(57)【要約】【課題】優れた駆動特性を発揮することのできる圧電駆動装置の制御方法を提供すること。【解決手段】第１、第２圧電素子を備える振動部と、振動部に接続された凸部と、を有し、振動部が第１圧電素子の伸縮によって当該伸縮方向へ伸縮振動すると共に第２圧電素子の伸縮によって伸縮方向と直交する方向へ屈曲振動することより、凸部が回転運動する圧電振動子と、凸部と接触し、凸部の回転運動が伝達されて移動する被駆動部と、を有する圧電振動装置の制御方法であって、圧電振動子を振動させ、目標位置に向けて被駆動部を移動させる際、被駆動部が目標位置のある方向とは逆方向へ移動する状態または被駆動部の移動が停止している状態である異常状態となる場合、第１圧電素子に印加する第１駆動信号と第２圧電素子に印加する第２駆動信号との位相差、第１駆動信号の振幅、および、第１駆動信号および第２駆動信号の周波数のうちのいずれかを変更する。【選択図】図１
2020089133.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１圧電素子および第２圧電素子を備える振動部と、前記振動部に接続されている凸部と、を有し、前記振動部が前記第１圧電素子の伸縮によって当該伸縮方向へ伸縮振動すると共に前記第２圧電素子の伸縮によって前記伸縮方向と直交する方向へ屈曲振動することより、前記凸部が回転運動する圧電振動子と、
前記凸部と接触し、前記凸部の前記回転運動が伝達されて移動する被駆動部と、を有する圧電振動装置の制御方法であって、
前記圧電振動子を振動させ、目標位置に向けて前記被駆動部を移動させる際、前記被駆動部が前記目標位置のある方向とは逆方向へ移動する状態または前記被駆動部の移動が停止している状態である異常状態となる場合、
前記第１圧電素子に印加する第１駆動信号と前記第２圧電素子に印加する第２駆動信号との位相差、前記第１駆動信号の振幅、および、前記第１駆動信号および前記第２駆動信号の周波数のうちのいずれかを変更することを特徴とする圧電駆動装置の制御方法。
【請求項２】
前記異常状態のときは、前記位相差を変更する請求項１に記載の圧電駆動装置の制御方法。
【請求項３】
前記位相差を変更しても前記異常状態が継続するときは、前記振幅を変更する請求項２に記載の圧電駆動装置の制御方法。
【請求項４】
前記振幅を変更する際、前記位相差を変更前の初期値に戻す請求項３に記載の圧電駆動装置の制御方法。
【請求項５】
前記振幅を変更しても前記異常状態となるときは、前記周波数を変更する請求項３または４に記載の圧電駆動装置の制御方法。
【請求項６】
前記周波数を変更する際、前記振幅を変更前の初期値に戻す請求項５に記載の圧電駆動装置の制御方法。
【請求項７】
前記位相差、前記振幅および前記周波数のいずれかを変更する場合は、前記圧電振動子の駆動を停止する請求項１ないし６のいずれか１項に記載の圧電駆動装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電駆動装置の制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に記載されている超音波モーターは、回転軸まわりに回転可能なローターと、ローターに接触して設けられた弾性体と、弾性体に配置され、弾性体を振動させることにより、ローターを回転軸まわりに回転させる圧電体と、ローターに加わる負荷を検出するトルクセンサーと、を有する。そして、トルクセンサーが検出する負荷に基づいて、常に、超音波センサーの共振周波数よりも高い周波数で運転し、ローターの回転が停止したり、逆転したりするのを防止している。仮に、ローターの回転が停止したり、逆転したりした場合は、駆動を一旦停止し、駆動開始制御を再度初めからやり直すように構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平２−３０３３７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述のような構成の超音波モーターは、駆動をやり直す際の条件が前回と同じであるため、再び、ローターの回転が停止したり、逆転したりするおそれが高いという課題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の圧電駆動装置の制御方法は、第１圧電素子および第２圧電素子を備える振動部と、前記振動部に接続されている凸部と、を有し、前記振動部が前記第１圧電素子の伸縮によって当該伸縮方向へ伸縮振動すると共に前記第２圧電素子の伸縮によって前記伸縮方向と直交する方向へ屈曲振動することより、前記凸部が回転運動する圧電振動子と、
前記凸部と接触し、前記凸部の前記回転運動が伝達されて移動する被駆動部と、を有する圧電振動装置の制御方法であって、
前記圧電振動子を振動させ、目標位置に向けて前記被駆動部を移動させる際、前記被駆動部が前記目標位置のある方向とは逆方向へ移動する状態または前記被駆動部の移動が停止している状態である異常状態となる場合、
