JP2007143231A - モータ駆動装置、制御方法、及びプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】振動波モータの起動時間の短縮及び移動体の滑らかな制御を可能としたモータ駆動装置、制御方法、及びプログラムを提供する。
【解決手段】振動波モータは、圧電素子１、振動体２を備える。振動波モータ駆動回路は、ＣＰＵ５、発振器部６、位置検出部９を備える。ＣＰＵ５は、設定した駆動周波数ｆ＿ｄｒで、移動体４の所定パターンの動作中の、操作ＡＢ位相差の絶対値の最大値Ｘａｂを求め、Ｘａｂ＞８０°であるか判定する。Ｘａｂ＞８０°の場合は、駆動周波数が高すぎと判断し、駆動周波数を「現在の周波数ｆ＿ｄｒ−５００Ｈｚ」に設定し、記憶周波数の値を前記設定値に更新する。Ｘａｂ＞８０°でない場合は、Ｘａｂ＜３０°であるか判定する。Ｘａｂ＜３０°の場合は、駆動周波数が低くすぎと判断し、駆動周波数を「現在の周波数ｆ＿ｄｒ＋５００Ｈｚ」に設定し、記憶周波数の値を前記設定値に更新する。
【選択図】図９

Description

本発明は、振動波を生じさせた弾性体（振動体）に接触する被駆動体を摩擦力により相対移動させる振動波モータの駆動回路に適用されるモータ駆動装置、制御方法、及びプログラムに関する。

近年、振動波モータもしくは圧電モータと称する非電磁駆動式の振動波（振動型）モータが開発され、本出願人等によって実用化されている。振動波モータは、圧電素子または電歪素子等の電気−機械エネルギ変換素子に交番電圧を印加することで該素子に高周波振動を発生させ、振動エネルギを連続的な機械運動として取り出すように構成したモータである。振動波モータの動作原理は、本出願人による出願（例えば、特許文献１参照）など、既に多くの出願で説明されているのでここでは説明を省略する。

図１２は、従来例に係るリニア駆動タイプの振動波アクチュエータの振動体の外観を示す斜視図である。

図１２において、振動体１０１は、弾性体１０４、圧電素子（電気−機械エネルギ変換素子）１０５、２つの突起部１０６を備えている。尚、振動波アクチュエータに関する技術は公知であるので（例えば、特許文献２参照）、詳細は省略する。弾性体１０４は、金属材料から形成されると共に矩形の板状に構成されている。圧電素子１０５は、弾性体１０４の裏面に接合され、突起部１０６は、弾性体１０４の表面に配設されている。

振動体１０１は、２つの曲げ振動モードの振動を励起することができ、２つの曲げ振動モードの振動を組み合わせることにより突起部１０６の先端に楕円運動を生じさせるものである。即ち、突起部１０６は、先端が後述するように被駆動体（スライダ）に接触することで、先端に生じさせた楕円運動により被駆動体を移動させる。

図１３は、振動体１０１における２つの曲げ振動モードの振動を示す図であり、（ａ）は一方の曲げ振動モードの振動を示す図、（ｂ）は他方の曲げ振動モードの振動を示す図である。

図１３において、図１３（ａ）に示す振動モードは、上記２つの曲げ振動モードのうち一方の曲げ振動モード（以下「Ａモード」と表記）を表している。Ａモードの振動は、矩形の振動体１０１（弾性体１０４）の長辺方向（矢印Ｘ方向）における２次の屈曲振動であり、短辺方向（矢印Ｙ方向）に平行な３本の節を有している。突起部１０６は、Ａモードの振動で節となる位置の近傍に配置されており、Ａモードの振動により矢印Ｘ方向で往復運動を行う。このように突起部１０６を配置することにより、突起部１０６を矢印Ｘ方向で最も大きく変位させることができる。

また、図１３（ｂ）に示す振動モードは、上記２つの曲げ振動モードのうち他方の曲げ振動モード（以下「Ｂモード」と表記）を表している。Ｂモードの振動は、矩形の振動体１０１（弾性体１０４）の短辺方向（矢印Ｙ方向）における１次の屈曲振動であり、長辺方向（矢印Ｘ方向）に平行な２本の節を有している。ここで、Ａモードの振動における節と、Ｂモードの振動における節は、ＸＹ平面内において略直交するようになっている。突起部１０６は、Ｂモードの振動で腹となる位置の近傍に配置されており、Ｂモードの振動により矢印Ｚ方向で往復運動を行う。このように突起部１０６を配置することにより、突起部１０６を矢印Ｚ方向で最も大きく変位させることができる。

即ち、上述したようにＡモードの振動における節とＢモードの振動における節とを略直交させることにより、Ａモードの振動における節の位置とＢモードの振動における腹の位置とを一致させることができる。この位置に突起部１０６を配置することにより、突起部１０６の振動変位を最も大きくすることができ、高出力を得ることができるようになる。そして、上述したように突起部１０６を矢印Ｘ方向及び矢印Ｚ方向で大きく変位させることにより、突起部１０６に接触する被駆動体に対して大きな駆動力を与えることができる。

