(57)【要約】【課題】  駆動源の駆動速度の急激な変化を抑制する。【解決手段】  第１の変化率で前記駆動源を加速駆動する第１のステップと、該第１のステップの後、前記第１の変化率よりも小さい第２の変化率で前記駆動源を加速駆動する第２のステップと、該第２のステップの後、前記駆動源を所定の速度で駆動する第３のステップとを有する。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動源の駆動を制御する制御方法であって、
第１の変化率で前記駆動源を加速駆動する第１のステップと、
該第１のステップの後、前記第１の変化率よりも小さい第２の変化率で前記駆動源を加速駆動する第２のステップと、
該第２のステップの後、前記駆動源を所定の速度で駆動する第３のステップとを有することを特徴とする制御方法。
【請求項２】
前記第１のステップにおける前記駆動源の駆動速度が、前記所定の速度に対して７０〜９０％の速度に到達した場合に、前記第２のステップでの動作を行うことを特徴とする請求項１に記載の制御方法。
【請求項３】
前記第２の変化率は、前記第１の変化率に対して７５％以下の値であることを特徴とする請求項１に記載の制御方法。
【請求項４】
駆動源の駆動を制御する制御方法であって、
前記駆動源を所定の速度で駆動する第１のステップと、
該第１のステップの後、第１の変化率で前記駆動源を減速駆動する第２のステップと、
該第２のステップの後、前記第１の変化率よりも大きい第２の変化率で前記駆動源を減速駆動する第３のステップとを有することを特徴とする制御方法。
【請求項５】
前記第３のステップの後、前記第２の変化率よりも小さい第３の変化率で前記駆動源を減速駆動する第４のステップと、
該第４のステップの後、前記駆動源を所定の速度で駆動する第５のステップと、
該第５のステップの後、前記駆動源の駆動を停止させる第６のステップとを有することを特徴とする請求項４に記載の制御方法。
【請求項６】
前記第２のステップにおける前記駆動源の駆動速度が、前記第１のステップにおける前記所定の速度に対して７０〜９０％の速度に到達した場合に、前記第３のステップでの動作を行うことを特徴とする請求項４に記載の制御方法。
【請求項７】
前記第１の変化率は、前記第２の変化率に対して７５％以下の値であることを特徴とする請求項４に記載の制御方法。
【請求項８】
駆動源と、
該駆動源の駆動を制御する制御手段とを有し、
前記制御手段は、
第１の変化率で前記駆動源を加速駆動する第１の駆動制御を行い、
該第１の駆動制御の後、前記第１の変化率よりも小さい第２の変化率で前記駆動源を加速駆動する第２の駆動制御を行い、
該第２の駆動制御の後、前記駆動源を所定の速度で駆動する第３の駆動制御を行うことを特徴とする駆動源の制御装置。
【請求項９】
前記駆動源の駆動速度を検出する検出手段を有し、
前記制御手段は、前記検出手段の検出結果に基づいて前記第１の駆動制御における前記駆動源の駆動速度が、前記所定の速度に対して７０〜９０％の速度に到達したと判別した場合に、前記第２の駆動制御を行うことを特徴とする請求項８に記載の制御装置。
【請求項１０】
前記第２の変化率は、前記第１の変化率に対して７５％以下の値であることを特徴とする請求項８に記載の制御装置。
【請求項１１】
駆動源と、
該駆動源の駆動を制御する制御手段とを有し、
前記制御手段は、
前記駆動源を所定の速度で駆動する第１の駆動制御を行い、
該第１の駆動制御の後、第１の変化率で前記駆動源を減速駆動する第２の駆動制御を行い、
該第２の駆動制御の後、前記第１の変化率よりも大きい第２の変化率で前記駆動源を減速駆動する第３の駆動制御を行うことを有することを特徴とする駆動源の制御装置。
【請求項１２】
前記第３の駆動制御の後、前記第２の変化率よりも小さい第３の変化率で前記駆動源を減速駆動する第４の駆動制御を行い、
該第４の駆動制御の後、前記駆動源を所定の速度で駆動する第５の駆動制御を行い、
該第５の駆動制御の後、前記駆動源の駆動を停止させる第６の駆動制御を行うことを特徴とする請求項１１に記載の制御装置。
