(57)【要約】【課題】振動子の製作工程や形状により生じた出力特性のバラツキを、振動子が振動型駆動装置として取り付けられた状態で検出することが可能となる振動型駆動装置の制御装置を提供する。【解決手段】制御手段による制御のもとで、  複数の振動子のうちの出力特性を検出する検出対象の振動子に対し、被駆動体との接触面と垂直な方向に駆動部を変位させる第１の振動モードの振動と、被駆動体との接触面と平行な方向に駆動部を変位させる第２の振動モードの振動と、を励起させることにより駆動部に楕円運動を生じさせる交流電圧を駆動信号生成手段により印加する一方、  検出対象の振動子以外の振動子には、第１の振動モードの振動を励起する交流電圧のみを駆動信号生成手段により印加し、出力特性検出手段によって、検出対象の振動子の出力特性を検出する。【選択図】            図５
2012055111.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及び駆動部を有する複数の振動子と、前記複数の振動子の駆動部と接触する被駆動体と、を備え、前記電気−機械エネルギー変換素子への交流電圧の印加によって前記複数の振動子の駆動部に楕円運動を生じさせ、該駆動部と接触する前記被駆動体を相対移動させる振動型駆動装置の制御装置であって、
前記複数の振動子における各々の振動子に、前記交流電圧を印加する駆動信号生成手段と、
前記複数の振動子における各々の振動子に印加する交流電圧の駆動周波数と位相差を決定し、該決定された駆動周波数と位相差を前記駆動信号生成手段に出力して該駆動信号生成手段を制御する制御手段と、
前記被駆動体の駆動速度と前記駆動信号生成手段における駆動周波数との比較によって、前記複数の振動子における各々の振動子の出力特性を検出する出力特性検出手段と、を有し、
前記制御手段による制御のもとで、
前記複数の振動子のうちの出力特性を検出する検出対象の振動子に対し、前記被駆動体との接触面と垂直な方向に前記駆動部を変位させる第１の振動モードの振動と、前記被駆動体との接触面と平行な方向に前記駆動部を変位させる第２の振動モードの振動と、を励起させることにより前記駆動部に楕円運動を生じさせる交流電圧を前記駆動信号生成手段により印加する一方、
前記検出対象の振動子以外の振動子には、前記第１の振動モードの振動を励起する交流電圧のみを前記駆動信号生成手段により印加し、
前記出力特性検出手段によって、前記検出対象の振動子の出力特性を検出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】
前記検出対象の振動子は、１つの振動子、または複数の振動子による構成を備え、
前記出力特性検出手段によって、前記１つの振動子による出力が検出され、または前記複数の振動子による合成された出力が検出されることを特徴とする請求項１に記載の振動型駆動装置の制御装置。
【請求項３】
電気−機械エネルギー変換素子及び駆動部を有する複数の振動子と、前記複数の振動子の駆動部と接触する被駆動体と、を備え、
前記電気−機械エネルギー変換素子への交流電圧の印加によって前記複数の振動子の駆動部に楕円運動を生じさせ、該駆動部と接触する前記被駆動体を相対移動させる振動型駆動装置の制御装置であって、
前記複数の振動子における各々の振動子に、前記交流電圧を印加する駆動信号生成手段と、
前記複数の振動子における各々の振動子に印加する交流電圧の駆動周波数と位相差を決定し、該決定された駆動周波数と位相差を前記駆動信号生成手段に出力して該駆動信号生成手段を制御する制御手段と、
前記複数の振動子における各々の振動子の出力特性の関係を検出する出力特性検出手段と、を有し、
前記複数の振動子は、少なくとも第１の振動子と第２の振動子とによる２つの振動子を備え、前記制御手段による制御のもとで、
前記第１の振動子に対し、前記被駆動体との接触面と垂直な方向に前記駆動部を変位させる第１の振動モードの振動と、前記被駆動体との接触面と平行な方向に前記駆動部を変位させる第２の振動モードの振動と、を励起させることによって前記駆動部に楕円運動を生じさせる交流電圧を、前記駆動信号生成手段により印加する一方、
前記第２の振動子には、前記第１の振動子の駆動部の楕円運動による駆動力を打ち消す方向に駆動力を発生させる交流電圧を、前記駆動信号生成手段により印加し、
前記出力特性検出手段によって、前記第１の振動子の出力特性と前記第２の振動子の出力特性の関係を検出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４】
前記第１の振動子の駆動部の楕円運動による駆動力を打ち消す方向に前記第２の振動子に発生させる駆動力は、
前記第２の振動子の駆動部に生じさせる前記第２の振動モードによる前記被駆動体との接触面と平行な方向に変位する振幅を駆動周波数を調整して変更し、前記被駆動体が略相対移動しない状態となるように該駆動力を発生させ、
前記第２の振動子の駆動部における前記第２の振動モードによる振幅を変更する調整された前記駆動周波数に基づいて、前記第１の振動子の出力特性と前記第２の振動子の出力特性の関係を検出することを特徴とする請求項３に記載の振動型駆動装置の制御装置。
【請求項５】
前記複数の振動子は、前記第１の振動子と第２の振動子以外に、さらに第３の振動子を備え、
該第３の振動子には前記第１の振動モードの振動のみを励振する交流電圧を前記駆動信号生成手段により印加することを特徴とする請求項４に記載の振動型駆動装置の制御装置。
【請求項６】
電気−機械エネルギー変換素子及び駆動部を有する複数の振動子と、前記複数の振動子の駆動部と接触する被駆動体と、を備え、
