JPH11146671A - 駆動装置 - Google Patents

駆動装置

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JPH11146671A
JPH11146671A JP9304482A JP30448297A JPH11146671A JP H11146671 A JPH11146671 A JP H11146671A JP 9304482 A JP9304482 A JP 9304482A JP 30448297 A JP30448297 A JP 30448297A JP H11146671 A JPH11146671 A JP H11146671A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 電気機械変換素子の駆動時における異常を検
出して外部に出力することができる駆動装置を提供す
る。 【解決手段】 圧電リニアアクチュエータ１２を駆動す
る駆動回路１４からの駆動信号が入力され、駆動信号の
所定ファクターに関する特徴を検出し、その特徴を表わ
す検出特徴信号を出力する検出回路１５と、正常状態で
の所定ファクターに関する特徴を表わす基準特徴信号を
出力する特徴出力回路１８と、両特徴信号が入力され、
両特徴信号の差が許容範囲を越えるときに制御信号を出
力する比較回路１６とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、駆動装置に関し、
詳しくは、圧電素子、電歪素子、磁歪素子等の電気機械
変換素子を用いた駆動装置に関し、例えば、ＸＹ駆動テ
ーブル、カメラの撮影レンズ、オーバーヘッドプロジェ
クターの投影レンズ、双眼鏡のレンズ、顕微鏡の移動ス
テージ、走査型トンネル電子顕微鏡のプローブなどの精
密駆動に特に好適な駆動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、圧電素子等の電気機械変換素子を
用いた種々のタイプの駆動装置が提案されている。たと
えば、図１に示した駆動装置１は、圧電リニアアクチュ
エータ２に駆動回路４が接続されてなり、駆動回路４の
所定の出力によって圧電リニアアクチュエータ２が動作
するようになっている。
【０００３】ところで、駆動回路４は、圧電リニアアク
チュエータ２の状態に拘わらず動作するため、圧電リニ
アアクチュエータ２に異常があった場合、圧電リニアア
クチュエータ２に対して異常な出力を与える。しかし、
駆動装置１は、圧電リニアアクチュエータ２の状態を把
握できず、圧電リニアアクチュエータ２の異常を外部に
出力できなかったため、不正常な駆動が続けられる。不
正常な駆動が続けられると、場合によっては駆動装置の
破壊につながるおそれもある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】したがって、本発明が
解決すべき技術的課題は、電気機械変換素子の駆動時に
おける異常を検出して外部に出力するようにして不正常
な駆動が続けられることを防止することができる駆動装
置を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記技術的課題を解決す
るために、本発明は、以下の駆動装置を提供する。
【０００６】駆動装置は、駆動パルス発生手段から入力
される駆動信号によって伸縮する電気機械変換素子と、
上記電気機械変換素子の伸縮方向一端に固着結合された
第１の物体と、上記電気機械変換素子の伸縮方向他端に
固着結合された駆動摩擦部材と、上記駆動摩擦部材に摩
擦結合する第２の物体とを備え、上記第１および第２の
物体のいずれか一方を固定し、上記駆動パルス発生手段
により上記電気機械変換素子を伸縮させて、上記第１お
よび第２物体の固定していない他方を所定方向に駆動す
るタイプのものである。駆動装置は、特徴出力手段と、
検出手段と、比較手段とを備える。上記特徴出力手段
は、正常状態における上記駆動信号の１以上のファクタ
ーに関する特徴を表わす基準特徴信号を出力する。上記
検出手段は、上記駆動信号が入力され、その駆動信号の
上記ファクターと同一のファクターに関する特徴を検出
し、その特徴を表わす検出特徴信号を出力する。上記比
較手段は、上記基準特徴信号および上記比較特徴信号が
入力され、上記検出特徴信号を上記基準特徴信号と比較
し、上記ファクターに関する特徴の相違が所定範囲を越