図１４は、図１２の振動体を用いた振動波アクチュエータの外観を示す斜視図である。

図１４において、振動波アクチュエータは、弾性体１０４、圧電素子１０５、突起部１０６を備えた振動体１０１により、スライダ１０７を移動させるアクチュエータである。振動波アクチュエータでは、上述したＡモードの振動とＢモードの振動を所定の位相差で発生させることにより、突起部１０６の先端に楕円運動を発生させることができる。突起部１０６の先端には、被駆動体であるスライダ１０７が加圧接触されている。スライダ１０７は、突起部１０６の楕円運動によって矢印Ｌ方向に移動することができる。

尚、２つの突起部１０６を、弾性体１０４の中心を通るＸＺ平面又はＹＺ平面に対して対称に配置すれば、突起部１０６においてスライダ１０７から受ける反力を振動体１０１は偏り無く受けることができる。また、スライダ１０７と突起部１０６の相対位置関係が安定するため、環境や負荷の変動等の影響を受けずに振動体１０１の出力を安定させることができる。

一方、振動波モータにおいて、速度制御などを実施するときは 駆動周波数を高い側から徐々に下げていき、ある速度に達した駆動周波数にてパルス幅制御もしくは上記位相差制御を行うという方法が採用されている（例えば、特許文献３、特許文献４参照）。

図１５は、他の従来例に係る振動波モータにおいて周波数スィープ（高い周波数から序々に低い周波数に変化させる操作）を行った制御における時間に対する操作ＡＢ位相差とモータ位置との関係を示す図である。

図１５において、横軸は時間を示し、縦軸は振動波モータの圧電素子に印加する２相の駆動電圧（Ａ相の駆動電圧とＢ相の駆動電圧）の位相差（以下「ＡＢ位相差」と表記）を示す。図示の特性は、あるＡＢ位相差に固定し周波数スィープを行い目標速度になった周波数に駆動周波数を固定した後に、ＡＢ位相差でスライダの目標位置を変えながら動作させていったときのＡＢ位相差とモータ位置との関係を示したものである。

ＡＢ位相差を固定することで周波数スィープを行った後に、被駆動体がある移動速度になる駆動周波数を決定するというアルゴリズムを用いることにより、ＡＢ位相差制御の制御特性の安定した駆動周波数で振動波モータを駆動することが可能となる。尚、図１５の特性の右側の縦軸の数値はスライダの移動量を検出するエンコーダのカウント値である。
特開平０３−２８９３７５号公報 特開２００４−３２０８４６号公報 特開平０１−０８５５８７号公報 特許登録第３３８２４５４号

しかしながら、上述した従来の振動波モータにおいて、ＡＢ位相差を固定し周波数スィープを行った後に被駆動体がある移動速度になる駆動周波数を見つけ、その駆動周波数に設定するという周波数設定方法では、周波数スィープを毎回行う必要がある。そのため、振動波モータの起動に時間がかかってしまうという問題がある。

また、周波数スィープを行うことによりスライダは必ずある方向に動く必要があり、徐々にスライダの目標位置を変えていく動作では、振動波モータの起動時にスライダが余計に動きすぎて、スライダを一旦戻すという動作が入ってしまう。そのため、スライダの滑らかな制御ができないという問題がある。

また、上記のような周波数設定方法では、温度変化や個体差により、圧電素子に印加する駆動電圧の大きさや駆動電圧検出用電極からの電圧出力特性が変わる。そのため、常に理想的な駆動周波数で振動波モータを制御できないという問題もある。

本発明の目的は、振動波モータの起動時間の短縮及び移動体の滑らかな制御を可能としたモータ駆動装置、制御方法、及びプログラムを提供することにある。

上述の目的を達成するために、本発明のモータ駆動装置は、少なくとも２つの電極を有し前記各電極に同一周波数の２相の駆動電圧がそれぞれ印加されることで振動を励起する電気−機械エネルギ変換素子と、前記電気−機械エネルギ変換素子により振動され被駆動体に接触される振動体とを備えた振動波モータの駆動制御を行うモータ駆動装置であって、前記振動波モータの前記電気−機械エネルギ変換素子に印加される前記２相の駆動電圧に関わる操作量に応じて、駆動周波数を制御する制御手段を備えることを特徴とする。

本発明によれば、電気−機械エネルギ変換素子に印加される２相の駆動電圧に関わる操作量に応じて、駆動周波数を制御するため、振動波モータの起動時に最適な駆動周波数を検出する動作を行うことなく、振動波モータを駆動することが可能となる。これにより、振動波モータの起動時間の短縮及び被駆動体の滑らかな制御が可能となる。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。

［第１の実施の形態］
図１は、本発明の第１の実施の形態に係るモータ駆動装置としての振動波モータ駆動回路の構成を示すブロック図である。

図１において、振動波モータは、圧電素子１と振動体２を備えており、移動体（スライダ）４を矢印方向へ移動させる小型の非電磁駆動式モータである。振動波モータ駆動回路は、マイクロコンピュータ（以下ＣＰＵと表記）５、発振器部６、増幅回路７ａ、増幅回路７ｂ、インダクタンス素子８ａ、インダクタンス素子８ｂ、位置検出部９を備えている。

