振動波モータの駆動方法及び駆動装置
【課題】振動波モータの実際の回転速度と目標回転速度の回転速度差に応じて、振動波モータに供給する交流電圧の周波数を適切に制御する振動波モータの駆動方法を提供する。
【解決手段】交流電圧により振動体４０１に振動を発生させて移動体４０３を駆動する振動波モータ１０１を、移動体４０３の目標回転速度Ｎobjnを設定し、交流電圧の周波数更新量Δｆnに対する移動体４０３の回転速度の増減量ΔＮnの割合Ｔnを求め、目標回転速度Ｎobjnと移動体４０３の実際の回転速度Ｎnとの回転速度差Ｎobjn−Ｎnを求め、回転速度差Ｎobjn−Ｎnを割合Ｔnで除することにより周波数更新量Δｆnを求め、周波数更新量Δｆnを用いて交流電圧の周波数ｆnを更新する処理を行うことにより、駆動制御する。
【解決手段】交流電圧により振動体４０１に振動を発生させて移動体４０３を駆動する振動波モータ１０１を、移動体４０３の目標回転速度Ｎobjnを設定し、交流電圧の周波数更新量Δｆnに対する移動体４０３の回転速度の増減量ΔＮnの割合Ｔnを求め、目標回転速度Ｎobjnと移動体４０３の実際の回転速度Ｎnとの回転速度差Ｎobjn−Ｎnを求め、回転速度差Ｎobjn−Ｎnを割合Ｔnで除することにより周波数更新量Δｆnを求め、周波数更新量Δｆnを用いて交流電圧の周波数ｆnを更新する処理を行うことにより、駆動制御する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気−機械エネルギ変換素子により振動体に進行性振動を形成させ、振動体と振動体に接触させた移動体とを相対移動させる振動波モータの制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気−機械エネルギ変換素子により弾性体に振動を形成させ、この弾性体と接触させた移動体（回転体）を駆動する、所謂、振動波モータは、低速度で大きな駆動力（トルク）が取り出せるアクチュエータとして用いられている。
【０００３】
例えば、所謂、進行波型の振動波モータは、弾性体に進行性の振動波を励起し、これに加圧接触した移動体を連続的に駆動する。このような振動波モータでは移動体の滑らかな駆動が可能である（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
この特許文献１に開示された振動波モータでは、振動体が円環形状の弾性体を用いて構成されている。この弾性体の軸方向一方の側には、くし歯状の突起群が形成されており、この突起群の上面には、摩擦材料が接着剤等を用いて固着されている。また、弾性体の軸方向他方の側には、電気−機械エネルギ変換素子として円環状の圧電素子が接着剤等を用いて固着されており、圧電素子にはパターン電極が形成されている。
【０００５】
圧電素子に形成されたパターン電極は、振動体の円環部に励起する振動モードの次数に対応して、次数の四倍の数に等分割されており、各電極には、順に９０°ずつ時間位相のずれた略サイン波形状の交流電圧が供給される。
【０００６】
励起する振動モードの固有振動数付近の周波数で交流電圧を各電極に供給すると、圧電素子の伸縮により弾性体に加わる曲げモーメントによって弾性体が共振する。９０°ずつ時間位相のずれた交流電圧に対してそれぞれ励起される振動（モード）は、同形状で、かつ、位相が異なるため、その合成によって進行性振動波（進行波）が形成される。
【０００７】
このような進行波型の振動波モータを駆動するための駆動回路について、種々、提案されている（例えば、特許文献２参照）。図７は振動波モータを駆動するための駆動回路の概略構成を示す図であり、特許文献２に開示されている。この駆動回路では、ＭＯＳＦＥＴ２２〜２９で構成されたスイッチング回路を、不図示のパルス発生回路で発生したパルスでオン・オフ制御することにより、センタータップ付きのトランス３０，３１に交流電圧を発生させる。これにより、２次側に接続されたＡ（＋）、Ｂ（＋）、Ａ（−）、Ｂ（−）相に対応する端子３２〜３５に、順に９０°ずつ時間位相のずれた交流電圧が供給される。
【０００８】
このような駆動回路による振動波モータの速度制御は、入力信号である交流電圧の周波数を制御することによって行われるのが一般的である。図８は、交流電圧の周波数と振動波モータの回転速度の関係を表す特性図である。図８において、横軸は交流電圧の周波数であり、右に行くほど周波数は高くなる。縦軸は振動波モータの回転速度（駆動速度）であり、上に行くほど回転速度は高くなる。
【０００９】
振動波モータの駆動は、一般的に次のようにして行われる。すなわち、最初に交流電圧の周波数を振動波モータの共振周波数ｆｒよりも十分に高い値に設定して、振動波モータを起動させる。続いて、交流電圧の周波数を徐々に共振周波数ｆｒに近づける（周波数を低くする）ことにより振動波モータを加速させ、その後、周波数を徐々に共振周波数から遠ざける（周波数を高くする）ことにより、振動波モータを減速させる。ここで、振動波モータを加速させる際には、交流電圧の周波数が共振周波数ｆｒを下回ると、振動波モータの速度が急激に低下するため、この周波数は共振周波数ｆｒを下回らない範囲に設定される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００１−１５７４７３号公報
【特許文献２】特開２００２−１７６７８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、図８からわかるように、振動波モータに供給する交流電圧の周波数と振動波モータの回転速度とは非線形の関係となっている。また、図８に示す周波数−回転速度特性は、振動波モータの個体差によって変化するだけでなく、振動波モータにかかる負荷変動や振動波モータの温度変化によっても変化する。そのため、ある時点での振動波モータの実際の回転速度とその時点での目標回転速度との差分（以下「回転速度差」という）を求めたとしても、この回転速度差から一義的に設定すべき周波数を決定することは難しい。
【００１２】
本発明の目的は、周波数−回転速度特性を予め記憶しておかなくとも、振動波モータの実際の回転速度と目標回転速度との回転速度差に応じて振動波モータに供給する交流電圧の周波数を適切に制御することができる振動波モータの駆動方法を提供することにある。また、本発明の目的は、この振動波モータの駆動方法を実行する駆動装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するために、請求項１記載の振動波モータの駆動方法は、振動体に固着された電気−機械エネルギ変換素子に交流電圧を供給して前記振動体に振動を発生させることにより前記振動体に接触する移動体を駆動する振動波モータの駆動方法であって、前記移動体の目標回転速度を設定する設定ステップと、前記交流電圧の周波数更新量に対する前記移動体の回転速度の増減量の割合を求める割合計算ステップと、前記目標回転速度と前記移動体の実際の回転速度との回転速度差を求める速度差計算ステップと、前記速度差計算ステップで求めた前記回転速度差を、前記割合計算ステップで求めた前記割合で除することにより、前記周波数更新量を求める周波数更新量計算ステップと、前記周波数更新量計算ステップで求めた前記周波数更新量を用いて、前記交流電圧の周波数を更新する周波数更新ステップと、を有することを特徴とする。
【００１４】
請求項２記載の振動波モータの駆動方法は、請求項１記載の振動波モータの駆動方法において、前記周波数更新量計算ステップにおいて、前記速度差計算ステップで求めた前記回転速度差に定数を乗することを特徴とする。
【００１５】
請求項３記載の振動波モータの駆動方法は、請求項１記載の振動波モータの駆動方法において、前記周波数更新ステップによって更新された周波数により前記移動体の回転速度が飽和するまで待機する待機ステップと、前記待機ステップにおいて飽和した前記移動体の回転速度を検出する速度検出ステップと、を更に有し、前記周波数更新ステップの前後の各周波数で回転速度が飽和することにより前記回転速度検出ステップで検出された前記振動波モータの前記回転速度の差を、前記割合計算ステップにおいて、前記移動体の回転速度の増減量として用いることを特徴とする。
【００１６】
