮)するときは、駆動部材9が緩慢に移動し、可動部材10は、駆動部材9に摩擦係合したまま共に移動する。圧電素子8が急峻に寸法変位するときは、駆動部材9が急峻に移動し、可動部材10は、自身の慣性によってその場に留まるように駆動部材9に対してすべり変位する。   Further, the dimensional displacement of the piezoelectric element 8 is further delayed from the change of the drive voltage due to its own elasticity and the like, and has a sawtooth period change as shown in the figure due to its frequency characteristics. When the piezoelectric element 8 is slowly dimensionally displaced (expanded), the drive member 9 moves slowly, and the movable member 10 moves together while being frictionally engaged with the drive member 9. When the piezo-electric element 8 is suddenly displaced in size, the driving member 9 moves steeply, and the movable member 10 is slidably displaced with respect to the driving member 9 so as to remain in place due to its own inertia.

このような圧電アクチュエータ2の駆動に際し、トランジスタ17,18,19,20のスイッチング時に流れる充電電流は、それに比例して電磁ノイズを発生させる。この電磁ノイズは、変位出力器3の磁界発生部材11が形成する磁界に重畳され、ホール素子16a,16bの変位出力にノイズ成分を重畳させる。裏返すと、駆動回路4のトランジスタ17,18,19,20をスイッチングしないタイミングでは、ホール素子16a,16bの変位出力信号にノイズ成分が乗っていないことを示す。そこで、制御装置6は、制御信号C1,C2,C3,C4の状態遷移しないタイミングで、位置検出回路5にトリガ信号TSを入力することで、ノイズの乗っていないホール素子16a,16bの変位出力信号をAD変換器によってディジタル信号に変換してサンプリングする。   When the piezoelectric actuator 2 is driven, the charging current that flows when the transistors 17, 18, 19, and 20 are switched generates electromagnetic noise in proportion thereto. This electromagnetic noise is superimposed on the magnetic field formed by the magnetic field generating member 11 of the displacement output device 3, and a noise component is superimposed on the displacement output of the Hall elements 16a and 16b. In other words, when the transistors 17, 18, 19, and 20 of the drive circuit 4 are not switched, it indicates that no noise component is present on the displacement output signals of the Hall elements 16a and 16b. Therefore, the control device 6 inputs the trigger signal TS to the position detection circuit 5 at the timing when the state of the control signals C1, C2, C3, and C4 does not change, thereby outputting the displacement output of the Hall elements 16a and 16b without noise. The signal is converted into a digital signal by an AD converter and sampled.

以上のように、位置決め装置1は、制御装置6がノイズのないタイミングを選んで、位置検出回路5に変位出力器3の出力をサンプリングさせることで、圧電アクチュエータ2の可動部材10の位置を正確に検出できる。これによって、位置決め装置1は、可動部材10を、位置指令信号SSで指定された位置に正確に位置決めできる。   As described above, the positioning device 1 accurately determines the position of the movable member 10 of the piezoelectric actuator 2 by causing the position detection circuit 5 to sample the output of the displacement output device 3 by the control device 6 selecting a timing without noise. Can be detected. Accordingly, the positioning device 1 can accurately position the movable member 10 at the position specified by the position command signal SS.

図6は、位置決め装置1の実際的形状を示す。この位置決め装置1は、可動部材10が光学素子であるレンズ24を保持する玉枠になっており、ベース部材7に固定した駆動部材9と平行な吊り軸25に沿って移動可能である。磁界発生部材11は、可動部材10の吊り軸25に係合する部分に取り付けられている。ベース部材7には、固定部材7’を介して圧電素子8と、磁界発生部材11に対向するように磁界検出手段12とが固定されている。   FIG. 6 shows a practical shape of the positioning device 1. In the positioning device 1, the movable member 10 is a ball frame that holds a lens 24 that is an optical element, and is movable along a suspension shaft 25 that is parallel to the drive member 9 fixed to the base member 7. The magnetic field generating member 11 is attached to a portion that engages with the suspension shaft 25 of the movable member 10. A piezoelectric element 8 and a magnetic field detection means 12 are fixed to the base member 7 so as to face the magnetic field generating member 11 through a fixing member 7 ′.