前記第１圧電素子に印加する第１駆動信号と前記第２圧電素子に印加する第２駆動信号との位相差、前記第１駆動信号の振幅、および、前記第１駆動信号および前記第２駆動信号の周波数のうちのいずれかを変更することを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】本発明の第１実施形態に係る圧電モーターの全体構成を示す平面図である。
【図２】図１に示す圧電振動子に印加する駆動電圧を示す図である。
【図３】図２に示す駆動電圧を印加したときの圧電振動子の様子を示す平面図である。
【図４】図１に示す圧電振動子に印加する駆動電圧を示す図である。
【図５】図４に示す駆動電圧を印加したときの圧電振動子の様子を示す平面図である。
【図６】図１に示す圧電モーターの制御方法を説明するためのフローチャートである。
【図７】駆動信号の周波数と凸部の振幅との関係を示すグラフである。
【図８】駆動条件の変更順の一例を示す図である。
【図９】本発明の第２実施形態に係る圧電モーターの制御方法を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下、本発明の圧電駆動装置の制御方法を添付図面に示す実施形態に基づいて詳細に説明する。
【０００８】
＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態に係る圧電モーターの全体構成を示す平面図である。図２は、図１に示す圧電振動子に印加する駆動電圧を示す図である。図３は、図２に示す駆動電圧を印加したときの圧電振動子の様子を示す平面図である。図４は、図１に示す圧電振動子に印加する駆動電圧を示す図である。図５は、図４に示す駆動電圧を印加したときの圧電振動子の様子を示す平面図である。図６は、図１に示す圧電モーターの制御方法を説明するためのフローチャートである。図７は、駆動信号の周波数と凸部の振幅との関係を示すグラフである。図８は、駆動条件の変更順の一例を示す図である。
【０００９】
なお、以下では、説明の便宜上、互いに直交する３軸をＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸とし、Ｘ軸に沿う方向をＸ軸方向、Ｙ軸に沿う方向をＹ軸方向（第１方向）、Ｚ軸に沿う方向をＺ軸方向（第２方向）とも言う。また、各軸の矢印側を「プラス側」とも言い、矢印と反対側を「マイナス側」とも言う。また、Ｘ軸方向プラス側を「上」または「上側」とも言い、Ｘ軸方向マイナス側を「下」または「下側」とも言う。
【００１０】
図１に示す圧電モーター１は、圧電駆動装置であり、円盤状で、その中心軸Ｏまわりに回転可能な被駆動部としてのローター２と、ローター２の外周面２１に当接し、ローター２を中心軸Ｏまわりに回転させる圧電振動子４と、圧電振動子４の駆動を制御する制御装置７と、を有する。また、圧電モーターは、圧電振動子４をローター２に向けて付勢する図示しない付勢部材を有する。このような構成の圧電モーター１では、圧電振動子４が屈曲振動すると、その振動がローター２に伝わり、ローター２が中心軸Ｏまわり矢印Ｂ１方向または矢印Ｂ２方向に回転する。そして、ローター２が回転すると、ローター２の外周面２１がその周方向に移動する。
【００１１】
なお、圧電モーター１の構成としては、図１の構成に限定されない。例えば、ローター２の周方向に沿って複数の圧電振動子４を配置し、複数の圧電振動子４の駆動によってローター２を回転させてもよい。また、圧電振動子４は、ローター２の外周面２１ではなく、ローター２の主面２９に当接していてもよい。また、被駆動部は、ローター２のような回転体に限定されず、例えば、直線移動するスライダーであってもよい。ここで、被駆動部材の「移動」とは、変位と同義であり、被駆動部材の全体がＸ軸、Ｙ軸またはＺ軸方向に移動する場合のみならず、被駆動部材の一部、例えば、外周面２１が周方向に移動する場合も含まれる。したがって、ローター２が回転することは、被駆動部材が移動することと言える。
【００１２】
また、ローター２にはエンコーダー９が設けられ、エンコーダー９によってローター２の挙動、特に、回転量および角速度が検出できる。エンコーダー９としては、特に限定されず、例えば、ローター２の回転時にその回転量を検出するインクリメンタル型のエンコーダーであってもよいし、ローター２の回転の有無に関わらず、ローター２の原点からの絶対位置を検出するアブソリュート型のエンコーダーであってもよい。このエンコーダー９は、後述する異常状態を検出する検出部として機能する。
【００１３】
圧電振動子４は、振動部４１と、振動部４１を支持する支持部４２と、振動部４１と支持部４２とを接続する接続部４３と、振動部４１に接続され、振動部４１の振動をローター２に伝達する凸部４４と、を有する。
【００１４】
