JP4732623B2 - Ultrasonic motor and electronic device equipped with ultrasonic motor - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、超音波モータ及び超音波モータを備えた電子機器に関し、特に超音波モータの位置決め制御に関する。
【0002】
【従来の技術】
超音波モータは、圧電体が接合された振動体と、移動体と、前記移動体を前記振動体に加圧接触する加圧手段と、前記圧電体に高周波電圧を印加する電極と、前記高周波電圧を発生させる発振駆動回路とから構成され、前記圧電体の伸縮運動により前記振動体に発生する振動波によって前記移動体を摩擦駆動するものである。
【0003】
超音波モータには、低速で高トルクを有する、無通電時に大きな保持トルクを有する、応答性と制御性が高い、磁気作用がない、小型軽量化が可能である、作動音が極めて小さいという数々の特長がある。このため、超音波モータは、各種電子機器の位置決め手段の駆動源としての利用が可能である。例えば、一定角度の動きを制御する指示装置、ミラーの角度制御、情報機器のピックアップ(ヘッド)の駆動等に利用可能である。
【0004】
ところで、超音波モータの位置決めは、目標位置が設定された制御部と、超音波モータの振動体で駆動される移動体の現在位置を検出する位置センサとによって行われる。移動体がロータの場合、位置センサはロータに取り付けられたエンコーダである。従来の超音波モータの位置決め動作は、例えば図4の如くである。即ち、図4において、制御部は移動体の現在位置が目標位置に達した否かを監視し(201)、移動体の現在位置が目標位置に達した場合には直ちに停止指令を発し(202)、基準待機期間であるt時間だけ待機する(203)。t時間経過した時点で制御部は移動体の現在位置が目標位置にあるか否かを調べる(204)。
【0005】
図4のステップ204で、移動体の現在位置が目標位置に一致していないと判断した場合には、制御部は移動体を逆転させ(205)、最初のステップ201に戻る。以後、ステップ202から204までの動作を繰り返す。逆転動作を繰り返す毎に目標位置からの移動量、即ちオーバーシュート量は少なくなり、或る時間経過すると移動体の現在位置は目標位置に収束する。このような状態になると、即ちステップ204で移動体の現在位置が目標位置に一致していると判断されると、制御部は超音波モータの位置補正動作を終了すると共に、駆動電源をオフにする。
【0006】
図5は超音波モータの位置決め制御の特性図で、移動体が目標位置に最初に到達した後に複数回の逆転による位置補正動作を行い、目標位置に収束している様子を示している。なお、(A)は位置補正時のPWM周波数が100Hzの場合、(B)はPWM周波数が1000Hzの場合、(C)はPWM周波数が10000Hzの場合の夫々の特性図である。図5に示す如く、超音波モータの位置決め制御において、PWM周波数によって、位置決め開始から移動体が目標位置に最初に到達するまでの時間、逆転動作回数、オーバーシュート量、整定時間は異なっている。しかしながら、共通していることは、オーバーシュート量は逆転を繰り返す毎に少なくなることである。
【0007】
上述の如く、従来の超音波モータの位置決め制御においては、移動体の現在位置が目標位置に達した場合には直ちに停止指令を発し、基準待機期間であるt時間だけ待機した時点で制御部は移動体の現在位置が目標位置にあるか否かを判定するものである。ところが、基準待機期間は一定のt時間であるために、整定時間を短縮できないという問題がある。
【0008】
即ち、基準待機期間tを短くすると、慣性や残留振動による移動体の動きが未だ小さくない段階で逆転指令を発することになり、逆転のタイミングが早すぎてオーバーシュート量が大きくなる。このため、逆転の回数が増加して整定時間は長くなってしまう。このような状況は、最初の停止指令が発せられた段階、及びその後の数回の停止指令が発せられた段階で起こる。また、基準待機期間tを短くすると、移動体の現在位置が目標位置にあると判定した後に、残留振動等で移動体が位置ずれして正確な位置決めができなくなる事態も発生する。逆に、基準待機期間tを長くすると、逆転のタイミングが遅すぎて無駄な時間を費やすことになり、結果的に整定時間は長くなってしまう。このような状況は、収束が近くなった段階で起こる。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
解決しようとする課題は、超音波モータの位置決め制御において、正確な位置決めを実現すること、及び整定時間を短縮することである。
【0010】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する超音波モータは、圧電体が接合された振動体と、前記振動体の振動により移動する移動体と、前記移動体を前記振動体に加圧接触させる加圧手段と、前記圧電体に高周波電圧を印加する電極と、前記高周波電圧を発生させる発振駆動回路と、前記移動体の位置信号を発生する位置センサと、指令信号を前記発振駆動回路に与えて前記圧電体への高周波電圧の印加を制御してモータの起動/停止及び正転若しくは逆転を行わせる制御部とから構成され、前記位置信号を監視して予め入力されている目標位置に前記移動体の位置が一致するように制御され、且つ、前記移動体が基準待機期間にわたって目標位置にあると判定した場合には前記高周波電圧の供給が停止される超音波モータであって、その特徴は前記基準待機期間を分割した分割基準待機期間毎に前記判定を行うようにしたことである。
【0011】
前記基準待機期間は、予め定められた時間間隔であって、前記移動体の位置が目標値に到達し前記制御部が停止指令を発した時刻をスタート時刻とするものである。
【0012】
前記分割基準待機期間は、前記分割基準待機期間が不均等に分割されたものである。また、前記分割基準待機期間は、目標位置までの前記移動体の移動量が短いほど短く設定されるものである。更に、前記分割基準待機期間は、停止指令が発せられる直前の前記移動体の速度が遅いほど短く設定されるものである。更にまた、前記分割基準待機期間は、最初が最短、最後が最長、最初と最後の間は順に時間間隔が長くなるように設定されるものである。