このように構成された位置決め装置1は、小型で軽量であるが、可動部材10に保持されたレンズ24の吊り軸25方向の位置を変位出力器3で正確に検出し、圧電アクチュエータ2によってレンズ24を求められる位置に位置決めできる。   The positioning device 1 configured in this way is small and lightweight, but the displacement output device 3 accurately detects the position of the lens 24 held by the movable member 10 in the direction of the suspension shaft 25, and the piezoelectric actuator 2 detects the lens. 24 can be positioned at the required position.

図7および図8に、本発明の位置決め装置1の、図および図の駆動タイミングの代案を示す。本案では、制御装置6は、駆動周期Tの中央、サイクル開始から0.5Tのタイミングで、トリガ信号TSを位置検出回路5に入力している。このため、直前の駆動回路4のスイッチング動作から、ホール素子16a,16bの変位出力信号のサンプリングを開始するまでに、繰り出し駆動(デューティ比D=0.3)の場合は0.2T、引き戻し駆動(デューティ比D=0.7)の場合は0.5Tの時間が経過しており、充電電流が残っていない。また、ホール素子16a,16bの変位出力信号のサンプリングを開始してから、駆動回路4の次のスイッチング動作までは、繰り出し駆動(デューティ比D=0.3)の場合は0.5T、引き戻し駆動(デューティ比D=0.7)の場合は0.2Tの時間があり、充電電流が流れる前にサンプリングを完了することができる。 7 and 8 show alternative driving timings of FIGS. 4 and 5 for the positioning device 1 of the present invention. In the present plan, the control device 6 inputs the trigger signal TS to the position detection circuit 5 at the center of the driving cycle T, at a timing of 0.5T from the start of the cycle. For this reason, from the switching operation of the drive circuit 4 immediately before to the start of sampling of the displacement output signals of the Hall elements 16a and 16b, 0.2T is used for the extension drive (duty ratio D = 0.3), and the return drive is performed. In the case of (duty ratio D = 0.7), the time of 0.5T has elapsed and no charging current remains. Also, from the start of sampling of the displacement output signals of the Hall elements 16a and 16b to the next switching operation of the drive circuit 4, 0.5T is used for the extension drive (duty ratio D = 0.3), and the return drive is performed. In the case of (duty ratio D = 0.7), there is a time of 0.2T, and sampling can be completed before the charging current flows.

位置検出回路5のAD変換器21a,21bは、1〜2μsec程度連続した入力を必要とすることが多い。駆動回路4の駆動周期Tが、例えば、10μsec(駆動周波数100kHz)である場合、ホール素子16a,16bの変位出力信号のサンプリングを開始してから、駆動回路4の次のスイッチング動作までは、2μsec以上の余裕があることが好ましくは、3μsec以上とすることがより好ましい。サンプリングの開始タイミングを駆動周期Tの中央のタイミングとすれば、繰り出し駆動および引き戻し駆動のいずれにおいても、サンプリングのために2μsecの余裕がありノイズの影響を避けることができる。   The AD converters 21a and 21b of the position detection circuit 5 often require continuous input for about 1 to 2 μsec. When the driving cycle T of the driving circuit 4 is 10 μsec (driving frequency 100 kHz), for example, 2 μsec from the start of sampling of the displacement output signals of the Hall elements 16a and 16b to the next switching operation of the driving circuit 4 It is preferable that there is a margin above, and it is more preferable that the time be 3 μsec or more. If the sampling start timing is set at the center timing of the driving cycle T, there is a margin of 2 μsec for sampling in both the feed-out drive and the pull-back drive, and the influence of noise can be avoided.

