JP2006203993A - 制御装置および制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 被駆動部材の駆動時間を短縮できるとともに、基準位置に対する被駆動部材の停止位置の精度を向上させることができる制御装置を提供する。
【解決手段】 駆動源（１）を第１の速度で駆動する第１の駆動制御を行い、検出手段（７、８）での検出タイミングで、第１の速度での駆動を停止させる第２の駆動制御を行い、第２の駆動制御の後、第２の速度であって、第１の速度での駆動方向とは異なる方向に駆動源を所定量駆動する第３の駆動制御を行う。第３の駆動制御の後、第１および第２の速度よりも低い第３の速度であって、第２の速度での駆動方向とは異なる方向に駆動源を駆動する第４の駆動制御を行い、検出手段での再度の検出タイミングで、第３の速度での駆動を停止させる第５の駆動制御を行う。
【選択図】 図１

Description

本発明は、被駆動部材を駆動する駆動源を備えた駆動系に用いられる制御装置および制御方法に関するものである。

従来の振動型モータの制御装置においては、以下に説明する駆動方法によって、振動型モータに連結された被駆動部材を基準位置まで移動させて停止させている。

まず、振動型モータを予め設定された速度で回転させることにより、被駆動部材を移動させる。そして、検出器を用いて被駆動部材が基準位置に移動したことを検出させ、この検出器の出力に基づいて、振動型モータの駆動を停止させている（例えば、特許文献１参照）。
特開平０５−１８４１６７号公報（段落番号００７２〜００８７、図５等）

上述した従来の駆動方法においては、予め設定された速度で振動型モータを駆動し、被駆動部材が基準位置に到達したことを検出器によって検出されたときに振動型モータの駆動を停止させている。ここで、被駆動部材が基準位置に到達するまでの時間を短縮させたい場合には、振動型モータの駆動速度を高速化させる必要がある。

しかし、図７（Ａ）、（Ｂ）に示すように、振動型モータを高速（駆動速度ｖ１）で駆動した場合には、検出器による検出タイミングｔ１１で振動型モータの駆動を停止させる制御を行っても、振動型モータを直ちに停止させることが困難である。ここで、図７（Ａ）は、振動型モータの回転速度と時間との関係を示す図であり、図７（Ｂ）は、検出器の出力信号を示すタイミングチャートである。

すなわち、タイミングｔ１１からタイミングｔ１２までの間、振動型モータが駆動するため、被駆動部材が基準位置を超えてしまうことがある。これにより、基準位置に対する被駆動部材の停止位置の精度が低下してしまう。

一方、図８（Ａ）、（Ｂ）に示すように、振動型モータを低速側（駆動速度ｖ４＜ｖ１）で駆動すれば、基準位置に対する被駆動部材の停止位置の精度を向上させることができる。ここで、図８（Ａ）は、振動型モータの回転速度と時間との関係を示す図であり、図８（Ｂ）は、検出器の出力信号を示すタイミングチャートである。

すなわち、被駆動部材が基準位置に到達したことを検出器によって検出されたタイミングｔ１３で振動型モータの駆動を停止させる制御を行った場合、振動型モータは低速で駆動しているため、完全に駆動が停止するまでの時間が短くなり、被駆動部材を基準位置で停止させることができる。

しかし、この場合には、上述したように被駆動部材の移動を開始させてから基準位置に移動させるまでの時間が、上述した図７の場合に比べて長くなり、被駆動部材の駆動時間を短縮することができない。

本発明の制御装置は、被駆動部材を駆動する駆動源と、前記被駆動部材又は前記駆動源の基準位置への到達を検出する検出手段と、前記駆動源の駆動を制御する制御手段とを有する。前記制御手段は、前記駆動源を第１の速度で駆動する第１の駆動制御を行い、前記検出手段での検出タイミングで、前記第１の速度での駆動を停止させる第２の駆動制御を行い、該第２の駆動制御の後、第２の速度であって、前記第１の速度での駆動方向とは異なる方向に前記駆動源を所定量駆動する第３の駆動制御を行う。そして、該第３の駆動制御の後、前記第１および第２の速度よりも低い第３の速度であって、前記第２の速度での駆動方向とは異なる方向に前記駆動源を駆動する第４の駆動制御を行い、前記検出手段での再度の検出タイミングで、前記第３の速度での駆動を停止させる第５の駆動制御を行う。

