JP4673073B2 - 駆動装置および振動型モータの制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、複数の振動型モータからの駆動力を合成して被駆動部材を駆動する駆動装置に関するものである。

従来、振動型モータの回転軸に設けられた出力ギアを介して振動型モータの駆動力（回転力）を取り出し、被駆動部材を駆動する駆動装置がある。この駆動装置には、振動型モータの回転軸に設けられた出力ギアと噛み合う他のギアを有し、振動型モータの駆動力によって他のギアを回転させるものがある。また、振動型モータの回転軸に設けられた出力ギア（ピニオンギア）と噛み合うラックを有し、振動型モータの駆動力によってラックを直進運動させるものがある。

一方、複数の振動型モータのうち各振動型モータの回転軸に設けられたギアを、１つの出力ギアに連結し、複数の振動型モータからの駆動力を合成して被駆動部材を駆動する駆動装置がある（例えば、特許文献１参照）。この駆動装置の構成では、複数の振動型モータのうち少なくとも１つの振動型モータの回転軸に、振動型モータの回転角度を検出するロータリエンコーダ等の検出器が設けられている。そして、検出器から得られる角度情報に基づいて、振動型モータの駆動を停止させている。
特開２００１−２０５１９０号公報（段落番号００１６〜００２１、図３等）

複数の振動型モータを備えた従来の駆動装置においては、振動型モータの回転軸に設けられたギアと、これらのギアと噛み合う出力ギアとの間に生ずるバックラッシのために、以下に説明する不具合が生じるおそれがある。

すなわち、複数の振動型モータの駆動を停止させる場合において、停止時の反動によって出力ギアが振動することがある。また、複数の振動型モータの駆動を停止させた後において、外部から力が加わると、上記バックラッシに相当する角度範囲の分だけ、出力ギアが回転してしまうことがある。

ここで、ロータリエンコーダ等の検出器を用いて振動型モータの回転角度を検出する場合において、上述した不具合が生じると、検出器で得られる回転角度の情報と出力ギアの角度とが対応せず、検出器の検出結果に基づく位置制御の精度が低下してしまう。

本願第１の発明である駆動装置は、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を発生する振動体と、該振動体に接触する接触体を備えた、複数の振動型モータと、これら振動型モータからの駆動力を合成して被駆動部材に伝達する動力伝達機構と、前記各振動型モータの駆動を制御する制御手段とを有し、前記複数の振動型モータの接触体と前記動力伝達機構は互いのギアで噛み合い、前記制御手段は、前記複数の振動型モータのうち一部の振動型モータの駆動を停止させた後、少なくとも前記動力伝達機構の最大の機械的不感帯量に相当する量だけ他の振動型モータを駆動することを特徴とする。

本願第２の発明である制御方法は、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を発生する振動体と、該振動体に接触する接触体を備えた、複数の振動型モータと、これら振動型モータからの駆動力を合成して被駆動部材に伝達する動力伝達機構とを有し、前記複数の振動型モータの接触体と前記動力伝達機構は互いのギアで噛み合う駆動装置に適用され、前記各振動型モータの駆動を制御する制御方法であって、前記複数の振動型モータのうち一部の振動型モータの駆動を停止させる第１ステップと、該第１ステップの後、少なくとも前記動力伝達機構の最大の機械的不感帯量に相当する量だけ他の振動型モータを駆動する第２ステップとを有することを特徴とする。

本発明によれば、互いに異なるタイミングで複数の振動型モータの駆動を停止させることにより、動力伝達機構において機械的不感帯量に応じた位置ずれが発生するのを抑制することができる。

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である駆動装置の構成を示すブロック図である。本実施例の駆動装置は、２つの振動型モータを有しており、これらの振動型モータの駆動力を合成して被駆動部材を駆動するものである。

第１の振動型モータ１−１の回転軸には、ギア２−１およびロータリエンコーダ（位置検出手段）３が取り付けられている。ロータリエンコーダ３は、第１の振動型モータ１−１における回転軸の回転に応じたパルス信号を出力する。一方、第２の振動型モータ１−２の回転軸には、ギア２−２が取り付けられている。

各振動型モータ１−１、１−２は、圧電素子（電気−機械エネルギ変換素子）および弾性体からなる振動体と、加圧機構からの加圧力を受けて振動体に圧接する接触体とを有している。ここで、圧電素子に対して位相の異なる周波信号（周期的に変化する信号）を印加すると、振動体には進行性の振動波が発生し、振動体および接触体間の摩擦力によって接触体が回転する。そして、接触体とともに回転軸が回転する。