および図10に、本発明の位置決め装置1の、図および図の駆動タイミングのさらなる代案を示す。本案では、制御装置6は、駆動回路4のスイッチングのデューティ比Dが0.3のときはサイクル開始から0.7Tのタイミングで位置検出回路5にサンプリングを開始させ、駆動回路4のスイッチングのデューティ比Dが0.7のときはサイクル開始から0.3Tのタイミングで位置検出回路5にトリガ信号TSを入力する。つまり、制御装置6は、駆動周期Tのデューティ比Dの補数の割合が経過したタイミング(1−D)・Tにおいて、位置検出回路にサンプリングを開始させる。 9 and 10 show further alternatives of the drive timings of FIGS. 4 and 5 of the positioning device 1 of the present invention. In the present plan, when the duty ratio D of the switching of the drive circuit 4 is 0.3, the control device 6 causes the position detection circuit 5 to start sampling at a timing of 0.7 T from the start of the cycle, and the switching duty of the drive circuit 4 When the ratio D is 0.7, the trigger signal TS is input to the position detection circuit 5 at a timing of 0.3T from the start of the cycle. That is, the control device 6 causes the position detection circuit to start sampling at the timing (1-D) · T when the complement ratio of the duty ratio D of the driving cycle T has elapsed.

これにより、一般的なデューティ比0.3/0.7において、駆動回路4のスイッチングから少なくとも0.3T経過してからサンプリングを開始し、サンプリングを開始してから次のスイッチングまで少なくとも0.3Tの余裕がある。駆動周期Tが10μsecである場合、AD変換に3μsecの時間を割くことができる。このように、デューティ比Dによってサンプリングの開始タイミングを決定すれば、AD変換器22a,22bのサンプリング速度が遅くても、ノイズのないタイミングで可動部材11の位置を検出できる。   Thus, at a general duty ratio of 0.3 / 0.7, sampling is started after at least 0.3T has elapsed since the switching of the drive circuit 4, and at least 0.3T from the start of sampling to the next switching. I can afford. When the driving cycle T is 10 μsec, it is possible to devote 3 μsec to AD conversion. As described above, when the sampling start timing is determined by the duty ratio D, the position of the movable member 11 can be detected at a timing free from noise even if the sampling speed of the AD converters 22a and 22b is low.

本発明の実施形態の位置決め装置の概略構成図。The schematic block diagram of the positioning device of embodiment of this invention. 図1の位置決め装置の変位出力器の構成図。The block diagram of the displacement output device of the positioning device of FIG. 図1の位置決め装置の回路図。The circuit diagram of the positioning device of FIG. 図1の位置決め装置の繰り出し動作時の制御動作のタイミングチャート。The timing chart of the control operation at the time of the feeding operation of the positioning device of FIG. 図1の位置決め装置の引き戻し動作時の制御動作のタイミングチャート。The timing chart of the control operation at the time of the pull-back operation | movement of the positioning device of FIG. 図1の位置決め装置の具体的適用例を示す図。The figure which shows the specific application example of the positioning device of FIG. 図4の代案のタイミングチャート。FIG. 5 is an alternative timing chart of FIG. 4. 図5の代案のタイミングチャート。FIG. 6 is an alternative timing chart of FIG. 5. FIG. 図4のさらなる代案のタイミングチャート。FIG. 5 is a further alternative timing chart of FIG. 4. FIG. 図5のさらなる代案のタイミングチャート。FIG. 6 is a timing chart of a further alternative of FIG.

符号の説明Explanation of symbols

1…位置決め装置
2…圧電アクチュエータ(振動型アクチュエータ)
3…変位出力器(変位出力手段)
4…駆動回路
5…位置検出回路
6…制御装置
8…圧電素子
9…駆動部材
10…可動部材
11…磁界発生部材
12…磁界検出手段
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Positioning device 2 ... Piezoelectric actuator (vibration type actuator)
3. Displacement output device (displacement output means)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 4 ... Drive circuit 5 ... Position detection circuit 6 ... Control apparatus 8 ... Piezoelectric element 9 ... Drive member 10 ... Movable member 11 ... Magnetic field generation member 12 ... Magnetic field detection means

Claims (4)

