JP2007244181A

JP2007244181A - 駆動装置

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Publication number: JP2007244181A
Application number: JP2006067358A
Authority: JP
Inventors: Yasutaka Tanimura; 康隆谷村
Original assignee: Konica Minolta Opto Inc
Current assignee: Konica Minolta Opto Inc
Priority date: 2006-03-13
Filing date: 2006-03-13
Publication date: 2007-09-20
Anticipated expiration: 2026-03-13
Also published as: JP4894308B2; US7834515B2; US20070247023A1

Abstract

【課題】電気機械変換素子の間欠駆動を行う場合でも簡易に静音化が図れる駆動装置を提供する。
【解決手段】駆動装置は、圧電素子(電気機械変換素子)によって回転する超音波モータを備えており、パルス信号(ｂ)のオン時間のみ交流信号(ａ)をそのまま出力する間欠信号を超音波モータの駆動信号(ｃ)として生成する。そして、この駆動信号(ｃ)に基づき超音波モータに電圧を印加して間欠的な駆動(間欠駆動)を実施させることにより、超音波モータの低速化（速度調整）が可能となる。この間欠駆動においては、間欠信号の周波数（周期Ｔｎの逆数）を可聴周波数域以上の周波数に設定することで、簡易に静音化が図れることとなる。
【選択図】図２

Description

本発明は、可動部を駆動する駆動装置に関する。

圧電素子(電気機械変換素子)を有する超音波モータにおいては、駆動信号の出力および停止を繰り返す間欠駆動により、超音波モータの駆動速度を調整できるものがある(例えば特許文献１)。

しかし、このような間欠駆動を行うと、駆動信号を出力する駆動開始時と、駆動信号を停止する駆動停止時との間隙で可聴音が生じる問題がある。

この問題を解決するための対策としては、例えば特許文献２に開示される技術がある。この技術では、駆動開始時や駆動停止時に駆動信号の電圧を制御することによって静音化を図っている。

特開昭６３−７１７４号公報特開平９−１６３７６５号公報

しかしながら、上記特許文献２の技術では、高速な周期で駆動信号の出力／停止を切替える度に駆動信号に対して特殊な電圧制御を施す必要があり、その構成が複雑となる。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、電気機械変換素子の間欠駆動を行う場合でも簡易に静音化が図れる駆動装置を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するため、請求項１の発明は、可動部を駆動する駆動装置であって、(a)電圧の印加に応じて伸縮し、当該伸縮動作によって前記可動部を駆動する電気機械変換素子と、(b)周期信号を間欠的に出力する間欠出力手段と、(c)前記間欠出力手段から出力される間欠信号に基づき、前記電気機械変換素子に電圧の印加を行う間欠駆動手段とを備えるとともに、前記間欠駆動手段によって前記可動部の駆動速度の調整が可能であり、前記間欠信号の間欠周期に係る周波数は、可聴周波数域以外の周波数である。

また、請求項２の発明は、請求項１の発明に係る駆動装置において、前記間欠出力手段は、前記周期信号を出力する出力期間と前記周期信号の出力を中断する中断期間とからなる出力サイクルを繰り返すとともに、前記間欠出力手段は、(b-1)前記出力サイクルの周期を変化させずに、前記出力サイクルにおける前記出力期間と前記中断期間との比率を変更する変更手段を有し、前記変更手段によって前記可動部の駆動速度が変更される。

また、請求項３の発明は、請求項１の発明に係る駆動装置において、前記間欠出力手段は、前記周期信号を出力する出力期間と前記周期信号の出力を中断する中断期間とからなる出力サイクルを繰り返すとともに、前記間欠出力手段は、(b-2)前記出力サイクルの周期を変化させることにより、前記出力サイクルにおける前記出力期間と前記中断期間との比率を変更する変更手段を有し、前記変更手段によって前記可動部の駆動速度が変更される。

また、請求項４の発明は、請求項２または請求項３の発明に係る駆動装置において、(d)前記可動部の駆動速度に係る検出信号を出力する検出手段をさらに備え、前記出力サイクルにおける前記出力期間と前記中断期間との比率は、前記検出信号に基づき変更される。

また、請求項５の発明は、請求項１ないし請求項４のいずれかの発明に係る駆動装置において、前記間欠出力手段は、(b-3)前記周期信号の周期波形を規定する規定因子を変更する周期信号変更手段を有し、前記周期信号変更手段によって前記可動部の駆動速度が変更される。

また、請求項６の発明は、請求項５の発明に係る駆動装置において、前記規定因子は、前記周期信号の振幅である。

また、請求項７の発明は、請求項５の発明に係る駆動装置において、前記規定因子は、前記周期信号の周波数である。

また、請求項８の発明は、請求項５の発明に係る駆動装置において、前記周期信号は、パルス信号として構成されており、前記規定因子は、前記パルス信号のデューティ比である。