前記電気−機械エネルギー変換素子への交流電圧の印加によって前記複数の振動子の駆動部に楕円運動を生じさせ、該駆動部と接触する前記被駆動体を相対移動させる振動型駆動装置の出力特性検出方法であって、
前記複数の振動子のうちの出力特性を検出する検出対象の振動子に対し、前記被駆動体との接触面と垂直な方向に前記駆動部を変位させる第１の振動モードの振動と、前記被駆動体との接触面と平行な方向に前記駆動部を変位させる第２の振動モードの振動と、を励起させることにより前記駆動部に楕円運動を生じさせる交流電圧を印加する一方、
前記検出対象の振動子以外の振動子には、前記第１の振動モードのみの振動を励振する交流電圧を印加し、
前記検出対象の振動子の出力特性を検出することを特徴とする振動型駆動装置の出力特性検出方法。
【請求項７】
前記検出対象の振動子は、１つの振動子または複数の振動子による振動子であり、該１つの振動子による出力または該複数の振動子による合成された出力が検出されることを特徴とする請求項６に記載の振動型駆動装置の出力特性検出方法。
【請求項８】
電気−機械エネルギー変換素子及び駆動部を有する複数の振動子と、前記複数の振動子の駆動部と接触する被駆動体と、を備え、
前記電気−機械エネルギー変換素子への交流電圧の印加によって前記複数の振動子の駆動部に楕円運動を生じさせ、該駆動部と接触する前記被駆動体を相対移動させる振動型駆動装置の出力特性検出方法であって、
前記複数の振動子は、少なくとも第１の振動子と第２の振動子とによる２つの振動子を備え、
前記第１の振動子に対し、前記被駆動体との接触面と垂直な方向に前記駆動部を変位させる第１の振動モードの振動と、前記被駆動体との接触面と平行な方向に前記駆動部を変位させる第２の振動モードの振動と、を励起させることによって前記駆動部に楕円運動を生じさせる交流電圧を印加する一方、
前記第２の振動子には、前記第１の振動子の駆動部の楕円運動による駆動力を打ち消す方向に駆動力を発生させる交流電圧を印加し、
前記第１の振動子の出力特性と前記第２の振動子の出力特性の関係を検出することを特徴とする振動型駆動装置の出力特性検出方法。
【請求項９】
前記第１の振動子の駆動部の楕円運動による駆動力を打ち消す方向に前記第２の振動子に発生させる駆動力は、
前記第２の振動子の駆動部に生じさせる前記第２の振動モードによる前記被駆動体との接触部と平行な方向に変位する振幅を駆動周波数を調整して変更し、前記被駆動体が略相対移動しない状態となるように該駆動力を発生させ、
前記第２の振動子の駆動部における前記第２の振動モードによる振幅を変更する調整された前記駆動周波数に基づいて、前記第１の振動子の出力特性と前記第２の振動子の出力特性の関係を検出することを特徴とする請求項８に記載の振動型駆動装置の出力特性検出方法。
【請求項１０】
前記複数の振動子は、前記第１の振動子と第２の振動子以外に、さらに第３の振動子を備え、該第３の振動子には前記第１の振動モードの振動のみを励振する交流電圧を印加することを特徴とする請求項９に記載の振動型駆動装置の出力特性検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、振動型駆動装置の制御装置および振動型駆動装置の出力特性検出方法に関し、特に振動型駆動装置の出力特性を検出する技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、所定の質点に楕円運動を生じさせ、被駆動体を駆動するタイプの振動型駆動装置に関する様々な提案（例えば、特許文献１など）がなされている。このような振動型駆動装置の基本的な構成として、例えば図１３（ａ）に示すような構成が知られている。
図１３（ａ）は、従来例における振動型駆動装置の基本的な構成の一例を示す外観斜視図である。
図１３（ａ）に示すように、この振動型駆動装置の振動子は、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１３（ｂ）は、図１３（ａ）に示した振動型駆動装置における圧電素子５の分極領域の一例を示す模式図である。
また、図１４（ａ）、（ｂ）は、従来例における弾性体４の振動モードを示す斜視図であり、図１５（ａ）は、従来例における弾性体４の突起部６に励起する楕円運動を説明するための図である。
上記圧電素子５は、図１３（ｂ）に示した振動型駆動装置における圧電素子５の分極領域の一例に示すように、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１４（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１４（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１４（ａ）に示す第１の振動モードによって、突起部６には、被駆動体との加圧接触する接触面と垂直な方向に変位する第１の振幅（以下、Ｚ軸振幅ともいう）が励起される。
また、図１４（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第２の振幅（以下、Ｘ軸振幅ともいう）が励起される。
【０００４】
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１５（ａ）に示すように楕円運動が励起することができ、Ｚ軸振幅とＸ軸振幅の大きさの比が、楕円運動の楕円比に影響を与える。
