(57)【要約】    【課題】  低速領域での出力トルクの低下を防止するとともに、低速から高速までの広い速度領域で安定した制御を可能とする。    【解決手段】  振動体の少なくとも一部を形成する電気−機械エネルギー変換手段（圧電素子２）に該振動体の共振周波数近傍の交流電圧を印加して該振動体を所定の振動モードで励振し、該振動体に接触する移動体（ロータ４）を相対移動させる振動型駆動装置において、前記振動体に、複数の直交する振動モード対に起因する楕円振動を形成する。この楕円振動は、位相が前記振動体の仮想中心軸を中心とする周上の同一方向に連続して時間的に変化する進行性の振動である。【選択図】      図１
2006129553.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気−機械エネルギー変換素子を備えた振動体と該振動体に接触する移動体とを有し、該電気−機械エネルギー変換素子に交番信号を供給することで該振動体の表面に発生する振動により該移動体を駆動する振動型駆動装置において、
前記振動体は交番信号が供給されることによって、該振動体の表面に、変位方向の異なる複数の振動成分からなる第１の円運動と、変位方向の異なる複数の振動成分からなり該第１の円運動とは変位方向の異なる第２の円運動の、合成からなる振動が形成されることを特徴とする振動型駆動装置。
【請求項２】
前記第１の円運動と前記第２の円運動の合成により、前記振動体の表面に円運動が形成されることを特徴とする請求項１記載の振動型駆動装置。
【請求項３】
前記第１の円運動と前記第２の円運動の合成により、前記振動体の表面に進行性振動波が形成されることを特徴とする請求項１または請求項２記載の振動型駆動装置。
【請求項４】
前記第１の円運動と前記第２の円運動の少なくとも一方は、前記移動体との加圧力に寄与する方向の変位を有することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の振動型駆動装置。
【請求項５】
前記第１の円運動と前記第２の円運動の時間的位相を変化させることにより、前記移動体の駆動速度を変化させることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の振動型駆動装置。
【請求項６】
前記第１の円運動と前記第２の円運動の時間的位相を変化させることにより、前記移動体の駆動方向を変化させることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の振動型駆動装置。
【請求項７】
前記第１の円運動は前記振動体と前記移動体の加圧方向の変位を含み、前記第２の円運動は前記移動体の駆動方向の変位を含み、前記第２の円運動の変位量を変化させることにより、前記移動体の駆動速度を変化させることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の振動型駆動装置。
【請求項８】
前記第１の円運動と前記第２の円運動の一方が前記振動体の表面における面内振動であり、他方が面外振動であることを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれかに記載の振動型駆動装置。
【請求項９】
前記電気−機械エネルギー変換素子には複数の電極が形成されており、前記複数の電極の少なくとも一部が、前記第１の円運動を形成するための交番信号が供給される電極と、前記第２の円運動を形成するための交番信号が供給される電極を、兼用していることを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれかに記載の振動型駆動装置。
【請求項１０】
電気−機械エネルギー変換素子を備えた振動体と該振動体に接触する移動体とを有し、該電気−機械エネルギー変換素子に交番信号を供給することで該振動体の表面に発生する振動により該移動体を駆動する振動型駆動装置において、
前記振動体は交番信号が供給されることによって、該振動体の表面に、変位方向の異なる複数の振動成分からなる第１の進行性振動波と、変位方向の異なる複数の振動成分からなり該第１の進行性振動波とは振動変位方向の異なる第２の進行性振動波の、合成からなる進行性振動波が形成されることを特徴とする振動型駆動装置。
【請求項１１】
前記第１の進行性振動波と前記第２の進行性振動波の少なくとも一方は、前記移動体との加圧力に寄与する方向の変位を有することを特徴とする請求項１０記載の振動型駆動装置。
【請求項１２】
前記第１の進行性振動波と前記第２の進行性振動波の時間的位相を変化させることにより、前記移動体の駆動速度を変化させることを特徴とする請求項１０または請求項１１記載の振動型駆動装置。
【請求項１３】
前記第１の進行性振動波と前記第２の進行性振動波の時間的位相を変化させることにより、前記移動体の駆動方向を変化させることを特徴とする請求項１０乃至請求項１２のいずれかに記載の振動型駆動装置。
【請求項１４】
前記第１の進行性振動波は前記振動体と前記移動体の加圧方向の変位を含み、前記第２の進行性振動波は前記移動体の駆動方向の変位を含み、前記第２の進行性振動波の振動振幅を変化させることにより、前記移動体の駆動速度を変化させることを特徴とする請求項１０乃至請求項１３のいずれかに記載の振動型駆動装置。
【請求項１５】
前記第１の進行性振動波と前記第２の進行性振動波の一方が前記振動体の表面における面内振動であり、他方が面外振動であることを特徴とする請求項１０乃至請求項１４のいずれかに記載の振動型駆動装置。
【請求項１６】
電気−機械エネルギー変換素子を備えた振動体と該振動体に接触する移動体とを有し、該電気−機械エネルギー変換素子に交番信号を供給することで該振動体の表面に発生する振動により該移動体を駆動する振動型駆動装置の制御装置において、
前記振動体の表面に、変位方向の異なる複数の振動成分からなる第１の円運動と、変位方向の異なる複数の振動成分からなり該第１の円運動とは変位方向の異なる第２の円運動の、合成からなる振動を形成する交番信号を、前記電気−機械エネルギー変換素子に供給する信号供給手段を有することを特徴とする振動型駆動装置の制御装置。
【請求項１７】
前記信号供給装置は、前記第１の円運動と前記第２の円運動の合成により、前記振動体の表面に円運動を形成する交番信号を、前記電気−機械エネルギー変換素子に供給することを特徴とする請求項１６記載の振動型駆動装置の制御装置。
【請求項１８】
前記信号供給手段は、前記第１の円運動と前記第２の円運動の合成により、前記振動体の表面に進行性振動波を形成する交番信号を、前記電気−機械エネルギー変換素子に供給することを特徴とする請求項１７記載の振動型駆動装置の制御装置。
【請求項１９】
前記信号供給手段を制御して前記第１の円運動と前記第２の円運動の位相差を変化させることにより、前記移動体の駆動速度および駆動方向の少なくとも一方を制御する駆動制御装置を有することを特徴とする請求項１６乃至請求項１８のいずれかに記載の振動型駆動装置の制御装置。
【請求項２０】
前記第１の円運動は前記振動体と前記移動体の加圧方向の変位を含み、前記第２の円運動は前記移動体の駆動方向の変位を含み、前記信号供給手段を制御して前記第２の円運動の変位量を変化させることにより、前記移動体の駆動速度を制御する駆動制御装置を有することを特徴とする請求項１６乃至請求項１８のいずれかに記載の振動型駆動装置の制御装置。
【請求項２１】
前記第１の円運動は前記振動体と前記移動体の加圧方向の変位を含み、前記第２の円運動は前記移動体の駆動方向の変位を含み、前記駆動制御装置は、前記信号供給手段に該第１の円運動を形成する交番信号を供給させ、その後に該第１の円運動と該第２の円運動を形成する交番信号を供給させることを特徴とする請求項１９または請求項２０に記載の振動型駆動装置の制御装置。
【請求項２２】