印加される電圧の変動に応じて振動を生じ、該振動によって可動部材をすべり変位させる振動型アクチュエータと、
回路のスイッチングにより電圧変動する駆動電圧を前記振動型アクチュエータに印加する駆動回路と、
前記可動部材の変位に伴って変化する変位値を出力する変位出力手段と、
前記変位値をサンプリングし、サンプリングした前記変位値に基づいて前記可動部材の位置を示す位置信号を出力する位置検出手段と、
前記位置信号に基づいて、前記可動部材を設定した位置に移動させるように、前記駆動回路のスイッチングを制御し、前記変位値のサンプリングを前記駆動回路のスイッチングと異なるタイミングで行わせるように、前記位置検出手段を制御する制御装置とを有し、
前記制御装置は、所定の駆動周期T毎に、デューティ比Dを用いて、時間0および時間D・Tにおいて前記駆動電圧の電位を往復遷移させるように、前記駆動回路にスイッチングをさせるデューティ制御を行い、
前記位置検出手段に(1−D)・Tのタイミングで前記サンプリングをさせることを特徴とする位置決め装置。
A vibration type actuator that generates a vibration in response to a change in an applied voltage and slides and displaces the movable member by the vibration;
A drive circuit for applying a drive voltage that varies in voltage by switching of the circuit to the vibration actuator;
A displacement output means for outputting a displacement value that varies with the displacement of the movable member;
Position detecting means for sampling the displacement value and outputting a position signal indicating the position of the movable member based on the sampled displacement value;
Based on the position signal, the switching of the driving circuit is controlled so as to move the movable member to a set position, and the sampling of the displacement value is performed at a timing different from the switching of the driving circuit. have a control device for controlling the position detecting means,
The control device performs duty control for switching the drive circuit so that the potential of the drive voltage is reciprocally transitioned at time 0 and time D · T using a duty ratio D for each predetermined drive cycle T. Done
A positioning apparatus characterized by causing the position detection means to perform the sampling at a timing of (1-D) · T.
前記振動型アクチュエータは、駆動電圧に応じて伸縮する圧電素子を有することを特徴とする請求項に記載の位置決め装置。 The positioning device according to claim 1 , wherein the vibration type actuator includes a piezoelectric element that expands and contracts according to a driving voltage. 前記振動型アクチュエータは、前記圧電素子の一端に固定された駆動部材を有し、前記駆動部材に前記可動部材が摩擦係合することを特徴とする請求項に記載の位置決め装置。 The positioning apparatus according to claim 2 , wherein the vibration type actuator includes a driving member fixed to one end of the piezoelectric element, and the movable member is frictionally engaged with the driving member. 前記変位出力手段は、前記可動部材に付設した着磁された磁界発生部材と、前記磁界発生部材の形成した磁界の強度を検出する磁界検出手段とを含むことを特徴とする請求項1からのいずれかに記載の位置決め装置。 The displacement output means, said movable member magnetized magnetic field generating member was attached to, claims 1 to 3, characterized in that it comprises a magnetic field detection means for detecting the field strength of the formation of the magnetic field generating member A positioning device according to any one of the above.
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JPH01264575A (en) * 1988-04-13 1989-10-20 Toyota Motor Corp Driver device for piezoelectric element
JP3577177B2 (en) * 1996-10-11 2004-10-13 愛三工業株式会社 Actuator control device and powder feeder
EP0897213B1 (en) * 1997-08-11 2004-03-31 SGS-THOMSON MICROELECTRONICS S.r.l. Monitoring of current in an inductive load, PWM driven through a bridge stage
JP4470258B2 (en) * 2000-01-20 2010-06-02 コニカミノルタホールディングス株式会社 Drive device
JP2003131690A (en) * 2001-10-29 2003-05-09 Canon Inc Voice processor and image input device
JP2005230939A (en) * 2004-02-17 2005-09-02 Sony Corp Drive controller and drive control method
JP4400500B2 (en) * 2005-04-06 2010-01-20 コニカミノルタオプト株式会社 Position detector and positioning device
JP2007074835A (en) * 2005-09-08 2007-03-22 Renesas Technology Corp Voice coil motor drive circuit and magnetic disk memory

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