JP4482986B2 - 振動モータ及びその駆動方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、振動モータ及びその駆動方法に関する。具体的には、本発明は、バースト波形部を間欠的に有する駆動信号を入力されることによって微動する振動モータと、この振動モータの駆動方法とに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般的に、振動モータは、２種の圧電素子に、互いの位相が（π／２）異なるとともに所定の周波数を有する連続波からなる２相の駆動信号（交流電圧）をそれぞれ入力することによって、これらの圧電素子が装着された弾性体に位相が異なる二つの定在波を励振し、これらの定在波が合成されて弾性体の駆動力取出部に発生した楕円運動を利用して、この駆動力取出部に加圧接触する相対運動部材を摩擦駆動する。この種の振動モータとして、超音波の振動域を利用した超音波モータが知られているため、以降の説明ではこの超音波モータを例にとる。
【０００３】
この超音波モータは、所望の停止位置に停止した後は電気入力を停止するだけでドリフトもなく、さらに外力にも乱されずにその位置で静止し続けることができるという、いわゆる自己保持性を有する。これに対し、例えばステッピングモータも、電気入力を継続すればある程度の自己保持性を奏することはできる。しかし、電気入力を必要とするために効率の点で超音波モータには及ばない。
【０００４】
ところで、このステッピングモータでは１ステップの歩幅、つまり送り量が、電極パターンの幅というかなり大きな量によって支配され、いわばデジタル化されている。このため、Ｘステップ分の動作パルスによる送り量は、１ステップ分のＸ倍として極めて正確に求めることができ、その再現性も高い。しかし、現実には、ステッピングモータの発生トルクは一般的に低いために減速ギヤ列を用いる必要があり、バックラッシュが生じるといった問題がある。これに対し、超音波モータは、発生トルクが高いために減速ギヤ列を用いる必要性は低いが、１ステップの送り量は基本的にデジタル化されておらず、アナログ的である。
【０００５】
なお、超音波モータでは、駆動周波数１周期分によって駆動力取出部が１回転分だけ楕円運動を描くことから、これを１ステップの送り量とみなすこともできる。しかし、この１ステップの送り量は、駆動電圧、駆動周波数さらには駆動時の摩擦状態等により変動するため、高い再現性を期待することができない。
【０００６】
このように、ステッピングモータの動作はデジタル的であるのに対し、超音波モータの動作は極めてアナログ的である。このため、超音波モータは、ステッピングモータに比較すると、自己保持性や高い発生トルクを有するといった長所を有する反面、１ステップ分の動作パルスによる送り量が変動し易く、その再現性が低いとも言える。
そこで、バースト波形部を間欠的に有する駆動信号を入力することによって超音波モータの１ステップの歩幅をデジタル的に扱えるようにし、これにより、特に超低速での微動時における１ステップ分の動作パルスによる送り量を安定させる発明が、これまでにも多数提案されている。
【０００７】
例えば、特開平３−１９０５７７号公報には、超音波モータが目標停止位置に接近するに応じて、デューティ比が１００％から０％までの範囲で変化するコントロールパルスを入力することにより、相対運動速度を徐々に低下させる発明が提案されている。
【０００８】
特開平５−５３６５０号公報には、超音波モータが停止位置に接近するに応じて、駆動信号におけるバースト波形部の印加時間を減少させることにより、超音波モータを超低速で駆動する発明が提案されている。
【０００９】
特開平７−２２２４６６号公報には、バースト波形部を間欠的に有する駆動信号を入力して超音波モータを駆動する際に、相対運動速度に応じて常に１回の移動量がスムーズに動く最大移動量になるように制御することにより、連続波からなる駆動信号を入力された場合と同様に動作を円滑化できるとともに、起動及び停止の回数を低減して電力損失を抑制できる発明が提案されている。
【００１０】
特開平８−２１４５７１号公報には、超音波モータを構成する弾性体の振動減衰区間において包絡線が減衰特性を有するとともにバースト波形部を間欠的に有する駆動信号を入力して、弾性体に発生した楕円運動を自由減衰させずに振幅が零になるまで同一周波数を保ったまま減衰させることにより、逆推力を発生させない発明が提案されている。
【００１１】
特開平９−２８９７８４号公報には、超音波モータを構成する弾性体に発生する超音波振動の周波数よりも高い周波数を有するとともにバースト波形部を間欠的に有する駆動信号のパルス幅（印加時間）を変更することにより、超音波モータの相対運動速度を容易に切り替える発明が提案されている。
【００１２】
さらに、特開平１０−２３４１９１号公報には、粗動時には連続波からなる２種の駆動信号を入力し、微動時にはバースト波形部を有する１種の駆動信号を入力することにより、微動時の超音波モータが粗動時と反対方向へ移動することを防止する発明が提案されている。
【００１３】
これらの従来の発明は、いずれも、目標位置に接近するにつれてバースト波形部を間欠的に有する駆動信号を用い、振動子の送り量を１バースト波形部毎に区切って擬似的にデジタル化するものである。このため、駆動信号におけるバースト波形部のデューティ比を変更することにより、１バースト波形部の送り量をコントロールすることができる。したがって、現在位置と目標位置との偏差が減少するに応じて、駆動信号におけるバースト波形部のデューティ比を段階的に変更することにより、振動子の停止位置を目標位置に近づけることができる。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、これらの従来の発明には、いずれも、以下に列記する課題１〜課題４がある。
（課題１）
従来の発明では、いずれも、駆動信号におけるバースト波形部の周波数は一定のままである。このため、入力された一つのバースト波形部によって弾性体の駆動力取出部に発生する楕円運動の大きさは一定であって、これを小さくすることはできない。したがって、入力された一つのバースト波形部による超音波モータの送り量、すなわち超音波モータの速度の最小値をこれ以上小さくすることはできず、超音波モータをさらに超低速で駆動することができない。
（課題２）
弾性体と相対運動部材との摩擦状態は、一定せず、両者の相対的な位置関係により絶えず変動する。したがって、弾性体と相対運動部材との間における摩擦力も絶えず変動するため、入力された一つのバースト波形部による超音波モータの送り量（ステップ幅）、すなわち超音波モータの微動時の速度が安定しない。
【００１５】
図１６は、バースト波形部を間欠的に有する駆動信号を入力することによって超音波モータを微動させた場合について、一つのバースト波形部による超音波モータの送り量と原点からの距離との関係の一例を示すグラフである。同図にグラフで示すように、微動時の超音波モータのステップ幅は、２μｍから６μｍ程度の範囲で変動してしまうことがわかる。このように、超音波モータを超低速の一定速度で駆動させることができず、所望の停止位置精度が得られない。
（課題３）
超音波モータの駆動時に、外部の環境温度及びモータ自身の発熱による温度変化等が発生すると、超音波モータの共振周波数が変動するためにバースト波形部の周波数の適正値が変動する。しかし、従来の発明では、バースト波形部の周波数は一定のままであるため、駆動信号におけるバースト波形部の周波数が適正値からずれてしまう。このため、温度変化により超音波モータを駆動できなかったり、微動時の停止精度が低下してしまう。
【００１６】
図１７は、高温、常温及び低温の３状態について、超音波モータの速度と駆動信号の周波数との関係の一例を示すグラフである。図１７における周波数ｆ1 は、超音波モータの微動時（バースト波形部を間欠的に有する駆動信号の入力時）の周波数を示す。
【００１７】
起動時には低温であった超音波モータが、駆動に伴って温度上昇し、常温さらには高温へと温度変化したとする。図１７に示すグラフにおいて、低温時には駆動周波数がｆ1 であることにより所望の速度ｖ1 が得られる。しかし、超音波モータの温度上昇に関係なく駆動周波数はｆ1 で常に一定であることから、速度はｖ1 からｖ2 へと徐々に低下し、高温域では駆動周波数ｆ1 は可動域内の最大周波数ｆlim を超えてしまうために駆動できなくなってしまう。このように、超音波モータは、温度変化等によって駆動特性が変動し、特に、超低速では駆動できなくなってしまう。
（課題４）
従来より、目標位置からの偏差を例えばエンコーダを用いて検出し、この検出値に基づいて超音波モータの速度制御を行う方法が知られている。特にインクリメンタルエンコーダを用いてこの方法を行うには、超音波モータの電源投入時に、原点検出動作を行う必要がある。この原点検出は、超音波モータの速度が速いと原点位置のずれや応答不良による検出不良が発生するため、原点検出が可能な速度ｖr 以下に超音波モータの速度を低下させて行う必要がある。
【００１８】
一方、図１８は、超音波モータの駆動周波数と速度との関係の一例を示すグラフである。同図にグラフで示すように、超音波モータは、低温時と高温時とで異なる温度特性を有する。なお、図１８のグラフにおける速度ｖr は原点検出が可能な速度の最大値である。
図１８に示すグラフから、低温時に原点検出が可能な速度ｖr を与える周波数域はｆ3 〜ｆ4 であるのに対し、高温時に原点検出が可能な速度ｖr を与える周波数域はｆ1 〜ｆ2 であることがわかる。このように、超音波モータは図１８にグラフで示すような温度特性を示すため、常に原点検出が可能な速度ｖr を与える駆動周波数は存在せず、温度によっては原点検出動作を行えない。
【００１９】
本発明の第１の目的は、バースト波形部を間欠的に有する駆動信号を入力することによって振動モータを微動させる際に、超音波モータを超低速で駆動させることである。
【００２０】
本発明の第２の目的は、バースト波形部を間欠的に有する駆動信号を入力することによって振動モータを微動させる際に、超音波モータを超低速で一定速度で駆動させることである。
【００２１】
本発明の第３の目的は、外部の環境温度及びモータ自身の発熱による温度変化が発生しても、超音波モータを超低速で駆動させることである。
【００２２】
本発明の第４の目的は、インクリメンタルエンコーダを用いて検出した目標位置からの偏差に基づいて速度制御を行う超音波モータについて、その電源投入時に原点検出動作を行う場合にも、温度変化の影響を受けずに確実に原点検出動作を行うことである。
【００２３】
さらに、本発明の第５の目的は、これら第１の目的１〜第４の目的のうちの少なくとも２種以上を同時に達成することである。
【００２４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、バースト波形部を有する駆動信号を用いることによる擬似的なデジタル化のメリットを充分に生かしながら、超音波モータの分解能及び停止精度を高めるためには、駆動信号のバースト波形部の少なくとも周波数を制御すればよい、との新規な知見に基づくものである。
【００２５】
請求項１の発明では、振動を発生する振動子と、この振動子に加圧接触し、振動子との間で相対運動を行う相対運動部材と、連続波を有する第１の駆動信号を振動子に入力して振動子又は相対運動部材を移動させて目標位置へ接近させる第１の制御と、第１の制御の後に、第１の駆動信号の周波数より高い周波数のバースト波形部を間欠的に有する第２の駆動信号を振動子に入力して振動子又は相対運動部材を移動させて目標位置へ停止させる第２の制御とを行う駆動装置とを有し、駆動装置は、第１の制御時の振動子又は相対運動部材の存在位置に基づいて、バースト波形部の周波数を決定し、第２の制御時に、振動子又は相対運動部材の存在位置と目標位置との偏差が小さくなるに応じて、バースト波形部の周波数が高くなるように制御することを特徴とする振動モータを提供する。
【００２６】
請求項２の発明は、請求項１に記載された振動モータにおいて、第２の制御が、バースト波形部による振動子又は相対運動部材の駆動結果に基づいて、バースト波形部の周波数の制御を行うことを特徴とする。
【００２７】
請求項３の発明は、請求項２に記載された振動モータにおいて、駆動結果が、相対運動の量であることを特徴とする。
請求項４の発明は、請求項１に記載された振動モータにおいて、第１の制御開始時の第１の駆動信号の周波数に基づいて、バースト波形部の周波数を決定することを特徴とする。
【００２９】
請求項５の発明は、請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載された振動モータにおいて、環境温度に基づいて第２の駆動信号のバースト波形部の周波数を決定することを特徴とする。
