JP2009077573A - 超音波モータの駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な処理により負荷変動の検出を行うことが可能であり所望の駆動を実現することができる超音波モータの駆動装置を提供すること。
【解決手段】被駆動部材に当接する駆動子を備える超音波振動子4に、所定の位相差及び所定の駆動周波数の２相の交番電圧を印加することで超音波振動子4に縦振動と屈曲振動とを同時に発生させて楕円振動を発生させ、該楕円振動から駆動力を得て被駆動部材を駆動する超音波モータの駆動装置であって、超音波振動子4の振動状態を検出する外部電極11と、超音波振動子4を駆動する為の駆動信号を生成する信号生成回路25と、外部電極11から出力される振動検出信号と、信号生成回路25により生成される駆動信号との位相差を検出し、該位相差の変化量に基づいて負荷変動を検出する制御ＣＰＵ22と、を具備することを特徴とする。
【選択図】 図７

Description

本発明は、超音波モータの駆動装置に関する。

近年、電磁型モータに代わる新しいモータとして、圧電素子などの振動子の振動を利用した超音波モータが注目されている。この超音波モータは、従来の電磁型モータと比較して、ギア無しで低速高推力が得られる点、保持力が高い点、ストロークが長く、高分解能である点、静粛性に富む点、磁気的ノイズを発生せず磁気的ノイズの影響を受けない点等の利点を有している。

そして超音波モータでは、超音波振動子を、摩擦部材である駆動子を介して、相対運動部材である被駆動部材に押し付けることで、前記駆動子と前記被駆動部材との間に摩擦力を発生させ、この摩擦力によって前記被駆動部材を駆動する。

ところで、超音波モータが利用される場面においては、突発的な負荷変動が発生するケースも当然ながら存在する。そして、このような突発的な負荷変動が発生した場合であっても、当該超音波モータの安定駆動を続行することができる技術が望まれている。

このような事情から、例えば特許文献１には、瞬間的な負荷変動が発生しても、振動波モータの駆動を続行することができる振動波装置の駆動制御装置が開示されている。

すなわち、特許文献１に開示された駆動制御装置によれば、設定した目標値と検出した駆動状態とを比較し、駆動状態が目標値となるように振動波モータに印加する駆動用周波信号をフィードバック制御する振動波モータの駆動制御方法において、負荷変動が発生する場合、その間はフィードバック制御によらず負荷変動の発生前の駆動用周波信号を用いて振動波モータを駆動する。
特開２０００−２３４７６号公報

しかしながら、特許文献１に開示されている技術、すなわち所望の駆動を行うに当たって、エンコーダで回転数を検出して、駆動信号の周波数をフィードバックして速度制御を行い、速度変化に伴う駆動信号の周波数変化から負荷変動を検出する技術は、当該駆動制御装置を小型化する上での技術的阻害要因を含んでいる。

また、特許文献１に開示された駆動制御装置のように、速度フィードバック制御系における負荷変動検出は煩雑な処理を要する。

本発明は、前記の事情に鑑みてなされたもので、簡易な処理により負荷変動の検出を行うことができる超音波モータの駆動装置を提供することを目的とする。

前記の目的を達成するために、本発明の第１の態様による超音波モータの駆動装置は、被駆動部材に当接する駆動子を備える振動子に、所定の位相差及び所定の駆動周波数の２相の交番電圧を印加することにより、前記振動子に縦振動と屈曲振動とを同時に発生させることで楕円振動を発生させ、該楕円振動から駆動力を得て前記駆動子によって前記被駆動部材を駆動する超音波モータの駆動装置であって、前記振動子の振動状態を検出して振動検出信号を生成する振動検出手段と、前記振動子を駆動する為の駆動信号を生成する駆動手段と、前記振動検出手段により生成された振動検出信号と、前記駆動手段により生成された駆動信号との位相差を検出する位相差検出手段と、前記位相差検出手段により検出された位相差の変化量に基づいて、負荷変動を検出する負荷変動検出手段と、を具備することを特徴とする。

