JP2000308378A

JP2000308378A - 超音波モータ用駆動回路、超音波モータおよび超音波モータ付電子機器

Info

Publication number: JP2000308378A
Application number: JP11111367A
Authority: JP
Inventors: Akihiro Iino; 朗弘飯野; Masao Kasuga; 政雄春日
Original assignee: Seiko Instruments Inc
Current assignee: Seiko Instruments Inc
Priority date: 1999-04-19
Filing date: 1999-04-19
Publication date: 2000-11-02
Anticipated expiration: 2019-04-19
Also published as: JP4527211B2

Abstract

(57)【要約】【課題】独立の励振可能な二組の圧電振動子を有する
超音波モータの正逆切換え可能な自励発振回路を実現す
る。【解決手段】電極１０６ａ，１０６ｂ，１０６ｃ，１
０６ｄと自励発信回路３０の出力端子３０ｄとはトライ
ステートバッファ３２を介して導通しており、電極１０
６ｅはトランジスタ３５によって接地可能となってお
り、電極１０６ｆと出力端子３０ｄとはトライステート
バッファ３１を介して導通している。さらに、電極１０
６ａ〜１０６ｄはトランジスタ３３によって接地可能と
なっており、電極１０６ｆはトランジスタ３４によって
接地可能となっている。従って、トライステートバッフ
ァ３１，トランジスタ３４，３５にハイ信号を入力する
か、トライステートバッファ３２，トランジスタ３３に
ハイ信号を入力するか、を選択することにより、圧電素
子１００の楕円振動の向きを簡単に逆転できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、超音波モータを駆
動する駆動回路、この駆動回路を用いた超音波モータお
よびこの超音波モータを用いた超音波モータ付電子機器
に関する。

【０００２】

【従来の技術】近時、マイクロメカニクスの分野におい
て、交流電圧などの駆動信号を加えられた圧電振動子に
発生する、伸縮振動と屈曲振動の合成振動としての楕円
運動を動力として利用する超音波モータが注目されてい
る。この超音波モータの主たる開発方向は、さらなる小
型化にある。これを実現するには単位体積あたりの出力
を上げる必要がある。

【０００３】これを踏まえ、本発明者は、特願平１０−
２２４７９６に詳細を開示したように、従来よりも単位
体積あたりの出力を向上させた超音波モータ用の圧電素
子１００を発明した。

【０００４】すなわち、圧電素子１００は、図７に概略
を示すように、伸縮振動源としての４枚の圧電振動子１
０２，１０２，１０２，１０２を、支持部材１０３を介
して、屈曲振動源としての４枚の圧電振動子１０１の上
に一体的に積層させた構造をとる。この圧電素子１００
は、圧電振動子１０１に発生する屈曲振動と、圧電振動
子１０２に発生する伸縮振動と、を合成させることによ
って該圧電素子１００の端面に発生する楕円振動を、動
力源としている。

【０００５】圧電振動子１０１は、図８（Ｂ）の上面図
および同図（Ｃ）の背面図に示すように、縦方向に２分
割するとともに横方向にも２分割することで生成する４
つの分極領域１０１ａ，分極領域１０１ｂ，分極領域１
０１ｃ，分極領域１０１ｄを、積層方向に、互い違いに
逆に分極した構造とする。圧電振動子１０２は、図８
（Ｄ）の上面図および同図（Ｅ）の背面図に示すよう
に、ほぼ全面をひとつの分極領域として、積層方向に、
例えば上面１０２ａが＋となるように分極する。

【０００６】また、圧電素子１００は、電極１０６ａ，
電極１０６ｂ，電極１０６ｃ，電極１０６ｄ，電極１０
６ｅ，電極１０６ｆ，電極１０６ｇを有する。ここで、
電極１０６ａ，１０６ｂ，１０６ｅ，１０６ｇは、図８
（Ａ）の一の側面図に示すように圧電素子１００の側面
１００ａに引き出されており、電極１０６ｃ，１０６
ｄ，１０６ｆは、図８（Ｆ）の他の側面図に示すように
側面１００ａと対向する面である側面１００ｂに引き出
されている。このうち、電極１０６ａ〜１０６ｅは圧電
振動子１０１に信号を入力するための電極である。電極
１０６ａ〜１０６ｄは、図８（Ｂ）に示すように、それ
ぞれ分極領域１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃ，１０１ｄ
の表面に電圧を加える。また、電極１０６ｅは、図８
（Ｃ）に示すように、分極領域１０１ａ，１０１ｂ，１
０１ｃ，１０１ｄの裏面すべてに同一の電圧を加える。
さらに、電極１０６ｆ，１０６ｇは圧電振動子１０２に
信号を入力するための電極であり、図８（Ｄ）および同
図（Ｅ）に示すように、それぞれ圧電振動子１０２の上
面１０２ａ及び下面１０２ｂに電圧を加える。