前記第１の円運動は前記振動体と前記移動体の加圧方向の変位を含み、前記第２の円運動は前記移動体の駆動方向の変位を含み、前記駆動制御装置は、前記信号供給手段に該第１の円運動と該第２の円運動を形成する交番信号を供給させている状態から、該第２の円運動を形成する交番信号の供給を停止させ、その後に該第１の円運動を形成する交番信号の供給を停止させることを特徴とする請求項１９または請求項２０に記載の振動型駆動装置の制御装置。
【請求項２３】
電気−機械エネルギー変換素子を備えた振動体と該振動体に接触する移動体とを有し、該電気−機械エネルギー変換素子に交番信号を供給することで該振動体の表面に発生する振動により該移動体を駆動する振動型駆動装置の制御装置において、
前記振動体の表面に、変位方向の異なる複数の振動成分からなる第１の進行性振動波と、変位方向の異なる複数の振動成分からなり該第１の進行性振動波とは変位方向の異なる第２の進行性振動波の、合成からなる振動を形成する交番信号を、前記電気−機械エネルギー変換素子に供給する信号供給手段を有することを特徴とする振動型駆動装置の制御装置。
【請求項２４】
電気−機械エネルギー変換素子を備えた振動体と該振動体に接触する移動体とを有し、該電気−機械エネルギー変換素子に交番信号を供給することで該振動体の表面に発生する振動により該移動体を駆動する振動型駆動装置の制御方法において、
前記振動体に交番信号を供給し、該振動体の表面に、変位方向の異なる複数の振動成分からなる第１の円運動を発生させ、
前記振動体に交番信号を供給し、該振動体の表面に、変位方向の異なる複数の振動成分からなり該第１の円運動とは変位方向の異なる第２の円運動を発生させ、
前記第１の円運動と前記第２の円運動の合成からなる振動を形成することを特徴とする振動型駆動装置の制御方法。
【請求項２５】
前記第１の円運動と前記第２の円運動の位相差を変化させることにより、前記移動体の駆動速度および駆動方向の少なくとも一方を制御することを特徴とする請求項２４記載の振動型駆動装置の制御方法。
【請求項２６】
前記第１の円運動は前記振動体と前記移動体の加圧方向の変位を含み、前記第２の円運動は前記移動体の駆動方向の変位を含み、前記第２の円運動の変位量を変化させることにより、前記移動体の駆動速度を制御することを特徴とする請求項２４記載の振動型駆動装置の制御方法。
【請求項２７】
電気−機械エネルギー変換素子を備えた振動体と該振動体に接触する移動体とを有し、該電気−機械エネルギー変換素子に交番信号を供給することで該振動体の表面に発生する振動により該移動体を駆動する振動型駆動装置の制御方法において、
前記振動体に交番信号を供給し、該振動体の表面に、変位方向の異なる複数の振動成分からなる第１の進行性振動波を発生させ、
前記振動体に交番信号を供給し、該振動体の表面に、変位方向の異なる複数の振動成分からなり該第１の進行性振動波とは変位方向の異なる第２の進行性振動波を発生させ、
前記第１の進行性振動波と前記第２の進行性振動波の合成からなる振動を形成することを特徴とする振動型駆動装置の制御方法。
【請求項２８】
電気−機械エネルギー変換素子を備えた振動体と該振動体に接触する移動体とを有し、該電気−機械エネルギー変換素子に交番信号を供給することで該振動体の表面に発生する振動により該移動体を駆動する振動型駆動装置に適用される駆動制御方法を、コンピュータに実行させるためのプログラムにおいて、
前記振動体に交番信号を供給し、該振動体の表面に、変位方向の異なる複数の振動成分からなる第１の円運動を発生させ、変位方向の異なる複数の振動成分からなり該第１の円運動とは変位方向の異なる第２の円運動を発生させ、前記第１の円運動と前記第２の円運動の合成からなる振動を形成するステップとを有することを特徴とするプログラム。
【請求項２９】
電気−機械エネルギー変換素子を備えた振動体と該振動体に接触する移動体とを有し、該電気−機械エネルギー変換素子に交番信号を供給することで該振動体の表面に発生する振動により該移動体を駆動する振動型駆動装置の制御方法において、
前記振動体に交番信号を供給し、該振動体の表面に、変位方向の異なる複数の振動成分からなる第１の進行性振動波を発生させ、変位方向の異なる複数の振動成分からなり該第１の円運動とは変位方向の異なる第２の進行性振動波を発生させ、前記第１の進行性振動波と前記第２の進行性振動波の合成からなる振動を形成するステップとを有することを特徴とするプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、振動型駆動装置、その制御装置、その制御方法、及びプログラムに関し、特に、振動体の少なくとも一部を形成する電気−機械エネルギー変換手段に該振動体の共振周波数近傍の交流電圧を印加して該振動体を所定の振動モードで励振し、該振動体に接触する移動体を相対移動させる振動型駆動装置、該振動型駆動装置の制御装置、該振動型駆動装置に適用される制御方法、及び該制御方法をコンピュータに実行させるためのプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、振動型駆動装置は、弾性体上に励起した数ミクロン程度の振動の力によって移動体を移動させるように構成されている。この弾性体と移動体との接触部に働く力の方向を選択的に取り出すことで、効率良く移動体を移動させることが可能である。
【０００３】
振動型駆動装置にはいくつかの方式が提案されているが、振動の形態によって定在波型と進行波型とに大きく分類される。定在波型では、振動型駆動装置の形状の自由度が高く、小型化しやすい利点があり、進行波型では、常に弾性体と移動体とが接しているので、高トルクが比較的得やすい利点がある。
【０００４】
進行波型の振動型駆動装置では、円環または円盤型の弾性体が一般的に用いられ、円周にそって進行する曲げ振動により振動波の波頭の質点が楕円軌跡を描いて運動することを利用して、その楕円軌跡の一部の運動を取り出して移動体を駆動している。また駆動力としては、接触部の摩擦係数と接触部の加圧力とに比例したトルクが得られ、低速かつ高トルクのモータ性能が得られるのが特徴である。
【０００５】
従来、複数の振動モードの進行性振動波を用いた振動型駆動装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。こうした振動型駆動装置では、円環状の弾性体に、面外方向（弾性体の回転軸方向）の曲げ振動による進行性振動波と、面内方向（弾性体の回転軸を法線とする回転面内の方向）の曲げ振動による進行性振動波とを選択的に形成し、これによって、弾性体に接触する移動体が、広い速度領域に亘って安定した駆動ができるようにしている。
【特許文献１】特開平０３−１３５３８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記従来の進行波型の振動型駆動装置は、弾性体の振動振幅が大きい場合には、質点の楕円軌跡の上側の運動による力のみを移動体に伝達することができるが、移動体を低速で駆動するために弾性体の振動振幅を小さくすると、楕円軌跡が小さくなり、楕円軌跡の下側にも移動体が接するようになる。すると、移動方向と逆方向の質点運動とも移動体が接するようになるため、低速領域での出力トルクが小さくなってしまうという問題があった。
【０００７】
また、上記の特許文献１に示される振動型駆動装置において、振動モードを切り替えて、低速から高速までの広い速度領域で連続的な制御を行う場合、切り替えの際に速度が不安定になるという問題があった。
【０００８】
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであって、低速領域での出力トルクの低下を防止するとともに、低速から高速までの広い速度領域で安定した制御が可能な振動型駆動装置、その制御装置、その制御方法、及びプログラムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、電気−機械エネルギー変換素子を備えた振動体と振動体に接触する移動体とを有し、電気−機械エネルギー変換素子に交番信号を供給することで振動体の表面に発生する振動により移動体を駆動する振動型駆動装置において、振動体は交番信号が供給されることによって、振動体の表面に、変位方向の異なる複数の振動成分からなる第１の円運動と、変位方向の異なる複数の振動成分からなり第１の円運動とは変位方向の異なる第２の円運動の、合成からなる振動が形成されることを特徴とするものである。