また、請求項９の発明は、請求項５の発明に係る駆動装置において、前記周期信号は、複数の周期信号を合成することで生成され、前記規定因子は、前記複数の周期信号間に係る位相差である。

請求項１ないし請求項９の発明によれば、周期信号を間欠的に出力する間欠出力手段から出力される間欠信号に基づき電気機械変換素子に電圧の印加を行う際には、間欠信号の間欠周期に係る周波数を可聴周波数域以外の周波数とする。その結果、電気機械変換素子の間欠駆動を行う場合でも簡易に静音化が図れる。

特に、請求項２の発明においては、間欠出力手段で繰り返される出力サイクルの周期を変化させずに出力サイクルにおける出力期間と中断期間との比率を変更するため、可動部の駆動速度を簡易に変更できる。

また、請求項３の発明においては、間欠出力手段で繰り返される出力サイクルの周期を変化させることにより出力サイクルにおける出力期間と中断期間との比率を相対的に変更するため、可動部の駆動速度を簡易に変更できる。

また、請求項４の発明においては、出力サイクルにおける出力期間と中断期間との比率が可動部の駆動速度に係る検出信号に基づき変更されるため、可動部の駆動速度を精度良く調整できる。

また、請求項５の発明においては、周期信号の周期波形を規定する規定因子を変更するため、間欠駆動手段と併せて可動部の駆動速度に関する細かな調整を行える。

また、請求項６の発明においては、規定因子が周期信号の振幅であるため、可動部の駆動速度に関して細かな調整を簡易に行える。

また、請求項７の発明においては、規定因子が周期信号の周波数であるため、可動部の駆動速度に関して細かな調整を簡易に行える。

また、請求項８の発明においては、規定因子がパルス信号のデューティ比であるため、可動部の駆動速度に関して細かな調整を簡易に行える。

また、請求項９の発明においては、規定因子が複数の周期信号間に係る位相差であるため、可動部の駆動速度に関して細かな調整を簡易に行える。

＜第１実施形態＞
＜駆動装置の構成＞
図１は、本発明の第１実施形態に係る駆動装置１Ａの要部構成を示すブロック図である。

駆動装置１Ａは、超音波モータ１０と、超音波モータ１０を駆動するための駆動信号を生成する駆動信号生成部２Ａと、駆動信号生成部２Ａから出力された駆動信号(電圧信号)に対して電流増幅を行い超音波モータ１０(の圧電素子)に電圧を印加する電流増幅部１５とを備えている。

超音波モータ１０は、電圧の印加に応じて伸縮する圧電素子(例えば図１９の圧電素子２５５参照)を有し、この圧電素子の伸縮動作によってロータ(可動部)が回転する回転型のアクチュエータとして構成されている(図１０(ａ)参照)。

駆動信号生成部２Ａは、基本信号生成部２１と、パルス信号生成部２２と、スイッチング部２３とを有している。

基本信号生成部２１は、オシレータとして構成されており、例えば図２(ａ)に示すように一定振幅の交流信号(周期Ｔａの周期信号)を基本信号として出力する。なお、基本信号生成部２１は、オシレータとして構成されるのは必須でなく、電圧−周波数変換器や、入力信号に対して交番電圧を発生する信号発生器として構成されても良い。

パルス信号生成部２２は、図２(ｂ)に示すように基本信号の周期Ｔａ(図２(ａ))より長い所定の周期Ｔｎと、変更可能なデューティー比（＝オン時間／周期Ｔｎ）とを備えたパルス信号(矩形波周期信号)を生成する矩形波周期信号発生器として構成されている。なお、パルス信号生成部２２は、上記の矩形波周期信号発生器として構成されるのは必須でなく、予め定められたオン(ＯＮ)時間およびオフ(ＯＦＦ)時間の情報に基づきパルス信号（矩形波信号）を周期的に出力する信号発生器として構成されても良い。

スイッチング部２３は、パルス信号生成部２２から出力されたパルス信号のオン時間のみ、基本信号生成部２１から入力される基本波をそのまま出力するように構成されている。すなわち、スイッチング部２３は、パルス信号生成部２２のパルス信号に基づき、基本信号生成部２１からの周期信号を出力する出力期間と出力を中断する中断期間とからなる出力サイクルを繰り返す。このように基本信号(周期信号)を間欠的に出力するスイッチング部２３により、例えば図２(ａ)に示す基本信号が図２(ｂ)に示すパルス信号に基づき間欠信号(図２(ｃ))として間欠的に出力されることとなる。

