電気機械変換素子の駆動装置、モータ装置、及びロボット装置
【課題】駆動精度を向上させる。
【解決手段】電気機械変換素子の駆動装置は、電気機械変換素子に駆動電圧を供給するための電流を、制御信号に基づいて制御する駆動回路部と、電気機械変換素子の駆動電圧を検出する検出部と、駆動電圧の供給を制御する駆動制御信号を駆動回路部に出力する駆動処理、及び、駆動電圧を検出して得られた検出電圧に基づいて駆動電圧を目標電圧に補正する補正制御信号を駆動回路部に出力する補正処理、を実行する制御部と、を備え、制御信号は、少なくとも駆動制御信号及び補正制御信号を含む。
【解決手段】電気機械変換素子の駆動装置は、電気機械変換素子に駆動電圧を供給するための電流を、制御信号に基づいて制御する駆動回路部と、電気機械変換素子の駆動電圧を検出する検出部と、駆動電圧の供給を制御する駆動制御信号を駆動回路部に出力する駆動処理、及び、駆動電圧を検出して得られた検出電圧に基づいて駆動電圧を目標電圧に補正する補正制御信号を駆動回路部に出力する補正処理、を実行する制御部と、を備え、制御信号は、少なくとも駆動制御信号及び補正制御信号を含む。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気機械変換素子の駆動装置、モータ装置、及びロボット装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
圧電素子などの電気機械変換素子に駆動電圧を供給する駆動装置が知られている（例えば、特許文献１を参照）。特許文献１に記載されている電気機械変換素子の駆動装置は、定電流を供給する駆動回路を備え、制御信号のパルス幅によって定電流を供給する期間を制御することによって、圧電素子の駆動を制御している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−１６５０１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述のような駆動装置は、電流や電荷を精密に制御しようとしても、電気機械変換素子のリーク電流や、駆動回路のもつ微小なオフセット電流によって、繰り返し駆動を行っているうちにオフセット電荷が電気機械変換素子に保持されてしまうことがある。このような場合に、上述のような駆動装置は、駆動電圧を正しく供給できないという問題がある。
したがって、上述のような駆動装置では、電気機械変換素子の駆動精度を向上させることが困難であった。
【０００５】
本発明は、上記問題を解決すべくなされたもので、その目的は、電気機械変換素子の駆動精度を向上させることができる駆動装置、モータ装置、及びロボット装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記問題を解決するために、本発明の一実施形態は、電気機械変換素子に駆動電圧を供給するための電流を、制御信号に基づいて制御する駆動回路部と、前記電気機械変換素子の駆動電圧を検出する検出部と、前記駆動電圧の供給を制御する駆動制御信号を前記駆動回路部に出力する駆動処理、及び、前記駆動電圧を検出して得られた検出電圧に基づいて前記駆動電圧を目標電圧に補正する補正制御信号を前記駆動回路部に出力する補正処理、を実行する制御部と、を備え、前記制御信号は、少なくとも前記駆動制御信号及び前記補正制御信号を含むことを特徴とする電気機械変換素子の駆動装置である。
【０００７】
また、本発明の一実施形態は、上記の電気機械変換素子の駆動装置を備えることを特徴とするモータ装置である。
【０００８】
また、本発明の一実施形態は、上記のモータ装置を備えることを特徴とするロボット装置である。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、電気機械変換素子の駆動精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第１の実施形態による電気機械変換素子の駆動装置を示す概略ブロック図である。
【図２】第１の実施形態における補正処理のシーケンスの一例を示す第１のタイムチャートである。
【図３】第１の実施形態における補正処理のシーケンスの一例を示す第２のタイムチャートである。
【図４】第２の実施形態による電気機械変換素子の駆動装置を示す概略ブロック図である。
【図５】第３の実施形態による電気機械変換素子の駆動装置を示す概略ブロック図である。
【図６】第３の実施形態における補正処理のシーケンスの一例を示す第２のタイムチャートである。
【図７】第４の実施形態による電気機械変換素子の駆動装置を示す概略ブロック図である。
【図８】本実施形態におけるモータ装置を示す斜視図である。
【図９】本実施形態におけるモータ装置の動作を示す図である。
【図１０】本実施形態におけるモータ装置の駆動電圧波形を示す図である。
【図１１】本実施形態におけるロボット装置を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の一実施形態による電気機械変換素子の駆動装置について、図面を参照して説明する。
【００１２】
［第１の実施形態］
本実施形態では、電気機械変換素子の一例として、圧電素子を駆動する駆動装置の実施形態について説明する。
図１は、本実施形態による圧電素子の駆動装置（以下、圧電駆動装置１という）を示す概略ブロック図である。
この図において、圧電駆動装置１は、コントローラ２０と、駆動回路部３０とを備えている。また、圧電駆動装置１は、駆動信号線Ｌ３を介して、圧電素子４０に接続されている。
【００１３】
圧電素子４０は、例えば、ピエゾ素子であり、電圧により形状が変位して、力に変換する。圧電素子４０は、２つの端子を有し、第１の端子（ノードＮ１）が、駆動電圧が供給される駆動信号線Ｌ３に接続され、第２の端子（ノードＮ２）が、接地されている。
【００１４】
駆動回路部３０は、第１の制御信号線Ｌ１と第２の制御信号線Ｌ２とを介して、コントローラ２０に接続されている。駆動回路部３０は、圧電素子４０に駆動電圧を供給するための電流を、コントローラ２０が出力する制御信号に基づいて制御する。つまり、駆動回路部３０は、制御信号（第１制御信号及び第２制御信号）に基づいて、定電流によって圧電素子４０を充電又は放電して、駆動電圧を供給する。すなわち、駆動回路部３０は、圧電素子４０を電流駆動する。
【００１５】
なお、制御信号には、第１の制御信号線Ｌ１に出力される第１制御信号と、第２の制御信号線Ｌ２に出力される第２制御信号とが含まれる。また、第１制御信号及び第２制御信号は、パルス信号である。駆動回路部３０は、第１制御信号又は第２制御信号のパルス幅によって、圧電素子４０を充電又は放電するための電荷量が制御される。
【００１６】
また、駆動回路部３０は、カレントソース部３１、カレントシンク部３２、第１のスイッチ３３、及び第２のスイッチ３４を備えている。
カレントソース部３１は、ソース端子（ノードＮ３）に正の定電流を供給する定電流電源であり、駆動信号線Ｌ３を介して、圧電素子４０に電流を供給する。つまり、カレントソース部３１は、駆動信号線Ｌ３を介して、圧電素子４０に電荷を充電することによって、駆動電圧を制御する。
【００１７】
第１のスイッチ３３は、例えば、ＦＥＴ（電界効果トランジスタ：Field effect transistor）などのスイッチであり、カレントソース部３１と圧電素子４０との間に配置される。また、第１のスイッチ３３は、制御端子が第１の制御信号線Ｌ１に接続されている。第１のスイッチ３３は、第１の制御信号線Ｌ１に、例えば、Ｈ（ハイ：ｈｉｇｈ）状態が供給された場合に、カレントソース部３１のソース端子（ノードＮ３）と駆動信号線Ｌ３との間を導通状態にする。また、第１のスイッチ３３は、第１の制御信号線Ｌ１に、例えば、Ｌ（ロウ：ｌｏｗ）状態が供給された場合に、カレントソース部３１のソース端子（ノードＮ３）と駆動信号線Ｌ３との間を非導通（遮断）状態にする。すなわち、第１のスイッチ３３は、カレントソース部３１と圧電素子４０との間に配置され、第１制御信号に基づいてカレントソース部３１から圧電素子４０に充電を行う。
【００１８】
カレントシンク部３２は、シンク端子（ノードＮ４）に定電流を引き込む（負の定電流を供給する）定電流電源であり、駆動信号線Ｌ３を介して、圧電素子４０から電荷を引き抜く。つまり、カレントシンク部３２は、駆動信号線Ｌ３を介して、圧電素子４０から電荷を放電することによって、駆動電圧を制御する。
【００１９】
第２のスイッチ３４は、例えば、ＦＥＴなどのスイッチであり、圧電素子４０とカレントシンク部３４との間に配置される。また、第２のスイッチ３４は、制御端子が第２の制御信号線Ｌ２に接続されている。第２のスイッチ３４は、第２の制御信号線Ｌ２に、例えば、Ｈ状態が供給された場合に駆動信号線Ｌ３とカレントシンク部３２のシンク端子（ノードＮ４）との間を導通状態にする。また、第２の制御信号線Ｌ２に、例えば、Ｌ状態が供給された場合に非導通（遮断）状態にする。すなわち、第２のスイッチ３４は、圧電素子４０とカレントシンク部３２との間に配置され、第２制御信号に基づいて圧電素子４０からカレントシンク部３２に放電を行う。
【００２０】
コントローラ２０は、ＣＰＵ（Central processing unit）などを含み、駆動回路部３０を介して、圧電素子４０の駆動を制御する。コントローラ２０は、駆動回路部３０に出力する制御信号によって、圧電素子４０に駆動電圧を供給するための電流を制御する。
【００２１】
コントローラ２０は、駆動回路部３０に対して、駆動処理と補正処理の２つの制御処理を実行する。この第１の制御処理である駆動処理は、圧電素子４０に駆動電圧の供給を制御する駆動制御信号を駆動回路部３０に出力する。また、第２の制御処理である補正処理は、後述する駆動電圧を検出して得られた検出電圧に基づいて、駆動電圧を目標電圧に補正する補正制御信号を駆動回路部３０に出力する。ここで、目標電圧とは、圧電駆動装置１が圧電素子４０を駆動する際に、駆動電圧の制御において、目標とする理想の駆動電圧のことである。なお、制御信号には、少なくとも駆動制御信号と補正制御信号とが含まれる。
【００２２】
また、コントローラ２０は、Ａ／Ｄ（アナログ／デジタル）変換部２１、駆動処理部２２、及び補正処理部２３を備えている。
Ａ／Ｄ変換部２１（検出部）は、圧電素子４０の駆動電圧、すなわち、駆動信号線Ｌ３のノードＮ１における電圧を検出し、デジタル信号に変換する。
【００２３】
駆動処理部２２は、上述の駆動処理を実行する。駆動処理部２２は、第１制御信号又は第２制御信号のパルス幅によって、圧電素子４０を充電又は放電するための電荷量を制御する。駆動処理部２２は、駆動する目標電圧が現在のノードＮ１の電圧より高い駆動電圧である場合、駆動する目標電圧値と現在のノードＮ１の電圧値とに応じて、所定のパルス幅の第１制御信号を駆動制御信号として第１の制御信号線Ｌ１に出力する。また、駆動処理部２２は、駆動する目標電圧が現在のノードＮ１の電圧より低い駆動電圧である場合、駆動する目標電圧値と現在のノードＮ１の電圧値とに応じて、所定のパルス幅の第２制御信号を駆動制御信号として第２の制御信号線Ｌ２に出力する。
また、駆動処理部２２は、駆動電圧の変化する速度を制御することができる。つまり、駆動処理部２２は、駆動制御信号（第１制御信号又は第２制御信号）を間欠的（断続的）にパルス信号を出力することによって、駆動電圧の上昇又は下降する速度を制御する。
なお、本実施形態において、制御信号は論理信号であり、パルス幅はＨ状態の幅を示す。
【００２４】
補正処理部２３は、上述の補正処理を実行する。補正処理部２３は、Ａ／Ｄ変換部２１が検出したノードＮ１の電圧である検出電圧と目標電圧とを用いた演算結果が、予め定められた閾値以上であるか否かを判定する。一例として、補正処理部２３は、検出電圧と目標電圧との差が、予め定められた閾値以上であるか否かを判定する。そして、補正処理部２３は、検出電圧と目標電圧との差が予め定められた閾値以上であると判定した場合に、補正制御信号を駆動回路部３０に出力する。なお、制御信号には、パルス信号である第１制御信号と、パルス信号である第２制御信号とが含まれる。つまり、補正処理部２３は、検出電圧と目標電圧との差に基づいて、第１制御信号及び第２制御信号のうちのいずれか一方として補正制御信号を出力する。
【００２５】
また、補正処理部２３は、検出電圧と目標電圧との差に応じて、補正制御信号のパルス幅を変更する。補正処理部２３は、例えば、検出電圧と目標電圧との差と、補正制御信号のパルス幅とを関連付けたテーブル（データテーブル）に基づいて補正制御信号のパルス幅を決定してもよいし、圧電素子４０の設計上の静電容量値などに基づいた演算によって補正制御信号のパルス幅を決定してもよい。また、このテーブルは、予め上述のような演算によって作成されたものでもよいし、実験などで実測した測定値に基づいて予め作成されたものでもよい。
なお、補正処理部２３は、第１制御信号及び第２制御信号による圧電素子４０の駆動シーケンスにおいて、後述する所定のタイミングで、Ａ／Ｄ変換部２１に圧電素子４０の駆動電圧を検出させて、補正処理を実行する。
【００２６】
次に、本実施形態における圧電駆動装置１の動作について説明する。
なお、本実施形態では、Ａ／Ｄ変換部２１によって圧電素子４０の駆動電圧を検出される所定のタイミングは、目標電圧が予め定められた電圧値になるタイミングである場合の形態について説明する。
【００２７】
図２は、本実施形態における補正処理のシーケンスの一例を示す第１のタイムチャートである。
図２は、Ａ／Ｄ変換部２１による検出電圧の目標電圧が、０Ｖである場合の例を示している。図２において、各グラフは、上から（ａ）第１制御信号、（ｂ）第２制御信号、及び（ｃ）駆動電圧を示しており、各グラフの横軸は、時間を示している。また、（ａ）及び（ｂ）のグラフは、縦軸が論理状態（Ｌ状態又はＨ状態）を示し、（ｃ）のグラフは、縦軸が電圧を示している。また、（ｃ）駆動電圧において、波形Ｗ１（破線の波形）は、目標とする理想的な駆動電圧の波形を示し、波形Ｗ２（実線の波形）は、本実施形態における駆動電圧の波形を示している。
【００２８】
図２において、まず、コントローラ２０の駆動処理部２２は、第１制御信号（ここでは充電信号）及び第２制御信号（ここでは放電信号）を駆動制御信号として出力することによって、駆動処理を実行する。ここでは、時刻Ｔ１から時刻Ｔ２までの期間、時刻Ｔ５から時刻Ｔ６までの期間、及び時刻Ｔ１２から時刻Ｔ１３までの期間において、駆動処理部２２は、駆動制御信号として、第１制御信号を第１の制御信号線Ｌ１に出力する。つまり、駆動処理部２２は、第１制御信号にＨ状態のパルス信号ＤＰ１１、ＤＰ１２、及びＤＰ１３を出力する。
【００２９】
これにより、第１のスイッチ３３が導通状態になり、駆動信号線Ｌ３は、カレントソース部３１から供給される定電流によって充電される。つまり、波形Ｗ２に示すように、時刻Ｔ１から時刻Ｔ２までの期間、時刻Ｔ５から時刻Ｔ６までの期間、及び時刻Ｔ１２から時刻Ｔ１３までの期間では、駆動信号線Ｌ３（ノードＮ１）の駆動電圧が上昇する。
【００３０】
また、時刻Ｔ３から時刻Ｔ４までの期間、時刻Ｔ７から時刻Ｔ８までの期間、及び時刻Ｔ１４から時刻Ｔ１５までの期間において、駆動処理部２２は、駆動制御信号として、第２制御信号を第２の制御信号線Ｌ２に出力する。つまり、駆動処理部２２は、第２制御信号にＨ状態のパルス信号ＤＰ２１、ＤＰ２２、及びＤＰ２３を出力する。
【００３１】
これにより、第２のスイッチ３４が導通状態になり、駆動信号線Ｌ３は、カレントシンク部３２によって引き込まれる定電流によって放電される。つまり、波形Ｗ２に示すように、時刻Ｔ３から時刻Ｔ４までの期間、時刻Ｔ７から時刻Ｔ８までの期間、及び時刻Ｔ１４から時刻Ｔ１５までの期間では、駆動信号線Ｌ３（ノードＮ１）の駆動電圧が下降する。
【００３２】
なお、理想的な駆動電圧波形Ｗ１では、時刻Ｔ２から時刻Ｔ３までの期間、時刻Ｔ６から時刻Ｔ７までの期間、及び時刻Ｔ１３から時刻Ｔ１４までの期間において、駆動電圧ＶＨ１が維持される。また、時刻Ｔ５から時刻Ｔ６までの期間、及び時刻Ｔ９から時刻Ｔ１２までの期間において、駆動電圧０Ｖが維持される。しかしながら、圧電素子４０のリーク電流や、カレントソース部３１及びカレントシンク部３２のもつ微小なオフセット電流によって、ノードＮ１の駆動電圧にオフセット電圧が発生する。本実施形態では、波形Ｗ２に示すように、駆動信号線Ｌ３の駆動電圧は、波形Ｗ１より高い電圧となる場合の例である。