なお、振動体を圧電素子だけで構成することもできる。また、振動型モータとしては、いわゆる円環タイプや棒状タイプといった、いかなるタイプのものであってもよい。

ギア２−１、２−２はギア４と噛み合っており、ギア４には出力軸５が設けられている。第１および第２の振動型モータ１−１、１−２の回転力はそれぞれ、ギア２−１、２−２を介してギア４に伝達され、ギア４において回転力が合成される。そして、ギア４の回転とともに出力軸５が回転するため、合成された回転力は出力軸５から出力される。

ここで、第１および第２の振動型モータ１−１、１−２は、ギア２−１、２−２、４を含む動力伝達機構（ギア４、２−１、２−２以外の構成は不図示）を介して被駆動部材９に連結されている。このため、被駆動部材９は、動力伝達機構を介して第１および第２の振動型モータ１−１、１−２からの駆動力（合成された駆動力）を受けることによって動作する。

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。

パルス計数判別回路７は、ロータリエンコーダ３の出力に基づいてパルス数をカウントし、この情報を駆動コントロール回路（制御手段）８に出力する。駆動コントロール回路８は、パルス計数判別回路７からの出力に基づいて、第１の振動型モータ１−１の回転速度を検知する。

そして、駆動コントロール回路８は、検出された第１の振動型モータ１−１の回転速度（検出速度）と、目標速度とを比較し、検出速度が目標速度に到達するように第１の振動型モータ１−１の駆動を制御する。すなわち、駆動コントロール回路８は、第１の駆動電圧発生回路６−１を介して第１の振動型モータ１−１に印加する周波信号の周波数を変更することによって、第１の振動型モータ１−１の回転速度を制御する。

また、駆動コントロール回路８は、パルス計数判別回路７の出力に基づいて、第２の駆動電圧発生回路６−２を介して第２の振動型モータ１−２に印加する周波信号の周波数を変更することによって、第２の振動型モータ１−２の回転速度を制御する。

ここで、第１および第２の振動型モータ１−１、１−２においては、周波信号の周波数が各振動体の共振周波数となったときに最大の回転速度が得られ、周波信号の周波数を共振周波数から遠ざけるほど回転速度が低下する特性を有している。そして、第１および第２の振動型モータ１−１、１−２の駆動制御を行う場合には、共振周波数よりも高周波側の範囲内で周波数を変化させている。

第１および第２の駆動電圧発生回路６−１、６−２は、駆動コントロール回路８からの制御信号を受けることにより、第１および第２の振動型モータ１−１、１−２に印加する周波信号の周波数を決定し、決定した周波数を持つ周波信号を出力する。

また、駆動コントロール回路８は、ロータリエンコーダ３の出力信号に基づいて第１の振動型モータ１−１の回転角度（回転位置）をモニタしており、所望の回転角度となったときに、第１および第２の駆動電圧発生回路６−１、６−２を介して第１および第２の振動型モータ１−１、１−２の駆動を停止させる。

ここで、従来の駆動装置では、振動型モータを所望の回転角度で停止させる場合において、パルス計数判別回路７は、ロータリエンコーダ３のパルスを計数し、このパルス数が所定値に到達したときに、パルス判別信号をローレベルからハイレベルに変化させる。そして、駆動コントロール回路８は、ハイレベルのパルス判別信号を受けることにより、第１および第２の駆動電圧発生回路６−１、６−２に対して出力する通電指令信号をハイレベルからローレベルに変化させる（図５参照）。

ここで、通電指令信号がハイレベルとなっているときには、第１および第２の振動型モータ１−１、１−２が駆動状態にあり、通電指令信号がローレベルに切り換わることで第１および第２の振動型モータ１−１、１−２の駆動を停止させることができる。

しかしながら、図５に示すように、パルス判別信号がローレベルからハイレベルに変化したタイミングと同じタイミングで第１および第２の振動型モータ１−１、１−２の駆動を停止させる制御を行っても、ギア２−１、２−２とギア４との間に存在するバックラッシ（機械的不感帯、遊び）のために、第１および第２の振動型モータ１−１、１−２の停止角度（ギア２−１、２−２の停止角度）とギア４の停止角度とが対応しないことがある。

