JP3358267B2 - 超音波モータおよび超音波モータの制御法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、圧電体により励振した
弾性振動を駆動力とする超音波モータの構成および超音
波モータの制御法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、圧電セラミック等の圧電体により
構成した振動体に弾性振動を励振し、これを駆動力とす
る超音波モータが注目されている。

【０００３】以下に、図面を参照しながら従来の超音波
モータについて説明を行う。図１８は円板型超音波モー
タの概略の構成を示す切り欠き斜視図であり、弾性基板
１の主面の一方に、圧電体２を貼り合わせて振動体３を
構成している。また、弾性基板１の他方の主面には、突
起体１ａが設置されている。弾性体、耐摩耗性の摩擦材
を互いに貼り合わせて移動体４を構成している。移動体
４は振動体３に加圧接触している。圧電体２に電界を印
加し振動体３の周方向に位相の９０゜異なる２つの定在
波をたてることにより、曲げ振動の進行波が励振され、
移動体４が摩擦力により駆動される。

【０００４】図１９は前記円板型超音波モータにおける
圧電体２の電極構造の一例を示しており、径方向に１次
・周方向に３次の曲げ振動を励振するように構成してい
る。

【０００５】図１９（ａ）は円板型超音波モータの圧電
体２の第１面の平面図であり、図１９（ｂ）は図１９
（ａ）に示した圧電体２の第２面の平面図である。

【０００６】図１９（ｂ）において、圧電体２の第２面
には、互いに位置的に定在波の４分の１波長相当の位相
差をもつ電極ＤＤ、ＥＥと、進行波の２分の１波長相当
の電極ＦＦが構成されている。

【０００７】図１９（ａ）において、圧電体２の第１面
には、互いに位置的に前記進行波の４分の１波長相当の
位相差をもつ電極群ＡＡ、ＢＢと２分の１波長相当の電
極ＣＣが構成されている。

【０００８】電極群ＡＡは前記進行波の２分の１波長相
当の小電極部ａａ1、ａａ2と、４分の１波長相当の小電
極部ａａ3から成る。同様に、電極群ＢＢは前記進行波
の２分の１波長相当の小電極部ｂｂ1、ｂｂ2と、４分の
１波長相当の小電極部ｂｂ3から成る。これらの電極
は、圧電体２を分極するのに用いられ、図に＋−で示し
たように互いに厚み方向に反対向きに分極される。

【０００９】第１面の電極群ＡＡ、ＢＢ、及び電極ＣＣ
はそれぞれ第２面の電極ＤＤ、ＥＥ、ＦＦに対応して構
成されている。即ち、図１９（ａ）を裏返して図１９
（ｂ）に重ね合わした場合、電極群ＡＡは電極ＤＤに、
電極群ＢＢは電極ＥＥに、電極ＣＣは電極ＦＦにそれぞ
れ対向している。

【００１０】圧電体２は、第１面を弾性基板１に接着す
ることにより振動体３を構成する。圧電体２の弾性基板
１との接着面は、同図に示された面と反対の面の第１面
であり、電極はベタ電極である。使用時には、同図に斜
線で示したように、電極群ＡＡ、ＢＢのそれぞれを短絡
して用いられる。

【００１１】この電極群ＡＡ、ＢＢの領域に、電極Ｄ
Ｄ、ＥＥから式１で表される電圧Ｖ1及び式２で表され
る電圧Ｖ2をそれぞれ印加すれば、 Ｖ1 ＝ Ｖ0 sin(ωｔ) ・・・ （式１） Ｖ2 ＝ Ｖ0 cos(ωｔ) ・・・ （式２） 振動体３には式３で表される、円周方向に進行する２つ
の定在波から曲げ振動の進行波が励振される。ただし、
Ｖ0は電圧の瞬時値、ωは角周波数、ｔは時間を示す。

【００１２】 ξ ＝ ξ0 (cos(ωｔ) cos(ｋｘ) ＋ sin(ωｔ) sin(ｋｘ)) ＝ ξ0 cos(ωｔ − ｋｘ) ・・・ （式３ ） ただし、ξは曲げ振動の振幅値、ξ0は曲げ振動の振幅
の瞬時値、ｋは波数、λは波長、ｘは位置を示す。

【００１３】図２０は圧電体２の断面図と、図１８に示
した電極構造で、圧電体２の駆動電極により励振される
定在波を示しており、電極ＤＤ、ＥＥに、それぞれ時間
的に９０度位相が異なる電気信号を印加すると、電極Ｄ
Ｄにより定在波τが励振され、電極ＥＥにより定在波υ
1（実線）が励振される。

【００１４】また、定在波υ2（破線）は、電極ＤＤに
印加した電気信号に対して時間的に−９０度位相が異な
る電気信号を電極ＥＥに印加した場合に励振され、移動
体４は反対方向に回転する。

【００１５】図２１は振動体３の表面のＡ点が進行波を
励振することによって、長軸２ｗ、短軸２ｕの楕円運動
をし、振動体３上に加圧して設置された移動体４が、楕
円の頂点Ｐ近傍で接触することにより、摩擦力により波
の進行方向とは逆方向に式４で表される速度ｖで運動す
る様子を示している。

【００１６】ｖ ＝ ω × ｕ ・・・ （式４） 超音波モータの回転速度を制御するには、回転速度を検
出し、駆動信号を制御する。回転速度を検出するには、
エンコーダなどの検出器を設置する方法の他に、振動体
に励振する振動を検出する方法がある。振動体に励振す
る振動の振幅は回転速度と関係するため、振動体の振動
を検出することによって駆動信号を制御し回転速度を制
御することができる。

【００１７】圧電体に振動検出用の電極を設けると、こ
の圧電体上の振動検出用の電極には、圧電体に励振した
振動の振幅にほぼ比例した電荷を発生するので、振動検
出電極内での振動により誘起される電荷を検出すれば、
振動体に励振される振動の振幅を検出することができ
る。図１９では電極ＦＦを振動検出用電極として用い
る。電極ＦＦは図２０の定在波υ1の第２波目の２分の
１波長の位置を中心とする２分の１波長相当に設置され
ている。

【００１８】振動検出を利用した超音波モータの回転速
度制御のブロック図を図２２に示す。圧電体上の振動検
出電極からの出力信号の振幅を振幅検出回路で検出しす
ることにより振動体における振動の大きさの指標を得
て、これを制御回路におくり、所望な回転速度を得られ
るように駆動波形を発生するよう駆動回路を調整する。

【００１９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図１９
に示した電極構成を有する圧電体では、図２０に示した
ように、電極ＤＤにより励振される定在波ν1、ν2は、
共に電極ＦＦの中心部に振動の腹部をもっているので、
圧電体に励振される弾性進行波のうち、定在波ν1、あ
るいは定在波ν2の成分は電極ＦＦにより検出すること
ができる。

【００２０】ところが、電極ＥＥにより励振される定在
波τは、電極ＦＦの中心部に振動の節部をもち、電極Ｆ
Ｆの両端での振幅は、同振幅で異なった方向であるた
め、定在波τにより誘起される電荷の成分は打ち消し合
い、圧電体に励振される弾性進行波のうち、定在波τの
成分は電極ＦＦにより検出することができない。

