JP7362465B2 - 駆動制御装置、駆動システム、および駆動制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、駆動制御装置、駆動システム、および駆動制御方法に関する。

従来、電気－機械エネルギ変換素子と弾性体とを接合してなる振動体に被駆動体を加圧接触させ、電気－機械エネルギ変換素子に駆動信号を印加して振動体に振動を励起することで、振動体と被駆動体とを相対的に移動させる振動型アクチュエータが知られている。特許文献１には、振動型アクチュエータに印加する駆動信号を制御することによって、起動時および停止時の音の発生を抑制する駆動装置が開示されている。

特開２０１２－２３９１７号公報

しかしながら、特許文献１には、起動時および停止時の駆動信号の制御については開示されているが、低電力かつ高トルクで振動型アクチュエータを駆動させるための駆動信号の制御については開示されていない。

本発明は、低電力かつ高トルクで振動型アクチュエータを駆動可能な駆動制御装置、駆動システム、および駆動制御方法を提供することを目的とする。

本発明の一側面としての駆動制御装置は、複数の電気－機械エネルギ変換素子を備える振動型アクチュエータの駆動を制御する駆動制御装置であって、波形が同一で位相が異なる複数の駆動信号を生成すると共に、複数の駆動信号をそれぞれ、複数の電気－機械エネルギ変換素子の異なる素子に印加する制御部を有し、制御部は、位相に応じて波形を変更し、第１位相に応じた第１波形の形状は、第１位相より大きい第２位相に応じた第２波形の形状に比べて矩形波形状に近い形状であることを特徴とする。

また、本発明の他の側面としての駆動制御装置は、複数の電気－機械エネルギ変換素子を備える振動型アクチュエータの駆動を制御する駆動制御装置であって、波形が同一で位相が異なる複数の駆動信号を生成すると共に、複数の駆動信号をそれぞれ、複数の電気－機械エネルギ変換素子の異なる素子に印加する制御部を有し、制御部は、位相に応じて波形を変更し、複数の駆動信号は、絶対値が等しい正の値および負の値を含み、かつ正の値のパルス幅と負の値のパルス幅とが等しいパルス信号を用いて生成され、第１位相に応じた第１波形の駆動信号の基となる第１パルス信号の一周期に対する正および負の値のパルス幅の和の割合は、第１位相より大きい第２位相に応じた第２波形の駆動信号の基となる第２パルス信号の一周期に対する正および負の値のパルス幅の和の割合より小さいことを特徴とする。

また、本発明の他の側面としての駆動制御方法は、複数の電気－機械エネルギ変換素子を備える振動型アクチュエータの駆動を制御する駆動制御方法であって、波形が同一で位相が異なる複数の駆動信号を生成する生成ステップと、複数の駆動信号をそれぞれ、複数の電気－機械エネルギ変換素子の異なる素子に印加する印加ステップとを有し、生成ステップでは、位相に応じて波形を変更し、第１位相に応じた第１波形の形状は、第１位相より大きい第２位相に応じた第２波形の形状に比べて矩形波形状に近い形状であることを特徴とする。

本発明によれば、低電力かつ高トルクで振動型アクチュエータを駆動可能な駆動制御装置、駆動システム、および駆動制御方法を提供することができる。

本発明の実施形態に係る駆動システムの構成図である。 振動型アクチュエータの基本的な動作の流れを示すフローチャートである。 振動型アクチュエータの機構部の概略図である。 圧電素子に印加される駆動信号の一例を示す図である。 弾性体の変形状態の一形態を示す模式図である。 弾性体の変形状態の一形態を示す模式図である。 弾性体の変形状態の一形態を示す模式図である。 弾性体の変形状態の一形態を示す模式図である。 弾性体の突起部先端の移動軌跡の一例を示す図である。 圧電素子に印加される駆動信号の他の例を示す図である。 弾性体の突起部先端の移動軌跡の他の例を示す図である。 圧電素子に印加される駆動信号の他の例を示す図である。 駆動信号生成印加部が実行する図２のステップＳ０３およびステップＳ０４の処理の詳細を示すフローチャートである。 第１および第２のパルス信号を示す図である。

以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら詳細に説明する。各図において、同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。

図１は、本発明の実施形態に係る駆動システム（駆動装置）１の構成図である。駆動システム１は、振動型アクチュエータ２、および振動型アクチュエータ２の駆動を制御する駆動制御装置３を有する。振動型アクチュエータ２は、第１の圧電素子３１０および第２の圧電素子３２０を備える。第１および第２の圧電素子３１０，３２０は、電圧を加えることで変位が生じる電気－機械エネルギ変換素子である。駆動制御装置３は、位置指令部１００、位置検出部２００、および駆動信号生成印加部（制御部）４００を備える。位置指令部１００は、不図示の可動部の移動すべき目標位置や目標速度を指示する。位置検出部２００は、可動部の現在位置を取得する。駆動信号生成印加部４００は、位置指令部１００からの指示、および位置検出部２００から取得した可動部の現在位置を用いて、可動部が目標位置に目標速度で到達するために必要な駆動信号（電圧）を生成する。また、駆動信号生成印加部４００は、生成した駆動信号を第１および第２の圧電素子３１０，３２０に印加する。なお、本実施形態では、駆動信号を電圧としているが、本発明はこれに限定されない。また、本実施形態では、２つの電気－機械エネルギ変換素子を用いているが、電気－機械エネルギ変換素子の数はこれに限定されない。

