振動型アクチュエータの駆動制御装置
【課題】挙動が不安定な低速駆動領域での不要な振動の発生を抑制して駆動を安定化させ、消費電力の抑制を図ることが可能となる振動型アクチュエータの駆動制御装置を提供する。
【解決手段】電気−機械エネルギ変換素子が設けられた弾性体を有する振動体と、前記振動体に直接的または間接的に接触する移動体と、を備え、
前記電気−機械エネルギ変換素子への印加電圧により、前記振動体に励起される振動波によって発生する摩擦力で前記移動体を振動体に対して相対移動させる振動型アクチュエータの駆動制御装置であって、
前記印加電圧の少なくとも周波数及び振幅を、指令手段からの速度指令に基づいて可変制御する制御手段を備え、
前記制御手段によって、予め定めた駆動領域で前記印加電圧の振幅を増加させる。
【解決手段】電気−機械エネルギ変換素子が設けられた弾性体を有する振動体と、前記振動体に直接的または間接的に接触する移動体と、を備え、
前記電気−機械エネルギ変換素子への印加電圧により、前記振動体に励起される振動波によって発生する摩擦力で前記移動体を振動体に対して相対移動させる振動型アクチュエータの駆動制御装置であって、
前記印加電圧の少なくとも周波数及び振幅を、指令手段からの速度指令に基づいて可変制御する制御手段を備え、
前記制御手段によって、予め定めた駆動領域で前記印加電圧の振幅を増加させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、振動型アクチュエータの駆動制御装置に関し、特に安定して低速回転させることを可能とする振動型アクチュエータの駆動制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
振動型アクチュエータの一種である超音波モータは、複写機やカメラ用交換レンズなどに搭載されている。
近年では、機器の高性能化、低消費電力化に伴い、高回転精度化、高効率化などが要求されている。
このような振動型アクチュエータは、ＤＣブラシレスモータに代表される電磁モータに比して低速高トルク駆動が可能であるという特徴を有するが、上記要求に対応するためには課題も存在する。
例えば、弾性体と圧電素子とから成るステータと、移動体であるロータとの接触状態によっては、極低速回転域で挙動が安定せず不要な振動を発生させる場合があり、異音や速度ムラの原因となっていた。
【０００３】
以上のような接触状態に依存する異音や速度ムラに対応するため、特許文献１では、ステータとロータとの接触状態が全面接触と部分接触の境界領域になることを回避する方法が提案されている。
ここでは、その方法として、振動型アクチュエータへ印加する交流電圧の振幅を一時的に異ならせるようにした手法が採られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−１９２２７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記従来例の振動型アクチュエータでは、つぎのような課題を有している。
まず、上記従来例では目標速度が境界領域となった場合に電圧を異ならせる構成であるため、起動時における最初の目標速度が境界領域に該当する場合、最初から電圧を通常よりも高く設定する場合があり、このような場合には起動電流が増大する、即ち消費電力を増加させることになる。
逆に、電圧を通常よりも低く設定すると、耐久後や低温時など条件によっては起動に十分な電圧を確保できず起動しない場合が生じる。
更に、極低速回転域で挙動が安定しない要因は、ステータとロータの接触状態が全面接触と部分接触の境界領域になることのみではなく、場所によって接触圧が異なる面圧ムラや、ステータやロータの平面度バラつきなどが引き金となる場合も存在する。
以上のような複数の要因によって、振動体の共振周波数が一時的に駆動電圧の周波数に近づき、その結果変動が激しくなる場合があり得る。
そのため、上記従来例のように接触状態が全面接触と部分接触の境界領域になることを回避するだけでは、挙動を安定させる上では必ずしも充分ではない。
【０００６】
本発明は、上記課題に鑑み、挙動が不安定な低速駆動領域での不要な振動の発生を抑制して駆動を安定化させ、且つ消費電力の抑制を図ることが可能となる振動型アクチュエータの駆動制御装置の提供を目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の振動型アクチュエータの駆動制御装置は、電気−機械エネルギ変換素子が設けられた弾性体を有する振動体と、前記振動体に直接的または間接的に接触する移動体と、を備え、
前記電気−機械エネルギ変換素子への印加電圧により、前記振動体に励起される振動波によって発生する摩擦力で前記移動体を前記振動体に対して相対移動させる振動型アクチュエータの駆動制御装置であって、
前記印加電圧の少なくとも周波数及び振幅を、指令手段からの速度指令に基づいて可変制御する制御手段を備え、
前記制御手段によって、予め定めた駆動領域で前記印加電圧の振幅を増加させることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、挙動が不安定な低速駆動領域での不要な振動の発生を抑制して駆動を安定化させ、且つ消費電力の抑制を図ることが可能となる振動型アクチュエータの駆動制御装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施例１における振動型アクチュエータの駆動制御装置の構成例を説明するブロック図。
【図２】本発明の実施例１における振動型アクチュエータの構成例を示す概略図。
【図３】本発明の実施例１における振動型アクチュエータの振動の様子を示す概略図。
【図４】本発明の実施例１における振動型アクチュエータの電極を示す概略図。
【図５】本発明の実施例１における振動型アクチュエータの振動振幅−周波数特性の例を示す概略図。
【図６】本発明の実施例１の振動型アクチュエータの周波数掃引時における、駆動周波数と共振周波数の周波数差の例を示す概略図。
【図７】本発明の実施例１の振動型アクチュエータの周波数掃引時における、駆動電圧による挙動の違いを示す概略図。
【図８】本発明の実施例１における演算器の構成を示すブロック図および入出力特性を示す概略図。
【図９】本発明の実施例２における振動型アクチュエータの駆動制御装置の構成例を説明するブロック図。
【図１０】本発明の実施例２における振動型アクチュエータの駆動電圧と振動振幅との位相差−周波数特性の例を示す概略図。
【図１１】本発明の実施例２の振動型アクチュエータの周波数掃引時における、駆動電圧と振動振幅の位相差の例を示す概略図。
