JPH09308270A

JPH09308270A - 振動型モータ装置、振動型モータ装置の制御装置およびこれを備えた装置

Info

Publication number: JPH09308270A
Application number: JP8120321A
Authority: JP
Inventors: Akio Atsuta; 暁生熱田; Satoshi Haneya; 聰羽矢
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1996-05-15
Filing date: 1996-05-15
Publication date: 1997-11-28

Abstract

(57)【要約】【課題】振動型モータ装置の摩擦面の疲労状況をチェ
ックできない。【解決手段】弾性体に配置された電気−機械エネルギ
ー変換素子部に駆動信号を印加して振動を励起し、弾性
体とこれに接触する接触体とを相対的に摩擦駆動する振
動型モータ装置の制御装置において、振動型モータ装置
の動作状態を検出し、検出された動作状態に基づいて振
動型モータ装置の継続動作の許否判定を行なう判定手段
１１を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、振動体の共振を利
用した振動型モータ装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】最近、振動波モータもしくは圧電モータ
と称される振動型モータ装置が開発され、本出願人等に
よって実用化されている。この振動型モータ装置は、既
によく知られているように、弾性体に配置した圧電素子
もしくは電歪素子などの電気−機械エネルギー変換素子
に交番電圧を印加することによって該素子および弾性体
に高周波振動を発生させ、その振動エネルギーを、弾性
体に接触してこの弾性体との摩擦により駆動される接触
体の連続的な機械運動として取り出すように構成された
非電磁駆動式の駆動源である。

【０００３】なお、この振動型モータ装置の動作原理
は、特開平３−２８９３７５号公報等で説明されている
ので、ここでの説明は省略する。

【０００４】ところで、このように構成される振動型モ
ータ装置を長時間駆動すると、弾性体と接触体間の摩擦
面が疲労（摩耗）していき、モータ性能が悪化するとい
う現象が発生する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来
は、モータの摩擦面が疲労したことを知る手段がなかっ
たため、故障が生じてからモータを交換するか、所定の
駆動時間に達したときにまだ使用できるにもかかわらず
モータを交換してしまうしかなかった。

【０００６】そこで、本発明の第１の目的は、振動型モ
ータ装置の摩擦面の疲労状況を随時チェックして、事前
に適切な交換時期を知ることができるようにした制御装
置を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本願第１の発明では、弾性体に配置された電気−
機械エネルギー変換素子部に駆動信号を印加して振動を
励起し、弾性体とこれに接触する接触体とを相対的に摩
擦駆動する振動型モータ装置の制御装置において、振動
型モータ装置の動作状態を検出し、検出された動作状態
に基づいて振動型モータ装置の継続動作の許否判定を行
なう判定手段を設けている。

【０００８】すなわち、例えば、所定の駆動条件にて得
られる振動型モータ装置の駆動速度が継続動作を許容で
きる正常範囲にある（劣化状態にない）と判定したとき
は、摩擦面の疲労（摩耗）が進んでいないとして駆動装
置にそのまま動作を続行させ、駆動速度が正常範囲から
外れた（劣化状態にある）と判定したときは、摩擦面の
疲労が進んだものとして駆動装置の強制的停止やアラー
ム発生やモータ交換の指示（表示）といった警告動作又
は継続動作の禁止判定を行う。こうして、モータ装置の
故障の前に適切な交換時期を知ることができるようにし
ている。

【０００９】なお、継続動作の許否判定は、駆動速度以
外に、駆動速度の変動量（ブレ量）を基準としてもよい
し、弾性体の振動に応じて検出信号を出力する振動検出
手段を備えている場合には、駆動信号と検出信号との位
相差の変動量（ブレ量）を基準としてもよい。

【００１０】また、複数の振動型モータ装置を備えてい
る場合には、継続動作を許容できないと判定したとき
に、それまで駆動していた駆動装置とは別の振動型モー
タ装置を動作させるようにしてもよい。

【００１１】さらに、継続動作の許否判定を段階的な判
定基準により行い、常時摩擦面の状態つまりは継続動作
可能か否かをモニタできるようにしてもよい。

【００１２】また、本願第２の発明では、弾性体に配置
された電気−機械エネルギー変換素子部に駆動信号を印
加して振動を励起し、前記弾性体とこの弾性体に接触す
る接触体とを相対的に摩擦駆動する振動型モータ装置に
おいて、モータの駆動特性の劣化状態を検出する検出モ
ードを設け、上記第１の発明と同様に、モータ故障の前
に適切な交換時期を知ることができるようにしている。