【００３３】
本実施形態における圧電駆動装置１は、一例として、目標電圧が０Ｖのタイミングにおいて、補正処理を実行する。つまり、Ａ／Ｄ変換部２１が、目標電圧が０Ｖのタイミングにおいて、ノードＮ１の駆動電圧を検出する。
補正処理部２３は、Ａ／Ｄ変換部２１によって検出された検出電圧と目標電圧との差が、予め定められた閾値以上であるか否かを判定する。そして、補正処理部２３は、検出電圧と目標電圧との差が予め定められた閾値以上であると判定した場合に、補正制御信号を駆動回路部３０に出力する。
【００３４】
ここでは、例えば、時刻Ｔ９において、検出電圧と目標電圧との差ΔＶ１が予め定められた閾値以上となり、補正処理部２３は、時刻Ｔ１０から時刻Ｔ１１までの期間に、補正パルス信号ＨＰ１（補正制御信号）を第２制御信号として、第２の制御信号線Ｌ２に出力する。これにより、ノードＮ１の駆動電圧におけるオフセット電圧が放電されて、目標電圧である０Ｖに補正される。
なお、補正処理部２３は、補正パルス信号ＨＰ１のパルス幅ΔＤ１（時刻Ｔ１０から時刻Ｔ１１までの期間）を、検出電圧と目標電圧との差ΔＶ１に応じて変更する。
【００３５】
次に、本実施形態における補正処理の別の一例を説明する。
図３は、本実施形態における補正処理のシーケンスの一例を示す第２のタイムチャートである。
図３は、駆動電圧が電圧ＶＨ２と電圧ＶＨ３とを繰り返し、Ａ／Ｄ変換部２１による検出電圧の目標電圧が、ＶＨ３である場合の例を示している。図３において、各グラフは、図２と同様に、上から（ａ）第１制御信号、（ｂ）第２制御信号、及び（ｃ）駆動電圧を示しており、各グラフの横軸は、時間を示している。また、（ａ）及び（ｂ）のグラフは、縦軸が論理状態（Ｌ状態又はＨ状態）を示し、（ｃ）のグラフは、縦軸が電圧を示している。また、（ｃ）駆動電圧において、波形Ｗ３（破線の波形）は、目標とする理想的な駆動電圧の波形を示し、波形Ｗ４（実践の波形）は、本実施形態における駆動電圧の波形を示している。
【００３６】
図３において、まず、コントローラ２０の駆動処理部２２は、第１制御信号（ここでは充電信号）及び第２制御信号（ここでは放電信号）を駆動制御信号として出力することによって、駆動処理を実行する。ここでは、時刻０から時刻Ｔ２１までの期間、時刻Ｔ２２から時刻Ｔ２３までの期間、時刻Ｔ２６から時刻Ｔ２７までの期間、及び時刻Ｔ３３から時刻Ｔ３４までの期間において、駆動処理部２２は、駆動制御信号として、第１制御信号を第１の制御信号線Ｌ１に出力する。つまり、駆動処理部２２は、第１制御信号にＨ状態のパルス信号ＤＰ１４、ＤＰ１５、ＤＰ１６、及びＤＰ１７を出力する。
【００３７】
これにより、波形Ｗ４に示すように、時刻０から時刻Ｔ２１までの期間、時刻Ｔ２２から時刻Ｔ２３までの期間、時刻Ｔ２６から時刻Ｔ２７までの期間、及び時刻Ｔ３３から時刻Ｔ３４までの期間では、駆動信号線Ｌ３（ノードＮ１）の駆動電圧が上昇する。
【００３８】
また、時刻Ｔ２４から時刻Ｔ２５までの期間、時刻Ｔ３１から時刻Ｔ３２までの期間、及び時刻Ｔ３５から時刻Ｔ３６までの期間において、駆動処理部２２は、駆動制御信号として、第２制御信号を第２の制御信号線Ｌ２に出力する。つまり、駆動処理部２２は、第２制御信号にＨ状態のパルス信号ＤＰ２４、ＤＰ２５、及びＤＰ２６を出力する。
【００３９】
これにより、波形Ｗ４に示すように、時刻Ｔ２４から時刻Ｔ２５までの期間、時刻Ｔ３１から時刻Ｔ３２までの期間、及び時刻Ｔ３５から時刻Ｔ３６までの期間では、駆動信号線Ｌ３（ノードＮ１）の駆動電圧が下降する。
【００４０】
また、図３において、図２の場合と同様に、圧電素子４０のリーク電流や、カレントソース部３１及びカレントシンク部３２のもつ微小なオフセット電流によって、ノードＮ１の駆動電圧にオフセット電圧が発生する。本実施形態では、波形Ｗ４に示すように、駆動信号線Ｌ３の駆動電圧は、波形Ｗ３より低い電圧となる場合の例である。
【００４１】
本実施形態における圧電駆動装置１は、一例として、目標電圧がＶＨ２（Ｖ）のタイミングにおいて、補正処理を実行する。つまり、Ａ／Ｄ変換部２１が、目標電圧がＶＨ２（Ｖ）のタイミングにおいて、ノードＮ１の駆動電圧を検出する。
補正処理部２３は、Ａ／Ｄ変換部２１によって検出された検出電圧と目標電圧との差が、予め定められた閾値以上であるか否かを判定する。そして、補正処理部２３は、検出電圧と目標電圧との差が予め定められた閾値以上であると判定した場合に、補正制御信号を駆動回路部３０に出力する。
【００４２】
ここでは、例えば、時刻Ｔ２８において、検出電圧と目標電圧との差ΔＶ２が予め定められた閾値以上となり、補正処理部２３は、時刻Ｔ２９から時刻Ｔ３０までの期間に、補正パルス信号ＨＰ２（補正制御信号）を第１制御信号として、第１の制御信号線Ｌ１に出力する。これにより、ノードＮ１の駆動電圧におけるオフセット電圧が充電されて、目標電圧であるＶＨ２（Ｖ）に補正される。
なお、補正処理部２３は、補正パルス信号ＨＰ２のパルス幅ΔＤ２（時刻Ｔ２９から時刻Ｔ３０までの期間）を、検出電圧と目標電圧との差ΔＶ２に応じて変更する。
【００４３】
図２及び図３を参照して説明したように、補正処理部２３は、検出電圧と目標電圧との差が、予め定められた閾値以上であるか否かを判定する。そして、補正処理部２３は、検出電圧と目標電圧との差が予め定められた閾値以上であると判定した場合に、検出電圧と目標電圧との差に基づいて、第１制御信号及び第２制御信号のうちのいずれか一方として補正制御信号（ＨＰ１又はＨＰ２）を出力する。
【００４４】
＜補正処理を実行するタイミング＞
次に、補正処理部２３が補正処理を実行するタイミングの一例について説明する。
図２及び図３において、上述した所定のタイミング（補正処理を実行するタイミング）が、目標電圧が予め定められた電圧値になるタイミングである場合について説明したが、これに限定されるものでななく、他の形態も可能である。
【００４５】
例えば、補正処理を実行するタイミングは、駆動制御信号を係数として、予め定められた一定回数、圧電素子４０が駆動された場合としてもよい。この場合、補正処理部２３は、駆動制御信号を予め定められた回数出力するごとに、補正処理を実行する。
これにより、圧電素子４０の駆動電圧は、定期的に補正される。そのため、正確な駆動電圧が圧電素子４０に供給される。
なお、圧電駆動装置１が圧電素子４０の駆動電圧を周期的に変化させて駆動させる場合には、補正処理部２３は、駆動制御信号の出力回数の替わりに、予め定められた周期の回数ごとに、補正処理を実行する形態でもよい。また、補正処理部２３は、駆動制御信号を１回数出力するごとに、補正処理を実行する形態でもよい。
【００４６】
また、補正処理を実行するタイミングは、予め定められた期間（一定の時間）ごとでもよい。この場合、補正処理部２３は、予め定められた期間ごとに、補正処理を実行する。
これにより、圧電素子４０の駆動電圧は、定期的に補正される。そのため、正確な駆動電圧が圧電素子４０に供給される。
【００４７】
なお、上述の図２及び図３では、Ａ／Ｄ変換部２１は、目標電圧が安定した電圧となるタイミングで、ノードＮ１における圧電素子４０の駆動電圧を検出しているが、これに限定されるものではない。例えば、図２（ｃ）の時刻Ｔ１から時刻Ｔ２の期間のように、駆動電圧が変化している期間において、駆動電圧を検出する形態でもよい。この場合、補正処理部２３は、圧電素子４０の設計上の静電容量値などに基づいた演算によって、目標電圧を決定してもよい。
【００４８】
以上のように、本実施形態における圧電駆動装置１は、駆動回路部３０が圧電素子４０に駆動電圧を供給するための電流を、制御信号に基づいて制御し、Ａ／Ｄ変換部２１（検出部）が圧電素子４０の駆動電圧を検出する。そして、コントローラ２０（制御部）は、駆動電圧の供給を制御する駆動制御信号を駆動回路部３０に出力する駆動処理、及び、駆動電圧を検出して得られた検出電圧に基づいて駆動電圧を目標電圧に補正する補正制御信号を駆動回路部３０に出力する補正処理を実行する。また、制御信号は、少なくとも駆動制御信号及び補正制御信号を含む。
【００４９】
これにより、圧電素子４０の駆動電圧が適切な電圧（目標電圧）に補正されるため、本実施形態における圧電駆動装置１は、圧電素子４０に正確な駆動電圧を供給することができる。例えば、圧電素子４０のリーク電流や、カレントソース部３１及びカレントシンク部３２のもつ微小なオフセット電流によって、駆動電圧にオフセット電圧が発生するような場合であっても、圧電駆動装置１は、圧電素子４０に正確な駆動電圧を供給することができる。そのため、本実施形態における圧電駆動装置１は、圧電素子４０の駆動精度を向上させることができる。
【００５０】
また、本実施形態において、Ａ／Ｄ変換部２１は、目標電圧が予め定められた電圧値（例えば、０Ｖ）になるタイミングにおいて、駆動電圧を検出する。
これにより、圧電素子４０が正しく駆動されているか否かを判定するための目標電圧を、容易に設定することができる。例えば、目標電圧を駆動電圧が安定した期間における電圧とした場合、Ａ／Ｄ変換部２１は、駆動電圧を安定して精度良く検出することができる。そのため、本実施形態における圧電駆動装置１は、圧電素子４０に正確な駆動電圧を供給することができる。
【００５１】
また、本実施形態において、コントローラ２０は、上述の補正処理において、検出電圧と目標電圧とを用いた演算結果（例えば、差分）が、予め定められた閾値以上であるか否かを判定する。そして、コントローラ２０は、演算結果が閾値以上であると判定した場合に、補正制御信号（ＨＰ１又はＨＰ２）を駆動回路部３０に出力する。
これにより、本実施形態における圧電駆動装置１は、圧電素子４０の駆動電圧が適切な電圧に補正することができる。そのため、本実施形態における圧電駆動装置１は、圧電素子４０に正確な駆動電圧を供給することができ、圧電素子４０の駆動精度を向上させることができる。
【００５２】
また、本実施形態において、コントローラ２０は、駆動制御信号を予め定められた回数出力するごとに、上述の補正処理を実行する。
これにより、圧電素子４０の駆動電圧は、定期的に補正される。そのため、圧電素子４０には、正確な駆動電圧が供給される。そのため、本実施形態における圧電駆動装置１は、圧電素子４０に正確な駆動電圧を供給することができる。
【００５３】
また、本実施形態において、コントローラ２０は、予め定められた期間ごとに、上述の補正処理を実行する。
これにより、圧電素子４０の駆動電圧は、定期的に補正される。そのため、圧電素子４０には、正確な駆動電圧が供給される。そのため、本実施形態における圧電駆動装置１は、圧電素子４０に正確な駆動電圧を供給することができる。
【００５４】
また、本実施形態において、制御信号には、パルス信号である第１制御信号（充電信号）と、パルス信号である第２制御信号（放電信号）とが含まれる。そして、駆動回路部３０は、カレントソース部３１が圧電素子４０に電流を供給し、第１のスイッチ３３がカレントソース部３１と圧電素子４０との間に配置され、第１制御信号に基づいてカレントソース部３１から圧電素子４０に充電を行う。また、カレントシンク部３２が圧電素子４０に充電された電荷を放電し、第２のスイッチ３４が圧電素子とカレントシンク部３２との間に配置され、第２制御信号に基づいて圧電素子４０からカレントシンク部３２に放電を行う。つまり、駆動回路部３０は、電流駆動によって、圧電素子４０を駆動する。
【００５５】
これにより、圧電素子４０を電流によって駆動するため、駆動回路部３０は、駆動電圧の波形をほぼ直線で変化させることができる。そのため、本実施形態における圧電駆動装置１は、複雑な形状の駆動波形に対しても、高精度に対応することができる。また、コントローラ２０は、制御信号として論理信号（Ｈ状態又はＬ状態の信号）を使用し、パルス幅によって圧電素子４０を駆動する電流を制御できる。そのため、本実施形態における圧電駆動装置１は、Ｄ／Ａ（デジタル／アナログ）変換部などを備えていない簡易な論理回路によって、圧電素子４０に正確な駆動電圧を供給することができる。
【００５６】
また、本実施形態において、コントローラ２０は、補正処理において、検出電圧と目標電圧とを用いた演算結果に基づいて、第１制御信号（充電信号）及び第２制御信号（放電信号）のうちのいずれか一方として、補正制御信号（ＨＰ１又はＨＰ２）を出力する
これにより、本実施形態における圧電駆動装置１は、圧電素子４０の駆動電圧を適切な電圧（目標電圧）に補正することができる。
【００５７】
［第２の実施形態］
次に、第２の実施形態における電気機械変換素子の駆動装置について説明する。
本実施形態においても、第１の実施形態と同様に、電気機械変換素子の一例として、圧電素子を駆動する駆動装置の実施形態について説明する。
図４は、本実施形態による圧電駆動装置１ａを示す概略ブロック図である。
この図において、圧電駆動装置１ａは、コントローラ２０と、駆動回路部３０ａとを備えている。また、圧電駆動装置１ａは、駆動信号線Ｌ３を介して、圧電素子４０に接続されている。この図において、図１と同一の構成については同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００５８】
駆動回路部３０ａは、図１の駆動回路部３０の構成に、放電スイッチ５０（第３のスイッチ）が追加されている。つまり、駆動回路部３０ａは、カレントソース部３１、カレントシンク部３２、第１のスイッチ３３、第２のスイッチ３４、及び放電スイッチ５０を備えている。
【００５９】
放電スイッチ５０（第３のスイッチ）は、例えば、ＦＥＴなどのスイッチであり、圧電素子４０と並列に配置される。また、放電スイッチ５０は、制御端子が第３の制御信号線Ｌ４に接続されている。放電スイッチ５０は、圧電素子４０において駆動電圧が供給される第１の端子（ノードＮ１）と、圧電素子４０において接地される第２の端子（ノードＮ２）との間を、第３の制御信号線Ｌ４に出力される放電制御信号（第３制御信号）に基づいて、導通させる。例えば、放電スイッチ５０は、第３の制御信号線Ｌ４に、例えば、Ｈ状態が供給された場合に圧電素子４０の両端子（ノードＮ１とノードＮ２）の間を導通状態にする。また、放電スイッチ５０は、第３の制御信号線Ｌ４に、例えば、Ｌ状態が供給された場合に非導通（遮断）状態にする。すなわち、放電スイッチ５０は、圧電素子４０の両端を導通状態にし、圧電素子４０に蓄積された電荷を放電する。
【００６０】
本実施形態における圧電駆動装置１ａの動作は、以下の動作を除いて、第１の実施形態における圧電駆動装置１と同様である。
【００６１】
本実施形態において、コントローラ２０は、補正処理において、放電制御信号（第３制御信号）として補正制御信号を出力する。つまり、コントローラ２０は、放電スイッチ５０に対して圧電素子４０に蓄積された電荷を放電させることによって、駆動電圧の補正を行う。
例えば、目標電圧が０Ｖであり、Ａ／Ｄ変換部２１によって検出された検出電圧が、正の電圧であった場合に、コントローラ２０は、第３の制御信号線Ｌ４にＨ状態を補正制御信号として放電スイッチ５０に出力する。これにより、放電スイッチ５０が導通状態になり、圧電素子４０に蓄積された電荷を放電される。そして、圧電素子４０の駆動電圧が目標電圧の０Ｖに補正される。なお、コントローラ２０は、補正制御信号のパルス幅を検出電圧と目標電圧との差に応じて定めて補正制御信号を出力してもよいし、圧電素子４０を放電し駆動電圧を０Ｖにするのに十分なパルス幅を予め定めて、固定のパルス幅の補正制御信号を出力してもよい。
【００６２】
以上のように、本実施形態において、駆動回路部３０は、圧電素子４０において駆動電圧が供給される第１の端子（ノードＮ１）と、圧電素子４０において接地される第２の端子（ノードＮ２）とを、第３制御信号に基づいて、導通させる放電スイッチ５０を備える。そして、コントローラ２０は、補正処理において、第３制御信号として補正制御信号を出力する。
これにより、圧電素子４０の駆動電圧が適切な電圧（目標電圧）に補正されるため、本実施形態における圧電駆動装置１ａは、圧電素子４０に正確な駆動電圧を供給することができる。そのため、本実施形態における圧電駆動装置１ａは、第１の実施形態における圧電駆動装置１と同様に、圧電素子４０に正確な駆動電圧を供給することができ、圧電素子４０の駆動精度を向上させることができる。
【００６３】
［第３の実施形態］
次に、第３の実施形態における電気機械変換素子の駆動装置について説明する。