【図１２】本発明の実施例２における演算器の構成を示すブロック図および入出力特性を示す概略図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の振動型アクチュエータの駆動制御装置は、電気−機械エネルギ変換素子が設けられた弾性体を有する振動体と、前記振動体に直接的または間接的に接触する移動体を備え、前記電気−機械エネルギ変換素子への印加電圧により、前記振動体に励起される振動波によって発生する摩擦力で前記移動体を前記振動体に対して相対移動させる振動型アクチュエータの駆動制御装置であって、前記印加電圧の少なくとも周波数及び振幅を、指令手段からの速度指令に基づいて可変制御する制御手段を備え、前記制御手段によって、予め定めた駆動領域で前記印加電圧の振幅を増加させるものである。
本発明において、「振動体に直接的または間接的に接触する移動体」とは、振動体と直接的に接する（物理的に接する）ように移動体を設けるだけでなく、間に摺動部材や、摩擦部材、或いは振動を伝達する振動伝達部材等を介在させる構成も含むことを意味する。即ち振動体の振動エネルギが移動体に伝達可能な状態で構成されていることを意味する。
また、「予め定めた駆動領域」とは、典型例としては、「振動型アクチュエータの挙動が不安定となり得る駆動領域」を意味しており、例えば振動型アクチュエータの定格速度領域のうち低速度領域等（例えば最高速度の１０％以下の速度領域）を意味する。さらに前記駆動領域を周波数の観点から規定する場合には、予め定めた周波数帯域（周波数領域）ということもできる。また「挙動が不安定」とは、設定値（制御値）通りの速度で安定して駆動できない状態を意味する。例えば、当該速度（領域）で定常駆動させた場合に速度の変化が、他の速度領域で定常駆動させた場合よりも大きい場合や、停止してしまう場合が「挙動が不安定」といえる。
本発明を実施するための形態を、以下の実施例により説明するが、本発明はこれら実施例の記載によって何ら限定されるものではない。
【実施例】
【００１１】
［実施例１］
本発明の実施例１における振動型アクチュエータは、電気−機械エネルギ変換素子による圧電素子が設けられた金属やセラミック製の弾性体を有する振動体と、前記振動体に接触または間接的に接続される移動体を備える。
そして、電気−機械エネルギ変換素子への印加電圧により、前記振動体に励起される固有振動モードの共振現象を利用した振動波によって発生する摩擦力で前記移動体を振動体に対して相対移動させる。
その際、振動型アクチュエータは、加振周波数と同じ周波数の交流電圧を入力することで加振力を発生させることができる。
【００１２】
まず、以下に圧電素子を用いた振動型アクチュエータおよびその回転原理について説明する。
図２は振動型アクチュエータの例を示す概略構成図、図３は振動型アクチュエータの振動の様子を示す概略図である。
弾性体２ａ、２ｂが圧電素子１を挟持しており、これらは一体となって振動体２を構成している。振動体２には、圧電素子１に給電するためのフレキシブル基板３と、振動体２の上面に形成される楕円振動との間に生ずる摩擦力によって回転するロータ４が組み付けられている。
ロータを回転させるには、振動体２が持っている直交する２方向の曲げ振動の固有振動モードを利用する。時間的位相が９０°ずれた状態でこの２つの振動を発生させると、振動体２の上部構造が、くびれ部分を支点として振れ回るように回転振動する。
この様子を図３に示す。この振動の力が、不図示の加圧手段によって振動体２の上部に押し付けられたロータ４に摩擦力を介して伝達され、回転出力となって取り出される。
図４に、圧電素子１上に形成された給電用の電極パターンを示す。
電極は４つの区画に分割されており、各電極にはフレキシブル基板３を介してＡ相およびＢ相の交流電圧が供給される。圧電素子１の電極１ａ（＋）、１ａ（−）、１ｂ（＋）、１ｂ（−）の符号が分極方向を示しており、対向する電極はそれぞれ逆方向の極性を持つよう分極されている。
対向する電極に同じ駆動電圧を印加することによって逆方向の加振力を発生し、Ａ相及びＢ相に対応して夫々一つの固有振動モードの振動が励振される。
【００１３】
つぎに、振動型アクチュエータの基本的な制御原理について説明する。
図５は、上記振動型アクチュエータの振動体２に励起された振動の周波数と、振動体２の振動振幅との関係を示す図である。
ここでは、代表的な特性を示した細実線を用いて説明する（太点線については後述）。Ｆｒは振動体２の共振周波数を示しており、駆動周波数が共振周波数Ｆｒより高い領域から共振周波数Ｆｒに近付くと徐々に振動体２の振動振幅は増加し、共振周波数Ｆｒで最大振幅、即ち最大速度Ｖｍａｘとなる。
そして、共振周波数Ｆｒより低い周波数になると、振動振幅が急に減少する非対称な特性となっている。
振動型アクチュエータの回転速度（駆動速度）は振動振幅に比例しており、振動型アクチュエータの速度制御は、制御性を考慮して通常は共振周波数Ｆｒよりも高い領域が使用される。
【００１４】
以下、上記原理に基づいた振動型アクチュエータの駆動制御について説明する。
図１は、本実施例における振動型アクチュエータの駆動制御装置の構成例を示すブロック図であり、不図示の指令手段からの速度指令に応じてロータ４の回転速度を制御するシステムを示している。
周波数指令と振幅指令に応じて２相の交流電圧を生成する交流電圧発生器１１は、圧電素子１ａ、１ｂに９０°の位相差を有する交流電圧φＡ、φＢを印加する。
不図示のロータ４の回転速度は、ロータリーエンコーダなどの速度検出器１２で検出される。
速度検出信号と、不図示の指令手段からの速度指令との差分が減算器１３で演算される。
この差分信号に基づいて、制御器１４が公知のＰＩＤ制御などにより交流電圧の周波数（以下、駆動周波数）をフィードバック制御する。
振動型アクチュエータの起動停止に伴う加減速については、不図示の指令手段から所定の加速度を有する速度指令が与えられることで制御器１４から周波数挿引指令が発せられ、ロータ４の回転速度が制御される。
【００１５】
ここで、ロータ４が回転を開始した後、極低速において挙動が不安定となる領域について、図５および図６を用いて説明する。
上記のような不安定領域は、つぎのような要因によって振動状態が安定しないことが明らかとされている。
すなわち、振動体２とロータ４の接触状態が全面接触と部分接触の境界領域になる場合や、振動体２とロータ４の接触圧が場所によって異なる面圧ムラや、振動体２とロータ４の平面度バラつきなどによって、振動状態が安定しない場合がある。
周波数Ｆｓで振動型アクチュエータを起動させ、目標となる回転速度Ｖｔに対応する目標周波数Ｆｔまで周波数を掃引する過程における、駆動周波数と共振周波数の差の推移をプロットしたグラフが図６である。細実線αで示す曲線が大局的な推移を表す。
