JPH08166244A

JPH08166244A - 圧電振動子の駆動装置

Info

Publication number: JPH08166244A
Application number: JP6334201A
Authority: JP
Inventors: Yoshiro Tomikawa; 義朗富川
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1994-12-15
Filing date: 1994-12-15
Publication date: 1996-06-25

Abstract

(57)【要約】【目的】圧電振動子を常に反共振周波数にて高い尖鋭
度にてＢ型共振させ、誘電体損失による発熱を低減でき
るようにする。【構成】圧電振動子６ａに接続された基準容量Ｃｓに
かかる電圧を増幅器３により増幅し、差動増幅器４にて
駆動電圧Ｖｆと増幅器３からの電圧との差を求める。さ
らに位相比較器７により駆動電圧Ｖｆと差動出力電圧Ｖ
outとの位相差を求め、位相比較電圧Ｖｐに基づいて電
圧制御発振器９の発振周波数を制御する。このＰＬＬル
ープにより、圧電振動子６ａは常に反共振周波数にて共
振（Ｂ型共振）するように駆動されることになる。圧電
振動子をＢ型共振にて駆動できることにより、高い共振
尖鋭度を得ることができ、また大振幅で駆動しても、発
熱量を抑えることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、圧電トランス、圧電モ
ータ、または振動型ジャイロスコープなどに用いられる
圧電振動子を駆動する駆動装置に係り、特に反共振周波
数にて圧電振動子を共振させ、発熱の低下などを実現で
きる圧電振動子の駆動装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図７は圧電振動子１を交流駆動電源部２
により駆動している状態を示している。図８は交流駆動
電源部２が定電圧源である場合に、圧電振動子に流れる
電流Ｉと駆動電力の周波数ｆとの関係を示している。Ｐ
ＺＴ系セラミック振動子などでは、圧電反作用により
（圧電振動子の制動容量成分の影響により）２つの共振
点が現れる。図８に示すように、交流駆動電源部２の駆
動電力の周波数ｆを変化させると、Ａ点とＢ点で極大電
流と極小電流が現れる。Ａ点は、圧電振動子１が共振状
態となったときの共振周波数ｆａに現れ、Ｂ点は圧電振
動子１が反共振状態となったときの反共振周波数ｆｂに
現れる。Ａ点が共振点であり、Ｂ点が反共振点である。

【０００３】Ａ点（共振点）は圧電振動子１に流れる電
流が最大になるときであり、Ｂ点（反共振点）は、圧電
振動子１に流れる電流が最小で圧電振動子１にかかる電
圧が最大になるときである。図９の（Ａ）（Ｂ）はそれ
ぞれ圧電振動子の等価回路を表わしており、Ｃｄ１，Ｃ
ｄ２は制動容量、Ｃｍ１とＣｍ２，Ｌｍ１とＬｍ２，Ｒ
ｍ１とＲｍ２は、それぞれ共振時または反共振時の等価
容量、等価インダクタンス、振動抵抗である。

【０００４】また、交流駆動電源部２が定電流源である
場合には、共振周波数ｆａにて圧電振動子１にかかる電
圧が極小になり、反共振周波数ｆｂで圧電振動子１にか
かる電圧が極大になる。ここで、以下においては、電流
が最大になるときの圧電振動子１の共振状態をＡ型共振
と称し、電圧が最大になるときの圧電振動子１の反共振
状態をＢ型共振と称する。

【０００５】圧電振動子１を共振状態にて駆動するため
には、交流駆動電源部２からの駆動電力の周波数がｆａ
またはｆｂに近いことが必要である。しかし、実際のＰ
ＺＴ系セラミック振動子などでは、環境温度の変化や振
動子自体の発熱により圧電振動子の弾性係数などが変化
し、共振周波数が変動するものとなる。したがって、一
定の周波数の駆動電力により圧電振動子を駆動する場合
に、駆動電力の周波数を常に共振周波数に一致させるこ
とは困難である。そこで、最近では、駆動電力により圧
電振動子１を駆動するとともに、この圧電振動子１に作
用する電力を検出するセンサーを設けこのセンサーにて
検出された電力に基づいて、あるいは駆動電圧とセンサ
ーの検出電圧との位相差に基づいて、圧電振動子１の共
振点の変動を追尾し、常に共振周波数に近い周波数の駆
動電力を与えるようにした、共振点追尾型の駆動装置も
考えられている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記共振点追尾型の駆
動装置としては、例えば圧電振動子１から検出される検
出電流または検出電圧の位相が共振周波数ｆａにて変化
することを利用し、常にこの位相の変化点を追尾する回
路構成が考えられる。しかし、ＰＺＴ系セラミック振動
子などでは、図８に示すように、接近した周波数帯域に
共振周波数ｆａと反共振周波数ｆｂとが存在し、共振周
波数ｆａと反共振周波数ｆｂの両点にて検出電流または
検出電圧の位相が変動するため、実際には共振点と反共
振点との区別が困難であり、例えば共振周波数ｆａのみ
を追尾するのが困難である。