また、上記目的を達成するために、請求項４記載の振動波モータの駆動装置は、振動体に固着された電気−機械エネルギ変換素子に交流電圧を供給して前記振動体に振動を発生させることにより前記振動体に接触する移動体を駆動する振動波モータの駆動装置であって、前記移動体の目標回転速度を設定し、前記交流電圧の周波数更新量に対する前記移動体の回転速度の増減量の割合を求め、前記目標回転速度と前記移動体の実際の回転速度との回転速度差を求め、前記回転速度差を前記割合で除することにより前記周波数更新量を求め、前記周波数更新量を用いて前記交流電圧の周波数を更新する処理を行う駆動制御回路を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
請求項１記載の振動波モータの駆動方法及び請求項４記載の振動波モータの駆動装置によれば、振動波モータの実際の回転速度と目標回転速度の回転速度差に応じて、振動波モータに供給する交流電圧の周波数を適切に制御することができる。このとき、振動波モータごとに周波数−回転速度特性を予め記憶しておかなくともよいため、駆動装置の構成を簡単にすることができる。
【００１８】
請求項２記載の振動波モータの駆動方法によれば、定数によって正確な周波数更新量を求めることができ、これにより安定した制御を行うことができる。
【００１９】
請求項３記載の振動波モータの駆動方法によれば、交流電圧の周波数更新に伴って割合計算ステップで求められる割合も更新されるため、目標回転速度に到達するための正確な周波数更新量を予測することができ、これにより安定した制御を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明で用いられる振動波モータの概略構成を示す断面図である。
【図２】図１に示す振動波モータを構成するステータの概略構成を示す斜視図であり、（ａ）は移動体側から見た図であり、（ｂ）は圧電素子側から見た図である。
【図３】本発明の実施形態に係る振動波モータの駆動装置を示すブロック図である。
【図４】振動波モータの目標回転速度の変化を時系列で示したグラフである。
【図５】図３の駆動装置による振動波モータの速度制御処理を示すフローチャートである。
【図６】図５に示す処理における、振動波モータの周波数指令信号の更新量に対する回転速度の増減量の割合を示す模式図である。
【図７】振動波モータを駆動するための駆動回路の概略構成を示す図である。
【図８】交流電圧の周波数と振動波モータの回転速度の関係を表す特性図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２２】
図１は、本発明に係る振動波モータの駆動方法及び駆動装置による駆動制御が適用される振動波モータの概略構成を示す断面図である。
【００２３】
振動波モータ１０１は、振動体（弾性体）４０１と、圧電素子４０２と、移動体（回転体）４０３と、加圧バネ４０４と、シャフト４０５と、ベアリング４０６，４０７を備えている。
【００２４】
振動体４０１は、金属製であり、例えば、焼結等の方法により製造される。圧電素子４０２は、振動体４０１に振動を励起する電気−機械エネルギ変換素子であり、振動体４０１の一方の面に接着剤等により固着されている。以下、振動体４０１と圧電素子４０２とが固着されてなるものを「ステータ」と呼ぶ。
【００２５】
図２はステータの構成を示す斜視図であり、（ａ）は移動体側から見た図であり、（ｂ）は圧電素子側から見た図である。図２（ａ）に示されるように、振動体４０１の移動体４０３側は櫛歯状となっており、その上面部には、移動体４０３との摩擦に対する耐摩耗性に優れた摩擦材５０１が、例えば接着剤等により固着されている。この摩擦材５０１により、ステータの減摩を抑制して、振動波モータ１０１の寿命を延ばすことができる。
【００２６】
圧電素子４０２は、図２（ｂ）に示すように、母体となる圧電セラミックス等からなるリング状の圧電部材の表面に、複数（例えば、３６）の領域に分割された電極が形成された構造を有している。これらの電極は、例えば、蒸着法等により形成することができる。圧電素子４０２を構成する圧電部材は、接着等により振動体４０１に固着される前に、全ての領域で厚さ方向に同一極性で分極処理が施されている。図２（ｂ）において、各電極に対して記した“Ａ＋”，“Ｂ＋”，“Ａ−”，“Ｂ−”は、振動波モータ１０１の駆動時に供給する交流電圧（駆動電圧）の種類を示しており、Ａ+，Ｂ＋，Ａ−，Ｂ−のそれぞれに、外部から交流電圧が供給される。
【００２７】
移動体４０３は、円環状の金属製部材であり、加圧バネ４０４によって振動体４０１に所定の力で押し付けられ、摩擦材５０１と接触している。圧電素子４０２に４相の交流電圧（９０°ずつ時間位相がずれた交流電圧）を供給すると、振動体４０１に進行性の振動波が発生し、これによって振動体４０１に押し付けられた移動体４０３が摩擦力によって回転運動を行う。
【００２８】
シャフト４０５は、移動体４０３の回転運動の出力軸であり、２つのベアリング４０６，４０７によって回転可能に支持されると共に、加圧バネ４０４を介して移動体４０３と接続されている。したがって、移動体４０３が回転運動を行うと、シャフト４０５も回転運動を行う。シャフト４０５には、被駆動体（図示せず）が取り付けられる。
【００２９】
振動波モータ１０１はまた、コードホイール４０８と、エンコーダ素子４０９とを備えている。コードホイール４０８は、シャフト４０５の回転速度又は回転位置を検出するために用いられる部材であり、シャフト４０５に固定され、シャフト４０５と共に回転する。コードホイール４０８においてエンコーダ素子４０９と対面する面には、周方向に所定のパターンで反射面（図示せず）と非反射面（図示せず）とが交互に形成されている。
【００３０】
エンコーダ素子４０９は、発光部と受光部とを備えており、コードホイール４０８に設けられたパターンに光線を照射して、その反射光を受光する。また、エンコーダ素子４０９はさらに、反射光に応じたパルス信号に変換して出力するＩＣ（集積回路）を備えている。コードホイール４０８の回転速度とパターンに応じて、反射光の受光間隔と受光時間が変化し、これにしたがうパルス信号が得られるので、このパルス信号からシャフト４０５の回転速度及び回転位置を検出することができる。なお、反射光をパルス信号に変換する機能は、エンコーダ素子４０９自体に設けなければならないものではなく、後述するパルス計数回路１０５（図４参照）に持たせてもよい。
【００３１】
振動波モータ１０１はさらに、モータカバー４１０と、筐体４１１と、コネクタ４１２とを備えている。筐体４１１は、ステータやシャフト４０５等を支持する役割を果たし、モータカバー４１０は、振動波モータ１０１の各種構成部材を保護する役割を果たす。
【００３２】
コネクタ４１２は、後述する駆動回路を接続するためのものである。コネクタ４１２を介して、圧電素子４０２への交流電圧の供給、エンコーダ素子４０９への給電及びエンコーダ素子４０９からの出力信号（パルス信号）の取り出しが行われる。
【００３３】
このような構造を有する振動波モータ１０１の周波数−回転速度特性は、後に説明する図６に示される通りであり、先に背景技術として説明した図８に示される特性と同様の特性を示す。
【００３４】
次に、振動波モータ１０１の駆動方法（制御方法）について説明する。図３は、本発明の実施の形態に係る駆動装置の概略構成を示す図である。この駆動装置は、駆動制御回路１０６と、振動波モータ１０１を駆動する交流電圧を生成する駆動電圧発生回路１０４と、振動波モータ１０１のエンコーダ素子４０９から出力されたパルス信号をカウントするパルス計数回路１０５と、を備えている。
【００３５】
駆動制御回路１０６は、振動波モータ１０１の駆動信号（入力信号）である交流電圧の周波数指令信号を駆動電圧発生回路１０４へと出力する。駆動電圧発生回路１０４は、この周波数指令信号に応じた周波数の交流電圧を生成し、振動波モータ１０１の圧電素子４０２に供給する。
【００３６】
振動波モータ１０１が備えるエンコーダ素子４０９は、前述の通り、振動波モータ１０１の回転駆動（シャフト４０５及び移動体４０３の回転）に対応したパルス信号を発生させる。このパルス信号はパルス計数回路１０５に入力され、其所で振動波モータ１０１の回転速度情報に変換され、駆動制御回路１０６へと送られる。駆動制御回路１０６は、受信した回転速度情報を積分することによって、振動波モータ１０１の回転量（駆動量）を求める。
【００３７】
