(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも第１の交流電圧を駆動用電気−機械エネルギー変換素子に印加することで振動体に振動を形成し、前記振動体と前記振動体に加圧接触する接触体とを相対移動させる振動型アクチュエータの制御装置において、
前記第１の交流電圧を生成するための第１のパルス信号を生成するパルス制御手段と、
前記第１の交流電圧を印加することで前記振動体に形成される振動を検出する振動検出手段と、
前記振動検出手段の出力信号を第２のパルス信号に変換するパルス信号変換手段と、を有し、
前記パルス制御手段は、指令手段からの指令に応じて、前記第２のパルス信号のパルスエッジに対する前記第１のパルス信号のパルスエッジの時間的ずれ量を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装置。
【請求項２】
少なくとも第１の交流電圧を駆動用電気−機械エネルギー変換素子に印加することで振動体に振動を形成し、前記振動体と前記振動体に加圧接触する接触体とを相対移動させる振動型アクチュエータの制御装置において、
前記第１の交流電圧を生成するための第１のパルス信号を生成するパルス制御手段と、
前記第１の交流電圧を印加することで前記振動体に形成される振動を検出する振動検出手段と、
前記振動検出手段の出力信号を第２のパルス信号に変換するパルス信号変換手段と、
前記振動検出手段の出力信号の振幅を検出する振動振幅検出手段と、
前記振動振幅検出手段の検出した振幅を所定の振幅と比較する比較手段と、を有し、
前記パルス制御手段は、前記比較手段の比較結果に応じて、前記第２のパルス信号のパルスエッジに対する前記第１のパルス信号のパルスエッジの時間的ずれ量を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装置。
【請求項３】
少なくとも第１の交流電圧を駆動用電気−機械エネルギー変換素子に印加することで振動体に振動を形成し、前記振動体と前記振動体に加圧接触する接触体とを相対移動させる振動型アクチュエータの制御装置において、
前記第１の交流電圧を生成するための第１のパルス信号を生成するパルス制御手段と、
前記第１の交流電圧を印加することで前記振動体に形成される振動を検出する振動検出手段と、
前記振動検出手段の出力信号を第２のパルス信号に変換するパルス信号変換手段と、
前記相対移動の速度を検出する速度検出手段と、
前記速度検出手段が検出した速度を所定の速度と比較する比較手段と、を有し、
前記パルス制御手段は、前記比較手段の比較結果に応じて、前記第２のパルス信号のパルスエッジに対する前記第１のパルス信号のパルスエッジの時間的ずれ量を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装置。
【請求項４】
前記振動検出手段は、前記振動体の被測定部位に設けられた振動検出用電気−機械エネルギー変換素子を有し、
該振動検出用電気−機械エネルギー変換素子の出力電圧又は出力電流の少なくとも一方の値を検出することで振動を検出することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の振動型アクチュエータの制御装置。
【請求項５】
前記第１の交流電圧の波形は、略正弦波状又は三角波状の波形の上下をクリップした略台形波形又は上下のどちらか一方のみをクリップした波形であることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の振動型アクチュエータの制御装置。
【請求項６】
前記パルス制御手段は、前記第２のパルス信号のパルスエッジに対する第１のパルス信号のパルスエッジの時間的ずれ量が所定の時間を超えないよう前記時間的ずれ量を設定することを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の振動型アクチュエータの制御装置。
【請求項７】
前記パルス制御手段は、前記第２のパルス信号における隣接する立ち上がりと立ち下りのパルスエッジ間の時間を前記所定の時間として設定することを特徴とする請求項６に記載の振動型アクチュエータの制御装置。
【請求項８】
前記パルス制御手段は、前記第２のパルス信号のパルスエッジに対して９０°進んだタイミングと９０°遅れたタイミングとの間で前記第１のパルス信号が変化するよう前記所定の時間を設定することを特徴とする請求項６または請求項７に記載の振動型アクチュエータの制御装置。
【請求項９】
前記第１の交流電圧はコイルを介して前記駆動用電気−機械エネルギー変換素子に印加されることを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の振動型アクチュエータの制御装置。
【請求項１０】
