JP2004201432A - Ultrasonic motor device and electronic apparatus - Google Patents

Ultrasonic motor device and electronic apparatus Download PDF

Info

Publication number
JP2004201432A
JP2004201432A JP2002368219A JP2002368219A JP2004201432A JP 2004201432 A JP2004201432 A JP 2004201432A JP 2002368219 A JP2002368219 A JP 2002368219A JP 2002368219 A JP2002368219 A JP 2002368219A JP 2004201432 A JP2004201432 A JP 2004201432A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
moving body
positioning
ultrasonic motor
motor device
satisfied
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2002368219A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP4327447B2 (en
Inventor
Koji Nitori
幸司 似鳥
Takayuki Kosaka
貴之 小坂
Kenji Suzuki
賢二 鈴木
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Seiko Instruments Inc
Original Assignee
Seiko Instruments Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Seiko Instruments Inc filed Critical Seiko Instruments Inc
Priority to JP2002368219A priority Critical patent/JP4327447B2/en
Publication of JP2004201432A publication Critical patent/JP2004201432A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP4327447B2 publication Critical patent/JP4327447B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an ultrasonic motor device capable of being improved in the endurance of a vibrator that is repeatedly positioned. <P>SOLUTION: It is based on the premise that the ultrasonic motor device 1 comprises a control unit 40 that controls the application of the high-frequency voltage of the vibrator 23 to a piezoelectric body 22; actuates and stops, and normally rotates and reversely rotates a moving body 24 that is in pressure-contact with the vibrator; compares a position signal from a position sensor 30 that generates the position signal of the moving body and a target position; and positions the position of the moving body so as to be the target position. A forcible rotation control unit 40b that determines whether or not a pre-inputted forcible rotation condition is satisfied and forcibly rotates the moving body 24 with one or more turns after the establishment of the condition. By forcibly rotating the moving body 24, a friction material 24a that forms the pressure-contact face of the moving body 24 in friction-contact with the vibrator 23 is made uniform as a whole, and the surface of the friction material is kept almost uniform. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧電体の伸縮運動を回転運動に変換する超音波モータ装置及びこのモータ装置を備えた電子機器に係り、特に、回転する移動体の位置決めにより生じる摩耗対策が可能な超音波モータ装置及び電子機器に関する。
【0002】
【従来の技術】
超音波モータは、分極された圧電素子が裏面に接着された振動体を、固定台の中心軸に固定し、この振動体の変位を拡大する拡大機構部を、前記中心軸に回転可能に組込まれた移動体に摩擦材を介して接触させ、移動体を加圧ばねにより振動体に押付けている。この超音波モータでは、圧電素子に高周波電圧を印加して、振動体にたわみ振動を発生させることにより、圧接された移動体を摩擦力で回転させるようにしている(例えば、特許文献1参照。)。
【0003】
【特許文献1】
特開2000−139089号公報(段落0002、図1−図3)
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
この種の超音波モータは次の特長を有している。低速で高トルクを有する。無通電時に大きな保持トルクを有する。応答性と制御性が高い。磁気作用がない。小型軽量化が可能である。そして、作動音が極めて小さい。このため、超音波モータは、各種電子機器の位置決め手段の駆動源として好適に利用できる。例えば、一定角度の動きを制御する指示装置、ミラーの角度制御、情報機器のヘッドのピックアップ駆動等に利用可能である。
【0005】
この超音波モータの位置決めは、目標位置が予め設定された制御装置と、超音波モータの振動体で駆動される移動体の現在位置を検出する位置センサとによって行われる。これら超音波モータ、制御装置、位置センサは超音波モータ装置をなす。超音波モータの移動体が回転する場合、位置センサはロータリー型のエンコーダである。制御装置は、位置センサが発生する移動体の現在の位置信号を常時モニターし、移動体の現在位置が目標位置か否かを監視して、以下の位置決め制御を実行させている。制御装置は、移動体の現在位置が目標位置に達したことを検出した場合、オーバーシュートがあるか否かを調べる。制御装置は、オーバーシュートがあると判断した場合、超音波モータを直ちに逆転させる。制御装置は、オーバーシュートがないと判断した場合、即ち移動体が目標位置を保持する整定状態になったと判断した場合に、位置決め制御を終了させる。
【0006】
前記のように移動体が目標位置に達した後にオーバーシュートがあれば直ちに超音波モータは逆転動作される。このオーバーシュートは避けられない現象であるため、この逆転動作は位置決め制御では繰り返し行われることになる。それにより、オーバーシュート量(目標位置に対するオーバーシュートのずれ量)は徐々に減少し、最終的にはゼロに収束する。即ち、超音波モータは整定状態になる。初に目標位置に達してから整定状態になるまでの時間、即ち整定時間は短い方が望ましい。
【0007】
ところで、特許文献1には、目標位置に対するオーバーシュートを収束させるために、超音波モータがそれ以前の回転に対し逆転することを繰返して行われる位置決め制御に伴う以下の課題については記載がない。
【0008】
即ち、移動体の摩擦材は加圧ばねにより振動体の変位拡大機構部(複数の突起)に圧接されている。それにより、摩擦材の位置決めの目標位置を含んで変位拡大機構部が接する領域(位置決め領域と称する。)が、変位拡大機構部で集中的に繰返し擦られるので、この位置決め領域の摩耗が他の領域に先んじて進行する。それにより、移動体の摩擦材からなる加圧接触面の表面状態が不均一となる。こうして表面状態が初期の状態から劣化すると、その状態に応じて、変位拡大機構部の振動を移動体の回転に変換する性能とともに整定時間が変化するようになり、移動体の位置決め精度やモータ効率が低下するといった現象が起こる。
【0009】
したがって、特許文献1の超音波モータの移動体をある定まった位置で停止するように位置決めして用いる場合、又はオーバーシュートの回数等によっては、以上のように回転される移動体の位置決め制御に伴い整定時間が変化してしまうことは避けられない。それにより、整定時間が長くかかってしまう場合には、位置決めの目標位置を含んで変位拡大機構部が接する位置決め領域の摩耗が更に促されて、超音波モータの寿命を損なう場合もある。このため、超音波モータを搭載した電子機器では、超音波モータの寿命低下、即ち耐久性を原因とする機能不良を生じる恐れがあり、その改善が望まれている。
【0010】
本発明が解決しようとする課題は、繰返し位置決めされる移動体の耐久性を向上できる超音波モータ装置、及びこの装置を備えた電子機器を提供することにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】
本発明は、振動体の圧電体への高周波電圧の印加を制御して、振動体に加圧接触している移動体の起動と停止及び正転と逆転を行わせるとともに、移動体の位置信号を発生する位置センサからの位置信号と入力されている目標位置との比較により移動体の位置が目標位置となるように位置決めをする制御装置を備えた超音波モータ装置を前提とする。
【0012】
そして、前記課題を解決するために、制御装置に強制回転制御部を設け、この制御部により、予め入力されている強制回転条件が成立したかどうかを判断して、前記強制回転条件が成立した後に前記移動体を強制的に1回転以上連続回転させるようにしている。ここで、1回転以上とした根拠は、位置決めの目標位置が不変である場合には、1回転以下であると移動体の加圧接触面全体の状態を均一にできない恐れがあるからである。
【0013】
本発明の好ましい形態では、予め設定された整定時間を前記位置決めに要した時間が超過した場合に、前記強制回転条件が成立される。同様に、規定時間とこの規定時間に対する一定の変動率とを加味して予め設定された所定の位置決め時間を外れた場合に、前記強制回転条件が成立される。同様に、予め設定された位置決め実施回数を超える前記位置決めが実施された場合に、前記強制回転条件が成立される。同様に、電源投入直後に前記強制回転条件が成立される。同様に、電源遮断直前に前記強制回転条件が成立される。同様に、前記位置決めをする時のオーバーシュート回数が、予め設定された規定回数を超えた場合に、前記強制回転条件が成立される。同様に、前記位置決めをする時のオーバーシュートの前記目標位置に対するずれ量が、予め設定された規定値を超えた場合に、前記強制回転条件が成立される。
【0014】
更に、本発明の好ましい形態では、前記移動体を時計方向に回転させて前記強制回転を実施することができる。同様に、前記移動体を反時計方向に回転させて前記強制回転を実施することができる。同様に、前記移動体を少なくとも1回時計方向及び反時計方向に回転させて前記強制回転を実施することができる。
【0015】
本発明では、強制回転制御部に予め入力されている強制回転条件が成立すると、この後に移動体が強制的に1回転以上連続して回転される。この強制回転が実施される度に、振動体に摩擦接触している移動体の加圧接触面全体が均される。
【0016】
又、前記前記課題を解決するために、本発明は、制御装置に目標位置変更部を設け、この変更部により、予め入力されている強制回転条件が成立したかどうかを判断して、前記強制回転条件が成立した後に、前記移動体上の目標位置を含んで前記振動体と接する位置決め領域から外れていてこの位置決め領域よりも摩耗が小さい領域が、前記位置決め領域となるように前記目標位置を変更させるようにしてもよい。
【0017】
本発明では、目標位置変更部に予め入力されている強制回転条件が成立すると、この後に移動体上においてそれまで位置決め領域から外れていた領域が、新たな位置決め領域として用いられるように前記移動体を位置決めする目標位置が変更される。これにより、次の強制回転が行われるまで、又は寿命に達するまでは、既述のように新たに位置決め領域とされた領域に振動体を加圧接触させて、移動体を位置決めできる。
【0018】
【発明の実施の形態】
以下、図1〜図6を参照して本発明の第1実施形態を説明する。図2は、第1実施形態の超音波モータ装置1をブロック図で示したものである。この超音波モータ装置1は、超音波モータ2と、位置センサ30と、制御装置40とを具備している。この超音波モータ装置1は、位置センサ30から出力される位置信号を制御装置40で処理することによって回転を制御され、それにより、後述の移動体を実質的に同じ目標位置に位置決めする機能を有している。
【0019】
超音波モータ2は、圧電体22を接合された振動体23、振動体23の振動によって時計方向及び反時計方向に回転するように配置されてロータとして機能する移動体24、移動体24を振動体23に加圧接触させる加圧機構として機能する加圧手段25、圧電体22に高周波電圧を印加する一対の電極21a並びに21b、前記高周波電圧を発生させる発振駆動回路10を有する。電極21aは時計方向回転用で、電極21bは反時計方向回転用である。
【0020】
図1は超音波モータ2の主要部の断面図を示す。図2に示すように移動体24は軸27に軸受28を介して回転自在に支持されたロ一夕である。移動体24はその裏面(図2では下面)に接着された摩擦材24aを有している。摩擦材24aは、振動体23との摩擦接触面(加圧接触面とも称する。)として機能するもので、後述の突起26よりも摩耗し易い。この摩擦材24aには例えばカーボンファイバを含有した複合プラスチックを好適に使用できる。摩擦材24aはメンテナンスの際などに取外して交換できる。
【0021】
軸27は支持板(固定台とも言う)29に立設されている。振動体23は例えばアルミニウム合金により円盤状に形成されていて、軸27に同軸に固着されている。振動体23の表面(図1では上面)には、変位拡大機構部として機能する複数例えば6本の突起26(図1には2本のみ図示)が一体に形成されている。
【0022】
振動体23の裏面(図1では下面)には例えばチタン酸ジルコン酸亜鉛等の圧電セラミックスで作られた圧電体22が接合されている。圧電体22の裏面(図1では下面)には、所定の電極パターンに形成された一対の電極、即ち時計方向回転用電極21aと反時計方向回転用電極21bとが配置され、それぞれリード線21dと21eを介して駆動回路に電気的に接続されている。圧電体22の上面側すなわち振動体23と接する面には、共通電極21c(図示せず)が設けられており、軸27を介してリード線21fに電気的に接続されている。
【0023】
加圧手段であるばね25は、例えば軸27の先端を覆うように軸27に取付けられたばね受け27aと、軸27に対して摺動可能な軸受28の内輪との間に、圧縮状態で挟み設けられている。このばね25の弾性力によって移動体(ロ一夕)24を振動体23の方に押し付け、摩擦材24aを複数の突起26の先端面に圧接させている。
【0024】
図2に示すように発振駆動回路10は、抵抗13、抵抗14、コンデンサ15、コンデンサ16を含む。発振駆動回路10は、起動及び停止用のインバータ11、時計方向回転用バッファ12a、反時計方向回転用バッファ12bを有する。この発振駆動回路10は、前記各回路素子と、振動子としての圧電体22及び振動体23とによってコルピッツ発振回路型の自励発振回路を構成している。なお、この自励発振回路については、精密工学会誌(第64巻第8号、第1117頁から1121頁)に記載された論文「自励振駆動を用いた超小型超音波モータの開発」に詳細に開示されている。
【0025】
位置センサ30は、例えばロータリー型のエンコーダであって、移動体24の現在位置を常時検出し、その出力信号を制御装置40に与える。図1に例示するように位置センサ30は、円盤状のエンコーダスケール31、発光素子32及び光電変換素子33とを有している。エンコーダスケール31の周部には多数のスリット34が円周方向に等間隔に形成されている。スリット34の数は、移動体24に対する位置決め制御において必要とされる分解能に対応した数である。エンコーダスケール31は、移動体24の表面に貼り付けられて配置されて、その周部は移動体24から張り出している。発光素子32と光電変換素子33との間には、スリット34に光ビームが通過するようにエンコーダスケール31の周部が配置されている。発光素子32及び受光素子33とを有したフォトインタラプタは、支持板29に取付けられている。
【0026】
制御装置40は、モータ制御部40a及び強制回転制御部40bを備えている。モータ制御部40aには、図示されていない入力手段によって、移動体24を所定位置で停止させるための目標位置が予め入力し設定されている。この目標位置の設定は、制御装置40に、図示されていない外部装置から、移動体24の目標位置を常時入力して実施することもできる。モータ制御部40aは、入力されている目標位置と、位置センサ30から出力される現在位置(現在の位置信号)とを比較して、移動体24の現在位置が目標位置に常に一致するようにフィードバック制御(位置決め制御)する機能を有している。
【0027】
このフィードバック制御は、制御装置40のモータ制御部40aから発振駆動回路10に制御指令信号を与えることによって行われる。制御指令信号は、起動指令信号、停止指令信号、時計方向回転指令信号、及び反時計方向回転指令信号であり、これらはON信号及びOFF信号である。起動指令信号及び停止指令信号はインバータ11に与えられる。時計方向回転指令信号は時計方向回転用バッファ12aに与えられ、反時計方向回転指令信号は反時計方向回転用バッファ12bに与えられる。
【0028】
起動及び停止用インバータ11、時計方向回転用バッファ12a、反時計方向回転用バッファ12bはトライステート構成若しくはスリーステート構成のIC等の回路部品である。これらは、いずれも入力端子と出力端子に加えて制御端子を有し、制御端子に入力される制御指令信号によって出力端子をHIGH、LOWの2つの電圧を出力できる他に、入力端子と出力端子間をHIGHインピーダンス状態にすることができる。
【0029】
制御装置40の強制回転制御部40bは、加圧接触面をなす摩擦材24aの表面状態を、モータ制御部40aによる位置決め制御とは別に、即ち、移動体24の位置決めに拘らず略均一に維持するために設けられている。この強制回転制御部40bには、図示されていない前記入力手段によって強制回転条件が予め入力し設定されている。この強制回転条件の設定は、制御装置40のモータ制御部40aに、図示されていない外部装置から、強制回転条件を常時入力して実施することもできる。
【0030】
強制回転条件とは移動体24を強制的に回転させるための条件である。第1実施形態では、移動体24の位置決め失敗時を強制回転条件としている。ここに位置決め失敗とは、移動体24を目標位置に位置決めする際に、予め設定された規定の位置決め時間(整定時間)内に位置決め動作が終わらずに、整定時間を超えて位置決め動作が行われる状態に至ったことを意味している。
【0031】
この位置決め失敗を判断するために、強制回転制御部40bは比較器(図示しない)を有している。この比較器には基準値(規定値)として所定の整定時間が設定されている。この強制回転制御部40bは、その比較器に位置センサ30から供給される移動体24の位置信号の値が基準値を超えるかどうかを比較判断して、位置決め失敗と判断した場合には、強制回転を行うタイミングに合わせて移動体24を強制的に1回転以上連続回転させる機能を有している。
【0032】
ここに制御装置40には、強制回転の数、もしくは、強制回転お実施している時間、及び強制回転を行わせる時期が予め設定されている。強制回転では移動体24が1回転以上連続して回転され、その際の回転数は強制回転条件の内容に応じて適宜定めることができる。更に、この強制回転の際の移動体24の回転は、時計方向回転(CW)、又は反時計方向回転(CCW)の場合があり、この他に、少なくとも1回時計方向及び反時計方向に回転させる場合があり、これらの内のいずれかが強制回転制御部40bに設定される。
【0033】
強制回転を行わせる時期は以下の二通りの内のいずれかを選択できる。第1は、移動体24の位置決め失敗、つまり、強制回転条件が成立したことを強制回転制御部40bが判断した時に、位置決め動作の完了を待って、直ちに強制回転が実行される場合である。第2は、移動体24の位置決め失敗後の最初の電源遮断直前、又は位置決め動作の完了後の最初の電源投入直後に、強制回転が実行される場合である。前記第2の時期で強制運転を行う場合には、超音波モータ装置1の動作上での不自然さが見掛け上抑制できる点で好ましい。
【0034】
図6に示す電子機器3は、これに搭載された前記構成の超音波モータ装置1と、伝達機構4と、出力機構5とを備えている。
【0035】
伝達機構4は、移動体24と連動して可動するものであって、例えば歯車、摩擦車などの伝達車を用いることができる。この伝達機構4を省略し、直接移動体24に出力機構5を連動させることもできる。又、移動体24に出力軸を取付け、この出力軸からトルクを伝達する動力伝達機構を有する構成とすることも可能であり、この場合には、超音波モータ装置1自身を駆動機構として機能させることができる。
【0036】
出力機構5としては、例えば、指示装置や、電子時計においては指針或いは指針駆動機構やカレンダなどの表示板或いは表示板駆動機構を用いることができる。同様に、コピー機やプリンタにおいては、レーザー光の方向を変えるミラーを動かす機構に用い、又、カメラやビデオカメラにおいては、シャッタ駆動機構、絞り駆動機構、レンズ駆動機構、及びフィルムの巻き上げ機構等に用いることができる。同様に、レーザー光を利用した計測器、製造装置、及び光センサーにおいては、光の遮断及び透過や特定波長のみを透過させるスリット板やフィルターを駆動する機構に用いることができる。同様に、音響機器のボリゥム等には抵抗値や容量値を可変する接点機構やギャップ板を用いることができる。同様に、ハードディスクや光ディスクにおいてはピックアップ機構を用いることができる。
【0037】
前記構成の超音波モータ装置1において、高周波電圧が時計方向回転用電極21a又は反時計方向回転用電極21bと共通電極21cとの間に印加されると、圧電体22の伸縮運動によって周期的な振動が振動体23に発生する。この周期的な振動は定在波であって、ばね25で複数の突起26に圧接されている移動体(ロ一夕)24には振動体23の周期的な振動が動力として伝えられる。
【0038】
所定の電極パターンと所定の間隔と配置で形成された複数の突起26との接触を介して、振動体23に発生する振動波によって移動体24が摩擦駆動されて、時計方向又は反時計方向に回転される。この場合、高周波電圧が時計方向回転用電極21aと共通電極21cとの間に印加されると、移動体24は時計方向に回転する。高周波電圧が反時計方向回転用電極21bと共通電極21cとの間に印加されると、移動体24は反時計方向に回転する。このような定在波型超音波モータ装置の構成と動作については、特開平11-55971号公報等に開示されているので、詳細な説明は省略する。
【0039】
この超音波モータ装置1での位置決め制御は図3のフローチヤートのステップ101〜105に従って行われる。即ち、制御装置40のモータ制御部40aは、位置センサ30からの現在の位置信号を常時モニターし、移動体24の現在位置が目標位置か否かを監視している(ステップ101)。それにより、位置決めが開始された後に移動体24の現在位置が目標位置に達したことを検出した場合、モータ制御部40aは停止指令信号を発生して発振駆動回路10に与える(ステップ102)。続いて、モータ制御部40aは、オーバーシュートがあるか否かを調べ(ステップ103)、オーバーシュートがあると判断した場合には、停止指令保持時間tだけ前記停止指令信号をそのまま保持する(ステップ103)。停止指令保持時間tが経過したら、モータ制御部40aは逆転指令信号を発振駆動回路10に与え、移動体24に逆転動作を行わせる(ステップ105)。ステップ105の後は、ステップ101に戻り、上述の動作を繰り返す。そして、ステップ103で、オーバーシュートがないとモータ制御部40aが判断した場合、位置補正動作は終了する。
【0040】
以上の位置決め制御動作を、インバータ11、バッファ12a、バッファ12bの状態とともに更に詳細に説明する。
【0041】
ロ一夕として機能する移動体24が時計方向回転時にオーバーシュートした場合、インバ一夕11、バッファ12a、バッファ12bの状態は以下のように変化する。即ち、移動体24が時計方向に回転しているとき、モータ制御部40aは、インバータ11、バッファ12a、バッファ12bの夫々の制御端子にON、ON、OFFの制御信号を与えている。このため、インバータ11はイネーブル状態、バッファ12aはイネーブル状態、バッファ12bはディセーブル状態になっている。従って、発振駆動回路10からの高周波電圧は電極21aと共通電極21cとから圧電体22に供給され、移動体24は時計方向に回転している。
【0042】
この状態で、移動体24が目標位置に到達すると(ステップ101)、その瞬間にモータ制御部40aは停止指令信号を発生し(ステップ102)、インバータ11の制御端子にOFFの制御信号を与える。これにより、インバータ11はディセーブル状態に切り替わり、発振駆動回路10から圧電体22への高周波電圧の供給を停止する。圧電体22への高周波電圧の供給を停止しても、移動体24は、残留振動と慣性とによって時計方向に僅かに回転移動した後に完全に停止する。この僅かの回転移動量は、最初のオーバーシュート時が最も大きく、続く逆転によるオーバーシュート時には前回よりも小さくなり、オーバーシュートを繰り返す度に小さくなり、最後には目標位置に収束して整定状態になる。
【0043】
ステップ102に続いて、モータ制御部40aは、移動体24の位置が目標位置をオーバーしたか否かを調るとともに、オーバーシュートがあると判断した場合には、停止指令保持時間tだけ停止指令信号をそのまま保持する(ステップ103)。
【0044】
移動体24が目標位置をオーバーし、残留振動と慣性とによって時計方向に僅かに回転した後に完全に停止して暫くすると、停止指令保持時間tが経過する。モータ制御部40aは、停止指令保持時間t内の任意の瞬間に、正逆切替指令信号を発生し、バッファ12aとバッファ12bの夫々の制御端子にOFFとONの制御信号を与える。すると、バッファ12aはディセーブル状態に、バッファ12bはイネーブル状態に夫々切り替わる。従って、停止指令保持時間tに到達すると(ステップ104)、その瞬間にモータ制御部40aは停止指令解除信号を発生し、インバータ11の制御端子にONの制御信号を与える。するとインバータ11はイネーブル状態に切り替わり、発振駆動回路10から圧電体22への高周波電圧の供給が再開され、ロ一夕である移動体24は反時計方向に逆転する(ステップ105)。
【0045】
次に、移動体24が反時計方向回転時にオーバーシュートした場合、モータ制御部40aは、インバータ11、バッファ12a、バッファ12bの夫々の制御端子にON、OFF、ONの制御信号を与えている。従って、インバータ11はイネーブル状態、バッファ12aはディセーブル状態、バッファ12bはイネーブル状態になっており、発振駆動回路10からの高周波電圧が電極21bから圧電体22に供給され、ロ一夕である移動体24は反時計方向に回転している。
【0046】
この状態で、移動体24が目標位置に到達する(ステップ101)と、その瞬間にモータ制御部40aは停止指令信号を発生し(ステップ102)、インバータ11の制御端子にOFFの制御信号を与える。するとインバータ11はディセーブル状態に切り替わり、発振駆動回路10から圧電体22への高周波電圧の供給を停止する。圧電体22への高周波電圧の供給を停止しても、ロ一夕である移動体24は残留振動と慣性とによって時計方向に僅かに回転移動した後に完全に停止する。
【0047】
ステップ102に続いて、モータ制御部40aは、移動体24の位置が目標位置をオーバーしたか否かを調べるとともに、オーバーシュートがあると判断した場合には、停止指令保持時間tだけ停止指令信号をそのまま保持する(ステップ103)。
【0048】
ロ一夕である移動体24が目標位置をオーバーし、残留振動と慣性によって時計方向に僅かに回転した後に完全に停止して暫くすると、停止指令保持時間tが経過する。モータ制御部40aは、停止指令保持時間t内の任意の瞬間に、正逆切替指令信号を発生し、バッファ12aとバッファ12bの夫々の制御端子にONとOFFの制御信号を与える。すると、バッファ12aはイネーブル状態に、バッファ12bはディセーブル状態に夫々切り替わる。従って、停止指令保持時間tに到達すると(ステップ104)、その瞬間にモータ制御部40aは停止指令解除信号を発生し、インバータ11の制御端子にONの制御信号を与える。するとインバータ11はイネーブル状態に切り替わり、発振駆動回路10から圧電体22への高周波電圧の供給が再開され、移動体24は時計方向に逆転する(ステップ105)。
【0049】
以上説明した位置決め動作は図4のタイムチャートにも示されている。即ち、図4において、最上段の波形(A)は移動体24の現在位置が目標位置に一致しているか否かをモータ制御部40aが判断した結果を表し、上から2段目の波形(B)は移動体24の現在位置が目標位置に対してオーバーしているか否かをモータ制御部40aが判断した結果を表している。同様に、上から3段目の波形(C)はモータ制御部40aがインバータ11に与えたON又はOFFの制御信号を表し、上から4段目の波形(D)はモータ制御部40aがバッファ12aに与えたON又はOFFの制御信号を表し、更に最下段の波形(E)はモータ制御部40aがバッファ12bに与えたON又はOFFの制御信号を表している。
【0050】
図4のタイムチャートは、モータ制御部40aが最初の一致を検出した瞬間からt1時間間隔の停止指令保持時間を経て時計方向から反時計方向への逆転が行われ、続いてモータ制御部40aが2回目の一致を検出した瞬間からt2時間間隔の停止指令保持時間を経て反時計方向から時計方向への逆転が行われていることを示している。そして、モータ制御部40aが3回目の一致を検出した瞬間に停止指令は発せられているが、所定の停止指令保持時間を超えても位置信号が発せられたままである。従って、3回目の一致を検出した瞬間から、超音波モータ装置1が整定状態にあることを、図4は示している。
【0051】
図4に示した如く、停止指令保持時間は複数例えばt1とt2とに設定されている。t2はt1よりも時間間隔を短く設定してある。これは、最初のオーバーシュートよりも第2回目のオーバーシュートが小さいことに着目したものである。停止指令保持時間は、移動体が目標位置に達したことを制御部が検出し停止指令を発した時間から停止解除指令即ち起動指令を発するまでの時間間隔であり、具体的には、移動体24が停止するまでの時間間隔又は振動体23の振動が停止するまでの時間間隔と夫々略同じに設定される。このことに鑑み、t2がt1よりも時間間隔を短く設定されている。
【0052】
図4から明らかなように停止指令保持時間は時間間隔の異なる複数の停止指令時間を含んでいる。移動体24の目標位置までの移動量が小さい程、前記時間間隔は短く設定される。停止指令保持時間の時間間隔は、停止指令が入力される直前の移動体速度が遅い程、短く設定される。発振駆動回路10が自励発振回路を構成するものであれば、停止指令保持時間はモータ制御部40aから停止指令が入力されてから自励発振回路の自励発振が停止するまでの時間間隔以上に設定されることが望ましい。
【0053】
このように停止指令保持時間は、位置決め制御の状況に応じて定められ、その具体的な値は数ms〜数100μs単位で経験的に定められる。このようにして定められた停止指令保持時間は、予めモータ制御部40aに設定されている。例えば、CPU、ROM、RAM等を含んで構成されている制御装置40においては、停止指令保持時間は入力手段によって前記RAMに記憶される。
【0054】
上述した超音波モータ装置1での移動体24の位置決め制御によれば、オーバーシュートが小さくなり、整定時間が大幅に短くなった。この事実は図5から一目瞭然であろう。図5は超音波モータ装置1の位置制御の特性図で、(A)は停止指令保持時間が10msの場合、(B)は停止指令保持時間が1msの場合、(C)は従来の停止指令保持時間がない場合の夫々の特性図を示している。この図5中、縦軸はパルス数で表した移動体24の位置を、横軸は時間(×10ms)を示している。
【0055】
前記位置決め制御による最大オーバーシュート量は、(A)の停止指令保持時間が10msの場合には約1800パルス、(B)の停止指令保持時間が1msの場合には約1900パルスであった。これに対して、停止指令保持時間を設けないで正逆転を行わせる超音波モータの位置決め制御によれば、即ち、(C)の停止指令保持時間が零の場合においては約2100パルスであった。又、前記超音波モータ装置1での位置決め制御による整定時間は、(A)の停止指令保持時間が10msの場合には約490mS、(B)の停止指令保持時間が1msの場合には約430msであった。これに対して停止指令保持時間を設けないで正逆転を行わせる超音波モータの位置決め制御によれば、(C)の停止指令保持時間が零の場合には約610mであった。これらの比較から明らかなように前記位置決め制御によれば、最大オーバーシュート量は小さくなり、且つ整定時間は大幅に短くなった。そして整定時間を大幅に短くできたので、位置決め分解能を高めることができた。
【0056】