本発明によれば、簡易な処理により負荷変動の検出を行うことが可能であり且つ所望の駆動を実現する超音波モータの駆動装置を提供することができる。

以下、本発明の実施形態に係る超音波モータの駆動装置について、図面を参照して説明する。

まず、本発明の一実施形態に係る超音波モータの駆動装置が適用される超音波モータシステムの一例について、図１を参照して説明する。図１は、超音波モータシステムの概略一構成例を示すブロック図である。

図１に示されるように超音波モータシステム１は、超音波モータ２と、超音波モータ２を駆動する駆動装置３とを具備する。超音波モータ２は、超音波振動子４と、超音波振動子４により駆動される被駆動体５とを有する。

前記超音波振動子４は、図２乃至図４に示されるように、矩形板状の圧電セラミックスシート７の片側面にシート状の内部電極８を設けたものを複数枚積層してなる直方体状の圧電積層体９と、該圧電積層体９の一側面に接着された２個の摩擦接触子１０とを備えている。

図３及び図４に示される圧電セラミックスシート７はそれぞれ、その略全面に内部電極８を備えている。内部電極８は、圧電セラミックスシート７の中央部において、圧電セラミックスシート７の長さ方向に沿って設けられた一つの検出用内部電極、及びこの内部電極の周囲に配置されて、この内部電極との間に圧電セラミックスシート７の幅方向に絶縁距離を開け、且つ圧電セラミックスシート７の長さ方向に絶縁距離を開けて設けられた、略同じ大きさを有する２つの駆動用内部電極からなる。各内部電極８は、圧電セラミックスシート７の周縁から隙間を空けて配置されるとともに、その一部が圧電セラミックスシート７の周縁まで延びている。

これら内部電極８を備えた圧電セラミックスシート７は、図３に示されるものと、図４に示されるものとが交互に複数枚積層されることにより、直方体状の圧電積層体９を構成している。

圧電積層体９の長さ方向の一端面には４個、圧電積層体９の長さ方向の他端面には２個の合計６個の外部電極１１が設けられている。各外部電極１１には、同種の圧電セラミックスシート７の同一位置に配される全ての内部電極８が接続されている。これにより、同種の圧電セラミックスシート７の同一位置に配される内部電極８は、同一の電位とされるようになっている。

なお、これら外部電極１１はそれぞれ、配線（図示せず）を介して制御器（図示せず）に接続されている。配線は、リード線、フレキシブル基板等、可撓性を有する配線であれば任意のものでよい。

次に、圧電積層体９の動作について説明する。圧電積層体９の長さ方向の一端に形成された４つの外部電極１１を、圧電積層体９の他側面の側（図において上側）からＣ相（Ｃ＋，Ｃ一）及びＢ相（Ｂ＋，Ｂ一）、他端に形成された２つの外部電極１１を、圧電積層体９の他側面の側（図において上側）からＡ相（Ａ＋，Ａ一）とする。ここで、Ａ相及びＢ相は駆動用の外部電極であり、Ｃ相は振動検出用の外部電極である。

Ａ相及びＢ相に同位相で共振周波数又はその近傍の周波数に対応する周波数をもつ交番電圧を加えると、図５に示すような１次の縦振動が励起される。また、Ａ相とＢ相とに逆位相で共振周波数に対応する交番電圧を加えると、図６に示されるような２次の屈曲振動が励起される。図５及び図６は、有限要素法によるコンピュータ解析結果を示す図である。

圧電積層体９に１次の縦振動が発生したときには、摩擦接触子１０が圧電積層体９の長さ方向（図５に示されるＸ方向）に変位させられる。一方、圧電積層体９に２次の屈曲振動が生じたときには、摩擦接触子１０が、圧電積層体９の幅方向（図６に示されるＺ方向）に変位させられる。