振動部４１は、Ｘ軸方向を厚さ方向とし、Ｙ軸およびＺ軸を含むＹ−Ｚ平面に広がる板状をなし、Ｙ軸方向に伸縮しながらＺ軸方向に屈曲することによりＳ字状に屈曲振動する。また、振動部４１は、Ｘ軸方向からの平面視で、伸縮方向であるＹ軸方向を長手とする長手形状となっている。ただし、振動部４１の形状としては、その機能を発揮することができる限り、特に限定されない。
【００１５】
また、振動部４１は、振動部４１を屈曲振動させるための圧電素子６Ａ〜６Ｅを有する。圧電素子６Ｃは、振動部４１の中央部において、振動部４１の長手方向であるＹ軸方向に沿って配置されている。この圧電素子６Ｃに対して振動部４１のＺ軸方向プラス側には圧電素子６Ａ、６Ｂが振動部４１の長手方向に並んで配置され、Ｚ軸方向マイナス側には圧電素子６Ｄ、６Ｅが振動部４１の長手方向に並んで配置されている。また、これら圧電素子６Ａ〜６Ｅは、それぞれ、通電によって振動部４１の長手方向であるＹ軸方向に伸縮する。また、圧電素子６Ａ、６Ｅが互いに電気的に接続され、圧電素子６Ｂ、６Ｄが互いに電気的に接続されている。
【００１６】
なお、本実施形態では、圧電素子６Ｃが「第１圧電素子」に相当し、圧電素子６Ａ、６Ｅまたは圧電素子６Ｂ、６Ｄが「第２圧電素子」に相当する。
【００１７】
凸部４４は、振動部４１の先端部に設けられ、振動部４１からＹ軸方向プラス側へ突出している。そして、凸部４４の先端面が、ローター２の外周面２１と接触している。そのため、振動部４１の振動は、凸部４４を介してローター２に伝達される。
【００１８】
図２に示す駆動信号Ｖ１を圧電素子６Ａ、６Ｅに印加し、駆動信号Ｖ２を圧電素子６Ｃに印加し、駆動信号Ｖ３を圧電素子６Ｂ、６Ｄに印加すると、図３に示すように、圧電素子６Ｃの伸縮によって振動部４１がＹ軸方向に伸縮振動しつつ、圧電素子６Ａ、６Ｅと圧電素子６Ｂ、６Ｄとのタイミングのずれた伸縮によって振動部４１がＺ軸方向にＳ字状に屈曲振動し、これら伸縮振動と屈曲振動とが合成されて、凸部４４の先端が矢印Ａ１で示すように反時計回りに楕円軌道を描く楕円運動する。このような凸部４４の楕円運動によってローター２が送り出され、ローター２が矢印Ｂ１で示すように時計回りに回転する。
【００１９】
反対に、図４に示す駆動信号Ｖ１を圧電素子６Ｂ、６Ｄに印加し、駆動信号Ｖ２を圧電素子６Ｃに印加し、駆動信号Ｖ３を圧電素子６Ａ、６Ｅに印加すると、図５に示すように、圧電素子６Ｃの伸縮によって振動部４１がＹ軸方向に伸縮振動しつつ、圧電素子６Ａ、６Ｅと圧電素子６Ｂ、６Ｄとのタイミングのずれた伸縮によって振動部４１がＺ軸方向にＳ字状に屈曲振動し、これら伸縮振動と屈曲振動とが合成されて、凸部４４が矢印Ａ２で示すように時計回りに楕円運動する。このような凸部４４の楕円運動によってローター２が送り出され、ローター２が矢印Ｂ２で示すように反時計回りに回転する。
【００２０】
なお、駆動信号Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３は、それぞれ、同じ周波数ｆである。また、駆動信号Ｖ１、Ｖ２の位相差は、１８０°に保たれる。この関係は、後述するように、圧電振動子４の駆動条件を変更する際にも保たれる。
【００２１】
制御装置７は、例えば、図示しないホストコンピューターからの指令に基づいて、所定時刻にローター２の位置が目標位置（目標角度）となるように、圧電振動子４の駆動を制御する。すなわち、制御装置７は、第１圧電素子である圧電素子６Ｃと、第２圧電素子である６Ａ、６Ｂ、６Ｄ、６Ｅと、にそれぞれ所望の駆動信号を印加するよう制御する。また、制御装置７は、後述する「異常状態」であるか否かを判断する機能を有する。このような制御装置７は、例えば、所定のプログラムを実行する少なくとも１つのＣＰＵと、プログラムやデータを一時的に格納するメインメモリと、フラッシュメモリのような補助メモリと、を有するコンピューターで構成されている。
【００２２】
例えば、図３に示すように凸部４４を矢印Ａ１のように反時計回りに楕円運動させ、ローター２を矢印Ｂ１まわりに回転させようとして、駆動信号Ｖ１を圧電素子６Ａ、６Ｅに印加し、駆動信号Ｖ２を圧電素子６Ｃに印加し、駆動信号Ｖ３を圧電素子６Ｂ、６Ｄに印加しても、何らかの原因によって、凸部４４の楕円運動が矢印Ａ１で示す楕円軌道とならず、それに起因して、ローター２が矢印Ｂ１とは逆の矢印Ｂ２まわりに回転したり、矢印Ｂ１まわりに回転するものの、その角速度が目標の角速度よりも遅かったりする場合がある。なお、前記「何らかの原因」としては、例えば、圧電振動子４の振動を開始する直前における圧電振動子４の姿勢、凸部４４とローター２の外周面２１との接触状態、凸部４４の先端面および外周面２１の表面状態、駆動信号Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３の印加方法等が考えられる。
【００２３】
このように、ローター２に異常な移動が生じると、圧電モーター１の駆動特性が悪化する。そこで、制御装置７は、ローター２の異常な移動が生じた際、速やかに、ローター２の移動が正常な移動すなわち上述の例では矢印Ｂ１まわりで所望の角速度を有する移動に戻るように圧電振動子４の駆動を制御する。以下、このような制御装置７による圧電モーター１の制御方法について、図６に示すフローチャートに基づいて説明する。