図２は、振動型アクチュエータ２の基本的な動作の流れを示すフローチャートである。ステップＳ０１では、駆動信号生成印加部４００は、位置指令部１００から目標位置や目標速度を取得する。ステップＳ０２では、駆動信号生成印加部４００は、位置検出部２００により検出された可動部の現在位置を取得する。ステップＳ０３（生成ステップ）では、駆動信号生成印加部４００は、位置指令部１００から取得した目標位置や目標速度、および位置検出部２００から取得した可動部の現在位置を用いて、駆動信号を生成する。ステップＳ０４（印加ステップ）では、駆動信号生成印加部４００は、ステップＳ０３で生成した駆動信号を第１および第２の圧電素子３１０，３２０に印加する。これにより、可動部を移動させるための振動型アクチュエータの移動部が移動する。

以下、図３を参照して、振動型アクチュエータ２の機構部の概略について説明する。図３は、振動型アクチュエータ２の機構部の概略図である。第１および第２の圧電素子３１０，３２０はそれぞれ、接合面３１１，３２１で弾性体５００に接合されている。第１および第２の圧電素子３１０，３２０と弾性体５００との接合は、不図示の接着剤を用いた接着等で行われる。

弾性体５００に設けられた接続部５１１，５１２はそれぞれ、保持部７００の凸部７１１，７１２に接着等により固定されている。これにより、弾性体５００は、保持部７００に対して固定されている。また、保持部７００は、不図示の固定部に固定されている。本実施形態では、第１の圧電素子３１０、第２の圧電素子３２０、弾性体５００、および保持部７００は、固定部に対して固定されているため、振動型アクチュエータの移動部が移動する場合も移動しない。

加圧ばね８００は、第１端が保持部７００に、第２端が第１および第２の圧電素子３１０，３２０の少なくとも一方に接触し、Ｙ方向へばね力（加圧力）を発生させる圧縮ばねである。加圧ばね８００の加圧力によって、弾性体５００は保持部７００に対して図中下方に加圧される。なお、本実施形態では、弾性体５００は圧縮ばねで加圧されるが、本発明はこれに限定されない。

弾性体５００は、加圧ばね８００に加圧された場合に、弾性体５００の直下に配置された摩擦部材（被駆動体）６００に加圧接触する突起部先端５２１，５２２を有する。摩擦部材６００は、可動部に対して固定されている。駆動信号生成印加部４００が弾性体５００の共振周波数の周期付近の周期を有する駆動信号を第１および第２の圧電素子３１０，３２０に印加すると、弾性体５００が共振し、突起部先端５２１，５２２には矢印Ａで示される楕円運動が生じる。突起部先端５２１，５２２の楕円運動が突起部先端５２１，５２２に加圧接触している摩擦部材６００に摩擦力によって伝搬し、摩擦部材６００はＸ方向へ並進運動を行う。弾性体５００は固定部に対して固定されており、摩擦部材６００は可動部に対して固定されているため、上記動作によって可動部は固定部に対してＸ方向へ並進運動を行う。なお、本実施形態では、弾性体５００を固定部に、摩擦部材６００を可動部に固定し、摩擦部材６００が移動するが、弾性体５００を可動部に、摩擦部材６００を固定部に対して固定し、弾性体５００を移動させてもよい。

以下、図４を参照して、突起部先端５２１，５２２に生じる楕円運動の詳細について説明する。図４（ａ），（ｂ）はそれぞれ、第１および第２の圧電素子３１０，３２０に印加される駆動信号の一例を示す図である。図４において、横軸は時間、縦軸は電圧（信号値）を表している。駆動信号（周期矩形波）９００，９０１はともに振幅がＶａ、周期がＴａの矩形波形状の信号であり、それぞれが第１および第２の圧電素子３１０，３２０に印加される。第２の圧電素子３２０に印加される駆動信号９０１は、第１の圧電素子３１０に印加される駆動信号９００に対して位相がθだけずれている。

本実施形態では、第１および第２の圧電素子３１０，３２０はともに、正の電圧が印加されると、接合面３１１，３２１に平行な平面方向へ伸長し、接合面３１１，３２１に直交する厚み方向へ収縮する。第１および第２の圧電素子３１０，３２０はともに、負の電圧が印加されると、接合面３１１，３２１に平行な平面方向へ収縮し、接合面３１１，３２１に直交する厚み方向へ伸長する。

図５から図８は、第１および第２の圧電素子３１０，３２０にそれぞれ、駆動信号９００，９０１が印加された場合の第１および第２の圧電素子３１０，３２０、並びに弾性体５００の変形状態を示している。図５（ａ），図６（ａ），図７（ａ），図８（ａ）は、図３のＢ－Ｂ線断面図である。図５（ｂ），図６（ｂ），図７（ｂ），図８（ｂ）は、図３と同じ方向から見た場合の第１および第２の圧電素子３１０，３２０、並びに弾性体５００を示している。

矢印５３１ａ，５３１ｂ，５３１ｃ，５３１ｄは、突起部先端５２１の動きを示している。矢印５３２ａ，５３２ｂ，５３２ｃ，５３２ｄは、突起部先端５２２の動きを示している。点で示される位置は、第１および第２の圧電素子３１０，３２０に電圧が印加されておらず、弾性体５００に変形が生じていない場合の突起部先端５２１，５２２の位置である。矢印先端の位置は、第１および第２の圧電素子３１０，３２０に電圧が印加され、弾性体５００に変形が生じた場合の突起部先端５２１，５２２の位置である。