すなわち、ギア２−１、２−２が所定の角度で停止しても、ギア２−１、２−２およびギア４間のバックラッシ（遊び）の分だけ、ギア４が回転してしまうことがある。このようにギア４がバックラッシ（遊び）の分だけ回転してしまうと、ロータリエンコーダ３の出力に基づく位置制御において位置精度が低下してしまう。

このような不具合を抑制するために、本実施例では、以下に説明する方法によって第１および第２の振動型モータ１−１、１−２の駆動を停止させている。以下、本実施例の駆動装置において、第１および第２の振動型モータ１−１、１−２の駆動を停止させる動作について、図４に示すフローチャートを用いて説明する。この動作は、駆動コントロール回路８において行われる。

ステップＳ１１では、第１および第２の振動型モータ１−１、１−２を所定の速度で駆動する。具体的には、第１および第２の駆動電圧発生回路６−１、６−２を介して第１および第２の振動型モータ１−１、１−２に対して目標速度に対応した周波数を持つ周波信号を印加することにより、第１および第２の振動型モータ１−１、１−２を駆動する。

ステップＳ１２では、パルス計数判別回路７から出力されるパルス判別信号をモニタし、パルス判別信号がローレベルからハイレベルに変化したか否かを判別する。ここで、パルス計数判別回路７は、ロータリエンコーダ３から出力されるパルスを計数し、パルス数が所定値に到達した場合には、パルス判別信号をローレベルからハイレベルに変化させる。

ステップＳ１２において、パルス判別信号がローレベルのままである場合には、ステップＳ１１での動作を続けて行う。一方、パルス判別信号がハイレベルに変化した場合には、ステップＳ１３に進む。

ステップＳ１３では、ロータリエンコーダ３が設けられている第１の振動型モータ１−１の駆動を停止させる。具体的には、図２に示すように、第１の駆動電圧発生回路６−１に対して出力する通電指令信号をハイレベルからローレベルに変化させる。また、第１の振動型モータ１−１の駆動を停止させた際に、駆動コントロール回路８内のタイマ８ａを用いて時間の計測を開始する。なお、この段階では、第２の振動型モータ１−２は駆動状態にある。

ステップＳ１４では、タイマ８ａでの計測時間が遅延時間Ｔに到達したか否かを判別する。ここで、計測時間が遅延時間Ｔに到達した場合には、ステップＳ１５に進む。

ステップＳ１５では、第２の振動型モータ１−２の駆動を停止させる。具体的には、図２に示すように、第２の駆動電圧発生回路６−２に対して出力する通電指令信号をハイレベルからローレベルに変化させる。

第１および第２の振動型モータ１−１、１−２を同時に停止させた場合には、ギア２−１およびギア４の間や、ギア２−２およびギア４の間にバックラッシ（機械的不感帯）が存在しているため、このバックラッシの分だけギア４が回転してしまう。このようにギア４が回転可能な状態では、ロータリエンコーダ３の出力に基づいて振動型モータを目標位置（回転角度）で停止させても、ギア４の回転によって停止位置の精度が低下してしまう。

本実施例では、上述したように第１の振動型モータ１−１の駆動を停止させても、遅延時間Ｔの分だけ第２の振動型モータ１−２が駆動しているため、ギア４はギア２−２からの回転力を受けて回転する。このため、図３に示すように、ギア４の歯面がギア２−１の歯面に当接することになる。そして、遅延時間Ｔの経過後、第２の振動型モータ１−２の駆動を停止させることで、ギア２−２の歯面もギア４の歯面に当接したままとなる。

ここで、遅延時間Ｔは、ギア２−１およびギア４間のバックラッシ（最大の機械的不感帯量）に対応した量だけギア４を回転させることができるように設定されている。

上述したようにロータリエンコーダ３が設けられた第１の振動型モータ１−１におけるギア２−１の歯面をギア４の歯面に当接させておくことで、ギア４の回転角度の位置を、停止状態にある第１の振動型モータ１−１の角度位置に対応させることができる。したがって、位置精度を向上させることができる。

ここで、第２の振動型モータ１−２だけを駆動する段階では、第２の振動型モータ１−２の駆動力が、停止状態にある第１の振動型モータ１−１の保持トルクを超えないようにしている。具体的には、第１の振動型モータ１−１の駆動を停止させる直前に、第１の振動型モータ１−１に印加した周波信号の周波数と略等しい周波数を持つ周波信号を第２の振動型モータ１−２に印加している。