図１５（ｂ）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の振動モードの振幅は、それぞれ図１５（ｂ）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の振動モードと第２の振動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。図１５（ｂ）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駆動装置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、駆動方向と速度を連続的に変化させることが可能になる。
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。
このような構成による振動子を複数用い、上記楕円運動により推力を得ることによって１つの被駆動体を相対駆動することが可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【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】
【０００６】
しかしながら、上記のように複数の振動子で１つの被駆動体を相対駆動する場合、つぎのような課題を有している。
すなわち、複数の振動子で１つの被駆動体を相対駆動する際、各々の振動子の出力特性にバラツキがあると、出力特性のズレにより相対駆動時に効率を低下させることになる。
そのため、各々の振動子の出力特性を調整することが必要となる。そして、この出力特性の調整に際して各々の振動子の出力特性を検出するため、振動子を装置に組み込む前に単独で出力特性を検知しておくことが必要となる。
このようなことから、出力特性を検知するための出力特性測定装置への取り付けによる分解、組立て等の余分な作業が必要となる。
【０００７】
本発明は、上記課題に鑑み、振動子の製作工程や形状により生じた出力特性のバラツキを、振動子が振動型駆動装置として取り付けられた状態で検出することが可能となる振動型駆動装置の制御装置および振動型駆動装置の出力特性検出方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の振動型駆動装置の制御装置は、電気−機械エネルギー変換素子及び駆動部を有する複数の振動子と、前記複数の振動子の駆動部と接触する被駆動体と、を備え、前記電気−機械エネルギー変換素子への交流電圧の印加によって前記複数の振動子の駆動部に楕円運動を生じさせ、該駆動部と接触する前記被駆動体を相対移動させる振動型駆動装置の制御装置であって、
前記複数の振動子における各々の振動子に、前記交流電圧を印加する駆動信号生成手段と、
前記複数の振動子における各々の振動子に印加する交流電圧の駆動周波数と位相差を決定し、該決定された駆動周波数と位相差を前記駆動信号生成手段に出力して該駆動信号生成手段を制御する制御手段と、
前記被駆動体の駆動速度と前記駆動信号生成手段における駆動周波数との比較によって、前記複数の振動子における各々の振動子の出力特性を検出する出力特性検出手段と、を有し、
前記制御手段による制御のもとで、
前記複数の振動子のうちの出力特性を検出する検出対象の振動子に対し、前記被駆動体との接触面と垂直な方向に前記駆動部を変位させる第１の振動モードの振動と、前記被駆動体との接触面と平行な方向に前記駆動部を変位させる第２の振動モードの振動と、を励起させることにより前記駆動部に楕円運動を生じさせる交流電圧を前記駆動信号生成手段により印加する一方、
前記検出対象の振動子以外の振動子には、前記第１の振動モードの振動を励起する交流電圧のみを前記駆動信号生成手段により印加し、
前記出力特性検出手段によって、前記検出対象の振動子の出力特性を検出することを特徴とする。
また、本発明の振動型駆動装置の制御装置の制御装置は、電気−機械エネルギー変換素子及び駆動部を有する複数の振動子と、前記複数の振動子の駆動部と接触する被駆動体と、を備え、
前記電気−機械エネルギー変換素子への交流電圧の印加によって前記複数の振動子の駆動部に楕円運動を生じさせ、該駆動部と接触する前記被駆動体を相対移動させる振動型駆動装置の制御装置であって、
前記複数の振動子における各々の振動子に、前記交流電圧を印加する駆動信号生成手段と、
前記複数の振動子における各々の振動子に印加する交流電圧の駆動周波数と位相差を決定し、該決定された駆動周波数と位相差を前記駆動信号生成手段に出力して該駆動信号生成手段を制御する制御手段と、
前記複数の振動子における各々の振動子の出力特性の関係を検出する出力特性検出手段と、を有し、
前記複数の振動子は、少なくとも第１の振動子と第２の振動子とによる２つの振動子を備え、前記制御手段による制御のもとで、
前記第１の振動子に対し、前記被駆動体との接触面と垂直な方向に前記駆動部を変位させる第１の振動モードの振動と、前記被駆動体との接触面と平行な方向に前記駆動部を変位させる第２の振動モードの振動と、を励起させることによって前記駆動部に楕円運動を生じさせる交流電圧を、前記駆動信号生成手段により印加する一方、
前記第２の振動子には、前記第１の振動子の駆動部の楕円運動による駆動力を打ち消す方向に駆動力を発生させる交流電圧を、前記駆動信号生成手段により印加し、
前記出力特性検出手段によって、前記第１の振動子の出力特性と前記第２の振動子の出力特性の関係を検出することを特徴とする。
また、本発明の振動型駆動装置の出力特性検出方法は、電気−機械エネルギー変換素子及び駆動部を有する複数の振動子と、前記複数の振動子の駆動部と接触する被駆動体と、を備え、