【００２１】そのため、電極ＤＤ、ＥＥ間で異なる負荷
変動が起こると、電極ＦＦからの振動検出信号は、電極
ＤＤ側の変化に対しては対応できるが、電極ＥＥ側の変
化に対しては対応することができないこの負荷変動の影
響について、さらに一般的に述べる。

【００２２】振動体を励振する弾性進行波には種々の原
因によって、式５に示すような時間に対する偏りδｔ、
位置に対する偏りδｘや振幅に対する偏りｍが発生し定
在波成分が残る場合が多い。

【００２３】 ξ ＝ ξ0 cos(ωｔ) cos(ｋｘ) ＋ ｍξ0sin(ωｔ＋δｔ) sin(ｋｘ＋δｘ) ・・・ （式５） 時間に対する偏りは圧電体のインピーダンスなどの違い
によることが多く、位置に対する偏りは電極パターンの
ずれなどに起因することが多い。振幅に対する偏りは圧
電体の組成のばらつきや駆動回路のばらつきなどに起因
する。

【００２４】また、振動検出用電極と駆動電極は、定在
波を起こすために分極をするための電極と圧電体の反対
面に設けられるため、電極を圧電体上に形成する際、特
に位置を正確に合わせにくく、ずれが発生しやすいとい
う問題がある。振動検出用電極が所定の位置からずれる
と、振動体に起こった定在波に対する位置関係がばらつ
く。

【００２５】このような定在波成分の残留と振動検出用
電極の位置ずれが起こった場合、回転方向が変わっても
弾性進行波による振動体の頂点の楕円振動の速度が同じ
で、回転速度が同じであるとしても、図２３に示すよう
に超音波モータの回転方向に依存して振動検出用電極か
らの出力が変わってしまう。図２３の場合、反時計方向
に回転する時の方が振動検出用電極からの出力の振幅が
小さくなった。

【００２６】図２４は時間に対する偏りδｔがある場合
における振幅検出回路からの出力の反時計方向の場合と
時計方向の場合の比と振動検出電極の位置ずれ量の関係
である。振動検出電極の位置ずれが大きくなると、回転
方向による振幅の違いが際だってくる。同じ振幅で−９
０度位相の異なる駆動信号を入力して回転方向を変えた
場合、振動検出用電極からの出力振幅が大きく変わる。

【００２７】このような振動検出用電極からの出力を有
する構造の超音波モータにおける回転速度と振動検出用
電極からの出力の振幅の関係を図２５に示す。回転速度
と振幅は比例関係にあるが、回転方向により異なる。こ
の図では、同じ回転速度においても時計回りでは振幅が
逆方向に回転するより小さくなる。

【００２８】これは、すでに述べたように定在波と振動
検出用電極の位置ずれや加圧の不均一性などにともなう
偏りに起因するものである。

【００２９】このため、同じ構成の超音波モータでは反
時計方向の方が大きくなる場合もあり、回転速度と振幅
の関係は１対１に対応しない。

【００３０】したがって、振動検出用電極からの出力の
振幅を指標として回転速度を制御することができないと
いう課題を有していた。

【００３１】これを避けるためには、振動検出用電極の
位置を定在波に対して、精密に位置ぎめしなければなら
ないという課題を有していた。

【００３２】また、圧電体上の２つの駆動電極に駆動信
号を印加し、圧電体の厚み方向に電界を発生させるため
には共通電位が必要である。一般には、共通電位として
接地電位を用い、金属を用いることが多い弾性基板上に
リード線等を接続し、共通電位とする。

【００３３】圧電体上の駆動電極や振動検出用電極と外
部回路との接続にはリード線としてフレキシブルリード
パターンなどが用いられる。接続を容易にするために、
圧電体上に弾性基板と電気的に接続される共通電極を設
け、この共通電極からフレキシブルリードパターンによ
り共通電位として取り出されることが多い。

【００３４】圧電体の共通電極とリード線等との接続
は、圧電体を接着している弾性基板、もしくは圧電体の
駆動電極の同円周上の一部分を共通電極として行われて
いる。

【００３５】振動体の弾性基板でリード線との接続を行
った場合、振動体の外周部で接続を行うと、外周が自由
端となるような振動モードで振動体を励振した時、リー
ド線等や接続部分の質量が負荷として振動を妨げ、駆動
効率が低下し、その上、弾性基板とリード線等の接続を
加熱を伴うような方法で行うと、振動体全体が加熱の影
響を受け、圧電体の分極状態に影響を及ぼすという課題
を有していた。

【００３６】本発明は上記課題を解決し、負荷の片寄っ
た変動が発生したり、定在波成分が残留し、振動検出電
極の位置ずれが起こった場合にも、回転方向による振動
検出電極からの出力差を小さくし、モータの回転速度が
安定に制御でき、かつ振動体の振動を妨げず、振動特性
の劣化の少ない効率の高い超音波モータおよび超音波モ
ータの制御法を提供することを目的とするものである。

【００３７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明の超音波モータは、圧電体と弾性体からなる振
動体と、前記振動体上に加圧手段を介して加圧接触する
移動体と、前記振動体に時間的、位置的に位相の異なる
２つの定在波を発生させて弾性進行波を励振させる駆動
信号を発生する駆動回路と、前記圧電体上に設けられた
前記駆動信号を入力する駆動電極および前記振動体の振
動を検出する複数個の振動検出電極と、前記各振動検出
電極から出力された振動の最大振幅を検出して最大振幅
を示す出力信号に変換する振幅検出回路と、前記最大振
幅を示す複数の出力信号を加算する加算回路と、前記加
算回路から出力された加算値を用いて前記移動体の回転
制御を行う制御回路とを有することを特徴とするもので
ある。

【００３８】また、本発明の超音波モータの制御法は、
圧電体を交流電圧で駆動して、前記圧電体と弾性体とか
ら構成される振動体に位相の異なる２つの定在波を発生
させて弾性進行波を励振することにより、前記振動体に
加圧接触して設置させた移動体を移動させる超音波モー
タの制御方法において、前記振動体の振動を検出する複
数の振動検出電極を前記圧電体上に設け、前記各振動検
出電極から出力された振動の最大振幅値を振幅検出回路
を用いて検出し、前記振幅検出回路から出力された複数
の最大振幅値を加算回路を用いて加算し、前記加算回路
から出力された加算値を回転速度の指標に用いて超音波
モータの回転を制御することを特徴とするものである。

【００３９】

【００４０】

【作用】圧電体に設けた複数の振動検出電極からの出力
の振幅の値を加算した結果を駆動信号の制御に用いるこ
とにより、振動体を励振する弾性進行波に定在波成分が
残留し、振動検出電極の定在波に対する位置ずれが起こ
った場合においても、回転方向により加算した値は大き
く変わらなくできる。この加算値を用いることにより、
超音波モータの回転速度制御を行うことができる。

【００４１】また、振動検出電極を選択することによ
り、駆動電極間の負荷変動に影響されることなく安定な
速度制御を行うことができる。

【００４２】また、振動の最も小さい内周部に共通電極
を設けることにより、リード線の接続が振動を阻害する
ことを最小限にとどめることができ、高い駆動効率を得
ることができる。

