JP2015012659A - 振動型モータの駆動装置および駆動方法 - Google Patents

Abstract

【課題】速度変動周波数域の影響を受けずに安定した振動型モータの速度制御を行う。【解決手段】電気−機械エネルギ変換素子４０２に印加する周波信号の周波数を振動型モータ７０５の共振周波数よりも高い駆動周波数域で変化させて振動体４０１と接触体４０３との相対回転の速度を制御する制御手段と、駆動周波数域における周波信号の周波数の単調減少および単調増加のうち少なくとも一方に対して速度の増減反転が発生する速度変動周波数域を検出する検出手段７０９と、該速度変動周波数域を記憶する記憶手段７０７，７０８とを有する。制御手段は、周波信号の周波数を駆動周波数域で変化させる際に、記憶手段に記憶された速度変動周波数域をスキップする。【選択図】図１

Description

本発明は、電気−機械エネルギ変換素子により発生させた振動を利用して駆動力を得る振動型モータの駆動装置および駆動方法に関する。

振動型モータは、電気−機械エネルギ変換素子に周波信号（交流信号やパルス信号）を印加することにより弾性部材により形成された振動体に振動を励起し、この振動体と該振動体に接触する接触体とを相対回転させる。そして、電気−機械エネルギ変換素子に印加する周波信号の周波数を変化させることで、振動体と接触体との相対回転の速度（以下、モータ速度という）を制御する。

図８（ａ）には、周波信号の周波数とモータ速度との関係（ｆ−Ｎ特性）を示している。この図において、横軸は周波数を示しており、右側ほど周波数が高くなる。また、縦軸はモータ速度を示しており、上側ほどモータ速度が高くなる。ｆｒはモータの共振周波数である。共振周波数ｆｒよりも低い周波数域では周波数の変化に対するモータ速度の変化が大きいため、一般に、周波信号の周波数を共振周波数ｆｒよりも高い周波数域（以下、駆動周波数域という）で変化させることでモータ速度が制御される。

また、振動体は振動型モータを駆動するための振動モード（以下、駆動振動モードという）とは異なる振動モードでの振動固有値を有する。このため、通常は、この振動固有値（ピーク値）が駆動振動モードでの共振周波数ｆｒと十分に離れて、駆動周波数域の外側の周波数になるように振動体が設計される。

このような振動型モータの速度を制御する方法として、特許文献１には、実際のモータ速度と目標のモータ速度との差に応じて電気−機械エネルギ変換素子に印加する周波信号の周波数を制御する方法が開示されている。また、特許文献２には、振動型モータの標準駆動特性とモータ個体としての周波信号の周波数に応じた駆動特性との差をオフセット補正値とし、該補正値と標準駆動特性とに基づいてモータ駆動に関する指示信号を出力する方法が開示されている。

特開２０１０−２０６８５７号公報 特開２００３−２１９６６８号公報

ところで、振動型モータは振動体と接触体との間の摩擦を利用してこれらを相対回転させるため、振動体および接触体等の構成部品の製造精度やその組付け精度のばらつきによりｆ−Ｎ特性に個体差が生じる。また、振動体と接触体との間の摩擦面の摩耗や表面被膜の形状等の機械的な経時変化によってもｆ−Ｎ特性が変化する。さらに、温度、湿度、発熱状態および負荷等の駆動環境によっても、ｆ−Ｎ特性が変化する。そして、ｆ−Ｎ特性が変化すると、図８（ｂ）に示すように上述した振動固有値のピーク２０３が駆動周波数域内に現れてしまう場合がある。この場合、駆動周波数域における周波信号の周波数の単調変化（単調減少または単調増加）に対してモータ速度の増減反転が発生する周波数域２０５が現れ、この結果、モータ速度の制御が不安定になる。

このような振動固有値に起因するモータ速度の変動は、特許文献１や特許文献２にて開示された方法を含む一般的な速度制御方法にて補正対象として想定されている速度誤差よりも大きくなる場合が多い。このため、特に振動固有値に起因するモータ速度の変動にも対応可能な速度制御方法が求められる。

本発明は、振動固有値の影響を大きく受けることなく安定したモータ速度の制御を行えるようにした振動型モータの駆動装置および駆動方法を提供する。

本発明は、電気−機械エネルギ変換素子に周波信号を印加することにより振動体に振動を励起し、振動体と該振動体に接触する接触体とを相対回転させる振動型モータの駆動装置であり、周波信号の周波数を振動型モータの共振周波数よりも高い駆動周波数域で変化させて振動体と接触体との相対回転の速度を制御する制御手段と、駆動周波数域における周波信号の周波数の単調減少および単調増加のうち少なくとも一方に対して速度の増減反転が発生する速度変動周波数域を検出する検出手段と、該速度変動周波数域を記憶する記憶手段とを有する。そして、制御手段は、周波信号の周波数を駆動周波数域で変化させる際に、記憶手段に記憶された速度変動周波数域をスキップすることを特徴とする。