【０００７】すなわち、圧電振動子１０１は、すべての
分極領域１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃ，１０１ｄに駆
動信号源１１０（図示省略）から駆動信号を入力して屈
曲振動させる。これに対し、従来の超音波モータは、逆
方向への駆動を可能とするために、圧電振動子を半面し
か動力源として利用していなかった。従って、圧電素子
１００の出力は、従来の超音波モータと比べて大きくな
る。また、圧電素子１００は一つの入力信号によって駆
動するので、自励発信回路は簡単になり、従って、自励
発信制御を容易に行えるという利点もある。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】圧電素子１００は、屈
曲振動源である圧電振動子１０１の全面を同一のタイミ
ングで駆動させていたため、駆動方向を反転させるため
には、特願平１０−２２４７９６に記載したように、圧
電振動子１０１もしくは圧電振動子１０２に入力する駆
動信号のどちらかを反転させる必要があった。しかしな
がら、圧電素子１００の圧電振動子１０１もしくは圧電
振動子１０２に入力する駆動信号のどちらかを、容易に
反転させることができる実用的な駆動回路はなかった。
特に、圧電素子１００は自励発振回路を構成しやすいと
いう特徴を有する反面、入力する駆動信号のどちらかを
反転させながら発振条件を満足する様な自励発振回路は
これまで存在し得なかった。従来の自励発振回路で超音
波モータの正・逆方向を切り替えるには特願平１０−２
２４７９６に記載されている様に、コルピッツ型の発振
回路を構成するとともに駆動信号を印加する電極を選択
する為のスイッチング回路を設けていた。従って、圧電
素子１００の実用化は妨げられており、これに伴い、時
計、カメラ、プリンタ、記憶装置などに代表される超音
波モータ付電子機器の小型化も妨げられていた。

【０００９】そこで、本発明は、圧電素子１００の圧電
振動子１０１もしくは圧電振動子１０２に入力する駆動
信号のどちらかを容易に反転させることができるととも
に、自励発振可能な実用的な超音波モータ用駆動回路
と、これを用いた超音波モータと、この超音波モータを
用いた超音波モータ付電子機器を提供することを目的と
する。

【００１０】

【課題を解決するための手段】すなわち、上記課題を解
決する手段は、請求項１に記載するように、夫々別の駆
動信号によって独立に駆動可能な第１の圧電振動子と、
第2の圧電振動子と、を備え、前記第１の圧電振動子に
より生じる振動波と、前記第２の圧電振動子により生じ
る振動波と、を合成した振動により駆動力を得る超音波
モータに用いられ、前記第１の圧電振動子に対して、前
記第２の圧電振動子への駆動信号の位相を、外部から入
力される指示信号に従って逆転させる、逆転手段を備え
ることを特徴とする。

【００１１】この請求項１に記載の発明によれば、駆動
信号源に対する、前記第１の圧電振動子（例えば圧電振
動子１０１）と第２の圧電振動子（例えば圧電振動子１
０２）のいずれか一方の圧電振動子の接続方向は、外部
から入力される指示信号に従って逆転するため、前記一
方の圧電振動子に入力される駆動信号の位相は前記指示
信号に従って逆転する。すなわち、前記超音波モータの
駆動方向は外部から入力される指示信号を変更すること
により容易に逆転できる。従って、簡単且つ実用的な、
前記超音波モータの駆動方向を制御するための超音波モ
ータ用駆動回路を作製できる。

【００１２】また、この請求項１に記載の超音波モータ
用駆動回路は、請求項２に記載の発明のように、増幅回
路とフィルタ回路を有する基本回路部と、前記第1の圧
電振動子と前記第2の圧電振動子とスイッチング回路を
有する切換え回路部により自励発振回路を構成すること
も可能である。この場合は、簡易な駆動回路で容易に駆
動できる超音波モータ用駆動装置を作製できる。

【００１３】なお、この請求項２に記載の超音波モータ
用駆動回路は、より具体的には、例えば請求項３に記載
するように、前記スイッチング回路は前記指示信号に従
って前記基本回路部からの入力信号を反転し、前記第1
の圧電振動子もしくは前記第2の圧電振動子の第1の電極
に入力し、第2の電極から得られる信号を再度反転して
前記基本回路部に出力するようにする。あるいは請求項
4に記載するように、前記スイッチング回路は、前記指
示信号に従って前記基本回路部からの入力信号を前記第
1の圧電振動子もしくは前記第2の圧電振動子の前記第1
の電極と前記第2の電極のどちらかの電極に入力する
か、前記第1の電極と前記第2の電極のどちらの出力信号
を前記基本回路部に出力するかが切換え可能なこととす
る。また、請求項2に記載の超音波モータの別の例とし
て請求項5に記載するように、前記第1の圧電振動子もし
くは前記第2の圧電振動子は駆動電極とは別に設けた検
出用電極を有し、検出用電極から得られる検出信号を増
幅回路で増幅し、前記駆動電極に出力することにより自
励発振回路を構成するようにする。具体的には請求項6
に記載するように、前記指示信号に従って、前記検出用
電極からの出力信号を前記第1の圧電振動子もしくは前
記第2の圧電振動子の第1の電極と第2の電極のどちらに
入力するか、前記第1の電極と前記第2の電極のどちらを
接地するかを選択可能とする。

【００１４】更には請求項7に記載のように、請求項1〜
6記載の超音波モータ用駆動回路において、前記逆転手
段によって駆動信号の位相が逆転されて入力される電極
の駆動信号の大きさと、駆動信号の位相が逆転されずに
入力される電極の駆動信号の大きさが同等になるように
駆動信号を調整する駆動信号調整回路を設けるようにす
る。

【００１５】この請求項７に記載の発明によれば、小型
高出力で高高率な超音波モータを作製できる。

【００１６】また、請求項８に記載の発明は、請求項１
〜７に記載の超音波モータを有すること超音波モータ付
電子機器であることを特徴とする。

【００１７】この請求項８に記載した超音波モータ付電
子機器は、従来の超音波モータと比べて小型で出力は大
きく、かつ、駆動方向を容易に反転できる超音波モータ
を用いているので、超音波モータ付電子機器は小型化す
る。また、超音波モータの制御方法として自励発振制御
を容易に適用できるので、超音波モータの周辺回路を小
型化した超音波モータ付電子機器を作製できる。