Ｆｓから掃引開始後、周波数Ｆｒ’近傍では、一時的に共振周波数が駆動周波数に近づいてくることで両者の周波数差が小さくなり、前述した振動状態が安定しない領域となる。
この領域では、前述の要因により共振周波数も振動的となっており、共振周波数と駆動周波数の差も図６中の太実線βで示すように振動的となる。この状態において両者の差が負の値を取ってしまった場合に、ストール（停止）してしまう。
【００１６】
このことは、図５において、加速中の回転速度が速度Ｖｍａｘ’近辺を通過する時、振動振幅（速度）−周波数特性が一時的に太点線で示すように移動して振動的になっている状態（図６でのβに相当）で、
駆動周波数＜共振周波数Ｆｒ’となった場合にストール（停止）することに対応する。
不安定領域を通過して振動状態が安定すると、共振周波数は遠のいてＦｒまで戻るため、Ｆｔまで周波数掃引を完了することができる。
図６の曲線αにおいて、周波数Ｆｒ’付近で極小値をとった後Ｆｔまでの区間がこれに相当する。
なお、本発明者らが検討に用いた図２のタイプの振動型アクチュエータにおいては、この回転速度Ｖｍａｘ’は大凡２［ｒｐｓ］付近が中心的であることが実験的に確認されている。
【００１７】
このような現象を抑止するためには、
駆動電圧の振幅をより大きな値とすることが望まれる。
これは、駆動電圧の振幅が大きいほど加振力が強く、振動を安定させられるためである。
図７に、駆動電圧による周波数掃引時の挙動の違いの例を示す。
図７（ａ）が通常の振幅、図７（ｂ）が通常よりも大きな振幅の駆動電圧とした場合の、振動型アクチュエータの起動時における挙動を示したものである。
図中「Ｒ」で示される、約２±１強［ｒｐｓ］の低い速度領域で、通常の振幅では速度変動が大きく振動状態が不安定であるのに対し、通常より高い振幅では、大きな速度変動なく安定して加速していることが見てとれる。
しかしながら、常時或いは加減速中は常に通常より高い振幅の駆動電圧が振動型アクチュエータに印加されるように設定すると、不必要に消費電力が増大してしまう。そのため、安定駆動に必要十分な駆動電圧を印加し、不必要な消費電力の増大を抑止することが望ましい。
【００１８】
そこで、本実施例では、振動状態が不安定となる中心的な回転速度を予め測定しておき、不図示の指令手段からの速度指令との差分に応じて駆動電圧の振幅を増加させる制御を行う。
具体的には、図１の減算器１５で、前述した予め測定された振動状態が不安定となる中心的な回転速度と、不図示の指令手段からの速度指令との差分を求め、演算器１６で所定の演算を行った後、交流電圧発生器１１に駆動電圧の振幅指令を出力する振幅制御を行う。
演算器１６の構成例を図８（ａ）に、その入出力特性、即ち差分と振幅指令の関係を表すグラフを図８（ｂ）に示す。
差分は、除算器１００において差分限度設定値で除された後、乗算器１０１で二乗される。
さらに、飽和器（リミッタ）１０２を通過する、上限値１以下の値のみが、減算器１０３で値１より減算される。
しかる後、乗算器１０４でＧａｉｎ倍されたものが、加算器１０５で、通常時における駆動電圧の振幅値に加算され、振幅指令として出力される。
【００１９】
なお、乗算器１０４におけるＧａｉｎは最大増加振幅の設定値のことである。このように演算器１６を構成すると、振幅指令は図８（ｂ）の通りとなる。
即ち、振動状態が不安定となる中心的な回転速度（差分０）で振幅指令が最大値「通常電圧振幅値＋最大増加振幅（Ｇａｉｎ）」を取り、差分限度設定値だけ離れた回転速度で通常の電圧振幅となるような二乗特性を持つ。
例えば、上記した図７における速度領域「Ｒ」に対応させて、前述の中心的な回転速度を２［ｒｐｓ］、差分限度設定値を１．２［ｒｐｓ］、Ｇａｉｎを０．２、通常電圧振幅を０．５とする。
これにより、起動時から０．８［ｒｐｓ］までの振幅指令は０．５であり、そこから振幅指令が二乗関数的に増加し、２［ｒｐｓ］で最大振幅０．７となる。
回転速度が２［ｒｐｓ］を超えると振幅指令は二乗関数的に減少し、３．２［ｒｐｓ］以上は通常振幅である０．５に戻る。なお、駆動電圧の振幅は規格化しており、１が最大値である。
【００２０】
以上のように、演算器１６を構成することで、振動状態が不安定となる領域において、必要に応じて駆動電圧の振幅を増加させることができる。
なお、本実施例では二乗関数的な特性を得られる構成としたが、無論本発明の範囲はこれに限定されるものではない。
演算量を低減するために線形特性としても良いし、不連続な一定値を増加させる０次特性としてもよい。
或いは、より高次の特性を持たせても良いし、速度差分の符号によって特性を変えるなど非対称な特性を持たせてもよい。
また、振動状態が不安定となる中心的な回転速度の決定方法についても、実験的に求めた固定値としても良いし、個々のアクチュエータに最適化するため、工場の生産ラインで測定してもよい。
更には、中心的な回転速度の代わりに、その速度に相当する周波数値を用いて、周波数指令との差分をもとに制御を行っても良い。なお、減速時も上記で説明した加速時と同様の制御を行うことができるのは言うまでもない。
【００２１】
以上に説明したように、予め測定した振動状態が不安定となる中心的な回転速度と速度指令との差分に応じて、振動型アクチュエータへの印加電圧の振幅を増加させる可変制御を行うことにより、振動状態が不安定となる現象を抑止することが可能となる。
これらにより、挙動が不安定な低速駆動領域での不要な振動の発生を抑制して駆動を安定化させ、且つ消費電力の抑制を図ることが可能となる。
【００２２】
［実施例２］
実施例２として、上記実施例１とは異なる構成例について説明する。
本実施例では、回転速度差でなく位相差の差分をフィードバック制御する以外の基本的な構成は実施例１と同様であることから、重複する説明は省略する。
図９は、本実施例における振動型アクチュエータの駆動制御装置の構成例を示すブロック図である。
実施例１における図１とは、圧電素子を用いた振動検出センサ１ｃを不図示の振動体２に設け、交流信号φＡと振動検出信号φＳの位相差と、予め設定される中心位相差との差分を元に交流電圧の振幅を制御する点が異なる。
位相差検出器１７で交流電圧φＡと振動検出信号φＳの位相差を検出し、これと前述の中心位相差との差分を減算器１５で求め、演算器１６で所定の演算を行って交流電圧の振幅指令を得る。
【００２３】
図１０は、駆動周波数と上記位相差との関係を示す図である。
ここでは、代表的な特性を示した細実線を用いて説明する（太点線については後述）。
