(57)【要約】【課題】  振動型アクチュエータに対して外部からの負荷が加わっている場合には、振動型アクチュエータの駆動速度が目標速度に到達する前に、該駆動が停止してしまうことがある。【解決手段】  振動型アクチュエータの駆動速度を検出する検出手段（３、５）と、振動型アクチュエータの駆動を制御する制御手段（６）とを有する。制御手段は、検出手段によって検出された駆動速度が目標速度に到達していない場合には、所定の周波数よりも高周波側の領域において、検出された駆動速度が目標速度に到達するように周波信号の周波数を変化させる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気−機械エネルギ変換素子への周波信号の印加によって振動が励起される振動体と、該振動体に接触する接触体とを相対的に駆動する振動型アクチュエータの制御装置であって、
前記振動型アクチュエータの駆動速度を検出する検出手段と、
前記振動型アクチュエータの駆動を制御する制御手段とを有し、
前記制御手段は、前記検出手段によって検出された駆動速度が目標速度に到達していない場合には、所定の周波数よりも高周波側の領域において、前記検出された駆動速度が前記目標速度に到達するように前記周波信号の周波数を変化させることを特徴とする振動型アクチュエータの制御装置。
【請求項２】
前記制御手段は、第１のパターンで前記周波数を変化させている場合であって、前記検出された駆動速度が前記目標速度に到達していない場合には、前記第１のパターンよりも前記周波数の変化率が小さい第２のパターンで前記周波数を変化させることを特徴とする振動型アクチュエータの制御装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の振動型アクチュエータの制御装置を備えたことを特徴とする装置。
【請求項４】
電気−機械エネルギ変換素子への周波信号の印加によって振動が励起される振動体と、該振動体に接触する接触体とを相対的に駆動する振動型アクチュエータの制御方法であって、
前記振動型アクチュエータの駆動速度を検出する第１のステップと、
第１のパターンで前記周波信号の周波数を変化させる第２のステップと、
前記第１のパターンで前記周波数を変化させている場合であって、前記第１のステップで検出された駆動速度が前記目標速度に到達していない場合に、前記第１のパターンよりも前記周波数の変化率が小さい第２のパターンで前記周波数を変化させる第３のステップとを有することを特徴とする振動型アクチュエータの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
振動を励起する振動体と、該振動体に接触する接触体とを相対的に駆動する振動型アクチュエータの制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の振動型モータの制御装置においては、振動体の共振周波数よりも高い所定の周波数を持つ周波信号を電気−機械エネルギ変換素子に印加することによって、振動型モータの駆動を開始させている。そして、所定の周波数から徐々に周波数を下げていくことによって、振動型モータの駆動速度を増加させている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
ここで、周波数を変化させていく速度は、所望の時刻に目標駆動速度が得られるように、予め一義的に設定されている。すなわち、予め設定されたパターンに基づいて周波数を変化させている。
【特許文献１】特開平０６−３２７２７３号公報（段落番号００１２、図２等）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述した振動型モータの制御装置において、振動型モータに対して外部からの負荷が加わっている場合であって、予め設定されたパターンで周波数を変化させた場合には、以下に説明する不具合が生じるおそれがある。
【０００５】
すなわち、振動型モータの駆動速度が目標速度に到達する前に、振動型モータに入力される周波信号の周波数が、振動型モータの駆動制御に用いられる周波数範囲の下限値に到達してしまう。この場合には、いわゆる制御脱調を生じ、振動型モータの駆動が停止してしまう。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、電気−機械エネルギ変換素子への周波信号の印加によって振動が励起される振動体と、該振動体に接触する接触体とを相対的に駆動する振動型アクチュエータの制御装置であって、前記振動型アクチュエータの駆動速度を検出する検出手段と、前記振動型アクチュエータの駆動を制御する制御手段とを有する。前記制御手段は、前記検出手段によって検出された駆動速度が目標速度に到達していない場合には、所定の周波数よりも高周波側の領域において、前記検出された駆動速度が前記目標速度に到達するように前記周波信号の周波数を変化させる。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、振動型アクチュエータの駆動を停止させることなく、該振動型アクチュエータの駆動速度を目標速度に到達させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明の実施例について説明する。
