JP3148729B2 - 超音波モータ及び超音波モータ付電子機器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、駆動用分極部の励
振に基づいて駆動信号が検出される検出用分極部を設け
た超音波モータに関わり、特に、不要周波数成分に対し
て駆動周波数成分の大きな駆動信号を検出する検出用分
極部を備えた超音波モータおよび超音波モータ付き電子
機器に関する。

【０００２】

【従来の技術】近時、マイクロモータの分野で、圧電素
子の圧電効果を利用した超音波モータが注目されてい
る。超音波モータの種類は、一般に外部の発振回路によ
って得られる交流電圧を印可するとともに、温度や負荷
などの外部環境の変化に応じて変化する共振点に追尾す
るために電流や電圧の位相差を検出する方法が採られて
いる。しかしながら、この方法では回路が複雑になって
しまうという問題を有していた。そこで、近年、圧電素
子を有する圧電振動体自らの自励発振を利用した自励発
振回路の応用が試みられている。自励発振回路は追尾回
路が不要で構成が簡単であるという特徴を持つ。この自
励発振回路は駆動電極とは別に設けた検出用電極により
得られる駆動信号を増幅回路を介して駆動用電極に帰還
することにより発振させる方式と、圧電素子の共振点で
の誘導性を利用して発振させる方式がある。

【０００３】図３３は、自励発振回路を備えた超音波モ
ータの第１の従来例を示す。この超音波モータは、弾性
体と所定の分極処理が施された圧電素子を積層させた環
状の圧電振動体１０１と、圧電振動体１０１の周方向に
沿って圧電素子の表面に形成され、各電極が周方向に定
在波を起こさせたときの１／２波長の長さに相当する第
１の分極部１０２ａ、第１の電極群１０２ｂと、第１の
分極部１０２ａ、第１の電極群１０２ｂと１／４波長ず
れた位置に設けた第２の分極部１０３ａ、第２の電極群
１０３ｂと、第２の分極部１０３ａ、第２の電極群１０
３ｂと第１の分極部１０２ａ、第１の電極群１０２ｂと
の間にあって、周方向に１／４波長の長さに相当する第
３の電極１０４と、第３の電極１０４と対向する位置
で、周方向に３／４波長の長さに相当する検出用分極部
１０５ａ、検出用電極１０５ｂと、第２の電極群１０３
ｂに入力端を接続した第１の電力増幅器１０６と、検出
用電極１０５ｂに入力端を接続し、出力端を第１の電力
増幅器１０６に接続したバンドパスフィルタ増幅器１０
７と、バンドパスフィルタ増幅器１０７の出力端に入力
端を接続したπ／２移相器１０８と、π／２移相器１０
８の出力端に入力端を接続し、出力端を第１の電極群１
０２ｂに接続した第２の電力増幅器１０９を備えている
（特開昭６１−１１６９８１）。

【０００４】これによれば、検出用電極１０５で検出し
た駆動信号をバンドパスフィルタ１０７により主共振周
波数成分のみ取り出し、第１の電力増幅器１０６で増幅
して第２の電極群１０３ｂに帰還する一方、π／２移相
器１０８に入力してπ／２位相だけ位相をずらした後、
第２の電力増幅器１０９により増幅し、第１の電極群１
０２ｂに帰還する。そして、圧電振動体１０１に、第１
の分極部１０２ａの励振による第１の定在波と第２の分
極部１０３ａの励振によるπ／２位相のずれた第２の定
在波とを生じさせ、圧電振動体１０１の周方向へ進行波
を発生させ、駆動力を得る。

【０００５】図３４は、自励発振回路を備えた超音波モ
ータの第２の従来例を示す。この超音波モータは、第１
の従来例と同様な圧電振動体１１１と、第１の分極部１
１２ａ、第１の電極群１１２ｂと、第２の分極部１１３
ａ、第２の電極群１１３ｂと、第１の電極群１１２ｂと
第２の電極群１１３ｂの一方の隙間に形成された第１の
検出用分極部１１４ａ、第１の検出用電極１１４ｂと、
第１の電極群１１２ｂと第２の電極群１１３ｂとの他方
の隙間１１５に、第１の電極群１１２ｂに隣接して設け
た第１の検出用分極部１１６ａ、第２の検出用電極１１
６ｂと、第２の電極群１１３ｂに隣接して設けた第２の
検出用分極部１１７ａ、第３の検出用電極１１７ｂと、
第１の検出用電極１１４ｂに入力端を接続し、第１の電
極群１１２ｂに出力端を接続した第１の自励発振部１１
９ａと、第２の検出用電極１１６ｂまたは第３の検出用
電極１１７ｂに切換スイッチ１１８を介して入力端を接
続し、第２の電極群１１３ｂに出力端を接続した第２の
自励発振部１１９ｂを備える。

【０００６】これによれば、第1の検出用電極１１４ｂ
と第2の検出用電極１１６ｂもしくは第1の検出用電極１
１４ｂと第3の検出用電極１１７ｂにより位相π／２も
しくは−π／２ずれた信号を検出するようにしたので第
１の従来技術のようにπ／２移相器を用いる必要もなく
なる。（特開平8−317672参照）

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、第１の
従来技術において、検出用分極部１０５ａ、検出用電極
１０５ｂは、第１の電極群１０２ｂにより圧電振動体１
０１に生じる第１の屈曲振動波に対し、腹を中心として
非対称に設けられており、第２の電極群１０３ｂにより
圧電振動体１０１に生じる第２の屈曲振動波に対しても
同様の位置関係にある。このように、検出用分極部１０
５ａ、検出用電極１０５ｂを各屈曲振動波の腹に対して
非対称な位置関係に配設すると、検出用分極部１０５ａ
は非対称に歪み、検出用電極１０５ｂの検出する駆動信
号には、駆動モードの周波数成分以外に、スプリアス振
動の不要周波数成分を多く含むと共に、得られる駆動モ
ードの周波数成分の信号は小さく自励発振は不安定にな
ってしまう。

【０００８】また、位相の異なる２つの信号で圧電振動
体１０１を発振させるので、移相回路１０８の負荷は大
きくなる一方、自励発振のループゲインを低下させて、
発振が不安定になったり、場合によっては、発振できな
かったりすることもあった。

【０００９】一方、第２の従来技術において、第１の検
出用分極部１１４ａ、第１の検出用電極１１４ｂは、第
１の分極部１１２ａにより圧電振動体１１１に生じる第
１の屈曲振動波に対し、節と腹の中間に配設され、第２
の検出用電極１１６ｂ、第３の検出用電極１１７ｂは、
第２の分極部１１３ａにより圧電振動体１１１に生じる
第２の屈曲振動波に対し、同様に節と腹の中間に配設さ
れている。このため、同様にスプリアス発振しやすく、
所望の周波数成分の信号が小さい傾向にあり、自励発振
は不安定になる。

【００１０】また、一般に検出用分極部、検出用電極を
駆動用の分極部の一部に設ける場合、検出用分極部、検
出用電極の面積を小さくすると、大きな駆動信号を検出
できず、逆に、検出用分極部、検出用電極の面積を大き
くすると、駆動用の分極部の面積は小さくなり、駆動力
の低下を招いてしまうという課題を有していた。

【００１１】本発明の課題は、以上の事情を鑑み、不要
周波数成分に対して駆動周波数成分の大きな駆動信号を
検出して自励発振を安定させ、また、移相回路の負担を
少なくし且つ自励発振ループのゲインを維持し、さら
に、大きな駆動信号を取り出すとともに駆動力を維持す
る超音波モータおよび超音波モータ付き電子機器を提供
する。

【００１２】

【課題を解決するための手段】即ち、この課題の解決手
段は、請求項１に記載するように、駆動用分極部と検出
用分極部を有する圧電振動体を備え、この圧電振動体を
自励発振させて駆動力を得る超音波モータにおいて、前
記圧電振動体に励振される振動の歪みが最大となる部分
を含む位置に、前記駆動用分極部の励振に基づいて駆動
信号を検出する検出用分極部を設ける。例えば、請求項
２に記載するように、屈曲振動波を生じさせる駆動用分
極部を有する圧電振動体を備え、前記圧電振動体に対し
て屈曲振動波の腹、すなわち周方向に対して歪みが最大
となる位置を中心として対称に、前記駆動用分極部の励
振に基づいて駆動信号を検出する検出用分極部を設けた
ことを特徴とする。

【００１３】これによれば、検出用分極部は、駆動用分
極部と同じように歪み、駆動信号を検出する。特に、屈
曲振動波の腹を中心としているので大きく歪んで駆動周
波数の大きな信号を検出し、また、中心に対して対称に
歪むので、不要周波数（不要振動モード）に対して駆動
周波数の信号を大きく検出する。言い換えれば、駆動用
分極部によって励振される所望の振動モードに対しての
み大きな検出信号が得られる様に成るわけである。

【００１４】即ち、検出される駆動信号は、大きな駆動
周波数の信号と小さな不要周波数成分の信号とからな
る。したがって、圧電振動体のスプリアス振動を抑制
し、自励発振は安定化される。

【００１５】また、請求項３に記載するように、請求項
１記載の超音波モータにおいて、第１の屈曲振動波を生
じさせる第１の駆動用分極部と、この第１の屈曲振動波
に対して位相のずれた第２の屈曲振動波を生じさせる第
２の駆動用分極部とを有する圧電振動体を備え、この圧
電駆動体を自励発振させて駆動力を得る超音波モータに
おいて、前記圧電振動体に対して前記第１の屈曲振動波
又は前記第２の屈曲振動波の一方の振動波の腹を中心と
して対称に、この一方の屈曲振動波を生じさせる駆動用
分極部の励振に基づいて駆動信号を検出する検出用分極
部を設けたことを特徴とする。

【００１６】これによれば、検出用分極部により、一方
の駆動用分極部の励振に基づいて駆動周波数を主成分と
する駆動信号を検出し、この駆動信号を増幅して一方の
駆動用分極部に帰還させ、駆動用分極部を自励発振させ
る一方、他方の駆動用分極部に位相をずらした駆動信号
を入力する。そして、互いに位相のずれた第１の屈曲振
動波と第２の屈曲振動波とにより圧電振動体に楕円振動
を生じさせ、駆動力を得る。

【００１７】また、請求項４に記載するように、請求項
２記載の超音波モータにおいて、前記検出用分極部によ
り検出した駆動信号を増幅する増幅回路と、前記増幅回
路により増幅した駆動信号の位相をずらす移相回路と、
を備え、前記検出用分極部により駆動信号を検出された
駆動用分極部に、前記増幅回路により増幅した駆動信号
を帰還するとともに、他方の駆動用分極部に前記移相回
路により位相をずらされた駆動信号を入力したことを特
徴とする。

【００１８】これによれば、増幅回路により、検出用分
極部により検出した駆動信号を増幅し、この増幅した駆
動信号の一方を前記検出用分極部により駆動信号を検出
された駆動用分極部に帰還し、増幅した駆動信号の他方
を移相回路により位相をずらして他方の駆動用分極部に
入力する。そして、互いに位相のずれた第１の屈曲振動
波と第２の屈曲振動波とにより圧電振動体に楕円振動を
生じさせ、駆動力を得る。

【００１９】また、請求項５に記載するように、第１の
屈曲振動波を生じさせる第１の駆動用分極部と、この第
１の屈曲振動波に対して位相のずれた第２の屈曲振動波
を生じさせる第２の駆動用分極部とを有する圧電振動体
を備え、この圧電振動体を自励発振させて駆動力を得る
超音波モータにおいて、前記第１の屈曲振動波の腹を中
心として対称に設けられ、前記第１の駆動用分極部の励
振に基づいて駆動信号を検出する第１の検出用分極部
と、前記第２の屈曲振動波の腹を中心として対称に設け
られ、前記第２の駆動用分極部の励振に基づいて駆動信
号を検出する第２の検出用分極部と、前記第１の検出用
分極部又は前記第２の検出用分極部の一方に切り換える
第１の切り換え回路と、前記第１の切り換え回路により
切り換えられた一方の検出用分極部により検出された駆
動信号を増幅する増幅回路と、前記増幅回路により増幅
された駆動信号の位相をずらす移相回路と、前記一方の
検出用分極部により駆動信号を検出された駆動用分極部
に、前記増幅回路により増幅された駆動信号を帰還させ
る第２の切り換え回路と、前記移相回路により位相をず
らされた駆動信号を他方の駆動用分極部に入力させる第
３の切り換え回路と、を備え、互いに位相のずれた前記
第１の屈曲振動波と第２の屈曲振動波とにより前記圧電
振動体に楕円振動を生じさせるとともに、前記第１の切
り換え回路、第２の切り換え回路、第３の切り換え回路
の切り換えにより楕円振動の回転方向を逆転させる特徴
とする。