【００１０】
また、請求項１０記載の発明は、電気−機械エネルギー変換素子を備えた振動体と振動体に接触する移動体とを有し、電気−機械エネルギー変換素子に交番信号を供給することで振動体の表面に発生する振動により移動体を駆動する振動型駆動装置において、振動体は交番信号が供給されることによって、振動体の表面に、変位方向の異なる複数の振動成分からなる第１の進行性振動波と、変位方向の異なる複数の振動成分からなり第１の進行性振動波とは振動変位方向の異なる第２の進行性振動波の、合成からなる進行性振動波が形成されることを特徴とするものである。
【００１１】
また、請求項１６に記載の発明は、電気−機械エネルギー変換素子を備えた振動体と振動体に接触する移動体とを有し、電気−機械エネルギー変換素子に交番信号を供給することで振動体の表面に発生する振動により移動体を駆動する振動型駆動装置の制御装置において、振動体の表面に、変位方向の異なる複数の振動成分からなる第１の円運動と、変位方向の異なる複数の振動成分からなり第１の円運動とは変位方向の異なる第２の円運動の、合成からなる振動を形成する交番信号を、電気−機械エネルギー変換素子に供給する信号供給手段を有することを特徴とするものである。
【００１２】
また、請求項２３に記載の発明は、電気−機械エネルギー変換素子を備えた振動体と振動体に接触する移動体とを有し、電気−機械エネルギー変換素子に交番信号を供給することで振動体の表面に発生する振動により移動体を駆動する振動型駆動装置の制御装置において、振動体の表面に、変位方向の異なる複数の振動成分からなる第１の進行性振動波と、変位方向の異なる複数の振動成分からなり第１の進行性振動波とは変位方向の異なる第２の進行性振動波の、合成からなる振動を形成する交番信号を、電気−機械エネルギー変換素子に供給する信号供給手段を有することを特徴とするものである。
【００１３】
また、請求項２４に記載の発明は、電気−機械エネルギー変換素子を備えた振動体と振動体に接触する移動体とを有し、電気−機械エネルギー変換素子に交番信号を供給することで振動体の表面に発生する振動により移動体を駆動する振動型駆動装置の制御方法において、振動体に交番信号を供給し、振動体の表面に、変位方向の異なる複数の振動成分からなる第１の円運動を発生させ、振動体に交番信号を供給し、振動体の表面に、変位方向の異なる複数の振動成分からなり第１の円運動とは変位方向の異なる第２の円運動を発生させ、第１の円運動と第２の円運動の合成からなる振動を形成することを特徴とするものである。
【００１４】
また、請求項２７に記載の発明は、電気−機械エネルギー変換素子を備えた振動体と振動体に接触する移動体とを有し、電気−機械エネルギー変換素子に交番信号を供給することで振動体の表面に発生する振動により移動体を駆動する振動型駆動装置の制御方法において、振動体に交番信号を供給し、振動体の表面に、変位方向の異なる複数の振動成分からなる第１の進行性振動波を発生させ、振動体に交番信号を供給し、振動体の表面に、変位方向の異なる複数の振動成分からなり第１の進行性振動波とは変位方向の異なる第２の進行性振動波を発生させ、第１の進行性振動波と第２の進行性振動波の合成からなる振動を形成することを特徴とするものである。
【００１５】
また、請求項２８に記載の発明は、電気−機械エネルギー変換素子を備えた振動体と振動体に接触する移動体とを有し、電気−機械エネルギー変換素子に交番信号を供給することで振動体の表面に発生する振動により移動体を駆動する振動型駆動装置に適用される駆動制御方法を、コンピュータに実行させるためのプログラムにおいて、振動体に交番信号を供給し、振動体の表面に、変位方向の異なる複数の振動成分からなる第１の円運動を発生させ、変位方向の異なる複数の振動成分からなり第１の円運動とは変位方向の異なる第２の円運動を発生させ、第１の円運動と第２の円運動の合成からなる振動を形成するステップとを有することを特徴とするものである。
【００１６】
さらに、請求項２９に記載の発明は、電気−機械エネルギー変換素子を備えた振動体と振動体に接触する移動体とを有し、電気−機械エネルギー変換素子に交番信号を供給することで振動体の表面に発生する振動により移動体を駆動する振動型駆動装置の制御方法において、振動体に交番信号を供給し、振動体の表面に、変位方向の異なる複数の振動成分からなる第１の進行性振動波を発生させ、変位方向の異なる複数の振動成分からなり第１の円運動とは変位方向の異なる第２の進行性振動波を発生させ、第１の進行性振動波と第２の進行性振動波の合成からなる振動を形成するステップとを有することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、移動体を低速で駆動する際の出力トルクの停止を防止するとともに、移動体を低速から高速までの広い速度領域で安定して駆動させることを可能とする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照して説明する。
【００１９】
〔第１の実施の形態〕
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る振動型駆動装置の構成を示す側断面図である。
【００２０】
図１において、１は円環状の弾性体であり、２は、弾性体１に接着され、交流電圧が印加されることで、弾性体１を加振する圧電素子であり、３は、弾性体１に加圧接触する摩擦部材であり、４は、摩擦部材３が接着され、外部に回転出力を取り出すためのロータ（移動体）である。
【００２１】
図２は、圧電素子２に形成された電極と、該電極における分極の極性とを示す平面図である。
【００２２】
図２において、圧電素子２に形成される電極は、内周側と外周側とに分かれると共に、同一円周上の電極は４つ（外周は２−ａ，２−ｂ，２−ｃ，２−ｄ、内周は２−ｅ，２−ｆ，２−ｇ，２−ｈ）で振動波１波長分の電極となっており、５波長分の２０個の電極からなっている。また各電極は、同一円周上において円周に沿って１つ置きに接続しており、内外周の互いに接続された４組の電極群に、２相の交流駆動電圧Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃ，Ｖｄがそれぞれ印加される。
【００２３】
ここで、弾性体１では、面内（弾性体の回転軸を法線とする回転面内の方向）５次の振動モードでの共振周波数と、面外（弾性体の回転軸方向）５次の振動モードでの共振周波数とが、ロータ４が弾性体１に加圧接触した状態で、ほぼ同じ周波数となるようにする。圧電素子２の内外周の電極間に印加する電圧を同相にすると、弾性体１に面外曲げ振動を発生させることができ、圧電素子２の内外周の電極間に印加する電圧を逆相にすると、弾性体１に面内曲げ振動を発生させることができる。また、内外周の各２相の電極間に９０°位相のずれた交流電圧を印加すると、弾性体１に面内または面外の進行性振動波を発生させることができる。また、内周のみ或いは外周のみに交流電圧を印加すると、面内の振動と面外の振動とを同時に発生させることができる。
【００２４】
第１の実施の形態では、駆動電圧Ｖａと駆動電圧Ｖｃとを同相にするとともに、駆動電圧Ｖｂと駆動電圧Ｖｄとを同相にし、また、駆動電圧Ｖａと駆動電圧Ｖｂとの位相差を９０°にするとともに、駆動電圧Ｖｃと駆動電圧Ｖｄとの位相差を９０°にして、面内及び面外の進行性振動波を発生させるようにする。
【００２５】
図３は、弾性体１を上面から見た平面図である。
【００２６】
弾性体１には外周部にスリット構造部１−ａを設けており、このスリット構造部１−ａには、面内曲げ振動が発生した際に形成される楕円振動における振幅のうち、弾性体１の円周方向成分の振幅を拡大する効果がある。ロータ４は、摩擦部材３を介して、このスリット構造部１−ａに接するように構成されている。
【００２７】