なお、停止指令保持時間を設けないで正逆転を行わせて超音波モータの位置決め制御をする一般的な構成では、既述のように停止指令を発しても残留振動と慣性によって、移動体は極めて短時間ながら移動し続けるため、オーバーシュートする度に移動体を直ちに逆転させようとすると、移動体がスリップするという現象や、正転時の残留振動と逆転の駆動振動とが重なり合って移動体と振動体との間の摩擦力が大幅に低下するという現象が見られる。これに対して、既述のように停止指令保持時間を設け、それにより、上述の現象が消滅するのを待って移動体を逆転させているので、既述のように位置決め性能を大幅に改善できる。
【0057】
ところで、超音波モータ装置1での前記位置決め制御においては、図3に示すように位置決め開始時点からオーバーシュートが収束して整定状態になるまでに要した実際の整定時間(図5中T1、T2、T3参照)が、予め定められた規定の整定時間Tを超えたかどうかが、制御装置40の強制回転制御部40bにおいて比較判断されている(ステップ106)。実際の整定時間が規定の整定時間T以下の場合、ステップ106は位置決め成功と判断し、制御装置40は、超音波モータ装置1の移動体24を所定の目標位置に位置決め保持して停止させる。
【0058】
実際の整定時間が規定の整定時間Tを超える場合、ステップ106は位置決め失敗と判断する。すると、強制回転条件が成立し、制御装置40は、次のステップ107つまり強制回転を適当な時期に実行させ、移動体24を強制的に1回転以上連続回転させてから、超音波モータ装置1を停止させる。強制回転はモータ制御部40aを介して振動体23を励振させることによりなされ、この場合、移動体24が時計方向回転又は反時計方向回転、若しくはこれらの回転が交互に1回以上繰返される、いずれかの回転形態で強制回転される。
【0059】
移動体24の位置決め失敗は、励振に伴って傾いた突起26が接する移動体24の加圧接触面をなす摩擦材24aと突起26との接触部分が、摩擦材24aの他の部分よりも摩耗が進行した状況に至った場合を起き易い。
【0060】
しかし、既述のように位置決め失敗と判断された場合に移動体24が強制回転されるので、振動体23の突起26と接触する摩擦材24aの環状領域全体の摩耗が、突起26によって促進されて、前記環状領域全体が均される。即ち、前記位置決め失敗の時点では加圧接触面である摩擦材24aに、摩耗が他より進行した位置決め領域(これは、移動体24上の目標位置を含んで振動体23の突起26と接する領域である。)と、これから外れていて摩耗の程度が前記位置決め領域より小さい領域とが存在している。この状態で、突起26により摩耗が促進されるので、前記位置決め領域とその他の領域との表面状態を略均一に変えることができる。なお、強制回転による摩耗に拘らず、ばね27の加圧力により、摩擦材24aの突起26との圧接状態は維持される。
【0061】
第1実施形態では、以上のように目標位置に位置決め制御される移動体24の位置決めが失敗する度に、それまでの位置決め動作により部分的に荒れた摩擦材24aの表面状態を、移動体24の強制回転によりならして回復させることができる。
【0062】
このため、摩擦材24aの局部的に荒れた表面状態が更に進行して、振動体23の振動を移動体24の回転に変換する性能が低下する、つまり、モータ効率が低下することを抑制できる。同様の理由により、規定の整定時間を維持できるようになるので、移動体24の位置決め精度が低下することも抑制できる。
【0063】
以上のように位置決め制御に伴い摩擦材24aの表面が荒れることは避けられないにも拘らず、その表面状態を略一様に回復できることにより、超音波モータ装置1の耐久性を向上できる。そのため、この超音波モータ装置1が搭載された各種の電子機器3では、超音波モータ装置1の寿命低下を原因とする機能不良を抑制できるとともに、前記摩耗による超音波モータ装置1の寿命を原因とする超音波モータ装置1の交換の必要性を生じる可能性も低くすることも可能である。
【0064】
次に、本発明の第2〜第7の実施形態を説明する。これらの実施形態は、基本的には第1実施形態と同じであるので、同じ構成については第1実施形態と同じ符号を用いてその説明を省略する。以下、第1実施形態と異なる構成について説明するが、この説明では必要に応じて図1〜図6を参照するものとする。
【0065】
図7に示す第2実施形態では、移動体24の位置決めに実際に要した時間が、所定の位置決め時間を外れた場合に、強制回転条件が成立するように設定している。ここに、前記所定の位置決め時間とは、規定時間に、この規定時間に対する一定の変動率を加味した時間である。前記変動率には、規定時間に対するマイナス時間又はプラス時間の内の少なくとも一方を用いることができ、第2実施形態では規定時間の±t%としてある。なお、前記tは、例えば±10%とすることができるが、これに制約されないとともに、プラス時間とマイナス時間とは同じ値でなくてもよい。
【0066】
これにより、強制回転条件が成立するかしないかのタイミングを判断する基準値は、規定値にプラスの変動率を加味した上限値と、規定値にマイナスの変動率を加味した下限値として設定される。前記強制回転条件が成立した後、直ちに若しくは電源遮断直前や次の電源投入直後等の適当な時期に移動体24を強制回転させるようにしている。
【0067】
強制回転条件の成立の有無を判断するステップ108は、位置決め成功と判断した後に制御装置40により実行される。なお、この場合のステップ106での規定の整定時間Tは前記上限値より長く設定されている。ステップ108で、移動体24の位置決めに実際に要した時間が、前記上限値を超えた判断した後、又は前記下限値に達しないと判断した後には、制御装置40は、ステップ106で位置決め失敗と判断された場合と同様にステップ107の強制回転条件が成立する。
【0068】
摩擦材24aの位置決め領域の面状態によっては、移動体24と突起26との間での運動変換が不良となり、移動体24が実質的に殆ど動かされずにオーバーシュートの収束が困難となる状況が考えられる。このような場合にも、ステップ108での判断基準として上限値を定めてあるので、強制回転に適時移行できる。この逆に、摩擦材24aの位置決め領域の面状態によっては、超音波モータ装置1の効率が低下して、その回転数が低下するに伴って、オーバーシュートが減って位置決めに実際に要する時間が短くなることも考えられる。このような場合にも、ステップ108での判断基準として下限値を定めてあるので、強制回転に適時移行できる。
【0069】
ステップ108で、移動体24の位置決めに実際に要した時間が、前記上限値と下限値との間に含まれると判断した場合、制御装置40は、超音波モータ装置1の移動体24を所定の目標位置に位置決め保持して停止させる。
【0070】
以上説明した事項以外は第1実施形態と同じである。したがって、この第2実施形態でも、第1実施形態と同様な作用を得て本発明の課題を解決できる。しかも、第2実施形態ではステップ106と108との夫々の判断結果がNOとなった後には、いずれも強制回転に移行し、かつ、ステップ106の実施のために定められている規定の整定時間T内においても、ステップ108の実行により強制回転がさせる場合があるので、移動体24の加圧接触面をなす摩擦材24a全体を均して、加圧接触面の表面状態を略均一に維持し易い点で、第1実施形態より優れている。しかし、第2実施形態においてステップ106は省略することも可能である。
【0071】
図8に示す第3実施形態では、移動体24に対する位置決めの実施が、予め設定した位置決め実施回数Nを超えた場合に、強制回転条件が成立するように設定している。ここに、前記位置決めの実施とは、オーバーシュート回数ではなく、目標位置にオーバーシュートを収束させるための一連の動作を指しており、その回数Nは例えば100回など任意に設定できる。前記強制回転条件が成立した後、電源遮断直前や次の電源投入直後等の適当な時期に移動体24を強制回転させるようにしている。回転数Nは、例えば摩擦材24aの表面状態により設定することができる。この場合は、サンプリングデータに基づいて最適な数値を選定する。
【0072】
即ち、強制回転条件の成立の有無を判断するステップ109は、ステップ106で規定時間内に位置決め成功が終わり、位置決め成功と判断した後に、制御装置40により実行される。このステップ109で、実際に行われた移動体24の位置決めが、予め設定されている位置決め実施回数を超えると判断した(NO)後には、ステップ106で位置決め失敗と判断された場合と同様にステップ107の強制回転が制御装置40により実行される。又、ステップ109での判断がYESとなった場合、制御装置40は、超音波モータ装置1の移動体24を所定の目標位置に位置決め保持して停止させる。
【0073】
以上説明した事項以外は第1実施形態と同じである。したがって、この第3実施形態でも、第1実施形態と同様な作用を得て本発明の課題を解決できる。しかも、第3実施形態ではステップ106と109との夫々の判断結果がNOとなった後には、いずれも強制回転に移行させるので、移動体24の加圧接触面をなす摩擦材24a全体を均して、加圧接触面の表面状態を略均一に維持し易い点で、第1実施形態より優れている。
【0074】
図9に示す第4実施形態では、所定の電源投入直後に強制回転条件が成立するように設定している。ここに、所定の電源投入直後とは、1回ごとの電源投入直後であってもよいが、第4実施形態では、電源投入の回数が予め定めた回数に達した直後としてある。この強制回転条件が成立した後、直ちに若しくは電源遮断直前や次の電源投入直後等の適当な時期に移動体24を強制回転させるようにしている。
【0075】
即ち、強制回転条件の成立の有無を判断するステップ111は、超音波モータ装置1が搭載された電子機器3への電源投入(ステップ110)が行われた後に制御装置40により実行される。電源投入回数が所定の積算回数に達しない場合には、ステップ111での判断はNOとなるので、次のステップ112に移行して電子機器3のシステムが起動準備状態となり、更に、この時点から所定の時間を経て電子機器3のシステムが動作される(ステップ113)。又、電源投入回数が所定の積算回数に達した場合、ステップ111での判断はYESとなるので、制御装置40は、ステップ107の強制回転を実行させる。そして、強制回転の実行終了後には、電子機器3のシステムを起動準備状態とするステップ112に移行してから、更に所定の時間を経てステップ113が実行されて電子機器3のシステムが動作される。
【0076】
以上説明した事項以外は第1実施形態と同じである。したがって、この第4実施形態でも、第1実施形態と同様な作用を得て本発明の課題を解決できる。しかも、以上のように電源投入直後に強制回転を実施する第4実施形態は、超音波モータ装置1の動作上での不自然さを見掛け上抑制できる点で好ましい。
【0077】
図10に示す第5実施形態では、電子機器3のシステムの電源遮断直前に強制回転条件が成立するように設定している。ここに、電源遮断直前とは、1回ごとの電源遮断直前であってもよいが、第5実施形態では、電源遮断の回数が予め定めた回数に達した場合の直前としてある。この強制回転条件が成立した後、直ちに若しくは次の電源投入直後等の適当な時期に移動体24を強制回転させるようにしている。
【0078】
即ち、強制回転条件の成立の有無を判断するステップ111は、超音波モータ装置1が搭載された電子機器3の動作中(ステップ115)にシステム電源スイッチがOFFされたかどうかがステップ116で判断され、それによる判断がYESとなり、電子機器3のシステムが終了した(ステップ117)後に、制御装置40により実行される。この場合、電子機器3は、前記電源スイッチが遮断されたときの信号に基づいて使用される図示しない電池(補助電源)を有し、この補助電源の電力でステップ111等を実行可能としている。
【0079】
電源遮断回数が所定の積算回数に達しない場合、ステップ111での判断がNOとなるので、制御装置40は、次のステップ118にを実行させて、補助電池からの電力供給を遮断し電子機器3の全システムを停止させる。電源遮断回数が所定の積算回数に達した場合、その時点でステップ111での判断がYESとなるので、制御装置40は、ステップ107の強制回転が実行させる。そして、制御装置40は、強制回転の実行終了後に、ステップ118を実行させて電子機器3の全システムを停止させる。
【0080】
以上説明した事項以外は第1実施形態と同じである。したがって、この第5実施形態でも、第1実施形態と同様な作用を得て本発明の課題を解決できる。しかも、以上のように電源遮断直前に強制回転を実施する第5実施形態は、超音波モータ装置1の動作上での不自然さを見掛け上抑制できる点で好ましい。第4実施形態における電源投入の回数や、第5実施形態における電源遮断の回数は、例えば予めサンプリングデータを取ることで、この結果に基づいて最適な回数を選定することができる。
【0081】
図11に示す第6実施形態では、位置決めをする時のオーバーシュート回数が、予め設定された規定回数を超えた場合、又は位置決めをするときのオーバーシュートの目標位置に対するずれ量が、あらかじめ設定された規定値を超えた場合に、強制回転条件が成立するように設定している。ここに、前記オーバーシュート回数とは、目標位置にオーバーシュートを収束させるための一連の動作においてオーバーシュートの数、言い換えればオーバーシュートを補正する回数を指し、例えば図5(A)(B)の場合にはいずれも3回である。又、前記ずれ量とは、目標位置に対するオーバーシュートのピークで規定され、例えば図5(A)(B)の場合で最大のずれ量は符号X,Yで示すことができる。これら規定回数や規定値は任意に設定できる。前記強制回転条件が成立した後、直ちに若しくは電源遮断直前や次の電源投入直後等の適当な時期に移動体24を強制回転させるようにしている。
【0082】
即ち、移動体24の位置決めが開始される(ステップ121)と、位置決め動作中に強制回転条件の成立の有無を判断する次のステップ122では、位置決めにおいて生じているオーバーシュートをカウントし、その回数が予め設定されている規定回数を超えたかどうかを判断する。オーバーシュート回数が規定回数を超えた場合、ステップ122はNOの判断となるから、この後適当な時期に、制御装置40はステップ107の強制回転を実行させる。
【0083】
一方、ステップ122で強制回転条件が成立しない(判断がYES)となった場合、制御装置40は、次のステップ101により移動体24の現在位置が目標位置であるか否かを監視する。この監視により移動体24の現在位置が目標位置に達していないことが検出された場合(YES)、制御装置40は、ステップ102を実行し停止指令信号を発生して発振駆動回路10に与える。続いて、制御装置40は、オーバーシュートがあるかどうかを調べる(ステップ103)。ここで、オーバーシュートがないと判断された場合(NO)には位置決めが終了する。
【0084】
又、ステップ103でオーバーシュートがあると判断された場合(YES)、制御装置40は、オーバーシュートのずれ量が予め設定されている規定値を超えているかどうかを判断する次のステップ123を実行する。前記ずれ量が規定値を超えている場合にステップ123での判断はNOとなるから、この後適当な時期に、制御装置40は、ステップ107の強制回転を実行させる。又、前記ずれ量が規定値を超えていない場合にステップ123での判断はYESとなるから、制御装置40は、逆転指令信号を発振駆動回路10に与えて、逆転動作を行わせる(ステップ105)。この場合、前記停止指令信号の発生から所定時間が経過している。このステップ105の後は、ステップ122に戻って、上述の動作を繰返し、この繰返し動作においてステップ103でオーバーシュートがないと判断した場合に、位置決めの補正動作が終了し、制御装置40は、超音波モータ装置1の移動体24を所定の目標位置に位置決めした保持して停止させる。
【0085】
以上説明した事項以外は第1実施形態と同じである。したがって、この第6実施形態でも、第1実施形態と同様な作用を得て本発明の課題を解決できる。摩擦材24aの位置決め領域の面状態によっては、移動体24と突起26との間での運動変換が不良となり、移動体24が実質的に殆ど動かされずにオーバーシュートの収束が困難となる状況が考えられる。このような場合に、ステップ122での判断により強制回転に適時移行できる点で、第1実施形態より優れている。又、移動体24の位置決めの繰返しに伴う摩擦板24aの表面状態の変化により、目標位置に対するオーバーシュートのずれ量が増える場合も考えられ、この場合には整定時間も長く掛かるようになる。この場合に、ステップ123での判断により強制回転に適時移行できる点で、第1実施形態より優れている。オーバーシュートの規定回数やずれ量の規定値は、予め取っておいたサンプリングデータに基づいて最適な値に設定することができるのは言うまでもない。
【0086】
図12に示す第7実施形態では、オーバーシュートを小さくして整定時間を短くするために第1実施形態で採用した構成、つまり、オーバーシュートの瞬間から停止指令保持時間を置いて移動体24を逆転させるための構成であるステップを省略している。
【0087】
このため、移動体24の位置決めが開始される(ステップ121)と、次のステップ101では移動体24の現在地が目標位置か否かが監視される。それにより、移動体24の現在位置が目標位置に達したことが検出された場合、制御装置40は、次のステップ103を実行させてオーバーシュートがあるか否かを調べる。このステップ103でオーバーシュートがないと判断した場合、位置決めの補正動作が終了し、制御装置40は、超音波モータ装置1の移動体24を所定の目標位置に位置決め保持して停止させる。又、ステップ103でオーバーシュートがあると判断した場合、制御装置40は、次のステップ105を実行して移動体24を直ちに逆転させ、更に、このステップ105の後は、ステップ101に戻って、上述の動作を繰返す。
【0088】
この整定動作とは別に第7実施形態では、第1実施形態と同様に、実際の整定時間が規定の整定時間を超える場合に位置決め失敗と判断するステップ106と、この後、適当な時期に実行されて、移動体24を強制的に1回転以上連続回転されせるステップ107とを備えている。このため、強制回転条件が満たされた場合に移動体24を強制回転させることができる。
【0089】
以上説明した事項以外は第1実施形態と同じである。したがって、この第7実施形態でも、第1実施形態と同様な作用を得て本発明の課題を解決できる。
【0090】
図13及び図14に示す第8実施形態では、強制回転条件が成立した場合に、制御装置40の目標位置変更部40c(これは強制回転制御部に代えて設けられる。)により位置決めの目標位置などを変更して使用するようにしている。この場合に強制回転条件は、第1〜第7の各実施形態で説明したいずれの条件であってもよい。
【0091】
移動体24が所定角度回転されるイメージを図14により説明する。図14は移動体24を摩擦材24a側から見た図である。この図14中符号Dは例えば移動体24を位置決めする上で設定される目標位置を示す、これを中心として左右に指向する矢印E、Fは、突起26に対する移動体24のオーバーシュートの軌跡を代表して示し、かつ、符号Dを中心として描かれて平行斜線が付された領域は位置決め領域Gを示している。この位置決め領域Gは、目標位置D及びその近傍、つまり、オーバーシュートに伴って突起26との接触で摩耗する部分で形成されている。そして、これらの位置決め領域Gから外れた部分は、健全な領域Hであり、この領域Hの摩耗の程度は位置決め領域Gの摩耗より少ない。
【0092】
超音波モータ装置1の運転に従い前記位置決め領域Gの摩耗は進行するが、強制回転条件の成立が判断された場合に、制御装置40の目標位置変更部40cは、移動体24を位置決めする目標位置Dを、例えば図14中2点鎖線で示すように90°周方向にずらすように変更させて、位置決め領域Gがそれ以前の健全な領域Hに位置されるようにする。なお、この位置決めについての使用位置の変更に伴い、それとの整合性を図るために種々の自動的調整が行われるものであり、こうした調整のためのプログラムなどは制御装置40のROMなどに予め記憶されている。
【0093】
以上の変更により、それ以前の位置決め領域に比較して摩耗が進行していない健全な状態の領域Hを用いて、移動体24を位置決めすることができる。したがって、振動体23に摩擦接触している移動体24の加圧接触面全体を均して、加圧接触面の表面状態を略均一に維持する強制回転を行わないもに拘らず、超音波モータ装置1の耐久性を向上することができる。
【0094】
なお、本発明は定在波型超音波モータに限定して適用されるものではなく、進行波型超音波モータ等にも適用できる。又、発振駆動回路10は自励発振回路を用いたものに限らず他励発振回路を用いたものでもよい。
【0095】
【発明の効果】
本発明によれば、移動体の位置決めに拘らず、振動体に摩擦接触している移動体の強制回転が実施される度に、移動体の加圧接触面全体が均されて、この加圧接触面の表面状態を略均一に維持できるので、耐久性に優れる超音波モータ装置、及びこの装置を備えた電子機器を提供できる。
【0096】
本発明によれば、移動体の位置決めに拘らず、振動体に摩擦接触している移動体の強制回転条件が満たされる度に、それまで移動体上の位置決め領域から外れていて摩耗の少ない領域を新たな位置決め領域として使用するので、耐久性に優れる超音波モータ装置、及びこの装置を備えた電子機器を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施形態に係る超音波モータ装置の構成を示す断面図。
【図2】図1の超音波モータ装置の構成を示すブロック図。
【図3】図1の超音波モータ装置の位置決め動作及び強制回転動作を説明するフローチャート。
【図4】図1の超音波モータ装置の動作を説明するタイムチャート。
【図5】(A)及び(B)は図1の超音波モータ装置の位置決め時のオーバーシュートと整定時間との関係を示した特性図。(C)は従来の超音波モータ装置の位置決め時のオーバーシュートと整定時間との関係を示した特性図。
【図6】図1の超音波モータ装置が搭載された本発明の電子機器を構成を示すブロック図。
【図7】本発明の第2実施形態に係る超音波モータ装置の位置決め動作及び強制回転動作を説明するフローチャート。
【図8】本発明の第3実施形態に係る超音波モータ装置の位置決め動作及び強制回転動作を説明するフローチャート。
【図9】本発明の第4実施形態に係る超音波モータ装置の強制回転動作を説明するフローチャート。
【図10】本発明の第5実施形態に係る超音波モータ装置の強制回転動作を説明するフローチャート。
【図11】本発明の第6実施形態に係る超音波モータ装置の強制回転動作を説明するフローチャート。
【図12】本発明の第7実施形態に係る超音波モータ装置の位置決め動作及び強制回転動作を説明するフローチャート。
【図13】本発明の第8実施形態に係る超音波モータ装置の構成を示すブロック図。
【図14】第8実施形態に係る超音波モータ装置での目標位置の変更のイメージを説明する図。
【符号の説明】
1…超音波モータ装置
2…超音波モータ
3…電子機器
4…伝達機構
5…出力機構
10…発振駆動回路
21a…時計方向回転用電極
21b…反時計方向回転用電極
21c…共通電極
22…圧電体
23…振動体
24…移動体
24a…摩擦材
25…ばね(加圧手段)
26…突起
30…位置センサ
40…制御装置
40a…モータ制御部
40b…強制回転制御
40c…目標位置変更部
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an ultrasonic motor device that converts the expansion and contraction motion of a piezoelectric body into a rotary motion and an electronic device equipped with the motor device, and more particularly to an ultrasonic motor device capable of taking measures against wear caused by positioning of a rotating moving body. And electronic equipment.
[0002]
[Prior art]
The ultrasonic motor fixes a vibrating body in which a polarized piezoelectric element is adhered to the back surface to a center axis of a fixed base, and incorporates an enlargement mechanism for expanding the displacement of the vibrating body rotatably around the center axis. The moving body is brought into contact with the moving body via a friction material, and the moving body is pressed against the vibrating body by a pressure spring. In this ultrasonic motor, a high-frequency voltage is applied to a piezoelectric element to generate flexural vibration in a vibrating body, thereby rotating a pressed moving body by frictional force (for example, see Patent Document 1). ).
[0003]
[Patent Document 1]
JP-A-2000-139089 (paragraph 0002, FIGS. 1 to 3)
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
This type of ultrasonic motor has the following features. It has high torque at low speed. Has a large holding torque when no current is applied. High responsiveness and controllability. No magnetic effect. Small size and light weight are possible. And the operating noise is extremely low. Therefore, the ultrasonic motor can be suitably used as a drive source of a positioning unit of various electronic devices. For example, the present invention can be used for a pointing device for controlling a movement at a fixed angle, a mirror angle control, a pickup drive of a head of information equipment, and the like.
[0005]
The positioning of the ultrasonic motor is performed by a control device in which a target position is set in advance and a position sensor that detects a current position of a moving body driven by a vibrating body of the ultrasonic motor. These ultrasonic motor, control device, and position sensor constitute an ultrasonic motor device. When the moving body of the ultrasonic motor rotates, the position sensor is a rotary encoder. The control device constantly monitors the current position signal of the moving object generated by the position sensor, monitors whether the current position of the moving object is the target position, and executes the following positioning control. When detecting that the current position of the moving body has reached the target position, the control device checks whether or not there is overshoot. When the control device determines that there is an overshoot, it immediately reverses the ultrasonic motor. The control device terminates the positioning control when it determines that there is no overshoot, that is, when it determines that the moving body has entered a settling state in which it holds the target position.
[0006]
As described above, if there is an overshoot after the moving body reaches the target position, the ultrasonic motor is immediately rotated in the reverse direction. Since this overshoot is an unavoidable phenomenon, this reverse operation is repeatedly performed in the positioning control. As a result, the overshoot amount (the amount of overshoot deviation from the target position) gradually decreases and finally converges to zero. That is, the ultrasonic motor enters a settling state. It is desirable that the time from when the target position is first reached to the stabilization state, that is, the settling time, be short.
[0007]
By the way, Patent Document 1 does not describe the following problem associated with positioning control that is repeatedly performed in which the ultrasonic motor reversely rotates with respect to the previous rotation in order to converge the overshoot with respect to the target position.
[0008]
That is, the friction material of the moving body is pressed against the displacement enlarging mechanism (a plurality of projections) of the vibrating body by the pressure spring. As a result, a region (referred to as a positioning region) in contact with the displacement enlarging mechanism including the target position for positioning the friction material is intensively and repeatedly rubbed by the displacement enlarging mechanism. Proceed ahead of area. As a result, the surface state of the pressure contact surface made of the friction material of the moving body becomes uneven. When the surface condition deteriorates from the initial state in this way, the settling time changes along with the performance of converting the vibration of the displacement magnifying mechanism into the rotation of the moving object according to the state, and the positioning accuracy of the moving object and the motor efficiency are changed. Phenomenon occurs.
[0009]