【００２０】これによれば、例えば、第１の検出用分極
部により、第１の駆動用分極部の励振に基づいて駆動周
波数を主成分とする駆動信号を検出し、この駆動信号
は、第１の切り換え回路により増幅回路へ入力され、増
幅回路により増幅される。増幅された駆動信号一方は、
第２の切り換え回路により第１の駆動用分極部に入力さ
れ、圧電振動体に第１の振動波を生じさせる。

【００２１】また、増幅された駆動信号の他方は、移相
回路により位相をずらされ、第３の切り換え回路により
第２の駆動用分極部に入力され、圧電振動体に第２の屈
曲振動波を生じさせる。そして、互いに位相のずれた第
１の屈曲振動波と第２の屈曲振動波とにより圧電振動体
に楕円振動を生じさせ、駆動力を得る。

【００２２】一方、第２の検出用分極部により、第２の
駆動用分極部の励振に基づいて駆動信号を検出し、第１
の切り換え回路、第２の切り換え回路、第３の切り換え
回路を切り換えることにより、楕円振動の回転方向を逆
転させて反対方向の駆動力を得る。

【００２３】また、請求項６に記載するように、伸縮振
動波を生じさせる第１の駆動用分極部と屈曲振動波を生
じさせる第２の駆動用分極部とを有する圧電振動体を備
え、前記圧電振動体を自励発振させて駆動力を得る超音
波モータにおいて、前記圧電振動体に対して前記屈曲振
動波の腹を中心として対称に、前記第２の駆動用分極部
の励振に基づいて駆動信号を検出する検出用分極部を設
けたことを特徴する。

【００２４】これによれば、検出用分極部は、屈曲振動
波の腹で大きく歪んで、駆動周波数の大きな信号を検出
するとともに、中心に対して対称に歪むので、不要周波
数成分に対して駆動周波数成分の大きな駆動信号を検出
する。この駆動信号の一方は、第２の駆動用分極部に帰
還され、この駆動信号の他方は第１の駆動用分極部に入
力される。そして、伸縮振動波と屈曲振動波とにより圧
電振動体に楕円振動を生じさせ、駆動力を得る。

【００２５】また、請求項７に記載するように、請求項
６記載の超音波モータにおいて、前記検出用分極部は、
前記屈曲振動波の腹に代えて、前記伸縮振動波の歪みが
最大となる節を中心として対称に設けられ、前記第１の
駆動用分極部の励振に基づいて駆動信号を検出すること
を特徴とする。

【００２６】これによれば、検出用分極部は、もっとも
歪みの大きな位置に有り中心に対して対称に歪み、不要
周波数成分に対して駆動周波数成分の大きな駆動信号を
検出する。この駆動信号の一方は、第１の駆動用分極部
に帰還され、この駆動信号の他方は第２の駆動用分極部
に入力される。そして、伸縮振動波と屈曲振動波とによ
り圧電振動体に楕円振動を生じさせ、駆動力を得る。

【００２７】また、請求項８に記載するように、請求項
６又は請求項７記載の超音波モータにおいて、前記検出
用分極部により検出した駆動信号を増幅する増幅回路を
備え、前記検出用分極部により駆動信号を検出された一
方の駆動用分極部に、前記増幅回路により増幅した駆動
信号を帰還するとともに、他方の駆動用分極部に前記増
幅した駆動信号を入力したことを特徴とする。

【００２８】これによれば、増幅回路により増幅された
駆動信号は、前記検出用分極部により駆動信号を検出さ
れた駆動用分極部に帰還するとともに、他方の駆動用分
極部に入力する。

【００２９】また、請求項９に記載するように、請求項
８記載の超音波モータにおいて、前記増幅回路と前記他
方の駆動用分極部との間に、前記増幅回路により増幅し
た駆動信号の位相をずらす移相回路を備えたことを特徴
とする。

【００３０】これによれば、伸縮振動波と屈曲振動波と
の位相はずらされ、圧電振動体に生じる楕円振動の形状
は変形し、駆動力は調整される。

【００３１】また、請求項１０に記載するように、請求
項３記載の超音波モータにおいて、前記圧電振動体は、
円柱状であるとともに、前記第１の屈曲振動波と第２の
屈曲振動波とにより円柱端面の最大変位点を移動させる
ことを特徴とする。ここで、円柱状には、円柱形状、内
部を中空とした円柱形状（円筒体）を含む。

【００３２】これによれば、圧電振動体の円柱端面は、
第１の屈曲振動波と第２の屈曲振動波とにより円柱端面
の最大変位点を移動させるともに最大変位点は楕円振動
し、駆動力を得る。

【００３３】また、請求項１１に記載するように、縦振
動が励振される駆動用分極部を有する圧電振動体を備
え、この圧電振動体を自励発振させて駆動力を得る超音
波モータにおいて、前記駆動用分極部の一部に、前記駆
動用分極部の励振に基づいて駆動信号を検出する検出用
分極部を設けたことを特徴する。

【００３４】これによれば、検出用分極部は、駆動用分
極部と同様に縦振動方向へ均一に歪むので、不要周波数
成分に対して駆動周波数成分の大きな駆動信号を検出す
る。

【００３５】また、請求項１３に記載するように、請求
項１１記載の超音波モータにおいて、前記検出用分極部
は、前記駆動用分極部の一部に代えて、前記駆動用分極
部の縦振動方向に別個に設けたことを特徴する。

【００３６】これによれば、検出用分極部は、駆動用分
極部の縦振動方向に重ねているので、駆動用分極部と同
様に縦振動方向へ均一に歪み、不要周波数成分に対して
駆動周波数成分の大きい駆動信号を検出する。また、駆
動用分極部の励振面積を減少させずに検出面積を十分に
確保するようにしたので、駆動力を維持するとともに大
きな検出信号を取り出すことができる。

【００３７】また、請求項１５に記載するように、請求
項１から請求項９の何れかに記載の超音波モータにおい
て、前記検出用分極部は、前記駆動信号を検出した駆動
用分極部の一部に設けたことを特徴とする。

【００３８】これによれば、検出用分極部は、駆動用分
極部の一部を利用するので、部材点数を省略し、装置構
成を小型化する。

【００３９】また、請求項１６に記載するように、請求
項１から請求項９の何れかに記載の超音波モータにおい
て、前記検出用分極部は、前記駆動信号を検出した駆動
用分極部とは別個に設けたことを特徴とする。

【００４０】これによれば、検出用分極部を別個に設
け、駆動用分極部の励振面積を減少させずに検出面積を
十分に確保するようにしたので、駆動力を維持するとと
もに大きな検出信号の取り出すことができる。また、請
求項１５に記載するように請求項1から請求項９のいず
れかに記載の超音波モータにおいて、前記検出用分極部
は駆動に用いない駆動用電極を利用することを特徴とす
る。これによれば駆動に用いない駆動用分極部を利用し
ているので駆動用分極部の励振面積を減少させずに検出
面積を十分に確保するようにしたので、駆動力を維持す
るとともに大きな検出信号の取り出すことができる。ま
た、請求項１７に記載する様に、請求項１７に記載の超
音波モータにおいて、前記検出用分極部と前記駆動用分
極部は一体的に形成されていることを特徴とする。これ
によれば、請求項１６の効果と併せて、接着やボルト締
め等により接合すること無しに前記検出用分極部と前記
駆動用分極部は一体的に形成されている為、接合部での
エネルギ損失がなく、モータ効率は向上する。更に、接
合による製造バラツキの発生や部品点数の増加を抑える
ことが可能となる。

【００４１】また、請求項１９に記載するように、請求
項４、請求項５、または請求項９の何れかに記載の超音
波モータにおいて、前記増幅回路と前記移相回路との間
に、前記増幅回路により増幅された駆動信号を減少させ
るバッファ回路を備えたことを特徴とする。

【００４２】これによれば、バッファ回路により、増幅
された信号の小さな量を移相回路へ出力する一方、自励
発振ループ内の信号量を保つようにしたので、移相回路
の負荷を減少させるとともに、自励発振ループのゲイン
を維持することが可能となり、位相の異なる二つの駆動
信号を用いる超音波モータにおいて安定な自励発振駆動
が実現できる。

【００４３】また、請求項２０に記載するように、請求
項１９記載の超音波モータにおいて、前記移相回路と他
方の駆動用分極部との間に、前記移相回路により位相が
ずらされた駆動信号を増幅する第２の増幅回路を備えた
ことを特徴とする。

【００４４】これによれば、移相回路により位相がずら
された信号を再び増幅して、一方のの振動波と他方の振
動波とを略同じ大きさとし、圧電振動体に生じる楕円振
動の軌跡を調整し、駆動力を調整する。

【００４５】また、請求項２１に記載するように、超音
波モータ付き電子機器であって、請求項１から請求項２
０の何れかに記載の超音波モータを用いたことを特徴と
する。これによれば、本発明を適用した超音波モータを
用いた超音波モータ付き電子機器が実現される。

【００４６】

【発明の実施の形態】以下、図１〜図３２を参照して本
発明に係わるの実施の形態を詳細に説明する。 《実施の形態１》図１は、本発明を適用した実施の形態
１に係わる超音波モータの斜視図であり、図２は、超音
波モータに係わる分解斜視図を示し、図３は、超音波モ
ータの電極パターン１２の平面構造、突起６ａの配置、
突起６ａの動作を示す図である。

【００４７】この超音波モータは、図１、図２に示すよ
うに、支持板２と、支持板２に配設された圧電素子リー
ド３と、支持板２の中心に設けた中心軸４と、中心軸４
に固定された圧電振動体５と、圧電振動体５に当接する
ロータユニット８と、ロータユニット８に当接する押さ
えばね９と、押さえばね９を設置する押さえばね座１１
から構成されている。

【００４８】ここで、圧電素子リード３は、ポリイミド
等の基板上に、金、銅等で第１リード３ａ、第２リード
３ｂを配線している。

【００４９】圧電振動体５は、弾性体６と弾性体６に接
合された圧電素子７から構成されている。弾性体６は、
例えばアルミ合金、ステンレス、黄銅等の弾性材料から
なる円盤体であり、また、この円盤体の内側には、図３
（ａ）、（ｂ）に示すように、後述する圧電素子７の分
割部の境界について一つおきの位置、即ち、周方向へ屈
曲振動波を３波長生じさせた場合の節と腹の中間の位置
に対応して、角柱状の突起６ａ，６ａ，６ａ，６ａ，６
ａ，６ａを設けている。

【００５０】圧電素子７は、例えば、チタン酸バリウ
ム、チタン酸鉛、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウ
ム等を用い、弾性体６に対応して略円盤体に成形されて
いる。この円盤体は、図３（ａ）に示すように、周方向
へ３波長の屈曲振動波を生じさせたときの１／４波長に
相当する扇形状に１２等分割され、１つおきの分割部を
１組の分極部として、本発明の駆動用分極部としての第
１の分極部７ａ，７ａ，７ａ，７ａ，７ａ，７ａ、第２
の分極部７ｂ，７ｂ，７ｂ，７ｂ，７ｂ，７ｂを設け
る。そして、各分極部７ａ…７ａ，７ｂ…７ｂの分割部
は、厚み方向へ交互に反対方向となるように分極処理さ
れている。ここで、分極処理は、正方向（＋）として、
弾性体６との接合面を負の電位、接合面に対向する面を
正の電位とし、抗電界以上の電圧を印加している。ま
た、逆方向（−）として、弾性体６との接合面を正の電
位、接合面に対向する面を負の電位とし、抗電界以上の
電圧を印加している。