えるときに制御信号を出力する。
【０００７】上記構成において、互いに摩擦結合する第
２の物体と駆動摩擦部材との間で滑りが生じ、電気機械
変換素子が伸びるときと縮むときで、第２の物体と駆動
摩擦部材との間の相対移動量が異なるように、駆動パル
ス発生手段は電気機械変換素子を伸縮させる。電気機械
変換素子が伸びるときと縮むときの両方で、第２の物体
と駆動摩擦部材との間で大きさの異なる滑りが生じるよ
うにしても、あるいは、いずれか一方のみで滑りが生じ
るようにしてもよい。第１の物体を固定する場合には、
第２の物体が所定方向に駆動される。第２の物体を固定
する場合には、第１の物体が所定方向に駆動される。
【０００８】上記構成によれば、電気機械変換素子に異
常がある場合、駆動信号は正常な状態のときとは異なる
パターンとなるので、駆動信号の適宜ファクターに関す
る特徴は正常状態のときとは異なるものとなる。つま
り、適宜にファクターを選択したときには、実際に電気
機械変換素子に与えられた駆動信号の検出特徴信号は、
正常状態における駆動信号の基準特徴信号との差が所定
範囲を越えることとなる。これによって、異常を検出で
きる。
【０００９】したがって、電気機械変換素子の駆動時に
おける異常を検出して外部に出力することができる。
【００１０】駆動信号の特徴は、以下のように種々のフ
ァクターで把握することが可能である。
【００１１】好ましくは、上記駆動パルス発生手段は、
上記電気機械変換素子を定電流で駆動する。上記ファク
ターに関する特徴は、上記駆動信号の電圧が定電流駆動
開始から所定のしきい値を超えるまでの上昇時間であ
る。
【００１２】上記構成において、電気機械変換素子が正
常状態であれば、駆動信号の電圧は、徐々に上昇し、所
定時間経過後にしきい値を越える。しかし、たとえば、
電気機械変換素子が開放状態であれば、定電流駆動開始
から瞬間的に最高電圧まで上昇し、上昇時間は略０とな
り、正常状態の上昇時間よりも著しく小さくなる。ま
た、電気機械変換素子が短絡状態であれば、定電流で駆
動しても電圧は上昇しないので、上昇時間は無限大とな
り、正常状態の上昇時間よりも著しく大きくなる。した
がって、上昇時間と所定時間との差が所定範囲を越えれ
ば、異常であると判定できる。
【００１３】好ましくは、上記駆動パルス発生手段は、
上記電気機械変換素子を定電流で駆動する。上記ファク
ターに関する特徴は、上記駆動信号の電圧波形の形状で
ある。
【００１４】上記構成によれば、駆動信号の波形は、た
とえば、電気機械変換素子の電線等が破損して絶縁され
た状態の場合や、電気機械変換素子が絶縁破壊等を起こ
して短絡状態である場合などには、電気機械変換素子が
正常なときの駆動信号の波形と明らかに異なるので、異
常であると判定できる。
【００１５】好ましくは、上記駆動パルス発生手段は、
上記電気機械変換素子を定電流で駆動する。上記ファク
ターに関する特徴は、上記駆動信号の電圧波形の周波数
分析による各周波数帯域のゲインである。
【００１６】上記構成によれば、電気機械変換素子の取
付が不安定となり、駆動信号の電圧波形の形状は正常な
ときの波形形状と大略一致するが、高周波の成分が含ま
れるような場合でも、その高周波帯域のゲインが正常な
ときと異なるので、異常を検出することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係る駆動装置の各
実施形態について、図２〜図７を参照しながら説明す
る。
【００１８】まず、各実施形態の駆動装置１０の基本構
成について、図２および図３を参照しながら説明する。
【００１９】駆動装置１０は、図２のブロック図に示す
ように、圧電リニアアクチュエータ１２と、圧電リニア
アクチュエータ１２に接続された駆動回路１４と、圧電
リニアアクチュエータ１２および駆動回路１４に接続さ
れた検出回路１５と、検出回路１５に接続された比較回
路１６と、比較回路１６に接続された特徴出力回路１８
とを備える。
【００２０】圧電リニアアクチュエータ１２は、圧電素
子、電歪素子等の電気機械変換素子の電界印加による誘
起ひずみを利用して駆動する公知のリニアアクチュエー
タであり、駆動回路１４が出力した駆動信号によって動
作する。
【００２１】駆動回路１４は、たとえば、不図示の急速
放電回路と定電流で充電する緩速充電回路とを備え、両
回路が交互に動作して、図３に示すように、定電流によ
る緩やかな充電と急激な放電とを繰り返し、鋸歯状の駆