なお、振動波モータ１０１のシャフト４０５には被駆動体１１０が取り付けられており、被駆動体１１０の位置は位置センサ１１１（例えば、レーザ式測距センサ）により測定され、その位置情報はリアルタイムに駆動制御回路１０６に入力される。位置センサ１１１は被駆動体１１０と一体となっていてもよい。すなわち、被駆動体１１０が、自身の位置を検出する機能を有し、その位置情報を駆動制御回路１０６に送信するものであってもよい。駆動制御回路１０６には、被駆動体１１０を移動させる目標位置の情報が、図示しない入力装置を通して入力される。
【００３８】
振動波モータ１０１の回転量と被駆動体１１０の移動量との間には、一次の相関関係がある。換言すれば、被駆動体１１０を所定位置に移動させるために必要な移動量が決定されると、そのために必要とされる振動波モータ１０１の回転量が定まる。このような被駆動体１１０の位置とシャフト４０５の回転量の換算情報は、駆動制御回路１０６に記憶されている。
【００３９】
図４は、振動波モータを必要な回転量となるまで駆動する際の、目標回転速度の変化を時系列で示したグラフである。駆動制御回路１０６に被駆動体１１０の目標位置が入力されると、駆動制御回路１０６は、位置センサ１１１からの位置情報を用いて、被駆動体１１０の目標位置と現在位置との差分を求める。この差分と上述の換算情報とから、振動波モータ１０１の必要な回転量が求められ、この回転量に応じて、振動波モータ１０１の目標回転速度が時系列で設定される。図４には、一般的な、加速、定速、減速からなる速度パターンが示されている。駆動制御回路１０６は、この目標回転速度が実現されるように、交流電圧の周波数を変化（増減）させて、振動波モータ１０１の回転速度を制御する。
【００４０】
図４に示される鎖線は、駆動制御回路１０６が目標回転速度を更新するタイミングを示しており、駆動制御回路１０６は、一定の周期で目標回転速度を読み込み、これを更新する。すなわち、駆動制御回路１０６は、離散的ではあるが、図４に示されるグラフに沿うように、振動波モータ１０１の目標回転速度を時間経過と共に順次更新する。
【００４１】
図５は、振動波モータの速度制御処理の一例を示すフローチャートである。駆動制御回路１０６は、被駆動体１１０の目標位置について指令を受けると、図４に示した目標回転速度のプロファイルを作成した後、図５に示したフローチャートに沿った制御によって振動波モータ１０１を駆動する。駆動制御回路１０６は、この制御を行うためのハードウェアとソフトウェアを備えている。
【００４２】
先ず、駆動制御回路１０６は、制御に用いる各変数（ｆn、Ｎn、Ｎn-1、Ｔn）に対して初期値を設定する［ステップＳ２０１］。
【００４３】
“ｆn”は振動波モータ１０１を駆動する交流電圧の周波数指令信号であり、その初期値を“ｆini”とする。ここで、周波数指令信号ｆnが示す周波数を“ｆn”とする。したがって、振動波モータ１０１を駆動する交流電圧の周波数更新量は、周波数指令信号ｆnの更新量Δｆnで表される。周波数指令信号ｆnの初期値ｆiniは、振動波モータ１０１の共振周波数ｆｒ（図６参照）よりも十分に高い所定値に設定される。
【００４４】
“Ｎn”と“Ｎn-1”は振動波モータ１０１の回転速度であり、これらの初期値を“０（ゼロ）”に設定する。“Ｔn”は、後に詳細に説明するように、周波数指令信号ｆnの更新量Δｆnに対する移動体４０３の回転速度の増減量ΔＮnの割合（＝ΔＮn／Δｆn、以下「補正項Ｔｎ」と記す）であり、その初期値を“Ｔini”とする。
【００４５】
ステップＳ２０１の後、駆動制御回路１０６は、周波数指令信号ｆnの更新量Δｆnを、下式（１）、
Δｆn＝（Ｎobjn−Ｎn）・ｋ／Ｔn ・・・（１）
により求める［ステップＳ２０２（周波数更新量計算ステップ）］。
【００４６】
式（１）において、“Ｎobjn”は、振動波モータ１０１の目標回転速度であり、振動波モータ１０１の駆動制御が開始されると、図４に示すグラフに沿って時間の経過と共に周期的に更新される［設定ステップ］。“Ｎobjn−Ｎn”は、目標回転速度と実際の回転速度との回転速度差を示す。ｋは比例ゲインであり、定数である。
【００４７】
式（１）では、回転速度と交流電圧の駆動周波数が比例していると仮定することで、目標回転速度と実際の回転速度との回転速度差の一次関数“（Ｎobjn−Ｎn）・ｋ”により、周波数指令信号ｆnの仮の更新量を求めている。ここで、図８に示すように、振動波モータ１０１の回転速度によって、回転速度差に対する駆動周波数の増減量の傾きは変化するため、この仮の更新量と、実際に必要とされる更新量との間には差が生じる。その差を修正するため、仮の更新量を、近隣の回転速度にて得られた補正項“Ｔn”で除することで、仮の更新量を増減させて実際に必要とされる更新量に近づけている。振動波モータ１０１の駆動開始直後は、ステップＳ２０１において初期値が設定された変数を用いて、周波数指令信号ｆnの更新量Δｆnを求める。
【００４８】
ステップＳ２０２の後、駆動制御回路１０６は、既に設定されている周波数指令信号ｆnの値から、ステップＳ２０２で求めた更新量Δｆnを差し引くことにより、周波数指令信号ｆnを更新する［ステップＳ２０３（周波数更新ステップ）］。
【００４９】
振動波モータ１０１の回転速度を上げる場合には、周波数指令信号ｆnが示す周波数（ｆn）は低くなり、回転速度を下げる場合には、周波数指令信号ｆnが示す周波数（ｆn）は高くなる。駆動電圧発生回路１０４は、周波数指令信号ｆnが更新されると、振動波モータ１０１への入力信号である交流電圧の周波数を、更新された周波数指令信号ｆnが示す周波数（ｆn）に到達するように掃引する。
【００５０】
ステップＳ２０３に続いて、駆動制御回路１０６は、振動波モータ１０１の回転速度が飽和するまで待機する［ステップＳ２０４（待機ステップ）］。ここで「振動波モータ１０１の回転速度が飽和する」とは、「振動波モータ１０１を駆動する交流電圧の周波数が、周波数指令信号ｆnが示す周波数まで掃引され、振動波モータ１０１の回転速度が安定すること」を指す。
【００５１】
駆動制御回路１０６は、パルス計数回路１０５から振動波モータ１０１の回転速度情報を受け取っている。そこで、駆動制御回路１０６は、振動波モータ１０１の回転速度が飽和すると（ステップＳ２０４で“ＹＥＳ”）、その回転速度を振動波モータ１０１の実際の回転速度Ｎnとする［ステップＳ２０５（速度検出ステップ）］。
【００５２】
ステップＳ２０５の後、駆動制御回路１０６は、被駆動体１１０が目標位置に到達したかを判定する［ステップＳ２０６］。被駆動体１１０が目標位置に到達していれば（ステップＳ２０６で“ＹＥＳ”）、フローチャートの処理を終える（エンド）。
【００５３】
一方、被駆動体１１０が目標位置に到達していなければ（ステップＳ２０６で“ＮＯ”）、駆動制御回路１０６は、回転速度の増減量ΔＮn（＝Ｎn−Ｎn-1）を求める［ステップＳ２０７］。ここで、回転速度Ｎn-1は、回転速度Ｎnの検出以前の直近のステップＳ２０５に検出された振動波モータ１０１の回転速度である。
【００５４】
さらに駆動制御回路１０６は、ステップＳ２０２で求めた周波数指令信号ｆnの更新量Δｆnに対するステップＳ２０７で求めた回転速度の増減量ΔＮnの割合（ΔＮn／Δｆn）を求める［ステップＳ２０８（割合計算ステップ）］。
【００５５】
このステップＳ２０８で求めた割合が補正項Ｔnであり、再びステップＳ２０２に戻った際に、周波数指令信号ｆnの更新量Δｆnを求める際に用いられる。ここで、補正項Ｔnについて図６を参照して説明する。
【００５６】
図６は振動波モータの周波数指令信号の更新量に対する回転速度の増減量の割合を示す模式図である。ステップＳ２０２で求められる周波数指令信号ｆnの更新量Δｆnは、図６に示される周波数−回転速度特性における微小周波数区間（ｆn-1〜ｆn）の幅に相当する。なお、“ｆn-1”は回転速度Ｎn-1のときの周波数である。回転速度の増減量ΔＮnは、微小周波数区間（ｆn-1〜ｆn）における回転速度の変化量であるから、補正項Ｔnは、微小周波数区間における回転速度の、線形演算により求められる傾きを意味する。
【００５７】
ステップＳ２０８の後、駆動制御回路１０６は、回転速度Ｎn-1の値を回転速度Ｎnの値に置き換えて更新し［ステップＳ２０９］、その後、ステップＳ２０２に戻って制御処理を続ける。
【００５８】
次に、ステップＳ２０２における式（１）の演算について詳細に説明する。
【００５９】