図５は、図４の時刻０から時刻θまでの区間Ｃにおける第１および第２の圧電素子３１０，３２０、並びに弾性体５００の変形状態を示している。区間Ｃにおいて、第１および第２の圧電素子３１０，３２０にはそれぞれ、正および負の電圧が印加されている。そのため、接合面３１１，３２１と平行な平面方向において、第１の圧電素子３１０は伸長し、第２の圧電素子３２０は収縮する。このとき、弾性体５００は元の大きさを保っているため、曲げ変形が生じ、第１の圧電素子３１０の非接合面３１２は凸に、第２の圧電素子３２０の非接合面３２２は凹になる。また、突起部先端５２１，５２２はそれぞれ、矢印５３１ａ，５３２ａに示されるように、図５の右方向へ移動する。

図６は、図４の時刻θから時刻Ｔａ／２までの区間Ｄにおける第１および第２の圧電素子３１０，３２０、並びに弾性体５００の変形状態を示している。区間Ｄにおいて、第１および第２の圧電素子３１０，３２０にはともに、正の電圧が印加されている。そのため、接合面３１１，３２１と平行な平面方向において、第１および第２の圧電素子３１０，３２０はともに伸長する。このとき、弾性体５００は元の大きさを保っているため、曲げ変形が生じ、非接合面３１２，３２２はともに凸になる。また、突起部先端５２１，５２２はそれぞれ、矢印５３１ｂ，５３２ｂに示されるように、図６の上方向へ移動する。

図７は、図４の時刻Ｔａ／２から時刻Ｔａ／２＋θまでの区間Ｅにおける第１および第２の圧電素子３１０，３２０、並びに弾性体５００の変形状態を示している。区間Ｅにおいて、第１および第２の圧電素子３１０，３２０にはそれぞれ、負および正の電圧が印加されている。そのため、接合面３１１，３２１と平行な平面方向において、第１の圧電素子３１０は収縮し、第２の圧電素子３２０は伸長する。このとき、弾性体５００は元の大きさを保っているため、曲げ変形が生じ、非接合面３１２は凹に、非接合面３２２は凸になる。また、突起部先端５２１，５２２はそれぞれ、矢印５３１ｃ，５３２ｃに示されるように、図７の左方向へ移動する。

図８は、図４の時刻Ｔａ／２＋θから時刻Ｔａまでの区間Ｆにおける第１および第２の圧電素子３１０，３２０、並びに弾性体５００の変形状態を示している。区間Ｆにおいて、第１および第２の圧電素子３１０，３２０にはともに、負の電圧が印加されている。そのため、接合面３１１，３２１と平行な平面方向において、第１および第２の圧電素子３１０，３２０はともに収縮する。このとき、弾性体５００は元の大きさを保っているため、曲げ変形が生じ、非接合面３１２，３２２はともに凹になる。また、突起部先端５２１，５２２はそれぞれ、矢印５３１ｄ，５３２ｄに示されるように、図８の下方向へ移動する。

図４の時間Ｔａから時間Ｔａ＋θまでの区間Ｇにおける第１および第２の圧電素子３１０，３２０、並びに弾性体５００の変形状態は、区間Ｃにおける第１および第２の圧電素子３１０，３２０、並びに弾性体５００の変形状態と同じである。

このように、第１および第２の圧電素子３１０，３２０にそれぞれ、駆動信号９００，９０１が印加されると、第１および第２の圧電素子３１０，３２０、並びに弾性体５００は図５から図８の動きを繰り返す。

図９は、突起部先端５２１，５２２の移動軌跡の一例を示す図である。横軸および縦軸はそれぞれ、図３のＸ方向およびＹ方向における各突起部先端の位置を示している。第１および第２の圧電素子３１０，３２０にそれぞれ、駆動信号９００，９０１が印加された場合、突起部先端５２１，５２２は長方形で示される移動軌跡５４０に沿って移動する。突起部先端５２１，５２２は、区間Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆで点５５０ａ，５５０ｂ，５５０ｃ，５５０ｄの位置に移動し、この移動を繰り返す。

点５５０ａから点５５０ｂを経由し、点５５０ｃに至るまでは、突起部先端５２１，５２２は摩擦部材６００から離れる方向へ移動するため、摩擦部材６００は移動しない。点５５０ｃから点５５０ｄを経由し、点５５０ａに至るまでは、突起部先端５２１，５２２は摩擦部材６００に対して突き上げる方向へ移動するため、摩擦部材６００は点５５０ｃから点５５０ａまでのＸ方向の変位だけ移動する。第１および第２の圧電素子３１０，３２０に周期的な駆動信号を印加し、突起部先端５２１，５２２の移動を繰り返すことで、摩擦部材６００を連続的に移動させることが可能である。

ここで、摩擦部材６００の一周期当たりの移動距離を表す、各突起部先端の点５５０ａから点５５０ｃまでのＸ方向の変位を送り振幅５６０と呼ぶ。また、摩擦部材６００の移動距離に関わらない、各突起部先端の摩擦部材６００に対する離間、又は突き上げを生じさせるＹ方向の変位を突き上げ振幅５７０と呼ぶ。

送り振幅５６０が等しい場合、周期Ｔａが短いほど摩擦部材６００の移動速度は速くなる。また、周期Ｔａが同じ場合、送り振幅５６０が大きいほど摩擦部材６００の移動速度は速くなる。突き上げ振幅５７０は摩擦部材６００の移動に関与しないため、突き上げ振幅５７０が大きいほど電力損失が大きくなる。