【００１３】具体的には、検出モードにおいて、モータ
を所定の駆動条件にて駆動させている状態でのモータの
回転又は駆動速度を検知し、該速度が所定値以下のとき
に劣化状態にあると判定する。

【００１４】なお、上記駆動条件としては、弾性体の振
動状態を検知する振動検知手段の出力と駆動信号間の位
相差を所定の位相差に設定する条件とするのが望まし
い。

【００１５】また、検出モードにおいて、モータを所定
の駆動条件にて駆動させている状態でのモータの回転又
は駆動速度の変化状態を検知したり、弾性体の振動状態
を検知する振動検知手段の出力と駆動信号間の位相差の
変化状態を検知したりして、この変化値が所定値範囲よ
り大きいときに劣化状態にあると判定するようにしても
よい。

【００１６】

【発明の実施の形態】

（第１実施形態）まず、本発明の第１実施形態である制
御装置によって制御される棒状振動型モータの構成につ
いて図９を用いて説明する。この図において、１０１は
棒状振動型モータを構成する振動体で、圧電素子もしく
は電歪素子と弾性体との結合体からなる。

【００１７】振動体１０１の圧電素子部は、駆動用のＡ
相圧電素子ａ１，ａ２，Ｂ相圧電素子ｂ１，ｂ２および
振動検出圧電素子ｓ１から構成されている。Ａ相圧電素
子ａ１，ａ２に挟まれた金属板にＡ相印加電圧を加え、
Ｂ相圧電素子ｂ１，ｂ２に挟まれた金属板に、Ａ相印加
電圧に対して適当な位相差を有したＢ相印加電圧を加え
ることにより、この圧電素子が駆動され、振動体１０１
に振動が励起される。なお、Ａ相圧電素子ａ１，ａ２お
よびＢ相圧電素子ｂ１，ｂ２の両外側はＧＮＤ電位にな
っている。

【００１８】振動検出圧電素子ｓ１は、同様に一方（図
９のＢ相側）がＧＮＤ電位になっており、その反対側か
ら信号を取り出すように構成されている。また、振動検
出圧電素子Ｓの信号取り出し面側は、金属ブロックと接
しているが、そのブロックは絶縁シートによりＧＮＤ電
位から絶縁されている。このため、振動検出圧電素子ｓ
１からその振動に応じた出力電圧がそのまま得られる。
そして、この電圧の大きさや駆動電圧との位相差により
共振周波数等が求められる。

【００１９】振動体１０１にはロータ１０２が圧接して
いる。このため、振動体１０１を振動させると、ロータ
１０２が振動体１０１により摩擦駆動されて回転する。

【００２０】このように構成された棒状振動型モータ
は、図８に示すカメラの撮影レンズの合焦装置の駆動源
として用いられる。

【００２１】振動型モータ１と一体的に組みつけられて
いるギアｆは、ギア伝達機構Ｇの入力ギアＧＩに噛合
し、その出力ギアＧＯはレンズＬ１を保持するレンズ保
持部材Ｈに形成されたギアＨＩに噛合している。このレ
ンズ保持部材Ｈは、固定筒Ｋにヘリコイド結合してお
り、振動型モータ１の駆動力によってギア伝達機構Ｇを
介して回転駆動される。これにより、合焦動作が行われ
る。

【００２２】また、図１には、振動型モータの動作を制
御する、本発明の第１実施形態である制御装置を示して
いる。Ａ相駆動信号およびＢ相駆動信号はそれぞれ、図
９に示した駆動電極Ａ−ｄ，Ｂ−ｄを介してＡ相圧電素
子ａ１，ａ２およびＢ相圧電素子ｂ１，ｂ２に印加され
る。

【００２３】１１はモータを駆動制御するためのコント
ロール回路（以下、制御用マイコンと称す）であり、２
は交番電圧を発生する発振器（例えば、ＶＣＯ）であ
る。３は９０゜移相器であり、４，５は発振器２および
移相器３からの交番電圧で電源電圧をスイッチングする
スイッチング回路である。

【００２４】また、６，７はモータとのインピーダンス
を整合させるマッチングコイルである。８はＡ相駆動信
号と振動検出信号Ｓとの位相差θA-S を検出する位相差
検出器である。９はモータの速度を検出するための速度
検出器（例えば、エンコーダ）であり、１０は速度検出
器９からの信号を速度信号に変換する速度検出回路であ
る。