【実施例１】
【０００９】
図１は、本発明の実施例１である振動型モータの制御装置の概略構成を示す図である。
【００１０】
振動型モータ１は、回転軸２を有しており、回転軸２の一端側にはロータリーエンコーダ３が取り付けられている。振動型モータ１は、図２に示すように、電気−機械エネルギ変換素子としての圧電素子１１および弾性部材１２を有する振動体と、弾性部材に接触する接触体１３とを有している。接触体１３は、付勢部材１４（例えば、皿バネやコイルバネ）の付勢力を受けて弾性部材１２に圧接している。
【００１１】
上述した振動型モータ１の構成において、圧電素子１１に対して互いに位相の異なる周波信号（周期的に変化する信号、交番信号等）を印加すると、弾性部材１２には進行性の振動波（進行波）が生じ、弾性部材１２および接触体１３間の摩擦によって接触体１３が回転する。接触体１３とともに回転軸２も回転し、この回転力が動力伝達機構（不図示）を介して被駆動部材７に伝達される。
【００１２】
ここで、圧電素子だけで振動体を構成することもできるし、接触体に対して振動体を回転させることもできる。また、振動型モータ１としては、棒状タイプや環状タイプといったいかなるタイプのものでも使用できる。
【００１３】
さらに、被駆動部材７としては、例えば、搭載されたＴＶカメラ等を旋回させる電動雲台装置の駆動部、半導体製造装置において直線動作を行わせる電動ステージ、撮影光学系内の撮影レンズを光軸方向に移動させる駆動部、画像形成装置における感光ドラムがある。
【００１４】
駆動コントロール回路（制御手段）６は、駆動電圧発生回路４に対して、圧電素子１１に印加される周波信号の周波数に関する指令信号を出力する。駆動電圧発生回路４は、駆動コントロール回路６からの指令信号を受けて、該指令信号に応じた周波数を持つ周波信号を圧電素子１１に印加する。
【００１５】
ロータリーエンコーダ３は、振動型モータ１（回転軸２）の回転に応じてパルス信号を出力する。パルス計数回路５は、ロータリーエンコーダ３から出力されたパルス信号をカウントし、該カウント値を駆動コントロール回路６に出力する。これにより、駆動コントロール回路６は、振動型モータ１の回転速度を検出することができる。
【００１６】
振動型モータ１の回転速度と、周波信号の周波数との関係を図８に示す。駆動コントロール回路６は、所定の回転速度が得られるように周波信号の周波数を加減する制御を行う。
【００１７】
図３は、振動型モータ１の回転速度と時間との関係を示す図である。また、図４は、圧電素子１１に印加される周波信号の周波数と、時間との関係を示す図である。
【００１８】
ここで、振動型モータ１に対しては、想定していた以上の負荷が外部から加わる場合がある。すなわち、振動型モータ１の回転（回転速度）が、外部からの負荷によって抑制される場合がある。
【００１９】
この場合には、目標速度に対応した周波数を持つ周波信号を圧電素子１１に印加しても、振動型モータ１の回転速度が目標速度に到達しない。すなわち、図３の点線で示す目標速度に対応した周波数（図４）を印加しても、実際の回転速度は図３の実線で示すようになってしまうことがある。
【００２０】
このように実際の回転速度が目標速度に追従しない状態において、図４に示す所定のパターンで周波数を変化（低下）させていくと、タイミングｔｓで周波数が制御周波数の下限値に到達してしまう。
【００２１】
ここで、制御周波数の下限値とは、振動型モータ１の駆動制御を行う場合において用いられる周波数範囲の下限値である。具体的には、上記下限値として、図８に示すように、振動体の共振周波数（回転速度がピーク値となる周波数）の近傍であって、共振周波数よりも高周波数側の値とすることができる。
【００２２】
図８に示すように、圧電素子１１に印加する周波信号の周波数を、振動型モータ１の駆動開始時の周波数ｆ１よりも低くしていくと、回転速度が増加するが、振動体の共振周波数よりも低周波側の領域では、回転速度が極端に低下してしまう。振動型モータは、一般的に図８に示す特性を有する。
【００２３】
このため、振動型モータ１の駆動制御を行う場合には、周波数の下限値を設定しておき、この下限値を下回った場合には制御脱調と判断して振動型モータ１の駆動を停止させるようになっている。
【００２４】
したがって、図４に示すように、圧電素子１１に印加される周波信号の周波数がタイミングｔｓで下限値に到達した場合には、図３に示すように振動型モータ１の駆動が停止され、回転速度がゼロとなる。すなわち、振動型モータ１の回転速度が最終的な目標速度ｖ１に到達する前に、振動型モータ１の駆動が停止してしまう。
【００２５】
本実施例では、振動型モータ１の回転速度が目標速度ｖ１に到達する前に振動型モータ１の駆動が停止するのを抑制し、振動型モータ１の安定した起動を行うことができるものである。
【００２６】
以下、本実施例における制御動作について、図７に示すフローチャートを用いながら具体的に説明する。この制御動作は、駆動コントロール回路６によって行われる。