本実施形態においても、第１の実施形態と同様に、電気機械変換素子の一例として、圧電素子を駆動する駆動装置の実施形態について説明する。
【００６４】
図５は、本実施形態による圧電駆動装置１ｂを示す概略ブロック図である。
本実施形態では、第１の実施形態における駆動回路部３０を駆動回路部３０ｂに置き換えた形態である。つまり、本実施形態では、論理信号による制御信号によって電流駆動を行う駆動回路部３０の替わりに、アナログ信号による制御信号によって電流駆動を行う電流アンプ部３５を備える駆動回路部３０ｂを使用する。
【００６５】
図５において、圧電駆動装置１ｂは、コントローラ２０ａと、駆動回路部３０ｂとを備えている。また、圧電駆動装置１ｂは、駆動信号線Ｌ３を介して、圧電素子４０に接続されている。この図において、図１と同一の構成については同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００６６】
駆動回路部３０ｂは、制御信号線Ｌ５を介して、コントローラ２０ａに接続されている。駆動回路部３０ｂは、圧電素子４０に駆動電圧を供給するための電流を、コントローラ２０ａが出力する制御信号に基づいて制御する。
【００６７】
また、駆動回路部３０ｂは、電流アンプ部３５を備えている。電流アンプ部３５（電流アンプ）は、制御信号の電圧に応じて、圧電素子４０の駆動電圧を供給するための電流を制御する電流アンプである。電流アンプ部３５は、例えば、アナログ信号である制御信号に、予め定められた基準電圧より高い電圧が印加された場合に、基準電圧との差に応じた正の電流を駆動信号線Ｌ３に供給する。また、電流アンプ部３５は、この基準電圧より低い電圧が印加された場合に、基準電圧との差に応じた負の電流を駆動信号線Ｌ３に供給し、さらに、制御信号に基準電圧が印加された場合に、駆動信号線Ｌ３に電流の供給を停止する。これにより、電流アンプ部３５は、電荷を充電又は放電することによって、圧電素子４０に駆動電圧を供給する。ここで、圧電素子４０に充電又は放電される電荷量は、基準電圧を基準とした制御信号の波形の面積によって制御される。
【００６８】
コントローラ２０ａは、駆動回路部３０ｂに出力する制御信号（アナログ信号）によって、圧電素子４０に駆動電圧を供給するための電流を制御する。コントローラ２０ａは、制御信号（駆動制御信号及び補正制御信号）の出力方法が異なる点を除いて、第１の実施形態におけるコントローラ２０と同様である。コントローラ２０ａは、Ａ／Ｄ変換部２１、駆動処理部２２、補正処理部２３、及びＤ／Ａ変換部２４を備えている。
Ｄ／Ａ変換部２４は、駆動回路部３０ｂを制御するための電圧値を示すデジタル信号をアナログ信号に変換する。変換されたアナログ信号は、駆動回路部３０ｂに制御信号として出力される。
【００６９】
次に、本実施形態における圧電駆動装置１ｂの動作について説明する。
なお、本実施形態では、第１の実施形態と同様に、Ａ／Ｄ変換部２１によって圧電素子４０の駆動電圧を検出される所定のタイミングは、目標電圧が予め定められた電圧値になるタイミングである場合の形態について説明する。
【００７０】
図６は、本実施形態における補正処理のシーケンスの一例を示すタイムチャートである。
図６は、Ａ／Ｄ変換部２１による検出電圧の目標電圧が、０Ｖである場合の例を示している。図６において、各グラフは、上から（ａ）制御信号、及び（ｂ）駆動電圧を示しており、各グラフの横軸は、時間を示している。また、（ａ）及び（ｂ）のグラフは、縦軸が電圧を示している。なお、（ａ）制御信号において、波形Ｗ７は、アナログ信号である駆動信号の波形を示し、上述した基準電圧は、電圧Ｖ２である。
また、（ｂ）駆動電圧において、波形Ｗ５（破線の波形）は、目標とする理想的な駆動電圧の波形を示し、波形Ｗ６（実線の波形）は、本実施形態における駆動電圧の波形を示している。
【００７１】
図６において、まず、コントローラ２０ａの駆動処理部２２は、Ｄ／Ａ変換部２４を介して、制御信号を駆動制御信号として出力することによって、駆動処理を実行する。ここでは、時刻Ｔ４１から時刻Ｔ４２までの期間、時刻Ｔ４５から時刻Ｔ４６までの期間、及び時刻Ｔ５２から時刻Ｔ５３までの期間において、駆動処理部２２は、駆動制御信号として、基準電圧Ｖ２より電圧の高い信号（例えば、電圧Ｖ３）を制御信号線Ｌ５に出力する。つまり、駆動処理部２２は、制御信号として、駆動制御信号ＤＳ１、ＤＳ３、及びＤＳ５を出力する。
【００７２】
これにより、波形Ｗ６に示すように、時刻Ｔ４１から時刻Ｔ４２までの期間、時刻Ｔ４５から時刻Ｔ４６までの期間、及び時刻Ｔ５２から時刻Ｔ５３までの期間では、駆動信号線Ｌ３（ノードＮ１）の駆動電圧が上昇する。
【００７３】
また、時刻Ｔ４３から時刻Ｔ４４までの期間、時刻Ｔ４７から時刻Ｔ４８までの期間、及び時刻Ｔ５４から時刻Ｔ５５までの期間において、駆動処理部２２は、駆動制御信号として、基準電圧Ｖ２より電圧の低い信号（例えば、電圧Ｖ１）を制御信号線Ｌ５に出力する。つまり、駆動処理部２２は、制御信号として、駆動制御信号ＤＳ２、ＤＳ４、及びＤＳ６を出力する。
【００７４】
これにより、波形Ｗ６に示すように、時刻Ｔ４３から時刻Ｔ４４までの期間、時刻Ｔ４７から時刻Ｔ４８までの期間、及び時刻Ｔ５４から時刻Ｔ５５までの期間では、駆動信号線Ｌ３（ノードＮ１）の駆動電圧が下降する。
【００７５】
なお、理想的な駆動電圧波形Ｗ５では、時刻Ｔ４２から時刻Ｔ４３までの期間、時刻Ｔ４６から時刻Ｔ４７までの期間、及び時刻Ｔ５３から時刻Ｔ５４までの期間において、駆動電圧ＶＨ４が維持される。また、時刻Ｔ４５から時刻Ｔ４６までの期間、及び時刻Ｔ４９から時刻Ｔ５２までの期間において、駆動電圧０Ｖが維持される。しかしながら、圧電素子４０のリーク電流や、電流アンプ部３０のもつ微小なオフセット電流によって、ノードＮ１の駆動電圧にオフセット電圧が発生する。本実施形態では、波形Ｗ６に示すように、駆動信号線Ｌ３の駆動電圧は、波形Ｗ５より高い電圧となる場合の例である。
【００７６】
そこで、本実施形態における圧電駆動装置１ｂでは、一例として、目標電圧が０Ｖのタイミングにおいて、補正処理を実行する。つまり、Ａ／Ｄ変換部２１が、目標電圧が０Ｖのタイミングにおいて、ノードＮ１の駆動電圧を検出する。
補正処理部２３は、Ａ／Ｄ変換部２１によって検出された検出電圧と目標電圧との差が、予め定められた閾値以上であるか否かを判定する。そして、補正処理部２３は、検出電圧と目標電圧との差が予め定められた閾値以上であると判定した場合に、Ｄ／Ａ変換部２４を介して、補正制御信号（ＨＳ１）を駆動回路部３０ａに出力する。
【００７７】
ここでは、例えば、時刻Ｔ４９において、検出電圧と目標電圧との差ΔＶ３が予め定められた閾値以上となり、補正処理部２３は、時刻Ｔ５０から時刻Ｔ５１までの期間に、補正制御信号（ＨＳ１）を制御信号として、制御信号線Ｌ５に出力する。これにより、ノードＮ１の駆動電圧におけるオフセット電圧が放電されて、目標電圧である０Ｖに補正される。
なお、補正処理部２３は、検出電圧と目標電圧との差ΔＶ３に応じて、例えば、信号ＨＳ２のように補正制御信号の振幅を変更してもよいし、信号幅を変更してもよい。また、補正処理部２３は、検出電圧と目標電圧との差ΔＶ３に応じて、補正制御信号の振幅と信号幅を組み合わせて変更してもよい。
【００７８】
上述のように、図６を参照して、Ａ／Ｄ変換部２１によって取得された検出電圧が、目標電圧より高い場合の例を説明したが、検出電圧が目標電圧より低い場合においても、補正処理部２３は、補正制御信号として、基準電圧Ｖ２より電圧の低い信号を出力する点を除いて、同様に動作する。
【００７９】
以上のように、本実施形態において、駆動回路部３０ａは、制御信号の電圧に応じて、駆動電圧を供給するための電流を制御する電流アンプ部（電流アンプ）３５を備える。そして、駆動処理部２２は、Ｄ／Ａ変換部２４を介して、駆動制御信号ＤＳ１〜ＤＳ６を制御信号として制御信号線Ｌ５に出力する。また、補正処理部２３は、Ｄ／Ａ変換部２４を介して、補正制御信号ＨＳ１を制御信号として制御信号線Ｌ５に出力する。
これにより、圧電素子４０の駆動電圧が適切な電圧（目標電圧）に補正されるため、本実施形態における圧電駆動装置１ｂは、圧電素子４０に正確な駆動電圧を供給することができる。そのため、本実施形態における圧電駆動装置１ｂは、第１の実施形態における圧電駆動装置１と同様に、圧電素子４０に正確な駆動電圧を供給することができ、圧電素子４０の駆動精度を向上させることができる。
【００８０】
［第４の実施形態］
次に、第４の実施形態における電気機械変換素子の駆動装置について説明する。
本実施形態においても、第１の実施形態と同様に、電気機械変換素子の一例として、圧電素子を駆動する駆動装置の実施形態について説明する。
【００８１】
上述した第１〜第３の実施形態における圧電駆動装置（１、１ａ、１ｂ）は、圧電素子４０を複数駆動することも可能である。そこで、本実施形態では、一例として、第１の実施形態における圧電駆動装置１に複数の圧電素子４０を駆動させる場合を説明する。
図７は、本実施形態による圧電駆動装置１ｃを示す概略ブロック図である。
この図において、圧電駆動装置１ｃは、コントローラ２０と、駆動回路部３０と、切り替えスイッチ６０（６０１〜６０Ｎ、Ｎは２以上の整数）とを備えている。また、圧電駆動装置１ｃは、駆動信号線Ｌ３を介して、圧電素子４０（４０１〜４０Ｎ）に接続されている。この図において、図１と同一の構成については同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００８２】
切り替えスイッチ６０１〜６０Ｎのそれぞれは、駆動信号線Ｌ３（ノードＮ１１〜Ｎ１Ｎ）と圧電素子４０１〜４０Ｎの間に接続され、切り替え信号線Ｌ６によって制御される。なお、切り替え信号線Ｌ６は、ここでは、Ｎ本の信号線である。切り替えスイッチ６０１〜６０Ｎは、コントローラ２０から切り替え信号線Ｌ６を介して供給される切り替え信号によって、駆動回路部３０によって駆動される圧電素子４０１〜４０Ｎを切り替える。
【００８３】
コントローラ２０は、各圧電素子４０（４０１〜４０Ｎ）を駆動する前に、圧電素子４０１〜４０Ｎのうちの１つを選択して切り替えスイッチ６０１〜６０Ｎに対して、切り替え信号を出力して駆動する圧電素子４０を切り替える。なお、複数の圧電素子４０を駆動する形態でもよく、その場合、コントローラ２０は、切り替えスイッチ６０１〜６０Ｎに対して、圧電素子４０１〜４０Ｎのうちの複数を選択する切り替え信号を出力する。
【００８４】
以上のように、本実施形態における圧電駆動装置１ｃは、複数の圧電素子４０（４０１〜４０Ｎ）を駆動することができる。そのため、本実施形態における圧電駆動装置１ｃは、第１の実施形態における圧電駆動装置１と同様に、複数の圧電素子４０（４０１〜４０Ｎ）に正確な駆動電圧を供給することができ、圧電素子４０（４０１〜４０Ｎ）の駆動精度を向上させることができる。
【００８５】
［第５の実施形態］
上述した第１〜第４の実施形態における圧電駆動装置（１、１ａ、１ｂ、１ｃ）は、電気機械変換素子を使用する様々な装置に適用することができる。その一例として、本実施形態では、モータ装置（アクチュエータ）に適用した場合の形態について説明する。また、ここでは、一例として、モータ装置が圧電駆動装置１を備える形態を説明するが、圧電駆動装置１ａ（又は、１ｂ、１ｃ）を備える形態でもよい。
【００８６】
図８は、本実施形態におけるモータ装置ＭＴＲを示す斜視図である。
この図において、モータ装置ＭＴＲは、回転子ＳＦと、伝達部ＢＴと、移動部ＡＣと、支持部材ＢＳと、制御部ＣＯＮＴとを有している。モータ装置ＭＴＲは、回転子ＳＦ及び移動部ＡＣが支持部材ＢＳによって支持された状態になっており、移動部ＡＣに接続された伝達部ＢＴが回転子ＳＦに掛けられた構成になっている。すなわち、伝達部ＢＴは、回転子ＳＦの周面の少なくとも一部に掛けられる。制御部ＣＯＮＴは移動部ＡＣに接続されており、当該移動部ＡＣに対して駆動信号を供給可能になっている。
【００８７】
移動部ＡＣは、圧電素子４０（４０Ａ、４０Ｂ、図９参照）を備えている。
制御部ＣＯＮＴは、上述した圧電駆動装置１を備えている。制御部ＣＯＮＴは、回転子ＳＦと伝達部ＢＴとの間を回転力伝達状態として伝達部ＢＴを一定距離移動させる駆動動作及び回転力伝達状態を解消した状態で伝達部ＢＴを所定の位置に戻す復帰動作を圧電素子４０（４０Ａ、４０Ｂ）に行わせる。なお、本実施形態において後述する制御部ＣＯＮＴによる各処理は、コントローラ２０による処理に対応する。
【００８８】
図９は、本実施形態におけるモータ装置の動作を示す図である。
この図において、回転子ＳＦの回転軸方向をＺ軸方向（Ｚ方向）とし、当該Ｚ軸方向に垂直な平面上の直交方向をそれぞれＸ軸方向（Ｘ方向）及びＹ軸方向（Ｙ方向）とする。
【００８９】
この図において、伝達部ＢＴは、第一端部７１、第二端部７２及びベルト部７３を有している。
また、圧電素子４０Ａは、支持部材８１によって支持されている。圧電素子４０Ａは、図中−Ｘ側の端部の位置が固定されている。このため、圧電素子４０Ａは、Ｘ方向に伸縮することで図中＋Ｘ側の端部の位置がＸ方向に移動することになる。圧電素子４０Ａのうち当該＋Ｘ側の端部は、支持部材８１の先端部に接続されている。支持部材８１の先端部は、例えば第一端部７１に接続されている。
【００９０】
圧電素子４０Ｂは、支持部材８２によって支持されている。圧電素子４０Ｂは、図中＋Ｘ側の端部の位置が固定されている。このため、圧電素子４０Ｂは、Ｘ方向に伸縮することで図中−Ｘ側の端部の位置がＸ方向に移動することになる。圧電素子４０Ｂのうち当該−Ｘ側の端部は、支持部材８２の先端部に接続されている。支持部材８２の先端部は、例えば第二端部７２に接続されている。
【００９１】
次に、本実施形態におけるモータ装置ＭＴＲにおいて、回転子ＳＦを駆動させる動作を説明する。回転子ＳＦを駆動させる際には、オイラーの摩擦ベルト理論に基づき、回転子ＳＦに所定の有効巻き付き角θで巻き掛けられた伝達部ＢＴに有効張力を生じさせ、当該有効張力によって回転子ＳＦにトルクを伝達する。
【００９２】
まず、制御部ＣＯＮＴは、第一端部７１が＋Ｘ方向に、第二端部７２が−Ｘ方向にそれぞれ移動するように圧電素子４０Ａ及び圧電素子４０Ｂを変形させる。この動作により、伝達部ＢＴの第一端部７１側には張力Ｔ１が発生し、伝達部ＢＴの第二端部７２側には張力Ｔ２が発生する。したがって、伝達部ＢＴには、回転力伝達状態（スクイーズ状態）となる保持力である有効張力（Ｔ１−Ｔ２）が発生する。
【００９３】
制御部ＣＯＮＴは、伝達部ＢＴに有効張力を発生させた状態を保持しつつ、図９（ａ）に示すように、伝達部ＢＴの第一端部７１が−Ｘ方向に移動するように、かつ、第二端部７２が−Ｘ方向に移動するように圧電素子４０Ａ及び圧電素子４０Ｂを変形させる（駆動動作）。この動作において、制御部ＣＯＮＴは、第一端部７１の移動距離と第二端部７２の移動距離とを等しくさせる。この動作により、伝達部ＢＴと回転子ＳＦとの間に摩擦力が発生した状態で伝達部ＢＴが移動し、当該移動と共に回転子ＳＦがθＺ方向（矢印方向）に回転する。
【００９４】
制御部ＣＯＮＴは、第一端部７１及び第二端部７２を所定距離だけ移動させた後、図９（ｂ）に示すように、第二端部７２が駆動の開始位置（所定位置）へ戻るように、かつ、第一端部７１が移動しないように、圧電素子４０Ｂだけを変形させる。この動作により、第二端部７２が＋Ｘ方向へ移動し、伝達部ＢＴの巻き掛けが緩んだ状態になる。つまり、伝達部ＢＴに付加されていた有効張力（回転子ＳＦに対する保持力）が解除された状態になる。この状態においては、伝達部ＢＴと回転子ＳＦとの間に摩擦力は発生せず、回転子ＳＦは慣性によって矢印方向に回転し続けることになる。
【００９５】
制御部ＣＯＮＴは、伝達部ＢＴの巻き掛けを緩ませた後、図９（ｃ）に示すように、第一端部７１が駆動の開始位置（所定位置）へ戻るように圧電素子４０Ａを変形させる。この動作により、伝達部ＢＴの巻き掛けが緩んだまま、すなわち、有効張力が発生しないまま、伝達部ＢＴの第一端部７１が駆動の開始位置（所定位置）へ戻っていく（復帰動作）。
【００９６】
第一端部７１が駆動開始位置に戻される直前になったら、制御部ＣＯＮＴは、圧電素子４０Ｂを変形させて第二端部７２を＋Ｘ方向に移動させる。この動作により、第一端部７１が駆動開始位置に戻されるのとほぼ同時に、第二端部７２側に張力Ｔ２が発生し、第一端部７１側に張力Ｔ１が発生する。これにより、駆動開始時に伝達部ＢＴに有効張力を付加させた状態と同様の状態となる。
