JPH11206156A - 振動型モータのための制御装置 - Google Patents

振動型モータのための制御装置

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JPH11206156A
JPH11206156A JP10308684A JP30868498A JPH11206156A JP H11206156 A JPH11206156 A JP H11206156A JP 10308684 A JP10308684 A JP 10308684A JP 30868498 A JP30868498 A JP 30868498A JP H11206156 A JPH11206156 A JP H11206156A
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JP
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frequency
sweep
vibration
control device
vibrating body
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JP10308684A
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Koji Kitani
耕治 木谷
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    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02NELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H02N2/00Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
    • H02N2/10Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing rotary motion, e.g. rotary motors
    • H02N2/14Drive circuits; Control arrangements or methods
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    • H02NELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • H02N2/10Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing rotary motion, e.g. rotary motors
    • H02N2/14Drive circuits; Control arrangements or methods
    • H02N2/142Small signal circuits; Means for controlling position or derived quantities, e.g. speed, torque, starting, stopping, reversing
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02NELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H02N2/00Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
    • H02N2/10Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing rotary motion, e.g. rotary motors
    • H02N2/16Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing rotary motion, e.g. rotary motors using travelling waves, i.e. Rayleigh surface waves
    • H02N2/163Motors with ring stator

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  • General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 装置に影響を及ぼすことなく固着を確実には
がすることができる振動型装置を提供する。 【解決手段】 振動体に発生させた進行性振動波によ
り、振動体と前記振動体に加圧接触した接触部材とを相
対移動させる振動型装置において、固着はがしのため
に、起動のための交番信号の周波数を固着状態での共振
周波数よりも高周波数側から低周波数側へスイープす
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は振動体に発生させた
進行性振動波により、振動体と該振動体に加圧接触した
部材とを相対運動させる振動型モータの制御装置に関す
るものである。
【0002】
【従来の技術】進行性振動波を利用した振動型装置(振
動型モータ)の原理的概要は下記のようである。全長が
ある長さλの整数倍であるようなリング状、もしくは楕
円、長円状の弾性的材料性の弾性体の片面に、周方向に
配列された電気−機械変換素子、ここでは二群の複数個
の圧電素子(単板でも複数個でも分群可)を固着したも
のを振動体(ステータ)とする。これらの圧電素子は各
群内ではλ/2のピッチにて、かつ交互に逆の伸縮極性
となるように配列されており、また両群間にはλ/4の
奇数倍のずれかあるように配列されている。