動信号を出力する。圧電リニアアクチュエータ１２は、
この駆動信号によって所定方向に動作する。
【００２２】特徴出力回路１８は、圧電リニアアクチュ
エータ１２が正常状態のときの駆動信号の電圧波形から
所定のファクターに関する特徴を抽出して基準特徴信号
を出力する。
【００２３】検出回路１５には、駆動回路１４から圧電
リニアアクチュエータ１２に入力される駆動信号が入力
されるようになっている。検出回路１５は、駆動信号の
電圧波形から、特徴出力回路１８と同じファクターに関
する特徴を抽出し、検出特徴信号を出力する。
【００２４】比較回路１６には、検出回路１５からの検
出特徴信号と、特徴出力回路１８からの基準特徴信号と
が入力される。比較回路１６は、両特徴信号を比較し、
両特徴信号の差が許容範囲内であるか否かを判定し、許
容範囲を越えるときには、制御信号を出力する。この制
御信号により、適当な外部機器、たとえば警報装置を作
動させ、駆動装置１０が異常状態であることを外部に出
力する。
【００２５】つまり、この駆動装置１０は、実際に圧電
リニアアクチュエータ１２に与えられた駆動信号の特徴
を、圧電リニアアクチュエータ１２が正常に動作してい
るときの駆動信号の特徴と比較し、特徴の差が許容範囲
内であるが否かにより、圧電リニアアクチュエータ１２
が正常に駆動しているか否かを判定し、異常であるとき
には、制御信号を出力して外部に知らせるようになって
いる。
【００２６】図１に示した従来の駆動装置１では、駆動
回路４からの駆動信号が圧電リニアアクチュエータ２の
状態に拘わらず出力され、圧電リニアアクチュエータ２
の状態を知ることができなかった。これに対して、この
駆動装置１０は、圧電リニアアクチュエータ１２の状態
が異常になれば、それを検出して制御信号を出力するの
で、異常に対して適宜に対応することが可能となる。
【００２７】次に、駆動信号の特徴から圧電リニアアク
チュエータ１２の異常を検出する各実施形態について説
明する。
【００２８】まず、第１実施形態について、図４および
図５を参照しながら説明する。
【００２９】図４（ａ）および図５（ａ）に示すよう
に、駆動信号の電圧波形について適当なしきい値を設
け、定電流による充電開始からしきい値を越えるまでの
上昇時間ｔを、駆動信号の特徴とする。特徴出力回路１
８は、正常状態での上昇時間ｔ0を基準特徴信号として
出力する。
【００３０】検出回路１５は、実際に圧電リニアアクチ
ュエータ１２に印加された駆動信号の電圧波形につい
て、充電開始からしきい値を越えるまでの上昇時間ｔを
検出して検出特徴信号を出力する。比較回路１６は、検
出回路１５からの検出特徴信号と特徴出力回路１８から
の基準特徴信号との差が許容範囲を越えるときには、制
御信号を出力する。
【００３１】たとえば、圧電リニアアクチュエータ１２
が開放した状態であれば、定電流による充電が瞬時に行
われ、駆動信号は、図４（ｂ）に示したように、矩形と
なり、上昇時間ｔは非常に短く、略ゼロとなる。そのた
め、両特徴信号の差が大きくなり、比較回路１６は、異
常を検出して制御信号を出力する。ここで開放状態と
は、電線等が破損を起こし、圧電リニアアクチュエータ
１２の電気機械変換素子が電気的に絶縁された状態であ
る。
【００３２】また、圧電リニアアクチュエータ１２が短
絡した場合、定電流による充電は行われず、電圧は上が
らない。この場合、駆動信号は、図５（ｂ）に示したよ
うに、充電開始からしきい値を越えるまでの上昇時間ｔ
は無限大となる。そのため、両特徴信号の差が大きくな
り、比較回路１６は、異常を検出して制御信号を出力す
る。ここで、短絡状態とは、電気機械変換素子が絶縁破
壊等を起こし、電気的に導通された状態である。
【００３３】したがって、圧電リニアアクチュエータ１
２の異常状態を知ることが可能になる。
【００３４】次に、第２実施形態について、図６および
図７を参照しながら説明する。
【００３５】第２実施形態においては、駆動信号の電圧
波形を周波数分析し、各周波数帯域のゲインを、駆動信
号の特徴とする。すなわち、特徴出力回路１８は、正常
状態での各周波数帯域のゲインを基準特徴信号として出
力する。検出回路１５は、駆動信号の各周波数帯域のゲ
インを検出特徴信号として出力する。比較回路１６は、
両特徴信号の差が所定範囲を越えれば異常と判定して、
制御信号を出力する。
【００３６】たとえば、図６（ａ）に示すように、第１
実施形態と同様に、鋸歯状波形の駆動信号により圧電リ