第１の実施の形態においては、上記のような構成において面内曲げ振動による進行性振動波と面外曲げ振動による進行性振動波の位相を変えることで、ロータ４の回転方向を制御するようにしている。これを、以下に説明する。
【００２８】
図４及び図５は、第１の実施の形態において発生する面内及び面外の各進行性振動波の位相関係とロータ４の回転方向との関係を示す図である。
【００２９】
図４及び図５において、外周側グラフは面内５次の進行性振動波の波形を示しており、点線で示した中立線に対して外側部分が弾性体１の外側（外周側）の振幅を表し、中立線の内側部分が弾性体１の内側（内周側）の振幅を表している。一方、内周側グラフは、面外５次の進行性振動波の波形を示しており、点線で示した中立線に対して外側部分が弾性体１の上側（ロータ４側）の振幅を表し、中立線の内側部分が弾性体１の下側（圧電素子２側）の振幅を表している。また面内及び面外の進行性振動波は、反時計方向に弾性体１の周上に沿って移動している。ここで、図４と図５とではロータ４の回転方向が逆となる。これは、面内の進行性振動波の位相と面外の進行性振動波の位相とを異ならせることによって発生させることができるが、これを、図４及び図５を参照して、以下に詳述する。
【００３０】
ロータ４の回転方向を決めるのは、面外振動が摩擦部材３を介してロータ４に接する位置における、面内と面外の各楕円振動の円周方向成分を合成して得られる振動の方向である。図４および図５を参照すると、面外の楕円振動の円周方向成分が小さいことがわかるが、これは、この面外の楕円振動が生じている点が面外曲げ振動の中立面に近いためである。
【００３１】
このように、面外の楕円振動の円周方向成分が小さいため、面外曲げ振動が摩擦部材３を介してロータ４に接する位置での面内の楕円振動の円周方向成分が、ロータ４の回転方向をほとんど決めるようになっている。したがって、図４では、面外曲げ振動が、摩擦部材３を介してロータ４に接する弾性体１の上側に発生している時に、面内曲げ振動が弾性体１の外側に発生しているため、進行性振動波の進行方向と逆方向にロータ４が回転する。一方、図５では、面外曲げ振動が、摩擦部材３を介してロータ４に接する弾性体１の上側に発生している時に、面内曲げ振動が弾性体１の内側に発生しているため、進行性振動波の進行方向と同方向にロータ４が回転する。
【００３２】
第１の実施の形態では、面外の進行性振動波を発生させつつ、面内の進行性振動波の位相を変えることによって、ロータ４の回転方向を切り替えるようにする。これによって、それぞれの進行性振動波の回転方向は切り替えることなく、それぞれの進行性振動波の間の位相を変化させることによってロータ４の回転方向を切り替えることができる。また、進行性振動波の波形をほとんど乱すことなく、高速にロータ４の回転方向を切り替えることができる。
【００３３】
また、第１の実施の形態では、所定以上の振幅の面外曲げ振動を常に発生させるようにする。これによって、振動の振幅が小さい領域における不感帯（所定以上の振幅でないとロータ４が回転しない現象が発生する領域）が小さくなる。したがって、面内曲げ振動の振幅を変えることで、ロータ４の回転速度を安定して制御することができ、特に極低速から安定して高トルクで駆動が可能となる。
【００３４】
〔第２の実施の形態〕
次に、本発明の第２の実施の形態を説明する。
【００３５】
図６は、第２の実施の形態に係る振動型駆動装置の構成を示す側断面図である。
【００３６】
図６において５は圧電素子、６は弾性体であり、弾性体６は、弾性体６−ａと弾性体６−ｂとからなっており、圧電素子５を弾性体６−ａと弾性体６−ｂとで上下から挟持している。７はロータであり、ロータ７−ａとロータ７−ｂとからなっていて、不図示の加圧手段によってロータ７−ａとロータ７−ｂとが弾性体６を挟み込むように加圧され、これによって、ロータ７は弾性体６に励起される振動に応じて回転する。８は固定部材であり、固定部材８−ａと固定部材８−ｂとからなり、弾性体６−ａと弾性体６−ｂとを弾性体６の回転中心で上下から挟持する。９は、ロータ７の回転中心に固定された回転軸である。
【００３７】
図６に示す振動型駆動装置における圧電素子５、弾性体６、固定部材８からなる振動体に対して、詳しくは図９及び図１０を参照して後述する方法により、面外倒れ振動と面内２次曲げ振動とを同時に発生させ、これによって、ロータ７の回転方向及び回転速度を制御するようにしている。ここではまず、面外倒れ振動と面内２次曲げ振動とについて説明する。
【００３８】
図７及び図８は、圧電素子５、弾性体６、固定部材８からなる振動体に励起される面外倒れ振動と面内２次曲げ振動とを示す図であり、図７と図８とでは、面内２次曲げ振動の位相の違いからロータ７の回転方向が逆となっている。図７及び図８においてそれぞれ、（Ａ）は面外倒れ振動を、（Ｂ）は面内２次曲げ振動を示すとともに、上から下へ矢印に従って振動が時間的に変化する様子を表している。
【００３９】
まず図７を参照して、圧電素子５、弾性体６、固定部材８からなる振動体の振動の変化について説明する。
【００４０】
面外倒れ振動は、回転軸９の中心軸を法線とする平面に対して、本来同一平面上に位置する上記振動体が傾きをもつ振動である。図７（Ａ）は、回転軸９の中心軸に垂直な方向から上記振動体を見た図であり、図７（Ａ）に示すハッチングは振動体の裏面を示しており、振動体の倒れる方向（傾き方向）が回転中心軸を中心に回転する様子を示している。
【００４１】
面内２次曲げ振動は、上記振動体の外側円環部が面内２次曲げモードで振動する振動である。図７（Ｂ）は、回転軸９の中心軸方向から上記振動体の振動波形を見た図であり、該振動波形は、面外倒れ振動と同方向に回転中心軸を中心に回転している。なお、後述するように、面外倒れ振動の周波数に対して面内２次曲げ振動の周波数を２倍に設定するので、面内２次曲げ振動の振動波形は、面外倒れ振動が回転軸中心に半周する毎に同じ振動波形となる。
【００４２】
面外倒れ振動と面内２次曲げ振動とは、同時に上記振動体に励起される。その際、弾性体６とロータ７の接触部において、面外倒れ振動に起因する成分は上下に突き上げる成分がほとんどであるためロータ７がほとんど回転しないが、面内２次曲げ振動に起因する成分は、図７（Ｂ）に示したように面内２次曲げ振動の進行方向と逆方向に回転する楕円振動となっており、面外倒れ振動がロータ７を突き上げるタイミングで接する楕円振動の振動方向にロータ７が回転する。したがって、面内２次曲げ振動の回転方向と逆の方向にロータ７が回転する。
【００４３】
また、図６の構成図に示したようにロータ７は圧電素子５、弾性体６、固定部材８からなる振動体の上下から挟む構成となっているため、ロータ７−ａとロータ７−ｂとが、振動体の同じ方向の楕円振動と接しなければロータ７が回転しないが、面内２次曲げ振動の場合、突き上げることになる振動体の回転中心軸を挟んだ両側の楕円振動は、上述のように２倍の周波数設定のために同じ回転方向であり、これらの楕円振動が同じタイミングでロータ７−ａ及びロータ７−ｂと接するため、ロータ７が回転する。
【００４４】
図８は、ロータ７が図７と逆方向に回転する場合の振動を示している。図８は、図７の表示形態と同じであるが、面外倒れ振動に対する面内２次曲げ振動の位相が図７とは異なっている。ただし、面外倒れ振動の回転方向と面内２次曲げ振動の回転方向は図７と同じである。
【００４５】
図７では、弾性体６がロータ７に接するタイミング、つまり面外倒れ振動がロータ７を突き上げるタイミングで、面内２次曲げ振動の長径方向の振動が弾性体６とロータ７の接触部に発生しており、弾性体６とロータ７の接触部が面内２次曲げ振動の進行方向と逆方向に運動しているタイミングで弾性体６とロータ７が接しており、ロータ７が面内２次曲げ振動の進行方向と逆方向に回転している。これに対し図８では、弾性体６がロータ７に接するタイミングで、面内２次曲げ振動の短径方向の振動が弾性体６とロータ７の接触部に発生しており、弾性体６とロータ７の接触部が面内２次曲げ振動の進行方向に運動しているタイミングで弾性体６とロータ７が接しており、ロータ７が面内２次曲げ振動の進行方向に回転している。