【００４３】

【実施例】（実施例１）以下本発明の一実施例につい
て、図面を参照しながら説明する。

【００４４】図１は本発明の−実施例の超音波モータの
全体の構成図である。断面図で示した超音波モータの本
体は、弾性基板１の主面の一方に、圧電体２を貼り合わ
せて振動体３を構成している。また、弾性基板１の他方
の主面には、突起体１ａが設置されている。移動体４は
弾性体、耐摩耗性の摩擦材で構成されている。

【００４５】移動体４は、加圧バネ５を加圧手段として
振動体３に加圧接触している。回路系６は駆動回路、制
御回路、振幅検出回路、加算回路などで構成されてお
り、圧電体２の電極と接続されている。また、弾性基板
を基準電位として用い、電気的に外部回路に接続されて
いる。圧電体２は回路系から電界を印加し振動体３の周
方向に位相の９０゜異なる２つの定在波をたてることに
より、曲げ振動の進行波が励振され、移動体４が摩擦力
により駆動される。

【００４６】図２（ａ）は図１に示した円板型超音波モ
ータの圧電体２の第１面の平面図で、図２（ｂ）は図２
（ａ）に示した圧電体の第２面の平面図であり、円板形
振動体に径方向１次・周方向３次の撓み振動を励振す
る。

【００４７】図３は圧電体２の断面図と、圧電体２の駆
動電極により励振される定在波を示している。図中、λ
は定在波の波長を示す。

【００４８】図２（ｂ）において、圧電体２の第２面に
は、互いに位置的に前記進行波の４分の１波長相当の位
相差をもつ電極Ｄ、Ｅと、前記進行波の４分の１波長相
当の電極Ｆ1、Ｆ2が構成されている。

【００４９】図２（ａ）において、圧電体２の第１面に
は、互いに位置的に前記進行波の４分の１波長相当の位
相差をもつ電極群Ａ、Ｂと、４分の１波長相当の電極Ｃ
1、Ｃ2が構成されている。電極群Ａは前記進行波の２分
の１波長相当の小電極部ａ1、ａ2と、８分の１波長相当
の小電極部ａ3、ａ4から成る。同様に、電極群Ｂは前記
進行波の２分の１波長相当の小電極部ｂ1、ｂ2と、８分
の１波長相当の小電極部ｂ3、ｂ4から成る。

【００５０】第１面の電極群Ａ、Ｂ、及び電極Ｃ1、Ｃ2
は、それぞれ第２面の電極Ｄ、Ｅ、Ｆ1、Ｆ2に対応して
構成されている。即ち、図２（ａ）を裏返して図２
（ｂ）に重ね合わした場合、電極群Ａは電極Ｄに、電極
群Ｂは電極Ｅに、電極Ｃ1は電極Ｆ1に、電極Ｃ2は電極
Ｆ2それぞれ対向している。

【００５１】圧電体２を分極する時は、第２面を金属な
どの導電体の上に置くことにより共通電極として、第１
面の電極群Ａ、Ｂの小電極部と電極Ｃをもちいて圧電体
２を図２（ａ）に示した符号のように分極する。

【００５２】分極後の圧電体２は、第１面を弾性基板１
に接着することにより振動体３を構成する。

【００５３】尚、分極方向は、図２に示した方向だけに
限られたものではない。圧電体２の位置的に９０度位相
が異なる電極Ｄ、Ｅに、それぞれ時間的に９０度位相が
異なる電気信号を印加すると、振動体３には径方向１次
・周方向３次の撓み振動を励振することができる。

【００５４】従って、圧電体２で振動体の駆動に用いら
れている電極は、電極Ｄ、Ｅで、電極Ｆ1、Ｆ2だけが駆
動電極として用いていないので、前記進行波の２分の１
波長相当分だけが駆動に用いられないことになり、高い
駆動力を確保している。

【００５５】図３は、電極Ｄ、Ｅに、それぞれ時間的に
９０度位相が異なる電気信号を印加した場合に、振動体
３に励振される弾性進行波を構成する定在波を表してい
る。

【００５６】電極Ｄ、Ｅに、それぞれ時間的に９０度位
相が異なる電気信号を印加すると、電極Ｄにより定在波
αが励振され、電極Ｅにより定在波β1（実線）が励振
される。

【００５７】また、定在波β2（破線）は、電極Ｄに印
加した電気信号に対して時間的に−９０度位相が異なる
電気信号を電極Ｅに印加した場合に励振され、この場
合、定在波β1（実線）が励振された場合と反対方向に
移動体は回転する。

【００５８】電極Ｆ1、Ｆ2は振動検出用電極として用い
られる。図３に示したように電極Ｆ1は、定在波αの第
２波目の１／４波長の位置を中心とし、１／８波長から
３／８波長までの１／４波長相当分設けられており、電
極Ｆ2は第２波目の１／２波長の位置を中心とし、３／
８波長から５／８波長までの１／４波長相当分設けられ
ている。

【００５９】言い替えると、振動検出電極を２つの定在
波α、βの腹部を中心として１／４波長分の振動検出電
極が設置してあることになる。

【００６０】図４は、本実施例における回路系の振動検
出による回転速度制御のブロック図である。

【００６１】圧電体の第２面の電極Ｆ1、Ｆ2からは振動
体の振動により誘起された電荷による電気信号が取り出
される。この電極Ｆ1、Ｆ2から取り出される電気信号は
さきに示した図１９のように時間的に変化する交流信号
となる。この信号をそれぞれ回路系の中の振幅検出回路
に送り、この振幅検出回路で振動の振幅を検出する。

【００６２】振幅検出回路は、整流回路などで構成さ
れ、入力した信号のピーク−ピークに相当する値（入力
信号の最大振幅）を直流電圧として検出する。

【００６３】この２つの直流電圧を加算回路に送り、直
流電圧を足し合わせる。この加算した直流電圧を制御回
路に送り、制御の指標として、制御回路により、駆動回
路を制御し、駆動信号を所望の回転数を得られるように
周波数や電圧などのパラメータを変える。

【００６４】このようにして、移動体の回転速度を制御
する。振幅検出回路では、半波整流回路などを用いても
よく、振動検出電極からの出力信号の振幅の２分の１
（ピークとグランド）を直流電圧に変換し、振動の振幅
を示す値としてもよい。

【００６５】また、振動検出電極からの出力信号を一定
時間積分して、直流電圧に変換し、この電圧を足し合わ
せるなどしてもよい。

【００６６】また、振幅検出回路で検出した電圧をアナ
ログーデジタル変換しデジタル値としたのちに足し算を
して、その結果のデジタル値を用いて制御回路により駆
動信号を制御してもよく、制御をデジタルで行う場合な
どは制御指標として扱いやすい。なお、振動検出電極か
らの出力信号から振動体に発生している振動の大きさを
検出する方法としては上記に限るものではない。