【００２７】
図７のステップＳ１では、駆動電圧発生回路４を介して周波数ｆ１の周波信号を振動型モータ１の圧電素子１１に印加することによって、振動型モータ１の駆動を開始させる。ステップＳ２では、図４に示す第１のパターンで周波数を変化させる。すなわち、周波数ｆ１から下限値側に向かって徐々に周波数を低下させる。
【００２８】
ステップＳ３では、パルス計数回路５の出力に基づいて、振動型モータ１の回転速度を検出する。ここで、回転速度を検出する動作は、所定の周期毎に行うこともできるし、パルス計数回路５の出力に基づいて常に行うこともできる。
【００２９】
ステップＳ４では、検出された回転速度が目標速度に到達しているか否か、すなわち、実際の回転速度が目標速度に追従しているか否かを判別する。
【００３０】
ここで、検出された回転速度が目標速度に到達している場合には、ステップＳ２に戻り、第１のパターンに基づいて周波数を変化させる。一方、目標速度に到達していない場合には、ステップＳ５に進む。
【００３１】
ステップＳ５では、振動型モータ１の圧電素子１１に対して周波数ｆ１の周波信号を印加するとともに、図６に示す第２のパターンで周波数を変化させる。ここで、第２のパターンにおける周波数の変化率（単位時間当たりの周波数の変化量）は、第１のパターンにおける周波数の変化率よりも小さくなっている。すなわち、図６に示す第２のパターンの傾きは、図４に示す第１のパターンの傾きよりも緩やかになっている。
【００３２】
このように第１のパターンから第２のパターンに変更することで、図５および図６に示すように、圧電素子１１に印加される周波信号の周波数が下限値に到達することなく、実際の回転速度を最終的な目標速度ｖ１まで到達させることができる。振動型モータ１の回転速度が目標速度ｖ１に到達した後は、所望の回転速度に応じて周波数を変化させることになる。
【００３３】
上述したように振動型モータ１の実際の回転速度が目標速度に到達していない場合には、周波数を変化させるパターンを変更することによって、実際の回転速度が最終的な目標速度ｖ１に到達する前に、周波数が下限値に到達してしまうのを抑制することができる。これにより、上述したように振動型モータ１の駆動が停止してしまう制御脱調を抑制でき、振動型モータ１の安定した起動を行うことができる。
【００３４】
本実施例では、実際の回転速度が目標速度に到達していない場合には、圧電素子１１に印加する周波信号の周波数を駆動開始時の周波数ｆ１に戻した後に、第２のパターンで周波数を変化させている。しかし、実際の回転速度が目標速度に到達していないことを判別したときの周波数から、第２のパターンに基づいて周波数を変化させてもよい。
【００３５】
また、第２のパターンに基づいて周波数を変化させた場合であって、実際の回転速度が目標速度に到達していない場合には、さらに、周波数を変化させるパターンを変更してもよい。具体的には、第２のパターンよりも周波数の変化率が小さい第３のパターンに基づいて周波数を変化させることができる。
【００３６】
さらに、周波数の変化率が異なる複数のパターンを用意しておき、実際の回転速度が目標速度に到達していないことを判別するたびに、周波数の変化率が大きい側のパターンから該変化率の小さい側のパターンに徐々に切り換えるようにしてもよい。
【００３７】
また、上述した説明では、実際の回転速度が目標速度に到達するまでの間、周波数の変化率を変更しながら周波数を低下させているが、所定時間の間、周波数を一定に保つようにすることもできる。例えば、第１のパターン（図４）に基づいて周波数を変化させている状態において、実際の回転速度が目標速度に到達していないと判別した場合には、所定時間の間、周波数を一定とした後、第２のパターン（図６）に基づいて周波数を変化させることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の実施例１において、振動型モータの制御装置の構成を示す図。
【図２】振動型モータの断面図。
【図３】振動型モータの回転速度および駆動時間の関係を示す図。
【図４】周波信号の周波数および駆動時間の関係を示す図。
【図５】振動型モータの回転速度および時間の関係を示す図。
【図６】周波信号の周波数および駆動時間の関係を示す図。
【図７】実施例１における制御動作を示すフローチャート。
【図８】振動型モータの駆動特性を示す図。
【符号の説明】
【００３９】
１：振動型モータ
３：ロータリーエンコーダ
５：パルス計数回路
６：駆動コントロール回路
【図１】
2006187099.tif 000003
【図２】
2006187099.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2006187099.tif 000007
【図６】
2006187099.tif 000008
【図７】
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【図８】
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