また、本発明は、電気−機械エネルギ変換素子に周波信号を印加することにより振動体に振動を励起し、振動体と該振動体に接触する接触体とを相対回転させる振動型モータの駆動方法であり、周波信号の周波数を振動体の共振周波数よりも高い駆動周波数域で変化させて振動体と接触体との相対回転の速度を制御する制御ステップと、駆動周波数域における周波信号の周波数の単調減少および単調増加のうち少なくとも一方に対して速度の増減反転が発生する速度変動周波数域を検出する検出ステップと、該速度変動周波数域を記憶する記憶ステップとを有し、制御ステップにおいて、周波信号の周波数を駆動周波数域で変化させる際に、記憶ステップにおいて記憶された速度変動周波数域をスキップすることを特徴とする。

本発明によれば、振動固有値の影響等により発生する速度変動周波数域をスキップして周波信号の周波数を変化させるので、安定した振動型モータの速度の制御を行うことができる。

本発明の実施例である振動型モータ用駆動装置の構成を示すブロック図。 本発明の実施例における速度検出周波数ポイントを示す図。 振動型モータの回転速度と周波数との関係を示す図であって、駆動周波数域に振動固有値が存在しない場合と存在する場合の例を示す図。 実施例においてスキップする速度変動周波数域を示す図。 実施例におけるイニシャライズモードの動作を示すフローチャート。 実施例における通常駆動モードでの動作を示すフローチャート。 実施例の振動型モータの構成を示す断面図。 従来の振動型モータのｆ−Ｎ特性を示す図。

以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。

図１には、本発明の実施例である振動型モータ用駆動装置７２０の構成を示している。また、図８には、該駆動装置７２０によって駆動（速度）が制御される振動型モータ７０３の構成例を示している。図８は、後述する振動体、回転体および出力シャフトの中心軸を含む断面を示している。

図８に示す振動型モータ７０３は、金属等の弾性部材によりリング状に形成された振動体４０１と、電気−機械エネルギ変換素子である圧電素子４０２と、金属によりリング状に形成された回転体（接触体）４０３とを有する。また、振動型モータ７０３は、円板状に形成された加圧ばね４０４と、出力シャフト４０５と、該出力シャフト４０５を回転可能に支持するベアリング４０６，４０７とを有する。

圧電素子４０２は、リング状に形成された圧電セラミックス等からなる圧電部材４０２ａと、その表面に設けられ、振動体４０１の周方向にて複数に分割された電極４０２ｂとを有する。電極４０２ｂは、振動体４０１の裏面（回転体側とは反対側の面）に接着により固定されている。振動体４０１と圧電素子４０２とによりステータが構成される。

圧電素子４０２の圧電部材４０２ａは、周方向全体において厚さ方向に同一極性を有するように分極処理がなされている。また、周方向に分割された複数の電極４０２ｂとして、＋Ａ相用電極、＋Ｂ相用電極、−Ａ相用電極および−Ｂ相用電極が周方向に循環的に配置されている。これらの＋Ａ相用電極、＋Ｂ相用電極、−Ａ相用電極および−Ｂ相用電極にそれぞれ＋Ａ相、＋Ｂ相、−Ａ相および−Ｂ相の４相の周波信号（９０度ずつ時間位相がずれた交流電圧またはパルス電圧）が印加されることで、振動体４０１に周方向に進行する進行性振動波が発生する。

なお、振動体４０１における回転体側の部分には、周方向に多数の櫛歯状の突起部４０１ａが並ぶように形成されており、各突起部の先端付近では圧電素子４０２により振動体４０１に励起された振動が増幅される。また、各突起部４０１ａの先端面には、耐摩耗性に優れた摩擦材５０１が接着により固着されている。

回転体４０３は、加圧ばね４０４によって振動体４０１の突起部４０１ａ（摩擦材５０１）に押圧される。これにより、振動体４０１と回転体４０３とが加圧接触し、振動体４０１に発生した進行性振動波による推進力が摩擦材５０１と回転体４０３との間の摩擦により回転体４０３に伝わり、回転体４０３が回転駆動される。

回転体４０３は、加圧ばね４０４を介して出力シャフト４０５と一体回転可能に連結されている。このため、回転体４０３が回転することで、出力シャフト４０５も回転する。ステータ４０１，４０２および回転体４０３はハウジング４１１内に収容されている。ハウジング４１１は、出力シャフト４０５を回転可能に支持するベアリング４０６，４０７を保持している。

出力シャフト４０５には、直接または不図示の動力伝達部材を介して、該振動型モータ７０３を駆動源として駆動される被駆動部材７１０が連結されている。被駆動部材７１０は、該振動型モータ７０３および図１に示す駆動装置７２０を含む装置７３０の一部である。装置７３０としては、振動型モータを駆動源とする様々な装置が含まれる。