【００１８】ここで、前記超音波モータ付電子機器とし
ては、例えば電子時計、計測器、カメラ、プリンタ、印
刷機、工作機械、ロボット、移動装置、記憶装置などが
ある。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、図１〜図６を参照して本発
明の実施例を詳細に説明する。

【００２０】＜第１の実施例＞図１は、本発明の第１の
実施例である超音波モータ用駆動回路１の切換え回路の
構成を説明する回路図である。超音波モータ用駆動回路
１は、従来例にて説明した圧電素子１００を駆動させる
回路である。

【００２１】まず、超音波モータ用駆動回路１の構成に
ついて説明する。超音波モータ用駆動回路１は、基本的
に従来例と同様にコルピッツ型の発振回路を構成するも
のであり図3に示す基本回路部１０と、基本回路部１０
の端子１０ａと電極１０６ｆを接続するバッファ１１
と、基本回路部１０の端子１０ｂと電極１０６ｇを接続
するバッファ１２と、端子１０ａと電極１０６ａ，１０
６ｂ，１０６ｃ，１０６ｄを接続するトライステートバ
ッファ１３（第１のトライステートバッファ）と、同様
に端子１０ａと電極１０６ａ，１０６ｂ，１０６ｃ，１
０６ｄを接続するトライステートインバータ１４（第１
のトライステートインバータ）と、端子１０ｂと電極１
０６ｅを接続するトライステートバッファ１５（第２の
トライステートバッファ）と、同様に端子１０ｂと電極
１０６ｅを接続するトライステートインバータ１６（第
２のトライステートインバータ）と、により概略構成さ
れている。基本回路部１０においてインバータ１７と帰
還抵抗１８により増幅回路を構成し、制御端子１７ａへ
の入力信号によりインバータ１７は能動状態か非能動状
態となるかが決められる。抵抗２７、コンデンサ２８，
２９はフィルタ回路を構成するものであり超音波モータ
用駆動回路１の移相を設定するものである。従ってこれ
らの定数により発振周波数が決定される。すなわち、ト
ライステートバッファ１３とトライステートインバータ
１４は並列であり、また、トライステートバッファ１５
とトライステートインバータ１６は並列である。

【００２２】バッファ１１，１２は入力された信号を増
幅して出力する周知のバッファであるので、詳細な説明
は省略する。

【００２３】また、トライステートバッファ１３，１５
は周知のトライステートバッファである。すなわち、ト
ライステートバッファ１３，１５は制御信号入力用の端
子である入力端子１３ａ，１５ａを備えており、この入
力端子１３ａ，１５ａにハイ（high）信号を入力される
ことによりバッファとして機能し、ロー（low）信号を
入力されることにより高インピーダンス状態になる。

【００２４】また、トライステートインバータ１４，１
６はそれぞれ周知のトライステートインバータである。
すなわち、トライステートインバータ１４，１６は制御
信号入力用の端子である入力端子１４ａ，１６ａを備え
ており、この入力端子１４ａ，１６ａにハイ（high）信
号を入力されることにより、入力された信号を反転増幅
して出力するインバータとして機能し、ロー（low）信
号を入力されることにより高インピーダンス状態にな
る。

【００２５】次に、超音波モータ用駆動回路１の動作に
ついて説明する。

【００２６】まず、圧電素子１００の端面を一の向きに
楕円振動させる場合について説明する。この場合は、ト
ライステートバッファ１３，１５の入力端子１３ａ，１
５ａにハイ信号を入力し、トライステートインバータ１
４，１６の入力端子１４ａ，１６ａにロー信号を入力す
る。すると、トライステートバッファ１３，１５はバッ
ファとして機能し、トライステートインバータ１４，１
６は高インピーダンス状態となって信号を遮断する。

【００２７】この結果、基本回路部１０の端子１０ａか
ら出力された信号は、そのまま、電極１０６ａ，１０６
ｂ，１０６ｃ，１０６ｄと、電極１０６ｆとに、互いに
同位相の状態で入力される。また、電極１０６ｅと、電
極１０６ｇから出力された信号はそのまま、基本回路部
１０の端子１０ａとに、互いに同位相の状態で出力され
る。

【００２８】従って、圧電振動子１０２が伸長する際
に、圧電振動子１０１はある方向Ｘ（図示省略）に屈曲
するため、圧電素子１００の端面は一の向きに楕円振動
する。

【００２９】次に、圧電素子１００の端面を上述した一
の向きとは逆の向きに楕円振動させる場合について説明
する。この場合は、トライステートバッファ１３，１５
の入力端子１３ａ，１５ａにロー信号を入力し、トライ
ステートインバータ１４，１６の入力端子１４ａ，１６
ａにハイ信号を入力する。すると、トライステートイン
バータ１４，１６はインバータとして機能し、トライス
テートバッファ１３，１５は高インピーダンス状態とな
って信号を遮断する。

【００３０】この結果、基本回路部１０の端子１０ａか
ら出力された信号は、電極１０６ｆにはそのまま入力さ
れるが、電極１０６ａ，１０６ｂ，１０６ｃ，１０６ｄ
には反転されて入力されることになる。すなわち、電極
１０６ａ〜１０６ｄには、電極１０６ｆと逆位相の信号
が入力される。しかしながら電極１０６ｅから出力され
た信号は反転されて基本回路部１０の端子１０ｂに出力
されることになる。すなわち、電極１０６ｅに電極１０
６ｇとは逆位相の信号が入力される。

