(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
弾性体に電気−機械エネルギー変換素子部を配し、該変換素子部に対して周波信号を印加することで、弾性体を励振させ駆動力を得る振動型モータにおいて、
前記周波信号の周波数と電圧を変化させる制御手段と、
前記弾性体の振動状態の応じてモニタ出力を発生するモニタ手段と、
前記モニタ出力と前記周波信号間の位相差を比較することにより共振周波数からのずれ状態を検出する位相差検出手段と、
前記位相差検出手段検出結果に応じて前記制御手段による周波数変化を特定の周波数で規制する規制手段と、を有し、
前記制御手段は、前記規制手段を禁止すると共に前記振動型モータに第１の周波数と第１の電圧を有する周波信号を印加した後、周波数を低化させ、第１の周波数より低い第２の周波数に達したときに第１の電圧より高い第２の電圧に変更すると共に前記規制手段の作動を許可することを特徴とする振動型モータ装置。
【請求項２】
振動型モータを周波信号で駆動するとともに、前記振動波モータの弾性体の振動状態を検出する振動検出手段からの検出信号と前記第周波信号との位相差を演算して前記周波信号の制御又は変更の規制を行なうとともに、振動型モータの駆動電圧を振動波モータの起動時に切り替えて制御を行う振動型モータの駆動方法において、
起動開始時には前記振動型モータを第１の周波数と第１の電圧を有する第１の駆動条件で駆動し、その後第１の周波数より低い第２の周波数と第１の電圧より高い第２の電圧を有する第２の駆動条件に変更すると共に、前記第一の駆動条件では、位相差に基く駆動信号の制御又は規制を禁止し、第二の駆動条件に切り替え後から位相差検知による制御又は規制を許可することを特徴とする振動型モータの駆動方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、振動波モータの制御方法及び装置に関するもので特に駆動周波数により駆動条件を変更する振動波モータの制御方法及び装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、振動型モータ（振動波モータ）の駆動方法として、特公平０７―０１０１８９に示されるような振動波モータに与えられる駆動周波信号と振動波モータに設けられたセンサー相に発生する周波信号との位相差を検知することにより、駆動周波数を制御する制御方法、所謂、位相制御方法があった。位相制御とは、振動波モータのステータ上に配される電気ー機械エネルギー変換素子としての圧電素子や電歪素子群に与える周波電圧と、センサー用の電気ー機械エネルギー変換素子としての圧電体や電歪素子から得られる周波電圧の位相差を検出し、得られた位相差の情報をもとに周波数を制御する方法である。振動波モータの特性として、周波数を高いほうから徐々に低下させ、モータが回転を始めて徐々に速度が上昇すると、位相も徐々に共振状態に近づいてゆく。そして、位相が共振状態になると、モータの回転速度は最高速付近に達する。共振状態からさらに周波数を低下させると、回転速度は急激に低下し、位相も共振状態からはずれる。そのため、位相が共振状態からさらに周波数の低い方向へ進まないように、位相を検出して共振状態に近づきつつある場合は、周波数を高いほうへ戻すという制御を行う必要がある。
【０００３】
又、更に、振動波モータの駆動効率を上げるために、起動時点での電圧としては低い電圧で駆動し、駆動中に駆動条件（電圧）を高くする制御方法も提案されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
この様な方法で駆動中に、駆動条件を変化させた場合には位相差条件も変化し、位相差条件で共振判定を行っていると、共振状態を通過し振動波モータが急激に停止してしまう現象、所謂、崖落ち現象が起きたり、また逆に共振から離れた高い周波数で駆動され、モータの速度が上がらないことがあるという問題があった。
【０００５】