Therefore, when the moving body of the ultrasonic motor of Patent Document 1 is used by positioning it so as to stop at a certain fixed position, or depending on the number of overshoots, etc., the positioning control of the moving body rotated as described above is performed. Accordingly, it is inevitable that the settling time changes. As a result, when the settling time takes a long time, the wear of the positioning area including the target position for positioning and in contact with the displacement enlarging mechanism is further promoted, and the life of the ultrasonic motor may be shortened. For this reason, in an electronic device equipped with an ultrasonic motor, there is a possibility that the life of the ultrasonic motor is shortened, that is, there is a possibility that a malfunction may occur due to durability.
[0010]
An object of the present invention is to provide an ultrasonic motor device that can improve the durability of a moving body that is repeatedly positioned, and an electronic apparatus including the ultrasonic motor device.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
The present invention controls the application of a high-frequency voltage to the piezoelectric body of the vibrating body, starts and stops the moving body that is in pressure contact with the vibrating body, performs forward rotation and reverse rotation, and also outputs a position signal of the moving body. It is assumed that the ultrasonic motor device includes a control device that performs positioning so that the position of the moving body becomes the target position by comparing the position signal from the position sensor that generates the target and the input target position.
[0012]
In order to solve the above problem, a control device is provided with a forced rotation control unit, and the control unit determines whether a previously input forced rotation condition is satisfied, and the forced rotation condition is satisfied. Later, the moving body is forcibly rotated one or more times continuously. Here, the reason why the rotation is one rotation or more is that if the target position for positioning is invariable, if it is one rotation or less, the state of the entire pressure contact surface of the moving body may not be uniform.
[0013]
In a preferred aspect of the present invention, the forced rotation condition is satisfied when the time required for the positioning exceeds a preset settling time. Similarly, when a predetermined positioning time that is set in advance in consideration of a specified time and a constant variation rate with respect to the specified time is deviated, the forced rotation condition is satisfied. Similarly, when the positioning is performed exceeding a preset number of times of performing the positioning, the forced rotation condition is satisfied. Similarly, immediately after the power is turned on, the forced rotation condition is satisfied. Similarly, immediately before the power is turned off, the forced rotation condition is satisfied. Similarly, when the number of overshoots at the time of positioning exceeds a predetermined number of times, the forced rotation condition is satisfied. Similarly, when the amount of deviation of the overshoot at the time of the positioning from the target position exceeds a predetermined value, the forced rotation condition is satisfied.
[0014]
Further, in a preferred embodiment of the present invention, the forcible rotation can be performed by rotating the moving body clockwise. Similarly, the forcible rotation can be performed by rotating the moving body counterclockwise. Similarly, the forced rotation can be performed by rotating the moving body at least once in the clockwise and counterclockwise directions.
[0015]
In the present invention, when the forced rotation condition input in advance to the forced rotation control unit is satisfied, the moving body is forcibly continuously rotated one or more rotations thereafter. Each time the forced rotation is performed, the entire pressure contact surface of the moving body that is in frictional contact with the vibrating body is leveled.
[0016]
In order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides a target position changing unit in a control device, and the changing unit determines whether or not a pre-input forced rotation condition is satisfied. After the rotation condition is satisfied, the target position is deviated from the positioning area including the target position on the moving body and in contact with the vibrating body, and the area having less wear than the positioning area is the positioning area. You may make it change.
[0017]
In the present invention, when the forcible rotation condition input in advance to the target position changing unit is satisfied, the moving body is moved so that an area that has been out of the positioning area on the moving body thereafter is used as a new positioning area. Is changed. As a result, until the next forced rotation is performed or until the end of the life, the moving body can be positioned by bringing the vibrating body into pressure contact with the area newly set as the positioning area as described above.
[0018]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 2 is a block diagram showing the ultrasonic motor device 1 according to the first embodiment. The ultrasonic motor device 1 includes an ultrasonic motor 2, a position sensor 30, and a control device 40. The rotation of the ultrasonic motor device 1 is controlled by processing a position signal output from the position sensor 30 by the control device 40, and thereby has a function of positioning a moving body to be described later at substantially the same target position. Have.
[0019]
The ultrasonic motor 2 vibrates the vibrating body 23 to which the piezoelectric body 22 is joined, the moving body 24 which is disposed so as to rotate clockwise and counterclockwise by the vibration of the vibrating body 23, and functions as a rotor. The piezoelectric device 22 includes a pressure unit 25 that functions as a pressure mechanism that presses and contacts the body 23, a pair of electrodes 21a and 21b that apply a high-frequency voltage to the piezoelectric body 22, and an oscillation drive circuit 10 that generates the high-frequency voltage. The electrode 21a is for clockwise rotation, and the electrode 21b is for counterclockwise rotation.
[0020]
FIG. 1 is a sectional view of a main part of the ultrasonic motor 2. As shown in FIG. 2, the moving body 24 is rotatably supported on a shaft 27 via a bearing 28 so as to be rotatable. The moving body 24 has a friction material 24a bonded to the back surface (the lower surface in FIG. 2). The friction material 24a functions as a friction contact surface (also referred to as a pressure contact surface) with the vibrating body 23, and is more easily worn than a protrusion 26 described later. As the friction material 24a, for example, a composite plastic containing carbon fiber can be suitably used. The friction material 24a can be removed and replaced at the time of maintenance or the like.
[0021]
The shaft 27 is erected on a support plate (also called a fixed base) 29. The vibrating body 23 is formed in a disk shape by, for example, an aluminum alloy, and is coaxially fixed to the shaft 27. On the surface (the upper surface in FIG. 1) of the vibrating body 23, a plurality of, for example, six projections 26 (only two are shown in FIG. 1) functioning as a displacement magnifying mechanism are integrally formed.
[0022]
A piezoelectric body 22 made of piezoelectric ceramics such as zinc zirconate titanate is bonded to the back surface (the lower surface in FIG. 1) of the vibrating body 23. A pair of electrodes formed in a predetermined electrode pattern, that is, a clockwise rotation electrode 21a and a counterclockwise rotation electrode 21b are arranged on the back surface (the bottom surface in FIG. 1) of the piezoelectric body 22, and lead wires 21d are provided respectively. And 21e are electrically connected to the drive circuit. A common electrode 21 c (not shown) is provided on the upper surface side of the piezoelectric body 22, that is, a surface in contact with the vibrating body 23, and is electrically connected to a lead wire 21 f via a shaft 27.
[0023]
The spring 25, which is a pressurizing means, is sandwiched in a compressed state between a spring receiver 27a attached to the shaft 27 so as to cover the tip of the shaft 27 and an inner ring of a bearing 28 slidable with respect to the shaft 27, for example. Is provided. The moving body (b) is pressed against the vibrating body 23 by the elastic force of the spring 25, and the friction material 24a is pressed against the distal end surfaces of the plurality of projections 26.
[0024]
As shown in FIG. 2, the oscillation drive circuit 10 includes a resistor 13, a resistor 14, a capacitor 15, and a capacitor 16. The oscillation drive circuit 10 includes a start / stop inverter 11, a clockwise rotation buffer 12a, and a counterclockwise rotation buffer 12b. The oscillation drive circuit 10 forms a Colpitts oscillation circuit type self-excited oscillation circuit by the above-described circuit elements, the piezoelectric body 22 and the vibration body 23 as vibrators. This self-excited oscillation circuit is described in detail in the paper "Development of a micro ultrasonic motor using self-excited drive" described in the Journal of the Japan Society of Precision Engineering (Vol. 64, No. 8, pages 1117 to 1121). Is disclosed.
[0025]
The position sensor 30 is, for example, a rotary encoder, and constantly detects the current position of the moving body 24, and provides an output signal thereof to the control device 40. As illustrated in FIG. 1, the position sensor 30 has a disk-shaped encoder scale 31, a light-emitting element 32, and a photoelectric conversion element 33. A large number of slits 34 are formed in the circumferential portion of the encoder scale 31 at equal intervals in the circumferential direction. The number of the slits 34 is a number corresponding to the resolution required in the positioning control for the moving body 24. The encoder scale 31 is attached and arranged on the surface of the moving body 24, and its peripheral portion protrudes from the moving body 24. The periphery of the encoder scale 31 is arranged between the light emitting element 32 and the photoelectric conversion element 33 so that the light beam passes through the slit 34. The photo interrupter having the light emitting element 32 and the light receiving element 33 is attached to the support plate 29.
[0026]
The control device 40 includes a motor control unit 40a and a forced rotation control unit 40b. In the motor control unit 40a, a target position for stopping the moving body 24 at a predetermined position is previously input and set by an input unit (not shown). The setting of the target position can be performed by constantly inputting the target position of the moving body 24 to the control device 40 from an external device (not shown). The motor control unit 40a compares the input target position with the current position (current position signal) output from the position sensor 30 so that the current position of the moving body 24 always matches the target position. It has a function of performing feedback control (positioning control).
[0027]
This feedback control is performed by giving a control command signal to the oscillation drive circuit 10 from the motor control unit 40a of the control device 40. The control command signals are a start command signal, a stop command signal, a clockwise rotation command signal, and a counterclockwise rotation command signal, and these are an ON signal and an OFF signal. The start command signal and the stop command signal are given to the inverter 11. The clockwise rotation command signal is provided to a clockwise rotation buffer 12a, and the counterclockwise rotation command signal is provided to a counterclockwise rotation buffer 12b.
[0028]
The start / stop inverter 11, the clockwise rotation buffer 12a, and the counterclockwise rotation buffer 12b are circuit components such as a tri-state or three-state IC. Each of these has a control terminal in addition to an input terminal and an output terminal, and can output two voltages of HIGH and LOW by a control command signal input to the control terminal. A high impedance state can be set between them.
[0029]
The forced rotation control unit 40b of the control device 40 maintains the surface state of the friction material 24a forming the pressure contact surface substantially uniformly separately from the positioning control by the motor control unit 40a, that is, regardless of the positioning of the moving body 24. It is provided in order to. Forced rotation conditions are previously input and set in the forced rotation control unit 40b by the input means (not shown). The setting of the forced rotation condition can also be performed by constantly inputting the forced rotation condition to the motor control unit 40a of the control device 40 from an external device (not shown).
[0030]
The forced rotation condition is a condition for forcibly rotating the moving body 24. In the first embodiment, the forced rotation condition is set when the positioning of the moving body 24 fails. Here, the positioning failure means that when positioning the moving body 24 at the target position, the positioning operation is performed beyond the settling time without the positioning operation being completed within a predetermined positioning time (settling time) set in advance. It means that the state has been reached.
[0031]
To determine the positioning failure, the forced rotation control unit 40b has a comparator (not shown). A predetermined settling time is set in this comparator as a reference value (specified value). The forced rotation control unit 40b determines whether the value of the position signal of the moving body 24 supplied from the position sensor 30 to the comparator exceeds a reference value. It has a function of forcibly rotating the moving body 24 one or more times continuously in accordance with the timing of the rotation.
[0032]
Here, the number of forced rotations, the time during which the forced rotation is performed, and the time at which the forced rotation is performed are set in the control device 40 in advance. In the forced rotation, the moving body 24 is continuously rotated one or more times, and the number of rotations at that time can be appropriately determined according to the contents of the forced rotation condition. Further, the rotation of the moving body 24 at the time of the forced rotation may be clockwise rotation (CW) or counterclockwise rotation (CCW). In addition, the rotation of the moving body 24 may be performed at least once clockwise and counterclockwise. In some cases, one of these is set in the forced rotation control unit 40b.
[0033]
When to perform the forced rotation, one of the following two methods can be selected. First, when the positioning of the moving body 24 fails, that is, when the forced rotation control unit 40b determines that the forced rotation condition is satisfied, the forced rotation is executed immediately after the completion of the positioning operation. In the second case, the forced rotation is executed immediately before the first power-off after the positioning of the moving body 24 fails or immediately after the first power-on after the completion of the positioning operation. When the forced operation is performed at the second time, it is preferable because unnaturalness in operation of the ultrasonic motor device 1 can be apparently suppressed.