【００９７】
伝達部ＢＴに有効張力が付加された後、制御部ＣＯＮＴは、伝達部ＢＴの第一端部７１が−Ｘ方向に移動するように圧電素子４０Ａを変形させ、第二端部７２が−Ｘ方向に移動するように圧電素子４０Ｂを変形させる（駆動動作）。このとき、第一端部７１の移動距離と第二端部７２の移動距離とを等しくさせる。この動作により、伝達部ＢＴと回転子ＳＦとの間に摩擦力が発生した状態で伝達部ＢＴが移動し、当該移動と共に回転子ＳＦがθＺ方向に回転する。
【００９８】
この後、制御部ＣＯＮＴは、伝達部ＢＴに付加されていた有効張力を再度解除させる。
制御部ＣＯＮＴは、有効張力を解除させた後、伝達部ＢＴの第一端部７１及び第二端部７２が開始位置に戻るように移動させる（復帰動作）。このように制御部ＣＯＮＴが上記駆動動作と復帰動作とを移動部ＡＣに繰り返し行わせることにより、回転子ＳＦがθＺ方向に回転し続けることになる。また、例えば、オイラーの摩擦ベルト理論では、摩擦係数μが０．３の場合に、有効巻き付き角θが３００°以上の時にオイラー係数部分の値が０．８以上となる。このことから、摩擦係数μが０．３の場合には、有効巻き付き角θを３００°以上とすることにより、圧電素子４０Ａによる張力Ｔ１の８０％以上の力が回転子ＳＦのトルクに寄与することになる。このように、トルクの大きさは圧電素子４０Ａの張力Ｔ１によって一意に決定される。したがって、例えば圧電素子４０Ａに用いられるピエゾ素子などは、数ミリ程度の小型素子であっても、数百ニュートン以上の力を出すことができるので非常に大きな回転力を付与することができる。
【００９９】
次に、本実施形態によるモータ装置ＭＴＲにおける圧電素子４０（４０Ａ、４０Ｂ）の駆動電圧について説明する。
図１０は、本実施形態におけるモータ装置の駆動電圧波形を示す図である。
この図において、各グラフは、横軸が時間を示し、縦軸が電圧を示している。また、図１０（ａ）の波形Ｗ８は、圧電素子４０Ａの駆動電圧を示し、図１０（ｂ）の波形Ｗ９は、圧電素子４０Ｂの駆動電圧を示している。
【０１００】
図１０において、時刻ｔ０から時刻ｔ３までの期間Ｍ１が、上述した回転力伝達状態に対応し、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの期間Ｍ３が、駆動動作を実行している期間に対応する。また、時刻ｔ３から時刻ｔ５までの期間Ｍ２が、上述した回転力伝達状態を解消した状態に対応し、時刻ｔ２から時刻ｔ４までの期間Ｍ４が、復帰動作を実行している期間に対応する。なお、波形Ｗ８及び波形Ｗ９において、時刻ｔ０から時刻ｔ５までの期間の駆動波形が、時刻ｔ５から時刻ｔ８の示すように繰り返される。
制御部ＣＯＮＴの圧電駆動装置１は、駆動回路部３０を介して、波形Ｗ８の駆動電圧を圧電素子４０Ａに、波形Ｗ９の駆動電圧を圧電素子４０Ｂに、それぞれ供給する。
また、制御部ＣＯＮＴは、上述した補正処理を実行するタイミングにおいて補正処理を実行する。
【０１０１】
以上のように、本実施形態におけるモータ装置ＭＴＲは、圧電駆動装置１（１ａ、１ｂ、１ｃ）を備えている。これにより、適切な駆動電圧に補正されるため、本実施形態におけるモータ装置ＭＴＲは、駆動精度を向上させることができる。
【０１０２】
また、本実施形態において、モータ装置ＭＴＲは、回転子ＳＦの周面の少なくとも一部に掛けられる伝達部ＢＴと、伝達部ＢＴに接続され、伝達部ＢＴを移動させる圧電素子４０（４０Ａ、４０Ｂ）と、を備えている。また、制御部ＣＯＮＴ（コントローラ２０又は２０ａ）は、回転子ＳＦと伝達部ＢＴとの間を回転力伝達状態として伝達部ＢＴを一定距離移動させる駆動動作及び回転力伝達状態を解消した状態で伝達部ＢＴを所定の位置に戻す復帰動作を圧電素子４０（４０Ａ、４０Ｂ）に行わせる。
これにより、本実施形態におけるモータ装置ＭＴＲは、高トルクを発生させることができ、さらに、適切な駆動電圧に補正されるため、駆動精度を向上させることができる。
【０１０３】
なお、制御部ＣＯＮＴは、モータ装置ＭＴＲの駆動状態に応じて、補正処理を実行してもよい。
例えば、制御部ＣＯＮＴは、伝達部ＢＴが所定の位置（開始位置）に戻された状態において、補正処理を実行する。つまり、制御部ＣＯＮＴは、図１０のポイントＰ３の状態において、補正処理を実行する。この場合、制御部ＣＯＮＴは、開始位置においての補正処理になるため、モータ装置ＭＴＲの駆動に影響を低減して、駆動電圧を適切に補正することができる。
【０１０４】
また、制御部ＣＯＮＴは、回転力伝達状態を解消した状態（期間Ｍ２）又は回転力伝達状態（期間Ｍ１）において、補正処理を実行する。つまり、制御部ＣＯＮＴは、例えば、図１０のポイントＰ１又はＰ２などにおいて、補正処理を実行する。この場合、回転力伝達状態を解消した状態又は回転力伝達状態における、適切な駆動電圧に補正されるため、モータ装置ＭＴＲは、駆動精度を向上させることができる。
【０１０５】
なお、モータ装置ＭＴＲは、図８に示すように、移動部ＡＣを複数（この例では、３つ）備えている。この場合、複数の移動部ＡＣは、タイミングをずらして順に、駆動動作と復帰動作を繰り返す。そのため、移動部ＡＣは、駆動していない期間が存在する。モータ装置ＭＴＲは、この駆動していない期間に補正処理を実行する形態でもよい。
【０１０６】
また、モータ装置ＭＴＲに第２の実施形態による圧電駆動装置１ａを適用した場合に、駆動回路部３０ａは、圧電素子４０（４０Ａ、４０Ｂ）において駆動電圧が供給される第１の端子（ノードＮ１）と、圧電素子４０において接地される第２の端子（ノードＮ２）とを、放電制御信号に基づいて、導通させる放電スイッチ５０を備える。この場合、制御部ＣＯＮＴは、伝達部ＢＴが所定の位置（例えば、開始位置）に戻された状態において、放電スイッチを導通させる放電制御信号を出力する処理をおこなってもよい。つまり、制御部ＣＯＮＴは、モータ装置ＭＴＲの駆動シーケンスにおいて、例えば、駆動電圧が０Ｖになる開始位置で、毎回、放電制御信号を出力して、圧電素子４０（４０Ａ、４０Ｂ）のオフセット電圧をリセットする。
これにより、モータ装置ＭＴＲは、Ａ／Ｄ変換部２１の検出電圧によらずに、駆動電圧を補正することができる。そのため、モータ装置ＭＴＲは、駆動精度を向上させることができる。
【０１０７】
［第６の実施形態］
本実施形態では、上記のモータ装置ＭＴＲの適用例を説明する。
図１１は、モータ装置ＭＴＲを例えばロボット装置ＲＢＴに適用させた構成を示す図である。
【０１０８】
図１１に示すように、ロボット装置ＲＢＴは、モータ装置ＭＴＲを備え、モータ装置ＭＴＲがカップリングＣＰＬを介してロボットアームＡＲＭに接続されている。上記実施形態のモータ装置ＭＴＲは、小型で高トルクを出力可能である。また、上記実施形態のモータ装置ＭＴＲは、適切な駆動電圧に補正されるため、正確な駆動電圧を供給することができる。そのため、ロボット装置ＲＢＴは、ロボットアームＡＲＭを高精度に駆動させることができる。よって、ロボット装置ＲＢＴは、ロボットアームＡＲＭの駆動精度を向上させることができる。また、上記実施形態のモータ装置ＭＴＲは、ロボットの関節部分や工作機械の駆動部などにも応用することができる。
【０１０９】
本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更を加えることができる。
上記実施形態において、電気機械変換素子が圧電型の電気機械変換素子（圧電素子）である形態を説明したが、静電型の電気機械変換素子に適用する形態でもよいし、他の方式の電気機械変換素子に適用する形態でもよい。
【０１１０】
また、上記実施形態において、検出電圧と目標電圧とを用いた演算結果として、検出電圧と目標電圧との差を用いる形態を説明したが、これに限定されず、係数を加算、乗算、除算などの演算結果を用いる形態でもよい。例えば、検出電圧と目標電圧との差に所定のオフセット値を加算した演算結果や、係数を乗算した演算結果、検出電圧と目標電圧との比率を用いる形態でもよいし、他の演算結果を用いる形態でもよい。
また、上記実施形態において、Ａ／Ｄ変換部２１は、コントローラ２０に含まれる形態を説明したが、コントローラ２０（又は２０ａ）の外に、Ａ／Ｄ変換部２１を設ける形態でもよい。また、Ａ／Ｄ変換部２１は、ノードＮ１において、駆動電圧を直接検出する形態を説明したが、抵抗素子又は静電容量素子を用いて駆動電圧を分圧した電圧を検出する形態でもよい。
【０１１１】
また、上記実施形態において、検出電圧と目標電圧との差に応じて、補正制御信号のパルス幅を変更する形態を説明したが、補正処理部２３が、Ａ／Ｄ変換部２１によって検出された検出電圧が目標電圧と等しくなるまで、補正制御信号を出力し続ける形態でもよい。
また、制御信号として、駆動制御信号と補正制御信号とを別々に出力する形態を説明したが、補正処理部２３が、常にＡ／Ｄ変換部２１によって検出された検出電圧を監視し、目標電圧に到達するように、駆動制御信号と補正制御信号とを連続して出力する形態でもよい。
【０１１２】
また、上記実施形態において、圧電駆動装置１（１ａ、１ｂ、１ｃ）をモータ装置ＭＴＲ（アクチュエータ）に適用する形態を説明したが、これに限定されるものではない。例えば、上記実施形態における圧電駆動装置１（１ａ、１ｂ、１ｃ）を他のアクチュエータなどを用いる制御機構に適用することも可能である。例えば、インクジェットプリンタのヘッド部（インク射出機構）、ディーゼル燃料噴射ノズル（ピエゾインジェクター）などに用いるアクチュエータに圧電駆動装置１（１ａ、１ｂ、１ｃ）を適用してもよいし、他のアクチュエータに適用してもよい。また、上記実施形態における圧電駆動装置１（１ａ、１ｂ、１ｃ）をスチュワートプラットホーム機構などのパラレル機構に適用してもよい。
【０１１３】
上述の圧電駆動装置１（１ａ、１ｂ、１ｃ）は内部に、コンピュータシステムを有している。そして、上述したコントローラ２０（２０ａ）の各処理過程は、プログラムの形式でコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記憶されており、このプログラムをコンピュータが読み出して実行することによって、上記処理が行われる。ここでコンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、半導体メモリ等をいう。また、このコンピュータプログラムを通信回線によってコンピュータに配信し、この配信を受けたコンピュータが当該プログラムを実行するようにしてもよい。
【符号の説明】
【０１１４】
１，１ａ，１ｂ，１ｃ…圧電駆動装置、２０，２０ａ…コントローラ、２１…Ａ／Ｄ変換部、３０，３０ａ，３０ｂ…駆動回路部、３１…カレントソース部、３２…カレントシンク部、３３…第１のスイッチ、３４…第２のスイッチ、３５…電流アンプ部、４０、４０１〜４０Ｎ、４０Ａ、４０Ｂ…圧電素子、５０…放電スイッチ、ＭＴＲ…モータ装置、ＳＦ…回転子、ＢＴ…伝達部、ＲＢＴ…ロボット装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気機械変換素子の駆動装置、モータ装置、及びロボット装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
圧電素子などの電気機械変換素子に駆動電圧を供給する駆動装置が知られている（例えば、特許文献１を参照）。特許文献１に記載されている電気機械変換素子の駆動装置は、定電流を供給する駆動回路を備え、制御信号のパルス幅によって定電流を供給する期間を制御することによって、圧電素子の駆動を制御している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−１６５０１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述のような駆動装置は、電流や電荷を精密に制御しようとしても、電気機械変換素子のリーク電流や、駆動回路のもつ微小なオフセット電流によって、繰り返し駆動を行っているうちにオフセット電荷が電気機械変換素子に保持されてしまうことがある。このような場合に、上述のような駆動装置は、駆動電圧を正しく供給できないという問題がある。
したがって、上述のような駆動装置では、電気機械変換素子の駆動精度を向上させることが困難であった。
【０００５】
本発明は、上記問題を解決すべくなされたもので、その目的は、電気機械変換素子の駆動精度を向上させることができる駆動装置、モータ装置、及びロボット装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記問題を解決するために、本発明の一実施形態は、電気機械変換素子に駆動電圧を供給するための電流を、制御信号に基づいて制御する駆動回路部と、前記電気機械変換素子の駆動電圧を検出する検出部と、前記駆動電圧の供給を制御する駆動制御信号を前記駆動回路部に出力する駆動処理、及び、前記駆動電圧を検出して得られた検出電圧に基づいて前記駆動電圧を目標電圧に補正する補正制御信号を前記駆動回路部に出力する補正処理、を実行する制御部と、を備え、前記制御信号は、少なくとも前記駆動制御信号及び前記補正制御信号を含むことを特徴とする電気機械変換素子の駆動装置である。
【０００７】
また、本発明の一実施形態は、上記の電気機械変換素子の駆動装置を備えることを特徴とするモータ装置である。
【０００８】
また、本発明の一実施形態は、上記のモータ装置を備えることを特徴とするロボット装置である。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、電気機械変換素子の駆動精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第１の実施形態による電気機械変換素子の駆動装置を示す概略ブロック図である。
【図２】第１の実施形態における補正処理のシーケンスの一例を示す第１のタイムチャートである。
【図３】第１の実施形態における補正処理のシーケンスの一例を示す第２のタイムチャートである。
【図４】第２の実施形態による電気機械変換素子の駆動装置を示す概略ブロック図である。
【図５】第３の実施形態による電気機械変換素子の駆動装置を示す概略ブロック図である。
【図６】第３の実施形態における補正処理のシーケンスの一例を示す第２のタイムチャートである。
【図７】第４の実施形態による電気機械変換素子の駆動装置を示す概略ブロック図である。
【図８】本実施形態におけるモータ装置を示す斜視図である。
【図９】本実施形態におけるモータ装置の動作を示す図である。
【図１０】本実施形態におけるモータ装置の駆動電圧波形を示す図である。
【図１１】本実施形態におけるロボット装置を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の一実施形態による電気機械変換素子の駆動装置について、図面を参照して説明する。
【００１２】
［第１の実施形態］
本実施形態では、電気機械変換素子の一例として、圧電素子を駆動する駆動装置の実施形態について説明する。
図１は、本実施形態による圧電素子の駆動装置（以下、圧電駆動装置１という）を示す概略ブロック図である。
この図において、圧電駆動装置１は、コントローラ２０と、駆動回路部３０とを備えている。また、圧電駆動装置１は、駆動信号線Ｌ３を介して、圧電素子４０に接続されている。
【００１３】
圧電素子４０は、例えば、ピエゾ素子であり、電圧により形状が変位して、力に変換する。圧電素子４０は、２つの端子を有し、第１の端子（ノードＮ１）が、駆動電圧が供給される駆動信号線Ｌ３に接続され、第２の端子（ノードＮ２）が、接地されている。
【００１４】
駆動回路部３０は、第１の制御信号線Ｌ１と第２の制御信号線Ｌ２とを介して、コントローラ２０に接続されている。駆動回路部３０は、圧電素子４０に駆動電圧を供給するための電流を、コントローラ２０が出力する制御信号に基づいて制御する。つまり、駆動回路部３０は、制御信号（第１制御信号及び第２制御信号）に基づいて、定電流によって圧電素子４０を充電又は放電して、駆動電圧を供給する。すなわち、駆動回路部３０は、圧電素子４０を電流駆動する。
【００１５】
なお、制御信号には、第１の制御信号線Ｌ１に出力される第１制御信号と、第２の制御信号線Ｌ２に出力される第２制御信号とが含まれる。また、第１制御信号及び第２制御信号は、パルス信号である。駆動回路部３０は、第１制御信号又は第２制御信号のパルス幅によって、圧電素子４０を充電又は放電するための電荷量が制御される。
