(57)【要約】【課題】  複数の振動子のそれぞれの振動子の共振周波数にズレがあっても、安定して駆動することが可能となる振動型アクチュエータを提供する。【解決手段】  複数の振動子に共通の交流信号を印加することにより複数の振動子の接触部に楕円運動を生じさせ、楕円運動により接触部に接触する被駆動体を複数の振動子に対して相対移動させる振動型アクチュエータの制御装置であって、  交流信号の駆動周波数を設定する周波数決定手段を備え、  周波数決定手段は、振動子毎に設定された楕円比変更周波数範囲が重複する周波数範囲内で、楕円運動の楕円比を変化させる際の交流信号の周波数を設定し、  楕円比変更周波数範囲は、  楕円比を変化させた時の最大の共振周波数を下限値とし、下限値よりも高い周波数であり被駆動体が相対移動する最大の周波数を上限値とし、上限値と下限値の間の周波数範囲として振動子毎に設定されている。【選択図】  図１
2014135888.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の振動子に共通の交流信号を印加することにより前記複数の振動子の接触部に楕円運動を生じさせ、前記楕円運動により前記接触部に接触する被駆動体を前記複数の振動子に対して相対移動させる振動型アクチュエータの制御装置であって、
前記交流信号の駆動周波数を設定する周波数決定手段を備え、
前記周波数決定手段は、振動子毎に設定された楕円比変更周波数範囲が重複する周波数範囲内で、前記楕円運動の楕円比を変化させる際の前記交流信号の周波数を設定し、
前記楕円比変更周波数範囲は、
前記楕円比を変化させた時の最大の共振周波数を下限値とし、前記下限値よりも高い周波数であり前記被駆動体が相対移動する最大の周波数を上限値とし、前記上限値と前記下限値の間の周波数範囲として前記振動子毎に設定されていることを特徴とする振動型アクチュエータの制御装置。
【請求項２】
前記交流信号は、２相の交流信号であり、
前記楕円比を設定し、前記２相の交流信号の位相差を決定する楕円比決定手段を有す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制御装置。
【請求項３】
複数の振動子に共通の交流信号を印加することにより前記複数の振動子の接触部に楕円運動を生じさせ、前記楕円運動により前記接触部に接触する被駆動体を前記複数の振動子に対して相対移動させる振動型アクチュエータの制御方法であって、
振動子毎に設定された楕円比変更周波数範囲が重複する周波数範囲内で、前記楕円運動の楕円比を変化させる際の前記交流信号の周波数を設定するにあたり、
前記楕円比を変化させた時の最大の共振周波数を下限値とし、前記下限値よりも高い周波数であり前記被駆動体が相対移動する最大の周波数を上限値とし、前記上限値と前記下限値の間の周波数範囲を前記楕円比変更周波数範囲として前記振動子毎に設定することを特徴とする振動型アクチュエータの制御方法。
【請求項４】
前記振動子毎に前記下限値と前記上限値を検出することにより、前記振動子毎に前記楕円比変更周波数範囲を求める工程を有することを特徴とする請求項３に記載の振動型アクチュエータの制御方法。
【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制御装置及び振動型アクチュエータの制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、板状の振動子の所定の質点に楕円運動を生じさせ、被駆動体を駆動する振動波アクチュエータの提案がなされている。
板状の振動子を有する振動型アクチュエータの基本的な構成としては、特許文献１に示すような構成が知られている。図８（ａ）は、特許文献１の振動型アクチュエータの基本的な構成の一例を示す外観斜視図である。
図８（ａ）に示すように、この振動型アクチュエータの振動子は、矩形の板状に形成された金属材料から成る弾性体４を備え、弾性体４の裏面には圧電素子（電気−機械エネルギー変換素子）５が接合されている。弾性体４の上面の所定位置には、複数の突起部６が設けられている。
この構成によれば、圧電素子５に交流電圧を印加することにより、弾性体４の長辺方向における２次の屈曲振動と、弾性体４の短辺方向における１次の屈曲振動とが同時に発生し、突起部６に楕円運動が励起される。
そして、突起部６の上部（接触部）に被駆動体７を加圧接触させることにより、被駆動体７を突起部６の楕円運動によって直線的に駆動することができるようになっている。つまり、突起部６がこの振動子の駆動部として作用する。
【０００３】
図８（ｂ）は、図８（ａ）に示した振動型アクチュエータにおける圧電素子５の分極領域の一例を示す模式図である。
また、図９（ａ）、（ｂ）は、弾性体４の振動モードを示す斜視図であり、図９（ｃ）は、弾性体４の突起部６に励起する楕円運動を説明するための説明図である。
上記圧電素子５は、図８（ｂ）に示すように、分極処理されており、２つの電極Ａ１、Ａ２を備えている。
上記２つの電極Ａ１、Ａ２に同相の交流電圧Ｖ１、Ｖ２を印加することにより、上記矩形の弾性体４において長辺方向と平行な方向に延びた２本の節を有する１次の屈曲振動を励振する。これが図９（ａ）に示す第１の振動モードとなる。
また、２つの電極Ａ１、Ａ２に逆相の交流電圧Ｖ１、Ｖ２を印加することにより、矩形の弾性体４の短辺方向と平行な方向に延びた３本の節を有する２次の屈曲振動を励振する。
