(57)【要約】【課題】振動アクチュエータを用いた駆動装置において、減速時の異音を防止する。【解決手段】可動部の移動方向と駆動素子の駆動方向が異なる場合に駆動を停止することにより、過大な駆動反力が駆動素子に印加されて発生する異音を防止する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動しようとする方向によって位相差の極性が異なる２つの高周波駆動信号を圧電素子に与えることによって、前記圧電素子あるいは前記圧電素子が取り付けられた構造あるいは前記圧電素子に取り付けられた構造（以下、駆動素子と記す）に振動を引き起こし、前記駆動素子に接触している可動部を接触面に平行な方向に駆動する振動アクチュエータを備える駆動装置において、
前記駆動素子に対する可動部の駆動方向における現在位置を検出する位置検出部と、
前記駆動素子に対する可動部の駆動方向における移動速度を検出する速度検出部と、
前記可動部の目標位置を指定する目標位置生成部と、
前記目標位置と前記現在位置から前記移動速度の速度目標値を指定する速度プロフィール生成部と、
前記速度目標値と前記移動速度の差から速度誤差を算出する減算部と、
前記速度誤差がゼロになるように制御出力を生成する速度制御部と、
前記速度制御部の出力を受けて前記圧電素子に印加する２つの駆動信号を生成する駆動信号生成部と、
前記速度検出部で検出された移動速度の極性と前記制御出力の極性を比較し、その比較結果により前記可動部の移動方向と前記駆動素子の駆動方向が逆方向であるとして判定出力を出力する駆動極性判定部とによって構成され、
前記駆動信号生成部は前記判定出力によって２つの駆動出力信号を停止することを特徴とする駆動装置。
【請求項２】
請求項１記載の駆動装置において、
前記駆動信号生成部は前記判定出力によって２つの駆動信号出力の間の位相差をゼロにすることを特徴とする駆動装置。
【請求項３】
駆動しようとする方向によって位相差の極性が異なる２つの高周波駆動信号を圧電素子に与えることによって、駆動素子に振動を引き起こし、前記駆動素子に接触している可動部を接触面に平行な方向に駆動する振動アクチュエータにおいて、
前記駆動素子に対する可動部の駆動方向における現在位置を検出する位置検出部と、
前記駆動素子に対する可動部の駆動方向における移動速度を検出する速度検出部と、
前記可動部の目標位置を指定する目標位置生成部と、
前記目標位置と前記現在位置から前記移動速度の速度目標値を指定する速度プロフィール生成部と、
前記速度目標値と前記移動速度の差から速度誤差を算出する減算部と、
前記速度誤差がゼロになるように制御出力を生成する速度制御部と、
前記速度制御部の出力を受けて前記圧電素子に印加する２つの駆動信号を生成する駆動信号生成部と、
前記位置検出部で検出された前記可動部の現在位置に対する前記目標位置の方向と前記制御出力の極性を比較し、その比較結果により前記可動部の移動方向と前記駆動素子の駆動方向が逆方向であるとして判定出力を出力する駆動極性判定部とによって構成され、
前記駆動信号生成部は前記判定出力によって２つの駆動出力信号を停止することを特徴とする駆動装置。
【請求項４】
請求項３記載の駆動装置において、
前記駆動信号生成部は前記判定出力によって２つの駆動信号出力の間の位相差をゼロにすることを特徴とする駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は超音波モーターなどの振動による駆動を行う駆動装置の制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の駆動装置は、たとえば特許文献１に記載されている。従来の駆動装置の構成を図５に示す。
【０００３】
図５において、１は目標位置生成部、２は速度プロフィール生成部、３は速度誤差演算部、４は速度制御部、５は駆動信号生成部、６は駆動素子、７は駆動対象、８は速度検出部、９は位置検出部、である。
【０００４】
まず目標位置生成部１が目標位置を生成して出力し、それに対して速度プロフィール生成部２は、位置検出部９が出力する現在位置から目標位置までの移動において、移動時間、騒音、消費電力などを最適にするような速度プロフィールを生成し、移動開始後は現在位置の変化に従って目標速度を更新する。
【０００５】
速度誤差演算部３は、前記目標速度と速度検出部７によって検出された移動速度を比較して速度誤差を出力し、速度制御部４は前記速度誤差を受けて速度制御リープが安定となるようなフィルター処理を行い、駆動信号生成部４は前記速度フィルター部の出力を受けて、駆動極性に従った位相差と適切な周波数の２相駆動信号を出力する。
【０００６】