請求項６の発明は、請求項１に記載された振動モータにおいて、第２の制御時に、バースト波形部のデューティ比を変化させることを特徴とする。
【００３０】
請求項７の発明では、振動を発生する振動子及びこの振動子との間で相対運動を生じる相対運動部材を備える振動モータを駆動させる際に、連続波を有する第１の駆動信号を振動子に入力して振動子又は相対運動部材を移動させて目標位置へ接近させる第１の制御と、第１の制御の後に、第１の駆動信号の周波数より高い周波数のバースト波形部を間欠的に有する第２の駆動信号を振動子に入力して振動子又は相対運動部材を移動させて目標位置へ停止させる第２の制御とを行い、第１の制御時の振動子又は相対運動部材の存在位置に基づいて、バースト波形部の周波数を決定し、第２の制御時に、振動子又は相対運動部材の存在位置と目標位置との偏差が小さくなるに応じて、バースト波形部の周波数が高くなるように制御することを特徴とする振動モータの駆動方法を提供する。
請求項８の発明は、請求項７に記載された振動モータの駆動方法において、第２の制御が、バースト波形部による振動子又は相対運動部材の駆動結果に基づいて、バースト波形部の周波数の制御を行うことを特徴とする。
請求項９の発明は、請求項８に記載された振動モータの駆動方法において、駆動結果が、相対運動の量であることを特徴とする。
【００３１】
請求項１０の発明は、請求項７に記載された振動モータの駆動方法において、第１の制御開始時の第１の駆動信号の周波数に基づいて、バースト波形部の周波数を決定することを特徴とする。
【００３３】
請求項１１の発明は、請求項７から請求項１０までのいずれか１項に記載された振動モータの駆動方法において、振動モータの作動時の環境温度に基づいて第２の駆動信号のバースト波形部の周波数を決定することを特徴とする。
【００３４】
さらに、請求項１２の発明は、請求項７に記載された振動モータの駆動方法において、目標位置が、インクリメンタルエンコーダを用いて原点検出時に検出される振動モータの原点位置であることを特徴とする。
【００３５】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
以下、本発明にかかる振動モータ及びその駆動方法の実施の形態を、添付図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以降の実施形態は、振動モータが超音波の振動域を利用した超音波モータである場合を例にとって、説明する。
【００３６】
図１は、本実施形態の超音波モータ１０の主要部を抽出して示す斜視図である。また、図２は、超音波モータ１０を構成する振動子１１を、発生する振動波形例とともに示す説明図である。
【００３７】
図１および図２に示すように、本実施形態の超音波モータ１０は、第１の振動である１次の縦振動Ｌ１と、第２の振動である４次の曲げ振動Ｂ４とを発生する振動子１１と、この振動子１１との間で相対運動を行う相対運動部材２１と、駆動装置３０とを備える。まず、これらの構成要素について、順次説明する。
〔振動子１１〕
振動子１１は、弾性体１２と、弾性体１２の一方の平面に装着された圧電体１３とを備える。
【００３８】
弾性体１２は、鉄鋼、ステンレス鋼、リン青銅又はエリンバー材等といった共振先鋭度が大きな金属材料により構成されることが望ましく、矩形平板状に形成される。また、弾性体１２の各部の寸法は、発生する１次の縦振動Ｌ１および４次の曲げ振動Ｂ４それぞれの固有振動数が略一致するように、設定される。
【００３９】
弾性体１２の一方の平面には、後述する圧電体１３が例えば接着される。また、弾性体１２の他方の平面には、弾性体１２の幅方向に２本の溝部が相対運動方向（図１における両矢印方向）に関して所定距離だけ離れて設けられる。これらの溝部に、横断面形状が矩形である角棒型の、高分子材等を主成分とした摺動部材が嵌め込まれて接着され、突起状に突出して装着される。高分子材としては、ＰＴＦＥ、ポリイミド樹脂、ＰＥＮ、ＰＰＳ、ＰＥＥＫ等が例示される。
【００４０】
そして、この摺動部材が駆動力取出部１２ａ、１２ｂとして機能する。したがって、弾性体１２は、これら摺動部材からなる駆動力取出部１２ａ、１２ｂを介して相対運動部材２１に接触する。
【００４１】
この駆動力取出部１２ａ、１２ｂは、図２に示すように、弾性体１２に発生する４次の曲げ振動Ｂ４の４つの腹位置ｌ1 〜ｌ4 のうちの外側に位置する腹位置ｌ1 、ｌ4 に一致する位置に設けられる。なお、駆動力取出部１２ａ、１２ｂは、曲げ振動Ｂ４の腹位置ｌ1 、ｌ4 に正確に一致する位置に設けられる必要はなく、この腹位置の近傍に設けられていてもよい。
【００４２】
圧電体１３は、本実施形態ではＰＺＴ（チタンジルコン酸鉛）からなる薄板状の圧電素子により構成される。この圧電体１３には、Ａ相の駆動信号が入力される入力領域１３ａ、１３ｃと、Ａ相の駆動信号とは位相が（π／２）だけずれたＢ相の駆動信号が入力される入力領域１３ｂ、１３ｄとが形成される。各入力領域１３ａ〜１３ｄは、図２に示すように、弾性体１２に発生する曲げ振動Ｂ４の５つの節位置ｎ1 〜ｎ5 により区画された４つの領域に連続して形成される。すなわち、駆動信号の入力により変形する各入力領域１３ａ〜１３ｄが、いずれも、不動点である節位置ｎ1 〜ｎ5 を跨がない。そのため、入力領域１３ａ〜１３ｄの変形が節位置ｎ1 〜ｎ5 によって抑制されることがない。これにより、各入力領域１３ａ〜１３ｄに入力された電気エネルギを最大の効率で弾性体１２の変形、すなわち機械エネルギに変換することができる。
【００４３】
また、曲げ振動Ｂ４の節位置ｎ2 、ｎ4 には、振動子１１が発生する縦振動Ｌ１により電気エネルギを出力する検出領域１３ｐ、１３ｐ’が設けられる。これにより、振動子１１が発生する縦振動Ｌ１の振動状態がモニタされる。
【００４４】
各入力領域１３ａ〜１３ｄと各検出領域１３ｐ、１３ｐ’とは、それぞれの表面に、銀電極１５ａ〜１５ｄ、１５ｐ、１５ｐ’を接着される。また、図示しないが、各銀電極１５ａ〜１５ｄ、１５ｐ、１５ｐ’には、電気エネルギの授受を行うためのリード線が、それぞれ半田付けされて、接続される。これにより、各入力領域１３ａ〜１３ｄに独立して駆動信号を入力したり、各検出領域１３ｐ、１３ｐ’から独立して検出信号を出力することができる。
なお、本実施形態では、図２に示すように、振動子１１は、その平面の中央部を中心として点対称となるように、形成される。これにより、駆動力取出部１２ａ、１２ｂに発生する楕円運動を略同じ形状とすることができ、相対運動方向の反転に伴う駆動差が殆ど解消される。
【００４５】
また、本実施形態では、振動子１１は図示しない加圧支持装置により固定支持されている。このため、後述する相対運動部材２１が、図１における両矢印方向に駆動される。
本実施形態では、振動子１１は以上のように構成される。
〔相対運動部材２１〕
図２に示すように、振動子１１の駆動力取出部１２ａ、１２ｂに加圧接触して、移動子である相対運動部材２１が配置される。
【００４６】
相対運動部材２１は、本実施形態ではステンレス鋼により帯板状に構成される。相対運動部材２１は、駆動力取出部１２ａ、１２ｂに発生する楕円運動により、縦振動Ｌ１の振動方向とは同方向（図２における左右方向）へ駆動される。なお、相対運動部材２１は、銅合金やアルミニウム合金さらには高分子材等により構成されていてもよい。
【００４７】
相対運動部材２１は、相対運動部材２１の一方の平面に接触する２基の搬送ローラと、相対運動部材２１の幅方向の両端面に接触する４基の搬送ローラ（いずれも図示しない。）とにより、案内されて搬送される。これにより、相対運動部材２１は、相対運動方向の両方向への往復移動が可能となる。
【００４８】
本実施形態では、相対運動部材２１は以上のように構成される。
〔駆動装置３０〕
図３は、超音波モータ１０の駆動装置３０のブロック図である。
【００４９】
同図に示すように、この駆動装置３０は制御装置３１を有する。制御装置３１は、ＣＰＵ３５からの指令信号を入力されることにより、２相の駆動信号を生成する。
【００５０】
すなわち、超音波モータ１０の粗動時には、互いの位相が（π／２）異なるとともに所定の周波数を有する連続波からなる２相の第１の駆動信号（交流電圧）を、超音波モータドライバ３２へそれぞれ出力する。この場合、制御装置３１は、超音波モータ１０の相対運動速度を上げる場合には、２相の第１の駆動信号それぞれの駆動周波数を下げる制御を行い、逆に、相対運動速度を下げる場合には、２相の第１の駆動信号それぞれの駆動周波数を上げる制御を行う。
【００５１】
一方、制御装置３１は、例えば、超音波モータ１０の目標停止位置への停止精度の向上を目的とする駆動時、すなわち超音波モータ１０の超低速での微動時には、連続波からなる２相の第１の駆動信号に替えて、バースト波形部を間欠的に有する第２の駆動信号を、超音波モータドライバ３２へそれぞれ出力する。
【００５２】
図４は、バースト波形部４０ａを間欠的に有する第２の駆動信号４０の波形例を示す説明図である。同図に示すように、第２の駆動信号４０は、高い駆動周波数を有するバースト波形部４０ａをＢＨ時間印加した後にＢＬ時間印加しないという周期（間欠周波数ｆK ＝１／ＢＴ）のバースト波である。
【００５３】
制御装置３１は、入力した第２の駆動信号４０のうちのバースト波形部４０ａによる相対運動部材２１の移動量に基づいて、第２の駆動信号４０のバースト波形部４０ａの少なくとも駆動周波数の制御を行う。相対運動部材２１の移動量は、後述するインクリメンタルエンコーダ３３により検出される。
【００５４】
具体的には、相対運動部材２１の存在位置と目標位置との偏差をインクリメンタルエンコーダ３３により検出し、この検出値が小さくなるに応じて、バースト波形部４０ａの駆動周波数が高くなるように制御する。これにより、相対運動部材２１を超低速で安定して駆動することができる。
【００５５】
超音波モータドライバ３２は、制御装置３１から入力される２相の駆動信号を適正値に増幅して、超音波モータ１０の入力領域１３ａ〜１３ｄへ入力する。
【００５６】
このようにして、駆動装置３０により、粗動時及び微動時のいずれの場合にも、圧電体１３の入力領域１３ａ、１３ｃにＡ相の駆動信号が入力され、また、入力領域１３ｂ、１３ｄにはＡ相の駆動信号とは（π／２）の位相差を有するＢ相の駆動信号が入力される。すると、図２に示すように、弾性体１２には、相対運動方向（図２における両矢印方向）へ振動する第１の振動である１次の縦振動Ｌ１と、この相対運動方向に直交する方向へ振動する第２の振動である４次の曲げ振動Ｂ４とが同時に発生する。これらの振動は合成されて、駆動力取出部１２ａ、１２ｂには楕円運動が発生する。この楕円運動を利用して、駆動力取出部１２ａ、１２ｂに加圧接触する相対運動部材２１が、摩擦駆動される。
【００５７】
図１及び図２には図示していないが、図３に示すように、相対運動部材２１にはインクリメンタルエンコーダ３３が装着される。このインクリメンタルエンコーダ３３は、一定の単位変位毎に一つのパルスを出力してそのパルス数を数えることにより任意の位置からの相対運動部材２１の移動量を出力する。インクリメンタルエンコーダ３３により、バースト波形部４０ａによる相対運動部材２１の移動量が検出される。検出された移動量は、エンコーダ回路３４により電気信号に変換され、ＣＰＵ３５に入力される。ＣＰＵ３５は、入力されたこの電気信号に基づいて、制御装置３１へ入力する指令信号を補正する。これにより、制御装置３１により生成される第２の駆動信号４０は、相対運動部材２１の存在位置と目標位置との偏差が小さくなるに応じて、バースト波形部４０ａの駆動周波数が高くなるように、制御される。
【００５８】
このように、本実施形態の駆動装置３０は、連続波を有する第１の駆動信号を入力して相対運動部材２１を粗動させて目標位置へ接近させた後に、バースト波形部４０ａを間欠的に有する第２の駆動信号４０を入力して相対運動部材２１を微動させて目標位置へ停止させるとともに、バースト波形部による相対運動部材２１の駆動結果に基づいて、駆動信号のバースト波形部４０ａの少なくとも周波数の制御を行う。
本実施形態では、駆動装置３０は以上のように構成される。
〔超音波モータ１０の動作〕
次に、この超音波モータ１０の動作を説明する。
図５は、超音波モータ１０の相対運動部材２１の移動軌跡を示す説明図であり、図５（Ａ）は相対運動部材２１の移動軌跡の一例を直接的に示す説明図、図５（Ｂ）は相対運動部材２１の移動軌跡を一般化して示す説明図である。また、図６は、超音波モータ１０の振動子１１に入力される駆動信号の駆動周波数と、その時の相対運動部材２１の速度又は１ステップ分の移動量との関係の一例を示すグラフである。
【００５９】