【００２４】
図６に示すように、まず、ステップＳ１として、図示しないホストコンピューター等を介して駆動指令が制御装置７に入力される。駆動指令には、各時刻におけるローター２の目標位置が含まれている。同図では、「矢印Ｂ１方向に５０００」が目標位置に相当する。次に、制御装置７は、ステップＳ２として、エンコーダー９からローター２の現在の位置情報を取得する。
【００２５】
次に、制御装置７は、ステップＳ３として、ローター２の位置が目標位置となるような駆動信号Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３を生成し、駆動信号Ｖ１を圧電素子６Ａ、６Ｅに印加し、駆動信号Ｖ２を圧電素子６Ｃに印加し、駆動信号Ｖ３を圧電素子６Ｂ、６Ｄに印加する。これにより、圧電振動子４が正常に駆動すれば、凸部４４が矢印Ａ１に示すように楕円運動し、それに伴ってローター２が所定の角速度で矢印Ｂ１まわりに回転し、ローター２が所定時刻に目標位置となる。
【００２６】
次に、制御装置７は、ステップＳ４として、エンコーダー９からローター２の現在の位置情報を取得する。そして、制御装置７は、ステップＳ５として、ステップＳ４で取得したエンコーダー９の位置である「現在位置」と、それよりも前のステップＳ２で取得したエンコーダー９の位置である「前回位置」と、を比較する。現在位置−前回位置＞０であれば、ローター２が目標位置に向けて矢印Ｂ１まわりに回転している正常状態であり、現在位置−前回位置＜０であれば、ローター２が目標位置とは逆側に向けて矢印Ｂ２まわりに回転している異常状態であり、現在位置−前回位置＝０であれば、ローター２が停止している異常状態であることが判断できる。
【００２７】
ステップＳ５の判断がＹｅｓの場合、すなわち、ローター２の回転が正常状態である場合には、制御装置７は、ステップＳ６として、ステップＳ４で取得したエンコーダー９の位置である「現在位置」と駆動指令に含まれる「目標位置」とを比較する。そして、ステップＳ６の判断がＹｓｅの場合、すなわち、現在位置が目標位置と等しい場合には、制御装置７は、ステップＳ７として、圧電素子６Ａ〜６Ｅへの駆動信号Ｖ１〜Ｖ３の印加を停止し、圧電振動子４の駆動を停止する。これにより、ローター２が目標位置で停止する。なお、前述したように、圧電振動子４は、図示しない付勢部材によってローター２の外周面２１に向けて付勢されている。そのため、圧電振動子４の駆動が停止しているときは、凸部４４が外周面２１に押圧された状態となり、これによりローター２にブレーキがかかり、ローター２が目標位置で維持される。
【００２８】
一方、ステップＳ６の判断がＮｏの場合、すなわち、現在位置が目標位置と異なっている場合には、制御装置７は、ステップＳ４に戻ってステップＳ６の判断がＹｓｅとなるまでステップＳ４、Ｓ５を繰り返す。
【００２９】
また、前述したステップＳ５の判断がＮｏの場合、すなわち、ローター２の回転が異常状態である場合には、制御装置７は、ステップＳ８として、圧電振動子４の駆動条件を変更することができるかを判断する。なお、この「駆動条件」については、後に詳細に説明する。そして、ステップＳ８の判断がＹｅｓの場合、すなわち、圧電振動子４の駆動条件を変更することができる場合には、制御装置７は、圧電振動子４の駆動条件を変更し、変更した新たな駆動条件によって圧電振動子４を駆動する。このように、異なる駆動条件で圧電振動子４を駆動することにより、凸部４４の楕円運動が矢印Ａ１で示す正常な楕円軌道に回復し、ローター２の移動が正常状態に戻る場合がある。
【００３０】
次に、制御装置７は、ステップＳ４に戻り、エンコーダー９からローター２の現在の位置情報を取得する。そして、制御装置７は、ステップＳ５として、直前のステップＳ４で取得したエンコーダー９の位置である「現在位置」と、それよりも一回前のステップＳ４で取得したエンコーダー９の位置である「前回位置」と、を比較する。つまり、圧電振動子４の駆動条件を変更する前後においてローター２の位置を比較する。ステップＳ５の判断がＹｅｓであれば、ステップＳ６に進み、Ｎｏであれば、ステップＳ８に進んで、再び、圧電振動子４の駆動条件を変更することができるかを判断する。ステップＳ８の判断がＮｏの場合、すなわち、圧電振動子４の駆動条件を変更し尽くして、もう変更する駆動条件がない場合には、制御装置７は、ステップＳ７に進み、圧電振動子４の駆動を停止する。ステップＳ８の判断がＮｏであることは、ローター２の移動を異常状態から正常状態に戻す策が尽きたことを意味するため、上述のように、圧電振動子４の駆動を停止することにより、ローター２の異常状態でのそれ以上の移動を抑制することができ、ローター２の目標位置からのずれを小さく抑えることができる。
【００３１】