２層の駆動信号は駆動素子５内の圧電素子に印加され、駆動素子５に振動を引き起こし、駆動素子５に接している駆動対象６に対して駆動力を発生して、駆動対象６を加速・減速して移動させる。
【０００７】
駆動対象６の移動速度は速度検出部７によって検出され、速度誤差としてフィードバックされることで速度制御ループが形成される。
【０００８】
図６は、速度制御の状態を表す動作波形であり、速度プロフィールとして与えられる目標速度、検出された速度、駆動信号を示している。
【０００９】
図６において、逆駆動期間として示したのは減速のために動作方向とは逆の方向の駆動を行って、摩擦などの抵抗だけでなく能動的に減速している期間であり、駆動対象６の慣性が大きい場合や、摩擦などの抵抗が小さい場合に発現する。
【００１０】
振動による駆動を行う駆動装置の場合は、駆動素子５と駆動対象６間の相対速度差に比例した駆動力を発生する特性を持ち、このような逆駆動期間中に発生する駆動力は、静止した駆動対象６を加速する場合の数倍に及ぶ場合がある。
【特許文献１】特開平７−２７４５４７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、前記従来の構成では、減速時、特に速度制御の状態が振動的になった場合に、逆駆動期間の減速度が大きいことによる騒音が発生するという課題があった。
【００１２】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、騒音を発生しない駆動装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
前記従来の課題を解決するために、本発明の駆動装置は、駆動素子に対する可動部の駆動方向における現在位置を検出する位置検出部と、駆動素子に対する可動部の駆動方向における移動速度を検出する速度検出部と、可動部の目標位置を指定する目標位置生成部と、目標位置と現在位置から移動速度の速度目標値を指定する速度プロフィール生成部と、速度目標値と移動速度の差から速度誤差を算出する減算部と、速度誤差がゼロになるように制御出力を生成する速度制御部と、速度制御部の出力を受けて圧電素子に印加する２つの駆動信号を生成する駆動信号生成部と、速度検出部で検出された移動速度の極性と前記制御出力の極性を比較し、その比較結果により可動部の移動方向と前記駆動素子の駆動方向が逆方向であるとして判定出力を出力する駆動極性判定部とによって構成され、駆動信号生成部は前記判定出力によって２つの駆動出力信号を停止することを特徴とするもので、本構成によって減速時の駆動素子の状態を安定に保つことで、減速時に駆動素子の動作が不安定になったり、異音を発生することを防止することができる。
【００１４】
また、本発明の駆動装置は、前記駆動信号生成部が前記判定出力によって２つの駆動信号出力の間の位相差をゼロにすることを特徴とするもので、減速時においても通常駆動時と同様に駆動素子が振動しながら可動部に接触する状態を持続することにより、駆動素子の状態をさらに安定に保つことができ、減速時に駆動素子の動作が不安定になったり、異音を発生することを防止することができる。
【００１５】
また、本発明の駆動装置は、駆動素子に対する可動部の駆動方向における現在位置を検出する位置検出部と、駆動素子に対する可動部の駆動方向における移動速度を検出する速度検出部と、可動部の目標位置を指定する目標位置生成部と、目標位置と現在位置から移動速度の速度目標値を指定する速度プロフィール生成部と、速度目標値と移動速度の差から速度誤差を算出する減算部と、速度誤差がゼロになるように制御出力を生成する速度制御部と、速度制御部の出力を受けて圧電素子に印加する２つの駆動信号を生成する駆動信号生成部と、位置検出部で検出された可動部の現在位置に対する目標位置の方向と制御出力の極性を比較し、その比較結果により可動部の移動方向と駆動素子の駆動方向が逆方向であるとして判定出力を出力する駆動極性判定部とによって構成され、駆動信号生成部は前記判定出力によって２つの駆動出力信号を停止することを特徴とするもので、減速時においても通常駆動時と同様に駆動素子が振動しながら可動部に接触する状態を持続することにより、駆動素子の状態をさらに安定に保つことができ、減速時に駆動素子の動作が不安定になったり、異音を発生することを防止することができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の駆動装置によれば、減速時、特に速度制御の状態が振動的になった場合に、逆駆動期間の減速度が大きいことによる騒音が発生するという課題を解決し、騒音を発生しない駆動装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら説明する。