【００２５】上記制御装置における振動型モータの異常
検出動作を図２のフローチャートに従って説明する。

【００２６】ステップ（図ではＳと略す）１では、モー
タを通常駆動する前に、モータの摩耗状態を検出するた
めチェックモード駆動を行う。このチェックモード駆動
は、振動体１の振動を一定に保つようにするもので、本
実施形態ではＡ相駆動電圧とＳ相検出電圧との位相差が
所定値になるように制御することで行う。

【００２７】ここで、図３に上記位相差が所定値になる
ように制御したときのモータの耐久回数（摩耗度）と回
転数（回転速度）との関係を示す。この図から分かるよ
うに、モータの摩耗が進んでないときは規定範囲の回転
数で安定的に回転しているが、摩耗が進むと振動体１か
らの駆動力がロータに伝達されず回転数が低下してい
く。本実施形態では、この回転数の変化（動作状態の変
化）を検出してモータの摩耗が進んだことを知るように
している。

【００２８】すなわち、ステップ２では、上述したチェ
ックモード駆動において規定範囲の回転数で回転してい
るか否か（すなわち、継続使用の許否）を判定する。そ
して、規定範囲の回転数で回転していれば、摩耗状態に
問題はなく継続使用できるとしてステップ３に進み、モ
ータの通常駆動に入る。

【００２９】回転数が規定範囲外であるとき（例えば、
図３に点線で示した回転数より低下したとき）は摩耗状
態に問題があり継続使用できないとして通常駆動を行わ
ず、ステップ４に進んでアラーム信号を発生し、さらに
ステップ５に進んでモータ交換等の処置が必要であるこ
とを表示したり警告音を鳴らしたりする。このような警
告動作により、モータ故障の前に適切な（すなわち、早
すぎずかつ遅すぎない）交換時期を知ることができる。

【００３０】（第２実施形態）図４には、本発明の第２
実施形態である制御装置を示している。この図におい
て、第１実施形態と同じ構成要素については同符号を付
している。本実施形態は、駆動電圧Ａと検出電圧Ｓとの
位相差のブレ量を検出するブレ検出手段１２が設けられ
ている点で第１実施形態と異なる。

【００３１】図５には、モータの耐久回数と、駆動電圧
Ａ−検出電圧Ｓの位相差のブレ量との関係を示してい
る。このブレ量は、モータがいかに安定的に回転してい
るかを示すものであり、モータの特性が不安定になって
くるとこのブレ量も増加することになる。すなわち、モ
ータの摩耗が進んでないときは小さなブレ量で安定的に
回転しているが、摩耗が進むと摩擦面でのステータ、ロ
ータの接触が不安定になるため、１回転中の位相差のブ
レが大きくなる。本実施形態では、この位相差のブレ量
を検出してモータの摩耗が進んだことを知るようにして
いる。

【００３２】なお、このブレ量の検出は、モータを所定
の駆動条件（例えば、駆動周波数を一定とする条件や回
転数を一定とする条件や位相差を一定とする条件）にて
駆動した状態で行うのが望ましい。

【００３３】モータの異常検出フローは第１実施形態と
同様であり、ステップ１のチェックモード駆動時に位相
差のブレ量を検出し、ステップ２で位相差のブレ量が所
定量より小さいか否かを判断する。

【００３４】位相差のブレ量が所定量より小さいときは
摩耗状態に問題はない（継続使用を許容できる）として
モータの通常駆動に入る。また、ブレ量が大きいときに
は摩耗状態に問題がある（継続使用を許容できない）と
して通常駆動を行わず、アラーム信号を発生し、モータ
交換等の表示を行ったり警告音を鳴らしたりする。この
ような警告動作により、モータ故障の前に適切な（すな
わち、早すぎずかつ遅すぎない）交換時期を知ることが
できる。

【００３５】（第３実施形態）図６には、本発明の第３
実施形態の制御装置を示している。本実施形態では、速
度検出器（例えば、エンコーダ）９からの信号を速度信
号に変換する速度変換器１０と、この速度変換器１０か
らの速度信号のブレを検出するブレ量検出手段１２とが
設けられている点で第１および第２実施形態と異なる。