振動波モータにおいて、圧電素子１は、後述の２相の駆動電圧の印加により高周波振動を励起する電気−機械エネルギ変換素子である。振動体２は、下面に圧電素子１が接合され上面に突起部３が配設された弾性体である。振動体２には、圧電素子１により、２つの曲げ振動モード（振動体長辺方向における２次の屈曲振動である第１の曲げ振動モード（Ａモード）、振動体短辺方向における１次の屈曲振動である第２の曲げ振動モード（Ｂモード））の振動が発生される。Ａモードの振動とＢモードの振動を組み合わせることで、振動体２及び移動体４を相対的に駆動し、突起部３を介して移動体４を摩擦力により矢印方向（目標位置）へ移動させる。

振動波モータ駆動回路において、ＣＰＵ５は、後述する振動波モータの制御を司るものであり、ｆｒｅｑ信号（発振周波数設定値）、ｐｈａｓｅ信号（位相差設定値）、ｄｕｔｙ信号（デューティ設定値）を発振器部６に出力する。また、ＣＰＵ５は、プログラムに基づいて図９のフローチャート（第３の実施の形態）、図１１のフローチャート（第４の実施の形態）に示す各処理を実行する。発振器部６は、ＣＰＵ５から出力される設定値に応じて、振動波モータをＡモードで駆動する信号（Ａモードの駆動信号）と、振動波モータをＢモードで駆動する信号（Ｂモードの駆動信号）を発生する。

増幅回路７ａは、上記Ａモードの駆動信号を増幅し、インダクタンス素子８ａを介して振動波モータの圧電素子１に供給することで、振動波モータに駆動力を与える。増幅回路７ｂは、上記Ｂモードの駆動信号を増幅し、インダクタンス素子８ｂを介して振動波モータの圧電素子１に供給することで、振動波モータに駆動力を与える。位置検出部９は、移動体４の移動量を検出し、ＣＰＵ５にＥｎｃｏｄｅｒ信号（位置検出信号）を出力する。ＣＰＵ５は、位置検出部９により検出された移動体４の移動量に基づく情報（移動体４の位置情報及び速度情報）に応じて、振動波モータを駆動制御する。

図２は、振動波モータの圧電素子の電極パターンを示す図である。

図２において、圧電素子１には、長手方向（Ｘ方向）で２等分された電極領域１ａ、１ｂが形成されている。各電極領域１ａ、１ｂにおける分極方向は、同一方向（「＋」）となっている。各電極領域１ａ、１ｂのうち右側に位置する電極領域１ａには、交流電圧（Ｖ１）が印加され、左側に位置する電極領域１ｂには、交流電圧（Ｖ２）が印加される。即ち、各電極領域１ａ、１ｂには、同一周波数の２相（Ｖ１：Ａ相、Ｖ２：Ｂ相）の交流電圧（駆動電圧）が印加される。

Ｖ１及びＶ２を、Ａモードの共振周波数付近の周波数で且つ逆位相の（位相が１８０°ずれた）交流電圧とすると、ある瞬間には右側の電極領域１ａの圧電素子が縮むと共に左側の電極領域１ｂの圧電素子が伸びる。また、別の瞬間には逆の関係（右側の電極領域１ａの圧電素子が伸びると共に左側の電極領域１ｂの圧電素子が縮む）となる。この結果、振動体２にはＡモードの振動が発生することになる。

また、Ｖ１及びＶ２を、Ｂモードの共振周波数付近の周波数で且つ同位相の交流電圧とすると、ある瞬間には圧電素子全体（各電極領域１ａ、１ｂ）が伸びる。また、別の瞬間には圧電素子全体（各電極領域１ａ、１ｂ）が縮むことになる。この結果、振動体２にはＢモードの振動が発生することになる。

尚、圧電素子１の２つの電極領域１ａ、１ｂのうち一方の電極領域における分極方向を「＋」とし、他方の電極領域における分極方向を「−」とすることもできる。この場合には、各電極領域１ａ、１ｂそれぞれに、Ａモードの共振周波数付近の周波数で且つ同位相の交流電圧（Ｖ１、Ｖ２）を印加することにより、振動体２にＡモードの振動を発生させることができる。また、各電極領域１ａ、１ｂそれぞれに、Ｂモードの共振周波数付近の周波数で且つ逆位相の（位相が１８０°ずれた）交流電圧（Ｖ１、Ｖ２）を印加することにより、振動体２にＢモードの振動を発生させることができる。

図３は、振動波モータの圧電素子に対する印加電圧の位相差と振動振幅との関係を示す図である。

図３において、横軸は圧電素子１の電極領域１ａに印加される交流電圧Ｖ１と電極領域１ｂに印加される交流電圧Ｖ２の位相差θを示し、縦軸は振動振幅を示す。図示の特性は、振動モード（Ａモード及びＢモード）の振幅の大きさと上記Ｖ１及びＶ２の位相差θとの関係を示したものである。Ａモードの振動に対するＢモードの振動の位相差は、Ｖ１とＶ２の位相差１８０°を境に９０°と−９０°が入れ替わる。即ち、Ｖ１とＶ２の位相差１８０°を境として、この両側（図中の＋方向、−方向）で移動体７の駆動方向が逆になる。