前記電気−機械エネルギー変換素子への交流電圧の印加によって前記複数の振動子の駆動部に楕円運動を生じさせ、該駆動部と接触する前記被駆動体を相対移動させる振動型駆動装置の出力特性検出方法であって、
前記複数の振動子のうちの出力特性を検出する検出対象の振動子に対し、前記被駆動体との接触面と垂直な方向に前記駆動部を変位させる第１の振動モードの振動と、前記被駆動体との接触面と平行な方向に前記駆動部を変位させる第２の振動モードの振動と、を励起させることにより前記駆動部に楕円運動を生じさせる交流電圧を印加する一方、
前記検出対象の振動子以外の振動子には、前記第１の振動モードのみの振動を励振する交流電圧を印加し、
前記検出対象の振動子の出力特性を検出することを特徴とする。
また、本発明の振動型駆動装置の出力特性検出方法は、電気−機械エネルギー変換素子及び駆動部を有する複数の振動子と、前記複数の振動子の駆動部と接触する被駆動体と、を備え、
前記電気−機械エネルギー変換素子への交流電圧の印加によって前記複数の振動子の駆動部に楕円運動を生じさせ、該駆動部と接触する前記被駆動体を相対移動させる振動型駆動装置の出力特性検出方法であって、
前記複数の振動子は、少なくとも第１の振動子と第２の振動子とによる２つの振動子を備え、
前記第１の振動子に対し、前記被駆動体との接触面と垂直な方向に前記駆動部を変位させる第１の振動モードの振動と、前記被駆動体との接触面と平行な方向に前記駆動部を変位させる第２の振動モードの振動と、を励起させることによって前記駆動部に楕円運動を生じさせる交流電圧を印加する一方、
前記第２の振動子には、前記第１の振動子の駆動部の楕円運動による駆動力を打ち消す方向に駆動力を発生させる交流電圧を印加し、
前記第１の振動子の出力特性と前記第２の振動子の出力特性の関係を検出することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、振動子の出力特性のバラツキを、振動子が振動型駆動装置として取り付けられた状態で検出することが可能となる振動型駆動装置の制御装置および振動型駆動装置の出力特性検出方法を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第１の実施形態に係る振動型駆動装置の構成を説明する外観斜視図である。
【図２】第１の実施形態に係る振動型駆動装置の制御動作を説明するブロック図である。
【図３】第１の実施形態に係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４】第１の実施形態に係る駆動力と摩擦力を説明するための図である。
【図５】第１の実施形態に係る振動型駆動装置における出力特性の検出方法を説明するフローチャートである。
【図６】第１の実施形態に係る振動型駆動装置の各々の振動子における駆動周波数と駆動速度の関係を示すグラフである。
【図７】第１の実施形態に係る振動型駆動装置の各々の振動子における駆動速度と駆動周波数の関係を示すグラフである。
【図８】第１の実施形態に係る振動型駆動装置の別形態の動作を説明する図である。
【図９】第２の実施形態に係る振動型駆動装置における出力特性の検出方法を説明する図である。
【図１０】第２の実施形態に係る振動型駆動装置の出力特性検出方法を説明するフローチャートである。
【図１１】第２の実施形態に係る振動型駆動装置の振動子８ａと振動子８ｂの駆動周波数の関係を示すグラフである。
【図１２】第３の実施形態に係る振動型駆動装置の構成図である。
【図１３】従来例を説明するための図であり、（ａ）は振動型駆動装置の基本的な構成の一例を示す外観斜視図である。（ｂ）は上記（ａ）に示した振動型駆動装置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１４】従来例における弾性体の振動モードを示す斜視図である。
【図１５】従来例を説明するための図であり、（ａ）は弾性体の突起部に励起する楕円運動を説明するための図である。（ｂ）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。（ｃ）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形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態における振動型駆動装置の制御装置および振動型駆動装置の出力特性検出方法について、図を用いて説明する。
［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駆動装置（振動型アクチュエータ）の構成について、図１を用いて説明する。
本実施形態の振動型駆動装置は、２つの振動子により１つの被駆動体を相対駆動させる構成を備え、この２つの振動子により２倍の推力を発生させることが可能とされている。
図１に示すように、本実施形態の振動型駆動装置の振動子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、駆動部として作用する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、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。
図１に示す、圧電素子５ａ、５ｂは、図１３（ｂ）に示す２群の電極Ａ１，Ａ２が設けられており、図１３（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交流電圧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率を変更することができる。