本発明の目的は、振動型モータ（振動波モータ）の駆動状態を正確に検知し制御することにより振動波モータを安定した確実な駆動を可能とすることである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明では、弾性体に電気−機械エネルギー変換素子部を配し、該変換素子部に対して周波信号を印加することで、弾性体を励振させ駆動力を得る振動型モータにおいて、前記周波信号の周波数と電圧を変化させる制御手段と、前記弾性体の振動状態の応じてモニタ出力を発生するモニタ手段と、前記モニタ出力と前記周波信号間の位相差を比較することにより共振周波数からのずれ状態を検出する位相差検出手段と、前記位相差検出手段検出結果に応じて前記制御手段による周波数変化を特定の周波数で規制する規制手段と、を有する。
前記制御手段は、前記規制手段を禁止すると共に前記振動型モータを第１の周波数と第１の電圧を有する周波信号を印加した後、周波数を低化させ、第１の周波数より低い第２の周波数に達したときに第１の電圧より高い第２の電圧に変更すると共に前記規制手段の作動を許可することを特徴とする。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明におけるブロック図を図１に示す。
【００１８】
図１中１は制御回路。制御回路１にはマイクロコンピュータ（ＣＰＵ）２、発振回路（ＶＣＯ）３、位相比較回路６、コンパレータ回路７、８、振動型モータ（振動波）モータ駆動ロジック回路１２を含む。
【００１９】
マイクロコンピュータ（ＣＰＵ）２は、すべての動作を制御する。
【００２０】
発振回路（ＶＣＯ）３は、マイクロコンピュータ２の出力ＶＣＯＮによりＯＮ／ＯＦＦし、また出力ＶＣＯＤにより発振周波数を変える。
【００２１】
その動作は、マイクロコンピュータ２の８ビット出力（ＶＣＯＤ）により決まる内部設定電圧と抵抗４により決まる電流値をコンデンサ５に充放電することにより発振周波数を決定し、該周波数で発振する。この発振周波数は振動波モータの駆動周波数Ｆの４倍の周波数４Ｆである。
【００２２】
次に、マイクロコンピュータ２の８ビット出力（ＶＣＯＤ）と発振周波数の関係の一例を示す。
【００２３】
ＶＣＯＤ＝００Ｈ  ４Ｆ＝１６０ｋＨｚ
ＶＣＯＤ＝３２Ｈ  ４Ｆ＝１５６ｋＨｚ
ＶＣＯＤ＝ＦＦＨ  ４Ｆ＝１３９．６ｋＨｚ
【００２４】
抵抗４の抵抗値を変える事により回路ばらつきによる発振周波数変化を修正することができる。
【００２５】
発振回路（ＶＣＯ）３の出力４Ｆは振動型モータ（振動波モータ）駆動ロジック回路１２に入力する。
【００２６】
つぎに、振動型モータ（振動波モータ）駆動ロジック回路１２はマイクロコンピュータ２の出力ＵＳＭＯＮにより駆動出力をモータドライバ１３に出力する。このドライバー出力は発振回路（ＶＣＯ）３の出力４Ｆとマイクロコンピュータ２の出力ＤＩＲから時間的に９０度位相のずれた周波数Ｆの駆動出力として出力される。マイクロコンピュータ２の出力ＤＩＲによりその位相関係を９０度と−９０度のように変更し、モータの回転方向を切り換える。
【００２７】
モータドライバ１３は、その駆動出力を電力増幅し、コイル１４、１５、コンデンサ１６、１７を介し振動型モータ（振動波モータ）１９に出力する。コンデンサ１８はＳ相とＡ相の位相関係を調整するために設けられるものである。
【００２８】
モータドライバ１３への電源供給は、電池３４の電圧をマイクロコンピュータ２の内部ＡＤコンバータ回路で検出しその電圧に応じて決定するパルス幅となるように振動波モータ駆動ロジック回路１２のパルス幅変調（ＰＷＭ）機能によりモータドライバ１３の出力のパルス幅を変更する。パルス幅はマイクロコンピュータ２のＰＷＭ出力（８ビット）により変更する。
【００２９】
例えば電池３４の電圧＝５Ｖ時は、ＰＷＭ＝Ａ９Ｈで出力電圧３．３Ｖ相当のパルス幅、ＰＷＭ＝８ＡＨで出力電圧２．７Ｖ相当のパルス幅である。
【００３０】