【0003】圧電素子の両群にはそれぞれ電極膜が施さ
れている。いずれかの一群(以下A相と称す)のみに交
流電圧を印加すれば、上記弾性体は、該群の各圧電素子
の中央点及びそこからλ/2おきの点が腹の位置、また
該腹の位置間の中央点が節の位置であるような曲げ振動
の定在波(波長λ)が弾性体の全周にわたって発生す
る。
【0004】他の一群(以下B相と称す)のみに交流電
圧を印加すれば同様に定在波が生ずるが、その腹及び節
の位置はA相による定在波に対して、λ/4ずれたもの
になる。両A,B相に、周波数が同じで、かつ互いに9
0°の時間的位相差を有する交流電圧を同時に印加する
と、両者の定在波の合成の結果、弾性体には周方向に振
動する曲げ振動の進行波(波長λ)が発生し、このと
き、厚みを有する上記弾性体の各点は楕円運動をする。
【0005】よって、弾性体の片面に移動体(ロータ)
として、例えばリング状の移動体を加圧接触させておけ
ば、該移動体は弾性体から周方向の摩擦力を受け回転駆
動される。また、前記楕円運動の周方向成分を増やすた
めに、振動体の圧電素子固着面と反対側に周方向に複数
個の径方向の溝をいれると、振動の中立面が圧電素子固
着面側に移動し、同じ振幅でも回転数が上がり、モータ
効率をも上げる効果が大きいことが確認されている。ま
た、この溝は摩耗粉除去の効果をもあわせ持っている。
このような原理につき、 1)無通電時、保持トルクを有し、しかも、位置決め動
作時にハンチングをおこさない。 2)イナーシャが小さく、駆動トルクが大きいため、回
転の立ち上がり、立ち下がりが速い(機械的時定数が小
さい)。 3)円周上すべての点が、等しい駆動力を発生するの
で、コギングがない。等の長所があり、振動型装置は原
理的に高精度回転や、高精度位置決めに適しているとい
えるが、摩擦力を利用するため、経時的な摩擦面の摩
耗、または湿度、温度環境下での摩擦力の変化などで、
モータ性能のばらつきが避けにくい、という短所もあわ
せもつ。
【0006】上記長短所を鑑みて、 1)摩擦係数が、ある程度大きいこと(モータトルク性
能をあげるため) 2)耐摩耗性があること(モータ性能を経時的に維持す
るため) 3)熱伝導率が高いこと(放熱をよくし、モータ特性の
温度変化を防ぐため) 4)移動体が軽量であること(イナーシャを小さくする
ため)など条件が摺動材に要求されている。
【0007】上記1)、3)の条件を満たすためには無
機系材料の組み合わせが望ましいが、振動型装置の材料
としては耐摩耗性に劣り、振動型装置を用いた装置とし
ての用途が限定される。
【0008】一般に振動型装置の摺動材の組み合わせは
比較的摩耗が少ない複合樹脂と無機材料の組み合わせ、
例えば複合樹脂として、耐熱性樹脂を母材として、炭素
繊維、ガラス繊維、芳香族ポリアミド繊維などの各種繊
維、または、窒化珪素、炭化珪素、チタン酸カリウムな
どのウィスカー、その他いろいろ強化作用、もしくは熱
伝導率を高くする作用を持つ充填材を添加したり、PT
FE樹脂、二硫化モリブデン、黒鉛などの潤滑作用を持
つ充填材を添加した樹脂が提案されている。
【0009】また、相手材としては、ステンレス、燐青
銅などの金属素地そのまま、もしくはそれらを表面硬化
処理したものを利用するものから、タングステン、ニッ
ケル、コバルト、クロムなどのメッキ、さらにそのメッ
キ層の中に強化するための炭化珪素、摩擦係数を安定さ
せるためのフッ素樹脂を充填ないしは析出させたり、各
種酸化物系、炭化物系のセラミックス、金属など、もし
くは複合溶射物が提案され、一部実用化されている。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記のような
複合樹脂と無機材料の組み合わせは、耐摩耗性に優れた
組み合わせは存在するのだが、駆動装置として駆動して
ある程度定常的な摺動面になったとき、湿度環境下を経
験すると、複合樹脂と無機材料がくっついてしまう(以
下、固着現象と呼ぶ)という欠点が表面化した。
【0011】この固着現象に付いては各所で解析されて
おり、特開平6−261556号公報に記載の樹脂の加
水分解説、特開平5−137358号公報に記載の金属
イオンの存在説など、化学的側面からの説明が試みられ
ている。
【0012】しかし、実験したところ、複合樹脂と無機
材料の組み合わせだと、モータ性能と耐摩耗性に優れた
材料(例えば、100時間駆動して数μm摩耗する程度
の組み合わせ)は必ず固着する。
【0013】それは、若干の固着力の差はあるが、複合
樹脂の母材の表面の濡れ性、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹
脂、結晶性などに関係なく、(ポリテトラフルオロエチ
レン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルサル
フォン、ポリアミド、ポリイミド等)、充填材(炭素繊
維、カーボンビーズ、チタン酸カリウムウィスカー、二
硫化モリブデン、その他)にも、組み合わせの相手材
(金属の種類、セラミックス(炭化物系、酸化物系)に
も関係なく起こる現象であることが実験的に確認され
た。なお、以上の実験後に分析を行ったが、樹脂の加水
分解の多少の判定は出来なかった。
【0014】固着現象が起きる条件について種々試験し
た結果、振動型装置側には1)駆動したときに生ずる摩
耗粉の最小単位の大きさが、〜1μm程度である材料組
み合わせである。 2)ある程度の時間、駆動している。
【0015】また、環境条件については、 1)絶対湿度よりも相対湿度に依存する(0℃以上の場
合、温度依存性が少ない)。 2)急激な温度変化により起きる。ことから、振動型装
置においては、摺動面が大きな摩耗粉を含まずに非常に
近接していること、外的要因として微視的な結露現象が
引き金になっていると推測される。
【0016】この現象についての推論を次に記す。摩擦
部分をある程度駆動すると、振動体と移動体の摺動面は