【００３１】従って、圧電振動子１０２が伸長する際
に、圧電振動子１０１は方向Ｘとは逆の方向に屈曲する
ため、圧電素子１００の端面は他の向きに楕円振動す
る。

【００３２】以上より、本発明の第１の実施例である超
音波モータ用駆動回路１は、基本回路部１０の端子１０
ａと電極１０６ｆとの間にバッファ１１を、基本回路部
１０の端子１０ｂと電極１０６ｇとの間にバッファ１２
をそれぞれ備え、また、端子１０ａと電極１０６ａ，１
０６ｂ，１０６ｃ，１０６ｄとの間にトライステートバ
ッファ１３およびトライステートインバータ１４を並列
に備え、端子１０ｂと電極１０６ｅとの間にトライステ
ートバッファ１５とトライステートインバータ１６とを
備えいるので、トライステートバッファ１３，１５にハ
イ信号を入力するか、トライステートインバータ１４，
１６にハイ信号を入力するか、を選択することにより、
圧電素子１００の楕円振動の向きを簡単に逆転できる。
そして、端子１０ａの信号と端子１０ｂも信号の位相差
は正転逆時、逆転時共に同じであることから常に自励発
振条件を満足することが出来る。すなわち、超音波モー
タ用駆動回路１は、簡単且つ実用的な、圧電素子１００
の駆動方向を制御するための超音波モータ用駆動回路と
なる。

【００３３】従って、圧電素子１００と、これを制御す
る超音波モータ用駆動回路１と、例えば特願平１０−２
２４７９６に開示した、圧電素子１００の楕円運動を駆
動力として取り出す周知の振動体，移動体，および振動
体と移動体とを加圧する加圧機構と、を備えることによ
り、小型で出力は大きく、かつ、実用的な超音波モータ
を作製できる。

【００３４】なお、本発明は本実施例に限定されるもの
ではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で任意に変形
できる。例えば、バッファ１１と、トライステートバッ
ファ１３およびトライステートインバータ１４とを入れ
替え、さらに、バッファ１２と、トライステートバッフ
ァ１５およびトライステートインバータ１６とを入れ替
えても、同様の効果を得られる。また、基本回路部１０
としては、自励発振回路の他に一般的な交流電源回路を
用いることも、当然可能である。尚、圧電素子１００は
本実施例に示すものに限らず、独立に駆動可能な二組の
圧電振動子を有し、二組の圧電振動子に印加する夫々の
信号の位相を同相あるいは逆相とすることで移動体の移
動方向を可変可能な超音波モータすべてに適用可能であ
る。

【００３５】＜第２の実施例＞図２は、本発明の第２の
実施例である超音波モータ用駆動回路２の切換え回路を
説明する回路図である。超音波モータ用駆動回路２は、
圧電素子１００を駆動させる回路である。

【００３６】まず、超音波モータ用駆動回路２の構成に
ついて説明する。超音波モータ用駆動回路２は、第２の
実施例同様に図３に示す基本回路部１０と、基本回路部
１０の端子１０ａと電極１０６ｆを接続するバッファ２
１と、基本回路部１０の端子１０ｂと電極１０６ｇを接
続するバッファ２２と、端子１０ａと電極１０６ａ，１
０６ｂ，１０６ｃ，１０６ｄを接続するトライステート
バッファ２３（第１のトライステートバッファ）と、端
子１０ａと電極１０６ｅを接続するトライステートバッ
ファ２４（第１の反転用トライステートバッファ）と、
端子１０ｂと電極１０６ｅを接続するトライステートバ
ッファ２５（第２のトライステートバッファ）と、同様
に端子１０ｂと、電極１０６ａ，１０６ｂ，１０６ｃ，
１０６ｄを接続するトライステートバッファ２６（第２
の反転用トライステートバッファ）と、により概略構成
されている。

【００３７】バッファ２１，２２は入力された信号を増
幅して出力する周知のバッファであるので、詳細な説明
は省略する。

【００３８】トライステートバッファ２３，２４，２
５，２６は周知のトライステートバッファである。すな
わち、トライステートバッファ２３〜２６はそれぞれ制
御信号入力用の端子である入力端子２３ａ，２４ａ，２
５ａ，２６ａを備えており、これらの入力端子２３ａ〜
２６ａにハイ信号を入力されることによりバッファとし
て機能し、ロー信号を入力されることにより高インピー
ダンス状態になる。

【００３９】次に、超音波モータ用駆動回路２の動作に
ついて説明する。

【００４０】まず、圧電素子１００の端面を一の向きに
楕円振動させる場合について説明する。この場合は、ト
ライステートバッファ２３，２５の入力端子２３ａ，２
５ａにハイ信号を入力し、トライステートバッファ２
４，２６の入力端子２４ａ，２６ａにロー信号を入力す
る。すると、トライステートバッファ２３，２５はバッ
ファとして機能し、トライステートバッファ２４，２６
は高インピーダンス状態となって信号を遮断する。

【００４１】この結果、基本回路部１０の端子１０ａか
ら出力された信号は、そのまま、電極１０６ａ，１０６
ｂ，１０６ｃ，１０６ｄと、電極１０６ｆとに、互いに
同位相の状態で入力される。また、基本回路部１０の端
子１０ｂから出力された信号は、そのまま、電極１０６
ｅと、電極１０６ｇとに、互いに同位相の状態で入力さ
れる。

