(57)【要約】    【課題】  低速での駆動状態を長期間にわたって続けても、出力性能を維持できる振動型駆動装置の制御装置を提供する。    【解決手段】  弾性体１Ａおよび電気−機械エネルギ変換素子２を有する振動体１と、振動体に接触する接触体６とを有し、電気−機械エネルギ変換素子に複数の駆動信号を印加して、振動体に進行性振動を励起し、振動体と接触体とを相対移動させる振動型駆動装置の制御装置において、該制御装置は、進行性振動の最大変位が増減し、かつその最大変位が極大となる位置が振動体と接触体の相対移動方向に変化するように駆動信号を制御する。【選択図】  図１２
2005269821.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
弾性体および電気−機械エネルギ変換素子を有する振動体と、前記振動体に接触する接触体とを有し、前記電気−機械エネルギ変換素子に複数の駆動信号を印加して、前記振動体に進行性振動を励起し、前記振動体と接触体とを相対移動させる振動型駆動装置の制御装置であって、
前記進行性振動の最大変位が増減し、かつその最大変位が極大となる位置が前記振動体と前記接触体の相対移動方向に変化するように前記駆動信号を制御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２】
弾性体および電気−機械エネルギ変換素子を有する振動体と、前記振動体に接触する接触体とを有し、前記電気−機械エネルギ変換素子に複数の駆動信号を印加して、前記振動体に進行性振動を励起し、前記振動体と前記接触体とを相対移動させる振動型駆動装置の制御装置であって、
前記進行性振動の最大変位が増減し、かつその最大変位が極大となる位置が前記振動体と前記接触体の相対移動方向に変化するように前記複数の駆動信号を異なる時間的位相をもって周期的に制御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３】
前記複数の駆動信号の振幅と位相を異なる時間的位相をもって周期的に変化させることを特徴とする請求項１又は２に記載の振動型駆動装置の制御装置。
【請求項４】
前記複数の駆動信号の振幅を異なる時間的位相をもって周期的に変化させることを特徴とする請求項１又は２に記載の振動型駆動装置の制御装置。
【請求項５】
前記駆動信号の周波数の変化に対して前記進行性振動の最大変位を変化させるよう前記駆動信号を制御することを特徴とする請求項１から４のいずれか１つに記載の振動型駆動装置の制御装置。
【請求項６】
前記振動型駆動装置の速度を検出する速度検出手段を有し、
前記速度検出手段の検出結果に応じて前記進行性振動の最大変位を変化させるよう前記駆動信号を制御することを特徴とする請求項１から４のいずれか１つに記載の振動型駆動装置の制御装置。
【請求項７】
弾性体および電気−機械エネルギ変換素子を有する振動体と、前記振動体に接触する接触体とを有し、前記電気−機械エネルギ変換素子に複数の駆動信号を印加して、前記振動体に、同形状で位置的位相が異なる複数の振動を励起し、これら振動の合成により発生した進行性振動により、前記振動体と前記接触体とを相対移動させる振動型駆動装置の制御装置であって、
前記進行性振動が、振幅一定の進行性振動成分と、位置的位相が変化する定在波振動成分を含むように前記駆動信号を制御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８】
前記複数の駆動信号の振幅と位相を異なる時間的位相をもって周期的に変化させることを特徴とする請求項７に記載の振動型駆動装置の制御装置。
【請求項９】
前記定在波振動成分の位置的位相が前記振動体と前記接触体の相対移動方向に変化するように前記複数の駆動信号の振幅を異なる時間的位相をもって周期的に変化させることを特徴とする請求項７に記載の振動型駆動装置の制御装置。
【請求項１０】
前記駆動信号の周波数の変化に対して前記定在波振動成分を増減することを特徴とする請求項７に記載の振動型駆動装置の制御装置。
【請求項１１】
前記振動型駆動装置の速度を検出する速度検出手段を有し、前記速度検出手段の検出結果に応じて前記定在波振動成分を増減することを特徴とする請求項７に記載の振動型駆動装置の制御装置。
【請求項１２】
前記振動型駆動装置の駆動速度を検出する速度検出手段と、
前記速度検出手段により得られた速度信号と、与えられた速度指令値との偏差から駆動信号の周波数を決定する周波数制御手段と、
前記振動型駆動装置の駆動速度に対して予め定められたパラメータに応じて位相変調量および振幅変調量を決定する変調手段と、
前記変調手段により決定された位相変調量に応じて駆動信号を位相変調した信号を発生する位相制御手段と、
前記変調手段により決定された振幅変調量に応じて駆動信号のそれぞれに独立して振幅変調を施す振幅制御手段とを有することを特徴とする請求項３又は８に記載の振動型駆動装置の制御装置。
【請求項１３】
前記振動型駆動装置の駆動速度を検出する速度検出手段と、
前記速度検出手段により得られた速度信号と、与えられた速度指令値との偏差から駆動周波数を決定する周波数制御手段と、
前記振動型駆動装置の駆動速度に対して予め定められたパラメータに応じて振幅変調量を決定する変調手段と、
前記変調手段により決定された振幅変調量に応じて駆動信号のそれぞれに独立して振幅変調を施す振幅制御手段とを有することを特徴とする請求項４又は９に記載の振動型駆動装置の制御装置。
【請求項１４】
前記振動型駆動装置の駆動速度を検出する速度検出手段と、
前記速度検出手段から得られる速度信号と、与えられた速度指令値との偏差から駆動周波数を決定し、パルス信号を出力する周波数制御手段と、
前記振動型駆動装置の回転速度に対して予め定められたパラメータに応じて位相変調量およびパルス幅変調量を決定する変調手段と、
前記変調手段により決定された位相変調量に応じて前記パルス信号を位相変調する位相制御手段と、
前記変調手段により決定されたパルス幅変調量に応じてパルス信号のそれぞれに独立してパルス幅変調を施すパルス幅制御手段とを有し、
該位相変調およびパルス幅変調されたパルス信号に応じて電源電圧を出力するスイッチング素子および電源電圧を昇圧する昇圧手段によって構成される駆動回路により前記複数の駆動信号を生成することを特徴とする請求項２又は７に記載の振動型駆動装置の制御装置。
【請求項１５】
前記振動型駆動装置の駆動速度を検出する速度検出手段と、
前記速度検出手段から得られる速度信号と、与えられた速度指令値との偏差から駆動周波数を決定し、パルス信号を出力する周波数制御手段と、
前記振動型駆動装置の回転速度に対して予め定められたパラメータに応じてパルス幅変調量を決定する変調手段と、
前記変調手段により決定されたパルス幅変調量に応じて前記パルス信号をパルス幅変調するパルス幅制御手段とを有し、
該パルス幅変調されたパルス信号に応じて電源電圧を出力するスイッチング素子および電源電圧を昇圧する昇圧手段によって構成される駆動回路により前記複数の駆動信号を生成することを特徴とする請求項４又は９に記載の振動型駆動装置の制御装置。
【請求項１６】
弾性体および電気−機械エネルギ変換素子を有する振動体と、前記振動体に接触する接触体とを有し、前記電気−機械エネルギ変換素子に複数の駆動信号を印加して、前記振動体に進行性振動を励起し、前記振動体と前記接触体とを相対移動させる振動型駆動装置の制御装置であって、
周波数を異ならせた複数の進行性振動を同時に励起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】
前記複数の進行性振動は互いの進行方向が異なる進行性振動を含むことを特徴とする請求項１６に記載の振動型駆動装置の制御装置。
【請求項１８】
与えられた速度指令値に応じて同時に励起する進行性振動の数を異ならせることを特徴とする請求項１６に記載の振動型駆動装置の制御装置。
【請求項１９】
与えられた速度指令値に応じて進行方向の一致する進行性振動の数を変化させることを特徴とする請求項１６に記載の振動型駆動装置の制御装置。
【請求項２０】
前記振動型駆動装置の駆動速度に応じて同時に励起する進行性振動の数を異ならせることを特徴とする請求項１６に記載の振動型駆動装置の制御装置。
【請求項２１】
前記振動型駆動装置の駆動速度に応じて進行方向の一致する進行性振動の数を変化させることを特徴とする請求項１６に記載の振動型駆動装置の制御装置。
【請求項２２】
前記振動型駆動装置の駆動速度を検出する速度検出手段と、
前記速度検出手段により得られた速度信号と、与えられた速度指令値との偏差から複数の進行性振動それぞれの駆動周波数を決定する周波数制御手段と、
前記周波数制御手段により決定された駆動周波数に応じて前記複数の進行性振動を励起するための駆動信号を発生する駆動信号生成手段とを有することを特徴とする請求項１６に記載の振動型駆動装置の制御装置。
【請求項２３】
前記振動型駆動装置の駆動速度を検出する速度検出手段と、
前記速度検出手段により得られた速度信号と、与えられた速度指令値との偏差から複数の進行性振動それぞれの駆動周波数を決定する周波数制御手段と、
前記速度指令値から複数の進行性振動のそれぞれを形成する複数の定在波間の時間的位相を決定する位相制御手段と、
前記周波数制御手段により決定された駆動周波数および前記位相制御手段により決定された時間的位相に応じて前記複数の進行性振動を励起するための駆動信号を発生する駆動信号生成手段とを有することを特徴とする請求項１６に記載の振動型駆動装置の制御装置。
【請求項２４】
前記振動型駆動装置の駆動速度を検出する速度検出手段と、
前記速度検出手段により得られた速度信号と、与えられた速度指令値との偏差から複数の進行性振動それぞれの駆動周波数を決定する周波数制御手段と、
前記駆動速度から複数の進行性振動のそれぞれを形成する複数の定在波間の時間的位相を決定する位相制御手段と、
前記周波数制御手段により決定された駆動周波数および前記位相制御手段により決定された時間的位相に応じて前記複数の進行性振動を励起するための駆動信号を発生する駆動信号生成手段とを有することを特徴とする請求項１６に記載の振動型駆動装置の制御装置。
【請求項２５】
弾性体および電気−機械エネルギ変換素子を有する振動体と、前記振動体に接触する接触体とを有し、前記電気−機械エネルギ変換素子に複数の駆動信号を印加して、前記振動体に進行性振動を励起し、前記振動体と前記接触体とを相対移動させる振動型駆動装置の制御装置であって、
第１の進行性振動を励起する第１の駆動信号と、第１の進行性振動と周波数を異ならせた第２の進行性振動を励起する第２の駆動信号を、それぞれ間欠的な駆動信号群とし、かつ第１の駆動信号と第２の駆動信号を交互に前記電気−機械エネルギ変換素子に印加し、該第１および第２の進行性振動の一方の減衰振動が生じている間に他方の進行性振動を重畳させることを特徴とする振動型駆動装置の制御装置。