【請求項１３】
前記駆動源の駆動速度を検出する検出手段を有し、
前記制御手段は、前記検出手段の検出結果に基づいて前記第２の駆動制御における前記駆動源の駆動速度が、前記第１の駆動制御における前記所定の速度に対して７０〜９０％の速度に到達したと判別した場合に、前記第３の駆動制御を行うことを特徴とする請求項１１に記載の制御装置。
【請求項１４】
前記第１の変化率は、前記第２の変化率に対して７５％以下の値であることを特徴とする請求項１１に記載の制御装置。
【請求項１５】
前記駆動源は、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を励起する振動体と、該振動体に接触する接触体とを有する振動型アクチュエータであることを特徴とする請求項８から１４のいずれか１つに記載の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、振動型アクチュエータなどの駆動源の駆動を制御する制御方法および制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、振動型モータを駆動源として用いて被駆動部材を駆動する装置においては、図５に示す速度パターンに基づいて振動型モータの駆動制御を行うことで、被駆動部材を目標位置まで移動させている。すなわち、振動型モータを一定の変化率で目標速度まで加速させ、所定のタイミングで減速させている。
【０００３】
この場合には、加速駆動から定速駆動に切り換わる部分や、定速駆動から減速駆動に切り換わる部分において、振動型モータの駆動速度を急激に変化させる制御を行う必要がある。ここで、振動型モータの駆動制御における遅れや、振動型モータの慣性モーメントの影響等によって、上記切り換わり部分においてオーバーシュート等が発生することがある。
【０００４】
一方、振動型モータの駆動速度の急激な変化を抑制するために、図６に示す速度パターンで振動型モータの駆動制御を行うものがある（例えば、特許文献１参照）。図６に示す速度パターンでは、加速駆動から定速駆動に切り換わる部分や、定速駆動から減速駆動に切り換わる部分などを、曲率を持つように（滑らかに）変化させている。
【特許文献１】特開平６−２６９１８２号公報（段落番号００２０〜００２２、図７等）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、図６に示す速度パターンに基づいて振動型モータの駆動制御を行う場合には、複雑な処理を行わなければならない。しかも、上述した複雑な処理を短時間で行う場合には、この処理を行う制御回路として高価なものを用いなければならない。すなわち、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）付ＣＰＵやＤＳＰを別途実装する必要があり、高価な回路構成となってしまう。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、駆動源の駆動を制御する制御方法であって、第１の変化率で前記駆動源を加速駆動する第１のステップと、該第１のステップの後、前記第１の変化率よりも小さい第２の変化率で前記駆動源を加速駆動する第２のステップと、該第２のステップの後、前記駆動源を所定の速度で駆動する第３のステップとを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、第１の変化率での加速駆動を行った後であって、駆動源を所定の速度で駆動する前に、第１の変化率よりも小さい第２の変化率で加速駆動を行うことで、駆動速度の急激な変化を抑制し、オーバーシュートなどを抑制することができる。しかも、所定の変化率（第１および第２の変化率）で加速駆動を行うため、複雑な駆動制御を行う必要がない。
【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を備えた駆動装置の構成を示す概略図である。
【００１０】