図１０（ａ），（ｂ）はそれぞれ、第１および第２の圧電素子３１０，３２０に印加される駆動信号の他の例を示す図である。図１０において、横軸は時間、縦軸は電圧を表している。駆動信号９１０，９１１はともに振幅がＶａ、周期がＴａであり、それぞれが第１および第２の圧電素子３１０，３２０に印加される。第２の圧電素子３２０に印加される駆動信号９１１は、第１の圧電素子３１０に印加される駆動信号９１０に対して波形が同一であるが、位相がθだけずれている。なお、「波形が同一」には、厳密に同一である場合だけでなく、様々なノイズなどにより同一ではないが実質的に同一（略同一）とみなされる場合も含まれている。

時刻ｔ１において、第１および第２の圧電素子３１０，３２０にはそれぞれ、正および負の電圧が印加され、印加電圧の差分が最大となる。このとき、突起部先端５２１，５２２は、図５に示されるように最も右方向へ移動する。時刻ｔ２において、第１および第２の圧電素子３１０，３２０にはともに、正の電圧が印加され、印加電圧の絶対値の和が最大となる。このとき、突起部先端５２１，５２２は、図６に示されるように最も上方向へ移動する。時刻ｔ３において、第１および第２の圧電素子３１０，３２０にはそれぞれ、負および正の電圧が印加され、印加電圧の差分が最大となる。このとき、突起部先端５２１，５２２は、図７に示されるように最も左方向へ移動する。時刻ｔ４において、第１および第２の圧電素子３１０，３２０にはともに、負の電圧が印加され、印加電圧の絶対値の和が最大となる。このとき、突起部先端５２１，５２２は、図８に示されるように最も下方向へ移動する。

位相θがＴａ／２に近づくと、時刻ｔ１，ｔ３における印加電圧の差分が大きくなり、時刻ｔ２，ｔ４における印加電圧の絶対値の和は小さくなる。そのため、送り振幅は大きくなり、突き上げ振幅は小さくなる。位相θがＴａ／２になると、送り振幅は第１および第２の圧電素子３１０，３２０に駆動信号９００，９０１が印加された場合の送り振幅５６０と一致し、突き上げ振幅は０となる。

一方、位相θが０に近づくと、時刻ｔ１，ｔ３における印加電圧の差分が小さくなり、時刻ｔ２，ｔ４における印加電圧の絶対値の和は大きくなる。そのため、送り振幅は小さくなり、突き上げ振幅は大きくなる。位相θが０になると、送り振幅は０となり、突き上げ振幅は第１および第２の圧電素子３１０，３２０に駆動信号９００，９０１が印加された場合の突き上げ振幅５７０と一致する。

図９において、楕円５４１は、第１および第２の圧電素子３１０，３２０に位相θがＴａ／２に近い駆動信号９１０，９１１が印加された場合の突起部先端５２１，５２２の移動軌跡を表している。点５５１ａ，５５１ｂ，５５１ｃ，５５１ｄはそれぞれ、時刻ｔ１，ｔ２，ｔ３，ｔ４での突起部先端５２１，５２２の位置を示している。また、楕円５４２は、第１および第２の圧電素子３１０，３２０に位相θが０に近い駆動信号９１０，９１１が印加された場合の突起部先端５２１，５２２の移動軌跡を表している。点５５２ａ，５５２ｂ，５５２ｃ，５５２ｄはそれぞれ、時刻ｔ１，ｔ２，ｔ３，ｔ４での突起部先端５２１，５２２の位置を示している。位相θがＴａ／２に近い駆動信号９１０，９１１が印加された場合の各突起部先端の送り振幅５６１は大きく、突き上げ振幅５７１は小さい。一方、位相θが０に近い駆動信号９１０，９１１が印加された場合の各突起部先端の送り振幅５６２は小さく、突き上げ振幅５７２は大きい。このように、位相θを変化させることで送り振幅の大きさを変化させることができるため、摩擦部材６００の移動量や速度を変化させることができる。

また、第１および第２の圧電素子３１０，３２０にはそれぞれ、図１０（ａ），（ｂ）において破線で示される振幅がＶａ、周期がＴａである駆動信号９２０，９２１が印加されてもよい。第２の圧電素子３２０に印加される駆動信号９２１は、第１の圧電素子３１０に印加される駆動信号９２０に対して位相がθだけずれている。駆動信号９２０，９２１は、駆動信号９１０，９１１と比較して、信号値（電圧）が０付近の信号の立ち上がりの上昇率（信号値がゼロとなる点における接線の傾き）が大きい。また、信号値がＶａ付近（ピーク付近）の信号の立ち上がりの上昇率（信号値が最大値の近傍値となる点における接線の傾き）が小さい。すなわち、駆動信号９２０，９２１の波形（第１波形）の形状はそれぞれ、駆動信号９１０，９１１の波形（第２波形）の形状と比較して、図１０において二点鎖線で示される駆動信号９００，９０１の波形形状（矩形波形状）に近い。

図１１は、突起部先端５２１，５２２の移動軌跡の他の例を示す図である。図１１（ａ）において、楕円５４３は第１および第２の圧電素子３１０，３２０に位相θがＴａ／２に近い駆動信号９２０，９２１が印加された場合の突起部先端５２１，５２２の移動軌跡を表している。図１１（ｂ）において、楕円５４４は第１および第２の圧電素子３１０，３２０に位相θが０に近い駆動信号９２０，９２１が印加された場合の突起部先端５２１，５２２の移動軌跡を表している。また、図１１（ａ），（ｂ）において、実線で示される楕円５４１，５４２は、図９の楕円５４１，５４２と同一のものを表している。