[0034]
The electronic device 3 shown in FIG. 6 includes the ultrasonic motor device 1 having the above-described configuration mounted thereon, a transmission mechanism 4, and an output mechanism 5.
[0035]
The transmission mechanism 4 is movable in conjunction with the moving body 24, and may use, for example, a transmission wheel such as a gear wheel or a friction wheel. The transmission mechanism 4 can be omitted, and the output mechanism 5 can be linked directly to the moving body 24. It is also possible to attach an output shaft to the moving body 24 and have a power transmission mechanism for transmitting torque from the output shaft. In this case, the ultrasonic motor device 1 itself functions as a drive mechanism. be able to.
[0036]
As the output mechanism 5, for example, a pointer, a pointer driving mechanism, a display plate such as a calendar, or a display plate driving mechanism in an electronic timepiece can be used. Similarly, in copiers and printers, it is used as a mechanism to move a mirror that changes the direction of laser light. In cameras and video cameras, it is used as a shutter drive mechanism, aperture drive mechanism, lens drive mechanism, film winding mechanism, etc. Can be used. Similarly, in a measuring instrument, a manufacturing apparatus, and an optical sensor using a laser beam, it can be used for a mechanism for driving a slit plate or a filter that blocks and transmits light or transmits only a specific wavelength. Similarly, a contact mechanism or a gap plate for changing a resistance value or a capacitance value can be used for a volume or the like of an audio device. Similarly, a pickup mechanism can be used for a hard disk or an optical disk.
[0037]
In the ultrasonic motor device 1 having the above-described configuration, when a high-frequency voltage is applied between the clockwise rotation electrode 21a or the counterclockwise rotation electrode 21b and the common electrode 21c, a periodic movement is caused by the expansion and contraction movement of the piezoelectric body 22. Vibration is generated in the vibrating body 23. This periodic vibration is a standing wave, and the periodic vibration of the vibrating body 23 is transmitted as power to the moving body (b) that is pressed against the plurality of protrusions 26 by the spring 25.
[0038]
The moving body 24 is frictionally driven by the vibration wave generated in the vibrating body 23 through the contact between the predetermined electrode pattern and the plurality of protrusions 26 formed at the predetermined spacing and arrangement, and is clockwise or counterclockwise. Rotated. In this case, when a high-frequency voltage is applied between the clockwise rotation electrode 21a and the common electrode 21c, the moving body 24 rotates clockwise. When the high frequency voltage is applied between the counterclockwise rotation electrode 21b and the common electrode 21c, the moving body 24 rotates counterclockwise. Since the configuration and operation of such a standing wave type ultrasonic motor device are disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. H11-55971, a detailed description thereof will be omitted.
[0039]
The positioning control in the ultrasonic motor device 1 is performed according to steps 101 to 105 of the flowchart of FIG. That is, the motor control unit 40a of the control device 40 constantly monitors the current position signal from the position sensor 30 and monitors whether the current position of the moving body 24 is the target position (step 101). Accordingly, when it is detected that the current position of the moving body 24 has reached the target position after the positioning is started, the motor control unit 40a generates a stop command signal and gives it to the oscillation drive circuit 10 (step 102). Subsequently, the motor control unit 40a checks whether or not there is an overshoot (step 103). If it is determined that there is an overshoot, the motor control unit 40a holds the stop command signal as it is for the stop command holding time t (step 103). 103). When the stop command holding time t has elapsed, the motor control unit 40a supplies a reverse rotation command signal to the oscillation drive circuit 10 to cause the moving body 24 to perform a reverse rotation operation (step 105). After step 105, the process returns to step 101, and the above operation is repeated. Then, in step 103, when the motor control unit 40a determines that there is no overshoot, the position correction operation ends.
[0040]
The above positioning control operation will be described in more detail together with the states of the inverter 11, the buffer 12a, and the buffer 12b.
[0041]
(B) When the moving body 24 functioning as an overnight has overshot during the clockwise rotation, the states of the invar 11, the buffers 12a, and 12b change as follows. That is, when the moving body 24 is rotating clockwise, the motor control unit 40a supplies ON, ON, and OFF control signals to the respective control terminals of the inverter 11, the buffer 12a, and the buffer 12b. Therefore, the inverter 11 is enabled, the buffer 12a is enabled, and the buffer 12b is disabled. Accordingly, the high frequency voltage from the oscillation drive circuit 10 is supplied to the piezoelectric body 22 from the electrode 21a and the common electrode 21c, and the moving body 24 is rotating clockwise.
[0042]
In this state, when the moving body 24 reaches the target position (Step 101), the motor control unit 40a generates a stop command signal at that moment (Step 102), and supplies an OFF control signal to the control terminal of the inverter 11. As a result, the inverter 11 is switched to the disable state, and the supply of the high-frequency voltage from the oscillation drive circuit 10 to the piezoelectric body 22 is stopped. Even if the supply of the high-frequency voltage to the piezoelectric body 22 is stopped, the moving body 24 stops completely after rotating slightly in the clockwise direction due to residual vibration and inertia. This slight rotational movement amount is the largest during the first overshoot, becomes smaller than the previous one when the overshoot due to the reverse rotation continues, becomes smaller each time overshoot is repeated, and finally converges to the target position and enters a settled state. Become.
[0043]
Subsequent to step 102, the motor control unit 40a determines whether or not the position of the moving body 24 has exceeded the target position. The signal is held as it is (step 103).
[0044]
When the moving body 24 exceeds the target position, slightly rotates clockwise due to residual vibration and inertia, and then stops completely for a while, the stop command holding time t elapses. The motor control unit 40a generates a forward / reverse switching command signal at an arbitrary moment within the stop command holding time t, and supplies OFF and ON control signals to respective control terminals of the buffer 12a and the buffer 12b. Then, the buffer 12a switches to the disabled state, and the buffer 12b switches to the enabled state. Therefore, when the stop command holding time t is reached (step 104), the motor control unit 40a generates a stop command release signal at that moment, and gives an ON control signal to the control terminal of the inverter 11. Then, the inverter 11 is switched to the enable state, the supply of the high-frequency voltage from the oscillation drive circuit 10 to the piezoelectric body 22 is restarted, and the moving body 24, which is a short time, is rotated counterclockwise (step 105).
[0045]
Next, when the moving body 24 overshoots during the counterclockwise rotation, the motor control unit 40a supplies ON, OFF, and ON control signals to respective control terminals of the inverter 11, the buffer 12a, and the buffer 12b. Therefore, the inverter 11 is in the enable state, the buffer 12a is in the disable state, and the buffer 12b is in the enable state. The high frequency voltage from the oscillation drive circuit 10 is supplied to the piezoelectric body 22 from the electrode 21b, and the movement is almost complete. The body 24 is rotating counterclockwise.
[0046]
In this state, when the moving body 24 reaches the target position (Step 101), the motor control unit 40a generates a stop command signal at that moment (Step 102), and supplies an OFF control signal to the control terminal of the inverter 11. . Then, the inverter 11 is switched to the disable state, and the supply of the high frequency voltage from the oscillation drive circuit 10 to the piezoelectric body 22 is stopped. Even if the supply of the high-frequency voltage to the piezoelectric body 22 is stopped, the moving body 24, which is still in a state, stops slightly after rotating slightly clockwise due to residual vibration and inertia.
[0047]
Subsequent to step 102, the motor control unit 40a checks whether or not the position of the moving body 24 has exceeded the target position, and when it is determined that there is overshoot, the stop command signal is output for the stop command holding time t. Is held as it is (step 103).
[0048]
If the moving body 24, which is one night, exceeds the target position, slightly rotates clockwise due to residual vibration and inertia, and then stops completely for a while, the stop command holding time t elapses. The motor control unit 40a generates a forward / reverse switching command signal at an arbitrary moment within the stop command holding time t, and supplies an ON / OFF control signal to each control terminal of the buffer 12a and the buffer 12b. Then, the buffer 12a switches to the enabled state, and the buffer 12b switches to the disabled state. Therefore, when the stop command holding time t is reached (step 104), the motor control unit 40a generates a stop command release signal at that moment, and gives an ON control signal to the control terminal of the inverter 11. Then, the inverter 11 is switched to the enable state, the supply of the high-frequency voltage from the oscillation drive circuit 10 to the piezoelectric body 22 is restarted, and the moving body 24 reverses clockwise (step 105).
[0049]
The positioning operation described above is also shown in the time chart of FIG. That is, in FIG. 4, the waveform (A) at the top represents the result of the determination by the motor control unit 40a as to whether or not the current position of the moving body 24 matches the target position. B) shows the result of the motor control unit 40a determining whether or not the current position of the moving body 24 is over the target position. Similarly, the third waveform from the top (C) represents the ON or OFF control signal given to the inverter 11 by the motor control unit 40a, and the fourth waveform (D) from the top represents the buffer from the motor control unit 40a. An ON or OFF control signal applied to the buffer 12b is shown in the lowermost waveform (E) of the motor control section 40a.
[0050]
The time chart in FIG. 4 shows that the motor control unit 40a performs a reverse rotation from the clockwise direction to the counterclockwise direction from the moment when the first match is detected, and after a stop command holding time of t1 time interval, and then the motor control unit 40a This indicates that the reverse rotation from the counterclockwise direction to the clockwise direction is performed after a stop command holding time of a time interval t2 from the moment when the second match is detected. Then, the stop command is issued at the moment when the motor control unit 40a detects the third match, but the position signal is still issued even if the predetermined stop command holding time is exceeded. Accordingly, FIG. 4 shows that the ultrasonic motor device 1 is in a settling state from the moment when the third match is detected.
[0051]
As shown in FIG. 4, the stop command holding time is set to a plurality of times, for example, t1 and t2. The time interval of t2 is set shorter than the time interval of t1. This focuses on the fact that the second overshoot is smaller than the first overshoot. The stop command holding time is a time interval from a time when the control unit detects that the moving body has reached the target position and issues a stop command to a time when a stop release command, that is, a start command is issued. The time interval until the stop of the motor 24 or the time interval until the vibration of the vibrating body 23 stops is set to be substantially the same. In view of this, the time interval of t2 is set shorter than t1.
[0052]
As is clear from FIG. 4, the stop command holding time includes a plurality of stop command times with different time intervals. The smaller the moving amount of the moving body 24 to the target position, the shorter the time interval is set. The time interval of the stop command holding time is set shorter as the moving body speed immediately before the stop command is input is lower. If the oscillation drive circuit 10 constitutes a self-excited oscillation circuit, the stop command holding time is equal to or longer than the time interval from when the stop command is input from the motor control unit 40a to when the self-excited oscillation of the self-excited oscillation circuit stops. It is desirable to be set to.
[0053]
As described above, the stop command holding time is determined according to the situation of the positioning control, and the specific value is empirically determined in units of several ms to several hundreds of μs. The stop command holding time determined in this way is set in the motor control unit 40a in advance. For example, in the control device 40 including a CPU, a ROM, a RAM, and the like, the stop command holding time is stored in the RAM by an input unit.
[0054]
According to the positioning control of the moving body 24 in the ultrasonic motor device 1 described above, the overshoot is reduced, and the settling time is significantly reduced. This fact will be apparent from FIG. 5A and 5B are characteristic diagrams of the position control of the ultrasonic motor device 1. FIG. 5A shows a case where the stop command holding time is 10 ms, FIG. 5B shows a case where the stop command holding time is 1 ms, and FIG. The respective characteristic diagrams when there is no holding time are shown. In FIG. 5, the vertical axis indicates the position of the moving body 24 expressed by the number of pulses, and the horizontal axis indicates time (× 10 ms).
[0055]
The maximum overshoot amount by the positioning control was about 1800 pulses when the stop command holding time in (A) was 10 ms, and was about 1900 pulses when the stop command holding time in (B) was 1 ms. On the other hand, according to the positioning control of the ultrasonic motor for performing the forward / reverse rotation without providing the stop command holding time, that is, when the stop command holding time in (C) is zero, the number of pulses was about 2100 pulses. . The settling time by the positioning control in the ultrasonic motor device 1 is about 490 ms when the stop command holding time of (A) is 10 ms, and about 430 ms when the stop command holding time of (B) is 1 ms. Met. On the other hand, according to the positioning control of the ultrasonic motor for performing the forward / reverse rotation without providing the stop command holding time, when the stop command holding time of (C) is zero, it is about 610 m. As is clear from these comparisons, according to the positioning control, the maximum overshoot amount was small, and the settling time was significantly short. Since the settling time was significantly reduced, the positioning resolution was improved.