【００５１】図４は、圧電振動体５の検出用分極部７ｃ
の配置関係を示す図であり、図５は、検出用分極部７ｃ
により検出される駆動信号の周波数成分を示す。第１の
分極部７ａ…７ａの一部は、検出用分極部７ｃに利用し
ている。この検出用分極部７ｃは、図４（ａ）に示すよ
うに、第１の分極部７ａ…７ａを励振させて弾性体６に
屈曲振動波を生じさせた場合、屈曲振動波の腹を中心と
して対称な位置関係にある。

【００５２】このような配置をとれば、図５（ａ）に示
すように、検出用分極部７ｃは、第１の分極部７ａと同
じように歪むとともに、大きくかつ中心に対して対称に
歪むので、不要周波数成分に対して駆動周波数ｆ0成分
の大きな駆動信号を検出する。即ち、駆動信号には駆動
周波数ｆ0の成分を多く含む一方、不要な周波数成分を
少なく含み、駆動周波数ｆ0成分の検出感度を向上させ
ることになる。

【００５３】一方、図５（ｂ）に示すように、検出用分
極部７ｃを屈曲振動波の腹を中心として非対称に配置し
た場合、駆動周波数ｆ0成分に対して不要周波数成分の
振動モードの歪みを生じ易くなり、駆動周波数ｆ0成分
の検出感度は低下すると共にスプリアス振動を検出し易
くなる。

【００５４】なお、変形例として、図４（ｂ）に示すよ
うに、弾性体６側に第１の分極部７ａに重ねて屈曲振動
波の腹を中心として対称に別個の検出用分極部１０、検
出用電極を設けてもよい。この検出用分極部１０は、例
えば、圧電素子７と同一材料を用い、対向する第１の分
極部７ａと同方向に分極処理している。そして、対向す
る第１の分極部７ａと同じように歪んで、駆動用周波数
ｆ0を主成分として検出する。また、図示しないが駆動
用分極部と検出用分極部を電極形成後、重ねあわせ一体
的に焼結し、成形することも可能である。この場合、検
出用分極部は駆動用分極部と同一形状、同一位置の分極
部、検出部を有することが可能であるから、駆動用信号
に対して感度が高く、スプリアスの極めて小さな信号を
得ることができる。

【００５５】このような配置をとれば、第１の分極部７
ａの励振面積を減少させずに検出面積を十分に確保する
ので、駆動力を維持するとともに大きな駆動信号を取り
出すことができる。

【００５６】また、圧電素子７の弾性体６と反対側の面
には、図３（ａ）に示すように、各分割部に対応して、
略扇状の電極群を蒸着等の手段で形成し、第１の分極部
７ａ…７ａに対応して第１の電極パターン１２ａ、１２
ａ、１２ａ、１２ａ、１２ａ、第２の分極部７ｂ…７ｂ
に対応して第２の電極パターン１２ｂ、１２ｂ、１２
ｂ、１２ｂ、１２ｂ、１２ｂ、検出用分極部７ｃに対応
して検出用電極１２ｃを形成している。

【００５７】また、第１の電極パターン１２ａ…１２ａ
は相互にリードで短絡して、圧電素子リード３の第１リ
ード３ａに結線し、第２の電極パターン１２ｂ…１２ｂ
は相互にリードで短絡して第２リード３ｂに結線されて
いる。一方、弾性体６との接合面には、全面に電極１２
ｄを形成している。

【００５８】そして、ロータユニット８を駆動させると
きは、図３（ｃ）に示すように、第１の電極パターン１
２ａ…１２ａに信号を入力して励振させ、弾性体６を屈
曲振動させて周方向に３波長の屈曲振動波を発生させ
る。このとき、突起６ａは、時計方向へ楕円振動し、ロ
ータ８ａに反時計方向への摩擦力を加え、ロータユニッ
ト８を反時計方向へ回転させる。

【００５９】なお、時計方向へ駆動させるときは、第２
の電極パターン１２ｂ…１２ｂに前記励振信号を入力し
て励振させ、弾性体６に前記屈曲振動波と９０゜位相の
異なる屈曲振動波を発生させる。このとき、突起６ａ
は、反時計方向へ楕円振動し、ロータ８ａに時計方向の
摩擦力を加え、時計方向にロータユニット８を回転させ
る。

【００６０】ロータユニット８は、例えば図１、図２に
示すように、ロータ８ａと、ロータ８ａに外接する重錘
８ｂを有している。ロータ８ａは、例えば、耐摩耗性に
富んだエンジニアリングプラスチックを用いた円盤体で
あり、上面には押さえばね９を当接させるピボットを設
けている。重錘８ｂは、タングステン等からなり、ロー
タユニット８の慣性モーメントを向上させて、ロータ８
ｂの回転を遠心力による振動へと変える。

【００６１】押さえばね９は、板ばねを所定の形状に成
形したものであり、ロータユニット８のピボットに加圧
力を加え、ロータ８ａと弾性体６の突起６ａとを加圧す
る。

【００６２】次に、この超音波モータの駆動回路につい
て説明する。図６は、超音波モータに係わる駆動回路の
ブロック図を示し、図７は、超音波モータに係わる駆動
回路の例を示す図である。この駆動回路は、図６に示す
ように、圧電振動体５、増幅回路１３、フィルター回路
１４からなる。

【００６３】増幅回路１３は、図７に示すように、検出
用電極１２ｃに入力端を接続されたインバータ１３ａ
と、インバータ１３ａに並列に接続された抵抗１３ｂ、
およびインバータ１３ｃとインバータ１３ｃに並列に接
続された抵抗１３ｄからなる。フィルター回路１４は、
一端をインバータ１３ａの反転出力端に接続し、他端を
インバータ13cの入力端に接続した抵抗１４ｂと、一端
を抵抗１４ｂと接続し、他端を接地したコンデンサ１４
ｃからなり、自励発振回路を形成している。

【００６４】そして、インバータ１３ａは検出用電極１
２ｃにより検出した信号を増幅し、抵抗１３ｂは増幅さ
れた駆動信号をインバータ１３ａの入力端に帰還させて
動作点を決定する。コンデンサー１４ａ，抵抗１４ｂ
は、増幅された駆動信号から駆動周波数成分ｆ0以外の
不要周波数成分を取り除き、インバータ１３ｃ、抵抗１
３ｄから成る増幅回路で増幅され、駆動用電極１２aに
駆動信号を印加する。

【００６５】次に、図６、図７に基づいて、この超音波
モータの動作について説明する。検出用分極部７ｃは第
１の分極部７ａと同じように歪み、検出用電極１２ｃは
検出用分極部７ｃの歪みに伴う圧電効果により生成した
駆動信号を検出する。このとき、検出用分極部７ｃは、
第１の分極部７ａと同じように歪む。即ち、屈曲振動波
の腹を中心としているので大きく歪み、中心に対して対
称に歪むので、不要周波数成分に対して駆動周波数ｆ0
成分の大きな駆動信号を検出する。

【００６６】駆動周波数ｆ0を主成分とした駆動信号
は、インバータ１３ａの非反転入力端に入力して反転増
幅され、この反転増幅された駆動信号は、コンデンサー
１４ａ，１４ｃ、抵抗１４ｂにより、さらに不要周波数
成分を取り除かれ、更にインバータ１３ｃで反転増幅さ
れ一方の電極パターン１２ａ…１２ａに入力される。

【００６７】圧電素子７の第１の分極部７ａ…７ａは、
駆動信号により励振されるとともに、弾性体６は屈曲振
動され、周方向に３波長分の屈曲振動波を発生させる。
弾性体６上の突起６ａは、時計方向に楕円振動して、ロ
ータ８ａに反時計方向の摩擦力を加え、ロータユニット
８を反時計方向に回転させる。このとき、駆動周波数ｆ
0を主成分とした駆動信号は、駆動周波数ｆ0で圧電素子
７の第１の分極部７ａ…７ａを大きく励振させる一方、
不要周波数で圧電素子７の第１の分極部７ａ…７ａをほ
とんど励振させないことから、スプリアス振動を抑制
し、自励発振を安定化させる。また、例えば図８（ａ）
に示す様に、径方向に対して節円を有する振動モードを
励振する場合、図６(ｂ)、図８（ｂ）に示す様に、検出
用分極部７ｃを周方向に対する曲げ変位の歪みが最大と
なり、径方向に対する曲げ変位１００の歪みが最大とな
る部分を含む位置付近にのみ設けることにより、すなわ
ち目的の振動モードの中で歪みが最大となる部分に設け
ることにより目的の周波数成分の振動のみを大きく取り
出し、スプリアス振動を抑制し自励発振を安定化させ
る。特に、周方向に対して同じ次数を持つ他の振動モー
ドは面外、面内変位共にその抑制に効果がある。従っ
て、径方向に対して節円を持たない一次の振動モードを
励振する場合には図６(ａ)の検出用分極部の形状が好ま
しい。

【００６８】以上より、本実施の形態によれば、駆動周
波数ｆ0を主成分とした信号を検出し、第１の分極部７
ａ…７ａは、駆動周波数ｆ0で励振する一方、不要周波
数でほとんど励振しないようにしたので、スプリアス振
動を抑制し、自励発振を安定化させる。また、検出用分
極部７ｃは、第１の分極部７ａの一部を利用しているの
で、部材点数を省略し、装置構成の簡略化が図られる。

【００６９】また、検出用分極部１０は、第１の分極部
７ａの励振面積を減少させずに検出面積を十分に確保す
るので、駆動力を維持するとともに大きな駆動信号の取
り出すことができる。駆動回路の構成は図７に限るもの
ではなく、少なくとも増幅回路を有し、検出用分極部７
ｃの出力信号を増幅し、自励発振する為の条件を満足す
る様に駆動用分極部７ａに駆動信号を出力すればよい。
ここで発振条件とは、検出用分極部７ｃからの信号を受
け、少なくとも増幅回路による回路より出力された駆動
信号が駆動用分極部７ａに加えられ、再び検出用分極部
７ｃで出力される発振回路を一巡するループ利得が１以
上であり、かつ位相が等しいことである。

【００７０】《実施の形態２》図９は、本発明を適用し
た実施の形態２に係わる超音波モータの要部を斜視方向
の構造を示す図であり、図１０は、この超音波モータに
係わる圧電振動体、駆動回路のブロック図を示す。実施
の形態２は、実施の形態１と略同じ構成であり、要部を
圧電振動体１６と、圧電振動体１６に当接するロータ１
９から構成した点を特徴とする。なお、実施の形態１と
同じ構成については同一符号を付して説明を省略する。

【００７１】圧電振動体１６は、弾性体１７と、弾性体
１７に接合された圧電素子１８とからなる。弾性体１７
は、円盤体の上面に対して周方向に複数の突起１７ａを
設けている。また、圧電素子１８は、図９に示すよう
に、実施の形態１と同様な本発明の第１の駆動用分極部
としての第１の分極部１８ａ…１８ａ、本発明の第２の
駆動用分極部としての第２の分極部１８ｂ…１８ｂ、検
出用分極部１８ｃを設ける。さらに、第１の分極部１８
ａ…１８ａに対応して第１の電極パターン２１ａ…２１
ａ、第２の分極部１８ｂ…１８ｂに対応して第２の電極
パターン２１ｂ…２１ｂ、検出用分極部１８ｃに対応し
て検出用電極２１ｃを形成している。

【００７２】この検出用分極部１８ｃ、検出用電極２１
ｃは、検出用分極部７ｃ、検出用電極１２ｃと同様に、
第１の分極部１８ａにより弾性体１７に励振される第１
の屈曲振動波の腹を中心として対称に配置されている。
ロータ１９は、円盤体の下面に対し環状に摩擦板１９ａ
を設け、突起１７ａとの摩擦力を向上させている。

【００７３】駆動回路は、図１０に示すように、検出用
電極２１ｃに入力端を接続し、第１の電極パターン２１
ａに出力端の一方を接続した増幅回路２２と、増幅回路
２２の出力端の他方に一端を接続し、第２の電極パター
ンに２１ｂに他端を接続した移相回路２３からなる。こ
こで、移相回路２３は、増幅回路２２により増幅された
駆動信号の位相をずらして第２の電極パターン２１ｂに
入力する。