また、出力シャフト４０８には、コードホイール４０８が該出力シャフト４０８と一体回転可能に取り付けられている。一方、ハウジング４１１におけるコードホイール４０８に対向する面には、エンコーダ素子４０９が設けられている。コードホイール４０８およびエンコーダ素子４０９により、図１に示すエンコーダ７０５が構成される。

コードホイール４０８のうちエンコーダ素子４０９に対向する面には、周方向に所定の周期で交互に配置された反射面と非反射面とを含むパターンが設けられている。エンコーダ素子４０９の発光部からこのパターンに光を照射し、反射面で反射した光をエンコーダ素子４０９の受光部にて受光してこれを光電変換することで、出力シャフト４０５（つまりは回転体４０３）の回転速度に応じた時間周期のパルス信号が得られる。このパルス信号を用いて回転体４０３の回転速度（以下、モータ速度という）を検出することができる。また、該パルス信号の数をカウントすることで、振動型モータ７０３の駆動量（被駆動部材７１０の位置）を検出することもできる。

コードホイール４０８とエンコーダ素子４０９は、ハウジング４１１に取り付けられたカバー４１０により覆われる。また、ハウジング４１１には、図１に示す駆動電圧回路７０４から圧電素子４０２への給電と、エンコーダ素子４０９からの出力パルス信号を図１に示すパルス計数部７０６に出力するためのコネクタ４１２が設けられている。

図１に示す駆動装置７２０において、駆動制御回路（制御手段）７０１は、電圧−周波数変換部７０２に入力する電圧を変化させることで、振動型モータ７０３の圧電素子４０２に印加する周波信号の周波数（以下、駆動周波数という）の情報を取得する。そして、駆動制御回路７０１は、該駆動周波数を有する周波信号（交流電圧またはパルス電圧）を生成して駆動電圧回路７０４で昇圧させた後、圧電素子４０２に印加する。

また、パルス計数部７０６は、エンコーダ７０５から出力されるパルス信号をモータ速度の情報に変換して駆動制御回路７０１にフィードバックする。駆動制御回路７０１は、パルス計数部７０６からのモータ速度と駆動制御回路７０１内に設定されている目標モータ速度との差に応じて電圧−周波数変換部７０２への入力電圧を調整することによりモータ速度を目標モータ速度に一致させる（又は近づける）ように制御する。また、パルス計数部７０６は、該パルス信号の数をカウントして、振動型モータ７０３の駆動量の情報を駆動制御回路７０１に送る。

さらに、駆動装置７２０は、ｆ−Ｎ特性カーブ傾き計算部（検出手段）７０９と、周波数記憶部（記憶手段）７０７と、速度記憶部（記憶手段）７０８とを有する。ｆ−Ｎ特性カーブ傾き計算部７０９は、駆動周波数の可変範囲である駆動周波数域に所定の周波数間隔で複数の周波数ポイントを設定し、各周波数ポイントにおいてパルス計数部７０６からモータ速度を得ながら、その増加（＋の傾き）と減少（−の傾き）を算出する。このモータ速度（ｆ−Ｎ特性カーブ）の傾きの算出方法については後に詳しく説明する。周波数記憶部７０７は、該カーブにおける傾きが反転した、すなわち増減反転が発生した周波数ポイントの駆動周波数や、該周波数ポイントでのモータ速度と同じモータ速度が得られた他の周波数ポイントの駆動周波数を記憶する。また、速度記憶部７０８は、増減反転が発生した周波数ポイントでのモータ速度を記憶する。

図３（ａ）には、図８（ａ）に示した通常のｆ−Ｎ特性を有する振動型モータに対して加減速制御（起動→加速→定速維持→減速→停止）を行った際のモータ速度（実線）と駆動周波数（二点鎖線）の時間推移の例を示している。駆動制御回路７０１は、加速、定速維持および減速ではそれぞれ、予め設定された加速レート、目標モータ速度およびを減速レートに従って、実際のモータ速度（パルス計数部７０６からのモータ速度の情報）をフィードバックしながら駆動周波数を変化させる。

しかし、図８（ｂ）に示したように駆動周波数域内に振動固有値（ピーク値）が存在すると、図３（ｂ）に示すように、本来は駆動周波数を低くすると高くなるべきモータ速度および駆動周波数を高くすると低くなるべきモータ速度が、該振動固有値付近の駆動周波数域３０３，３０４で低くなり、目標モータ速度との誤差が大きくなる。そして、従来は、この誤差が制御上で設定されている許容値を超えると、振動型モータを強制停止させる等、通常の誤差補正のための周波数調整では対応できなくなる。