【0013】
更に、上記課題を解決する超音波モータを備える電子機器は、その超音波モータを請求項1に記載する如く構成したものである。
【0014】
【発明の実施の形態】
図1は、本発明の一実施形態の超音波モータをブロック図で示したものである。即ち、図1に示す超音波モータは、圧電体22が接合された振動体23、振動体23の振動によって時計方向又は反時計方向に回転するように配置された移動体24、移動体24を振動体23に加圧接触させる加圧手段25、圧電体22に高周波電圧を印加する一対の電極21a並びに21b、前記高周波電圧を発生させる発振駆動回路10とを有する。電極21aは時計方向回転用で、電極21bは反時計方向回転用である。
【0015】
発振駆動回路10は、抵抗13、抵抗14、コンデンサ15、コンデンサ16を含む。更に、発振駆動回路10は、起動/停止用インバータ11、時計方向回転用バッファ12a、反時計方向回転用バッファ12bを有する。図1に示す発振駆動回路は、これらの回路素子と、振動子としての圧電体22とによってコルピッツ発振回路型の自励発振回路を構成している。なお、この自励発振回路については、精密工学会誌(第64巻第8号、第1117頁から1121頁)に記載された論文「自励振駆動を用いた超小型超音波モータの開発」に詳細に開示されている。
【0016】
位置センサ30は、例えばエンコーダであって、移動体24の現在位置を常時検出し、その出力信号を制御部40に与える。制御部40には、図示されていない入力手段によって、移動体24の目標位置が予め設定されている。或いは、制御部40には、図示されていない外部装置から、移動体24の目標位置が常時入力されている。このようにして入力された目標位置と、位置センサからの現在位置とを比較して、移動体24の現在位置が目標位置に常に一致するように位置決め制御するのが制御部40である。
【0017】
上述の位置決め制御は、制御部40から発振駆動回路10に制御指令信号を与えることによって行われている。制御指令信号は、起動指令又は停止指令信号、時計方向回転指令信号、及び反時計方向回転指令信号であって、これらは起動/停止用インバータ11、時計方向回転用バッファ12a、反時計方向回転用バッファ12bに夫々与えられる。制御指令信号はON/OFF信号である。
【0018】
なお、起動/停止用インバータ11、時計方向回転用バッファ12a、反時計方向回転用バッファ12bは、いずれも入力端子と出力端子に加えて制御端子を有し、制御端子に入力される制御信号によって出力端子をHIGH、LOWの2つの電圧を出力できる他に、入力端子と出力端子間を高インピーダンス状態にすることができるトライステート構成若しくはスリーステート構成のIC等の回路部品である。
【0019】
図2は、図1の超音波モータの主要部の縦断面図である。図2において、移動体24は軸27に軸受28を介して回転自在に支持されたロータである。軸27はモータ基板29に立設されており、円盤状の振動体23は軸27に同軸にして固着されている。円盤状の振動体23の上面には複数の突起26が一体に形成されており、且つ、その下面には圧電体22が接合されている。圧電体22の下面には所定の電極パターンに形成された一対の電極板、即ち時計方向回転用電極21aと反時計方向回転用電極21bとが配置されている。圧電体22の上面側の共通電極板としても機能する振動体23は軸27を介して共通電極21cに電気的に接続されている。加圧手段であるバネ25はロータ24を振動体23の方に押し付け、ロータ24の下面を複数の突起26の上端面に圧接させる。
【0020】
このような構成の超音波モータにおいて、高周波電圧が時計方向回転用電極21a又は反時計方向回転用電極21bと共通電極21cとの間に印加されると、圧電体22の伸縮運動によって周期的な振動が振動体23に発生する。この周期的な振動は定在波であって、バネ25で複数の突起26に圧接されているロータ24には、振動体23の周期的な振動が動力として伝えられる。
【0021】
所定の電極パターンと所定の間隔と配置で形成された複数の突起26の作用によって、振動体23に発生する振動波によってロータ24を摩擦駆動し、時計方向又は反時計方向に回転させる。即ち、高周波電圧が時計方向回転用電極21aと共通電極21cとの間に印加されるとロータ24は時計方向に回転し、高周波電圧が反時計方向回転用電極21bと共通電極21cとの間に印加されるとロータ24は反時計方向に回転する。このような定在波型超音波モータの構成と動作については、特開平11−55971号公報等に開示されているので、詳細な説明は省略する。
【0022】
なお、図2には位置センサ30の一実施例が示されている。この位置センサ30は、円盤状のエンコーダスケール31、発光素子32及び受光素子33とを有するエンコーダである。円盤状のエンコーダスケール31には多数のスリット34が円周方向に等間隔に形成されている。スリット34の本数は、位置決め制御において必要とされる分解能に対応した数である。円盤状のエンコーダスケール31は、ロータ24の上面に貼り付けられて配置されている。発光素子32と受光素子33は、スリット34を光ビームが通過するような位置に配置されて、円盤状のエンコーダスケール31を挟んでモータ基板29に取付けられている。
【0023】
図1及び図2に示した如き構成の超音波モータにおいて、その位置決め制御は図3のフローチャートに従って行われる。即ち、制御部40は位置センサ30からの現在の位置信号を受信して、移動体24の現在位置が目標位置か否かを監視している(101)。移動体24の現在位置が目標位置に達したことを検出した場合、制御部40は停止指令を発生し(102)、発振駆動回路10のインバータ11の制御端子にOFFの制御信号を与える。続いて、制御部40はt1時間だけ待機し(103)、t1時間が経過した時点で移動体24の現在位置が目標位置にあるか否かを判定する(104)。t1時間は第1分割基準待機時間である。
【0024】
ステップ104で移動体24の現在位置が目標位置をオーバーしていると判定したときは、制御部40は移動体24を逆転し(109)、目標位置方向に移動させる。この場合の逆転は、制御部40が停止指令を解除してインバータ11の制御端子にONの制御信号を与え、且つ制御部40が逆転指令を発してバッファ12a、バッファ12bの夫々の制御端子への制御信号を切替えることによって行われる。