【００１２】
図１に示す、振動子は、図１５（ｃ）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に励起する接触面と平行な方向に変位（励振）する振幅（第２の振幅）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、接触面と平行な方向に変位する振幅を小さくすると共に接触面と垂直な方向に変位（励振）する振幅（第１の振幅）をある程度に保つことにより、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、図１４（ａ）に示す第１の振動モードの振動（突起部６に、被駆動体との加圧接触する接触面と垂直な方向に変位する第１の振幅が励起されるモードの振動）と、図１４（ｂ）に示す第２の振動モード（突起部６に、接触面と平行な方向に変位する第２の振幅が励起されるモードの振動）の位相差を切り替えることにより、振動型駆動装置の駆動方向を切り替えることができる。
また、図１３（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１５（ｂ）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。
【００１３】
つぎに、本実施形態における振動型駆動装置の制御装置及び制御動作を、図２のブロック図を用いて説明する。
図２は、図１に示す振動型駆動装置の制御装置を説明するブロック図である。
振動型駆動装置（振動型アクチュエータ）１０は、振動子８ａ、振動子８ｂ及び被駆動体３を備える。
被駆動体３は、振動子の突起部に励起する楕円運動により駆動する。
位置検出手段１４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。
位置検出手段１４の出力側には制御演算手段１８が接続されている。制御演算手段１８は位置検出手段の検出位置と不図示の位置決めのための目標値を比較して制御演算を行い、振動型駆動装置の各々の振動子の駆動周波数と位相差を決定する。
制御演算手段１８の出力側には駆動信号生成手段１１、駆動信号生成手段１２が接続されている。
駆動信号生成手段はパルス発生器と昇圧回路により構成されており、制御演算手段１８の出力を受けて、実際に振動子の圧電素子５に印加する交流電圧を生成する。
位置検出手段１４の出力側には速度検出手段１５が接続されており、検出位置の微分演算により被駆動体３の速度を検出する。
速度検出手段１５の出力側には出力特性検出手段１６が接続されている。
出力特性検出手段１６の入力側には駆動信号生成手段により生成される駆動周波数と位相差の情報が接続されている。
そして、後述する方法で速度検出手段１５により検出される被駆動体３の駆動速度と、駆動信号生成手段による駆動周波数と、を比較して出力特性を検出することができるように構成されている。
出力特性調整手段１７は出力特性検出手段１６により検出された振動子の各々の出力特性結果に基づいて、調整値を演算し制御演算手段に設定する。
【００１４】
つぎに、本実施の形態における振動型駆動装置の出力特性を、図３を用いて説明する。
上記した構成によって、１つの振動子で駆動する場合と比べて約２倍の推力を出力することが可能となるが、２つの振動子の出力特性が個体差等により異なる場合に、所望の出力を得られなくなる可能性がある。
図３は個別に測定された振動型駆動装置の各々の振動子の出力特性を示し、各々の振動子の駆動周波数と駆動速度の関係は出力特性ａと出力特性ｂとなる。
図３に示す出力特性ａと出力特性ｂの２つの振動子で１つの被駆動体を相対駆動する際、２つの振動子に同じ周波数を設定すると、出力特性ａと出力特性ｂでは駆動力が異なることになる。
例えば、出力特性ａと出力特性ｂに同じ周波数を設定した場合、出力特性ａと出力特性ｂの差異に相当する駆動力の違いが生じるために、接触部に余計なすべりが生じることで振動型駆動装置の駆動効率を落とすことになる。
図３に示す振動子の出力特性ａと出力特性ｂの出力特性の差異は、振動子の製作工程や形状により生じた個体バラツキであり、この個体差を振動子が装置に取り付けられた状態で検出することが、本発明が達成すべきであるとしているところの課題である。
ここで、図１に示す２つの振動子のうち１つの振動子の特性を検知する場合は、他方の振動子は駆動力を発生しないようにしておく必要がある。
ところが、駆動力を発生させない振動子８ｂに交流電圧を印加しない場合は、被駆動体３と突起部６ｂが摩擦により接触することで、摩擦力が被駆動体３と突起部６ｂに発生する。
その摩擦力が大きい場合は、特性を検知する振動子の駆動力で被駆動体３を駆動することができなくなる可能性がある。
【００１５】
図４に、本実施形態に係る駆動力と摩擦力を説明するための図を示す。
図４に示すように、２つの振動子により相対駆動する被駆動体３が配置されている。
被駆動体３は不図示のガイドに支持された矩形の板であり、振動型駆動装置の駆動力の方向と同一方向に駆動することができる。
図４に示す振動子８ａの所定の突起部６ａに第２の振幅を励起する第２の振動モードの振動を大きくする。
または、振動子８ａの突起部６ａに第１の振幅を励起する第１の振動モードの振動と、突起部６ａに第２の振幅を励起する第２の振動モードの振動を同時に励起する。
これにより、楕円運動を励起させ、駆動力４１ａの方向に駆動力を発生させることができる。