公知の通り、振動型アクチュエータに印加する電圧信号φＡと、振動型アクチュエータの振動を検出した信号φＳとの位相差は、周波数が共振周波数Ｆｒより高い領域から下がるにつれて徐々に増加し、共振周波数Ｆｒで−９０度の点を通過する。
このような特性は実施例１で説明した図５の振動振幅特性および図６と対応しており、上記位相差をパラメータとすることで共振周波数の変化を検出することができる。
【００２４】
ここで、ロータ４が回転を開始した後の極低速において挙動が不安定となる領域について、図１０および図１１を用いて説明する。
周波数掃引過程における上記位相差の推移をプロットしたグラフが図１１である。細実線αで示す曲線が大局的な推移を表す。
Ｆｓから掃引開始後、周波数Ｆｒ’近傍では、一時的に共振周波数が駆動周波数に近づいてくることで上記位相差が−９０度に近くなり、実施例１で説明した振動状態が安定しない領域となる。
この領域では、前述の要因により共振周波数も振動的となっており、上記位相差も図１１中の太実線βで示すように振動的となる。この状態において位相差が−９０度を超えてしまった場合に、ストール（停止）してしまう。
このことは、図１０において、周波数掃引時、上記位相差−周波数特性が一時的に太点線で示す付近に移動して振動的になっている状態（図１１でのβに相当）で位相差が−９０度を超えた場合にストール（停止）することに対応する。
不安定領域を通過して振動状態が安定すると、共振周波数が遠のいて位相差特性も細実線で示す状態に戻っていくため、Ｆｔまで周波数掃引を完了することができる。
図１１の曲線αにおいて、周波数がＦｒ’からＦｔまでの区間がこれに相当する。
なお、前述の通り、実施例１の図６で説明した駆動周波数と共振周波数の差を示す曲線と図１１の位相差曲線は一対一対応しており、図６におけるＦｒ’付近での極小値は、図１１におけるＦｒ’付近での極大値に相当する。
【００２５】
以上のような現象を抑止するためには、駆動電圧の振幅をより大きな値とすることが望まれる。
しかしながら、消費電力の増大を必要最小限にするため、安定駆動に必要十分な駆動電圧を適宜印加することが望ましい。
そこで、本実施例では、振動状態が不安定となる中心的な上記位相差即ち上記極大値である中心位相差を予め測定しておき、これと振動型アクチュエータ駆動中の上記位相差との差分に応じて駆動電圧の振幅を増加させる制御を行う。
具体的には、図９の減算器１５において、前述した予め測定された振動状態が不安定となる上記中心位相差と、位相差検出器１７からの位相差検出信号との差分を求める、そして、演算器１６で所定の演算を行った後、交流電圧発生器１１に駆動電圧の振幅指令を出力する振幅制御を行う。
演算器１６の構成例を図１２（ａ）に、その入出力特性、即ち上記差分と振幅指令の関係を表すグラフを図１２（ｂ）に示す。
差分は、まず最初に飽和器（リミッタ）１０６に入力され、上限値０以下の値のみが通過する。この後の演算器１６の構成は実施例１（図８に示す演算器１６）と同様であるため、詳細は省略する。
【００２６】
このように演算器１６を構成すると、振幅指令は図１２（ｂ）の通りとなる。即ち、振動状態が不安定となる中心位相差で振幅指令が最大値「通常電圧振幅値＋最大増加振幅（Ｇａｉｎ）」を取り、負側に差分限度設定値だけ離れた回転速度で通常の電圧振幅となるような二乗特性を持つ。
正側では上記最大値に保たれることで、上記位相差の差分が不安定で振動的な状態で、上記中心位相差から共振に近い側になった場合にも加振力を大きな状態に保つ効果がある。
なお、共振周波数の変化の検出方法について、本実施例では交流電圧と振動体２の振動の位相差を用いたが、無論本発明の範囲はこれに限定されるものではない。
例えば、周波数指令に乱数信号を重畳し、この周波数変動に対するロータ４の速度変動の周波数応答特性を計測し、ゲイン特性および位相特性から振動体２の共振周波数と駆動周波数の差を直接推定してもよい。
また、本実施例に記載の処理は、上記不安定領域でのみ行い、目標速度Ｖｔを超えるような共振に近い速度領域では行わないようにしてもよい。
【００２７】
以上に説明したように、予め測定した振動状態が不安定となる中心的な、交流電圧と振動体２の振動の位相差と、振動型アクチュエータ駆動中の上記位相差との差分に応じて、振動型アクチュエータへの印加電圧の振幅を増加させる可変制御を行う。
これにより、振動状態が不安定となる現象を抑止することが可能となる。
加えて、電圧振幅の増加に伴う消費電力の増大を必要最小限に抑制することが可能となり、低回転速度領域での駆動安定化と消費電力抑制との両立を実現することができる。
【符号の説明】
【００２８】
１：圧電素子
２：振動体
２ａ、２ｂ：弾性体
３：フレキシブル基板
４：ロータ
１１：交流電圧発生器
１２：速度検出器
１３：減算器
１４：制御器
１５：減算器
１６：演算器
【技術分野】
【０００１】
本発明は、振動型アクチュエータの駆動制御装置に関し、特に安定して低速回転させることを可能とする振動型アクチュエータの駆動制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
振動型アクチュエータの一種である超音波モータは、複写機やカメラ用交換レンズなどに搭載されている。
近年では、機器の高性能化、低消費電力化に伴い、高回転精度化、高効率化などが要求されている。
このような振動型アクチュエータは、ＤＣブラシレスモータに代表される電磁モータに比して低速高トルク駆動が可能であるという特徴を有するが、上記要求に対応するためには課題も存在する。
例えば、弾性体と圧電素子とから成るステータと、移動体であるロータとの接触状態によっては、極低速回転域で挙動が安定せず不要な振動を発生させる場合があり、異音や速度ムラの原因となっていた。
【０００３】
以上のような接触状態に依存する異音や速度ムラに対応するため、特許文献１では、ステータとロータとの接触状態が全面接触と部分接触の境界領域になることを回避する方法が提案されている。
ここでは、その方法として、振動型アクチュエータへ印加する交流電圧の振幅を一時的に異ならせるようにした手法が採られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−１９２２７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記従来例の振動型アクチュエータでは、つぎのような課題を有している。
まず、上記従来例では目標速度が境界領域となった場合に電圧を異ならせる構成であるため、起動時における最初の目標速度が境界領域に該当する場合、最初から電圧を通常よりも高く設定する場合があり、このような場合には起動電流が増大する、即ち消費電力を増加させることになる。