前記振動型アクチュエータは、前記第１の交流電圧が印加される駆動用電気−機械エネルギー変換素子と、前記第１の交流電圧と時間的振動位相の異なる第２の交流電圧を印加される駆動用電気−機械エネルギー変換素子と、を備え、
前記第１の交流電圧を印加することで前記振動体に形成される振動と前記第２の交流電圧を印加することで前記振動体に形成される振動との組み合わせによる振動により、前記振動体と前記接触体を相対移動させることを特徴とする請求項９に記載の振動型アクチュエータの制御装置。
【請求項１１】
前記パルス制御手段は、前記第２の交流電圧を生成するためのパルス信号のパルスエッジを、前記第１のパルス信号のパルスエッジに対して所定時間だけずらすことを特徴とする請求項１０に記載の振動型アクチュエータの制御装置。
【請求項１２】
前記パルス制御手段は、前記第２の交流電圧を生成するためのパルス信号のパルスエッジを、前記第１のパルス信号のパルスエッジに対して略９０°の位相差に相当する時間だけずらすことを特徴とする請求項１１に記載の振動型アクチュエータの制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、振動型アクチュエータを用いて位置制御又は速度制御を行なう制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、振動型アクチュエータは、弾性体と電気−機械エネルギー変換素子としての圧電素子とにより構成される振動体を有し、前記弾性体には、空間的に互いに９０°の位相差を持った位置に前記圧電素子が接着または圧着されていて、位相差を持つ２相の交番信号を前記圧電素子に印加することによって、前記弾性体上に進行波を発生させ、これに接触体（移動体）を圧接し、摩擦力により前記振動体に対して前記接触体を相対移動させる。なお、前記弾性体と前記接触体との接触部には、適切な摩擦力を得るための摩擦材が接着、塗布、または形成される。
【０００３】
このような振動型アクチュエータの駆動制御については、駆動周波数を制御する方式、駆動電圧を制御する方式、上記２相の交番信号の位相を制御する方式が提供されており、例えば特開平06−197566号公報に記載のように、圧電素子に設けた振動検出用の素子部で得られた振動検出信号と、圧電素子の駆動部に印加される一方の駆動用の交番信号である印加電圧との位相差が所定の値になるように周波数を制御するようにしたものがある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このような制御方式は、前記振動検出信号と印加電圧の位相差に応じて駆動電圧の周波数を設定しているので応答が遅く、駆動電圧の１周期又は半周期レベルの時間での振動の応答改善が出来ないため、加減速が遅いことと、急激な負荷変動に弱く、駆動周波数が共振周波数近傍の場合、急停止してしまう場合があった。
【０００５】
本発明は、このような従来の問題を解決し、応答性が速く、信頼性の高い制御を可能とする振動波アクチュエータの制御装置を提供しようとするものである。
【０００６】
上記目的を達成する為、本出願に係る第１の発明は、少なくとも第１の交流電圧を駆動用電気−機械エネルギー変換素子に印加することで振動体に振動を形成し、前記振動体と前記振動体に加圧接触する接触体とを相対移動させる振動型アクチュエータの制御装置において、
前記第１の交流電圧を生成するための第１のパルス信号を生成するパルス制御手段と、
前記第１の交流電圧を印加することで前記振動体に形成される振動を検出する振動検出手段と、
前記振動検出手段の出力信号を第２のパルス信号に変換するパルス信号変換手段と、を有し、
前記パルス制御手段は、指令手段からの指令に応じて、前記第２のパルス信号のパルスエッジに対する前記第１のパルス信号のパルスエッジの時間的ずれ量を設定することを特徴とする。
【０００７】
上記目的を達成する為、本出願に係る第２の発明は、少なくとも第１の交流電圧を駆動用電気−機械エネルギー変換素子に印加することで振動体に振動を形成し、前記振動体と前記振動体に加圧接触する接触体とを相対移動させる振動型アクチュエータの制御装置において、
前記第１の交流電圧を生成するための第１のパルス信号を生成するパルス制御手段と、
前記第１の交流電圧を印加することで前記振動体に形成される振動を検出する振動検出手段と、
前記振動検出手段の出力信号を第２のパルス信号に変換するパルス信号変換手段と、
前記振動検出手段の出力信号の振幅を検出する振動振幅検出手段と、
前記振動振幅検出手段の検出した振幅を所定の振幅と比較する比較手段と、を有し、
前記パルス制御手段は、前記比較手段の比較結果に応じて、前記第２のパルス信号のパルスエッジに対する前記第１のパルス信号のパルスエッジの時間的ずれ量を設定することを特徴とする。
【０００８】
上記目的を達成する為、本出願に係る第３の発明は、少なくとも第１の交流電圧を駆動用電気−機械エネルギー変換素子に印加することで振動体に振動を形成し、前記振動体と前記振動体に加圧接触する接触体とを相対移動させる振動型アクチュエータの制御装置において、