【0025】
ステップ104で移動体24の現在位置が目標位置にあると判定したときは、制御部40は更にt2時間だけ待機し(105)、t2時間が経過した時点で移動体24の現在位置が目標位置にあるか否かを再度判定する(106)。なお、第2分割基準待機期間t2は第1分割基準待機期間t1よりも長く設定されている。
【0026】
ステップ106で移動体24の現在位置が目標位置をオーバーしていると判定したときは、制御部40は移動体24を逆転し(109)、目標位置方向に移動させる。この場合の逆転は、制御部40が停止指令を解除してインバータ11の制御端子にONの制御信号を与え、且つ制御部40が逆転指令を発してバッファ12a、バッファ12bの夫々の制御端子への制御信号を切替えることによって行われる。
【0027】
ステップ106で移動体24の現在位置が目標位置にあると判定したときは、制御部40は更にt3時間だけ待機し(107)、t3時間が経過した時点で移動体24の現在位置が目標位置にあるか否かを再々度判定する(108)。なお、第3分割基準待機期間t3は第2分割基準待機期間t2よりも長く設定されている。
【0028】
ステップ108で移動体24の現在位置が目標位置をオーバーしていると判定したときは、制御部40は移動体24を逆転し(109)、目標位置方向に移動させる。この場合の逆転は、制御部40が停止指令を解除してインバータ11の制御端子にONの制御信号を与え、且つ制御部40が逆転指令を発してバッファ12a、バッファ12bの夫々の制御端子への制御信号を切替えることによって行われる。
【0029】
ステップ108で移動体24の現在位置が目標位置にあると判定したときは、制御部40は位置補正動作を終了し、駆動電源をオフにする。このようにして、本発明による位置決め動作を終了する。そして、次に新たな目標位置が入力されるまで、制御部40は待機する。
【0030】
本発明においては、停止指令が発せられてから第1分割基準待機期間t1が経過した時点と第2分割基準待機期間t2が経過した時点は勿論のこと、第3分割基準待機期間t3が経過した時点でも、移動体24の現在位置が目標位置にあることを確認したのである。そして、第1分割基準待機期間t1、第2分割基準待機期間t2、第3分割基準待機期間t3の合計期間である基準待機期間tは、対象とする超音波モータの位置決め特性によって最適の時間間隔として設定されている。即ち、基準待機期間tは、従来の超音波モータの位置決め制御において最も望ましい時間間隔と略同じに設定されている。そして、分割基準待機期間は、目標位置までの移動体24の移動量が短いほど短く設定されるものである。更に、分割基準待機期間は、停止指令が発せられる直前の前記移動体の速度が遅いほど短く設定されるものである。これは、移動量が短い場合や速度が遅い場合には移動体のオーバーシュート量が小さく、停止までの時間が短くて済むという理由に基づく。これらを基にして、基準待機期間tは数ミリ秒から数100マイクロ秒の範囲で最適なものが選定される。
【0031】
以上詳細に説明した通り、本発明に係る超音波モータの位置決め制御においては、移動体24が目標位置に達し、その位置を安定して保持し続けているとの判定を基準待機期間tが経過した時点で行うと共に、位置補正のための逆転を要するか否かの判定を基準待機期間tを分割した複数の分割基準待機期間毎に行うようにしたものである。そして、複数の分割基準待機期間は、最初が最短、最後が最長、最初と最後の間は順に時間間隔が長く設定される。このように、位置補正のための逆転を要するか否かの判定を基準待機期間tの間に複数回行うようにしているので、無駄な待機時間がなくなり、位置決め制御における整定時間が短縮された。また、最適な時間間隔の基準待機期間tが経過した時点で、移動体24が目標位置を安定して保持し続けているとの判定を行うものであるから、より正確な位置決めが可能になった。
【0032】
なお、本発明において、制御部40はCPUで構成できることは勿論であるが、安価なロジック回路素子を用いても構成できることが本発明の特徴である。この場合、分割基準待機期間の設定手段も、ロジック回路素子を用いて構成される。また、本発明は定在波型超音波モータに限定して適用されるものではなく、進行波型超音波モータ等にも適用できることは勿論である。また、発振駆動回路10は自励発振回路を用いたものに限らず他励発振回路を用いたものでもよいことは勿論である。
【0033】
【発明の効果】
本発明により、正確な位置決めが可能で、且つ整定時間の短縮が可能な超音波モータが提供された。また、位置決め制御用の制御部をロジック回路素子を用いて構成できるので、コスト低減も可能となった。更に、このような超音波モータを位置決め制御用駆動源として採用した電子機器は、その位置決め精度の向上と整定時間の短縮が実現された。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態の超音波モータのブロック回路図である。
【図2】図1の超音波モータの主要部の縦断面図である。
【図3】本発明に係る超音波モータの位置決め動作のフローチャートの一例である。
【図4】従来の超音波モータの位置決め動作のフローチャートである。
【図5】超音波モータの位置補正時のオーバーシュートと整定時間を示した特性曲線である。
【符号の説明】
10 発振駆動回路
11 インバータ
12a 時計方向回転用バッファ
12b 反時計方向回転用バッファ
13、14 抵抗
15、16 コンデンサ
21a 時計方向回転用電極
21b 反時計方向回転用電極
21c 共通電極
22 圧電体
23 振動体
24 移動体又はロータ
25 加圧手段又はバネ
26 突起
27 軸
28 軸受
29 モータ基板
30 位置センサ
31 エンコーダスケール
32 発光素子
33 受光素子
34 スリット
40 制御部
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an ultrasonic motor and an electronic device including the ultrasonic motor, and more particularly to positioning control of the ultrasonic motor.