本発明によれば、被駆動部材の駆動時間を短縮できるとともに、基準位置に対する被駆動部材の停止位置の精度を向上させることができる。

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である振動型モータの制御装置の概略構成を示す図である。

振動型モータ１は、回転軸２を有しており、回転軸２の一端側にはロータリーエンコーダ３が取り付けられている。振動型モータ１は、図２に示すように、電気−機械エネルギ変換素子としての圧電素子１１および弾性部材１２を有する振動体と、弾性部材に接触する接触体１３とを有している。接触体１３は、付勢部材１４（例えば、皿バネやコイルバネ）の付勢力を受けて弾性部材１２に圧接している。

上述した振動型モータ１の構成において、圧電素子１１に対して互いに位相の異なる周波信号（周期的に変化する信号、交番信号等）を印加すると、弾性部材１２には進行性の振動波（進行波）が生じ、弾性部材１２および接触体１３間の摩擦によって接触体１３が回転する。接触体１３とともに回転軸２も回転し、この回転力が動力伝達機構（不図示）を介して被駆動部材９に伝達される。

ここで、圧電素子だけで振動体を構成することもできるし、接触体に対して振動体を回転させることもできる。また、振動型モータ１としては、棒状タイプや環状タイプといったいかなるタイプのものでも使用できる。

さらに、被駆動部材９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。

駆動コントロール回路（制御手段）６は、駆動電圧発生回路４に対して、圧電素子１１に印加される周波信号の周波数に関する指令信号を出力する。駆動電圧発生回路４は、駆動コントロール回路６からの指令信号を受けて、該指令信号に応じた周波数を持つ周波信号を圧電素子１１に印加する。

ロータリーエンコーダ３は、振動型モータ１（回転軸２）の回転に応じてパルス信号を出力する。パルス計数回路５は、ロータリーエンコーダ３から出力されたパルス信号をカウントし、該カウント値を駆動コントロール回路６に出力する。これにより、駆動コントロール回路６は、振動型モータ１の回転速度を検出することができる。

遮光板（検出手段）７は、回転軸２に取り付けられており、回転軸２の移動に応じてフォトインタラプラタ（検出手段）８における投光部および受光部間を通過する。遮光板７がフォトインタラプタ８内を通過した場合、すなわち、遮光部材７によって投光部から受光部に向かう検出光が遮断された場合には、フォトインタラプタ８はハイレベルの信号電圧を出力する。

ここで、本実施例では、遮光板７を回転軸２に設けたが、振動型モータ１および被駆動部材９を連結する連結機構内の一部の部材に遮光板７を設けたり、被駆動部材９に遮光板７を設けたりすることができる。そして、所定の位置にフォトインタラプタ８を配置することができる。

フォトインタラプタ８の出力信号は駆動コントロール回路６に入力され、駆動コントロール回路６は、入力信号に基づいて遮光板７（振動型モータ１）の回転位置を検出することができる。

次に、本実施例における振動型モータ１の駆動方法について、図３および図４を用いて説明する。ここで、図３（Ａ）は、振動型モータ１の回転速度および時間の関係を示す図であり、図３（Ｂ）は、フォトインタラプタ８の出力信号を示すタイミングチャートである。図４は、本実施例の駆動コントロール回路６の制御動作を示すフローチャートである。

まず、ステップＳ１において、振動型モータ１を回転速度ｖ１で駆動する。具体的には、振動型モータ１（圧電素子１１）に印加する周波信号の周波数を高周波側から低周波側に向かって変化させることにより、振動型モータ１の回転速度を回転速度ｖ１まで増加させる。