【００４２】従って、圧電振動子１０２が伸長する際
に、圧電振動子１０１はある方向Ｘ（図示省略）に屈曲
するため、圧電素子１００の端面は一の向きに楕円振動
する。

【００４３】次に、圧電素子１００の端面を上述した一
の向きとは逆の向きに楕円振動させる場合について説明
する。この場合は、トライステートバッファ２３，２５
の入力端子２３ａ，２５ａにロー信号を入力し、トライ
ステートバッファ２４，２６の入力端子２４ａ，２６ａ
にハイ信号を入力する。すると、トライステートバッフ
ァ２４，２６はバッファとして機能し、トライステート
バッファ２３，２５は高インピーダンス状態となって信
号を遮断する。

【００４４】この結果、基本回路部１０の端子１０ａか
ら出力された信号は、電極１０６ｆにはそのまま入力さ
れるが、電極１０６ａ，１０６ｂ，１０６ｃ，１０６ｄ
には反転されて入力されることになる。すなわち、電極
１０６ａ〜１０６ｄには、電極１０６ｆと逆位相の信号
が入力される。また、基本回路部１０の端子１０ｂから
出力された信号は、電極１０６ｇにはそのまま入力され
るが、電極１０６ｅには反転されて入力されることにな
る。すなわち、電極１０６ｅに電極１０６ｇとは逆位相
の信号が入力される。

【００４５】従って、圧電振動子１０２が伸長する際
に、圧電振動子１０１は方向Ｘとは逆の方向に屈曲する
ため、圧電素子１００の端面は他の向きに楕円振動す
る。

【００４６】以上より、本発明の第２の実施例である超
音波モータ用駆動回路２は、基本回路部１０の端子１０
ａと電極１０６ｆとの間にバッファ２１を、基本回路部
１０の端子１０ｂと電極１０６ｇとの間にバッファ２２
をそれぞれ備え、また、端子１０ａと電極１０６ａ，１
０６ｂ，１０６ｃ，１０６ｄとはトライステートバッフ
ァ２３を介して導通しており、端子１０ｂと電極１０６
ａ〜１０６ｄとはトライステートバッファ２４を介して
導通しており、端子１０ｂと電極１０６ｅとはトライス
テートバッファ２５を介して導通しており、端子１０ａ
と電極１０６ｅとはトライステートバッファ２６を介し
て導通しているので、トライステートバッファ２３，２
５にハイ信号を入力するか、トライステートバッファ２
４，２６にハイ信号を入力するか、を選択することによ
り、圧電素子１００の楕円振動の向きを簡単に逆転でき
る。そして端子１０ａの信号と端子１０ｂの信号の位相
差は正転時、逆転時共に同じであることから常に自励発
振条件を満足することが出来る。すなわち、超音波モー
タ用駆動回路２は、簡単且つ実用的な、圧電素子１００
の駆動方向を制御するための超音波モータ用駆動回路と
なる。

【００４７】従って、圧電素子１００と、これを制御す
る超音波モータ用駆動回路２と、圧電素子１００の楕円
運動を駆動力として取り出す周知の振動体，移動体，お
よび振動体と移動体とを加圧する加圧機構と、を備える
ことにより、小型で出力は大きく、かつ、実用的な超音
波モータを作製できる。

【００４８】なお、本発明は本実施例に限定されるもの
ではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で任意に変形
できる。例えば、バッファ２１と、トライステートバッ
ファ２３およびトライステートバッファ２４とを入れ替
え、さらに、バッファ２２と、トライステートバッファ
２５およびトライステートバッファ２６とを入れ替えて
も、同様の効果を得られる。また、基本回路部１０とし
ては、自励発信回路の他、一般的な交流電源回路を用い
ることも、当然可能である。尚、圧電素子１００は本実
施例に示すものに限らず、独立に駆動可能な二組の圧電
振動子を有し、二組の圧電振動子に印加する夫々の信号
の位相を同相あるいは逆相とすることで移動体の移動方
向を可変可能な超音波モータすべてに適用可能である。

【００４９】＜第３の実施例＞図４は、本発明の第３の
実施例である超音波モータ用駆動回路３を説明する回路
図であり、図５は超音波モータ用駆動回路３を取り付け
るために変形した圧電素子１００の電極構造を説明する
概略図である。超音波モータ用駆動回路３は、圧電素子
１００を駆動させる回路である。

【００５０】まず、超音波モータ用駆動回路３の構成に
ついて、図４を用いて説明する。超音波モータ用駆動回
路３は、駆動信号源である自励発信回路３０（図示省
略）と、自励発信回路３０の出力端子３０ｄと電極１０
６ｇとを接続するトライステートバッファ３１（第１の
トライステートバッファ）と、出力端子３０ｄと電極１
０６ａ，１０６ｂ，１０６ｃ，１０６ｄを接続するトラ
イステートバッファ３２（第２のトライステートバッフ
ァ）と、電極１０６ａ〜１０６ｄとトライステートバッ
ファ３２との間を接地自在にするトランジスタ３３（第
１の接続手段）と、電極１０６ｇとトライステートバッ
ファ３１との間を接地自在にするトランジスタ３４（第
２の接続手段）と、電極１０６ｅを接地自在にするトラ
ンジスタ３５と、により概略構成されている。ここで、
出力端子３０ｄは電極１０６ｆに直接接続されている。