[0002]
[Prior art]
The ultrasonic motor includes a vibrating body to which a piezoelectric body is bonded, a moving body, a pressing unit that pressurizes and contacts the moving body to the vibrating body, an electrode that applies a high frequency voltage to the piezoelectric body, and the high frequency And an oscillation drive circuit that generates a voltage, and frictionally drives the movable body by a vibration wave generated in the vibration body by the expansion and contraction of the piezoelectric body.
[0003]
Ultrasonic motors have high torque at low speed, large holding torque when no current is applied, high responsiveness and controllability, no magnetic action, small size and light weight, and extremely low operating noise. There are features. For this reason, the ultrasonic motor can be used as a drive source for positioning means of various electronic devices. For example, the present invention can be used for a pointing device that controls movement at a certain angle, mirror angle control, and driving of a pickup (head) of an information device.
[0004]
By the way, the positioning of the ultrasonic motor is performed by a control unit in which a target position is set and a position sensor that detects a current position of a moving body driven by a vibrating body of the ultrasonic motor. When the moving body is a rotor, the position sensor is an encoder attached to the rotor. The positioning operation of the conventional ultrasonic motor is, for example, as shown in FIG. That is, in FIG. 4, the control unit monitors whether or not the current position of the moving body has reached the target position (201), and issues a stop command immediately when the current position of the moving body reaches the target position (202). ), And waits for time t which is a reference waiting period (203). When t time elapses, the control unit checks whether the current position of the moving body is at the target position (204).
[0005]
If it is determined in step 204 of FIG. 4 that the current position of the moving body does not match the target position, the control unit reverses the moving body (205) and returns to the first step 201. Thereafter, the operations from step 202 to 204 are repeated. Each time the reverse rotation operation is repeated, the amount of movement from the target position, that is, the amount of overshoot decreases, and the current position of the moving body converges to the target position after a certain period of time. In this state, that is, when it is determined in step 204 that the current position of the moving body matches the target position, the control unit ends the position correction operation of the ultrasonic motor and turns off the drive power supply. To do.