したがって、超音波振動子のＡ相とＢ相とに、位相が９０°ずれた共振周波数又はその近傍の周波数に対応する周波数をもつ駆動交番電圧を加えることにより、１次の縦振動と２次の屈曲振動とが同時に発生して、図２に矢印Ｃで示されるように、摩擦接触子１０の位置において時計回りまたは反時計回りの略楕円振動が発生する。

また、超音波振動子に発生している縦振動に応じた電荷が検出用の内部電極８に励起されることにより、Ｃ相（Ｃ＋，Ｃ一）の外部電極１１を介して縦振動に比例した信号（以下、この信号を「振動検出信号」という。）が検出される。この振動検出信号は、駆動装置３（図１参照）に供給され、超音波振動子４の制御に用いられる。

以下、前記駆動装置３について詳細に説明する。図７は、駆動装置３の内部概略構成を示す図である。図７に示すように、駆動装置３は、発振回路（基準信号生成手段）２１と、制御ＣＰＵ２２と、信号制御回路２３と、パラメータテーブル２４と、信号生成回路２５と、信号出力制御回路２６と、位相差検出回路２８と、ドライブ回路３０と、エンコーダ３３と、エンコーダ信号処理回路３５とを具備する。

前記発振回路２１は、基準信号（クロック信号）を生成し、信号制御回路２３、信号生成回路２５、信号出力制御回路２６、及び位相差検出回路２８に出力する。詳細は後述するが、図８は基準信号の一例を示す図である。

前記パラメータテーブル２４は、超音波振動子４の駆動周波数、Ａ相とＢ相との位相差（本一実施形態においては９０°）、後述する分割信号のパルス幅、超音波モータ２の初期位置および停止位置、及び後述するエラー検出値等、当該超音波モータ２を制御するために必要となる各種パラメータを格納している。

前記制御ＣＰＵ２２は、パラメータテーブル２４に各種パラメータ（周波数，位相差等）を設定して、超音波振動子４の駆動信号を制御する。また、パラメータテーブル２４から各種パラメータ（位相差，エンコーダカウント値等）を読み出し、位置制御、速度制御処理等を行う。すなわち、制御ＣＰＵ２２は、パラメータテーブル２４及び後述する位相差検出回路２８からのフィードバック値等に基づいて、基準駆動信号の周波数指令値、分割信号のパルス幅指令値、分割信号のパルス幅指令値、及びＡ相Ｂ相の位相差指令値等を作成し、基準駆動信号の周波数指令値を信号制御回路２３に、Ａ相Ｂ相の位相差指令値を信号生成回路２５にそれぞれ出力する。

ここで、前記基準駆動信号の周波数指令値は、基準駆動信号の周波数を超音波振動子４の共振周波数に一致させるための指令値である。分割信号のパルス幅指令値は、超音波モータの速度に応じて決定される値であり、予め設定された所定の速度で定速制御を行う場合には、該所定の速度に対応して設定されているパルス幅をパラメータテーブルから読み出し、このパルス幅をパルス幅指令値とする。パルス幅は、速度が早いほど大きい値に設定されている。Ａ相Ｂ相の位相差指令値は、Ａ相とＢ相の位相差を予め設定されている最適な位相差（本実施形態では９０°）に一致させるための指令値である。

前記信号制御回路２３は、前記発振回路２１から入力される基準信号Ｓ１と制御ＣＰＵ２２から入力される周波数指令値とに基づいて、所定の周波数のパルス信号である基準駆動信号Ｓ２を生成し、これを信号生成回路２５に出力する。ここで、制御ＣＰＵ２２は、信号制御回路２３に対して、基準駆動信号の周波数を超音波振動子４の共振周波数またはその近傍の周波数に設定するための周波数指令値を与えるので、信号制御回路２３からは超音波振動子４の共振周波数と略同じ周波数の基準駆動信号が出力される。図８において示す信号ｂは、基準駆動信号Ｓ２の一例である。基準駆動信号の周期は、基準信号の周期の整数倍とされる。