これが図９（ｂ）に示す第２の振動モードとなる。
そして、上記第１の振動モードと第２の振動モードの組み合わせにより突起部６に楕円運動を励振し、このとき、突起部６に被駆動体を加圧接触させると、被駆動体を直線的に駆動することができるようになっている。
ここで、図９（ａ）に示す第１の振動モードによって、突起部６には、被駆動体と加圧接触する接触部の面（以下、接触面と記す。）と垂直な方向に変位する振幅（以下、Ｚ軸振幅と記す。）が励起される。
また、図９（ｂ）に示す第２の振動モードによって、突起部６には、接触面と平行な方向に変位する振幅（以下、Ｘ軸振幅と記す。）が励起される。
上記第１の振動モードと第２の振動モードの２つの振幅モードを組み合わせることにより、所定の突起部６に図９（ｃ）に示すように楕円運動が励起することができる。以下Ｚ軸振幅とＸ軸振幅の大きさの比を本明細書では楕円運動の楕円比と記す。
【０００４】
図１０（ａ）は、２相の電圧Ｖ１、Ｖ２の位相差を−１８０度〜１８０度で変化させたときの第１の振動モード及び第２の振動モードの振幅を説明するためのグラフである。
分極された圧電素子５における２つの電極Ａ１、Ａ２に印加する２相の交流電圧Ｖ１、Ｖ２の位相差を−１８０度〜１８０度に変化させたときの、第１の振動モードと第２の振動モード（Ｐ２）の振幅は、それぞれ図１０（ａ）のＰ１とＰ２に示すようになる。
同図の横軸が位相差を示し、縦軸が第１の振幅モードと第２の振幅モードの振幅を示している。
第１の振動モードと第２の振動モードの組み合わせにより突起部６に楕円運動が励起し、印加する交流電圧Ｖ１、Ｖ２の位相差を変更することにより、所定の突起部６の励起する楕円運動の楕円比を調整することができる。
【０００５】
図１０（ａ）の下部に、横軸の位相差に応じた楕円形状を示す。そして、交流電圧Ｖ１、Ｖ２の位相差の正負の符号を切り替えることにより、直線的に駆動する振動型アクチュエータの駆動方向を切り替えることができる。
さらに、位相差を任意の値から正負の符号を含めて連続的に切り替える（例えば、位相差を正負の符号を含めて９０度から−９０度まで連続的に変更する）ことにより、駆動方向と速度が連続的に変化させることが可能になる。
駆動速度においては図１０（ｂ）に示すように共振周波数を速度のピークとし、共振周波数よりも高周波数側ではなだらかに駆動速度が減少し、かつ低周波数側では急激に速度が減少する現象（以下、崖落ち現象と記す）が生じてしまう。
また、圧電素子に印加する交流電圧の周波数を共振周波数に近づけることにより、速度を速くすることができ、印加する交流電圧の周波数を共振周波数から遠ざけることにより、速度を遅くすることができることが一般的に知られている。
このような振動型アクチュエータにおいて、振動子を複数用いることにより駆動力を高めた装置を構成することが可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−３２０８４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、複数の振動子を用いて被駆動体を駆動するように振動型アクチュエータを構成する場合、つぎのような課題が生じる。
振動型アクチュエータの制御装置の回路構成を簡単にするため、複数のそれぞれの振動子に共通の周波数を印加する場合、各々の振動子の共振周波数にズレがあると、動作が不安定になる。このため、不安定な部分を使用せずに駆動することが必要がある。
【０００８】
本発明は、上記課題に鑑み、複数の振動子を用いて被駆動体を駆動するように構成するに当たり、それぞれの振動子の共振周波数にズレがあっても、安定して駆動することが可能となる振動型アクチュエータの制御装置及び制御方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、つぎのように構成した振動型アクチュエータの制御装置及び振動型アクチュエータの制御方法を提供するものである。
本発明の振動型アクチュエータの制御装置は、複数の振動子に共通の交流信号を印加することにより前記複数の振動子の接触部に楕円運動を生じさせ、前記楕円運動により前記接触部に接触する被駆動体を前記複数の振動子に対して相対移動させる振動型アクチュエータの制御装置であって、
前記交流信号の駆動周波数を設定する周波数決定手段を備え、
前記周波数決定手段は、振動子毎に設定された楕円比変更周波数範囲が重複する周波数範囲内で、前記楕円運動の楕円比を変化させる際の前記交流信号の周波数を設定し、
前記楕円比変更周波数範囲は、
前記楕円比を変化させた時の最大の共振周波数を下限値とし、前記下限値よりも高い周波数であり前記被駆動体が相対移動する最大の周波数を上限値とし、前記上限値と前記下限値の間の周波数範囲として前記振動子毎に設定されていることを特徴とする。
また、本発明の振動型アクチュエータの制御方法は、複数の振動子に共通の交流信号を印加することにより前記複数の振動子の接触部に楕円運動を生じさせ、前記楕円運動により前記接触部に接触する被駆動体を前記複数の振動子に対して相対移動させる振動型アクチュエータの制御方法であって、
振動子毎に設定された楕円比変更周波数範囲が重複する周波数範囲内で、前記楕円運動の楕円比を変化させる際の前記交流信号の周波数を設定するにあたり、