[0006]
FIG. 5 is a characteristic diagram of the positioning control of the ultrasonic motor, and shows how the moving body converges to the target position after performing the position correction operation by a plurality of reverse rotations after reaching the target position for the first time. (A) is a characteristic diagram when the PWM frequency at the time of position correction is 100 Hz, (B) is a characteristic diagram when the PWM frequency is 1000 Hz, and (C) is a characteristic diagram when the PWM frequency is 10,000 Hz. As shown in FIG. 5, in the positioning control of the ultrasonic motor, the time from the start of positioning until the moving body first reaches the target position, the number of reverse operations, the amount of overshoot, and the settling time differ depending on the PWM frequency. However, what is common is that the amount of overshoot decreases every time reverse rotation is repeated.
[0007]
As described above, in the conventional ultrasonic motor positioning control, when the current position of the moving body reaches the target position, a stop command is issued immediately, and when the controller waits for the reference standby period t time, It is determined whether or not the current position of the moving body is at the target position. However, since the reference standby period is a fixed t time, there is a problem that the settling time cannot be shortened.
[0008]
That is, if the reference waiting period t is shortened, a reverse rotation command is issued at a stage where the movement of the moving body due to inertia or residual vibration is not yet small, and the timing of reverse rotation is too early and the amount of overshoot increases. For this reason, the number of reverse rotations increases and the settling time becomes longer. Such a situation occurs at the stage where the first stop command is issued and at the stage where several stop commands are issued thereafter. In addition, if the reference waiting period t is shortened, after the mobile object is determined to be at the target position, the mobile object may be misaligned due to residual vibration or the like, and accurate positioning may not be performed. Conversely, if the reference waiting period t is lengthened, the reverse rotation timing is too late and a wasteful time is consumed, resulting in an increase in the settling time. Such a situation occurs when convergence is near.
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
The problem to be solved is to achieve accurate positioning and shorten the settling time in the positioning control of the ultrasonic motor.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
Ultrasonic motor for solving the above problems includes a vibrating member which the piezoelectric element is bonded, and a movable body that moves Ri by the vibration of the vibrating member, and pressure means for pressing contact with the moving body to the vibrator An electrode for applying a high-frequency voltage to the piezoelectric body, an oscillation drive circuit for generating the high-frequency voltage, a position sensor for generating a position signal of the moving body, and a command signal to the oscillation drive circuit to provide the piezoelectric body A control unit that controls the application of a high-frequency voltage to the motor to start / stop the motor and perform normal rotation or reverse rotation. And an ultrasonic motor that stops the supply of the high-frequency voltage when it is determined that the moving body is at the target position for a reference standby period, the feature of which is the reference standby period Lies in that to perform said determination for each divided divided reference waiting period.
[0011]
The reference standby period is a predetermined time interval, and a time when the position of the moving body reaches a target value and the control unit issues a stop command is set as a start time.
[0012]
The division reference standby period is obtained by unevenly dividing the division reference standby period. The division reference waiting period is set to be shorter as the moving amount of the moving body to the target position is shorter. Furthermore, the division reference waiting period is set to be shorter as the speed of the moving body immediately before the stop command is issued is lower. Furthermore, the division reference waiting period is set such that the first is the shortest, the last is the longest, and the time interval is increased in order between the first and last.
[0013]
Furthermore, an electronic apparatus provided with an ultrasonic motor that solves the above-described problems is configured by configuring the ultrasonic motor as described in claim 1.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 is a block diagram showing an ultrasonic motor according to an embodiment of the present invention. That is, the ultrasonic motor shown in FIG. 1 includes a vibrating body 23 to which a piezoelectric body 22 is bonded, a moving body 24 arranged to rotate clockwise or counterclockwise by the vibration of the vibrating body 23, and the moving body 24. A pressurizing unit 25 that pressurizes and contacts the vibrating body 23, a pair of electrodes 21 a and 21 b that apply a high-frequency voltage to the piezoelectric body 22, and an oscillation drive circuit 10 that generates the high-frequency voltage. The electrode 21a is for clockwise rotation, and the electrode 21b is for counterclockwise rotation.
[0015]
The oscillation drive circuit 10 includes a resistor 13, a resistor 14, a capacitor 15, and a capacitor 16. Further, the oscillation drive circuit 10 includes a start / stop inverter 11, a clockwise rotation buffer 12a, and a counterclockwise rotation buffer 12b. The oscillation drive circuit shown in FIG. 1 constitutes a Colpitts oscillation circuit type self-oscillation circuit by these circuit elements and the piezoelectric body 22 as a vibrator. The self-oscillation circuit is described in detail in the paper “Development of Ultra-Small Ultrasonic Motor Using Self-Excited Drive” described in the Journal of Precision Engineering (Vol. 64, No. 8, pp. 1117 to 1121). Is disclosed.
[0016]
The position sensor 30 is an encoder, for example, and constantly detects the current position of the moving body 24 and gives an output signal to the control unit 40. In the control unit 40, the target position of the moving body 24 is set in advance by input means (not shown). Alternatively, the target position of the moving body 24 is always input to the control unit 40 from an external device (not shown). The control unit 40 controls the positioning so that the current position of the moving body 24 always matches the target position by comparing the target position input in this way with the current position from the position sensor.