いわゆる”なじんで”くる。”なじみ”の現象を接触面
の変化として、具体的に列挙すると、 加工、駆動前環境による表面の汚れの摺動による除去 接触応力の均等化(面粗さの均等化、あたりむらの除
去) 化学的な平衡状態に達する(摺動面の温度で起きる化
学変化、応力などで起きる加工硬化、以上列挙したそれ
らの表面状態と雰囲気で決まる、表面の化学的、物理的
吸着などが定常状態に達する) ことが挙げられる。
【0017】ここで、の接触応力の均等化は、表面粗
さのある程度の平滑化を同時に進める。ここで、大まか
に言えば、定常的な摺動方向の表面粗さは、摺動による
摩耗による脱落が、表面粗さレベルの大きさの摩耗粉の
状態で起きていることを表しており、定常的な表面粗さ
と摩耗量は材料強度にもよるが、相関がある。
【0018】つまり、耐久性のある摺動材は、表面粗さ
が細かくなり、2面間の距離が近接した分の増大、ま
た、樹脂などのクリープしやすい材料では真実接触面積
の増大をも招く。
【0019】そのため、湿度下に置く、または、絶対湿
度が少しでも存在した場合に急激な温度降下を経験させ
ると、摺動面間の近接した部分に結露を起こし、分子間
力が働くので、マクロには摺動面同士がくっつくという
現象になる。その後、乾燥させてもくっつく現象が解除
されないことについては、非常に近接した2面間に入り
込んだ水分子群は、近接した空間の閉面と、場合により
その近接した距離よりも小さいレベルの微小な摩耗粉と
の間のVan der waals 力により保持されているので、た
とえ、そのわずかに開いた空間の蒸気圧が低くなろうと
も、水分子群が離れることがないためと推測している。
樹脂の場合は材料のクリープのために、わずかに開いた
空間がより狭くなり、固着程度がより顕著になる。固着
が起きると、振動型装置を起動するのが困難となるなど
の不具合を生ずる。
【0020】本出願に係る発明の目的は、装置に影響を
及ぼすことなく固着を確実に剥すことができる振動型装
置の駆動装置を提供しようとするものである。
【0021】
【課題を解決するための手段】本願発明の請求項1で
は、振動体に配された電気ー機械エネルギー変換素子部
に対して周波信号を印加して振動体を励振させ該振動体
に接触する接触部材との相対的な駆動を行う得る振動型
モータのための制御装置において、前記振動体と接触部
材が固着している状態でのモータの共振周波数よりも高
い周波数から低い周波数方向に前記周波信号の周波数を
スイープするスイープ手段を設け、前記の目的を達成す
る制御装置を提供するものである。
【0022】請求項2では、前記スイープ手段によるス
イープ動作にて前記固着はがしを行わせる振動型モータ
ための制御装置を提供するものである。
【0023】請求項3では、前記スイープの終了周波数
を、固着していない状態でのモータ動作時の共振周波数
よりも低くすることで前記目的を達成する振動型モータ
のための制御装置を提供するものである。
【0024】請求項4では、前記電気ー機械エネルギー
変換素子部は複数相に分割され、前記電気−機械変換素
子の複数相にそれぞれ時間的に同一または略位相の等し
い、周波信号を前記スイープに際して印加することで前
記目的を達成する振動型モータのための制御装置を提供
するものである。
【0025】請求項5では、前記スイープ手段によるス
イープ動作を繰り返し行うことで前記目的を達成する振
動型モータのための制御装置を提供するものである。
【0026】請求項6は、前記スイープ手段によるスイ
ープ動作を行うことで、固着状態が解消されたか否かを
判定する判定手段が設けられ、該判定手段で固着状態が
解消されていないと判定された際に、再度前記スイープ
動作を行わせることで上記の目的を達成した振動型モー
タのための制御装置を提供するものである。
【0027】請求項7では、前記再度のスイープに際し
て、スイープ開始周波数を上げて再度スイープを行うこ
とで、上記の目的を達成する振動型モータのための制御
装置を提供するものである。
【0028】請求項8では、前記再度のスイープに際し
て、前記周波信号の電圧を所定量上昇させて再度スイー
プを行うことで上記の目的を達成した振動型モータのた
めの制御装置を提供するものである。
【0029】請求項9では、前記スイープ動作が繰り返
されるごとに、スイープ開始周波数を上げてスイープ動
作を行うことで上記の目的を達成する振動型モータのた
めの制御装置を提供するものである。
【0030】請求項10では、前記スイープ動作が繰り
返されるごとに、前記周波信号の電圧を所定量上昇させ
てスイープ動作を行うことで、上記の目的を達成した振
動型モータのための制御装置を提供するものである。
【0031】請求項11では、前記制御装置は、前記モ
ータが固着状態にあるか否かを決定する決定手段を有
し、該決定手段にて、固着状態にあると決定された時前
記スイープ手段によりスイープ動作を行なうことで、上
記の目的を達成した振動型モータのための制御装置を提
供するものである。
【0032】請求項12では、前記決定手段は前記スイ
ープ手段によるスイープの開始周波数よりも低い初期周
波数から低い周波数方向に周波数をスイープした際にお
けるモータの駆動状態または特性変化状態または振動状
態を検知して固着状態が否かを決定するように構成した
振動型モータの制御装置を提供するものである。
【0033】請求項13では、請求項6の前記判定手段
はスイープ動作が行われた際におけるモータの駆動状態
または特性変化状態または振動状態を検知して固着が解
除されたか否かを判定するように構成した振動型モータ
の制御装置を提供するものである。
【0034】請求項14における発明は、振動体に配さ
れた電気ー機械エネルギー変換素子部に対して周波信号
を印加して振動体を励振させ該振動体に接触する接触部
材との相対的な駆動を行う得る振動型モータのための制
御装置において、前記振動体と接触部材が固着している
状態でのモータの共振周波数よりも高い周波数から該周