ここで、パルス計数回路５の出力に基づいて、振動型モータ１の回転速度を検出することができる。上述した動作によって、被駆動部材９は基準位置に向かって移動することになる。

ステップＳ２では、フォトインタラプタ８の出力に基づいて、被駆動部材９が基準位置まで到達したか否かを判別する。ここで、フォトインタラプタ８からハイレベルの信号が出力された場合には、被駆動部材９が基準位置に到達したと判断してステップＳ３に進み、振動型モータ１の駆動を停止させる。

ここで、振動型モータ１の駆動を停止させる前までは、振動型モータ１を高速で駆動しているため、振動型モータ１の駆動を停止させる制御を行っても、振動型モータ１（被駆動部材９）は直ちに停止せずに、基準位置を超えて停止してしまう。すなわち、フォトインタラプタ８からハイレベルの信号が出力されたタイミングｔ１で、振動型モータ１の駆動を停止させても、振動型モータ１は減速領域Ａの分だけ回転した後に、停止する。

これにより、被駆動部材９は、基準位置を超えた位置で停止してしまう。ここで、振動型モータ１の駆動速度ｖ１が大きければ大きいほど、減速領域Ａは大きくなり、基準位置に対する被駆動部材９の停止位置のずれが大きくなる。

ステップＳ４では、振動型モータ１を所定量だけ逆方向に駆動する。すなわち、ステップＳ１での回転方向とは逆方向に振動型モータ１を回転させる。

ここでの所定量は、被駆動部材９が基準位置を超えた量よりも大きな量だけ移動させるための量である。すなわち、ステップＳ４での動作によって、被駆動部材９は基準位置を通過することになる。

また、ステップＳ４では、振動型モータ１を駆動速度ｖ２で駆動する。駆動速度ｖ１、ｖ２は、所定速度よりも高い値に設定されている。駆動速度ｖ２としては、駆動速度ｖ１と同じ値、又は異なる値に設定することができる。

上述した所定量は、予め推定して設定しておくことができる。また、図３（Ｂ）に示すようにフォトインタラプタ８の出力信号がハイレベルとなっている間に計測された、ロータリーエンコーダ３のパルスカウント値に基づいて決定することもできる。

そして、振動型モータ１を所定量だけ駆動した後は、振動型モータ１の駆動を停止させる。

ステップＳ５では、振動型モータ１を正方向に回転させる。これにより、被駆動部材９は基準位置に向かって移動する。

このときの回転速度は、上述した回転速度ｖ１、ｖ２よりも低く設定されている。また、ステップＳ４での動作によって、基準位置までの被駆動部材９の移動量は比較的小さくなっているため、振動型モータ１を回転速度ｖ１、ｖ２よりも低い速度で駆動しても、短時間での駆動となる。

ステップＳ６では、フォトインタラプタ８の出力に基づいて、被駆動部材９が基準位置まで到達したか否かを判別する。すなわち、駆動コントロール回路６は、フォトインタラプタ８の出力信号を監視しており、出力電圧がハイレベルとなった場合（図３（Ｂ）のタイミングｔ２）には、ステップＳ７において、振動型モータ１の駆動を停止させる。

上述したように本実施例では、被駆動部材９を現在位置から基準位置まで移動させる場合に、まず、振動型モータ１を高速で回転させることで被駆動部材９を基準位置まで移動させる。そして、被駆動部材９が基準位置を超えた量よりも大きな量だけ、振動型モータ１を高速で駆動することによって、被駆動部材９を逆方向に移動させる。そして、被駆動部材９を基準位置で停止させる前に、振動型モータ１を低速で駆動する。

このような制御を行うことによって、被駆動部材９が基準位置を大きく超えてしまうのを抑制でき、被駆動部材９の停止位置の精度を向上させることができる。しかも、被駆動部材９を基準位置の近傍まで移動させる間は、振動型モータ１を高速で駆動するため、被駆動部材９を現在位置から基準位置まで移動させるまでの時間を短縮することができる。