前記第１の交流電圧を生成するための第１のパルス信号を生成するパルス制御手段と、
前記第１の交流電圧を印加することで前記振動体に形成される振動を検出する振動検出手段と、
前記振動検出手段の出力信号を第２のパルス信号に変換するパルス信号変換手段と、
前記相対移動の速度を検出する速度検出手段と、
前記速度検出手段が検出した速度を所定の速度と比較する比較手段と、を有し、
前記パルス制御手段は、前記比較手段の比較結果に応じて、前記第２のパルス信号のパルスエッジに対する前記第１のパルス信号のパルスエッジの時間的ずれ量を設定することを特徴とする。
【０００９】
上記目的を達成する為、本出願に係る第４の発明は、前記振動検出手段が、前記振動体の被測定部位に設けられた振動検出用電気−機械エネルギー変換素子を有し、
該振動検出用電気−機械エネルギー変換素子の出力電圧又は出力電流の少なくとも一方の値を検出することで振動を検出することを特徴とする。
【００１０】
上記目的を達成する為、本出願に係る第５の発明は、前記第１の電圧の波形が、略正弦波状又は三角波状の波形の上下をクリップした略台形波形又は上下のどちらか一方のみをクリップした波形であることを特徴とする。
【００１１】
上記目的を達成する為、本出願に係る第６の発明は、前記パルス制御手段が、前記第２のパルス信号のパルスエッジに対する第１のパルス信号のパルスエッジの時間的ずれ量が所定の時間を超えないよう前記時間的ずれ量を設定することを特徴とする。
【００１２】
上記目的を達成する為、本出願に係る第７の発明は、前記パルス制御手段は、前記第２のパルス信号における隣接する立ち上がりと立ち下りのパルスエッジ間の時間を前記所定の時間として設定することを特徴とする。
【００１３】
上記目的を達成する為、本出願に係る第８の発明は、進んだタイミングと９０°遅れたタイミングとの間で前記第１のパルス信号が変化するよう前記所定の時間を設定することを特徴とする。
【００１４】
上記目的を達成する為、本出願に係る第９の発明は、前記第１の交流電圧はコイルを介して前記駆動用電気−機械エネルギー変換素子に印加されることを特徴とする。
【００１５】
上記目的を達成する為、本出願に係る第１０の発明は、前記振動型アクチュエータは、前記第１の交流電圧が印加される駆動用電気−機械エネルギー変換素子と、前記第１の交流電圧と時間的振動位相の異なる第２の交流電圧を印加される駆動用電気−機械エネルギー変換素子と、を備え、
前記第１の交流電圧を印加することで前記振動体に形成される振動と前記第２の交流電圧を印加することで前記振動体に形成される振動との組み合わせによる振動により、前記振動体と前記接触体を相対移動させることを特徴とする。
【００１６】
上記目的を達成する為、本出願に係る第１１の発明は、前記パルス制御手段は、前記第２の交流電圧を生成するためのパルス信号のパルスエッジを、前記第１のパルス信号のパルスエッジに対して所定時間だけずらすことを特徴とする。
【００１７】
上記目的を達成する為、本出願に係る第１２の発明は、前記パルス制御手段は、前記第２の交流電圧を生成するためのパルス信号のパルスエッジを、前記第１のパルス信号のパルスエッジに対して略９０°の位相差に相当する時間だけずらすことを特徴とする。
【００１８】
【発明の実施の形態】
（第１の実施の形態）
図１は第１の実施の形態を示す振動型アクチュエータの制御装置を示すブロック図である。
【００１９】
図中、１及び２は振動型アクチュエータにおける振動体を構成する駆動用に設けられた電気−機械エネルギー変換素子としての圧電素子で、ここに交流電圧を印加することで不図示の弾性体に２つの定在性振動を発生させ、該弾性体に圧接される不図示の接触体（移動体）と前記振動体とを相対的に移動させるように振動型アクチュエータは構成されている。前記振動体は、例えば円環状に形成された金属製の弾性体の片面に円環状に形成された圧電素子が接着剤により接着固定されている。
【００２０】
圧電素子１及び圧電素子２には、互いに９０°の時間的位相のずれた交流電圧が印加され、９０°位相のずれた振動を該弾性体に発生させ、該弾性体上に進行性の振動波を発生させるように構成されている。
【００２１】
３は前記振動体の振動を検出するための圧電素子で、圧電素子１に交流電圧を印加することによって該弾性体上に形成される定在性振動を検出するように前記弾性体に配置されている。４は上記振動型アクチュエータを駆動するための交流信号（パルス信号）を発生する駆動パルス制御手段であり、駆動時には上記振動体の振動振幅が所定の値を超えるまでは、所定の周期で、位相の９０°ずれた２相のパルス信号を出力する。
【００２２】
５、６は、上記２相のパルス信号をそれぞれ上記振動型アクチュエータを駆動する電圧振幅の波形に変換するためのハーフブリッジ回路で、圧電素子１、２にそれぞれ不図示の電源手段からの電圧に応じて数１０Vの電圧を印加している。
【００２３】