【０００７】また、共振点追尾型の駆動回路として、コ
イルなどのインダクタンス素子を使用して反共振周波数
ｆｂでの検出電流または検出電圧の位相を変化させ、回
路上にて共振周波数ｆａのみを追尾させることも考えら
れる。しかし、上記のようにコイルなどのインダクタン
ス素子を介在させると、圧電振動子１から検出される電
流または電圧がインダクタンスの影響を受けることにな
り、前述のように温度変化などによる共振周波数ｆａの
変動を高精度に追尾することが困難になる。

【０００８】また、ＰＺＴ系セラミック振動子などで
は、共振周波数ｆａにてＡ型共振で共振したときの共振
尖鋭度Ｑａは、反共振周波数ｆｂにてＢ型共振で共振し
たときの共振尖鋭度Ｑｂよりも低くなる。これは圧電振
動子の誘電体損失に起因するものである。したがって、
周波数ｆａを追尾するＡ型共振追尾型の駆動回路では、
高い共振尖鋭度を得ることができない。またＡ型共振の
追尾では、誘電体損失による発熱が大きくなる。この発
熱によりさらに共振周波数ｆａの変動が大きくなり、ま
た大きな振幅での駆動を行おうとすると、発熱量が徐々
に多くなり、最終的には圧電振動子を破損することもあ
る。

【０００９】本発明は上記従来の課題を解決するもので
あり、圧電振動子が常に反共振周波数ｆｂにて共振（Ｂ
型共振）できるように、この周波数ｆｂを追尾して駆動
電力を与えるようにし、常に共振尖鋭度が高く且つ発熱
量の少ない周波数にて振動させることができるようにし
た圧電振動子の駆動装置を提供することを目的としてい
る。

【００１０】また本発明は、圧電振動子からの検出電圧
がインダクタンスの影響を受けないようにして、常に反
共振周波数の変動を高精度に追尾して駆動電力を与える
ことができるようにした圧電振動子の駆動装置を提供す
ることを目的としている。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明による圧電振動子
の駆動装置は、圧電振動子に接続された基準容量と、圧
電振動子にかかる電圧から前記基準容量にかかる電圧の
差を求める差動手段と、圧電振動子に与えられる駆動信
号の位相と差動手段からの差動出力の位相とを比較する
位相比較器と、位相比較器の出力に基づいて発振が制御
される電圧制御発振器とを有し、電圧制御発振器からの
発振周波数に基づく駆動信号が圧電振動子に与えられる
ことを特徴とするものである。

【００１２】上記において、基準容量を圧電振動子に直
列に接続し、この基準容量にかかる電圧を増幅器により
増幅し、差動手段では、圧電振動子と基準容量とにかか
る駆動電圧と、増幅器により増幅された電圧との差が求
められるものとすることが可能である。ここで、基準容
量Ｃｓが圧電振動子の制動容量Ｃｄ２のｎ倍であるとき
に、前記増幅器の増幅度がほぼ（ｎ＋１）倍であること
が好ましい。

【００１３】また、圧電振動子が定電圧により駆動され
るときには、位相比較器により比較された位相差が９０
度のときを基準として、電圧制御発振器の発振周波数が
制御されるものとなり、または、圧電振動子が定電流に
より駆動されるときには、位相比較器により比較された
位相差が０度のときを基準として、電圧制御発振器の発
振周波数が制御されるものとなる。