また、信号制御回路２３は、発振回路２１から入力される基準信号Ｓ１と制御ＣＰＵ２２から入力されるパルス幅指令値とに基づいて、基準駆動信号Ｓ２よりも周波数が高く、超音波モータ２の速度に応じたパルス幅をもつ分割信号Ｓ３を生成し、これを信号生成回路２５に出力する。図８に示す信号ｃは、分割信号Ｓ３の一例である。ここで、分割信号の周期は、必ずしも一定である必要はない。例えば、基準駆動信号のハイレベル期間内において分割信号の周期が変化してもかまわない。また、基準駆動信号の周期は、分割信号の周期の整数倍である必要はない。

より詳細には、信号制御回路２３は、周波数制御回路、位相差制御回路、分割信号制御回路、及びパルスエッジ遅れ制御回路から成る。すなわち、周波数制御回路としては、パラメータテーブル２４における周波数の設定値に基づき、発振回路２１の出力である基準信号のパルス数を基準にして、駆動信号の周波数を決める基準駆動信号を出力する。また、位相差制御回路としては、パラメータテーブル２４における位相差の設定値に基づき、発振回路２１の出力である基準信号のパルス数を基準にして、２つの駆動信号、Ａ相信号とＢ相信号の位相差を制御する。さらに、分割信号制御回路としては、パラメータテーブル２４における分割信号の設定値（周期，パルス幅）に基づき、発振回路２１の出力である基準信号のパルス数を基準にして、周波数制御回路で生成された基準駆動信号のハイレベル期間を更に高い周波数で分割するための信号を出力する。そして、パルスエッジ遅れ制御回路としては、パラメータテーブル２４におけるパルスエッジ遅れの設定値に基づき、発振回路２１の出力である基準信号のパルス数を基準にして、駆動信号の立ち上がり、又は立ち下がりを遅らせる。

前記信号出力制御回路２６は、制御ＣＰＵ２２から当該信号出力制御回路２６を介して、直接信号生成回路２５の出力のＯＮ／ＯＦＦ、Ａ相信号、Ｂ相信号の出力順を制御することができる。また、パラメータテーブル２４に設定された設定値に基づき、信号生成回路２５から出力する駆動信号のパルス数や間欠駆動を行うための出力休止時間を制御する。

前記信号生成回路２５は、基準駆動信号Ｓ２と制御ＣＰＵ２２からのＡ相Ｂ相の位相差指令値とに基づいて、位相差が９０°であるＡ相の基準駆動信号とＢ相の基準駆動信号とを生成し、更に、Ａ相の基準駆動信号のハイレベル期間において信号制御回路２３から入力される分割信号をＡ相の駆動交番信号として出力し、Ｂ相の基準駆動信号のハイレベル期間において信号制御回路２３から入力される分割信号をＢ相の駆動交番信号として出力する。

これにより、Ａ相の基準駆動信号のハイレベル期間が分割信号で構成されたＡ相の駆動交番信号と、Ｂ相の基準駆動信号のハイレベル期間が分割信号で構成されたＢ相の駆動交番信号とが生成される。すなわち、前記信号生成回路２５は、基準駆動信号Ｓ２と制御ＣＰＵ２２からのＡ相Ｂ相の位相差指令値とに基づいて、位相差が９０°であるＡ相の基準駆動信号とＢ相の基準駆動信号とを生成する。なお、出力のＯＮ／ＯＦＦ制御は、信号出力制御回路２６によって行われる。

このとき、Ａ相、Ｂ相の駆動交番信号は、プラス側とマイナス側とに分けて生成される。図８において示す信号ｄは、Ａ相プラス側の駆動交番信号の一例であり、図８において示す信号ｅはＢ相プラス側の駆動交番信号の一例であり、図８において示す信号ｆはＡ相マイナス側の駆動交番信号の一例であり、図８において示す信号ｇはＢ相マイナス側の駆動交番信号の一例である。

