JP2006197698A

JP2006197698A - 振動型アクチュエータの制御装置および制御方法

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Publication number: JP2006197698A
Application number: JP2005005511A
Authority: JP
Inventors: Yoshibumi Nishimoto; 義文西本; Takasumi Ishida; 孝純石田
Original assignee: Canon Inc; Canon Precision Inc
Current assignee: Canon Inc; Canon Precision Inc
Priority date: 2005-01-12
Filing date: 2005-01-12
Publication date: 2006-07-27

Abstract

【課題】振動型アクチュエータを低速で駆動する場合には、振動体および接触体間に生じた摩耗粉によって不具合が生じる。
【解決手段】電気−機械エネルギ変換素子への駆動信号の印加によって振動を励起する振動体と、振動体に接触する接触体とを相対的に駆動する振動型アクチュエータ（２）の制御装置であって、振動型アクチュエータを第１の駆動速度で駆動する場合において、所定のタイミングから所定時間の間、第１の駆動速度よりも高い第２の駆動速度で振動型アクチュエータを駆動する制御手段（１０３）を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、振動が励起される振動体と、振動体に接触する接触体とを相対的に駆動する振動型アクチュエータの制御装置に関するものである。

振動型モータは、進行性の振動波を発生する振動体と回転体とが加圧接触する構成となっており、加圧接触状態の振動体と回転体との間での摩擦力を介して、回転体が駆動される。

このような構成の振動型モータにおいては、この振動体と回転体の摩擦接触状態が振動型モータの特性上極めて重要な要因のひとつであり、従来の振動型モータでは振動体と回転体との間の摩擦接触面に摩擦材を介在させる方法がとられている（例えば、特許文献１参照。）。
特開２０００−２７８９７３号公報（段落番号００１６〜００１８、図１等）

上述のように、振動型モータでは、振動体の振動振幅を、摩擦を介して回転体に伝達している。このため、振動型モータは、振動体に回転体を圧接させる加圧機構を有しており、この振動体と回転体とが摩擦接触する面には、摩擦材が介在している。このような構造の振動型モータで、モータの回転速度が、数ｒｐｍ（Revolution Per Minute）〜数十ｒｐｍといった極めて低速の駆動領域においては、回転体および振動体の摩擦接触面では、振動振幅が小さいために、接触と分離の繰り返しが十分に行われず、摩擦接触面での摩耗が促進されてしまう場合がある。

また、接触面での摩耗が進行していった場合、摩耗粉が発生するが、モータの回転速度が低く、振動振幅も小さいことから、この摩耗粉の摩擦接触面からの排出も十分には行われない。この摩擦接触面で発生した摩耗粉が、十分に排出されない状態でモータが回転すると、摩耗粉が摩擦接触面に塗り固められた状態となり、振動体の振動振幅を回転体側に伝達するのに支障をきたすおそれがある。

このように、極めて低速の回転速度で連続駆動を行うと、接触面での摩耗が進行し、摩耗粉が発生しやすくなり、摩耗粉の排出が十分に行われず、摩耗粉が摩擦接触面に滞留し、摩耗粉が接触面に付着するといった悪循環を生ずる。

上述のような悪循環は、モータのトルク特性を低下させ、駆動速度を不安定にし、モータ寿命を低下させる原因となり得る。このため、従来の振動型モータでは、上述した不具合を防止するために、所定の回転速度以上で駆動する必要がある。

本発明は上述した問題点を解決するためになされたものであり、振動型アクチュエータを低速で回転させる場合における不具合の発生を抑制する制御装置を提供することを目的とする。

本願第１の発明は、電気−機械エネルギ変換素子への駆動信号の印加によって振動を励起する振動体と、該振動体に接触する接触体とを相対的に駆動する振動型アクチュエータの制御装置であって、前記振動型アクチュエータを第１の駆動速度で駆動する場合において、所定のタイミングから所定時間の間、前記第１の駆動速度よりも高い第２の駆動速度で前記振動型アクチュエータを駆動する制御手段を有することを特徴とする。

本願第２の発明は、電気−機械エネルギ変換素子への駆動信号の印加によって振動を励起する振動体と、該振動体に接触する接触体とを相対的に駆動する振動型アクチュエータの制御方法であって、前記振動型アクチュエータを第１の駆動速度で駆動する場合において、所定のタイミングから所定時間の間、前記第１の駆動速度よりも高い第２の駆動速度で前記振動型アクチュエータを駆動することを特徴とする。