このように、本実施の形態の小型の振動波モータは、上記図２に示した圧電素子１の電極領域１ａ、１ｂの配置により上記２つの曲げ振動モードを励起させるものであり、従来の円環型の振動波モータと比較し次のような特徴を有する。交流電圧（Ｖ１、Ｖ２）の位相差を変えることにより、Ａモードの振動の大きさとＢモードの振動の大きさとの比を容易に変えることが可能である。そのため、後述のＡＢ位相差を制御することで、図５からも分かるように移動体４の移動速度を容易に変更することが可能である。

図４は、振動波モータのＡＢ位相差が９０°のときの駆動周波数と移動体の移動速度との関係を示す図である。

図４において、横軸は振動波モータの駆動周波数（Ｈｚ）を示し、縦軸は振動波モータによる移動体４の移動速度（mm/sec）を示す。図示の特性は、振動波モータのＡＢ位相差（振動波モータの圧電素子の電極領域１ａに印加するＡ相の電圧と電極領域１ｂに各々印加するＢ相の電圧との位相差）が９０°のときの駆動周波数と、移動体４の移動速度との関係を示したものである。

図５は、図４の駆動周波数ｆ１及びｆ２におけるＡＢ位相差と移動体の移動速度との関係を示す図である。

図５において、横軸はＡＢ位相差を示し、縦軸は振動波モータによる移動体４の移動速度（mm/sec）を示す。図示の特性は、図４の駆動周波数ｆ１及びｆ２におけるＡＢ位相差と移動体４の移動速度との関係を示したものである。

図４及び図５から分かるように、ＡＢ位相差と移動体の移動速度との関係を示す特性は、高い駆動周波数ｆ１では低い駆動周波数ｆ２に比べ傾きが小さい。よって、高い駆動周波数ｆ１のときは、ＡＢ位相差を振った（ある範囲で変化させた）ときの移動速度の変化が小さい。逆に低い駆動周波数ｆ２のときは、ＡＢ位相差を振った（ある範囲で変化させた）ときの移動速度の変化が大きい。振動波モータにより移動体４をある移動速度で駆動したときを考えると、高い駆動周波数ｆ１のときのＡＢ位相差は、低い駆動周波数ｆ２のときのＡＢ位相差より絶対値で大きくなる。

図６は、振動波モータにおいて移動体がある移動速度になるように制御したときのＡＢ位相差の操作量を示す図である。

図６において、横軸は時間を示し、縦軸はＡＢ位相差を示す。θab（at f1）、θab（at f2）は、それぞれ上記図４に示した駆動周波数ｆ１、ｆ２におけるＡＢ位相差の操作量である。ＡＢ位相差の操作量はＣＰＵ５により決定される。図６から分かるように、振動波モータにより移動体４を同じ移動速度で駆動しようとしたとき、駆動周波数の違いによって操作するＡＢ位相差（以下「操作ＡＢ位相差」と表記）が異なっている。従って、ＣＰＵ５でＡＢ位相差の操作量を判断することにより、どの駆動周波数で駆動されているかがおおよそ分かる。

図６には不図示であるが、駆動周波数がｆ１より高い周波数になると、移動体４を図６に示す移動速度と同じ移動速度で駆動しようとしたとき、必要とされるＡＢ位相差が９０°を超えてしまう。図５からも分かるように、ある駆動周波数で最大移動速度が出せるのはＡＢ位相差が９０°のときであり、必要な移動速度が出せないときはＡＢ位相差は９０°の状態に保持される。当然、この状態では移動速度の制御は不可能となり、移動体４を一定の移動速度で駆動することができなくなる。よって、駆動周波数を下げてｆ１のように制御可能な周波数にしてやれば良い。

また、逆に駆動周波数がｆ２よりも低い周波数になると、ＡＢ位相差を微小量変化させるだけで移動体４の移動速度が大きく変化し、速度制御しようとすると発振してしまう。また、駆動周波数を更に低い周波数に下げると、図４に示したように移動速度が急に出なくなる領域に入ってしまうという問題も発生する。

そこで、本実施の形態では、振動波モータにおいてある速度制御で操作したＡＢ位相差が設定範囲（具体的には３０°〜８０°の範囲）に入るように駆動周波数を制御することで、安定した制御が可能となる。但し、移動体４の停止時などにはＡＢ位相差はほぼゼロになり上記範囲を満足しなくなるので、移動体４の停止時などのような領域のデータは使用しないようにすることが必要である。このように、操作ＡＢ位相差を検出して、ある条件により駆動周波数を変更してやることにより、ＡＢ位相差制御が安定する駆動周波数を見つけ出すことが可能となる。

以上説明したように、本実施の形態によれば、振動波モータにより移動体４をある移動速度で駆動する際のＡＢ位相差が設定範囲内に入るように、駆動周波数を制御する。その結果、振動波モータの起動時に最適な駆動周波数を検出する動作を行うことなく、振動波モータを駆動することが可能となる。これにより、振動波モータの起動時間の短縮及び移動体の滑らかな制御が可能となる。