図６に示したように、振動波モータ１０１の周波数−回転速度特性は非線形である。そのため、駆動制御回路１０６に周波数−回転速度特性を記憶させておいても、目標回転速度Ｎobjnに到達するために設定すべき周波数指令信号ｆnを、目標回転速度と実際の回転速度との回転速度差（Ｎobjn−Ｎn）から求めることは容易ではない。
【００６０】
そこで、駆動制御回路１０６は、図６の周波数−回転速度特性を記憶しておらず、振動波モータ１０１の駆動制御中に得られる変数の値を用いて、周波数指令信号ｆnを更新していく。ステップＳ２０２では、ステップＳ２０３において周波数指令信号ｆnを更新するために必要となる更新量Δｆnを求める。
【００６１】
ステップＳ２０２において、駆動制御回路１０６はまず、必要とされる回転速度の変化量、すなわち、振動波モータ１０１の目標回転速度Ｎobjnと実際の回転速度Ｎnとの回転速度差（＝Ｎobjn−Ｎn）を、線形演算により求める［速度差計算ステップ］。次いで、駆動制御回路１０６は、求めた回転速度差Ｎobjn−Ｎnに比例ゲインｋを掛け、これを補正項Ｔnで除算することにより、周波数指令信号ｆnの更新量Δｆnを求める。
【００６２】
ステップＳ２０２で用いる補正項Ｔn（＝ΔＮn／Δｆn）の値は、実際には図６からわかるように、周波数指令信号ｆnに応じて徐々に変化する。しかし、隣接する２つの微小周波数区間における各補正項Ｔnの値は、微小周波数区間の幅が極端に広くない限り、変化は小さい。そこで、ステップＳ２０２においては、所定の微小周波数区間に対して求められた補正項Ｔnを、次の微小周波数区間を求めるために用いる。これにより、周波数指令信号ｆnの更新量Δｆnを適切に求めることができる。
【００６３】
また、ステップＳ２０２で求められた周波数指令信号ｆnの更新量Δｆnが次の微小周波数区間となるので、この区間における回転速度の増減量ΔＮnと周波数指令信号ｆnの更新量Δｆnとから、この区間での補正項Ｔnの値を適切に求めることができるようになる。
【００６４】
なお、比例ゲインｋは、振動波モータ１０１が適切に駆動制御されるように、実験的、経験的に求められた適切な値に設定され、比例ゲインｋを用いる必要がない場合もある。また、微小周波数区間の幅が狭いほど、補正項Ｔnの変化が小さいため、微小周波数区間の幅を狭くすることで、周波数指令信号ｆnの更新量Δｆnの誤差をより小さくすることができる。微小周波数区間の幅を狭くするためには、図４に示した鎖線、つまり、駆動制御回路１０６が目標回転速度を更新する時間間隔を狭くすればよい。ステップＳ２０１にて設定するＴnの初期値Ｔiniは、その周波数−回転速度特性がいかなる状態でも回転速度が発散することのないよう、なるべく大きな値を設定しておくことが望ましい。
【００６５】
このように、回転速度の増減量ΔＮn、周波数指令信号ｆnの更新量Δｆn及び補正項Ｔnの更新を繰り返すことで、振動波モータ１０１の実際の回転速度に応じて、供給する交流電圧の周波数を適切に制御することができるようになる。このとき、駆動制御装置１０１は、周波数−回転速度特性を予め駆動制御回路１０６に記憶しておかなくともよいため、回路構成が簡単になる。また、振動波モータ１０１に掛かる負荷変動や、振動波モータ１０１自体の温度変化や振動波モータ１０１が使用される温度環境によって周波数−回転速度特性が変化したとしても、その特性に追従した制御が可能になる。
【００６６】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではない。
【００６７】
本発明の目的は、上述した実施の形態の機能を実現するソフトウェアのプログラムコードを記録した記憶媒体をコンピュータに供給し、コンピュータのＣＰＵが記憶媒体に格納されたプログラムコードを読み出して実行することによっても達成される。
【００６８】
この場合、記憶媒体から読み出されたプログラムコード自体が上述した各実施の形態の機能を実現することになり、プログラムコード及びそのプログラムコードを記憶した記憶媒体は本発明を構成することになる。
【００６９】
プログラムコードを供給するための記憶媒体としては、例えば、ＲＡＭ、ＮＶ−ＲＡＭ、フロッピー（登録商標）ディスク、ハードディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＷ、ＤＶＤ（ＤＶＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＡＭ、ＤＶＤ−ＲＷ、ＤＶＤ＋ＲＷ）等の光ディスク、磁気テープ、不揮発性のメモリカード、他のＲＯＭ等の上記プログラムコードを記憶できるものであればよい。或いは、上記プログラムコードは、インターネット、商用ネットワーク、若しくはローカルエリアネットワーク等に接続される不図示の他のコンピュータやデータベース等からダウンロードすることによりコンピュータに供給されてもよい。
【００７０】
また、コンピュータが読み出したプログラムコードを実行することにより、上記各実施の形態の機能が実現されるだけでなく、そのプログラムコードの指示に基づき、ＣＰＵ上で稼動しているＯＳ（オペレーティングシステム）等が実際の処理の一部又は全部を行い、その処理によって上述した各実施の形態の機能が実現される場合も含まれる。
【００７１】
さらに、記憶媒体から読み出されたプログラムコードが、コンピュータに挿入された機能拡張ボードやコンピュータに接続された機能拡張ユニットに備わるメモリに書き込まれた後、そのプログラムコードの指示に基づき、その機能拡張ボードや機能拡張ユニットに備わるＣＰＵ等が実際の処理の一部又は全部を行い、その処理によって上述した各実施の形態の機能が実現される場合も含まれる。
【００７２】
上記プログラムコードの形態は、オブジェクトコード、インタプリタにより実行されるプログラムコード、ＯＳに供給されるスクリプトデータ等の形態から成ってもよい。
【符号の説明】
【００７３】
１０１ 振動波モータ
１０４ 駆動電圧発生回路
１０５ パルス計数回路
１０６ 駆動制御回路
１１０ 被駆動体
１１１ 位置センサ
４０１ 振動体（弾性体）
４０２ 圧電素子
４０３ 移動体（回転体）
４０５ シャフト
４０８ コードホイール
４０９ エンコーダ素子
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気−機械エネルギ変換素子により振動体に進行性振動を形成させ、振動体と振動体に接触させた移動体とを相対移動させる振動波モータの制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気−機械エネルギ変換素子により弾性体に振動を形成させ、この弾性体と接触させた移動体（回転体）を駆動する、所謂、振動波モータは、低速度で大きな駆動力（トルク）が取り出せるアクチュエータとして用いられている。
【０００３】
例えば、所謂、進行波型の振動波モータは、弾性体に進行性の振動波を励起し、これに加圧接触した移動体を連続的に駆動する。このような振動波モータでは移動体の滑らかな駆動が可能である（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
この特許文献１に開示された振動波モータでは、振動体が円環形状の弾性体を用いて構成されている。この弾性体の軸方向一方の側には、くし歯状の突起群が形成されており、この突起群の上面には、摩擦材料が接着剤等を用いて固着されている。また、弾性体の軸方向他方の側には、電気−機械エネルギ変換素子として円環状の圧電素子が接着剤等を用いて固着されており、圧電素子にはパターン電極が形成されている。
【０００５】
圧電素子に形成されたパターン電極は、振動体の円環部に励起する振動モードの次数に対応して、次数の四倍の数に等分割されており、各電極には、順に９０°ずつ時間位相のずれた略サイン波形状の交流電圧が供給される。
【０００６】
励起する振動モードの固有振動数付近の周波数で交流電圧を各電極に供給すると、圧電素子の伸縮により弾性体に加わる曲げモーメントによって弾性体が共振する。９０°ずつ時間位相のずれた交流電圧に対してそれぞれ励起される振動（モード）は、同形状で、かつ、位相が異なるため、その合成によって進行性振動波（進行波）が形成される。
【０００７】