【００７４】なお、位相のずらす角度は、適宜選定でき
るが、高効率で駆動力を得る観点から、９０゜に設定す
る方がよい。

【００７５】次に、この超音波モータの動作について説
明する。検出用分極部１８ｃは、第１の分極部１８ａ…
１８ａと同じように歪み、検出用電極２１ｃは、検出用
分極部１８ｃの歪みに伴う圧電効果により生成した駆動
周波数成分ｆ0を主成分とする駆動信号を検出する。こ
の駆動信号は、増幅回路２２により、増幅されて第１の
電極パターン２１ａと移相回路２３に出力される。移相
回路２３に入力された信号は、例えば、９０゜位相をず
らされて第２の電極パターン２１ｂに入力される。

【００７６】圧電素子１８の第１の分極部１８ａ…１８
ａと第２の分極部１８ｂ…１８ｂとは、互いに９０゜異
なる位相で励振される。弾性体１７は、第１の分極部１
８ａ…１８ａの励振に基づいた第１の屈曲振動波と、第
２の分極部１８ｂ…１８ｂの励振に基づいた第１の屈曲
振動波と９０゜位相の異なる第２の屈曲振動波を生じ
る。この第１の屈曲振動波と第２の屈曲振動波とは合成
されて周方向への進行波となる。一方、弾性体１７上の
突起１７ａは、楕円振動して、ロータ１９の摩擦板１９
ａに摩擦力を拡大しつつ加え、ロータ１９を所定の方向
へ回転させる。

【００７７】以上より、本実施の形態によれば、検出用
分極部１８ｃ、検出用電極２１ｃにより、駆動周波数成
分ｆ0を主成分とする駆動信号を検出するようにしたの
で、実施の形態１と同様の効果が得られる。従って、検
出用分極部１８ｃの形状も励振する振動モード等に応じ
て、図６（ａ）、（ｂ）と同様の形状とすることが可能
である。

【００７８】《実施の形態３》図１１は、本発明を適用
した実施の形態３に係わる超音波モータの要部を示す図
であり、図１２は、この超音波モータの駆動回路のブロ
ック図であり、図１３は、圧電振動体２５の振動波に対
する、検出用分極部２７ｅ、検出用電極２９ｃの位置関
係を示す図である。

【００７９】この超音波モータは、実施の形態１と略同
様の構成であり、圧電振動体２５と圧電振動体２５に当
接させた環状のロータ２８に特徴を有する。なお、同一
の構成については同一符号を付して説明を省略する。

【００８０】ここで、圧電振動体２５は、弾性体２６と
弾性体２６に接合された圧電素子２７からなる。弾性体
２６は、環状体の上面に複数の突起２６ａを設けてお
り、また、圧電素子２７は、弾性体２６に対応した環状
であり、図１２に示すように、周方向に沿って本発明の
第１の駆動用分極部としての第１の分極部２７ａ、本発
明の第２の駆動用分極部としての第２の分極部２７ｂ、
間隙部２７ｃ，２７ｄ、検出用分極部２７ｅを有してい
る。

【００８１】第１の分極部２７ａは、弾性体２６に後述
する第１の屈曲振動波を生じさせたときの３／２波長分
に相当し、１／２波長分に相当し連続する３つの分割部
からなり、それぞれの分割部は厚み方向へ交互に逆方向
になるように分極処理を施されている。そして、第１の
分極部２７ａに対応して弾性体２６との接合面と反対側
の面に第１の駆動用電極パターン２９ａを形成してい
る。

【００８２】一方、第２の分極部２７ｂは、後述する第
２の屈曲振動波の１／２波長分に相当する３つの分割部
からなり、各分割部は厚み方向へ交互に逆方向になるよ
うに分極処理され、さらに、第２の駆動用電極パターン
２９ｂを形成している。そして、この第２の分極部２７
ｂの励振により、弾性体２６に第１の屈曲振動波と同波
長であって９０゜位相の異なる第２の屈曲振動波を生じ
させる。

【００８３】また、間隙部２７ｃは、屈曲振動波の１／
４波長分に相当し、間隙部２７ｄは屈曲振動波の３／４
波長分に相当する。

【００８４】検出用分極部２７ｅは、間隙部２７ｄの中
で第１の分極部２７ａに連続して屈曲振動波の１／２波
長分設けられ、第１の分極部２７ａに対応するように逆
方向（−）に分極処理し、さらに、この表面に検出用電
極２９ｃを形成している。この検出用分極部２７ｅ、検
出用電極２９ｃは、図１３に示すように、第１の分極部
２７ａにより弾性体２６に第１の屈曲振動波を生じさせ
た場合、この屈曲振動波の腹を中心として対称に１／４
波長づづ配設された位置関係にある。

【００８５】このように、検出用分極部２７ｅ、検出用
電極２９ｃを第１の分極部２７ａと別個に設けること
で、検出用分極部２７ｅの検出面積を大きく確保できる
とともに、第１の分極部２７ａ、第２の分極部２７ｂの
励振面積を減少させない。

【００８６】駆動回路は、検出用電極２９ｃに入力端を
接続し、出力端の一方を第１の駆動用電極パターン２９
ａに接続した増幅回路３０と、増幅回路３０に出力端の
他方に一端を接続したバッファ回路３１と、バッファ回
路３１の他端に一端を接続し移相回路３２と、移相回路
３２の他端に一端を接続し、他端を第２の駆動用電極パ
ターン２９ｂに接続した第２の増幅回路３３とから自励
発振回路を形成している。

【００８７】ここで、バッファ回路３１は、入力インピ
ーダンスは大きく、出力インピーダンスは小さく設定し
ている。そして、増幅回路３０により増幅された信号の
移相回路３２への入力を減少させるとともに、増幅回路
３０と第１の駆動用電極パターン２９ａよりなる自励発
振ループの信号量を確保している。また、第２の増幅回
路３３は、移相回路３２により位相のずれた信号を再増
幅して第１の駆動用電極パターン２９ａに入力する信号
量と第２の駆動用電極パターン２９ｂに入力する信号量
とを略等しくする。

【００８８】次に、この超音波モータの動作について説
明する。検出用分極部２７ｅは、第１の分極部２７ａの
各分割部と同じように歪み、検出用電極２９ｃは、検出
用分極部２７ｅの歪みに伴う圧電効果により生成した駆
動周波数成分ｆ0を主成分とする駆動信号を検出する。
この駆動信号は、増幅回路３０により、増幅されて第１
の駆動用電極パターン２９ａとバッファ回路３１に入力
される。

【００８９】このとき、バッファ回路３１により、増幅
された駆動信号の移相回路３２への入力を減少させる一
方、第１の駆動用電極パターン２９ａに入力する信号量
を確保することで、移相回路３２の負荷を減少させると
ともに、第１の分極部２７ａ増幅回路３０からなる自励
発振ループを安定化させている。バッファ回路３１から
出力された駆動信号は、移相回路３２により例えば９０
゜位相をずらされ、第２の増幅回路３３により再び増幅
され増幅され、第２の駆動用電極パターン２９ｂに入力
される。

【００９０】このとき、第２の駆動用電極パターン２９
ｂに入力される信号量は、第１の駆動用電極パターン２
９ａに入力される信号量と略等しくなる。

【００９１】圧電素子２７の第１の分極部２７ａと第２
の分極部２７ｂは、互いに９０゜異なる位相で励振され
る。弾性体２６は、第１の分極部２７ａの励振に基づい
て第１の屈曲振動波を生じ、また、第２の分極部２７ｂ
の励振に基づいて第１の屈曲振動波と９０゜位相の異な
る第２の屈曲振動波を生じる。この第１の屈曲振動波と
第２の屈曲振動波とは合成されて周方向への進行波とな
る。一方、弾性体２６上の突起２６ａは、楕円振動し
て、ロータ２８の摩擦板２８ａに摩擦力を拡大しつつ加
え、ロータ２８を所定の方向へ回転させる。

【００９２】このとき、第１の屈曲振動波と第２の屈曲
振動波とは略同じ大きさとなり、弾性体２６の突起２６
ａの楕円振動は調整される。

【００９３】以上より、本実施の形態によれば、実施の
形態１と同様の効果が得られる他に、検出用分極部２７
ｅを第１の分極部２７ａと別個に設けることで、検出用
分極部２７ｅ、検出用電極２９ｃの検出面積を大きく確
保するようにしたので、大きな信号を検出することがで
き、また、第１の分極部２７ａ、第２の分極部２７ｂの
励振面積を減少させないようにしたので、駆動力は維持
される。

【００９４】また、バッファ回路３２により、移相回路
３２への信号入力量を減少させる一方、増幅した信号の
第１の駆動用電極パターン２９ａへの入力量を確保する
ようにしたので、第１の分極部２７ａ、増幅回路３０か
らなるループの自励発振を安定化させる。また、第２の
増幅回路３３により、第１の駆動用パターン２９ａと第
２の駆動用電極パターン２９ｂとに入力する信号量を略
同じになるようにしたので、第１の屈曲振動波と第２の
屈曲振動波とは略同じ大きさになり、楕円振動は調整さ
れる。

【００９５】なお、実施の形態３に係わる超音波モータ
は、以下のように変形してもよい。図１４は、第１の変
形の態様に係わる駆動回路のブロック図を示し、図１５
は圧電振動体２５の振動に対する検出用分極部２７ｆ、
検出用電極２９ｄの位置関係を示す図である。第１の変
形の態様では、圧電素子２７の間隙部２７ｄに設けた検
出用分極部２７ｆ、検出用電極２９ｄの位置関係に特徴
を有する。

【００９６】即ち、図１４に示すように、検出用分極部
２７ｆは、間隙部２７ｄのうちで第１の分極部２７ａに
より第１の屈曲振動波を発生させた場合、この屈曲振動
波の腹を中心として対称に１／８波長ずつ設けられる。
また、第１の分極部２７ａに対応するように逆方向
（−）に分極処理を施し、さらに、検出用分極部２７ｆ
に対応して検出用電極２９ｄを形成している。

【００９７】このように、検出用分極部２７ｆ、検出用
電極２９ｄの大きさは適宜選択することができる。

【００９８】図１６は、第２の変形の態様に係わる駆動
回路のブロック図を示す。第２の変形の態様では、第１
の変形の態様に加えて、第１の検出用分極部２７ｇ、第
１の検出用電極２９ｅと第２の検出用分極部２７ｈ、第
２の検出用電極２９ｆを設けて、ロータ２８を正逆方向
へ回動可能にしている。即ち、第１の検出用分極部２７
ｇは、圧電素子２７の間隙部２７ｄのうち、第１の分極
部２７ａに連続して周方向へ第１の屈曲振動波の１／２
波長分、径方向の外側半分に対して設けられるととも
に、逆方向（−）へ分極処理され、、また、第１の検出
用分極部２７ｇに対応して第１の検出用電極２９ｅが形
成されている。即ち、第１の検出用分極部２７ｇ、第１
の検出用電極２９ｅは第１の屈曲振動波の腹を中心とし
て１／４波長づつ対称に設けられるとともに、第１の分
極部２７ａと同じように歪む。

【００９９】また、第２の検出用分極部２７ｈは、圧電
素子２７の間隙部２７ｄのうち、第２の分極部２７ｂに
連続して周方向へ第２の屈曲振動波の１／２波長分、径
方向の内側半分に対して設けられるとともに、正方向
（＋）へ分極処理され、また、第２の検出用電極２９ｆ
は第２の検出用分極部２７ｈに対応して形成されてい
る。即ち、第２の検出用分極部２７ｈ、第２の検出用電
極２９ｆは第２の屈曲振動波の腹を中心として１／４波
長づつ対称に設けられるとともに、第２の分極部２７ｂ
と同じように歪む。

【０１００】また、駆動回路は、第１の検出用電極２９
ｅ、第２の検出用電極２９ｆと増幅回路３０の入力端と
の接続を切り換えるＳＷ１と、第１の駆動用電極パター
ン２９ａ、第２の駆動用電極パターン２９ｂと増幅回路
３０の出力端との接続を切り換えるＳＷ２と、第１の駆
動用電極パターン２９ａ、第２の駆動用電極パターン２
９ｂと第２の増幅回路３３の出力端との接続を切り換え
るＳＷ３を設けている。

【０１０１】次に、第２の変形の態様に係わる超音波モ
ータの動作について説明する。先ず、ＳＷ１により、第
１の検出用電極２９ｅと増幅回路３０の入力端とを接続
し、ＳＷ２により、増幅回路３０の出力端と第１の駆動
用電極パターン２９ａとを接続し、ＳＷ３により、第２
の増幅回路３３の出力端と第２の駆動用電極パターン２
９ｂとを接続する。