なお、この図５（Ａ）に示す例は、超音波モータ１０の相対運動部材２１が複数回の微動を繰り返しながら最終的に目標位置Ｂに停止する場合であるが、各微動の移動量が前回の微動の移動量よりも少なくなるように制御される場合を示している。
図５（Ａ）を参照しながら、相対運動部材２１が位置Ａを出発し、位置Ａから離れた目標位置Ｂに到達する場合を説明する。
【００６０】
図５（Ａ）の矢印１に示すように、相対運動部材２１は駆動装置３０からの駆動信号により位置Ａから目標位置Ｂに向けて移動を開始する。このとき、相対運動部材２１の現在位置と目標位置Ｂとは相当離れているため、振動子１１には駆動装置３０により連続波からなる第１の駆動信号（図６における駆動周波数：ｆa ）が入力される。これにより、相対運動部材２１は高速・粗動モードで目標位置Ｂに接近する。
【００６１】
次に、図５（Ａ）の矢印１に示すように、相対運動部材２１が目標位置Ｂにさらに接近して領域Ｄの一端の位置Ｃに到達すると、駆動装置３０から出力される駆動信号は、第１の駆動信号から第２の駆動信号４０（図６における駆動周波数：ｆb1）に切り替えられる。これにより、相対運動部材２１は、低速・微動モードで目標位置Ｂに接近する。
【００６２】
次に、図５（Ａ）の矢印１に示すように、相対運動部材２１は目標位置Ｂを通り越して位置Ｅに停止する。駆動装置３０はインクリメンタルエンコーダ３３により検出される相対運動部材２１の移動量に基づいて位置Ｅと目標位置Ｂとの偏差を求め、この偏差の大きさに応じて、第２の駆動信号４０のバースト波形部４０ａの駆動周波数を、ｆb1からｆb2（ｆb1＜ｆb2）に変更し、振動子１１に入力する。これにより、相対運動部材２１は、さらに速度を低下させて目標位置Ｂに接近する。
【００６３】
次に、図５（Ａ）の矢印２に示すように、相対運動部材２１は目標位置Ｂを通り越して位置Ｆに停止する。駆動装置３０はインクリメンタルエンコーダ３３により検出される相対運動部材２１の移動量に基づいて位置Ｆと目標位置Ｂとの偏差を求め、この偏差の大きさに応じて、第２の駆動信号４０のバースト波形部４０ａの駆動周波数を、ｆb2からｆb3（ｆb2＜ｆb3）に変更し、振動子１１に入力する。これにより、相対運動部材２１は、さらに速度を低下させて目標位置Ｂに接近する。
【００６４】
次に、図５（Ａ）の矢印３に示すように、相対運動部材２１は目標位置Ｂを通り越して位置Ｇに停止する。駆動装置３０はインクリメンタルエンコーダ３３により検出される相対運動部材２１の移動量に基づいて位置Ｇと目標位置Ｂとの偏差を求め、この偏差の大きさに応じて、第２の駆動信号４０のバースト波形部４０ａの駆動周波数を、ｆb3からｆb4（ｆb3＜ｆb4）に変更し、振動子１１に入力する。これにより、相対運動部材２１は、さらに速度を低下させて目標位置Ｂに接近する。
【００６５】
次に、図５（Ａ）の矢印４に示すように、相対運動部材２１は目標位置Ｂを通り越して位置Ｈに停止する。駆動装置３０はインクリメンタルエンコーダ３３により検出される相対運動部材２１の移動量に基づいて位置Ｈと目標位置Ｂとの偏差を求め、この偏差の大きさに応じて、第２の駆動信号４０のバースト波形部４０ａの駆動周波数をｆb4からｆb5（ｆb4＜ｆb5）に変更し、振動子１１に入力する。これにより、相対運動部材２１は、さらに速度を低下させて目標位置Ｂに接近する。
【００６６】
そして、図５（Ａ）の矢印５に示すように、相対運動部材２１が目標位置Ｂの停止許容範囲内に停止したときに、位置決めが終了する。
【００６７】
図５（Ａ）に示す例は、前述したように各微動の移動量が前回の微動の移動量よりも減少する場合である。しかし、一般的には、本実施形態の駆動装置３０は、図５（Ｂ）に示すように、インクリメンタルエンコーダ３３により検出される相対運動部材２１の移動量に基づいて、現在位置ｎと目標位置Ｂとの間の距離Ｌn を測定するとともに、さらに、直前に行った１バースト波形部４０ａによる移動距離Ｘn-1 との比較を行う。
【００６８】
そして、駆動装置３０は、（ｉ）移動距離Ｘn-1 ＞距離Ｌn である場合には、図５（Ａ）を参照しながら説明したように第２の駆動信号４０のバースト波形部４０ａの駆動周波数ｆb を高くする制御を行い、（ｉｉ）移動距離Ｘn-1 ＜距離Ｌn である場合には第２の駆動信号４０のバースト波形部４０ａの駆動周波数ｆb を低くする制御を行い、また、（ｉｉｉ）移動距離Ｘn-1 ＝距離Ｌn である場合には第２の駆動信号４０のバースト波形部４０ａの駆動周波数ｆb を変化させない制御を行う。ただし、駆動周波数ｆb は、振動子１０が移動可能な限界周波数であるｆb-lim よりも大きな値には設定しない。
【００６９】
本実施形態では、予め駆動周波数−移動量のマップを作成しておきこのマップを参照することにより、駆動周波数ｆb の変化量を決定して、第２の駆動信号４０のバースト波形部４０ａの周波数ｆb を決定した。図７は、このような駆動周波数−移動量のマップの一例を示すグラフである。
このように、本実施形態によれば、バースト波形部４０ａを間欠的に有する駆動信号４０を用いることから、送り量を１バースト波形部４０ａにより疑似的にデジタル化できるとともに、このバースト波形部４０ａの駆動周波数ｆb を制御するため、１バースト波形部４０ａによる送り量を、無段階かつ自在に制御することができる。すなわち、本実施形態では、バースト波形部４０ａの駆動周波数ｆb を制御することにより駆動力取出部１２ａ、１２ｂに発生する楕円運動の形状を無段階で制御することができる。
【００７０】
したがって、サブミクロンオーダで柔軟に刻々と送り量を変化させることができる。このため、超音波モータ１０の駆動装置３０のソフトウェアを変更するだけで様々な用途や状態に適用させて、極めて高分解能な位置決め制御能が得られ、停止位置精度を顕著に向上することができる。
【００７１】
なお、図５（Ａ）および図５（Ｂ）に示す例では、相対運動部材２１が目標位置Ｂを通過して逆戻りすることを１回以上繰り返す場合を例にとった。しかし、これとは異なり、相対運動部材２１が停止許容範囲内に入った後に、バースト波形部４０ａを間欠的に有する駆動信号に切り替え、初めのバースト波形部４０ａの入力による相対運動部材２１ａの移動距離Ｘn-1 と目標位置Ｂまでの距離Ｌn とを比較し、図７にグラフで示す関係に基づいて、移動距離Ｘn-1 ＞距離Ｌn の場合には第２の駆動信号４０のバースト波形部４０ａの周波数ｆb を高く設定し、一方、移動距離Ｘn-1 ＜距離Ｌn の場合には第２の駆動信号４０のバースト波形部４０ａの周波数ｆb を低く設定することにより、目標位置Ｂを一度も通り越さずに相対運動部材２１を停止許容範囲内に停止することも、可能である。
【００７２】
なお、本実施形態では、第２の駆動信号４０のバースト波形部４０ａのデューティ比（間欠周波数ｆK ＝１／ＢＴ）は一定のままとした。しかし、本発明はこれには限定されず、バースト波形部４０ａの周波数を変化させるのに伴って、このデューティ比（間欠周波数ｆK ＝１／ＢＴ）も適宜変化させるようにしてもよい。
【００７３】
図８は、デューティ比を異ならせた第２の駆動信号４４、４５を生成する状況を模式的に示すグラフである。
【００７４】
同図に示すように、パルス波４１と駆動周波数がｆ1 である駆動信号４２とを重畳させることにより第２の駆動信号４４を生成することができ、またパルス波４１と駆動周波数がｆ2 である駆動信号４３とを重畳させることにより第２の駆動信号４５を生成することができる。
【００７５】
このように、パルス波４１のデューティ比を適宜変更することにより、生成される第２の駆動信号４４、４５の間欠周波数を自在に設定することができる。第２の駆動信号４４、４５の間欠周波数を異ならせることにより、用途や状態に適用させた多種の分解能を超音波モータ１０に与えることができる。
（第２実施形態）
以下、第２実施形態を説明する。なお、以降の各実施形態では、前述した第１実施形態と相違する部分を中心に説明し、共通する部分については同一の図中符号を付すことにより、重複する説明を適宜省略する。
【００７６】
本実施形態が前述した第１実施形態と相違するのは、駆動装置３０から振動子１１にバースト波形部を間欠的に有する駆動信号を入力する際に、駆動装置３０によって、直近の前回の１つのバースト波形部により得られたステップ幅、又は直近の前回までの１つのバースト波形部により得られたステップ幅の平均値に基づいて、次回のバースト駆動条件を決定する点である。すなわち、本実施形態では、駆動装置３０に学習機能を与え、直近の前回の１つのバースト波形部により得られたステップ幅、又は直近の前回までの１つのバースト波形部の平均値により得られたステップ幅の平均値に基づいて、次回のバースト駆動条件を決定する。
【００７７】
図９は、本実施形態により駆動装置３０から振動子１１に入力される第２の駆動信号４０−１の波形例を示すグラフである。
【００７８】
同図にグラフで示すように、第２の駆動信号４０−１は、バースト波形部４０−１ａ及び４０−１ｂを間欠的に有する。本実施形態の駆動装置３０は、バースト波形部４０−１ａの印加時間である時間ＢＨ１に得られたステップ幅を、インクリメンタルエンコーダ３３によって非印加時間である時間ＢＬ１に測定し、次回のバースト波形部４０−１ｂの印加時間である時間ＢＨ２のバースト駆動条件を変化させることによって、次回のバースト波形部４０−１ｂによるステップ幅の制御を行う。ここで、バースト駆動条件とは、駆動周波数と、必要に応じて、駆動電圧及び駆動信号中のバースト波形部の数のうちの少なくとも１種とを意味する。
【００７９】
例えば、時間ＢＨ１以前に比較してバースト波形部４０−１ａのステップ幅が減少してきた場合には、時間ＢＨ２のバースト波形部４０−１ｂの周波数の波の数を増加させるように、制御する。
【００８０】
図１０は、本実施形態による、一つのバースト波形部による超音波モータの送り量と原点からの距離との関係の一例を示すグラフである。
【００８１】
図１０にグラフで示すように、本実施形態により、バースト波形部により得られるステップ幅の変動を３μｍ〜５μｍの範囲に抑制することができ、ステップ幅を略一定に保つことができる。このため、超音波モータを超低速で一定速度で駆動させることができ、所望の停止位置精度が得られる。
（第３実施形態）
本実施形態が、第１実施形態及び第２実施形態と相違するのは、駆動開始位置から予め定めた所定位置までは連続波からなる第１の駆動信号を超音波モータに入力し、この所定位置から目標位置まではバースト波形部を間欠的に有する第２の駆動信号を入力する際に、第１の駆動信号による駆動時に得られた駆動結果に基づいて第２の駆動信号の駆動条件を決定する点である。
【００８２】
図１１は、本実施形態における超音波モータ１０−２を用いた位置決め制御装置５０の概略構成図である。同図に示すように、超音波モータ１０−２は、振動子１１とこの振動子１１に適宜加圧力で加圧接触するステージ（相対運動部材）２１−２とからなる。ステージ２１−２は、振動子１１に対して移動自在に支持される。
【００８３】
ステージ２１−２にはインクリメンタルエンコーダ３３が装着されており、ステージ２１−２の位置が検出される。ステージ２１−２の位置の検出値は制御装置３１に入力され、この制御装置３１により、第１の駆動信号により駆動時に得られた駆動結果として処理される。
【００８４】
制御装置３１では、駆動開始位置から所定位置までは連続波からなる第１の駆動信号を超音波モータに入力し（本実施形態の説明では、以下「モード１」という。）、この所定位置から目標位置まではバースト波形部を間欠的に有する第２の駆動信号を入力する（本実施形態の説明では、以下「モード２」という。）。図１２（Ａ）は、第１の駆動信号５１の駆動波形例を示し、図１２（Ｂ）は、第２の駆動信号５２の駆動波形例を示す。
【００８５】
図１３は、本実施形態の振動子１１の制御状況の一例を示す説明図である。
【００８６】
同図に示すように、制御装置３１は、モード１では、外部からの入力情報（移動距離、速度及び加速度）に基づいて、基準速度を決定する。
図１４は、制御装置１３により決定された基準速度５３の一例を示すグラフである。
【００８７】
図１３に示すように、制御装置３１は、決定した基準速度５３に基づいて、駆動開始位置Ａから予め定めた所定位置Ｂと目標位置Ｃとの間の領域までは、連続波からなる第１の駆動信号５１を振動子１１に入力して、相対運動部材２１を目標位置Ｃに向けて粗動する。
【００８８】
また、制御装置３１は、モード１において、駆動開始時からの経過時間に対する相対運動部材２１の位置を演算して相対運動部材２１の速度を求め、求めた速度と駆動周波数との関係を求める。この関係から、粗動開始時の第１の駆動信号の周波数を求めておく。
【００８９】