以上の構成を有する駆動信号生成部２Ａでは、例えば図３に示すように、パルス信号生成部２２でデューティ比を１００％に設定して図２(ａ)のような駆動信号(基本信号そのまま)を出力する場合の超音波モータ１０の速度Ｖａに対して、パルス信号生成部２２でデューティ比を５０％程度に設定し図２(ｃ)のような駆動信号を出力する場合の速度Ｖｂを低速化することができる。すなわち、パルス信号生成部２２で生成するパルス信号のデューティ比を制御することにより多様な間欠駆動を超音波モータ１０において実施できるため、超音波モータ１０の回転速度(ロータの駆動速度)の調整が可能となる。

そして、パルス信号生成部２２において、駆動信号生成部２Ａから出力される間欠信号の間欠周期に係る周波数に対応するパルス信号の周波数(周期Ｔｎ(図２)の逆数)を、可聴周波数域の上限である約２０ｋＨｚ以上の周波数に設定する。なお、可聴域の上限周波数については個人差があるため、各人の可聴域に合致した上限周波数を設定するようにしても良い。これにより、超音波モータ１０を間欠駆動する際に生じる耳障りな音を防止できる。

すなわち、駆動装置１Ａにおいては、超音波モータ１０の間欠駆動を行う場合に間欠信号の周期の逆数に相当する間欠周波数を可聴周波数域以外の周波数に設定しているため、耳障りな音を簡易に抑制して静音化が図れることとなる。

なお、駆動装置においては、交流信号を基本信号として使用するのは必須でなく、以下で説明する矩形波信号や三角波信号を基本信号として使用するようにしても良い。

図４は、矩形波信号を基本信号として使用する駆動装置３の要部構成を示すブロック図である。

駆動装置３は、駆動装置１Ａと同様の構成を有する超音波モータ１０および電流増幅部１５と、上述の駆動信号生成部２Ａと類似の構成を有する駆動信号生成部３Ａとを備えている。

駆動信号生成部３Ａは、駆動装置１Ａと同様の構成を有するパルス信号生成部３２およびスイッチング部３３と、駆動装置１Ａと異なる構成の基本信号生成部３１とを有している。

基本信号生成部３１は、ＰＷＭ(PULSE-WIDTH-MODULATION)回路として構成されており、基本信号(周期信号)としての矩形波信号ＳＧａを出力する。なお、基本信号生成部３１は、ＰＷＭ回路として構成されるのは必須でなく、予め定められたオン(ＯＮ)時間およびオフ(ＯＦＦ)時間に基づき矩形波を周期的に出力する矩形波信号発生器や、予め定められた周期時間およびデューティ比に基づき矩形波を周期的に出力する矩形波信号発生器として構成されても良い。

このような構成を有する駆動装置３においても、超音波モータ１０の間欠駆動を行う場合に、パルス信号生成部３２で生成するパルス信号の周波数を可聴周波数域以外の周波数に設定すれば、駆動装置１Ａと同様に耳障りな音を簡易に抑制して静音化が図れることとなる。

図５は、三角波信号を基本信号として使用する駆動装置４の要部構成を示すブロック図である。

駆動装置４は、駆動装置１Ａと同様の構成を有する超音波モータ１０および電流増幅部１５と、上述の駆動信号生成部２Ａと類似の構成を有する駆動信号生成部４Ａとを備えている。

駆動信号生成部４Ａは、駆動装置１Ａと同様の構成を有するパルス信号生成部４２およびスイッチング部４３と、駆動装置１Ａと異なる構成の基本信号生成部４１とを有している。

基本信号生成部４１は、三角波(鋸波)ＳＧｂを基本信号(周期信号)として周期的に出力する三角波発生回路として構成されている。なお、基本信号生成部４１は、三角波発生回路として構成されるのは必須でなく、階段状の疑似三角波を周期的に出力する疑似三角波発生回路として構成されても良い。

このような構成を有する駆動装置４においても、超音波モータ１０の間欠駆動を行う場合に、パルス信号生成部４２で生成するパルス信号の周波数を可聴周波数域以外の周波数に設定すれば、駆動装置１Ａと同様に耳障りな音を簡易に抑制して静音化が図れることとなる。

＜第２実施形態＞
図６は、本発明の第２実施形態に係る駆動装置１Ｂの要部構成を示すブロック図である。

駆動装置１Ｂについては、第１実施形態の駆動装置１Ａと類似の構成を有しているが、駆動信号生成部の構成が異なっている。

すなわち、駆動装置１Ｂの駆動信号生成部２Ｂでは、第１実施形態と同様の構成を有する基本信号生成部２１、パルス信号生成部２２およびスイッチング部２３に、速度設定部２４が付加されている。