以上、制御装置７による圧電振動子４の制御方法について簡単に説明した。次に、上述したステップＳ９、すなわち、圧電振動子４の駆動条件の変更についてより詳細に説明する。制御装置７は、凸部４４の楕円振動の軌跡を変化させるために、駆動条件を変更する。制御装置７は、変更する駆動条件として、駆動信号Ｖ１と駆動信号Ｖ２との位相差θと、駆動信号Ｖ２の振幅Ｄと、駆動信号Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３の周波数ｆと、を有し、ステップＳ９を繰り返すたびに、これら３つの条件のうちの少なくとも１つを変更する。
【００３２】
本実施形態では、一度のステップＳ９で変更する条件は、位相差θ、振幅Ｄおよび周波数ｆのうちのいずれか１つだけである。これにより、駆動条件を過度にかつ複雑に変更してしまうのを抑制できる。また、仮に、駆動条件の変更によってローター２の移動が正常状態に戻ったときに、異常状態となった原因をより明確に判断することができ、それを今後の駆動にフィードバックすることも可能となる。
【００３３】
また、本実施形態では、制御装置７は、位相差θ、振幅Ｄ、周波数ｆの順で、圧電振動子４の駆動条件を変更する。すなわち、まず、位相差θを変更し、それでもローター２の移動が異常状態から正常状態に戻らない場合には、振幅Ｄを変更し、それでもローター２の移動が異常状態から正常状態に戻らない場合には、周波数ｆを変更する。
【００３４】
この順に変更する理由を説明すると、位相差θを変更すると、主に、凸部４４の楕円運動の長軸の傾きが変わり、振幅Ｄを変更すると、主に、凸部４４の楕円運動のＹ軸方向の振幅が変わり、周波数ｆを変更すると、主に、凸部４４の楕円運動の大きさ（全体的な振幅）が変わる。そのため、位相差θ、振幅Ｄおよび周波数ｆの中で、位相差θを変更することが、凸部４４の楕円運動の軌跡を変化させるのに最も有効であり、振幅Ｄを変更することが次に有効であり、周波数ｆを変更することがその次に有効である。したがって、上述したように、位相差θ、振幅Ｄ、周波数ｆの順で、圧電振動子４の駆動条件を変更することにより、より短い時間で、ローター２の移動を異常状態から正常状態に戻すことができる。
【００３５】
また、別の理由として、位相差θおよび振幅Ｄの変更は、それぞれ、圧電素子６Ａ〜６Ｅへの駆動信号Ｖ１〜Ｖ３の印加を停止することなく行うことができる。つまり、圧電振動子４の駆動を継続しながら、位相差θおよび振幅Ｄを変更することができる。そのため、位相差θおよび振幅Ｄであれば、駆動条件の変更を速やかに行うことができ、より短い時間で、ローター２の移動を異常状態から正常状態に戻すことができる。一方で、周波数ｆの変更は、圧電振動子４の駆動を一旦停止しなければならない。つまり、圧電振動子４への駆動信号Ｖ１〜Ｖ３の印加を停止し、変更した周波数ｆを有する駆動信号Ｖ１〜Ｖ３を改めて圧電振動子４に印加する必要がある。これは、後述するように、圧電振動子４を駆動させるのに「ダウンスイープ制御」を行っているためである。そのため、周波数ｆの場合は、駆動条件の変更を速やかに行うことができない。このような理由からも、位相差θおよび振幅Ｄの変更を、周波数ｆの変更よりも先に行うことが好ましい。
【００３６】
ただし、駆動条件の変更順は、位相差θ、振幅Ｄ、周波数ｆの順に限定されず、位相差θ、周波数ｆ、振幅Ｄの順であってもよいし、振幅Ｄ、位相差θ、周波数ｆの順であってもよいし、振幅Ｄ、周波数ｆ、位相差θの順であってもよいし、周波数ｆ、位相差θ、振幅Ｄの順であってよいし、周波数ｆ、振幅Ｄ、位相差θの順であってよい。
【００３７】
まず、位相差θの変更について説明する。例えば、異常状態のうちでも、ローター２が目標位置とは逆側に向けて矢印Ｂ２まわりに回転している場合は、凸部４４が矢印Ａ１に示す軌跡とは逆の矢印Ａ２に示す軌跡で楕円運動している可能性が高い。そこで、楕円運動の軌跡を反転すべく、制御装置７は、圧電振動子４の駆動条件を、駆動信号Ｖ１、Ｖ３の位相を逆転させたものに変更する。すなわち、図２に示す位相から図４に示す位相に変更する。これにより、凸部４４の楕円運動の軌跡が反転し、ローター２の移動が異常状態から正常状態に戻る可能性がある。
【００３８】
上述のような駆動条件に変更してもローター２の移動が異常状態から正常状態に戻らない場合は、制御装置７は、位相差θを３０°、６０°、９０°、１２０°、２５０°といったように徐々に増加させ、凸部４４の楕円運動の軌跡を徐々に変化させる。制御装置７は、位相差θを変更するたびに、ステップＳ５によってローター２の移動が異常状態から正常状態に戻ったかを判断する。このように、位相差θを徐々に変更することにより、そのどこかで凸部４４の楕円運動の軌跡が正常な軌跡となり、ローター２の移動が異常状態から正常状態に戻る可能性がある。
【００３９】