図８に示すように、本一実施形態においては、Ａ相とＢ相との位相差は９０°であり、また、プラス側の駆動交番信号とマイナス側の駆動交番信号とは、正負が逆であり、且つ位相が１８０°ずれている。

前記信号生成回路２５は、Ａ相プラス側の駆動交番信号、Ｂ相プラス側の駆動交番信号、Ａ相マイナス側の駆動交番信号、Ｂ相マイナス側の駆動交番信号をそれぞれ生成すると、これらの駆動交番信号をドライブ回路３０に出力する。

前記ドライブ回路３０は、図９に示すように、スイッチング素子で構成されたＨブリッジ回路３１とインピーダンスマッチング及び昇圧用のコイル３２とを備えている。このドライブ回路３０に、前記信号生成回路２５から各種駆動交番信号が入力されると、図１０に示す真理値表に従って、各駆動交番電圧ＯＵＴＡ＋、ＯＵＴＡ−、ＯＵＴＢ＋、ＯＵＴＢ−が出力される。

このとき、ドライブ回路３０はコイル３２を有しているので、パルス信号である駆動交番信号は、コイル３２の働きにより正弦波に近い波形に変換され、正弦波に近いＡ相、Ｂ相の駆動交番電圧が超音波振動子４が備えるＡ相（Ａ＋，Ａ−）、Ｂ相（Ｂ＋，Ｂ−）の外部電極１１にそれぞれ印加される。

図１１には、信号生成回路２５からドライブ回路３０に供給されるＡ相（Ａ＋，Ａ−）の駆動交番信号、及び、ドライブ回路３０から超音波振動子４のＡ相（Ａ＋，Ａ−）に印加される駆動交番電圧ＯＵＴ（Ａ＋，Ａ−）の一例が示されている。

ここで、超音波振動子４に励起されている縦振動は、Ｃ相（Ｃ＋，Ｃ−）の内部電極８により検出され、この縦振動に比例する電気信号がＣ相（Ｃ＋，Ｃ−）の外部電極１１を介して位相差検出回路２８に入力される。

また、位相差検出回路２８には、信号生成回路２５からいずれか一つの駆動交番信号、例えば、Ａ相プラス側の駆動交番信号が入力される。位相差検出回路２８は、超音波振動子４の外部電極１１を介して入力された振動検出信号と信号生成回路２５から入力される駆動交番信号との位相差を検出し、この位相差に比例する電気信号を制御ＣＰＵ２２に出力する。これにより、超音波振動子４の位相に関するフィードバックループが形成され、超音波振動子４の位相差を一定（例えば、９０°）とするためのフィードバック制御が制御ＣＰＵ２２において行われる。

次に、上述したような構成を備える駆動装置３により実現される超音波モータ２の駆動方法について説明する。まず、超音波モータ２の起動時において、発振回路２１から信号制御回路２３に基準信号が入力される。一方、制御ＣＰＵ２２は、パラメータテーブルに設定されている超音波モータ２の駆動周波数を読み出し、この共振周波数を周波数指令値として信号制御回路２３に与える。

また、制御ＣＰＵ２２は、初期値として設定されている分割信号の周波数およびパルス幅をパラメータテーブル２４から読み出し、これらを信号制御回路２３に与える。更に、制御ＣＰＵ２２は、パラメータテーブル２４から初期値として設定されているＡ相とＢ相との位相差を読み出し、これを信号生成回路２５に与える。これにより、信号制御回路２３により超音波振動子４の共振周波数またはその近傍の周波数に設定された基準駆動信号Ｓ２が生成されて信号生成回路２５に出力される。また、信号制御回路２３において、制御ＣＰＵ２２により与えられた周波数およびパルス幅のパルス信号である分割信号Ｓ３が生成され、これが信号生成回路２５に出力される。