【請求項２６】
前記第１および第２の駆動信号群はそれぞれの駆動信号群内において時間的位相が一致することを特徴とする請求項２５に記載の振動方駆動装置の制御装置。
【請求項２７】
前記進行性振動の印加開始時の位相を、前記間欠的な駆動信号の生成前にそれぞれの駆動信号によって励起された進行性振動の減衰振動の位相と一致させることを特徴とする請求項２５に記載の振動型駆動装置の制御装置。
【請求項２８】
前記第１の進行性振動の減衰振動と前記第２の進行性振動の進行方向を異ならせることを特徴とする請求項２５に記載の振動型駆動装置の制御装置。
【請求項２９】
前記振動型駆動装置の駆動速度を検出する速度検出手段と、
前記速度検出手段により得られた速度信号から前記第１及び第２の進行性振動それぞれの駆動周波数を決定する周波数制御手段と、
前記周波数制御手段により決定された駆動周波数に応じて前記第１及び第２の進行性振動を励起するための駆動信号を発生する駆動信号生成手段とを有することを特徴とする請求項２５に記載の振動型駆動装置の制御装置。
【請求項３０】
前記振動型駆動装置の駆動速度を検出する速度検出手段と、
前記速度検出手段により得られた速度信号から前記第１及び第２の進行性振動それぞれの駆動周波数を決定する周波数制御手段と、
前記速度検出手段により得られた速度信号から前記第１及び第２の進行性振動それぞれを強制振動する継続時間を決定する時間制御手段と、
前記周波数制御手段により決定された駆動周波数および前時間制御手段により決定された継続時間に応じて前記第１及び第２の進行性振動を励起するための駆動信号を発生する駆動信号生成手段とを有することを特徴とする請求項２５に記載の振動型駆動装置の制御装置。
【請求項３１】
請求項１から３０のいずれか１つに記載の制御装置と、
前記制御装置により制御される振動型駆動装置と、
前記振動型駆動装置により駆動される駆動機構とを有することを特徴とする作動装置。
【請求項３２】
弾性体および電気−機械エネルギ変換素子を有する振動体と、前記振動体に接触する接触体とを有し、前記電気−機械エネルギ変換素子に複数の駆動信号を印加して、前記振動体に、同形状で位置的位相が異なる複数の振動を励起し、これら振動の合成により発生した進行性振動により、前記振動体と前記接触体とを相対移動させる振動型駆動装置の制御方法であって、
前記進行性振動の最大変位が増減し、かつその最大変位が極大となる位置が前記振動体と前記接触体の相対移動方向に変化するように前記駆動信号を制御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３３】
前記複数の駆動信号を異なる時間的位相をもって周期的に制御することを特徴とする請求項３２に記載の振動型駆動装置の制御方法。
【請求項３４】
前記複数の駆動信号の振幅と位相を異なる時間的位相をもって周期的に変化させることを特徴とする請求項３２又は３３に記載の振動型駆動装置の制御方法。
【請求項３５】
前記複数の駆動信号の振幅を時間的位相をもって周期的に変化させることを特徴とする請求項３２又は３３に記載の振動型駆動装置の制御方法。
【請求項３６】
弾性体および電気−機械エネルギ変換素子を有する振動体と、前記振動体に接触する接触体とを有し、前記電気−機械エネルギ変換素子に複数の駆動信号を印加して、前記振動体に、同形状で位置的位相が異なる複数の振動を励起し、これら振動の合成により発生した進行性振動により、前記振動体と前記接触体とを相対移動させる振動型駆動装置の制御方法であって、
前記進行性振動が、振幅一定の進行性振動成分と、位置的位相が変化する定在波振動成分を含むように前記駆動信号を制御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３７】
前記複数の駆動信号の振幅と位相を時間的位相をもって周期的に変化させることを特徴とする請求項３６に記載の振動型駆動装置の制御方法。
【請求項３８】
前記複数の駆動信号の振幅を異なる時間的位相をもって周期的に変化させることを特徴とする請求項３６に記載の振動型駆動装置の制御方法。
【請求項３９】
弾性体および電気−機械エネルギ変換素子を有する振動体と、前記振動体に接触する接触体とを有し、前記電気−機械エネルギ変換素子に複数の駆動信号を印加して、前記振動体に進行性振動を励起し、前記振動体と前記接触体とを相対移動させる振動型駆動装置の制御方法であって、
周波数を異ならせた複数の進行性振動を同時に励起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４０】
前記複数の進行性振動は、互いの進行方向が異なる進行性振動を含むことを特徴とする請求項３９に記載の振動型駆動装置の制御方法。
【請求項４１】
弾性体および電気−機械エネルギ変換素子を有する振動体と、前記振動体に接触する接触体とを有し、前記電気−機械エネルギ変換素子に複数の駆動信号を印加して、前記振動体に進行性振動を励起し、前記振動体と前記接触体とを相対移動させる振動型駆動装置の制御方法であって、
第１の進行性振動を励起する第１の駆動信号と、第１の進行性振動と周波数を異ならせた第２の進行性振動を励起する第２の駆動信号を、それぞれ間欠的な駆動信号群とし、かつ第１の駆動信号と第２の駆動信号を交互に電気−機械エネルギ変換素子に印加し、該第１および第２の進行性振動の一方の減衰振動が生じている間に他方の進行性振動を重畳させることを特徴とする振動型駆動装置の制御方法。
【請求項４２】
前記第１および第２の駆動信号群は、それぞれの駆動信号群内において時間的位相を一致することを特徴とする請求項４１に記載の振動方駆動装置の制御方法。
【請求項４３】
前記進行性振動の印加開始時の位相を、前記間欠的な駆動信号の生成前にそれぞれの駆動信号によって励起された進行性振動の減衰振動の位相と一致させることを特徴とする請求項４１に記載の振動型駆動装置の制御方法。
【請求項４４】
前記第１の進行性振動の減衰振動と前記第２の進行性振動の進行方向を異ならせることを特徴とする請求項４１に記載の振動型駆動装置の制御方法。
【請求項４５】
請求項３２から４４のいずれか１つに記載の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であることを特徴とする振動型駆動装置の制御プログラム。
【請求項４６】
情報処理装置によって読み取り可能なプログラムを記憶した記憶媒体であって、
前記プログラムは、請求項３２から４４のいずれか１つに記載の制御方法を前記情報処理装置に実行させるプログラムコードを有することを特徴とする記憶媒体。
【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し、該振動体と接触体とを相対移動させるいわゆる振動型駆動装置の制御に関する。
【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し、移動体（接触体）を駆動する振動型駆動装置は、低速度で大きな駆動力が取り出せるアクチュエータとして用いられている。
【０００３】
特に、特許文献１にて提案されている進行波型の振動型駆動装置は、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とにより、より滑らかな駆動が可能である。
【０００４】
この特許文献１に記載の振動型駆動装置では、振動体が円環形状の弾性体を用いて構成され、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いる。これら突起群の上面には、摩擦材料が接着されている。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】
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、それぞれの電極には、順に時間位相が９０°ずつ異なる略サイン波形状の交流電圧が供給される。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し、９０°ずつ異なる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、かつ位相が異なり、その合成によって進行性振動波（進行波）が形成される。
【０００６】
図４４に、振動型駆動装置の駆動を行うための駆動回路を示す。この駆動回路は、特許文献２にて記載された駆動回路であり、２２〜２９のＭＯＳＦＥＴで構成し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・オフ制御し、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、２次側に接続されたＡ（＋）、Ｂ（＋）、Ａ（−）、Ｂ（−）相に対応する端子３２〜３５に順次９０°位相のずれた交流電圧を供給する。
【０００７】
一方、異なる振動（モード）を重ね合せた、いわゆる定在波駆動型のモータは、例えば、特許文献３にて提案されているような縦振動とねじり振動を合成するものがある。この例では、縦振動とねじり振動を９０°の位相差をもって励起することにより、縦振動を振動体の移動体に対する離間および接触を行わせる振動として、ねじり振動を移動体を搬送する振動として用いている。
【０００８】
このような異なる振動モードの重ね合せにより駆動する振動型駆動装置は、異なる振動方向のモードを同じ周波数で駆動するために、異なる振動方向のモードに対して共振周波数を略一致させることが必要であるが、同形状で加工しても、振動体の材料の異方性などから共振周波数を一致させることが難しく、周波数の調整工程が必要となる。
【０００９】
これに対し、前述した同形状の振動（モード）の重ね合せによるいわゆる進行波型の振動型駆動装置は、振動モードが同じ変形の分布を持つモードであるために、振動方向による共振周波数の変化が出にくく、２つのモードの共振周波数を一致させるためにほとんど調整を必要としないという特徴がある。
【特許文献１】特開２００１−１５７４７３号公報
【特許文献２】特開２００２−１７６７８８号公報
【特許文献３】特開平８−２４２５９３号公報
【特許文献４】特開平８−８００７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、進行波型の振動型駆動装置では、同形状の振動（モード）の重ね合せであるがゆえに、以下のような問題がある。
【００１１】
図４５Ａ，図４５Ｂには、振動体（弾性体）と移動体との接触・駆動状態を模式的に示している。