このような進行波型の振動波モータを駆動するための駆動回路について、種々、提案されている（例えば、特許文献２参照）。図７は振動波モータを駆動するための駆動回路の概略構成を示す図であり、特許文献２に開示されている。この駆動回路では、ＭＯＳＦＥＴ２２〜２９で構成されたスイッチング回路を、不図示のパルス発生回路で発生したパルスでオン・オフ制御することにより、センタータップ付きのトランス３０，３１に交流電圧を発生させる。これにより、２次側に接続されたＡ（＋）、Ｂ（＋）、Ａ（−）、Ｂ（−）相に対応する端子３２〜３５に、順に９０°ずつ時間位相のずれた交流電圧が供給される。
【０００８】
このような駆動回路による振動波モータの速度制御は、入力信号である交流電圧の周波数を制御することによって行われるのが一般的である。図８は、交流電圧の周波数と振動波モータの回転速度の関係を表す特性図である。図８において、横軸は交流電圧の周波数であり、右に行くほど周波数は高くなる。縦軸は振動波モータの回転速度（駆動速度）であり、上に行くほど回転速度は高くなる。
【０００９】
振動波モータの駆動は、一般的に次のようにして行われる。すなわち、最初に交流電圧の周波数を振動波モータの共振周波数ｆｒよりも十分に高い値に設定して、振動波モータを起動させる。続いて、交流電圧の周波数を徐々に共振周波数ｆｒに近づける（周波数を低くする）ことにより振動波モータを加速させ、その後、周波数を徐々に共振周波数から遠ざける（周波数を高くする）ことにより、振動波モータを減速させる。ここで、振動波モータを加速させる際には、交流電圧の周波数が共振周波数ｆｒを下回ると、振動波モータの速度が急激に低下するため、この周波数は共振周波数ｆｒを下回らない範囲に設定される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００１−１５７４７３号公報
【特許文献２】特開２００２−１７６７８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、図８からわかるように、振動波モータに供給する交流電圧の周波数と振動波モータの回転速度とは非線形の関係となっている。また、図８に示す周波数−回転速度特性は、振動波モータの個体差によって変化するだけでなく、振動波モータにかかる負荷変動や振動波モータの温度変化によっても変化する。そのため、ある時点での振動波モータの実際の回転速度とその時点での目標回転速度との差分（以下「回転速度差」という）を求めたとしても、この回転速度差から一義的に設定すべき周波数を決定することは難しい。
【００１２】
本発明の目的は、周波数−回転速度特性を予め記憶しておかなくとも、振動波モータの実際の回転速度と目標回転速度との回転速度差に応じて振動波モータに供給する交流電圧の周波数を適切に制御することができる振動波モータの駆動方法を提供することにある。また、本発明の目的は、この振動波モータの駆動方法を実行する駆動装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するために、請求項１記載の振動波モータの駆動方法は、振動体に固着された電気−機械エネルギ変換素子に交流電圧を供給して前記振動体に振動を発生させることにより前記振動体に接触する移動体を駆動する振動波モータの駆動方法であって、前記移動体の目標回転速度を設定する設定ステップと、前記交流電圧の周波数更新量に対する前記移動体の回転速度の増減量の割合を求める割合計算ステップと、前記目標回転速度と前記移動体の実際の回転速度との回転速度差を求める速度差計算ステップと、前記速度差計算ステップで求めた前記回転速度差を、前記割合計算ステップで求めた前記割合で除することにより、前記周波数更新量を求める周波数更新量計算ステップと、前記周波数更新量計算ステップで求めた前記周波数更新量を用いて、前記交流電圧の周波数を更新する周波数更新ステップと、を有することを特徴とする。
【００１４】
請求項２記載の振動波モータの駆動方法は、請求項１記載の振動波モータの駆動方法において、前記周波数更新量計算ステップにおいて、前記速度差計算ステップで求めた前記回転速度差に定数を乗することを特徴とする。
【００１５】
請求項３記載の振動波モータの駆動方法は、請求項１記載の振動波モータの駆動方法において、前記周波数更新ステップによって更新された周波数により前記移動体の回転速度が飽和するまで待機する待機ステップと、前記待機ステップにおいて飽和した前記移動体の回転速度を検出する速度検出ステップと、を更に有し、前記周波数更新ステップの前後の各周波数で回転速度が飽和することにより前記回転速度検出ステップで検出された前記振動波モータの前記回転速度の差を、前記割合計算ステップにおいて、前記移動体の回転速度の増減量として用いることを特徴とする。
【００１６】
また、上記目的を達成するために、請求項４記載の振動波モータの駆動装置は、振動体に固着された電気−機械エネルギ変換素子に交流電圧を供給して前記振動体に振動を発生させることにより前記振動体に接触する移動体を駆動する振動波モータの駆動装置であって、前記移動体の目標回転速度を設定し、前記交流電圧の周波数更新量に対する前記移動体の回転速度の増減量の割合を求め、前記目標回転速度と前記移動体の実際の回転速度との回転速度差を求め、前記回転速度差を前記割合で除することにより前記周波数更新量を求め、前記周波数更新量を用いて前記交流電圧の周波数を更新する処理を行う駆動制御回路を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
請求項１記載の振動波モータの駆動方法及び請求項４記載の振動波モータの駆動装置によれば、振動波モータの実際の回転速度と目標回転速度の回転速度差に応じて、振動波モータに供給する交流電圧の周波数を適切に制御することができる。このとき、振動波モータごとに周波数−回転速度特性を予め記憶しておかなくともよいため、駆動装置の構成を簡単にすることができる。
【００１８】
請求項２記載の振動波モータの駆動方法によれば、定数によって正確な周波数更新量を求めることができ、これにより安定した制御を行うことができる。
【００１９】
請求項３記載の振動波モータの駆動方法によれば、交流電圧の周波数更新に伴って割合計算ステップで求められる割合も更新されるため、目標回転速度に到達するための正確な周波数更新量を予測することができ、これにより安定した制御を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明で用いられる振動波モータの概略構成を示す断面図である。
【図２】図１に示す振動波モータを構成するステータの概略構成を示す斜視図であり、（ａ）は移動体側から見た図であり、（ｂ）は圧電素子側から見た図である。
【図３】本発明の実施形態に係る振動波モータの駆動装置を示すブロック図である。
【図４】振動波モータの目標回転速度の変化を時系列で示したグラフである。
【図５】図３の駆動装置による振動波モータの速度制御処理を示すフローチャートである。
【図６】図５に示す処理における、振動波モータの周波数指令信号の更新量に対する回転速度の増減量の割合を示す模式図である。
【図７】振動波モータを駆動するための駆動回路の概略構成を示す図である。
【図８】交流電圧の周波数と振動波モータの回転速度の関係を表す特性図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２２】
図１は、本発明に係る振動波モータの駆動方法及び駆動装置による駆動制御が適用される振動波モータの概略構成を示す断面図である。
【００２３】
振動波モータ１０１は、振動体（弾性体）４０１と、圧電素子４０２と、移動体（回転体）４０３と、加圧バネ４０４と、シャフト４０５と、ベアリング４０６，４０７を備えている。
【００２４】
振動体４０１は、金属製であり、例えば、焼結等の方法により製造される。圧電素子４０２は、振動体４０１に振動を励起する電気−機械エネルギ変換素子であり、振動体４０１の一方の面に接着剤等により固着されている。以下、振動体４０１と圧電素子４０２とが固着されてなるものを「ステータ」と呼ぶ。
【００２５】
図２はステータの構成を示す斜視図であり、（ａ）は移動体側から見た図であり、（ｂ）は圧電素子側から見た図である。図２（ａ）に示されるように、振動体４０１の移動体４０３側は櫛歯状となっており、その上面部には、移動体４０３との摩擦に対する耐摩耗性に優れた摩擦材５０１が、例えば接着剤等により固着されている。この摩擦材５０１により、ステータの減摩を抑制して、振動波モータ１０１の寿命を延ばすことができる。
【００２６】