前述したように、駆動信号９２０，９２１の波形の形状はそれぞれ、駆動信号９１０，９１１と比較して駆動信号９００，９０１の波形形状に近い。そのため、突起部先端５２１，５２２の移動軌跡も駆動信号９１０，９１１が印加された場合の移動軌跡に比べて、駆動信号９００，９０１が印加された場合の移動軌跡に近くなる。

また、前述したように、駆動信号９２０，９２１では、駆動信号９１０，９１１と比較して、信号値が０付近の信号立ち上がりの上昇率が大きく、信号値がＶａ付近の信号の立ち上がりの上昇率が小さい。そのため、時刻ｔ１，ｔ３における印加電圧の差分や時刻ｔ２，ｔ４における印加電圧の絶対値の和が大きくなる。このことからも駆動信号９２０，９２１が印加された場合の突起部先端５２１，５２２の移動軌跡が、駆動信号９００，９０１が印加された場合の移動軌跡に近くなることを説明できる。

図１１（ａ）において、駆動信号９２０，９２１が印加された場合の各突起部先端の送り振幅５６３は、位相θがＴａ／２に近い駆動信号９１０，９１１が印加された場合の各突起部先端の送り振幅５６１と略同一である。一方、駆動信号９２０，９２１が印加された場合の各突起部先端の突き上げ振幅５７３は、位相θがＴａ／２に近い駆動信号９１０，９１１が印加された場合の各突起部先端の突き上げ振幅５７１よりも大きい。

位相θがＴａ／２に近い場合、送り振幅５６０，５６１の差分は小さいが、突き上げ振幅５７０，５７１の差分は大きい。そのため、駆動信号９２０，９２１を駆動信号９００，９０１に近づけても送り振幅５６３が大きくなる余地はほとんどないが、突き上げ振幅５７３が大きくなる余地はある。

具体的には、位相θがＴａ／２に近づくと、時刻ｔ１は電圧がＶａとなるタイミングに近づく。しかしながら、電圧がＶａとなるタイミング付近の電圧は駆動信号９１０，９１１，９２０，９２１でほとんど変わらないので、時刻ｔ１における印加電圧の差分もほとんど変わらない。したがって、送り振幅５６２はほとんど変わらない。一方、時刻ｔ２は電圧が０となるタイミングに近づくため、信号の立ち上がりの上昇率の変化によって、時刻ｔ２付近での電圧が大きく変化する。したがって、時刻ｔ２における印加電圧の絶対値の和は大きく変化し、突き上げ振幅５７２も大きく変化する。

図１１（ｂ）において、駆動信号９２０，９２１が印加された場合の各突起部先端の送り振幅５６４は、位相θが０に近い駆動信号９１０，９１１が印加された場合の各突起部先端の送り振幅５６２よりも大きい。一方、駆動信号９２０，９２１が印加された場合の各突起部先端の突き上げ振幅５７４は、位相θが０に近い駆動信号９１０，９１１が印加された場合の各突起部先端の突き上げ振幅５７２と略同一である。

位相θが０に近い場合、送り振幅５６０，５６２の差分は大きいが、突き上げ振幅５７０，５７２の差分は小さい。そのため、駆動信号９２０，９２１を駆動信号９００，９０１に近づけても送り振幅５６４が大きくなる余地はあるが、突き上げ振幅５７４が大きくなる余地はほとんどない。

具体的には、位相θが０に近づくと、時刻ｔ１は電圧が０となるタイミングに近づくため、信号の立ち上がりの上昇率の変化によって、時刻ｔ１付近での電圧が大きく変化する。したがって、時刻ｔ１における印加電圧の差分は大きく変化し、送り振幅５６４も大きく変化する。一方、時刻ｔ２は電圧がＶａとなるタイミングに近づくが、電圧がＶａとなるタイミング付近の電圧は駆動信号９１０，９１１，９２０，９２１でほとんど変わらないので、時刻ｔ２における印加電圧の絶対値の和もほとんど変わらない。したがって、突き上げ振幅５７４はほとんど変わらない。

突き上げ振幅５７３，５７４は、摩擦部材６００のＸ方向への移動に影響しない。そのため、送り振幅５６３，５６４に対する突き上げ振幅５７３、５７４の比が大きくなると、動作に寄与しない無駄な電力が増える。また、突起部先端５２１，５２２が摩擦部材６００から離間する時間が長くなるため、出力トルクが低下し、駆動特性が悪化する。

以上説明したように、位相θがＴａ／２に近い場合に信号値が０付近の信号の立ち上がりの上昇率が大きい駆動信号９２０，９２１を印加すると、送り振幅５６３がほとんど増えないが、突き上げ振幅５７３が大きく増えてしまう。そのため、消費電力が増加すると共に、出力トルクが低下し、駆動特性が悪化する。したがって、位相θがＴａ／２に近い場合、信号値が０付近の信号の立ち上がりの上昇率が小さく、駆動信号９００，９０１から離れた波形形状を有する駆動信号９１０、９１１を印加することが望ましい。

一方、位相θが０に近い場合に信号値が０付近の信号の立ち上がりの上昇率が大きい駆動信号９２０，９２１を印加すると、送り振幅５６４が大きく増加するが、突き上げ振幅５７４はほとんど増えない。そのため、駆動効率が上がり、消費電力が低下する。また、出力トルクが高くなり、駆動特性が向上する。したがって、位相θが０に近い場合、信号値が０付近の信号の立ち上がりの上昇率が大きく、駆動信号９００，９０１に近い波形形状を有する駆動信号９２０，９２１を印加することが望ましい。