前記楕円比を変化させた時の最大の共振周波数を下限値とし、前記下限値よりも高い周波数であり前記被駆動体が相対移動する最大の周波数を上限値とし、前記上限値と前記下限値の間の周波数範囲を前記楕円比変更周波数範囲として前記振動子毎に設定することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、複数の振動子を用いて被駆動体を駆動する装置を構成するに当たり、
それぞれの振動子の共振周波数にズレがあっても、安定して駆動することが可能となる振動型アクチュエータの制御装置及び制御方法を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第１の実施形態における振動型アクチュエータの構成を示す外観斜視図である。
【図２】振動型アクチュエータの振動子の駆動周波数と駆動速度の関係を示すグラフである。
【図３】本発明の第１の実施形態の振動型アクチュエータの制御装置の構成を示すブロック図である。
【図４】本発明の第１の実施形態の振動型アクチュエータにおける楕円比決定手段と周波数決定手段の詳細を示すブロック図である。
【図５】本発明の第１の実施形態の振動型アクチュエータにおける振動子の駆動周波数と駆動速度の関係を示すグラフである。
【図６】本発明の第２の実施形態の振動型アクチュエータにおけるフローチャートを示す図である。
【図７】本発明の第３の実施形態の振動型アクチュエータの構成を示す図である。
【図８】（ａ）は従来例の振動型アクチュエータの基本的な構成の一例を示す外観斜視図である。（ｂ）は（ａ）に示した振動型アクチュエータにおける圧電素子の分極領域の一例を示す模式図である。
【図９】（ａ）、（ｂ）は従来例の振動型アクチュエータにおける弾性体の振動モードを示す斜視図である。（ｃ）はその弾性体の突起部に励起する楕円運動を説明するための説明図である。
【図１０】（ａ）は第１の振動モード及び第２の振動モードの振幅を説明するためのグラフである。（ｂ）は振動子の周波数と速度の関係を示すグラフである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
［第１の実施形態］
本発明の第１の実施形態における振動型アクチュエータの制御装置の構成を、図１を用いて説明する。
本実施形態の振動型アクチュエータは、少なくとも電気−機械エネルギー変換素子と弾性体とを有する振動子を複数備えている。
そして、前記複数の振動子におけるそれぞれの前記電気−機械エネルギー変換素子に対し共通の駆動周波数による交流信号を印加することによって、前記複数の振動子の接触部を介して接触している被駆動体を駆動するように構成されている。
図１は、２つの振動子により１つの被駆動体を相対駆動させる振動型アクチュエータであり、直線状に延びる被駆動体の長手方向に被駆動体を相対移動させるよう構成されている。これらの２つの振動子により、２倍の推力を発生させることができる。
図１に示す振動子８ａと振動子８ｂは不図示のホルダにより一体となって被駆動体３と相対移動する構成とされている。
図１に示すように、この振動型アクチュエータの振動子８ａは、矩形の板状に形成された金属材料から成る弾性体４ａを備え、弾性体４ａの裏面には圧電素子（電気−機械エネルギー変換素子）５ａが接合されている。
弾性体４ａの上面の所定位置には、２つの突起部６ａが設けられている。
図１に示す振動子は突起部に楕円運動を生じさせ、突起部の上部（接触部）に摩擦接触する被駆動体を駆動する。同様に振動子８ｂは、弾性体４ｂには圧電素子５ｂが接合されており、弾性体４ｂの所定位置には２つの突起６ｂが設けられている。
【００１３】
図１に示す、圧電素子５ａ、５ｂには図８（ｂ）に示す２群の電極Ａ１、Ａ２が設けられており、圧電素子５ａ、５ｂは図８（ｂ）の紙面方向に分極処理されている。
この構成による振動子は印加する２相の交流電圧（交流信号）の位相差を変更することにより、図１に示す突起部６ａ、６ｂに励起する楕円運動の楕円比を変更することができる。
【００１４】
図１に示す振動子は、図１０（ｂ）に示すように、振動子の圧電素子に印加する交流電圧の駆動周波数を共振周波数に近づけることにより、速度を速くすることができる。
また、印加する交流電圧の周波数を共振周波数から遠ざけることにより、速度を遅くすることができる。
また、共振周波数を速度のピークとし、共振周波数よりも高周波数側ではなだらかに駆動速度が減少し、且つ低周波数側では急激に駆動速度が減少するような特性となる。
また、突起部６ａ、６ｂに励起する楕円運動のＸ軸振幅を大きくすることにより、被駆動体の移動速度を速くすることができる。
また、Ｘ軸振幅を小さくすると共に、Ｚ軸振幅を所定の振幅に保つことにより、被駆動体の移動速度を安定的に遅くすることができる。
また、２相の交流電圧の位相差を切り替えることにより、被駆動体の相対移動の向きを切り替えることができる。
【００１５】
上記図８（ｂ）に示す、圧電素子５の電極Ｖ１、Ｖ２に対して印加する交流電圧の位相差を−１８０度〜１８０度で変化させたとき所定の突起部６ａ、６ｂに励起する楕円運動の楕円比を調整することができる。
図１０（ａ）の下部に、横軸の位相差に応じた楕円形状を示す。
位相差を正負の符号を含めて９０度から−９０度まで連続的に変更することにより、駆動方向と速度が連続的に変化させることが可能になる。