【００１４】

【作用】図３は、本発明の作用を説明するものであり、
ＰＺＴ系セラミック振動子などの圧電振動子１が交流駆
動電源部２により駆動されている状態を示している。圧
電振動子１にかかる電圧を検出する回路では、圧電振動
子１の等価回路を図３により表わすことができる。ここ
でＣｄ２は制動容量である。圧電振動子１単体を振動し
ないようにクランプし、駆動電圧Ｖｆを与えると、制動
容量Ｃｄ２にかかる電圧Ｖｄのみが得られる。この電圧
Ｖｄが制動容量Ｃｄ２にかかる電圧である。共振時の等
価容量Ｃｍ２、等価インダクタンスＬｍ２、振動抵抗Ｒ
ｍ２は並列に接続されたものとして表現でき、この部分
にかかる電圧ＶｍがＢ型共振でのモーショナル電圧であ
る。

【００１５】本発明では、圧電振動子１に基準容量Ｃｓ
が直列に接続され、基準容量Ｃｓの非接続側が接地され
ている（あるいは所定の電位となっている）。この基準
容量Ｃｓにかかる基準電圧をＶｓで示している。本発明
では、圧電振動子１にかかる電圧（Ｖｄ＋Ｖｍ）から前
記基準電圧Ｖｓの差が求められ、これにより制動容量Ｃ
ｄ２の影響が打ち消されまたは低減される。

【００１６】図３では、基準容量Ｃｓにかかる基準電圧
Ｖｓを増幅するための増幅器３が設けられ、さらに圧電
振動子１および基準容量Ｃｓにかかる駆動電圧Ｖｆか
ら、増幅器３からの出力電圧を差動する差動手段として
の差動増幅器（オペアンプ）４が設けられている。図３
では、基準容量Ｃｓが制動容量Ｃｄ２のｎ倍とされ、前
記増幅器３の電圧増幅率がほぼ（ｎ＋１）倍に設定され
ている。圧電振動子１と基準容量Ｃｓに流れる電流をＩ
ｆとすると、電圧ＶｆとＶｓは数１により表わされる。

【００１７】

【数１】

【００１８】図３での差動出力Ｖoutは、ＶｆからＶｓ
を（ｎ＋１）倍した電圧を差動したものである。よって
Ｖoutは数２で求められる。

【００１９】

【数２】

【００２０】数２に示すように、差動増幅器４から得ら
れる差動出力Ｖoutはモーショナル電圧Ｖｍに等しくな
る。すなわち、圧電振動子１にかかる電圧（Ｖｄ＋Ｖ
ｍ）から、制動容量Ｃｄ２にかかる電圧Ｖｄが回路上に
て除去されたことになる。共振時の等価容量Ｃｍ２、等
価インダクタンスＬｍ２、振動抵抗Ｒｍ２が並列に接続
された等価回路に作用するモーショナル電圧Ｖｍの周波
数特性を図４に示す。図４では、反共振周波数ｆｂにて
モーショナル電圧Ｖｍがピークになりしかも周波数ｆの
変化に対してほぼ左右対称の特性が得られる。

【００２１】これは、基準容量Ｃｓにかかる電圧Ｖｓを
（ｎ＋１）倍し、ＶｆからＶｓ（ｎ＋１）を差動するこ
とにより、制動容量Ｃｄ２にかかる電圧成分が回路上に
て等価的に打ち消されたことを意味している。制動容量
Ｃｄ２の電圧成分が打ち消され、実質的にモーショナル
電圧Ｖｍのみが検出されると、この検出出力（差動出
力）Ｖoutでは、共振周波数ｆａすなわち電流が最大に
なるときの圧電振動子の共振点が現れなくなり、反共振
周波数ｆｂのピークのみが得られる。

【００２２】以上から図３に示す回路を用いると、差動
出力Ｖoutにより反共振周波数ｆｂを検出できる。した
がって、交流駆動電源部２の駆動周波数をＶoutにて得
られた反共振周波数ｆｂを常に追尾するものに設定すれ
ば、圧電振動子１を反共振周波数ｆｂにて共振させるこ
とができ、すなわち圧電振動子１を常にＢ型共振にて共
振させることが可能になる。

【００２３】次に、交流駆動電源部２から圧電振動子１
に与えられる駆動電圧Ｖｆの位相と、Ｖoutの位相との
関係を図５と図６に示す。図５と図６は、図３に示す回
路において、ＣｓをＣｄ２とほぼ同じ値とし（ｎ＝
１）、増幅器３の増幅率をほぼ２倍（ｎ＋１＝２）とし
た場合を示している。図５と図６において、横軸は周波
数ｆである。Ｖoutは差動増幅器４からの差動出力であ
りこれに対応する縦軸の単位は（ｄＢ）で表わしてい
る。Ｆは駆動電圧Ｖｆと差動出力Ｖoutとの位相差であ
り、これに対応する縦軸の単位は（度：ｄｅｇ）であ
る。