【００１６】
また、駆動回路部３０は、カレントソース部３１、カレントシンク部３２、第１のスイッチ３３、及び第２のスイッチ３４を備えている。
カレントソース部３１は、ソース端子（ノードＮ３）に正の定電流を供給する定電流電源であり、駆動信号線Ｌ３を介して、圧電素子４０に電流を供給する。つまり、カレントソース部３１は、駆動信号線Ｌ３を介して、圧電素子４０に電荷を充電することによって、駆動電圧を制御する。
【００１７】
第１のスイッチ３３は、例えば、ＦＥＴ（電界効果トランジスタ：Field effect transistor）などのスイッチであり、カレントソース部３１と圧電素子４０との間に配置される。また、第１のスイッチ３３は、制御端子が第１の制御信号線Ｌ１に接続されている。第１のスイッチ３３は、第１の制御信号線Ｌ１に、例えば、Ｈ（ハイ：ｈｉｇｈ）状態が供給された場合に、カレントソース部３１のソース端子（ノードＮ３）と駆動信号線Ｌ３との間を導通状態にする。また、第１のスイッチ３３は、第１の制御信号線Ｌ１に、例えば、Ｌ（ロウ：ｌｏｗ）状態が供給された場合に、カレントソース部３１のソース端子（ノードＮ３）と駆動信号線Ｌ３との間を非導通（遮断）状態にする。すなわち、第１のスイッチ３３は、カレントソース部３１と圧電素子４０との間に配置され、第１制御信号に基づいてカレントソース部３１から圧電素子４０に充電を行う。
【００１８】
カレントシンク部３２は、シンク端子（ノードＮ４）に定電流を引き込む（負の定電流を供給する）定電流電源であり、駆動信号線Ｌ３を介して、圧電素子４０から電荷を引き抜く。つまり、カレントシンク部３２は、駆動信号線Ｌ３を介して、圧電素子４０から電荷を放電することによって、駆動電圧を制御する。
【００１９】
第２のスイッチ３４は、例えば、ＦＥＴなどのスイッチであり、圧電素子４０とカレントシンク部３４との間に配置される。また、第２のスイッチ３４は、制御端子が第２の制御信号線Ｌ２に接続されている。第２のスイッチ３４は、第２の制御信号線Ｌ２に、例えば、Ｈ状態が供給された場合に駆動信号線Ｌ３とカレントシンク部３２のシンク端子（ノードＮ４）との間を導通状態にする。また、第２の制御信号線Ｌ２に、例えば、Ｌ状態が供給された場合に非導通（遮断）状態にする。すなわち、第２のスイッチ３４は、圧電素子４０とカレントシンク部３２との間に配置され、第２制御信号に基づいて圧電素子４０からカレントシンク部３２に放電を行う。
【００２０】
コントローラ２０は、ＣＰＵ（Central processing unit）などを含み、駆動回路部３０を介して、圧電素子４０の駆動を制御する。コントローラ２０は、駆動回路部３０に出力する制御信号によって、圧電素子４０に駆動電圧を供給するための電流を制御する。
【００２１】
コントローラ２０は、駆動回路部３０に対して、駆動処理と補正処理の２つの制御処理を実行する。この第１の制御処理である駆動処理は、圧電素子４０に駆動電圧の供給を制御する駆動制御信号を駆動回路部３０に出力する。また、第２の制御処理である補正処理は、後述する駆動電圧を検出して得られた検出電圧に基づいて、駆動電圧を目標電圧に補正する補正制御信号を駆動回路部３０に出力する。ここで、目標電圧とは、圧電駆動装置１が圧電素子４０を駆動する際に、駆動電圧の制御において、目標とする理想の駆動電圧のことである。なお、制御信号には、少なくとも駆動制御信号と補正制御信号とが含まれる。
【００２２】
また、コントローラ２０は、Ａ／Ｄ（アナログ／デジタル）変換部２１、駆動処理部２２、及び補正処理部２３を備えている。
Ａ／Ｄ変換部２１（検出部）は、圧電素子４０の駆動電圧、すなわち、駆動信号線Ｌ３のノードＮ１における電圧を検出し、デジタル信号に変換する。
【００２３】
駆動処理部２２は、上述の駆動処理を実行する。駆動処理部２２は、第１制御信号又は第２制御信号のパルス幅によって、圧電素子４０を充電又は放電するための電荷量を制御する。駆動処理部２２は、駆動する目標電圧が現在のノードＮ１の電圧より高い駆動電圧である場合、駆動する目標電圧値と現在のノードＮ１の電圧値とに応じて、所定のパルス幅の第１制御信号を駆動制御信号として第１の制御信号線Ｌ１に出力する。また、駆動処理部２２は、駆動する目標電圧が現在のノードＮ１の電圧より低い駆動電圧である場合、駆動する目標電圧値と現在のノードＮ１の電圧値とに応じて、所定のパルス幅の第２制御信号を駆動制御信号として第２の制御信号線Ｌ２に出力する。
また、駆動処理部２２は、駆動電圧の変化する速度を制御することができる。つまり、駆動処理部２２は、駆動制御信号（第１制御信号又は第２制御信号）を間欠的（断続的）にパルス信号を出力することによって、駆動電圧の上昇又は下降する速度を制御する。
なお、本実施形態において、制御信号は論理信号であり、パルス幅はＨ状態の幅を示す。
【００２４】
補正処理部２３は、上述の補正処理を実行する。補正処理部２３は、Ａ／Ｄ変換部２１が検出したノードＮ１の電圧である検出電圧と目標電圧とを用いた演算結果が、予め定められた閾値以上であるか否かを判定する。一例として、補正処理部２３は、検出電圧と目標電圧との差が、予め定められた閾値以上であるか否かを判定する。そして、補正処理部２３は、検出電圧と目標電圧との差が予め定められた閾値以上であると判定した場合に、補正制御信号を駆動回路部３０に出力する。なお、制御信号には、パルス信号である第１制御信号と、パルス信号である第２制御信号とが含まれる。つまり、補正処理部２３は、検出電圧と目標電圧との差に基づいて、第１制御信号及び第２制御信号のうちのいずれか一方として補正制御信号を出力する。
【００２５】
また、補正処理部２３は、検出電圧と目標電圧との差に応じて、補正制御信号のパルス幅を変更する。補正処理部２３は、例えば、検出電圧と目標電圧との差と、補正制御信号のパルス幅とを関連付けたテーブル（データテーブル）に基づいて補正制御信号のパルス幅を決定してもよいし、圧電素子４０の設計上の静電容量値などに基づいた演算によって補正制御信号のパルス幅を決定してもよい。また、このテーブルは、予め上述のような演算によって作成されたものでもよいし、実験などで実測した測定値に基づいて予め作成されたものでもよい。
なお、補正処理部２３は、第１制御信号及び第２制御信号による圧電素子４０の駆動シーケンスにおいて、後述する所定のタイミングで、Ａ／Ｄ変換部２１に圧電素子４０の駆動電圧を検出させて、補正処理を実行する。
【００２６】
次に、本実施形態における圧電駆動装置１の動作について説明する。
なお、本実施形態では、Ａ／Ｄ変換部２１によって圧電素子４０の駆動電圧を検出される所定のタイミングは、目標電圧が予め定められた電圧値になるタイミングである場合の形態について説明する。
【００２７】
図２は、本実施形態における補正処理のシーケンスの一例を示す第１のタイムチャートである。
図２は、Ａ／Ｄ変換部２１による検出電圧の目標電圧が、０Ｖである場合の例を示している。図２において、各グラフは、上から（ａ）第１制御信号、（ｂ）第２制御信号、及び（ｃ）駆動電圧を示しており、各グラフの横軸は、時間を示している。また、（ａ）及び（ｂ）のグラフは、縦軸が論理状態（Ｌ状態又はＨ状態）を示し、（ｃ）のグラフは、縦軸が電圧を示している。また、（ｃ）駆動電圧において、波形Ｗ１（破線の波形）は、目標とする理想的な駆動電圧の波形を示し、波形Ｗ２（実線の波形）は、本実施形態における駆動電圧の波形を示している。
【００２８】
図２において、まず、コントローラ２０の駆動処理部２２は、第１制御信号（ここでは充電信号）及び第２制御信号（ここでは放電信号）を駆動制御信号として出力することによって、駆動処理を実行する。ここでは、時刻Ｔ１から時刻Ｔ２までの期間、時刻Ｔ５から時刻Ｔ６までの期間、及び時刻Ｔ１２から時刻Ｔ１３までの期間において、駆動処理部２２は、駆動制御信号として、第１制御信号を第１の制御信号線Ｌ１に出力する。つまり、駆動処理部２２は、第１制御信号にＨ状態のパルス信号ＤＰ１１、ＤＰ１２、及びＤＰ１３を出力する。
【００２９】
これにより、第１のスイッチ３３が導通状態になり、駆動信号線Ｌ３は、カレントソース部３１から供給される定電流によって充電される。つまり、波形Ｗ２に示すように、時刻Ｔ１から時刻Ｔ２までの期間、時刻Ｔ５から時刻Ｔ６までの期間、及び時刻Ｔ１２から時刻Ｔ１３までの期間では、駆動信号線Ｌ３（ノードＮ１）の駆動電圧が上昇する。
【００３０】
また、時刻Ｔ３から時刻Ｔ４までの期間、時刻Ｔ７から時刻Ｔ８までの期間、及び時刻Ｔ１４から時刻Ｔ１５までの期間において、駆動処理部２２は、駆動制御信号として、第２制御信号を第２の制御信号線Ｌ２に出力する。つまり、駆動処理部２２は、第２制御信号にＨ状態のパルス信号ＤＰ２１、ＤＰ２２、及びＤＰ２３を出力する。
【００３１】
これにより、第２のスイッチ３４が導通状態になり、駆動信号線Ｌ３は、カレントシンク部３２によって引き込まれる定電流によって放電される。つまり、波形Ｗ２に示すように、時刻Ｔ３から時刻Ｔ４までの期間、時刻Ｔ７から時刻Ｔ８までの期間、及び時刻Ｔ１４から時刻Ｔ１５までの期間では、駆動信号線Ｌ３（ノードＮ１）の駆動電圧が下降する。
【００３２】
なお、理想的な駆動電圧波形Ｗ１では、時刻Ｔ２から時刻Ｔ３までの期間、時刻Ｔ６から時刻Ｔ７までの期間、及び時刻Ｔ１３から時刻Ｔ１４までの期間において、駆動電圧ＶＨ１が維持される。また、時刻Ｔ５から時刻Ｔ６までの期間、及び時刻Ｔ９から時刻Ｔ１２までの期間において、駆動電圧０Ｖが維持される。しかしながら、圧電素子４０のリーク電流や、カレントソース部３１及びカレントシンク部３２のもつ微小なオフセット電流によって、ノードＮ１の駆動電圧にオフセット電圧が発生する。本実施形態では、波形Ｗ２に示すように、駆動信号線Ｌ３の駆動電圧は、波形Ｗ１より高い電圧となる場合の例である。
【００３３】
本実施形態における圧電駆動装置１は、一例として、目標電圧が０Ｖのタイミングにおいて、補正処理を実行する。つまり、Ａ／Ｄ変換部２１が、目標電圧が０Ｖのタイミングにおいて、ノードＮ１の駆動電圧を検出する。
補正処理部２３は、Ａ／Ｄ変換部２１によって検出された検出電圧と目標電圧との差が、予め定められた閾値以上であるか否かを判定する。そして、補正処理部２３は、検出電圧と目標電圧との差が予め定められた閾値以上であると判定した場合に、補正制御信号を駆動回路部３０に出力する。
【００３４】
ここでは、例えば、時刻Ｔ９において、検出電圧と目標電圧との差ΔＶ１が予め定められた閾値以上となり、補正処理部２３は、時刻Ｔ１０から時刻Ｔ１１までの期間に、補正パルス信号ＨＰ１（補正制御信号）を第２制御信号として、第２の制御信号線Ｌ２に出力する。これにより、ノードＮ１の駆動電圧におけるオフセット電圧が放電されて、目標電圧である０Ｖに補正される。
なお、補正処理部２３は、補正パルス信号ＨＰ１のパルス幅ΔＤ１（時刻Ｔ１０から時刻Ｔ１１までの期間）を、検出電圧と目標電圧との差ΔＶ１に応じて変更する。
【００３５】
次に、本実施形態における補正処理の別の一例を説明する。
図３は、本実施形態における補正処理のシーケンスの一例を示す第２のタイムチャートである。
図３は、駆動電圧が電圧ＶＨ２と電圧ＶＨ３とを繰り返し、Ａ／Ｄ変換部２１による検出電圧の目標電圧が、ＶＨ３である場合の例を示している。図３において、各グラフは、図２と同様に、上から（ａ）第１制御信号、（ｂ）第２制御信号、及び（ｃ）駆動電圧を示しており、各グラフの横軸は、時間を示している。また、（ａ）及び（ｂ）のグラフは、縦軸が論理状態（Ｌ状態又はＨ状態）を示し、（ｃ）のグラフは、縦軸が電圧を示している。また、（ｃ）駆動電圧において、波形Ｗ３（破線の波形）は、目標とする理想的な駆動電圧の波形を示し、波形Ｗ４（実践の波形）は、本実施形態における駆動電圧の波形を示している。
【００３６】
図３において、まず、コントローラ２０の駆動処理部２２は、第１制御信号（ここでは充電信号）及び第２制御信号（ここでは放電信号）を駆動制御信号として出力することによって、駆動処理を実行する。ここでは、時刻０から時刻Ｔ２１までの期間、時刻Ｔ２２から時刻Ｔ２３までの期間、時刻Ｔ２６から時刻Ｔ２７までの期間、及び時刻Ｔ３３から時刻Ｔ３４までの期間において、駆動処理部２２は、駆動制御信号として、第１制御信号を第１の制御信号線Ｌ１に出力する。つまり、駆動処理部２２は、第１制御信号にＨ状態のパルス信号ＤＰ１４、ＤＰ１５、ＤＰ１６、及びＤＰ１７を出力する。
【００３７】
これにより、波形Ｗ４に示すように、時刻０から時刻Ｔ２１までの期間、時刻Ｔ２２から時刻Ｔ２３までの期間、時刻Ｔ２６から時刻Ｔ２７までの期間、及び時刻Ｔ３３から時刻Ｔ３４までの期間では、駆動信号線Ｌ３（ノードＮ１）の駆動電圧が上昇する。
【００３８】
また、時刻Ｔ２４から時刻Ｔ２５までの期間、時刻Ｔ３１から時刻Ｔ３２までの期間、及び時刻Ｔ３５から時刻Ｔ３６までの期間において、駆動処理部２２は、駆動制御信号として、第２制御信号を第２の制御信号線Ｌ２に出力する。つまり、駆動処理部２２は、第２制御信号にＨ状態のパルス信号ＤＰ２４、ＤＰ２５、及びＤＰ２６を出力する。
【００３９】
これにより、波形Ｗ４に示すように、時刻Ｔ２４から時刻Ｔ２５までの期間、時刻Ｔ３１から時刻Ｔ３２までの期間、及び時刻Ｔ３５から時刻Ｔ３６までの期間では、駆動信号線Ｌ３（ノードＮ１）の駆動電圧が下降する。
【００４０】
また、図３において、図２の場合と同様に、圧電素子４０のリーク電流や、カレントソース部３１及びカレントシンク部３２のもつ微小なオフセット電流によって、ノードＮ１の駆動電圧にオフセット電圧が発生する。本実施形態では、波形Ｗ４に示すように、駆動信号線Ｌ３の駆動電圧は、波形Ｗ３より低い電圧となる場合の例である。
【００４１】
本実施形態における圧電駆動装置１は、一例として、目標電圧がＶＨ２（Ｖ）のタイミングにおいて、補正処理を実行する。つまり、Ａ／Ｄ変換部２１が、目標電圧がＶＨ２（Ｖ）のタイミングにおいて、ノードＮ１の駆動電圧を検出する。
補正処理部２３は、Ａ／Ｄ変換部２１によって検出された検出電圧と目標電圧との差が、予め定められた閾値以上であるか否かを判定する。そして、補正処理部２３は、検出電圧と目標電圧との差が予め定められた閾値以上であると判定した場合に、補正制御信号を駆動回路部３０に出力する。
【００４２】
ここでは、例えば、時刻Ｔ２８において、検出電圧と目標電圧との差ΔＶ２が予め定められた閾値以上となり、補正処理部２３は、時刻Ｔ２９から時刻Ｔ３０までの期間に、補正パルス信号ＨＰ２（補正制御信号）を第１制御信号として、第１の制御信号線Ｌ１に出力する。これにより、ノードＮ１の駆動電圧におけるオフセット電圧が充電されて、目標電圧であるＶＨ２（Ｖ）に補正される。
なお、補正処理部２３は、補正パルス信号ＨＰ２のパルス幅ΔＤ２（時刻Ｔ２９から時刻Ｔ３０までの期間）を、検出電圧と目標電圧との差ΔＶ２に応じて変更する。
【００４３】
図２及び図３を参照して説明したように、補正処理部２３は、検出電圧と目標電圧との差が、予め定められた閾値以上であるか否かを判定する。そして、補正処理部２３は、検出電圧と目標電圧との差が予め定められた閾値以上であると判定した場合に、検出電圧と目標電圧との差に基づいて、第１制御信号及び第２制御信号のうちのいずれか一方として補正制御信号（ＨＰ１又はＨＰ２）を出力する。
【００４４】
＜補正処理を実行するタイミング＞
次に、補正処理部２３が補正処理を実行するタイミングの一例について説明する。
図２及び図３において、上述した所定のタイミング（補正処理を実行するタイミング）が、目標電圧が予め定められた電圧値になるタイミングである場合について説明したが、これに限定されるものでななく、他の形態も可能である。
【００４５】
例えば、補正処理を実行するタイミングは、駆動制御信号を係数として、予め定められた一定回数、圧電素子４０が駆動された場合としてもよい。この場合、補正処理部２３は、駆動制御信号を予め定められた回数出力するごとに、補正処理を実行する。
これにより、圧電素子４０の駆動電圧は、定期的に補正される。そのため、正確な駆動電圧が圧電素子４０に供給される。
なお、圧電駆動装置１が圧電素子４０の駆動電圧を周期的に変化させて駆動させる場合には、補正処理部２３は、駆動制御信号の出力回数の替わりに、予め定められた周期の回数ごとに、補正処理を実行する形態でもよい。また、補正処理部２３は、駆動制御信号を１回数出力するごとに、補正処理を実行する形態でもよい。
【００４６】