７は上記振動体の振動を検出する圧電素子３の出力電流を検出するための電流検出アンプで、前記振動体の質点の振動速度に比例する波形を出力している。振動速度の振幅は弾性体に形成される振動の振動振幅にも比例しているので、これを振動振幅としても利用している。また、電流検出アンプ７の出力は所定のオフセット電圧を重畳するように構成されている。
【００２４】
８は振動速度信号をパルス信号に変換するシュミットトリガ入力のインバータで、前記振動速度の位相情報を検出している。
【００２５】
９は振動速度信号の振幅を検出するためのAC-DC変換手段で、前記振動体の振動振幅を検出している。
【００２６】
10はAC-DC変換手段9の出力信号である振動振幅信号と不図示の指令手段からの振動振幅指令とを比較する比較手段、11は比較手段10の比較結果をPID演算して駆動パルス制御手段に出力するPID演算手段である。
【００２７】
ここで、電流検出アンプ７の出力信号の特性について簡単な説明を加えておく。振動検出用の圧電素子３で検出される信号は、不図示の弾性体上に励起される振動の内、圧電素子１によって加振されて該弾性体上に形成された定在性振動の状態を表している。この定在性振動によって圧電素子３の貼り付け面に歪が発生し、歪みの量に比例した電荷が圧電素子３の電極上に発生する。この歪みの量は不図示の振動体の振動振幅に対応しており、歪み量に比例した電荷が圧電素子３の等価容量に充電された結果、通常圧電素子３の出力として電圧波形を取り出せば、圧電素子１の加振によって励起された定在性振動の振動変位信号を取り出すことが出来る。
【００２８】
しかし、本実施の形態では、振動検出用の圧電素子３から出力される電流を電流検出アンプ7で検出している。このため圧電素子３の出力電圧は電流検出アンプ７によって抵抗Ｒ１、Ｒ２及び電源電圧Ｖｃｃによって決まる直流の所定の電圧に固定され、圧電素子３で発生する電荷による電流を抵抗Ｒ３で決まる増幅率で電圧に変換して出力している。これによって上記定在性振動に起因する歪みの変化に対応した信号が検出されるようになっている。従って、圧電素子３の出力を電圧で検出する場合に対し90°位相が進んだ信号が検出されると共にその振幅は上記定在性振動の振幅に対応する値となる。
【００２９】
このような振動型アクチュエータを図８に示す。
【００３０】
図８において、100は金属材料で形成された複数の弾性部材で構成された弾性体、101は弾性体100に不図示の加圧手段で加圧接触されたロータ、102は弾性体100に接着され、ロータ101との間に挟まれている摩擦材、103はロータ中心に接続された回転軸、104は弾性体100に接着された圧電体である。圧電体104は図9に示す円環形状に形成され、表面が複数の電極に分割されている。また、この電極は、共振周波数での波長をλとすると、（1/4）λの間隔を有して配置され、各電極の間隔を（1/2）λとする２つの駆動用電極グループ（104a，104b）と、一つのセンサ電極部（104c、104ｄ）からなっており、以下それぞれ104aをA相、104bをB相、104cをS相と言いこれが振動検出用圧電素子となる。104dは空き電極で、（1/4）λの間隔を有し、通常GNDに接続される。S相104cはA相の振動を検出するように配置されており、（1/2）λの間隔を有している。Ａ相及びＢ相駆動用電極グループ104a、104bは、夫々分極方向が異なる電極が交互に配置されている。
【００３１】
図８に示す振動型アクチュエータは、このA相とB相に時間的位相差が９０度の交流電圧を印加することで弾性体100に進行性の振動波を発生させ、この振動の力を弾性体100に摩擦材102を介して加圧接触しているロータ101へ摩擦力を介して伝達し、ロータ101を回転するように構成されている。このように振動型アクチュエータは、２つの交流電圧を印加することでロータ101と、弾性体100と圧電素子104とを有する振動体とが相対的に回転することになる。
【００３２】
では、図１を用いて不図示の振動体の振動振幅を最短時間で所望の振幅に制御し、これに続いて最短時間で振動を停止する動作について説明する。まず最短時間で所望の振幅に制御する場合について説明する。
【００３３】
振動振幅を最短時間で大きくなるように加振するには加振力を振動変位に対して90°進んだ位相で与えれば良い。そこで、電流検出手段7の出力信号が圧電素子１で加振した際の上記定在性振動の振動変位に対して90°位相の進んだ信号であることを利用して、加振を行なう。
【００３４】
駆動パルス制御手段4は、この信号の位相情報をインバータ８の出力信号から検出し、この信号位相をPID演算手段11の出力信号に応じて出力パルスのタイミングを変化させ圧電素子１に一方のハーフブリッジ回路５を介してパルス電圧を供給している。
【００３５】
ここで起動時の動作について説明する。PID演算手段11の出力は、起動時の初期においては前記振動体における実際の振幅は０なので、AC-DC変換手段９の出力は０である。従って、比較手段10で所望の振動振幅（振動振幅指令）と比較すると、PID演算手段11の出力信号は大きくなって行く。