振動子１１が所定位置Ｂと目標位置Ｃとの間の領域に達すると、制御装置３１は、第１の駆動信号５１を切り替えて第２の駆動信号５２を入力し、モード２へ移行する。そして、この第２の駆動信号５２の駆動条件、すなわち第２の駆動信号５２のバースト波形部５２ａの周波数を、モード１で求めた粗動開始時の第１の駆動信号の周波数に基づいて変更することにより、相対運動部材２１の速度の制御を行う。
【００９０】
第２の駆動信号５２のバースト波形部５２ａの周波数の変更は、例えば以下に列記する手段（１）〜（３）により行う。
（１）インクリメンタルエンコーダ３３によりモード１における駆動開始を検出し、この駆動開始時の駆動周波数から所定値だけ小さい周波数を、モード２における第２の駆動信号５２の駆動周波数とする。これにより、異なる温度環境等により振動子１１の共振周波数が変化しても、この変化に対応してモード２における第２の駆動信号５２の駆動周波数を設定することができる。
（２）インクリメンタルエンコーダ３３により予め設定された速度に達した時点の駆動周波数を検出し、この駆動周波数をモード２における第２の駆動信号５２の駆動周波数とする。これにより、異なる温度環境等により振動子１１の共振周波数が変化しても、この変化に対応してモード２における第２の駆動信号５２の駆動周波数を設定することができる。
（３）振動子１１又は相対運動部材２１−２に適当な温度センサを設置して振動子１１又は相対運動部材２１−２の温度を検出するとともに、予め移動速度と駆動周波数との関係が温度変化によって受ける影響をテーブル等に持ち、モード１とモード２との間に温度変化があっても、このテーブル等によって駆動周波数が補正することにより、温度毎に予め設定した駆動周波数をモード２における第２の駆動信号５２の駆動周波数とすることができ、これにより、確実な駆動ができる。
【００９１】
制御装置３１は、インクリメンタルエンコーダ３３からの信号をカウントし、相対運動部材２１がパルス停止位置Ｄに到達した時点でモード２の動作を停止する。これにより、相対運動部材２１は目標位置Ｃに停止する。
【００９２】
なお、制御装置３１は、相対運動部材２１の停止位置が位置決め完了範囲Ｅの外部となった場合には、相対運動部材２１の停止位置が位置決め完了範囲Ｅに入まで、モード２の動作を繰り返して行う。
【００９３】
このように、本実施形態では、モード２における第２の駆動信号５２の駆動周波数を、モード１による駆動時に得られた駆動結果（振動子１１の移動量）に基づいて、変更する。このため、環境温度の変化等により超音波モータ１０−２の共振周波数が変化しても、この変化に対応してモード２における第２の駆動信号５２のバースト波形部５２ａの周波数を最適値に設定できるため、超音波モータ１０−２を駆動できなかったり期待する微少駆動ができなくなることを、いずれも、確実に防止できる。このため、本実施形態によれば、位置決め制御装置５０の位置決め精度を向上できる。
（第４実施形態）
本実施形態は、第１実施形態〜第３実施形態と同様に、インクリメンタルエンコーダ３３を用いて検出した目標位置からの偏差に基づいて速度制御を行う超音波モータについて、その電源投入時に第２の駆動信号を用いて原点検出動作を行うものである。
【００９４】
図１５は、本実施形態で用いる駆動信号６０の波形例を示す説明図である。すなわち、本実施形態では、バースト波形部６０ａ〜６０ｄを間欠的に有する駆動信号６０を入力することによって、振動子１１及びこの振動子１１との間で相対運動を生じる相対運動部材２１を備える超音波モータを、原点検出が可能な速度ｖr で微動させることによって、超音波モータ１０の原点検出動作を行う。
【００９５】
この際に、本実施形態では、超音波モータ１０の存在位置と目標位置との偏差が小さくなるに応じて、バースト波形部６０ａ〜６０ｄの周波数が高くなるように制御する。具体的には、バースト波形部６０ａ〜６０ｄを有する駆動信号６０の駆動周波数を、前述した図１８のグラフにおける周波数ｆ1 及び周波数ｆ2 の間の周波数ｆr に設定する。
【００９６】
本実施形態では、駆動周波数をｆr と設定するため、高温時に速度ｖr 以下の超低速で超音波モータ１０を駆動することができ、原点検出動作を確実に行うことができる。また、本実施形態では、駆動周波数をｆr と設定するとともに駆動信号６０のデューティ比を、５０〜２０％程度、例えば３０％程度と低く設定することにより、低温時にも、速度ｖr 以下の超低速で超音波モータ１０を駆動することができ、原点検出動作を確実に行うことができる。
【００９７】
なお、原点検出動作は、・超音波モータ１０の駆動周波数を低周波数側から高周波数側に走査し、検出速度が設定速度に達したら走査を中止し、その時の周波数ｆr で駆動を継続するか、又は・超音波モータ１０の駆動電圧を低電圧側から高電圧側に走査し、検出速度が設定速度に達したら走査を中止し、その時の電圧で駆動を継続することにより、行えばよい。
【００９８】
このように、本実施形態によれば、バースト波形部６０ａ〜６０ｄを有する駆動信号６０を用いることにより、温度に依らずに確実に原点検出動作を行うことができる。
（変形形態）
各実施形態の説明では、振動モータが超音波モータである場合を例にとった。しかし、本発明は超音波モータには限定されず、超音波以外の他の振動域を利用した振動モータであれば、等しく適用される。
【００９９】
また、各実施形態の説明では、図１及び図２に示す超音波モータ１０を用いた場合を例にとった。しかし、本発明はこの超音波モータ１０には限定されず、振動子とこの振動子に加圧接触する相対運動部材とを備える超音波モータであれば、その形態や用いる振動の種類等には何ら限定されずに、等しく適用される。
【０１００】
また、各実施形態の説明では、（ｉ）バースト波形部を間欠的に有する駆動信号を振動子に入力することによって、相対運動部材を微動させるとともに、バースト波形部による相対運動部材の駆動結果に基づいて、駆動信号のバースト波形部の少なくとも周波数の制御を行う駆動装置を用いて、バースト波形部の少なくとも周波数の制御を行うこと、（ｉｉ）バースト波形部を間欠的に有する駆動信号を振動子に入力することによって、相対運動部材を微動させた後に目標位置へ停止させるとともに、相対運動部材の存在位置と目標位置との偏差が小さくなるに応じて、バースト波形部の周波数が高くなるように制御する駆動装置を用いて、この偏差が小さくなるに応じて、バースト波形部の周波数が高くなるように制御すること、又は（ｉｉｉ）連続波を有する第１の駆動信号を入力して相対運動部材を粗動させて目標位置へ接近させた後にバースト波形部を間欠的に有する第２の駆動信号を入力して相対運動部材を微動させて目標位置へ停止させるとともに、粗動時の相対運動部材の駆動結果に基づいて微動時の駆動条件を決定する駆動装置を用いて、粗動時の相対運動部材の駆動結果に基づいて微動時の駆動条件を決定することを行う場合を例にとった。しかし、本発明はこれらの形態には限定されず、バースト波形部を間欠的に有する駆動信号を振動子に入力するとともにバースト波形部の少なくとも周波数の制御を行う駆動装置を用いて、バースト波形部の少なくとも周波数の制御を行う場合に、等しく適用される。
【０１０１】
また、各実施形態の説明では、振動子を固定支持し、この振動子により相対運動部材を駆動する場合を例にとった。しかし、本発明は、この形態には限定されず、相対運動部材を固定支持し、この相対運動部材に対して振動子を移動させる場合であっても、等しく適用される。
【０１０２】
また、各実施形態の説明では、エンコーダがインクリメンタルエンコーダである場合を例にとった。しかし、本発明はインクリメンタルエンコーダには限定されず、アブソリュートエンコーダにも同様に適用される。
【０１０３】
さらに、各実施形態の説明では、電気機械変換素子が圧電体である場合を例にとったが、本発明は圧電体には限定されず、例えば電歪素子等の圧電体以外の、電気エネルギと機械エネルギとの相互変換素子である電気機械変換素子であれば、等しく用いることができる。
【０１０４】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、請求項１〜請求項１４の本発明は、バースト波形部を間欠的に有する駆動信号を用いるとともにこのバースト波形部の駆動周波数を制御するため、送り量を１バースト波形部により疑似的にデジタル化できるとともに、１バースト波形部による送り量を無段階で自在に調節することができる。このため、請求項１〜請求項１４の本発明によれば、振動モータの分解能を高めて停止位置精度を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態の超音波モータの主要部を抽出して示す斜視図である。
【図２】第１実施形態の超音波モータを構成する振動子を、発生する振動波形例とともに示す説明図である。
【図３】第１実施形態の超音波モータの駆動装置のブロック図である。
【図４】第１実施形態において、バースト波形部を間欠的に有する第２の駆動信号の波形例を示す説明図である。
【図５】第１実施形態の超音波モータの相対運動部材の移動軌跡を示す説明図であり、図５（Ａ）は相対運動部材の移動軌跡の一例を直接的に示す説明図、図５（Ｂ）は相対運動部材の移動軌跡を一般化して示す説明図である。
【図６】第１実施形態の超音波モータの振動子に入力される駆動信号の駆動周波数と、その時の相対運動部材の速度又は１ステップ分の移動量との関係の一例を示すグラフである。
【図７】第１実施形態において、駆動周波数−移動量のマップの一例を示すグラフである。
【図８】第１実施形態において、デューティ比を異ならせた第２の駆動信号を生成する状況を模式的に示すグラフである。
【図９】第２実施形態により駆動装置から振動子に入力される第２の駆動信号の波形例を示すグラフである。
【図１０】第２実施形態による、一つのバースト波形部による超音波モータの送り量と原点からの距離との関係の一例を示すグラフである。
【図１１】第３実施形態における超音波モータを用いた位置決め制御装置の概略構成図である。
【図１２】図１２（Ａ）は、第３実施形態における第１の駆動信号の駆動波形例を示し、図１２（Ｂ）は、第３実施形態における第２の駆動信号の駆動波形例を示す。
【図１３】第３実施形態の相対運動部材の制御状況の一例を示す説明図である。
【図１４】第３実施形態において、制御装置により決定された基準速度の一例を示すグラフである。
【図１５】第４実施形態で用いる駆動信号の波形例を示す説明図である。
【図１６】バースト波形部を間欠的に有する駆動信号を入力することによって超音波モータを微動させた場合について、一つのバースト波形部による超音波モータの送り量と原点からの距離との関係の一例を示すグラフである。
【図１７】高温、常温及び低温の３状態について、超音波モータの速度と駆動周波数との関係の一例を示すグラフである。
【図１８】超音波モータの駆動周波数と速度との関係の一例を示すグラフである。
【符号の説明】
１０ 超音波モータ
１１ 振動子
２１ 相対運動部材
３０ 駆動装置
４０ 駆動信号
４０ａ バースト波形部
【発明の属する技術分野】
本発明は、振動モータ及びその駆動方法に関する。具体的には、本発明は、バースト波形部を間欠的に有する駆動信号を入力されることによって微動する振動モータと、この振動モータの駆動方法とに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般的に、振動モータは、２種の圧電素子に、互いの位相が（π／２）異なるとともに所定の周波数を有する連続波からなる２相の駆動信号（交流電圧）をそれぞれ入力することによって、これらの圧電素子が装着された弾性体に位相が異なる二つの定在波を励振し、これらの定在波が合成されて弾性体の駆動力取出部に発生した楕円運動を利用して、この駆動力取出部に加圧接触する相対運動部材を摩擦駆動する。この種の振動モータとして、超音波の振動域を利用した超音波モータが知られているため、以降の説明ではこの超音波モータを例にとる。
【０００３】
この超音波モータは、所望の停止位置に停止した後は電気入力を停止するだけでドリフトもなく、さらに外力にも乱されずにその位置で静止し続けることができるという、いわゆる自己保持性を有する。これに対し、例えばステッピングモータも、電気入力を継続すればある程度の自己保持性を奏することはできる。しかし、電気入力を必要とするために効率の点で超音波モータには及ばない。
【０００４】
ところで、このステッピングモータでは１ステップの歩幅、つまり送り量が、電極パターンの幅というかなり大きな量によって支配され、いわばデジタル化されている。このため、Ｘステップ分の動作パルスによる送り量は、１ステップ分のＸ倍として極めて正確に求めることができ、その再現性も高い。しかし、現実には、ステッピングモータの発生トルクは一般的に低いために減速ギヤ列を用いる必要があり、バックラッシュが生じるといった問題がある。これに対し、超音波モータは、発生トルクが高いために減速ギヤ列を用いる必要性は低いが、１ステップの送り量は基本的にデジタル化されておらず、アナログ的である。