振動子８ａの駆動力は図４に示す駆動力４１ａの矢印で示され、振動子８ａの突起部６ａに励起する接触面と平行な方向に変位する振幅により変更できる。また、振動子８ｂも同様の構成である。
【００１６】
図４（ａ）に示す振動子８ｂに交流電圧を印加しない場合は、被駆動体３と突起部６ｂが摩擦により接触することで、摩擦力４１ｂが被駆動体３と突起部６ｂに発生する。
例えば、振動子８ｂに交流電圧を印加せず、振動子８ａの突起部６ａに駆動力４１ａを発生させた場合、振動子８ｂの突起部６ｂと被駆動体３の間に摩擦力が生じ、その摩擦力が大きい場合は、駆動力４１ａで被駆動体３を駆動することができない。
そこで、駆動力を与えない振動子の摩擦力により装置が駆動できない状態を回避するために、図４（ｂ）に示す駆動状態で特性を検知する。
図４（ｂ）に示す振動子８ｂには２つの電極に印加する交流電圧の位相差を０°とすることにより、第１の振動モードの振動のみを励振することができる。
この結果、振動子８ｂに交流電圧を印加せず摩擦力が生じる場合と比べて、振動子８ｂと被駆動体３に発生する摩擦力を小さくすることができる。
【００１７】
つぎに、本実施形態における振動型駆動装置の出力特性検出方法について、図５のフローチャートを用いて説明する。
まず、ＳＴＥＰ１において、特性検出を起動する命令が下され出力検出動作が開始される。
次に、ＳＴＥＰ２において、出力検出対象を振動子８ａにセットする。
次に、ＴＥＰ３において、出力検出対象振動子に印加する周波数を予め決められた周波数上限値に設定する。
ここで、周波数上限とは実際の制御において、振動子の印加電圧として設定する周波数の最大値である。本実施形態の出力検出動作は、振動型駆動装置の駆動周波数を高い周波数から低い周波数に掃引することにより行う。
次に、ＳＴＥＰ４において、振動子８ａの位相差を９０度に設定する。
このＳＴＥＰ４において、出力検出する対象である振動子８ａの位相差を十分な駆動力を発生することができる位相差９０度に設定する。
次に、ＳＴＥＰ５において、出力検出対象でない振動子８ｂの駆動周波数を共振周波数近くに設定し、かつ位相差を０度に設定する。
前述したように所定の突起部６ｂの励起する楕円運動の楕円比を図１５（ｂ）下部に示す位相差０度に対応する楕円比にすることで、第１の振幅のみを励起することができる。
また、振動子８ｂの駆動周波数を共振周波数近くに設定することで、第１の振幅を大きくすることができる。振幅が小さい場合に比べて、被駆動体３と突起部６ｂの接触時間を少なくすることができ、被駆動体３の駆動方向への接触による影響を少なくすることができる。
【００１８】
続くＳＴＥＰ６において、被駆動体の速度検出をする。前述したＳＴＥＰ１〜ＳＴＥＰ５は、この時点では振動子８ａの出力検出を行っている。
次に、ＳＴＥＰ７において、出力検出対象である振動子８ａに印加される周波数に対するＳＴＥＰ６により検出された速度を記憶する。
次に、ＳＴＥＰ８において、出力検出対象である振動子８ａに印加している周波数が予め決められた周波数下限に達したか否かを判断する。
ここで、周波数下限とは実際の制御において、振動子の印加電圧として設定する周波数の最小値である。周波数下限に達していなければＳＴＥＰ９に進み、達していればＳＴＥＰ１０に進む。
ＳＴＥＰ９においては、出力検出対象である振動子８ａに印加する周波数を下げる。
この出力検知動作は、振動型モータの駆動周波数を高い周波数から低い周波数に掃引して速度検出している。そのため、周波数を下げ、その後ＳＴＥＰ６に進み前述の動作を繰り返す。
ＳＴＥＰ１０においては、振動型駆動装置の出力特性の検出が終了したか判断する。振動型駆動装置の出力特性の検出が終了していなければＳＴＥＰ１１に進み、終了していればＳＴＥＰ１２に進む。
ＳＴＥＰ１１においては、出力特性を検出する対象を振動子８ａから振動子８ｂに変更する。その後ＳＴＥＰ３に進み前述の動作を繰り返す。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の出力特性を検出することができる。
ＳＴＰＥ１２において、出力検出動作が終了する。
以上ＳＴＥＰ１〜ＳＴＥＰ１２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３に示すような、前述した各々の振動子の出力特性を検出することができる。
【００１９】
つぎに、本実施形態の振動型駆動装置の制御装置における図２に示す出力特性調整手段１７による調整について、図６を用いて説明する。
図６は、第１の実施の形態に係る、各々の振動子の出力特性の一例である。出力特性ａは振動子８ａの出力特性を示し、出力特性ｂは振動子８ｂの出力特性を示す。
出力特性の調整において出力特性調整手段１７による調整は、出力特性ａと出力特性ｂが一致するように調整を行う。
出力特性調整動作の調整値である出力特性差は、各々の振動子の出力特性ｂと出力特性ａにおける、駆動速度に対する駆動周波数の差から求められる。
例えば、図６に示すような出力特性ａと出力特性ｂから、調整値を導出する場合、出力特性ａと出力特性ｂの任意の駆動速度ｖ１において駆動周波数を求め、その差分（ｆ１−ｆ２）を演算することで出力特性差１を導出する。
そして、振動子８ｂの出力特性ｂに任意の周波数が設定された場合、その任意の周波数から出力特性差を減算した周波数を振動子８ａに印加する。
例えば、図６に示す調整前周波数ｆ１が振動子８ｂに設定された場合、ｆ１から出力特性差１を減算してｆ２を導出する。そして、導出されたｆ２を振動子８ａに印加することで、出力特性ａと出力特性ｂの特性差を一致させることができる。ここで出力特性差はすべての駆動速度において駆動周波数を求め、差分を導出し平均化処理してもよい。