次に、図５および図６を用いて、本実施例の変形例について説明する。ここで、図５（Ａ）は、振動型モータ１の回転速度と時間との関係を示す図であり、図５（Ｂ）は、フォトインタラプタ８の出力信号を示すタイミングチャートである。また、図６は、変形例における駆動コントロール回路６の制御動作を示すフォローチャートである。

まず、ステップＳ２１において、振動型モータ１を回転速度ｖ１で駆動する。具体的には、振動型モータ１（圧電素子１１）に印加する周波信号の周波数を高周波側から低周波側に向かって変化させることにより、振動型モータ１の回転速度を回転速度ｖ１まで増加させる。

ここで、パルス計数回路５の出力に基づいて、振動型モータ１の回転速度を検出することができる。上述した動作によって、被駆動部材９は基準位置に向かって移動することになる。

ステップＳ２２では、フォトインタラプタ８の出力に基づいて、被駆動部材９が基準位置まで到達したか否かを判別する。ここで、フォトインタラプタ８からハイレベルの信号が出力された場合には、被駆動部材９が基準位置に到達したと判断してステップＳ２３に進み、振動型モータ１の駆動を停止させる。

ここで、振動型モータ１の駆動を停止させる前までは、振動型モータ１を高速で駆動しているため、振動型モータ１の駆動を停止させても、被駆動部材９は直ちに停止せずに、基準位置を超えた位置で停止するおそれがある。すなわち、フォトインタラプタ８からハイレベルの信号が出力されたタイミングｔ１で、振動型モータ１の駆動を停止させる制御を行っても、振動型モータ１は減速領域Ａの分だけ回転した後に、停止する。

これにより、被駆動部材９は、基準位置を超えた位置で停止してしまう。ここで、振動型モータ１の駆動速度ｖ１が大きければ大きいほど、減速領域Ａは大きくなり、基準位置に対する被駆動部材９の停止位置のずれが大きくなる。

ステップＳ２４では、振動型モータ１を逆方向、すなわち、ステップＳ２１での駆動方向とは異なる方向に回転させる。このときの回転速度ｖ３は、上述した回転速度ｖ１よりも低く設定されている。

ステップＳ２５では、フォトインタラプタ８の出力信号がハイレベルからローレベルに切り換わったか否かを判別し、ローレベルに切り換わった場合（図５（Ｂ）のタイミングｔ３）には、ステップＳ２６で振動型モータ１の駆動を停止させる。

これにより、被駆動部材９は、基準位置まで移動することになる。

上述した変形例における制御において、フォトインタラプタ８の出力信号はヒステリシス特性を有しており、フォトインタラプタ８の出力がハイレベルからローレベルに切り換わるタイミングと、ローレベルからハイレベルに切り換わるタイミングとでは、振動型モータ１（被駆動部材９）の位置（回転位置）に僅かな誤差が生じる。しかし、このような誤差が許容できるものであれば、上述した変形例を用いることができる。

本変形例では、実施例１に比べて振動型モータ１を高速で逆方向に回転させていないため、この駆動時間の分だけ、被駆動部材９を基準位置まで駆動する時間を短縮することができる。

上述した実施例１および変形例における動作（図４、図６）を、コンピュータ（駆動コントロール回路６）に実行させるプログラムや、このプログラムを格納した記憶媒体についても、本発明を適用することができる。

また、上述した実施例および変形例では、駆動源として振動型モータを用いた場合について説明したが、直流モータなどの駆動源を用いた場合についても本発明を適用することができる。

本発明の実施例１である振動型モータの制御装置の概略構成を示す図。 振動型モータの断面図。 実施例１における振動型モータの制御方法を示すタイミングチャート（Ａ、Ｂ）。 実施例１における振動型モータの制御方法を示すフローチャート。 実施例１の変形例における振動型モータの制御方法を示すタイミングチャート（Ａ、Ｂ）。 変形例における振動型モータの制御方法を示すフローチャート。 従来における振動型モータの制御方法を示すタイミングチャート（Ａ、Ｂ） 従来における振動型モータの制御方法を示すタイミングチャート（Ａ、Ｂ）