なお、制御装置７は、上述のような位相差θの変更を、圧電素子６Ａ〜６Ｅへの駆動信号Ｖ１〜Ｖ３の印加を継続したままで行う。これにより、位相差θの変更をより迅速に行うことができ、短時間で、ローター２の移動を異常状態から正常状態に戻すことができる。また、制御装置７は、位相差θを変更する処理の最中、すなわち、位相差θの変更を開始してから変更後の位相差θで圧電振動子４の駆動を開始するまでの間は、駆動信号Ｖ１、Ｖ３の振幅を一時的に小さくしてもよい。これにより、位相差θを変更する処理の最中、ローター２の角速度が小さくなり、ローター２の異常状態での移動を抑制することができ、目標位置からのずれの拡大を効果的に抑制することができる。ただし、これに限定されず、制御装置７は、上述のような位相差θの変更を、圧電素子６Ａ〜６Ｅへの駆動信号Ｖ１〜Ｖ３の印加を停止して行ってもよい。
【００４０】
以上のような位相差θの変更によってもローター２の移動が異常状態から正常状態に戻らなかった場合、制御装置７は、駆動条件を初期値にリセットしたうえで、駆動信号Ｖ２の振幅Ｄを変更する。具体的には、制御装置７は、例えば、初期値の１．５倍、２．０倍、２．５倍、３．０倍といったように徐々に増加させ、凸部４４の楕円運動の軌跡を徐々に変化させる。制御装置７は、振幅を変更するたびに、ステップＳ５によってローター２の移動が異常状態から正常状態に戻ったかを判断する。このように、振幅Ｄを徐々に変更することにより、そのどこかで凸部４４の楕円運動の軌跡が正常な軌跡となり、ローター２の移動が異常状態から正常状態に戻る可能性がある。
【００４１】
上述のように、振幅Ｄを変更する際に位相差θの条件を初期値にリセットすることにより、仮に、振幅Ｄの変更によってローター２の移動が正常状態に戻ったときに、異常状態となった原因が振幅Ｄにあったことをより明確に判断することができ、それを今後の駆動にフィードバックすることが可能となる。なお、振幅Ｄの変更は、初期値から徐々に増加させるのではなく、初期値の０．８倍、０．６倍、０．４倍、０．２倍といったように初期値から徐々に減少させてもよい。
【００４２】
なお、制御装置７は、上述のような振幅Ｄの変更を、圧電素子６Ａ〜６Ｅへの駆動信号Ｖ１〜Ｖ３の印加を継続したままで行う。これにより、振幅Ｄの変更をより迅速に行うことができ、短時間で、ローター２の移動を異常状態から正常状態に戻すことができる。また、制御装置７は、振幅Ｄを変更する処理の最中、すなわち、振幅Ｄの変更を開始してから変更後の振幅Ｄで圧電振動子４の駆動を開始するまでの間は、駆動信号Ｖ１、Ｖ３の振幅を一時的に小さくしてもよい。これにより、振幅Ｄを変更する処理の最中、ローター２の角速度が小さくなり、ローター２の異常状態での移動を抑制することができ、目標位置からのずれの拡大を効果的に抑制することができる。ただし、これに限定されず、制御装置７は、上述のような振幅Ｄの変更を、圧電素子６Ａ〜６Ｅへの駆動信号Ｖ１〜Ｖ３の印加を停止して行ってもよい。
【００４３】
以上のような振幅Ｄの変更によってもローター２の移動が異常状態から正常状態に戻らなかった場合、制御装置７は、駆動条件を初期値にリセットしたうえで、各駆動信号Ｖ１〜Ｖ３の周波数ｆを変更する。
【００４４】
ここで、周波数ｆの変更を説明するのに先立って、圧電振動子４の周波数特性について図７に基づいて説明する。図７は、駆動信号Ｖ１〜Ｖ３の周波数ｆと凸部４４の振幅との関係を示すグラフである。同図に示すように、共振周波数ｆ０よりも周波数が低い領域では、周波数ｆが共振周波数ｆ０から離間するにつれて急峻に凸部４４の振幅が減少するが、共振周波数ｆ０よりも周波数が高い領域では、周波数ｆが共振周波数ｆ０から離間するにつれて緩やかに振幅が減少する。そのため、周波数ｆの初期値ｆａは、共振周波数ｆ０よりも高い領域において設定される。これにより、周波数ｆに対する凸部４４の振幅の変化率が小さくなるため、凸部４４の振幅をより細かく精度よく制御することができる。
【００４５】
このような前提のもと、制御装置７は、例えば、駆動信号Ｖ１〜Ｖ３の周波数ｆを、初期値ｆａから共振周波数ｆ０に向けて徐々に低くし、凸部４４の楕円運動の軌跡を徐々に変化させる。制御装置７は、周波数ｆを変更するたびに、ステップＳ５によってローター２の移動が異常状態から正常状態に戻ったかを判断する。このように、周波数ｆを徐々に変更することにより、そのどこかで凸部４４の楕円運動の軌跡が正常な軌跡となり、ローター２の移動が異常状態から正常状態に戻る可能性がある。
【００４６】
上述のように、周波数ｆを変更する際に振幅Ｄの条件を初期値にリセットすることにより、仮に、周波数ｆの変更によってローター２の移動が正常状態に戻ったときに、異常状態となった原因が周波数ｆにあったことをより明確に判断することができ、それを今後の駆動にフィードバックすることが可能となる。なお、周波数ｆの変更は、初期値ｆａから徐々に低くするのではなく、初期値ｆａから徐々に高くしてもよい。
【００４７】