圧電素子４０２は、図２（ｂ）に示すように、母体となる圧電セラミックス等からなるリング状の圧電部材の表面に、複数（例えば、３６）の領域に分割された電極が形成された構造を有している。これらの電極は、例えば、蒸着法等により形成することができる。圧電素子４０２を構成する圧電部材は、接着等により振動体４０１に固着される前に、全ての領域で厚さ方向に同一極性で分極処理が施されている。図２（ｂ）において、各電極に対して記した“Ａ＋”，“Ｂ＋”，“Ａ−”，“Ｂ−”は、振動波モータ１０１の駆動時に供給する交流電圧（駆動電圧）の種類を示しており、Ａ+，Ｂ＋，Ａ−，Ｂ−のそれぞれに、外部から交流電圧が供給される。
【００２７】
移動体４０３は、円環状の金属製部材であり、加圧バネ４０４によって振動体４０１に所定の力で押し付けられ、摩擦材５０１と接触している。圧電素子４０２に４相の交流電圧（９０°ずつ時間位相がずれた交流電圧）を供給すると、振動体４０１に進行性の振動波が発生し、これによって振動体４０１に押し付けられた移動体４０３が摩擦力によって回転運動を行う。
【００２８】
シャフト４０５は、移動体４０３の回転運動の出力軸であり、２つのベアリング４０６，４０７によって回転可能に支持されると共に、加圧バネ４０４を介して移動体４０３と接続されている。したがって、移動体４０３が回転運動を行うと、シャフト４０５も回転運動を行う。シャフト４０５には、被駆動体（図示せず）が取り付けられる。
【００２９】
振動波モータ１０１はまた、コードホイール４０８と、エンコーダ素子４０９とを備えている。コードホイール４０８は、シャフト４０５の回転速度又は回転位置を検出するために用いられる部材であり、シャフト４０５に固定され、シャフト４０５と共に回転する。コードホイール４０８においてエンコーダ素子４０９と対面する面には、周方向に所定のパターンで反射面（図示せず）と非反射面（図示せず）とが交互に形成されている。
【００３０】
エンコーダ素子４０９は、発光部と受光部とを備えており、コードホイール４０８に設けられたパターンに光線を照射して、その反射光を受光する。また、エンコーダ素子４０９はさらに、反射光に応じたパルス信号に変換して出力するＩＣ（集積回路）を備えている。コードホイール４０８の回転速度とパターンに応じて、反射光の受光間隔と受光時間が変化し、これにしたがうパルス信号が得られるので、このパルス信号からシャフト４０５の回転速度及び回転位置を検出することができる。なお、反射光をパルス信号に変換する機能は、エンコーダ素子４０９自体に設けなければならないものではなく、後述するパルス計数回路１０５（図４参照）に持たせてもよい。
【００３１】
振動波モータ１０１はさらに、モータカバー４１０と、筐体４１１と、コネクタ４１２とを備えている。筐体４１１は、ステータやシャフト４０５等を支持する役割を果たし、モータカバー４１０は、振動波モータ１０１の各種構成部材を保護する役割を果たす。
【００３２】
コネクタ４１２は、後述する駆動回路を接続するためのものである。コネクタ４１２を介して、圧電素子４０２への交流電圧の供給、エンコーダ素子４０９への給電及びエンコーダ素子４０９からの出力信号（パルス信号）の取り出しが行われる。
【００３３】
このような構造を有する振動波モータ１０１の周波数−回転速度特性は、後に説明する図６に示される通りであり、先に背景技術として説明した図８に示される特性と同様の特性を示す。
【００３４】
次に、振動波モータ１０１の駆動方法（制御方法）について説明する。図３は、本発明の実施の形態に係る駆動装置の概略構成を示す図である。この駆動装置は、駆動制御回路１０６と、振動波モータ１０１を駆動する交流電圧を生成する駆動電圧発生回路１０４と、振動波モータ１０１のエンコーダ素子４０９から出力されたパルス信号をカウントするパルス計数回路１０５と、を備えている。
【００３５】
駆動制御回路１０６は、振動波モータ１０１の駆動信号（入力信号）である交流電圧の周波数指令信号を駆動電圧発生回路１０４へと出力する。駆動電圧発生回路１０４は、この周波数指令信号に応じた周波数の交流電圧を生成し、振動波モータ１０１の圧電素子４０２に供給する。
【００３６】
振動波モータ１０１が備えるエンコーダ素子４０９は、前述の通り、振動波モータ１０１の回転駆動（シャフト４０５及び移動体４０３の回転）に対応したパルス信号を発生させる。このパルス信号はパルス計数回路１０５に入力され、其所で振動波モータ１０１の回転速度情報に変換され、駆動制御回路１０６へと送られる。駆動制御回路１０６は、受信した回転速度情報を積分することによって、振動波モータ１０１の回転量（駆動量）を求める。
【００３７】
なお、振動波モータ１０１のシャフト４０５には被駆動体１１０が取り付けられており、被駆動体１１０の位置は位置センサ１１１（例えば、レーザ式測距センサ）により測定され、その位置情報はリアルタイムに駆動制御回路１０６に入力される。位置センサ１１１は被駆動体１１０と一体となっていてもよい。すなわち、被駆動体１１０が、自身の位置を検出する機能を有し、その位置情報を駆動制御回路１０６に送信するものであってもよい。駆動制御回路１０６には、被駆動体１１０を移動させる目標位置の情報が、図示しない入力装置を通して入力される。
【００３８】
振動波モータ１０１の回転量と被駆動体１１０の移動量との間には、一次の相関関係がある。換言すれば、被駆動体１１０を所定位置に移動させるために必要な移動量が決定されると、そのために必要とされる振動波モータ１０１の回転量が定まる。このような被駆動体１１０の位置とシャフト４０５の回転量の換算情報は、駆動制御回路１０６に記憶されている。
【００３９】
図４は、振動波モータを必要な回転量となるまで駆動する際の、目標回転速度の変化を時系列で示したグラフである。駆動制御回路１０６に被駆動体１１０の目標位置が入力されると、駆動制御回路１０６は、位置センサ１１１からの位置情報を用いて、被駆動体１１０の目標位置と現在位置との差分を求める。この差分と上述の換算情報とから、振動波モータ１０１の必要な回転量が求められ、この回転量に応じて、振動波モータ１０１の目標回転速度が時系列で設定される。図４には、一般的な、加速、定速、減速からなる速度パターンが示されている。駆動制御回路１０６は、この目標回転速度が実現されるように、交流電圧の周波数を変化（増減）させて、振動波モータ１０１の回転速度を制御する。
【００４０】
図４に示される鎖線は、駆動制御回路１０６が目標回転速度を更新するタイミングを示しており、駆動制御回路１０６は、一定の周期で目標回転速度を読み込み、これを更新する。すなわち、駆動制御回路１０６は、離散的ではあるが、図４に示されるグラフに沿うように、振動波モータ１０１の目標回転速度を時間経過と共に順次更新する。
【００４１】
図５は、振動波モータの速度制御処理の一例を示すフローチャートである。駆動制御回路１０６は、被駆動体１１０の目標位置について指令を受けると、図４に示した目標回転速度のプロファイルを作成した後、図５に示したフローチャートに沿った制御によって振動波モータ１０１を駆動する。駆動制御回路１０６は、この制御を行うためのハードウェアとソフトウェアを備えている。
【００４２】
先ず、駆動制御回路１０６は、制御に用いる各変数（ｆn、Ｎn、Ｎn-1、Ｔn）に対して初期値を設定する［ステップＳ２０１］。
【００４３】
“ｆn”は振動波モータ１０１を駆動する交流電圧の周波数指令信号であり、その初期値を“ｆini”とする。ここで、周波数指令信号ｆnが示す周波数を“ｆn”とする。したがって、振動波モータ１０１を駆動する交流電圧の周波数更新量は、周波数指令信号ｆnの更新量Δｆnで表される。周波数指令信号ｆnの初期値ｆiniは、振動波モータ１０１の共振周波数ｆｒ（図６参照）よりも十分に高い所定値に設定される。
【００４４】
“Ｎn”と“Ｎn-1”は振動波モータ１０１の回転速度であり、これらの初期値を“０（ゼロ）”に設定する。“Ｔn”は、後に詳細に説明するように、周波数指令信号ｆnの更新量Δｆnに対する移動体４０３の回転速度の増減量ΔＮnの割合（＝ΔＮn／Δｆn、以下「補正項Ｔｎ」と記す）であり、その初期値を“Ｔini”とする。
【００４５】
ステップＳ２０１の後、駆動制御回路１０６は、周波数指令信号ｆnの更新量Δｆnを、下式（１）、
Δｆn＝（Ｎobjn−Ｎn）・ｋ／Ｔn ・・・（１）
により求める［ステップＳ２０２（周波数更新量計算ステップ）］。
【００４６】