波数よりも低い所定の周波数まで前記周波信号の周波数
をスイープする第1の周波数帯モードと、該第1の周波
数帯モードでの最高周波数よりも低い所定の周波数を最
高周波数として該最高周波数から所定の低い周波数まで
の間で前記周波信号の周波数を制御する第2の周波数帯
モードとを設け、固着はがしを行えるようにした振動型
モータのための制御装置を提供するものである。
【0035】請求項16では、前記第1の周波数帯モー
ドでのスイープの終了周波数を、固着していない状態で
のモータ動作時の共振周波数よりも低くすることで前記
の目的を達成する振動型モータのための制御装置を提供
するものである。
【0036】請求項17では、前記第1の周波数帯モー
ドでのスイープ動作を行うことで、固着状態が解消され
たか否かを判定する判定手段を設け、該判定手段で固着
状態が解消されていないと判定された際に、再度前記ス
イープ動作を行わせることで前記目的を達成する振動型
モータのための制御装置を提供するものである。
【0037】請求項18では、前記再度のスイープに際
して、スイープ開始周波数を上げて再度スイープを行う
ように構成した振動型モータのための制御装置を提供す
るものである。
【0038】請求項19では、前記再度のスイープに際
して、前記周波信号の電圧を所定量上昇させて再度スイ
ープを行うように構成した振動型モータのための制御装
置を提供するものである。
【0039】請求項20では、前記制御装置構成とし
て、前記モータが固着状態にあるか否かを決定する決定
手段を設け、該決定手段にて、固着状態にあると決定さ
れた時前記第1の周波数帯モードでのスイープ動作を行
なうように構成した振動型モータのための制御装置を提
供するものである。
【0040】請求項21に記載の発明では、振動体に配
された電気ー機械エネルギー変換素子部に対して周波信
号を印加して振動体を励振させ該振動体に接触する接触
部材との相対的な駆動を行う得る振動型モータのための
制御装置において、前記モータに対しての通常駆動時に
おける前記周波信号の周波数帯よりも低い周波数の周波
信号で該信号のレベルを順次変更させる固着はがしモー
ドを設け上記の目的を達成した振動型モータのための制
御装置を提供するものである。
【0041】請求項22では、前記固着はがしモードは
前記信号のレベルを所定時間ごとに所定量上昇させて行
うことで、上記の目的を達成した振動型モータの制御装
置を提供するものである。
【0042】請求項23では、振動体に発生させた進行
性振動波により、振動体と前記振動体に加圧接触した接
触部材とを相対移動させる振動型装置の駆動装置におい
て、前記振動体と接触体との固着を検出する固着検出手
段と、前記固着検出手段が固着を検出すると、起動のた
めの交番信号の周波数を高周波数側から低周波数側へス
イープする起動制御手段を設け、上記の目的を達成した
振動型装置の駆動装置を提供するものである。
【0043】請求項24では、請求項23の装置におけ
る、前記起動制御手段にて、スイープ開始周波数を、固
着時の駆動モードの共振周波数よりも高くすることによ
り上記の目的を達成した振動型装置の駆動装置を提供す
るものである。
【0044】請求項25では、請求項23の装置におけ
る、前記起動制御手段にて、スイープ終了周波数を、動
作時の駆動モードの共振周波数よりも低くすることによ
り上記の目的を達成する振動型装置の駆動装置を提供す
るものである。
【0045】請求項26では、請求項23の装置におい
て、前記振動型装置の弾性体に電気的に複数相に分割さ
れた電気−機械変換素子を設け、前記起動制御手段に
て、前記電気−機械変換素子の複数相にそれぞれ時間的
に略位相の等しい、交番信号を印加することにて上記の
目的を達成する振動型装置の駆動装置を提供するもので
ある。
【0046】請求項27では、請求項23の装置におい
て、前記起動制御手段にて、スイープしても固着がはが
れないときに、再度スイープするように構成した振動型
装置の駆動装置を提供するものである。
【0047】請求項28では、請求項23の装置におい
て、前記起動制御手段にて、スイープしても固着がはが
れないときに、電圧を上げて再度スイープするように構
成した振動型装置の駆動装置を提供するものである。
【0048】請求項29では、請求項23の装置におい
て、前記起動制御手段にて、スイープしても固着がはが
れないときに、スイープ開始周波数を上げて再度スイー
プするように構成した振動型装置の駆動装置を提供する
ものである。
【0049】
【発明の実施の形態】以下本発明を詳細に説明する。振
動型装置の一例として進行波振動モータで説明する。
【0050】図1中、1は振動体で、可撓性を有する例
えばステンレス、鋼、真ちゅう、燐青銅、アルミ合金な
どからなるリング状の金属弾性体3の一端面に、複数個
に分極された2群の電気ー機械エネルギー変換素子とし
ての圧電素子をリング状に形成した圧電素子群4を耐熱
性のエポキシ樹脂系接着剤で同心円状に接着し、もう一
方の端面に、ナトリウムエッチング処理等で接着剤の接
着力を増強したPTFE複合樹脂5を同様に接着し、樹
脂側の面は、モータ効率を上げるために櫛歯状に複数の
溝が周方向に規則的に形成されている。
【0051】2は耐摩耗性を考慮した材料からなるリン
グ状の移動体である。
【0052】そして、振動体1の摺動面と移動体2の摺
動面は、加圧用の板ばねなどにより、軸方向に例えば1
0kgfの荷重で加圧接触されている。振動体摺動部に
は、移動体2の摺動部エッジが回転に対し干渉しないよ
うに径方向に段差を設けている。振動型装置それぞれの
摩耗しろによって異なるが、PTFE複合樹脂などの軟
質樹脂の場合は、弾性率が小さいため、振動を効率よく
伝達するためには、1mm以下が望ましい。
【0053】そして、交互に厚み方向に分極処理された
圧電素子からなる2群の圧電素子に振動体1の固有の周
波数の交流電圧を印加すると、振動体1は共振を起こ
し、その周方向に進行性振動波を生じ、振動体1に加圧