【００６７】図５に図２に示した電極構造を有する圧電
体の電極Ｆ1、Ｆ2に出力した信号の反時計方向に回転す
る場合の振幅検出回路からの出力信号を加算回路により
加算加算した加算値と時計方向に回転する場合の加算値
の比と振動検出用電極Ｆ1、Ｆ2の定在波に対する位置ず
れ量の関係を示す。

【００６８】この場合、時間に対する偏りδｔは回転方
向によらず同じであった。図５に示すように、振動検出
電極の定在波に対する位置が大きくずれても加算値の方
向依存性はない。

【００６９】したがって、制御を行わず同じ振幅をも
ち、回転方向を変えるために位相関係を変えたのみの駆
動信号を入力し、向きのみの異なる同じ弾性進行波が振
動体に励振されており、残留定在波成分、電極の位置ず
れがある場合においても回転方向によって加算値は変わ
らず、回転速度の制御が回転方向に無関係に精度よく行
うことができる。

【００７０】図６（ａ）は、時間に対する偏りδｔが回
転方向によって異なる場合の電極Ｆ1、Ｆ2に出力した信
号の反時計方向に回転する場合の振幅検出回路からの出
力信号を加算回路により加算した加算値と時計方向に回
転する場合の加算値の比と振動検出用電極Ｆ1、Ｆ2の定
在波に対する位置ずれ量の関係である。この場合も、回
転方向、振動検出電極の位置ずれ量に無関係に加算値は
ほぼ一定であった。

【００７１】図６（ｂ）は、本実施例における電極構造
を有する圧電体を用いて構成した超音波モータの回転速
度と振動検出電極からの出力の加算値の関係を示す図で
ある。回転速度と加算値は回転方向に依存せず比例して
いる。

【００７２】したがって、加算値は回転速度と１対１に
対応しており、回転速度の指標として用いることができ
る。この加算値と回転速度の関係を図４の制御回路の中
の記憶領域ににあらかじめ記憶させておく。所望の回転
速度が制御回路に入力された時、この回転速度に対応す
る加算値を求める。この加算値と同じ値が得られるよう
に駆動信号を制御する。

【００７３】一般に超音波モータの回転速度を変える場
合には、駆動信号の周波数、電圧を変化させる。駆動信
号の周波数が振動体の共振周波数に近いほど振動体の振
動の振幅が大きくなり、回転速度が高くなる。また駆動
信号の電圧が高いほど振動体の振幅が大きくなり、回転
速度が高くなる。

【００７４】よって、振動検出電極からの出力の加算値
が所望の回転数に対応する加算値に一致するように、制
御回路により駆動信号の周波数または電圧を変化させ
る。加算値が一致した周波数、電圧の駆動信号を駆動用
電極に入力することによって、所望の回転速度を得るこ
とができる。以上の方法により精度良く超音波モータの
回転速度を制御することができる。

【００７５】なお、本実施例における図３に示した２つ
の定在波と振動検出電極の位置関係を持った他の電極構
造でも振動検出回路からの出力の加算値を用いて駆動信
号を制御すれば、回転方向に無関係に回転速度を精度良
く制御できる。

【００７６】以上のように本実施例によれば、弾性進行
波の残留定在波成分と振動検出電極の位置ずれに影響さ
れることなく、きわめて安定かつ高精度に回転速度を制
御できる超音波モータと制御法が実現できる。

【００７７】（実施例２）以下本発明の第２の実施例に
ついて、図面を参照しながら説明する。

【００７８】図７（ａ）は円板型超音波モータの圧電体
の第１面の平面図で、図７（ｂ）は図７（ａ）に示した
圧電体の第２面の平面図であり、円板形振動体に径方向
１次・周方向３次の撓み振動を励振する。

【００７９】図８は、圧電体２の断面図と、圧電体２の
駆動電極により励振される定在波を示している。

【００８０】図７（ｂ）において、圧電体２の第２面に
は、互いに位置的に前記進行波の４分の１波長相当の位
相差をもつ電極Ｋ、Ｊと、前記進行波の４分の１波長相
当の電極Ｌ1、Ｌ2が構成されている。

【００８１】図７（ａ）において、圧電体２の第１面に
は、互いに位置的に前記進行波の４分の１波長相当の位
相差をもつ電極群Ｇ、Ｈと、４分の１波長相当の電極Ｉ
1、Ｉ2が構成されている。電極群Ｇは前記進行波の２分
の１波長相当の小電極部ｇ1、ｇ2と、４分の１波長相当
の小電極部ｇ3から成る。同様に、電極群Ｈは前記進行
波の２分の１波長相当の小電極部ｈ1、ｈ2と、４分の１
波長相当の小電極部ｈ3から成る。

【００８２】第１面の電極群Ｇ、Ｈ、及び電極Ｉ1、Ｉ2
はそれぞれ第２面の電極Ｊ、Ｋ、Ｌ1、Ｌ2に対応して構
成されている。即ち、図７（ａ）を裏返して図７（ｂ）
に重ね合わした場合、電極群Ｇは電極Ｊに、電極群Ｈは
電極Ｋに、電極Ｉ1は電極Ｌ1に、電極Ｉ2は電極Ｌ2にそ
れぞれ対向している。

【００８３】圧電体２を第２面を金属などの導電体の上
に置くことにより共通電極として、第１面の電極群Ｇ、
Ｈの小電極部と電極Ｉは図７（ａ）に示した符号のよう
に分極する。第１面の電極は小さいものでも１／４波長
相当あるので分極は前実施例よりは行いやすい。

【００８４】分極後の圧電体２は、第１面を弾性基板１
に接着することにより振動体３を構成する。

【００８５】尚、分極方向は、図７に示した方向だけに
限られたものではない。弾性基板を基準電位として外部
回路に接続する圧電体２の位置的に９０度位相が異なる
電極Ｊ、Ｋに、それぞれ時間的に９０度位相が異なる電
気信号を印加すると、振動体３には径方向１次・周方向
３次の撓み振動を励振することができる。

【００８６】駆動に用いる電極は全体の５／６を占めて
おり高い駆動力を確保している。図８は、電極Ｊ、Ｋ
に、それぞれ時間的に９０度位相が異なる電気信号を印
加した場合に、振動体３に励振される弾性進行波を構成
する定在波を表している。

【００８７】電極Ｊ、Ｋに、それぞれ時間的に９０度位
相が異なる電気信号を印加すると、電極Ｊにより定在波
γが励振され、電極Ｋにより定在波ε1（実線）が励振
される。また、定在波ε2（破線）は、電極Ｊに印加し
た電気信号に対して時間的に−９０度位相が異なる電気
信号を電極Ｋに印加した場合に励振され、この場合、定
在波ε1（実線）が励振された場合と反対方向に移動体
は回転する。

【００８８】電極Ｌ1、Ｌ2は振動検出用電極として用い
られる。図８に示したように電極Ｌ1は、定在波γの第
２波目の３／８波長の位置を中心とし、１／４波長から
１／２波長までの１／４波長相当分設けられており、電
極Ｌ2は第２波目の５／８波長の位置を中心とし、１／
２波長から３／４波長までの１／４波長相当分設けられ
ている。