そこで、本実施例では、駆動制御回路７０１が駆動周波数を駆動周波数域で変化させる際に上記のような振動固有値を含む駆動周波数域３０３，３０４（実際には、その始点と終点の周波数ポイント）を検出して記憶し、その後の速度制御において該駆動周波数域３０３，３０４をスキップする。つまり、該駆動周波数域３０３，３０４内での駆動周波数を不使用とする。これにより、擬似的に図８（ａ）に示す通常のｆ−Ｎ特性を実現し、図３（ａ）に示すような安定したモータ速度制御を行えるようにする。

ここで、駆動周波数域３０３，３０４として示した周波数域は、駆動周波数域における駆動周波数の単調減少および単調増加のうち少なくとも一方に対してモータ速度の増減反転が発生する周波数域ということができる。より詳しくは、駆動周波数域においてモータ速度の増減反転は、少なくとも２回発生する。また、別の言い方をすると、ｆ−Ｎ特性カーブ傾き計算部７０９により算出されたｆ−Ｎ特性カーブの傾きの符号の反転が（少なくとも２回）発生する周波数域とも言える。以下、この周波数域３０３を速度変動周波数域という。

なお、本実施例では、振動体４０１の回転体４０３を駆動するため（振動体と回転体の相対回転のため）の振動モードとは異なる振動モードでの振動固有値に起因した速度変動周波数域をスキップする。ただし、駆動周波数の単調減少や単調増加に対するモータ速度の増減反転が生ずる原因は振動固有値の存在には限定されず、他の様々な原因によって発生したモータ速度の増減反転を含む駆動周波数域を速度変動周波数域としてスキップしてもよい。

図２を用いて、ｆ−Ｎ特性カーブ傾き計算部７０９によるｆ−Ｎ特性カーブの作成、該カーブにおける傾きの算出およびその算出結果に基づく速度変動周波数域の検出の方法について説明する。ここで、速度変動周波数域の検出は、ｆ−Ｎ特性カーブ傾き計算部７０９により速度変動周波数域を検出するために振動型モータを駆動して、該速度変動周波数域を周波数記憶部７０７に記憶する準備モード（以下、イニシャライズモードという）で行われる。そして、駆動制御回路７０１は、このイニシャライズモードの後に切り替わる通常駆動モードにおいて、イニシャライズモードで記憶された速度変動周波数域をスキップしながら被駆動部材７１０を目標位置に駆動するために振動型モータ７０３を駆動する。

イニシャライズモードにおいて、ｆ−Ｎ特性カーブ傾き計算部７０９は、前述したように、駆動周波数域において所定の周波数間隔で複数の周波数ポイント１０１を設定する。そして、図２中の矢印で示すように、一定のレートで駆動周波数を変化させ（図２は単調減少の例を示す）、周波数ポイントごとにパルス計数部７０６からモータ速度を得る。そして、周波数ポイントごとのモータ速度を記憶する。これにより、周波数ポイントごとのモータ速度を繋いだｆ−Ｎ特性カーブが得られる。

さらに、ｆ−Ｎ特性カーブ傾き計算部７０９は、隣り合う周波数ポイントごとのｆ−Ｎ特性カーブの傾きを算出する。ここでは、ある周波数ポイントの周波数をｆmemとし、その周波数ポイントｆmemよりも所定の周波数間隔分だけ高い、すなわち駆動周波数の単調減少における１つ前の周波数ポイントの周波数をｆmem-1とする。これら周波数ポイントｆmem，ｆmem-1のような関係を持つ２つの周波数ポイントである隣り合う周波数ポイントのうち周波数ポイントｆmemでのモータ速度をＮmemとし、周波数ポイントｆmem-1でのモータ速度をＮmem-1とする。このとき、隣り合う周波数ポイント間でのｆ−Ｎ特性カーブの傾きΔmemは、
Δmem＝（Ｎmem−Ｎmem-1）／（ｆmem−ｆmem-1） ．．．（１）
により計算できる。そして、このΔmemは、Ｎmem−Ｎmem-1＞０である場合は正（＋）の符号を持ち、Ｎmem−Ｎmem-1＜０である場合は負（−）の符号を持つ。

駆動周波数を単調減少させると、図８（ａ）から分かるように、本来であればモータ速度は単調増加するので、ｆ−Ｎ特性カーブの傾きの符号は常に正のはずである。このため、駆動周波数を単調減少させている間に、ｆ−Ｎ特性カーブの傾きの符号が正（増速）から負（減速）に反転すると、ｆ−Ｎ特性カーブが振動固有値の存在によって変動したと判断できる。ｆ−Ｎ特性カーブ傾き計算部７０９は、この正から負への符号の最初の反転が発生した駆動周波数ｆmem-1を、駆動制御回路７０１にスキップさせる増速用の速度変動周波数域の始点周波数ｆ１１（図４参照）に設定する。また、ｆ−Ｎ特性カーブ傾き計算部７０９は、始点周波数ｆ１１でのモータ速度Ｎmem-1を、Ｎ１１（図４参照）として記憶する。