信号生成回路２５では、基準駆動信号Ｓ２及び制御ＣＰＵ２２からの位相差に基づいて所定の位相差をもつＡ相（Ａ＋，Ａ−）に対応する基準駆動信号とＢ相（Ｂ＋，Ｂ−）に対応する基準駆動信号とが生成され、更に、これら各相のハイレベル期間において分割信号Ｓ３が駆動交番信号として出力される。この結果、図８に示す信号ｅから信号ｇに示されるように、Ａ相，Ｂ相に対応する基準駆動信号のハイレベル期間が分割信号で構成された各駆動交番信号が生成されることとなる。

Ａ相、Ｂ相の駆動交番信号は、ドライブ回路３０により正弦波の駆動交番電圧に変換されて、超音波振動子４の各外部電極１１に印加される。これにより、超音波振動子には図５及び図６に示すような縦振動と屈曲振動とが同時に励起され、その摩擦接触子１０に楕円振動が形成されることにより被駆動体が相対的に移動させられる。

超音波振動子４に励起された縦振動は、Ｃ相の内部電極８及び外部電極１１により検出され、振動検出信号が位相差検出回路２８に入力される。位相差検出回路２８では、超音波振動子４に励起されている縦振動と信号生成回路２５から出力されるＡ相の駆動交番信号との位相差が検出され、この位相差に応じた電気信号が制御ＣＰＵ２２に出力される。

制御ＣＰＵ２２は、位相差検出回路２８により検出された位相差（以下「検出位相差」という。）と目標位相差とを比較し、検出位相差が目標位相差となるような周波数指令値を生成し、これを信号制御回路２３に与える。

また、制御ＣＰＵ２２は、エンコーダ信号処理回路３５から入力されるカウント値から被駆動体５の移動量を求め、この移動量をサンプリング周期で割ることで超音波モータ２の駆動速度を計算する。そして、この駆動速度が目標速度よりも大きい場合には、分割信号のパルス幅を減少させるパルス幅指令値を作成し、また、駆動速度が目標速度よりも小さい場合には、分割信号のパルス幅を増加させるパルス幅指令値を作成し、これを信号制御回路２３に与える。これにより、図１２に示されるように、超音波モータ２の速度に応じてパルス幅が調整された分割信号が生成され、出力される。

このようにして、駆動速度や位相差のフィードバック制御が行われながら安定したモータ駆動が行われ、エンコーダ信号処理回路３５から通知されるカウント数が予め設定されているカウント数に達すると、制御ＣＰＵ２２は、被駆動体５が所望の位置まで移動したと判断し、信号生成回路２５に駆動停止指令を出力する。これにより、信号生成回路２５から駆動交番信号が出力されなくなることにより、超音波振動子４の振動が徐々に収束し、停止することとなる。

以下、本一実施形態に係る超音波モータの駆動装置による位置制御について詳細に説明する。

まず、当該超音波モータ２の駆動位置の検出は、次のように行う。すなわち、制御ＣＰＵ２２は、エンコーダ３３のカウント値（以降、エンコーダカウント値と称する）をパラメータテーブル２４から読み出し、エンコーダカウント値と駆動位置との関係式から、超音波モータ２の現在の駆動位置を求める。

そして、超音波モータ２を所定の位置で停止させるには、次のような方法を採る。すなわち、制御ＣＰＵ２２は、任意の周期でエンコーダカウント値をパラメータテーブル２４から読み出し、所定のカウント値、又はカウント値から求めた所定の位置を越えたとき、制御ＣＰＵ２２は信号出力制御回路２６に停止信号を出力して駆動信号の出力を停止させ、超音波モータ２の駆動を停止させる。

以下、本一実施形態に係る超音波モータの駆動装置による負荷トルク検出について詳細に説明する。

信号制御回路２３の出力である駆動信号、及び振動検出電極として機能するＣ相の外部電極１１の出力である振動検出信号は、位相差検出回路２８に入力される。そして、この位相差検出回路２８において、駆動信号と振動検出信号との位相差が検出される。