【０１０２】このとき、前述したように、圧電素子２７
の第１の分極部２７ａと第２の分極部２７ｂは、互いに
９０゜異なる位相で励振される。弾性体２６には、第１
の分極部２７ａの励振に基づいて第１の屈曲振動波を生
じ、また、第２の分極部２７ｂの励振に基づいて第１の
屈曲振動波に対して９０゜位相の遅れた第２の屈曲振動
波を生じる。

【０１０３】この第１の屈曲振動波と第２の屈曲振動波
とは合成されて反時計方向への進行波となる。弾性体２
６上の突起２６ａは、反時計方向に楕円振動して、ロー
タ２８の摩擦板２８ａに摩擦力を拡大しつつ加え、ロー
タ２８を時計方向へ回転させる。

【０１０４】次に、ＳＷ１により、第２の検出用電極２
９ｆと増幅回路３０の入力端とを接続し、ＳＷ２によ
り、増幅回路３０の出力端と第２の駆動用電極パターン
２９ｂとを接続し、ＳＷ３により、第２の増幅回路３３
の出力端と第１の駆動用電極パターン２９ａとを接続す
る。第２の検出用電極２９ｆは第２の検出用分極部２７
ｈの歪みにより生成した駆動信号を検出する。この駆動
信号は、増幅回路３０により増幅されて、第２の駆動用
電極パターン２９ｂとバッファ回路３１とに入力され
る。

【０１０５】バッファ回路３１から出力された駆動信号
は、移相回路３２により９０゜位相をずらされ、第２の
増幅回路３３により増幅され、第１の駆動用電極パター
ン２９ａに入力される。

【０１０６】このとき、圧電素子２７の第１の分極部２
７ａと第２の分極部２７ｂは、互いに９０゜異なる位相
で励振される。弾性体２６は、第１の分極部２７ａの励
振に基づいて第１の屈曲振動波を生じ、また、第２の分
極部２７ｂの励振に基づいて第１の屈曲振動波に対して
９０゜位相の進んだ第２の屈曲振動波を生じる。この第
１の屈曲振動波と第２の屈曲振動波とは合成されて時計
方向への進行波となる。一方、弾性体２６上の突起２６
ａは、時計方向に楕円振動して、ロータ２８の摩擦板２
８ａに摩擦力を拡大しつつ加え、ロータ２８を反時計方
向へ回転させる。

【０１０７】以上より、ＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３の切り
換えにより、ロータ２８は、第１の検出用分極部２７
ｇ、第１の検出用電極２９ｅにより検出した駆動信号に
基づいて、時計方向に回転され、また、ロータ２８は、
第２の検出用分極部２７ｈ、第２の検出用電極２９ｆに
より検出した駆動信号に基づいて、反時計方向に回転さ
れる。

【０１０８】《実施の形態４》図１７は、本発明を適用
した実施の形態４に係わる超音波モータの平面構造を示
し、図１８は、積層した各圧電振動体の構造と、駆動回
路を示す。この超音波モータは、圧電振動体３５と、圧
電振動体３５の縁部に設けた振動拡大用の出力取り出し
部材３６とからなり、出力取り出し部材３６の先端は図
示しない移動体に当接されている。

【０１０９】ここで、圧電振動体３５は、図１８に示す
ように、第１の圧電振動体３７と、第１の圧電振動体３
７の厚み方向へ積層させた第２の圧電振動体３８とから
なる。第１の圧電振動体３７は、圧電材料を用いて成形
した矩形板であり、全面に対して厚み方向へ積層面を
負、積層面と反対側の面を正とした電界を印加して本発
明の第１の駆動用分極部としての分極部３７ａとし、こ
の分極部３７ａの厚み方向の積層面に対し反対側の面に
駆動電極４１を形成し、他方の面に図示しない対極を形
成している。そして、分極部３７ａを励振させて、図中
実線に示すような、伸縮振動波Ａを生じさせる。

【０１１０】第２の圧電振動体３８は、第１の圧電振動
体３７と同様の矩形状であり、長辺、および短辺を２等
分して、本発明の第２の駆動用分極部としての第１の分
極部３８ａ、第２の分極部３８ｂを対角線上に設け、別
の対角線上に第３の分極部３８ｃ、第４の分極部３８ｄ
を設けている。ここで、第１の分極部３８ａ、第２の分
極部３８ｂ、第３の分極部３８ｃ、第４の分極部３８ｄ
は、積層面を負、積層面と反対側の面を正とした電界を
印加して分極処理を施している。

【０１１１】また、検出用分極部３８ｅは、第１の分極
部を３８ａの一部を利用して、後述する屈曲振動波Ｂの
腹を中心として対称に設けられており、駆動周波数ｆ0
を主成分とした駆動信号を検出するとともに、第１の分
極部３８ａの一部を利用しているので、部材点数を省略
することができる。

【０１１２】また、第１の分極部３８ａに対応して積層
面と反対側の面に第１の駆動電極４２ａを形成し、第２
の分極部３８ｂに対応して第２の駆動電極４２ｂを形成
し、第１の駆動電極４２ａと第２の駆動電極４２ｂはリ
ードで接続されている。また、検出用分極部３８ｅに対
応して検出用電極４３ａが形成されている。そして、第
１の分極部３８ａと第２の分極部３８ｂとを励振させる
と、第１の分極部３８ａ、第２の分極部３８ｂが長手方
向に伸びたとき、第３の分極部３８ｃ、第４の分極部３
８ｄは相対的に縮むことになる一方、第１の分極部３８
ａ、第２の分極部３８ｂが長手方向に縮むとき、第３の
分極部３８ｃ、第４の分極部３８ｄは相対的に伸びるこ
とになり、全体として実線に示す屈曲振動波Ｂを生じ
る。

【０１１３】駆動回路は、図１８に示すように、検出用
電極４３ａに増幅回路３９の入力端を接続し、増幅回路
３９の出力端を駆動電極４１と第２の駆動電極４２ｂと
に接続して自励発振回路を形成している。

【０１１４】次に、図１８に基づいて、この超音波モー
タの動作について説明する。検出用分極部３８ｅは、第
１の分極部３８ａと同じように歪み、検出用電極４３ａ
は、検出用分極部３８ｅの歪みに伴う圧電効果により生
成した駆動周波数ｆ0を主成分とする駆動信号を検出す
る。この駆動信号は、増幅回路３９により増幅されて、
第１の圧電振動体３７の駆動用電極４１に入力され、第
２の圧電振動体３８の第２の駆動用電極４２ｂに帰還さ
れる。

【０１１５】このとき、第１の圧電振動体３７の分極部
３７ａは励振され、第１の圧電振動体３７は、伸縮振動
波Ａを生じる。一方、第２の圧電振動体３８の第１の分
極部３８ａと第２の分極部３８ｂは励振され、第２の圧
電振動体３８は、全体として、屈曲振動波Ｂを生じる。
そして、出力取り出し部材３６は、伸縮振動波Ａと屈曲
振動波Ｂと合成した図１７中に実線示す楕円振動Ｃを行
い、周期的に図示しない移動体に当接して一方向へ摩擦
力を加え、移動体を移動させる。

【０１１６】以上より、本実施の形態によれば、所望の
振動モードにおいて検出信号が大きくなるように検出用
分極部３８ｅ、検出用電極４３ａを第２の圧電振動体３
８の屈曲振動波Ｂの腹を中心として対称に設け、駆動周
波数成分ｆ0を主成分とした駆動信号を検出するように
したので、スプリアス振動を抑制するとともに、自励発
振を安定化させる。また、第１の分極部３８ａの一部を
利用して検出用分極部３８ｅ、検出用電極４３ａを設け
るようにしたので、装置構成の小型化が図られる。

【０１１７】なお、実施の形態４に係わる超音波モータ
は、以下のように変形してもよい。図１９は、実施の形
態４に係わる第１の変形の態様を示す図である。第１の
変形の態様において、検出用分極部３７ｂは、第１の圧
電振動子３７の分極部３７ａの中心部であって、伸縮振
動波Ａの節を中心として長手方向へ対称に設け、検出用
分極部３７ｂに対応して検出用電極４３ｂを形成してい
る。

【０１１８】このように歪みがもっとも大きくなる位置
に検出用分極部３７ｃ、検出用電極４３ｃを配置すれ
ば、検出用分極部３７ｃは対称に歪むので、駆動信号
は、不要周波数成分に対して駆動周波数ｆ0成分を大き
く検出される。

【０１１９】図２０は、実施の形態４に係わる第２の変
形の態様を示す図である。第２の変形の態様において、
検出用分極部３７ｃ、検出用電極４３ｃは、第１の圧電
振動体３７の分極部３７ａの長縁部であって、伸縮振動
波Ａの節を中心として長手方向へ対称に設けている。

【０１２０】図２１は、実施の形態４に係わる第３の変
形の態様を示す図である。第３の変形の態様において、
第１の検出用分極部３８ｆは第３の分極部３８ｃ全体を
利用して設けられ、第１の検出用電極４３ｄは、第１の
検出用分極部３８ｆに対応して形成されている。第２の
検出用分極部３８ｇは、第４の分極部３８ｄ全体を利用
して設けられ、第２の検出用分極部３８ｇに対応して第
２の検出用電極４３ｅを形成している。また、第１の検
出用電極４３ｄと第２の検出用電極４３ｅとはリードで
接続されている。

【０１２１】即ち、第１の検出用分極部３８ｆ、第１の
検出用電極４３ｄ、第２の検出用分極部３８ｇ、第２の
検出用電極４３ｅは、屈曲振動波Ｂの腹を中心として対
称に設けられている。このように、使用していない分極
部３８ｃ，３８ｄを第１の検出用分極部３８ｆ、第２の
検出用分極部３８ｇに利用しているので、第１の分極部
３８ａ、第２の分極部３８ｂの励振面積を減少させず
に、検出面積を十分確保することができる。

【０１２２】また、ＳＷ４により、第１の検出用電極４
３ｄに切り換えたとき、ＳＷ５により、増幅回路３９と
第２の駆動電極４２ｂとを接続し、また、ＳＷ４によ
り、第１の駆動電極４２ａに切り換えたとき、ＳＷ５に
より、増幅回路３９と第２の検出用電極４３ｅとを接続
する。

【０１２３】そして、ＳＷ４により第１の検出用電極４
３ｄ、ＳＷ５により第２の駆動電極４２ｂに切り換えた
場合、圧電振動体３５は、伸縮振動波Ａと屈曲振動波Ｂ
とにより出力取り出し部材３６は、楕円振動Ｃして移動
体を正方向へ移動させる。一方、ＳＷ４により第１の駆
動電極４２ａ、ＳＷ５により第２の検出用電極４３ｅに
切り換えた場合、第１の分極部３８ａ、第１の駆動電極
４２ａは、駆動信号を検出し、この駆動信号は、増幅回
路３９により増幅され、第１の圧電振動体３７の駆動電
極４１に入力されるとともに、第２の検出用電極４３ｅ
に帰還される。このとき、第２の圧電振動体３８は屈曲
振動波Ｂに対し１８０゜位相の異なる屈曲振動波を生
じ、出力取り出し部材３６は楕円振動Ｃとは反対方向へ
楕円振動し、移動体を逆方向へ移動させる。

【０１２４】図２２は、実施の形態４に係わる第４の変
形の態様を示す図である。第４の変形の態様では、実施
の形態４に加えて、増幅回路３９と第１の圧電振動体３
７の駆動電極３７ａとの間にバッファ回路４５、移相回
路４６、第２の増幅回路４７を設けている。そして、検
出用電極４３ａより検出された駆動信号は、増幅回路３
９により増幅され、第２の圧電振動体３８の第１の駆動
電極４２ａに入力される一方、移相回路４６により位相
をずらされ、再び第２の増幅回路４７により増幅されて
第１の圧電振動体３７の駆動電極４１に入力される。

【０１２５】このとき、第１の圧電振動体３７の分極部
３７ａは、第２の圧電振動体３８の第１の分極部３８
ａ、第２の分極部３８ｂに対し、位相をずらして励振す
る。そして、出力取り出し部材３６は、伸縮振動波Ａに
対し位相のずれた伸縮振動波と屈曲振動波Ｂとにより、
楕円振動Ｃと異なる軌跡の楕円振動を行う。これによ
り、移動体へ加わる摩擦力も変化し、駆動力は調整され
る。