［第２の実施の形態］
本発明の第２の実施の形態は、上述した第１の実施の形態に対して、振動波モータにおいて下記に示す制御を行う点において相違する。本実施の形態のその他の要素は、上述した第１の実施の形態（図１及び図２）の対応するものと同一なので、説明を省略する。

図７は、本実施の形態に係る振動波モータにおける時間に対する操作ＡＢ位相差と移動体の移動速度との関係を示す図である。

図７において、横軸は時間を示し、縦軸はＡＢ位相差を示す。上述した第１の実施の形態では、移動体４を速度制御してある方向に動作させているときの操作ＡＢ位相差より駆動周波数を変更した。これに対し、本実施の形態は、移動体４を速度制御してある区間を往復動作させたときの操作ＡＢ位相差を検出するようにしたものである。

図７に示すように、移動体４をある区間を往復動作させたときのＡＢ位相差操作量を見ると、行き（往路：ｇｏ）と帰り（復路：ｂａｃｋ）でＡＢ位相差操作量の値が異なっていることが分かる。これは、振動波モータの動作特性がｇｏ−ｂａｃｋで異なっていたり、振動波モータが取り付けられている装置の備える負荷がｇｏ−ｂａｃｋで異なっていたりすることにより発生する。そのため、第１の実施の形態のように操作ＡＢ位相差の値から駆動周波数を変更しようとした場合、ｇｏ−ｂａｃｋで異なる特性の影響を受け発振してしまったりする問題が発生する。

そこで、本実施の形態は、移動体４を速度制御してある区間を往復動作させたときのｇｏ−ｂａｃｋでの操作ＡＢ位相差をそれぞれ検出し、検出した操作ＡＢ位相差の幅の大きさに基づき駆動周波数を変更するか否かを判断するようにしたものである。

図７の矢印で示すＷ１は、駆動周波数ｆ２における操作ＡＢ位相差のｇｏ−ｂａｃｋの差である操作ＡＢ位相差幅である。また、図７の矢印で示すＷ２は、駆動周波数ｆ１における操作ＡＢ位相差のｇｏ−ｂａｃｋの差である操作ＡＢ位相差幅である。

操作ＡＢ位相差のｇｏ−ｂａｃｋの差が大きければ駆動周波数が高い設定になっていることが分かるので、駆動周波数を下げる動作を入れる。逆に操作ＡＢ位相差のｇｏ−ｂａｃｋの差が小さいと駆動周波数が低い設定になっていることが分かるので、駆動周波数を上げる動作を入れる。このように、操作ＡＢ位相差のｇｏ−ｂａｃｋの差がある範囲に入るようにＣＰＵ５で制御することにより、最適な駆動周波数で振動波モータを駆動することが可能となる。

以上説明したように、本実施の形態によれば、振動波モータにより移動体４を所定区間往復動作させる際のＡＢ位相差の操作量の幅が大きい場合或いは小さい場合（設定範囲を超えた場合或いは設定範囲に達しない場合）、駆動周波数を変更する。その結果、振動波モータの起動時に最適な駆動周波数を検出する動作を行うことなく、振動波モータを駆動することが可能となる。これにより、振動波モータの起動時間の短縮及び移動体の滑らかな制御が可能となる。

［第３の実施の形態］
本発明の第３の実施の形態は、上述した第１の実施の形態に対して、振動波モータにおいて下記に示す制御を行う点において相違する。本実施の形態のその他の要素は、上述した第１の実施の形態（図１及び図２）の対応するものと同一なので、説明を省略する。

図８は、本実施の形態に係る振動波モータにおける時間に対する操作ＡＢ位相差と移動体の移動速度との関係を示す図である。

図８において、横軸は時間を示し、縦軸はＡＢ位相差を示す。図８の矢印で示す条件１は、図９のステップＳ１５の「Xab＞８０°」の判定条件に相当する。また、図８の矢印で示す条件２は、図９のステップＳ１５の「Xab＜３０°」の判定条件に相当する。上述した第１及び第２の実施の形態では、移動体４の速度制御時の操作ＡＢ位相差の平均がある範囲を超えたときに駆動周波数を変化させた。

これに対し、本実施の形態は、移動体４の往復動作中の全ての操作ＡＢ位相差の情報から駆動周波数の設定を変えるようにしたものであり、速度制御している部分のデータのみを取り出すという動作をすることなしに駆動周波数の制御を可能としたものである。以下、図８を用いて図９の振動波モータ動作アルゴリズムを説明する。

図９は、振動波モータ動作アルゴリズムを示すフローチャートである。

図９において、先ず、振動波モータ駆動回路のＣＰＵ５は、振動波モータ動作アルゴリズムを開始する（ステップＳ１１）。次に、ＣＰＵ５は、メモリ（不図示）に記憶されている駆動周波数f_drをセット（設定）する（ステップＳ１２）。この場合、振動波モータの前回の駆動動作終了時の周波数を駆動周波数f_drとして設定する。但し、前回の駆動動作が無い（更新されていない）場合は、振動波モータの形状や振動波モータの駆動周波数から最適周波数と予想される周波数（default値）を駆動周波数f_drとして設定する。