[0017]
The positioning control described above is performed by giving a control command signal from the control unit 40 to the oscillation drive circuit 10. The control command signals are a start command or stop command signal, a clockwise rotation command signal, and a counterclockwise rotation command signal, which are a start / stop inverter 11, a clockwise rotation buffer 12a, and a counterclockwise rotation command. Each is given to the buffer 12b. The control command signal is an ON / OFF signal.
[0018]
Note that each of the start / stop inverter 11, the clockwise rotation buffer 12a, and the counterclockwise rotation buffer 12b has a control terminal in addition to an input terminal and an output terminal, and a control signal input to the control terminal. In addition to being able to output two voltages of HIGH and LOW at the output terminal, it is a circuit component such as an IC having a tri-state configuration or a three-state configuration capable of bringing the input terminal and the output terminal into a high impedance state.
[0019]
FIG. 2 is a longitudinal sectional view of a main part of the ultrasonic motor of FIG. In FIG. 2, the moving body 24 is a rotor that is rotatably supported on a shaft 27 via a bearing 28. The shaft 27 is erected on the motor substrate 29, and the disk-shaped vibrating body 23 is fixed coaxially to the shaft 27. A plurality of protrusions 26 are integrally formed on the upper surface of the disc-shaped vibrating body 23, and the piezoelectric body 22 is bonded to the lower surface thereof. A pair of electrode plates formed in a predetermined electrode pattern, that is, a clockwise rotation electrode 21a and a counterclockwise rotation electrode 21b are disposed on the lower surface of the piezoelectric body 22. The vibrating body 23 that also functions as a common electrode plate on the upper surface side of the piezoelectric body 22 is electrically connected to the common electrode 21 c through a shaft 27. A spring 25 serving as a pressurizing unit presses the rotor 24 toward the vibrating body 23 and presses the lower surface of the rotor 24 against the upper end surfaces of the plurality of protrusions 26.
[0020]
In the ultrasonic motor having such a configuration, when a high-frequency voltage is applied between the clockwise rotation electrode 21a or the counterclockwise rotation electrode 21b and the common electrode 21c, the piezoelectric body 22 periodically expands and contracts. Vibration is generated in the vibrating body 23. This periodic vibration is a standing wave, and the periodic vibration of the vibrating body 23 is transmitted as power to the rotor 24 pressed against the plurality of protrusions 26 by the spring 25.
[0021]
By the action of the plurality of protrusions 26 formed with a predetermined electrode pattern and a predetermined interval and arrangement, the rotor 24 is frictionally driven by a vibration wave generated in the vibrating body 23 and rotated clockwise or counterclockwise. That is, when a high frequency voltage is applied between the clockwise rotation electrode 21a and the common electrode 21c, the rotor 24 rotates in the clockwise direction, and the high frequency voltage is applied between the counterclockwise rotation electrode 21b and the common electrode 21c. When applied, the rotor 24 rotates counterclockwise. Since the configuration and operation of such a standing wave type ultrasonic motor are disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-55971 and the like, detailed description thereof is omitted.
[0022]
FIG. 2 shows an embodiment of the position sensor 30. The position sensor 30 is an encoder having a disk-shaped encoder scale 31, a light emitting element 32, and a light receiving element 33. The disk-shaped encoder scale 31 has a large number of slits 34 formed at equal intervals in the circumferential direction. The number of slits 34 corresponds to the resolution required for positioning control. The disk-shaped encoder scale 31 is disposed on the upper surface of the rotor 24. The light emitting element 32 and the light receiving element 33 are disposed at a position where the light beam passes through the slit 34 and are attached to the motor substrate 29 with the disk-shaped encoder scale 31 interposed therebetween.
[0023]
In the ultrasonic motor configured as shown in FIGS. 1 and 2, the positioning control is performed according to the flowchart of FIG. That is, the control unit 40 receives the current position signal from the position sensor 30 and monitors whether the current position of the moving body 24 is the target position (101). When it is detected that the current position of the moving body 24 has reached the target position, the control unit 40 generates a stop command (102) and gives an OFF control signal to the control terminal of the inverter 11 of the oscillation drive circuit 10. Subsequently, the control unit 40 waits for t1 time (103), and determines whether or not the current position of the moving body 24 is at the target position when t1 time elapses (104). The time t1 is the first division reference standby time.
[0024]
If it is determined in step 104 that the current position of the moving body 24 exceeds the target position, the control unit 40 reverses the moving body 24 (109) and moves it in the target position direction. In this case, the controller 40 cancels the stop command and gives an ON control signal to the control terminal of the inverter 11, and the controller 40 issues a reverse command to the respective control terminals of the buffers 12a and 12b. This is done by switching the control signal.
[0025]
When it is determined in step 104 that the current position of the moving body 24 is at the target position, the control unit 40 further waits for t2 hours (105), and when the time t2 has elapsed, the current position of the moving body 24 becomes the target position. It is determined again whether or not (106). The second division reference standby period t2 is set longer than the first division reference standby period t1.