【０００５】
なお、超音波モータでは、駆動周波数１周期分によって駆動力取出部が１回転分だけ楕円運動を描くことから、これを１ステップの送り量とみなすこともできる。しかし、この１ステップの送り量は、駆動電圧、駆動周波数さらには駆動時の摩擦状態等により変動するため、高い再現性を期待することができない。
【０００６】
このように、ステッピングモータの動作はデジタル的であるのに対し、超音波モータの動作は極めてアナログ的である。このため、超音波モータは、ステッピングモータに比較すると、自己保持性や高い発生トルクを有するといった長所を有する反面、１ステップ分の動作パルスによる送り量が変動し易く、その再現性が低いとも言える。
そこで、バースト波形部を間欠的に有する駆動信号を入力することによって超音波モータの１ステップの歩幅をデジタル的に扱えるようにし、これにより、特に超低速での微動時における１ステップ分の動作パルスによる送り量を安定させる発明が、これまでにも多数提案されている。
【０００７】
例えば、特開平３−１９０５７７号公報には、超音波モータが目標停止位置に接近するに応じて、デューティ比が１００％から０％までの範囲で変化するコントロールパルスを入力することにより、相対運動速度を徐々に低下させる発明が提案されている。
【０００８】
特開平５−５３６５０号公報には、超音波モータが停止位置に接近するに応じて、駆動信号におけるバースト波形部の印加時間を減少させることにより、超音波モータを超低速で駆動する発明が提案されている。
【０００９】
特開平７−２２２４６６号公報には、バースト波形部を間欠的に有する駆動信号を入力して超音波モータを駆動する際に、相対運動速度に応じて常に１回の移動量がスムーズに動く最大移動量になるように制御することにより、連続波からなる駆動信号を入力された場合と同様に動作を円滑化できるとともに、起動及び停止の回数を低減して電力損失を抑制できる発明が提案されている。
【００１０】
特開平８−２１４５７１号公報には、超音波モータを構成する弾性体の振動減衰区間において包絡線が減衰特性を有するとともにバースト波形部を間欠的に有する駆動信号を入力して、弾性体に発生した楕円運動を自由減衰させずに振幅が零になるまで同一周波数を保ったまま減衰させることにより、逆推力を発生させない発明が提案されている。
【００１１】
特開平９−２８９７８４号公報には、超音波モータを構成する弾性体に発生する超音波振動の周波数よりも高い周波数を有するとともにバースト波形部を間欠的に有する駆動信号のパルス幅（印加時間）を変更することにより、超音波モータの相対運動速度を容易に切り替える発明が提案されている。
【００１２】
さらに、特開平１０−２３４１９１号公報には、粗動時には連続波からなる２種の駆動信号を入力し、微動時にはバースト波形部を有する１種の駆動信号を入力することにより、微動時の超音波モータが粗動時と反対方向へ移動することを防止する発明が提案されている。
【００１３】
これらの従来の発明は、いずれも、目標位置に接近するにつれてバースト波形部を間欠的に有する駆動信号を用い、振動子の送り量を１バースト波形部毎に区切って擬似的にデジタル化するものである。このため、駆動信号におけるバースト波形部のデューティ比を変更することにより、１バースト波形部の送り量をコントロールすることができる。したがって、現在位置と目標位置との偏差が減少するに応じて、駆動信号におけるバースト波形部のデューティ比を段階的に変更することにより、振動子の停止位置を目標位置に近づけることができる。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、これらの従来の発明には、いずれも、以下に列記する課題１〜課題４がある。
（課題１）
従来の発明では、いずれも、駆動信号におけるバースト波形部の周波数は一定のままである。このため、入力された一つのバースト波形部によって弾性体の駆動力取出部に発生する楕円運動の大きさは一定であって、これを小さくすることはできない。したがって、入力された一つのバースト波形部による超音波モータの送り量、すなわち超音波モータの速度の最小値をこれ以上小さくすることはできず、超音波モータをさらに超低速で駆動することができない。
（課題２）
弾性体と相対運動部材との摩擦状態は、一定せず、両者の相対的な位置関係により絶えず変動する。したがって、弾性体と相対運動部材との間における摩擦力も絶えず変動するため、入力された一つのバースト波形部による超音波モータの送り量（ステップ幅）、すなわち超音波モータの微動時の速度が安定しない。
【００１５】
図１６は、バースト波形部を間欠的に有する駆動信号を入力することによって超音波モータを微動させた場合について、一つのバースト波形部による超音波モータの送り量と原点からの距離との関係の一例を示すグラフである。同図にグラフで示すように、微動時の超音波モータのステップ幅は、２μｍから６μｍ程度の範囲で変動してしまうことがわかる。このように、超音波モータを超低速の一定速度で駆動させることができず、所望の停止位置精度が得られない。
（課題３）
超音波モータの駆動時に、外部の環境温度及びモータ自身の発熱による温度変化等が発生すると、超音波モータの共振周波数が変動するためにバースト波形部の周波数の適正値が変動する。しかし、従来の発明では、バースト波形部の周波数は一定のままであるため、駆動信号におけるバースト波形部の周波数が適正値からずれてしまう。このため、温度変化により超音波モータを駆動できなかったり、微動時の停止精度が低下してしまう。
【００１６】
図１７は、高温、常温及び低温の３状態について、超音波モータの速度と駆動信号の周波数との関係の一例を示すグラフである。図１７における周波数ｆ1 は、超音波モータの微動時（バースト波形部を間欠的に有する駆動信号の入力時）の周波数を示す。
【００１７】
起動時には低温であった超音波モータが、駆動に伴って温度上昇し、常温さらには高温へと温度変化したとする。図１７に示すグラフにおいて、低温時には駆動周波数がｆ1 であることにより所望の速度ｖ1 が得られる。しかし、超音波モータの温度上昇に関係なく駆動周波数はｆ1 で常に一定であることから、速度はｖ1 からｖ2 へと徐々に低下し、高温域では駆動周波数ｆ1 は可動域内の最大周波数ｆlim を超えてしまうために駆動できなくなってしまう。このように、超音波モータは、温度変化等によって駆動特性が変動し、特に、超低速では駆動できなくなってしまう。
（課題４）
従来より、目標位置からの偏差を例えばエンコーダを用いて検出し、この検出値に基づいて超音波モータの速度制御を行う方法が知られている。特にインクリメンタルエンコーダを用いてこの方法を行うには、超音波モータの電源投入時に、原点検出動作を行う必要がある。この原点検出は、超音波モータの速度が速いと原点位置のずれや応答不良による検出不良が発生するため、原点検出が可能な速度ｖr 以下に超音波モータの速度を低下させて行う必要がある。
【００１８】
一方、図１８は、超音波モータの駆動周波数と速度との関係の一例を示すグラフである。同図にグラフで示すように、超音波モータは、低温時と高温時とで異なる温度特性を有する。なお、図１８のグラフにおける速度ｖr は原点検出が可能な速度の最大値である。
図１８に示すグラフから、低温時に原点検出が可能な速度ｖr を与える周波数域はｆ3 〜ｆ4 であるのに対し、高温時に原点検出が可能な速度ｖr を与える周波数域はｆ1 〜ｆ2 であることがわかる。このように、超音波モータは図１８にグラフで示すような温度特性を示すため、常に原点検出が可能な速度ｖr を与える駆動周波数は存在せず、温度によっては原点検出動作を行えない。
【００１９】
本発明の第１の目的は、バースト波形部を間欠的に有する駆動信号を入力することによって振動モータを微動させる際に、超音波モータを超低速で駆動させることである。
【００２０】
本発明の第２の目的は、バースト波形部を間欠的に有する駆動信号を入力することによって振動モータを微動させる際に、超音波モータを超低速で一定速度で駆動させることである。
【００２１】
本発明の第３の目的は、外部の環境温度及びモータ自身の発熱による温度変化が発生しても、超音波モータを超低速で駆動させることである。
【００２２】
本発明の第４の目的は、インクリメンタルエンコーダを用いて検出した目標位置からの偏差に基づいて速度制御を行う超音波モータについて、その電源投入時に原点検出動作を行う場合にも、温度変化の影響を受けずに確実に原点検出動作を行うことである。
【００２３】
さらに、本発明の第５の目的は、これら第１の目的１〜第４の目的のうちの少なくとも２種以上を同時に達成することである。
【００２４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、バースト波形部を有する駆動信号を用いることによる擬似的なデジタル化のメリットを充分に生かしながら、超音波モータの分解能及び停止精度を高めるためには、駆動信号のバースト波形部の少なくとも周波数を制御すればよい、との新規な知見に基づくものである。
【００２５】
請求項１の発明では、振動を発生する振動子と、この振動子に加圧接触し、振動子との間で相対運動を行う相対運動部材と、連続波を有する第１の駆動信号を振動子に入力して振動子又は相対運動部材を移動させて目標位置へ接近させる第１の制御と、第１の制御の後に、第１の駆動信号の周波数より高い周波数のバースト波形部を間欠的に有する第２の駆動信号を振動子に入力して振動子又は相対運動部材を移動させて目標位置へ停止させる第２の制御とを行う駆動装置とを有し、駆動装置は、第１の制御時の振動子又は相対運動部材の存在位置に基づいて、バースト波形部の周波数を決定し、第２の制御時に、振動子又は相対運動部材の存在位置と目標位置との偏差が小さくなるに応じて、バースト波形部の周波数が高くなるように制御することを特徴とする振動モータを提供する。
【００２６】
請求項２の発明は、請求項１に記載された振動モータにおいて、第２の制御が、バースト波形部による振動子又は相対運動部材の駆動結果に基づいて、バースト波形部の周波数の制御を行うことを特徴とする。
【００２７】
請求項３の発明は、請求項２に記載された振動モータにおいて、駆動結果が、相対運動の量であることを特徴とする。
請求項４の発明は、請求項１に記載された振動モータにおいて、第１の制御開始時の第１の駆動信号の周波数に基づいて、バースト波形部の周波数を決定することを特徴とする。
【００２９】
請求項５の発明は、請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載された振動モータにおいて、環境温度に基づいて第２の駆動信号のバースト波形部の周波数を決定することを特徴とする。
請求項６の発明は、請求項１に記載された振動モータにおいて、第２の制御時に、バースト波形部のデューティ比を変化させることを特徴とする。
【００３０】
請求項７の発明では、振動を発生する振動子及びこの振動子との間で相対運動を生じる相対運動部材を備える振動モータを駆動させる際に、連続波を有する第１の駆動信号を振動子に入力して振動子又は相対運動部材を移動させて目標位置へ接近させる第１の制御と、第１の制御の後に、第１の駆動信号の周波数より高い周波数のバースト波形部を間欠的に有する第２の駆動信号を振動子に入力して振動子又は相対運動部材を移動させて目標位置へ停止させる第２の制御とを行い、第１の制御時の振動子又は相対運動部材の存在位置に基づいて、バースト波形部の周波数を決定し、第２の制御時に、振動子又は相対運動部材の存在位置と目標位置との偏差が小さくなるに応じて、バースト波形部の周波数が高くなるように制御することを特徴とする振動モータの駆動方法を提供する。
請求項８の発明は、請求項７に記載された振動モータの駆動方法において、第２の制御が、バースト波形部による振動子又は相対運動部材の駆動結果に基づいて、バースト波形部の周波数の制御を行うことを特徴とする。
請求項９の発明は、請求項８に記載された振動モータの駆動方法において、駆動結果が、相対運動の量であることを特徴とする。
【００３１】
請求項１０の発明は、請求項７に記載された振動モータの駆動方法において、第１の制御開始時の第１の駆動信号の周波数に基づいて、バースト波形部の周波数を決定することを特徴とする。
【００３３】
請求項１１の発明は、請求項７から請求項１０までのいずれか１項に記載された振動モータの駆動方法において、振動モータの作動時の環境温度に基づいて第２の駆動信号のバースト波形部の周波数を決定することを特徴とする。
【００３４】
さらに、請求項１２の発明は、請求項７に記載された振動モータの駆動方法において、目標位置が、インクリメンタルエンコーダを用いて原点検出時に検出される振動モータの原点位置であることを特徴とする。