【００３６】図７には、モータの耐久回数と速度信号の
ブレ量との関係を示す。このブレ量は、主にモータが１
回転するときの回転ムラであり、モータの特性が不安定
になってくるとこのブレ量も増加する。この図から分か
るように、モータの摩耗が進んでないときは、あるブレ
量の範囲で安定的に回っているが、摩耗が進むと摩擦面
でのステータ、ロータの接触が不安定になるため１回転
中の回転ムラが増加し、速度信号のブレ量が大きくな
る。本実施形態では、この速度信号のブレ量を検出して
モータの摩耗が進んだことを知るようにしている。な
お、このブレ量の検出も、第２実施形態と同様に、モー
タを所定の駆動条件にて駆動した状態で行うのが望まし
い。

【００３７】モータの異常検出フローは、第１実施形態
と同様であり、ステップ１のチェックモード駆動時に速
度信号のブレ量を検出し、ステップ２において、速度信
号のブレ量が所定量より小さければ摩耗状態に問題はな
い（継続使用を許容できる）として通常駆動に入る。し
かし、速度信号のブレ量が所定量以上となったときには
摩耗状態に問題がある（継続使用を許容できない）とし
て通常駆動を行わず、アラーム信号を発生し、モータ交
換等の表示を行ったり警告音を鳴らしたりする。このよ
うな警告動作により、モータ故障の前に適切な（すなわ
ち、早すぎずかつ遅すぎない）交換時期を知ることがで
きる。

【００３８】なお、以上の各実施形態では、回転数等の
判定基準を１つ設定しているだけであるが、複数の判定
基準を段階的に設定し、モータの摩耗状況をモニタする
ような使い方も可能である。

【００３９】また、各実施形態では、モータの継続使用
が許容できなくなったときにアラーム信号を発生したり
モータを交換すべき表示を行ったりすることとしている
が、合焦装置を複数のモータから駆動できるような構造
にしておき、１つのモータの継続使用が許容できないと
判定されたときに、別のモータを駆動するようにするこ
とも可能である。

【００４０】また、以上の実施形態では、棒状振動型モ
ータの制御装置について説明したが、棒状以外のタイプ
の振動型モータにも適用することができる。

【００４１】（発明と実施の形態との関係）上記実施形
態において、制御用マイコン１１が本発明にいう判定手
段に、振動検出圧電素子ｓ１が本発明にいう機械−電気
エネルギー変換素子にそれぞれ相当する。

【００４２】なお、以上が本発明の各構成と実施形態の
各構成との対応関係であるが、本発明はこれら実施形態
の構成に限られるものではなく、請求項に示した機構ま
たは実施形態の構成が持つ機能が達成できる構成であれ
ばどのようなものであってもよい。

【００４３】また、本発明は、以上の実施形態および変
形例、またはそれら技術要素を必要に応じて組み合わせ
て用いてもよい。

【００４４】さらに、本発明は、一眼レフカメラ、レン
ズシャッタカメラ、ビデオカメラ等、種々の形態のカメ
ラに適用することができ、さらにはカメラ以外の光学機
器やその他の装置、さらにはそれらカメラや光学機器や
その他の装置に適用される装置またはこれらを構成する
要素に対しても適用することができる。

【００４５】

【発明の効果】以上説明したように本願第１の発明で
は、振動型モータ装置の駆動速度等が継続動作を許容で
きる正常範囲にあると判定したときは、摩擦面の疲労が
進んでいないとしてそのまま駆動装置の動作を続行さ
せ、駆動速度等が正常範囲から外れたと判定したとき
は、摩擦面の疲労が進んだものとして駆動装置の強制的
停止やアラーム発生やモータ交換の指示（表示）といっ
た警告動作を行う。また、本願第２の発明では、通常駆
動を行う前等に、モータの駆動特性の劣化状態を検出す
る検出モードで駆動するようにしている。このため、こ
れら発明を用いれば、モータ故障の前における適切な交
換時期を知ることができ、振動型モータ装置の見かけ上
の耐久性能を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態である振動型モータの制
御装置の回路ブロック図である。

【図２】本発明の第１実施形態である振動型モータの制
御装置の動作フローチャートである。

【図３】振動型モータの耐久回数と回転数変化との関係
を示したグラフ図である。

【図４】本発明の第２実施形態である振動型モータの制
御装置の回路ブロック図である。

【図５】振動型モータの耐久回数と駆動電圧Ａ−検出電
圧Ｓの位相差のブレ量の関係を示したグラフ図である。

【図６】本発明の第３実施形態である制御装置の回路ブ
ロック図である。

【図７】振動型モータの耐久回数と速度信号のブレ量と
の関係を示したグラフ図である。

【図８】振動型モータを用いた装置の断面図である。

【図９】振動型モータの側面図およびそこに構成されて
いる圧電素子の電圧供給配線と出力電圧配線の配線図で
ある。

【符号の説明】

１振動体２発振器３移相器４，５スイッチング回路６，７マッチングコイル８位相差検出器９速度検出手段１０速度検出回路１１制御用マイコン１２ブレ量検出器Ａ−ｄ，Ｂ−ｄ駆動用電極ｓ１振動検出用圧電素子