符号の説明

１：振動型モータ
３：ロータリーエンコーダ
５：パルス計数回路
６：駆動コントロール回路
７：遮光板
８：フォトインタラプタ

Claims (5)

1. 被駆動部材を駆動する駆動源と、
   前記被駆動部材又は前記駆動源の基準位置への到達を検出する検出手段と、
   前記駆動源の駆動を制御する制御手段とを有し、
   前記制御手段は、
   前記駆動源を第１の速度で駆動する第１の駆動制御を行い、
   前記検出手段での検出タイミングで、前記第１の速度での駆動を停止させる第２の駆動制御を行い、
   該第２の駆動制御の後、第２の速度であって、前記第１の速度での駆動方向とは異なる方向に前記駆動源を所定量駆動する第３の駆動制御を行い、
   該第３の駆動制御の後、前記第１および第２の速度よりも低い第３の速度であって、前記第２の速度での駆動方向とは異なる方向に前記駆動源を駆動する第４の駆動制御を行い、
   前記検出手段での再度の検出タイミングで、前記第３の速度での駆動を停止させる第５の駆動制御を行うことを特徴とする制御装置。
2. 被駆動部材を駆動する駆動源と、
   前記被駆動部材又は前記駆動源の基準位置への到達を検出する検出手段と、
   前記駆動源の駆動を制御する制御手段とを有し、
   前記制御手段は、
   前記駆動源を第１の速度で駆動する第１の駆動制御を行い、
   前記検出手段での検出開始タイミングで、前記第１の速度での駆動を停止させる第２の駆動制御を行い、
   該第２の駆動制御の後、前記第１の速度よりも低い第２の速度であって、前記第１の速度での駆動方向とは異なる方向で前記駆動源を駆動する第３の駆動制御を行い、
   前記検出手段での検出完了タイミングで、前記第２の速度での駆動を停止させる第４の駆動制御を行うことを特徴とする制御装置。
3. 前記駆動源は、電気−機械エネルギ変換素子への周波信号の印加によって振動が励起される振動体と、該振動体に接触する接触体とを有する振動型アクチュエータであることを特徴とする請求項１又は２に記載の制御装置。
4. 被駆動部材を駆動する駆動源と、前記被駆動部材又は前記駆動源の基準位置への到達を検出する検出手段とを有する駆動装置に適用され、前記駆動源の駆動を制御する制御方法であって、
   前記駆動源を第１の速度で駆動する第１のステップと、
   前記検出手段の検出タイミングで、前記第１の速度での駆動を停止させる制御を行う第２のステップと、
   該第２のステップの後、第２の速度であって、前記第１の速度での駆動方向とは異なる方向に前記駆動源を所定量駆動する第３のステップと、
   該第３のステップの後、前記第１および第２の速度よりも低い第３の速度であって、前記第２の速度での駆動方向とは異なる方向に前記駆動源を駆動する第４のステップと、
   前記検出手段の再度の検出タイミングで、前記第３の速度での駆動を停止させる制御を行う第５のステップとを有することを特徴とする制御方法。
5. 被駆動部材を駆動する駆動源と、前記被駆動部材又は前記駆動源の基準位置への到達を検出する検出手段とを有する駆動装置に適用され、前記駆動源の駆動を制御する制御方法であって、
   前記駆動源を第１の速度で駆動する第１のステップと、
   前記検出手段での検出開始タイミングで、前記第１の速度での駆動を停止させる制御を行う第２のステップと、
   該第２のステップの後、前記第１の速度よりも低い第２の速度であって、前記第１の速度での駆動方向とは異なる方向で前記駆動源を駆動する第３のステップと、
   前記検出手段での検出完了タイミングで、前記第２の速度での駆動を停止させる制御を行う第４のステップとを有することを特徴とする制御方法。
   

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