また、図７に示すように各々のすべての駆動速度において駆動周波数を求め不図示のメモリに記憶し、駆動速度において不図示のメモリに記憶された駆動速度対駆動周波数を使用してもよい。
例えば、図７に示す駆動速度ｖ２１で駆動したい場合は、振動子８ａに不図示のメモリに記憶された駆動周波数ｆ２１を印加し、振動子８ｂに不図示のメモリに記憶された駆動周波数ｆ２２を印加することで、出力特性を調整してもよい。
【００２０】
本実施形形態によれば、前記複数の振動子のうちの出力特性を検出する検出対象の振動子のみに対し、出力特性を検出することができる。
すなわち、複数の振動子により１つの被駆動体を相対駆動させる振動型駆動装置において、複数の振動子のうちの出力特性を検出する検出対象の振動子の突起部のみに対し駆動力を発生させて出力特性を検出するのと同じ時間に、上記検出対象の振動子以外の振動子には、突起部に第１の振幅を励起する第１の振動モードの振動のみを励起する。
これにより、上記複数の振動子のうちの出力特性を検出する検出対象の振動子のみに対し、出力特性を検出することができる。
そして、各々の出力特性を検出し、各々の振動子の出力特性を調整することで、振動型駆動装置の製作工程や形状により生じた個体バラツキを調整して駆動することができる。
なお、本実施形態では出力特性を検出する振動子を１つとして構成したが、本発明はこのような構成に限られるものではなく、上記検出対象の振動子を複数の振動子として、複数の振動子による合成された出力を検出するようにしてもよい。また、例えば、図８に示すように第１の振動子８ａと第２の振動子８ｂ以外に、さらに第３の振動子８ｃによる３つ以上の振動子を有する振動型駆動装置を構成する。そして、第１の振動子８ａと第２の振動子８ｂに突起部に楕円運動を励振し駆動力８１ａ，８１ｂを与え、この第１の振動子８ａと第２の振動子８ｂ以外の第３の振動子８ｃには第１の振動モードの振動を励振することにより、駆動力を与えた振動子８ａ，８ｂの合力の出力特性を検知するように構成することも可能である。
【００２１】
［第２の実施形態］
第２の実施形態として、第１の実施形態と異なる形態の特性検知時の駆動方法および特性検知の動作による構成例について説明する。
第１の実施形態では複数の振動子を用いた駆動装置において、特性を検出する振動子には駆動力を与え、それ以外の振動子は第１の振動モードの振動のみを励振することにより駆動力が発生しない状態として検出を行った。第１の実施形態の方法においては特性検出時に被駆動体３と振動子は相対的に移動されることになる。
本実施形態では被駆動体と振動子が略相対移動しない状態、又は僅かに移動する状態においても各々の振動子の特性検知を可能とする例を示す。
本実施形態の構成および振動子の出力差に対して達成されるべき課題は、第１の実施形態と同様であるので説明を省略し、ここでは第１の実施形態と異なる特性検知時の駆動方法および特性検知の動作についてのみ説明する。
【００２２】
まず、本実施の形態の振動型駆動装置における出力特性の検出方法について、図９を用いて説明する。
図９は、本実施形態の振動型駆動装置における駆動力の作用方向を示す図である。
図９には２つの振動子により相対駆動する被駆動体３が配置されている。
図９に示す振動子８ａと振動子８ｂの構成は、図８に示す第１の実施形態と同様の構成であり、第２の振幅の変位に向きを切り替えることにより、振動子の駆動方向を切り替えることができる。
図９に示す振動子８ｂの所定の突起部６ｂに振動子８ａの駆動力の方向とは逆の駆動力を発生させる。
図９に示す被駆動体３には不図示の位置検出手段が配置されており、位置を検出している。
ここで、振動子８ａに第１の振動モードと第２の振動モードの振動を励起し、駆動力９１ａを発生させ、楕円比率を固定するのと同じ時間に、振動子８ｂにも第１の振動モードと第２の振動モードの振動を励起し、被駆動体３の位置が動かないように駆動力９１ｂを発生させる。
このように、駆動力９１ａの出力と釣り合うように駆動力９１ｂの駆動周波数を調整して第２の振幅の大きさを変更し、これにより調整された駆動周波数に基づいて、振動子８ａと振動子８ｂの出力特性の差（出力特性の関係）を検出することができる。
【００２３】
つぎに、本実施形態の振動型駆動装置の制御装置における出力特性の検出方法と制御動作について説明する。
本実施形態の振動型駆動装置の制御装置の制御動作は、図２のブロック図に示す第１の実施形態と同様であるので説明を省略し、出力特性の検出方法について説明する。
図１０は、本実施形態の振動型駆動装置における各々の振動子の出力特性の検出方法を説明するするフローチャートである。
まず、ＳＴＥＰ１において、振動型駆動装置の特性検出を起動する命令が下され出力検出動作が開始される。
次に、ＳＴＥＰ２において、すべての振動子の周波数を予め決められた周波数上限値に設定する。
周波数上限値は第１の実施形態と同様に決められている。また、振動子ａの位相差を９０度、振動子ｂの位相差を−９０度に設定する。
次に、ＳＴＥＰ３において、被駆動体の速度検出をする。
【００２４】
続くＳＴＥＰ４は速度比較部である。ここで、図１０に示す、ＶａはＳＴＥＰ３により検出される被駆動体の検出速度であり、Ｖｓは、十分に低い速度である。
ＳＴＥＰ４では、ＳＴＥＰ３により検出された速度Ｖａが、Ｖｓと比較して大きい場合はＳＴＥＰ５に進み、−Ｖｓと比較して小さい場合は、ＳＴＥＰ６に進む。
さらに、検出した速度Ｖａの絶対値がＶｓ以下の場合は、被駆動体と振動子が相対移動しない状態、又は僅かに移動する状態と判断してＳＴＥＰ７に進む。