接触している移動体2が、振動体1と移動体2の摺動面
の摩擦力により、回転駆動される。
【0054】次に、固着がはがれるときのメカニズム推
測を記す。図2は、外径33mm、駆動モードである面
外7次モードの共振周波数(通常の駆動時)が約63k
Hzの振動型装置を、固着した状態で、75→62kH
zに2秒で周波数スイープを行い、徐々に印加電圧を上
げていったグラフで、横軸は印加電圧の周波数、縦軸は
2つあり、1つは、モータの回転数で、もう1つは振動
体の振幅に比例する電圧を出力するセンサ電圧である。
【0055】センサ電圧は、共振時に最大となり、例え
ば、図2ので固着時の共振周波数Frsは、72kH
z近辺にまで上昇している。印加電圧を上げるに従っ
て、センサ電圧にぶれが出てきて、摺動部が変化してい
ることがわかる。具体的には、140,160,180
Vp−p印加時のデータそれぞれに、振幅が不規則にぶ
れる現象が起きている。
【0056】また、各電圧のスイープ後、別途、インピ
ーダンスアナライザを用い、1Vp−pの同一入力で共
振周波数を測定する(注.振幅が小さいと、共振周波数
は上昇する)と、共振周波数が徐々に低下しており、通
常状態に近づいている(図3)。これは、はがれが部分
的に徐々に進行しているものと考えられる。さらに電圧
を上げていくと、240Vp−pでスイープしたとき
に、固着がはがれ、回転し始める。
【0057】なお、これは、固着状態がどのようなもの
であるかを示すためのデータであり、実際には、このサ
ンプルを一回スイープすれば、固着がはがれる。これ
は、240〜250Vp−pにおいて、固着部分をはが
すのに充分な振幅、及び力が発生したものと考えられ
る。
【0058】しかし、通常駆動時の周波数(たとえば6
5kHz固定)では、600Vp−p印加しても、固着
をはがすことはできない。通常駆動時の各周波数を固定
した際に、固着をはがすための電圧(以下、固着はがし
電圧Vpと呼ぶ)の一例を図4に示す。
【0059】これから、印加周波数を下げるに従って電
圧が上がるのは、固着時の共振周波数Frsが通常駆動
時の周波数範囲(例えば、64〜68kHz)よりも、
上になるので、印加周波数が低い方が、固着時の共振周
波数Frsよりも離れ振幅が出にくく、固着がはがれに
くいものと考えられる。従って、スイープ開始周波数F
ssも、固着時の共振周波数Frsよりも高く設定した
方がより低い電圧で固着をはがすことが出来る。
【0060】図5に、スイープ開始周波数Fssを変え
たときの固着はがし電圧Vpを記す。固着時の共振周波
数Frsを境に、それより高いと電圧が一定に、それよ
り低いと急激に上昇することがわかる。
【0061】次に、スイープ終了周波数(Fsp)につ
いて述べる。スイープ終了周波数Fspを変えたとき
の、固着はがし電圧Vpのデータを図6に示す。
【0062】今までに述べた理由だと、スイープ終了周
波数Fspは、固着時の共振周波数Frsより低く、通
常駆動時の周波数範囲であれば、変わらないとも考えら
れるが、実際測定してみると、スイープ終了周波数Fs
pを通常の駆動時の共振周波数よりも低く設定した方
が、固着はがし電圧Vpが低くなる。この理由は定かで
ないが、推測すると、前述のように固着部分がはがれる
につれて固着時の共振周波数Frsが低くなると、最後
にくっついている箇所がはがれるときはすでに、固着時
の共振周波数Frs≒駆動時の共振周波数Frdになっ
ていると考えられる。
【0063】その時、ある印加電圧に対して最大振幅が
出るのは固着時の共振周波数Frsであるから、スイー
プ終了周波数Fspを、固着時の共振周波数Frsより
低く、従って、はがれる直前には固着時の共振周波数F
rsとほぼ等しくなっている駆動時の共振周波数Frd
よりも低くした方が、固着はがし電圧Vpが低くなるの
ではないかと考えられる。そこで、本願の第1実施例で
は、固着はがしのための構成として、固着が起きている
時の共振周波数よりも高い周波数から通常の駆動時の共
振周波数よりも低い周波数までスイープさせるように、
構成している。
【0064】図7は本願の駆動装置の1実施例を示す回
路図である。図において20は制御回路としてのマイク
ロコンピュータで、該コンピュータにて装置全体の動作
制御が行われる。21はコンピュータ20からの周波数
を決定するためのデータを電圧に変換するDAコンバー
タで、該コンバータ21からの電圧は電圧制御発振器V
CO22に入力される。VCO22はコンバータ21か
ら供給される電圧に応じた周波数の周波信号を形成す
る。該VCO22からの周波信号はアンプ23を介して
振動モータの前記一方の群の圧電体Aに印加される。ま
た24はVCO22からの信号を90度位相シフトして
アンプ25に印加するための位相シフターであり、該位
相シフター24からの信号は前記圧電体の他方の群Bに
印加される。26は前記振動モータに設けられた振動検
知用圧電体Sからの出力をデジタル信号に変換して前記
コンピュータ20に入力するためのADコンバータであ
る。また前記圧電体はモータの振動振幅に応じた電圧を
出力する。
【0065】図8は、コンピュータ20にて制御される
フローを示すフローチャートである。以下該図7,8を
用いて動作を説明する。
【0066】不図示の電源がオン等で装置がスタートす
るとステップ1で通常駆動時の初期周波数f1がセット
される。
【0067】該f1は、固着はがし動作の初期周波数f
Aよりも低い周波数であり、通常駆動時の共振周波数よ
りも高い周波数である。ステップ2では周波数をΔf低
下させる。このステップ1,2でセットされる周波数に
応じたデータはコンバータ21にて電圧に変換されVC
O22にて前記周波数の周波信号が形成され圧電体に印
加される。ステップ3では振動検知用圧電体Sからの出
力をADコンバータ26でデジタル値に変換したデータ
をとり込み、該値が所定の値よりも高いか否か判定す
る。この判定で前記データが所定の値(図2ののA)