図１において、制御部（制御手段）１０は、後述する振動型モータ１２の駆動を制御する。駆動部１１は、制御部１０からの制御信号に基づいて、振動型モータ１２に出力する周波信号（周期的に変化する信号）を生成する。
【００１１】
振動型モータ１２は、電気−機械エネルギ変換素子としての圧電素子および弾性部材を含む振動体と、この振動体（弾性部材）に加圧接触する接触体とを有している。駆動部１１から圧電素子に対して互いに位相の異なる周波信号が印加されると、振動体には進行性の振動波が生じる。そして、振動体および接触体間の摩擦によって、接触体が回転することになる。
【００１２】
ここでは、振動体に対して接触体が回転する構成について説明するが、接触体に対して振動体が回転する構成であってもよい。また、振動体を圧電素子だけで構成することもできる。
【００１３】
検出器（検出手段）１４は、振動型モータ１２の回転速度を検出し、この検出結果を制御部１０に出力する。検出器１４として、例えば、振動型モータ１２の回転軸に取り付けられたロータリーエンコーダで構成することができる。
【００１４】
ロータリーエンコーダを用いた場合には、振動型モータ１２の回転に応じたパルス信号が出力され、このパルス数を計測することによって振動型モータ１２の回転速度を検出することができる。
【００１５】
振動型モータ１２の回転軸は、動力伝達機構（不図示）を介して被駆動部材１３に連結されている。このため、被駆動部材１３は、振動型モータ１２からの駆動力を受けることによって動作する。
【００１６】
被駆動部材１３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。
【００１７】
次に、本実施例の制御装置における振動型モータ１２の制御動作について、図２から図４を用いて説明する。
【００１８】
ここで、図２は、本実施例の制御における速度パターンを示す図であり、縦軸は振動型モータ１２の回転速度を示し、横軸は被駆動部材１３の動作位置又は時間を示す。
【００１９】
また、図３は、振動型モータ１２を目標速度まで加速させるときの制御動作を示すフローチャートである。図４は、振動型モータ１２を目標速度から減速させて停止させるときの制御動作を示すフローチャートである。図３および図４に示す動作は、制御部１０によって行われる。
【００２０】
図３において、ステップＳ１０では、一定の変化率ａで振動型モータ１２を加速駆動する。具体的には、振動型モータ１２の圧電素子に印加される周波信号の周波数を、高周波側から低周波側に向けて変化させることによって加速駆動を行う。
【００２１】
ステップＳ１１では、検出器１４の出力信号に基づいて、振動型モータ１２の回転速度（検出速度）が回転速度Ｖ１に到達したか否かを判別する。ここで、回転速度Ｖ１に到達した場合には、ステップＳ１２に進む。変化率ａでの加速駆動は、図２に示す第１の加速領域Ａに相当する。
【００２２】
ステップＳ１２では、一定の変化率ｂで振動型モータ１２を加速駆動する。ここで、変化率ｂは、変化率ａよりも大きい値であって、装置内の慣性負荷や振動型モータ１２の駆動特性に応じて決定される値である。また、変化率ａは、変化率ｂに対して５０％（１／２）〜２０％（１／５）の値に設定されている。変化率ｂでの加速駆動は、図２に示す第２の加速領域Ｂに対応している。
【００２３】
本実施例では、変化率ｂでの加速駆動を行う前に、変化率ｂよりも小さい変化率ａでの加速駆動を行うことにより、起動時における振動型モータ１２の急激な加速を抑制し、安定した状態で駆動を開始させることができる。
【００２４】
ステップＳ１３では、検出器１４の出力に基づく検出速度が回転速度Ｖ２に到達したか否かを判別する。回転速度Ｖ２は、目標速度（後述する回転速度Ｖ３）に対して７０〜９０％の速度に設定されている。
【００２５】