【０１２６】図２３は、実施の形態４に係わる第５の変
形の態様を示す図である。第５の変形の態様では、第３
の変形の態様に加えて、増幅回路３９と第１の圧電振動
体３７の駆動電極３７ａとの間にバッファ回路４５、移
相回路４６、第２の増幅回路４７を設けている。そし
て、第１の検出用電極４３ｄ、第２の検出用電極４３ｅ
により検出された駆動信号は、増幅回路３９により増幅
される。増幅された一方の駆動信号は、第２の駆動電極
４２ｂに帰還され、他方の駆動信号は、移相回路４６に
より位相をずらされ、第２の増幅回路４７により再び増
幅されて、第１の圧電振動体３７の駆動電極４１に入力
される。

【０１２７】これによれば、第４の変形の態様と同様に
駆動力を調整することができる。

【０１２８】図２４は、実施の形態４に係わる第６の変
形の態様を示す図である。第６の変形の態様は、第１の
圧電振動体３７、第２の圧電振動体３８、にさらに信号
検出用の第３の圧電振動体４８を積層させている。この
第３の圧電振動体４８は、第１の圧電振動体３７と同様
の分極処理を施した検出用分極部４８ａを有し、この検
出用分極部４８ａに対応して検出用電極４３ｆを形成し
ている。即ち、検出用分極部４８ａ、検出用電極４３ｆ
は伸縮振動波Ａの節を中心として対称に設けられてい
る。

【０１２９】また、検出用電極４３ｆは増幅回路３９の
入力端に接続し、増幅回路３９の出力端は、第１の圧電
振動体３７の駆動電極４１と第２の圧電振動体３８の第
１の駆動電極４２ａに接続して自励発振回路を形成して
いる。このように、検出用分極部４８ａを第１の圧電振
動体３７とは別個に設けることで、励振面積を減少させ
ずに検出面積を確保すると共に、駆動電極と同じ形状と
することにより、駆動電極で励振される振動モードの周
波数成分の信号を効率よく検出することができる。

【０１３０】そして、検出用分極部４８ａは、第１の圧
電振動体３７の分極部３７ａと同じように歪み、検出用
電極４３ｆは、検出用分極部４８ａの歪みに伴う圧電効
果により生成した駆動周波数ｆ0を主成分とする信号を
検出する。この駆動信号は、増幅回路３９により増幅さ
れて第１の圧電振動体３７の駆動電極４１と第２の圧電
振動体３８の第１の駆動電極４２ａとに入力される。

【０１３１】図２５は、実施の形態４に係わる第７の変
形の態様を示す図である。第７の変形の態様では、第６
の変形の態様と同様に、第２の圧電振動体３８に信号検
出用の第３の圧電振動体４９を積層させている。第３の
圧電振動体４９は、第２の圧電振動体３８と同様の分極
処理して、第１の検出用分極部４９ａ、第２の検出用分
極部４９ｂを設け、これらに対応して第１の検出用電極
４３ｇ、第２の検出用電極４３ｈを形成している。第１
の検出用電極４３ｇと第２の検出用電極４３ｈとはリー
ドで接続されている。

【０１３２】また、第１の検出用電極４３ｇ、第２の検
出用電極４３ｈは、増幅回路３９の入力端に接続され、
増幅回路３９の出力端は第１の圧電振動体３７の駆動電
極４１と第２の圧電振動体３８の第１の駆動電極４２ａ
に接続する。

【０１３３】そして、第３の圧電振動体４９の第１の検
出用分極部４９ａ、第２の検出用分極部４９ｂは、第２
の圧電振動体３８の第１の分極部３８ａ、第２の分極部
３８ｂに対して同じように歪む。第１の検出用電極４３
ｇ、第２の検出用電極４３ｈは、第１の検出用分極部４
９ａ、第２の検出用分極部４９ｂの歪みに伴う圧電効果
により生成した駆動周波数ｆ0を主成分とする駆動信号
を検出する。この駆動信号は、増幅回路３９により増幅
されて第１の圧電振動体３７の駆動電極４１と第２の圧
電振動体３８の第１の駆動電極４２ａとに入力される。

【０１３４】《実施の形態５》図２６は、本発明を適用
した実施の形態５に係わる超音波モータの側面構造を示
す図であり、図２７は、この超音波モータの各圧電素子
の構造、駆動回路のブロック図を示す。この超音波モー
タは、圧電振動体５５と、圧電振動体５５の上方に設け
たロータ６０からなる。

【０１３５】圧電振動体５５は、縦振動用圧電素子５６
と、縦振動用圧電素子５６の一方の面に接合したねじり
振動用圧電素子５７と、縦振動用圧電素子５６の他方の
面に接合した円柱状の第１の弾性体５８と、ねじり振動
用圧電素子５７に接合した円柱状の第２の弾性体５９か
らなる。

【０１３６】ここで、縦振動用圧電素子５６は、円盤体
の全域に対し、厚み方向へねじり振動用圧電素子５７と
の接合面を負、この接合面に対向する面を正とした電界
を印加して分極処理を施し、本発明の駆動用分極部とし
ての分極部５６ａとしている。図２６において、接合面
と反対側の略全面には、駆動電極６１ａを形成し、この
接合面に対極６１ｂを形成している。さらに、周縁の一
部を利用して信号検出用の検出用分極部５６ｂを設け、
これに対応して検出用電極６３を形成している。そし
て、駆動電極６１ａと対極６１ｂの間に信号を入力する
と、検出用分極部５６ｂは、分極部５６ａの厚み方向へ
縦振動にともなって歪み、検出用電極６３は検出用分極
部５６ｂの歪みに基づいて生成される駆動信号を検出す
る。

【０１３７】このような、検出用分極部５６ｂ、検出用
電極６３によれば、分極部５６ａの一部に設けているの
で、駆動用分極部５６a、検出用分極部５６ｂは共に縦
振動方向へ均一に歪み、駆動周波数ｆ0を主成分とする
駆動信号を検出することができる。

【０１３８】ねじり振動用圧電素子５７は、例えば扇形
状の６つの第１の分極部５７ａ、第２の分極部５７ｂ、
第３の分極部５７ｃ、第４の分極部５７ｄ、第５の分極
部５７ｅ、第６の分極部５７ｆを周方向に接合した円盤
体である。それぞれの分極部５７ａ…５７ｆは、例えば
時計方向に向かって正方向の分極処理を施されており、
接合面と反対側の全面に駆動電極６２ａを形成し、この
接合面に対極６２ｂを形成している。そして、駆動電極
６２ａと対極６２ｂとの間に信号を入力すると、各分極
部５７ａ…５７ｆは周方向へ同位相のすべり振動を行
い、全体として周方向のねじり振動を行う。

【０１３９】駆動回路は、検出用電極６３に入力端を接
続し、出力端の一方に駆動電極６１ａを接続した増幅回
路６４と、増幅回路６４の出力端の他方に一端を接続し
たバッファ回路６５と、バッファ回路６５の他端に一端
を接続した移相回路６６と、移相回路６６の他端に一端
を接続し、駆動電極６２ａに他端を接続した第２の増幅
回路６７とからなる。

【０１４０】次に、図２７、２８に基づいて、この超音
波モータの動作について説明する。図２８は、この超音
波モータの動作と各圧電素子の振動変位の関係を示す図
である。図２７において、検出用分極部５６ｂは、分極
部５６ａの厚み方向への振動にともなって歪み、検出用
電極６３は、検出用分極部５６ｂの歪みに基づいて駆動
信号を検出する。

【０１４１】このとき、検出用分極部５６ｂは、分極部
５６ａと同じように縦振動方向へ均一に歪むので、不要
周波数成分に対して駆動周波数ｆ0成分の大きな駆動信
号を検出する。この駆動信号は、増幅回路６４により増
幅されて縦振動用圧電素子５６の駆動電極６１ａとバッ
ファ回路６５とに入力される。

【０１４２】バッファ回路６５に入力された信号は、移
相回路６６により例えば、位相を９０゜ずらされ、第２
の増幅回路６７により増幅されてねじり用圧電素子５７
の駆動電極６２ａに入力される。

【０１４３】このとき、縦振動用圧電素子５６の分極部
５６ａは厚み方向へ縦振動し、各弾性体５８，５９に縦
振動波を生じる一方、ねじり用圧電素子５７の各分極部
５７ａ…５７ｆは周方向にすべり振動し、各弾性体５
８，５９にねじり振動波を生じる。図２８において、こ
の縦振動波とねじり振動波の振動変位は時間的に９０゜
ずれているため、ロータ６０に対向する圧電振動体５５
端面の各点は楕円振動し、ロータ６０に周方向の摩擦力
を加え、ロータ６０を回転させる。

【０１４４】また、検出用電極６３はねじり用圧電素子
５７に設けても構わないし、設ける位置も周縁に限ら
ず、同一面内であればどこでも構わない。

【０１４５】以上より、本実施の形態によれば、検出用
分極部５６ｂ、検出用電極６３は縦振動方向へ均一に歪
んで駆動周波数成分を主成分とする信号を検出するよう
にしたので、スプリアス振動を抑制するとともに、自励
発振を安定化させる。本実施例では圧電素子を圧電振動
体５５の厚み方向に重ねたが、例えば円筒状の弾性体を
長手方向（径方向）に分割し、分割面に圧電素子を入れ
て弾性体で挟み込む構造としても構わない。この場合た
とえば縦振動の励振には圧電横効果を用い、ねじり振動
の励振には分極方向と直行する方向に電圧を加えて発生
するすべり歪みを利用する。検出用分極部は何れか一方
の振動モードの節付近に設けられる。

【０１４６】《実施の形態６》図２９は、本発明を適用
した実施の形態６に係わる超音波モータを示し、（ａ）
は圧電振動体の斜視構造、駆動回路のブロック図を示
し、（ｂ）は圧電振動体の平面構造を示す。圧電振動体
７０は、図２９（ａ）に示すように、内部を中空とした
円柱体の周方向へ４等分して、本発明の第１の駆動用分
極部としての第１の分極部７０ａ、第２の分極部７０
ｂ、本発明の第２の駆動用分極部としての第３の分極部
７０ｃ、第４の分極部７０ｄを設ける。

【０１４７】図２９（ｂ）において、第１の分極部７０
ａ、第３の分極部７０ｃは、例えば、内周を正、外周を
負の電界を印加して分極処理され、第２の分極部７０
ｂ、第４の分極部７０ｄは、例えば、内周を負、外周を
正の電界を印加して分極処理されている。また、第１の
分極部７０ａの一部に、後述する長手方向への第１の屈
曲振動波の腹を中心として対称に、検出用分極部７０ｅ
を設けている。そして、第１の分極部７０ａに対応して
第１の駆動電極７１ａを形成し、検出用分極部７０ｅに
対応して検出用電極７２を形成している。

【０１４８】また、第２の分極部７０ｂ、第３の分極部
７０ｃ、第４の分極部７０ｄの外面には、第２の駆動電
極７１ｂ、第３の駆動電極７１ｃ、第４の駆動電極７１
ｄを形成し、円筒体の内面には、対極７１ｅを形成して
いる。

【０１４９】駆動回路は、検出用電極７２に入力端を接
続し、出力端を第１の駆動電極７１ａ、第２の駆動電極
７１ｂに接続した増幅回路７３と、増幅回路７３の出力
端に一端を接続したバッファ回路７４と、バッファ回路
７４の他端に一端を接続した移相回路７５と、移相回路
７５の他端に入力端を接続し、第３の駆動電極７１ｃと
第４の駆動電極７１ｄに出力した第２の増幅回路７６か
らなる。

【０１５０】次に、図２９、図３０に基づいて、この超
音波モータの動作について説明する。図３０は、実施の
形態６に係わる超音波モータの圧電振動体７０の動作を
説明する図である。図２９（ａ）において、検出用分極
部７０eは、第１の分極部７０ａと同じように歪み、検
出用電極７２は検出用分極部７０ｄの歪みに伴い生成さ
れた駆動周波数を主成分とする駆動信号を検出する。こ
の駆動信号は、増幅回路７３により増幅されて第１の駆
動電極７１ａ、第２の駆動電極７１ｂ、バッファ回路７
４に入力される。