【００４６】
次に、振動体に面外倒れ振動及び面内２次曲げ振動をどのように励振するかについて、図９及び図１０を参照して説明する。
【００４７】
図９は、図６に示すロータ７と回転軸９とを除いた圧電素子５、弾性体６、固定部材８からなる振動体を示す側断面図であり、圧電素子５の内部構成を示すための図である。
【００４８】
圧電素子５は、４つの区画に分かけられた圧電素子５−ａ，５−ｂ，５−ｃ，５−ｄからなる。なお、図１０を参照して後述するように、圧電素子５は回転方向にも分割されている。圧電素子５−ａ，５−ｂ，５−ｃ，５−ｄはそれぞれ、独立に伸縮するように構成されており、上下方向（回転軸方向）に分極処理されている。
【００４９】
ここで、圧電素子５−ａと圧電素子５−ｄとに同相の交流電圧を印加するとともに、圧電素子５−ｂと圧電素子５−ｃとにも同相の交流電圧を印加し、圧電素子５−ａと圧電素子５−ｂとの間に逆相の交流電圧を印加するとともに、圧電素子５−ｃと圧電素子５−ｄとの間にも逆相の交流電圧を印加する。これにより、振動体が図９の紙面上において時計回り方向または反時計回り方向に揺動する面外倒れ振動が発生する。
【００５０】
そして、回転中心軸に対して９０°回転した方向、つまり図９の紙面と直交する方向にも同様の圧電素子区画を設けると共に、上記交流電圧と９０°位相のずれた交流電圧を印加するようにする。これにより、図７（Ａ）および図８（Ａ）に示すように、面外倒れ振動が回転軸を中心に回転する。
【００５１】
図１０は、圧電素子５を回転軸方向から見た平面図である。
【００５２】
圧電素子５の周上に８つの電極区画５−ｅ〜５−ｌを設ける。圧電素子５の電極区画５−ｅ〜５−ｌには、面内２次曲げ振動と上記面外倒れ振動の両方の振動を同時に励起する電圧を印加するが、まず面内２次曲げ振動を励起するための電圧について説明する。
【００５３】
面内２次曲げ振動モードの固有周波数は、上記面外倒れ振動の固有周波数の２倍の周波数にする。また、面内２次曲げ振動モードでは、弾性体６の円周上に２波の面内曲げ振動が形成されるので、面内曲げ振動の１波長分が４つの電極区画を占める。つまり電極区画５−ｅ〜５−ｌの各々は、４分の１波長分を占める。そこで、電極区画５−ｅ〜５−ｌに、９０°ずつ位相のずれた交流電圧をそれぞれ印加するようにすれば、面内２次曲げ振動が、図９の回転中心軸を中心に面外倒れ振動と同じ方向に回転する。
【００５４】
ここで、面外倒れ振動と面内２次曲げ振動とを同時に励起するには、面外倒れ振動の周波数をもつ交流電圧と、その２倍の周波数である面内２次曲げ振動の周波数をもつ交流電圧とを合成した交流電圧を、図１０の電極区画５−ｅ〜５−ｌに印加する必要がある。また、ロータ７の回転方向を定めるために、面外倒れ振動と面内２次曲げ振動との間の位相差を所定の位相とする必要がある。また電極区画５−ｅ〜５−ｌの各々には、位相を所定量ずつずらした交流電圧を印加する必要がある。
【００５５】
なお、図９を参照した上記説明では、９０°位相のずれた交流電圧を印加するとしており、これで面外倒れ振動を回転させるには十分であるのだが、圧電素子５の電極区画を円周に沿って８区画設けているので、面外倒れ振動を回転させるために４５°ずつ位相のずれた交流電圧を印加するようにする。
【００５６】
図１１及び図１２は、圧電素子５の電極区画５−ｅ〜５−ｌにそれぞれ印加すべき交流電圧の波形Ｖ１〜Ｖ８を示す図である。図１１と図１２とは、ロータ７の回転方向が逆の場合を示している。
【００５７】
図１１及び図１２において、各波形は、基本波である面外倒れ振動を発生するための周波数をもった交流波形と、基本波の２倍の周波数であって面内２次曲げ振動を発生するための周波数をもった交流波形とが合成されたものとなっている。
【００５８】
なお、図９を参照した上記の面外倒れ振動の説明では、圧電素子５の厚み方向を２つに分割して圧電素子５−ａ，５−ｂ，５−ｃ，５−ｄの４区画に分けて、圧電素子５−ａ，５−ｄに同相の交流電圧を、また圧電素子５−ｂ，５−ｃにも同相の交流電圧を印加するとし、一方、圧電素子５−ａ，５−ｂに逆相の交流電圧を、また圧電素子５−ｃ，５−ｄにも逆相の交流電圧を印加すると説明した。しかし実際には、圧電素子５の厚み方向に２分割された各々において、図１０に示すように、円周方向に８つの電極区画に分割されるので、圧電素子５は１６の領域に分割される。そして、圧電素子５の厚み方向に２分割された上側および下側における各領域にそれぞれ印加される交流電圧は、回転軸に対して１８０°回転対称となるように、圧電素子５内の配線がなされる。
【００５９】
図１１は、図７に示す振動状態を発生させるための印加電圧波形の例を示しており、交流電圧波形Ｖ１（実線）と重ねて示した破線は面外倒れ振動を表し、一点鎖線は、面外倒れ振動の２倍の周波数をもつ面内２次曲げ振動を表している。
【００６０】
図７で示したように、面外倒れ振動がロータ７を突き上げる位相（面外倒れ振動の山）と面内２次曲げ振動の長径部（面内２次曲げ振動の山）の位相が一致するように、交流電圧Ｖ１〜Ｖ８の２次高調波成分の位相を設定する必要がある。そこで、面外倒れ振動及び面内２次曲げ振動がそれぞれの共振周波数で振動しているとすると、それぞれ印加電圧に対する振動の位相遅れは９０°であるため、交流電圧波形Ｖ１〜Ｖ８では、基本波成分と面外倒れ振動との位相差を９０°、基本波の２次高調波成分と面内２次曲げ振動との位相差を９０°と設定する。図から分かるように倒れ振動と面内２次曲げ振動の周波数が異なるため、位相差が９０°と同じでも時間的な遅れは異なるので印加電圧の波形は、単純に振動波形を合成したものとは異なる波形となっている。
【００６１】
図１２は、図８に示す振動状態を発生させるための印加電圧波形の例を示しており、表示形態は図１１と同じである。図１１との相違は、図１２での２次高調波が、図１１の２次高調波と逆相となっている点である。すなわち、図８で示すように、面外倒れ振動がロータ７を突き上げる位相（面外倒れ振動の山）と面内２次曲げ振動の短径部（面内２次曲げ振動の谷）の位相とを一致させるべく、図１２に示す交流電圧波形Ｖ１〜Ｖ８において２次高調波成分の位相を設定している。
【００６２】
なおここでは、面内方向の振動として、面内２次曲げモードを用いたが、偶数次の曲げモードでありさえすれば、他の次数の面内曲げモードであっても、本実施の形態のように上下から弾性体６をロータ７で挟む構成において、弾性体６から上下のロータ７に駆動力を働かせることは可能である。但しその場合、次数に応じた倍数の周波数（４次なら４倍の周波数）の高調波成分を印加電圧に重畳する必要がある。また面内曲げモードを３次以上の奇数次の曲げモードとする場合には、ロータ７の上下のロータ７−ａ，７−ｂのうち一方を削除して、弾性体６の一方の面からのみ駆動力を得る構成とする必要がある。この場合も、偶数次と同様に、次数に応じた倍数の周波数（３次なら３倍の周波数）の高調波成分を印加する必要がある。
【００６３】
また、面内振動の最低次として面内に揺動する振動モードを用いてもよい。その場合、上記面外倒れ振動と同じ周波数となるため、同じ圧電素子に駆動信号を重畳して駆動することができない。そのため面内振動生成用の専用の圧電素子（例えば面内方向に分極した圧電素子や、せん断変形する圧電素子等）で駆動する必要がある。
【００６４】
〔第３の実施の形態〕
次に、本発明の第３の実施の形態を説明する。
【００６５】
第３の実施の形態は、図１に示す第１の実施の形態に係る振動型駆動装置と同一の構成をもつ振動型駆動装置を駆動するための駆動制御装置に関する。
【００６６】
図１３は、第３の実施の形態における振動型駆動装置の駆動制御装置の構成を示すブロック図である。
【００６７】
図１３において１０は、図１に示す第１の実施の形態に係る振動型駆動装置と同一の構成をもつ振動型駆動装置であり、図２に示すような駆動電圧Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃ，Ｖｄが印加される。以下においては、第１の実施の形態に係る振動型駆動装置の構成を流用して説明する。
【００６８】