本発明によれば、一時的に、第１の駆動速度よりも高い第２の駆動速度で振動型アクチュエータを駆動することによって、振動体および接触体の接触面に生じた摩耗粉を容易に取り除くことができる。

以下、本発明の実施例について説明する。

図１は、本発明の実施例１である振動型アクチュエータの制御装置の構成を示すブロック図である。

振動型モータ２は、振動が励起される振動体２０１と、不図示の加圧機構からの加圧力を受けて振動体２０１に接触する接触体２０２とを有している。振動体２０１は、電気−機械エネルギ変換素子としての圧電素子と、弾性部材とを有している。なお、振動体２０１を圧電素子だけで構成することもできる。

圧電素子に対して位相の異なる周波信号（駆動信号）を印加すると、振動体２０１には進行性の振動波が発生し、振動体２０１および接触体２０２の摩擦力によって接触体２０２が回転する。ここでは、振動体２０１に対して接触体２０２を回転させる構成であるが、接触体２０２に対して振動体２０１を回転させてもよい。

接触体２０２は不図示の動力伝達機構を介して被駆動部材３に連結されており、被駆動部材３は振動型モータ２からの駆動力を受けることによって動作する。

被駆動部材３としては、例えば、搭載されたＴＶカメラ等を旋回させる電動雲台装置の駆動部、半導体製造装置において直線動作を行わせる電動ステージ、撮影光学系内の撮影レンズを光軸方向に移動させる駆動部、画像形成装置における感光ドラムがある。

制御装置１は、電源供給を行う駆動電源１０１、タイマ１０２、コントロール回路（制御手段）１０３および駆動回路１０４を有している。駆動電源１０１は、タイマ１０２、コントロール回路１０３および駆動回路１０４に対して電力を供給する。

駆動回路１０４は、コントロール回路１０３からの制御信号を受けることにより、振動型モータ２００（圧電素子）に対して周波信号を出力する。

振動型モータ２００には、接触体２０２の回転速度を検出する検出器（不図示）が設けられており、コントロール回路１０３は検出器で検出された速度情報に基づいて振動型モータ２００の駆動を制御する。

図２は、本実施例の制御装置における動作を示すフローチャートである。また、図３は、振動型モータ２に対する回転速度指令値を示す図である。

ステップＳ３０１では、後述する第１の回転速度Ｒ１よりも高い第２の回転速度Ｒ２で振動型モータ２を駆動する。すなわち、振動型モータ２００（圧電素子）に印加する駆動信号の周波数を、第１の回転速度Ｒ１に対応した周波数に対して、振動型モータ２００（振動体）の共振周波数側の値に設定する。

例えば、第２の回転速度Ｒ２を、５０ｒｐｍから２００ｒｐｍまでの範囲内の値に設定することができる。なお、第１の回転速度Ｒ１は、振動型モータ２００の駆動制御において通常使用される回転速度（例えば、数ｒｐｍ〜４０ｒｐｍ）である。

ステップＳ３０１において、第２の回転速度Ｒ２での駆動を開始する場合には、タイマ１０２を用いて時間の計測を開始する。本実施例では、振動型モータ２００を起動させるために、制御装置に設けられた起動スイッチ１０５をＯＮ状態にすると、タイマ１０２が作動する。そして、タイマ１０２の動作が開始されるタイミングで、コントロール回路１０３は、駆動回路１０４を介して振動型モータ２００を第２の回転速度Ｒ２で駆動する。

ステップＳ３０２では、タイマ１０２の計測時間が所定時間Ｈ１（例えば、１分間〜５分間）に到達したか否かを判別する。ここで、所定時間Ｈ１に到達していない場合には、第２の回転速度Ｒ２での駆動を継続して行う。また、所定時間Ｈ１に到達した場合には、ステップＳ３０３に進む。

ステップＳ３０３では、振動型モータ２００を第１の回転速度Ｒ１で駆動する。具体的には、振動型モータ２００（圧電素子）に印加する駆動信号の周波数を、第２の回転速度Ｒ２に対応した周波数よりも高周波側の値に設定する。

ステップＳ３０４において、第１の回転速度Ｒ１での駆動を停止させる。例えば、被駆動部材３が目標位置まで移動したことを検出した場合に、第１の回転速度Ｒ１での駆動を停止させる。

本実施例によれば、振動型モータ２００を第１の回転速度Ｒ１で駆動する場合において、一時的に第２の回転速度Ｒ２で振動型モータ２００を駆動することで、第１の回転速度Ｒ１での駆動によって振動体２０１および接触体２０２の接触面に生じた摩耗粉を排除することができる。すなわち、第１の回転速度Ｒ１よりも高い第２の回転速度Ｒ２で駆動することによって、振動体２０１および接触体２０２の接触面から摩耗粉を排出させることができる。