ＣＰＵ５は、上記設定した駆動周波数f_drで、移動体４にある決められたパターンの動作を行わせる（ステップＳ１３）。次に、ＣＰＵ５は、移動体４のある決められたパターンの動作中の、操作ＡＢ位相差の絶対値の最大値Xabを求める（ステップＳ１４）。次に、ＣＰＵ５は、Xab＞８０°であるか否かを判定し（ステップＳ１５）、Xab＞８０°の場合は、駆動周波数が高すぎると判断し、駆動周波数を「現在の周波数f_dr−500Hz」に設定する（ステップＳ１６）。その後、ＣＰＵ５は、上記メモリに記憶する駆動周波数の値を前記設定値に更新する（ステップＳ１９）。

ＣＰＵ５は、Xab＞８０°でない場合は、Xab＜３０°であるか否かを判定し（ステップＳ１７）、Xab＜３０°の場合は、駆動周波数が低くすぎると判断し、駆動周波数を「現在の周波数f_dr＋500Hz」に設定する（ステップＳ１８）。その後、ＣＰＵ５は、上記メモリに記憶する駆動周波数の値を前記設定値に更新する（ステップＳ１９）。尚、上記ステップＳ１６及びステップＳ１８における、現在の周波数f_drに対し増減する周波数は500Hzに限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で任意の周波数とすることができる。

次に、ＣＰＵ５は、振動波モータが次の動作に入るか否かを判断する（ステップＳ２０）。ＣＰＵ５は、振動波モータが次の動作に入ると判断した場合は、上記ステップＳ１２の処理に戻り、振動波モータが次の動作に入らないと判断した場合は、本処理を終了する（ステップＳ２１）。

ＣＰＵ５は、上記フローチャートに従い振動波モータを動作した際に移動体４がある動作パターンで動いたときに、駆動周波数が最適な周波数範囲にあるか否かを判断する。ＣＰＵ５は、駆動周波数が最適な周波数範囲にないと判断した場合は駆動周波数を変更し、最適な駆動周波数へ動かしていく制御を行う。上記説明からも分かるように、従来は最適な駆動周波数を求めるために周波数スィープなどを行うことで振動波モータを動かす必要があった。

これに対し、本実施の形態では、振動波モータの動作中に最適な駆動周波数になるように周波数を決めていくので、振動波モータに余計な動きを行わせずに最適な駆動周波数で振動波モータを駆動することが可能である。

また、本実施の形態では、振動波モータにおいて最初にある駆動周波数に固定し、振動波モータで１つの動作を行った後に駆動周波数を変更すべきかの判断を行い駆動周波数を変更しているが、これに限定されるものではない。振動波モータの動作中に操作ＡＢ位相差が設定範囲を超えたら直ちに駆動周波数を変更するという動作アルゴリズムでも、本発明の目的を達成することができる。

以上説明したように、本実施の形態によれば、振動波モータの駆動周波数をある駆動周波数に設定し、移動体４を所定区間往復動作させる際のＡＢ位相差の操作量が設定範囲を超えた場合或いは設定範囲に達しない場合、駆動周波数を変更する。その結果、振動波モータの起動時に最適な駆動周波数を検出する動作を行うことなく、振動波モータを駆動することが可能となる。これにより、振動波モータの起動時間の短縮及び移動体の滑らかな制御が可能となる。

［第４の実施の形態］
本発明の第４の実施の形態は、上述した第１の実施の形態に対して、振動波モータにおいて下記に示す制御を行う点において相違する。本実施の形態のその他の要素は、上述した第１の実施の形態（図１及び図２）の対応するものと同一なので、説明を省略する。

図１０は、本実施の形態に係る振動波モータにおける時間に対する操作ＡＢ位相差と移動体の移動速度との関係を示す図である。

図１０において、横軸は時間を示し、縦軸はＡＢ位相差を示す。図１０に示すＡＢ位相差特性は、基本的には上記図８と同じようなＡＢ位相差特性を示しているが、振動波モータの動作中のある一瞬に動きが悪くなり急激にＡＢ位相差の値を大きくしている（図中２点鎖線で示す部分）。これは、振動波モータの振動体２の突起部３と移動体４との摩擦面が微妙に変化したり、摩擦面同士の当たり方が一瞬不安定になったりするために生じるものである。

但し、振動波モータでは、それ以外の理由でも上記動きが悪くなる現象は生じる。しかし、この現象は突発的なものであり、その一瞬を過ぎると正常な動作に戻る。このときに、振動波モータを上述した第３の実施の形態のような動作アルゴリズムで動作させていると、操作ＡＢ位相差の最大値がある値を超えてしまうので、周波数を下げようという動作をしてしまう。

これに対し、本実施の形態は、上記のような突発的な変動に対しては反応しないような動作アルゴリズムに変更したものである。以下、図１１の振動波モータ動作アルゴリズムを説明する。