【００３６】
ここで、駆動パルス制御手段4では、PID演算手段11の出力から所定時間T1に対応する値を引いた値に相当する時間を計算し、この計算結果が負の場合はインバータ8の出力信号の位相（A-A'）からこの時間だけ遅れた位相の信号を発生する。但し、所定時間T1を引いた結果が正の場合はインバータ８の出力信号をそのまま出力する。
【００３７】
従って、目標振動振幅と実際の振動振幅の差が大きい場合には、所定時間T1に対応する値を引いた結果が正の値となり、インバータ８の出力信号の位相で加振が行なわれ、高速に振動振幅が増大する。
【００３８】
次に、AC-DC変換手段9の出力信号が上記所望の振動振幅に近づいてくると、PID演算手段11の出力信号は小さくなって行き、上記所定時間T1を引いた結果が負の値になりインバータ8の出力信号の位相に対してこの負の値の大きさに対応した時間だけ遅れた信号がハーフブリッジ回路5に出力される。そして、上記所望の振動振幅に近づくにつれて振動振幅の増加率が低下し、最終的に振動振幅が上記所望の振動振幅に到達するように制御される。PID演算手段11の演算パラメータに最適な値を選べば、振動振幅が短時間で所望の振動振幅に制御される。
【００３９】
次にこの状態から振動振幅を短時間で０にする場合の動作を図２に示すタイミングチャートを参照しながら説明する。
【００４０】
先ず、振動振幅を短時間で小さくするには、加振力を振動変位に対して90°遅らせれば良い。従って、インバータ８の出力信号の信号エッジの内、上記した90°進んだ信号エッジの次の信号エッジ（B-B'）を用いれば90°遅れた信号を得ることが出来る。これを利用して、駆動パルス制御手段４で90°以上信号位相が遅れないように位相遅れ量のリミットをインバータ８の信号エッジにするように構成している。
【００４１】
ここで、上記所望の振動振幅で振動している状態から振動振幅指令を０にすると、比較手段10の出力信号は負の値となる。すると、PID演算手段11の出力は小さくなって行き、上記所定時間T1に対応する値を引いた結果が小さくなって行き、駆動パルス制御手段4の出力信号の位相はインバータ8の出力信号の位相から遅れて行く。そしてすぐに遅れ分のリミットであるインバータ８の出力信号のB-B'まで遅れて行く。そして、上記定在性振動の振動変位の位相に対して90°遅れた加振がなされ、急速に振動振幅が小さくなる。
【００４２】
これは、AC-DC変換手段9の出力が所定の振幅以下になるまでこれが行なわれ、最終的に振動振幅は０に近づいて行く。上記したA-A'とB-B'は信号PAの位相進み側のリミットをA-A'と呼び、遅れ側のリミットをB-B'としている。この様にして信号PAのパルスエッジは毎回A-A'とB-B'の間で時間的ずれが制御される。
【００４３】
また、圧電素子２に対しては圧電素子１に印加されるパルス電圧に対して位相がT1だけ遅れた信号をもとに作られた信号が印加されており、不図示の振動型アクチュエータに圧接される移動部材の移動方向に応じて時間T1遅れた信号を反転するかどうかを切り替えている。従って、圧電素子２によって励起される定在性振動の振幅も、上記したように圧電素子１によって励起される定在性振動と同様にして増大、減衰を行なうことになる。
【００４４】
図２は各部の信号波形を示したタイミングチャートである。
【００４５】
不図示の振動体の圧電素子１によって励起される定在性振動の振動振幅変位A0に対して、電流検出アンプ7の出力I0は90°位相が進んだ信号を反転したものとなっている。また電流検出アンプ７の出力信号には直流オフセット分が重畳され、インバータ８で電流検出アンプ7の出力信号の交流信号の位相を検出できるようになっている。P0はインバータ8の出力信号で、電流検出アンプ7の出力信号の位相を反転したパルス信号となっている。
【００４６】
信号PA、PBはパルス制御手段4の出力信号で、出力信号PBは出力信号PAに対して時間T1だけ遅れた信号になっており、時間T1はほぼ90°の位相差に相当するように決められている。
【００４７】
VAは出力信号PAをハーフブリッジ５によって増幅した信号（圧電素子１に印加する交番信号）である。起動初期には、出力信号PAがインバータ８の出力信号P0とほぼ同期しているのがわかる。これは、目標振幅が実際の振幅より大きく、PID演算手段11の出力から所定時間T1に相当する値を引いても負にならないため、出力信号P0に対する位相遅れが０であるからである。そのため、不図示の振動体の振動変位に対して略９０°位相の進んだ加振が行なわれ、これによって、短時間で振動振幅が増大し、目標の振動振幅に最短時間で到達するようになっている。
【００４８】
目標振幅に近づいてくると、PID演算手段11の出力から所定時間T1に相当する値を引いた結果が負の値になり、信号PAの位相がインバータ８の出力信号P0に対して遅れて行き、振動振幅が目標振幅に制御される。
【００４９】