逆に、電圧を通常よりも低く設定すると、耐久後や低温時など条件によっては起動に十分な電圧を確保できず起動しない場合が生じる。
更に、極低速回転域で挙動が安定しない要因は、ステータとロータの接触状態が全面接触と部分接触の境界領域になることのみではなく、場所によって接触圧が異なる面圧ムラや、ステータやロータの平面度バラつきなどが引き金となる場合も存在する。
以上のような複数の要因によって、振動体の共振周波数が一時的に駆動電圧の周波数に近づき、その結果変動が激しくなる場合があり得る。
そのため、上記従来例のように接触状態が全面接触と部分接触の境界領域になることを回避するだけでは、挙動を安定させる上では必ずしも充分ではない。
【０００６】
本発明は、上記課題に鑑み、挙動が不安定な低速駆動領域での不要な振動の発生を抑制して駆動を安定化させ、且つ消費電力の抑制を図ることが可能となる振動型アクチュエータの駆動制御装置の提供を目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の振動型アクチュエータの駆動制御装置は、電気−機械エネルギ変換素子が設けられた弾性体を有する振動体と、前記振動体に直接的または間接的に接触する移動体と、を備え、
前記電気−機械エネルギ変換素子への印加電圧により、前記振動体に励起される振動波によって発生する摩擦力で前記移動体を前記振動体に対して相対移動させる振動型アクチュエータの駆動制御装置であって、
前記印加電圧の少なくとも周波数及び振幅を、指令手段からの速度指令に基づいて可変制御する制御手段を備え、
前記制御手段によって、予め定めた駆動領域で前記印加電圧の振幅を増加させることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、挙動が不安定な低速駆動領域での不要な振動の発生を抑制して駆動を安定化させ、且つ消費電力の抑制を図ることが可能となる振動型アクチュエータの駆動制御装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施例１における振動型アクチュエータの駆動制御装置の構成例を説明するブロック図。
【図２】本発明の実施例１における振動型アクチュエータの構成例を示す概略図。
【図３】本発明の実施例１における振動型アクチュエータの振動の様子を示す概略図。
【図４】本発明の実施例１における振動型アクチュエータの電極を示す概略図。
【図５】本発明の実施例１における振動型アクチュエータの振動振幅−周波数特性の例を示す概略図。
【図６】本発明の実施例１の振動型アクチュエータの周波数掃引時における、駆動周波数と共振周波数の周波数差の例を示す概略図。
【図７】本発明の実施例１の振動型アクチュエータの周波数掃引時における、駆動電圧による挙動の違いを示す概略図。
【図８】本発明の実施例１における演算器の構成を示すブロック図および入出力特性を示す概略図。
【図９】本発明の実施例２における振動型アクチュエータの駆動制御装置の構成例を説明するブロック図。
【図１０】本発明の実施例２における振動型アクチュエータの駆動電圧と振動振幅との位相差−周波数特性の例を示す概略図。
【図１１】本発明の実施例２の振動型アクチュエータの周波数掃引時における、駆動電圧と振動振幅の位相差の例を示す概略図。
【図１２】本発明の実施例２における演算器の構成を示すブロック図および入出力特性を示す概略図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の振動型アクチュエータの駆動制御装置は、電気−機械エネルギ変換素子が設けられた弾性体を有する振動体と、前記振動体に直接的または間接的に接触する移動体を備え、前記電気−機械エネルギ変換素子への印加電圧により、前記振動体に励起される振動波によって発生する摩擦力で前記移動体を前記振動体に対して相対移動させる振動型アクチュエータの駆動制御装置であって、前記印加電圧の少なくとも周波数及び振幅を、指令手段からの速度指令に基づいて可変制御する制御手段を備え、前記制御手段によって、予め定めた駆動領域で前記印加電圧の振幅を増加させるものである。
本発明において、「振動体に直接的または間接的に接触する移動体」とは、振動体と直接的に接する（物理的に接する）ように移動体を設けるだけでなく、間に摺動部材や、摩擦部材、或いは振動を伝達する振動伝達部材等を介在させる構成も含むことを意味する。即ち振動体の振動エネルギが移動体に伝達可能な状態で構成されていることを意味する。
また、「予め定めた駆動領域」とは、典型例としては、「振動型アクチュエータの挙動が不安定となり得る駆動領域」を意味しており、例えば振動型アクチュエータの定格速度領域のうち低速度領域等（例えば最高速度の１０％以下の速度領域）を意味する。さらに前記駆動領域を周波数の観点から規定する場合には、予め定めた周波数帯域（周波数領域）ということもできる。また「挙動が不安定」とは、設定値（制御値）通りの速度で安定して駆動できない状態を意味する。例えば、当該速度（領域）で定常駆動させた場合に速度の変化が、他の速度領域で定常駆動させた場合よりも大きい場合や、停止してしまう場合が「挙動が不安定」といえる。
本発明を実施するための形態を、以下の実施例により説明するが、本発明はこれら実施例の記載によって何ら限定されるものではない。
【実施例】
【００１１】
［実施例１］
本発明の実施例１における振動型アクチュエータは、電気−機械エネルギ変換素子による圧電素子が設けられた金属やセラミック製の弾性体を有する振動体と、前記振動体に接触または間接的に接続される移動体を備える。
そして、電気−機械エネルギ変換素子への印加電圧により、前記振動体に励起される固有振動モードの共振現象を利用した振動波によって発生する摩擦力で前記移動体を振動体に対して相対移動させる。
その際、振動型アクチュエータは、加振周波数と同じ周波数の交流電圧を入力することで加振力を発生させることができる。
【００１２】
まず、以下に圧電素子を用いた振動型アクチュエータおよびその回転原理について説明する。
図２は振動型アクチュエータの例を示す概略構成図、図３は振動型アクチュエータの振動の様子を示す概略図である。
弾性体２ａ、２ｂが圧電素子１を挟持しており、これらは一体となって振動体２を構成している。振動体２には、圧電素子１に給電するためのフレキシブル基板３と、振動体２の上面に形成される楕円振動との間に生ずる摩擦力によって回転するロータ４が組み付けられている。
ロータを回転させるには、振動体２が持っている直交する２方向の曲げ振動の固有振動モードを利用する。時間的位相が９０°ずれた状態でこの２つの振動を発生させると、振動体２の上部構造が、くびれ部分を支点として振れ回るように回転振動する。