この速度設定部２４では、超音波モータ１０の速度の設定が可能となっており、設定された速度の情報はパルス信号生成部２２に送信される。速度設定部２４からの速度情報を受信したパルス信号生成部２２においては、速度設定部２４で設定されている速度に応じたデューティ比のパルス信号を生成する。

以上のような構成の駆動信号生成部２Ｂにより、パルス信号生成部２２において例えば速度設定部２４で設定されている速度に応じて１周期Ｔｎ内のデューティ比を変化させたパルス信号(図７(ｂ))を生成すると、スイッチング部２３に入力された基本信号(図７(ａ))が、間欠信号を有する駆動信号(図７(ｃ))として出力される。すなわち、駆動信号生成部２Ｂでは、速度設定部２４での設定速度に基づき、スイッチング部２３の間欠信号に関する出力サイクルの周期を変化させずに出力サイクルにおける基本信号(周期信号)の出力期間と中断期間との比率(デューティ比)が変更される。このように駆動信号生成部２Ｂで生成された駆動信号(間欠信号)を電流増幅部１５を介して超音波モータ１０に入力すれば、図７(ｄ)に示すように超音波モータ１０の段階的な速度変更が可能となる。すなわち、速度設定部２４において超音波モータ１０の速度を徐々に低下させる設定を行えば、図７(ｂ)のようにパルス信号生成部３２で生成するパルス信号のデューティ比が徐々に低下するため、図７(ｄ)に示すように超音波モータ１０の速度が速度設定部２４の設定速度に従って徐々に低下することとなる。

このように超音波モータ１０の速度を設定できる速度設定部２４が設けられた駆動装置１Ｂでも、超音波モータ１０の間欠駆動を行う場合に、パルス信号生成部２２で生成するパルス信号の周波数を可聴周波数域以外の周波数に設定すれば、第１実施形態と同様に耳障りな音を簡易に抑制して静音化が図れることとなる。

なお、駆動装置１Ｂにおける超音波モータ１０の速度調整については、パルス信号生成部２２でパルス信号のデューティ比を変化させることにより行うのは必須でなく、図８に示すようにパルス信号の周期を変化させることにより行うようにしても良い。

具体的にはパルス信号生成部２２において、例えばパルス信号のオフ時間を固定するとともに速度設定部２４での設定速度に応じてオン時間を変更することによりパルス周期を変化させたパルス信号(図８(ｂ))を生成すると、スイッチング部２３に入力された基本信号(図８(ａ))が、間欠信号を有する駆動信号(図８(ｃ))として出力される。すなわち、駆動信号生成部２Ｂでは、速度設定部２４での設定速度に基づき、スイッチング部２３の間欠信号に関する出力サイクルの周期を変化させることにより出力サイクルにおける基本信号(周期信号)の出力期間と中断期間との比率が相対的に変更される。このように駆動信号生成部２Ｂで生成された駆動信号(間欠信号)を電流増幅部１５を介して超音波モータ１０に入力すれば、図８(ｄ)に示すように超音波モータ１０の段階的な速度変更が可能となる。すなわち、速度設定部２４において超音波モータ１０の速度を徐々に低下させる設定を行えば、図８(ｂ)のようにパルス信号生成部３２で生成するパルス信号のオフ期間に対するオン期間の比率が徐々に低下するため、図８(ｄ)に示すように超音波モータ１０の速度が速度設定部２４の設定速度に従って徐々に低下することとなる。

＜第３実施形態＞
図９は、本発明の第３実施形態に係る駆動装置１Ｃの要部構成を示すブロック図である。

駆動装置１Ｃについては、第１実施形態の駆動装置１Ａと類似の構成を有しているが、駆動信号生成部の構成が異なっている。

すなわち、駆動装置１Ｃの駆動信号生成部２Ｃでは、第１実施形態と同様の構成を有する基本信号生成部２１、パルス信号生成部２２およびスイッチング部２３に、検出部２５、目標値設定部２６および調整部２７が付加されている。

検出部２５は、例えば図１０(ａ)に示す光学エンコーダとして構成されており、超音波モータ１０の速度(ロータの駆動速度)に係る検出信号を出力する。この検出部２５においては、超音波モータ１０のロータ１０ｓに固定されたエンコーダ板２５ａ(図１０(ｂ))が回転する際のエンコーダパターンの変化をエンコーダ２５ｂで検知することにより、超音波モータ１０の回転速度が検出される。

目標値設定部２６は、超音波モータ１０の速度に関して検出部２５での検出値に対応した目標値を設定するための部位である。

調整部２７は、検出部２５で検出された検出速度と目標値設定部２６の目標値との偏差に応じた調整信号をパルス信号生成部２２に出力する。具体的には、調整部２７から次のような調整信号が出力される。