このようにして求められた駆動信号と振動検出信号との位相差は、パラメータテーブル２４に格納され、一定周期で更新される。制御ＣＰＵ２２は、任意の周期毎にパラメータテーブル２４から駆動信号と振動検出信号との位相差を読み出し、任意の周期における位相差の変化量を検出する。

図１３は、駆動信号と振動検出信号との位相差と、超音波モータに掛かる負荷トルクとの関係を表すグラフを示す図である。同図に示すグラフから、当該超音波モータ２に掛かる負荷トルクが大きくなるに従って、駆動信号と振動検出信号との位相差が小さくなることが分かる。

なお、制御ＣＰＵ２２は、負荷トルクの急激な変動を判断する為の基準値（閾値）を予め有しており、任意の周期における駆動信号と振動検出信号との位相差の変化量が前記基準値を超えたとき、当該超音波モータ２では負荷トルクの急激な変動が発生したと判断し、信号出力制御回路２６に停止信号を出力して当該超音波モータ２の動作を停止させる。

図１４は、駆動中の当該超音波モータ２に掛かる負荷トルクが急激に変化した場合、すなわち前記超音波振動子４に対して例えば大きな外乱や機械的な衝撃が加わる等した場合に、前記制御ＣＰＵ２２によって行われる動作制御のフローチャートを示す図である。

なお、当然ながら制御ＣＰＵ２２は、図１４に示すフローチャートの処理と並行して、従来の超音波モータにおける通常の駆動処理等も行う。ここでは、本一実施形態に係る超音波モータの駆動装置に特有の処理に焦点を当てる為に、従来の超音波モータにおける通常の駆動処理等についての説明は省略する。

まず、制御ＣＰＵ２２は、当該超音波モータ２の駆動を開始すると、前記パラメータテーブル２４から所定のエラー検出値（当該超音波モータ２に掛かる負荷トルクが急激に変化したか否かを判定する際に用いる閾値；詳細は後述）を読み込み且つ設定する（ステップＳ１）。

次に、制御ＣＰＵ２２は、駆動信号と振動検出信号との位相差を検出し、該位相差を第１位相差として決定する（ステップＳ２）。

続いて、制御ＣＰＵ２２は、所定の周期が経過するのを待つ（ステップＳ３）。この所定の周期が経過したと判断すると、制御ＣＰＵ２２は、再び駆動信号と振動検出信号との位相差を検出し、該位相差を第２位相差として決定する（ステップＳ４）。

そして、制御ＣＰＵ２２は、前記第１位相差と前記第２位相差との差の絶対値（以降、位相差変化量と称する）を算出する（ステップＳ５）。さらに、このステップＳ５において算出した位相差変化量が、前記エラー検出値よりも大きい値であるか否かを判断する（ステップＳ６）。

このステップＳ６をＮＯに分岐する場合は、前記ステップＳ２へ移行する。一方、前記ステップＳ６をＹＥＳに分岐する場合は、制御ＣＰＵ２２は、前記信号生成回路２５による信号出力を停止させる割り込み信号を生成して出力する（ステップＳ７）。このステップＳ７における処理により、当該超音波モータ２は駆動停止する。

以上説明したように、本一実施形態によれば、簡易な処理により負荷変動の検出を行うことが可能であり且つ所望の駆動を実現する超音波モータの駆動装置を提供することができる。

すなわち、本一実施形態に係る超音波モータの駆動装置によれば、制御ＣＰＵ２２は、負荷トルクの急激な変動を判断する為の基準値（エラー検出値）を予め有しており、任意の周期における駆動信号と振動検出信号との位相差の変化量が、この基準値を越えたとき、当該超音波モータ２では負荷トルクの急激な変動が発生したと判断し、前記信号生成回路２５による信号出力を停止させる割り込み信号を生成して出力する。なお、前記エラー検出値は、ユーザーにより任意の値に設定できるものとする。