【００８９】言い替えると、２つの定在波のうちの一つ
の定在波の腹部と腹部の間に相当する位置を２等分する
１／４波長の振動検出電極を設置してある。あるいは、
節部と節部の間に相当する位置を２等分する１／４波長
の振動検出電極を設置してある。なお、本実施例では第
２波目の位置に振動検出電極を設けたが、第１波目、第
３波目でも同じ効果が得られる。

【００９０】電極Ｌ1、Ｌ2に誘起した電荷による出力信
号は、図４に示した方式によりその出力信号の振幅を別
々に検出して振動体の振動の振幅を検出し、この値を加
算回路により、加算値を求める。

【００９１】ここでは、電極Ｌ1、Ｌ2より出力される信
号のピーク値をそれぞれ直流電圧に変換して、振動体に
発生した振動の大きさを示す値とし、この電流値を加算
回路により積算して、制御回路に送り、積算結果を制御
指標として駆動回路を制御し移動体の速度を所望の値に
制御した。この加算値を用いて、駆動信号を制御する。

【００９２】電極Ｆ1、Ｆ2に出力した信号の反時計方向
に回転する場合の振幅の加算値と時計方向に回転する場
合の加算値の比は、図５と同様に振動検出用電極Ｌ1、
Ｌ2の定在波に対する位置ずれ量に依存せず１であっ
た。

【００９３】図９は時間に対する偏りδｔが回転方向に
よって異なる場合の電極Ｌ1、Ｌ2に出力した信号の反時
計方向に回転する場合の振幅の加算値と時計方向に回転
する場合の加算値の比と振動検出用電極Ｆ1、Ｆ2の定在
波に対する位置ずれ量の関係である。

【００９４】この場合も、位置ずれ量が０の場合には加
算値の比は１．０にはならないが、きわめて１．０に近
い。したがって、加算値は弾性進行波に定在波成分が残
留するにもかかわらず、回転方向、振動検出電極の位置
ずれ量に無関係に加算値はほぼ一定と見なせ、回転速度
の制御指標として用い、回転速度を所望の値に精度よく
制御できた。

【００９５】以上のように本実施例によれば、弾性進行
波の残留定在波成分の振動検出への影響をのぞくため
に、振動検出電極の定在波に対する位置合わせを精密に
行わなくとも、きわめて安定かつ高精度に回転速度を制
御できる超音波モータと制御法が実現できる。

【００９６】（実施例３）以下本発明の第３の実施例に
ついて、図面を参照しながら説明する。

【００９７】図１０（ａ）は円板型超音波モータの圧電
体の第１面の平面図で、図１０（ｂ）は図１０（ａ）に
示した圧電体の第２面の平面図であり、円板形振動体に
径方向１次・周方向３次の撓み振動を励振する。

【００９８】図１１は、弾性基板１、圧電体２の断面図
と、圧電体２の駆動電極により励振される定在波を示し
ている。λは定在波の波長を示す。

【００９９】図１０（ａ）において、圧電体２の第１面
には、互いに位置的に進行波の４分の１波長相当の位相
差をもつ電極群Ｍ、Ｎとが構成されている。電極群Ｍは
進行波の２分の１波長相当の小電極部ｍ1、ｍ2、ｍ3か
ら成る。同様に電極群Ｎは前記進行波の２分の１波長相
当の小電極部ｎ2、ｎ3と４分の１波長相当の小電極部ｎ
1、ｎ4から成る。

【０１００】図１０（ｂ）において、圧電体２の第２面
には、外周部で接続された電極Ｐ1、電極Ｐ2と電極Ｑ
1、電極Ｑ2および内周部には定在波の１／４波長に相当
する電極Ｒ1、Ｒ2が設置されている。

【０１０１】第１面の電極群Ｍ、Ｎはそれぞれ第２面の
電極Ｐ1、Ｐ2、Ｑ1、Ｑ2に対応して構成されている。即
ち、図１０（ａ）を裏返して図１０（ｂ）に重ね合わし
た場合、電極群Ｍは電極Ｐ1、Ｐ2に、電極群Ｎは電極Ｑ
1、Ｑ2にそれぞれ対向している。

【０１０２】圧電体２は第２面を金属などの導電体の上
に置くことにより共通電極として、第１面の電極群Ｍ、
Ｎにより符号の様に分極した。なお、分極の向きは符号
の通りと限るものではない。

【０１０３】分極後の圧電体２は、第１面を弾性基板１
に接着し、振動体３を構成する。圧電体２の電極Ｐ1、
Ｐ2と電極Ｑ1、Ｑ2に、それぞれ時間的に９０度位相が
異なる電気信号を印加すると、理想的な場合には図１１
に示すような位相のことなる２つの定在波η（実線）と
定在波θ1（実線）が発生し、弾性基板１には径方向１
次・周方向３次の撓み振動を励振することができる。定
在波θ2（破線）は電極群Ｎに位相が−９０度異なる駆
動信号を入力した場合に発生し、移動体は反対方向に回
転する。

【０１０４】電極Ｒ1、Ｒ2は振動検出用電極として用い
られる。図１１に示したように電極Ｒ1は、定在波ηの
第１波目の３／４波長の位置を中心とし、５／８波長か
ら７／８波長までの１／４波長相当分設けられており、
電極Ｒ2は第３波目の始まりを中心とし、第２波目の７
／８波長から第３波目の１／８波長までの１／４波長相
当分設けられている。言い替えると、電極Ｒ1は第１の
定在波ηの腹部を中心とする１／４波長分の振動検出電
極であり、電極Ｒ2は第２の定在波θの腹部を中心とす
る１／４波長分の振動検出電極がそれぞれ設置してある
ことになる。

【０１０５】図１０に示した圧電体を用いて超音波モー
タを構成し、その回転速度を図４に示した振動検出電極
からの出力信号から振幅検出回路により振幅を検出し、
その値を加算した値を制御指標として制御した。この結
果、図５、図６と同様に進行波中の定在波成分の残留と
位置ずれに影響されることなく、回転方向に依存しない
制御指標が得られた。

【０１０６】本実施例では、振動検出電極Ｒ１、Ｒ２が
隣接せず、ほぼ対向する形で設けられている。振動波形
のゆがみや定在波成分の残留は周方向だけでなく、径方
向にも発生する。

【０１０７】また、圧電体と弾性基板の中心がずれ、同
心性が悪くなる場合もある。本実施例の場合、図１０
（ｃ）に示すように径方向に１次の振動が励振される。

【０１０８】このため、外周部ほど振動が大きくなる。
隣接した振動検出電極を有する圧電体の場合、同心性が
悪くなるといずれの振動検出電極も検出信号が大きくな
るか、または小さくなる。このため、超音波モータ個々
に同心性がことなると、振動検出結果にばらつきが生じ
る。

【０１０９】しかしながら、本実施例のように振動電極
が隣接せず、ほぼ対向する形で設けられていると、一方
の振動検出結果が大きくなっても、他方は小さくなる。
これを加算すると常に一定の値が得られる。したがっ
て、周方向の電極パターンの位置ずれ等に対する効果だ
けでなく、径方向のずれの影響を除くことができるとい
う効果を併せて発揮する。