上記の構成によって、図１の振動子８ａ、および８ｂそれぞれに振動を励振することにより、被駆動体（スライダ）３を駆動することが可能となる。
また、本発明の振動子は、上記形態に限られず、突起部にＺ軸振幅を励起する振動モードの振動と、突起部にＸ軸振幅を励起する振動モードの振動と、の組み合わせにより突起部に楕円運動を生じさせる振動子であればよい。具体的には、上記形態の他に、振動子の長手方向の伸縮振動と曲げ振動とを組み合わせて突起部に楕円運動を生じさせる形態でもよい。
【００１６】
次に、図１に示す１つの振動子の駆動特性について説明する。
図２は、１つの振動子と１つの被駆動体で駆動した場合の、電極Ａ１と電極Ａ２（図８（ｂ）参照）に印加する交流電圧の位相差と駆動周波数と駆動速度の関係を示すグラフである。例えば、図２に示すように、位相差が９０度から０度に近づくほど、第２の振幅モードの振幅が小さくなることにより駆動速度が小さくなる。また、位相差が９０度から０度に近づくほど、共振周波数が高くなる。
ここで位相差を変更する際の駆動特性を説明する。
例えば、位相差６０度のときの共振周波数に値に駆動周波数を設定し、位相差を９０度から低位相差側にシフトした場合、位相差９０度から位相差６０度までは共振周波数よりも高周波側で駆動しているため崖落ち現象は生じない。ところが、位相差を６０度よりも小さくシフトさせると、突然崖落ち現象が発生することになる。つまり、位相差６０度のときの共振周波数の値に駆動周波数を設定し、位相差を変更する際は位相差６０度より低位相差側は不安定な動作となる。
しかしながら、位相差１０度のときの共振周波数の値に駆動周波数を設定し、位相差を９０度から低位相差側にシフトした場合、位相差９０度から位相差１０度までは位相差１０度の共振周波数よりも高周波数側で駆動しているため崖落ち現象は生じない。
つまり、駆動周波数を固定して位相差を変更して駆動する場合、位相差が低い値の場合の共振周波数より高周波数側で駆動することが崖落ち現象の発生を少なくすることができる。
上述の位相差が０度の時の共振周波数２４が最も高い共振周波数となるので、この周波数を位相差を変化させる制御を行う際の下限値とする。
【００１７】
つぎに、周波数を変更した際の駆動特性を説明する。
例えば、位相差を９０度に設定した状態で、共振周波数より高周波数側に駆動周波数をスイープアップすると駆動速度が徐々に小さくなり、突然、駆動速度が下がり動作しなくなる部分２３がある。このように、下限値よりも高周波数側であって、被駆動体が相対移動しなくなる周波数を、位相差制御の際の上限値とする。また、上限値としては、上記したスイープアップした際に被駆動体が動作しなくなる部分２３ではなく、共振周波数より十分に高周波数側から駆動周波数をスイープダウンした場合に速度が急激に立ち上がる部分の周波数を上限値としても良い。つまり、本発明においては、スイープダウン又はスイープアップの際に、下限値よりも高周波数側であって被駆動体が相対移動しなくなる周波数を上限値に設定すればよい。
上述の周波数の上限値と下限値の間の周波数範囲を図２に示す楕円比変更周波数範囲と設定する。この楕円比変更の周波数範囲内で楕円比を変更することにより、崖落ち現象や駆動速度が下がり動作しなくなる部分を避けて駆動することができる。
【００１８】
図３のブロック図を用いて、本実施形態における振動型アクチュエータの制御装置の構成について説明する。
この制御装置は、被駆動体の目標値を生成する位置指令生成手段１７を有し、その出力側には、比較手段１８を介して操作量決定手段２２が接続されている。
比較手段１８は、位置指令生成手段１７から出力された目標値と、位置検出手段１６から出力された被駆動体の現在位置とを比較する。
操作量決定手段２２は、比較手段１８の比較結果から、振動型アクチュエータの操作量ｅを演算する。
操作量決定手段２２はＰＩ制御器、またはＰＩＤ制御器で構成されている。位置検出手段１６は、被駆動体３の位置を検出するものであり、例えば、リニアスケールやエンコーダにて構成される。
振動子８ａは、上記図１に示した構成の振動子であり、矩形の板状に形成された金属材料から成る弾性体４ａの裏面に圧電素子５ａが接合され、弾性体４ａの表面に複数の突起部６ａが設けられた振動子を備えている。
同様に、振動子８ｂは図１に示した構成の振動子であり、矩形の板状に形成された金属材料から成る弾性体４ｂの裏面に圧電素子５ｂが接合され、弾性体４ｂの表面に駆動部としての複数の突起部６ｂが設けられた振動子を備えている。
被駆動体３は、図１に示す被駆動体３であり、振動子８ａ及び振動子８ｂの出力側に被駆動体３が接続されている。
操作量決定手段２２の出力側には、上記した楕円運動における楕円の比率を設定する楕円比決定手段１９と、交流信号の周波数を設定する周波数決定手段２０が接続されている。
【００１９】
楕円比決定手段１９は、操作量決定手段２２の出力から、振動子８ａ、振動子８ｂの突起部に生成する楕円運動のＸ軸振幅とＺ軸振幅の比率を設定し、その比率を実現する位相差を設定可能に構成されている。
駆動周波数決定手段２０は操作量決定手段２２の出力から、振動子８ａ、振動子８ｂに印加する交流電圧の駆動周波数を設定可能に構成されている。
さらに、楕円比決定手段１９及び駆動周波数決定手段２０の出力側が駆動信号生成手段２１に接続されている。
駆動信号生成手段２１は、周波数決定手段２０で決定された周波数で、かつ楕円比決定手段１９で決定された位相差を有する２相の交流信号を生成する。