【００３５】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
以下、本発明にかかる振動モータ及びその駆動方法の実施の形態を、添付図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以降の実施形態は、振動モータが超音波の振動域を利用した超音波モータである場合を例にとって、説明する。
【００３６】
図１は、本実施形態の超音波モータ１０の主要部を抽出して示す斜視図である。また、図２は、超音波モータ１０を構成する振動子１１を、発生する振動波形例とともに示す説明図である。
【００３７】
図１および図２に示すように、本実施形態の超音波モータ１０は、第１の振動である１次の縦振動Ｌ１と、第２の振動である４次の曲げ振動Ｂ４とを発生する振動子１１と、この振動子１１との間で相対運動を行う相対運動部材２１と、駆動装置３０とを備える。まず、これらの構成要素について、順次説明する。
〔振動子１１〕
振動子１１は、弾性体１２と、弾性体１２の一方の平面に装着された圧電体１３とを備える。
【００３８】
弾性体１２は、鉄鋼、ステンレス鋼、リン青銅又はエリンバー材等といった共振先鋭度が大きな金属材料により構成されることが望ましく、矩形平板状に形成される。また、弾性体１２の各部の寸法は、発生する１次の縦振動Ｌ１および４次の曲げ振動Ｂ４それぞれの固有振動数が略一致するように、設定される。
【００３９】
弾性体１２の一方の平面には、後述する圧電体１３が例えば接着される。また、弾性体１２の他方の平面には、弾性体１２の幅方向に２本の溝部が相対運動方向（図１における両矢印方向）に関して所定距離だけ離れて設けられる。これらの溝部に、横断面形状が矩形である角棒型の、高分子材等を主成分とした摺動部材が嵌め込まれて接着され、突起状に突出して装着される。高分子材としては、ＰＴＦＥ、ポリイミド樹脂、ＰＥＮ、ＰＰＳ、ＰＥＥＫ等が例示される。
【００４０】
そして、この摺動部材が駆動力取出部１２ａ、１２ｂとして機能する。したがって、弾性体１２は、これら摺動部材からなる駆動力取出部１２ａ、１２ｂを介して相対運動部材２１に接触する。
【００４１】
この駆動力取出部１２ａ、１２ｂは、図２に示すように、弾性体１２に発生する４次の曲げ振動Ｂ４の４つの腹位置ｌ1 〜ｌ4 のうちの外側に位置する腹位置ｌ1 、ｌ4 に一致する位置に設けられる。なお、駆動力取出部１２ａ、１２ｂは、曲げ振動Ｂ４の腹位置ｌ1 、ｌ4 に正確に一致する位置に設けられる必要はなく、この腹位置の近傍に設けられていてもよい。
【００４２】
圧電体１３は、本実施形態ではＰＺＴ（チタンジルコン酸鉛）からなる薄板状の圧電素子により構成される。この圧電体１３には、Ａ相の駆動信号が入力される入力領域１３ａ、１３ｃと、Ａ相の駆動信号とは位相が（π／２）だけずれたＢ相の駆動信号が入力される入力領域１３ｂ、１３ｄとが形成される。各入力領域１３ａ〜１３ｄは、図２に示すように、弾性体１２に発生する曲げ振動Ｂ４の５つの節位置ｎ1 〜ｎ5 により区画された４つの領域に連続して形成される。すなわち、駆動信号の入力により変形する各入力領域１３ａ〜１３ｄが、いずれも、不動点である節位置ｎ1 〜ｎ5 を跨がない。そのため、入力領域１３ａ〜１３ｄの変形が節位置ｎ1 〜ｎ5 によって抑制されることがない。これにより、各入力領域１３ａ〜１３ｄに入力された電気エネルギを最大の効率で弾性体１２の変形、すなわち機械エネルギに変換することができる。
【００４３】
また、曲げ振動Ｂ４の節位置ｎ2 、ｎ4 には、振動子１１が発生する縦振動Ｌ１により電気エネルギを出力する検出領域１３ｐ、１３ｐ’が設けられる。これにより、振動子１１が発生する縦振動Ｌ１の振動状態がモニタされる。
【００４４】
各入力領域１３ａ〜１３ｄと各検出領域１３ｐ、１３ｐ’とは、それぞれの表面に、銀電極１５ａ〜１５ｄ、１５ｐ、１５ｐ’を接着される。また、図示しないが、各銀電極１５ａ〜１５ｄ、１５ｐ、１５ｐ’には、電気エネルギの授受を行うためのリード線が、それぞれ半田付けされて、接続される。これにより、各入力領域１３ａ〜１３ｄに独立して駆動信号を入力したり、各検出領域１３ｐ、１３ｐ’から独立して検出信号を出力することができる。
なお、本実施形態では、図２に示すように、振動子１１は、その平面の中央部を中心として点対称となるように、形成される。これにより、駆動力取出部１２ａ、１２ｂに発生する楕円運動を略同じ形状とすることができ、相対運動方向の反転に伴う駆動差が殆ど解消される。
【００４５】
また、本実施形態では、振動子１１は図示しない加圧支持装置により固定支持されている。このため、後述する相対運動部材２１が、図１における両矢印方向に駆動される。
本実施形態では、振動子１１は以上のように構成される。
〔相対運動部材２１〕
図２に示すように、振動子１１の駆動力取出部１２ａ、１２ｂに加圧接触して、移動子である相対運動部材２１が配置される。
【００４６】
相対運動部材２１は、本実施形態ではステンレス鋼により帯板状に構成される。相対運動部材２１は、駆動力取出部１２ａ、１２ｂに発生する楕円運動により、縦振動Ｌ１の振動方向とは同方向（図２における左右方向）へ駆動される。なお、相対運動部材２１は、銅合金やアルミニウム合金さらには高分子材等により構成されていてもよい。
【００４７】
相対運動部材２１は、相対運動部材２１の一方の平面に接触する２基の搬送ローラと、相対運動部材２１の幅方向の両端面に接触する４基の搬送ローラ（いずれも図示しない。）とにより、案内されて搬送される。これにより、相対運動部材２１は、相対運動方向の両方向への往復移動が可能となる。
【００４８】
本実施形態では、相対運動部材２１は以上のように構成される。
〔駆動装置３０〕
図３は、超音波モータ１０の駆動装置３０のブロック図である。
【００４９】
同図に示すように、この駆動装置３０は制御装置３１を有する。制御装置３１は、ＣＰＵ３５からの指令信号を入力されることにより、２相の駆動信号を生成する。
【００５０】
すなわち、超音波モータ１０の粗動時には、互いの位相が（π／２）異なるとともに所定の周波数を有する連続波からなる２相の第１の駆動信号（交流電圧）を、超音波モータドライバ３２へそれぞれ出力する。この場合、制御装置３１は、超音波モータ１０の相対運動速度を上げる場合には、２相の第１の駆動信号それぞれの駆動周波数を下げる制御を行い、逆に、相対運動速度を下げる場合には、２相の第１の駆動信号それぞれの駆動周波数を上げる制御を行う。
【００５１】
一方、制御装置３１は、例えば、超音波モータ１０の目標停止位置への停止精度の向上を目的とする駆動時、すなわち超音波モータ１０の超低速での微動時には、連続波からなる２相の第１の駆動信号に替えて、バースト波形部を間欠的に有する第２の駆動信号を、超音波モータドライバ３２へそれぞれ出力する。
【００５２】
図４は、バースト波形部４０ａを間欠的に有する第２の駆動信号４０の波形例を示す説明図である。同図に示すように、第２の駆動信号４０は、高い駆動周波数を有するバースト波形部４０ａをＢＨ時間印加した後にＢＬ時間印加しないという周期（間欠周波数ｆK ＝１／ＢＴ）のバースト波である。
【００５３】
制御装置３１は、入力した第２の駆動信号４０のうちのバースト波形部４０ａによる相対運動部材２１の移動量に基づいて、第２の駆動信号４０のバースト波形部４０ａの少なくとも駆動周波数の制御を行う。相対運動部材２１の移動量は、後述するインクリメンタルエンコーダ３３により検出される。
【００５４】
具体的には、相対運動部材２１の存在位置と目標位置との偏差をインクリメンタルエンコーダ３３により検出し、この検出値が小さくなるに応じて、バースト波形部４０ａの駆動周波数が高くなるように制御する。これにより、相対運動部材２１を超低速で安定して駆動することができる。
【００５５】
超音波モータドライバ３２は、制御装置３１から入力される２相の駆動信号を適正値に増幅して、超音波モータ１０の入力領域１３ａ〜１３ｄへ入力する。
【００５６】
このようにして、駆動装置３０により、粗動時及び微動時のいずれの場合にも、圧電体１３の入力領域１３ａ、１３ｃにＡ相の駆動信号が入力され、また、入力領域１３ｂ、１３ｄにはＡ相の駆動信号とは（π／２）の位相差を有するＢ相の駆動信号が入力される。すると、図２に示すように、弾性体１２には、相対運動方向（図２における両矢印方向）へ振動する第１の振動である１次の縦振動Ｌ１と、この相対運動方向に直交する方向へ振動する第２の振動である４次の曲げ振動Ｂ４とが同時に発生する。これらの振動は合成されて、駆動力取出部１２ａ、１２ｂには楕円運動が発生する。この楕円運動を利用して、駆動力取出部１２ａ、１２ｂに加圧接触する相対運動部材２１が、摩擦駆動される。
【００５７】
図１及び図２には図示していないが、図３に示すように、相対運動部材２１にはインクリメンタルエンコーダ３３が装着される。このインクリメンタルエンコーダ３３は、一定の単位変位毎に一つのパルスを出力してそのパルス数を数えることにより任意の位置からの相対運動部材２１の移動量を出力する。インクリメンタルエンコーダ３３により、バースト波形部４０ａによる相対運動部材２１の移動量が検出される。検出された移動量は、エンコーダ回路３４により電気信号に変換され、ＣＰＵ３５に入力される。ＣＰＵ３５は、入力されたこの電気信号に基づいて、制御装置３１へ入力する指令信号を補正する。これにより、制御装置３１により生成される第２の駆動信号４０は、相対運動部材２１の存在位置と目標位置との偏差が小さくなるに応じて、バースト波形部４０ａの駆動周波数が高くなるように、制御される。
【００５８】
このように、本実施形態の駆動装置３０は、連続波を有する第１の駆動信号を入力して相対運動部材２１を粗動させて目標位置へ接近させた後に、バースト波形部４０ａを間欠的に有する第２の駆動信号４０を入力して相対運動部材２１を微動させて目標位置へ停止させるとともに、バースト波形部による相対運動部材２１の駆動結果に基づいて、駆動信号のバースト波形部４０ａの少なくとも周波数の制御を行う。
本実施形態では、駆動装置３０は以上のように構成される。
〔超音波モータ１０の動作〕
次に、この超音波モータ１０の動作を説明する。
図５は、超音波モータ１０の相対運動部材２１の移動軌跡を示す説明図であり、図５（Ａ）は相対運動部材２１の移動軌跡の一例を直接的に示す説明図、図５（Ｂ）は相対運動部材２１の移動軌跡を一般化して示す説明図である。また、図６は、超音波モータ１０の振動子１１に入力される駆動信号の駆動周波数と、その時の相対運動部材２１の速度又は１ステップ分の移動量との関係の一例を示すグラフである。
【００５９】
なお、この図５（Ａ）に示す例は、超音波モータ１０の相対運動部材２１が複数回の微動を繰り返しながら最終的に目標位置Ｂに停止する場合であるが、各微動の移動量が前回の微動の移動量よりも少なくなるように制御される場合を示している。
図５（Ａ）を参照しながら、相対運動部材２１が位置Ａを出発し、位置Ａから離れた目標位置Ｂに到達する場合を説明する。
【００６０】
図５（Ａ）の矢印１に示すように、相対運動部材２１は駆動装置３０からの駆動信号により位置Ａから目標位置Ｂに向けて移動を開始する。このとき、相対運動部材２１の現在位置と目標位置Ｂとは相当離れているため、振動子１１には駆動装置３０により連続波からなる第１の駆動信号（図６における駆動周波数：ｆa ）が入力される。これにより、相対運動部材２１は高速・粗動モードで目標位置Ｂに接近する。
【００６１】
次に、図５（Ａ）の矢印１に示すように、相対運動部材２１が目標位置Ｂにさらに接近して領域Ｄの一端の位置Ｃに到達すると、駆動装置３０から出力される駆動信号は、第１の駆動信号から第２の駆動信号４０（図６における駆動周波数：ｆb1）に切り替えられる。これにより、相対運動部材２１は、低速・微動モードで目標位置Ｂに接近する。
【００６２】
次に、図５（Ａ）の矢印１に示すように、相対運動部材２１は目標位置Ｂを通り越して位置Ｅに停止する。駆動装置３０はインクリメンタルエンコーダ３３により検出される相対運動部材２１の移動量に基づいて位置Ｅと目標位置Ｂとの偏差を求め、この偏差の大きさに応じて、第２の駆動信号４０のバースト波形部４０ａの駆動周波数を、ｆb1からｆb2（ｆb1＜ｆb2）に変更し、振動子１１に入力する。これにより、相対運動部材２１は、さらに速度を低下させて目標位置Ｂに接近する。
【００６３】
次に、図５（Ａ）の矢印２に示すように、相対運動部材２１は目標位置Ｂを通り越して位置Ｆに停止する。駆動装置３０はインクリメンタルエンコーダ３３により検出される相対運動部材２１の移動量に基づいて位置Ｆと目標位置Ｂとの偏差を求め、この偏差の大きさに応じて、第２の駆動信号４０のバースト波形部４０ａの駆動周波数を、ｆb2からｆb3（ｆb2＜ｆb3）に変更し、振動子１１に入力する。これにより、相対運動部材２１は、さらに速度を低下させて目標位置Ｂに接近する。