これにより、振動体２０１および接触体２０２の接触面を、摩耗粉が概ね無い状態とすることができ、振動型モータ２００を安定して駆動することができる。

本実施例では、振動型モータ２００の起動時に、第２の回転速度Ｒ２での駆動を行うことにより、振動体２０１および接触体２０２の接触面を良好な状態に復帰させた上で、第１の回転速度Ｒ１での駆動を行うことができる。すなわち、前回の振動型モータ２００の駆動によって生じた摩耗粉を取り除くことができ、振動型モータ２００を第１の回転速度Ｒ１で安定して駆動することができる。

また、本実施例によれば、従来の制御装置で行われている回転速度の下限値よりも低い回転速度で振動型モータ２００を駆動することができる。

本発明の実施例２である制御装置について説明する。ここで、実施例１で説明した部材等と同じ部材等については同一符号を用い、説明は省略する。

本実施例は実施例１の変形例であり、実施例１に対して、第２の回転速度での駆動を行うタイミングが異なっている。すなわち、本実施例では、振動型モータを第１の回転速度Ｒ１で駆動している場合において、所定時間が経過するたびに、第２の回転速度Ｒ２で振動型モータを所定時間だけ駆動するものである。

図４は、本実施例の制御装置における動作を説明するフローチャートである。また、図５は、振動型モータ２００に対する回転速度指令値を示す図である。

ステップＳ４０１では、振動型モータ２００を第１の回転速度Ｒ１で駆動する。具体的には、第１の回転速度Ｒ１に対応した周波数を持つ駆動信号を、振動型モータ２００の圧電素子に印加する。そして、第１の回転速度Ｒ１での駆動を開始したタイミングから、タイマ１０２によって時間の計測を開始する。

例えば、第１の回転速度Ｒ１での駆動（起動）を開始させるために、起動スイッチ１０５がＯＮ状態となった場合に、タイマ１０２が作動する。

ステップＳ４０２では、タイマ１０２の計測時間が所定時間Ｌ（例えば、３０分間〜６０分間、図５参照）に到達したか否かを判別する。ここで、所定時間Ｌに到達していなければ、第１の回転速度Ｒ１での駆動を継続して行う。一方、所定時間Ｌに到達した場合には、ステップＳ４０３に進む。

ステップＳ４０３では、振動型モータ２００を第２の回転速度Ｒ２で駆動する。具体的には、振動型モータ２００の圧電素子に印加する駆動信号の周波数を、第１の回転速度Ｒ１に対応した周波数に対して、振動型モータ２００の共振周波数側の値に設定する。ここで、第２の回転速度Ｒ２での駆動を開始したタイミングから、タイマ１０２を用いて時間の計測を開始させる。

ステップＳ４０４では、ステップＳ４０３で開始されたタイマ１０２の計測時間が所定時間Ｈ２（例えば、１分間〜５分間、図５参照）に到達したか否かを判別する。ここで、所定時間Ｈ２に到達していない場合には、第２の回転速度Ｒ２での駆動を継続して行う。一方、所定時間Ｈ２に到達した場合には、ステップＳ４０５に進む。

ステップＳ４０５では、振動型モータ２００の駆動を停止させるか否かを判別する。例えば、被駆動部材３が目標位置に到達している場合には、振動型モータ２００の駆動を停止させる。また、被駆動部材３が目標位置に到達しておらず、さらに振動型モータ２００を駆動する場合には、ステップＳ４０１に戻る。

ステップＳ４０１に戻った場合には、上述した処理を繰り返し行う。ここで、第２の回転速度Ｒ２での駆動を１回目に行うときの駆動時間Ｈ２と、第２の駆動速度Ｒ２での駆動を２回目以降に行うときの駆動時間Ｈ３とは、同じ時間であってもよいし、異なる時間であってもよい。

なお、振動型モータ２００の駆動を停止させる場合において、第１の回転速度Ｒ１での駆動を完了した後に、第２の回転速度Ｒ２で駆動しておいてもよい。これにより、振動型モータ２００における振動体２０１および接触体２０２の摩擦面に発生した摩耗粉を取り除いておくことができ、次回の駆動時において振動型モータ２００を第１の回転速度Ｒ１でスムーズに駆動することができる。