従って、本一実施形態に係る超音波モータの駆動装置によれば、例えば駆動モードの切り替え時、外的な衝撃等の想定外の機能障害の発生による急激な負荷変動時、又は突発的な負荷変動等が発生した時等に、速やかに当該超音波モータ２の駆動を停止させることができる。

以上、一実施形態に基づいて本発明を説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で、種々の変形及び応用が可能なことは勿論である。

さらに、上述した実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件の適当な組み合わせにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施形態に示される全構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題が解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成も発明として抽出され得る。

本発明の一実施形態に係る超音波モータシステムの概略一構成例を示すブロック図。 超音波振動子の一構成例を示す図。 内部電極を備えた圧電セラミックスシートの一構成例を示す図。 内部電極を備えた圧電セラミックスシートの一構成例を示す図。 圧電積層体の縦振動を示す図。 圧電積層体の屈曲振動を示す図。 駆動装置の内部概略構成を示す図。 基準信号の一例を示す図。 ドライブ回路の一構成例を示す図。 ドライブ回路に信号生成回路から各種駆動交番信号が入力された場合における入出力値の真理値表を示す図。 ドライブ回路に与えられる駆動交番信号及び超音波振動子に与えられる駆動交番電圧のグラフを示す図。 超音波モータの速度に応じてパルス幅が調整された分割信号が生成され、出力される様子のグラフを示す図。 超音波モータに掛かる負荷トルクと、駆動信号と振動検出信号との位相差との関係を表すグラフを示す図。 駆動中の当該超音波モータに掛かる負荷トルクが急激に変化した場合に、制御ＣＰＵによって行われる処理のフローチャートを示す図。

符号の説明

１…超音波モータシステム、 ２…超音波モータ、 ３…駆動装置、 ４…超音波振動子、 ５…被駆動体、 ７…圧電セラミックスシート、 ８…内部電極、 ９…圧電積層体、 １０…摩擦接触子、 １１…外部電極、 ２１…発振回路、 ２２…制御ＣＰＵ、 ２３…信号制御回路、 ２４…パラメータテーブル、 ２５…信号生成回路、 ２６…信号出力制御回路、 ２８…位相差検出回路、 ３０…ドライブ回路、 ３１…Ｈブリッジ回路、 ３２…コイル、 ３３…エンコーダ、 ３５…エンコーダ信号処理回路、 ４１…振動検出電極。

Claims (4)

1. 被駆動部材に当接する駆動子を備える振動子に、所定の位相差及び所定の駆動周波数の２相の交番電圧を印加することにより、前記振動子に縦振動と屈曲振動とを同時に発生させることで楕円振動を発生させ、該楕円振動から駆動力を得て前記駆動子によって前記被駆動部材を駆動する超音波モータの駆動装置であって、
   前記振動子の振動状態を検出して振動検出信号を生成する振動検出手段と、
   前記振動子を駆動する為の駆動信号を生成する駆動手段と、
   前記振動検出手段により生成された振動検出信号と、前記駆動手段により生成された駆動信号との位相差を検出する位相差検出手段と、
   前記位相差検出手段により検出された位相差の変化量に基づいて、負荷変動を検出する負荷変動検出手段と、
   を具備することを特徴とする超音波モータの駆動装置。
2. 前記負荷変動検出手段は、
   前記位相差検出手段により検出された位相差の変化量と所定の閾値とを比較し、該比較結果に基づいて、前記振動子の駆動を停止させるか否かを判断する判断手段と、
   前記判断手段により前記振動子の駆動を停止させるとの判断が為された場合、前記振動子の駆動を停止させる為の信号を生成する停止実行手段と、
   を有することを特徴とする請求項１に記載の超音波モータの駆動装置。
3. 前記所定の閾値は、任意の値に設定可能であることを特徴とする請求項２に記載の超音波モータの駆動装置。
4. 前記所定の閾値を格納するパラメータテーブルを具備することを特徴とする請求項１乃至請求項３のうち何れか一つに記載の超音波モータの駆動装置。

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