この様子を図３に示す。この振動の力が、不図示の加圧手段によって振動体２の上部に押し付けられたロータ４に摩擦力を介して伝達され、回転出力となって取り出される。
図４に、圧電素子１上に形成された給電用の電極パターンを示す。
電極は４つの区画に分割されており、各電極にはフレキシブル基板３を介してＡ相およびＢ相の交流電圧が供給される。圧電素子１の電極１ａ（＋）、１ａ（−）、１ｂ（＋）、１ｂ（−）の符号が分極方向を示しており、対向する電極はそれぞれ逆方向の極性を持つよう分極されている。
対向する電極に同じ駆動電圧を印加することによって逆方向の加振力を発生し、Ａ相及びＢ相に対応して夫々一つの固有振動モードの振動が励振される。
【００１３】
つぎに、振動型アクチュエータの基本的な制御原理について説明する。
図５は、上記振動型アクチュエータの振動体２に励起された振動の周波数と、振動体２の振動振幅との関係を示す図である。
ここでは、代表的な特性を示した細実線を用いて説明する（太点線については後述）。Ｆｒは振動体２の共振周波数を示しており、駆動周波数が共振周波数Ｆｒより高い領域から共振周波数Ｆｒに近付くと徐々に振動体２の振動振幅は増加し、共振周波数Ｆｒで最大振幅、即ち最大速度Ｖｍａｘとなる。
そして、共振周波数Ｆｒより低い周波数になると、振動振幅が急に減少する非対称な特性となっている。
振動型アクチュエータの回転速度（駆動速度）は振動振幅に比例しており、振動型アクチュエータの速度制御は、制御性を考慮して通常は共振周波数Ｆｒよりも高い領域が使用される。
【００１４】
以下、上記原理に基づいた振動型アクチュエータの駆動制御について説明する。
図１は、本実施例における振動型アクチュエータの駆動制御装置の構成例を示すブロック図であり、不図示の指令手段からの速度指令に応じてロータ４の回転速度を制御するシステムを示している。
周波数指令と振幅指令に応じて２相の交流電圧を生成する交流電圧発生器１１は、圧電素子１ａ、１ｂに９０°の位相差を有する交流電圧φＡ、φＢを印加する。
不図示のロータ４の回転速度は、ロータリーエンコーダなどの速度検出器１２で検出される。
速度検出信号と、不図示の指令手段からの速度指令との差分が減算器１３で演算される。
この差分信号に基づいて、制御器１４が公知のＰＩＤ制御などにより交流電圧の周波数（以下、駆動周波数）をフィードバック制御する。
振動型アクチュエータの起動停止に伴う加減速については、不図示の指令手段から所定の加速度を有する速度指令が与えられることで制御器１４から周波数挿引指令が発せられ、ロータ４の回転速度が制御される。
【００１５】
ここで、ロータ４が回転を開始した後、極低速において挙動が不安定となる領域について、図５および図６を用いて説明する。
上記のような不安定領域は、つぎのような要因によって振動状態が安定しないことが明らかとされている。
すなわち、振動体２とロータ４の接触状態が全面接触と部分接触の境界領域になる場合や、振動体２とロータ４の接触圧が場所によって異なる面圧ムラや、振動体２とロータ４の平面度バラつきなどによって、振動状態が安定しない場合がある。
周波数Ｆｓで振動型アクチュエータを起動させ、目標となる回転速度Ｖｔに対応する目標周波数Ｆｔまで周波数を掃引する過程における、駆動周波数と共振周波数の差の推移をプロットしたグラフが図６である。細実線αで示す曲線が大局的な推移を表す。
Ｆｓから掃引開始後、周波数Ｆｒ’近傍では、一時的に共振周波数が駆動周波数に近づいてくることで両者の周波数差が小さくなり、前述した振動状態が安定しない領域となる。
この領域では、前述の要因により共振周波数も振動的となっており、共振周波数と駆動周波数の差も図６中の太実線βで示すように振動的となる。この状態において両者の差が負の値を取ってしまった場合に、ストール（停止）してしまう。
【００１６】
このことは、図５において、加速中の回転速度が速度Ｖｍａｘ’近辺を通過する時、振動振幅（速度）−周波数特性が一時的に太点線で示すように移動して振動的になっている状態（図６でのβに相当）で、
駆動周波数＜共振周波数Ｆｒ’となった場合にストール（停止）することに対応する。
不安定領域を通過して振動状態が安定すると、共振周波数は遠のいてＦｒまで戻るため、Ｆｔまで周波数掃引を完了することができる。
図６の曲線αにおいて、周波数Ｆｒ’付近で極小値をとった後Ｆｔまでの区間がこれに相当する。
なお、本発明者らが検討に用いた図２のタイプの振動型アクチュエータにおいては、この回転速度Ｖｍａｘ’は大凡２［ｒｐｓ］付近が中心的であることが実験的に確認されている。
【００１７】
このような現象を抑止するためには、
駆動電圧の振幅をより大きな値とすることが望まれる。
これは、駆動電圧の振幅が大きいほど加振力が強く、振動を安定させられるためである。
図７に、駆動電圧による周波数掃引時の挙動の違いの例を示す。
図７（ａ）が通常の振幅、図７（ｂ）が通常よりも大きな振幅の駆動電圧とした場合の、振動型アクチュエータの起動時における挙動を示したものである。
図中「Ｒ」で示される、約２±１強［ｒｐｓ］の低い速度領域で、通常の振幅では速度変動が大きく振動状態が不安定であるのに対し、通常より高い振幅では、大きな速度変動なく安定して加速していることが見てとれる。
しかしながら、常時或いは加減速中は常に通常より高い振幅の駆動電圧が振動型アクチュエータに印加されるように設定すると、不必要に消費電力が増大してしまう。そのため、安定駆動に必要十分な駆動電圧を印加し、不必要な消費電力の増大を抑止することが望ましい。
【００１８】
そこで、本実施例では、振動状態が不安定となる中心的な回転速度を予め測定しておき、不図示の指令手段からの速度指令との差分に応じて駆動電圧の振幅を増加させる制御を行う。
具体的には、図１の減算器１５で、前述した予め測定された振動状態が不安定となる中心的な回転速度と、不図示の指令手段からの速度指令との差分を求め、演算器１６で所定の演算を行った後、交流電圧発生器１１に駆動電圧の振幅指令を出力する振幅制御を行う。
演算器１６の構成例を図８（ａ）に、その入出力特性、即ち差分と振幅指令の関係を表すグラフを図８（ｂ）に示す。
差分は、除算器１００において差分限度設定値で除された後、乗算器１０１で二乗される。
さらに、飽和器（リミッタ）１０２を通過する、上限値１以下の値のみが、減算器１０３で値１より減算される。
しかる後、乗算器１０４でＧａｉｎ倍されたものが、加算器１０５で、通常時における駆動電圧の振幅値に加算され、振幅指令として出力される。
【００１９】
なお、乗算器１０４におけるＧａｉｎは最大増加振幅の設定値のことである。このように演算器１６を構成すると、振幅指令は図８（ｂ）の通りとなる。