図１２は、第１および第２の圧電素子３１０，３２０に印加される駆動信号の他の例を示す図である。図１２において、横軸は時間、縦軸は電圧を表している。第１および第２の圧電素子３１０，３２０にはそれぞれ、振幅がＶｂ、周期がＴｂである駆動信号９３０、および駆動信号９３０に対して位相がθだけずれている駆動信号が印加されてもよい。駆動信号９１０，９３０を比較する場合、振幅Ｖａ，Ｖｂ、および周期Ｔａ，Ｔｂが等しくなるように正規化した信号を用いることが好ましい。

以下、図１３を参照して、駆動信号生成印加部４００による駆動信号の生成の詳細について説明する。図１３は、駆動信号生成印加部４００が実行する図２のステップＳ０３およびステップＳ０４の処理の詳細を示すフローチャートである。

ステップＳ０５では、駆動信号生成印加部４００は、位置指令部１００から取得した目標位置や目標速度、および位置検出部２００から取得した可動部の現在位置を用いて、振動型アクチュエータ２が出力することが必要な速度を算出する。

ステップＳ０６では、駆動信号生成印加部４００は、ステップＳ０５で算出した速度を出力するための位相θを算出する。本実施形態では、位相θを変化させることで送り振幅を変化させ、振動型アクチュエータ２の速度を変化させることができる。そのため、駆動信号生成印加部４００は、必要とする速度を出力するための位相θを算出可能である。

ステップＳ０７では、駆動信号生成印加部４００は、ステップＳ０６で算出した位相θが閾値θｔより大きいかどうかを判断する。位相θが閾値θｔより大きい場合、ステップＳ０８に進み、位相θが閾値θｔより小さい場合、ステップＳ０９に進む。位相θが閾値θｔと等しい場合、どちらのステップに進みかは任意に設定可能である。

ステップＳ０８では、駆動信号生成印加部４００は、駆動信号９１０の基となる第１のパルス信号９４０を生成する。

ステップＳ０９では、駆動信号生成印加部４００は、駆動信号９３０の基となる第２のパルス信号９５０を生成する。

図１４（ａ），（ｂ）はそれぞれ、第１および第２のパルス信号９４０，９５０を示す図である。図１４（ａ），（ｂ）において、横軸は時間、縦軸は電圧を表している。第１および第２のパルス信号９４０，９５０はともに、振幅がＶｃであり、正の電圧Ｖｃ、負の電圧－Ｖｃ、およびゼロの３値のみで構成されている。第１のパルス信号９４０は、正の電圧Ｖｃおよび負の電圧－Ｖｃのパルス幅がともにＰａであり、周期がＴａである。第２のパルス信号９５０は、正の電圧Ｖｃおよび負の電圧－Ｖｃのパルス幅がともにＰｂであり、周期がＴｂである。第１のパルス信号９４０の一周期Ｔａに対する正負の電圧のパルス幅の和２Ｐａの割合（デューティー比）２Ｐａ／Ｔａは、第２のパルス信号９５０の一周期Ｔｂに対する正負の電圧のパルス幅の和の割合（デューティー比）２Ｐｂ／Ｔｂより大きい。なお、第１のパルス信号９４０は、値がゼロである場合を含まない、正の電圧Ｖｃと負の電圧－Ｖｃの２値のみで構成されていてもよい。

ステップＳ１０では、駆動信号生成印加部４００は、第１および第２のパルス信号９４０，９５０のいずれかを不図示の電気回路に入力する。この電気回路は、波形を鈍らせることができ、パルス信号を入力すると正弦波のような信号を生成することができる。本実施形態では、電気回路は、第１および第２のパルス信号９４０，９５０を鈍らせることで、それぞれに基づく駆動信号９１０，９３０を生成することができる。駆動信号９１０，９３０の周期はそれぞれ、第１および第２のパルス信号９４０，９５０の周期と同じである。また、駆動信号９１０，９３０はそれぞれ、第１および第２のパルス信号９４０，９５０を鈍らせて生成されるため、駆動信号９１０，９３０の振幅Ｖａ，Ｖｂはともに振幅Ｖｃより小さくなる。また、第１のパルス信号９４０のデューティー比２Ｐａ／Ｔａは第２のパルス信号９５０のデューティー比２Ｐｂ／Ｔｂより大きいため、駆動信号９１０の振幅Ｖａは駆動信号９３０の振幅Ｖｂより大きくなる。

第１および第２のパルス信号９４０，９５０は、電圧のＯＮ／ＯＦＦを切り替えるだけで、パルス幅Ｐａ，Ｐｂや周期Ｔａ，Ｔｂを容易に変更することができる。パルス幅Ｐａ，Ｐｂや周期Ｔａ，Ｔｂを変更することによって、駆動信号９１０，９３０のそれぞれの振幅Ｖａ，Ｖｂや周期Ｔａ，Ｔｂを簡易に変更することができる。したがって、駆動信号９１０，９３０を直接生成するよりも簡易に、振幅、周期、および信号の立ち上がりの上昇率等を変更することができる。