[0056]
Incidentally, in a general configuration in which the ultrasonic motor is controlled to rotate by performing the forward / reverse rotation without providing the stop command holding time, even if the stop command is issued as described above, the moving body is not moved due to residual vibration and inertia. Since the moving body keeps moving for an extremely short time, if the moving body is immediately reversed every time it overshoots, the phenomenon that the moving body slips or the residual vibration at the time of normal rotation and the driving vibration of the reverse rotation overlap and the moving body Phenomenon is seen in which the frictional force between the vibration member and the vibrator is greatly reduced. On the other hand, the stop command holding time is provided as described above, and the moving body is reversed after the above-mentioned phenomenon disappears, so that the positioning performance is significantly improved as described above. it can.
[0057]
Meanwhile, in the positioning control in the ultrasonic motor device 1, as shown in FIG. 3, the actual settling time required from the start of the positioning until the overshoot converges to the settling state (T1, T2 in FIG. 5). , T3) have exceeded the predetermined settling time T, and the forced rotation control unit 40b of the control device 40 determines whether or not the settling time T has exceeded (step 106). If the actual settling time is equal to or shorter than the specified settling time T, step 106 determines that the positioning is successful, and the control device 40 positions and holds the moving body 24 of the ultrasonic motor device 1 at a predetermined target position and stops.
[0058]
If the actual settling time exceeds the specified settling time T, step 106 determines that the positioning has failed. Then, the forced rotation condition is satisfied, and the control device 40 causes the next step 107, that is, the forced rotation to be executed at an appropriate time, and forcibly continuously rotates the moving body 24 by one or more rotations. To stop. The forced rotation is performed by exciting the vibrating body 23 via the motor control unit 40a. In this case, the moving body 24 is rotated clockwise or counterclockwise, or these rotations are alternately repeated one or more times. It is forcibly rotated in such a rotation form.
[0059]
The positioning failure of the moving body 24 is caused by the fact that the contact portion between the friction material 24a and the projection 26 forming the pressure contact surface of the moving body 24 with which the projection 26 inclined with the excitation comes in contact is more worn than other parts of the friction material 24a. Is likely to occur when the situation has advanced.
[0060]
However, as described above, when it is determined that the positioning has failed, the moving body 24 is forcibly rotated. Therefore, the wear of the entire annular region of the friction material 24 a in contact with the protrusion 26 of the vibrating body 23 is promoted by the protrusion 26. Thus, the entire annular region is leveled. That is, at the time of the positioning failure, the friction material 24a, which is the pressure contact surface, is placed on the positioning area where the wear has progressed from the other (this is the area in contact with the projection 26 of the vibration body 23 including the target position on the moving body 24). ), And there are areas deviating therefrom and having a degree of wear smaller than the positioning area. In this state, the protrusion 26 promotes abrasion, so that the surface condition of the positioning region and other regions can be changed substantially uniformly. In addition, regardless of the wear caused by the forced rotation, the pressure contact state of the friction material 24a with the projection 26 is maintained by the pressing force of the spring 27.
[0061]
In the first embodiment, each time the positioning of the moving body 24 whose positioning is controlled to the target position as described above fails, the surface state of the friction material 24a partially roughened by the positioning operation up to that point is changed to the moving body 24. Can be restored by forced rotation.
[0062]
For this reason, the locally rough surface state of the friction material 24a further progresses, and the performance of converting the vibration of the vibrating body 23 into the rotation of the moving body 24 is reduced, that is, the motor efficiency can be suppressed from being reduced. . For the same reason, a specified settling time can be maintained, so that a decrease in the positioning accuracy of the moving body 24 can be suppressed.
[0063]
As described above, although it is inevitable that the surface of the friction material 24a becomes rough due to the positioning control, the surface state of the friction material 24a can be substantially uniformly recovered, so that the durability of the ultrasonic motor device 1 can be improved. Therefore, in the various electronic devices 3 on which the ultrasonic motor device 1 is mounted, it is possible to suppress a malfunction due to a reduction in the life of the ultrasonic motor device 1 and to reduce the life of the ultrasonic motor device 1 due to the wear. It is also possible to reduce the possibility that the need to replace the ultrasonic motor device 1 is generated.
[0064]
Next, second to seventh embodiments of the present invention will be described. Since these embodiments are basically the same as the first embodiment, the same components are denoted by the same reference numerals as those in the first embodiment, and description thereof will be omitted. Hereinafter, a configuration different from that of the first embodiment will be described. In this description, FIGS. 1 to 6 are referred to as needed.
[0065]
In the second embodiment shown in FIG. 7, the setting is made such that the forced rotation condition is satisfied when the time actually required for the positioning of the moving body 24 exceeds a predetermined positioning time. Here, the predetermined positioning time is a time obtained by adding a fixed fluctuation rate to the specified time to the specified time. At least one of a minus time or a plus time with respect to a specified time can be used as the fluctuation rate, and in the second embodiment, it is ± t% of the specified time. The value of t can be, for example, ± 10%, but is not limited thereto, and the plus time and the minus time do not have to be the same value.
[0066]
As a result, the reference value for determining the timing of whether the forced rotation condition is satisfied or not is set as an upper limit value obtained by adding a positive change rate to a specified value and a lower limit value obtained by adding a negative change rate to the specified value. You. After the forced rotation condition is satisfied, the moving body 24 is forcibly rotated immediately or immediately before the power is turned off or immediately after the next power is turned on.
[0067]
Step 108 of determining whether the forced rotation condition is satisfied is executed by the control device 40 after determining that the positioning is successful. In this case, the specified settling time T in step 106 is set longer than the upper limit. After determining in step 108 that the time actually required for positioning of the moving body 24 has exceeded the upper limit or not determining that the lower limit has not been reached, the control device 40 determines in step 106 that the positioning has failed. Is satisfied, the forced rotation condition in step 107 is satisfied.
[0068]
Depending on the surface condition of the positioning region of the friction material 24a, the motion conversion between the moving body 24 and the projection 26 becomes poor, and the moving body 24 is hardly moved substantially, making it difficult to converge the overshoot. Conceivable. In such a case as well, the upper limit is set as the criterion in step 108, so that the rotation can be shifted to the forced rotation as appropriate. Conversely, depending on the surface condition of the positioning region of the friction material 24a, the efficiency of the ultrasonic motor device 1 decreases, and as the number of rotations decreases, the overshoot decreases and the time actually required for positioning decreases. It may be shorter. In such a case as well, the lower limit is set as a criterion in step 108, so that it is possible to timely shift to forced rotation.
[0069]
If it is determined in step 108 that the time actually required for positioning the moving body 24 is included between the upper limit value and the lower limit value, the control device 40 sets the moving body 24 of the ultrasonic motor device 1 to a predetermined position. And stop.
[0070]
Except for the matters described above, the third embodiment is the same as the first embodiment. Therefore, also in the second embodiment, it is possible to obtain the same operation as in the first embodiment to solve the problem of the present invention. In addition, in the second embodiment, after each of the determination results in steps 106 and 108 is NO, the process shifts to the forced rotation, and the settling time specified for the execution of step 106 is set. Even in T, the forced rotation may be performed by the execution of step 108, so that the entire friction material 24a forming the pressure contact surface of the moving body 24 is leveled and the surface state of the pressure contact surface is maintained substantially uniform. It is superior to the first embodiment in that it is easy to perform. However, step 106 can be omitted in the second embodiment.
[0071]
In the third embodiment shown in FIG. 8, the setting is made such that the forced rotation condition is satisfied when the positioning of the moving body 24 exceeds the preset number N of times of positioning. Here, the execution of the positioning refers to a series of operations for converging the overshoot to the target position, not the number of overshoots, and the number N can be set arbitrarily, for example, 100 times. After the forcible rotation condition is satisfied, the mobile unit 24 is forcibly rotated at an appropriate time, such as immediately before power-off or immediately after the next power-on. The rotation speed N can be set, for example, according to the surface condition of the friction material 24a. In this case, an optimal numerical value is selected based on the sampling data.
[0072]
That is, step 109 for determining whether or not the forced rotation condition is satisfied is executed by the control device 40 after the positioning is completed within the specified time in step 106 and the positioning is determined to be successful. After it is determined in this step 109 that the actual positioning of the moving body 24 exceeds the preset number of times of performing the positioning (NO), the step is performed in the same manner as in the case where it is determined that the positioning has failed in the step 106. The forced rotation of 107 is performed by the control device 40. If the determination in step 109 is YES, the control device 40 positions and holds the moving body 24 of the ultrasonic motor device 1 at a predetermined target position and stops the moving body 24.
[0073]
Except for the matters described above, the third embodiment is the same as the first embodiment. Therefore, also in the third embodiment, it is possible to obtain the same operation as in the first embodiment, and to solve the problem of the present invention. In addition, in the third embodiment, after each of the determination results of steps 106 and 109 becomes NO, the rotation is shifted to the forced rotation, so that the entire friction material 24a forming the pressure contact surface of the moving body 24 is evenly distributed. This is superior to the first embodiment in that the surface state of the pressure contact surface is easily maintained substantially uniform.
[0074]
In the fourth embodiment shown in FIG. 9, the setting is made such that the forced rotation condition is satisfied immediately after the predetermined power is turned on. Here, the term “immediately after turning on the power” may be immediately after turning on the power every time. However, in the fourth embodiment, it is assumed that the number of times of turning on the power has reached a predetermined number. After the forced rotation condition is satisfied, the moving body 24 is forcibly rotated immediately or immediately before the power is turned off or immediately after the next power is turned on.
[0075]
That is, step 111 of determining whether or not the forced rotation condition is satisfied is executed by the control device 40 after the power is turned on (step 110) to the electronic device 3 on which the ultrasonic motor device 1 is mounted. If the number of power-on times does not reach the predetermined integration number, the determination in step 111 is NO, so the process proceeds to the next step 112, where the system of the electronic device 3 is in a start-up preparation state. After a predetermined time, the system of the electronic device 3 is operated (step 113). When the number of power-on times has reached the predetermined number of times of integration, the determination in step 111 is YES, and control device 40 executes forced rotation in step 107. Then, after the execution of the forced rotation is completed, the process proceeds to step 112 in which the system of the electronic device 3 is set to the startup preparation state, and step 113 is further executed after a predetermined time to operate the system of the electronic device 3. .
[0076]
Except for the matters described above, the third embodiment is the same as the first embodiment. Therefore, in the fourth embodiment as well, it is possible to obtain the same operation as in the first embodiment to solve the problem of the present invention. Moreover, the fourth embodiment in which the forced rotation is performed immediately after the power is turned on as described above is preferable in that the unnaturalness in the operation of the ultrasonic motor device 1 can be apparently suppressed.
[0077]
In the fifth embodiment shown in FIG. 10, the setting is made such that the forced rotation condition is satisfied immediately before the power supply of the system of the electronic device 3 is cut off. The term “immediately before power-off” may be immediately before each power-off, but in the fifth embodiment, immediately before power-off reaches a predetermined number. After the forced rotation condition is satisfied, the movable body 24 is forcibly rotated immediately or at an appropriate time such as immediately after the next power-on.
[0078]