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における駆動装置の構成を示すブロック図である。本実施の形態１に係る駆動装置は、振動アクチュエータ１０８とそれを制御する制御手段とからなる。振動アクチュエータ１０８は、超音波モータとも言われ、圧電素子を利用して駆動源とするものである。本実施の形態１では、振動アクチュエータ１０８がシャフト１０９を駆動する例を説明する。このような構成は、カメラのレンズ駆動などに利用できる。
【００１８】
目標位置入力部１０１は、シャフト１０９の目標位置を入力する。この入力値は、たとえば、本駆動装置がカメラに利用された場合、フォーカスレンズ位置に関する情報に相当する。
【００１９】
速度プロフィール生成部１０２は、目標位置入力部１０１から入力された位置情報と位置検出部１１０で検出されている現在位置に基づいて、速度プロフィールを生成し、生成した速度プロフィールに基づいて、目標速度を出力する。速度プロフィールとは、目標位置と目標速度との相関関係を示すものである。
【００２０】
減算器１０３は、速度プロフィール１０２からの出力から速度検出部１１１からの出力を減算する減算器である。減算器１０３の出力は、シャフト１０９の実際の速度と速度プロフィール１０２が示す目標速度との制御誤差を示すものである。速度制御部１０４は、減算器１０３からの出力に基づいて、シャフト１０９の速度を目標速度に近づけるように、シャフト１０９の速度を制御するための制御信号を出力する。
【００２１】
図２（ａ）を用いて、速度制御部１０４の機能を説明する。図２（ａ）において、目標速度は、速度プロフィール１０２の出力である。速度は、速度検出部１１１で検出されたシャフト１０９の実際の速度である。速度は、シャフト１０９が図１中の＋の方向に動いているとき、正値となり、シャフト１０９が図１中の−の方向に動いているとき、負値になる。仮に、速度が目標速度よりも小さい場合には、速度制御部１０４は、シャフト１０９が＋の方向に加速するように制御信号を出力する。一方、速度が目標速度よりも大きい場合には、速度制御部１０４は、シャフト１０９が−の方向に加速するように制御信号を出力する。また、速度が目標速度と等しい場合には、速度制御部１０４は、シャフト１０９の速度を変えないように制御信号を出力する。
【００２２】
駆動パルス生成部１０５は、速度制御部１０４の出力に応じて、振動アクチュエータ１０８に印加するための駆動パルスを出力する。駆動パルス生成部１０５が出力する駆動パルスは２相である。たとえば、一方の相の駆動パルスは圧電素子１０６の長さ方向の駆動を行い、他方の相の駆動パルスは圧電素子１０６の曲げ方向の駆動を行う構造であるとき、２つの相の間に位相差を設けることで、２つの接触子１０７の先端が円を描くような振動を起こすことができる。位相差の極性を逆にすれば、接触し１０７の先端の描く円の方向が逆になるので、駆動方向を切換えることができる。
【００２３】
具体的には、図３（ｃ）において１で示すように、Ａ相がＢ相に対して９０度進んだ位相差の場合、振動アクチュエータ１０８はシャフト１０９に対して＋の方向の駆動力を与える。一方、図３（ｃ）において３で示すように、Ａ相がＢ相に対して９０度遅れた位相差の場合、振動アクチュエータ１０８はシャフト１０９に対して−の方向の駆動力を与える。また、両方の駆動パルスの位相が同じである場合、２つの接触子１０７の先端は直線を描く振動となり、その結果、接触子１０７は振動するがシャフト１０９に対して駆動力を与えることはない。
【００２４】
位置検出センサー１１０は、シャフト１０９の駆動方向における位置を検出するセンサーである。検出方法としては、磁気センサーや光センサーなどを用いる方法が考えられる。速度検出部１１１は、位置検出センサー１１０の出力に基づいて、シャフト１０９の速度を算出する。
【００２５】
駆動極性判定部１１２は、速度検出部１１１の出力と速度制御部１０４の出力に基づいて、駆動パルス生成部１０５に対して駆動パルスの出力の停止を指示する。具体的には、速度検出部１１１の出力の正負と速度制御部１０４の出力の正負とが異なるとき、駆動パルス生成部１０５に対して駆動パルスの出力の停止を指示する。言い換えれば、シャフト１０９の移動方向の逆方向に振動アクチュエータ１０８を駆動するように駆動パルス生成部１０５が駆動パルスを出力しようとする場合には、駆動パルス生成部１０５の出力を止めて、シャフト１０９に印加する駆動力を０にするのである。これにより、シャフト１０９をそれまでの動きとは逆方向に駆動する場合の動きを安定させることができる。また、逆方向駆動の際に、シャフト１０９と接触子１０７との間で生じる異音を小さくできる。つまり、振動アクチュエータを用いた駆動装置の場合、振動アクチュエータと駆動対象物との間の摩擦に基づく動作であるため、逆方向駆動時に動きが不安定になったり、異音が発生したりするという振動アクチュエータ特有の問題が生じるのであるが、このような問題を本発明により解決できるのである。