【００６４】
次に、図５（Ａ）の矢印３に示すように、相対運動部材２１は目標位置Ｂを通り越して位置Ｇに停止する。駆動装置３０はインクリメンタルエンコーダ３３により検出される相対運動部材２１の移動量に基づいて位置Ｇと目標位置Ｂとの偏差を求め、この偏差の大きさに応じて、第２の駆動信号４０のバースト波形部４０ａの駆動周波数を、ｆb3からｆb4（ｆb3＜ｆb4）に変更し、振動子１１に入力する。これにより、相対運動部材２１は、さらに速度を低下させて目標位置Ｂに接近する。
【００６５】
次に、図５（Ａ）の矢印４に示すように、相対運動部材２１は目標位置Ｂを通り越して位置Ｈに停止する。駆動装置３０はインクリメンタルエンコーダ３３により検出される相対運動部材２１の移動量に基づいて位置Ｈと目標位置Ｂとの偏差を求め、この偏差の大きさに応じて、第２の駆動信号４０のバースト波形部４０ａの駆動周波数をｆb4からｆb5（ｆb4＜ｆb5）に変更し、振動子１１に入力する。これにより、相対運動部材２１は、さらに速度を低下させて目標位置Ｂに接近する。
【００６６】
そして、図５（Ａ）の矢印５に示すように、相対運動部材２１が目標位置Ｂの停止許容範囲内に停止したときに、位置決めが終了する。
【００６７】
図５（Ａ）に示す例は、前述したように各微動の移動量が前回の微動の移動量よりも減少する場合である。しかし、一般的には、本実施形態の駆動装置３０は、図５（Ｂ）に示すように、インクリメンタルエンコーダ３３により検出される相対運動部材２１の移動量に基づいて、現在位置ｎと目標位置Ｂとの間の距離Ｌn を測定するとともに、さらに、直前に行った１バースト波形部４０ａによる移動距離Ｘn-1 との比較を行う。
【００６８】
そして、駆動装置３０は、（ｉ）移動距離Ｘn-1 ＞距離Ｌn である場合には、図５（Ａ）を参照しながら説明したように第２の駆動信号４０のバースト波形部４０ａの駆動周波数ｆb を高くする制御を行い、（ｉｉ）移動距離Ｘn-1 ＜距離Ｌn である場合には第２の駆動信号４０のバースト波形部４０ａの駆動周波数ｆb を低くする制御を行い、また、（ｉｉｉ）移動距離Ｘn-1 ＝距離Ｌn である場合には第２の駆動信号４０のバースト波形部４０ａの駆動周波数ｆb を変化させない制御を行う。ただし、駆動周波数ｆb は、振動子１０が移動可能な限界周波数であるｆb-lim よりも大きな値には設定しない。
【００６９】
本実施形態では、予め駆動周波数−移動量のマップを作成しておきこのマップを参照することにより、駆動周波数ｆb の変化量を決定して、第２の駆動信号４０のバースト波形部４０ａの周波数ｆb を決定した。図７は、このような駆動周波数−移動量のマップの一例を示すグラフである。
このように、本実施形態によれば、バースト波形部４０ａを間欠的に有する駆動信号４０を用いることから、送り量を１バースト波形部４０ａにより疑似的にデジタル化できるとともに、このバースト波形部４０ａの駆動周波数ｆb を制御するため、１バースト波形部４０ａによる送り量を、無段階かつ自在に制御することができる。すなわち、本実施形態では、バースト波形部４０ａの駆動周波数ｆb を制御することにより駆動力取出部１２ａ、１２ｂに発生する楕円運動の形状を無段階で制御することができる。
【００７０】
したがって、サブミクロンオーダで柔軟に刻々と送り量を変化させることができる。このため、超音波モータ１０の駆動装置３０のソフトウェアを変更するだけで様々な用途や状態に適用させて、極めて高分解能な位置決め制御能が得られ、停止位置精度を顕著に向上することができる。
【００７１】
なお、図５（Ａ）および図５（Ｂ）に示す例では、相対運動部材２１が目標位置Ｂを通過して逆戻りすることを１回以上繰り返す場合を例にとった。しかし、これとは異なり、相対運動部材２１が停止許容範囲内に入った後に、バースト波形部４０ａを間欠的に有する駆動信号に切り替え、初めのバースト波形部４０ａの入力による相対運動部材２１ａの移動距離Ｘn-1 と目標位置Ｂまでの距離Ｌn とを比較し、図７にグラフで示す関係に基づいて、移動距離Ｘn-1 ＞距離Ｌn の場合には第２の駆動信号４０のバースト波形部４０ａの周波数ｆb を高く設定し、一方、移動距離Ｘn-1 ＜距離Ｌn の場合には第２の駆動信号４０のバースト波形部４０ａの周波数ｆb を低く設定することにより、目標位置Ｂを一度も通り越さずに相対運動部材２１を停止許容範囲内に停止することも、可能である。
【００７２】
なお、本実施形態では、第２の駆動信号４０のバースト波形部４０ａのデューティ比（間欠周波数ｆK ＝１／ＢＴ）は一定のままとした。しかし、本発明はこれには限定されず、バースト波形部４０ａの周波数を変化させるのに伴って、このデューティ比（間欠周波数ｆK ＝１／ＢＴ）も適宜変化させるようにしてもよい。
【００７３】
図８は、デューティ比を異ならせた第２の駆動信号４４、４５を生成する状況を模式的に示すグラフである。
【００７４】
同図に示すように、パルス波４１と駆動周波数がｆ1 である駆動信号４２とを重畳させることにより第２の駆動信号４４を生成することができ、またパルス波４１と駆動周波数がｆ2 である駆動信号４３とを重畳させることにより第２の駆動信号４５を生成することができる。
【００７５】
このように、パルス波４１のデューティ比を適宜変更することにより、生成される第２の駆動信号４４、４５の間欠周波数を自在に設定することができる。第２の駆動信号４４、４５の間欠周波数を異ならせることにより、用途や状態に適用させた多種の分解能を超音波モータ１０に与えることができる。
（第２実施形態）
以下、第２実施形態を説明する。なお、以降の各実施形態では、前述した第１実施形態と相違する部分を中心に説明し、共通する部分については同一の図中符号を付すことにより、重複する説明を適宜省略する。
【００７６】
本実施形態が前述した第１実施形態と相違するのは、駆動装置３０から振動子１１にバースト波形部を間欠的に有する駆動信号を入力する際に、駆動装置３０によって、直近の前回の１つのバースト波形部により得られたステップ幅、又は直近の前回までの１つのバースト波形部により得られたステップ幅の平均値に基づいて、次回のバースト駆動条件を決定する点である。すなわち、本実施形態では、駆動装置３０に学習機能を与え、直近の前回の１つのバースト波形部により得られたステップ幅、又は直近の前回までの１つのバースト波形部の平均値により得られたステップ幅の平均値に基づいて、次回のバースト駆動条件を決定する。
【００７７】
図９は、本実施形態により駆動装置３０から振動子１１に入力される第２の駆動信号４０−１の波形例を示すグラフである。
【００７８】
同図にグラフで示すように、第２の駆動信号４０−１は、バースト波形部４０−１ａ及び４０−１ｂを間欠的に有する。本実施形態の駆動装置３０は、バースト波形部４０−１ａの印加時間である時間ＢＨ１に得られたステップ幅を、インクリメンタルエンコーダ３３によって非印加時間である時間ＢＬ１に測定し、次回のバースト波形部４０−１ｂの印加時間である時間ＢＨ２のバースト駆動条件を変化させることによって、次回のバースト波形部４０−１ｂによるステップ幅の制御を行う。ここで、バースト駆動条件とは、駆動周波数と、必要に応じて、駆動電圧及び駆動信号中のバースト波形部の数のうちの少なくとも１種とを意味する。
【００７９】
例えば、時間ＢＨ１以前に比較してバースト波形部４０−１ａのステップ幅が減少してきた場合には、時間ＢＨ２のバースト波形部４０−１ｂの周波数の波の数を増加させるように、制御する。
【００８０】
図１０は、本実施形態による、一つのバースト波形部による超音波モータの送り量と原点からの距離との関係の一例を示すグラフである。
【００８１】
図１０にグラフで示すように、本実施形態により、バースト波形部により得られるステップ幅の変動を３μｍ〜５μｍの範囲に抑制することができ、ステップ幅を略一定に保つことができる。このため、超音波モータを超低速で一定速度で駆動させることができ、所望の停止位置精度が得られる。
（第３実施形態）
本実施形態が、第１実施形態及び第２実施形態と相違するのは、駆動開始位置から予め定めた所定位置までは連続波からなる第１の駆動信号を超音波モータに入力し、この所定位置から目標位置まではバースト波形部を間欠的に有する第２の駆動信号を入力する際に、第１の駆動信号による駆動時に得られた駆動結果に基づいて第２の駆動信号の駆動条件を決定する点である。
【００８２】
図１１は、本実施形態における超音波モータ１０−２を用いた位置決め制御装置５０の概略構成図である。同図に示すように、超音波モータ１０−２は、振動子１１とこの振動子１１に適宜加圧力で加圧接触するステージ（相対運動部材）２１−２とからなる。ステージ２１−２は、振動子１１に対して移動自在に支持される。
【００８３】
ステージ２１−２にはインクリメンタルエンコーダ３３が装着されており、ステージ２１−２の位置が検出される。ステージ２１−２の位置の検出値は制御装置３１に入力され、この制御装置３１により、第１の駆動信号により駆動時に得られた駆動結果として処理される。
【００８４】
制御装置３１では、駆動開始位置から所定位置までは連続波からなる第１の駆動信号を超音波モータに入力し（本実施形態の説明では、以下「モード１」という。）、この所定位置から目標位置まではバースト波形部を間欠的に有する第２の駆動信号を入力する（本実施形態の説明では、以下「モード２」という。）。図１２（Ａ）は、第１の駆動信号５１の駆動波形例を示し、図１２（Ｂ）は、第２の駆動信号５２の駆動波形例を示す。
【００８５】
図１３は、本実施形態の振動子１１の制御状況の一例を示す説明図である。
【００８６】
同図に示すように、制御装置３１は、モード１では、外部からの入力情報（移動距離、速度及び加速度）に基づいて、基準速度を決定する。
図１４は、制御装置１３により決定された基準速度５３の一例を示すグラフである。
【００８７】
図１３に示すように、制御装置３１は、決定した基準速度５３に基づいて、駆動開始位置Ａから予め定めた所定位置Ｂと目標位置Ｃとの間の領域までは、連続波からなる第１の駆動信号５１を振動子１１に入力して、相対運動部材２１を目標位置Ｃに向けて粗動する。
【００８８】
また、制御装置３１は、モード１において、駆動開始時からの経過時間に対する相対運動部材２１の位置を演算して相対運動部材２１の速度を求め、求めた速度と駆動周波数との関係を求める。この関係から、粗動開始時の第１の駆動信号の周波数を求めておく。
【００８９】
振動子１１が所定位置Ｂと目標位置Ｃとの間の領域に達すると、制御装置３１は、第１の駆動信号５１を切り替えて第２の駆動信号５２を入力し、モード２へ移行する。そして、この第２の駆動信号５２の駆動条件、すなわち第２の駆動信号５２のバースト波形部５２ａの周波数を、モード１で求めた粗動開始時の第１の駆動信号の周波数に基づいて変更することにより、相対運動部材２１の速度の制御を行う。
【００９０】
第２の駆動信号５２のバースト波形部５２ａの周波数の変更は、例えば以下に列記する手段（１）〜（３）により行う。
（１）インクリメンタルエンコーダ３３によりモード１における駆動開始を検出し、この駆動開始時の駆動周波数から所定値だけ小さい周波数を、モード２における第２の駆動信号５２の駆動周波数とする。これにより、異なる温度環境等により振動子１１の共振周波数が変化しても、この変化に対応してモード２における第２の駆動信号５２の駆動周波数を設定することができる。
（２）インクリメンタルエンコーダ３３により予め設定された速度に達した時点の駆動周波数を検出し、この駆動周波数をモード２における第２の駆動信号５２の駆動周波数とする。これにより、異なる温度環境等により振動子１１の共振周波数が変化しても、この変化に対応してモード２における第２の駆動信号５２の駆動周波数を設定することができる。
（３）振動子１１又は相対運動部材２１−２に適当な温度センサを設置して振動子１１又は相対運動部材２１−２の温度を検出するとともに、予め移動速度と駆動周波数との関係が温度変化によって受ける影響をテーブル等に持ち、モード１とモード２との間に温度変化があっても、このテーブル等によって駆動周波数が補正することにより、温度毎に予め設定した駆動周波数をモード２における第２の駆動信号５２の駆動周波数とすることができ、これにより、確実な駆動ができる。
【００９１】
制御装置３１は、インクリメンタルエンコーダ３３からの信号をカウントし、相対運動部材２１がパルス停止位置Ｄに到達した時点でモード２の動作を停止する。これにより、相対運動部材２１は目標位置Ｃに停止する。
【００９２】
なお、制御装置３１は、相対運動部材２１の停止位置が位置決め完了範囲Ｅの外部となった場合には、相対運動部材２１の停止位置が位置決め完了範囲Ｅに入まで、モード２の動作を繰り返して行う。