さらに、ｆ−Ｎ特性カーブの傾きの符号が正から負に反転した後も駆動周波数を単調減少させると、始点周波数ｆ１１とは異なるいずれかの周波数ポイントにおいて、該カーブの傾きの符号が負（減速）から正（増速）に反転する（戻る）。つまり、２回目の符号反転が発生する。このとき、図４に示すように、ｆ−Ｎ特性カーブ傾き計算部７０９は、この負から正への符号の反転後においてモータ速度が始点周波数ｆ１１でのモータ速度Ｎ１１に等しくなった周波数ポイントを増速用速度変動周波数域の終点周波数ｆ２１に設定する。

また、図４に示すように、駆動周波数を単調増加させる場合には、ｆ−Ｎ特性カーブ傾き計算部７０９は、負（減速）から正（増速）への符号の最初の反転発生した駆動周波数（ｆmem-1）を、駆動制御回路７０１にスキップさせる減速用の速度変動周波数域の始点周波数ｆ１２に設定する。また、ｆ−Ｎ特性カーブ傾き計算部７０９は、始点周波数ｆ１２でのモータ速度(Ｎmem-1)を、Ｎ１２として記憶する。

さらに、ｆ−Ｎ特性カーブの傾きの符号が負から正に反転した後も駆動周波数を単調増加させると、始点周波数ｆ１２とは異なるいずれかの周波数ポイントにおいて、該カーブの傾きの符号が正（増速）から負（減速）に反転する（戻る）。つまり、２回目の符号反転が発生する。このとき、ｆ−Ｎ特性カーブ傾き計算部７０９は、この正から負への符号の反転後においてモータ速度が始点周波数ｆ１２でのモータ速度Ｎ１２に等しくなった周波数ポイントを増速用速度変動周波数域の終点周波数ｆ２２に設定する。

このように、本実施例では、連続する２つ以上の周波数ポイントを含む駆動周波数域であってモータ速度が増加および減少のうち一方から他方に反転し、さらに他方から一方に反転した周波数域を速度変動周波数域として検出（設定）する。しかも、本実施例では、速度変動周波数域を、その両端の周波数ポイント（始点周波数と終点周波数）でのモータ速度が等しい周波数域として検出（設定）する。

なお、周波数ポイント１０１は一定の周波数間隔で設定されているため、２回目の符号反転時の周波数ポイントで、必ずしも始点周波数ｆ１１でのモータ速度Ｎ１１と等しいモータ速度が得られるとは限らない。この場合は、２回目の符号反転後においてモータ速度Ｎ１１より低いモータ速度と高いモータ速度が得られた隣り合う周波数ポイント間で補間演算を行うことで、モータ速度Ｎ１１が得られる駆動周波数を上記隣り合う周波数ポイントの間の駆動周波数として求めることもできる。そして、この場合は、その補間演算により得られた駆動周波数を周波数ポイントとみなして、減速用の速度変動周波数域の終点周波数ｆ２１に設定してもよい。

図５のフローチャートには、駆動制御回路７０１およびｆ−Ｎ特性カーブ傾き計算部７０９のイニシャライズモードでの動作（制御方法）の流れを示している。この動作は、ＣＰＵ等のコンピュータにより構成される駆動制御回路７０１が、コンピュータプログラムに従って実行する。ここでは、駆動制御回路７０１がイニシャライズモードの中の増速モードにおいて駆動周波数を単調減少させて増速用速度変動周波数域を検出した後、減速モードにおいて駆動周波数を単調増加させて減速用速度変動周波数域を検出する場合について説明する。

ステップ５０１では、駆動制御回路７０１は、増速モードにおいて、共振周波数ｆｒよりも十分に高い駆動周波数を起動周波数ｆ０として振動型モータ７０３に印加し、該モータ７０３の駆動を開始する。

次にステップ５０２では、駆動制御回路７０１は、現在の駆動周波数ｆｎがテーブルデータとして記憶した周波数ポイントｆｔａｂに到達していない（ｆｎ≠ｆｔａｂ）かどうかを判定する。周波数ポイントｆｔａｂに到達していない場合はステップ５０９に進み、到達した（ｆｎ＝ｆｔａｂ）場合はステップ５０３に進む。