[0026]
When it is determined in step 106 that the current position of the moving body 24 exceeds the target position, the control unit 40 reverses the moving body 24 (109) and moves it in the target position direction. In this case, the controller 40 cancels the stop command and gives an ON control signal to the control terminal of the inverter 11, and the controller 40 issues a reverse command to the respective control terminals of the buffers 12a and 12b. This is done by switching the control signal.
[0027]
When it is determined in step 106 that the current position of the moving body 24 is at the target position, the control unit 40 further waits for t3 hours (107), and when the time t3 has elapsed, the current position of the moving body 24 is changed to the target position. It is determined again whether it is in (108). The third division reference standby period t3 is set longer than the second division reference standby period t2.
[0028]
When it is determined in step 108 that the current position of the moving body 24 exceeds the target position, the control unit 40 reverses the moving body 24 (109) and moves it in the target position direction. In this case, the controller 40 cancels the stop command and gives an ON control signal to the control terminal of the inverter 11, and the controller 40 issues a reverse command to the respective control terminals of the buffers 12a and 12b. This is done by switching the control signal.
[0029]
When it is determined in step 108 that the current position of the moving body 24 is at the target position, the control unit 40 ends the position correction operation and turns off the drive power supply. In this way, the positioning operation according to the present invention is completed. And the control part 40 waits until a new target position is input next.
[0030]
In the present invention, not only when the first division reference waiting period t1 has elapsed since the stop command was issued and when the second division reference waiting period t2 has elapsed, the third division reference waiting period t3 has elapsed. Even at the time, it is confirmed that the current position of the moving body 24 is at the target position. The reference waiting period t, which is the total period of the first divided reference waiting period t1, the second divided reference waiting period t2, and the third divided reference waiting period t3, is an optimum time interval depending on the positioning characteristics of the target ultrasonic motor. Is set as That is, the reference standby period t is set to be approximately the same as the most desirable time interval in the conventional ultrasonic motor positioning control. The division reference waiting period is set to be shorter as the moving amount of the moving body 24 to the target position is shorter. Furthermore, the division reference waiting period is set shorter as the speed of the moving body immediately before the stop command is issued is lower. This is based on the reason that the amount of overshoot of the moving body is small when the moving amount is short or the speed is low, and the time until stopping is short. Based on these, the optimum reference waiting period t is selected in the range of several milliseconds to several hundred microseconds.
[0031]
As described above in detail, in the positioning control of the ultrasonic motor according to the present invention, the reference waiting period t elapses to determine that the moving body 24 has reached the target position and keeps the position stably. At the same time, it is determined whether or not reversal for position correction is necessary for each of a plurality of divided reference standby periods obtained by dividing the reference standby period t. In the plurality of division reference waiting periods, the first is the shortest, the last is the longest, and the time interval is set to be longer between the first and last. As described above, since it is determined whether or not reverse rotation for position correction is necessary, during the reference standby period t, useless standby time is eliminated and settling time in positioning control is shortened. . Further, when the reference waiting period t of the optimal time interval has elapsed, it is determined that the moving body 24 keeps the target position stably, so that more accurate positioning is possible. It was.
[0032]
In the present invention, the control unit 40 can of course be configured by a CPU, but it is also a feature of the present invention that it can be configured using inexpensive logic circuit elements. In this case, the setting means for the division reference standby period is also configured using the logic circuit elements. Further, the present invention is not limited to the standing wave type ultrasonic motor, but can of course be applied to a traveling wave type ultrasonic motor or the like. Of course, the oscillation drive circuit 10 is not limited to one using a self-excited oscillation circuit, but may be one using a separately-excited oscillation circuit.
[0033]
【The invention's effect】
According to the present invention, an ultrasonic motor capable of accurate positioning and shortening the settling time is provided. In addition, since the control unit for positioning control can be configured using logic circuit elements, the cost can be reduced. Furthermore, an electronic device employing such an ultrasonic motor as a positioning control drive source has been improved in positioning accuracy and shortened settling time.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block circuit diagram of an ultrasonic motor according to an embodiment of the present invention.
2 is a longitudinal sectional view of a main part of the ultrasonic motor of FIG. 1. FIG.
FIG. 3 is an example of a flowchart of the positioning operation of the ultrasonic motor according to the present invention.
FIG. 4 is a flowchart of a positioning operation of a conventional ultrasonic motor.