また、補正処理を実行するタイミングは、予め定められた期間（一定の時間）ごとでもよい。この場合、補正処理部２３は、予め定められた期間ごとに、補正処理を実行する。
これにより、圧電素子４０の駆動電圧は、定期的に補正される。そのため、正確な駆動電圧が圧電素子４０に供給される。
【００４７】
なお、上述の図２及び図３では、Ａ／Ｄ変換部２１は、目標電圧が安定した電圧となるタイミングで、ノードＮ１における圧電素子４０の駆動電圧を検出しているが、これに限定されるものではない。例えば、図２（ｃ）の時刻Ｔ１から時刻Ｔ２の期間のように、駆動電圧が変化している期間において、駆動電圧を検出する形態でもよい。この場合、補正処理部２３は、圧電素子４０の設計上の静電容量値などに基づいた演算によって、目標電圧を決定してもよい。
【００４８】
以上のように、本実施形態における圧電駆動装置１は、駆動回路部３０が圧電素子４０に駆動電圧を供給するための電流を、制御信号に基づいて制御し、Ａ／Ｄ変換部２１（検出部）が圧電素子４０の駆動電圧を検出する。そして、コントローラ２０（制御部）は、駆動電圧の供給を制御する駆動制御信号を駆動回路部３０に出力する駆動処理、及び、駆動電圧を検出して得られた検出電圧に基づいて駆動電圧を目標電圧に補正する補正制御信号を駆動回路部３０に出力する補正処理を実行する。また、制御信号は、少なくとも駆動制御信号及び補正制御信号を含む。
【００４９】
これにより、圧電素子４０の駆動電圧が適切な電圧（目標電圧）に補正されるため、本実施形態における圧電駆動装置１は、圧電素子４０に正確な駆動電圧を供給することができる。例えば、圧電素子４０のリーク電流や、カレントソース部３１及びカレントシンク部３２のもつ微小なオフセット電流によって、駆動電圧にオフセット電圧が発生するような場合であっても、圧電駆動装置１は、圧電素子４０に正確な駆動電圧を供給することができる。そのため、本実施形態における圧電駆動装置１は、圧電素子４０の駆動精度を向上させることができる。
【００５０】
また、本実施形態において、Ａ／Ｄ変換部２１は、目標電圧が予め定められた電圧値（例えば、０Ｖ）になるタイミングにおいて、駆動電圧を検出する。
これにより、圧電素子４０が正しく駆動されているか否かを判定するための目標電圧を、容易に設定することができる。例えば、目標電圧を駆動電圧が安定した期間における電圧とした場合、Ａ／Ｄ変換部２１は、駆動電圧を安定して精度良く検出することができる。そのため、本実施形態における圧電駆動装置１は、圧電素子４０に正確な駆動電圧を供給することができる。
【００５１】
また、本実施形態において、コントローラ２０は、上述の補正処理において、検出電圧と目標電圧とを用いた演算結果（例えば、差分）が、予め定められた閾値以上であるか否かを判定する。そして、コントローラ２０は、演算結果が閾値以上であると判定した場合に、補正制御信号（ＨＰ１又はＨＰ２）を駆動回路部３０に出力する。
これにより、本実施形態における圧電駆動装置１は、圧電素子４０の駆動電圧が適切な電圧に補正することができる。そのため、本実施形態における圧電駆動装置１は、圧電素子４０に正確な駆動電圧を供給することができ、圧電素子４０の駆動精度を向上させることができる。
【００５２】
また、本実施形態において、コントローラ２０は、駆動制御信号を予め定められた回数出力するごとに、上述の補正処理を実行する。
これにより、圧電素子４０の駆動電圧は、定期的に補正される。そのため、圧電素子４０には、正確な駆動電圧が供給される。そのため、本実施形態における圧電駆動装置１は、圧電素子４０に正確な駆動電圧を供給することができる。
【００５３】
また、本実施形態において、コントローラ２０は、予め定められた期間ごとに、上述の補正処理を実行する。
これにより、圧電素子４０の駆動電圧は、定期的に補正される。そのため、圧電素子４０には、正確な駆動電圧が供給される。そのため、本実施形態における圧電駆動装置１は、圧電素子４０に正確な駆動電圧を供給することができる。
【００５４】
また、本実施形態において、制御信号には、パルス信号である第１制御信号（充電信号）と、パルス信号である第２制御信号（放電信号）とが含まれる。そして、駆動回路部３０は、カレントソース部３１が圧電素子４０に電流を供給し、第１のスイッチ３３がカレントソース部３１と圧電素子４０との間に配置され、第１制御信号に基づいてカレントソース部３１から圧電素子４０に充電を行う。また、カレントシンク部３２が圧電素子４０に充電された電荷を放電し、第２のスイッチ３４が圧電素子とカレントシンク部３２との間に配置され、第２制御信号に基づいて圧電素子４０からカレントシンク部３２に放電を行う。つまり、駆動回路部３０は、電流駆動によって、圧電素子４０を駆動する。
【００５５】
これにより、圧電素子４０を電流によって駆動するため、駆動回路部３０は、駆動電圧の波形をほぼ直線で変化させることができる。そのため、本実施形態における圧電駆動装置１は、複雑な形状の駆動波形に対しても、高精度に対応することができる。また、コントローラ２０は、制御信号として論理信号（Ｈ状態又はＬ状態の信号）を使用し、パルス幅によって圧電素子４０を駆動する電流を制御できる。そのため、本実施形態における圧電駆動装置１は、Ｄ／Ａ（デジタル／アナログ）変換部などを備えていない簡易な論理回路によって、圧電素子４０に正確な駆動電圧を供給することができる。
【００５６】
また、本実施形態において、コントローラ２０は、補正処理において、検出電圧と目標電圧とを用いた演算結果に基づいて、第１制御信号（充電信号）及び第２制御信号（放電信号）のうちのいずれか一方として、補正制御信号（ＨＰ１又はＨＰ２）を出力する
これにより、本実施形態における圧電駆動装置１は、圧電素子４０の駆動電圧を適切な電圧（目標電圧）に補正することができる。
【００５７】
［第２の実施形態］
次に、第２の実施形態における電気機械変換素子の駆動装置について説明する。
本実施形態においても、第１の実施形態と同様に、電気機械変換素子の一例として、圧電素子を駆動する駆動装置の実施形態について説明する。
図４は、本実施形態による圧電駆動装置１ａを示す概略ブロック図である。
この図において、圧電駆動装置１ａは、コントローラ２０と、駆動回路部３０ａとを備えている。また、圧電駆動装置１ａは、駆動信号線Ｌ３を介して、圧電素子４０に接続されている。この図において、図１と同一の構成については同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００５８】
駆動回路部３０ａは、図１の駆動回路部３０の構成に、放電スイッチ５０（第３のスイッチ）が追加されている。つまり、駆動回路部３０ａは、カレントソース部３１、カレントシンク部３２、第１のスイッチ３３、第２のスイッチ３４、及び放電スイッチ５０を備えている。
【００５９】
放電スイッチ５０（第３のスイッチ）は、例えば、ＦＥＴなどのスイッチであり、圧電素子４０と並列に配置される。また、放電スイッチ５０は、制御端子が第３の制御信号線Ｌ４に接続されている。放電スイッチ５０は、圧電素子４０において駆動電圧が供給される第１の端子（ノードＮ１）と、圧電素子４０において接地される第２の端子（ノードＮ２）との間を、第３の制御信号線Ｌ４に出力される放電制御信号（第３制御信号）に基づいて、導通させる。例えば、放電スイッチ５０は、第３の制御信号線Ｌ４に、例えば、Ｈ状態が供給された場合に圧電素子４０の両端子（ノードＮ１とノードＮ２）の間を導通状態にする。また、放電スイッチ５０は、第３の制御信号線Ｌ４に、例えば、Ｌ状態が供給された場合に非導通（遮断）状態にする。すなわち、放電スイッチ５０は、圧電素子４０の両端を導通状態にし、圧電素子４０に蓄積された電荷を放電する。
【００６０】
本実施形態における圧電駆動装置１ａの動作は、以下の動作を除いて、第１の実施形態における圧電駆動装置１と同様である。
【００６１】
本実施形態において、コントローラ２０は、補正処理において、放電制御信号（第３制御信号）として補正制御信号を出力する。つまり、コントローラ２０は、放電スイッチ５０に対して圧電素子４０に蓄積された電荷を放電させることによって、駆動電圧の補正を行う。
例えば、目標電圧が０Ｖであり、Ａ／Ｄ変換部２１によって検出された検出電圧が、正の電圧であった場合に、コントローラ２０は、第３の制御信号線Ｌ４にＨ状態を補正制御信号として放電スイッチ５０に出力する。これにより、放電スイッチ５０が導通状態になり、圧電素子４０に蓄積された電荷を放電される。そして、圧電素子４０の駆動電圧が目標電圧の０Ｖに補正される。なお、コントローラ２０は、補正制御信号のパルス幅を検出電圧と目標電圧との差に応じて定めて補正制御信号を出力してもよいし、圧電素子４０を放電し駆動電圧を０Ｖにするのに十分なパルス幅を予め定めて、固定のパルス幅の補正制御信号を出力してもよい。
【００６２】
以上のように、本実施形態において、駆動回路部３０は、圧電素子４０において駆動電圧が供給される第１の端子（ノードＮ１）と、圧電素子４０において接地される第２の端子（ノードＮ２）とを、第３制御信号に基づいて、導通させる放電スイッチ５０を備える。そして、コントローラ２０は、補正処理において、第３制御信号として補正制御信号を出力する。
これにより、圧電素子４０の駆動電圧が適切な電圧（目標電圧）に補正されるため、本実施形態における圧電駆動装置１ａは、圧電素子４０に正確な駆動電圧を供給することができる。そのため、本実施形態における圧電駆動装置１ａは、第１の実施形態における圧電駆動装置１と同様に、圧電素子４０に正確な駆動電圧を供給することができ、圧電素子４０の駆動精度を向上させることができる。
【００６３】
［第３の実施形態］
次に、第３の実施形態における電気機械変換素子の駆動装置について説明する。
本実施形態においても、第１の実施形態と同様に、電気機械変換素子の一例として、圧電素子を駆動する駆動装置の実施形態について説明する。
【００６４】
図５は、本実施形態による圧電駆動装置１ｂを示す概略ブロック図である。
本実施形態では、第１の実施形態における駆動回路部３０を駆動回路部３０ｂに置き換えた形態である。つまり、本実施形態では、論理信号による制御信号によって電流駆動を行う駆動回路部３０の替わりに、アナログ信号による制御信号によって電流駆動を行う電流アンプ部３５を備える駆動回路部３０ｂを使用する。
【００６５】
図５において、圧電駆動装置１ｂは、コントローラ２０ａと、駆動回路部３０ｂとを備えている。また、圧電駆動装置１ｂは、駆動信号線Ｌ３を介して、圧電素子４０に接続されている。この図において、図１と同一の構成については同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００６６】
駆動回路部３０ｂは、制御信号線Ｌ５を介して、コントローラ２０ａに接続されている。駆動回路部３０ｂは、圧電素子４０に駆動電圧を供給するための電流を、コントローラ２０ａが出力する制御信号に基づいて制御する。
【００６７】
また、駆動回路部３０ｂは、電流アンプ部３５を備えている。電流アンプ部３５（電流アンプ）は、制御信号の電圧に応じて、圧電素子４０の駆動電圧を供給するための電流を制御する電流アンプである。電流アンプ部３５は、例えば、アナログ信号である制御信号に、予め定められた基準電圧より高い電圧が印加された場合に、基準電圧との差に応じた正の電流を駆動信号線Ｌ３に供給する。また、電流アンプ部３５は、この基準電圧より低い電圧が印加された場合に、基準電圧との差に応じた負の電流を駆動信号線Ｌ３に供給し、さらに、制御信号に基準電圧が印加された場合に、駆動信号線Ｌ３に電流の供給を停止する。これにより、電流アンプ部３５は、電荷を充電又は放電することによって、圧電素子４０に駆動電圧を供給する。ここで、圧電素子４０に充電又は放電される電荷量は、基準電圧を基準とした制御信号の波形の面積によって制御される。
【００６８】
コントローラ２０ａは、駆動回路部３０ｂに出力する制御信号（アナログ信号）によって、圧電素子４０に駆動電圧を供給するための電流を制御する。コントローラ２０ａは、制御信号（駆動制御信号及び補正制御信号）の出力方法が異なる点を除いて、第１の実施形態におけるコントローラ２０と同様である。コントローラ２０ａは、Ａ／Ｄ変換部２１、駆動処理部２２、補正処理部２３、及びＤ／Ａ変換部２４を備えている。
Ｄ／Ａ変換部２４は、駆動回路部３０ｂを制御するための電圧値を示すデジタル信号をアナログ信号に変換する。変換されたアナログ信号は、駆動回路部３０ｂに制御信号として出力される。
【００６９】
次に、本実施形態における圧電駆動装置１ｂの動作について説明する。
なお、本実施形態では、第１の実施形態と同様に、Ａ／Ｄ変換部２１によって圧電素子４０の駆動電圧を検出される所定のタイミングは、目標電圧が予め定められた電圧値になるタイミングである場合の形態について説明する。
【００７０】
図６は、本実施形態における補正処理のシーケンスの一例を示すタイムチャートである。
図６は、Ａ／Ｄ変換部２１による検出電圧の目標電圧が、０Ｖである場合の例を示している。図６において、各グラフは、上から（ａ）制御信号、及び（ｂ）駆動電圧を示しており、各グラフの横軸は、時間を示している。また、（ａ）及び（ｂ）のグラフは、縦軸が電圧を示している。なお、（ａ）制御信号において、波形Ｗ７は、アナログ信号である駆動信号の波形を示し、上述した基準電圧は、電圧Ｖ２である。
また、（ｂ）駆動電圧において、波形Ｗ５（破線の波形）は、目標とする理想的な駆動電圧の波形を示し、波形Ｗ６（実線の波形）は、本実施形態における駆動電圧の波形を示している。
【００７１】
図６において、まず、コントローラ２０ａの駆動処理部２２は、Ｄ／Ａ変換部２４を介して、制御信号を駆動制御信号として出力することによって、駆動処理を実行する。ここでは、時刻Ｔ４１から時刻Ｔ４２までの期間、時刻Ｔ４５から時刻Ｔ４６までの期間、及び時刻Ｔ５２から時刻Ｔ５３までの期間において、駆動処理部２２は、駆動制御信号として、基準電圧Ｖ２より電圧の高い信号（例えば、電圧Ｖ３）を制御信号線Ｌ５に出力する。つまり、駆動処理部２２は、制御信号として、駆動制御信号ＤＳ１、ＤＳ３、及びＤＳ５を出力する。
【００７２】
これにより、波形Ｗ６に示すように、時刻Ｔ４１から時刻Ｔ４２までの期間、時刻Ｔ４５から時刻Ｔ４６までの期間、及び時刻Ｔ５２から時刻Ｔ５３までの期間では、駆動信号線Ｌ３（ノードＮ１）の駆動電圧が上昇する。
【００７３】
また、時刻Ｔ４３から時刻Ｔ４４までの期間、時刻Ｔ４７から時刻Ｔ４８までの期間、及び時刻Ｔ５４から時刻Ｔ５５までの期間において、駆動処理部２２は、駆動制御信号として、基準電圧Ｖ２より電圧の低い信号（例えば、電圧Ｖ１）を制御信号線Ｌ５に出力する。つまり、駆動処理部２２は、制御信号として、駆動制御信号ＤＳ２、ＤＳ４、及びＤＳ６を出力する。
【００７４】
これにより、波形Ｗ６に示すように、時刻Ｔ４３から時刻Ｔ４４までの期間、時刻Ｔ４７から時刻Ｔ４８までの期間、及び時刻Ｔ５４から時刻Ｔ５５までの期間では、駆動信号線Ｌ３（ノードＮ１）の駆動電圧が下降する。
【００７５】
なお、理想的な駆動電圧波形Ｗ５では、時刻Ｔ４２から時刻Ｔ４３までの期間、時刻Ｔ４６から時刻Ｔ４７までの期間、及び時刻Ｔ５３から時刻Ｔ５４までの期間において、駆動電圧ＶＨ４が維持される。また、時刻Ｔ４５から時刻Ｔ４６までの期間、及び時刻Ｔ４９から時刻Ｔ５２までの期間において、駆動電圧０Ｖが維持される。しかしながら、圧電素子４０のリーク電流や、電流アンプ部３０のもつ微小なオフセット電流によって、ノードＮ１の駆動電圧にオフセット電圧が発生する。本実施形態では、波形Ｗ６に示すように、駆動信号線Ｌ３の駆動電圧は、波形Ｗ５より高い電圧となる場合の例である。
【００７６】
そこで、本実施形態における圧電駆動装置１ｂでは、一例として、目標電圧が０Ｖのタイミングにおいて、補正処理を実行する。つまり、Ａ／Ｄ変換部２１が、目標電圧が０Ｖのタイミングにおいて、ノードＮ１の駆動電圧を検出する。
補正処理部２３は、Ａ／Ｄ変換部２１によって検出された検出電圧と目標電圧との差が、予め定められた閾値以上であるか否かを判定する。そして、補正処理部２３は、検出電圧と目標電圧との差が予め定められた閾値以上であると判定した場合に、Ｄ／Ａ変換部２４を介して、補正制御信号（ＨＳ１）を駆動回路部３０ａに出力する。
【００７７】