ここで、回転速度Ｖ２を、上述した数値範囲の下限値よりも小さい値に設定した場合には、振動型モータ１２の回転速度が目標速度に到達するまでの時間が長くなり、結果として、被駆動部材１３を目標位置まで移動させるまでの時間が長くなってしまう。すなわち、後述するように検出速度が回転速度Ｖ２に到達した場合には、変化率ｂよりも小さい変化率ｃで加速駆動を行うため、回転速度Ｖ２を上記下限値よりも小さい値にすると、変化率ｃでの加速駆動を行う時間が長くなり、目標速度に到達するまでの時間も長くなってしまう。
【００２６】
一方、回転速度Ｖ２を、上述した数値範囲の上限値よりも大きい値に設定した場合には、後述する変化率ｃでの加速駆動を行う時間が短くなってしまい、オーバーシュートを効率良く抑制することができなくなってしまう。
【００２７】
ここで、上述した効果を得る上で、回転速度Ｖ２を目標速度に対して７０〜８０％の速度に設定することが、より好ましい。
【００２８】
ステップＳ１３で、検出速度が回転速度Ｖ２に到達したと判別した場合には、ステップＳ１４に進み、一定の変化率ｃで振動型モータ１２を加速駆動する。
【００２９】
変化率ｃは、変化率ｂよりも小さい値であり、具体的には、変化率ｂの７５％以下の値に設定されている。ここで、変化率ｃを、変化率ｂの７５％以下の値に設定することで、振動型モータ１２におけるオーバーシュートを効率良く抑制することができる。
【００３０】
また、上述した効果を得る上で、変化率ｃを、変化率ｂに対して略６７％（２／３）〜２５％（１／４）の値に設定することが、より好ましい。
【００３１】
なお、変化率ｃは、変化率ａと同じ値であっても、異なる値であってもよい。変化率ｃでの加速駆動は、図２に示す第３の加速領域Ｃに対応している。
【００３２】
ステップＳ１５では、検出器１４の出力に基づく検出速度が回転速度（目標速度）Ｖ３に到達したか否かを判別する。ここで、回転速度Ｖ３に到達した場合には、ステップＳ１６に進み、振動型モータ１２を目標速度を維持するよう略一定の速度のままで駆動する。この略一定の速度での駆動は、所定のタイミングまで行われる。目標速度のままでの駆動は、図２に示す第１の定速領域Ｄに対応している。
【００３３】
図４のステップＳ２０において、振動型モータ１２を目標速度で駆動している状態で、所定のタイミングとなった場合には、一定の変化率ｄで振動型モータ１２を減速駆動する。この変化率ｄでの減速駆動は、図２に示す第１の減速領域Ｅに対応している。
【００３４】
ステップＳ２１では、検出器１４の出力に基づく検出速度が回転速度Ｖ４に到達したか否かを判別する。回転速度Ｖ４は、回転速度Ｖ３（目標速度）に対して７０〜９０％の速度に設定されている。
【００３５】
ここで、回転速度Ｖ４を、上述した数値範囲の下限値よりも小さい値に設定した場合には、検出速度が回転速度Ｖ４に到達するまでの時間が長くなり、結果として、被駆動部材１３を目標位置まで移動させるまでの時間が長くなってしまう。すなわち、後述するように検出速度が回転速度Ｖ４に到達した場合には、変化率ｄよりも大きい変化率ｅで減速駆動を行うが、回転速度Ｖ４を上記下限値よりも小さい値にすると、変化率ｄでの減速駆動を行う時間が長くなり、目標速度に到達するまでの時間も長くなってしまう。
【００３６】
一方、回転速度Ｖ４を、上述した数値範囲の上限値よりも大きい値に設定した場合には、変化率ｄでの減速駆動を行う時間が短くなってしまい、アンダーシュートを効率良く抑制することができなくなってしまう。
【００３７】
回転速度Ｖ２、Ｖ４は、上述した数値範囲内であれば、同じ値や異なる値に設定することができる。
【００３８】
ステップＳ２１において、検出速度が回転速度Ｖ４に到達したと判別した場合には、ステップＳ２２に進み、一定の変化率ｅで振動型モータ１２を減速駆動する。変化率ｅは、変化率ｄよりも大きい値に設定されている。具体的には、変化率ｄは、変化率ｅの７５％以下の値に設定されている。
【００３９】
このように変化率ｄを設定することで、定速駆動から減速駆動に移行する際の急激な速度変化を抑制できる。
【００４０】
また、上述した効果を得る上で、変化率ｄを、変化率ｅに対して略６７％（２／３）〜２５％（１／４）の値に設定することが、より好ましい。
【００４１】
変化率ｅでの減速駆動は、図２に示す第２の減速領域Ｆに対応している。