【００２４】図５は交流駆動電源部２が定電圧源である
場合を示している。図５においてＶoutのピークは圧電
振動子の反共振点（反共振周波数ｆｂ）に現れるが、駆
動電圧Ｖｆと差動出力Ｖoutとの位相差Ｆは、反共振点
にて変化し、Ｖoutのピーク時（反共振点）での位相差
は９０度である。図６は交流駆動電源部２が定電流源で
ある場合を示している。この場合もＶoutのピークは反
共振点に現れ、駆動電圧Ｖｆと差動出力Ｖoutとの位相
差Ｆは、ピーク点（反共振点）にて変化し、ピーク時で
の位相差は０度である。

【００２５】図５と図６とから、位相比較器により駆動
電圧Ｖｆの位相と差動出力電圧Ｖoutの位相との位相差
を求め、位相比較器からの位相比較電圧に基づいて電圧
制御発振器（ＶＣＯ）の発振周波数を制御し、この発振
周波数に基づいた駆動電力を圧電振動子１に印加すれ
ば、常に反共振周波数ｆｂすなわちＢ型共振の共振点を
追尾した駆動が可能である。

【００２６】図５から、圧電振動子１が定電圧にて駆動
される場合には、位相比較器に入力される両電圧の位相
差が９０度となるときを基準として電圧制御発振器の発
振周波数を制御すればよい。また図６から、圧電振動子
が定電流にて駆動される場合には、位相比較器に入力さ
れる両電圧の位相差が０度のときを基準として電圧制御
発振器の発振周波数を制御すればよいことになる。

【００２７】上記の位相比較器および電圧制御発振器を
主体として交流駆動電源部２を構成すれば、圧電振動子
１を常に反共振周波数ｆｂを追尾するように共振駆動で
きる。前述のようにこのＢ型共振での圧電振動子１の駆
動では、共振尖鋭度Ｑｂが高くなり、また誘電体損失が
小さく、圧電振動子１の発熱を抑制でき、大振幅で振動
駆動させる際の発熱を非常に小さくできる。

【００２８】また、圧電振動子１にかかる電圧の検出系
では、インダクタンス素子が介在していないため、検出
電圧の周波数がインダクタンスの影響を受けることがな
く、図５と図６に示すように反共振点（Ｂ型共振での共
振点）と位相差の変化点を１対１に対応させることがで
きる。そのため、位相比較器や電圧制御発振器を使用し
た一般的なＰＬＬ回路などの簡単な回路を用いて、常に
圧電振動子を反共振周波数ｆｂにて駆動できるものとな
る。

【００２９】なお、図３に示すように、基準容量Ｃｓが
制動容量Ｃｄ２のｎ倍のときに、電圧増幅器３の増幅度
が（ｎ＋１）倍であることが好ましいが、この電圧増幅
器３の増幅度が正確に（ｎ＋１）倍でなくても、図４と
近似して反共振周波数でのピーク出力を得ることは可能
である。また上記ｎは整数に限られず、１．５や２．２
などの小数でもよく、また１未満の１／２や１／３など
の分数または小数であってもよい。

【００３０】また、本発明では圧電振動子１の制動容量
Ｃｄ２にかかる電圧成分を除去することが重要であり、
そのために基準容量Ｃｓを用いている。したがって、例
えば、増幅器３を設ける変わりに（イ）の部分に増幅器
を設け、この増幅器の増幅率を所定値に設定することに
より、圧電振動子１にかかる電圧から制動容量にかかる
電圧Ｖｄを打消しまたは低減させることも可能である。
また本発明での差動手段は、必ずしも差動増幅器４にな
るとは限られず、作動する電圧の位相などに応じて和動
回路が用いられることもあり得る。