【０１５１】バッファ回路７４に入力された信号は、移
相回路７５により例えば、位相を９０゜ずらされて第２
の増幅回路７６に入力され、第２の増幅回路７６により
増幅されて第３の駆動電極７１ｃ、第４の駆動電極７１
ｄに入力される。

【０１５２】このとき、第１の分極部７０ａと第２の分
極部７０ｂは、互いに１８０゜異なる位相で横振動し、
第１の分極部７０ａが最大に伸びたとき、第２の分極部
７１ｂは最大に縮む。そして、圧電振動体７０は全体で
第１の屈曲振動波を生じる。一方、第３の分極部７０
ｃ、第４の分極部７０ｄは、互いに１８０゜異なる位相
で横振動するとともに、第１の分極部７０ａ、第２の分
極部７０ｂに対してそれぞれ位相９０゜ずれているの
で、圧電振動体７０は、全体で第１の屈曲振動波に対し
て直交し且つ９０゜位相の異なる第２の屈曲振動波を生
じる。

【０１５３】さらに、図３０（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、
（ｄ）に示すように、圧電振動体７０上端面の最大変位
点は、この第１の屈曲振動波と第２の屈曲振動波とによ
り、周方向へ回転するとともに楕円振動し、ロータ７７
に摩擦力を加え、ロータ７７を回転させる。

【０１５４】以上より、本実施の形態によれば、検出用
分極部７０ｅ、検出用電極７２を駆動用分極部７０ａ、
７０ｂによって励振される屈曲振動波の腹を中心に対称
となるようにもうけることにより駆動周波数ｆ0を主成
分とする駆動信号を検出するようにし、また、バッファ
回路７４、第２の増幅回路７６を設けたので、実施の形
態２と同様の効果が得られる。

【０１５５】《実施の形態７》図３１ は、本発明を適用した実施の形態７に係わる超音
波モータを示し、（ａ）は圧電振動体８０の斜視構造、
（ｂ）は駆動回路のブロック図を示す。この超音波モー
タの圧電振動体８０は、図３１（ａ）に示すように、円
盤状の駆動用圧電素子８１と、駆動用圧電素子８１に接
合した円盤状の検出用圧電素子８２と、駆動用圧電素子
８１に検出用圧電素子８２の反対側で接合した円柱状の
第１の弾性体８３と、検出用圧電素子８２に接合した円
柱状の第２の弾性体８４からなる。

【０１５６】ここで、駆動用圧電素子８１は、円盤体を
周方向へ４等分し、本発明の駆動用分極部としての第１
の分極部８１ａ、第２の分極部８１ｂ、第３の分極部８
１ｃ、第４の分極部８１ｄを設ける。第１の分極部８１
ａ、第３の分極部８１ｃは、厚み方向に第１の弾性体８
３側を正、検出用圧電素子８２側を負とした分極処理さ
れ、第１の弾性体８３側の面に第１の駆動電極８５ａ、
第３の駆動電極８５ｃを形成し、検出用圧電素子８２側
の面に対極を設けている。

【０１５７】第２の分極部８１ｂ、第４の分極部８１ｄ
は、厚み方向に第１の弾性体８３側を負、検出用圧電素
子８２側を正として分極処理され、第１の弾性体８３側
の面に第２の駆動電極８５ｂ、第４の駆動電極８５ｄを
形成し、検出用圧電素子８２側の面に対極を設けてい
る。

【０１５８】検出用圧電素子８２は、駆動用圧電素子８
１と同様に分極処理された本発明の検出用分極部として
の第１の検出用分極部８２ａ、第２の検出用分極部８２
ｂと、第３の分極部８２ｃ、第４の分極部８２ｄとを設
けている。また、第１の検出用分極部８２ａに対応して
駆動用圧電素子８１側の面に第１の検出用電極８６ａを
形成し、第２の検出用分極部８２ｂに対応して第２の検
出用電極８６ｂを形成し、第２の弾性体８４側の面に対
極を形成している。

【０１５９】このように、第１の分極部８１ａ、第２の
分極部８１ｂに重ねて第１の検出用分極部８２ａ、第２
の検出用分極部８２ｂを設けることにより、第１の検出
用分極部８２ａ、第２の検出用分極部８２ｂは、第１の
分極部８１ａ、第２の分極部８１ｂの縦振動にともなっ
て、縦振動方向に第１の分極部８１ａ、第２の分極部８
１ｂと同じように均一に歪むことになる。また、第１の
分極部８１ａ、第２の分極部８１ｂの励振面積を減少さ
せずに、検出用分極部８２ａ，８２ｂの面積を広く確保
できる。

【０１６０】駆動回路は、第１の検出用電極８６ａ、第
２の検出用電極８６ｂに入力端を接続し、第１の駆動電
極８５ａ、第２の駆動電極８５ｂに出力端を接続した増
幅回路８７と、増幅回路８７の出力端の一方に一端を接
続したバッファ回路８８と、バッファ回路８８の他端に
一端を接続した移相回路８９と、移相回路８９の他端に
一端を接続し、他端を第３の駆動電極８５ｃ、第４の駆
動電極８５ｄに接続した第２の増幅回路９１からなる。

【０１６１】次に、この超音波モータの動作について説
明する。第１の検出用分極部８２ａ、第２の検出用分極
部８２ｂは、第１の分極部８１ａ、第２の分極部８１ｂ
の縦振動にともなって、縦振動方向に第１の分極部８１
ａ、第２の分極部８１ｂと同じように均一に歪む。第１
の検出用電極８６ａ、第２の検出用電極８６ｂは、第１
の検出用分極部８２ａ、第２の検出用分極部８２ｂの歪
みに伴い生成された駆動周波数を主成分とする駆動信号
を検出する。

【０１６２】この駆動信号は、増幅回路８７により増幅
されて第１の駆動電極８５ａ、第２の駆動電極８５ｂ、
バッファ回路８８に入力される。バッファ回路８８に入
力された信号は、移相回路８９により例えば、位相を９
０゜ずらされて第２の増幅回路９１に入力され、第２の
増幅回路９１により増幅されて第３の駆動電極８５ｃ、
第４の駆動電極８５ｄに入力される。

【０１６３】このとき、駆動用圧電素子８１の第１の分
極部８１ａと第２の分極部８１ｂは、互いに１８０゜異
なる位相で厚み方向へ縦振動し、圧電振動体８０は、全
体として第１の屈曲振動波を生じる。一方、第３の分極
部８１ｃ、第４の分極部８１ｄは、互いに１８０゜異な
る位相で厚み方向へ縦振動するとともに、第１の分極部
８１ａ、第２の分極部８１ｂの振動に対して位相９０゜
ずれて振動する。圧電振動体８０は、全体で第１の屈曲
振動波に対して直交し且つ９０゜位相の異なる第２の屈
曲振動波を生じる。

【０１６４】さらに、この第１の屈曲振動波と第２の屈
曲振動波とを合成すると、圧電振動体８０上端面の最大
変位点は、周方向へ回転するとももに楕円振動して、ロ
ータに摩擦力を加え、ロータを回転させる。

【０１６５】以上より、本実施の形態によれば、第１の
検出用分極部８２ａ、第２の検出用分極部８２ｂは、第
１の分極部８１ａ、第２の分極部８１ｂの縦振動にとも
なって、縦振動方向に第１の分極部８１ａ、第２の分極
部８１ｂと同じように均一に歪むようにし、駆動周波数
ｆ0を主成分とする駆動信号を検出するようにしたの
で、スプリアス振動を抑制し、自励発振を安定化させ
る。また、駆動用圧電素子の８１の駆動面積を減少させ
ず、検出用電極８６ａ，８６ｂの面積を広く確保するよ
うにしたので、駆動力は維持される。尚、電極、分極部
の構造については本実施例に限るものではなく、例えば
径方向に２等分した分極部を有し、厚み方向に分極処理
された素子を分割面が９０度ずれる様に重ねて構成して
も構わない。

【０１６６】《実施の形態８》図３２は本発明に係わる
超音波モータを電子機器に適用した実施の形態８のブロ
ック図を示す。本電子機器は、上述の圧電振動体９５
と、圧電振動体９５により移動される移動体９６と、移
動体９６と圧電振動体９５に押圧力を加える加圧機構９
７と、移動体９６と連動して可動する伝達機構９８と、
伝達機構９８の動作に基づいて運動する出力機構９９を
備えることにより実現する。

【０１６７】ここで、伝達機構９８には、例えば、歯
車、摩擦車等の伝達車を用いる。出力機構９９には、例
えば、カメラにおいてはシャッタ駆動機構、レンズ駆動
機構を、電子時計においては指針駆動機構、カレンダ駆
動機構を、工作機械においては刃具送り機構、加工部材
送り機構等を用いる。本実施の形態に係わる超音波モー
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
置などにおいて実現される。

【０１６８】また、移動体９６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、超音波モータ自体で駆動機構が実現され
る。

【０１６９】

【発明の効果】以上より、本発明によれば、検出用分極
部は、励振される振動の歪みが最大となる部分を含む位
置に設けられ、目的の振動成分の信号のみを効率よく検
出できる様になっている。例えば、屈曲振動波の腹を中
心としているので大きな駆動周波数の信号を検出し、ま
た、中心に対して対称に歪むので、不要周波数成分に対
して駆動周波数成分を大きく検出する。即ち、大きな駆
動周波数の信号と小さな不要周波数成分の信号とからな
る駆動信号を検出するようにしたので、スプリアス振動
は抑制され、圧電振動体の自励発振は安定化される。

【０１７０】また、駆動用分極部の励振面積を減少させ
ずに検出用分極部の検出面積を十分に確保するようにし
たので、駆動力を維持するとともに大きな駆動信号の取
り出すことができる。

【０１７１】また、増幅された信号を減少させて移相回
路へ出力する一方、自励発振ループ内の信号量を保つよ
うにしたので、移相回路の負荷を減少させるとともに自
励発振ループのゲインを維持し、複数の入力信号で駆動
される超音波モータの安定な自励発振駆動を可能とす
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１に係わる超音波モータの
斜視図である。

【図２】図１に係わる超音波モータの分解斜視図であ
る。

【図３】図１に係わる超音波モータの電極パターンの平
面構造、突起の配置、突起の動作を示す図である。

【図４】図１に係わる超音波モータの検出用分極部の配
置を示す図であり、（ａ）は第１の検出分極部の一部に
配設した場合、（ｂ）は第１の分極部に対応させて別個
に設けた場合を示す。

【図５】図１に係わる超音波モータの検出用分極部によ
り検出される駆動信号の周波数成分を示す。

【図６】図１に係わる超音波モータの駆動回路のブロッ
ク図を示す。

【図７】図１に係わる超音波モータの駆動回路を示す図
である。

【図８】圧電振動体の振動モードの例及び検出用分極部
の配置の例を示す図である。

【図９】本発明の実施の形態２に係わる超音波モータの
要部の斜視図である。

【図１０】図９に係わる超音波モータの駆動回路のブロ
ック図である。

【図１１】本発明の実施の形態３に係わる超音波モータ
の要部を示す図である。

【図１２】図１１に係わる超音波モータの駆動回路のブ
ロック図である。

【図１３】図１１に係わる振動体の振動に対する検出用
分極部、検出用電極の位置関係を示す図である。

【図１４】図１１に係わる第１の変形の態様の駆動回路
のブロック図を示す。

【図１５】図１４に係わる圧電振動体の振動に対する検
出用分極部、検出用電極の位置関係を示す図である。

【図１６】図１１に係わる第２の変形の態様の駆動回路
のブロック図を示す。

【図１７】本発明の実施の形態４に係わる超音波モータ
の平面構造を示す図である。

【図１８】図１７に係わる積層した各圧電振動体と駆動
回路を示す図である。

【図１９】図１７に係わる第１の変形の態様の各圧電振
動体と駆動回路を示す図である。

【図２０】図１７に係わる第２の変形の態様の各圧電振
動体と駆動回路を示す図である。

【図２１】図１７に係わる第３の変形の態様の各圧電振
動体と駆動回路を示す図である。

【図２２】図１７に係わる第４の変形の態様の各圧電振
動体と駆動回路を示す図である。

【図２３】図１７に係わる第５の変形の態様の各圧電振
動体と駆動回路を示す図である。

【図２４】図１７に係わる第６の変形の態様の各圧電振
動体と駆動回路を示す図である。

【図２５】図１７に係わる第７の変形の態様の各圧電振
動体と駆動回路を示す図である。

【図２６】本発明の実施の形態５に係わる超音波モータ
の側面構造を示す図である。

【図２７】図２６に係わる超音波モータの各圧電素子の
構造、駆動回路のブロック図を示す。

【図２８】図２６に係わる超音波モータの動作と各圧電
素子の振動変位の関係を示す図である。

【図２９】本発明を適用した実施の形態６に係わる超音
波モータを示し、（ａ）は圧電振動体の斜視構造、駆動
回路のブロック図を示し、（ｂ）は圧電振動体の平面構
造を示す。