ここで、振動子８ａの駆動力９１ａに対して、振動子８ｂの駆動力９１ｂが一致するようにＳＴＥＰ３〜ＳＴＥＰ６の動作を繰り返す。
ＳＴＥＰ７においては、振動子８ａと振動子８ｂの周波数を記憶する。
続くＳＴＥＰ８においては、振動子に印加している周波数が周波数下限に達したか判断する。達していなければＳＴＥＰ９に進み、達していればＳＴＥＰ１０に進む。周波数下限値は第１の実施形態と同様に決められている。
ＳＴＥＰ９においては、周波数を下げる。本出力検知動作は、振動型駆動装置の駆動周波数を高い周波数から低い周波数に掃引している。このため、周波数を下げ、その後ＳＴＥＰ３に進み前述の動作を繰り返す。
そして、ＳＴＥＰ１０において、出力検出動作が終了する。
【００２５】
つぎに、本実施形態の振動型駆動装置の制御装置における図２に示す出力特性調整手段１７による調整について説明する。
出力特性調整動作の調整値は、振動子８ａの駆動周波数における振動子８ｂの駆動周波数から求められる。
図１１に示すグラフは、上記出力特性検出動作の検出結果である。この図１１に示すグラフは、振動子８ａに任意の周波数を印加し、振動子が相対移動しない状態、又は僅かに移動する状態にしたときの振動子８ｂの周波数をあらわした図である。例えば、振動子８ａと振動子８ｂの特性が一致している場合は、図１１に示す１：１の線となる。
例えば、振動子８ａに図１１に示す周波数ｆ３１を設定した場合、振動子８ｂには周波数ｆ３２を印加することで、振動子８ａと振動子８ｂの出力を一致させることができる。
振動子８ａにｆ３１が設定された場合、振動子８ａの駆動周波数から調整値ｆ３４を減算することで振動子８ｂの駆動周波数を導出することができる。
また、すべての駆動周波数に対する調整値を不図示のメモリに記憶し、振動子８ｂの駆動周波数を導出してもよい。
【００２６】
本実施形態によれば、少なくとも第１の振動子と第２の振動子とによる２つの振動子の内のいずれか１個の振動子の出力特性を検出することにより、各々の振動子の出力特性の差を検出しバラツキを調整することができる。
すなわち、少なくとも２つの振動子により少なくとも１つの被駆動体を相対駆動させる振動型駆動装置において、少なくとも２つの振動子の内の一方の突起部には駆動力を発生させる。そして、少なくとも２つの振動子の内のもう一方の突起部には、被駆動体が相対移動しない又は僅かに移動するように、逆方向の駆動力を発生させることで、逆方向の駆動力の情報から少なくとも２つの振動子の個体差を検出することができる。
このような構成によれば、振動子の製作工程や形状により生じた個体バラツキがある場合でも、検出した個体差より出力特性を調整して駆動することができる。
【００２７】
［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説明する。
上記した第１、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駆動装置を例にあげて説明を行ったが、振動型駆動装置の形態はこれに限定されるものではない。
例えば、図１２に示すようなものも適用可能である。
図１２に示す振動子は上記した第１、第２の実施形態と同様な構成であり、本実施形態ではこのような振動子を３つ用い、この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構成される。
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振動子の出力特性を検出することができる。
すなわち、図１２において、振動子８ｃの印加電圧位相差を９０度として駆動力を発生させ、他の振動子８ｄ、８ｅは印加電圧を０度として摩擦力を低減させると共に駆動力を発生させないようにする。
この状態で振動子８ｃの駆動周波数を高い側から低い側に掃引しながら速度を検出することにより振動子８ｃの周波数−速度特性を得ることができる。
同様に振動子８ｄに駆動力を与え他の振動子は摩擦力を低減させると共に駆動力を発生させない状態で振動子８ｄの特性を得ることができる。同様に振動子８ｅの特性も得ることが出来る。
【００２８】
また、第２の実施形態と同様な方法で、各々の特性を検知することも可能である。
すなわち、振動子８ｃを被駆動体が時計回りに移動するための駆動力を与え、同時に振動子８ｄを被駆動体が半時計回りに移動するための駆動力を与え、さらに同時に振動子８ｅは摩擦力を低減させるために接触面に垂直な振動のみ与える。この状態で振動子８ｃの周波数を高いほうから低い方に掃引し、被駆動体が移動しないように振動子８ｄの周波数を調整することにより振動子８ｃと振動子８ｄの周波数の関係を得ることができる。同様に他の振動子の組み合わせでの周波数の関係も得ることができる。
以上の方法で得た各々の振動子の周波数と速度の関係を基に制御を行うことにより、効率を損なわずに被駆動体２を駆動することが可能となる。
【符号の説明】
【００２９】
２：被駆動体
３：被駆動体
４、４ａ、４ｂ：弾性体
５、５ａ、５ｂ：圧電素子
６、６ａ、６ｂ：突起部
７：被駆動体
８ａ、８ｂ：振動子
１０：振動型駆動装置
１１：駆動信号生成手段ａ
１２：駆動信号生成手段ｂ
１４：位置検出手段
１５：速度検出手段
１６：出力特性検出手段
１７：出力特性調整手段
１８：制御演算手段
【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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