(１)検出速度＞目標値の場合：
パルス信号生成部２２で生成するパルス信号のデューティ比を低下させる調整信号が出力される。

(２)検出速度＜目標値の場合：
パルス信号生成部２２で生成するパルス信号のデューティ比を上昇させる調整信号が出力される。

(３)検出速度＝目標値の場合：
パルス信号生成部２２で生成するパルス信号のデューティ比を維持させる調整信号が出力される。

以上のように検出部２５で検出される速度(検出信号)とその目標値とに基づきスイッチング部２３から出力する間欠信号に関する基本信号(周期信号)の出力期間と中断期間との比率(デューティ比)を変更する駆動信号生成部２Ｃの具体的な動作について、図１１を参照して説明する。

駆動信号生成部２Ｃは、基本信号生成部２１で生成される基本信号(図１１(ａ))と、パルス信号生成部２２で生成されるパルス信号(図１１(ｂ))とに基づき、図１１(ｃ)に示す駆動信号を出力する。ここで、目標値設定部２６で設定される速度の目標値Ｖｓに超音波モータ１０の速度を追従させる動作について、詳しく説明する。

(ｉ)区間Ｆａ→区間Ｆｂの動作
区間Ｆａでは、パルス信号生成部２２で生成されるパルス信号のデューティ比が１００％に設定(基本信号そのままの駆動信号)されており、検出部２５で検出される検出速度は目標値Ｖｓより大きい状態である。

そこで、区間Ｆｂでは、上記(１)の速度調整動作、つまりパルス信号生成部２２で生成するパルス信号のデューティ比を区間Ｆａより低下させる調整信号を調整部２７から出力して超音波モータ１０の間欠駆動を行い、超音波モータ１０の速度を区間Ｆａより低下させるようにする。

(ii)区間Ｆｂ→区間Ｆｃの動作
超音波モータ１０の間欠駆動が行われる区間Ｆｂでも、区間Ｆａと同様に、検出部２５で検出される検出速度は目標値Ｖｓより大きい状態である。

よって、区間Ｆｃでも、上記(１)の速度調整動作、つまりパルス信号生成部２２で生成するパルス信号のデューティ比を区間Ｆｂより低下させる調整信号を調整部２７から出力し、超音波モータ１０の速度を区間Ｆｂより低下させるようにする。

(iii)区間Ｆｃ→区間Ｆｄの動作
区間Ｆｂより超音波モータ１０の速度が低下した区間Ｆｃでは、区間Ｆｂと異なり、検出部２５で検出される検出速度は速度目標値Ｖｓより小さい状態となっている。

このため、区間Ｆｄでは、上記(２)の速度調整動作、つまりパルス信号生成部２２で生成するパルス信号のデューティ比を区間Ｆｃより上昇させる調整信号を調整部２７から出力し、超音波モータ１０の速度を区間Ｆｃより増加させるようにする。

これにより、区間Ｆｄで検出速度が目標値Ｖｓと等しくなる場合には、上記(３)の速度調整動作、つまりパルス信号生成部２２で生成するパルス信号のデューティ比を維持させる調整信号を調整部２７から出力し、超音波モータ１０の現在速度を維持するようにする。

以上のような駆動信号生成部２Ｃの動作を繰り返すことにより、目標値設定部２６で設定される速度目標値に、超音波モータ１０の速度(検出速度)が追従することとなる。

このような構成を有する駆動装置１Ｃでも、超音波モータ１０の間欠駆動を行う場合に、パルス信号生成部２２で生成するパルス信号の周波数Ｔｐ(図１１)を可聴周波数域以外の周波数に設定すれば、第１実施形態と同様に耳障りな音を簡易に抑制して静音化が図れる。

なお、駆動装置１Ｃにおいては、パルス信号のデューティ比を変化させることにより超音波モータ１０の速度調整を行うのは必須でなく、パルス信号の周期を変化させることにより速度調整を行っても良い。この場合には、調整部２７から次のような調整信号が出力される。

(イ)検出速度＞目標値の場合：
パルス信号生成部２２で生成するパルス信号の周期を長くする(例えば固定したオフ時間に対してオン時間を長くする)調整信号が出力される。

(ロ)検出速度＜目標値の場合：
パルス信号生成部２２で生成するパルス信号の周期を短くする(例えば固定したオフ時間に対してオン時間を短くする)調整信号が出力される。

(ハ)検出速度＝目標値の場合：
パルス信号生成部２２で生成するパルス信号の周期を維持させる(例えば固定したオフ時間に対してオン時間を変化させない)調整信号が出力される。