That is, in step 111 for determining whether or not the forced rotation condition is satisfied, it is determined in step 116 whether the system power switch is turned off during the operation of the electronic device 3 equipped with the ultrasonic motor device 1 (step 115). The determination is YES, and the control device 40 executes the process after the system of the electronic device 3 is terminated (step 117). In this case, the electronic device 3 has a battery (auxiliary power supply) (not shown) that is used based on a signal when the power switch is turned off, and can execute Step 111 and the like with the power of the auxiliary power supply.
[0079]
If the number of power cutoffs does not reach the predetermined number of integrations, the determination in step 111 is NO, so the control device 40 executes the next step 118 to cut off the power supply from the auxiliary battery and 3. Shut down all systems. If the number of power cutoffs reaches the predetermined number of integrations, the determination in step 111 becomes YES at that point, and thus the control device 40 executes the forced rotation in step 107. Then, after the execution of the forced rotation, the control device 40 executes step 118 to stop the entire system of the electronic device 3.
[0080]
Except for the matters described above, the third embodiment is the same as the first embodiment. Therefore, also in the fifth embodiment, the same effects as those of the first embodiment can be obtained to solve the problem of the present invention. Moreover, the fifth embodiment in which the forced rotation is performed immediately before the power is turned off as described above is preferable in that the unnaturalness in the operation of the ultrasonic motor device 1 can be apparently suppressed. As the number of power-on times in the fourth embodiment and the number of power-off times in the fifth embodiment, for example, by taking sampling data in advance, an optimum number can be selected based on the result.
[0081]
In the sixth embodiment shown in FIG. 11, when the number of overshoots at the time of positioning exceeds a predetermined number of times, or the amount of deviation of the overshoot at the time of positioning from the target position is set in advance. Is set so that the forced rotation condition is satisfied when the specified value is exceeded. Here, the number of overshoots refers to the number of overshoots in a series of operations for converging the overshoot to the target position, in other words, the number of times of correcting the overshoots, for example, as shown in FIGS. 5A and 5B. In each case, it is three times. The shift amount is defined by the peak of the overshoot with respect to the target position. For example, in FIGS. 5A and 5B, the maximum shift amount can be indicated by reference characters X and Y. These prescribed times and prescribed values can be set arbitrarily. After the forced rotation condition is satisfied, the moving body 24 is forcibly rotated immediately or immediately before the power is turned off or immediately after the next power is turned on.
[0082]
That is, when the positioning of the moving body 24 is started (step 121), in the next step 122 in which it is determined whether or not the forced rotation condition is satisfied during the positioning operation, the overshoot occurring in the positioning is counted and the number of times is determined. Is determined whether or not exceeds a predetermined number of times. If the number of overshoots exceeds the specified number, the determination in step 122 is NO. Therefore, at an appropriate time thereafter, the control device 40 executes the forced rotation in step 107.
[0083]
On the other hand, when it is determined in step 122 that the forced rotation condition is not satisfied (determination is YES), the control device 40 monitors in step 101 whether the current position of the moving body 24 is the target position. If it is detected by this monitoring that the current position of the moving body 24 has not reached the target position (YES), the control device 40 executes step 102, generates a stop command signal, and gives it to the oscillation drive circuit 10. Subsequently, the control device 40 checks whether or not there is an overshoot (step 103). If it is determined that there is no overshoot (NO), the positioning ends.
[0084]
If it is determined in step 103 that there is an overshoot (YES), control device 40 executes next step 123 to determine whether or not the amount of overshoot deviation exceeds a predetermined value. I do. If the deviation exceeds the specified value, the determination in step 123 becomes NO, and thereafter, at an appropriate time thereafter, the control device 40 executes the forced rotation in step 107. If the deviation does not exceed the specified value, the determination in step 123 is YES, so the control device 40 supplies a reverse rotation command signal to the oscillation drive circuit 10 to perform a reverse rotation operation (step 105). ). In this case, a predetermined time has elapsed since the generation of the stop command signal. After step 105, the process returns to step 122 and repeats the above-described operation. If it is determined in step 103 that there is no overshoot, the positioning correction operation ends, and the control device 40 The moving body 24 of the acoustic wave motor device 1 is positioned and stopped at a predetermined target position.
[0085]
Except for the matters described above, the third embodiment is the same as the first embodiment. Therefore, also in the sixth embodiment, the same effects as those of the first embodiment can be obtained, and the problem of the present invention can be solved. Depending on the surface condition of the positioning region of the friction material 24a, the motion conversion between the moving body 24 and the projection 26 becomes poor, and the moving body 24 is hardly moved substantially, making it difficult to converge the overshoot. Conceivable. In such a case, it is superior to the first embodiment in that it is possible to timely shift to the forced rotation based on the determination in step 122. Further, a change in the surface state of the friction plate 24a due to the repetition of the positioning of the moving body 24 may increase the amount of shift of the overshoot with respect to the target position. In this case, the settling time also becomes longer. In this case, the second embodiment is superior to the first embodiment in that it can timely shift to the forced rotation based on the determination in step 123. It goes without saying that the prescribed number of overshoots and the prescribed value of the amount of deviation can be set to optimal values based on sampling data taken in advance.
[0086]
In the seventh embodiment shown in FIG. 12, the structure adopted in the first embodiment to reduce the overshoot and shorten the settling time, that is, the moving body 24 is set at a stop command holding time from the moment of the overshoot. The steps for reversing the configuration are omitted.
[0087]
Therefore, when the positioning of the moving body 24 is started (step 121), in the next step 101, it is monitored whether or not the current position of the moving body 24 is the target position. Accordingly, when it is detected that the current position of the moving body 24 has reached the target position, the control device 40 executes the next step 103 to check whether or not there is an overshoot. If it is determined in step 103 that there is no overshoot, the positioning correction operation ends, and the control device 40 positions and holds the moving body 24 of the ultrasonic motor device 1 at a predetermined target position and stops it. If it is determined in step 103 that there is an overshoot, the control device 40 executes the next step 105 to immediately reverse the moving body 24, and after this step 105, returns to step 101 and returns to step 101. The above operation is repeated.
[0088]
Apart from this settling operation, in the seventh embodiment, as in the first embodiment, when the actual settling time exceeds the specified settling time, step 106 is determined to be a positioning failure, and thereafter, executed at an appropriate time And step 107 for forcibly rotating the moving body 24 one or more times continuously. Therefore, when the forced rotation condition is satisfied, the moving body 24 can be forcibly rotated.
[0089]
Except for the matters described above, the third embodiment is the same as the first embodiment. Therefore, also in the seventh embodiment, the same effects as those of the first embodiment can be obtained to solve the problem of the present invention.
[0090]
In the eighth embodiment shown in FIGS. 13 and 14, when the forced rotation condition is satisfied, the target position for positioning is set by the target position changing unit 40c of the control device 40 (this is provided instead of the forced rotation control unit). It is changed and used. In this case, the forced rotation condition may be any of the conditions described in the first to seventh embodiments.
[0091]
An image in which the moving body 24 is rotated by a predetermined angle will be described with reference to FIG. FIG. 14 is a view of the moving body 24 as viewed from the friction material 24a side. In FIG. 14, reference symbol D indicates, for example, a target position set when positioning the moving body 24. Arrows E and F pointing left and right around the target position indicate the locus of overshoot of the moving body 24 with respect to the projection 26. A region which is shown as a representative and which is drawn with a reference numeral D as a center and which is indicated by parallel oblique lines indicates a positioning region G. The positioning region G is formed at and near the target position D, that is, a portion that is worn by contact with the projection 26 due to overshoot. The portions deviating from these positioning regions G are sound regions H, and the degree of wear of the regions H is smaller than that of the positioning regions G.
[0092]
The wear of the positioning area G progresses according to the operation of the ultrasonic motor device 1. However, when it is determined that the forced rotation condition is satisfied, the target position changing unit 40c of the control device 40 determines the target position for positioning the moving body 24. D is changed so as to be shifted in the circumferential direction by 90 °, for example, as shown by a two-dot chain line in FIG. 14 so that the positioning area G is positioned in the previous healthy area H. In addition, with the change of the used position for this positioning, various automatic adjustments are performed in order to achieve consistency with the change, and a program for such adjustment is stored in advance in the ROM of the control device 40 or the like. Have been.
[0093]
With the above change, the moving body 24 can be positioned using the region H in a healthy state where the wear has not progressed as compared with the previous positioning region. Therefore, despite the fact that the entire pressure contact surface of the moving body 24 in frictional contact with the vibrating body 23 is not leveled and the forced rotation for maintaining the surface state of the pressure contact surface substantially uniform is not performed, The durability of the motor device 1 can be improved.
[0094]
The present invention is not limited to the standing wave type ultrasonic motor, but can be applied to a traveling wave type ultrasonic motor or the like. Further, the oscillation driving circuit 10 is not limited to the one using the self-excited oscillation circuit, but may be one using a separately excited oscillation circuit.
[0095]
【The invention's effect】
According to the present invention, regardless of the positioning of the moving body, every time the forced rotation of the moving body that is in frictional contact with the vibrating body is performed, the entire pressure contact surface of the moving body is leveled, Since the surface state of the contact surface can be maintained substantially uniform, it is possible to provide an ultrasonic motor device having excellent durability and an electronic device including the device.
[0096]
According to the present invention, regardless of the positioning of the moving body, each time the forced rotation condition of the moving body that is in frictional contact with the vibrating body is satisfied, the area that has deviated from the positioning area on the moving body so far and has less wear Is used as a new positioning region, so that it is possible to provide an ultrasonic motor device having excellent durability and an electronic apparatus including the device.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a sectional view showing a configuration of an ultrasonic motor device according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of the ultrasonic motor device shown in FIG.
FIG. 3 is a flowchart illustrating a positioning operation and a forced rotation operation of the ultrasonic motor device of FIG. 1;
FIG. 4 is a time chart for explaining the operation of the ultrasonic motor device shown in FIG. 1;
5A and 5B are characteristic diagrams showing a relationship between an overshoot at the time of positioning of the ultrasonic motor device of FIG. 1 and a settling time. (C) is a characteristic diagram showing the relationship between the overshoot and the settling time during positioning of the conventional ultrasonic motor device.
FIG. 6 is a block diagram showing a configuration of an electronic apparatus of the present invention on which the ultrasonic motor device of FIG. 1 is mounted.
FIG. 7 is a flowchart illustrating a positioning operation and a forced rotation operation of the ultrasonic motor device according to the second embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a flowchart illustrating a positioning operation and a forced rotation operation of the ultrasonic motor device according to the third embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a flowchart illustrating a forced rotation operation of an ultrasonic motor device according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a flowchart illustrating a forced rotation operation of an ultrasonic motor device according to a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a flowchart illustrating a forced rotation operation of an ultrasonic motor device according to a sixth embodiment of the present invention.
FIG. 12 is a flowchart illustrating a positioning operation and a forced rotation operation of an ultrasonic motor device according to a seventh embodiment of the present invention.
FIG. 13 is a block diagram showing a configuration of an ultrasonic motor device according to an eighth embodiment of the present invention.
FIG. 14 is a view for explaining an image of a change of a target position in the ultrasonic motor device according to the eighth embodiment.
[Explanation of symbols]
1. Ultrasonic motor device
2. Ultrasonic motor
3. Electronic equipment
4 ... Transmission mechanism
5. Output mechanism
10. Oscillation drive circuit
21a: Clockwise rotation electrode
21b: Electrode for counterclockwise rotation
21c ... common electrode
22: Piezoelectric body
23 ... vibrator
24 ... moving object
24a: friction material
25 ... Spring (pressurizing means)
26 ... projection
30 ... Position sensor
40 ... Control device
40a: motor control unit
40b ... forced rotation control
40c: target position changing unit