また、振動振幅を０にする際には更に位相が遅れて行き、遅れ量の制限に到達し最終的に信号PAは略信号P0を反転した波形となっている。
【００５０】
また、この際振動振幅が所定の振幅より小さくなった際には、信号PA及び信号PBの信号レベルは固定され（本実施の形態では共にハイレベル）、それ以降加振しないようになっている。これは、振動振幅が小さくなると、振動を減衰させるタイミングで加振しても、減衰を通り越して逆に振動が増大してしまうことがあるためである。
【００５１】
なお、本実施の形態では信号PAの位相をインバータ８の信号P0の位相に対して遅らせることで振動振幅の制御を行なっていたが、図1のパルス制御手段４の動作を変更し、位相を進ませるようにしても同じ制御を行なうことが出来る。これは、信号P0を反転して、信号nP0とし、これを遅らせる形で制御することで実現する。例えば弾性体の振動変位に対して駆動電圧の位相を３０°進めるには信号P0を反転して１８０°進んだ信号nP0に対して１５０°遅らせる形となる。この変形例の回路構成を図３のブロック図に示す。
【００５２】
図３において、図１に示すインバータ８の変わりにバッファ12を用いており、バッファ12は図１の信号P0を反転した信号nP0を出力している。図４がこの場合の各部の波形を示すタイミングチャートである。
【００５３】
この場合、起動時のPID演算手段11の出力信号が正の状態では所定時間T1に対応する値を加算した値に相当するだけ信号nP0の位相を遅らせるように構成される。最短時間で振動を増大する場合には、信号nP0の信号エッジがリミットとなる。そのため、短時間で振動振幅が増大し、目標の振動振幅に最短時間で到達するようになっている。目標振動振幅に近づいてくると、信号PAの位相が進んでゆき、振動振幅が目標振動振幅に制御される。
【００５４】
そして、振動振幅を０にする際には、バッファ12の信号nP0の位相に対する遅れが少なくなって行き、信号PAは最終的に信号nP0と同位相の信号となり、最短時間で振動が減衰する。
【００５５】
また、上記したように、振動振幅が所定の振動振幅より小さくなった際には、信号PA及び信号PBの信号レベルは固定され（本例では信号PAはハイレベル、信号PBはローレベル）、それ以降加振しないようになっている。
【００５６】
また、図５は図３のブロック図の制御回路を用いて、不図示の振動型アクチュエータで駆動される不図示の移動体の移動方向を切り替える際の動作を示すタイミングチャートである。方向を切り替える際には振動振幅を一旦０にする動作を行い、振動振幅が所定の振動振幅より小さくなってから信号PBを反転し、再度振動振幅を目標振動振幅に制御している。
【００５７】
（第２の実施の形態）
図６は第２の実施の形態を示すブロック図である。
【００５８】
図６において、１３は不図示の指令手段からの速度指令と後述するロータリーエンコーダ１４からの速度情報とを比較手段１０で比較した結果に対してPI演算を行なうPI演算手段、１４は圧電素子１、２に交流電圧を印加することで動作する不図示の振動型アクチュエータによって移動（回転）する不図示の移動体の移動速度を検出するためのロータリーエンコーダである。以下ブロック図を用いて動作を説明する。
【００５９】
上記した第１の実施の形態では、不図示の指令手段から不図示の振動体の振動振幅に対する指令を発生させていたが、本実施の形態では速度指令を発生させている。加速動作を高速に行なうためには、振動体の振動振幅を高速に目標速度に対応する振動振幅まで増大する必要がある。
【００６０】
そこで、直接速度差に応じて振動を制御して加速時間を短縮するのが本実施の形態のねらいである。
【００６１】
また、上記した第１の実施の形態では、PID演算としているのに対し本実施の形態ではPI演算としているが、特性に応じてPID演算、PD演算、ファジー制御に基づく演算等の他、単純なデータテーブルを用いたデータ変換手段を用いても良い。また第１の実施の形態と異なり、本実施の形態ではハーフブリッジ５、６の出力にインダクタ素子L1、L2を介して圧電素子１、２に駆動電圧を供給しており、更にダイオードD1、D2、D3、D4によって駆動電圧が電圧VDDとGNDレベルでクリップしている。これは、インダクタ素子L1、L2によって突入電流を抑制しハーフブリッジ５、６への負担を軽くすると共に、前記ダイオードによって電圧を制限することで、駆動力の大きさの変動を抑えているのである。
【００６２】
ここで、インダクタ素子を挿入することで、一つ問題がある。それは、信号PA、PBと電圧VA、VB間の位相の遅れである。上記した第１の実施の形態ではインダクタ素子L1、L2がなかったので、電流検出アンプ７の出力信号の位相をもとに直接駆動電圧の位相を制御出来たが、本実施の形態では前記インダクタ素子の位相遅れ分を考慮して信号PA、PBの位相を設定する必要がある。
【００６３】