＜第４実施形態＞
図１２は、本発明の第４実施形態に係る駆動装置１Ｄの要部構成を示すブロック図である。

駆動装置１Ｄについては、第３実施形態の駆動装置１Ｃと類似の構成を有しているが、駆動信号生成部の構成が異なっている。

すなわち、駆動装置１Ｄの駆動信号生成部２Ｄでは、第３実施形態の駆動信号生成部２Ｃに対して、駆動電圧調整部２８がさらに設けられている。

この駆動電圧調整部２８は、検出部２５で検出された検出速度と目標値設定部２６の目標値との偏差に応じた電圧信号を電流増幅部１５に出力する。そして、この電圧信号で設定されている電圧値に基づく電圧印加が超音波モータ１０に対して行われることで、超音波モータ１０の速度調整が可能となる。すなわち、基本信号(周期信号)の周期波形を規定する規定因子としての電圧(基本信号の振幅)を変更することにより、超音波モータ１０速度が変更できる。以下では、駆動電圧調整部２８による超音波モータ１０の速度調整について具体的に説明する。

図１３は、駆動電圧調整部２８による超音波モータ１０の速度調整を説明するための概念図である。本図は、間欠駆動を行わず図１３(ａ)の基本信号をそのまま駆動信号として使用するケース（つまり図１３(ｂ)に示すようにパルス信号生成部２２で生成するパルス信号のデューティ比を１００％に設定するケース）において、駆動電圧調整部２８の電圧信号（図１３(ｃ)）に基づき駆動信号の電圧振幅を徐々に低下させている場合の様子を示している(図１３(ｄ))。

駆動電圧調整部２８から出力する電圧信号の電圧値を区間Ｇａ〜Ｇｄで徐々に低下させることにより、図１３(ｄ)に示すように駆動信号の電圧振幅が小さくなる。これにより、超音波モータ１０の速度は、図１３(ｅ)のように区間Ｇａ〜Ｇｃにおいて良好に低下していくが、区間Ｇｄに移行すると超音波モータ１０の速度が零となって不安定になる。これは、電圧信号の電圧値が超音波モータ１０の安定した駆動を行える安定駆動限界電圧Ｖthより小さくなるためであり、換言すれば駆動信号の電圧振幅のみを調整しても安定駆動限界電圧Ｖth以下に対応した低速駆動は行えないこととなる。

そこで、この駆動信号の電圧調整(以下では「駆動電圧制御」ともいう)と上述の間欠駆動(以下では「間欠駆動制御」ともいう)とを組合せた制御（以下では「ハイブリッド制御」ともいう）を実施することにより、本実施形態の駆動装置１Ｄにおいて超音波モータ１０の細かな速度調整を図ることとする。このハイブリッド制御について、図１４に表す具体例を参照し詳しく説明する。

駆動信号生成部２Ｄは、パルス信号生成部２２で生成されるパルス信号(図１４(ｂ))と、駆動電圧調整部２８から出力される電圧信号(図１４(ｃ))とに基づき、基本信号生成部２１からの基本信号(図１４(ａ))を加工して、超音波モータ１０に対する駆動信号(図１４(ｄ))を出力する。

区間Ｈａ〜Ｈｄにおいては、電圧信号の電圧値を一定にしつつパルス信号生成部２２で生成するパルス信号のデューティ比を変更する間欠駆動制御のみを行って、目標値設定部２６で設定される目標値Ｖｓに超音波モータ１０の速度を追従させるようにしている。

このように間欠駆動制御のみで超音波モータ１０の低速化を図る場合、パルス信号のオン時間は基本信号の周期Ｔａ(図２参照)の整数倍が好ましいため、この整数倍から外れた中間的な速度で超音波モータ１０を駆動するのは難しい。すなわち、速度の目標値Ｖｓは、区間Ｈｃの間欠駆動と区間Ｈｄの間欠駆動との中間的な速度となっているため、最も目標値Ｖｓに近い区間Ｈｄの速度Ｖｃが目標値Ｖｓに対する追従限界速度となり、精度良く速度目標値Ｖｓに調整できない。

そこで、区間Ｈｅでは、速度の微調整が困難な間欠駆動制御に上記の駆動電圧制御を組み合わせて、目標値Ｖｓに超音波モータ１０の速度を追従させるようにする。すなわち、区間Ｈｅでは、電圧信号の電圧値を区間Ｈｄより低下(ただし安定駆動限界電圧Ｖth以上)させて駆動信号の振幅を小さくすることにより、速度目標値Ｖｓに超音波モータ１０の速度を追従させる。