図１１は、振動波モータ動作アルゴリズムを示すフローチャートである。

図１１において、ステップＳ１１〜ステップＳ１３の処理は上記図９のステップＳ１１〜ステップＳ１３の処理と同様であり、説明を省略する。次に、振動波モータ駆動回路のＣＰＵ５は、動作データ（ＡＢ位相差操作量）より、操作ＡＢ位相差が８０°を超えた回数Nabをカウントする（ステップＳ２５）。次に、ＣＰＵ５は、カウントした回数Nabが所定回数（本実施の形態では３回）を超えたか否かを判定する（ステップＳ２６）。ＣＰＵ５は、カウントした回数Nabが３回を超えた場合、駆動周波数変更動作（ステップＳ１６）に入るように制御する。ステップＳ１６以降の処理は上述した第３の実施の形態と同様である。

また、操作ＡＢ位相差の絶対値の最大値Xabが、Xab＜３０°の場合は、ＣＰＵ５は、上述した第３の実施の形態と同様に最大値Xabが３０°を超えないときに駆動周波数を上げるという動作を行う。

本実施の形態のように、操作ＡＢ位相差が８０°を超えた回数がある回数を超えたときに駆動周波数を変更するという動作アルゴリズムを実行することにより、上記図１０のようにＡＢ位相差が一瞬に設定範囲を超えたとしても周波数を変更することは無くなる。これにより、むやみに駆動周波数が変わることを避けることができる。

本実施の形態では、操作ＡＢ位相差の範囲を３０°〜８０°に設定しているが、該範囲に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない最適な範囲を指定することで効果を得ることができる。当然ながら、他の数値（周波数を変化させる量、周波数を変化させるためのある位相差を超えた回数など）も上記数値に限定されるものではない。

以上説明したように、本実施の形態によれば、振動波モータの駆動周波数をある駆動周波数に設定し、移動体４を所定区間往復動作させる際のＡＢ位相差の操作量が設定範囲から外れた回数が設定値を超えた場合、駆動周波数を変更する。その結果、振動波モータの起動時に最適な駆動周波数を検出する動作を行うことなく、振動波モータを駆動することが可能となる。これにより、振動波モータの起動時間の短縮及び移動体の滑らかな制御が可能となる。

［他の実施の形態］
上記第１乃至第４の実施の形態では、振動波モータ及び振動波モータ駆動回路について説明したが、本発明は、振動波モータ及び振動波モータ駆動回路を撮像装置（カメラ、ビデオカメラ等）に搭載し、レンズホルダを駆動する場合にも適用可能である。

また、本発明の目的は、前述した各実施の形態の機能を実現するソフトウェアのプログラムコードを記憶した記憶媒体を、システム或いは装置に供給し、そのシステム或いは装置のコンピュータ（またはＣＰＵやＭＰＵ等）が記憶媒体に格納されたプログラムコードを読み出し実行することによっても達成される。

この場合、記憶媒体から読み出されたプログラムコード自体が前述した各実施の形態の機能を実現することになり、そのプログラムコード及び該プログラムコードを記憶した記憶媒体は本発明を構成することになる。

また、プログラムコードを供給するための記憶媒体としては、例えば、フロッピー（登録商標）ディスク、ハードディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＷ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＡＭ、ＤＶＤ−ＲＷ、ＤＶＤ＋ＲＷ等の光ディスク、磁気テープ、不揮発性のメモリカード、ＲＯＭ等を用いることができる。または、プログラムコードをネットワークを介してダウンロードしてもよい。

また、コンピュータが読み出したプログラムコードを実行することにより、前述した各実施の形態の機能が実現されるだけではなく、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動しているＯＳ（オペレーティングシステム）等が実際の処理の一部または全部を行い、その処理によって前述した各実施の形態の機能が実現される場合も含まれる。

更に、記憶媒体から読み出されたプログラムコードが、コンピュータに挿入された機能拡張ボードやコンピュータに接続された機能拡張ユニットに備わるメモリに書き込まれた後、次のプログラムコードの指示に基づき、その拡張機能を拡張ボードや拡張ユニットに備わるＣＰＵ等が実際の処理の一部または全部を行い、その処理によって前述した各実施の形態の機能が実現される場合も含まれる。

本発明の第１の実施の形態に係るモータ駆動装置としての振動波モータ駆動回路の構成を示すブロック図である。 振動波モータの圧電素子の電極パターンを示す図である。 振動波モータの圧電素子に対する印加電圧の位相差と振動振幅との関係を示す図である。 振動波モータのＡＢ位相差が９０°のときの駆動周波数と移動体の移動速度との関係を示す図である。 図４の周波数ｆ１及びｆ２におけるＡＢ位相差と移動体の移動速度との関係を示す図である。 振動波モータにおいて移動体がある移動速度になるように制御したときのＡＢ位相差の操作量を示す図である。 本発明の第２の実施の形態に係る振動波モータにおける時間に対する操作ＡＢ位相差と移動体の移動速度との関係を示す図である。 本発明の第３の実施の形態に係る振動波モータにおける時間に対する操作ＡＢ位相差と移動体の移動速度との関係を示す図である。 振動波モータ動作アルゴリズムを示すフローチャートである。 本発明の第４の実施の形態に係る振動波モータにおける時間に対する操作ＡＢ位相差と移動体の移動速度との関係を示す図である。 振動波モータ動作アルゴリズムを示すフローチャートである。 従来例に係るリニア駆動タイプの振動波アクチュエータの振動体の外観を示す斜視図である。 図１２の振動体における２つの曲げ振動モードの振動を示す図であり、（ａ）は一方の曲げ振動モード（Ａモード）の振動を示す図、（ｂ）は他方の曲げ振動モード（Ｂモード）の振動を示す図である。 図１２の振動体を用いた振動波アクチュエータの外観を示す斜視図である。 他の従来例に係る振動波モータにおいて周波数スィープを行った制御における時間に対する操作ＡＢ位相差とモータ位置との関係を示す図である。