【００９３】
このように、本実施形態では、モード２における第２の駆動信号５２の駆動周波数を、モード１による駆動時に得られた駆動結果（振動子１１の移動量）に基づいて、変更する。このため、環境温度の変化等により超音波モータ１０−２の共振周波数が変化しても、この変化に対応してモード２における第２の駆動信号５２のバースト波形部５２ａの周波数を最適値に設定できるため、超音波モータ１０−２を駆動できなかったり期待する微少駆動ができなくなることを、いずれも、確実に防止できる。このため、本実施形態によれば、位置決め制御装置５０の位置決め精度を向上できる。
（第４実施形態）
本実施形態は、第１実施形態〜第３実施形態と同様に、インクリメンタルエンコーダ３３を用いて検出した目標位置からの偏差に基づいて速度制御を行う超音波モータについて、その電源投入時に第２の駆動信号を用いて原点検出動作を行うものである。
【００９４】
図１５は、本実施形態で用いる駆動信号６０の波形例を示す説明図である。すなわち、本実施形態では、バースト波形部６０ａ〜６０ｄを間欠的に有する駆動信号６０を入力することによって、振動子１１及びこの振動子１１との間で相対運動を生じる相対運動部材２１を備える超音波モータを、原点検出が可能な速度ｖr で微動させることによって、超音波モータ１０の原点検出動作を行う。
【００９５】
この際に、本実施形態では、超音波モータ１０の存在位置と目標位置との偏差が小さくなるに応じて、バースト波形部６０ａ〜６０ｄの周波数が高くなるように制御する。具体的には、バースト波形部６０ａ〜６０ｄを有する駆動信号６０の駆動周波数を、前述した図１８のグラフにおける周波数ｆ1 及び周波数ｆ2 の間の周波数ｆr に設定する。
【００９６】
本実施形態では、駆動周波数をｆr と設定するため、高温時に速度ｖr 以下の超低速で超音波モータ１０を駆動することができ、原点検出動作を確実に行うことができる。また、本実施形態では、駆動周波数をｆr と設定するとともに駆動信号６０のデューティ比を、５０〜２０％程度、例えば３０％程度と低く設定することにより、低温時にも、速度ｖr 以下の超低速で超音波モータ１０を駆動することができ、原点検出動作を確実に行うことができる。
【００９７】
なお、原点検出動作は、・超音波モータ１０の駆動周波数を低周波数側から高周波数側に走査し、検出速度が設定速度に達したら走査を中止し、その時の周波数ｆr で駆動を継続するか、又は・超音波モータ１０の駆動電圧を低電圧側から高電圧側に走査し、検出速度が設定速度に達したら走査を中止し、その時の電圧で駆動を継続することにより、行えばよい。
【００９８】
このように、本実施形態によれば、バースト波形部６０ａ〜６０ｄを有する駆動信号６０を用いることにより、温度に依らずに確実に原点検出動作を行うことができる。
（変形形態）
各実施形態の説明では、振動モータが超音波モータである場合を例にとった。しかし、本発明は超音波モータには限定されず、超音波以外の他の振動域を利用した振動モータであれば、等しく適用される。
【００９９】
また、各実施形態の説明では、図１及び図２に示す超音波モータ１０を用いた場合を例にとった。しかし、本発明はこの超音波モータ１０には限定されず、振動子とこの振動子に加圧接触する相対運動部材とを備える超音波モータであれば、その形態や用いる振動の種類等には何ら限定されずに、等しく適用される。
【０１００】
また、各実施形態の説明では、（ｉ）バースト波形部を間欠的に有する駆動信号を振動子に入力することによって、相対運動部材を微動させるとともに、バースト波形部による相対運動部材の駆動結果に基づいて、駆動信号のバースト波形部の少なくとも周波数の制御を行う駆動装置を用いて、バースト波形部の少なくとも周波数の制御を行うこと、（ｉｉ）バースト波形部を間欠的に有する駆動信号を振動子に入力することによって、相対運動部材を微動させた後に目標位置へ停止させるとともに、相対運動部材の存在位置と目標位置との偏差が小さくなるに応じて、バースト波形部の周波数が高くなるように制御する駆動装置を用いて、この偏差が小さくなるに応じて、バースト波形部の周波数が高くなるように制御すること、又は（ｉｉｉ）連続波を有する第１の駆動信号を入力して相対運動部材を粗動させて目標位置へ接近させた後にバースト波形部を間欠的に有する第２の駆動信号を入力して相対運動部材を微動させて目標位置へ停止させるとともに、粗動時の相対運動部材の駆動結果に基づいて微動時の駆動条件を決定する駆動装置を用いて、粗動時の相対運動部材の駆動結果に基づいて微動時の駆動条件を決定することを行う場合を例にとった。しかし、本発明はこれらの形態には限定されず、バースト波形部を間欠的に有する駆動信号を振動子に入力するとともにバースト波形部の少なくとも周波数の制御を行う駆動装置を用いて、バースト波形部の少なくとも周波数の制御を行う場合に、等しく適用される。
【０１０１】
また、各実施形態の説明では、振動子を固定支持し、この振動子により相対運動部材を駆動する場合を例にとった。しかし、本発明は、この形態には限定されず、相対運動部材を固定支持し、この相対運動部材に対して振動子を移動させる場合であっても、等しく適用される。
【０１０２】
また、各実施形態の説明では、エンコーダがインクリメンタルエンコーダである場合を例にとった。しかし、本発明はインクリメンタルエンコーダには限定されず、アブソリュートエンコーダにも同様に適用される。
【０１０３】
さらに、各実施形態の説明では、電気機械変換素子が圧電体である場合を例にとったが、本発明は圧電体には限定されず、例えば電歪素子等の圧電体以外の、電気エネルギと機械エネルギとの相互変換素子である電気機械変換素子であれば、等しく用いることができる。
【０１０４】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、請求項１〜請求項１４の本発明は、バースト波形部を間欠的に有する駆動信号を用いるとともにこのバースト波形部の駆動周波数を制御するため、送り量を１バースト波形部により疑似的にデジタル化できるとともに、１バースト波形部による送り量を無段階で自在に調節することができる。このため、請求項１〜請求項１４の本発明によれば、振動モータの分解能を高めて停止位置精度を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態の超音波モータの主要部を抽出して示す斜視図である。
【図２】第１実施形態の超音波モータを構成する振動子を、発生する振動波形例とともに示す説明図である。
【図３】第１実施形態の超音波モータの駆動装置のブロック図である。
【図４】第１実施形態において、バースト波形部を間欠的に有する第２の駆動信号の波形例を示す説明図である。
【図５】第１実施形態の超音波モータの相対運動部材の移動軌跡を示す説明図であり、図５（Ａ）は相対運動部材の移動軌跡の一例を直接的に示す説明図、図５（Ｂ）は相対運動部材の移動軌跡を一般化して示す説明図である。
【図６】第１実施形態の超音波モータの振動子に入力される駆動信号の駆動周波数と、その時の相対運動部材の速度又は１ステップ分の移動量との関係の一例を示すグラフである。
【図７】第１実施形態において、駆動周波数−移動量のマップの一例を示すグラフである。
【図８】第１実施形態において、デューティ比を異ならせた第２の駆動信号を生成する状況を模式的に示すグラフである。
【図９】第２実施形態により駆動装置から振動子に入力される第２の駆動信号の波形例を示すグラフである。
【図１０】第２実施形態による、一つのバースト波形部による超音波モータの送り量と原点からの距離との関係の一例を示すグラフである。
【図１１】第３実施形態における超音波モータを用いた位置決め制御装置の概略構成図である。
【図１２】図１２（Ａ）は、第３実施形態における第１の駆動信号の駆動波形例を示し、図１２（Ｂ）は、第３実施形態における第２の駆動信号の駆動波形例を示す。
【図１３】第３実施形態の相対運動部材の制御状況の一例を示す説明図である。
【図１４】第３実施形態において、制御装置により決定された基準速度の一例を示すグラフである。
【図１５】第４実施形態で用いる駆動信号の波形例を示す説明図である。
【図１６】バースト波形部を間欠的に有する駆動信号を入力することによって超音波モータを微動させた場合について、一つのバースト波形部による超音波モータの送り量と原点からの距離との関係の一例を示すグラフである。
【図１７】高温、常温及び低温の３状態について、超音波モータの速度と駆動周波数との関係の一例を示すグラフである。
【図１８】超音波モータの駆動周波数と速度との関係の一例を示すグラフである。
【符号の説明】
１０ 超音波モータ
１１ 振動子
２１ 相対運動部材
３０ 駆動装置
４０ 駆動信号
４０ａ バースト波形部
Claims (12)
- 振動を発生する振動子と、
該振動子に加圧接触し、前記振動子との間で相対運動を行う相対運動部材と、
連続波を有する第１の駆動信号を前記振動子に入力して前記振動子又は前記相対運動部材を移動させて目標位置へ接近させる第１の制御と、前記第１の制御の後に、前記第１の駆動信号の周波数より高い周波数のバースト波形部を間欠的に有する第２の駆動信号を前記振動子に入力して前記振動子又は前記相対運動部材を移動させて前記目標位置へ停止させる第２の制御とを行う駆動装置とを有し、
前記駆動装置は、前記第１の制御時の前記振動子又は前記相対運動部材の存在位置に基づいて、前記バースト波形部の周波数を決定し、前記第２の制御時に、前記振動子又は前記相対運動部材の存在位置と前記目標位置との偏差が小さくなるに応じて、前記バースト波形部の周波数が高くなるように制御すること
を特徴とする振動モータ。 - 前記第２の制御は、前記バースト波形部による前記振動子又は前記相対運動部材の駆動結果に基づいて、前記バースト波形部の周波数の制御を行うこと
を特徴とする請求項１に記載された振動モータ。 - 前記駆動結果は、前記相対運動の量であること
を特徴とする請求項２に記載された振動モータ。 - 前記第１の制御開始時の前記第１の駆動信号の周波数に基づいて、前記バースト波形部の周波数を決定すること
を特徴とする請求項１に記載された振動モータ。 - 環境温度に基づいて前記第２の駆動信号の前記バースト波形部の周波数を決定すること
を特徴とする請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載された振動モータ。 - 前記第２の制御時に、前記バースト波形部のデューティ比を変化させること
を特徴とする請求項１に記載された振動モータ。 - 振動を発生する振動子及び該振動子との間で相対運動を生じる相対運動部材を備える振動モータを駆動させる際に、
連続波を有する第１の駆動信号を前記振動子に入力して前記振動子又は前記相対運動部材を移動させて目標位置へ接近させる第１の制御と、前記第１の制御の後に、前記第１の駆動信号の周波数より高い周波数のバースト波形部を間欠的に有する第２の駆動信号を前記振動子に入力して前記振動子又は前記相対運動部材を移動させて前記目標位置へ停止させる第２の制御とを行い、
前記第１の制御時の前記振動子又は前記相対運動部材の存在位置に基づいて、前記バースト波形部の周波数を決定し、前記第２の制御時に、前記振動子又は前記相対運動部材の存在位置と前記目標位置との偏差が小さくなるに応じて、前記バースト波形部の周波数が高くなるように制御すること
を特徴とする振動モータの駆動方法。 - 前記第２の制御は、前記バースト波形部による前記振動子又は前記相対運動部材の駆動結果に基づいて、前記バースト波形部の周波数の制御を行うこと
を特徴とする請求項７に記載された振動モータの駆動方法。 - 前記駆動結果は、前記相対運動の量であること
を特徴とする請求項８に記載された振動モータの駆動方法。 - 前記第１の制御開始時の前記第１の駆動信号の周波数に基づいて、前記バースト波形部の周波数を決定すること
を特徴とする請求項７に記載された振動モータの駆動方法。 - 振動モータの作動時の環境温度に基づいて前記第２の駆動信号の前記バースト波形部の周波数を決定すること
を特徴とする請求項７から請求項１０までのいずれか１項に記載された振動モータの駆動方法。 - 前記目標位置は、インクリメンタルエンコーダを用いて原点検出時に検出される前記振動モータの原点位置であること
を特徴とする請求項７に記載された振動モータの駆動方法。
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- 1999-12-01 JP JP34170399A patent/JP4482986B2/ja not_active Expired - Lifetime
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