ここで、第１および第２のパルス信号９４０，９５０に基づいて生成された駆動信号９１０，９３０は、振幅Ｖａ，Ｖｂや周期Ｔａ，Ｔｂが異なるため、振幅Ｖａ，Ｖｂや周期Ｔａ，Ｔｂが一致するように正規化した信号で比較する。例えば駆動信号９３０の振幅Ｖｂおよび周期Ｔｂが駆動信号９１０の振幅Ｖａおよび周期Ｔａと一致するように正規化する場合、駆動信号９３０の時間成分全体に対してＴａ／Ｔｂを、電圧成分全体に対してＶａ／Ｖｂを積算すればよい。駆動信号９３０を正規化した換算信号は、図１０の駆動信号９２０である。第２のパルス信号９５０のデューティー比２Ｐｂ／Ｔｂは第１のパルス信号９４０のデューティー比２Ｐａ／Ｔａより小さいため、第２のパルス信号９５０は第１のパルス信号９４０に比べて高周波成分が強い。そのため、第２のパルス信号９５０に基づいて生成された駆動信号９３０も、第１のパルス信号９４０に基づいて生成された駆動信号９１０に比べて、高周波成分が強い。この結果、駆動信号９３０を正規化した駆動信号９２０は、駆動信号９１０と比較すると、信号値が０付近の信号の立ち上がりの上昇率が大きく、信号値がＶａ付近の信号の立ち上がりの上昇率が小さい、駆動信号９００に近くなる。

ステップＳ１１では、駆動信号生成印加部４００は、ステップＳ１０で生成した駆動信号９１０または駆動信号９３０を、ステップＳ０６で算出した位相θだけずらして、第１および第２の圧電素子３１０，３２０に印加する。これにより、突起部先端５２１，５２２に楕円運動が励起され、摩擦部材６００を移動させることができる。

なお、位相θが閾値θｔと等しい場合に第１および第２のパルス信号９４０，９５０のいずれを用いても摩擦部材６００の移動速度が略同一になるように、パルス幅Ｐａ，Ｐｂや周期Ｔａ，Ｔｂが設定されていることが好ましい。

第１および第２の圧電素子３１０，３２０に印加される駆動信号の振幅が大きくなると、第１および第２の圧電素子３１０，３２０の変形の大きさが変化し、突起部先端５２１，５２２に励起される楕円運動の大きさが大きくなる。一方、駆動信号の振幅が同じであっても、駆動信号の周期が弾性体５００の共振周波数の周期に近づくと、弾性体５００に発生する共振が大きくなるため、楕円運動の大きさも大きくなる。

本実施形態では、第１のパルス信号９４０に基づいて生成された駆動信号９１０の振幅Ｖａは、第２のパルス信号９５０に基づいて生成された駆動信号９３０の振幅Ｖｂより大きい。そのため、駆動信号９１０，９３０の周期が同一である場合、駆動信号９１０を用いることで駆動信号９３０を用いる場合に比べて楕円運動が大きくなり、摩擦部材６００の移動速度が速くなる。駆動信号９３０の周期Ｔｂを駆動信号９１０の周期Ｔａより弾性体５００の共振周波数の周期に近づけると、位相θが閾値θｔと等しい場合に第１および第２のパルス信号９４０，９５０のいずれを用いても摩擦部材６００の移動速度を略同一とすることができる。このような設定により使用されるパルス信号が切り替わった場合に、急激に速度が変化することを防ぐことができる。

また、このような設定ができない場合、第１および第２のパルス信号９４０，９５０のパルス幅Ｐａ，Ｐｂや周期Ｔａ，Ｔｂの変更量をできる限り少なくすることで、パルス信号を変更することによる速度変化が最小に抑えられるようにしてもよい。このような場合、パルス信号の種類を２つ以上にして、徐々にパルス信号を切り替え、滑らかにパルス幅Ｐａ，Ｐｂや周期Ｔａ，Ｔｂを切り替えるようにすればよい。

位相θが周期Ｔａ／２，Ｔｂ／２に近い場合、デューティー比の大きい第１のパルス信号９４０を用いて振動型アクチュエータ２を駆動することが望ましい。このような構成により、第２のパルス信号９５０を用いて振動型アクチュエータ２を駆動する場合に比べて、消費電力を低下させることができると共に、出力トルクを高くすることができる。これは第２のパルス信号９５０に基づいて生成された駆動信号９３０を正規化した駆動信号９２０の波形形状が第１のパルス信号９４０に基づいて生成された駆動信号９１０に比べて駆動信号９００に近い波形形状となっているからである。図１１（ａ）に示されるように、第１のパルス信号９４０を用いる場合、送り振幅に対する突き上げ振幅の比が第２のパルス信号９５０を用いる場合に比べて小さい。したがって、位相θがＴａ／２，Ｔｂ／２に近い場合、第１のパルス信号９４０を用いて振動型アクチュエータ２を駆動することで駆動特性や駆動効率を向上させることができる。

一方、位相θが０に近い場合、デューティー比の小さい第２のパルス信号９５０を用いて振動型アクチュエータ２を駆動することが望ましい。このような構成により、第１のパルス信号９４０を用いて振動型アクチュエータ２を駆動する場合に比べて、消費電力を低下させることができると共に、出力トルクを高くすることができる。これは第２のパルス信号９５０に基づいて生成された駆動信号９３０を正規化した駆動信号９２０の波形形状が第１のパルス信号９４０に基づいて生成された駆動信号９１０に比べて駆動信号９００に近い波形形状となっているからである。図１１（ｂ）に示されるように、第２のパルス信号９５０を用いる場合、突き上げ振幅に対する送り振幅の比が第１のパルス信号９４０を用いる場合に比べて大きい。したがって、位相θが０に近い場合、第２のパルス信号９５０を用いて振動型アクチュエータ２を駆動することで駆動特性や駆動効率を向上させることができる。

本実施形態の構成によれば、位相θに応じて第１および第２のパルス信号９４０，９５０を使い分けることで、出力トルクの大きい、駆動特性や駆動効率のよい振動型アクチュエータ２の制御が可能となる。

なお、本実施形態では、位相θが所定値より大きいかどうかで駆動信号を選択しているが、位相θが小さくなるにつれて波形形状が矩形波形状に近くなる駆動信号を用いてもよい。