更に、本実施の形態では電流検出アンプを用いずに、直接圧電素子３の出力電圧をバッファ１２に入力しており、第１の実施の形態では振動変位の変化を検出していたのに対して振動変位そのものを検出しているため、第１の実施の形態に対して信号nP0は９０°遅れた信号になっている。そのため、上記したインダクタL1、L2による位相遅れに加えて、信号nP0の９０°遅れの分も考慮しなければならない。従って、これら遅れ分だけ信号を進ませる必要がある。この進ませる量は180°より少ないので、nP0信号を反転して180°位相を進め、ここから遅らせることで行なう。
【００６４】
また、インダクタ素子L1、L2による遅れについては、電圧VA、VBの位相を直接検出することで実際の遅れ量を検出すれば、インダクタ素子L1、L2や、圧電素子１、２の特性のバラツキの影響を避けることが出来る。つまり、電圧VAの位相の相対的なずらし量を算出し、これと同じ量だけ信号PAを同方向にずらすことでインダクタ素子L1、L2の遅れ量の影響をキャンセル出来る。  また、振動変位とその変化の間の位相９０°に相当する時間T1については、駆動電圧周期を検出して、その４分の１を９０°の時間とすれば、少なくとも駆動電圧の１周期分の時間の遅れが生じるが、実際の振動特性の変化を反映できる。
【００６５】
図１０に各部の信号波形を示す。信号PAに対して信号（電圧）VAがインダクタ素子L２の影響で時間的に遅れた信号になっている。また、信号VAは台形状の波形となっており、ダイオードD3、D4によって波形がクリップされている。
【００６６】
（第３の実施の形態）
図７は第３の実施の形態を示すブロック図である。
【００６７】
上記した第２の実施の形態では、PI演算手段13の出力信号を直接パルス制御手段4へ入力し、振動検出信号である信号nP0に対する信号PAの時間的ずれを設定していた。これに対して、PI演算手段１３の出力信号を振動振幅指令とし、AC-DC変換手段9によって検出された圧電素子３の出力信号の振幅情報を比較手段15で比較し、この比較結果に基づいて振動検出信号である信号nP0に対するPA信号の時間的ずれを設定するようにしたものである。
【００６８】
また、本実施の形態では、第２の実施の形態において、４つのダイオードD1、D2、D3、D4で駆動電圧の波形を台形状にクリップしていたが、ダイオードD1、D3を削除し、駆動電圧波形が半波整流波形となるようにしたものである。上記した第２の実施の形態も含めて、ダイオードを挿入すると、以下の効果がある。
【００６９】
インダクタ素子L1、L2と圧電素子１、２の静電容量によるフィルタ効果によって、任意の位相のパルス波形をインダクタ素子L1、L2に入力した場合、電圧VA、VBの電圧振幅が安定せず、所望の加振力を圧電素子１、２に供給できない問題があるが、ダイオードを接続すると駆動波形が安定し、急な位相変化に対しても駆動電圧の変化が予測しやすいため、加振力を制御しやすいのである。但し、ダイオードD2、D4を削除したことで信号PA、信号PBのパルス幅によって信号（電圧）VA、信号（電圧）VBの電圧振幅が変化するので、加振力が変化することになる。
そのため、加振タイミングだけでなく、加振力も考慮する必要がある。
【００７０】
ただ、本実施の形態の方式では電圧振幅の変動はダイオードを入れない場合と比較して少ないので、パルス幅と加振力の関係をあらかじめ求めておけば補正可能である。別の見方をすれば、本方式によれば、電圧振幅と電圧を発生させるタイミングの両方をコントロール出来るため柔軟な制御が可能とも言える。
【００７１】
また、このように高速に振動振幅を制御するためAC-DC変換手段９には、高速性が要求される。そのため、ピークホールド回路や、サンプルホールド回路のタイミング信号を入力電圧の正負の最大値のタイミングで発生して入力信号の正負のピーク値を検出する方法や、所定の複数の閾値と入力電圧を比較した結果をパルス信号にし、これらのパルス幅から総合して振幅を求めるようにしても良い。
【００７２】
また、起動初期にパルス幅を徐々に広げたり、電源電圧を徐々に大きくしたりして起動時の衝撃音を低減しても良い。また、起動初期の振動振幅が小さい場合には所定の振動振幅に達するまでは所定の周波数の駆動電圧で加振を続け、振動振幅が所定の振動振幅に到達してから振動検出信号nP0に対する信号PAの時間的ずれ量を制御するようにしても良い。
【００７３】
また、上記した第２の実施の形態では振動検出用圧電素子３は圧電素子１で加振される定在性振動を検出していたが、インダクタL1、L2による信号PA、PBと信号VA、VB間の時間的ずれ分だけ振動の位相がずれた位置の振動を検出するように構成すればインダクタL1、L2の影響をキャンセルできる。例えば、図９においてS相104-cを振動検出用圧電素子とした場合は、A相104aで加振される振動を検出するが、空き電極104dを振動検出用に用いれば、A相104aで加振される定在性振動の振動位相に対して45°ずれた振動を検出できる。このように振動体上のどの位置に振動検出用圧電素子を配置するかで、振動に対する時間的位相を選ぶことが出来る。
【００７４】