ステップ５０３では、駆動制御回路７０１は、現在の駆動周波数をｆmemとして、モータ速度をＮmemとして記憶する。

次にステップ５０４では、ｆ−Ｎ特性カーブ傾き計算部７０９は、ステップ５０３において記憶された現在の駆動周波数ｆmemおよびモータ速度Ｎmemと、その１つ前の周波数ポイントで記憶された駆動周波数ｆmem-1とモータ速度Ｎmem-1とを用いて、それぞれの差である、
Δfmem=ｆmem−ｆmem-1
ΔNmem=Nmem−Nmem-1
を算出する。さらに、ｆ−Ｎ特性カーブ傾き計算部７０９は、現在の周波数ポイントでのｆ−Ｎ特性カーブの傾きである、
Δmem=ΔNmem／Δfmem
を算出し、その符号（正／負）を判定する。傾きΔmemが正と判定した場合はステップ５０９に進み、負と判定した場合はステップ５０５に進む。

ステップ５０５では、駆動制御回路７０１は、ステップ５０４で得た１つ前の周波数ポイントで記憶された駆動周波数ｆmem-1とモータ速度Ｎmem-1とをそれぞれ、図４に示したように、増速用速度変動周波数域の始点周波数ポイントｆ１１とモータ速度Ｎ１１として周波数記憶部７０７および速度記憶部７０８に記憶する。

次にステップ５０６では、駆動制御回路７０１は、現在の駆動周波数ｆｎを所定の周波数間隔Δｆｎ分だけ低くする。

続いてステップ５０７では、駆動制御回路７０１は、現在のモータ速度ＮｎがＮ１１に到達した（Ｎｎ＝Ｎ１１）か否かを判定する。Ｎ１１に到達した場合はステップ５０８に進み、到達していない（Ｎｎ≠Ｎ１１）場合はステップ５０６に戻る。

ステップ５０８では、駆動制御回路７０１は、Ｎｎ＝Ｎ１１となった時点での駆動周波数を、増速用速度変動周波数域の終点周波数ｆ２１として周波数記憶部７０７に記憶する。そして、ステップ５０２に進む。

ステップ５０９では、駆動制御回路７０１は、現在の駆動周波数ｆｎを所定の周波数間隔Δｆｎ分だけ低くする。

次にステップ５１０では、駆動制御回路７０１は、現在のモータ速度Ｎｎが最高モータ速度Ｎmaxに到達したか否かを判定する。最高モータ速度Ｎmaxに到達した（Ｎｎ＝Ｎmax）場合はステップ５１１に進み、到達していない(Ｎｎ≠Ｎmax）場合はステップ５０２に戻る。

ステップ５１１では、駆動制御回路７０１は、減速モードに移行して、現在の駆動周波数ｆｎが周波数ポイントｆｔａｂに到達していない（ｆｎ≠ｆｔａｂ）かどうかを判定する。到達していない場合はステップ５１８に進み、到達した（ｆｎ＝ｆｔａｂ）場合はステップ５１２に進む。

ステップ５１２では、駆動制御回路７０１は、現在の駆動周波数をｆmemとして、モータ速度をＮmemとして記憶する。

次にステップ５１３では、ｆ−Ｎ特性カーブ傾き計算部７０９は、ステップ５０４と同様に、ステップ５１２おいて記憶された現在の駆動周波数ｆmemおよびモータ速度Ｎmemと、その1つ前の周波数ポイントで記憶された駆動周波数ｆmem-1とモータ速度Ｎmem-1とを用いて、現在の周波数ポイントでのｆ−Ｎ特性カーブの傾きΔmem=ΔNmem/Δfmemを算出し、その符号（正／負）を判定する。傾きΔmemが正と判定した場合はステップ５１４に進み、負と判定した場合はステップ５０９に進む。

ステップ５１４では、駆動制御回路７０１は、傾きΔmemが正と判定した時点での駆動周波数ｆmem-1とモータ速度Ｎmem-1をそれぞれ、図４に示したように、減速用の度変動周波数域の始点周波数ポイントｆ１２とモータ速度Ｎ１２として周波数記憶部７０７および速度記憶部７０８に記憶する。

次にステップ５１５では、駆動制御回路７０１は、現在の駆動周波数ｆｎを所定の周波数間隔Δｆｎ分だけ高くする。

さらにステップ５１６では、駆動制御回路７０１は、現在のモータ速度ＮｎがＮ１２に到達したか否かを判定する。Ｎ１２に到達した（Ｎｎ＝Ｎ１２）場合はステップ５１７に進み、到達していない（Ｎｎ≠Ｎ１２）場合はステップ５１５に戻る。

ステップ５１７では、駆動制御回路７０１は、ＮｎがＮ１２に到達した時点の駆動周波数を、減速用速度変動周波数域の終点周波数ポイントｆ２２として周波数記憶部７０７に記憶する。そして、ステップ５１８に進む。

ステップ５１８では、駆動制御回路７０１は、現在の駆動周波数ｆｎを所定の周波数間隔Δｆｎ分だけ高くする。

ステップ５１９では、駆動制御回路７０１は、現在の駆動周波数ｆｎが起動周波数ｆ０に到達した（ｆｎ＝ｆ０）か否かを判定する。ｆ０に到達した場合はステップ５２０に進んでイニシャライズモードの動作を終了する。到達していない（ｆｎ≠ｆ０）場合はステップ５１１に進む。