【０１１０】駆動電極Ｐ1、Ｐ2と駆動電極Ｑ1、Ｑ2が位
置的に分離されている。しかし外周部で接続することに
より、外部回路との接続も容易になった。また、本実施
例のように、径方向に１次の振動モードを持つ場合、外
周部の振動が最も大きく、外周部が大きな駆動力を発生
させる。したがって、外周部を接続し、この部分も駆動
に寄与するため、より大きな駆動力を発生させることが
できる。なお、外周部の接続方法は、本実施例のような
ものに限るものではない。

【０１１１】以上のように本実施例では、高い駆動力を
保持したまま、定在波の残留成分と電極の位置ずれに影
響されることなく回転速度を制御できる超音波モータを
提供できる。

【０１１２】（実施例４）以下本発明の第３の実施例に
ついて、図面を参照しながら説明する。

【０１１３】図１２（ａ）は円板型超音波モータの圧電
体の第１面の平面図で、図１２（ｂ）は図１２（ａ）に
示した圧電体の第２面の平面図であり、円板形振動体に
径方向１次・周方向３次の撓み振動を励振する。

【０１１４】図１３は、弾性基板１、圧電体２の断面図
と、圧電体２の駆動電極により励振される定在波を示し
ている。λは定在波の波長を示す。

【０１１５】図１２（ａ）において、圧電体２の第１面
には、互いに位置的に定在波の４分の１波長相当の位相
差をもつ電極群Ｓ、Ｔが構成されている。電極群Ｍは定
在波の２分の１波長相当の小電極部ｓ1、ｓ2、ｓ3から
成る。同様に電極群Ｎは定在波の２分の１波長相当の小
電極部ｔ2、ｔ3と４分の１波長相当の小電極部ｔ1、ｔ4
から成る。

【０１１６】図１２（ｂ）において、圧電体２の第２面
には、内周部で接続された電極Ｕ1、電極Ｕ2と電極Ｖ
1、電極Ｖ2および定在波の１／４波長に相当する電極Ｗ
1、Ｗ2が設置されている。

【０１１７】第１面の電極群Ｓ、Ｔはそれぞれ第２面の
電極Ｕ1、Ｕ2、Ｖ1、Ｖ2に対応して構成されている。即
ち、図１２（ａ）を裏返して図１２（ｂ）に重ね合わし
た場合、電極群Ｓは電極Ｕ1、Ｕ2に、電極群Ｔは電極Ｖ
1、Ｖ2にそれぞれ対向している。

【０１１８】圧電体２は第２面を金属などの導電体の上
に置くことにより共通電極として、第１面の電極群Ｓ、
Ｔを用いて符号の様に厚み方向に分極した。なお、分極
の向きは符号の通りと限るものではない。

【０１１９】分極後の圧電体２は、第１面を弾性基板１
に接着し、振動体３を構成する。圧電体２の電極Ｕ1、
Ｕ2と電極Ｖ1、Ｖ2に、それぞれ時間的に９０度位相が
異なる電気信号を印加すると、理想的な場合には図１２
に示すような位相のことなる２つの定在波μ（実線）と
定在波ν1（実線）が発生し、弾性基板１には径方向１
次・周方向３次の撓み振動を励振することができる。定
在波ν2（破線）は電極群Ｔに位相が−９０度異なる駆
動信号を入力した場合に発生し、移動体は反対方向に回
転する。

【０１２０】電極Ｗ1、Ｗ2は振動検出用電極として用い
られる。図１３に示したように電極Ｗ1は、定在波μの
第１波目の３／４波長の位置を中心とし、５／８波長か
ら７／８波長までの１／４波長相当分設けられており、
電極Ｗ2は第３波目の１／２波長の位置を中心として３
／８波長から５／８波長までの１／４波長相当分設けら
れている。

【０１２１】言い替えると、電極Ｗ1は第１の定在波μ
の腹部を中心とする１／４波長分の振動検出電極であ
り、電極Ｗ2は第２の定在波νの腹部を中心とする１／
４波長分の振動検出電極がそれぞれ設置してあることに
なる。なお、電極Ｗ1、Ｗ2の２つとも、第１波目と第３
波目の上記の位置のみに限るものではなく、第２波目に
あっても良い。

【０１２２】図１２に示した圧電体を用いて超音波モー
タを構成した。回転速度を図４に示した振動検出電極か
らの出力信号のピークピーク値を加算した値を制御指標
として制御した。

【０１２３】この結果、図５、図６と同様に進行波中の
定在波成分の残留と位置ずれに影響されることなく、回
転方向に依存しない制御指標が得られた。

【０１２４】駆動電極Ｕ1、Ｕ2と駆動電極Ｖ1、Ｖ2が位
置的に分離されている。しかし内周部で接続することに
より、外部回路との接続もそれぞれ１箇所になり、径の
小さな圧電体でも容易になった。

【０１２５】また、本実施例のように、径方向に１次の
振動モードを持つ場合、外周部の振動が最も大きい。し
たがって、内周部を駆動電極の接続に用いてもこの部分
の振動は小さいため、振動検出電極を外周部側に設ける
と出力信号は余り小さくならず制御に支障はない。

【０１２６】なお、内周部の接続方法は、本実施例のよ
うなものに限るものではなく、直線状などでもよい。ま
た、内周部、外周部とも接続してもかまわず、振動検出
電極を分離して中央で接続し、振動検出電極は各々２つ
のリードで取り出して、それぞれごとに接続してもよ
い。

【０１２７】本実施例では、実施例３と同様に振動検出
電極Ｗ１、Ｗ２が隣接せず、ほぼ対向する形で設けられ
ているため、周方向の電極パターンの位置ずれ等に対す
る効果だけでなく、径方向のずれの影響を除くことがで
きるという効果を併せて発揮する。

【０１２８】以上のように本実施例では、高い振動検出
信号を保持したまま、容易に駆動信号を入力でき、定在
波の残留成分と電極の位置ずれに影響されることなく回
転速度を制御できる超音波モータを提供できる。

【０１２９】（実施例５）以下本発明の第５の実施例に
ついて、図面を参照しながら説明する。

【０１３０】図１４（ａ）は円板型超音波モータの圧電
体の第１面の平面図で、図１４（ｂ）は図１４（ａ）に
示した圧電体の第２面の平面図である。図１４（ａ）中
のＸ、と図１４（ｂ）のＸ’、図１４（ａ）のＸ’と図
１４（ｂ）のＹ’が圧電体２をはさんで対向する。

【０１３１】よって、図１４の電極構造はは図３と同じ
定在波と振動検出電極の位置関係を有する。圧電体２の
第２面は図２（ｂ）と同じである。

【０１３２】圧電体２の第１面は図２（ａ）の小電極ａ
3、ｂ4、電極Ｃ1、Ｃ2をまとめて電極ａｂ1とし、小電
極ａ4、ｂ3をまとめて電極ａｂ2としたもので、符号の
ように分極して、電極Ｄ、Ｅに時間的に位相の９０度こ
となる交流電圧を印加することにより、径方向１次、周
方向３次の弾性進行波を得られる。符号の向きは逆であ
っても同じく径方向１次、周方向３次の弾性進行波を得
られる。