式（１）において、“Ｎobjn”は、振動波モータ１０１の目標回転速度であり、振動波モータ１０１の駆動制御が開始されると、図４に示すグラフに沿って時間の経過と共に周期的に更新される［設定ステップ］。“Ｎobjn−Ｎn”は、目標回転速度と実際の回転速度との回転速度差を示す。ｋは比例ゲインであり、定数である。
【００４７】
式（１）では、回転速度と交流電圧の駆動周波数が比例していると仮定することで、目標回転速度と実際の回転速度との回転速度差の一次関数“（Ｎobjn−Ｎn）・ｋ”により、周波数指令信号ｆnの仮の更新量を求めている。ここで、図８に示すように、振動波モータ１０１の回転速度によって、回転速度差に対する駆動周波数の増減量の傾きは変化するため、この仮の更新量と、実際に必要とされる更新量との間には差が生じる。その差を修正するため、仮の更新量を、近隣の回転速度にて得られた補正項“Ｔn”で除することで、仮の更新量を増減させて実際に必要とされる更新量に近づけている。振動波モータ１０１の駆動開始直後は、ステップＳ２０１において初期値が設定された変数を用いて、周波数指令信号ｆnの更新量Δｆnを求める。
【００４８】
ステップＳ２０２の後、駆動制御回路１０６は、既に設定されている周波数指令信号ｆnの値から、ステップＳ２０２で求めた更新量Δｆnを差し引くことにより、周波数指令信号ｆnを更新する［ステップＳ２０３（周波数更新ステップ）］。
【００４９】
振動波モータ１０１の回転速度を上げる場合には、周波数指令信号ｆnが示す周波数（ｆn）は低くなり、回転速度を下げる場合には、周波数指令信号ｆnが示す周波数（ｆn）は高くなる。駆動電圧発生回路１０４は、周波数指令信号ｆnが更新されると、振動波モータ１０１への入力信号である交流電圧の周波数を、更新された周波数指令信号ｆnが示す周波数（ｆn）に到達するように掃引する。
【００５０】
ステップＳ２０３に続いて、駆動制御回路１０６は、振動波モータ１０１の回転速度が飽和するまで待機する［ステップＳ２０４（待機ステップ）］。ここで「振動波モータ１０１の回転速度が飽和する」とは、「振動波モータ１０１を駆動する交流電圧の周波数が、周波数指令信号ｆnが示す周波数まで掃引され、振動波モータ１０１の回転速度が安定すること」を指す。
【００５１】
駆動制御回路１０６は、パルス計数回路１０５から振動波モータ１０１の回転速度情報を受け取っている。そこで、駆動制御回路１０６は、振動波モータ１０１の回転速度が飽和すると（ステップＳ２０４で“ＹＥＳ”）、その回転速度を振動波モータ１０１の実際の回転速度Ｎnとする［ステップＳ２０５（速度検出ステップ）］。
【００５２】
ステップＳ２０５の後、駆動制御回路１０６は、被駆動体１１０が目標位置に到達したかを判定する［ステップＳ２０６］。被駆動体１１０が目標位置に到達していれば（ステップＳ２０６で“ＹＥＳ”）、フローチャートの処理を終える（エンド）。
【００５３】
一方、被駆動体１１０が目標位置に到達していなければ（ステップＳ２０６で“ＮＯ”）、駆動制御回路１０６は、回転速度の増減量ΔＮn（＝Ｎn−Ｎn-1）を求める［ステップＳ２０７］。ここで、回転速度Ｎn-1は、回転速度Ｎnの検出以前の直近のステップＳ２０５に検出された振動波モータ１０１の回転速度である。
【００５４】
さらに駆動制御回路１０６は、ステップＳ２０２で求めた周波数指令信号ｆnの更新量Δｆnに対するステップＳ２０７で求めた回転速度の増減量ΔＮnの割合（ΔＮn／Δｆn）を求める［ステップＳ２０８（割合計算ステップ）］。
【００５５】
このステップＳ２０８で求めた割合が補正項Ｔnであり、再びステップＳ２０２に戻った際に、周波数指令信号ｆnの更新量Δｆnを求める際に用いられる。ここで、補正項Ｔnについて図６を参照して説明する。
【００５６】
図６は振動波モータの周波数指令信号の更新量に対する回転速度の増減量の割合を示す模式図である。ステップＳ２０２で求められる周波数指令信号ｆnの更新量Δｆnは、図６に示される周波数−回転速度特性における微小周波数区間（ｆn-1〜ｆn）の幅に相当する。なお、“ｆn-1”は回転速度Ｎn-1のときの周波数である。回転速度の増減量ΔＮnは、微小周波数区間（ｆn-1〜ｆn）における回転速度の変化量であるから、補正項Ｔnは、微小周波数区間における回転速度の、線形演算により求められる傾きを意味する。
【００５７】
ステップＳ２０８の後、駆動制御回路１０６は、回転速度Ｎn-1の値を回転速度Ｎnの値に置き換えて更新し［ステップＳ２０９］、その後、ステップＳ２０２に戻って制御処理を続ける。
【００５８】
次に、ステップＳ２０２における式（１）の演算について詳細に説明する。
【００５９】
図６に示したように、振動波モータ１０１の周波数−回転速度特性は非線形である。そのため、駆動制御回路１０６に周波数−回転速度特性を記憶させておいても、目標回転速度Ｎobjnに到達するために設定すべき周波数指令信号ｆnを、目標回転速度と実際の回転速度との回転速度差（Ｎobjn−Ｎn）から求めることは容易ではない。
【００６０】
そこで、駆動制御回路１０６は、図６の周波数−回転速度特性を記憶しておらず、振動波モータ１０１の駆動制御中に得られる変数の値を用いて、周波数指令信号ｆnを更新していく。ステップＳ２０２では、ステップＳ２０３において周波数指令信号ｆnを更新するために必要となる更新量Δｆnを求める。
【００６１】
ステップＳ２０２において、駆動制御回路１０６はまず、必要とされる回転速度の変化量、すなわち、振動波モータ１０１の目標回転速度Ｎobjnと実際の回転速度Ｎnとの回転速度差（＝Ｎobjn−Ｎn）を、線形演算により求める［速度差計算ステップ］。次いで、駆動制御回路１０６は、求めた回転速度差Ｎobjn−Ｎnに比例ゲインｋを掛け、これを補正項Ｔnで除算することにより、周波数指令信号ｆnの更新量Δｆnを求める。
【００６２】
ステップＳ２０２で用いる補正項Ｔn（＝ΔＮn／Δｆn）の値は、実際には図６からわかるように、周波数指令信号ｆnに応じて徐々に変化する。しかし、隣接する２つの微小周波数区間における各補正項Ｔnの値は、微小周波数区間の幅が極端に広くない限り、変化は小さい。そこで、ステップＳ２０２においては、所定の微小周波数区間に対して求められた補正項Ｔnを、次の微小周波数区間を求めるために用いる。これにより、周波数指令信号ｆnの更新量Δｆnを適切に求めることができる。
【００６３】
また、ステップＳ２０２で求められた周波数指令信号ｆnの更新量Δｆnが次の微小周波数区間となるので、この区間における回転速度の増減量ΔＮnと周波数指令信号ｆnの更新量Δｆnとから、この区間での補正項Ｔnの値を適切に求めることができるようになる。
【００６４】
なお、比例ゲインｋは、振動波モータ１０１が適切に駆動制御されるように、実験的、経験的に求められた適切な値に設定され、比例ゲインｋを用いる必要がない場合もある。また、微小周波数区間の幅が狭いほど、補正項Ｔnの変化が小さいため、微小周波数区間の幅を狭くすることで、周波数指令信号ｆnの更新量Δｆnの誤差をより小さくすることができる。微小周波数区間の幅を狭くするためには、図４に示した鎖線、つまり、駆動制御回路１０６が目標回転速度を更新する時間間隔を狭くすればよい。ステップＳ２０１にて設定するＴnの初期値Ｔiniは、その周波数−回転速度特性がいかなる状態でも回転速度が発散することのないよう、なるべく大きな値を設定しておくことが望ましい。
【００６５】
このように、回転速度の増減量ΔＮn、周波数指令信号ｆnの更新量Δｆn及び補正項Ｔnの更新を繰り返すことで、振動波モータ１０１の実際の回転速度に応じて、供給する交流電圧の周波数を適切に制御することができるようになる。このとき、駆動制御装置１０１は、周波数−回転速度特性を予め駆動制御回路１０６に記憶しておかなくともよいため、回路構成が簡単になる。また、振動波モータ１０１に掛かる負荷変動や、振動波モータ１０１自体の温度変化や振動波モータ１０１が使用される温度環境によって周波数−回転速度特性が変化したとしても、その特性に追従した制御が可能になる。
【００６６】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではない。
【００６７】
本発明の目的は、上述した実施の形態の機能を実現するソフトウェアのプログラムコードを記録した記憶媒体をコンピュータに供給し、コンピュータのＣＰＵが記憶媒体に格納されたプログラムコードを読み出して実行することによっても達成される。