【００１２】
図４５Ａ，図４５Ｂには、振動体１０１の振動変位と、移動体１０６の応答変位を示しており、振動体上の突起形状や摩擦材料は省略している。図中に実線矢印で示したのは振動体１０１の駆動振動であり、この駆動振動によって移動体１０６が白抜き矢印で示した方向に駆動される。図４５Ａは振動振幅が大きい高速駆動時を、図４５Ｂは、図４５Ａの場合よりも振動振幅が小さい低速駆動時の振動状態を示している。図４５Ｂのように、振動振幅を小さくすることによって各位置での送り速度を下げ、速度を落としている（速度は白抜き矢印の長さで表している）。
【００１３】
移動体１０６は、振動体１０１の振動形状に対して送り速度が大きい、すなわち変位が大きい部分に一部が接触するようにその曲げ剛性と応答性をもたせている。しかし、速度を下げるに従って、移動体１０６との接触領域が増加し、最終的には図４５Ｂに示すようにほとんど全面で接触した状態で低速駆動されることになる。
【００１４】
このような接触状態になると、接触面のほぼ全域に、部分的な振動体と移動体との速度差による滑り摩擦が働くために効率が低下する。さらに、接触面で生じた摩耗粉が外部に排出されにくくなり、砥粒として働くため、移動体および振動体の摩耗量が増加する。
【００１５】
ある程度の振動振幅を維持しながら速度を下げる手法としては、主として振動の応答性を高めるための手段としてではあるが、例えば特許文献４にて提案されているように、停止時に定在波に切り換える方法や、Ａ相、Ｂ相間の位相差を９０°から小さくして定在波に変化させる方法、あるいは、Ａ相、Ｂ相の一方の振動振幅を小さくする方法がある。
【００１６】
しかしながら、このような方法では、振動体と移動体との接触面に悪影響を及ぼす。
【００１７】
例えば、円環型の振動型駆動装置の場合、振動体に複数の曲げ変形を生ずるような振動モードを位置的位相を９０°ずらして重ね合せて用いる。
【００１８】
図４６は、振動体の振動を模式的に示した展開図であり、圧電素子１０２のＡ（＋），Ｂ（＋），Ａ（−），Ｂ（−）にそれぞれ時間位相が９０°異なる駆動電圧を供給した場合の振動の様子を示している。振動体１０１の各部に示した楕円‘ａ’〜‘ｇ’は、振動体の各位置に生じる楕円運動を示している。各楕円中に示した矢印は、楕円運動を構成するＡ，Ｂ相（実線矢印がＡ相を、点線矢印がＢ相を示す）の各振動成分である。
【００１９】
楕円運動を構成するＡ，Ｂの各相の振動成分は、位置によって方向が異なっている。ここで、Ａ相の振動振幅を小さくして定在波成分を生じさせると、場所によって縦振幅が減少する箇所と横振幅が減少する箇所とが分布して生じることにより、摩擦状態の不均一を生ずる。この不均一は、摩擦面の摩耗速度に差を生じさせるため、摩擦面の平面度の劣化を生じ、性能の低下の原因になる。
【００２０】
さらに、進行波振動の極大部、すなわち駆動力が大きい箇所が常に同じ位置に存在するため、移動体と振動体との面圧むらが生じたり、移動体の接触部の平面の凹凸によって移動体の回転と同期して回転むらが生じたりして、回転精度が低下するおそれがある。
【００２１】
本発明は、低速での駆動状態を長期間にわたって続けても、出力性能を維持できるようにした振動型駆動装置の制御装置および制御方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
上記の目的を達成するために、本発明は、弾性体および電気−機械エネルギ変換素子を有する振動体と、前記振動体に接触する接触体とを有し、前記電気−機械エネルギ変換素子に複数の駆動信号を印加して、前記振動体に進行性振動を励起し、前記振動体と接触体とを相対移動させる振動型駆動装置の制御装置において、前記進行性振動の最大変位が増減し、かつその最大変位が極大となる位置が前記振動体と前記接触体の相対移動方向に変化するように前記駆動信号を制御することを特徴とする。
【００２３】
また、本発明は、弾性体および電気−機械エネルギ変換素子を有する振動体と、前記振動体に接触する接触体とを有し、前記電気−機械エネルギ変換素子に複数の駆動信号を印加して、前記振動体に進行性振動を励起し、前記振動体と前記接触体とを相対移動させる振動型駆動装置の制御装置において、前記進行性振動の最大変位が増減し、かつその最大変位が極大となる位置が前記振動体と前記接触体の相対移動方向に変化するように前記複数の駆動信号を異なる時間的位相をもって周期的に制御することを特徴とする。
【００２４】
また、本発明は、弾性体および電気−機械エネルギ変換素子を有する振動体と、前記振動体に接触する接触体とを有し、前記電気−機械エネルギ変換素子に複数の駆動信号を印加して、前記振動体に、同形状で位置的位相が異なる複数の振動を励起し、これら振動の合成により発生した進行性振動により、前記振動体と前記接触体とを相対移動させる振動型駆動装置の制御装置において、前記進行性振動が、振幅一定の進行性振動成分と、位置的位相が変化する定在波振動成分を含むように前記駆動信号を制御することを特徴とする。
【００２５】
また、本発明は、弾性体および電気−機械エネルギ変換素子を有する振動体と、前記振動体に接触する接触体とを有し、前記電気−機械エネルギ変換素子に複数の駆動信号を印加して、前記振動体に進行性振動を励起し、前記振動体と前記接触体とを相対移動させる振動型駆動装置の制御装置において、周波数を異ならせた複数の進行性振動を同時に励起することを特徴とする。
【００２６】
また、本発明は、弾性体および電気−機械エネルギ変換素子を有する振動体と、前記振動体に接触する接触体とを有し、前記電気−機械エネルギ変換素子に複数の駆動信号を印加して、前記振動体に進行性振動を励起し、前記振動体と前記接触体とを相対移動させる振動型駆動装置の制御装置において、第１の進行性振動を励起する第１の駆動信号と、第１の進行性振動と周波数を異ならせた第２の進行性振動を励起する第２の駆動信号を、それぞれ間欠的な駆動信号群とし、かつ第１の駆動信号と第２の駆動信号を交互に電気−機械エネルギ変換素子に印加し、該第１および第２の進行性振動の一方の減衰振動が生じている間に他方の進行性振動を重畳させることを特徴とする。
【００２７】
また、本発明は、弾性体および電気−機械エネルギ変換素子を有する振動体と、前記振動体に接触する接触体とを有し、前記電気−機械エネルギ変換素子に複数の駆動信号を印加して、前記振動体に、同形状で位置的位相が異なる複数の振動を励起し、これら振動の合成により発生した進行性振動により、前記振動体と前記接触体とを相対移動させる振動型駆動装置の制御方法において、前記進行性振動の最大変位が増減し、かつその最大変位が極大となる位置が前記振動体と接触体の相対移動方向に変化するように前記駆動信号を制御する。
【００２８】
また、本発明は、弾性体および電気−機械エネルギ変換素子を有する振動体と、前記振動体に接触する接触体とを有し、前記電気−機械エネルギ変換素子に複数の駆動信号を印加して、前記振動体に、同形状で位置的位相が異なる複数の振動を励起し、これら振動の合成により発生した進行性振動により、前記振動体と前記接触体とを相対移動させる振動型駆動装置の制御方法において、前記進行性振動が、振幅一定の進行性振動波と、位置的位相が変化する定在波振動成分を含むように前記駆動信号を制御することを特徴とする。
【００２９】
また、本発明は、弾性体および電気−機械エネルギ変換素子を有する振動体と、前記振動体に接触する接触体とを有し、前記電気−機械エネルギ変換素子に複数の駆動信号を印加して、前記振動体に進行性振動を励起し、前記振動体と前記接触体とを相対移動させる振動型駆動装置の制御方法において、周波数を異ならせた複数の進行性振動を同時に励起することを特徴とする。
【００３０】
さらに、本発明は、弾性体および電気−機械エネルギ変換素子を有する振動体と、前記振動体に接触する接触体とを有し、前記電気−機械エネルギ変換素子に複数の駆動信号を印加して、前記振動体に進行性振動を励起し、前記振動体と前記接触体とを相対移動させる振動型駆動装置の制御方法において、第１の進行性振動を励起する第１の駆動信号と、第１の進行性振動と周波数を異ならせた第２の進行性振動を励起する第２の駆動信号を、それぞれ間欠的な駆動信号群とし、かつ第１の駆動信号と第２の駆動信号を交互に電気−機械エネルギ変換素子に印加し、該第１および第２の進行性振動の一方の減衰振動が生じている間に他方の進行性振動を重畳させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００３１】
本発明によれば、振動型駆動装置を低速で駆動する場合において、速度むらの少ない安定した駆動を行うことができるとともに、長期にわたって振動型駆動装置の安定した性能を維持することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。
【実施例１】
【００３３】
図１２には、本発明の実施例１である進行波型の振動型駆動装置の構成を示す。この振動型駆動装置は、ハウジング１０にビスなどで固定された振動体１と、振動体１に摩擦材５を介して摩擦接触する移動体６と、玉軸受け１５によってハウジング１０に回転自在に支持された出力軸１１と、移動体６を振動体１に加圧接触させるばね力を発生するとともに、移動体６の回転を出力軸１１に伝達する加圧ばね８とにより構成されている。出力軸１１には、不図示のギヤ等を介して、該振動型駆動装置を駆動源とする各種装置、機器等の作動装置２１の駆動機構２０が接続されており、駆動機構２０は出力軸１１からの出力を受けて作動する。
【００３４】
図１３には、上記振動型駆動装置に用いられている振動体１の裏面側から見た斜視図を示している。振動体１は、金属材料の切削加工あるいは粉末焼結などの型成形によって円環状に製作された弾性体１Ａと、この弾性体１Ａの裏面に貼り付けられた電気−機械エネルギ変換素子としての円環状の圧電素子２とから構成されている。電気−機械エネルギ変換素子にはこの他に電歪素子、磁歪素子等がある。
【００３５】
弾性体１Ａの軸方向一方（表面）の側には、複数の放射状の溝が軸方向に延びるよう形成されることにより、くし歯状の複数の突起４が形成されている。該複数の突起４の上面には摩擦材５が接着されている。摩擦材としては、ＰＴＦＥを主体とする複合樹脂材料や、用途に合わせて表面処理を施した金属材料や、アルミナセラミックが用いられる。
【００３６】
弾性体１Ａの軸方向他方の側（くし歯状突起が形成されていない側）の面には、圧電素子２が接着されており、この圧電素子２にはパターン電極２−１が蒸着又は印刷によって形成されている。
【００３７】