駆動信号生成手段２１の出力側には昇圧回路２５が接続されている。昇圧回路２５は駆動信号生成手段２１で生成された２相の交流信号を昇圧し、昇圧された２相の交流信号は振動子８ａ、８ｂの圧電素子に印加する。
昇圧回路２５は、電力増幅器、スイッチング素子、ＤＣ／ＤＣ回路、またはトランス回路で構成されてもよい。
【００２０】
図４を用いて、本実施形態における楕円比決定手段１９及び駆動周波数決定手段２０の機能を説明する。
図４の中のグラフにおいて、横軸が操作量ｅであり、縦軸がそれぞれ位相差θ、駆動周波数ｆｒを表わしている。
操作量決定手段２２から出力された操作量ｅを楕円比決定手段１９の入力値とする。
そして、この入力値により、楕円比決定手段１９がグラフで表された設定に基づいて楕円比を決定する。
駆動周波数決定手段２０にも操作量決定手段２２から出力された操作量ｅが入力されており、グラフで表された設定に基づいて駆動周波数ｆｒを決定する。
図４のグラフで示したように、操作量ｅの絶対値が小さい時は楕円比決定手段１９で決定される位相差が変化し、操作量ｅの絶対値が大きい時は周波数決定手段２０で決定される周波数が変化する。
このとき、周波数が変化する時には位相差が変化せず、位相差が変化する時は周波数が変化しないように、周波数、位相差が一定となる領域が設けられている。位相差が変化する時に固定される周波数を楕円比制御時周波数（ｆｅ）と記すことにする。
【００２１】
つぎに、本発明における最も重要である複数の共振周波数がズレた振動子で共通の駆動周波数により駆動を行う場合の楕円比制御時周波数（ｆｅ）の設定について説明する。
図５は、共振周波数のズレている２つの振動子の１つの振動子と１つの被駆動体で駆動した場合の駆動周波数、位相差、駆動速度の関係を表している。
この図５は図８（ｂ）に示す圧電素子に印加する２相の電圧Ｖ１とＶ２の位相差を変更した場合の駆動速度を示すグラフである。
振動子８ａの位相差を９０〜１０度と変更したときの駆動周波数対駆動速度は図５に示す９０度ａ〜１０度ａである。
振動子８ａの位相差０度の共振周波数は図５に示す位相差０度の共振周波数２４ａである。同様に、振動子８ｂの位相差を９０〜１０度と変更したときの駆動周波数対駆動速度は図５に示す９０度ｂ〜１０度ｂである。振動子８ｂの位相差０度の共振周波数は図５に示す位相差０度の共振周波数２４ｂである。また、振動子８ａで被駆動体を相対移動させる際に、被駆動体が相対移動しなくなる最大の周波数が２３ａであり、振動子８ｂで被駆動体を相対移動させる際に、被駆動体が相対移動しなくなる最大の周波数が２３ｂである。
【００２２】
本実施形態においては、周波数決定手段によって前記複数の振動子のそれぞれの特性に基づいて設定された駆動周波数範囲である楕円比変更周波数範囲ａは、つぎのようにして決定される。
すなわち、楕円比変更周波数範囲ａは、前述したように、位相差を０度にしたときの共振周波数を下限値（楕円比決定手段により楕円比を変更した際に最大となる共振周波数を下限値）としている。
また、下限値よりも高い駆動周波数で被駆動体を駆動する際に該被駆動体を駆動することができる最大の駆動周波数を上限値としている。
楕円比変更周波数範囲ａは、このようにして決定された下限値と上限値との間の周波数範囲である。
同様に、楕円比変更周波数範囲ｂは、振動子８ｂの特性に基づいて決定した範囲である。
ここで、振動子８ａと振動子８ｂにより１つの被駆動体を駆動する場合について説明する。
例えば、振動子８ａと振動子８ｂにより１つの被駆動体を駆動する場合、振動子８ａの３０度の共振周波数において振動子８ｂは位相差を変更しても崖落ち現象が発生しない。
ところが、振動子８ａの位相差を９０度から低位相差側に変更した場合、崖落ち現象が発生してしまう。
これにより、振動子８ａの駆動速度が急激に減少し振動子８ｂの駆動速度にブレーキをかける状態となる。
また、駆動速度が不安定な状態に陥る。この状態を避けて駆動することが前述した本発明で課題としていることである。
つまり、楕円比変更周波数範囲ｃより下側の周波数で駆動した場合、複数の振動子の内で比較する共振周波数の高い振動子が崖落ち現象を発生する可能性がある。
逆に、楕円比変更周波数範囲ｃより上側の周波数で駆動した場合、複数の振動子の内の共振周波数の低い振動子の駆動速度が下がり動作しなくなる部分を超えてしまう可能性がある。
【００２３】
これに対して、本実施形態によれば、楕円比決定手段は、周波数決定手段によって前記複数の振動子のそれぞれの特性に基づいて設定された楕円比変更周波数範囲において、それぞれの楕円比変更周波数範囲の重複する駆動周波数の範囲で楕円比が変更可能（制御可能）に構成されている。
具体的には、図４に示す楕円比制御時周波数（ｆｅ）は２つの振動子の楕円比変更範囲の重複する範囲である楕円比変更周波数範囲ｃとなるように設定する。
これにより、１つの被駆動体を相対駆動し複数の振動子に共通の周波数を印加する場合、駆動速度が不安定な状態を避けて駆動することが可能となる。
【００２４】
［第２の実施形態］
第２の実施形態として、振動型アクチュエータの駆動に用いる周波数帯域のうち、最も高周波となる楕円比変更周波数上限と最も低周波となる楕円比変更周波数下限を設定する構成例について説明する。