【０１３３】図１４（ｂ）の振動検出電極電極Ｆ1、Ｆ2
は図３の定在波αの第２波目の１／４波長の位置を中心
とし、１／８波長から３／８波長までの１／４波長相当
分設けられており、電極Ｆ2は第２波目の１／２波長の
位置を中心とし、３／８波長から５／８波長までの１／
４波長相当分設けられている。

【０１３４】言い替えると、振動検出電極を２つの定在
波α、βの腹部を中心として１／４波長分の振動検出電
極が設置してあることになる。

【０１３５】電極Ｆ1、Ｆ2は図３に示した定在波との位
置関係を有するため図４に示したブロック図のように、
振動検出電極Ｆ1、Ｆ2からの出力信号を振動検出回路に
送り、この振動検出回路からの出力を加算し、加算値を
用いることにより定在波残留成分と電極位置すれに影響
されることなく、移動体の回転速度を図２の電極構造の
圧電体を用いた場合と同じく安定に制御できる。

【０１３６】図１４（ａ）に示す電極構造では電極ａｂ
2が弾性進行波の４分の１波長相当、他の電極が２分の
１波長相当である。図２に示した電極構造のように８分
の１波長相当の電極がなく、電極が大きいため、分極を
おこないやすく、分極中に圧電体が割れるようなことが
少なくなるなどの効果が得られる。

【０１３７】以上のように本実施例では、分極のための
電極の面積を大きく保ち、分極を容易に行うことがで
き、分極時の圧電体の破損、破壊などがきわめて少な
く、定在波の残留成分と電極の位置ずれに影響されるこ
となく回転速度を制御できる超音波モータを提供でき
る。

【０１３８】（実施例６）以下本発明の第６の実施例に
ついて、図面を参照しながら説明する。

【０１３９】図１５（ａ）は円板型超音波モータの圧電
体の第１面の平面図で、図１５（ｂ）は図１５（ａ）に
示した圧電体の第２面の平面図である。図１５（ａ）中
のＸ、と図１５（ｂ）のＸ’、図１５（ａ）のＸ’と図
１５（ｂ）のＹ’が圧電体２をはさんで対向する。

【０１４０】よって、図１５の電極構造はは図３と同じ
定在波と振動検出電極の位置関係を有する。圧電体２の
第２面は内周部に円環状の電極Ｚを備えており、他の電
極は電極Ｚの部分だけ径方向に小さくなっているが、周
方向の配置および定在波との関係は図１５（ｂ）と同じ
である。

【０１４１】また、第１面も図１５（ａ）と同じ配置で
あるが、電極Ｚに対向する部分が除去されている。この
電極Ｚは共通電極として使用され、弾性基板と接続され
る。駆動信号を圧電体に印加するためには、基準として
の電気的に共通な電位が必要である。

【０１４２】弾性基板は金属体で構成されることが多
く、この金属体を共通電位として用いるが、共通電極電
極がなければ金属体にリード等を多数接続しなければな
らない。また、金属体を構成する金属の種類によっては
接続は容易ではない。

【０１４３】本実施例のように、圧電体上に共通電極を
とり、弾性基板と導電性ペーストなどで接続することに
より、リード線を長く引き回すことなく、容易に共通電
位を得られる。

【０１４４】なお、分極の向きは図１５に示した符号だ
けに限らない。分極用電極は、内周部近傍まであっても
かまわない。

【０１４５】共通電極Ｚを設けた内周部は振動が最も小
さく、駆動に対する寄与は非常に小さいので、駆動電
極、振動検出電極がこの部分になくとも駆動力および振
動の検出には影響を及ぼさない。

【０１４６】図１５（ｂ）の振動検出電極電極Ｆ1’、
Ｆ2’は実施例５と同じく図３に示した定在波との位置
関係を有するため図４に示したブロック図のように、振
動検出電極Ｆ1’、Ｆ2’からの出力信号を振動検出回路
に送り、この振動検出回路からの出力を加算し、加算値
を用いることにより定在波残留成分と電極位置すれに影
響されることなく、移動体の回転速度を図２の電極構造
の圧電体を用いた場合と同じく安定に制御できる。

【０１４７】以上のように本実施例では、圧電体の内周
部に共通電極を設けることによって容易に共通電位を得
ることができ、定在波の残留成分と電極の位置ずれに影
響されることなく回転速度を制御できる超音波モータを
提供できる。

【０１４８】図１６は共通電極を設けた圧電体の他の実
施例を示す図である。図１６（ａ）は円板型超音波モー
タの圧電体の第１面の平面図、図１６（ｂ）は圧電体の
断面図、図１６（ｃ）は図１６（ａ）に示した圧電体の
第２面の平面図である。図１６（ａ）中のＸ、と図１６
（ｃ）のＸ’、図１６（ａ）のＸ’と図１６（ｃ）の
Ｙ’が圧電体２をはさんで対向する。

【０１４９】よって、図１６の電極構造は図３と同じ定
在波と振動検出電極の位置関係を有する。 図１６
（ｃ）は、図３（ｂ）と同様の電極構成であるが、図１
６（ａ）は、図１５（ａ）と異なり、圧電体２の内周部
に電極ＺＡを備えている。

【０１５０】この電極ＺＡは、図１６（ｂ）に示すよう
に、圧電体２の第１面と第２面が接続された形状であ
る。従って、図３の場合と同様に、圧電体２の第１面を
弾性基板１に接着するだけで、電極ＺＡは弾性基板１に
電気的にも接続することができる。

【０１５１】したがって、図１６（ｄ）に示す様に、圧
電体２を弾性基板１と接着したのち、圧電体上の電極
Ｄ’，電極Ｅ’、電極Ｆ１’、電極Ｆ２’、電極ＺＡと
外部回路をフレキシブルリード１０で接続するのみでよ
い。なお、接続手段はこれに限るものでない。

【０１５２】以上のように、共通電極が圧電体の２つの
主面に接続されている形状をとることにより、第２の実
施例による効果に加えて、製造工程が少ない超音波モー
タを実現することができる。

【０１５３】（実施例７）以下本発明の第７の実施例に
ついて、図面を見ながら説明する。

【０１５４】本実施例では、振動検出電極からの出力信
号を選択して制御する方式について説明する。円板型超
音波モータの圧電体の電極構成は、図７に示したものと
同様であり、図８に示した振動が振動体に励振される。

【０１５５】電極Ｊ、Ｋに、それぞれ時間的に９０度位
相が異なる電気信号を印加すると、電極Ｊにより定在波
γが励振され、電極Ｋにより定在波ε1（実線）が励振
される。また、定在波ε2（破線）は、電極Ｊに印加し
た電気信号に対して時間的に−９０度位相が異なる電気
信号を電極Ｊに印加した場合に励振される。

【０１５６】電極Ｊにより定在波γが励振され、電極Ｅ
により定在波ε1が励振された場合、電極Ｆ1内で、定在
波γと定在波ε1は、位相は互いに９０度異なるが、同
じ方向の振幅であるため、電極Ｌ1で検出される電荷
は、定在波γにより誘起された電荷と、定在波ε1によ
り誘起された電荷の和として検出される。