【００５１】自励発信回路３０は、互いに平行に接続さ
れたインバータ３０ａおよび抵抗３０ｂからなる増幅回
路と、インバータ３０ａの入力側に接続されていて圧電
素子１００の振動を検出するために圧電素子１００に取
り付けられた電極１０６ｈと、により概略構成される。
ここで、インバータ３０ａと抵抗３０ｂからなる増幅回
路は電極１０６ｈから得られる圧電素子１００の固有振
動数付近の信号を増幅し、駆動電極１０６ａ、１０６
ｂ、１０６ｃ、１０６ｄ、１０６ｅ、１０６ｆ、１０６
ｇの何れかに戻すことで自励発振する。

【００５２】電極１０６ｈは、図５（Ｂ）に示すよう
に、圧電振動子１０２の上面１０２ａの側面１００ａに
沿って十分振動を検出できるように、且つ、電極１０６
ｆの面積が小さくなりすぎないように、細長く形成され
ており、一部は圧電素子１００外部と接続しやすくする
ために側面１００ａに引き出されている。すなわち、電
極１０６ｈは、圧電振動子１０２の伸縮に伴って発生す
る上面１０２ａの電位変動すなわち固有振動を検出し
て、インバータ３０ａおよび抵抗３０ｂに出力する電極
である。

【００５３】トライステートバッファ３１，３２は周知
のトライステートバッファであるので、詳細は省略す
る。

【００５４】トランジスタ３３はエミッタ接地となって
おり、コレクタが電極１０６ａ〜１０６ｄに接続されて
いる。すなわち、トランジスタ３３はベースにハイ信号
が入力された場合は電極１０６ａ〜１０６ｄを接地し、
ベースにロー信号が入力された場合は電極１０６ａ〜１
０６ｄをフロート状態にする。トランジスタ３４，３５
も同様の構成となっており、ベースにハイ信号が入力さ
れた場合はそれぞれ電極１０６ｇ，電極１０６ｅを接地
し、ベースにロー信号が入力された場合はそれぞれ電極
１０６ｇ，電極１０６ｅをフロート状態にする。

【００５５】次に、超音波モータ用駆動回路３の動作に
ついて説明する。

【００５６】まず、圧電素子１００の端面を一の向きに
楕円振動させる場合について説明する。この場合は、ト
ライステートバッファ３１の入力端子３１ａ，トランジ
スタ３３，３５のベースにハイ信号を入力し、トライス
テートバッファ３２の入力端子３２ａ，トランジスタ３
４のベースにロー信号を入力する。

【００５７】すると、トライステートバッファ３１はバ
ッファとして機能し、トランジスタ３４のコレクタとエ
ミッタは絶縁されたままであるため、電極１０６ｇには
自励発信回路３０から駆動信号が入力される。また、ト
ライステートバッファ３２は高インピーダンス状態とな
って信号を遮断し、トランジスタ３３のコレクタとエミ
ッタは導通するため、電極１０６ａ〜１０６ｄは接地さ
れる。

【００５８】また、電極１０６ｆは自励発信回路３０の
出力端子３０ｄに直接つながれているため駆動信号が入
力される。また、トランジスタ３５のコレクタとエミッ
タは導通するため、電極１０６ｅは接地される。

【００５９】従って、圧電振動子１０２が伸長する際
に、圧電振動子１０１はある方向Ｘ（図示省略）に屈曲
するため、圧電素子１００の端面は一の向きに楕円振動
する。

【００６０】次に、圧電素子１００の端面を上述した一
の向きとは逆の向きに楕円振動させる場合について説明
する。この場合は、トライステートバッファ３１の入力
端子３１ａ，トランジスタ３３のベースにロー信号を入
力し、トライステートバッファ３２の入力端子３２ａ，
トランジスタ３４，３５のベースにハイ信号を入力す
る。

【００６１】すると、トライステートバッファ３１は高
インピーダンス状態となって信号を遮断し、トランジス
タ３４のコレクタとエミッタは導通するため、電極１０
６ｇは接地される。また、トライステートバッファ３２
はバッファとして機能し、トランジスタ３３のコレクタ
とエミッタは絶縁されたままであるため、電極１０６ａ
〜１０６ｄには自励発信回路３０から駆動信号が入力さ
れる。

【００６２】また、電極１０６ｆは自励発信回路３０の
出力端子３０ｄに直接つながれているため駆動信号が入
力される。また、トランジスタ３５のコレクタとエミッ
タは導通するため、電極１０６ｅは接地される。

【００６３】すなわち、圧電振動子１０１が自励発信回
路３０に接続される方向は逆転するため、圧電振動子１
０１は、圧電振動子１０２が伸長する際に、方向Ｘとは
逆の方向に屈曲する。従って、圧電素子１００の端面は
他の向きに楕円振動する。

【００６４】以上より、本発明の第３の実施例である超
音波モータ用駆動回路３によれば、電極１０６ａ，１０
６ｂ，１０６ｃ，１０６ｄと自励発信回路３０の出力端
子３０ｄとはトライステートバッファ３２を介して導通
しており、電極１０６ｅはトランジスタ３５によって接
地可能となっており、電極１０６ｆと出力端子３０ｄと
はトライステートバッファ３１を介して導通している。
さらに、電極１０６ａ〜１０６ｄはトランジスタ３３に
よって接地可能となっており、電極１０６ｆはトランジ
スタ３４によって接地可能となっている。従って、トラ
イステートバッファ３１，トランジスタ３４，３５にハ
イ信号を入力するか、トライステートバッファ３２，ト
ランジスタ３３にハイ信号を入力するか、を選択するこ
とにより、圧電素子１００の楕円振動の向きを簡単に逆
転できる。すなわち、超音波モータ用駆動回路３は、簡
単且つ実用的な、圧電素子１００の駆動方向を制御する
ための超音波モータ用駆動回路となる。