FIG. 5 is a characteristic curve showing the overshoot and settling time when correcting the position of the ultrasonic motor.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Oscillation drive circuit 11 Inverter 12a Clockwise rotation buffer 12b Counterclockwise rotation buffer 13, 14 Resistance 15, 16 Capacitor 21a Clockwise rotation electrode 21b Counterclockwise rotation electrode 21c Common electrode 22 Piezoelectric body 23 Vibration body 24 Moving body or rotor 25 Pressurizing means or spring 26 Protrusion 27 Shaft 28 Bearing 29 Motor substrate 30 Position sensor 31 Encoder scale 32 Light emitting element 33 Light receiving element 34 Slit 40 Control unit

Claims (7)

圧電体が接合された振動体と、前記振動体の振動により移動する移動体と、前記移動体を前記振動体に加圧接触させる加圧手段と、前記圧電体に高周波電圧を印加する電極と、前記高周波電圧を発生させる発振駆動回路と、前記移動体の位置信号を発生する位置センサと、指令信号を前記発振駆動回路に与えて前記圧電体への高周波電圧の印加を制御してモータの起動/停止及び正転若しくは逆転を行わせる制御部とから構成され、前記位置信号を監視して予め入力されている目標位置に前記移動体の位置が一致するように制御され、前記発振駆動回路は前記制御部から停止指令信号が入力されると前記高周波電圧の発生を停止するものであり、前記制御部は前記移動体が前記目標位置に到達し前記停止指令信号を発した時刻をスタート時刻とする基準待機時間を分割した分割基準待機期間毎に前記移動体が前記目標位置にあるかを判定し、前記移動体が前記目標位置をオーバーしていたと判定した場合には前記移動体を逆転させるとともに前記基準待機期間全体にわたって前記移動体が前記目標位置にあったと判定した場合には位置決め動作を終了することを特徴とする超音波モータ。A vibrating body to which a piezoelectric body is bonded; a moving body that moves by vibration of the vibrating body; a pressurizing unit that pressurizes and contacts the moving body to the vibrating body; and an electrode that applies a high-frequency voltage to the piezoelectric body; An oscillation drive circuit that generates the high-frequency voltage; a position sensor that generates a position signal of the moving body; and a command signal that is supplied to the oscillation drive circuit to control application of the high-frequency voltage to the piezoelectric body. And a control unit that performs start / stop and forward rotation or reverse rotation, and monitors the position signal and is controlled so that the position of the moving body coincides with a target position input in advance, and the oscillation drive circuit Is to stop the generation of the high-frequency voltage when a stop command signal is input from the control unit, and the control unit determines the time when the moving body reaches the target position and issues the stop command signal as a start time. In each divided reference waiting period obtained by dividing the reference waiting time to be determined, it is determined whether the moving body is at the target position, and when it is determined that the moving body has exceeded the target position, the moving body is reversed. In addition, when it is determined that the moving body has been at the target position over the entire reference waiting period, the positioning motor is terminated . 前記基準待機期間は予め定められた時間間隔であることを特徴とする請求項1の超音波モータ。Ultrasonic motor according to claim 1, wherein the reference waiting period is a predetermined time interval. 前記分割基準待機期間は、前記基準待機期間が不均等に分割
されたものであることを特徴とする請求項1の超音波モータ。
The ultrasonic motor according to claim 1, wherein the divided reference waiting period is an uneven division of the reference waiting period.
前記分割基準待機期間は、目標位置までの前記移動体の移動量が短いほど短く設定されるものであることを特徴とする請求項3の超音波モータ。  The ultrasonic motor according to claim 3, wherein the division reference waiting period is set to be shorter as the moving amount of the moving body to the target position is shorter. 前記分割基準待機期間は、停止指令が発せられる直前の前記移動体の速度が遅いほど短く設定されるものであることを特徴とする請求項3の超音波モータ。  The ultrasonic motor according to claim 3, wherein the division reference waiting period is set to be shorter as the speed of the moving body immediately before the stop command is issued is lower. 前記分割基準待機期間は、最初を最短、最後を最長、最初と最後の間は順に時間間隔が長くなるように設定されていることを特徴とする請求項3の超音波モータ。  The ultrasonic motor according to claim 3, wherein the division reference waiting period is set such that the first is the shortest, the last is the longest, and the time interval is longer in order between the first and last. 請求項1乃至6の何れか一つに記載の超音波モータを備えた電子機器。Electronic apparatus having an ultrasonic motor according to any one of claims 1 to 6.
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH03266269A (en) * 1990-03-15 1991-11-27 Canon Inc Information recording/reproducing device
JPH0475477A (en) * 1990-07-16 1992-03-10 Alps Electric Co Ltd Ultrasonic motor
JPH07322653A (en) * 1994-05-20 1995-12-08 Canon Inc Controller for vibration driving device
JPH0919538A (en) * 1995-07-07 1997-01-21 Canon Precision Inc Game machine and drive device of rotation display device therein
JPH09134864A (en) * 1995-11-10 1997-05-20 Nikon Corp Exposure method

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH03266269A (en) * 1990-03-15 1991-11-27 Canon Inc Information recording/reproducing device
JPH0475477A (en) * 1990-07-16 1992-03-10 Alps Electric Co Ltd Ultrasonic motor
JPH07322653A (en) * 1994-05-20 1995-12-08 Canon Inc Controller for vibration driving device
JPH0919538A (en) * 1995-07-07 1997-01-21 Canon Precision Inc Game machine and drive device of rotation display device therein
JPH09134864A (en) * 1995-11-10 1997-05-20 Nikon Corp Exposure method

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