即ち、振動状態が不安定となる中心的な回転速度（差分０）で振幅指令が最大値「通常電圧振幅値＋最大増加振幅（Ｇａｉｎ）」を取り、差分限度設定値だけ離れた回転速度で通常の電圧振幅となるような二乗特性を持つ。
例えば、上記した図７における速度領域「Ｒ」に対応させて、前述の中心的な回転速度を２［ｒｐｓ］、差分限度設定値を１．２［ｒｐｓ］、Ｇａｉｎを０．２、通常電圧振幅を０．５とする。
これにより、起動時から０．８［ｒｐｓ］までの振幅指令は０．５であり、そこから振幅指令が二乗関数的に増加し、２［ｒｐｓ］で最大振幅０．７となる。
回転速度が２［ｒｐｓ］を超えると振幅指令は二乗関数的に減少し、３．２［ｒｐｓ］以上は通常振幅である０．５に戻る。なお、駆動電圧の振幅は規格化しており、１が最大値である。
【００２０】
以上のように、演算器１６を構成することで、振動状態が不安定となる領域において、必要に応じて駆動電圧の振幅を増加させることができる。
なお、本実施例では二乗関数的な特性を得られる構成としたが、無論本発明の範囲はこれに限定されるものではない。
演算量を低減するために線形特性としても良いし、不連続な一定値を増加させる０次特性としてもよい。
或いは、より高次の特性を持たせても良いし、速度差分の符号によって特性を変えるなど非対称な特性を持たせてもよい。
また、振動状態が不安定となる中心的な回転速度の決定方法についても、実験的に求めた固定値としても良いし、個々のアクチュエータに最適化するため、工場の生産ラインで測定してもよい。
更には、中心的な回転速度の代わりに、その速度に相当する周波数値を用いて、周波数指令との差分をもとに制御を行っても良い。なお、減速時も上記で説明した加速時と同様の制御を行うことができるのは言うまでもない。
【００２１】
以上に説明したように、予め測定した振動状態が不安定となる中心的な回転速度と速度指令との差分に応じて、振動型アクチュエータへの印加電圧の振幅を増加させる可変制御を行うことにより、振動状態が不安定となる現象を抑止することが可能となる。
これらにより、挙動が不安定な低速駆動領域での不要な振動の発生を抑制して駆動を安定化させ、且つ消費電力の抑制を図ることが可能となる。
【００２２】
［実施例２］
実施例２として、上記実施例１とは異なる構成例について説明する。
本実施例では、回転速度差でなく位相差の差分をフィードバック制御する以外の基本的な構成は実施例１と同様であることから、重複する説明は省略する。
図９は、本実施例における振動型アクチュエータの駆動制御装置の構成例を示すブロック図である。
実施例１における図１とは、圧電素子を用いた振動検出センサ１ｃを不図示の振動体２に設け、交流信号φＡと振動検出信号φＳの位相差と、予め設定される中心位相差との差分を元に交流電圧の振幅を制御する点が異なる。
位相差検出器１７で交流電圧φＡと振動検出信号φＳの位相差を検出し、これと前述の中心位相差との差分を減算器１５で求め、演算器１６で所定の演算を行って交流電圧の振幅指令を得る。
【００２３】
図１０は、駆動周波数と上記位相差との関係を示す図である。
ここでは、代表的な特性を示した細実線を用いて説明する（太点線については後述）。
公知の通り、振動型アクチュエータに印加する電圧信号φＡと、振動型アクチュエータの振動を検出した信号φＳとの位相差は、周波数が共振周波数Ｆｒより高い領域から下がるにつれて徐々に増加し、共振周波数Ｆｒで−９０度の点を通過する。
このような特性は実施例１で説明した図５の振動振幅特性および図６と対応しており、上記位相差をパラメータとすることで共振周波数の変化を検出することができる。
【００２４】
ここで、ロータ４が回転を開始した後の極低速において挙動が不安定となる領域について、図１０および図１１を用いて説明する。
周波数掃引過程における上記位相差の推移をプロットしたグラフが図１１である。細実線αで示す曲線が大局的な推移を表す。
Ｆｓから掃引開始後、周波数Ｆｒ’近傍では、一時的に共振周波数が駆動周波数に近づいてくることで上記位相差が−９０度に近くなり、実施例１で説明した振動状態が安定しない領域となる。
この領域では、前述の要因により共振周波数も振動的となっており、上記位相差も図１１中の太実線βで示すように振動的となる。この状態において位相差が−９０度を超えてしまった場合に、ストール（停止）してしまう。
このことは、図１０において、周波数掃引時、上記位相差−周波数特性が一時的に太点線で示す付近に移動して振動的になっている状態（図１１でのβに相当）で位相差が−９０度を超えた場合にストール（停止）することに対応する。
不安定領域を通過して振動状態が安定すると、共振周波数が遠のいて位相差特性も細実線で示す状態に戻っていくため、Ｆｔまで周波数掃引を完了することができる。
図１１の曲線αにおいて、周波数がＦｒ’からＦｔまでの区間がこれに相当する。
なお、前述の通り、実施例１の図６で説明した駆動周波数と共振周波数の差を示す曲線と図１１の位相差曲線は一対一対応しており、図６におけるＦｒ’付近での極小値は、図１１におけるＦｒ’付近での極大値に相当する。
【００２５】
以上のような現象を抑止するためには、駆動電圧の振幅をより大きな値とすることが望まれる。
しかしながら、消費電力の増大を必要最小限にするため、安定駆動に必要十分な駆動電圧を適宜印加することが望ましい。
そこで、本実施例では、振動状態が不安定となる中心的な上記位相差即ち上記極大値である中心位相差を予め測定しておき、これと振動型アクチュエータ駆動中の上記位相差との差分に応じて駆動電圧の振幅を増加させる制御を行う。
具体的には、図９の減算器１５において、前述した予め測定された振動状態が不安定となる上記中心位相差と、位相差検出器１７からの位相差検出信号との差分を求める、そして、演算器１６で所定の演算を行った後、交流電圧発生器１１に駆動電圧の振幅指令を出力する振幅制御を行う。
演算器１６の構成例を図１２（ａ）に、その入出力特性、即ち上記差分と振幅指令の関係を表すグラフを図１２（ｂ）に示す。
差分は、まず最初に飽和器（リミッタ）１０６に入力され、上限値０以下の値のみが通過する。この後の演算器１６の構成は実施例１（図８に示す演算器１６）と同様であるため、詳細は省略する。
【００２６】
このように演算器１６を構成すると、振幅指令は図１２（ｂ）の通りとなる。即ち、振動状態が不安定となる中心位相差で振幅指令が最大値「通常電圧振幅値＋最大増加振幅（Ｇａｉｎ）」を取り、負側に差分限度設定値だけ離れた回転速度で通常の電圧振幅となるような二乗特性を持つ。
正側では上記最大値に保たれることで、上記位相差の差分が不安定で振動的な状態で、上記中心位相差から共振に近い側になった場合にも加振力を大きな状態に保つ効果がある。