よりも高いと判定されると図2ののごとく固着状態で
はなく通常の駆動が可能であるので、ステップ4で通常
の駆動処理が成される。この通常の駆動処理は、周波数
帯として前記f1よりも低い周波数帯での駆動となる。
【0068】一方、前記データが所定値よりも低いと判
定されるとステップ5で周波数が通常駆動時の周波数f
nまで低下したか否か判定され、fnに達していない時
はステップ2に戻る。
【0069】これにより、ステップ3で固着がないと判
定されるまで、周波数はf1からfnまでスイープされ
る。この固着状態か否かを判定するための周波数のスイ
ープをfnまで行ってもADコンバータのデータが所定
値に達していないと判定された時は固着はがし処理のた
めのステップ6に進む。
【0070】ステップ6では固着はがしのための初期周
波数としてfAをセットする。このfAは固着時の共振
周波数よりも高い値であり、また前記f1よりも高い値
である。ステップ7は前記ステップ3と同一の処理を行
い固着状態が解除されたか否かを判定し、解除された時
はステップ8に移行し、フラグTを1にセットさせる。
ステップ9では周波数をΔf低下させる。ステップ10
では周波数が固着はがしの最低周波数fBになったか否
か判定し、fBにまで低下していないときはステップ7
に戻る。前記最低周波数は通常駆動時の共振周波数より
も低い値にセットされている。また前記周波数fnはこ
の周波数fBと同一でもよし、異ならしめてもよい。以
上の動作が周波数がfBとなるまで行われ固着はがしの
ためのfAからfBまでのスイープが行われる。この後
ステップ11でフラグTが1か否かの判定がなされ、1
の時は固着がはがれたとして、ステップ4へ移行し通常
駆動処理がなされる。一方、1ではないと判定されると
再度前記固着はがしのためのスイープを再開させるため
にステップ6に進み、固着はがしのスイープが再開され
る。
【0071】上記の実施例では、固着の有無を検知用圧
電体に電圧値から求めているが、これにかえて、周波数
をスイープした時の圧電体の電圧が最も大きな値を示し
た時の周波数を検知し、これが固着時の共振周波数帯で
あるかどうかの判定で行ってもよいし、周波数のスイー
プ時における圧電体への電流値をモニターして、該電流
値の大きさから判定してもよい。また、モータの回転を
検知するエンコーダーを設け、該エンコーダーからモー
タが回転を開始したかどうかの信号を検知し、回転を開
始したことが検知されたときに固着がない、または固着
がはがれたと判定してもよい。この場合は図8のステッ
プ3,7で前記エンコーダーの信号を検知して回転を開
始したことが検知されると、ステップ4,8へ移行させ
るようにすればよい。
【0072】図9は、上記固着はがし時の周波数のスイ
ープの他の例を示すフローチャートであり、図8のフロ
ーに対して、ステップ12を付加した点だけが異なって
いる。このフローでの処理では固着はがしのための周波
数のスイープが行われるごとにステップ12にて固着は
がしの開始の周波数を所定値高くセットして再度のスイ
ープを行う構成になっている。
【0073】図10は振動型モータの他の駆動装置の回
路例を示すもので、図7の構成に対して電圧制御回路2
7を付加して、該回路27にてアンプの電圧を制御し、
圧電体に印加される電圧を制御する構成になっている。
【0074】図11は、図10の構成における制御フロ
ーを示すもので、図8のフローに対してステップ12を
付加している点のみが異なる。このフローでの制御で
は、固着はがしの周波数のスイープが再度行われるごと
にコンピュータ20からの指令で電圧制御回路からアン
プ23,25に対して印加される駆動電圧が所定値づつ
上昇させる構成になっており、スイープごとに圧電体へ
の印加電圧を上昇させながら前記スイープを行う。
【0075】また、図11では固着はがしに際して周波
数のスイープを行っているが、これに変えて、図12の
ごとく、固着はがしに際して、周波数を通常駆動時周波
数よりも高い所定の周波数(例えば、固着時の共振周波
数近辺、またはそれよりも高い周波数)にロックして所
定時間圧電体に対して周波信号を印加し、この後固着が
解除されていないと判定された時には図11と同様に所
定量電圧を上昇させて、所定時間周波信号を印加させる
構成にしてもよい。
【0076】上記の各実施例は、圧電体の各群A、Bに
対して位相の異なる周波信号を印加しているが、さらに
固着はがし電圧Vpを低減することをねらいとして、圧
電体の各群A、B夫々に、時間的位相を等しくして固着
はがしを行う例を説明する。この構成でスイープとして
は75→62kHzまで、2秒でスイープして固着はが
し電圧Vpを測定した結果通常の90度位相をずらすの
に比べ、約85%の電圧ではがすことが確認出来た。こ
れは、位相の等しい電圧を加えることにより、リング上
に定在波が発生するが、理屈上、その最大振幅は同一印
加電圧で進行波を発生させた場合と比べ、約40%増え
るためと考えられる。
【0077】振幅の増加分よりも固着はがし電圧Vpが
下がる量が少ないのは、定在波のため、最大振幅は大き
くなっても、振幅の小さい、もしくはほとんど振動しな
いところがあるのため、はがれにくいものと考えられ
る。振動の小さいところでも固着がはがれるのは、振動
の大きいところの変形に引っ張られるためと考えられ
る。
【0078】また、定在波ではがす場合は、上述のよう
に低電圧かが可能であるが、はがれた後にロータをステ
ータがたたくのみで回転しないので、外部センサ(エン
コーダなど)によるはがれの確認、及び制御が出来な
い。
【0079】そのため、固着がはがれた後、回転するよ
うに、圧電体A、B群に時間的な位相差を5〜10度程
度つける方が適切な場合がある。
【0080】上記の圧電体の各群に対してい位相差を与
えないで振動モータの固着はがしのスイープを行う構成
としては、図13の駆動回路を構成することで実現でき
る。図13は図7に回路に対して、コンピュータ20か