【００２６】
図２において、時間ｔ１〜ｔ２では、速度は目標速度よりも大きいため、速度制御部１０４は、シャフト１０９を負方向に駆動するよう制御信号を出力する。すると、駆動パルス生成部１０５は、速度検出部１１２からの制御信号がなければ、点線で示すように、負方向の駆動パルスを出力することになる。ところが、駆動極性判定部１１２は、速度検出部１１１の出力及び速度制御部１０４の出力により、シャフト１０９に駆動力を印加しないよう駆動パルス生成部１０５に指示する。そのため、駆動パルス生成部１０５の出力は、実線で示すように、０となるのである。時間ｔ３〜ｔ４及び時間ｔ５〜ｔ６についても、時間ｔ１〜ｔ２の場合と同様に、駆動パルス生成部１０５の出力は０になる。  図３（ａ）にこのときの駆動パルス波形の一例を示す。
【００２７】
なお、駆動パルス生成部１０５の出力を０にするのではなく、図３（ｂ）に示すように２相の駆動パルス間の位相差を０にしてもよい。通常駆動時には接触子１０７は振動しながらシャフト１０９に接触しているが、駆動パルスを０にすると接触し１０７の振動が停止するため、接触子１０７は静止状態でシャフト１０９に接触することになる。  駆動パルスを出力しながら２相間の位相差のみを０にすることで、接触子１０７が振動しながらシャフト１０９に接触するという状態は通常駆動時と同じにしつつ、駆動力のみを０にすることができる。  これにより、加速度の変化をさらに小さくすることができ、不安定な動きや異音の抑制効果をさらに向上することができる。
（実施の形態２）
図４は、本発明の実施の形態２の駆動装置の構成を示すブロック図である。図４において、図１と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。
【００２８】
図４において、４１３は減算器で、目標位置入力部１０１の出力する目標位置と位置検出部１１０の出力する現在位置の差を取り、現在位置から目標位置に向かうための駆動方向と距離を示す目標方向情報を出力している。４１２は駆動極性判定部で前記目標方向情報と速度制御部１０４の出力する制御信号に基づいて駆動信号生成部１０４の出力を制御する。
【００２９】
具体的には、現在位置と目標位置の関係からシャフト１０９が向かうはずの方向の逆方向に振動アクチュエータ１０８を駆動するように駆動パルス生成部１０５が駆動パルスを出力しようとする場合には、駆動パルス生成部１０５の出力を止めて、シャフト１０９に印加する駆動力を０にするという動作を行うことになる。
【００３０】
この例の場合は、現在位置から目標位置に移動する際に目標位置を行き過ぎると、シャフト１０９の移動方向と駆動素子の駆動方向が逆方向になるという状態が発生するため、現在位置から目標位置に移動する際に目標位置を行き過ぎないという条件が成立する必要があるが、実施の形態１の実施例の場合に、速度検出部１１１で検出された速度信号のノイズによって駆動極性判定部１１２が誤動作するという欠点を対策することができ、駆動極性判定部４１２の動作が安定するという効果がある。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
本発明にかかる駆動装置は、減速時、特に速度制御の状態が振動的になった場合に、逆駆動期間の減速度が大きいことによる騒音が発生するという課題を解決し、騒音を発生しない駆動装置を提供することが可能になるので、超音波モーターなどの振動による駆動を行う駆動装置に用いる制御方法として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の実施の形態１における駆動装置のブロック図
【図２】本発明の実施の形態１における制御状態を示す波形の模式図
【図３】本発明の実施の形態１における駆動波形の一例を示す模式図
【図４】本発明の実施の形態２における駆動装置のブロック図
【図５】従来の駆動装置のブロック図
【図６】従来の駆動装置における制御状態を示す波形の模式図
【符号の説明】
【００３３】
１０１    目標位置入力部
１０２    速度プロフィール生成部
１０３    減算器
１０４    速度制御部
１０５    駆動パルス生成部
１０６    圧電素子
１０７    接触子
１０８    振動アクチュエータ
１０９    シャフト
１１０    位置検出部
１１１    速度検出部
１１２、４１２    駆動極性判定部
【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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