なお、共振周波数の変化の検出方法について、本実施例では交流電圧と振動体２の振動の位相差を用いたが、無論本発明の範囲はこれに限定されるものではない。
例えば、周波数指令に乱数信号を重畳し、この周波数変動に対するロータ４の速度変動の周波数応答特性を計測し、ゲイン特性および位相特性から振動体２の共振周波数と駆動周波数の差を直接推定してもよい。
また、本実施例に記載の処理は、上記不安定領域でのみ行い、目標速度Ｖｔを超えるような共振に近い速度領域では行わないようにしてもよい。
【００２７】
以上に説明したように、予め測定した振動状態が不安定となる中心的な、交流電圧と振動体２の振動の位相差と、振動型アクチュエータ駆動中の上記位相差との差分に応じて、振動型アクチュエータへの印加電圧の振幅を増加させる可変制御を行う。
これにより、振動状態が不安定となる現象を抑止することが可能となる。
加えて、電圧振幅の増加に伴う消費電力の増大を必要最小限に抑制することが可能となり、低回転速度領域での駆動安定化と消費電力抑制との両立を実現することができる。
【符号の説明】
【００２８】
１：圧電素子
２：振動体
２ａ、２ｂ：弾性体
３：フレキシブル基板
４：ロータ
１１：交流電圧発生器
１２：速度検出器
１３：減算器
１４：制御器
１５：減算器
１６：演算器
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気−機械エネルギ変換素子が設けられた弾性体を有する振動体と、前記振動体に直接的または間接的に接触する移動体と、を備え、
前記電気−機械エネルギ変換素子への印加電圧により、前記振動体に励起される振動波によって発生する摩擦力で前記移動体を前記振動体に対して相対移動させる振動型アクチュエータの駆動制御装置であって、
前記印加電圧の少なくとも周波数及び振幅を、指令手段からの速度指令に基づいて可変制御する制御手段を備え、
前記制御手段によって、予め定めた駆動領域で前記印加電圧の振幅を増加させることを特徴とする振動型アクチュエータの駆動制御装置。
【請求項２】
前記予め定めた駆動領域が、前記印加電圧の周波数が前記振動体の共振周波数よりも高く、且つ前記印加電圧の周波数掃引時に前記印加電圧の周波数から前記振動体の共振周波数を減じた差が極小値をとる周波数を中心とする領域であり、
前記領域に相当する前記移動体の駆動速度を予め測定し、前記予め測定された移動体の駆動速度と、前記指令手段からの速度指令との差分に応じて前記印加電圧の振幅を増加させることを特徴とする請求項１に記載の振動型アクチュエータの駆動制御装置。
【請求項３】
前記予め測定された前記移動体の駆動速度は、前記印加電圧を一定として前記印加電圧の周波数掃引時に、前記移動体の駆動速度が最も大きく変動する領域における駆動速度であることを特徴とする請求項２に記載の振動型アクチュエータの駆動制御装置。
【請求項４】
前記挙動が不安定な低速駆動領域に相当する前記印加電圧と前記振動体における位相差を予め測定し、
前記予め測定された前記印加電圧と前記振動体における位相差と、
前記振動型アクチュエータの駆動中における前記印加電圧と前記振動体における位相差との差分に応じて前記印加電圧の振幅を増加させることを特徴とする請求項１に記載の振動型アクチュエータの駆動制御装置。
【請求項５】
前記振動体の共振周波数と前記印加電圧の共振周波数との差を演算する演算手段を備え、前記演算手段の出力に応じて前記印加電圧の振幅を増加させることを特徴とする請求項１に記載の振動型アクチュエータの駆動制御装置。
【請求項１】
電気−機械エネルギ変換素子が設けられた弾性体を有する振動体と、前記振動体に直接的または間接的に接触する移動体と、を備え、
前記電気−機械エネルギ変換素子への印加電圧により、前記振動体に励起される振動波によって発生する摩擦力で前記移動体を前記振動体に対して相対移動させる振動型アクチュエータの駆動制御装置であって、
前記印加電圧の少なくとも周波数及び振幅を、指令手段からの速度指令に基づいて可変制御する制御手段を備え、
前記制御手段によって、予め定めた駆動領域で前記印加電圧の振幅を増加させることを特徴とする振動型アクチュエータの駆動制御装置。
【請求項２】
前記予め定めた駆動領域が、前記印加電圧の周波数が前記振動体の共振周波数よりも高く、且つ前記印加電圧の周波数掃引時に前記印加電圧の周波数から前記振動体の共振周波数を減じた差が極小値をとる周波数を中心とする領域であり、
前記領域に相当する前記移動体の駆動速度を予め測定し、前記予め測定された移動体の駆動速度と、前記指令手段からの速度指令との差分に応じて前記印加電圧の振幅を増加させることを特徴とする請求項１に記載の振動型アクチュエータの駆動制御装置。
【請求項３】
前記予め測定された前記移動体の駆動速度は、前記印加電圧を一定として前記印加電圧の周波数掃引時に、前記移動体の駆動速度が最も大きく変動する領域における駆動速度であることを特徴とする請求項２に記載の振動型アクチュエータの駆動制御装置。
【請求項４】
前記挙動が不安定な低速駆動領域に相当する前記印加電圧と前記振動体における位相差を予め測定し、
前記予め測定された前記印加電圧と前記振動体における位相差と、
前記振動型アクチュエータの駆動中における前記印加電圧と前記振動体における位相差との差分に応じて前記印加電圧の振幅を増加させることを特徴とする請求項１に記載の振動型アクチュエータの駆動制御装置。
【請求項５】
前記振動体の共振周波数と前記印加電圧の共振周波数との差を演算する演算手段を備え、前記演算手段の出力に応じて前記印加電圧の振幅を増加させることを特徴とする請求項１に記載の振動型アクチュエータの駆動制御装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１２−２３５６５６（Ｐ２０１２−２３５６５６Ａ）
【公開日】平成２４年１１月２９日（２０１２．１１．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１０４０４６（Ｐ２０１１−１０４０４６）
【出願日】平成２３年５月９日（２０１１．５．９）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月２９日（２０１２．１１．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年５月９日（２０１１．５．９）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
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