らの指示信号でオンオフするスイッチング回路27を設
けた点のみ異なっている。該図132対しての制御フロ
ーとしては、図8のフローにおいて、ステップ1,2、
3、5,6,7,8,9,10,11、の処理において
は図13の回路27をオンとして同位相の駆動信号を圧
電体に印加して定在波でモータを作動させ、ステップ4
の通常駆動処理では回路27をオフとして90度位相差
で駆動させるようにすることで実現できる。
【0081】また上記の各実施例で述べた以外に固着し
ているかどうかを知る手段としては、例えば、いくつか
の現象、例えば共振周波数の上昇や、機械的Qの変化を
利用することが出来る。
【0082】また、前記固着検知の頻度は、振動型装置
が組み込まれた製品の使われ方(環境を含む)により、
電源ON時のみ行う、タイマーで定期的に行う、または
駆動ごとに行う等、適切に選ぶようにしてもよい。
【0083】
【発明の効果】本発明によれば、振動型装置が固着して
も、その搭載製品の機能を損なうことなく駆動すること
が可能になり、振動型装置の本来の特徴を生かすことが
出来る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態を示す振動型装置の
断面図。
【図2】〜はスイープ時の振動特性を示す図。
【図3】各電圧スイープ後の共振周波数の変化を示す
図。
【図4】各周波数における固着はがし電圧を示す図。
【図5】スイープ開始周波数と固着はがし電圧を示す
図。
【図6】スイープ終了周波数と固着はがし電圧の関係を
示す図。
【図7】本発明の振動型モータの制御装置の回路構成を
示す回路図。
【図8】図7のコンピュータでの制御フローを示すフロ
ーチャート。
【図9】他の制御フローを示すフローチャート。
【図10】本発明の他の実施の形態を示す回路図。
【図11】図10のコンピュータでの制御フローを示す
フローチャート。
【図12】他の制御フローを示すフローチャート。
【図13】本発明の他の実施の形態を示す回路図。
【符号の説明】
1 振動体 2 移動体 3 弾性体 4 圧電素子群 5 複合樹脂 20 コンピュータ 21 DAコンバータ 22 VCO

Claims (29)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 振動体に配された電気ー機械エネルギー
    変換素子部に対して周波信号を印加して振動体を励振さ
    せ該振動体に接触する接触部材との相対的な駆動を行う
    得る振動型モータのための制御装置において、 前記振動体と接触部材が固着している状態でのモータの
    共振周波数よりも高い周波数から低い周波数方向に前記
    周波信号の周波数をスイープするスイープ手段を設けた
    ことを特徴とする振動型モータのための制御装置。
  2. 【請求項2】 前記スイープ手段によるスイープ動作に
    て前記固着はがしを行うことを特徴とする請求項1に記
    載の振動型モータための制御装置。
  3. 【請求項3】 前記スイープの終了周波数を、固着して
    いない状態でのモータ動作時の共振周波数よりも低くす
    ることを特徴とする請求項1または2に記載の振動型モ
    ータのための制御装置。
  4. 【請求項4】 前記電気ー機械エネルギー変換素子部は
    複数相に分割され、前記電気−機械変換素子の複数相に
    それぞれ時間的に同一または略位相の等しい、周波信号
    を前記スイープに際して印加することを特徴とする請求
    項1、2または3に記載の振動型モータのための制御装
    置。
  5. 【請求項5】 前記スイープ手段によるスイープ動作を
    繰り返し行うことを特徴とする請求項1、2、3または
    4に記載の振動型モータのための制御装置。
  6. 【請求項6】 前記スイープ手段によるスイープ動作を
    行うことで、固着状態が解消されたか否かを判定する判
    定手段が設けられ、該判定手段で固着状態が解消されて
    いないと判定された際に、再度前記スイープ動作を行わ
    せるとを特徴とする請求項1、2、3または4に記載の
    振動型モータのための制御装置。
  7. 【請求項7】 前記再度のスイープに際して、スイープ
    開始周波数を上げて再度スイープを行うことを特徴とす
    る請求項6に記載の振動型モータのための制御装置。
  8. 【請求項8】 前記再度のスイープに際して、前記周波
    信号の電圧を所定量上昇させて再度スイープを行うこと
    を特徴とする請求項6に記載の振動型モータのための制
    御装置。
  9. 【請求項9】 前記スイープ動作が繰り返されるごと
    に、スイープ開始周波数を上げてスイープ動作を行うこ
    とを特徴とする請求項5に記載の振動型モータのための
    制御装置。
  10. 【請求項10】 前記スイープ動作が繰り返されるごと
    に、前記周波信号の電圧を所定量上昇させてスイープ動
    作を行うことを特徴とする請求項5に記載の振動型モー
    タのための制御装置。
  11. 【請求項11】 前記制御装置は、前記モータが固着状
    態にあるか否かを決定する決定手段を有し、該決定手段
    にて、固着状態にあると決定された時前記スイープ手段
    によりスイープ動作が行われるとこを特徴とする請求項
    1、または2または3または4または5または6または
    7または8または9または10に記載の振動型モータの
    ための制御装置。
  12. 【請求項12】 前記決定手段は前記スイープ手段によ
    るスイープの開始周波数よりも低い初期周波数から低い
    周波数方向に周波数をスイープした際におけるモータの
    駆動状態または特性変化状態または振動状態を検知して
    固着状態が否かを決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の制御装置。