図６のフローチャートには、イニシャライズモードの後の通常駆動モードにおける駆動制御回路７０１の動作の流れを示している。この通常駆動モードにおいて、駆動制御回路７０１は、イニシャライズモードにおいて記憶した増速用速度変動周波数域の始点周波数ｆ１１、終点周波数ｆ２１およびモータ速度Ｎ１１と、減速用速度変動周波数域の始点周波数ｆ１２、終点周波数ｆ２２およびモータ速度Ｎ１２とに基づいて、増速制御および減速制御においてそれぞれ対応する速度変動周波数域をスキップする。

ステップ６０１では、駆動制御回路７０１は、共振周波数ｆｒよりも十分に高い駆動周波数を起動周波数ｆ０として振動型モータ７０３に印加し、該モータ７０３の駆動を開始する。

次にステップ６０２では、駆動制御回路７０１は、減速用速度変動周波数域の始点周波数ｆ１２を検出するためのフラグf12flagを解除（０）し、該ｆ１２を検出しないように設定する。

次にステップ６０３では、駆動制御回路７０１は、増速用速度変動周波数域の始点周波数前記ｆ１１を検出するためのフラグf11flagを有効（１）にし、該ｆ１１を検出するように設定する。

そしてステップ６０４では、駆動制御回路７０１は、現在の駆動周波数ｆｎがｆ１１に到達していない（ｆｎ≠ｆ１１）かどうかを判定する。ｆ１１に到達していない場合はステップ６０５に進み、到達した（ｆｎ＝ｆ１１）場合はステップ６０９に進む。

ステップ６０５では、駆動制御回路７０１は、現在のモータ速度Ｎｎが増速制御における目標モータ速度Ｎtgtより低いか否かを判定する。目標モータ速度Ｎtgtより低い場合はステップ６０６に進み、そうでない場合はステップ６０７に進む。

ステップ６０６では、駆動制御回路７０１は、駆動周波数ｆｎを所定の周波数間隔Δｆｎ分だけ低くする。そして、ステップ６０８に進む。

ステップ６０７では、駆動制御回路７０１は、駆動周波数ｆｎを所定の周波数間隔Δｆｎ分だけ高くする。そして、ステップ６０８に進む。

ステップ６０８では、駆動制御回路７０１は、パルス計数部７０６からの駆動量の情報を用いて、現在の被駆動部材７１０の位置が目標位置に到達したか否かを判定する。目標位置に到達した場合はステップ６１８に進み、到達していない場合はステップ６０４に戻る。

ステップ６０４からステップ６０９に進んだ駆動制御回路７０１は、駆動周波数ｆｎを始点周波数ｆ１１から終点周波数ｆ２１へとジャンプさせる。つまり、増速用速度変動周波数域をスキップする。

次にステップ６１０では、増速用速度変動周波数域の始点周波数ｆ１１を検出するためのフラグf11flagを解除（０）し、該ｆ１1を検出しないように設定する。

次にステップ６１１では、駆動制御回路７０１は、減速用速度変動周波数域の始点周波数前記ｆ１２を検出するためのフラグf12flagを有効（１）にし、該ｆ１２を検出するように設定する。

そしてステップ６１２では、駆動制御回路７０１は、現在の駆動周波数ｆｎがｆ１２に到達していない（ｆｎ≠ｆ１２）かどうかを判定する。ｆ１２に到達していない場合はステップ６１３に進み、到達した（ｆｎ＝ｆ１２）場合はステップ６１７に進む。

ステップ６１３では、駆動制御回路７０１は、現在のモータ速度Ｎｎが減速制御における目標モータ速度Ｎtgtより低いか否かを判定する。目標モータ速度Ｎtgtより低い場合はステップ６１４に進み、そうでない場合はステップ６１５に進む。

ステップ６１４では、駆動制御回路７０１は、駆動周波数ｆｎを所定の周波数間隔Δｆｎ分だけ低くする。そして、ステップ６１６に進む。

ステップ６１５では、駆動制御回路７０１は、駆動周波数ｆｎを所定の周波数間隔Δｆｎ分だけ高くする。そして、ステップ６１６に進む。

ステップ６１６では、駆動制御回路７０１は、パルス計数部７０６からの駆動量の情報を用いて、現在の被駆動部材７１０の位置が目標位置に到達したか否かを判定する。目標位置に到達した場合はステップ６１８に進んで振動型モータ７０３を停止させ、駆動モードでの動作を終了する。目標位置に到達していない場合はステップ６１２に戻る。

ステップ６１７では、駆動制御回路７０１は、駆動周波数ｆｎを始点周波数ｆ１２から終点周波数ｆ２２へとジャンプさせる。つまり、減速用速度変動周波数域をスキップする。そして、ステップ６０２に戻る。