Claims (13)

圧電体を有する振動体と、
この振動体に摩擦接触して前記振動体の振動によって時計方向又は反時計方向に回転するように配置された移動体と、
この移動体を前記振動体に加圧接触させる加圧機構と、
前記圧電体に高周波電圧を印加する電極と、
前記高周波電圧を発生させる発振駆動回路と、
前記移動体の位置信号を発生する位置センサと、
指令信号を前記発振駆動回路に与えて前記圧電体への高周波電圧の印加を制御して前記移動体の起動と停止及び正転と逆転を行わせるとともに、入力されている目標位置と前記位置信号との比較により前記移動体の位置が前記目標位置となるように位置決めをするモータ制御部、及び予め入力されている強制回転条件が成立したかどうかを判断するとともに、前記強制回転条件が成立した後に前記移動体を強制的に1回転以上連続回転させる強制回転制御部を有した制御装置と、
を具備する超音波モータ装置。
A vibrating body having a piezoelectric body;
A moving body arranged to rotate in a clockwise or counterclockwise direction by the vibration of the vibrating body in frictional contact with the vibrating body;
A pressure mechanism for bringing the moving body into pressure contact with the vibrating body;
An electrode for applying a high-frequency voltage to the piezoelectric body,
An oscillation drive circuit that generates the high-frequency voltage;
A position sensor that generates a position signal of the moving body,
A command signal is given to the oscillation drive circuit to control the application of a high-frequency voltage to the piezoelectric body to start and stop the moving body, to perform normal rotation and reverse rotation, and to input a target position and the position signal. And a motor control unit that performs positioning so that the position of the moving body becomes the target position, and determines whether or not a previously input forced rotation condition has been satisfied, and the forced rotation condition has been satisfied. A control device having a forced rotation control unit for forcibly continuously rotating the moving body one or more rotations later;
An ultrasonic motor device comprising:
圧電体を有する振動体と、
この振動体に摩擦接触して前記振動体の振動によって時計方向又は反時計方向に回転するように配置された移動体と、
この移動体を前記振動体に加圧接触させる加圧機構と、
前記圧電体に高周波電圧を印加する電極と、
前記高周波電圧を発生させる発振駆動回路と、
前記移動体の位置信号を発生する位置センサと、
指令信号を前記発振駆動回路に与えて前記圧電体への高周波電圧の印加を制御して前記移動体の起動と停止及び正転と逆転を行わせるとともに、入力されている目標位置と前記位置信号との比較により前記移動体の位置が前記目標位置となるように位置決めをするモータ制御部、及び予め入力されている強制回転条件が成立したかどうかを判断するとともに、前記強制回転条件が成立した後に、前記移動体上の目標位置を含んで前記振動体と接する位置決め領域から外れていてこの位置決め領域よりも摩耗が小さい領域が、前記位置決め領域となるように前記目標位置を変更させる目標位置変更部を有した制御装置と、
を具備する超音波モータ装置。
A vibrating body having a piezoelectric body;
A moving body arranged to rotate in a clockwise or counterclockwise direction by the vibration of the vibrating body in frictional contact with the vibrating body;
A pressure mechanism for bringing the moving body into pressure contact with the vibrating body;
An electrode for applying a high-frequency voltage to the piezoelectric body,
An oscillation drive circuit that generates the high-frequency voltage;
A position sensor that generates a position signal of the moving body,
A command signal is given to the oscillation drive circuit to control the application of a high-frequency voltage to the piezoelectric body to start and stop the moving body, to perform normal rotation and reverse rotation, and to input a target position and the position signal. And a motor control unit that performs positioning so that the position of the moving body becomes the target position, and determines whether or not a previously input forced rotation condition has been satisfied, and the forced rotation condition has been satisfied. Later, a target position change that changes the target position so that a region deviating from the positioning region including the target position on the moving body and in contact with the vibrating body and having smaller wear than the positioning region is the positioning region. A control device having a unit;
An ultrasonic motor device comprising:
予め設定された整定時間を前記位置決めに要した時間が超過した場合に、前記強制回転条件が成立されるようにした請求項1又は2に記載の超音波モータ装置。The ultrasonic motor device according to claim 1 or 2, wherein the forced rotation condition is satisfied when a time required for the positioning exceeds a preset settling time. 規定時間とこの規定時間に対する一定の変動率とを加味して予め設定された所定の位置決め時間を外れた場合に、前記強制回転条件が成立されるようにした請求項1又は2に記載の超音波モータ装置。3. The super-rotating condition according to claim 1 or 2, wherein the forced rotation condition is satisfied when a predetermined positioning time that is set in advance is taken into account in consideration of a specified time and a constant variation rate with respect to the specified time. Sound wave motor device. 予め設定された位置決め実施回数を超える前記位置決めが実施された場合に、前記強制回転条件が成立されるようにした請求項1又は2に記載の超音波モータ装置。The ultrasonic motor device according to claim 1, wherein the forced rotation condition is satisfied when the positioning is performed for a predetermined number of times. 電源投入直後に前記強制回転条件が成立されるようにした請求項1又は2に記載の超音波モータ装置。3. The ultrasonic motor device according to claim 1, wherein the forced rotation condition is satisfied immediately after power-on. 電源遮断直前に前記強制回転条件が成立されるようにした請求項1又は2に記載の超音波モータ装置。The ultrasonic motor device according to claim 1 or 2, wherein the forced rotation condition is satisfied immediately before power-off. 前記位置決めをする時のオーバーシュート回数が、予め設定された規定回数を超えた場合に、前記強制回転条件が成立されるようにした請求項1又は2に記載の超音波モータ装置。The ultrasonic motor device according to claim 1 or 2, wherein the forced rotation condition is satisfied when the number of overshoots at the time of positioning exceeds a predetermined number of times set in advance. 前記位置決めをする時のオーバーシュートの前記目標位置に対するずれ量が、予め設定された規定値を超えた場合に、前記強制回転条件が成立されるようにした請求項1又は2に記載の超音波モータ装置。The ultrasonic wave according to claim 1 or 2, wherein the forced rotation condition is satisfied when an amount of deviation of the overshoot from the target position during the positioning exceeds a predetermined value. Motor device. 前記移動体を時計方向に回転させて前記強制回転が実施されるようにした請求項1から9の内のいずれか1項に記載の超音波モータ装置。The ultrasonic motor device according to any one of claims 1 to 9, wherein the forcible rotation is performed by rotating the moving body clockwise. 前記移動体を反時計方向に回転させて前記強制回転が実施されるようにした請求項1から9の内のいずれか1項に記載の超音波モータ装置。The ultrasonic motor device according to any one of claims 1 to 9, wherein the forcible rotation is performed by rotating the moving body in a counterclockwise direction. 前記移動体を少なくとも1回時計方向及び反時計方向に回転させて前記強制回転が実施されるようにした請求項1、3から9の内のいずれか1項に記載の超音波モータ装置。The ultrasonic motor device according to any one of claims 1, 3 to 9, wherein the forcible rotation is performed by rotating the moving body at least once in a clockwise direction and a counterclockwise direction. 請求項1から12の内のいずれか1項に記載の超音波モータ装置と、このモータ装置の移動体に連動する出力機構とを具備する電子機器。An electronic apparatus comprising: the ultrasonic motor device according to any one of claims 1 to 12; and an output mechanism linked to a moving body of the motor device.
JP2002368219A 2002-12-19 2002-12-19 Ultrasonic motor device and electronic equipment Expired - Fee Related JP4327447B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2002368219A JP4327447B2 (en) 2002-12-19 2002-12-19 Ultrasonic motor device and electronic equipment