本実施形態では、複数の振動子により１つの被駆動体を駆動させる振動型アクチュエータの制御方法において、複数の振動子の各々の特性を特性検出装置において各々に特性検出を行う。
そして、その各々の振動子の特性の検出結果に基づいて、複数の振動子により１つの被駆動体を駆動させる際の周波数帯域のうち、最も高周波となる楕円比変更周波数の上限値と最も低周波となる楕円比変更周波数の下限値を設定する。
なお、本実施形態における複数の振動子により１つの被駆動体を駆動させる振動型アクチュエータの制御装置の構成は、第１の実施形態の構成と同様であり説明は省略する。
【００２５】
つぎに、図６のフローチャートを用いて、本実施形態における各々の振動子の出力特性の検出について、具体的に説明する。
まず、ＳＴＥＰ１では図１に示す振動子８ａと振動子８ｂにより１つの被駆動体３を駆動させる振動型アクチュエータの振動子８ａを不図示の特性検出装置にセットする。
不図示の特性検出装置は図８（ａ）に示すような振動子１つと被駆動体１つとで構成された状態で駆動特性を検知するセンサ等を含む装置である。
次に、ＳＴＥＰ２において、振動子８ａへ印加する周波数を予め決められた十分高い周波数に設定する。
次に、ＳＴＥＰ３において、振動子８ａの位相差を９０度に設定する。
ここで設定する位相差は位相差を変化させた時に振動型アクチュエータの駆動速度が最大になる位相差である。
次に、ＳＴＥＰ４において、ＳＴＥＰ２、３で設定された周波数と位相差を振動子８ａに印加して駆動を開始する。
次に、ＳＴＥＰ５において、速度検出を行う。ここで検出される速度は振動子８ａと被駆動体の相対駆動の速度である。
【００２６】
次に、ＳＴＥＰ６において、ＳＴＥＰ５で検出した速度が０以上であるか比較を行う。
検出された速度が、ゼロと比較して大きい場合はＳＴＥＰ８に進む。
また、ＳＴＥＰ５で検出した速度がゼロの場合は、被駆動体と振動子が相対移動しない状態と判断してＳＴＥＰ７に進む。
次に、ＳＴＥＰ７において、周波数を下げてＳＴＥＰ５に進む。
ここで、被駆動体と振動子が相対移動しない状態である場合は、ＳＴＥＰ５〜ＳＴＥＰ７の動作を繰り返している。
次に、ＳＴＥＰ８において、振動子８ａに印加している周波数を楕円比変更周波数上限値として不図示のメモリに記憶する。
次に、ＳＴＥＰ９においては、振動子に印加する位相差を１度にセットする。
これは振動子の共振周波数が位相差を９０度から低位相差側にシフトすると共振周波数が大きくなることから、なるべく小さい位相差で共振周波数を検知するためである。
ここでは、十分小さい位相差である１度にセットする。
続くＳＴＥＰ１０において、駆動速度が急激に低下する崖落ち現象が起きているかを検出する。ここで崖落ちしていない場合はＳＴＥＰ１１に進み、崖落ちしている場合はＳＴＥＰ１２に進む。
ＳＴＥＰ１１では周波数を下げる。ここで、崖落ちが検出されない場合は、ＳＴＥＰ１０〜ＳＴＥＰ１１の動作を繰り返している。
ＳＴＥＰ１２において、振動子８ａに印加している周波数を不図示のメモリの楕円比変更周波数下限値に記憶する。
次に、ＳＴＥＰ１３において、特性検出装置にセットしている振動子を振動子ａから振動子ｂに変更している。その後ＳＴＥＰ２に進み前述の動作を繰り返している。この動作により、振動子８ａの出力特性を検出した後に振動子８ｂの出力特性を検出できる。
ＳＴＥＰ１〜ＳＴＥＰ１４の方法において、振動子８ａの出力特性を検出した後に、振動子８ｂの出力特性を検出することで、図５に示すような、各々の振動子の出力特性を検出することができる。
次に、ＳＴＥＰ１５において、ＳＴＥＰ１〜ＳＴＥＰ１４で検出された、振動子８ａを特性検出装置にセットした場合の上限値と下限値との間の周波数範囲である楕円比変更周波数範囲を求める。また、振動子８ｂを特性検出装置にセットした場合の上限値と下限値との間の周波数範囲である楕円比変更周波数範囲を求める。そして、それぞれの楕円比変更周波数範囲が重複する範囲（共通範囲）を算出する。
これらにより、第１の実施形態に示す振動子毎の楕円比変更周波数範囲ａ，ｂが重複する楕円比変更周波数範囲ｃを算出することができる。
次に、ＳＴＥＰ１６において、図１に示す２つの振動子により１つの被駆動体を相対駆動する振動型アクチュエータに振動子８ａと振動子８ｂを組み込み、ＳＴＥＰ１５で算出された値に基づいて第１の実施形態と同様に制御駆動することができる。
【００２７】
本実施形態では、複数の振動子により１つの被駆動体を相対駆動し複数の振動子に共通の周波数を印加する場合、予め各々の振動子を出力特性検出装置に各々に取り付け楕円比変更周波数範囲を検出する。
これにより、各々の楕円比変更周波数範囲の重なりあう部分から楕円比変更周波数範囲ｃを設定することができる。
これにより、複数の振動子により１つの被駆動体を相対駆動する場合、予め各々の振動子の楕円比変更周波数範囲を検出することにより、容易に複数の振動子により１つの被駆動体を相対駆動する際の楕円比変更周波数範囲を設定することができる。
【００２８】
［第３の実施形態］
第３の実施形態として、３つの振動子によりリング形状の被駆動体を回転駆動させるようにした構成例について、図７を用いて説明する。
第１及び第２の実施形態では、２つの振動子により１つの被駆動体を相対駆動させる振動型アクチュエータを例にあげて説明を行った。
本実施形態では、図７に示すように、３つの振動子によりリング形状の被駆動体を回転駆動可能に構成されている。