パターン電極２−１は、振動体１の弾性体１Ａに励起する振動（以下、振動モードともいう）の次数に対応して、次数の４倍の数に等分割されており、それぞれの電極には、順に時間位相が９０°ずつ異なる略サイン波形状の交流電圧が供給される。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供給すると、圧電素子２の伸縮により弾性体１Ａに曲げモーメントが加わり、これによって弾性体１Ａが共振振動する。９０°ずつ異なる交流電圧に対してそれぞれ励起される振動は、その合成によって進行波（進行性振動波）となる。
【００３８】
次に、上記振動型駆動装置の駆動方法（制御方法）について説明する。図１には、振動体のＡ相、Ｂ相の振動軌跡を示している。また、図２には、パターン電極を介して圧電素子２に供給する駆動信号（入力信号）のパターンを示す。さらに、図３には、駆動信号波形の記述を示す。
【００３９】
図１に示した振動軌跡は、Ａ相、Ｂ相の振動変位を横軸、縦軸として示したものであり、図２に示す駆動信号によって振動体１に図１に示すような振動が励起される。
【００４０】
ここで、Ａ（＋），Ｂ（＋），Ａ（−），Ｂ（−）の圧電素子２に駆動信号を供給する４相駆動の場合は、Ａ（＋）とＡ（−）およびＢ（＋）とＢ（−）は逆相になるため、省略してＡ相およびＢ相として示している（以下、他の実施例でも同様である）。
【００４１】
図２に示した駆動信号（Ａ相駆動電圧およびＢ相駆動電圧）は、図３に示した駆動角速度ωを持つ駆動信号を基本波（振幅一定の駆動電圧Ｖ）として振幅変調（定在波振幅ａ）と位相変調（転回角α）を同時にかけたものであり、その結果として図１に示すように進行波に定在波成分を生成し、さらにＡ，Ｂ平面上でその定在波成分が回転するような進行波を形成している。
【００４２】
次に、この駆動方法の作用を説明する。通常の振動型駆動装置の駆動方法では、位置的位相をπ／２として配置されたＡ相振動およびＢ相振動は、振幅を等しくし、時間的位相を互いにπ／２として振動を励起することによって、Ａ，Ｂ平面においては図１に破線で示す円軌跡をたどる。このＡ、Ｂ相の振動は、図４６に示したように、振動体の各部でその振動方向が異なっている。
【００４３】
図４Ａから図４Ｄは図１に示した本実施例の振動形態を振動体１の各部の振動をＡ相、Ｂ相の成分に分けて示した模式図であり、時間をおって図４Ａ，図４Ｂ，図４Ｃそして図４Ｄの振動状態へと変化する。実線矢印がＡ相の、点線矢印がＢ相の振動成分である。
【００４４】
図４Ａの状態では。Ａ相振幅＞Ｂ相振幅であるため、Ａ相の腹部での振動が最大となり、次第に楕円振動が回転して、図４Ｂの状態ではＡ相の腹部とＢ相の腹部の中間で振動振幅が最大となる。さらに、図４Ｃの状態では、Ｂ相の腹部での振動振幅が最大となり、同様に図４Ｄの状態を経て、また当初の図４Ａの振動形態に戻る。このように、振幅変調と位相変調とをかけることにより、図１に示したように、Ａ相およびＢ相振動で構成する定在波成分を回転させるようにしている。
【００４５】
この結果、Ａ相振動とＢ相振動の合成により形成される進行波の最大変位が増減し、かつその最大変位が極大となる位置が、振動体１上を、該振動体１と移動体６との相対駆動方向に移動することになる。
【００４６】
ここで、図１５は振動型駆動装置を一定の速度で駆動した際の、Ａ，Ｂ各相の振動振幅が等しく、時間的位相を９０°とした通常（従来）の進行波における振動変位の動きを表したものである。図中破線で表したのが各位置での進行波の振動変位の最大値を結んだ包絡線であり、振動変位の最大値が等しいことから、直線状の包絡線となっている。つまり、この進行波の最大変位には、増減もなく、極大値が存在しない。
【００４７】
また、図１６は振動型駆動装置を一定の速度で駆動した際の、課題の欄で図４６を用いて説明した従来の低速駆動方法として、Ｂ相の振動振幅を小さくした場合の進行波の振動変位の動きを表したものである。Ｂ相に対応した位置において振幅が減少するため、進行波の最大変位を結んだ包絡線は、図の破線で示すように、Ａ相位置を最大（極大）とする、進行波波長の半分のピッチの略正弦波形状になる。さらに、Ｂ相の振動振幅を減少させて０とすると、Ｂ相に対応する位置の振幅は０となり、Ａ相位置に腹を持つ定在波だけになる。Ａ相の振動振幅を小さくする場合も同様に、Ａ相位置に対応した位置の振幅が小さくなり、Ｂ相位置を最大（極大）とする略正弦波上の包絡線となる。
【００４８】
このように、従来の駆動方法では、進行波の振動変位の最大値が増減するが、Ａ相位置またはＢ相位置という決まった位置でその最大値が極大となるような進行波になる。そして、このように片相の振動振幅を小さくして定在波成分を生じさせると、決まった場所で縦振幅が減少する箇所と横振幅が減少する箇所とが分布して生じる。このため、振動体に移動体を加圧接触させた場合には、接触位置により摩擦状態の不均一を生ずる。この不均一は、摩擦面の摩耗速度に差を生じさせ、摩擦面の平面度の劣化を生じるため、回転むらの増加、適切な接触状態を維持できないことによる異音の発生など、性能の低下の原因になる。
【００４９】
さらに、振動振幅の大きい箇所が常に同じ位置に存在するため、移動体と振動子との面圧分布のむらや、移動体の接触部の平面の凹凸によって、移動体の回転と同期して定常的に回転むらが生じ、回転精度を著しく損なうことになる。
【００５０】
さらに、Ａ，Ｂ相の時間的位相を９０°から変化させる場合も、Ａ、Ｂ相の中間位置での振幅を増加させることになり、同様の性能低下の原因となる。
【００５１】
これらに対し、図１４には、振動型駆動装置を一定の速度で駆動した際の、本実施例の駆動方法により振動体１に励起される包絡線のみを示している。この図は、進行波の各位置での振動振幅の最大値を結んだ包絡線の動きを表している。従来の駆動方法では、図１６に示したように、振幅の最大値を結んだ包絡線の極大部の位置が一定であったのに対し、本実施例では、変調周期で決定される速度で振動変位の包絡線が移動していく。すなわち、本実施例では、進行波の振動変位の最大値（最大変位）が増減し、かつその最大変位が極大となる位置が順次若しくは連続的に移動する。
【００５２】
なお、駆動信号の振幅変調、位相変調に振動体１が応答するには、その変調周波数によって生ずる駆動信号の側波帯が振動体１を駆動可能な帯域内に入っていればよい。
【００５３】
変調により生成された定在波成分には、移動体６を駆動する駆動力はなく、移動体６を駆動できる駆動振動成分は、Ａ、Ｂ相に含まれる直交成分で与えられる。このため、駆動振動成分は、図４Ａから図４Ｄ中に破線で示した楕円の成分でしかなく、駆動速度もこの破線の楕円の大きさによって決定される。
【００５４】
本実施例によれば、駆動振動成分よりも大きな振動を生じさせながら、より低速度での駆動が可能となり、さらに進行波の最大変位が極大となる位置が変調周期にしたがって振動体１上を連続的に移動するため、移動体６との全面接触状態を避けることができ、特定の個所において摩耗が進む現象も避けることができる。
【００５５】
さらに、従来の駆動方法では、移動体の加圧面圧むらが生じたり、接触部の平面形状と振動体上での進行波の極大位置との関係による回転むら、トルクむらが生じたりしたが、本実施例によれば、進行波の極大位置を振動体上を移動させることにより、回転むら、トルクむらを振幅位相の変調周期内において平均化することが可能となり、変調周波数以下の回転むら、トルクむらを大幅に低減することができる。
【００５６】
このように本実施例では、Ａ相振動とＢ相振動とに独立した振幅変調と位相変調を施してＡ相とＢ相との合成波である進行波に定在波成分を含ませ、さらにＡＢ平面上での振動形状を回転させることによって、振動体１上に形成した進行波の最大変位の極大位置を順次（連続的に）移動させることができる。したがって、極低速駆動で駆動振動が微小になる条件においても大きな振幅で長期間にわたって安定して駆動することができる。
【実施例２】
【００５７】
図５には、本発明の実施例２である振動型駆動装置の駆動方法（制御方法）により駆動した場合の振動体１の振動軌跡を示す。本実施例の駆動方法は、実施例１にて説明した振動型駆動装置に適用されるものである。そして、本実施例でも、実施例１と同様に、振動体１上に形成した進行波の最大変位の極大位置を順次移動させることができる。
【００５８】
図６には、本実施例の駆動信号（入力信号）を示す。図７には、本実施例の駆動振幅を時間軸で示す。
【００５９】
本実施例は、Ａ相およびＢ相に、独立した振幅変調のみを施したものである。
【００６０】
図６に示すように、基本振幅をＶとして、変調振幅ａの振幅変調を、Ａ相とＢ相とで逆になるようにかけ、駆動周期より長い時間で見たときに、Ａ、Ｂ両相において均等に振幅を増大させている。
【００６１】
本実施例の場合は、図４Ａと図４Ｃで示した振動形態が得られる。このため、Ａ相およびＢ相の腹に相当する部分の振幅が大きくなり、Ａ相の腹部とＢ相の腹部の間の領域では振幅が小さくなるために、振動体１と移動体６の接触部全域にわたって均等な接触状態は得られない。それゆえ生じる偏摩耗によって回転むらの増大などが生じるおそれはあるが、そのような偏摩擦がＡ相、Ｂ相の両相に均等に生じるため、駆動上のアンバランスは生じない。したがって、実施例１のような位相変調を併せ用いない簡易的な駆動方法として有効である。
【実施例３】
【００６２】
図８には、本発明の実施例３である振動型駆動装置の駆動方法（制御方法）により駆動した場合の振動体１の振動軌跡を示す。本実施例の駆動方法は、実施例１にて説明した振動型駆動装置に適用されるものである。そして、本実施例でも、実施例１と同様に、振動体１上に形成した進行波の最大変位の極大位置を順次移動させることができる。
【００６３】
図９には、本実施例におけるＡ、Ｂ両相の振幅変化を示す。
【００６４】
本実施例においても、実施例２と同様に、Ａ，Ｂ両相の駆動信号に独立した振幅変調のみを施したものであるが、Ａ，Ｂ両相の振幅変調が単一周波数では無い点が異なる。本実施例では、変調によって送り速度の変化が生じ、回転むらが大きくなるというおそれがあるが、実施例２と比べてより簡易的な駆動方法として有効である。
【００６５】
さらに、図１０に示すように、振幅変調を階段状または矩形状にしてもよい。
【実施例４】
【００６６】
図１１には、本発明の実施例４である振動型駆動装置の制御装置の構成を示す。
【００６７】
この制御装置は、振動型駆動装置（図１２に示した振動型駆動装置）１１０の速度制御を行う制御装置であり、振動型駆動装置１１０に備え付けたエンコーダなどの速度検出器１１７からの速度情報と、外部（例えば、振動型駆動装置１１０を駆動源とする作動装置の主制御回路）から与えられた速度指令値から、それらの偏差に応じて周波数制御回路１１２によって駆動信号の周波数を決定し、さらに同様に、速度偏差に応じて振幅位相変調回路１１３で振幅変調量、位相変調量および振幅変調と位相変調の周期を決定する。