【００３１】

【実施例】次に本発明の実施例を説明する。図１に示す
第１実施例は、圧電振動子がＰＺＴ系セラミック振動子
を使用した圧電トランス６である場合の駆動装置につい
て示している。圧電トランス６は、一次側の圧電振動子
６ａの誘電分極方向がＰ１方向で、二次側の圧電振動子
６ｂの誘電分極方向がＰ２方向である。一次側の圧電振
動子６ａでは分極方向を挟んで電極５ａと５ｂが設けら
れ、二次側の圧電振動子６ｂでは、端面に電極５ｃが設
けられている。一次側の圧電振動子６ａの電極５ａと５
ｂには駆動電圧のうちの電圧Ｅ１が与えられ、二次側の
圧電振動子６ｂでは、電極５ｂと５ｃとから電圧Ｅ２が
出力される。図３の等価回路図に示すように、一次側の
圧電振動子６ａに与えられる電圧Ｅ１は、Ｖｄ＋Ｖｍ、
すなわち圧電振動子１にかかる電圧である。

【００３２】この圧電トランス６の一次側の圧電振動子
６ａが図３に示す等価回路での圧電振動子１に相当して
いる。一次側の圧電振動子６ａの電極５ｂには基準容量
Ｃｓが直列に接続され、基準容量Ｃｓの非接続側は接地
されている（または所定の電位とされている）。基準容
量Ｃｓと電極５ｂの中間から取り出されているラインＬ
１の電位は図３でのＶｓである。電圧増幅器３は、基準
容量Ｃｓにかかる電圧Ｖｓを増幅するものである。基準
容量Ｃｓが、一次側の圧電振動子６ａの制動容量Ｃｄ２
のｎ倍であるとき、電圧増幅器３の増幅度はほぼ（ｎ＋
１）に設定される。好ましくはｎ＝１であり、基準容量
Ｃｓは制動容量Ｃｄ２とほぼ同じ値で、電圧増幅器３の
増幅度はほぼ２倍である。

【００３３】交流駆動電源部２は、位相比較器７、ルー
プフィルタ８、電圧制御発振器（ＶＣＯ）９、増幅器
（電力増幅器）１０により構成されている。ラインＬ２
には、増幅器１０から出力される駆動信号すなわち駆動
電圧Ｖｆが与えられている。差動増幅器（オペアンプ）
４では、ラインＬ２の駆動電圧Ｖｆと、電圧増幅器３か
らの増幅電圧｛Ｖｓ（ｎ＋１）｝との差が得られる。差
増増幅器４からの差動出力は図３でのＶoutに相当し、
差動出力のラインＬ３の電圧はＶout＝Ｖｍである（数
２参照）。

【００３４】位相比較器７では、ラインＬ２での駆動電
圧Ｖｆが波形整形回路１６にて波形整形された電圧の位
相と、ラインＬ３での差動出力電圧Ｖoutが波形整形回
路１５により波形整形された電圧の位相との位相差が検
出される。位相比較器７からの位相差検出出力は、ルー
プフィルタ（ローパスフィルタ）８を経て高周波成分が
除去され、位相比較出力すなわち位相比較電圧Ｖｐが得
られる。この位相比較電圧Ｖｐが電圧制御発振器９に与
えられる。電圧制御発振器９は前記位相比較電圧Ｖｐに
よりその発振周波数が制御されるものである。電圧制御
発振器９からの出力電力は増幅器１０により増幅され駆
動電力（駆動信号）となり、ラインＬ２にて一次側の圧
電振動子６ａの電極５ａ（電極５ａとアース間）に与え
られる。

【００３５】ここで、交流駆動電源部２により、ライン
Ｌ２を介して電極５ａ（電極５ａとアース間）に定電圧
の駆動電力が与えられる場合、駆動電圧Ｖｆと差動出力
電圧Ｖoutとの位相差が９０度のとき、位相比較電圧Ｖ
ｐが所定値となる。電圧制御発振器９の発振周波数は位
相比較電圧Ｖｐが前記所定値のときを基準として設定さ
れている。そして、駆動電圧Ｖｆと差動出力電圧Ｖout
との位相差が９０度からずれると、位相比較電圧Ｖｐが
所定値から変動し、電圧制御発振器９の発振周波数が変
化する。なお、位相比較電圧Ｖｐは、例えば比較された
位相差が０度のときを０、位相差が１８０度（π）のと
きをＶｄｄとしたとき、位相差が９０度（π／２）のと
きの所定値がＶｄｄ／２である。

【００３６】図１に示すＰＬＬループにより、圧電トラ
ンス６の一次側の圧電振動子６ａには、駆動電圧Ｖｆと
差動出力電圧Ｖoutとの位相差が常に９０度となる周波
数の駆動電力（定電圧駆動電力）が与えられることにな
る。すなわち図３と図５に基づいて説明したように、一
次側の圧電振動子６ａは、常に反共振周波数ｆｂ（Ｂ型
共振の周波数）を追尾するように駆動されることにな
る。

