JP6364155B2 - Control device and control method for vibration actuator - Google Patents
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Description
本発明は、例えば、超音波振動によって生成される進行波を用いてロータ(回転子)またはスライダ(直進子)等の移動体を駆動する振動アクチュエータ(例えば、超音波モータ)の制御装置および制御方法に関する。 The present invention relates to a control device and a control for a vibration actuator (for example, an ultrasonic motor) that drives a moving body such as a rotor (rotor) or a slider (linear advance) using a traveling wave generated by ultrasonic vibration, for example. Regarding the method.
従来から、振動アクチュエータの一例として、進行波を用いた回転型の超音波モータが知られている。
この超音波モータは、圧電素子とこの圧電素子が接合された円環状の弾性体とを備えた振動体(ステータ)と、円環状の移動体(ロータ)と、この移動体を前記振動体に加圧接触させる加圧手段と、前記圧電素子に駆動信号(高周波電圧)を印加する電極とを備えて構成されている。
そして、この超音波モータは、圧電素子に駆動信号を印加することで生じる圧電素子の伸縮運動によって振動体に進行波を生じさせ、この進行波によって移動体を摩擦駆動する。
また、前記進行波は、圧電素子に時間的位相が90°異なる二相の駆動信号を印加することにより発生する波が相互に干渉して合成されることで生成される。
Conventionally, a rotary ultrasonic motor using traveling waves is known as an example of a vibration actuator.
The ultrasonic motor includes a vibrating body (stator) including a piezoelectric element and an annular elastic body to which the piezoelectric element is bonded, an annular moving body (rotor), and the moving body as the vibrating body. A pressurizing means for pressurizing contact and an electrode for applying a drive signal (high frequency voltage) to the piezoelectric element are provided.
The ultrasonic motor generates a traveling wave in the vibrating body by the expansion and contraction motion of the piezoelectric element generated by applying a driving signal to the piezoelectric element, and frictionally drives the moving body by the traveling wave.
In addition, the traveling wave is generated by synthesizing waves generated by applying two-phase driving signals having a temporal phase difference of 90 ° to the piezoelectric element.
ところで、上述した超音波モータの用途によっては、例えば、デジタルカメラ等における動画撮影時のウォブリング動作のように移動体の間欠駆動(起動・停止)を継続して繰り返すことがある。 By the way, depending on the use of the above-described ultrasonic motor, for example, intermittent driving (starting / stopping) of the moving body may be continuously repeated like a wobbling operation at the time of moving image shooting in a digital camera or the like.
このような超音波モータの間欠駆動において、超音波モータが駆動状態から停止状態に移行する場合、上述した二相の駆動信号が瞬時に遮断されて、振動体の振動が収まると、浮遊状態にあった移動体が加圧手段の加圧力によって振動体にたたきつけられるため、超音波モータの停止時に雑音や振動が発生するといった問題があった。 In such intermittent driving of the ultrasonic motor, when the ultrasonic motor shifts from the driving state to the stopped state, the above-described two-phase driving signal is instantaneously interrupted, and the vibration of the vibrating body is settled. There is a problem that noise and vibration are generated when the ultrasonic motor is stopped because the moving body is struck against the vibrating body by the pressure applied by the pressurizing means.
また、超音波モータが停止状態から駆動状態に移行する場合、すなわち、超音波モータの起動時に上述した二相の駆動信号が印加される瞬間に、加圧手段の加圧力によって振動体に圧接していた移動体が進行波によって瞬時に浮遊するため、雑音が発生するといった問題があった。 Further, when the ultrasonic motor shifts from the stopped state to the driving state, that is, at the moment when the above-described two-phase driving signal is applied at the time of starting the ultrasonic motor, it is pressed against the vibrating body by the pressing force of the pressurizing means. There was a problem that noise was generated because the moving body was floating by the traveling wave instantly.
本発明は、例えば超音波モータ等の振動アクチュエータの間欠駆動において、停止時の雑音や振動の発生並びに起動時の雑音の発生を抑えることができる振動アクチュエータの制御装置および制御方法を提供することにある。 The present invention provides a control device and a control method for a vibration actuator that can suppress generation of noise and vibration at the time of stopping and generation of noise at the time of start-up in intermittent driving of a vibration actuator such as an ultrasonic motor. is there.
このような目的を達成するため、第1の本発明は、位相が異なる二相の駆動信号を印加することにより進行波を発生する円環状の振動体と、前記進行波により駆動する円環状の移動体とを備えた振動アクチュエータの制御装置において、前記二相の駆動信号の印加を停止した後、前記振動体の振動が持続している間に、前記二相の駆動信号の印加を再開する駆動信号出力回路を備えたことを特徴とする。
第2の本発明は、第1の本発明において、前記駆動信号出力回路は、前記停止の前後で前記移動体の回転方向を反転させることを特徴とする。
第3の本発明は、位相が異なる二相の駆動信号を印加することにより進行波を発生する円環状の振動体と、前記進行波により駆動する円環状の移動体とを備えた振動アクチュエータの制御方法において、前記二相の駆動信号の印加を停止した後、前記振動体の振動が持続している間に、前記二相の駆動信号の印加を再開することで、前記移動体の停止および起動を行うことを特徴とする。
第4の本発明は、第3の本発明において、前記停止の前後で前記移動体の回転方向を反転させることを特徴とする。
In order to achieve such an object, the first aspect of the present invention provides an annular vibrator that generates a traveling wave by applying two-phase drive signals having different phases, and an annular vibrator that is driven by the traveling wave. In a vibration actuator control device comprising a moving body, after the application of the two-phase drive signal is stopped, the application of the two-phase drive signal is resumed while the vibration of the vibration body continues. A drive signal output circuit is provided.
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the drive signal output circuit reverses the rotation direction of the movable body before and after the stop.
According to a third aspect of the present invention, there is provided a vibration actuator comprising an annular vibrating body that generates a traveling wave by applying two-phase drive signals having different phases, and an annular moving body that is driven by the traveling wave. In the control method, after the application of the two-phase drive signal is stopped, the application of the two-phase drive signal is resumed while the vibration of the vibrator continues, so that the moving body is stopped and It is characterized by starting.
The fourth of the present invention, in the third invention, characterized by reversing the direction of rotation of the moving body before and after the stop.
本発明によれば、例えば、超音波モータ等の振動アクチュエータの間欠駆動において、停止時の雑音や振動の発生並びに起動時の雑音の発生を抑えることができる。 According to the present invention, for example, in the intermittent drive of a vibration actuator such as an ultrasonic motor, it is possible to suppress the generation of noise and vibration at the time of stopping and the generation of noise at the time of activation.
以下、本発明の実施形態に係る振動アクチュエータ(例えば、超音波モータ)の制御装置等について、添付図面を参照して説明する。
図2(a)に示すように、本実施形態の超音波モータ100は、回転可能に支持された出力軸2と共に回転し、この出力軸2を中心に同心円状に構成された円環状の移動体(ロータ)4と、ベース6上に配置され、出力軸2を中心に同心円状に構成された円環状の振動体(ステータ)8とを備えており、移動体4は、例えばバネ10などの加圧力によって振動体8に常時圧接された状態に維持されている。
Hereinafter, a control device of a vibration actuator (for example, an ultrasonic motor) according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
As shown in FIG. 2A, the ultrasonic motor 100 of the present embodiment rotates together with the
移動体4は、円環状のロータリング4aと、ロータリング4aのうち振動体8に対向する面に沿って円環状に設けられた摩擦材4bとを備えている。ロータリング4aは、例えばアルミ合金などで形成されている。一方、摩擦材4bは、移動体4と振動体8との圧接時に安定した摩擦力を得るためのもので、例えば合成樹脂等が用いられている。
The moving body 4 includes an
振動体8は、円環状のステータリング8aと、ステータリング8aのうちベース6に対向する面に配置された円環状の圧電体8bとを備えている。ステータリング8aには、圧電体8bが設けられた面とは反対側の部分に、周方向に沿って等間隔に複数のスリット(溝)8gが形成されており、これにより、ステータリング8aには、上記した移動体4(具体的には、摩擦材4b)に向けて突出した櫛歯8cが周方向に沿って複数形成されている。
The vibrating body 8 includes an
ステータリング8aは、例えば銅合金などで形成されている。一方、圧電体8b(圧電セラミックスとも言う)は、これに高周波電圧を印加すると、伸び縮みするといった性質(電歪)を有する素子で形成されており、ステータリング8aのうちベース6に対向する面に接合されている。
圧電体8bは、隣り合う区分が交互に厚み方向に分極されており、圧電体8bの一方の領域には電極8b1〜8b8 が区分毎に設けられており、他方の領域には電極8b9〜8b15 が区分毎に設けられている。
The
In the
なお、バネ10は、出力軸2に固定された押さえ部材12と移動体4との間に挟持された状態にあり、かかる状態において、バネ10の弾性力が移動体4に伝達され、移動体4を振動体8に向けて加圧することで、移動体4(具体的には、摩擦材4b)と振動体8(具体的には、ステータリング8aの各櫛歯8c)とは、常時圧接された状態に維持されている。
The
また、図2(b)に示すように、圧電体8bの一方の領域に設けられた電極8b1〜8b8 には、二相の電極14A,14Bのうちの電極14A(図2(b)の1点鎖線参照)が接合されており、また、圧電体8bの他方の領域の領域に設けられた電極8b9〜8b15 には、二相の電極14A,14Bのうちの電極14B(図2(b)の点線参照)が接合されている。
Further, as shown in FIG. 2B, the electrodes 8b1 to 8b8 provided in one region of the
このような構成において、二相の電極14A,14Bに時間的な位相が90°異なる駆動信号(高周波電圧)S1,S2を印加すると、ステータリング8aの各櫛歯8cの頂面に進行波が生成される。そして、バネ10によって振動体8に向けて加圧されている移動体4は、この進行波によって出力軸2を中心に回転する。
In such a configuration, when drive signals (high-frequency voltages) S1 and S2 having a temporal phase difference of 90 ° are applied to the two-
次に、二相の電極14A,14Bを介して電極8b1〜8b8 、電極8b9〜8b15 に印加する駆動信号S1,S2の駆動信号出力回路について説明する。
Next, the drive signal output circuit for the drive signals S1 and S2 applied to the electrodes 8b1 to 8b8 and the electrodes 8b9 to 8b15 via the two-
図3に示すように、本実施形態の駆動信号出力回路200は、駆動トリガ発生回路15から出力される駆動指令信号(ON指令パルス)に基づいて第1信号(例えば、SIN波)を出力する第1発振回路16と、前記駆動指令信号(ON指令パルス)に基づいて第2信号(例えば、COS波)を出力する第2発振回路18とを備えている。なお、第1発振回路16および第2発振回路18は、駆動トリガ発生回路15から出力される停止指令信号(OFF指令パルス)に基づいて、第1信号および第2信号の出力を停止するように構成されている。
As shown in FIG. 3, the drive
第1発振回路16は、第1バースト波発生回路20を介して第1出力回路22に電気的に接続されており、前記駆動信号S1は、第1出力回路22から出力される。また、第2発振回路18は、位相切替回路24を介し、さらに第2バースト波発生回路26を介して第2出力回路28に電気的に接続されており、前記駆動信号S2は、第2出力回路28から出力される。なお、第1および第2バースト波発生回路20,26は、駆動信号S1,S2の出力開始および出力停止のタイミングを超音波モータの使用目的等に応じて設定する機能を有する。
The
第1バースト波発生回路20は、カウンタ回路20aと、バースト時間設定部20bと、比較一致回路20cと、ラッチ回路20dと、スイッチ回路20eとを備えている。
カウンタ回路20aは、第1発振回路16から出力される第1信号(SIN波)を所定の閾値を最大値とする矩形のパルス波に変換し、このパルス数をカウントすることで時間を計測するものである。
バースト時間設定部20bは、駆動信号S1を出力する時間幅(以下、「S1のON時間」と称す。)および駆動信号S1の出力を停止する時間幅(以下、「S1のOFF時間」と称す。)を設定するものである。
比較一致回路20cは、カウンタ回路20aから出力される信号と、バースト時間設定部20bから出力される信号に基づき、駆動信号S1を出力するON時間の開始時にラッチ回路20dへラッチONの指令信号を出力するとともに、駆動信号S1の出力を停止するOFF時間の開始時(ON時間の終了時)にラッチ回路20dへラッチOFFの指令信号を出力する。
ラッチ回路20dは、比較一致回路20cからのラッチONの指令信号に基づきHレベルの信号をスイッチ回路20eへ出力するとともに、比較一致回路20cからのラッチOFFの指令信号に基づきLレベルの信号をスイッチ回路20eへ出力する。
スイッチ回路20eは、第1発振回路16と第1出力回路22との間で、電気的な接続をON・OFFするもので、ラッチ回路20dからの出力信号がLレベルのときに、ON状態(回路閉)を維持し、ラッチ回路20dからの出力信号がHレベルのときに、OFF状態(回路開)を維持するように構成されている。
したがって、スイッチ回路20eがON状態にときは、駆動信号S1が電極14Aに印加され、OFF状態のときは、駆動信号S1の印加が停止される。なお、スイッチ回路20eがON状態・OFF状態を繰り返す場合に、スイッチ回路20eがON状態にときに電極14Aに印加される駆動信号S1を第1のバースト波ともいう。
The first burst
The
The burst
Based on the signal output from the
The
The
Therefore, when the
第2バースト波発生回路26は、カウンタ回路26aと、バースト時間設定部26bと、比較一致回路26cと、ラッチ回路26dと、スイッチ回路26eとを備えている。
カウンタ回路26aは、第2発振回路18から出力される第2信号(COS波(位相切替回路24で位相が180°シフトした場合は、位相シフト後の波形))を所定の閾値を最大値とする矩形のパルス波に変換し、このパルス数をカウントすることで時間を計測するものである。
バースト時間設定部26bは、駆動信号S2を出力する時間幅(以下、「S2のON時間」と称す。)および駆動信号S2の出力を停止する時間幅(以下、「S2のOFF時間」と称す。)を設定するものである。
比較一致回路26cは、カウンタ回路26aから出力される信号と、バースト時間設定部26bから出力される信号に基づき、駆動信号S2を出力するON時間の開始時にラッチ回路26dへラッチONの指令信号を出力するとともに、駆動信号S2の出力を停止するOFF時間の開始時(ON時間の終了時)にラッチ回路26dへラッチOFFの指令信号を出力する。
ラッチ回路26dは、比較一致回路26cからのラッチONの指令信号に基づきHレベルの信号をスイッチ回路26eへ出力するとともに、比較一致回路26cからのラッチOFFの指令信号に基づきLレベルの信号をスイッチ回路26eへ出力する。
スイッチ回路26eは、位相切替回路24と第2出力回路28との間で、電気的な接続をON・OFFするもので、ラッチ回路26dからの出力信号がLレベルのときに、ON状態(回路閉)を維持し、ラッチ回路26dからの出力信号がHレベルのときに、OFF状態(回路開)を維持するように構成されている。
したがって、スイッチ回路26eがON状態にときは、駆動信号S2が電極14Bに印加され、OFF状態のときは、駆動信号S2の印加が停止される。なお、スイッチ回路26eがON状態・OFF状態を繰り返す場合に、スイッチ回路26eがON状態にときに電極14Bに印加される駆動信号S2を第2のバースト波ともいう。
The second burst
The
The burst
Based on the signal output from the
The
The
Therefore, when the
位相切替回路24は、第2発振回路18から出力される第2信号に対して、正相(位相0°)の出力信号または逆相(位相180°)の出力信号を切り替えて出力するものであり、正相/逆相の切り替えは、切り替え信号出力部(不図示)からの指令信号や操作スイッチ(不図示)によって行われる。
The
この位相切替回路24は、第2発振回路18からの第2信号の位相を、1波長(=180°)シフトさせることで、移動体4の回転方向R1,R2(図2(a)参照)を、正回転(CW)から逆回転(CCW)に切り替えたり、逆回転(CCW)から正回転(CW)に切り替えたりする機能を有する。
The
第1出力回路22は、スイッチ回路20eを介して入力する第1発振回路16からの第1信号を増幅して駆動信号S1として超音波モータ100の電極14Aに印加するものである。また、第2出力回路28は、スイッチ回路26eを介して入力する位相切替回路24からの第2信号を増幅して駆動信号S2として超音波モータ100の電極14Bに印加するものである。
The
次に、駆動信号出力回路200を用いた超音波モータ100の間欠駆動時の制御方法について、さらに図1(a)を加えて説明する。
本実施形態においては、超音波モータ100の間欠駆動時の「起動」および「停止」は、スイッチ回路20e,26eのON・OFFによって行われる。
Next, a control method during intermittent driving of the ultrasonic motor 100 using the drive
In the present embodiment, “starting” and “stopping” when the ultrasonic motor 100 is intermittently driven are performed by turning ON / OFF the
先ず、スイッチ回路20e,26eが共にON状態で、位相切替回路24が「正相」に設定されているものとする。この状態で、駆動トリガ発生回路15から駆動指令信号(ON指令パルス)が第1発振回路16および第2発振回路18に出力されると、第1発振回路16から出力される第1信号は、スイッチ回路20eを介して第1出力回路22に入力する。そして、この第1信号は、第1出力回路22で増幅されて駆動信号S1として電極14Aに印加される。また、第2発振回路18から出力される第2信号は、スイッチ回路26eを介して第2出力回路28に入力する。そして、この第2信号は、第2出力回路28で増幅されて駆動信号S2として電極14Bに印加される。
First, it is assumed that the
このように、電極14A,14Bに時間的な位相が90°異なる二相の駆動信号S1,S2が印加されると、ステータリング8aに進行波が生じ、この進行波によって移動体4が回転(正回転)する。
Thus, when the two-phase drive signals S1 and S2 having a temporal phase difference of 90 ° are applied to the
予め設定された「S1,S2のON時間」が経過すると、比較一致回路20c,26cは、ラッチONの指令信号をラッチ回路20d,26dに出力し、これにより、ラッチ回路20c,26dは、スイッチ回路20e,26eへHレベルの信号を出力し、スイッチ回路20e,26eは、OFF状態(回路開)となり、電極14A,14Bへの駆動信号S1,S2の印加が停止する。このため、ステータリング8aに生じていた進行波が消失して移動体4の回転が停止する。
When the preset “ON time of S1 and S2” elapses, the
次に、予め設定された「S1,S2のOFF時間」、例えば、数μsec〜数10μsecが経過すると、比較一致回路20c,26cは、ラッチOFFの指令信号をラッチ回路20d,26dに出力し、これにより、ラッチ回路20c,26dは、スイッチ回路20e,26eへLレベルの信号を出力し、スイッチ回路20e,26eは、ON状態(回路閉)となり、電極14A,14Bへの駆動信号S1,S2の印加を再開する。このため、ステータリング8aに進行波が再び生じて移動体4が回転する。
Next, when a preset “OFF time of S1 and S2”, for example, several μsec to several tens of μsec has elapsed, the
本実施形態において、「S1,S2のOFF時間」は、駆動信号S1,S2の双方の印加を同時に停止した後、ステータリング8aの振動が持続している時間(例えば、数μsec〜数10μsec)に設定されている。また、駆動信号S1,S2の双方の印加を同時に停止・再開することで、超音波モータ100の間欠駆動時の起動・停止を行うが、従来と異なる点は、駆動信号S1,S2の双方の印加を同時に停止した後、ステータリング8aの振動が持続している間に、駆動信号S1,S2の印加を同時に再開する点である。
In the present embodiment, the “OFF time of S1 and S2” is the time during which the vibration of the
駆動信号S1,S2の印加を同時に停止することで、移動体4の回転は停止するが、移動体4は、駆動信号S1,S2の印加を停止後、数μsec〜数10μsecの間は、ステータリング8aの振動が持続、すなわち、残存する振動によって浮遊状態にある。そして、移動体4が浮遊状態にあるうちに駆動信号S1,S2の印加を同時に再開するため、移動体4がバネ10の加圧力によってステータリング8aにたたきつけられることはなく、この結果、超音波モータ100の停止時の雑音や振動の発生を抑えることができる。
By simultaneously stopping the application of the drive signals S1 and S2, the rotation of the moving body 4 is stopped. However, after the application of the drive signals S1 and S2 is stopped, the moving body 4 has a stator for several μsec to several tens of μsec. The vibration of the
また、ステータリング8aの振動が持続、すなわち、残存する振動によって浮遊状態にあるうちに、移動体4が再起動するため、移動体4は、圧接状態から浮遊状態へ瞬時に変移することがなく、この結果、超音波モータ100の間欠駆動における起動時の雑音の発生を抑えることができる。
In addition, since the moving body 4 is restarted while the vibration of the
なお、スイッチ回路20e,26eがOFF状態からON状態になっても、位相切替回路24が「正相」に設定されたままであれば、移動体4の回転方向は、停止の前後で、正回転(CW)のままで変わることはないが、スイッチ回路20e,26eがOFF状態からON状態になるまでに、位相切替回路24が「正相」から「逆相」に設定されると、移動体4の回転方向は、停止の前後で、正回転(CW)から逆回転(CCW)へ変わることになる。なお、図1(a)では、移動体4の回転方向が停止の前後で、正回転(CW)から逆回転(CCW)へ変わるものを示している。
Even if the
以下、「S1,S2のOFF時間」および「S1,S2のON時間」が交互に繰り返されることにより、超音波モータ100は、起動および停止といった間欠駆動を繰り返すことになるが、本実施形態の制御方法によれば、従来のような停止時の騒音や振動の発生並びに起動時の騒音の発生を抑えることができる。
また、本実施形態においては、超音波モータ100の停止は、駆動信号S1,S2の双方の印加を停止するため、後述する駆動信号S2のみの印加を停止し、駆動信号S1の印加を継続する実施形態と比較して、使用する電力量を削減することができ、省エネ効果が図れるといった効果がある。
Hereinafter, the ultrasonic motor 100 repeats intermittent driving such as starting and stopping by alternately repeating the “OFF time of S1 and S2” and the “ON time of S1 and S2”. According to the control method, it is possible to suppress the generation of noise and vibration at the time of stopping as well as the generation of noise at the time of startup as in the prior art.
Further, in the present embodiment, the stop of the ultrasonic motor 100 stops the application of both the drive signals S1 and S2, so the application of only the drive signal S2 described later is stopped and the application of the drive signal S1 is continued. Compared with the embodiment, it is possible to reduce the amount of power to be used and to achieve an energy saving effect.
「S1,S2のON時間」は、超音波モータ100の使用目的等に応じて任意に設定できるが、「S1,S2のOFF時間」は、上述したようにステータリング8aの振動が持続している時間(例えば、数μsec〜数10μsec)に限られる。
なお、上述した実施形態にあっては、駆動信号S1,S2の印加を同時に停止し、かつ、同時に再開するものを例示したが、駆動信号S1,S2の印加の停止や再開を必ずしも同時に行う必要はなく、両者に若干の時間差があってもよい。
The “ON time of S1 and S2” can be arbitrarily set according to the purpose of use of the ultrasonic motor 100, etc., but the “OFF time of S1 and S2” is that the vibration of the
In the above-described embodiment, the application of the drive signals S1 and S2 is stopped and restarted at the same time. However, it is necessary to stop and restart the application of the drive signals S1 and S2 at the same time. There may be a slight time difference between the two.
また、上述した実施形態にあっては、超音波モータ100の間欠駆動時において、予め設定した「S1,S2のON時間」が経過すると、超音波モータ100が停止するものを例示したが、別途設けたセンサーからの信号に基づいて、超音波モータ100を停止するように構成してもよい。
超音波モータ100の間欠駆動自体を停止させるときは、駆動トリガ発生回路15から停止指令信号(OFF指令パルス)を第1発振回路16および第2発振回路18に出力し、第1発振回路16および第2発振回路18から出力される第1信号および第2信号の出力を停止することにより行う。
In the above-described embodiment, when the ultrasonic motor 100 is intermittently driven, when the preset “ON time of S1 and S2” elapses, the ultrasonic motor 100 stops. You may comprise so that the ultrasonic motor 100 may be stopped based on the signal from the provided sensor.
When stopping the intermittent drive itself of the ultrasonic motor 100, a stop command signal (OFF command pulse) is output from the drive
次に、駆動信号出力回路200を用いた超音波モータ100の間欠駆動時の別の制御方法について、さらに図1(b)を加えて説明する。
この実施形態においては、超音波モータ100の間欠駆動時の「起動」および「停止」は、スイッチ回路26eのON・OFFによって行われ、スイッチ回路20eは、常時ON状態にある。
Next, another control method for intermittent driving of the ultrasonic motor 100 using the drive
In this embodiment, “start” and “stop” during intermittent driving of the ultrasonic motor 100 are performed by turning on and off the
先ず、スイッチ回路20e,26eが共にON状態で、位相切替回路24が「正相」に設定されているものとする。この状態で、駆動トリガ発生回路15から駆動指令信号(ON指令パルス)が第1発振回路16および第2発振回路18に出力されると、第1発振回路16から出力される第1信号は、スイッチ回路20eを介して第1出力回路22に入力する。そして、この第1信号は、第1出力回路22で増幅されて駆動信号S1となって電極14Aに印加される。また、第2発振回路18から出力される第2信号は、スイッチ回路26eを介して第2出力回路28に入力する。そして、この第2信号は、第2出力回路28で増幅されて駆動信号S2となって電極14Bに印加される。
First, it is assumed that the
このように、電極14A.14Bに時間的な位相が90°異なる二相の駆動信号S1,S2が印加されると、ステータリング8aに進行波が生じ、この進行波によって移動体4が回転(正回転)する。
Thus, the
予め設定された「S2のON時間」が経過すると、比較一致回路26cは、ラッチONの指令信号をラッチ回路26dに出力し、これにより、ラッチ回路26dは、スイッチ回路26eへHレベルの信号を出力し、スイッチ回路26eは、OFF状態(回路開)となり、電極14Bへの駆動信号S2の印加が停止する。このため、ステータリング8aに生じていた進行波が消失して移動体4の回転が停止する。
When the preset “ON time of S2” elapses, the comparison and
しかしながら、本実施形態にあっては、スイッチ回路20eは、常時ON状態にあるため、電極14Aには継続して駆動信号S1が印加されており、ステータリング8aに生じていた進行波は消失するものの、ステータリング8aには駆動信号S1による定在波が生じているため、ステータリング8aの振動は継続している。
したがって、移動体4の回転は停止するが、移動体4は、定在波によるステータリング8aの振動により浮遊状態にあるため、移動体4がバネ10の加圧力によってステータリング8aにたたきつけられることはなく、この結果、超音波モータ100の停止時の雑音や振動の発生を抑えることができる。
However, in the present embodiment, since the
Therefore, although the rotation of the moving body 4 stops, the moving body 4 is in a floating state due to the vibration of the
次に、予め設定された「S2のOFF時間」が経過すると、比較一致回路26cは、ラッチOFFの指令信号をラッチ回路26dに出力し、これにより、ラッチ回路26dは、スイッチ回路26eへLレベルの信号を出力し、スイッチ回路26eは、ON状態となり、電極14Bへの駆動信号S2の印加が再開する。このため、ステータリング8aには再度進行波が生じて、停止していた移動体4が回転する。
Next, when the preset “S2 OFF time” elapses, the comparison and
本実施形態にあっては、スイッチ回路20eは、常時ON状態にあるため、電極14Aには継続して駆動信号S1が印加されており、間欠駆動における起動時には、スイッチ回路26eのみをON状態にして電極14Bへの駆動信号S2のみの印加を再開する。
このため、移動体4の回転が停止しても、ステータリング8aには駆動信号S1による定在波が生じているため、ステータリング8aの振動は継続し、移動体4は、浮遊状態にあり、バネ10の加圧力によってステータリング8aに圧接することはない。
したがって、電極14Bへの駆動信号S2の印加を再開しても、移動体4は、圧接状態から浮遊状態へ瞬時に変移することがなく、この結果、超音波モータ100の間欠駆動における起動時の雑音の発生を抑えることができる。
また、間欠駆動における起動時には、スイッチ回路26eのみをON状態にして電極14Bへの駆動信号S2のみの印加を再開するため、圧電体8bに二相の駆動信号S1,S2を同時に印加した場合に、圧電体8bから生じる雑音の発生を防止することができる。
In the present embodiment, since the
For this reason, even if the rotation of the moving body 4 stops, the
Therefore, even if the application of the drive signal S2 to the
Further, at the time of start-up in intermittent driving, only the
なお、スイッチ回路26eがOFF状態からON状態になっても、位相切替回路24が「正相」に設定されたままであれば、移動体4の回転方向は、停止の前後で、正回転(CW)のままで変わることはないが、スイッチ回路26eがOFF状態からON状態になるまでに、位相切替回路24が「正相」から「逆相」に設定されると、移動体4の回転方向は、停止の前後で、正回転(CW)から逆回転(CCW)へ変わることになる。なお、図1(b)では、移動体4の回転方向が停止の前後で、正回転(CW)から逆回転(CCW)へ変わるものを示している。
Even if the
以下、「S2のOFF時間」および「S2のON時間」が交互に繰り返されることにより、超音波モータ100は、起動および停止といった間欠駆動を繰り返すことになるが、本実施形態の制御方法によれば、従来のような停止時の騒音や振動の発生並びに起動時の騒音の発生を抑えることができる。
なお、「S2のON時間」および「S2のOFF時間」は、超音波モータ100の使用目的等に応じて任意に設定できる。
Hereinafter, the “S2 OFF time” and the “S2 ON time” are alternately repeated, whereby the ultrasonic motor 100 repeats intermittent driving such as starting and stopping. However, according to the control method of the present embodiment. Thus, it is possible to suppress the generation of noise and vibration during stoppage and the generation of noise during start-up as in the prior art.