【００６８】
各変調パラメータとしては、予め速度に対して最適な変調量（変調幅）および変調周期が不図示のメモリに記憶されており、速度検出器１１７によって検出された速度に応じた変調パラメータが該メモリから読み出され、決定される。例えば、速度域に応じて、高速側では変調なしとし、低速側では速度が小さいほど変調振幅を大きくするなどである。
【００６９】
振幅位相変調回路１１３によって決定された位相により周波数制御回路１１２からの出力の一方に位相差を与え、位相差を与えた信号ともう一方の信号をそれぞれＡ相，Ｂ相の駆動波形とする。Ａ相、Ｂ相に対して独立に設けられた振幅制御回路１１５，１１６には、同様に振幅位相変調回路１１３で決定された２相の振幅値がそれぞれ設定され、各振幅制御回路１１５，１１６から不図示の増幅回路を介して振動型駆動装置１１０のＡ相，Ｂ相圧電素子に駆動信号が供給される。
【００７０】
本実施例では、振動型駆動装置１１０の駆動速度に応じて振幅・位相変調の量を決定するため、駆動速度が大きく、振幅が大きい場合には変調量を小さくでき、また、振動型駆動装置１１０の性能劣化に関わるような微小速度においては変調を大きくすることができるため、駆動状況に応じて適切な変調をかけることができる。
【００７１】
なお、本実施例では、振動型駆動装置の速度制御のみについて説明したが、振動型駆動装置の位置決め制御でも、同様にして、振動型駆動装置１１０に備え付けた位置検出器によって得られる目標値との偏差から、速度および変調パラメータを決定してもよい。また、複数相での駆動の場合には、上記変調回路を駆動相の数分設ければよい。
【００７２】
また、上述した振幅制御回路１１５，１１６としては、ゲイン可変アンプのようなものを用いてもよく、駆動信号としてパルスを用いてパルス幅制御回路と増幅回路とによって構成してもよい。
【実施例５】
【００７３】
図１１に示した制御装置は、振動の振幅変調と位相変調を同時に演算できる振幅位相変調回路１１３を設ける必要があり、制御装置に係る負荷が少なくない。そこで、本実施例では、もっと簡易な構成の回路にて、図１１に示す制御装置と同様の効果を得る制御装置を提供しようとするものである。
【００７４】
図１７には、本発明の実施例５である振動型駆動装置の制御装置の構成を示す。
【００７５】
本実施例での振動型駆動装置１１０の構成は図１２に示したものと同様である。図１９は本実施例における圧電素子２に設けられた電極パターンを示し、各電極と後述する第１，第２駆動電圧生成回路との接続状態を示す接続図である。振動型駆動装置１１０に設けられた圧電素子２のパターン電極のＡ（＋），Ｂ（＋），Ａ（−），Ｂ（−）に対応する電極をそれぞれ１３１，１３２，１３３，１３４とし、３個おきの電極毎に同一の駆動信号が供給される。
【００７６】
本実施例での制御装置は、振動型駆動装置１１０の速度制御を行う制御装置であり、振動型駆動装置１１０に備え付けたエンコーダなどの速度検出器１１７からの速度情報と、外部（例えば、振動型駆動装置１１０を駆動源とする作動装置の主制御回路）から与えられた速度指令値から、それらの偏差に応じて周波数位相制御回路１２１が駆動信号の周波数および位相を決定する。
【００７７】
各制御パラメータとしては、予め速度に対して最適な周波数および位相が不図示のメモリに記憶されており、速度検出器１１７によって検出された速度に応じた制御パラメータが該メモリから読み出され、決定される。
【００７８】
周波数位相制御回路１２１によって決定された周波数指令はＦ１，Ｆ２として、位相指令はＰ１，Ｐ２としてそれぞれ第１駆動電圧生成回路１２２および第２駆動電圧生成回路１２３に入力される。また、周波数位相制御回路１２１は第１駆動電圧生成回路１２２および第２駆動電圧生成回路１２３のそれぞれの駆動（ＯＮ指令）および停止（ＯＦＦ指令）を制御するＯＮ／ＯＦＦ指令を第１駆動電圧生成回路１２２および第２駆動電圧生成回路１２３に入力する。
【００７９】
第１駆動電圧生成回路１２２から周波数指令Ｆ１および位相指令Ｐ１に応じた駆動信号Φ１１，Φ１２が圧電素子２の電極１３１，１３２に供給され、第２駆動電圧生成回路１２３から周波数指令Ｆ２および位相指令Ｐ２に応じた駆動信号Φ２１，Φ２２が圧電素子２の電極１３３，１３４に供給される。
【００８０】
図１８に駆動信号Φ１１，Φ１２，Φ２１，Φ２２の駆動波形を示す。Φ１２はΦ１１と周波数が等しく、時間的位相がΦ１１に対して９０度遅れている。Φ２２はΦ２１と周波数が等しく、時間的位相がΦ２１に対して９０度進んでいる。Φ２１，Φ２２の周波数はΦ１１，Φ１２の周波数よりも数百から数ＫＨｚ高い値に設定されている。駆動信号Φ２１，Φ２２の時間的位相のずれは、駆動信号Φ１１，Φ１２の時間的位相のずれと逆向きであるため、駆動信号Φ１１，Φ１２によって生じる進行性振動波の進行方向と駆動信号Φ２１，Φ２２によって生じる進行性振動波の進行方向は逆向きになる。
【００８１】
ここで、駆動信号Φ１１，Φ１２によって６波の進行性振動波が振動体１上を時計回りに回転するとすれば、駆動信号Φ２１、Φ２２よってΦ１１，Φ１２による進行波と同じく６波の進行性振動波が振動体１上を反時計回りに回転する。
【００８２】
図２０は駆動信号Φ１１，Φ１２の時間的位相差を９０度としたときの駆動信号の周波数および移動体６の回転速度の特性と、駆動信号Φ２１，Φ２２の時間的位相差を９０度としたときの駆動信号の周波数および移動体６の回転速度の特性を示すものである。縦軸が移動体６の回転速度を示し、横軸が駆動信号Φ１１，Φ１２，Φ２１，Φ２２の周波数を示す。本実施例では電極１３１，１３２，１３３，１３４が等間隔に配置されており、駆動信号Φ１１，Φ１２，Φ２１，Φ２２の振幅（電圧）も等しく設定されているため、駆動信号Φ１１，Φ１２による進行性振動波とΦ２１，Φ２２による進行性振動波はほぼ同じ周波数特性を有している。
【００８３】
振動型駆動装置１１０は図２０に示すようにその共振周波数ｆｒより高い周波数領域で駆動制御され、駆動信号の周波数を共振周波数ｆｒに近づけるほど回転速度が高くなる特性を有している。そこで駆動電圧Φ１１，Φ１２の周波数Ｆ１を駆動信号Φ２１，Φ２２の周波数Ｆ２より低くすると、振動体１上に形成される進行性振動波の振幅は駆動信号Φ１１，Φ１２によって形成されたもののほうが大きくなる。従って、駆動信号Φ１１，Φ１２によって形成された進行性振動波による回転が駆動信号Φ２１，Φ２２によって形成された進行性振動波による回転よりも大きくなり、移動体６の回転方向は駆動信号Φ１１，Φ１２によって形成される進行性振動波によって決定される。
【００８４】
そこで、本実施例では駆動信号Φ１１，Φ１２によって形成された進行性振動波が時計回りに進行するので、移動体６の回転方向はこれと反対方向である反時計回りとなることがわかる。なお、公知であるため詳細な説明は省略するが、振動波駆動装置では、移動体は進行性振動波の進行方向と反対方向に進む。このように方向の異なる進行性振動波を合成することで、駆動電圧の振幅を変化させずとも従来よりも低速で振動型駆動装置１１０を駆動することが可能となる。
【００８５】
また、駆動信号Φ１１，Φ１２によって形成される進行性振動波の周波数と、駆動信号Φ２１，Φ２２によって形成される進行性振動波の周波数が異なるため、これら２つの進行性振動波の合成によって生じる振動変位の最大値（最大変位）が増減し、かつその最大変位が極大となる位置が順次移動することになる。ここで、進行性振動波とは上記例ではリング状の振動体の円周に沿って波が回転（進行）する振動波のことであるが、位相の異なる複数の加振信号の合成によって振動体の一部に楕円振動（円振動）を形成する振動の総称のことである。ここで言う２つの進行性振動波の合成とは異なる周波数の楕円振動の合成（加算）のことである。
【実施例６】
【００８６】
実施例５では２つの進行性振動波を合成したが、他の振動周波数や他の振動モードで加振する為に、３つ以上の進行性振動波を合成しても構わない。その際、駆動信号を供給する圧電素子２の電極の数も駆動電圧生成回路の数も同時に生成する進行性振動波の数に応じて増減する必要がある。また、実施例５では２つの逆向きとなる進行性振動波を合成していたが、駆動条件に応じて、具体的には高速駆動が要求される場合には、駆動信号Φ１１，Φ１２，Φ２１，Φ２２の時間的位相を順に９０度ずらし、周波数を一致させることで、従来と同様の単一の進行性振動波を発生させて振動型駆動装置１１０を駆動させることができる。
【００８７】
図２１は、本発明の実施例６であって、１つの進行性振動波を３相の駆動信号にて発生させる場合の進行波型の振動型駆動装置の制御装置の構成を示す。
【００８８】
図２３は圧電素子２に設けられた電極パターンを示し、各電極と後述する第１，第２駆動電圧生成回路との接続状態を示す接続図である。圧電素子２には時計回りに電極１４１，１４２，１４３，１４４，１４５，１４６が順に繰り返し形成され、５個おきの電極毎に同一の駆動信号が供給される。
【００８９】
周波数位相制御回路１２１によって決定された周波数指令はＦ１，Ｆ２として、位相指令はＰ１，Ｐ２としてそれぞれ第１駆動電圧生成回路１２２および第２駆動電圧生成回路１２３に入力される。また、周波数位相制御回路１２１は第１駆動電圧生成回路１２２および第２駆動電圧生成回路１２３のそれぞれの駆動および停止を制御するＯＮ／ＯＦＦ指令を第１駆動電圧生成回路１２２および第２駆動電圧生成回路１２３に入力する。
【００９０】
第１駆動電圧生成回路１２２から周波数指令Ｆ１および位相指令Ｐ１に応じた駆動信号Φ１１，Φ１２，Φ１３が圧電素子２の電極１４１，１４２，１４３に供給され、第２駆動電圧生成回路１２３から周波数指令Ｆ２および位相指令Ｐ２に応じた駆動信号Φ２１，Φ２２，Φ２３が圧電素子２の電極１４４，１４５，１４６に供給される。
【００９１】
図２２に示すように、Φ１１，Φ１２，Φ１３は周波数が等しく、Φ１２はΦ１１に対して時間的位相が１２０度遅れ、Φ１３はΦ１２に対して時間的位相が１２０度遅れている。Φ２１，Φ２２，Φ２３は周波数が等しく、Φ２２はΦ２１に対して時間的位相が１２０度進み、Φ２３はΦ２２に対して時間的位相が１２０度進んでいる。Φ２１，Φ２２，Φ２３の周波数はΦ１１，Φ１２，Φ１３の周波数よりも数百から数ＫＨｚ高い値に設定されている。駆動信号Φ１１，Φ１２，Φ１３，Φ２１，Φ２２，Φ２３を供給することにより、振動体１には進行方向の異なる２つの８波の進行性振動波が形成される。
【００９２】
実施例５と同様に、駆動信号Φ１１，Φ１２，Φ１３によって形成された進行性振動波による回転が駆動信号Φ２１，Φ２２，Φ２３によって形成された進行性振動波による回転よりも大きくなり、移動体６の回転方向は駆動信号Φ１１，Φ１２，Φ１３によって形成される進行性振動波によって決定される。