【００６８】
この場合、記憶媒体から読み出されたプログラムコード自体が上述した各実施の形態の機能を実現することになり、プログラムコード及びそのプログラムコードを記憶した記憶媒体は本発明を構成することになる。
【００６９】
プログラムコードを供給するための記憶媒体としては、例えば、ＲＡＭ、ＮＶ−ＲＡＭ、フロッピー（登録商標）ディスク、ハードディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＷ、ＤＶＤ（ＤＶＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＡＭ、ＤＶＤ−ＲＷ、ＤＶＤ＋ＲＷ）等の光ディスク、磁気テープ、不揮発性のメモリカード、他のＲＯＭ等の上記プログラムコードを記憶できるものであればよい。或いは、上記プログラムコードは、インターネット、商用ネットワーク、若しくはローカルエリアネットワーク等に接続される不図示の他のコンピュータやデータベース等からダウンロードすることによりコンピュータに供給されてもよい。
【００７０】
また、コンピュータが読み出したプログラムコードを実行することにより、上記各実施の形態の機能が実現されるだけでなく、そのプログラムコードの指示に基づき、ＣＰＵ上で稼動しているＯＳ（オペレーティングシステム）等が実際の処理の一部又は全部を行い、その処理によって上述した各実施の形態の機能が実現される場合も含まれる。
【００７１】
さらに、記憶媒体から読み出されたプログラムコードが、コンピュータに挿入された機能拡張ボードやコンピュータに接続された機能拡張ユニットに備わるメモリに書き込まれた後、そのプログラムコードの指示に基づき、その機能拡張ボードや機能拡張ユニットに備わるＣＰＵ等が実際の処理の一部又は全部を行い、その処理によって上述した各実施の形態の機能が実現される場合も含まれる。
【００７２】
上記プログラムコードの形態は、オブジェクトコード、インタプリタにより実行されるプログラムコード、ＯＳに供給されるスクリプトデータ等の形態から成ってもよい。
【符号の説明】
【００７３】
１０１ 振動波モータ
１０４ 駆動電圧発生回路
１０５ パルス計数回路
１０６ 駆動制御回路
１１０ 被駆動体
１１１ 位置センサ
４０１ 振動体（弾性体）
４０２ 圧電素子
４０３ 移動体（回転体）
４０５ シャフト
４０８ コードホイール
４０９ エンコーダ素子
【特許請求の範囲】
【請求項１】
振動体に固着された電気−機械エネルギ変換素子に交流電圧を供給して前記振動体に振動を発生させることにより前記振動体に接触する移動体を駆動する振動波モータの駆動方法であって、
前記移動体の目標回転速度を設定する設定ステップと、
前記交流電圧の周波数更新量に対する前記移動体の回転速度の増減量の割合を求める割合計算ステップと、
前記目標回転速度と前記移動体の実際の回転速度との回転速度差を求める速度差計算ステップと、
前記速度差計算ステップで求めた前記回転速度差を、前記割合計算ステップで求めた前記割合で除することにより、前記周波数更新量を求める周波数更新量計算ステップと、
前記周波数更新量計算ステップで求めた前記周波数更新量を用いて、前記交流電圧の周波数を更新する周波数更新ステップと、を有することを特徴とする振動波モータの駆動方法。
【請求項２】
前記周波数更新量計算ステップにおいて、前記速度差計算ステップで求めた前記回転速度差に定数を乗することを特徴とする請求項１記載の振動波モータの駆動方法。
【請求項３】
前記周波数更新ステップによって更新された周波数により前記移動体の回転速度が飽和するまで待機する待機ステップと、
前記待機ステップにおいて飽和した前記移動体の回転速度を検出する速度検出ステップと、を更に有し、
前記周波数更新ステップの前と後の各周波数で回転速度が飽和することにより前記速度検出ステップで検出された前記振動波モータの前記回転速度の差を、前記割合計算ステップにおいて、前記移動体の回転速度の増減量として用いることを特徴とする請求項１記載の振動波モータの駆動方法。
【請求項４】
振動体に固着された電気−機械エネルギ変換素子に交流電圧を供給して前記振動体に振動を発生させることにより前記振動体に接触する移動体を駆動する振動波モータの駆動装置であって、
前記移動体の目標回転速度を設定し、前記交流電圧の周波数更新量に対する前記移動体の回転速度の増減量の割合を求め、前記目標回転速度と前記移動体の実際の回転速度との回転速度差を求め、前記回転速度差を前記割合で除することにより前記周波数更新量を求め、前記周波数更新量を用いて前記交流電圧の周波数を更新する処理を行う駆動制御回路を備えることを特徴とする振動波モータの駆動装置。
【請求項１】
振動体に固着された電気−機械エネルギ変換素子に交流電圧を供給して前記振動体に振動を発生させることにより前記振動体に接触する移動体を駆動する振動波モータの駆動方法であって、
前記移動体の目標回転速度を設定する設定ステップと、
前記交流電圧の周波数更新量に対する前記移動体の回転速度の増減量の割合を求める割合計算ステップと、
前記目標回転速度と前記移動体の実際の回転速度との回転速度差を求める速度差計算ステップと、
前記速度差計算ステップで求めた前記回転速度差を、前記割合計算ステップで求めた前記割合で除することにより、前記周波数更新量を求める周波数更新量計算ステップと、
前記周波数更新量計算ステップで求めた前記周波数更新量を用いて、前記交流電圧の周波数を更新する周波数更新ステップと、を有することを特徴とする振動波モータの駆動方法。
【請求項２】
前記周波数更新量計算ステップにおいて、前記速度差計算ステップで求めた前記回転速度差に定数を乗することを特徴とする請求項１記載の振動波モータの駆動方法。
【請求項３】
前記周波数更新ステップによって更新された周波数により前記移動体の回転速度が飽和するまで待機する待機ステップと、
前記待機ステップにおいて飽和した前記移動体の回転速度を検出する速度検出ステップと、を更に有し、
前記周波数更新ステップの前と後の各周波数で回転速度が飽和することにより前記速度検出ステップで検出された前記振動波モータの前記回転速度の差を、前記割合計算ステップにおいて、前記移動体の回転速度の増減量として用いることを特徴とする請求項１記載の振動波モータの駆動方法。
【請求項４】
振動体に固着された電気−機械エネルギ変換素子に交流電圧を供給して前記振動体に振動を発生させることにより前記振動体に接触する移動体を駆動する振動波モータの駆動装置であって、
前記移動体の目標回転速度を設定し、前記交流電圧の周波数更新量に対する前記移動体の回転速度の増減量の割合を求め、前記目標回転速度と前記移動体の実際の回転速度との回転速度差を求め、前記回転速度差を前記割合で除することにより前記周波数更新量を求め、前記周波数更新量を用いて前記交流電圧の周波数を更新する処理を行う駆動制御回路を備えることを特徴とする振動波モータの駆動装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１０−２０６８５７（Ｐ２０１０−２０６８５７Ａ）
【公開日】平成２２年９月１６日（２０１０．９．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−４６２６８（Ｐ２００９−４６２６８）
【出願日】平成２１年２月２７日（２００９．２．２７）
【公序良俗違反の表示】
（特許庁注：以下のものは登録商標）
１．フロッピー
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【出願人】（０００１０４６３０）キヤノンプレシジョン株式会社 (79)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年９月１６日（２０１０．９．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年２月２７日（２００９．２．２７）
【公序良俗違反の表示】
（特許庁注：以下のものは登録商標）
１．フロッピー
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【出願人】（０００１０４６３０）キヤノンプレシジョン株式会社 (79)
【Ｆターム（参考）】
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