また、閾値θｔは、消費電力や出力トルク等の駆動特性や駆動効率を示すパラメータの少なくとも１つが、第１および第２のパルス信号９４０，９５０で駆動させた場合に略同一となる位相θに設定されることが好ましい。閾値θｔをこのように設定することで、閾値θｔよりも位相θが大きい場合、第１のパルス信号９４０を用いて振動型アクチュエータ２を駆動させることで駆動効率や駆動特性を向上させることができる。一方、閾値θｔよりも位相θが小さい場合、第２のパルス信号９５０を用いて振動型アクチュエータ２を駆動させることで駆動効率や駆動特性を向上させることができる。したがって、位相θがどのような値であってもパルス信号を適切に選択することができる。

また、本実施形態では、２つのパルス信号を切り替えて振動型アクチュエータ２を駆動する方法について説明したが、本発明はこれに限定されない。また、パルス信号を鈍らせて第１および第２の圧電素子３１０，３２０に印加する駆動信号を生成する方法について説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、駆動信号９１０，９３０を直接生成してもよい。
［その他の実施例］
本発明は、上述の実施形態の１以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける１つ以上のプロセッサーがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。また、１以上の機能を実現する回路（例えば、ＡＳＩＣ）によっても実現可能である。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

２ 振動型アクチュエータ
３ 駆動制御装置
３１０ 第１の圧電素子（電気－機械エネルギ変換素子）
３２０ 第２の圧電素子（電気－機械エネルギ変換素子）
４００ 駆動信号生成印加部（制御部）

Claims (12)

1. 複数の電気－機械エネルギ変換素子を備える振動型アクチュエータの駆動を制御する駆動制御装置であって、
   波形が同一で位相が異なる複数の駆動信号を生成すると共に、前記複数の駆動信号をそれぞれ、前記複数の電気－機械エネルギ変換素子の異なる素子に印加する制御部を有し、
   前記制御部は、前記位相に応じて前記波形を変更し、
   第１位相に応じた第１波形の形状は、前記第１位相より大きい第２位相に応じた第２波形の形状に比べて矩形波形状に近い形状であることを特徴とする駆動制御装置。
2. 前記第１波形の駆動信号の信号値がゼロとなる点における接線の傾きは、前記第２波形の駆動信号の信号値がゼロとなる点における接線の傾きより大きいことを特徴とする請求項１に記載の駆動制御装置。
3. 前記制御部は、前記位相が所定値より大きい場合、前記第２波形の駆動信号を生成し、前記位相が所定値より小さい場合、前記第１波形の駆動信号を生成することを特徴とする請求項１又は２に記載の駆動制御装置。
4. 複数の電気－機械エネルギ変換素子を備える振動型アクチュエータの駆動を制御する駆動制御装置であって、
   波形が同一で位相が異なる複数の駆動信号を生成すると共に、前記複数の駆動信号をそれぞれ、前記複数の電気－機械エネルギ変換素子の異なる素子に印加する制御部を有し、
   前記制御部は、前記位相に応じて前記波形を変更し、
   前記複数の駆動信号は、絶対値が等しい正の値および負の値を含み、かつ正の値のパルス幅と負の値のパルス幅とが等しいパルス信号を用いて生成され、
   第１位相に応じた第１波形の駆動信号の基となる第１パルス信号の一周期に対する正および負の値のパルス幅の和の割合は、前記第１位相より大きい第２位相に応じた第２波形の駆動信号の基となる第２パルス信号の一周期に対する正および負の値のパルス幅の和の割合より小さいことを特徴とする駆動制御装置。
5. 振幅および周期が同一となるように前記第１波形の駆動信号と前記第２波形の駆動信号の少なくとも一方を換算した場合、前記第１波形の駆動信号は前記第２波形の駆動信号に比べて矩形波に近い形状であることを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の駆動制御装置。
6. 前記第１波形の駆動信号の振幅、および周期の少なくとも一方は、前記第２波形の駆動信号の振幅、および周期と異なることを特徴とする請求項１乃至５の何れか一項に記載の駆動制御装置。
7. 前記制御部は、前記位相が小さくなるにつれて前記波形を矩形波形状に近づけるように変更することを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の駆動制御装置。
8. 前記制御部は、前記位相が小さくなるにつれて、前記パルス信号の一周期に対する正および負の値のパルス幅の和の割合が小さくなることを特徴とする請求項４に記載の駆動制御装置。
9. 複数の電気－機械エネルギ変換素子を備える振動型アクチュエータと、
   請求項１乃至８の何れか一項に記載の駆動制御装置とを有することを特徴とする駆動システム。
10. 前記複数の電気－機械エネルギ変換素子の数は２つであることを特徴とする請求項９に記載の駆動システム。
11. 前記位相に応じて前記振動型アクチュエータの速度が変更されることを特徴とする請求項９又は１０に記載の駆動システム。
12. 複数の電気－機械エネルギ変換素子を備える振動型アクチュエータの駆動を制御する駆動制御方法であって、
    波形が同一で位相が異なる複数の駆動信号を生成する生成ステップと、
    前記複数の駆動信号をそれぞれ、前記複数の電気－機械エネルギ変換素子の異なる素子に印加する印加ステップとを有し、
    前記生成ステップでは、前記位相に応じて前記波形を変更し、
    第１位相に応じた第１波形の形状は、前記第１位相より大きい第２位相に応じた第２波形の形状に比べて矩形波形状に近い形状であることを特徴とする駆動制御方法。