リング形状の被駆動体は不図示のガイドで回転以外の動作はできないようになっている。
この構成において、第１の実施形態と同様な方法で各々の楕円被変更周波数範囲の重複する部分で駆動することにより、駆動速度が不安定な状態を避けて駆動することができる。
【００２９】
本実施形態では、図７に示すように、振動子８ｃ、８ｄ、８ｅにより１つの被駆動体２を相対駆動し振動子８ｃ、８ｄ、８ｅに共通の周波数を印加する場合、各々の楕円被変更周波数範囲である楕円比変更周波数範囲８ｃ、８ｄ、８ｅの重複する楕円比変更周波数範囲において駆動することで、駆動速度が不安定な状態を避けて駆動するように構成されている。
また、第２の実施形態と同様な方法で、最も高周波となる楕円比変更周波数上限値と最も低周波となる楕円比変更周波数下限値を設定することができる。
具体的には、各々の特性を別の特性検出装置において各々に特性検出を行う。
そして、その各々の振動子の特性結果に基づいて振動子８ｃ、８ｄ、８ｅの振動子により１つの被駆動体２を駆動させる振動型アクチュエータの駆動に用いる周波数帯域のうち、楕円比変更周波数における最も高周波となる上限値と下限値を設定する。
これにより、複数の振動子により１つの被駆動体を相対駆動する場合、予め各々の振動子の楕円比変更周波数範囲を検出することにより、容易に複数の振動子により１つの被駆動体を相対駆動する際の楕円比変更周波数範囲を設定することができる。
【００３０】
以上に説明したように、本発明の各実施形態の構成によれば、複数の振動子により１つの被駆動体を駆動し、複数の振動子に共通の周波数を印加する場合、安定して駆動することができる。
すなわち、各々の振動子の共振周波数にズレがあっても、各々の振動子の楕円比変更周波数範囲の重複した部分で駆動することにより安定して駆動することができる。
また、各々の出力特性から楕円比変更周波数範囲を調整することにより安定して駆動することができる。
【符号の説明】
【００３１】
３  被駆動体
４ａ、４ｂ  弾性体
５ａ、５ｂ  圧電素子
６ａ、６ｂ  突起部
８ａ、８ｂ  振動子
【図１】
2014135888.tif 000003
【図２】
2014135888.tif 000004
【図３】
2014135888.tif 000005
【図４】
2014135888.tif 000006
【図５】
2014135888.tif 000007
【図６】
2014135888.tif 000008
【図７】
2014135888.tif 000009
【図８】
2014135888.tif 000010
【図９】
2014135888.tif 000011
【図１０】
2014135888.tif 000012
【手続補正書】
【提出日】平成26年4月18日(2014.4.18)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の振動子を有する振動型アクチュエータと、
前記複数の振動子に共通の交流信号を印加することにより前記複数の振動子の接触部に楕円運動を生じさせ、前記楕円運動により前記接触部に接触する被駆動体と前記複数の振動子との相対位置を変化させる、前記振動型アクチュエータの制御装置と、
を有し、
前記制御装置は、前記交流信号の周波数を設定する周波数決定手段を有し、
前記周波数は、
前記複数の振動子に生じる楕円運動の楕円比を変化させた時の、前記複数の振動子の最大の共振周波数から、
前記共振周波数よりも高い周波数であり、前記被駆動体と前記複数の振動子の相対位置が変化する最大の周波数まで
の間の周波数であることを特徴とする装置。
【請求項２】
第１の振動子及び第２の振動子と、
少なくとも前記第１の振動子と前記第２の振動子のそれぞれの接触部に楕円運動を生成するための交流信号を設定する周波数決定手段と、
を備え、
前記交流信号の周波数は、
前記第１の振動子及び前記第２の振動子の接触部の楕円運動の楕円比を変更した時の、前記第１の振動子及び前記第２の振動子の共俊周波数のうち最大の共振周波数から、
前記第１の振動子及び前記第２の振動子と、前記第１の振動子及び前記第２の振動子の接触部と接触する被駆動体との相対位置が変化する最大の周波数まで
の間の周波数であることを特徴とする装置。
【請求項３】
前記交流信号は、２相の交流信号であり、
前記２相の交流信号の位相差を変更することで前記楕円運動の楕円比を変更する楕円比決定手段を有することを特徴とする請求項１または２に記載の装置。
【請求項４】
更に、振動型アクチュエータの操作量を求める操作量決定手段を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の装置。
【請求項５】
前記被駆動体の目標値を生成する位置指令生成手段と、
前記被駆動体の位置を検出する位置検出手段と、
前記位置指令生成手段から出力された前記目標値と前記位置検出手段からの出力を比較する比較手段を有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の装置。
【請求項６】
複数の振動子に共通の交流信号を印加することにより前記複数の振動子の接触部に楕円運動を生じさせ、前記楕円運動により前記接触部に接触する被駆動体を前記複数の振動子に対して相対移動させる振動型アクチュエータの駆動方法であって、
前記交流信号の周波数を設定する工程と、