【００３７】また、交流駆動電源部２により、ラインＬ
２から電極５ａ（電極５ａとアース間）に定電流の駆動
電力が与えられる場合、駆動電圧Ｖｆと差動出力電圧Ｖ
outとの位相差が０度のとき、位相比較電圧Ｖｐが所定
値となる。電圧制御発振器９の発振周波数は位相比較電
圧Ｖｐが所定値のときを基準として設定されており、位
相差が０度からずれると、これに応じて電圧制御発振器
９の発振周波数が変化する。この場合の位相比較電圧Ｖ
ｐは、例えば比較された位相差が−１８０度（−π）の
ときが０、位相差が１８０度（＋π）のときがＶｄｄと
したとき、位相差が０度のときの所定値がＶｄｄ／２で
ある。すなわちＰＬＬループにより、常に駆動電圧Ｖｆ
と差動出力電圧Ｖoutとの位相差が０度となるような周
波数の駆動電力が圧電トランス６の一次側の圧電振動子
６ａに与えられることになる。

【００３８】このように、定電圧駆動と定電流駆動の双
方において、圧電トランス６の一次側の圧電振動子６ａ
は、反共振周波数ｆｂにて共振するようになり、熱など
により圧電振動子の反共振周波数ｆｂが変動したときに
も、この変動を常に追尾するように駆動される。圧電振
動子が常に反共振周波数ｆｂにて共振駆動されることに
より一次側の圧電振動子６ａの共振尖鋭度Ｑｂが高いも
のとなる。また誘電損失が小さい共振駆動であるため、
圧電トランス６の発熱もわずかなものとなる。

【００３９】図２は本発明の第２実施例を示している。
この第２実施例では、圧電振動子１を含むモード変換型
モータ１１の駆動装置を示している。モード変換型モー
タ１１では、ベース１２と振動体１３との間に厚み方向
へ振動する複数枚の圧電振動子１が積層されて介在して
いる。振動体１３から延びる振動片１３ａの先端は傾斜
面となっており、ロータ１４も傾斜した軸Ｏを中心とし
て回転するものとなっている。圧電振動子１の厚み方向
への振動により、振動体１３が図示左右方向へ振動する
と、振動片１３ａとロータ１４との当接部にて前記振動
が、ロータ１４の回転方向への力に変換される。

【００４０】上記モード変換型モータ１１の圧電振動子
１の駆動装置の回路構成は図１に示したのと同じであ
る。各圧電振動子１は厚み方向から挟む電極を有してお
り、一方の電極に基準容量Ｃｓ（＝ｎ・Ｃｄ２）が直列
に接続されている。またこの基準容量Ｃｓにかかる電圧
Ｖｓを増幅する電圧増幅器３の増幅度は（ｎ＋１）であ
る。位相比較器７では、駆動電圧Ｖｆと差動出力電圧Ｖ
outとの位相差が波形整形回路１５，１６を介して検出
される。またループフィルタ８、電圧制御発振器９、増
幅器１０も図１に示したのと同じである。

【００４１】図２の実施例でも、圧電振動子１が定電圧
駆動される場合には、駆動電圧Ｖｆと差動出力電圧Ｖou
tとの位相差が９０度のときに位相比較電圧Ｖｐが所定
値（Ｖｄｄ／２）となり、これを基準として電圧制御発
振器９の発振周波数が設定されている。圧電振動子１が
定電流駆動される場合には、駆動電圧Ｖｆと差動出力電
圧Ｖoutとの位相差が０度のときに位相比較電圧Ｖｐが
所定値（Ｖｄｄ／２）となり、これを基準として電圧制
御発振器９の発振周波数が設定される。図２の圧電振動
子１も、常に反共振周波数ｆｂにて共振するような周波
数の駆動電力が与えられ、共振尖鋭度Ｑｂが高く、発熱
量の少ないモータ駆動が行える。