ここでは、例えば、時刻Ｔ４９において、検出電圧と目標電圧との差ΔＶ３が予め定められた閾値以上となり、補正処理部２３は、時刻Ｔ５０から時刻Ｔ５１までの期間に、補正制御信号（ＨＳ１）を制御信号として、制御信号線Ｌ５に出力する。これにより、ノードＮ１の駆動電圧におけるオフセット電圧が放電されて、目標電圧である０Ｖに補正される。
なお、補正処理部２３は、検出電圧と目標電圧との差ΔＶ３に応じて、例えば、信号ＨＳ２のように補正制御信号の振幅を変更してもよいし、信号幅を変更してもよい。また、補正処理部２３は、検出電圧と目標電圧との差ΔＶ３に応じて、補正制御信号の振幅と信号幅を組み合わせて変更してもよい。
【００７８】
上述のように、図６を参照して、Ａ／Ｄ変換部２１によって取得された検出電圧が、目標電圧より高い場合の例を説明したが、検出電圧が目標電圧より低い場合においても、補正処理部２３は、補正制御信号として、基準電圧Ｖ２より電圧の低い信号を出力する点を除いて、同様に動作する。
【００７９】
以上のように、本実施形態において、駆動回路部３０ａは、制御信号の電圧に応じて、駆動電圧を供給するための電流を制御する電流アンプ部（電流アンプ）３５を備える。そして、駆動処理部２２は、Ｄ／Ａ変換部２４を介して、駆動制御信号ＤＳ１〜ＤＳ６を制御信号として制御信号線Ｌ５に出力する。また、補正処理部２３は、Ｄ／Ａ変換部２４を介して、補正制御信号ＨＳ１を制御信号として制御信号線Ｌ５に出力する。
これにより、圧電素子４０の駆動電圧が適切な電圧（目標電圧）に補正されるため、本実施形態における圧電駆動装置１ｂは、圧電素子４０に正確な駆動電圧を供給することができる。そのため、本実施形態における圧電駆動装置１ｂは、第１の実施形態における圧電駆動装置１と同様に、圧電素子４０に正確な駆動電圧を供給することができ、圧電素子４０の駆動精度を向上させることができる。
【００８０】
［第４の実施形態］
次に、第４の実施形態における電気機械変換素子の駆動装置について説明する。
本実施形態においても、第１の実施形態と同様に、電気機械変換素子の一例として、圧電素子を駆動する駆動装置の実施形態について説明する。
【００８１】
上述した第１〜第３の実施形態における圧電駆動装置（１、１ａ、１ｂ）は、圧電素子４０を複数駆動することも可能である。そこで、本実施形態では、一例として、第１の実施形態における圧電駆動装置１に複数の圧電素子４０を駆動させる場合を説明する。
図７は、本実施形態による圧電駆動装置１ｃを示す概略ブロック図である。
この図において、圧電駆動装置１ｃは、コントローラ２０と、駆動回路部３０と、切り替えスイッチ６０（６０１〜６０Ｎ、Ｎは２以上の整数）とを備えている。また、圧電駆動装置１ｃは、駆動信号線Ｌ３を介して、圧電素子４０（４０１〜４０Ｎ）に接続されている。この図において、図１と同一の構成については同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００８２】
切り替えスイッチ６０１〜６０Ｎのそれぞれは、駆動信号線Ｌ３（ノードＮ１１〜Ｎ１Ｎ）と圧電素子４０１〜４０Ｎの間に接続され、切り替え信号線Ｌ６によって制御される。なお、切り替え信号線Ｌ６は、ここでは、Ｎ本の信号線である。切り替えスイッチ６０１〜６０Ｎは、コントローラ２０から切り替え信号線Ｌ６を介して供給される切り替え信号によって、駆動回路部３０によって駆動される圧電素子４０１〜４０Ｎを切り替える。
【００８３】
コントローラ２０は、各圧電素子４０（４０１〜４０Ｎ）を駆動する前に、圧電素子４０１〜４０Ｎのうちの１つを選択して切り替えスイッチ６０１〜６０Ｎに対して、切り替え信号を出力して駆動する圧電素子４０を切り替える。なお、複数の圧電素子４０を駆動する形態でもよく、その場合、コントローラ２０は、切り替えスイッチ６０１〜６０Ｎに対して、圧電素子４０１〜４０Ｎのうちの複数を選択する切り替え信号を出力する。
【００８４】
以上のように、本実施形態における圧電駆動装置１ｃは、複数の圧電素子４０（４０１〜４０Ｎ）を駆動することができる。そのため、本実施形態における圧電駆動装置１ｃは、第１の実施形態における圧電駆動装置１と同様に、複数の圧電素子４０（４０１〜４０Ｎ）に正確な駆動電圧を供給することができ、圧電素子４０（４０１〜４０Ｎ）の駆動精度を向上させることができる。
【００８５】
［第５の実施形態］
上述した第１〜第４の実施形態における圧電駆動装置（１、１ａ、１ｂ、１ｃ）は、電気機械変換素子を使用する様々な装置に適用することができる。その一例として、本実施形態では、モータ装置（アクチュエータ）に適用した場合の形態について説明する。また、ここでは、一例として、モータ装置が圧電駆動装置１を備える形態を説明するが、圧電駆動装置１ａ（又は、１ｂ、１ｃ）を備える形態でもよい。
【００８６】
図８は、本実施形態におけるモータ装置ＭＴＲを示す斜視図である。
この図において、モータ装置ＭＴＲは、回転子ＳＦと、伝達部ＢＴと、移動部ＡＣと、支持部材ＢＳと、制御部ＣＯＮＴとを有している。モータ装置ＭＴＲは、回転子ＳＦ及び移動部ＡＣが支持部材ＢＳによって支持された状態になっており、移動部ＡＣに接続された伝達部ＢＴが回転子ＳＦに掛けられた構成になっている。すなわち、伝達部ＢＴは、回転子ＳＦの周面の少なくとも一部に掛けられる。制御部ＣＯＮＴは移動部ＡＣに接続されており、当該移動部ＡＣに対して駆動信号を供給可能になっている。
【００８７】
移動部ＡＣは、圧電素子４０（４０Ａ、４０Ｂ、図９参照）を備えている。
制御部ＣＯＮＴは、上述した圧電駆動装置１を備えている。制御部ＣＯＮＴは、回転子ＳＦと伝達部ＢＴとの間を回転力伝達状態として伝達部ＢＴを一定距離移動させる駆動動作及び回転力伝達状態を解消した状態で伝達部ＢＴを所定の位置に戻す復帰動作を圧電素子４０（４０Ａ、４０Ｂ）に行わせる。なお、本実施形態において後述する制御部ＣＯＮＴによる各処理は、コントローラ２０による処理に対応する。
【００８８】
図９は、本実施形態におけるモータ装置の動作を示す図である。
この図において、回転子ＳＦの回転軸方向をＺ軸方向（Ｚ方向）とし、当該Ｚ軸方向に垂直な平面上の直交方向をそれぞれＸ軸方向（Ｘ方向）及びＹ軸方向（Ｙ方向）とする。
【００８９】
この図において、伝達部ＢＴは、第一端部７１、第二端部７２及びベルト部７３を有している。
また、圧電素子４０Ａは、支持部材８１によって支持されている。圧電素子４０Ａは、図中−Ｘ側の端部の位置が固定されている。このため、圧電素子４０Ａは、Ｘ方向に伸縮することで図中＋Ｘ側の端部の位置がＸ方向に移動することになる。圧電素子４０Ａのうち当該＋Ｘ側の端部は、支持部材８１の先端部に接続されている。支持部材８１の先端部は、例えば第一端部７１に接続されている。
【００９０】
圧電素子４０Ｂは、支持部材８２によって支持されている。圧電素子４０Ｂは、図中＋Ｘ側の端部の位置が固定されている。このため、圧電素子４０Ｂは、Ｘ方向に伸縮することで図中−Ｘ側の端部の位置がＸ方向に移動することになる。圧電素子４０Ｂのうち当該−Ｘ側の端部は、支持部材８２の先端部に接続されている。支持部材８２の先端部は、例えば第二端部７２に接続されている。
【００９１】
次に、本実施形態におけるモータ装置ＭＴＲにおいて、回転子ＳＦを駆動させる動作を説明する。回転子ＳＦを駆動させる際には、オイラーの摩擦ベルト理論に基づき、回転子ＳＦに所定の有効巻き付き角θで巻き掛けられた伝達部ＢＴに有効張力を生じさせ、当該有効張力によって回転子ＳＦにトルクを伝達する。
【００９２】
まず、制御部ＣＯＮＴは、第一端部７１が＋Ｘ方向に、第二端部７２が−Ｘ方向にそれぞれ移動するように圧電素子４０Ａ及び圧電素子４０Ｂを変形させる。この動作により、伝達部ＢＴの第一端部７１側には張力Ｔ１が発生し、伝達部ＢＴの第二端部７２側には張力Ｔ２が発生する。したがって、伝達部ＢＴには、回転力伝達状態（スクイーズ状態）となる保持力である有効張力（Ｔ１−Ｔ２）が発生する。
【００９３】
制御部ＣＯＮＴは、伝達部ＢＴに有効張力を発生させた状態を保持しつつ、図９（ａ）に示すように、伝達部ＢＴの第一端部７１が−Ｘ方向に移動するように、かつ、第二端部７２が−Ｘ方向に移動するように圧電素子４０Ａ及び圧電素子４０Ｂを変形させる（駆動動作）。この動作において、制御部ＣＯＮＴは、第一端部７１の移動距離と第二端部７２の移動距離とを等しくさせる。この動作により、伝達部ＢＴと回転子ＳＦとの間に摩擦力が発生した状態で伝達部ＢＴが移動し、当該移動と共に回転子ＳＦがθＺ方向（矢印方向）に回転する。
【００９４】
制御部ＣＯＮＴは、第一端部７１及び第二端部７２を所定距離だけ移動させた後、図９（ｂ）に示すように、第二端部７２が駆動の開始位置（所定位置）へ戻るように、かつ、第一端部７１が移動しないように、圧電素子４０Ｂだけを変形させる。この動作により、第二端部７２が＋Ｘ方向へ移動し、伝達部ＢＴの巻き掛けが緩んだ状態になる。つまり、伝達部ＢＴに付加されていた有効張力（回転子ＳＦに対する保持力）が解除された状態になる。この状態においては、伝達部ＢＴと回転子ＳＦとの間に摩擦力は発生せず、回転子ＳＦは慣性によって矢印方向に回転し続けることになる。
【００９５】
制御部ＣＯＮＴは、伝達部ＢＴの巻き掛けを緩ませた後、図９（ｃ）に示すように、第一端部７１が駆動の開始位置（所定位置）へ戻るように圧電素子４０Ａを変形させる。この動作により、伝達部ＢＴの巻き掛けが緩んだまま、すなわち、有効張力が発生しないまま、伝達部ＢＴの第一端部７１が駆動の開始位置（所定位置）へ戻っていく（復帰動作）。
【００９６】
第一端部７１が駆動開始位置に戻される直前になったら、制御部ＣＯＮＴは、圧電素子４０Ｂを変形させて第二端部７２を＋Ｘ方向に移動させる。この動作により、第一端部７１が駆動開始位置に戻されるのとほぼ同時に、第二端部７２側に張力Ｔ２が発生し、第一端部７１側に張力Ｔ１が発生する。これにより、駆動開始時に伝達部ＢＴに有効張力を付加させた状態と同様の状態となる。
【００９７】
伝達部ＢＴに有効張力が付加された後、制御部ＣＯＮＴは、伝達部ＢＴの第一端部７１が−Ｘ方向に移動するように圧電素子４０Ａを変形させ、第二端部７２が−Ｘ方向に移動するように圧電素子４０Ｂを変形させる（駆動動作）。このとき、第一端部７１の移動距離と第二端部７２の移動距離とを等しくさせる。この動作により、伝達部ＢＴと回転子ＳＦとの間に摩擦力が発生した状態で伝達部ＢＴが移動し、当該移動と共に回転子ＳＦがθＺ方向に回転する。
【００９８】
この後、制御部ＣＯＮＴは、伝達部ＢＴに付加されていた有効張力を再度解除させる。
制御部ＣＯＮＴは、有効張力を解除させた後、伝達部ＢＴの第一端部７１及び第二端部７２が開始位置に戻るように移動させる（復帰動作）。このように制御部ＣＯＮＴが上記駆動動作と復帰動作とを移動部ＡＣに繰り返し行わせることにより、回転子ＳＦがθＺ方向に回転し続けることになる。また、例えば、オイラーの摩擦ベルト理論では、摩擦係数μが０．３の場合に、有効巻き付き角θが３００°以上の時にオイラー係数部分の値が０．８以上となる。このことから、摩擦係数μが０．３の場合には、有効巻き付き角θを３００°以上とすることにより、圧電素子４０Ａによる張力Ｔ１の８０％以上の力が回転子ＳＦのトルクに寄与することになる。このように、トルクの大きさは圧電素子４０Ａの張力Ｔ１によって一意に決定される。したがって、例えば圧電素子４０Ａに用いられるピエゾ素子などは、数ミリ程度の小型素子であっても、数百ニュートン以上の力を出すことができるので非常に大きな回転力を付与することができる。
【００９９】
次に、本実施形態によるモータ装置ＭＴＲにおける圧電素子４０（４０Ａ、４０Ｂ）の駆動電圧について説明する。
図１０は、本実施形態におけるモータ装置の駆動電圧波形を示す図である。
この図において、各グラフは、横軸が時間を示し、縦軸が電圧を示している。また、図１０（ａ）の波形Ｗ８は、圧電素子４０Ａの駆動電圧を示し、図１０（ｂ）の波形Ｗ９は、圧電素子４０Ｂの駆動電圧を示している。
【０１００】
図１０において、時刻ｔ０から時刻ｔ３までの期間Ｍ１が、上述した回転力伝達状態に対応し、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの期間Ｍ３が、駆動動作を実行している期間に対応する。また、時刻ｔ３から時刻ｔ５までの期間Ｍ２が、上述した回転力伝達状態を解消した状態に対応し、時刻ｔ２から時刻ｔ４までの期間Ｍ４が、復帰動作を実行している期間に対応する。なお、波形Ｗ８及び波形Ｗ９において、時刻ｔ０から時刻ｔ５までの期間の駆動波形が、時刻ｔ５から時刻ｔ８の示すように繰り返される。
制御部ＣＯＮＴの圧電駆動装置１は、駆動回路部３０を介して、波形Ｗ８の駆動電圧を圧電素子４０Ａに、波形Ｗ９の駆動電圧を圧電素子４０Ｂに、それぞれ供給する。
また、制御部ＣＯＮＴは、上述した補正処理を実行するタイミングにおいて補正処理を実行する。
【０１０１】
以上のように、本実施形態におけるモータ装置ＭＴＲは、圧電駆動装置１（１ａ、１ｂ、１ｃ）を備えている。これにより、適切な駆動電圧に補正されるため、本実施形態におけるモータ装置ＭＴＲは、駆動精度を向上させることができる。
【０１０２】
また、本実施形態において、モータ装置ＭＴＲは、回転子ＳＦの周面の少なくとも一部に掛けられる伝達部ＢＴと、伝達部ＢＴに接続され、伝達部ＢＴを移動させる圧電素子４０（４０Ａ、４０Ｂ）と、を備えている。また、制御部ＣＯＮＴ（コントローラ２０又は２０ａ）は、回転子ＳＦと伝達部ＢＴとの間を回転力伝達状態として伝達部ＢＴを一定距離移動させる駆動動作及び回転力伝達状態を解消した状態で伝達部ＢＴを所定の位置に戻す復帰動作を圧電素子４０（４０Ａ、４０Ｂ）に行わせる。
これにより、本実施形態におけるモータ装置ＭＴＲは、高トルクを発生させることができ、さらに、適切な駆動電圧に補正されるため、駆動精度を向上させることができる。
【０１０３】
なお、制御部ＣＯＮＴは、モータ装置ＭＴＲの駆動状態に応じて、補正処理を実行してもよい。
例えば、制御部ＣＯＮＴは、伝達部ＢＴが所定の位置（開始位置）に戻された状態において、補正処理を実行する。つまり、制御部ＣＯＮＴは、図１０のポイントＰ３の状態において、補正処理を実行する。この場合、制御部ＣＯＮＴは、開始位置においての補正処理になるため、モータ装置ＭＴＲの駆動に影響を低減して、駆動電圧を適切に補正することができる。
【０１０４】
また、制御部ＣＯＮＴは、回転力伝達状態を解消した状態（期間Ｍ２）又は回転力伝達状態（期間Ｍ１）において、補正処理を実行する。つまり、制御部ＣＯＮＴは、例えば、図１０のポイントＰ１又はＰ２などにおいて、補正処理を実行する。この場合、回転力伝達状態を解消した状態又は回転力伝達状態における、適切な駆動電圧に補正されるため、モータ装置ＭＴＲは、駆動精度を向上させることができる。
【０１０５】
なお、モータ装置ＭＴＲは、図８に示すように、移動部ＡＣを複数（この例では、３つ）備えている。この場合、複数の移動部ＡＣは、タイミングをずらして順に、駆動動作と復帰動作を繰り返す。そのため、移動部ＡＣは、駆動していない期間が存在する。モータ装置ＭＴＲは、この駆動していない期間に補正処理を実行する形態でもよい。
【０１０６】
また、モータ装置ＭＴＲに第２の実施形態による圧電駆動装置１ａを適用した場合に、駆動回路部３０ａは、圧電素子４０（４０Ａ、４０Ｂ）において駆動電圧が供給される第１の端子（ノードＮ１）と、圧電素子４０において接地される第２の端子（ノードＮ２）とを、放電制御信号に基づいて、導通させる放電スイッチ５０を備える。この場合、制御部ＣＯＮＴは、伝達部ＢＴが所定の位置（例えば、開始位置）に戻された状態において、放電スイッチを導通させる放電制御信号を出力する処理をおこなってもよい。つまり、制御部ＣＯＮＴは、モータ装置ＭＴＲの駆動シーケンスにおいて、例えば、駆動電圧が０Ｖになる開始位置で、毎回、放電制御信号を出力して、圧電素子４０（４０Ａ、４０Ｂ）のオフセット電圧をリセットする。
これにより、モータ装置ＭＴＲは、Ａ／Ｄ変換部２１の検出電圧によらずに、駆動電圧を補正することができる。そのため、モータ装置ＭＴＲは、駆動精度を向上させることができる。
【０１０７】
［第６の実施形態］
本実施形態では、上記のモータ装置ＭＴＲの適用例を説明する。
図１１は、モータ装置ＭＴＲを例えばロボット装置ＲＢＴに適用させた構成を示す図である。
【０１０８】