ここで、圧電振動子４がローター２に押し付けられているため、圧電振動子４のＱ値が低い。そのため、駆動条件に設定された周波数ｆ１（共振周波数ｆ０に近い周波数）と等しい周波数の駆動信号Ｖ１〜Ｖ３をいきなり圧電素子６Ａ〜６Ｅに印加しても圧電振動子４が発振せず、凸部４４の楕円運動が生じないおそれがある。そこで、制御装置７は、周波数ｆ１よりも高い周波数ｆｍの駆動信号Ｖ１〜Ｖ３を圧電素子６Ａ〜６Ｅに印加し、小さい振幅で凸部４４の楕円運動を生じさせた後、そこから徐々に駆動信号Ｖ１〜Ｖ３の周波数を周波数ｆｍからｆ１に近づける制御である「ダウンスイープ制御」を行う。そのため、上述のように周波数ｆを変更する場合には、それに応じて、ダウンスイープ制御を開始する周波数ｆｍも変更することが好ましい。
【００４８】
なお、制御装置７は、上述のような周波数ｆの変更を、圧電素子６Ａ〜６Ｅへの駆動信号Ｖ１〜Ｖ３の印加を停止して行う。これにより、ダウンスイープ制御によって、圧電振動子４を再駆動させることができ、より確実に、変更後の周波数ｆで圧電振動子４を駆動させることができる。ただし、これに限定されず、制御装置７は、上述のような周波数ｆの変更を、圧電素子６Ａ〜６Ｅへの駆動信号Ｖ１〜Ｖ３の印加を継続したままで行ってもよい。
【００４９】
以上、制御装置７が行う駆動条件の変更について説明した。制御装置７は、これら位相差θ、振幅Ｄおよび周波数ｆの全要素の変更を順に行ったにも関わらず、ステップＳ５での判断がＮｏとなる場合は、前述したように、ステップＳ８からステップＳ７に進み、圧電振動子４を緊急停止する。
【００５０】
なお、本実施形態では、制御装置７は、位相差θ、振幅Ｄおよび周波数ｆのうちの１つだけを順に変更しているが、これに限定されず、位相差θ、振幅Ｄおよび周波数ｆから選択された２つ、または、全てを同時に変更してもよい。例えば、図８に示すように、初めは、位相差θ、振幅Ｄおよび周波数ｆから選択される１つの要素だけを変更し、それでも、ローター２の移動が正常状態に戻らなければ、位相差θ、振幅Ｄおよび周波数ｆから選択される２つの要素を変更し、それでも、ローター２の移動が正常状態に戻らなければ、位相差θ、振幅Ｄおよび周波数ｆのすべてを変更してもよい。
【００５１】
また、例えば、現在位置と目標位置とが近く、駆動条件を変更する時間がないとき、つまり、駆動条件を変更している間に現在位置が目標位置を通り過ぎてしまう場合は、変更できる駆動条件が残っているとしても、圧電振動子４への駆動信号Ｖ１〜Ｖ３の印加を停止し、圧電振動子４の駆動を停止させてもよい。
【００５２】
以上、圧電モーター１の制御方法について説明した。このような圧電モーター１の制御方法は、前述したように、第１圧電素子としての圧電素子６Ｃおよび第２圧電素子としての圧電素子６Ａ、６Ｂ、６Ｄ、６Ｅを備える振動部４１と、振動部４１に接続されている凸部４４と、を有し、振動部４１が圧電素子６Ｃの伸縮によって当該伸縮方向であるＹ軸方向へ伸縮振動すると共に圧電素子６Ａ、６Ｂ、６Ｄ、６Ｅの伸縮によって伸縮方向と直交する方向であるＺ軸方向へ屈曲振動することより、凸部４４が回転運動、特に、本実施形態では楕円運動する圧電振動子４と、凸部４４と接触し、凸部４４の回転運動が伝達されて移動する被駆動部としてのローター２と、を有する圧電振動装置としての圧電モーター１の制御方法である。そして、このような制御方法は、圧電振動子４を振動させ、目標位置に向けてローター２を移動させる際、ローター２が目標位置のある方向とは逆方向へ移動する状態またはローター２の移動が停止している状態である異常状態となる場合、圧電素子６Ｃに印加する第１駆動信号としての駆動信号Ｖ２と圧電素子６Ａ、６Ｅに印加する第２駆動信号としての駆動信号Ｖ１との位相差θ、駆動信号Ｖ２の振幅Ｄ、および、駆動信号Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３の周波数ｆのうちのいずれかを変更する。このように駆動の条件を変更することにより、より確実に、ローター２の移動を異常状態から目標位置がある方向に移動する正常状態に戻すことができる。そのため、優れた駆動特性を有する圧電モーター１となる。
【００５３】
つまり、圧電モーター１は、圧電素子６Ｃに駆動信号Ｖ２を印加すると共に、圧電素子６Ａ、６Ｂ、６Ｄ、６Ｅに駆動信号Ｖ１、Ｖ３を印加するよう制御する制御装置７を有する。そして、圧電振動子４を振動させ、目標位置に向けてローター２を移動させる際、ローター２が目標位置とは逆側へ移動する状態またはローター２の移動が停止している状態である異常状態となる場合、制御装置７は、駆動信号Ｖ２、Ｖ１の位相差θ、駆動信号Ｖ２の振幅Ｄ、ならびに、駆動信号Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３の周波数ｆのうちの少なくとも１つを変更するよう制御する。このように、駆動の条件を変更することにより、より確実に、ローター２の移動を異常状態から正常状態に戻すことができる。そのため、優れた駆動特性を有する圧電モーター１となる。
【００５４】