【００４２】
ステップＳ２３では、検出器１４の出力に基づく検出速度が回転速度Ｖ５に到達したか否かを判別する。ここで、回転速度Ｖ５に到達した場合にはステップＳ２４に進み、変化率ｆで振動型モータ１２を減速駆動する。
【００４３】
変化率ｆは、変化率ｅよりも小さい値に設定されている。また、変化率ｆは、変化率ｄと同じ値であっても、異なる値であってもよい。変化率ｆでの減速駆動は、図２に示す第３の減速領域Ｇに対応している。
【００４４】
ステップＳ２５では、検出器１４の出力に基づく検出速度が回転速度Ｖ６に到達したか否かを判別する。回転速度Ｖ６は、具体的には、５〜３０ｒｐｍ（revolution per minute）の値に設定されている。
【００４５】
ステップＳ２５において回転速度Ｖ６に到達したことを判別した場合には、ステップＳ２６に進み、所定時間の間、回転速度Ｖ６で振動型モータ１２を駆動する。本実施例では、振動型モータ１２の駆動を停止させる際の位置精度を向上させるために、振動型モータ１２の駆動を停止させる前の所定時間の間、低速側の回転速度Ｖ６で振動型モータ１２を駆動している。
【００４６】
そして、回転速度の急激な変化を抑制するために、変化率ｅでの減速駆動（領域Ｆ）の後であって、回転速度Ｖ６での駆動（領域Ｈ）を行う前に、変化率ｆでの減速駆動を行っている。
【００４７】
回転速度Ｖ６での駆動は、図２に示す第２の定速領域Ｈに対応している。なお、本実施例では、一定の回転速度Ｖ６で振動型モータ１２を駆動しているが、変化率ｆよりも小さい変化率で減速駆動を行うようにしてもよい。
【００４８】
ステップＳ２７では、振動型モータ１２の駆動を停止させる。これにより、被駆動部材１３は、目標位置まで移動して停止する。
【００４９】
本実施例によれば、第１の加速領域Ａ、第３の加速領域Ｃ、第１の減速領域Ｅおよび第３の減速領域Ｇにおいて、一定の変化率で回転速度を変化させているため、従来のように曲線状に回転速度を変化させる場合に比べて、簡単な制御を行うことができる。これにより、制御部１０等を安価な構成とすることができ、振動型モータの制御装置のコストアップを抑制することができる。しかも、急激な速度変化を抑制することで、オーバーシュートなどを抑制することができる。
【００５０】
本発明は、図３および図４に示す動作を制御部１０に実行させるプログラムや、該プログラムを格納した記憶媒体に適用することができる。また、本実施例では駆動源として振動型モータを用いた場合について説明したが、例えば、直流モータや電磁モータを用いてもよい。
【００５１】
さらに、本実施例では、第２の加速領域Ｂおよび第１の定速領域Ｄの間に、１つの第３の加速領域Ｃを設けているが、複数の加速領域を設けてもよい。すなわち、複数の加速領域のうち第２の加速領域Ｂ側から第１の定速領域Ｄ側に向かって、各加速領域での変化率を徐々に小さくしてもよい。また、第１の定速領域Ｄから第２の減速領域Ｆに移行する間や、第２の減速領域Ｆから第２の定速領域Ｈに移行する間についても上記と同様である。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の実施例１である振動型モータを備えた装置の構成を示す概略図である。
【図２】実施例１における振動型モータの速度制御パターンを示す図である。
【図３】実施例１において、目標速度までの加速制御を示すフローチャートである。
【図４】実施例１において、目標速度からの減速制御を示すフローチャートである。
【図５】従来における振動型モータの速度制御パターンを示す図である。
【図６】従来における振動型モータの速度制御パターンを示す図である。
【符号の説明】
【００５３】
１０：制御部
１１：駆動部
１２：振動型モータ
１３：被駆動部材
１４：検出器
【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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