図４は、モータドライバ１３の出力電圧波形である。電池３４の電圧に応じてパルス幅を変更する。Ａ相に対し−Ａ相は180度位相がずれ、Ｂ相は90度、−Ｂ相は270度位相がずれている。モータの回転方向を逆にするときはＢ相と−Ｂ相の関係を入れ替える。このパルス幅が変更されることで、各相に印加される駆動用周波信号の電圧が変更される。
【００３１】
次に、位相比較回路６の動作を示す。位相比較回路６はコンパレータ回路７と８の出力をカウンタ回路とカウンタ回路のカウンタ値をマイクロコンピュータ２の設定により可変の比較値と比較する比較回路からなり、振動型モータ（振動波モータ）の駆動状況により変化する振動型モータ（振動波モータ）１９のセンサ出力のＳ相出力と駆動入力のＡ相入力の位相差を抵抗２５から３０とコンデンサ３１から３３より構成する分圧兼ハイパスフィルタ回路を通ったコンパレータ回路７と８の出力の時間差として検出する。その位相差が第１の値Ｋ１（図２）に達したときＰＬＥ出力ＰＬＥ１をマイクロコンピュータ２に出力し、また位相差が第２の値Ｋ２（図２）に達したときＰＬＥ出力ＰＬＥ２をマイクロコンピュータ２に出力する。マイクロコンピュータ２はＰＬＥ信号によりＶＣＯＤ出力を変え振動型モータ（振動波モータ）を制御する。
【００３２】
３６は書換え可能な記憶手段（ＥＥＰＲＯＭ）で各駆動条件でのＶＣＯＤ、等の値を記憶する。
【００３３】
なお、一眼レフカメラの交換レンズ等に用いる場合書換え可能な記憶手段（ＥＥＰＲＯＭ）３６に書き込み中にレンズを取り外されると電源が不安定になり誤った情報を書き込む問題がある。
【００３４】
そこで、書き込みは、工場出荷時またはサービス部門での調整時等電源が安定している場合に限定する。
【００３５】
３７は通信手段、３８は通信手段３７により通信する外部回路。
【００３６】
尚、前記振動型モータ（振動波モータ）の構成としては、弾性体に圧電体等の電気ー機械エネルギー変換素子部を配して、周波信号（位相の異なる）を印加することで、弾性体を励振させ、駆動力を得るものであり、形状としてはリングタイプや棒状のものなどが採用される。
【００３７】
図２は本発明の振動型モータ（振動波モータ）１９の駆動特性を示す図である。
【００３８】
横軸に駆動周波数、縦軸には、以下の３つの特性を示す。
【００３９】
上段は、モータドライバ１３の出力段のトランジスタに流れる電流値Ｉｏｕｔ（Ａ）
中段は、振動型モータ（振動波モータ）１９の回転数Ｎ（ｒｐｍ）である。
下段は、Ａ相とＳ相の位相差θ（°）である。
【００４０】
振動型モータ（振動波モータ）１９の駆動特性は、駆動周波数が高いとモータ回転数Ｎが低く、駆動周波数を低くするとモータ回転数Ｎが高くなる。なお、駆動周波数を下げすぎると（ＦＲＥＱ４からＦＲＥＱ３）で回転数Ｎが急に低下する。
【００４１】
これを防止するために、従来から位相制御を行なっているわけであるが、下段に示したＡ相とＳ相の位相差の関係を見ると、駆動電圧２．７Ｖ時にすでに共振時と同じような位相差Ｋとなってしまい、実際の共振状態でないにも係わらず、位相制御により駆動周波数を制限してしまう。
【００４２】
また、モータ印加電圧が高いほど出力段トランジスタに流れる電流Ｉｏｕｔは大きくなり、回転数Ｎは高くなる。
【００４３】
出力段トランジスタに流れる電流ＩｏｕｔのＭＦＬ２からＭＦＬ１の間の点線は３．３Ｖ時のもので、実線は２．７Ｖ時のものである。
【００４４】
振動型モータ（振動波モータ）１９のＡ相電極２１、−Ａ相電極２２間容量とコンデンサ１６の容量の和とコイル１４のインダクタンスとによる電気回路の共振周波数ｆｒｅはＭＦＬ２よりも高い周波数に設定してある。Ｂ相電極２３−Ｂ相電極２４間容量とコンデンサ１７の容量の和とコイル１５のインダクタンスとによる電気回路の共振周波数も同様である。そのため出力段トランジスタに流れる電流Ｉｏｕｔは駆動周波数が高くなる（ｆｒｅに近ずくにつれ）大きくなっていく。
【００４５】
よって、モータ回転数Ｎの低い動作領域で出力段トランジスタに流れる電流Ｉｏｕｔが大きくなるため消費電力が大きくなってしまう。
【００４６】
そこで、駆動周波数ＭＦＬ２からＭＦＬ１の間はモータ印加電圧Ｖ＝２．７Ｖ、駆動周波数ＭＦＬ１からＦＲＥＱ３の間は前記高い周波数帯の印加電圧よりも高い印加電圧として、モータ印加電圧Ｖ＝３．３Ｖを印加し、モータ回転数Ｎの低い動作領域での出力段トランジスタに流れる電流Ｉｏｕｔを少なくし消費電力を低下することができる。
【００４７】
振動型モータ（振動波モータ）１９は個々に共振周波数や起動開始周波数が違うのでなるべく、Ｉｏｕｔを小さくするためには、起動開始周波数ＭＦＬ２、駆動条件切替周波数ＭＦＬ１を個々の振動型モータ（振動波モータ）１９に合せる事が望まれる。
【００４８】
これは、抵抗４の抵抗値を個々の振動型モータ（振動波モータ）１９に合せることにより行うことが出来る。
【００４９】
しかしながら、個々の振動型モータ（振動波モータ）１９に抵抗４の抵抗値を合せることは困難が伴う。
【００５０】
そこで、抵抗４の抵抗値はＶＣＯＤの特定の値での周波数に調整する。
【００５１】
ＶＣＯＤによる周波数の値は調整時の設定値から離れると誤差が大きくなるので調整時の周波数は、なるべく精度を必要とする周波数にする。
【００５２】
さらに、調整時の設定値から変更可能な周波数は万が一に書換え可能な記憶手段（ＥＥＰＲＯＭ）３６内の情報が間違っても振動型モータ（振動波モータ）１９の動作異常とならないように必要最小限とする。
【００５３】
そして書換え可能な記憶手段（ＥＥＰＲＯＭ）３６内に個々の振動型モータ（振動波モータ）１９用の起動開始周波数ＭＦＬ２、駆動条件切替周波数ＭＦＬ１を設定するＶＣＯＤの値を記憶し、その値により新津男型モータ（振動波モータ）１９を制御する。
【００５４】
または、書換え可能な記憶手段（ＥＥＰＲＯＭ）３６の値から演算し起動開始周波数ＭＦＬ２、駆動条件切替周波数ＭＦＬ１を決定する。
【００５５】
例えば、起動開始周波数ＭＦＬ２のみ記憶し、駆動条件切替周波数ＭＦＬ１は起動開始周波数ＭＦＬ２の値から決定することにより書換え可能な記憶手段（ＥＥＰＲＯＭ）３６の記憶容量や書換え可能な記憶手段（ＥＥＰＲＯＭ）３６との通信時間を減少することができる。
【００５６】
またその記憶した値は、外部回路３８から通信手段３７を介し設定可能としてある。
【００５７】
以上のように、駆動条件を切り替えることにより、出力段トランジスタに流れる電流Ｉｏｕｔを少なくし消費電力を低下することができる。しかし、下段の位相差の関係を見ると、印加電圧２．７Ｖ時に共振時と同様な位相差となることがあるため、位相制御により、駆動周波数が制限されてしまうことになる。そこで本発明では駆動条件切替がなされても位相制御により駆動周波数が制限されることを防止している。
【００５８】
以下に本発明の動作を説明する。
【００５９】
図３は、マイクロコンピュータ２の動作を示すフローチャートを示す。
【００６０】
以下このフローに従って説明する。尚、カメラにおけるシステムに採用した例として説明する。
【００６１】
ステップ１００
不図示のカメラからの駆動命令を受けてフローチャートがスタートする。
【００６２】
ステップ１０１
カメラからの駆動命令に応じて、ＤＩＲ端子をＨｉかＬｏｗに設定する。
【００６３】
ステップ１０２
駆動周波数（ＦＲＥＱ）を起動周波数として最高駆動周波数（ＭＦＬ２）に設定する。
【００６４】
ステップ１０３
駆動電圧（ＰＷＭ）を２．７（Ｖ）に相当するＰＷＭＤＴ１に設定する。
【００６５】
ステップ１０４
振動型モータ（振動波モータ）（ＵＳＭ）の起動を開始する。
【００６６】
ステップ１０５
駆動周波数（ＦＲＥＱ）と駆動条件切り替え周波数（ＭＦＬ１）を比較し、同じ値ならステップ１０７へ、それ以外ならばステップ１０６へ進む。
【００６７】
ステップ１０６
駆動周波数（ＦＲＥＱ）をインクリメントし、駆動周波数を１ｓｔｅｐ下げる。
この、ステップ１０５とステップ１０６により、駆動周波数（ＦＲＥＱ）を徐々に駆動条件切り替え周波数（ＭＦＬ１）まで下げていく。
【００６８】
ステップ１０７
駆動周波数（ＦＲＥＱ）が駆動条件切り替え周波数（ＭＦＬ１）となったところで、駆動周波数（ＦＲＥＱ）を固定し、駆動電圧（ＰＷＭ）と３．３（Ｖ）に相当するＰＷＭＤＴ２を比較し、同じ値となっていればステップ１０９へ、駆動電圧（ＰＷＭ）がＰＷＭＤＴ２よりも小さければステップ１０８へ進む。
【００６９】
ステップ１０８
駆動電圧（ＰＷＭ）をインクリメントし、駆動電圧を１ｓｔｅｐ上げる。
この、ステップ１０７とステップ１０８により、駆動電圧（ＰＷＭ）を徐々にＰＷＭＤＴ２まで引き上げ３．３（Ｖ）駆動へと駆動条件の切り替えを行なう。
【００７０】
ステップ１０９
駆動条件の切り替えが終了したので、位相制御開始処理を行ない位相制御を開始する。
【００７１】
ステップ１１０
ＰＬＥ１信号を確認し、ＰＬＥ１信号がＯＮである場合にはステップ１１４へ、ＯＦＦである場合にはステップ１１１へ進む。
【００７２】
ステップ１１１
ＰＬＥ２信号を確認し、ＰＬＥ２信号がＯＮである場合にはステップ１１３へ、ＯＦＦである場合にはステップ１１２へ進む。
【００７３】
ステップ１１２
ＰＬＥ１信号、ＰＬＥ２信号共にＯＦＦなので、まだ共振付近には達していないと判断し、駆動周波数（ＦＲＥＱ）をインクリメントし駆動周波数を１ｓｔｅｐ低くし、更に振動型モータ（振動波モータ）の駆動速度を上げる、ステップ１１０へ戻る。
【００７４】
ステップ１１３
ステップ１１１でＰＬＥ２信号がＯＮと判定されたので、共振付近に達したと判断し、駆動周波数（ＦＲＥＱ）のインクリメントを止め、そのままの駆動周波数（ＦＲＥＱ）を維持する、ステップ１１０へ戻る。
【００７５】
ステップ１１４
ステップ１１０でＰＬＥ１信号がＯＮと判定されたので、共振に極近い状態であると判断し、駆動周波数（ＦＲＥＱ）をデクリメントして駆動周波数（ＦＲＥＱ）を１ｓｔｅｐ高くして共振を超えて振動波モータが急激に停止するのを防止し、ステップ１１０へ戻る。
【００７６】
以上のように、モータドライバへの印加電圧が２．７Ｖ時には位相制御を禁止し、駆動条件切り替え後、モータドライバへの印加電圧が３．３Ｖ時から位相制御を開始することにより誤った位相差情報を取り込むことなく、安定して確実に振動型モータ（振動波モータ）を起動及び駆動することが可能となる。
【００７７】
以上の動作は起動時（加速時）の動作であるが、停止時（減速時）も同様に作動することはもちろんである。
【００７８】
【発明の効果】
以上説明してきたように、本発明の請求項１，２，３，４，６，８，９，１０，１１，１２，１３，１５の発明によれば振動波モータの駆動条件としての電圧を駆動途中で例えば、高い周波数帯で低い電圧に設定されている状態から低い周波数帯への周波数の変更にともない、高い電圧に切り替えた場合においても、振動波モータの駆動状態を正しく検知することができるため、安定して確実な駆動が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の振動型モータ装置の一例を示すブロック図である。
【図２】本発明の振動型モータのモータ駆動特性を示す説明図である。
【図３】図１の装置の動作を説明するためのフローチャートである。
【図４】図１のモータドライバ１３の電圧波形を示す波形図である。
【符号の説明】
１  制御回路
２  マイクロコンピュータ
３  発振回路
６  位相比較回路
７、８  コンパレータ回路
１２  振動波モータ駆動ロジック回路
１３  モータドライバ
１４、１５  コイル
１９  振動波モータ
３４  電池
３６  書換え可能な記憶手段（ＥＥＰＲＯＭ）
３７  通信手段
３８  外部回路
【図１】
0004072228.tif 000002
【図２】
0004072228.tif 000003
【図３】
0004072228.tif 000004
【図４】
0004072228.tif 000005