以上のようなハイブリッド制御を行うことにより、図１５(ａ)のグラフＶｐに示すように超音波モータ１０の速度を高速から低速まで細かく調整できることとなる。すなわち、図１５(ｂ)に示す間欠駆動制御（パルス信号生成部２２で生成するパルス信号のデューティ比を区間Ｊａで１００％、区間Ｊｂで７５％、区間Ｊｃで５０％および区間Ｊｄで２５％に設定）のみでは、図１５(ａ)のグラフＶｑに示すステップ状の速度調整を行えるだけとなるが、間欠駆動制御に図１５(ｃ)に示す駆動電圧制御（駆動電圧調整部２８から出力する電圧信号の電圧値を各区間Ｊａ〜Ｊｄにおいて徐々に低下）を組み合わせることにより、図１５(ａ)のグラフＶｐのような線形的な速度設定が可能となる。

このような構成を有する駆動装置１Ｄでも、超音波モータ１０の間欠駆動を行う場合に、パルス信号生成部２２で生成するパルス信号の周波数Ｔｐ(図１１)を可聴周波数域以外の周波数に設定すれば、第１実施形態と同様に耳障りな音を簡易に抑制して静音化が図れることとなる。さらに、駆動装置１Ｄでは、間欠駆動制御と駆動電圧制御とを組合せたハイブリッド制御を行えるため、細かな超音波モータ１０の速度調整が可能である。

なお、駆動装置１Ｄで行うハイブリッド制御については、駆動電圧制御を間欠駆動制御と組合せるのは必須でなく、周期信号の周期波形を規定する規定因子を変更する次の各制御(１)〜(３)を間欠駆動制御と組合せるようにしても良い。

(１)基本信号の周波数制御
基本信号の周波数と超音波モータ１０の速度とは、図１６に示すグラフのような関係を有しており、例えば基本信号の周波数ｆ１を周波数ｆ２に低下させることにより、超音波モータ１０の速度ｖ１が速度ｖ２に低下する。

よって、このような基本信号(周期信号)の周波数制御と間欠駆動制御とを組合せることで、細かな超音波モータ１０の速度調整が可能となる。

(２)基本信号のデューティ比の制御
矩形波信号(パルス信号)ＳＧａ(図４)として構成される基本波形においては、そのデューティ比を変更することにより、超音波モータ１０の速度を調整することが可能である。例えば図１７(ａ)に示すデューティ比５０％の矩形波信号を、図１７(ｂ)に示すデューティ比３０％の矩形波信号にすることにより、超音波モータ１０の速度が低下する。

よって、基本信号のデューティ比の制御と間欠駆動制御とを組合せることで、細かな超音波モータ１０の速度調整が可能となる。

(３)基本信号に係る複数の周期信号間の位相差の制御
基本信号生成部２２において、図１８に示すように基本信号としての交流信号ＳＬが複数の周期信号ＳＬａ、ＳＬｂを合成することで生成される場合、具体的には交流信号ＳＬａと交流信号ＳＬａから位相差Ｐｈだけ遅れた交流信号ＳＬｂとを合成することで生成される場合には、位相差Ｐｈの変更に伴って交流信号ＳＬの振幅等が変化するため、超音波モータ１０の速度を調整することが可能である。なお、複数のパルス信号を合成して基本信号を生成する場合においても、各パルス信号間の位相差を変更することで、超音波モータ１０の速度調整が可能である。

よって、基本信号に係る複数の周期信号間の位相差の制御と間欠駆動制御とを組合せることで、細かな超音波モータ１０の速度調整が可能となる。

＜変形例＞
・上記の各実施形態においては、パルス信号生成部２２を設けるのは必須でなく、スイッチング部２３内で制御するオン(ＯＮ)時間およびオフ(ＯＦＦ)時間に基づき、基本信号の出力およびその中断を行って間欠信号を出力するようにしても良い。

・第３実施形態における検出部については、図１０に示す光学式のセンサとして構成されるのは必須でなく、図１９に示す磁気式のセンサ２５０として構成されたり、ジャイロ等の検出素子として構成されても良い。

図１９に示すセンサ２５０には、圧電素子２５５によって回転軸Ｃｏを中心に回転するモータ２５６の外周に、磁気がＳ／Ｎ交互に着磁する着磁部２５１が設けられている。そして、モータ２５６の回転に連動して回転する着磁部２５１の磁気の変化を磁気センサ２５２で検知することにより、モータ２５６の速度がセンサ２５０で検出されることとなる。

また、第３実施形態における検出部においては、超音波モータ１０の速度を検出信号として出力するのは必須でなく、超音波モータ１０の速度を算定できる間接的な検出信号（位置や加速度などの検出信号）を出力しても良い。