これにより、第２の振動型モータ１−２の駆動力によって、停止状態にある第１の振動型モータ１−１が回転してしまうのを抑制することができる。

一方、第２の振動型モータ１−２の駆動によって、ギア２−１およびギア４間におけるバックラッシ（遊び）の量よりも多い量（微少量）だけギア４を回転させれば、ギア４の歯面を第１の振動型モータ１−１におけるギア２−１の歯面に圧接させることができる。これにより、外力を受けた場合でもギア２−１、２−２やギア４が回転してしまうのを抑制することができる。

なお、本実施例では、２つの振動型モータを用いた場合について説明したが、３つ以上の振動型モータを用いた場合にも本発明を適用することができる。ここで、３つ以上の振動型モータを用いた場合において、先（第２のタイミング）に駆動を停止させる振動型モータの数をＡとし、後（第１のタイミング）に駆動を停止させる振動型モータの数をＢとするとき、「Ａ≧Ｂ」の関係式を満たすように設定する。

ＡがＢよりも少ない場合には、停止状態にある振動型モータの保持トルクが、駆動状態にある振動型モータの駆動力よりも小さくなり、停止状態にある振動型モータが回転してしまうおそれがある。そこで、上述した設定とすることで、停止状態にある振動型モータが、駆動状態にある振動型モータによって回転してしまうのを抑制することができる。

一方、図４に示す動作は、プログラムに基づいてコンピュータに実行させることができる。このプログラムは、ハードディスク、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＯＭ、フレキシブルディスク、ＤＶＤディスク、光ディスク、光磁気ディスク、磁気テープ、不揮発性のメモリカード、ＩＣカード、ＲＯＭ、ＲＡＭなどの記録媒体に記録しておくことができる。

本発明の実施例１である駆動装置の構成を示す図である。 実施例１における振動型モータの駆動停止方法を示す図である。 実施例１の駆動装置における動力伝達機構の一部の構成を示す図である。 実施例１における振動型モータの駆動制御を示すフローチャートである。 従来における振動型モータの駆動停止方法を示す図である。

符号の説明

１−１、１−２：振動型モータ
２−１、２−２：ギア
３：ロータリエンコーダ
７：パルス計数判別回路
８：駆動コントロール回路
９：被駆動部材

Claims (5)

1. 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を発生する振動体と、該振動体に接触する接触体を備えた、複数の振動型モータと、
   これら振動型モータからの駆動力を合成して被駆動部材に伝達する動力伝達機構と、
   前記各振動型モータの駆動を制御する制御手段とを有し、
   前記複数の振動型モータの接触体と前記動力伝達機構は互いのギアで噛み合い、
   前記制御手段は、前記複数の振動型モータのうち一部の振動型モータの駆動を停止させた後、少なくとも前記動力伝達機構の最大の機械的不感帯量に相当する量だけ他の振動型モータを駆動することを特徴とする駆動装置。
2. 前記一部の振動型モータの駆動位置を検出する位置検出手段を有することを特徴とする請求項１に記載の駆動装置。
3. 前記制御手段は、前記複数の振動型モータのうち、第１のタイミングで駆動を停止させる振動型モータの数を、前記第１のタイミングよりも前の第２のタイミングで駆動を停止させる振動型モータの数よりも少なくすることを特徴とする請求項１または２に記載の駆動装置。
4. 請求項１から３のいずれか１つに記載の駆動装置と、
   該駆動装置からの駆動力を受けて動作する被駆動部材とを有することを特徴とする装置。
5. 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を発生する振動体と、該振動体に接触する接触体を備えた、複数の振動型モータと、これら振動型モータからの駆動力を合成して被駆動部材に伝達する動力伝達機構とを有し、前記複数の振動型モータの接触体と前記動力伝達機構は互いのギアで噛み合う駆動装置に適用され、前記各振動型モータの駆動を制御する制御方法であって、
   前記複数の振動型モータのうち一部の振動型モータの駆動を停止させる第１ステップと、
   該第１ステップの後、少なくとも前記動力伝達機構の最大の機械的不感帯量に相当する量だけ他の振動型モータを駆動する第２ステップとを有することを特徴とする制御方法。