図１１に各部の波形を示す。信号PAのパルス幅に応じて信号VAの波高値が変化しており、信号VAの波形はダイオードD4によって下側の波形がクリップされている。また、インダクタ素子L2の影響で信号PAに対して信号VAは時間的に遅れた波形となっている。
【００７５】
【発明の効果】
以上説明したように、本出願に係る第１の発明によれば、振動体の振動を検出し、この振動のタイミングに対して常に最適な加振タイミングで加振力を与えることが可能なので、振動が不安定にならない。また、振動振幅の増減を高速に制御できる。
【００７６】
本出願に係る第２の発明によれば、振動振幅偏差情報を用いて加振を制御するので振動振幅の増減を安定に短時間で行い目標の振幅に制御できる。
【００７７】
本出願に係る第３の発明によれば、速度偏差情報によって加振制御するので振動型アクチュエータで移動する移動体の速度の増減を安定に短時間で行い目標の速度に制御できる。
【００７８】
本出願に係る第４の発明によれば、振動体の振動を簡単な構成で検出できる。
【００７９】
本出願に係る第５の発明によれば、駆動波形をクリップすることで、駆動電圧の位相及び電圧を安定に制御出来、加振制御が容易になる。
【００８０】
本出願に係る第６の発明によれば、前記駆動電圧制御手段に設定する振動検出手段の出力信号に対する駆動電圧波形の時間的ずれ量が所定の時間を超えないようにする制限手段を設けたことで、加振力が前記時間的ずれ量に対して単調増加特性とすることができ、制御が容易になる。
【００８１】
本出願に係る第７の発明によれば、前記所定の時間を前記振動検出手段の出力信号上の任意の位相のタイミングとしたことで、制限を簡単な構成で且つ加振力の限界に制限を精度良く設定できる。
【００８２】
本出願に係る第８の発明によれば、前記駆動電圧制御手段が出力する駆動電圧の位相は前記振動検出手段で検出された振動速度に対応する波形より遅れないかあるいは進まないののいずれかに制限する制限手段を設け振動体の周波数特性における山形の共振カーブの一方の傾斜のみを利用できる。
【００８３】
本出願に係る第９の発明によれば、前記駆動電圧制御手段の出力電圧はコイルを介して振動型アクチュエータに接続したことで、圧電素子への突入電流を減らし、駆動電圧制御手段の効率を向上できる。
【００８４】
本出願に係る第１０の発明によれば、前記振動型アクチュエータは複数の時間的振動位相の異なる定在性振動の組み合わせによる振動により振動体と接触体を相対移動させると共に、前記振動検出手段は、所定の振幅比で少なくとも２つの振動が合成された振動を検出し、駆動波形がコイルを介して振動型アクチュエータに印加されることで発生する駆動電圧の遅れに相当する分だけ進んだ振動波形を検出することで、回路的変更なしにコイルによる電気−機械エネルギー変換素子としての圧電素子に対する電圧の位相遅れ分をキャンセルして印加電圧と振動の時間的ずれを検出できる。
【００８５】
本出願に係る第１１の発明によれば、前記振動型アクチュエータに印加する複数の時間的位相の異なる駆動電圧の内、第１の駆動電圧を前記駆動電圧制御手段で制御すると共に、他の駆動電圧は第１の駆動電圧に対して、所定時間又は上記振動検出手段の出力に応じた時間だけ遅延することで、所望の位相で複数の駆動電圧を発生させることが出来る。
【００８６】
本出願に係る第１２の発明によれば、前記振動型アクチュエータの移動方向を切り替える際に、前記振動体の振動振幅が所定の振幅以下になってから、駆動電圧の位相を切り替えることで、振動が不安定になることなく高速に方向を切り替えることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態のブロック図
【図２】第１の実施の形態の各部の波形を示すタイミングチャート
【図３】第１の実施の形態の変形例のブロック図
【図４】図３の各部の波形を示すタイミングチャート
【図５】第１の実施の形態の反転を伴う各部の波形を示すタイミングチャート
【図６】第２の実施の形態のブロック図
【図７】第３の実施の形態のブロック図
【図８】振動型アクチュエータの例を示す概略図
【図９】振動型アクチュエータの圧電素子の電極構造を示す図
【図１０】第２の実施の形態の各部の波形を示すタイミングチャート
【図１１】第３の実施の形態の各部の波形を示すタイミングチャート
【符号の説明】
１、２、３  圧電素子
４  パルス制御手段
５，６  ハーフブリッジ回路
７  電流検出アンプ
８  インバータ
９  AC-DC変換手段
１０、１５  比較手段
１１  PID演算手段
１２  バッファ
１３  PI演算手段
１４  ロータリーエンコーダ
100  振動体
101  移動体
102  摩擦部材
103  回転軸
104  圧電素子
【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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