【図３０】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）は図２９に
係わる超音波モータの圧電振動体の動作を説明する図で
ある。

【図３１】本発明を適用した実施の形態７に係わる超音
波モータを示し、（ａ）は圧電振動体の斜視構造、
（ｂ）は駆動回路のブロック図を示す。

【図３２】本発明に係わる超音波モータの実施の形態８
に係わる超音波モータ付き電子機器を示す図である。

【図３３】第１の従来例に係わる超音波モータ、その自
励発振回路を示す図である。

【図３４】第２の従来例に係わる超音波モータ、その自
励発振回路を示す図である。

【符号の説明】

５，１６，２５ 圧電振動体 ６，１７，２６ 弾性体 ７，１８，２７ 圧電素子 ７ａ，１８ａ，２７ａ 第１の分極部（第１の駆動
用分極部） ７ｂ，１８ｂ，２７ｂ 第２の分極部（第２の駆動
用分極部） ７ｃ，１０，１８ｃ，２７ｅ，２７ｆ 検出用分極
部 ２７ｇ 第１の検出用分極部 ２７ｈ 第２の検出用分極部 １３，２２，３０ 増幅回路 ２３，３２ 移相回路 ３１ バッファ回路 ３３ 第２の増幅回路 ３５ 圧電振動体 ３７ａ 分極部（第１の駆動用分極部） ３８ａ 第１の分極部（第２の駆動用分極部） ３８ｂ 第２の分極部（第２の駆動用分極部） ３７ｂ，３７ｃ，３８ｅ，４８ａ 検出用分極部 ３８ｆ，４９ａ 第１の検出用分極部（検出用分極
部） ３８ｇ，４９ｂ 第２の検出用分極部（検出用分極
部） ３９ 増幅回路 ４５ バッファ回路 ４６ 移相回路 ４７ 第２の増幅回路 ５５ 圧電振動体 ５６ａ 分極部 ５６ｂ 検出用分極部 ６４ 増幅回路 ６５ バッファ回路 ６６ 移相回路 ６７ 第２の増幅回路 ７０ 圧電振動体 ７０ａ 第１の分極部（第１の駆動用分極部） ７０ｂ 第２の分極部（第１の駆動用分極部） ７０ｃ 第３の分極部（第２の駆動用分極部） ７０ｄ 第４の分極部（第２の駆動用分極部） ７０ｅ 検出用分極部 ７３ 増幅回路 ７４ バッファ回路 ７５ 移相回路 ７６ 第２の増幅回路 ８０ 圧電振動体 ８１ａ 第１の分極部（駆動用分極部） ８１ｂ 第２の分極部（駆動用分極部） ８２ａ 第１の検出用分極部（検出用分極部） ８２ｂ 第２の検出用分極部（検出用分極部） ８７ 増幅回路 ８８ バッファ回路 ８９ 移相回路 ９１ 第２の増幅回路 ＳＷ１ 第１の切り換え回路 ＳＷ２ 第２の切り換え回路 ＳＷ３ 第３の切り換え回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−116981（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−276769（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−95783（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−336763（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−241089（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−163163（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−227090（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H02N 2/00

Claims (21)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 駆動用分極部と検出用分極部を有する圧
   電振動体を備え、前記検出用分極部で検出した出力信号
   を増幅し、これを前記駆動用分極部に帰還させることで
   前記圧電駆動体を自励発振させて駆動力を得る超音波モ
   ータにおいて、 前記圧電振動体に励振される少なくとも一つの振動モー
   ドの中で、歪みが最大となる部分を含む位置に、前記検
   出用分極部を設けたことを特徴とする超音波モータ。
2. 【請求項２】 屈曲振動波を生じさせる駆動用分極部と
   検出用分極部を有する圧電振動体を備え、前記検出用分
   極部で検出した出力信号を増幅し、これを前記駆動用分
   極部に帰還させることで前記圧電振動体を自励発振させ
   て駆動力を得る超音波モータにおいて、 前記圧電振動体に対して屈曲振動波の腹を中心として対
   称に、前記検出用分極部を設けたことを特徴とする超音
   波モータ。
3. 【請求項３】 第１の屈曲振動波を生じさせる第１の駆
   動用分極部と、この第１の屈曲振動波に対して位相のず
   れた第２の屈曲振動波を生じさせる第２の駆動用分極部
   とを有する圧電振動体を備え、前記検出用分極部で検出
   した出力信号を増幅し、これを前記駆動分極部に帰還さ
   せることで前記圧電振動体を自励発振させて駆動力を得
   る超音波モータにおいて、 前記圧電振動体に対して前記第１の屈曲振動波の腹を中
   心として対称に設けられた第１の検出用分極部と、前記
   第２の屈曲振動波の腹を中心として対称に設けられた第
   ２の検出用分極部を有することを特徴とする超音波モー
   タ。
4. 【請求項４】 駆動用分極部と複数の検出用分極部を有
   する圧電振動体を備え、前記検出用分極部で検出した出
   力信号を増幅し、これを前記駆動分極部に帰還させるこ
   とで前記圧電振動体を自励発振させて移動体を駆動する
   超音波モータにおいて、 前記移動体の移動方向の切り換えの際には、使用する検
   出用分極部を切り換えることを特徴とする超音波モー
   タ。
5. 【請求項５】 第１の振動波を生じさせる第１の駆動用
   分極部と、この第１の振動波に対して位相のずれた第２
   の振動波を生じさせる第２の駆動用分極部とを有する圧
   電振動体を備え、前記検出用分極部で検出した出力信号
   を増幅し、これを前記駆動分極部に帰還させることで前
   記圧電振動体を自励発振させて駆動力を得る超音波モー
   タにおいて、前記 第１の駆動用分極部の励振に基づいて駆動信号を検
   出する第１の検出用分極部と、前記 第２の駆動用分極部の励振に基づいて駆動信号を検
   出する第２の検出用分極部と、 前記第１の駆動用分極部又は前記第２の駆動用分極部の
   一方に切り換える第１の切り換え回路と、 前記第１の切り換え回路により切り換えられた一方の検
   出用分極により検出された駆動信号を増幅する増幅回路
   と、 前記増幅回路により増幅された駆動信号の位相をずらす
   移相回路と、 前記一方の検出用分極部により駆動信号を検出された駆
   動用分極部に、前記増幅回路により増幅された駆動信号
   を帰還させる第２の切り換え回路と、 前記移相回路により位相をずらされた駆動信号を他方の
   駆動用分極部に入力させる第３の切り換え回路と、を備
   え、 互いに位相のずれた前記第１の振動波と前記第２の振動
   波とにより前記圧電振動体に楕円振動を生じさせるとと
   もに、前記第１の切り換え回路、第２の切り換え回路、
   第３の切り換え回路の切り換えにより楕円振動の回転方
   向を逆転させることを特徴とする超音波モータ。
6. 【請求項６】 伸縮振動波を生じさせる第１の駆動用分
   極部と屈曲振動波を生じさせる第２の駆動用分極部とを
   有する圧電振動体を備え、前記検出用分極部で検出した
   出力信号を増幅し、これを前記駆動分極部に帰還させる
   ことで前記圧電振動体を自励発振させて駆動力を得る超
   音波モータにおいて、 前記圧電振動体に対して前記屈曲振動波の腹を中心とし
   て対称に、前記第２の駆動用分極部の励振に基づいて駆
   動信号検出する検出用分極部を設けたことを特徴とする
   超音波モータ。
7. 【請求項７】 前記検出用分極部は、前記屈曲振動波の
   腹に代えて、前記伸縮振動波の節を中心として対称に設
   けられ、前記第１の駆動用分極部の励振に基づいて駆動
   信号を検出することを特徴とする請求項６記載の超音波
   モータ。
8. 【請求項８】 前記検出用分極部により検出した駆動信
   号を増幅する増幅回路を備え、前記検出用分極部により
   駆動信号を検出された一方の駆動用分極部に、前記増幅
   回路により増幅した駆動信号を帰還するとともに、他方
   の駆動用分極部に前記増幅した駆動信号を入力したこと
   を特徴とする請求項６又は請求項７記載の超音波モー
   タ。
9. 【請求項９】 前記増幅回路と前記他方の駆動用分極部
   との間に、前記増幅回路により増幅した駆動信号の位相
   をずらす移相回路を備えたことを特徴とする請求項８記
   載の超音波モータ。
10. 【請求項１０】 前記圧電振動体は、円柱状であるとと
    もに、前記第１の屈曲振動波と第２の屈曲振動波とによ
    り円柱端面の最大変位点を移動させることを特徴とする
    請求項３記載の超音波モータ。
11. 【請求項１１】 縦振動が励振される駆動用分極部を有
    する圧電振動体を備え、前記検出用分極部で検出した出
    力信号を増幅し、これを前記駆動分極部に帰還させるこ
    とで前記圧電振動体を自励発振させて駆動力を得る超音
    波モータにおいて、前記縦振動の節部近傍に設けられた 前記駆動用分極部の
    一部に、前記駆動用分極部の励振に基づいて駆動信号を
    検出する検出用分極部を設けたことを特徴とする超音波
    モータ。
12. 【請求項１２】 ねじり振動が励振される駆動用分極部
    を有する圧電振動体を備え、前記検出用分極部で検出し
    た出力信号を増幅し、これを前記駆動分極部に帰還させ
    ることで前記圧電振動体を自励発振させて駆動力を得る
    超音波モータにおいて、 前記ねじり振動の節部近傍に
    設けられた前記駆動用分極部の一部に、前記駆動用分極
    部の励振に基づいて駆動信号を検出する検出用分極部を
    設けたことを特徴とする超音波モータ。
13. 【請求項１３】 前記検出用分極部は、前記駆動用分極
    部の一部に代えて、 前記駆動用分極部の縦振動方向に別個に設けたことを特
    徴する請求項１１記載の超音波モータ。
14. 【請求項１４】 前記検出用分極部は、前記駆動用分極
    部の一部に代えて、 前記駆動用分極部の厚み方向に別個に設けたことを特徴
    する請求項１２記載の超音波モータ。
15. 【請求項１５】 前記検出用分極部は、前記駆動信号を
    検出した駆動用分極部の一部に設けたことを特徴とする
    請求項１から請求項９の何れかに記載の超音波モータ。
16. 【請求項１６】 前記検出用分極部は、前記駆動信号を
    検出した駆動用分極部と別個に設けたことを特徴とする
    請求項１から請求項９の何れかに記載の超音波モータ。
17. 【請求項１７】 前記検出用分極部と前記駆動用分極部
    は一体的に積層して形成されていることを特徴とする請
    求項１６記載の超音波モータ。
18. 【請求項１８】 前記検出用分極部は、駆動に用いない
    駆動用分極部を用いることを特徴とする請求項１から請
    求項９の何れかに記載の超音波モータ。
19. 【請求項１９】 前記増幅回路と前記移相回路との間
    に、入力インピーダンスが高く、出力インピーダンスが
    低いバッファ回路を備えたことを特徴とする請求項３、
    請求項４、または請求項９の何れかに記載の超音波モー
    タ。
20. 【請求項２０】 前記移相回路と前記他方の駆動用分極
    部との間に、前記移相回路により位相をずらされた駆動
    信号を増幅させる第２の増幅回路を備えたことを特徴と
    する請求項１９記載の超音波モータ。
21. 【請求項２１】 請求項１から請求項２０の何れかに記
    載の超音波モータを用いたことを特徴とする超音波モー
    タ付き電子機器。