【００４２】また、図１と図２の実施例において、電圧
増幅器３の増幅度は厳密な（ｎ＋１）倍である必要はな
く、（ｎ＋１）倍に近似した増幅度であれば、圧電振動
子を反共振周波数ｆｂにてＢ型共振させることが可能で
ある。また、基準容量Ｃｓを使用し、コイルなどのイン
ダクタンス素子を使用していないため、差動出力電圧Ｖ
outや駆動電力がインダクタンスの影響を受けることが
なく、例えば温度変化などにより圧電振動子の反共振周
波数ｆｂが変動しても、常にこれを追尾する駆動電力を
与えることが可能である。

【００４３】なお、本発明の圧電振動子は、図１または
図２に示される装置に使用されるものに限られず振動型
ジャイロスコープまたは加速度センサなどにも適用でき
る。振動型ジャイロスコープでは、例えばエリンバなど
の恒弾性材料を圧電振動子により振動させ、これを回転
系内に設置してコリオリ力により弾性材料を駆動方向と
異なる後方へ振動させ、検出用の圧電素子により、コリ
オリ力による振動が検出されて回転系の角速度が求めら
れる。この振動型ジャイロスコープでの、前記圧電振動
子の駆動装置として本発明を適用することが可能であ
る。

【００４４】

【発明の効果】以上のように本発明では、常に圧電振動
子をＢ型共振の共振周波数にて共振させることができ、
共振尖鋭度を高くでき、また誘電体損失による発熱も抑
制できるようになる。

【００４５】またコイルなどのインダクタンス成分を用
いていないため、圧電振動子の共振周波数が熱などによ
り変動しても、この共振周波数の変動を高精度に追尾し
て駆動することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例を示すものであり、圧電振
動子として圧電トランスを駆動する場合の駆動装置を示
す回路ブロック図、

【図２】本発明の第２実施例を示すものであり、圧電モ
ータの圧電振動子を駆動する駆動装置を示す回路ブロッ
ク図、

【図３】本発明の原理を示すものであり、圧電振動子の
等価回路を含む回路構成図、

【図４】図３の回路の差動出力電圧の周波数特性を示す
線図、

【図５】図３の回路において、圧電振動子を定電圧駆動
する場合の差動出力、および駆動電圧と差動出力電圧と
の位相差を示す線図、

【図６】図３の回路において、圧電振動子を定電流駆動
する場合の差動出力、および駆動電圧と差動出力電圧と
の位相差を示す線図、

【図７】従来の圧電振動子の駆動装置を示すブロック
図、

【図８】図７において圧電振動子を定電圧駆動したとき
に圧電振動子に流れる電流の周波数特性を示す線図、

【図９】（Ａ）はＡ型共振時の圧電振動子を示す等価回
路図、（Ｂ）はＢ型共振時の圧電振動子を示す等価回路
図、

【符号の説明】

１圧電振動子２交流駆動電源部３電圧増幅器４差動増幅器６圧電トランス７位相比較器８ループフィルタ９電圧制御発振器１０増幅器１１モード変換型モータ１５，１６波形整形回路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】圧電振動子に接続された基準容量と、圧
電振動子にかかる電圧から前記基準容量にかかる電圧の
差を求める差動手段と、圧電振動子に与えられる駆動信
号の位相と差動手段からの差動出力の位相とを比較する
位相比較器と、位相比較器の出力に基づいて発振が制御
される電圧制御発振器とを有し、電圧制御発振器からの
発振周波数に基づく駆動信号が圧電振動子に与えられる
ことを特徴とする圧電振動子の駆動装置。
【請求項２】基準容量は、圧電振動子に直列に接続さ
れ、この基準容量にかかる電圧が増幅器により増幅さ
れ、差動手段では、圧電振動子と基準容量とにかかる駆
動電圧と、増幅器により増幅された電圧との差が求めら
れる請求項１記載の圧電振動子の駆動装置。
【請求項３】基準容量が圧電振動子の制動容量Ｃｄ２
のｎ倍であるときに、増幅器の増幅度がほぼ（ｎ＋１）
倍である請求項２記載の圧電振動子の駆動装置。
【請求項４】圧電振動子が定電圧により駆動され、位
相比較器により比較された位相差が９０度のときを基準
として、電圧制御発振器の発振周波数が制御される請求
項１ないし３のいずれかに記載の圧電振動子の駆動装
置。
【請求項５】圧電振動子が定電流により駆動され、位
相比較器により比較された位相差が０度のときを基準と
して、電圧制御発振器の発振周波数が制御される請求項
１ないし３のいずれかに記載の圧電振動子の駆動装置。