符号の説明

１ 圧電素子（電気−機械エネルギ変換素子）
１ａ、１ｂ 電極領域（電極）
２ 振動体
４ 移動体（被駆動体）
５ ＣＰＵ（制御手段）
６ 発振器部
９ 位置検出部
ｆ１、ｆ２ 駆動周波数
Ｗ１、Ｗ２ 操作ＡＢ位相差幅
f_dr 駆動周波数
Xab 操作ＡＢ位相差の絶対値の最大値

Claims (13)

1. 少なくとも２つの電極を有し前記各電極に同一周波数の２相の駆動電圧がそれぞれ印加されることで振動を励起する電気−機械エネルギ変換素子と、前記電気−機械エネルギ変換素子により振動され被駆動体に接触される振動体とを備えた振動波モータの駆動制御を行うモータ駆動装置であって、
   前記振動波モータの前記電気−機械エネルギ変換素子に印加される前記２相の駆動電圧に関わる操作量に応じて、駆動周波数を制御する制御手段を備えることを特徴とするモータ駆動装置。
2. 前記制御手段は、前記２相の駆動電圧の位相差の操作量に応じて、駆動周波数を制御することを特徴とする請求項１記載のモータ駆動装置。
3. 前記振動体は、前記電気−機械エネルギ変換素子に印加される逆位相となる前記２相の駆動電圧に応じた第１の曲げ振動モードの振動と、同位相となる前記２相の駆動電圧に応じた第２の曲げ振動モードの振動を発生するものであり、
   前記第１及び前記第２の曲げ振動モードの組み合わせにより、前記振動体及び前記被駆動体を相対的に駆動することを特徴とする請求項１記載のモータ駆動装置。
4. 前記制御手段は、前記振動波モータを制御するときの前記２相の駆動電圧の位相差の操作量が設定範囲を超えた場合に、駆動周波数を変更することを特徴とする請求項１記載のモータ駆動装置。
5. 前記制御手段は、前記振動波モータを制御するときの前記２相の駆動電圧の位相差の操作量が設定範囲を超えない場合に、駆動周波数を変更することを特徴とする請求項１記載のモータ駆動装置。
6. 前記振動波モータを制御するときの動作は、前記被駆動体を目標位置へ移動させる動作であることを特徴とする請求項４又は５記載のモータ駆動装置。
7. 前記制御手段は、前記振動波モータを所定区間往復動作させるときの前記２相の駆動電圧の位相差の操作量が設定範囲を超えた場合に、駆動周波数を変更することを特徴とする請求項１記載のモータ駆動装置。
8. 前記制御手段は、前記振動波モータを所定区間往復動作させるときの前記２相の駆動電圧の位相差の操作量が設定範囲を超えない場合に、駆動周波数を変更することを特徴とする請求項１記載のモータ駆動装置。
9. 前記制御手段は、前記振動波モータを所定区間往復動作させるときの前記２相の駆動電圧の位相差の操作量の幅が設定範囲を超えた場合に、駆動周波数を変更することを特徴とする請求項１記載のモータ駆動装置。
10. 前記制御手段は、前記振動波モータを所定区間往復動作させるときの前記２相の駆動電圧の位相差の操作量の幅が設定範囲を超えない場合に、駆動周波数を変更することを特徴とする請求項１記載のモータ駆動装置。
11. 前記制御手段は、前記振動波モータを所定区間往復動作制御させるときの前記２相の駆動電圧の位相差の操作量の幅が設定範囲から外れた回数が設定値を超えた場合に、駆動周波数を変更することを特徴とする請求項１記載のモータ駆動装置。
12. 少なくとも２つの電極を有し前記各電極に同一周波数の２相の駆動電圧がそれぞれ印加されることで振動を励起する電気−機械エネルギ変換素子と、前記電気−機械エネルギ変換素子により振動され被駆動体に接触される振動体とを備えた振動波モータの駆動制御を行うモータ駆動装置の制御方法であって、
    前記振動波モータの前記電気−機械エネルギ変換素子に印加される前記２相の駆動電圧に関わる操作量に応じて、駆動周波数を制御する制御ステップを備えることを特徴とする制御方法。
13. 少なくとも２つの電極を有し前記各電極に同一周波数の２相の駆動電圧がそれぞれ印加されることで振動を励起する電気−機械エネルギ変換素子と、前記電気−機械エネルギ変換素子により振動され被駆動体に接触される振動体とを備えた振動波モータの駆動制御を行うモータ駆動装置の制御方法をコンピュータに実行させるプログラムであって、
    前記振動波モータの前記電気−機械エネルギ変換素子に印加される前記２相の駆動電圧に関わる操作量に応じて、駆動周波数を制御する制御モジュールを備えることを特徴とするプログラム。

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