１１はＣＰＵであり、不図示の指令手段からの速度指令に従って振動型駆動装置１０の速度を制御する。１２は駆動電圧生成部であり、ＣＰＵ１１からの周波数指令と振幅指令１、及び振幅指令２とに従って振動型駆動装置１０を駆動するための４相の交流電圧信号を出力する。１３はインダクタ回路であり、振動型駆動装置１０の圧電素子の制動容量とのマッチングをとるためのものであり、駆動電圧生成部１２からの４相交流電圧信号を各相に対応したインダクタを介して駆動電圧Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃ，Ｖｄとして出力する。１４は、振動型駆動装置１０のロータ４の回転を検出するためのロータリーエンコーダであり、１５は、ロータリーエンコーダ１４の２相の出力信号ＰＡ，ＰＢをカウントして回転角度を検出するためのカウンタである。
【００６９】
図１４は、振動型駆動装置１０の起動加速時の駆動電圧Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃ，Ｖｄとロータリーエンコーダ１４の出力信号ＰＡ，ＰＢとカウンタ１５の出力信号とを示すタイミングチャートである。図１５は、振動型駆動装置１０の起動加速時において、ＣＰＵ１１によって振動型駆動装置１０に対して行われる起動加速制御の手順を示すフローチャートである。
【００７０】
以下、図１４及び図１５を参照して、図１３に示す振動型駆動装置の駆動制御装置の動作を説明する。
【００７１】
駆動電圧Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃ，Ｖｄは、振動型駆動装置１０に印加される４相の駆動電圧であり、出力信号ＰＡ，ＰＢは、振動型駆動装置１０の回転速度に応じて周波数が変化する９０°位相のずれたパルス信号であり、回転方向が切り替わると位相が反転する。カウンタ１５は、このパルス信号をカウントして、振動型駆動装置１０の回転位置を表す信号をＣＰＵ１１へ出力する。
【００７２】
第１の実施の形態で説明したように、振動型駆動装置１０は、面内曲げ振動の振幅及び面外曲げ振動と面内曲げ振動との位相差によって、その回転方向及び回転速度が制御されるように構成されている。振動型駆動装置１０の停止時に、不図示の指令手段から回転速度指令がＣＰＵ１１に入力されると、ＣＰＵ１１が、予め決められた所定周波数Ｆ１を指令する周波数指令信号と、それぞれ振幅０を指令する振幅指令１信号および振幅指令２信号とを駆動電圧生成部１２へ出力する（図１５のステップＳ１）。これを受けた駆動電圧生成部１２は、周波数指令信号で指令された周波数をもち、振幅指令１信号で指令された振幅をもつ駆動電圧Ｖａ，Ｖｂに相当する２相の交流電圧信号をインダクタ回路１３に出力するとともに、周波数指令信号で指令された周波数をもち、振幅指令２信号で指令された振幅をもつ駆動電圧Ｖｃ，Ｖｄに相当する２相の交流電圧信号をインダクタ回路１３に出力する。
【００７３】
そしてＣＰＵ１１は、振幅指令１信号および振幅指令２信号によってそれぞれ指令する各振幅を同じように序々に増加させ（ステップＳ２）、振幅指令１信号および振幅指令２信号によってそれぞれ指令する各振幅が所定振幅Ｖｏになるまで増加させ（ステップＳ３でＮＯ）、各振幅が所定振幅Ｖｏになると（ステップＳ３でＹＥＳ）、ステップＳ４へ進む。こうした各振幅を所定振幅Ｖｏまで増加させる過程では、図１４に示すように、駆動電圧Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃ，Ｖｄの各振幅が所定振幅Ｖｏまで増加し、面外曲げ振動のみが弾性体１に発生する。面外曲げ振動による楕円振動ではロータ４の回転方向の振動振幅成分が、該回転方向に直交する振動振幅成分に比べて小さい（例えば１／１０以下）ので、ロータ４はほとんど回転しない。
【００７４】
次に、振幅指令１信号及び振幅指令２信号によってそれぞれ指令する各振幅が所定の振幅ＶｏになるタイミングＴ１（図１４）を境に、ロータ４の回転を加速するために面内曲げ振動の振幅を序々に増加させていく。その方法は、駆動電圧Ｖａ，Ｖｂの振幅を振幅指令１信号で増加させつつ、駆動電圧Ｖｃ，Ｖｄの振幅を振幅指令２信号で減少させる（ステップＳ４、図１４）。面内曲げ振動の振幅は、駆動電圧Ｖａ，Ｖｂと駆動電圧Ｖｃ，Ｖｄとの差に応じて励起されるので、これによって増加して行く。なお、ロータ４の回転の加速中であっても、カウンタ１５の出力信号から得られるロータ４の回転位置情報の変化から算出した現在速度が、不図示の指令手段からの回転速度指令で指令された速度を超えたならば（ステップＳ５でＹＥＳ）本起動加速制御を終了する。
【００７５】
そして次に、振幅指令１信号によって指令する駆動電圧Ｖａ，Ｖｂの各振幅が所定の最大振幅Ｖｍａｘに達すると（ステップＳ６でＹＥＳ、図１４のタイミングＴ２）、振幅指令１信号による駆動電圧Ｖａ，Ｖｂの振幅の増加を停止する。
【００７６】
更にロータ４の回転の加速を続けるために、振幅指令２信号によって指令する駆動電圧Ｖｃ，Ｖｄの各振幅を減少させてゆき（ステップＳ７、図１４）、振幅指令２信号によって指令する振幅が０となり、駆動電圧Ｖｃ，Ｖｄの振幅が０になったら（図１４のタイミングＴ３）、更に加速を続けるために、振幅指令２信号によって指令する振幅を負の値にし、これによって駆動電圧Ｖｃ，Ｖｄの位相を反転して振幅を増加させて行き（図１４）、振幅指令２信号によって指令する駆動電圧Ｖｃ，Ｖｄの各振幅が所定値Ｖｍｉｎまで減少させる（ステップＳ９でＮＯ）。なお、ロータ４の回転の加速中に、ロータ４の現在速度が、不図示の指令手段からの回転速度指令で指令された速度を超えたならば（ステップＳ８でＹＥＳ）本起動加速制御を終了する。また、図１４からわかるように、加速を続けるために駆動電圧Ｖｃ，Ｖｄの位相を反転させた場合であっても、駆動電圧Ｖｃと駆動電圧Ｖｄの間の位相差は変化していない。
【００７７】
このようにして、起動加速時には、まずロータ４の弾性体１への加圧方向の振動である面外曲げ振動の振幅を所定振幅以上にして、ロータ４を高い保持力でほぼ停止させつつ浮上させることで不感帯を小さくし、次に面内曲げ振動の振幅を符号を含んで制御することで、低速から高速までトルク性能の変化が少なく、ダイナミックレンジの広い速度制御を実現する。
【００７８】
図１６は、振動型駆動装置１０の減速停止時の駆動電圧Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃ，Ｖｄとロータリーエンコーダ１４の出力信号ＰＡ，ＰＢとカウンタ１５の出力信号とを示すタイミングチャートである。図１７は、振動型駆動装置１０の減速停止時において、ＣＰＵ１１によって振動型駆動装置１０に対して行われる減速停止制御の手順を示すフローチャートである。
【００７９】
図１６に示すタイミングチャートは、図１４に示す起動加速時のタイミングチャートとまったく逆の動作を示している。ここでまず振動型駆動装置１０が高速で回転しており、駆動電圧Ｖａと駆動電圧Ｖｂとの位相差及び駆動電圧Ｖｃと駆動電圧Ｖｄとの位相差が共に９０°であり、駆動電圧Ｖａと駆動電圧Ｖｃ、駆動電圧Ｖｂと駆動電圧Ｖｄとが共に同相であるとする。ただし、タイミングＴ４より前では、駆動電圧Ｖｃと駆動電圧Ｖｄが共に負の値であるため、駆動電圧Ｖａと駆動電圧Ｖｃ、駆動電圧Ｖｂと駆動電圧Ｖｄとが共に逆相となる。この状態では、ＣＰＵ１１が、周波数指令信号として所定周波数Ｆ１を駆動電圧生成部１２へ出力しているとともに、振幅指令１信号として所定の最大振幅Ｖｍａｘを、振幅指令２信号として負の最小振幅Ｖｍｉｎを駆動電圧生成部１２へ出力している（図１７のステップＳ１１）。
【００８０】
この状態において、不図示の指令手段から減速指令がＣＰＵ１１に入力されると、ＣＰＵ１１は、振幅指令２信号が指令する振幅が正の所定振幅Ｖｐとなるまで、徐々に増加させていく（ステップＳ１２、Ｓ１３でＮＯ）。振幅指令２信号が指令する振幅が０となり（図１６のタイミングＴ４）、更に正の所定振幅Ｖｐに至ると（ステップＳ１３でＹＥＳ、図１６のタイミングＴ５）、振幅指令２信号が指令する振幅の増加を継続する一方、振幅指令１信号が指令する振幅を減少させる（ステップＳ１４）。