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2002368219A JP4327447B2 (en) 2002-12-19 2002-12-19 Ultrasonic motor device and electronic equipment

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2004201432A true JP2004201432A (en) 2004-07-15
JP4327447B2 JP4327447B2 (en) 2009-09-09

Family

ID=32764853

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2002368219A Expired - Fee Related JP4327447B2 (en) 2002-12-19 2002-12-19 Ultrasonic motor device and electronic equipment

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4327447B2 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006238680A (en) * 2005-02-25 2006-09-07 Samsung Electro Mech Co Ltd Piezoelectric ultrasonic motor drive unit
JP2011234603A (en) * 2010-04-09 2011-11-17 Canon Inc Control circuit of oscillation-type actuator
US10328721B2 (en) 2015-08-05 2019-06-25 Showa Aluminum Can Corporation Printing apparatus

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6632235B2 (en) * 2015-07-14 2020-01-22 キヤノン株式会社 Vibrating body driving device, and vibration type actuator and imaging device using the same

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006238680A (en) * 2005-02-25 2006-09-07 Samsung Electro Mech Co Ltd Piezoelectric ultrasonic motor drive unit
US7382080B2 (en) 2005-02-25 2008-06-03 Samsung Electro-Mechanics Co., Ltd. Piezoelectric ultrasonic motor driver
JP2011234603A (en) * 2010-04-09 2011-11-17 Canon Inc Control circuit of oscillation-type actuator
US10328721B2 (en) 2015-08-05 2019-06-25 Showa Aluminum Can Corporation Printing apparatus

Also Published As

Publication number Publication date
JP4327447B2 (en) 2009-09-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7253552B2 (en) Piezoelectric actuator, timepiece, and portable device
JP5343322B2 (en) Drive device for vibration actuator, lens barrel and camera
WO2006004108A1 (en) Piezoelectric actuator and device
JP4525943B2 (en) Driving method of ultrasonic motor
JP6112835B2 (en) Drive device and drive control method for vibration actuator
JP2006304490A (en) Method of driving piezoelectric actuator, driver in piezoelectric actuator, electronic device, control program and recording medium of driver in piezoelectric actuator
KR20070062930A (en) Ultrasonics actuator, driving method thereof, lens driver and portable device
JP2001218481A (en) Piezoelectric drive, ultrasonic motor, and electronic equipment with ultrasonic motor
JP4478407B2 (en) Control device and program
JP7103019B2 (en) Piezoelectric drives, robots and printers
JP4327447B2 (en) Ultrasonic motor device and electronic equipment
JP4265493B2 (en) Drive device for piezoelectric actuator, electronic device
US6104124A (en) Ultrasonic motor and electronic apparatus and analog timepiece having the ultrasonic motor
JP4672828B2 (en) Ultrasonic motor and electronic device with ultrasonic motor
US6717330B2 (en) Ultrasonic motor and electronic device having the ultrasonic motor
JP6279119B2 (en) Drive device and drive control method for vibration actuator
JP2010252422A (en) Piezoelectric drive device, method of controlling the same, and electronic apparatus
JP7205163B2 (en) Piezoelectric drive control method, piezoelectric drive, robot and printer
JP2000184757A (en) Vibrating wave driver and driver for vibration type motor
JP4732623B2 (en) Ultrasonic motor and electronic device equipped with ultrasonic motor
JPH112752A (en) Vibration actuator driving device and lens barrel
JP4270058B2 (en) Piezoelectric actuator driving speed adjusting method, piezoelectric actuator driving device, electronic device
JP2000295873A (en) Ultrasonic motor and electronic apparatus therewith
JP5292954B2 (en) Vibration actuator and lens barrel
JP2008259325A (en) Vibratory actuator device, lens barrel, and camera

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20051109

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20081001

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20081128

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20090609

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20090611

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120619

Year of fee payment: 3

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

RD01 Notification of change of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7421

Effective date: 20091108

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120619

Year of fee payment: 3

RD03 Notification of appointment of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R3D03

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130619

Year of fee payment: 4

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees