JPH03139179A

JPH03139179A - 振動型アクチュエータ装置

Info

Publication number: JPH03139179A
Application number: JP1275354A
Authority: JP
Inventors: Kenichi Kataoka; 健一片岡
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1989-10-23
Filing date: 1989-10-23
Publication date: 1991-06-13
Anticipated expiration: 2012-11-05
Also published as: JP2672160B2; US5585686A

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、超音波モータ等の超音波アクチュエータに係
り、詳しくは超音波アクチュエータを最適な状態で駆動
できるように制御する超音波アクチュエータの■動制御
装置に関するものである。

（従来の技術）一般に超音波モータ（振動波モータ）に代表される超音
波アクチュエータは、円環や長円形状に形成された弾性
体の一側面に圧電素子を接着し、該圧電素子の２つの駆
動相に偏流電圧を印加することにより該弾性体に進行性
振動波を形成し、該弾性体と、該弾性体に圧接する部材
とを進行波により相対移動させるようになっている。

そして、弾性体を例えばレンズ鏡筒の固定両側に固定し
、弾性体に圧接する部材をフォカスレンズのフォーカス
リング側とすることにより超音波アクチュエータをオー
トフォーカス（ＡＦ）用の駆動源として使用でき、また
弾性体をプリンタ本体に固定し、弾性体に圧接する部材
を紙等のシートとすることにより、該シートをプリンタ
の印字部に向けて送るシート送り機構として超音波アク
チュエータを使用できる。さらにシートの幅方向に沿っ
て弾性体を往復穆動可能にプリンタ本体に取付けると共
に、該弾性体に印字ヘッドを取付け、該弾性体をその移
動方向に沿ってプリンタ本体に固定されたレール状固定
子に圧接することで印字ヘッドの走査を行う印字ヘッド
のキャリッジ機構として使用できる。

また、該キャリッジ機構と同様の構成により精密ステー
ジの駆動機構として使用できる。

超音波アクチュエータを利用したこれらの機構は、弾性
体とこの弾性体に圧接する部材とをギア等の伝達機構を
介さずに直接移動させることができるので、例えばプリ
ンタのシート送り機構のように、シートを一定ピッチで
高精度に送るものに適している。

そして、振動波アクチュエータは弾性体と相０対移動す
る部材、例えばシートが圧接しているので、圧電素子の
駆動相への電界非印加時は保持トルクが大きいため、シ
ートを間欠的に送る際、シート送りの起動時に該駆動相
へ電界を印加し、シートの送り停止時には駆動電源を開
放して該駆動相への電界の印加停止するようにしている
。

〔発明が解決しようとする課題）ところで、停止時に電源を開放するだけで、例えばシー
トを静止できるという利点がある反面、停止時に超音波
アクチュエータの温度が下がってしまい、再起動時には
、数秒から数十秒にかけて温度が上昇するため、圧電素
子と弾性体及びその間の接着剤等からなる振動体の振動
性能（応答特性等）や摩擦材のトルク伝達性能等が大き
く変化することから、各温度の応答特性を考慮した高度
な制御を行なってアクチュエータの性能（Ｔ−Ｎ特性等
）を一定に保持する提案がなされている。しかし、この
制御方式の場合、起動時にすぐに速度制御や位置制御を
すると外気温の影響や、モータ内での温度分布が安定し
ない等のために精度が悪くなるという問題があった。

また、振動体の温度が低すぎるとアクチュエータの性能
（Ｔ−Ｎ特性等）が悪くなる傾向があることが実験によ
りわかってきた。

本発明の目的は、振動体等の温度特性に起因した起動時
の制御精度の悪さを簡単な構成で解消し、安定で高精度
な制御が行なえる超音波アクチュエータの駆動制御装置
を提供することにある。

（課題を解決するための手段）本発明の目的を達成するための代表的な構成は、弾性体
に電気−機械エネルギー変換素子を固着した振動体と、
該振動体の電気−機械エネルギー変換素子固着面とは反
対面に圧接される圧接部材とから構成され、該電気−機
械エネルギー変換素子に交流電圧を印加して該弾性体に
進行性振動波を形成することにより、該弾性体と該圧接
部材とを相対移動させる超音波アクチュエータ装置にお
いて、該振動体又は該圧接部材を加熱する加熱手段を有
することを特徴とする超音波アクチュエータ装置にある
。

〔作　　　用〕

上記した構成の超音波アクチュエータ装置は、振動体又
は圧接部材を加熱することができ、起動時から振動体、
圧接部材の温度を例えば略一定に保ち、高精度の駆動を
可能とする。

〔実施例１〕第１図は超音波アクチュエータの駆動制御装置の実施例
１を示すブロック図である。１は一面側に突起部を周方
向に沿って形成した環状の弾性体、２は弾性体１に接着
された圧電体で、２つの駆動電極Ａ相とＢ相を持ち、概
２つの駆動電極に位相の異なる交流電圧を印加すること
によって弾性体１に進行性振動を発生させている。４は
ロータで、ロータ４には摩擦部材３が接合されており、
且つ、摩擦部材３は弾性体１の突起部に接しており、上
記進行性振動によって生じる弾性体１の突起の楕円運動
によって該進行性振動の進行方向とは逆方向の駆動力を
与えられて回転する。５はロータ４の軸につけられたロ
ータリーエンコーダ、６は弾性体１に接合されたヒータ
素子、７はヒータ素子６に印加する電圧を後記する駆動
前処理信号によフてＯＮ、ＯＦＦするヒータ素子駆動回
路、８はロータリーエンコーダ５の出力パルスの周波数
が速度指令に応じた周波数となるようにＰＬＬ制御等を
用いて圧電素子２の駆動電極Ａ相、Ｂ相に印加する交流
電圧の振幅、周波数、Ａ相とＢ相との位相差等を変化さ
せてロータ４の回転速度を制御するプログラマブル速度
制御装置である。プログラマブル速度制御装置８は、後
記する起動前処理信号によってヒータ素子６がＯＮ状態
の時は、後記する速度指令が何であってもロータ４を回
転させないように（Ａ相−Ｂ相に印刷する交流電圧間の
位相差を０℃とするか、あるいはＡ相とＢ相の印加電圧
の少なくともいずれか一方の振幅を０［ｖ］とする等）
か、又は所定の回転速度になるようになっている。９は
後記する起動パルスによって一定の時間だけ起動前処理
信号をＯＮ状態にしてヒータ素子６をＯＮ状態にするワ
ンショットパルス発生回路、１０はロータ４の回転速度
の指令である速度指令をａカするとともに、起動時には
起動パルスを発生するＣＰＵである。ＣＰＵｌ０は速度
指令によってロータ４の停止を指令してから、次の起動
までの時間が所定の時間以上のとぎは、ふたたび起動パ
ルスを発生するが、該起動までの時間が該所定の時間以
内ならば起動パルスを発生せずに速度指令を出力する。

第３図にＣＰＵｌ０の動作のフローチャートを示す。す
なわち、最初の起動時には、ＣＰＵ１０は起動パルスを
発生するとともに速度指令を出力し、ワンショットパル
ス発生回路９からの起動前処理信号が一定の時間ＯＮ状
態となり、該ＯＮ状態の間は、ヒータ素子６がＯＮ状態
となり、且つ、ロータ４は回転しないかあるいは、所定
の回転速度で回転する。起動前処理信号がＯＦＦ状態と
なると、ヒータ素子６がＯＦＦ状態となるとともにロー
タ４は速度指令に応じた回転速度で回転する。そして、
ロータ４が停止するまではＣＰＵｌ０は起動パルスを発
生させないため、ロータ４は速度指令に従ワて順次回転
速度を変えていく。そして、停止を指令してから再度起
動する場合は、停止時間をタイマーでカウントし、タイ
マーカウント値（Ｔｍ）が所定の時間（Ｔｗｏ）以上の
ときは起動パルスを発生し、該所定の時間以下のときは
起動パルスを発生せずに速度指令を出力している。これ
によって駆動時の弾性体の温度をほぼ一定に保つことが
出来、高精度な制御が可能となる。また、ここではヒー
タ素子を用いたが、弾性体１に接合しなくても、例えば
温風ファン等で温めてもよいことは当然である。

さらに、ヒータ素子が無くても、弾性体１を振動させる
ことで弾性体１の温度を上昇させてもよい。

なお、ヒータ素子はロータ側に設けてもよい。

〔実施例２）第１実施例は起動前には弾性体の温度を上げること以外
のことは何も行っていないが、ギアや、クラッチ等を使
って２つ以上の用途に超音波モータを使用し、且つ一方
の用途が他方の用途に対して必要精度が低い場合には該
必要精度の低い用途を先に駆動し、上記弾性体の温度を
上昇させてから高精度な用途、例えばプリンタ、複写機
、ステッパー等の記録装置においては、記録時のワウフ
ラッタ−５記録動作から記録動作に移るときの位置精度
、等に使用しても同じ効果がある。

（実施例３〕第２図は温度センサを弾性体１に接合して、弾性体１の
温度を検出し、弾性体１の温度がある所定の温度になる
までヒータ素子６をＯＮ状態にするようにした実施例３
のブロック図である。１１は温度センサ、１２は起動パ
ルスがＣＰＵから入力されると、温度センサ１１で検出
した温度が所定の温度以下の間ヒータ６をＯＮ状態にす
るために起動前処理信号をＯＮ状態にするヒータ素子制
御回路である。すなわち、実施例１の起動前処理信号の
ＯＮ状態が一定時間であるのに対して、弾性体１の温度
が所定の温度に達するまでになり、より温度が安定にな
る。

（発明の効果）以上説明したように、本発明によれば、起動時や高精度
な制御を行う前に、超音波アクチュエータの温度は上昇
しているので、高精度制御時における温度変化が少なく
、安定で高精度な制御を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による超音波アクチュエータ装置の実施
例１を示すブロック図、第２図は実施例３を示すブロッ
ク図である。第３図はＣＰＵｌ０の動作を示すフローチャート図であ
る。１・・・弾性体　　　　　２・・・圧電体３・・・摩擦
部材　　　　４・・・ロータ５・・・ロータリーエンコ
ーダ６・・・ヒータ素子７・・・ヒータ素子駆動回路８・・・プログラマブル速度制御装置９・・・ワンショットパルス発生回路１０・・・ｃｐｕ　　　　　ｔ　ｔ・・・温度センサ１
２・・・ヒータ素子駆動回路他４名

Claims

【特許請求の範囲】１　弾性体に電気−機械エネルギー変換素子を固着した
振動体と、該振動体の電気−機械エネルギー変換素子固
着面とは反対面に圧接される圧接部材とから構成され、
該電気−機械エネルギー変換素子に交流電圧を印加して
該弾性体に進行性振動波を形成することにより、該弾性
体と該圧接部材とを相対移動させる超音波アクチュエー
タ装置において、該振動体又は該圧接部材を加熱する加熱手段を有するこ
とを特徴とする超音波アクチュエータ装置。２　加熱手段は、振動体に取り付けられたヒータ素子で
あることを特徴とする請求項１に記載の超音波アクチュ
エータ装置。３　加熱手段は、振動体の近傍に設けられた温風機等の
熱発生源であることを特徴とする請求項１に記載の超音
波アクチュエータ装置。４　振動体の温度を検出する温度検出手段を有すると共
に、該温度検出手段からの温度情報に基づき、起動前に
加熱手段を所定温度まであるいは温度が略安定するまで
上昇させる前動作を行なう制御手段を有することを特徴
とする請求項１、２又は３に記載の超音波アクチュエー
タ装置。５　加熱手段を起動前に一定時間動作させる前動作を行
なう制御手段を有することを特徴とする請求項１、２又
は３に記載の超音波アクチュエータ装置。６　制御手段は、再起動時において、前停止時からのイ
ンターバル時間が所定時間以内であれば、前動作を禁止
することを特徴とする請求項４又は５に記載の超音波ア
クチュエータ装置。７　弾性体に電気−機械エネルギー変換素子を固着した
振動体と、該振動体の電気−機械エネルギー変換素子固
着面とは反対面に圧接される圧接部材とから構成され、
該電気−機械エネルギー変換素子に交流電圧を印加して
該弾性体に進行性振動波を形成することにより、該弾性
体と該圧接部材とを相対移動させる超音波アクチュエー
タ装置において、本動作前に所定時間、或は所定温度又は温度が略安定す
るまで電気−機械エネルギー変換手段へ前動作の駆動信
号を出力する制御手段を有することを特徴とする超音波
アクチュエータ装置。８　前動作中は本動作に比較して低精度の動作を少なく
とも１工程行なわせることを特徴とする請求項７に記載
の超音波アクチュエータ装置。９　制御手段は本動作を高精度動作とし、前動作を低精
度動作とし、低精度の順から優先順位を設定しているこ
とを特徴とする請求項７に記載の超音波アクチュエータ
装置。１０　制御手段は、前動作において、弾性体に進行波を
発生させず単に振動のみを与えるように電気−機械エネ
ルギー変換手段へ通電を行なうことを特徴とする請求項
７に記載の超音波アクチュエータ装置。