本発明の第１実施形態に係る駆動装置１Ａの要部構成を示すブロック図である。駆動信号生成部２Ａでの駆動信号の生成を説明するための図である。間欠駆動による超音波モータ１０の低速化を説明するための図である。矩形波信号を基本信号として使用する駆動装置３の要部構成を示すブロック図である。三角波信号を基本信号として使用する駆動装置４の要部構成を示すブロック図である。本発明の第２実施形態に係る駆動装置１Ｂの要部構成を示すブロック図である。パルス信号のデューティ比の変化による超音波モータ１０の速度調整を説明するための図である。パルス信号の周期の変化による超音波モータ１０の速度調整を説明するための図である。本発明の第３実施形態に係る駆動装置１Ｃの要部構成を示すブロック図である。検出部２５の具体的な構成を示す図である。駆動信号生成部２Ｃの動作を説明するための図である。本発明の第４実施形態に係る駆動装置１Ｄの要部構成を示すブロック図である。駆動電圧調整部２８による超音波モータ１０の速度調整を説明するための概念図である。駆動装置１Ｄでの超音波モータ１０の速度調整を説明するための図である。間欠駆動制御と駆動電圧制御とを組合せたハイブリッド制御による超音波モータ１０の速度調整を説明するための図である。基本信号の周波数制御による超音波モータ１０の速度調整を説明するための図である。基本信号のデューティ比の制御による超音波モータ１０の速度調整を説明するための図である。基本信号に係る複数の周期信号間の位相差の制御による超音波モータ１０の速度調整を説明するための図である。本発明の変形例に係るセンサ２５０の構成を示す図である。

符号の説明

１Ａ〜１Ｄ、３、４駆動装置
２Ａ〜２Ｄ、３Ａ、４Ａ駆動信号生成部
１０超音波モータ
１５電流増幅部
２１、３１、４１基本信号生成部
２２、３２、４２パルス信号生成部
２３、３３、４３スイッチング部
２４速度設定部
２５検出部
２６目標値設定部
２７調整部
２８駆動電圧調整部
Ｔｎパルス信号の周期(間欠信号の間欠周期)

Claims

可動部を駆動する駆動装置であって、
(a)電圧の印加に応じて伸縮し、当該伸縮動作によって前記可動部を駆動する電気機械変換素子と、
(b)周期信号を間欠的に出力する間欠出力手段と、
(c)前記間欠出力手段から出力される間欠信号に基づき、前記電気機械変換素子に電圧の印加を行う間欠駆動手段と、
を備えるとともに、
前記間欠駆動手段によって前記可動部の駆動速度の調整が可能であり、
前記間欠信号の間欠周期に係る周波数は、可聴周波数域以外の周波数であることを特徴とする駆動装置。
請求項１に記載の駆動装置において、
前記間欠出力手段は、前記周期信号を出力する出力期間と前記周期信号の出力を中断する中断期間とからなる出力サイクルを繰り返すとともに、
前記間欠出力手段は、
(b-1)前記出力サイクルの周期を変化させずに、前記出力サイクルにおける前記出力期間と前記中断期間との比率を変更する変更手段、
を有し、
前記変更手段によって前記可動部の駆動速度が変更されることを特徴とする駆動装置。
請求項１に記載の駆動装置において、
前記間欠出力手段は、前記周期信号を出力する出力期間と前記周期信号の出力を中断する中断期間とからなる出力サイクルを繰り返すとともに、
前記間欠出力手段は、
(b-2)前記出力サイクルの周期を変化させることにより、前記出力サイクルにおける前記出力期間と前記中断期間との比率を変更する変更手段、
を有し、
前記変更手段によって前記可動部の駆動速度が変更されることを特徴とする駆動装置。
請求項２または請求項３に記載の駆動装置において、
(d)前記可動部の駆動速度に係る検出信号を出力する検出手段、
をさらに備え、
前記出力サイクルにおける前記出力期間と前記中断期間との比率は、前記検出信号に基づき変更されることを特徴とする駆動装置。
請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の駆動装置において、
前記間欠出力手段は、
(b-3)前記周期信号の周期波形を規定する規定因子を変更する周期信号変更手段、
を有し、
前記周期信号変更手段によって前記可動部の駆動速度が変更されることを特徴とする駆動装置。
請求項５に記載の駆動装置において、
前記規定因子は、前記周期信号の振幅であることを特徴とする駆動装置。
請求項５に記載の駆動装置において、
前記規定因子は、前記周期信号の周波数であることを特徴とする駆動装置。
請求項５に記載の駆動装置において、
前記周期信号は、パルス信号として構成されており、
前記規定因子は、前記パルス信号のデューティ比であることを特徴とする駆動装置。
請求項５に記載の駆動装置において、
前記周期信号は、複数の周期信号を合成することで生成され、
前記規定因子は、前記複数の周期信号間に係る位相差であることを特徴とする駆動装置。