【実施例７】
【００９３】
上記の実施例５および実施例６では、複数の進行性振動波を形成するために必要な複数の駆動信号のそれぞれに対して別々に電極を設けた例を示したが、この構成では駆動信号の数が増える分だけそれぞれの電極の面積が小さくなり、進行性振動波の振幅を大きくするためには各電極に供給する電圧を増大させる必要があった。
【００９４】
そこで、複数の駆動信号を共通する電極に供給する方法が考えられる。例えば、差動アンプ等で２つ以上の周波数指令、位相指令を持つ駆動電圧を生成して共通の電極に供給する方法があげられる。
【００９５】
図２４に、上記の構成を実現するための本発明の実施例７である振動型駆動装置の制御装置の構成を示す。
【００９６】
圧電素子２には周方向に沿って電極１５１，１５２が順に繰り返し形成され、１個おきの電極毎に同一の駆動信号が供給される。
【００９７】
周波数位相制御回路１２１によって決定された周波数指令はＦ１，Ｆ２として、位相指令はＰ１，Ｐ２としてそれぞれ第１駆動電圧生成回路１２２および第２駆動電圧生成回路１２３に入力される。また、周波数位相制御回路１２１は第１駆動電圧生成回路１２２および第２駆動電圧生成回路１２３のそれぞれの駆動および停止を制御するＯＮ／ＯＦＦ指令を第１駆動電圧生成回路１２２および第２駆動電圧生成回路１２３に入力する。
【００９８】
第１駆動電圧生成回路１２２はトランス１６１およびトランス１６２の一次側の一端に接続され、第２駆動電圧生成回路１２３はトランス１６１およびトランス１６２の一次側の他端に接続されている。
【００９９】
第１駆動電圧生成回路１２２から周波数指令Ｆ１および位相指令Ｐ１に応じた駆動信号Φ１１，Φ１２がトランス１６１，１６２の一次側の一端に供給され、第２駆動電圧生成回路１２３から周波数指令Ｆ２および位相指令Ｐ２に応じた駆動信号Φ２１，Φ２２がトランス１６１，１６２の一次側の他端に供給される。
【０１００】
このトランス１６１およびトランス１６２は差動増幅アンプを形成している。トランス１６１およびトランス１６２のそれぞれの一次側の２つの端子に異なる周波数および位相を有する駆動信号が入力され、二次側に加算増幅した振動波が出力される。なお、トランス１６１，１６２の二次側のインダクタンスは、電極１５１，１５２に対応する圧電素子の静電容量との間で計算される並列共振周波数が駆動周波数の使用範囲で所定の性能が得られる値となるように調整されている。
【０１０１】
図２５に、駆動信号Φ１１，Φ１２，Φ２１，Φ２２の駆動波形、トランス１６１の二次側の出力電圧Ｖ１、およびトランス１６２の二次側の出力電圧Ｖ２を示す。
【０１０２】
駆動信号Φ１１，Φ１２，Φ２１，Φ２２はパルス信号であり、Φ１２はΦ１１と周波数が等しく、時間的位相がΦ１１に対して９０度遅れている。Φ２２はΦ２１と周波数が等しく、時間的位相がΦ２１に対して９０度進んでいる。Φ２１，Φ２２の周波数はΦ１１，Φ１２の周波数よりも数百から数ＫＨｚ高い値に設定されている。
【０１０３】
これらの信号をトランス１６１，１６２の一次側に入力すると、トランス１６１，１６２の二次側にはＡＭ変調された電圧Ｖ１，Ｖ２が出力される。このトランス１６１，１６２の出力電圧Ｖ１，Ｖ２を電極１５１，１５２に供給することで、振動体１の表面には実施例５と同様に、振動変位の最大値（最大変位）が増減し、かつその最大変位が極大となる位置が順次移動する進行性振動波が形成される。このように、差動アンプ等で２つ以上の周波数指令、位相指令を持つ駆動電圧を生成して共通の電極に供給することによって、実施例５あるいは実施例６に示した構成よりも低い電圧で振動波駆動装置１１０を低速駆動させることが可能となる。
【０１０４】
図２６に図２４の制御装置の変形例を示す。これはトランス１６１，１６２の代わりにインダクタ素子１７１，１７２，１７３，１７４を用いた制御装置である。インダクタ素子１７１，１７２，１７３，１７４は、それらのインダクタンスと電極１５１，１５２に対応する圧電素子の静電容量との間で計算される並列共振周波数が所定の関係となるように設定されている。駆動信号Φ１１，Φ１２と接続されるインダクタ素子１７１，１７２と、駆動信号Φ２１，Φ２２に接続されるインダクタ素子１７３，１７４のインダクタ値は異なっていても構わない。
【０１０５】
なお、本実施例では、周波数位相制御回路１２１からＯＦＦ指令が出力された場合は、第１駆動電圧生成回路１２２および第２駆動電圧生成回路１２３の出力の双方あるいは一方をフローティング状態にするか、双方を同電位とする必要がある。
【０１０６】
図２７は、図２６に示す制御装置の変形例であって、圧電素子２の両面に形成された電極に異なる周波数の駆動信号を供給する構成としたものである。インダクタ素子１７１，１７３の出力信号を一方の圧電素子の両面に形成された電極１５１ａ，１５１ｂに接続し、インダクタ素子１７２，１７４を他方の圧電素子の両面に形成された電極１５２ａ，１５２ｂに接続している。振動型駆動装置１１０の制御方法は、図２６に示す制御装置と同様である。振動型駆動装置１１０を素早く停止させようとする場合は、振動体１の振動を素早く抑制するために、周波数位相制御回路１２１からＯＦＦ指令が入力された際の出力電圧のままで停止させる必要がある。
【実施例８】
【０１０７】
次に、図２４に示す制御装置を例にあげて、周波数位相制御回路１２１が行う具体的な制御方法をフローチャートを用いて説明する。
【０１０８】
進行方向が逆である２つの進行性振動波を同時に振動体１上に形成することは、一方の進行性振動波のみを振動体１上に形成する場合よりも駆動効率が落ちる懸念がある。しかしながら、従来の単一の進行性振動波によって低速駆動を実現した場合は、図４５に示すように振動体１の振動振幅が小さいために移動体６と振動体１との接触領域が増大し、振動体１と移動体６の間の滑り摩擦によって振動体１の負荷が増大して、やはり効率が低下してしまう。
【０１０９】
そこで振動型駆動装置１１０の低速駆動時には２つの進行性振動波を逆方向に進行させ、高速駆動時には２つの進行性振動波を１つに統合することが考えられる。実際の速度、指令速度、振動体の振動振幅、駆動信号の周波数等をパラメータとして、これらが所定の値をよぎるポイントを境にして、あるいはこの境界近傍において２つの進行波を１つに統合する何らかの手段が必要となる。例えばこの境界をよぎる際に、一方の駆動電圧生成回路の出力を他方と同じ波形に切り替えることが考えられる。
【０１１０】
図２８には、本発明の実施例８である振動型駆動装置の制御装置のフローチャートを示す。
【０１１１】
振動型駆動装置１１０の駆動を開始すると、ステップＳ１０１にて第１駆動電圧生成回路１２２および第２駆動電圧生成回路１２３を駆動させるためＯＮ指令を出力し、位相指令Ｐ１を９０度、位相指令Ｐ２を−９０度に設定する。ここで、位相指令Ｐ１はΦ１１に対するΦ１２の時間的位相のずれを、位相指令Ｐ２はΦ２１に対するΦ２２の時間的位相のずれを設定しており、この場合は駆動信号Φ１２がΦ１１よりも時間的位相で９０度遅れ、駆動信号Φ２２がΦ２１よりも９０度進んでいることになる。
【０１１２】
次にステップＳ１０２にて外部から与えられた速度指令値Ｖｓを読み出し、現在の移動体６の速度情報Ｖｒを検出する。
【０１１３】
次にステップＳ１０３にて速度指令値Ｖｓが０であるかを確認し、０でなければステップＳ１０４に進み、０であればステップＳ１１１に進む。
【０１１４】
ステップＳ１０４にて速度指令値Ｖｓを所定速度Ｖ０と比較する。速度指令値Ｖｓが所定速度Ｖ０以下であればステップＳ１０５へ進み、速度指令値Ｖｓが所定速度Ｖ０より大きければステップＳ１０６へと進む。
【０１１５】
ステップＳ１０５にてＯＮ指令を出力して第２駆動電圧生成回路１２３を駆動させ、ステップＳ１０７に進む。このステップでは速度指令値Ｖｓが所定速度Ｖ０以下であり、２つの進行方向の異なる進行性振動波を発生させて低速駆動を行わせるため、第１駆動電圧生成回路１２２と第２駆動電圧生成回路１２３を駆動させる。すでに第２駆動電圧生成回路１２３が駆動状態であればこのステップはとばされる。
【０１１６】
ステップＳ１０６にてＯＦＦ指令を出力して、第２駆動電圧生成回路１２３の出力をグランドにショートさせ、ステップＳ１０７に進む。第２駆動電圧生成回路１２３の出力をグランドにショートさせることで第１駆動電圧生成回路１２２の出力電圧によってのみ形成された周波電圧が電極１５１，１５２に供給されることになる。このステップでは速度指令値Ｖｓが所定速度Ｖ０よりも大きく、単一の進行性振動波のみを発生させて高速駆動を行わせるため、第１駆動電圧生成回路１２２のみを駆動させる。すでに第２駆動電圧生成回路１２３の出力がグランドにショートさせた状態であればこのステップはとばされる。
【０１１７】
ステップＳ１０７にて速度指令値Ｖｓと速度情報Ｖｒを比較する。ＶｓがＶｒより大きければステップＳ１０８に進み、ＶｓがＶｒ以下であればステップＳ１０９に進む。
【０１１８】
ステップＳ１０８にて移動体６の移動速度を増大させるため周波数指令Ｆ１，Ｆ２を所定周波数Ｆｄだけ下げ、ステップＳ１０２に進む。
【０１１９】
ステップＳ１０９にて速度指令値Ｖｓと速度情報Ｖｒが等しければ周波数指令Ｆ１，Ｆ２を維持してステップＳ１０２に進み、等しくなければステップＳ１１０に進む。
【０１２０】
ステップＳ１１０にて移動体６の移動速度を減少させるため周波数指令Ｆ１，Ｆ２を所定周波数Ｆｄだけ上げ、ステップＳ１０２に進む。
【０１２１】
速度指令値Ｖｓが０となるまでステップＳ１０２からステップＳ１０８、ステップＳ１０９、あるいはステップＳ１１０を繰り返し、速度指令値Ｖｓが０になるとステップＳ１０３よりステップＳ１１１に進む。
ステップＳ１１１では第１駆動電圧生成回路１２２，第２駆動電圧生成回路１２３にＯＦＦ指令を出力するとともに、周波数指令Ｆ１，Ｆ２および位相指令Ｐ１，Ｐ２の設定を解除する。
【０１２２】
なお、本実施例ではステップＳ１０４からステップＳ１０６にて速度指令値Ｖｓの値に応じて第２駆動電圧生成回路１２３のＯＮ／ＯＦＦを切り換えたが、速度指令値Ｖｓの代わりに速度情報Ｖｒの値に応じて第２駆動電圧生成回路１２３のＯＮ／ＯＦＦを切り換える構成としても構わない。また、速度指令値Ｖｓと速度情報Ｖｒの比較結果に応じて設定された周波数指令Ｆ１、Ｆ２の値に応じて第２駆動電圧生成回路１２３のＯＮ／ＯＦＦを切換える構成としても構わない。
【実施例９】
【０１２３】
上記の実施例８では２つの進行性振動波の一方の振幅を０にするために、第２駆動電圧生成回路１２３の出力をグランドにショートしたが、駆動信号Φ１１とΦ１２の関係はそのままとして、駆動信号Φ１１とΦ２１を同位相、駆動信号Φ１２とΦ２２を同位相として同方向に進行する２つの進行性振動波を合成したり、あるいは、駆動信号Φ１１とΦ１２の関係はそのままとして、駆動信号Φ１１とΦ２１を逆位相、駆動信号Φ１２とΦ２２を逆位相として単一の進行性振動波を発生させるほうが良い場合もある。