【００８１】
その結果、振幅指令１信号が指令する振幅がＶｏとなると（ステップＳ１５でＹＥＳ）、振動型駆動装置１０は面外曲げ振動のみとなり、ほぼ停止する。そして最後に振幅指令１信号及び振幅指令２信号がそれぞれ指令する振幅を同じ値とし、且つ同時に減少させて行き（ステップＳ１６）、双方の指令が０になるまでこれを続け（ステップＳ１７でＮＯ）、最終的に弾性体１の振動が停止する（ステップＳ１７でＹＥＳ）。
【００８２】
このように、起動加速時及び減速停止時には、加減速時における面内曲げ振動の制御と、振動停止時からの起動時及び振動の停止時における面外曲げ振動の制御とが必要になる。また、振動を停止せずに連続して位置を制御し続けることも可能である。それには面外曲げ振動を常に発生させておきながら、面内曲げ振動の符号を含んだ振幅制御を行い、ロータ４の回転停止、反転動作を含む速度制御を行う必要がある。
【００８３】
図１８は、振動型駆動装置１０の減速反転加速を連続的に行った場合の駆動電圧Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃ，Ｖｄとロータリーエンコーダ１４の出力信号ＰＡ，ＰＢとカウンタ１５の出力信号とを示すタイミングチャートである。
【００８４】
図１８のタイミングＴ７では、駆動電圧Ｖａと駆動電圧Ｖｃ及び駆動電圧Ｖｂと駆動電圧Ｖｄはともに、同振幅同位相であり、面内曲げ振動の振幅が０であるので、ロータ４はほとんど停止しており、タイミングＴ７から左右両端へ行くに従って、駆動電圧Ｖａ，Ｖｂと駆動電圧Ｖｃ，Ｖｄとの振幅差が大きくなって、ロータ４の回転速度が増加して行くと共に、右側と左側とでは振幅差の符号が異なるため、ロータ４の回転方向が逆転している。タイミングＴ７におけるカウンタ１５の出力信号には減速停止加速の様子が示されている。
【００８５】
なお、第３の実施の形態では、面外曲げ振動による進行性振動波の振幅を大きくしてもほとんどロータ４が回転しないように構成されているが、これに代わって、ロータ４が所定の速度で回転する場合には、面内曲げ振動の振幅によって、この所定の速度を中心にして速度を制御するようにしてもよい。ここで、面内曲げ振動による進行性振動波の振幅を、ロータ４が少なくとも正逆転する範囲で変化させることが可能であれば、常に同じ方向の回転で速度を制御する場合には、低速から高速まで制御することができる。またこの場合、ロータ４の回転方向を切り替えるには、進行性振動波の回転方向を切り替えることで行うことになる。
【００８６】
また、第３の実施の形態では、面外曲げ振動による進行性振動波においてロータ４がほぼ停止するとしたが、実際には回転してしまう場合もある。その際には、面内振動の振幅を０とせずに、ロータ４が停止するように面内曲げ振動による進行性振動波の振幅を制御するようにしてもよい。
【００８７】
〔第４の実施の形態〕
次に、本発明の第４の実施の形態を説明する。
【００８８】
第４の実施の形態は、図６に示す第２の実施の形態に係る振動型駆動装置と同一の構成をもつ振動型駆動装置を駆動するための駆動制御装置に関する。
【００８９】
図１９は、第４の実施の形態における振動型駆動装置の駆動制御装置の構成を示すブロック図である。なお、第４の実施の形態における振動型駆動装置の駆動制御装置の構成は、図１３に示す第３の実施の形態における振動型駆動装置の駆動制御装置の構成と基本的に同じであるので、第４の実施の形態の説明では、第３の実施の形態の構成を流用して、異なる部分だけを説明する。
【００９０】
図１９において１７は、図６に示す第２の実施の形態に係る振動型駆動装置と同一の構成をもつ振動型駆動装置であり、図１１及び図１２に示すような駆動電圧Ｖ１〜Ｖ８が印加される。以下においては、第２の実施の形態に係る振動型駆動装置の構成を流用して説明する。
【００９１】
１８は、ＣＰＵ１１から送られる周波数指令信号と振幅指令１信号及び振幅指令２信号とに従って８相の交流電圧信号を出力する駆動電圧生成部であり、Ｄ級アンプを含み、振幅指令１信号によって基本波の振幅を設定するとともに、振幅指令２信号によって基本波と所定の位相関係を持つ２次高調波の振幅を設定し、これらを合成して数百ｋＨｚのＰＷＭ信号（パルス幅変調信号）として振動型駆動装置１７を駆動するための８相の交流電圧信号を出力する。１９は、振動型駆動装置１７の圧電素子の制動容量とのマッチングをとるためのインダクタ回路であり、駆動電圧生成部１８から送られた８相の交流信号を受けて、各相に対応したインダクタを介して駆動電圧Ｖ１〜Ｖ８を出力する。
【００９２】
図２０は、振動型駆動装置１７の起動加速時における駆動電圧波形Ｖ１〜Ｖ８を示すタイミングチャートである。図２１は、振動型駆動装置１７の起動加速時において、ＣＰＵ１１によって振動型駆動装置１７に対して行われる起動加速制御の手順を示すフローチャートである。
【００９３】
以下、図２０及び図２１を参照して、図１９に示す振動型駆動装置の駆動制御装置の動作を説明する。
【００９４】
振動型駆動装置１７の停止時に、不図示の指令手段から回転速度指令がＣＰＵ１１に入力されると、ＣＰＵ１１が、予め決められた所定周波数Ｆ１を指令する周波数指令信号と、それぞれ振幅０を指令する振幅指令１信号および振幅指令２信号とを駆動電圧生成部１８へ出力する（図２１のステップＳ２１）。
【００９５】
そしてＣＰＵ１１は、振幅指令２信号によって指令される振幅を０に保ったまま、振幅指令１信号によって指令される振幅を序々に所定振幅Ｖｑまで増加させていく（ステップＳ２２、Ｓ２３でＮＯ）。これにより、面外倒れ振動のみが弾性体１に発生し、該振動の振幅が増加していく。この面外倒れ振動による楕円振動ではロータ７の回転方向成分の振動振幅が小さいので、ロータ７はほとんど回転しない。
【００９６】
次に、振幅指令１信号によって指令される振幅が所定振幅Ｖｑに至ると（ステップＳ２３でＹＥＳ、図２０のタイミングＴ８）、ロータ７の回転を加速するために、振幅指令１信号によって指令される振幅を所定振幅Ｖｑに固定し、振幅指令２信号によって指令される振幅を増加させる（ステップＳ２４）。これにより、面内２次曲げ振動による進行性振動波の振幅が序々に増加する。図２０に、タイミングＴ８を境にして高調波が増加していく様子が示されている。そして振幅指令２信号によって指令される振幅が最大振幅Ｖｍａｘに達すると（ステップＳ２６でＹＥＳ）、振幅指令２によって指令される振幅の増加を停止して加速動作を終了する。なお、加速中であっても、カウンタ１５の出力信号から得られるロータ７の回転位置情報の変化を基に算出したロータ７の現在速度が、不図示の指令手段からの回転速度指令によって指令された速度を超えたならば（ステップＳ２５でＹＥＳ）、本起動加速制御を終了する。
【００９７】
図２２は、振動型駆動装置１７の減速反転加速を連続的に行った場合の駆動電圧波形Ｖ１〜Ｖ８を示すタイミングチャートである。
【００９８】
ここでは、振幅指令１信号によって指令される振幅を所定の振幅Ｖｑに保ったまま、振幅指令２信号によって指令される振幅を−ＶｍａｘからＶｍａｘまで変化させて、駆動電圧の２次高調波の符号を含む振幅を制御し、これによって、回転方向を含めたロータ７の速度制御を行う。
【００９９】
〔第５の実施の形態〕
次に、本発明の第５の実施の形態を説明する。
【０１００】
第１の実施の形態では、ロータ４を弾性体１の面外方向から摩擦部材３を介して弾性体１に加圧接触させ、面内曲げ振動の振幅を変えることでロータ４の回転速度を制御するように構成したが、これに代わって、面内の曲げ振動と面外の曲げ振動とにおける役割を入れ替えるようにしてもよい。
【０１０１】
図２３は、第１の実施の形態における面内曲げ振動と面外曲げ振動とにおける役割を入れ替えた、第５の実施の形態における振動型駆動装置の構成を示す側断面図を示す。
【０１０２】