ニアアクチュエータ１２を駆動する場合、周波数分析の
結果は、図７（ａ）に示すように、高周波数になるほど
ゲインが小さくなる。
【００３７】しかし、圧電リニアアクチュエータ１２の
取り付けが不安定になると、圧電リニアアクチュエータ
１２の特性が変化し、図６（ｂ）に示したように、駆動
信号の共振周波数が上昇し、駆動信号の電圧波形に高周
波成分が付加される。そのため、周波数分析すると、正
常なときの周波数分析結果と異なり、図７（ｂ）に示す
ように、高周波数帯域のゲインが高くなる。比較回路１
６は、高周波数帯域のゲインの増加を検出することによ
り、圧電リニアアクチュエータ１２の異常を検出し、外
部に制御信号を出力する。
【００３８】以上に説明した各実施形態の駆動装置１０
は、圧電リニアクチュエータ１２の駆動信号を監視する
ことによって、圧電リニアクチュエータ１２の駆動時に
おける異常を検出して外部に出力することができる。
【００３９】なお、本発明は上記各実施形態に限定され
るものではなく、その他種々の態様で実施可能である。
たとえば、駆動信号の特徴は、種々のファクターに関し
て比較することができる。また、図２に示される各回路
１４，１５，１６，１８は、夫々独立した回路として構
成され得るが、少なくともその一部が等価な機能を持つ
マイクロコンピュータの制御によっても構成され得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】 従来例の駆動装置のブロック図である。
【図２】 本発明の各実施形態の駆動装置のブロック図
である。
【図３】 図２の駆動装置の駆動信号波形図である。
【図４】 本発明の第１実施形態の駆動装置の特徴信号
の波形図である。
【図５】 本発明の第１実施形態の駆動装置の特徴信号
の波形図である。
【図６】 本発明の第２実施形態の駆動装置の特徴信号
の波形図である。
【図７】 本発明の第２実施形態の駆動装置の周波数分
析図である。
【符号の説明】
１０ 駆動装置 １２ 圧電リニアアクチュエータ １４ 駆動回路 １５ 検出回路 １６ 比較回路 １８ 特徴出力回路

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 駆動パルス発生手段から入力される駆動
    信号によって伸縮する電気機械変換素子と、上記電気機
    械変換素子の伸縮方向一端に固着結合された第１の物体
    と、上記電気機械変換素子の伸縮方向他端に固着結合さ
    れた駆動摩擦部材と、上記駆動摩擦部材に摩擦結合する
    第２の物体とを備え、上記第１および第２の物体のいず
    れか一方を固定し、上記駆動パルス発生手段により上記
    電気機械変換素子を伸縮させて、上記第１および第２物
    体の固定していない他方を所定方向に駆動する駆動装置
    において、 正常状態における上記駆動信号の１以上のファクターに
    関する特徴を表わす基準特徴信号を出力する特徴出力手
    段と、 上記駆動信号が入力され、該駆動信号の上記ファクター
    と同一のファクターに関する特徴を検出し、該特徴を表
    わす検出特徴信号を出力する検出手段と、 上記基準特徴信号および上記検出特徴信号が入力され、
    上記検出特徴信号を上記基準特徴信号と比較し、上記フ
    ァクターに関する特徴の相違が所定範囲を越えるときに
    制御信号を出力する比較手段とを備えたことを特徴とす
    る駆動装置。
  2. 【請求項２】 上記駆動パルス発生手段は、上記電気機
    械変換素子を定電流で駆動し、 上記ファクターに関する特徴は、上記駆動信号の電圧が
    定電流駆動開始から所定のしきい値を超えるまでの上昇
    時間であることを特徴とする、請求項１記載の駆動装
    置。
  3. 【請求項３】 上記駆動パルス発生手段は、上記電気機
    械変換素子を定電流で駆動し、 上記ファクターに関する特徴は、上記駆動信号の電圧波
    形の形状であることを特徴とする、請求項１記載の駆動
    装置。
  4. 【請求項４】 上記駆動パルス発生手段は、上記電気機
    械変換素子を定電流で駆動し、 上記ファクターに関する特徴は、上記駆動信号の電圧波
    形の周波数分析による各周波数帯域のゲインであること
    を特徴とする、請求項１記載の駆動装置。
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