【０１２４】
また、２つの進行性振動波の一方の振幅を０にするために、第２駆動電圧生成回路１２３の出力をグランドにショートすると、移動体６を反対方向に駆動しようとする進行性振動波の振幅が急激に変化するため、移動体６に衝撃を与えてしまう可能性がある。
【０１２５】
そこで、第２駆動電圧生成回路１２３の出力を徐々に小さくする制御が必要となる。単純な方法としては、第２駆動電圧生成回路１２３の出力電圧の振幅を徐々に小さくしてグランドにショートすることが考えられる。あるいは第２駆動電圧生成回路１２３の出力電圧の振幅を、速度検出器１１７の出力や速度指令値あるいは駆動信号の周波数等の関数とし、所定の速度よりも高速側では信号振幅が小さくなるよう不図示の設定手段によって設定することが考えられる。
【０１２６】
図２９Ａに速度指令と出力電圧の振幅の関係を、図２９Ｂに周波数指令と出力電圧の振幅の関係を示す。図２９Ａは第２駆動電圧生成回路１２３の出力電圧の振幅ＰＷが速度指令によって変化する例、図２９Ｂは第２駆動電圧生成回路１２３の出力電圧の振幅ＰＷと駆動信号の周波数指令Ｆ２の関係を示す図である。
【０１２７】
図３０に周波数指令と位相指令の関係を示す。図３０では、周波数位相制御回路１２１が決定した周波数指令Ｆ１の値が移動体６を所定速度Ｖ０以下で駆動するｆ０以上である場合は位相指令Ｐ２を−９０度とし、周波数位相制御回路１２１が決定した周波数指令Ｆ１の値が移動体６を所定速度Ｖ１以上で駆動するｆ１以下である場合は位相指令Ｐ２を９０度とし、周波数指令Ｆ１の値がｆ０からｆ１に変化する間は周波数指令の変化に従って位相指令が−９０度から９０度へと変化している。図３１に図３０に示す特性を用いた振動型駆動装置の制御のフローチャートを示す。
【０１２８】
振動型駆動装置１１０の駆動を開始すると、ステップＳ２０１にて第１駆動電圧生成回路１２２および第２駆動電圧生成回路１２３を駆動させるためＯＮ指令を出力し、位相指令Ｐ１を９０度、位相指令Ｐ２を−９０度に設定する。ここで、位相指令Ｐ１はΦ１１に対するΦ１２の時間的位相のずれを、位相指令Ｐ２はΦ２１に対するΦ２２の時間的位相のずれを設定しており、この場合は駆動信号Φ１２がΦ１１よりも時間的位相で９０度遅れ、駆動信号Φ２２がΦ２１よりも９０度進んでいることになる。また、周波数指令Ｆ１，Ｆ２を予めメモリ等に記憶されている別々の初期周波数に設定する。
【０１２９】
次にステップＳ２０２にて外部から与えられた速度指令値Ｖｓを読み出し、現在の移動体６の速度情報Ｖｒを検出する。
【０１３０】
次にステップＳ２０３にて速度指令値Ｖｓが０であるかを確認し、０でなければステップＳ２０４に進み、０であればステップＳ２０９に進む。
【０１３１】
ステップＳ２０４にて速度指令値Ｖｓと速度情報Ｖｒを比較する。ＶｓがＶｒより大きければステップＳ２０５に進み、ＶｓがＶｒ以下であればステップＳ２０６に進む。
【０１３２】
ステップＳ２０５にて移動体６の移動速度を増大させるため周波数指令Ｆ１，Ｆ２を所定周波数Ｆｄだけ下げ、ステップＳ２０８に進む。
【０１３３】
ステップＳ２０６にて速度指令値Ｖｓと速度情報Ｖｒが等しければ周波数指令Ｆ１，Ｆ２を維持してステップＳ２０８に進み、等しくなければステップＳ２０７に進む。
【０１３４】
ステップＳ２０７にて移動体６の移動速度を減少させるため周波数指令Ｆ１，Ｆ２を所定周波数Ｆｄだけ上げ、ステップＳ２０８に進む。
【０１３５】
ステップＳ２０８では周波数指令Ｆ１に対応する位相指令Ｐ２を関数Ｇを用いて求め、周波数指令Ｆ１，Ｆ２，Ｐ１，およびＰ２を出力し、ステップＳ２０２に進む。関数Ｇは図３０に示す値であり、数式でもデータテーブルによるものでも良い。
【０１３６】
速度指令値Ｖｓが０となるまでステップＳ２０２からステップＳ２０８を繰り返し、速度指令値Ｖｓが０になるとステップＳ２０３よりステップＳ２０９に進む。
【０１３７】
ステップＳ２０９では第１駆動電圧生成回路１２２，第２駆動電圧生成回路１２３にＯＦＦ指令を出力するとともに、周波数指令Ｆ１，Ｆ２および位相指令Ｐ１，Ｐ２の設定を解除する。
【０１３８】
この制御方法によれば、速度指令が所定速度に対して高速の場合には第１駆動電圧生成回路１２２と第２駆動電圧生成回路１２３の出力信号の位相差が同方向となり、効率低下を抑え、所定速度より遅い場合には第１駆動電圧生成回路１２２と第２駆動電圧生成回路１２３の出力信号の位相差が逆方向となり、低速でも安定に駆動できるようになる。なお、上記実施例では駆動波形の加算処理を差動増幅回路等で行っているが、デジタル的に波形データを加算処理してＤ／Ａ変換回路でアナログ電圧にしてから増幅して圧電素子に供給する方法であっても構わない。また、増幅回路として公知のＤ級増幅器を用いても良い。ただし、Ｄ級増幅器のスイッチング周期は最低でも複数の進行性振動波の周波数の最も高い周波数の周期に対して１０分の１程度の周期は必要であると考えられる。
【実施例１０】
【０１３９】
図３２には、本発明の実施例１０である振動型駆動装置の制御装置を示す。
【０１４０】
本実施例での振動型駆動装置の構成は図１２に示したものと同様である。振動型駆動装置１１０に設けられた圧電素子２には、周方向にＡ（＋），Ｂ（＋），Ａ（−），Ｂ（−）の順に電極が配置された電極パターンが形成されており、周波数位相制御回路１２１の周波数指令Ｆ１および位相指令Ｐ１に従って駆動電圧生成回路１２４がこれらの電極に駆動信号を供給する。
【０１４１】
図３３には、本実施例におけるＡ相およびＢ相の駆動信号の波形を示す。図中、実線で示した波形がＡ相の駆動信号の波形、破線で示した波形がＢ相の駆動信号の波形であり、状態１と状態２を交互に繰り返す波形となっている。状態１とは、Ａ相の駆動信号の時間的位相をＢ相の駆動信号よりも９０度進め、両者の周波数をともにｆ１とし、ｔ１の時間だけ継続するものである。状態２とは、Ａ相の駆動信号の時間的位相をＢ相の駆動信号よりも９０度遅らせ、両者の周波数をともにｆ２とし、ｔ２の時間だけ継続するものである。周波数ｆ１，ｆ２は振動子の共振周波数ｆｒよりも高く、さらにｆ１≦ｆ２の関係にある。
【０１４２】
また、状態１および状態２は、それぞれが断続的に繰り返されているが、断続的に出力される状態１の駆動信号の位相は一致しており、状態２についても同様である。状態１では移動体６を反時計方向に回転させる進行性振動波を発生させる周波数ｆ１の駆動信号が圧電素子２に供給され、状態２では移動体６を時計方向に回転させる進行性振動波を発生させる周波数ｆ２の駆動信号が圧電素子２に供給される。
【０１４３】
図３４Ａに状態１のみの駆動信号の波形を、図３４Ｂにそれによる振動体の振動変位を示す。状態１の継続時間であるｔ１、および状態２の継続時間であるｔ２は、それぞれ他方の時間で加振されて発生した振動波の減衰振動が消滅しない値に設定される。こうすることによって、図３４Ｂに示すように、ｔ１の間は周波数ｆ１の強制振動となり、ｔ２の間はｔ１で発生した強制振動が共振周波数ｆｒの減衰振動となり、この減衰振動が消滅する前に再び周波数ｆ１の強制振動となる。
【０１４４】
図３５Ａに状態２のみの駆動信号の波形を、図３５Ｂにそれによる振動体の振動変位を示す。状態１の場合と同様に、図３５Ｂに示すように、ｔ２の間は周波数ｆ２の強制振動となり、ｔ１の間はｔ２で発生した強制振動が共振周波数ｆｒの減衰振動となり、この減衰振動が消滅する前に再び周波数ｆ２の強制振動となる。
【０１４５】
駆動信号を交互に状態１，状態２とした場合の振動体の応答振幅を図３６および図３７に示す。図中、黒丸が状態１，状態２のそれぞれ場合の応答振幅を示す。
【０１４６】
図３６はｔ１区間（状態１）の振動体の応答振幅であり、周波数ｆ１のＡ相，Ｂ相の駆動信号による強制振動と、周波数ｆ２のＡ相，Ｂ相の駆動信号による強制振動から減衰した周波数ｆｒの減衰振動が重畳されたものとなる。
【０１４７】
図３７はｔ２区間（状態２）の振動体の応答振幅であり、周波数ｆ２のＡ相，Ｂ相の駆動信号による強制振動と、周波数ｆ１のＡ相，Ｂ相の駆動信号による強制振動から減衰した周数ｆｒの減衰振動が重畳されたものとなる。
【０１４８】
本実施例では、振動子の共振周波数ｆｒに対して、ｆｒ＜ｆ１＜ｆ２の関係になるように各周波数を設定しているため、図３６および図３７に示したように、状態１のときは周波数ｆ１による強制振動の応答振幅が、周波数２による強制振動後の減衰振動の応答振幅よりも大きくなり、状態２のときは周波数ｆ１による強制振動後の減衰振動の応答振幅が、周波数２による強制振動の応答振幅よりも大きくなる。よって、状態１でも状態２でも移動体６は反時計方向に回転される。
【０１４９】
図３８には状態１と状態２を交互に繰り返した場合の振動体の振動変位を示す。Ａ相の駆動信号およびＢ相の駆動信号の加振による応答振幅は、図のように１／（ｆ２−ｆｒ）および１／（ｆ１−ｆｒ）の周期で振幅および位相に変調がかかった変調波形となる。
【０１５０】
図３９は、図３８に示した変調波形となった振動波の振動軌跡であり、Ａ相、Ｂ相の振動変位を横軸、縦軸としたＡＢ平面上で示したものである。本実施例によれば、図１と同様の振動軌跡を得ることができる。
【実施例１１】
【０１５１】
図４０には、本発明の実施例１１である振動型駆動装置の制御装置における駆動信号の周波数と振動体の応答振幅の関係を示す。
【０１５２】
本実施例は、交互に加振する状態１および状態２の駆動信号の周波数の差Δｆは保持したまま、駆動信号の周波数を増減させて移動体の駆動速度を変化させるものである。
【０１５３】
図中ｆ１とｆ２および、ｆ１’とｆ２’はそれぞれ高速駆動側、低速駆動側における駆動信号の周波数を示しており、周波数が共振周波数から離れて高くなるほど、振動体の応答振幅が低下するとともに、状態１のときの振動体の応答振幅と状態２のときの振動体の応答振幅の差が減少する。
【０１５４】
合成される２つの振動の応答振幅の差が小さいほど、Ａ相，Ｂ相の駆動信号の応答振幅によって形成される楕円軌跡の短軸振幅が減少するため、接触部の振幅を大きく低下させることなく、接触面における駆動速度を下げることができる。本実施例の駆動方法は、振動子と移動体が全面で接触するような低速駆動時に有効であり、通常の駆動速度では単一の進行性振動波で駆動し、低速駆動時に本実施例に示した駆動に切り替えるとよい。
【実施例１２】
【０１５５】
図４１には、本発明の実施例１２である振動型駆動装置の制御装置における駆動信号の周波数と振動体の応答振幅の関係を示す。
【０１５６】