図２３に示す構成では、ロータ１０４が摩擦部材１０３を介して弾性体１０１に、面内方向から弾性体１０１の中心に向けて加圧接触している。この場合、面内曲げ振動による進行性振動波を常に発生させていても、面外曲げ振動が発生していなければロータ１０４がほとんど回転しないように、弾性体１０１を設計する。これにより、面内曲げ振動による進行性振動波の進行方向と面外曲げ振動による進行性振動波の進行方向とが同じ方向となるように、圧電素子１０２への印加電圧を調整しつつ、面外曲げ振動による進行性振動波の振幅を、符号を含めて制御することで、ロータ１０４の回転方向を含めた回転速度を制御することができる。
【０１０３】
なお、上述した振動型駆動装置では、面内曲げ振動による進行性振動波と面外曲げ振動による進行性振動波との位相関係が、同相か逆相である場合について説明したが、これらの位相差が９０°であってよく、この場合について以下に説明する。
【０１０４】
図２４は、図２３に示す振動型駆動装置において、面内曲げ振動の進行性振動波と面外曲げ振動の進行性振動波との位相差が９０°である場合における進行性振動波の振動の様子を示す図である。
【０１０５】
図中１６は円環状の弾性体を示しており、この位相差が９０°である場合の進行性振動波は、弾性体１６の円周上を、螺旋を描くように進行する。位相差が９０°であるか−９０°であるかによって螺旋の回転方向が反転し、もし弾性体１６の内周または外周に移動体を加圧接触すれば、弾性体１６の平面と直交する方向の駆動力を得ることが可能である。すなわち、面内曲げ振動と面外曲げ振動とによる進行性振動波の振幅及び位相差を制御することで、回転運動と直線運動との２自由度の運動を制御することが可能である。
【０１０６】
〔他の実施の形態〕
なお、本発明の目的は、前述した各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、システムまたは装置に供給し、そのシステムまたは装置のコンピュータ（またはＣＰＵ、ＭＰＵ等）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。
【０１０７】
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本発明の新規な機能を実現することになり、そのプログラムコードを記憶した記憶媒体およびプログラムは本発明を構成することになる。
【０１０８】
また、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、フレキシブルディスク、ハードディスク、光ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＷ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＡＭ、ＤＶＤ−ＲＷ、ＤＶＤ＋ＲＷ、磁気テープ、不揮発性のメモリカード、ＲＯＭ等を用いることができる。或いは、上記プログラムは、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供給される。
【０１０９】
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、前述した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、コンピュータ上で稼動しているＯＳ（オペレーティングシステム）等が実際の処理の一部または全部を行い、その処理によって前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。
【０１１０】
更に、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または全部を行い、その処理によって前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。
【図面の簡単な説明】
【０１１１】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る振動型駆動装置の構成を示す側断面図である。
【図２】圧電素子に形成された電極と、該電極における分極の極性とを示す平面図である。
【図３】弾性体を上面から見た平面図である。
【図４】第１の実施の形態において発生する面内及び面外の各進行性振動波の第１の位相関係とロータの回転方向との関係を示す図である。
【図５】第１の実施の形態において発生する面内及び面外の各進行性振動波の第２の位相関係とロータの回転方向との関係を示す図である。
【図６】第２の実施の形態に係る振動型駆動装置の構成を示す側断面図である。
【図７】圧電素子、弾性体、固定部材からなる振動体に励起される面外倒れ振動と第１の位相をもつ面内２次曲げ振動とを示す図である。
【図８】圧電素子、弾性体、固定部材からなる振動体に励起される面外倒れ振動と第２の位相をもつ面内２次曲げ振動とを示す図である。
【図９】図６に示すロータと回転軸とを除いた圧電素子、弾性体、固定部材からなる振動体を示す側断面図である。
【図１０】圧電素子を回転軸方向から見た平面図である。
【図１１】圧電素子の電極区画にそれぞれ印加すべき、第１の位相関係にある交流電圧の波形Ｖ１〜Ｖ８を示す図である。
【図１２】圧電素子の電極区画にそれぞれ印加すべき、第２の位相関係にある交流電圧の波形Ｖ１〜Ｖ８を示す図である。
【図１３】第３の実施の形態における振動型駆動装置の駆動制御装置の構成を示すブロック図である。
【図１４】振動型駆動装置の起動加速時の駆動電圧Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃ，Ｖｄとロータリーエンコーダの出力信号ＰＡ，ＰＢとカウンタの出力信号とを示すタイミングチャートである。
【図１５】振動型駆動装置の起動加速時において、ＣＰＵによって振動型駆動装置に対して行われる起動加速制御の手順を示すフローチャートである。
【図１６】振動型駆動装置の減速停止時の駆動電圧Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃ，Ｖｄとロータリーエンコーダの出力信号ＰＡ，ＰＢとカウンタの出力信号とを示すタイミングチャートである。
【図１７】振動型駆動装置の減速停止時において、ＣＰＵによって振動型駆動装置に対して行われる減速停止制御の手順を示すフローチャートである。
【図１８】振動型駆動装置の減速反転加速を連続的に行った場合の駆動電圧Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃ，Ｖｄとロータリーエンコーダの出力信号ＰＡ，ＰＢとカウンタの出力信号とを示すタイミングチャートである。
【図１９】第４の実施の形態における振動型駆動装置の駆動制御装置の構成を示すブロック図である。
【図２０】振動型駆動装置の起動加速時における駆動電圧波形Ｖ１〜Ｖ８を示すタイミングチャートである。
【図２１】振動型駆動装置の起動加速時において、ＣＰＵによって振動型駆動装置に対して行われる起動加速制御の手順を示すフローチャートである。
【図２２】振動型駆動装置の減速反転加速を連続的に行った場合の駆動電圧波形Ｖ１〜Ｖ８を示すタイミングチャートである。
【図２３】第１の実施の形態における面内曲げ振動と面外曲げ振動とにおける役割を入れ替えた、第５の実施の形態における振動型駆動装置の構成を示す側断面図を示す。
【図２４】図２３に示す振動型駆動装置において、面内曲げ振動の進行性振動波と面外曲げ振動の進行性振動波との位相差が９０°である場合における進行性振動波の振動の様子を示す図である。
【符号の説明】
【０１１２】
１，６  弾性体
２，５  圧電素子
３  摩擦部材
４，７  ロータ（移動体）
８  固定部材（振動体）
９  回転軸
１０，１７  振動型駆動装置
１１  ＣＰＵ
１２，１８  駆動電圧生成部
１３，１９  インダクタ回路
１４  ロータリーエンコーダ
１５  カウンタ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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