【００６５】従って、圧電素子１００と、これを制御す
る超音波モータ用駆動回路３と、圧電素子１００の楕円
運動を駆動力として取り出す周知の振動体，移動体，お
よび振動体と移動体とを加圧する加圧機構と、を備える
ことにより、小型で出力は大きく、かつ、実用的な超音
波モータを作製できる。

【００６６】なお、本発明は本実施例に限定されるもの
ではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で任意に変形
できる。例えば、トライステートバッファ３１とトラン
ジスタ３４とを電極１０６ｆに接続し、トライステート
バッファ３２とトランジスタ３３とを電極１０６ｅに接
続し、電極１０６ａ〜１０６ｄを出力端子３０ｄに接続
し、トランジスタ３５を電極１０６ｇに接続する構成と
しても、同様の効果を得られる。また、出力端子３０ｄ
と電極１０６ｅを接続し、トランジスタ３５を電極１０
６ｆと接続してもよい。また、自励発信回路３０の代わ
りに一般的な交流電源を用いることも当然可能である。
また、トランジスタ３５は信号の切換を目的としたもの
ではなく、電極１０６ｅに入力される信号の大きさを、
接地された場合の電極１０６ｇあるいは電極１０６ａ〜
１０６ｄに入力される信号の大きさと等しくするために
設けられたものである。従って、このトランジスタ３５
を設けずに電極１０６ｅを直接接地しても、本発明と同
様の効果を得られる。尚、圧電素子１００は本実施例に
示すものに限らず、独立に駆動可能な二組の圧電振動子
を有し、二組の圧電振動子に印加する夫々の信号の位相
を同相あるいは逆相とすることで移動体の移動方向を可
変可能な超音波モータすべてに適用可能である。

【００６７】＜第４の実施例＞図６は、本発明における
超音波モータ制御回路を備えた超音波モータを電子機器
に適用した、超音波モータ付電子機器４のブロック図で
ある。超音波モータ付電子機器４は、圧電素子１００
と、圧電素子１００を駆動する駆動回路１１１と、圧電
素子１００に接合した周知の振動体４１と、振動体４１
により動かされる周知の移動体４２と、振動体４１を移
動体４２に加圧する周知の加圧機構４３と、移動体４２
と連動して動く伝達機構４４と、伝達機構４４の動作に
基づいて運動する出力機構４５と、を備えることにより
実現する。すなわち、圧電素子１００，駆動回路１１
１，振動体４１，移動体４２，加圧機構４３が超音波モ
ータの主要部を構成する。

【００６８】ここで、駆動回路１１１としては、出力機
構４５の駆動方向を容易に変更できるように、超音波モ
ータ駆動用回路１，２，３などを用いる。また、伝達機
構４４としては、例えば歯車、摩擦車等の伝達車を用い
る。出力機構４５には、例えば、カメラにおいてはシャ
ッタ駆動機構やレンズ駆動機構などを、電子時計におい
ては指針駆動機構やカレンダー駆動機構を、記憶装置に
用いる場合は、該記憶装置内の記憶媒体に情報を読み書
きするヘッドを駆動するヘッド駆動機構を、工作機械に
おいては刃具送り機構や加工部材送り機構などを用い
る。すなわち、超音波モータ付電子機器４としては、例
えば、電子時計、計測器、カメラ、プリンタ、印刷機、
工作機械、ロボット、移動装置、記憶装置などがある。

【００６９】この超音波モータ付電子機器４によれば、
従来の超音波モータと比べて出力の大きい超音波モータ
１００を、駆動回路１１１によって反転自在に駆動させ
ているので、超音波モータ１００をより実用的な形で電
子機器に適用できる。従って、超音波モータ付電子機器
４は、より実用的な形で小型化を計れる。また、超音波
モータの制御方法として自励発振制御を用いた場合は、
超音波モータ付電子機器４の可動部の位置決め精度は向
上する。なお、移動体４２に出力軸を取り付け、出力軸
からトルクを伝達するための動力伝達機構を有する構成
にすれば、超音波モータ単体で駆動機構が構成される。

【００７０】

【発明の効果】請求項１に記載の発明によれば、簡単且
つ実用的な、前記超音波モータの駆動方向を制御するた
めの超音波モータ用駆動回路を作製できる。また、この
請求項１に記載の発明には、請求項２や請求項５に記載
の発明のように、自励発信回路を駆動信号源として備え
ることも可能である。この場合は、駆動回路の小型化が
可能でしかも高出力な超音波モータ用駆動装置を作製で
きる。

【００７１】また、請求項３，請求項４，請求項６に記
載の発明によれば、より容易にこの請求項１や請求項２
や請求項５に記載の超音波モータ用駆動回路を作製でき
る。

【００７２】また、請求項７に記載の発明によれば、二
つの圧電振動子に均等に駆動信号を印加できる。すなわ
ちより小型高出力で効率の良い超音波モータを作製でき
る。

【００７３】また、請求項８に記載の発明によれば、よ
り小型化した超音波モータ付電子機器を作製できる。ま
た、超音波モータの駆動方法として自励発振回路を容易
に適用できるので、超音波モータの周辺回路を小型化し
た超音波モータ付電子機器を作製できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例である超音波モータ用駆
動回路１の切換え回路の構成を説明する回路図である。