本実施例は、状態１のＡ相，Ｂ相の駆動信号の周波数ｆ１を固定とし、状態２のＡ相，Ｂ相の駆動信号の周波数ｆ２を可変として駆動速度を変化させるものである。
【０１５７】
状態２でのＡ相，Ｂ相の駆動信号の周波数をｆ２よりも低いｆ２’として、状態２による強制振動および減衰振動の応答振幅を増加させることによって、移動体６の送り速度を低下させることができる。さらにｆ２をｆ１と一致させることによってＡＢ平面上での軌跡は線状となって送り速度０となり、ｆ２をｆ１より小さい値とすることで反転動作を行うことも可能である。
【実施例１３】
【０１５８】
図４２には、実施例１３におけるＡ相およびＢ相の駆動信号の波形を示す。
【０１５９】
本実施例では、周波数位相制御回路に代えて周波数時間制御回路を設け、状態１および状態２の継続時間であるｔ１およびｔ２の比を変化させることによって速度を可変とするものである。
【０１６０】
状態１の継続時間ｔ１を状態２の継続時間ｔ２よりも長くすることによって、周波数ｆ１の強制振動の振動エネルギを十分に大きくすることができる。さらに、ｔ２の期間がｔ１の期間に対して相対的に短くなるため、状態２での周波数ｆ１の強制振動後の減衰振動の減衰量が小さいうちに次の強制振動に切り替わることから、状態１の強制振動振幅、および状態１の減衰振動振幅を大きくして振動体の移動体との接触面に形成される楕円軌跡の短軸を大きくし、駆動速度を上げることができる。
【０１６１】
このように振動型駆動装置１１０の駆動速度に応じて状態１の継続時間ｔ１と状態２の継続時間ｔ２を操作することによって駆動速度を変化させることができる。ｔ２を減じて０まで変化させることで、低速駆動から単一の進行性振動波による駆動へと連続的に変化させることができるため、振動体と移動体が全面接触となる低速駆動時から、振動体と移動体が一部で接触する通常の速度までの幅広いレンジにおける速度変更が可能となる。また、ｔ２をｔ１より大きくとり、周波数ｆ２をｆ１よりも大きく設定することで反転動作も可能となる。
【実施例１４】
【０１６２】
図４３Ａは実施例１４におけるモニター回路の出力波形を示し、図４３Ｂは実施例１４における駆動信号波形を示す。
【０１６３】
状態１での強制振動を停止した後に減衰振動として振動しているｔ２の間は、振動子および移動子の自由振動の周期となるため、次に供給する状態１との間の位相が変化する。状態１での強制振動の応答位相に対して、減衰振動と次の状態１の位相が外れてくるため、効率的な加振にならない。そこで本実施例では、振動体の振動変位または歪をモニターする回路を設け、駆動信号の供給開始時に減衰振動に対して所定の位相で加振するように加振位相を可変としたものである。図４３ＡのＳａ，Ｓｂはモニター回路から得られた信号であり、次の状態１の開始時に、強制振動時の振動変位の位相、あるいは予め決められた所定の位相になるように駆動信号の位相を合わせることによって、強制振動の開始時に加振力が効率良く働くようにしている。
【０１６４】
なお、上記の複数の実施例で説明した制御装置の構成は例にすぎず、振動体１上に形成した進行波の最大変位の極大位置を順次移動させるように駆動信号を制御するものであれば、どのような構成であってもよい。
【０１６５】
また、上記の複数の実施例では、ハードウェアによって駆動信号の制御を行う場合について説明したが、同様な制御をコンピュータプログラムによって行うことも可能である。このプログラムを記憶した情報処理装置によって読み取り可能な記憶媒体にも本発明を適用することが可能である。
【０１６６】
また、上記各実施例では、円環型の振動型駆動装置の制御について説明したが、本発明は、振動体に、同形状（もしくは同種類）で時間的位相の異なる複数の振動を励起し、その合成により進行性振動を励起するタイプの振動型駆動装置であれば、いずれの形態のものにも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１６７】
【図１】本発明の実施例１である制御装置により制御された振動型駆動装置における振動体の振動軌跡を示す図。
【図２】図２は実施例１における駆動信号波形を示す図。
【図３】実施例１における駆動信号波形の式を示す図。
【図４Ａ】実施例１における振動体の振動を示す模式図。
【図４Ｂ】実施例１における振動体の振動を示す模式図。
【図４Ｃ】実施例１における振動体の振動を示す模式図。
【図４Ｄ】実施例１における振動体の振動を示す模式図。
【図５】本発明の実施例２である制御装置により制御された振動型駆動装置における振動体の振動軌跡を示す図。
【図６】実施例２における駆動信号波形の式を示す図。
【図７】実施例２における駆動振幅を示すチャート図。
【図８】本発明の実施例３である制御装置により制御された振動型駆動装置における振動体の振動軌跡を示す図。
【図９】実施例３における駆動振幅を示すチャート図。
【図１０】実施例３における駆動振幅を示すチャート図。
【図１１】本発明の実施例４である制御装置の構成を示すブロック図。
【図１２】各実施例の進行波型の振動型駆動装置の構成を示す断面図。
【図１３】上記振動型駆動装置に用いられる振動体の斜視図。
【図１４】実施例１の制御装置により励起される進行波の振動変位の包絡線の動きを表した図。
【図１５】従来の制御方法により励起される進行波の振動変位の動きを表した図。
【図１６】従来の制御方法により励起される進行波の振動変位の動きを表した図。
【図１７】本発明の実施例５である制御装置の構成を示すブロック図。
【図１８】実施例５における駆動信号波形を示す図。
【図１９】実施例５における圧電素子の電極パターンおよび電極配線を示す図。
【図２０】振動型駆動装置の周波数−速度特性を示す図。
【図２１】本発明の実施例６である制御装置の構成を示すブロック図。
【図２２】実施例６における駆動信号波形を示す図。
【図２３】実施例６における圧電素子の電極パターンおよび電極配線を示す図。
【図２４】本発明の実施例７である制御装置の構成を示すブロック図。
【図２５】実施例７における駆動信号波形およびトランス二次側の出力信号波形を示す図。
【図２６】図２４に示す制御装置の変形例の構成を示すブロック図
【図２７】図２４に示す制御装置の別の変形例の構成を示すブロック図
【図２８】本発明の実施例８である制御フローチャートを示す図。
【図２９Ａ】実施例９における速度指令と一方の駆動電圧生成回路の電圧振幅の特性を示す図。
【図２９Ｂ】実施例９における周波数指令と一方の駆動電圧生成回路の電圧振幅の特性を示す図。
【図３０】実施例９における周波数指令と一方の駆動電圧生成回路の位相指令の特性を示す図。
【図３１】実施例９である制御フローチャートを示す図。
【図３２】本発明の実施例１０である制御装置の構成を示すブロック図
【図３３】実施例１０における駆動信号波形を示す図。
【図３４Ａ】実施例１０における状態１のみの駆動信号波形を示す図。
【図３４Ｂ】実施例１０における状態１のみの応答振幅を示す図。
【図３５Ａ】実施例１０における状態２のみの駆動信号波形を示す図。
【図３５Ｂ】実施例１０における状態２のみの応答振幅を示す図。
【図３６】実施例１０における状態１の強制振動および減衰振動の応答振幅を示す図。
【図３７】実施例１０における状態２の強制振動および減衰振動の応答振幅を示す図。
【図３８】実施例１０における応答振幅を示す図。
【図３９】実施例１０である制御装置により制御された振動型駆動装置における振動体の振動軌跡を示す図。
【図４０】実施例１１における状態１の強制振動および減衰振動の応答振幅を示す図。
【図４１】実施例１２における状態１の強制振動および減衰振動の応答振幅を示す図。
【図４２】実施例１３における駆動信号波形を示す図。
【図４３Ａ】実施例１４におけるモニター回路の出力波形を示す図。
【図４３Ｂ】実施例１４における駆動信号波形を示す図。
【図４４】従来の振動型駆動装置の駆動回路の構成を示す図。
【図４５Ａ】従来の進行波型の振動型駆動装置における振動体と移動体の接触状態および駆動状態を示す展開図。
【図４５Ｂ】従来の進行波型の振動型駆動装置における振動体と移動体の接触状態および駆動状態を示す展開図。
【図４６】従来の振動型駆動装置における振動体の振動を示す模式図。
【符号の説明】
【０１６８】
１  振動体
１Ａ  弾性体
２  圧電素子
４  くし歯状突起
５  摩擦材
６  移動体
８  加圧バネ
９  ディスク
１０  ハウジング
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
2005269821.tif 000007
【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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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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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９Ａ】
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【図２９Ｂ】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４Ａ】
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【図３４Ｂ】
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【図３５Ａ】
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【図３５Ｂ】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３Ａ】
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【図４３Ｂ】
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【図４４】
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【図４５Ａ】
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【図４５Ｂ】
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【図４６】
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