前記周波数が設定された信号に基づいて前記交流信号を生成する工程と、を有し、
前記交流信号の周波数は、
前記複数の振動子に生じる楕円運動の前記楕円比を変化させた時の、前記複数の振動子の最大の共振周波数から、
前記共振周波数よりも高い周波数であり前記被駆動体と前記複数の振動子の相対位置が変化する最大の周波数まで
の間の周波数であることを特徴とする振動型アクチュエータの駆動方法。
【請求項７】
第１の振動子及び第２の振動子に共通の交流信号を印加することにより前記第１の振動子及び第２の振動子の接触部に楕円運動を生じさせ、前記楕円運動により前記接触部に接触する被駆動体と前記第１の振動子及び第２の振動子との相対位置を変化させる振動型アクチュエータの駆動方法であって、
前記交流信号の周波数を設定する工程と、
前記周波数が設定された信号に基づいて前記交流信号を生成する工程と、を有し、
前記交流信号の周波数は、
前記振動型アクチュエータの少なくとも第１の振動子と第２の振動子のそれぞれの接触部に生じる楕円運動の楕円運動の楕円比を変更させた時の、した時の、前記第１の振動子及び前記第２の振動子の共俊周波数のうち最大の共振周波数から、
前記第１の振動子及び前記第２の振動子と、前記第１の振動子及び前記第２の振動子の接触部と接触する被駆動体との相対位置が変化する最大の周波数まで
の間の周波数であることを有することを特徴とする振動型アクチュエータの駆動方法。
【請求項８】
前記交流信号は、２相の交流信号であり、
前記２相の交流信号の位相差を変更することで前記楕円運動の楕円比が変更されることを特徴とする請求項６または７に記載の駆動型アクチュエータの駆動方法。
【請求項９】
振動型アクチュエータの操作量を求める操作量決定手段を有することを特徴とする請求項６乃至８のいずれか１項に記載の駆動型アクチュエータの駆動方法。
【請求項１０】
前記被駆動体の目標値を生成する工程と、
前記被駆動体の位置を検出する工程と、
前記位置指令生成手段から出力された前記目標値と前記位置検出手段からの出力を比較する工程と、
を有することを特徴とする請求項６乃至９のいずれか１項に記載の駆動型アクチュエータの駆動方法。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
本発明の一様態は、複数の振動子を有する振動型アクチュエータと、前記複数の振動子に共通の交流信号を印加することにより前記複数の振動子の接触部に楕円運動を生じさせ、前記楕円運動により前記接触部に接触する被駆動体と前記複数の振動子との相対位置を変化させる、前記振動型アクチュエータの制御装置と、を有し、
前記制御装置は、前記交流信号の周波数を設定する周波数決定手段を有し、
前記周波数は、前記複数の振動子に生じる楕円運動の楕円比を変化させた時の、前記複数の振動子の最大の共振周波数から、前記共振周波数よりも高い周波数であり、前記被駆動体と前記複数の振動子の相対位置が変化する最大の周波数までの間の周波数であることを特徴とする装置に関する。
また、本発明の一様態は、第１の振動子及び第２の振動子と、少なくとも前記第１の振動子と前記第２の振動子のそれぞれの接触部に楕円運動を生成するための交流信号を設定する周波数決定手段と、を備え、前記交流信号の周波数は、前記第１の振動子及び前記第２の振動子の接触部の楕円運動の楕円比を変更した時の、前記第１の振動子及び前記第２の振動子の共俊周波数のうち最大の共振周波数から、前記第１の振動子及び前記第２の振動子と、前記第１の振動子及び前記第２の振動子の接触部と接触する被駆動体との相対位置が変化する最大の周波数までの間の周波数であることを特徴とする装置に関する。
さらに、本発明の一様態は、複数の振動子に共通の交流信号を印加することにより前記複数の振動子の接触部に楕円運動を生じさせ、前記楕円運動により前記接触部に接触する被駆動体を前記複数の振動子に対して相対移動させる振動型アクチュエータの駆動方法であって、前記交流信号の周波数を設定する工程と、前記周波数が設定された信号に基づいて前記交流信号を生成する工程と、を有し、前記交流信号の周波数は、前記複数の振動子に生じる楕円運動の前記楕円比を変化させた時の、前記複数の振動子の最大の共振周波数から、前記共振周波数よりも高い周波数であり前記被駆動体と前記複数の振動子の相対位置が変化する最大の周波数までの間の周波数であることを特徴とする振動型アクチュエータの駆動方法に関する。
また、本発明の一様態は、第１の振動子及び第２の振動子に共通の交流信号を印加することにより前記第１の振動子及び第２の振動子の接触部に楕円運動を生じさせ、前記楕円運動により前記接触部に接触する被駆動体と前記第１の振動子及び第２の振動子との相対位置を変化させる振動型アクチュエータの駆動方法であって、前記交流信号の周波数を設定する工程と、前記周波数が設定された信号に基づいて前記交流信号を生成する工程と、を有し、前記交流信号の周波数は、前記振動型アクチュエータの少なくとも第１の振動子と第２の振動子のそれぞれの接触部に生じる楕円運動の楕円運動の楕円比を変更させた時の、した時の、前記第１の振動子及び前記第２の振動子の共俊周波数のうち最大の共振周波数から、前記第１の振動子及び前記第２の振動子と、前記第１の振動子及び前記第２の振動子の接触部と接触する被駆動体との相対位置が変化する最大の周波数までの間の周波数であることを有することを特徴とする振動型アクチュエータの駆動方法に関する。