以上説明したように、本実施例によれば、振動固有値の影響により発生する速度変動周波数域をスキップして駆動周波数を変化させるので、安定した振動型モータ７０３の速度制御を行うことができる。したがって、振動型モータ７０３により駆動される被駆動部材７１０の位置制御も高精度に行うことができる。

なお、上記実施例では振動型モータにおいて固定された振動体に対して回転体が回転する場合について説明したが、固定された接触体に対して振動体が回転してもよい。すなわち、振動体と接触体は相対回転すればよい。

以上説明した各実施例は代表的な例にすぎず、本発明の実施に際しては、各実施例に対して種々の変形や変更が可能である。

７０１ 駆動制御回路
７０２ 電圧-周波数変換部
７０３ 振動型モータ
７０４ 駆動電圧回路
７０５ エンコーダ
７０６ パルス計数部
７０７ 周波数記憶部
７０８ モータ速度記憶部
７０９ ｆ−Ｎ特性カーブ傾き計算部

Claims (9)

1. 電気−機械エネルギ変換素子に周波信号を印加することにより振動体に振動を励起し、前記振動体と該振動体に接触する接触体とを相対回転させる振動型モータの駆動装置であって、
   前記周波信号の周波数を前記振動型モータの共振周波数よりも高い駆動周波数域で変化させて前記振動体と前記接触体との相対回転の速度を制御する制御手段と、
   前記駆動周波数域における前記周波信号の周波数の単調減少および単調増加のうち少なくとも一方に対して前記速度の増減反転が発生する速度変動周波数域を検出する検出手段と、
   該速度変動周波数域を記憶する記憶手段とを有し、
   前記制御手段は、前記周波信号の周波数を前記駆動周波数域で変化させる際に、前記記憶手段に記憶された前記速度変動周波数域をスキップすることを特徴とする振動型モータの駆動装置。
2. 前記速度変動周波数域は、前記振動体の前記相対回転のための振動モードとは異なる振動モードでの振動固有値を含む周波数域であることを特徴とする請求項１に記載の振動型モータの駆動装置。
3. 前記速度変動周波数域は、前記増減反転が少なくとも２回発生する周波数域であることを特徴とする請求項１または２に記載の振動型モータの駆動装置。
4. 前記検出手段は、前記駆動周波数域に複数の周波数ポイントを設け、前記周波信号の周波数の前記単調減少または前記単調増加に対する前記各周波数ポイントでの前記速度を検出し、連続する２つ以上の周波数ポイントを含む周波数域であって該検出した速度が増加および減少のうち一方から他方に反転し、さらに前記他方から前記一方に反転した周波数域を、前記速度変動周波数域として検出することを特徴とする請求項３に記載の振動型モータの駆動装置。
5. 前記検出手段は、前記速度変動周波数域を、その両端の前記周波数ポイントでの前記速度が等しい周波数域として検出することを特徴とする請求項３または４に記載の振動型モータの駆動装置。
6. 前記検出手段は、前記周波信号の周波数を単調減少させる場合と単調増加させる場合のそれぞれにおいて前記速度変動周波数域を検出し、
   前記制御手段は、前記周波信号の周波数を単調減少させる場合と単調増加させる際のそれぞれにおいて対応する前記速度変動周波数域をスキップすることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の振動型モータの駆動装置。
7. 前記検出手段により前記速度変動周波数域を検出するために前記振動型モータを駆動して、該速度変動周波数域を前記記憶手段に記憶する準備モードと、
   該準備モードにおいて前記記憶手段に記憶された前記速度変動周波数域をスキップしながら前記振動型モータを駆動する駆動モードとを有することを特徴とする振動型モータの駆動装置。
8. 前記振動型モータと、
   該振動型モータにより駆動される被駆動部材と、
   請求項１から７のいずれか一項に記載の駆動装置とを有することを特徴とする装置。
9. 電気−機械エネルギ変換素子に周波信号を印加することにより振動体に振動を励起し、前記振動体と該振動体に接触する接触体とを相対回転させる振動型モータの駆動方法であって、
   前記周波信号の周波数を前記振動体の共振周波数よりも高い駆動周波数域で変化させて前記振動体と前記接触体との相対回転の速度を制御する制御ステップと、
   前記駆動周波数域における前記周波信号の周波数の単調減少および単調増加のうち少なくとも一方に対して前記速度の増減反転が発生する速度変動周波数域を検出する検出ステップと、
   該速度変動周波数域を記憶する記憶ステップとを有し、
   前記制御ステップにおいて、前記周波信号の周波数を前記駆動周波数域で変化させる際に、前記記憶ステップにおいて記憶された前記速度変動周波数域をスキップすることを特徴とする振動型モータの駆動方法。