The “S2 ON time” and the “S2 OFF time” can be arbitrarily set according to the purpose of use of the ultrasonic motor 100 or the like.
また、上述した実施形態にあっては、超音波モータ100の間欠駆動時において、予め設定した「S2のON時間」が経過すると、超音波モータ100が停止し、予め設定した「S2のOFF時間」が経過すると、超音波モータ100が起動するものを例示したが、別途設けたセンサーからの信号に基づいて、超音波モータ100を停止、起動するように構成してもよい。
超音波モータ100の間欠駆動自体を停止させるときは、駆動トリガ発生回路15から停止指令信号(OFF指令パルス)を第1発振回路16および第2発振回路18に出力し、第1発振回路16および第2発振回路18から出力される第1信号および第2信号の出力を停止することにより行う。
In the above-described embodiment, when the preset “S2 ON time” elapses during the intermittent drive of the ultrasonic motor 100, the ultrasonic motor 100 stops and the preset “S2 OFF time”. However, the ultrasonic motor 100 may be stopped and started based on a signal from a separately provided sensor.
When stopping the intermittent drive itself of the ultrasonic motor 100, a stop command signal (OFF command pulse) is output from the drive
上述した二つの実施形態にあっては、駆動信号S1,S2は、いずれも全波のSIN波(COS波)を用いたものを例示したが、駆動信号出力回路200中、例えば、スイッチ回路20e、26eの出力側に半波整流回路を設けて、例えば、正回転(CW)のときは全波を印加し、逆回転(CCW)のときは半波を印加するようにしてもよい。また、正回転(CW)および逆回転(CCW)のいずれのときも、半波を印加するようにしてもよい。このように、半波の駆動信号を用いれば、全波の駆動信号を用いた場合と比較して、使用する電力量の削減による省エネ効果が図れ、また、正回転(CW)および逆回転(CCW)のいずれのときも半波の駆動信号を用いれば、さらに省エネ効果が図れる。
In the above-described two embodiments, the drive signals S1 and S2 are both examples using full-wave SIN waves (COS waves). However, in the drive
上述した二つの実施形態にあっては、いずれも回転型の超音波モータ100の制御装置および制御方法について例示したが、本発明の制御装置および制御方法は、直動型の超音波モータにも適用でき、また、超音波帯域の振動を利用した超音波アクチュエータに限られず、超音波帯域以外の振動を利用したものにも適用できる。 In the above-described two embodiments, the control device and the control method of the rotary ultrasonic motor 100 are both exemplified. However, the control device and the control method of the present invention can be applied to a direct acting ultrasonic motor. The present invention can be applied, and is not limited to an ultrasonic actuator using vibration in the ultrasonic band, and can be applied to those using vibrations other than the ultrasonic band.
2 出力軸
4 移動体
4a ロータリング
4b 摩擦材
6 ベース
8 振動体
8a ステータリング
8b 圧電体(圧電セラミックス)
10 バネ
14A,14B 電極
100 超音波モータ
200 駆動信号出力回路
S1 駆動信号(SIN波信号)
S2 駆動信号(COS波信号)
2 Output shaft 4
10
S2 Drive signal (COS wave signal)
Claims (4)
前記二相の駆動信号の印加を停止した後、前記振動体の振動が持続している間に、前記二相の駆動信号の印加を再開する駆動信号出力回路を備えたことを特徴とする振動アクチュエータの制御装置。 In a control device for a vibration actuator comprising an annular vibrating body that generates traveling waves by applying two-phase driving signals having different phases, and an annular moving body that is driven by the traveling waves,
A vibration comprising a drive signal output circuit that resumes the application of the two-phase drive signal while the vibration of the vibrating body continues after the application of the two-phase drive signal is stopped. Actuator control device.
前記二相の駆動信号の印加を停止した後、前記振動体の振動が持続している間に、前記二相の駆動信号の印加を再開することで、前記移動体の停止および起動を行うことを特徴とする振動アクチュエータの制御方法。 In a control method of a vibration actuator comprising an annular vibrating body that generates traveling waves by applying two-phase driving signals having different phases, and an annular moving body that is driven by the traveling waves,
After stopping the application of the two-phase drive signal, the application of the two-phase drive signal is resumed while the vibration of the vibrator continues, thereby stopping and starting the moving body. A control method of a vibration actuator characterized by the above.
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