JP2004336906A - 駆動制御回路及び駆動制御方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】駆動を急激に停止した後に発生するうなりを検出することにより、複数の共振モードを利用する超音波モータの駆動信号の移相量を決定することができる超音波モータの駆動制御回路及び駆動制御方法を提供する。
【解決手段】本発明の駆動制御回路２は、少なくとも２つの共振振動を利用する超音波モータ１を駆動制御する。この駆動制御回路２は、所定の駆動周波数を持つ駆動信号に基づいて、超音波モータ１を駆動する駆動手段と、駆動手段による超音波モータ１の駆動を停止した後、２つの共振振動によって発生する減衰振動波形を検出し、この検出された減衰振動波形に基づいて、２つの共振振動によるうなりを検出するうなり検出部７０と、うなり検出部７０によって検出されたうなりに基づいて、超音波モータ１を駆動する駆動信号を調整するΔｆ測定制御部８０とを備えている。
【選択図】図１
【解決手段】本発明の駆動制御回路２は、少なくとも２つの共振振動を利用する超音波モータ１を駆動制御する。この駆動制御回路２は、所定の駆動周波数を持つ駆動信号に基づいて、超音波モータ１を駆動する駆動手段と、駆動手段による超音波モータ１の駆動を停止した後、２つの共振振動によって発生する減衰振動波形を検出し、この検出された減衰振動波形に基づいて、２つの共振振動によるうなりを検出するうなり検出部７０と、うなり検出部７０によって検出されたうなりに基づいて、超音波モータ１を駆動する駆動信号を調整するΔｆ測定制御部８０とを備えている。
【選択図】図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、駆動制御回路及び駆動制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、圧電素子を有する圧電アクチュエータ（超音波モータ）を２つの共振モードで共振振動させる駆動方法が知られている（例えば、特許文献１など）。この特許文献１では、このような複数の共振モードを利用する超音波モータを単相で駆動するとき、２つの共振振動である縦振動と屈曲振動の共振周波数のいずれか一方とほぼ同じ駆動周波数で、かつその駆動周波数に対応する駆動信号と振動ピックアップ（検出信号）の位相差などで圧電素子を駆動している。
しかしながら、超音波モータの個体差や、摩擦などによる経時劣化により、共振モード間の周波数関係が変動した場合には、その状態に見合った最適な駆動周波数により超音波モータの圧電素子を駆動することができず、駆動特性（共振特性）が低下してしまう場合があるという問題があった。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−２６８９５３号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、駆動を急激に停止した後に発生するうなりを検出することにより、複数の共振モードを利用する超音波モータの駆動信号の移相量を決定することができる超音波モータの駆動制御回路及び駆動制御方法を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の一態様において、本発明の駆動制御回路は、
少なくとも２つの共振振動を利用して超音波モータを駆動制御する駆動制御回路であって、
所定の駆動周波数を持つ駆動信号に基づいて、前記超音波モータを駆動する駆動手段と、
前記駆動手段による前記超音波モータの駆動を停止した後、前記２つの共振振動によって発生する減衰振動波形を検出する波形検出手段と、
前記波形検出手段によって検出された減衰振動波形に基づいて、前記２つの共振振動によるうなりを検出するうなり検出手段と、
前記うなり検出手段によって検出された前記うなりに基づいて、前記超音波モータを駆動する駆動信号を調整する駆動周波数調整手段と、
を備えることを特徴とする。
【０００６】
本発明の駆動制御回路によれば、超音波モータの駆動を停止した際に少なくとも２つの共振振動に基づいて発生するうなりを検出し、その検出されたうなりに応じて、超音波モータを駆動制御する駆動信号を調整する。
したがって、本発明の駆動制御回路によって、超音波モータの個体差（同一製品における個体差）、その経時変化、あるいは温度変化などの環境変化等により、駆動制御回路が実現すべき移相量を最適値に設定することができる（超音波モータが常に最適な共振周波数で駆動できる）ので、典型的には以下のような効果を奏する。すなわち、本発明によって、超音波モータの駆動特性のばらつきが減少するとともに、摩擦による超音波モータの特性劣化が減少する。また、駆動特性が多少悪いとしても、駆動信号を調整可能であるので、超音波モータ及び駆動制御回路を製造する際の歩留まりが向上し、それによって、製品の低コスト化に寄与する。
【０００７】
ここで、好ましくは、前記うなり検出手段は、前記うなりの周波数あるいは周期を検出する。この場合において、前記駆動周波数調整手段は、前記うなりの周波数又は周期に基づいて、前記駆動手段から出力される駆動信号波形の位相を遅らせる所定の移相量を決定するよう構成されてもよい。そして、本発明の駆動制御回路は、好ましくは、前記駆動周波数調整手段によって決定された前記所定の移相量に応じて、前記駆動信号の波形の位相を遅らせる移相手段を更に備える。
【０００８】
また、本発明の駆動制御回路は、前記うなりの周波数又は周期に対する前記駆動信号波形の移相量をルックアップテーブルとして予め保存しているメモリを備えてもよい。
さらに、本発明の駆動制御回路は、好ましくは、前記所定の駆動周波数を記憶する記憶手段を更に備える。この場合において、前記記憶手段は、前記うなり検出手段によって検出されたうなりに基づいて、前記駆動周波数調整手段が前記駆動信号を調整した際には、既に記憶されている前記所定の駆動周波数を該調整された駆動信号の駆動周波数に更新して記憶するよう構成されてもよい。このように、調整（設定）後の駆動周波数（移相量）を記憶し、次回の駆動時に利用することにより、超音波モータ１の経時変化に容易に対応することができる。
【０００９】
本発明の駆動制御回路では、好ましくは、前記超音波モータは、長手方向を有する板状の圧電素子と補強部とが積層され、該圧電素子に交流電圧を印加することにより振動する振動体と、前記振動体の長手方向の一端部が駆動対象に当接するように前記振動体を振動可能に支持する支持部材とを備えている。
この場合、好ましくは、前記振動体は、前記圧電素子の伸縮により、前記長手方向に伸縮する縦振動と、前記長手方向と直交する幅方向に揺動する屈曲振動とを生じるようになされており、
前記超音波モータは、前記縦振動及び屈曲振動が組合わさった振動による前記一端部の変位によって前記駆動対象を駆動するよう構成される。
【００１０】
ここで、好ましくは、前記少なくとも２つの共振振動は、前記縦振動と前記屈曲振動とを含む。
また、本発明の別の態様において、本発明の一実施形態における駆動制御方法は、
少なくとも２つの共振振動を利用して超音波モータを駆動制御する駆動制御方法であって、
所定の駆動周波数を持つ駆動信号で、前記超音波モータを一定時間駆動し、その駆動を急激に停止して、前記少なくとも２つの共振振動によって発生する減衰振動波形から前記少なくとも２つの共振振動によるうなりを検出し、このうなりに基づいて、前記超音波モータを駆動する駆動信号を調整することを特徴とする。
【００１１】
ここで、好ましくは、前記検出されたうなりは、うなりの周波数あるいは周期であり、