また、前述したように、ローター２の移動が異常状態のときは、駆動信号Ｖ１と駆動信号Ｖ２との位相差θを変更する。位相差θ、振幅Ｄおよび周波数ｆの中で、位相差θを変更することが、凸部４４の楕円運動の軌跡を変化させるのに最も有効である。そのため、まず、位相差θを変更することにより、短時間で、ローター２の移動を異常状態から正常状態に戻すことができる。
【００５５】
また、前述したように、位相差θを変更してもローター２の移動が異常状態を継続するときは、駆動信号Ｖ２の振幅Ｄを変更する。位相差θ、振幅Ｄおよび周波数ｆの中で、振幅Ｄを変更することが、位相差θを変更することの次に、凸部４４の楕円運動の軌跡を変化させるのに有効である。そのため、まず、位相差θの変更によってもローター２の移動が正常状態に戻らなかった場合に、次に、振幅Ｄを変更することにより、短時間で、ローター２の移動を異常状態から正常状態に戻すことができる。
【００５６】
また、前述したように、駆動信号Ｖ２の振幅Ｄを変更する際、位相差θを変更前の初期値に戻す。これにより、初期の駆動条件から変更されるパラメータを振幅Ｄだけにすることができるため、駆動条件の変更が簡単なものとなる。また、仮に、振幅Ｄの変更によってローター２の移動が正常状態に戻ったときに、異常状態となった原因が振幅Ｄにあったことをより明確に判断することができる。
【００５７】
また、前述したように、駆動信号Ｖ２の振幅Ｄを変更してもローター２の移動が異常状態となるときは、駆動信号Ｖ１〜Ｖ３の周波数ｆを変更する。位相差θ、振幅Ｄおよび周波数ｆの中で、周波数ｆを変更することが、凸部４４の楕円運動の軌跡を変化させるのに最も効果が小さい。そのため、周波数ｆの変更を最後に行い、それよりも効果の高い位相差θおよび振幅Ｄをその前に行うことにより、短時間で、ローター２の移動を異常状態から正常状態に戻すことができる。
【００５８】
また、前述したように、駆動信号Ｖ１〜Ｖ３の周波数ｆを変更する際、振幅Ｄを変更前の初期値に戻す。これにより、初期の駆動条件から変更されるパラメータを周波数ｆだけにすることができるため、駆動条件の変更が簡単なものとなる。また、仮に、周波数ｆの変更によってローター２の移動が正常状態に戻ったときに、異常状態となった原因が周波数ｆにあったことをより明確に判断することができる。
【００５９】
＜第２実施形態＞
図９は、本発明の第２実施形態に係る圧電モーターの制御方法を示すフローチャートである。
【００６０】
本実施形態は、圧電振動子４の駆動条件を変更する際に、圧電振動子４の駆動を一旦停止すること以外は、前述した第１実施形態と同様である。なお、以下の説明では、本実施形態に関し、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項に関してはその説明を省略する。また、図９において、前述した実施形態と同様の構成については、同一符号を付している。
【００６１】
図９に示すように、本実施形態の圧電モーター１の制御方法では、ステップＳ５の判断がＮｏの場合、すなわち、ローター２の回転が異常状態である場合、制御装置７は、ステップＳ１０として、圧電素子６Ａ〜６Ｅへの駆動信号Ｖ１〜Ｖ３の印加を停止し、圧電振動子４の駆動を停止する。そして、制御装置７は、ステップＳ８に進み、圧電振動子４の駆動条件を変更することができるかを判断する。このように、圧電振動子４の駆動条件を変更できるかを判断する前に、圧電振動子４の駆動を停止することにより、駆動条件を変更する処理の最中におけるローター２の移動が防止され、目標位置からのずれの拡大を効果的に抑制することができる。
【００６２】
このように、本実施形態では、位相差θ、振幅Ｄおよび周波数ｆのいずれかを変更する場合は、圧電振動子４の駆動を停止する。これにより、駆動条件を変更する処理の最中におけるローター２の移動が防止され、目標位置からのずれの拡大を効果的に抑制することができる。
【００６３】
このような第２実施形態によっても、前述した第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。
【００６４】
以上、本発明の圧電駆動装置の制御方法を図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置換することができる。また、本発明に、他の任意の構成物が付加されていてもよい。また、各実施形態を適宜組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【００６５】
１…圧電モーター、２…ローター、２１…外周面、２９…主面、４…圧電振動子、４１…振動部、４２…支持部、４３…接続部、４４…凸部、６Ａ〜６Ｅ…圧電素子、７…制御装置、９…エンコーダー、Ａ１、Ａ２、Ｂ１、Ｂ２…矢印、Ｄ…振幅、Ｏ…中心軸、Ｓ１〜Ｓ１０…ステップ、Ｖ１〜Ｖ３…駆動信号、ｆ、ｆ１…周波数、ｆ０…共振周波数、ｆａ…初期値、ｆｍ…周波数、θ…位相差
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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