本実施例によれば、振動型モータ２００を第１の回転速度Ｒ１で駆動している状態において、所定のタイミングごとに第２の回転速度Ｒ２での駆動を行うことで、第１の回転速度Ｒ１での駆動によって振動体２０１および接触体２０２の接触面に生じた摩耗粉を排除することができる。これにより、上記接触面に摩耗粉が滞留するのを抑制でき、摩耗粉による駆動性能の低下を抑制することができる。

また、振動型モータ２００を第１の回転速度Ｒ１で長時間駆動し続けることができるとともに、振動型モータ２００の耐久性を向上させることができる。すなわち、振動体２０１および接触体２０２の摩擦面に摩耗粉が残っている状態で、第１の回転速度Ｒ１での駆動を継続して行うと、摩耗粉の存在によって摩擦面が削られ、振動型モータ２００の寿命が著しく低下してしまう。

そこで、本実施例のように、第１の回転速度Ｒ１での駆動を行っている間、一時的に第２の回転速度Ｒ２での駆動を行うことにより、摩耗粉を排除でき、第１の回転速度Ｒ１での駆動を長時間行うことができる。そして、長時間の駆動を行っても、振動型モータ２００の寿命が著しく低下するのを抑制することができる。

上述した各実施例における動作は、プログラムに基づいて実行させることができる。そして、このプログラムは、コンピュータにより読取り可能な記録媒体に記憶させておくことができる。この記録媒体としては、ハードディスク、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＯＭ、フレキシブルディスク、ＤＶＤディスク、光ディスク、光磁気ディスク、磁気テープ、不揮発性のメモリカード、ＩＣカード、ＲＯＭ、ＲＡＭなどがある。

また、コンピュータが記憶媒体から読み出したプログラムコードを実行することにより、上述した各実施例の動作が実現されるだけでなく、そのプログラムコードの指示に基づき、コンピュータ上で稼働しているＯＳなどによって各実施例の動作の一部または全部を実行させることができる。

本発明の実施例１である制御装置の構成を示すブロック図である。実施例１における制御動作を示すフローチャートである。実施例１において、振動型モータに対する回転速度指令値を示す図である。本発明の実施例２における制御動作を示すフローチャートである。実施例２において、振動型モータに対する回転速度指令値を示す図である。

符号の説明

３被駆動部材
１０１駆動電源
１０２タイマ
１０３コントロール回路
１０４駆動回路
２００振動型モータ

Claims

電気−機械エネルギ変換素子への駆動信号の印加によって振動を励起する振動体と、該振動体に接触する接触体とを相対的に駆動する振動型アクチュエータの制御装置であって、
前記振動型アクチュエータを第１の駆動速度で駆動する場合において、所定のタイミングから所定時間の間、前記第１の駆動速度よりも高い第２の駆動速度で前記振動型アクチュエータを駆動する制御手段を有することを特徴とする制御装置。
前記所定のタイミングは、前記振動型アクチュエータの駆動を開始するタイミングであることを特徴とする請求項１に記載の制御装置。
前記所定のタイミングは、前記第１の駆動速度での駆動時間が所定時間に到達したタイミングであることを特徴とする請求項１に記載の制御装置。
前記第２の駆動速度での駆動時間が、前記第１の駆動速度での駆動時間よりも短いことを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載の制御装置。
前記第２の回転速度は、略５０ｒｐｍから略２００ｒｐｍの範囲内の値であることを特徴とする請求項１から４のいずれか１つに記載の制御装置。
電気−機械エネルギ変換素子への駆動信号の印加によって振動を励起する振動体と、該振動体に接触する接触体とを相対的に駆動する振動型アクチュエータの制御方法であって、
前記振動型アクチュエータを第１の駆動速度で駆動する場合において、所定のタイミングから所定時間の間、前記第１の駆動速度よりも高い第２の駆動速度で前記振動型アクチュエータを駆動することを特徴とする制御方法。
前記所定のタイミングは、前記振動型アクチュエータの駆動を開始するタイミングであることを特徴とする請求項６に記載の制御方法。
前記所定のタイミングは、前記第１の駆動速度での駆動時間が所定時間に到達したタイミングであることを特徴とする請求項６に記載の制御方法。
前記第２の駆動速度での駆動時間が、前記第１の駆動速度での駆動時間よりも短いことを特徴とする請求項６から８のいずれか１つに記載の制御方法。
前記第２の回転速度は、略５０ｒｐｍから略２００ｒｐｍの範囲内の値であることを特徴とする請求項６から９のいずれか１つに記載の制御方法。