該うなりの周波数又は周期に基づいて、前記駆動信号の波形の位相を遅らせるための所定の移相量を決定し、該駆動信号波形の位相を遅らせることにより、前記超音波モータの駆動信号を調整してもよい。
【００１２】
また、好ましくは、本発明の駆動制御方法は、前記所定の駆動周波数をメモリに記憶するステップを更に有する。
さらに、好ましくは、本発明の駆動制御方法は、前記検出されたうなりに基づいて、前記駆動信号を調整した際には、前記メモリに記憶されている前記所定の駆動周波数を該調整された駆動信号の駆動周波数に更新して記憶するステップを更に有する。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図１〜図５を参照して本発明の駆動制御回路及び駆動制御方法の好適実施形態を詳細に説明する。なお、この実施の形態は例示として挙げるものであり、これにより本発明を限定的に解釈すべきではない。
まず、構成を説明する。図１は、本発明の一実施形態における超音波モータ及びその駆動制御回路の構成を示すブロック図であり、図２は、図１に示す振動体の斜視図である。以下、超音波モータ１の構成とその駆動制御回路２の構成とをそれぞれ詳細に説明する。
【００１４】
図１において、超音波モータ１は、圧電素子１１を備えた振動体１０と、この振動体１０の振動によって回転される駆動体としてのロータ２０とを備えて構成されている。
図２に示すように、振動体１０は、補強板１２と、この補強板１２を挟んで両側に配置（接着）された圧電素子１１と、これらの圧電素子１１上に配置された５つの電極１３Ａ〜１３Ｅとを積層して構成されている。補強板１２は、略矩形平板状に形成され、振動体１０全体を補強する機能を有しており、振動体１０が過振幅、外力等によって損傷するのを防止する。補強板１２の構成材料としては、特に限定されないが、例えば、ステンレス鋼、アルミニウム又はアルミニウム合金、チタン又はチタン合金、銅又は銅系合金等の各種金属材料であるのが好ましい。この補強板１２は、圧電素子１１よりも厚さが薄い（小さい）ものであることが好ましい。これにより、振動体１０を高効率で振動させることができる。
【００１５】
また、図１及び図２に示すように、補強板１２には、長手方向の一端側に突起部（接触部）１７が一体的に形成されている。なお、補強板１２は、図示しない支持部を介して筐体などに取り付けられている。それにより、振動体１０は、この図示しない支持部（補強板１２の一部）を介して支持されている。この支持部は、弾性（可撓性）を有しており、比較的柔軟になっていることから、振動体１０の振動の拘束を少なくするとともに、筺体に対し振動を遮断する機能を有している。この支持部は、突起部１７がロータ２０の外周面に所定の付勢力で当接するように設けられることが好ましい。
【００１６】
圧電素子１１は、補強板１２と略同一形状で、それぞれ長方形状をなし、所定の交流電圧を印加することにより、その長手方向（長辺の方向）に伸張・収縮（伸縮）する。すなわち、圧電素子１１は、交流電圧が印加されることで圧電効果により、印加される電界の方向と一致する方向又は直行する方向に変位するものである。
【００１７】
これらの圧電素子１１の表面は、例えば、蒸着等によりニッケルめっき層及び金めっき層が形成され、電圧を印加するための電極１３Ａ〜１３Ｅが設けられている（図２参照）。また、各圧電素子１１の表面は、該圧電素子１１を幅方向に略三等分するように二本の溝が形成されている。さらに、これらの溝で分割された三つの領域のうち、両側の領域では長手方向を略二等分するように溝が形成されている。
【００１８】
このため、振動体１０の一方の表面にある電極１３Ａ〜１３Ｅは、互いに電気的に絶縁された五つの電極１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃ、１３Ｄ、１３Ｅから構成されている。そして、本実施形態では、幅方向中心の電極１３Ｃと、この電極１３Ｃを挟んで対角線状に配置された２つの電極１３Ａ、１３Ｅとにより超音波モータ１の駆動電極（駆動手段の一部を構成）が構成されている。一方、残りの２つの電極１３Ｂ、１３Ｄにより振動検出用電極が構成されている。
【００１９】
このように構成された振動体１０では、振動体１０の圧電素子１１に駆動信号を加えることで突起部１７は楕円軌道を描く。すなわち、各電極１３Ａ、１３Ｃ、１３Ｅに駆動信号を印加すると、各電極に対応する圧電素子１１は、それぞれ長手方向に伸縮運動（縦振動）する。この際、電極１３Ｃの伸縮量に対して電極１３Ａ、１３Ｅの部分の伸縮量は小さいため、振動体１０には、幅方向に捻るモーメントが発生する。そして、このモーメントにより、振動体１０の幅方向に揺動する屈曲運動（屈曲振動）が誘発される。このため、振動体１０の突起部１７は、前記縦振動及び屈曲運動により楕円軌道を描いて運動する。
なお、超音波モータ１、すなわち、振動体１０の共振周波数は、振動体１０の形状等によって設定（決定）されるものである。
【００２０】
一方、振動体１０の縦振動及び屈曲振動に応じて電極１３Ｂ、１３Ｄに対応する圧電素子１１も振動し、その振動によって発電する。従って、振動検出用電極１３Ｂ、１３Ｄからは振動に対応して信号（交流電流）が出力される。したがって、これらの振動検出用電極１３Ｂ、１３Ｄにより、超音波モータ１の振動（状態）を検出する振動検出手段が構成されている。
振動体１０の突起部１７が楕円軌道を描くと、突起部１７が接触するロータ２０に円周方向の分力が働き、ロータ２０が回転する。このロータ２０の回転速度は、前記振動体１０の振動周波数や振動量（変位量）によって調整することができる。
【００２１】
次に、超音波モータ１の駆動制御回路２について詳細に説明する。図１に示すように、本発明の駆動制御回路２は、波形整形・インピーダンス整合部３０、フィルタ・移相部（移相手段）４０、電力増幅部５０、速度調整手段６０、記憶部（記憶手段）６４、うなり検出部（うなり検出手段）７０、Δｆ測定制御部（駆動周波数調整手段）８０、メモリ（メモリ）８１を備えている。
【００２２】
速度調整手段６０は、ロータ２０の回転速度を検出するセンサ６１と、ロータの目標回転速度を設定する目標値設定部６２と、センサ６１で検出された回転速度と目標値設定部６２により設定された目標値との差に基づく制御信号を出力するＣＰＵ６３と、駆動信号制御部６５とを備えている。
波形整形・インピーダンス整合部３０の入力端子は、超音波モータ１に設けられた振動検出用電極１３Ｂ、１３Ｄに接続されている。波形整形・インピーダンス制御部３０は、超音波モータ１の振動検出用電極１３Ｂ、１３Ｄから得られた検出信号を所定の範囲の電圧値にした後、その信号を増幅する。増幅された信号は、図示しないカップリングコンデンサを介して出力され、フィルタ・移相部４０に入力される。
【００２３】
フィルタ・移相部４０は、波形整形・インピーダンス整合部３０からの入力信号を図示しない積分回路によって積分し、検出信号の急激な変動を吸収するとともに、図示しないハイパスフィルタによって、検出信号の不要な低周波成分を除去する。ここで、積分回路はローパス特性を持つので、フィルタ・移相部４０全体としてはバンドパス特性となる。
フィルタ・移相部４０は、超音波モータ１から波形整形・インピーダンス整合部３０によって検出された検出信号の位相を、超音波モータ１の共振周波数付近で所定角度変化（遅延）させる。このフィルタ・移相部４０により本発明の移相手段が構成されている。
【００２４】
フィルタ・移相部４０で変化（遅延）させる位相の所定角度（所定の移相量）は、後述するΔｆ測定制御部（駆動周波数調整手段）８０によって調整される前には、記憶部６４（又はメモリ８１）に記憶（格納）されていた値をＣＰＵ６３及びΔｆ測定制御部８０を介してフィルタ・移相部４０に入力することにより設定され、調整後には、Δｆ測定制御部８０を介してメモリ８１に格納されている値が設定される。なお、この移相量の設定方法については後述する。この移相量の最適値は、超音波モータ１の個体差、経時変化、温度変化等により変動するものである。本発明では、フィルタ・移相部４０で設定される移相量は、後述するΔｆ測定制御部８０によって最適値に決定される。
電力増幅部５０は、フィルタ・移相部４０から出力された信号を電圧増幅した後、電流増幅し、駆動信号として超音波モータ１に出力する。上述のように、この駆動信号は、超音波モータ１の駆動電極１３Ａ、１３Ｃ、１３Ｅに入力される。
【００２５】
一方、図１に示すように、速度調整手段６０のセンサ６１は、ロータ２０、すなわち、超音波モータ１の回転状態を検出して所定のパルス信号などを出力するものであり、具体的には、公知のフォトリフレクタ、フォトインタラプタ、ＭＲセンサ等の各種の回転エンコーダ等である。
センサ６１からの検出信号（回転速度信号）は、ＣＰＵ６３に入力され、ロータ２０の回転速度が検出される。また、ＣＰＵ６３には、ロータ２０の目標回転速度を設定する目標値設定部６２からの目標値も入力される。この目標値設定部６２で設定される目標値は、利用者（ユーザ）が手動で設定してもよく、あるいは、ロータ２０で駆動される機器の状態に応じて自動的に設定されるものでもよい。
【００２６】
ＣＰＵ６３は、目標値設定部６２から入力された目標値と、センサ６１から入力された現在の回転速度とを比較し、その差を無くすための制御信号ＰＷＭｉｎ（パルス信号）（指令値）を駆動信号制御部６５に出力する。この制御信号ＰＷＭｉｎは、図４に示すようなパルス信号であり、このパルス信号のデューティ比を前記目標値及び実際の回転速度の差に応じて可変することで、ブレーキオフ状態（本実施形態では制御信号ＰＷＭｉｎがＬｏｗレベルの状態）、ブレーキオン状態（本実施形態では制御信号ＰＷＭｉｎがＨｉｇｈレベルの状態）の割合を変えて超音波モータ１（ロータ２０）の速度を制御する。したがって、この制御信号ＰＷＭｉｎはいわゆるパルス幅制御（ＰＷＭ制御）を行うための信号であり、超音波モータ１は基本的にパルス幅制御によって調速されている。
【００２７】
うなり検出部７０は、超音波モータ１からの検出信号（検出電圧）を入力され、うなりの極小部と極小部の間の時間（うなりの周期）あるいはその周波数を検出（計測）するものである。うなりの発生状況を図３に基づいて説明する。図３は、図１に示す駆動制御回路２のうなり検出部７０において検出されるうなりの概念図である。このうなりは、所定の駆動周波数（圧電素子１１の共振周波数付近）で超音波モータ１を駆動し、その後電力増幅部５０によりその駆動を急激に停止すると、超音波モータ１の縦振動と屈曲振動の共振周波数の差（２つの周波数の差がうなりの周波数になる）に起因して発生するものである。うなり検出部７０は、検出されたうなりの周期又は周波数をΔｆ測定制御部８０に出力する。なお、このうなり検出部７０は、縦振動と屈曲振動の２つの共振振動に起因して発生する減衰振動波形を検出する波形検出手段としても機能する。
【００２８】
Δｆ測定制御部８０は、うなり検出部７０から入力されたうなりの周期又は周波数と、メモリ８１に格納されているルックアップテーブル（うなりの周期又は周波数とフィルタ・移相部４０によって設定される移相量との関係を表すテーブル）とに基づいて、フィルタ・移相部４０によって設定する移相量を決定する。このルックアップテーブルは、超音波モータ１の種類などに応じて、予め実験などによってうなりの周期又は周波数に対する最適な移相量を決定して作成されたものである。
【００２９】
また、Δｆ測定制御部８０は、うなり検出部７０が超音波モータ１の検出信号からうなりを検出するために、ＣＰＵ６３から出力されるΔｆ測定スタート信号に基づいて、超音波モータ１の駆動をＯＮ／ＯＦＦする駆動ＯＮ／ＯＦＦ信号を電力増幅部５０に出力する。なお、Δｆ測定制御部８０は、フィルタ・移相部４０に移相量を設定した後、移相量設定完了通知をＣＰＵ６３に出力する。
【００３０】
次に、図５に示すフローチャートに基づいて、本発明の超音波モータ１及び駆動制御回路２の動作について説明する。図５は、本発明の駆動制御処理（駆動制御方法）を示すフローチャートである。この駆動制御処理は、超音波モータ１の図示しない電源により超音波モータ１を駆動する際に実行される。
超音波モータ１の停止状態から所定のスイッチを接続する（電源をオンする）などすると、Δｆ測定制御部８０は、超音波モータ１を駆動する駆動信号の位相をずらす（遅延する）ために、フィルタ・移相部４０に所定の移相量をセットする（ステップＳ１０１）。この所定の移相量は、上述のように、駆動制御回路２の製造時にメモリ８１に予め設定されていてもよく、メモリ８１に格納された前回の駆動時に決定された最適な移相量でもよい。このようにして、超音波モータ１が駆動される（ステップＳ１０２）。なお、フィルタ・移相部４０に所定の移相量がセットされ、超音波モータ１を駆動すると、振動体１０が振動を開始し、その振動に応じた検出信号（検出電圧）が電極１３Ｂ、１３Ｄから波形整形・インピーダンス整合部３０（及びうなり検出部７０）に入力される。
【００３１】
ステップＳ１０３において、ＣＰＵ６３は、うなり検出部７０及びΔｆ測定制御部８０を介して入力される検出電圧が一定値以上になったか否かを判断し、一定値になるまでこの状態で待機する。なお、この一定値（一定の電圧値）とは、例えば、超音波モータ１の振動検出用電極１３Ｂ、１３Ｄから得られた検出信号が、波形整形・インピーダンス整合部３０、フィルタ・移相部４０及び電力増幅部５０を介して再び超音波モータ１の駆動電極１３Ａ、１３Ｃ、１３Ｅに入力される信号ループで電圧ゲインが１となるときの電圧値をいう。しかしながら、本発明では、上記一定値はこの値に限定されず、駆動電圧と検出電圧が所定の割合になるときの電圧値など、後述するようにうなり検出部７０でうなりが検出可能な値であればよい。
【００３２】
うなり検出部７０によって検出された検出電圧が一定以上に達すると、ＣＰＵ６３は、Δｆ測定制御部８０にΔｆ測定スタート信号を出力し、その信号を受けたΔｆ測定制御部８０は、電力増幅部５０に駆動ＯＦＦ信号を入力して、電力増幅部５０の増幅率を「０」にすることにより、超音波モータ１の駆動を急激に停止する（ステップＳ１０４）。超音波モータ１が駆動中に急激に停止すると、超音波モータの縦振動及び屈曲振動がそれぞれ自由に減衰振動を始める。
【００３３】
そして、その２つの共振振動モードの共振周波数の差に基づいて、うなり検出部７０は、図３に示すようなうなりを含む検出信号（検出電圧）を検出し、その検出信号の最初に極小になる瞬間と次に極小となる瞬間の間の時間を計測する（ステップＳ１０５）。図３にも示しているように、この期間がうなりの周期となる。うなり検出部７０は、その計測された周期に基づいて、うなりの周波数を検出し（ステップＳ１０６）、その検出されたうなりの周波数をΔｆ測定制御部８０に出力する。
【００３４】
うなりの周波数（うなりの周期でもよい）を受けたΔｆ測定制御部８０は、メモリ８１に格納されているうなり周波数（うなり周期）−移相量ルックアップテーブルを参照して、検出されたうなり周波数に対応する移相量（検出信号を移相させる量）を決定する（ステップＳ１０７）。なお、このうなり周波数−移相量ルックアップテーブルは、駆動する超音波モータに応じてうなり周波数と最適な移相量とを予め測定し、その測定結果に基づいて作成され、ＥＥＲＯＭなどから構成されるメモリ８１に記録（保存）されている。これにより、多くの種類の超音波モータ１で同一の駆動制御回路２を共用することができるので、駆動制御回路２の製造コストを低減することができる。
【００３５】
Δｆ測定制御部８０がこのように決定した移相量をフィルタ・移相部４０に出力すると、フィルタ・移相部４０は、超音波モータ１の駆動時に設定された移相量（所定の移相量）から決定された移相量に設定を変更する（ステップＳ１０８）。新しい移相量の設定が完了すると、Δｆ測定制御部８０は、移相量設定完了通知をＣＰＵ６３に出力し、この駆動制御処理を終了する。
【００３６】
そして、このように最適な移相量を決定及び設定すると、超音波モータ１及び駆動制御回路２は、ＣＰＵ６３が目標値設定部６２により設定された目標値に基づいて駆動信号制御部６５に指令値を与え、通常の駆動制御（目標値に対する回転制御）を実施する。この通常の駆動制御は、本発明の駆動制御回路２及び駆動制御方法においてはあまり重要でないので、その説明を省略する。
【００３７】
なお、図４は、図１に示す駆動制御回路の各点において検出される電圧波形である。この図４に示すように、実際には、超音波モータ１からの検出信号（Ｃｉｎ）は、ＰＷＭ駆動制御信号（ＰＷＭｉｎ）のＯＦＦ状態においても、うなりを検出することができる。そのため、本発明の駆動制御回路及び駆動制御方法では、Δｆ測定制御部８０が超音波モータ１の駆動を完全に停止させることなく、うなり検出部７０は、うなりの周波数又は周期を検出することもできる。このＰＷＭ駆動制御信号のＯＦＦ状態も、超音波モータ１の駆動の停止状態と考えることができる（駆動停止状態に含まれる）。
【００３８】
また、本発明の駆動制御方法では、上記駆動制御処理を実行することにより、一度移相量を決定した後、ＣＰＵ６３は、決定した移相量（駆動周波数なども含む）を記憶部６４に記憶し、次回の駆動（起動）時にはその移相量をフィルタ・移相部４０に設定するよう構成されていてもよい。このように、記憶されている移相量を更新することにより、超音波モータ１の経時変化に対応することができる。
【００３９】
以上説明したように、本発明の駆動制御回路２は、少なくとも２つの共振振動を利用する超音波モータ１を駆動制御する駆動制御回路２であって、所定の駆動周波数（記憶手段６４に記憶されたもの）を持つ駆動信号に基づいて、超音波モータ１を駆動する駆動手段（速度調整手段６０、電力増幅部５０など）と、Δｆ測定制御部８０によって超音波モータ１の駆動を停止した後、２つの共振振動によって発生する減衰振動波形を検出し、この検出された減衰振動波形に基づいて、２つの共振振動により発生するうなりを検出するうなり検出部７０と、うなり検出部７０によって検出されたうなりの周波数又は周期に基づいて、超音波モータ１を駆動する駆動信号を調整する駆動周波数調整手段（Δｆ測定制御部８０）とを備えることとした。
【００４０】
また、この駆動周波数調整手段は、うなりの周波数又は周期と移相量との関係を示すルックアップテーブル（メモリ８１に格納）に応じて、超音波モータ１の駆動信号を所定の位相だけ移動（遅延）するための移相量を決定し、移相手段（フィルタ・移相部４０）がその移相量に対応して駆動信号波形を移相させることにより、超音波モータ１の駆動信号を調整することとした。
【００４１】
したがって、本発明の駆動制御回路２及び駆動制御方法によって、超音波モータ１の個体差（同一製品における個体差）、その経時変化、あるいは温度変化などの環境変化等により、駆動制御回路２が実現すべき移相量を最適値に設定することができる（超音波モータ１が常に最適な共振周波数で駆動できる）ので、典型的には以下のような効果を奏する。すなわち、本発明によって、超音波モータ１の駆動特性のばらつきが減少するとともに、摩擦による超音波モータ１の特性劣化が減少する。また、駆動特性が多少悪いとしても、駆動信号を調整可能であるので、超音波モータ１及び駆動制御回路２を製造する際の歩留まりが向上し、それによって、製品の低コスト化に寄与する。
以上、本発明の駆動制御回路の構成を、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、本発明の駆動制御回路に、他の任意の構成物が付加されていてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の超音波モータ及び駆動制御回路の構成を示すブロック図である。
【図２】図１に示す超音波モータの振動体の斜視図である。
【図３】図１に示す駆動制御回路のうなり検出部において検出されるうなりの概念図である。
【図４】図１に示す駆動制御回路の各点において検出される電圧波形である。
【図５】本発明の駆動制御処理（駆動制御方法）を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１……超音波モータ ２……駆動制御回路 １０……振動体 １１……圧電素子 １２……補強板 １３Ａ、１３Ｃ、１３Ｅ……駆動電極 １３Ｂ、１３Ｄ……振動検出用電極 １７……突起部（接触部） ２０……ロータ（駆動体） ３０……波形整形・インピーダンス整合部 ４０……フィルタ・移相部（移相手段） ５０……電力増幅部 ６０……速度調整手段 ６１……センサ ６２……目標値設定部 ６３……ＣＰＵ ６４……記憶部（記憶手段） ６５……駆動信号制御部 ７０……うなり検出部 ８０……Δｆ測定制御部 ８１……メモリ Ｓ１０１〜Ｓ１０８……ステップ
【発明の属する技術分野】
本発明は、駆動制御回路及び駆動制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、圧電素子を有する圧電アクチュエータ（超音波モータ）を２つの共振モードで共振振動させる駆動方法が知られている（例えば、特許文献１など）。この特許文献１では、このような複数の共振モードを利用する超音波モータを単相で駆動するとき、２つの共振振動である縦振動と屈曲振動の共振周波数のいずれか一方とほぼ同じ駆動周波数で、かつその駆動周波数に対応する駆動信号と振動ピックアップ（検出信号）の位相差などで圧電素子を駆動している。
しかしながら、超音波モータの個体差や、摩擦などによる経時劣化により、共振モード間の周波数関係が変動した場合には、その状態に見合った最適な駆動周波数により超音波モータの圧電素子を駆動することができず、駆動特性（共振特性）が低下してしまう場合があるという問題があった。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−２６８９５３号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、駆動を急激に停止した後に発生するうなりを検出することにより、複数の共振モードを利用する超音波モータの駆動信号の移相量を決定することができる超音波モータの駆動制御回路及び駆動制御方法を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の一態様において、本発明の駆動制御回路は、
少なくとも２つの共振振動を利用して超音波モータを駆動制御する駆動制御回路であって、
所定の駆動周波数を持つ駆動信号に基づいて、前記超音波モータを駆動する駆動手段と、
前記駆動手段による前記超音波モータの駆動を停止した後、前記２つの共振振動によって発生する減衰振動波形を検出する波形検出手段と、
前記波形検出手段によって検出された減衰振動波形に基づいて、前記２つの共振振動によるうなりを検出するうなり検出手段と、
前記うなり検出手段によって検出された前記うなりに基づいて、前記超音波モータを駆動する駆動信号を調整する駆動周波数調整手段と、
を備えることを特徴とする。
【０００６】
本発明の駆動制御回路によれば、超音波モータの駆動を停止した際に少なくとも２つの共振振動に基づいて発生するうなりを検出し、その検出されたうなりに応じて、超音波モータを駆動制御する駆動信号を調整する。
したがって、本発明の駆動制御回路によって、超音波モータの個体差（同一製品における個体差）、その経時変化、あるいは温度変化などの環境変化等により、駆動制御回路が実現すべき移相量を最適値に設定することができる（超音波モータが常に最適な共振周波数で駆動できる）ので、典型的には以下のような効果を奏する。すなわち、本発明によって、超音波モータの駆動特性のばらつきが減少するとともに、摩擦による超音波モータの特性劣化が減少する。また、駆動特性が多少悪いとしても、駆動信号を調整可能であるので、超音波モータ及び駆動制御回路を製造する際の歩留まりが向上し、それによって、製品の低コスト化に寄与する。
【０００７】
ここで、好ましくは、前記うなり検出手段は、前記うなりの周波数あるいは周期を検出する。この場合において、前記駆動周波数調整手段は、前記うなりの周波数又は周期に基づいて、前記駆動手段から出力される駆動信号波形の位相を遅らせる所定の移相量を決定するよう構成されてもよい。そして、本発明の駆動制御回路は、好ましくは、前記駆動周波数調整手段によって決定された前記所定の移相量に応じて、前記駆動信号の波形の位相を遅らせる移相手段を更に備える。
【０００８】
また、本発明の駆動制御回路は、前記うなりの周波数又は周期に対する前記駆動信号波形の移相量をルックアップテーブルとして予め保存しているメモリを備えてもよい。
さらに、本発明の駆動制御回路は、好ましくは、前記所定の駆動周波数を記憶する記憶手段を更に備える。この場合において、前記記憶手段は、前記うなり検出手段によって検出されたうなりに基づいて、前記駆動周波数調整手段が前記駆動信号を調整した際には、既に記憶されている前記所定の駆動周波数を該調整された駆動信号の駆動周波数に更新して記憶するよう構成されてもよい。このように、調整（設定）後の駆動周波数（移相量）を記憶し、次回の駆動時に利用することにより、超音波モータ１の経時変化に容易に対応することができる。
【０００９】
本発明の駆動制御回路では、好ましくは、前記超音波モータは、長手方向を有する板状の圧電素子と補強部とが積層され、該圧電素子に交流電圧を印加することにより振動する振動体と、前記振動体の長手方向の一端部が駆動対象に当接するように前記振動体を振動可能に支持する支持部材とを備えている。
この場合、好ましくは、前記振動体は、前記圧電素子の伸縮により、前記長手方向に伸縮する縦振動と、前記長手方向と直交する幅方向に揺動する屈曲振動とを生じるようになされており、
前記超音波モータは、前記縦振動及び屈曲振動が組合わさった振動による前記一端部の変位によって前記駆動対象を駆動するよう構成される。
【００１０】
ここで、好ましくは、前記少なくとも２つの共振振動は、前記縦振動と前記屈曲振動とを含む。
また、本発明の別の態様において、本発明の一実施形態における駆動制御方法は、
少なくとも２つの共振振動を利用して超音波モータを駆動制御する駆動制御方法であって、
所定の駆動周波数を持つ駆動信号で、前記超音波モータを一定時間駆動し、その駆動を急激に停止して、前記少なくとも２つの共振振動によって発生する減衰振動波形から前記少なくとも２つの共振振動によるうなりを検出し、このうなりに基づいて、前記超音波モータを駆動する駆動信号を調整することを特徴とする。
【００１１】
ここで、好ましくは、前記検出されたうなりは、うなりの周波数あるいは周期であり、
該うなりの周波数又は周期に基づいて、前記駆動信号の波形の位相を遅らせるための所定の移相量を決定し、該駆動信号波形の位相を遅らせることにより、前記超音波モータの駆動信号を調整してもよい。
【００１２】
また、好ましくは、本発明の駆動制御方法は、前記所定の駆動周波数をメモリに記憶するステップを更に有する。
さらに、好ましくは、本発明の駆動制御方法は、前記検出されたうなりに基づいて、前記駆動信号を調整した際には、前記メモリに記憶されている前記所定の駆動周波数を該調整された駆動信号の駆動周波数に更新して記憶するステップを更に有する。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図１〜図５を参照して本発明の駆動制御回路及び駆動制御方法の好適実施形態を詳細に説明する。なお、この実施の形態は例示として挙げるものであり、これにより本発明を限定的に解釈すべきではない。
まず、構成を説明する。図１は、本発明の一実施形態における超音波モータ及びその駆動制御回路の構成を示すブロック図であり、図２は、図１に示す振動体の斜視図である。以下、超音波モータ１の構成とその駆動制御回路２の構成とをそれぞれ詳細に説明する。
【００１４】
図１において、超音波モータ１は、圧電素子１１を備えた振動体１０と、この振動体１０の振動によって回転される駆動体としてのロータ２０とを備えて構成されている。
図２に示すように、振動体１０は、補強板１２と、この補強板１２を挟んで両側に配置（接着）された圧電素子１１と、これらの圧電素子１１上に配置された５つの電極１３Ａ〜１３Ｅとを積層して構成されている。補強板１２は、略矩形平板状に形成され、振動体１０全体を補強する機能を有しており、振動体１０が過振幅、外力等によって損傷するのを防止する。補強板１２の構成材料としては、特に限定されないが、例えば、ステンレス鋼、アルミニウム又はアルミニウム合金、チタン又はチタン合金、銅又は銅系合金等の各種金属材料であるのが好ましい。この補強板１２は、圧電素子１１よりも厚さが薄い（小さい）ものであることが好ましい。これにより、振動体１０を高効率で振動させることができる。
【００１５】
また、図１及び図２に示すように、補強板１２には、長手方向の一端側に突起部（接触部）１７が一体的に形成されている。なお、補強板１２は、図示しない支持部を介して筐体などに取り付けられている。それにより、振動体１０は、この図示しない支持部（補強板１２の一部）を介して支持されている。この支持部は、弾性（可撓性）を有しており、比較的柔軟になっていることから、振動体１０の振動の拘束を少なくするとともに、筺体に対し振動を遮断する機能を有している。この支持部は、突起部１７がロータ２０の外周面に所定の付勢力で当接するように設けられることが好ましい。
【００１６】
圧電素子１１は、補強板１２と略同一形状で、それぞれ長方形状をなし、所定の交流電圧を印加することにより、その長手方向（長辺の方向）に伸張・収縮（伸縮）する。すなわち、圧電素子１１は、交流電圧が印加されることで圧電効果により、印加される電界の方向と一致する方向又は直行する方向に変位するものである。
【００１７】
これらの圧電素子１１の表面は、例えば、蒸着等によりニッケルめっき層及び金めっき層が形成され、電圧を印加するための電極１３Ａ〜１３Ｅが設けられている（図２参照）。また、各圧電素子１１の表面は、該圧電素子１１を幅方向に略三等分するように二本の溝が形成されている。さらに、これらの溝で分割された三つの領域のうち、両側の領域では長手方向を略二等分するように溝が形成されている。
【００１８】
このため、振動体１０の一方の表面にある電極１３Ａ〜１３Ｅは、互いに電気的に絶縁された五つの電極１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃ、１３Ｄ、１３Ｅから構成されている。そして、本実施形態では、幅方向中心の電極１３Ｃと、この電極１３Ｃを挟んで対角線状に配置された２つの電極１３Ａ、１３Ｅとにより超音波モータ１の駆動電極（駆動手段の一部を構成）が構成されている。一方、残りの２つの電極１３Ｂ、１３Ｄにより振動検出用電極が構成されている。
【００１９】
このように構成された振動体１０では、振動体１０の圧電素子１１に駆動信号を加えることで突起部１７は楕円軌道を描く。すなわち、各電極１３Ａ、１３Ｃ、１３Ｅに駆動信号を印加すると、各電極に対応する圧電素子１１は、それぞれ長手方向に伸縮運動（縦振動）する。この際、電極１３Ｃの伸縮量に対して電極１３Ａ、１３Ｅの部分の伸縮量は小さいため、振動体１０には、幅方向に捻るモーメントが発生する。そして、このモーメントにより、振動体１０の幅方向に揺動する屈曲運動（屈曲振動）が誘発される。このため、振動体１０の突起部１７は、前記縦振動及び屈曲運動により楕円軌道を描いて運動する。
なお、超音波モータ１、すなわち、振動体１０の共振周波数は、振動体１０の形状等によって設定（決定）されるものである。
【００２０】
一方、振動体１０の縦振動及び屈曲振動に応じて電極１３Ｂ、１３Ｄに対応する圧電素子１１も振動し、その振動によって発電する。従って、振動検出用電極１３Ｂ、１３Ｄからは振動に対応して信号（交流電流）が出力される。したがって、これらの振動検出用電極１３Ｂ、１３Ｄにより、超音波モータ１の振動（状態）を検出する振動検出手段が構成されている。
振動体１０の突起部１７が楕円軌道を描くと、突起部１７が接触するロータ２０に円周方向の分力が働き、ロータ２０が回転する。このロータ２０の回転速度は、前記振動体１０の振動周波数や振動量（変位量）によって調整することができる。
【００２１】
次に、超音波モータ１の駆動制御回路２について詳細に説明する。図１に示すように、本発明の駆動制御回路２は、波形整形・インピーダンス整合部３０、フィルタ・移相部（移相手段）４０、電力増幅部５０、速度調整手段６０、記憶部（記憶手段）６４、うなり検出部（うなり検出手段）７０、Δｆ測定制御部（駆動周波数調整手段）８０、メモリ（メモリ）８１を備えている。
【００２２】
速度調整手段６０は、ロータ２０の回転速度を検出するセンサ６１と、ロータの目標回転速度を設定する目標値設定部６２と、センサ６１で検出された回転速度と目標値設定部６２により設定された目標値との差に基づく制御信号を出力するＣＰＵ６３と、駆動信号制御部６５とを備えている。
波形整形・インピーダンス整合部３０の入力端子は、超音波モータ１に設けられた振動検出用電極１３Ｂ、１３Ｄに接続されている。波形整形・インピーダンス制御部３０は、超音波モータ１の振動検出用電極１３Ｂ、１３Ｄから得られた検出信号を所定の範囲の電圧値にした後、その信号を増幅する。増幅された信号は、図示しないカップリングコンデンサを介して出力され、フィルタ・移相部４０に入力される。
【００２３】
フィルタ・移相部４０は、波形整形・インピーダンス整合部３０からの入力信号を図示しない積分回路によって積分し、検出信号の急激な変動を吸収するとともに、図示しないハイパスフィルタによって、検出信号の不要な低周波成分を除去する。ここで、積分回路はローパス特性を持つので、フィルタ・移相部４０全体としてはバンドパス特性となる。
フィルタ・移相部４０は、超音波モータ１から波形整形・インピーダンス整合部３０によって検出された検出信号の位相を、超音波モータ１の共振周波数付近で所定角度変化（遅延）させる。このフィルタ・移相部４０により本発明の移相手段が構成されている。
【００２４】
フィルタ・移相部４０で変化（遅延）させる位相の所定角度（所定の移相量）は、後述するΔｆ測定制御部（駆動周波数調整手段）８０によって調整される前には、記憶部６４（又はメモリ８１）に記憶（格納）されていた値をＣＰＵ６３及びΔｆ測定制御部８０を介してフィルタ・移相部４０に入力することにより設定され、調整後には、Δｆ測定制御部８０を介してメモリ８１に格納されている値が設定される。なお、この移相量の設定方法については後述する。この移相量の最適値は、超音波モータ１の個体差、経時変化、温度変化等により変動するものである。本発明では、フィルタ・移相部４０で設定される移相量は、後述するΔｆ測定制御部８０によって最適値に決定される。
電力増幅部５０は、フィルタ・移相部４０から出力された信号を電圧増幅した後、電流増幅し、駆動信号として超音波モータ１に出力する。上述のように、この駆動信号は、超音波モータ１の駆動電極１３Ａ、１３Ｃ、１３Ｅに入力される。
【００２５】
一方、図１に示すように、速度調整手段６０のセンサ６１は、ロータ２０、すなわち、超音波モータ１の回転状態を検出して所定のパルス信号などを出力するものであり、具体的には、公知のフォトリフレクタ、フォトインタラプタ、ＭＲセンサ等の各種の回転エンコーダ等である。
センサ６１からの検出信号（回転速度信号）は、ＣＰＵ６３に入力され、ロータ２０の回転速度が検出される。また、ＣＰＵ６３には、ロータ２０の目標回転速度を設定する目標値設定部６２からの目標値も入力される。この目標値設定部６２で設定される目標値は、利用者（ユーザ）が手動で設定してもよく、あるいは、ロータ２０で駆動される機器の状態に応じて自動的に設定されるものでもよい。
【００２６】
ＣＰＵ６３は、目標値設定部６２から入力された目標値と、センサ６１から入力された現在の回転速度とを比較し、その差を無くすための制御信号ＰＷＭｉｎ（パルス信号）（指令値）を駆動信号制御部６５に出力する。この制御信号ＰＷＭｉｎは、図４に示すようなパルス信号であり、このパルス信号のデューティ比を前記目標値及び実際の回転速度の差に応じて可変することで、ブレーキオフ状態（本実施形態では制御信号ＰＷＭｉｎがＬｏｗレベルの状態）、ブレーキオン状態（本実施形態では制御信号ＰＷＭｉｎがＨｉｇｈレベルの状態）の割合を変えて超音波モータ１（ロータ２０）の速度を制御する。したがって、この制御信号ＰＷＭｉｎはいわゆるパルス幅制御（ＰＷＭ制御）を行うための信号であり、超音波モータ１は基本的にパルス幅制御によって調速されている。
【００２７】
うなり検出部７０は、超音波モータ１からの検出信号（検出電圧）を入力され、うなりの極小部と極小部の間の時間（うなりの周期）あるいはその周波数を検出（計測）するものである。うなりの発生状況を図３に基づいて説明する。図３は、図１に示す駆動制御回路２のうなり検出部７０において検出されるうなりの概念図である。このうなりは、所定の駆動周波数（圧電素子１１の共振周波数付近）で超音波モータ１を駆動し、その後電力増幅部５０によりその駆動を急激に停止すると、超音波モータ１の縦振動と屈曲振動の共振周波数の差（２つの周波数の差がうなりの周波数になる）に起因して発生するものである。うなり検出部７０は、検出されたうなりの周期又は周波数をΔｆ測定制御部８０に出力する。なお、このうなり検出部７０は、縦振動と屈曲振動の２つの共振振動に起因して発生する減衰振動波形を検出する波形検出手段としても機能する。
【００２８】
Δｆ測定制御部８０は、うなり検出部７０から入力されたうなりの周期又は周波数と、メモリ８１に格納されているルックアップテーブル（うなりの周期又は周波数とフィルタ・移相部４０によって設定される移相量との関係を表すテーブル）とに基づいて、フィルタ・移相部４０によって設定する移相量を決定する。このルックアップテーブルは、超音波モータ１の種類などに応じて、予め実験などによってうなりの周期又は周波数に対する最適な移相量を決定して作成されたものである。
【００２９】
また、Δｆ測定制御部８０は、うなり検出部７０が超音波モータ１の検出信号からうなりを検出するために、ＣＰＵ６３から出力されるΔｆ測定スタート信号に基づいて、超音波モータ１の駆動をＯＮ／ＯＦＦする駆動ＯＮ／ＯＦＦ信号を電力増幅部５０に出力する。なお、Δｆ測定制御部８０は、フィルタ・移相部４０に移相量を設定した後、移相量設定完了通知をＣＰＵ６３に出力する。
【００３０】
次に、図５に示すフローチャートに基づいて、本発明の超音波モータ１及び駆動制御回路２の動作について説明する。図５は、本発明の駆動制御処理（駆動制御方法）を示すフローチャートである。この駆動制御処理は、超音波モータ１の図示しない電源により超音波モータ１を駆動する際に実行される。
超音波モータ１の停止状態から所定のスイッチを接続する（電源をオンする）などすると、Δｆ測定制御部８０は、超音波モータ１を駆動する駆動信号の位相をずらす（遅延する）ために、フィルタ・移相部４０に所定の移相量をセットする（ステップＳ１０１）。この所定の移相量は、上述のように、駆動制御回路２の製造時にメモリ８１に予め設定されていてもよく、メモリ８１に格納された前回の駆動時に決定された最適な移相量でもよい。このようにして、超音波モータ１が駆動される（ステップＳ１０２）。なお、フィルタ・移相部４０に所定の移相量がセットされ、超音波モータ１を駆動すると、振動体１０が振動を開始し、その振動に応じた検出信号（検出電圧）が電極１３Ｂ、１３Ｄから波形整形・インピーダンス整合部３０（及びうなり検出部７０）に入力される。
【００３１】
ステップＳ１０３において、ＣＰＵ６３は、うなり検出部７０及びΔｆ測定制御部８０を介して入力される検出電圧が一定値以上になったか否かを判断し、一定値になるまでこの状態で待機する。なお、この一定値（一定の電圧値）とは、例えば、超音波モータ１の振動検出用電極１３Ｂ、１３Ｄから得られた検出信号が、波形整形・インピーダンス整合部３０、フィルタ・移相部４０及び電力増幅部５０を介して再び超音波モータ１の駆動電極１３Ａ、１３Ｃ、１３Ｅに入力される信号ループで電圧ゲインが１となるときの電圧値をいう。しかしながら、本発明では、上記一定値はこの値に限定されず、駆動電圧と検出電圧が所定の割合になるときの電圧値など、後述するようにうなり検出部７０でうなりが検出可能な値であればよい。
【００３２】
うなり検出部７０によって検出された検出電圧が一定以上に達すると、ＣＰＵ６３は、Δｆ測定制御部８０にΔｆ測定スタート信号を出力し、その信号を受けたΔｆ測定制御部８０は、電力増幅部５０に駆動ＯＦＦ信号を入力して、電力増幅部５０の増幅率を「０」にすることにより、超音波モータ１の駆動を急激に停止する（ステップＳ１０４）。超音波モータ１が駆動中に急激に停止すると、超音波モータの縦振動及び屈曲振動がそれぞれ自由に減衰振動を始める。
【００３３】
そして、その２つの共振振動モードの共振周波数の差に基づいて、うなり検出部７０は、図３に示すようなうなりを含む検出信号（検出電圧）を検出し、その検出信号の最初に極小になる瞬間と次に極小となる瞬間の間の時間を計測する（ステップＳ１０５）。図３にも示しているように、この期間がうなりの周期となる。うなり検出部７０は、その計測された周期に基づいて、うなりの周波数を検出し（ステップＳ１０６）、その検出されたうなりの周波数をΔｆ測定制御部８０に出力する。
【００３４】
うなりの周波数（うなりの周期でもよい）を受けたΔｆ測定制御部８０は、メモリ８１に格納されているうなり周波数（うなり周期）−移相量ルックアップテーブルを参照して、検出されたうなり周波数に対応する移相量（検出信号を移相させる量）を決定する（ステップＳ１０７）。なお、このうなり周波数−移相量ルックアップテーブルは、駆動する超音波モータに応じてうなり周波数と最適な移相量とを予め測定し、その測定結果に基づいて作成され、ＥＥＲＯＭなどから構成されるメモリ８１に記録（保存）されている。これにより、多くの種類の超音波モータ１で同一の駆動制御回路２を共用することができるので、駆動制御回路２の製造コストを低減することができる。
【００３５】
Δｆ測定制御部８０がこのように決定した移相量をフィルタ・移相部４０に出力すると、フィルタ・移相部４０は、超音波モータ１の駆動時に設定された移相量（所定の移相量）から決定された移相量に設定を変更する（ステップＳ１０８）。新しい移相量の設定が完了すると、Δｆ測定制御部８０は、移相量設定完了通知をＣＰＵ６３に出力し、この駆動制御処理を終了する。
【００３６】
そして、このように最適な移相量を決定及び設定すると、超音波モータ１及び駆動制御回路２は、ＣＰＵ６３が目標値設定部６２により設定された目標値に基づいて駆動信号制御部６５に指令値を与え、通常の駆動制御（目標値に対する回転制御）を実施する。この通常の駆動制御は、本発明の駆動制御回路２及び駆動制御方法においてはあまり重要でないので、その説明を省略する。
【００３７】
なお、図４は、図１に示す駆動制御回路の各点において検出される電圧波形である。この図４に示すように、実際には、超音波モータ１からの検出信号（Ｃｉｎ）は、ＰＷＭ駆動制御信号（ＰＷＭｉｎ）のＯＦＦ状態においても、うなりを検出することができる。そのため、本発明の駆動制御回路及び駆動制御方法では、Δｆ測定制御部８０が超音波モータ１の駆動を完全に停止させることなく、うなり検出部７０は、うなりの周波数又は周期を検出することもできる。このＰＷＭ駆動制御信号のＯＦＦ状態も、超音波モータ１の駆動の停止状態と考えることができる（駆動停止状態に含まれる）。
【００３８】
また、本発明の駆動制御方法では、上記駆動制御処理を実行することにより、一度移相量を決定した後、ＣＰＵ６３は、決定した移相量（駆動周波数なども含む）を記憶部６４に記憶し、次回の駆動（起動）時にはその移相量をフィルタ・移相部４０に設定するよう構成されていてもよい。このように、記憶されている移相量を更新することにより、超音波モータ１の経時変化に対応することができる。
【００３９】
以上説明したように、本発明の駆動制御回路２は、少なくとも２つの共振振動を利用する超音波モータ１を駆動制御する駆動制御回路２であって、所定の駆動周波数（記憶手段６４に記憶されたもの）を持つ駆動信号に基づいて、超音波モータ１を駆動する駆動手段（速度調整手段６０、電力増幅部５０など）と、Δｆ測定制御部８０によって超音波モータ１の駆動を停止した後、２つの共振振動によって発生する減衰振動波形を検出し、この検出された減衰振動波形に基づいて、２つの共振振動により発生するうなりを検出するうなり検出部７０と、うなり検出部７０によって検出されたうなりの周波数又は周期に基づいて、超音波モータ１を駆動する駆動信号を調整する駆動周波数調整手段（Δｆ測定制御部８０）とを備えることとした。
【００４０】
また、この駆動周波数調整手段は、うなりの周波数又は周期と移相量との関係を示すルックアップテーブル（メモリ８１に格納）に応じて、超音波モータ１の駆動信号を所定の位相だけ移動（遅延）するための移相量を決定し、移相手段（フィルタ・移相部４０）がその移相量に対応して駆動信号波形を移相させることにより、超音波モータ１の駆動信号を調整することとした。
【００４１】
したがって、本発明の駆動制御回路２及び駆動制御方法によって、超音波モータ１の個体差（同一製品における個体差）、その経時変化、あるいは温度変化などの環境変化等により、駆動制御回路２が実現すべき移相量を最適値に設定することができる（超音波モータ１が常に最適な共振周波数で駆動できる）ので、典型的には以下のような効果を奏する。すなわち、本発明によって、超音波モータ１の駆動特性のばらつきが減少するとともに、摩擦による超音波モータ１の特性劣化が減少する。また、駆動特性が多少悪いとしても、駆動信号を調整可能であるので、超音波モータ１及び駆動制御回路２を製造する際の歩留まりが向上し、それによって、製品の低コスト化に寄与する。
以上、本発明の駆動制御回路の構成を、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、本発明の駆動制御回路に、他の任意の構成物が付加されていてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の超音波モータ及び駆動制御回路の構成を示すブロック図である。
【図２】図１に示す超音波モータの振動体の斜視図である。
【図３】図１に示す駆動制御回路のうなり検出部において検出されるうなりの概念図である。
【図４】図１に示す駆動制御回路の各点において検出される電圧波形である。
【図５】本発明の駆動制御処理（駆動制御方法）を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１……超音波モータ ２……駆動制御回路 １０……振動体 １１……圧電素子 １２……補強板 １３Ａ、１３Ｃ、１３Ｅ……駆動電極 １３Ｂ、１３Ｄ……振動検出用電極 １７……突起部（接触部） ２０……ロータ（駆動体） ３０……波形整形・インピーダンス整合部 ４０……フィルタ・移相部（移相手段） ５０……電力増幅部 ６０……速度調整手段 ６１……センサ ６２……目標値設定部 ６３……ＣＰＵ ６４……記憶部（記憶手段） ６５……駆動信号制御部 ７０……うなり検出部 ８０……Δｆ測定制御部 ８１……メモリ Ｓ１０１〜Ｓ１０８……ステップ
Claims (14)
- 少なくとも２つの共振振動を利用して超音波モータを駆動制御する駆動制御回路であって、
所定の駆動周波数を持つ駆動信号に基づいて、前記超音波モータを駆動する駆動手段と、
前記駆動手段による前記超音波モータの駆動を停止した後、前記２つの共振振動によって発生する減衰振動波形を検出する波形検出手段と、
前記波形検出手段によって検出された減衰振動波形に基づいて、前記２つの共振振動によるうなりを検出するうなり検出手段と、
前記うなり検出手段によって検出された前記うなりに基づいて、前記超音波モータを駆動する駆動信号を調整する駆動周波数調整手段と、
を備えることを特徴とする駆動制御回路。 - 前記うなり検出手段は、前記うなりの周波数あるいは周期を検出する請求項１に記載の駆動制御回路。
- 前記駆動周波数調整手段は、前記うなりの周波数又は周期に基づいて、前記駆動手段から出力される駆動信号波形の位相を遅らせる所定の移相量を決定する請求項２に記載の駆動制御回路。
- 前記駆動周波数調整手段によって決定された前記所定の移相量に応じて、前記駆動信号の波形の位相を遅らせる移相手段を更に備える請求項３に記載の駆動制御回路。
- 前記うなりの周波数又は周期に対する前記駆動信号波形の移相量をルックアップテーブルとして予め保存しているメモリを備える請求項３又は４に記載の駆動制御回路。
- 前記所定の駆動周波数を記憶する記憶手段を更に備える請求項１乃至５のいずれかに記載の駆動制御回路。
- 前記記憶手段は、前記うなり検出手段によって検出されたうなりに基づいて、前記駆動周波数調整手段が前記駆動信号を調整した際には、既に記憶されている前記所定の駆動周波数を該調整された駆動信号の駆動周波数に更新して記憶する請求項６に記載の駆動制御回路。
- 前記超音波モータは、長手方向を有する板状の圧電素子と補強部とが積層され、該圧電素子に交流電圧を印加することにより振動する振動体と、前記振動体の長手方向の一端部が駆動対象に当接するように前記振動体を振動可能に支持する支持部材とを備える請求項１乃至７のいずれかに記載の駆動制御回路。
- 前記振動体は、前記圧電素子の伸縮により、前記長手方向に伸縮する縦振動と、前記長手方向と直交する幅方向に揺動する屈曲振動とを生じるようになされており、
前記超音波モータは、前記縦振動及び屈曲振動が組合わさった振動による前記一端部の変位によって前記駆動対象を駆動する請求項８に記載の駆動制御回路。 - 前記少なくとも２つの共振振動は、前記縦振動と前記屈曲振動とを含む請求項９に記載の駆動制御回路。
- 少なくとも２つの共振振動を利用して超音波モータを駆動制御する駆動制御方法であって、
所定の駆動周波数を持つ駆動信号で、前記超音波モータを一定時間駆動し、その駆動を急激に停止して、前記少なくとも２つの共振振動によって発生する減衰振動波形から前記少なくとも２つの共振振動によるうなりを検出し、このうなりに基づいて、前記超音波モータを駆動する駆動信号を調整することを特徴とする駆動制御方法。 - 前記検出されたうなりは、うなりの周波数あるいは周期であり、
該うなりの周波数又は周期に基づいて、前記駆動信号の波形の位相を遅らせるための所定の移相量を決定し、該駆動信号波形の位相を遅らせることにより、前記超音波モータの駆動信号を調整する請求項１１に記載の駆動制御方法。 - 前記所定の駆動周波数をメモリに記憶するステップを更に有する請求項１２に記載の駆動制御方法。
- 前記検出されたうなりに基づいて、前記駆動信号を調整した際には、前記メモリに記憶されている前記所定の駆動周波数を該調整された駆動信号の駆動周波数に更新して記憶するステップを更に有する請求項１３に記載の駆動制御方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2003130268A JP2004336906A (ja) | 2003-05-08 | 2003-05-08 | 駆動制御回路及び駆動制御方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| JP2003130268A JP2004336906A (ja) | 2003-05-08 | 2003-05-08 | 駆動制御回路及び駆動制御方法 |
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|---|---|
| JP2004336906A true JP2004336906A (ja) | 2004-11-25 |
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| JP2003130268A Withdrawn JP2004336906A (ja) | 2003-05-08 | 2003-05-08 | 駆動制御回路及び駆動制御方法 |
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2004336906A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008306826A (ja) * | 2007-06-07 | 2008-12-18 | Seiko Epson Corp | 圧電アクチュエータ及びその駆動方法 |
| US9065359B2 (en) | 2012-03-19 | 2015-06-23 | Canon Kabushiki Kaisha | Unnecessary vibration detection apparatus and driving control apparatus of vibration type actuator |
-
2003
- 2003-05-08 JP JP2003130268A patent/JP2004336906A/ja not_active Withdrawn
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