【図２】本発明の第２の実施例である超音波モータ用駆
動回路２の切換え回路の構成を説明する回路図である。

【図３】本発明の超音波モータ用駆動回路１、２の基本
回路部を示す回路図である。

【図４】本発明の第３の実施例である超音波モータ用駆
動回路３の構成を説明する回路図である。

【図５】超音波モータ用駆動回路３を取り付けるために
変形した圧電素子１００の電極構造を説明する概略図で
あり、図５（Ａ）は側面図、図５（Ｂ）は圧電振動子１
０２の電極構造を説明する概略図である。

【図６】本発明の第４の実施例である超音波モータ付電
子機器４の構成を説明するブロック図である。

【図７】圧電素子１００を説明する斜視概略図である。

【図８】圧電素子１００の電極の構成を説明する概略図
であり、図８（Ａ）は圧電素子１００の一の側面図であ
り、図８（Ｂ）は圧電振動子１０１の上面図であり、図
８（Ｃ）は圧電振動子１０１の背面図であり、図８
（Ｄ）は圧電振動子１０２の上面図であり、図８（Ｅ）
は圧電振動子１０２の背面図であり、図８（Ｆ）は圧電
素子１００の他の側面図である。

【符号の説明】

１，２，３超音波モータ用駆動回路４超音波モータ付電子機器１１，１２バッファ１３トライステートバッファ（第１のトライ
ステートバッファ）１４トライステートインバータ（第１のトラ
イステートインバータ）１５トライステートバッファ（第２のトライ
ステートバッファ）１６トライステートインバータ（第２のトラ
イステートインバータ）２１，２２バッファ２３トライステートバッファ（第１のトライ
ステートバッファ）２４トライステートバッファ（第１の反転用
トライステートバッファ）２５トライステートバッファ（第２のトライ
ステートバッファ）２６トライステートバッファ（第２の反転用
トライステートバッファ）３０自励発信回路３１トライステートバッファ（第１のトライ
ステートバッファ）３２トライステートバッファ（第２のトライ
ステートバッファ）３３トランジスタ（第１の接続手段）３４トランジスタ（第２の接続手段）３５トランジスタ４１振動体４２移動体４３加圧機構４４伝達機構４５出力機構１００圧電素子１００ａ駆動回路１０１圧電振動子（第１の圧電振動子）１０２圧電振動子（第２の圧電振動子）

フロントページの続きＦターム(参考） 5H680 AA01 AA08 AA19 BB01 BC01 BC02 BC04 BC08 BC10 CC02 CC10 DD01 DD15 DD23 DD27 DD28 DD37 DD53 DD72 DD82 DD95 DD97 EE24 FF08 FF30 FF32 FF33 5J108 BB04 CC04 CC13 FF01 JJ01 KK02 MM12 MM14

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】夫々別の駆動信号によって独立に駆動可
能な第１の圧電振動子と、第２の圧電振動子と、を備
え、前記第１の圧電振動子により生じる振動波と、前記第２
の圧電振動子により生じる振動波と、を合成した振動に
より駆動力を得る超音波モータに用いられ、前記第１の圧電振動子に対して、前記第２の圧電振動子
への駆動信号の位相を、外部から入力される指示信号に
従って逆転させる、逆転手段を備えることを特徴とする
超音波モータ用駆動回路。
【請求項２】増幅回路を有する基本回路部と、前記第
1の圧電振動子と前記第2の圧電振動子とスイッチング回
路を有する切換え回路部により自励発振回路を構成する
ことを特徴とする請求項１記載の超音波モータ用駆動回
路。
【請求項３】請求項２に記載の超音波モータ用駆動回
路において、前記スイッチング回路は前記指示信号に従って前記基本
回路部からの入力信号を反転し、前記第1の圧電振動子
もしくは前記第2の圧電振動子の第1の電極に入力し、第
2の電極から得られる信号を再度反転して前記基本回路
部に出力することを特徴とする超音波モータ用駆動回
路。
【請求項４】請求項２に記載の超音波モータ用駆動回
路において、前記スイッチング回路は、前記指示信号に従って前記基
本回路部からの入力信号を前記第1の圧電振動子もしく
は前記第2の圧電振動子の前記第1の電極と前記第2の電
極のどちらかの電極に入力するか、前記第1の電極と前
記第2の電極のどちらの出力信号を前記基本回路部に出
力するかが切換え可能なことを特徴とする超音波モータ
用駆動回路。
【請求項５】前記第1の圧電振動子もしくは前記第2の
圧電振動子は駆動電極とは別に設けた検出用電極を有
し、検出用電極から得られる検出信号を増幅回路で増幅
し、前記駆動電極に出力することにより自励発振回路を
構成することを特徴とする請求項1記載の超音波モータ
用駆動回路。
【請求項６】請求項5記載の超音波モータ用駆動回路
において、前記指示信号に従って、前記検出用電極からの出力信号
を前記第1の圧電振動子もしくは前記第2の圧電振動子の
第1の電極と第2の電極のどちらに入力するか、前記第1
の電極と前記第2の電極のどちらを接地するかが選択可
能なことを特徴とする超音波モータ用駆動回路。
【請求項７】請求項1〜6に記載の超音波モータ用駆動
回路において、前記逆転手段によって駆動信号の位相が逆転されて入力
される電極の駆動信号の大きさと、駆動信号の位相が逆
転されずに入力される電極の駆動信号の大きさが同等に
なるように駆動信号を調整する駆動信号調整回路を設け
たことを特徴とする超音波モータ用駆動回路。
【請求項８】請求項１〜７に記載の超音波モータ駆動
回路により駆動する超音波モータを有することを特徴と
する超音波モータ付電子機器。