図１１に示すように、ロボット装置ＲＢＴは、モータ装置ＭＴＲを備え、モータ装置ＭＴＲがカップリングＣＰＬを介してロボットアームＡＲＭに接続されている。上記実施形態のモータ装置ＭＴＲは、小型で高トルクを出力可能である。また、上記実施形態のモータ装置ＭＴＲは、適切な駆動電圧に補正されるため、正確な駆動電圧を供給することができる。そのため、ロボット装置ＲＢＴは、ロボットアームＡＲＭを高精度に駆動させることができる。よって、ロボット装置ＲＢＴは、ロボットアームＡＲＭの駆動精度を向上させることができる。また、上記実施形態のモータ装置ＭＴＲは、ロボットの関節部分や工作機械の駆動部などにも応用することができる。
【０１０９】
本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更を加えることができる。
上記実施形態において、電気機械変換素子が圧電型の電気機械変換素子（圧電素子）である形態を説明したが、静電型の電気機械変換素子に適用する形態でもよいし、他の方式の電気機械変換素子に適用する形態でもよい。
【０１１０】
また、上記実施形態において、検出電圧と目標電圧とを用いた演算結果として、検出電圧と目標電圧との差を用いる形態を説明したが、これに限定されず、係数を加算、乗算、除算などの演算結果を用いる形態でもよい。例えば、検出電圧と目標電圧との差に所定のオフセット値を加算した演算結果や、係数を乗算した演算結果、検出電圧と目標電圧との比率を用いる形態でもよいし、他の演算結果を用いる形態でもよい。
また、上記実施形態において、Ａ／Ｄ変換部２１は、コントローラ２０に含まれる形態を説明したが、コントローラ２０（又は２０ａ）の外に、Ａ／Ｄ変換部２１を設ける形態でもよい。また、Ａ／Ｄ変換部２１は、ノードＮ１において、駆動電圧を直接検出する形態を説明したが、抵抗素子又は静電容量素子を用いて駆動電圧を分圧した電圧を検出する形態でもよい。
【０１１１】
また、上記実施形態において、検出電圧と目標電圧との差に応じて、補正制御信号のパルス幅を変更する形態を説明したが、補正処理部２３が、Ａ／Ｄ変換部２１によって検出された検出電圧が目標電圧と等しくなるまで、補正制御信号を出力し続ける形態でもよい。
また、制御信号として、駆動制御信号と補正制御信号とを別々に出力する形態を説明したが、補正処理部２３が、常にＡ／Ｄ変換部２１によって検出された検出電圧を監視し、目標電圧に到達するように、駆動制御信号と補正制御信号とを連続して出力する形態でもよい。
【０１１２】
また、上記実施形態において、圧電駆動装置１（１ａ、１ｂ、１ｃ）をモータ装置ＭＴＲ（アクチュエータ）に適用する形態を説明したが、これに限定されるものではない。例えば、上記実施形態における圧電駆動装置１（１ａ、１ｂ、１ｃ）を他のアクチュエータなどを用いる制御機構に適用することも可能である。例えば、インクジェットプリンタのヘッド部（インク射出機構）、ディーゼル燃料噴射ノズル（ピエゾインジェクター）などに用いるアクチュエータに圧電駆動装置１（１ａ、１ｂ、１ｃ）を適用してもよいし、他のアクチュエータに適用してもよい。また、上記実施形態における圧電駆動装置１（１ａ、１ｂ、１ｃ）をスチュワートプラットホーム機構などのパラレル機構に適用してもよい。
【０１１３】
上述の圧電駆動装置１（１ａ、１ｂ、１ｃ）は内部に、コンピュータシステムを有している。そして、上述したコントローラ２０（２０ａ）の各処理過程は、プログラムの形式でコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記憶されており、このプログラムをコンピュータが読み出して実行することによって、上記処理が行われる。ここでコンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、半導体メモリ等をいう。また、このコンピュータプログラムを通信回線によってコンピュータに配信し、この配信を受けたコンピュータが当該プログラムを実行するようにしてもよい。
【符号の説明】
【０１１４】
１，１ａ，１ｂ，１ｃ…圧電駆動装置、２０，２０ａ…コントローラ、２１…Ａ／Ｄ変換部、３０，３０ａ，３０ｂ…駆動回路部、３１…カレントソース部、３２…カレントシンク部、３３…第１のスイッチ、３４…第２のスイッチ、３５…電流アンプ部、４０、４０１〜４０Ｎ、４０Ａ、４０Ｂ…圧電素子、５０…放電スイッチ、ＭＴＲ…モータ装置、ＳＦ…回転子、ＢＴ…伝達部、ＲＢＴ…ロボット装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気機械変換素子に駆動電圧を供給するための電流を、制御信号に基づいて制御する駆動回路部と、
前記電気機械変換素子の駆動電圧を検出する検出部と、
前記駆動電圧の供給を制御する駆動制御信号を前記駆動回路部に出力する駆動処理、及び、前記駆動電圧を検出して得られた検出電圧に基づいて前記駆動電圧を目標電圧に補正する補正制御信号を前記駆動回路部に出力する補正処理、を実行する制御部と、を備え、
前記制御信号は、少なくとも前記駆動制御信号及び前記補正制御信号を含む
ことを特徴とする電気機械変換素子の駆動装置。
【請求項２】
前記検出部は、
前記目標電圧が予め定められた電圧値になるタイミングにおいて、前記駆動電圧を検出する
ことを特徴とする請求項１に記載の電気機械変換素子の駆動装置。
【請求項３】
前記制御部は、
前記補正処理において、前記検出電圧と前記目標電圧とを用いた演算結果が、予め定められた閾値以上であるか否かを判定し、前記演算結果が前記閾値以上であると判定した場合に、前記補正制御信号を前記駆動回路部に出力する
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の電気機械変換素子の駆動装置。
【請求項４】
前記制御部は、
前記駆動制御信号を予め定められた回数出力するごとに、前記補正処理を実行する
ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の電気機械変換素子の駆動装置。
【請求項５】
前記制御部は、予め定められた期間ごとに、前記補正処理を実行する
ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の電気機械変換素子の駆動装置。
【請求項６】
前記制御信号には、パルス信号である第１制御信号と、パルス信号である第２制御信号とが含まれ、
前記駆動回路部は、
前記電気機械変換素子に電流を供給するカレントソース部と、
前記カレントソース部と前記圧電素子との間に配置され、前記第１制御信号に基づいて前記カレントソース部から前記圧電素子に充電を行う第１のスイッチと、
前記電気機械変換素子に充電された電荷を放電するカレントシンク部と、
前記電気機械変換素子と前記カレントシンク部との間に配置され、前記第２制御信号に基づいて前記電気機械変換素子から前記カレントシンク部に放電を行う第２のスイッチと
を備えることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の電気機械変換素子の駆動装置。
【請求項７】
前記制御部は、
前記補正処理において、前記検出電圧と前記目標電圧とを用いた演算結果に基づいて、前記第１制御信号及び前記第２制御信号のうちのいずれか一方として、前記補正制御信号を出力する
ことを特徴とする請求項６に記載の電気機械変換素子の駆動装置。
【請求項８】
前記駆動回路部は、
前記電気機械変換素子において前記駆動電圧が供給される第１の端子と、前記圧電素子において接地される第２の端子とを、第３制御信号に基づいて、導通させる第３のスイッチを備え、
前記制御部は、
前記補正処理において、前記第３制御信号として、前記補正制御信号を出力する
ことを特徴とする請求項６に記載の電気機械変換素子の駆動装置。
【請求項９】
前記駆動回路部は、
前記制御信号の電圧に応じて、前記駆動電圧を供給するための電流を制御する電流アンプを備える
ことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の電気機械変換素子の駆動装置。
【請求項１０】
前記制御部は、
前記検出電圧と前記目標電圧とを用いた演算結果に応じて、前記補正制御信号のパルス幅を変更する
ことを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の電気機械変換素子の駆動装置。
【請求項１１】
請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の電気機械変換素子の駆動装置を備えることを特徴とするモータ装置。
【請求項１２】
回転子の周面の少なくとも一部に掛けられる伝達部と、
前記伝達部に接続され、前記伝達部を移動させる前記電気機械変換素子と、
を備え、
前記制御部は、
前記回転子と前記伝達部との間を回転力伝達状態として前記伝達部を一定距離移動させる駆動動作及び前記回転力伝達状態を解消した状態で前記伝達部を所定の位置に戻す復帰動作を前記電気機械変換素子に行わせる
ことを特徴とする請求項１１に記載のモータ装置。
【請求項１３】
前記制御部は、前記伝達部が前記所定の位置に戻された状態において、前記補正処理を実行する
ことを特徴とする請求項１２に記載のモータ装置。
【請求項１４】
前記制御部は、前記回転力伝達状態を解消した状態又は前記回転力伝達状態において、前記補正処理を実行する
ことを特徴とする請求項１２又は請求項１３に記載のモータ装置。
【請求項１５】
前記駆動回路部は、
前記電気機械変換素子において前記駆動電圧が供給される第１の端子と、前記電気機械変換素子において接地される第２の端子とを、放電制御信号に基づいて、導通させる放電スイッチを備え、
前記制御部は、
前記伝達部が前記所定の位置に戻された状態において、前記放電スイッチを導通させる前記放電制御信号を出力する
ことを特徴とする請求項１２から請求項１４のいずれか１項に記載のモータ装置。
【請求項１６】
請求項１１から請求項１５のいずれか１項に記載のモータ装置を備えることを特徴とするロボット装置。
【請求項１】
電気機械変換素子に駆動電圧を供給するための電流を、制御信号に基づいて制御する駆動回路部と、
前記電気機械変換素子の駆動電圧を検出する検出部と、
前記駆動電圧の供給を制御する駆動制御信号を前記駆動回路部に出力する駆動処理、及び、前記駆動電圧を検出して得られた検出電圧に基づいて前記駆動電圧を目標電圧に補正する補正制御信号を前記駆動回路部に出力する補正処理、を実行する制御部と、を備え、
前記制御信号は、少なくとも前記駆動制御信号及び前記補正制御信号を含む
ことを特徴とする電気機械変換素子の駆動装置。
【請求項２】
前記検出部は、
前記目標電圧が予め定められた電圧値になるタイミングにおいて、前記駆動電圧を検出する
ことを特徴とする請求項１に記載の電気機械変換素子の駆動装置。
【請求項３】
前記制御部は、
前記補正処理において、前記検出電圧と前記目標電圧とを用いた演算結果が、予め定められた閾値以上であるか否かを判定し、前記演算結果が前記閾値以上であると判定した場合に、前記補正制御信号を前記駆動回路部に出力する
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の電気機械変換素子の駆動装置。
【請求項４】
前記制御部は、
前記駆動制御信号を予め定められた回数出力するごとに、前記補正処理を実行する
ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の電気機械変換素子の駆動装置。
【請求項５】
前記制御部は、予め定められた期間ごとに、前記補正処理を実行する
ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の電気機械変換素子の駆動装置。
【請求項６】
前記制御信号には、パルス信号である第１制御信号と、パルス信号である第２制御信号とが含まれ、
前記駆動回路部は、
前記電気機械変換素子に電流を供給するカレントソース部と、
前記カレントソース部と前記圧電素子との間に配置され、前記第１制御信号に基づいて前記カレントソース部から前記圧電素子に充電を行う第１のスイッチと、
前記電気機械変換素子に充電された電荷を放電するカレントシンク部と、
前記電気機械変換素子と前記カレントシンク部との間に配置され、前記第２制御信号に基づいて前記電気機械変換素子から前記カレントシンク部に放電を行う第２のスイッチと
を備えることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の電気機械変換素子の駆動装置。
【請求項７】
前記制御部は、
前記補正処理において、前記検出電圧と前記目標電圧とを用いた演算結果に基づいて、前記第１制御信号及び前記第２制御信号のうちのいずれか一方として、前記補正制御信号を出力する
ことを特徴とする請求項６に記載の電気機械変換素子の駆動装置。
【請求項８】
前記駆動回路部は、
前記電気機械変換素子において前記駆動電圧が供給される第１の端子と、前記圧電素子において接地される第２の端子とを、第３制御信号に基づいて、導通させる第３のスイッチを備え、
前記制御部は、
前記補正処理において、前記第３制御信号として、前記補正制御信号を出力する
ことを特徴とする請求項６に記載の電気機械変換素子の駆動装置。
【請求項９】
前記駆動回路部は、
前記制御信号の電圧に応じて、前記駆動電圧を供給するための電流を制御する電流アンプを備える
ことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の電気機械変換素子の駆動装置。
【請求項１０】
前記制御部は、
前記検出電圧と前記目標電圧とを用いた演算結果に応じて、前記補正制御信号のパルス幅を変更する
ことを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の電気機械変換素子の駆動装置。
【請求項１１】
請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の電気機械変換素子の駆動装置を備えることを特徴とするモータ装置。
【請求項１２】
回転子の周面の少なくとも一部に掛けられる伝達部と、
前記伝達部に接続され、前記伝達部を移動させる前記電気機械変換素子と、
を備え、
前記制御部は、
前記回転子と前記伝達部との間を回転力伝達状態として前記伝達部を一定距離移動させる駆動動作及び前記回転力伝達状態を解消した状態で前記伝達部を所定の位置に戻す復帰動作を前記電気機械変換素子に行わせる
ことを特徴とする請求項１１に記載のモータ装置。
【請求項１３】
前記制御部は、前記伝達部が前記所定の位置に戻された状態において、前記補正処理を実行する
ことを特徴とする請求項１２に記載のモータ装置。
【請求項１４】
前記制御部は、前記回転力伝達状態を解消した状態又は前記回転力伝達状態において、前記補正処理を実行する
ことを特徴とする請求項１２又は請求項１３に記載のモータ装置。
【請求項１５】
前記駆動回路部は、
前記電気機械変換素子において前記駆動電圧が供給される第１の端子と、前記電気機械変換素子において接地される第２の端子とを、放電制御信号に基づいて、導通させる放電スイッチを備え、
前記制御部は、
前記伝達部が前記所定の位置に戻された状態において、前記放電スイッチを導通させる前記放電制御信号を出力する
ことを特徴とする請求項１２から請求項１４のいずれか１項に記載のモータ装置。
【請求項１６】
請求項１１から請求項１５のいずれか１項に記載のモータ装置を備えることを特徴とするロボット装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１２−１９１７４３（Ｐ２０１２−１９１７４３Ａ）
【公開日】平成２４年１０月４日（２０１２．１０．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−５２８４８（Ｐ２０１１−５２８４８）
【出願日】平成２３年３月１０日（２０１１．３．１０）
【出願人】（０００００４１１２）株式会社ニコン (12,601)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１０月４日（２０１２．１０．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月１０日（２０１１．３．１０）
【出願人】（０００００４１１２）株式会社ニコン (12,601)
【Ｆターム（参考）】
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