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】弾性体に配置された電気−機械エネルギ
ー変換素子部に駆動信号を印加して振動を励起し、前記
弾性体とこの弾性体に接触する接触体とを相対的に摩擦
駆動する振動型モータ装置の制御装置において、前記振動型モータ装置の動作状態を検出し、検出された
動作状態に基づいて前記振動型モータ装置の継続動作の
許否判定を行なう判定手段を有することを特徴とする振
動型モータ装置の制御装置。
【請求項２】前記判定手段は、前記振動型モータ装置
を所定の条件で駆動した際の駆動速度を検出し、検出さ
れた駆動速度に基づいて前記許否判定を行なうことを特
徴とする請求項１に記載の振動型モータ装置の制御装
置。
【請求項３】前記判定手段は、前記振動型モータ装置
を所定の条件で駆動した際の駆動速度の変動量を検出
し、検出された変動量に基づいて前記許否判定を行なう
ことを特徴とする請求項１に記載の振動型モータ装置の
制御装置。
【請求項４】前記弾性体の振動に応じて検出信号を出
力する振動検出手段を備えており、前記判定手段は、前記駆動信号と前記検出信号との位相
差の変動量を検出し、検出された変動量に基づいて前記
許否判定を行なうことを特徴とする請求項１に記載の振
動型モータ装置の制御装置。
【請求項５】前記判定手段は、前記振動型モータ装置
の継続動作を許容できないと判定したときは、警告動作
を行なうことを特徴とする請求項１から４のいずれかに
記載の振動型モータ装置の制御装置。
【請求項６】前記判定手段は、前記振動型モータ装置
の継続動作を許容できないと判定したときは、他の振動
型モータ装置を動作させることを特徴とする請求項１か
ら５のいずれかに記載の振動型モータ装置の制御装置。
【請求項７】前記判定手段は、段階的な判定基準を有
することを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載
の振動型モータ装置の制御装置。
【請求項８】前記判定手段は、検出された動作状態に
応じて前記振動型モータ装置の駆動特性の劣化状態を判
定し、駆動特性が所定の特性より劣化していると判定し
た際に継続動作を禁止する判定を行うことを特徴とする
請求項１に記載の振動型モータの制御装置。
【請求項９】前記駆動特性の劣化状態が、前記弾性体
と接触体との摩耗状態であることを特徴とする請求項８
に記載の振動型モータの制御装置。
【請求項１０】請求項１から９のいずれかに記載の制
御装置を備えたことを特徴とする装置。
【請求項１１】弾性体に配置された電気−機械エネル
ギー変換素子部に駆動信号を印加して振動を励起し、前
記弾性体とこの弾性体に接触する接触体とを相対的に摩
擦駆動する振動型モータ装置において、モータの駆動特性の劣化状態を検出する検出モードを有
することを特徴とする振動型モータ装置。
【請求項１２】前記検出モードは、モータを所定の駆
動条件にて駆動させている状態でのモータの回転又は駆
動速度を検知し、該速度が所定値以下のときに劣化状態
にあると判定することを特徴とする請求項１１に記載の
振動型モータ装置。
【請求項１３】前記駆動条件は、前記弾性体の振動状
態を検知する振動検知手段の出力と前記駆動信号間の位
相差を所定の位相差に設定する条件であることを特徴と
する請求項１２に記載の振動型モータ装置。
【請求項１４】前記検出モードは、モータを所定の駆
動条件にて駆動させている状態でのモータの回転又は駆
動速度の変化状態を検知し、該変化値が所定値範囲より
大きいときに劣化状態にあると判定することを特徴とす
る請求項１１に記載の振動型モータ装置。
【請求項１５】前記検出モードは、前記弾性体の振動
状態を検知する振動検知手段の出力と前記駆動信号間の
位相差の変化状態を検知し、該変化値が所定値範囲より
大きいときに劣化状態にあると判定することを特徴とす
る請求項１１に記載の振動型モータ装置。
【請求項１６】請求項１１から１５のいずれかに記載
の振動型モータ装置を備えたことを特徴とする装置。