  13. 【請求項13】 前記判定手段はスイープ動作が行われ
    た際におけるモータの駆動状態または特性変化状態また
    は振動状態を検知して固着が解除されたか否かを判定す
    ることを特徴とする請求項6または7または8に記載の
    振動型モータの制御装置。
  14. 【請求項14】 振動体に配された電気ー機械エネルギ
    ー変換素子部に対して周波信号を印加して振動体を励振
    させ該振動体に接触する接触部材との相対的な駆動を行
    う得る振動型モータのための制御装置において、 前記振動体と接触部材が固着している状態でのモータの
    共振周波数よりも高い周波数から該周波数よりも低い所
    定の周波数まで前記周波信号の周波数をスイープする第
    1の周波数帯モードと、該第1の周波数帯モードでの最
    高周波数よりも低い所定の周波数を最高周波数として該
    最高周波数から所定の低い周波数までの間で前記周波信
    号の周波数を制御する第2の周波数帯モードとを有する
    ことを特徴とする振動型モータのための制御装置。
  15. 【請求項15】 前記第1の周波数帯モードは前記固着
    を状態解除するモードであり、第2の周波数帯モードは
    通常駆動時のモードであることを特徴とする請求項14
    に記載の振動型モータのための制御装置。
  16. 【請求項16】 前記第1の周波数帯モードでのスイー
    プの終了周波数を、固着していない状態でのモータ動作
    時の共振周波数よりも低くすることを特徴とする請求項
    14または15に記載の振動型モータのための制御装
    置。
  17. 【請求項17】 前記第1の周波数帯モードでのスイー
    プ動作を行うことで、固着状態が解消されたか否かを判
    定する判定手段が設けられ、該判定手段で固着状態が解
    消されていないと判定された際に、再度前記スイープ動
    作を行わせるとを特徴とする請求項14、15、16に
    記載の振動型モータのための制御装置。
  18. 【請求項18】 前記再度のスイープに際して、スイー
    プ開始周波数を上げて再度スイープを行うことを特徴と
    する請求項17に記載の振動型モータのための制御装
    置。
  19. 【請求項19】 前記再度のスイープに際して、前記周
    波信号の電圧を所定量上昇させて再度スイープを行うこ
    とを特徴とする請求項17に記載の振動型モータのため
    の制御装置。
  20. 【請求項20】 前記制御装置は、前記モータが固着状
    態にあるか否かを決定する決定手段を有し、該決定手段
    にて、固着状態にあると決定された時前記第1の周波数
    帯モードでのスイープ動作を行なうとこを特徴とする請
    求項14、または15または16または17または18
    または19に記載の振動型モータのための制御装置。
  21. 【請求項21】 振動体に配された電気ー機械エネルギ
    ー変換素子部に対して周波信号を印加して振動体を励振
    させ該振動体に接触する接触部材との相対的な駆動を行
    う得る振動型モータのための制御装置において、 前記モータに対しての通常駆動時における前記周波信号
    の周波数帯よりも低い周波数の周波信号で該信号のレベ
    ルを順次変更させる固着はがしモードを有することを特
    徴とする振動型モータのための制御装置。
  22. 【請求項22】 前記固着はがしモードは前記信号のレ
    ベルを所定時間ごとに所定量上昇させて行うことを特徴
    とする請求項21に記載の振動型モータの制御装置。
  23. 【請求項23】 振動体に発生させた進行性振動波によ
    り、振動体と前記振動体に加圧接触した接触部材とを相
    対移動させる振動型装置の駆動装置において、 前記振動体と接触体との固着を検出する固着検出手段
    と、前記固着検出手段が固着を検出すると、起動のため
    の交番信号の周波数を高周波数側から低周波数側へスイ
    ープする起動制御手段とを有することを特徴とする振動
    型装置の駆動装置。
  24. 【請求項24】 前記起動制御手段は、スイープ開始周
    波数を、固着時の駆動モードの共振周波数よりも高くす
    ることを特徴とする請求項23に記載の振動型装置の駆
    動装置。
  25. 【請求項25】 前記起動制御手段は、スイープ終了周
    波数を、動作時の駆動モードの共振周波数よりも低くす
    ることを特徴とする請求項23に記載の振動型装置の駆
    動装置。
  26. 【請求項26】 前記振動型装置は弾性体に電気的に複
    数相に分割された電気−機械変換素子を設けた振動体を
    有していて、前記起動制御手段は、前記電気−機械変換
    素子の複数相にそれぞれ時間的に略位相の等しい、交番
    信号を印加することを特徴とする請求項23、24また
    は25に記載の振動型装置の駆動装置。
  27. 【請求項27】 前記起動制御手段は、スイープしても
    固着がはがれないときに、再度スイープすることを特徴
    とする請求項23、24、25または26に記載の振動
    型装置の駆動装置。
  28. 【請求項28】 前記起動制御手段は、スイープしても
    固着がはがれないときに、電圧を上げて再度スイープす
    ることを特徴とする請求項23、24、25または26
    に記載の振動型装置の駆動装置。
  29. 【請求項29】 前記起動制御手段は、スイープしても
    固着がはがれないときに、スイープ開始周波数を上げて
    再度スイープすることを特徴とする請求項23、24、
    25、または26に記載の振動型装置の駆動装置。
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