【０１５７】また、電極Ｌ2内では、定在波γと定在波
ε1は、位相は互いに９０度異なり、異なった方向で同
じ振幅であるため、定在波γにより誘起される電荷と、
定在波ε1により誘起される電荷は、互いに打ち消し合
う。

【０１５８】一方、電極Ｊにより定在波γが励振され、
電極Ｅにより定在波ε2が励振された場合、電極Ｌ2内
で、定在波γと定在波ε2は、位相は互いに９０度異な
るが、同じ方向の振幅であるため、電極Ｌ2で検出され
る電荷は、定在波γにより誘起された電荷と、定在波ε
2により誘起された電荷の和として検出される。

【０１５９】また、電極Ｌ1内では、定在波γと定在波
ε2は、位相は互いに９０度異なり、異なった方向で同
じ振幅であるため、定在波γにより誘起される電荷と、
定在波ε1により誘起される電荷は、互いに打ち消し合
う。

【０１６０】従って、振動体３に励振される弾性進行波
がその進行方向により、定在波γと定在波ε1とで構成
される場合は、電極Ｌ1からの信号を選択し、定在波γ
と定在波ε2とで構成される場合は、電極Ｆ2からの信号
を選択すれば、超音波モータの駆動の際に、電極Ｊ、Ｋ
間で負荷変動が起きても、その状態を検出することがで
きるため、安定した駆動を実現することができる。

【０１６１】図１７に本発明の回路系のブロック図を示
す。振動検出電極からの出力を振動検出回路に送り、振
幅を検出する。検出した結果を回転方向によって切り替
える選択回路を設ける。いずれか一方の振幅検出を制御
回路に送る。制御回路により駆動回路を制御して回転速
度を制御する。

【０１６２】なお、振動検出電極Ｌ1、Ｌ2の出力信号を
選択する回路を設け、出力信号を選択した後、振動検出
回路により、振幅を検出するなど他の構成でも同様な効
果が得られる。

【０１６３】以上のように本実施例によれば、圧電体に
振動検出部を設置しているにも関わらず、駆動電極面積
を大きくとることができ、振動体に励振する弾性進行波
の進行方向により振動検出信号を選択するため、動作が
安定し、しかも駆動効率が良い超音波モータを得ること
ができる。

【０１６４】尚、上記実施例では、径方向１次・周方向
３次の円板の撓み振動を用いた円板型超音波モータにつ
いて説明したが、その他の振動モードにも本発明が有効
であり、その上円環の撓み振動を用いた円環型超音波モ
ータについても本発明が有効であることは勿論である。
また、残留定在波成分を生ずる式５に示したδｔ以外の
δｘやｍに対しても上記実施例では同様の効果が得ら
れ、これらが複合した場合でも十分な効果を得ることが
できる。

【０１６５】

【発明の効果】以上のような、圧電体の駆動電極と振動
検出電極の配置構造をとることにより、駆動面積を大き
くとることができ、かつ振動検出出力を大きく保ちなが
ら、電極の位置合わせを精密に行わなくとも、弾性進行
波の残留定在波に影響されることなく振動検出信号を用
いて、エンコーダなどを使うことなく安定に精度よく回
転速度を制御することができる超音波モータを得ること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例における超音波モータの
構成を示す図

【図２】（ａ）は同実施例モータの圧電体の第１面の平
面図 （ｂ）は同圧電体の第２面の平面図

【図３】同実施例モータの圧電体と定在波との関係図

【図４】同実施例モータの制御法の説明図

【図５】同実施例モータの振動検出結果を示す図

【図６】（ａ）は、同実施例モータの振動検出結果を示
す図 （ｂ）は、回転速度と振動検出電極からの出力の加算値
を示す図

【図７】（ａ）は本発明の第２の実施例における円板型
超音波モータの圧電体の第１面の平面図 （ｂ）は同圧電体の第２面の平面図

【図８】同実施例モータの圧電体と定在波との関係図

【図９】同実施例モータの振動検出結果を示す図

【図１０】（ａ）は本発明の第３の実施例における円板
型超音波モータの圧電体の第１面の平面図 （ｂ）は同実施例モータの圧電体の第２面の平面図 （ｃ）は、径方向の振動を示す図

【図１１】同実施例モータの圧電体と定在波との関係図

【図１２】（ａ）は、本発明の第４の実施例における円
板型超音波モータの圧電体の第１面の平面図 （ｂ）は同実施例モータの圧電体の第２面の平面図

【図１３】同実施例モータの圧電体と定在波との関係図

【図１４】（ａ）は、本発明の第５の実施例における円
板型超音波モータの圧電体の第１面の平面図 （ｂ）は同実施例モータの圧電体の第２面の平面図

【図１５】（ａ）は、本発明の第６の実施例における円
板型超音波モータの圧電体の第１面の平面図 （ｂ）は同実施例モータの圧電体の第２面の平面図

【図１６】（ａ）は、同実施例モータの圧電体の第１面
の平面図 （ｂ）は同実施例モータの圧電体の断面図 （ｃ）は同実施例モータの圧電体の第２面の平面図 （ｄ）は圧電体からのリード取り出しを示す図

【図１７】本発明の第７の実施例における超音波モータ
の制御法を示す図

【図１８】円板型超音波モータの切り欠き斜視図

【図１９】（ａ）は円板型超音波モータの従来の電極構
造を示す圧電体の第１面の平面図 （ｂ）は同圧電体の第２面の平面図

【図２０】従来の電極構造における超音波モータの圧電
体と定在波との関係図

【図２１】超音波モータの動作原理の説明図

【図２２】従来の超音波モータの制御法の説明図

【図２３】従来の超音波モータにおける振動検出信号を
示す図

【図２４】従来の超音波モータの振動検出結果を示す図

【図２５】従来の超音波モータにおける回転速度と振動
検出電極からの出力を示す図

【符号の説明】

１ 弾性基板 １ａ 突起体 ２ 圧電体 ３ 振動体 ４ 移動体 ５ 加圧バネ ６ 回路系

フロントページの続き (72)発明者 川崎 修 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (72)発明者 野島 貴志 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (72)発明者 今田 勝巳 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (72)発明者 武田 克 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (56)参考文献 特開 平３−139181（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−217882（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−238476（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−12881（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−204477（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−145981（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−138084（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H02N 2/00

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧電体と弾性体からなる振動体と、前記
   振動体上に加圧手段を介して加圧接触する移動体と、前
   記振動体に時間的、位置的に位相の異なる２つの定在波
   を発生させて弾性進行波を励振させる駆動信号を発生す
   る駆動回路と、前記圧電体上に設けられた前記駆動信号
   を前記圧電体に入力する駆動電極および前記振動体の振
   動を検出する複数個の振動検出電極と、前記各振動検出
   電極から出力された振動の最大振幅を検出して最大振幅
   を示す出力信号に変換する振幅検出回路と、前記最大振
   幅を示す複数の出力信号を加算する加算回路と、前記加
   算回路から出力された加算値を用いて前記移動体の回転
   制御を行う制御回路とを有することを特徴とする超音波
   モータ。
2. 【請求項２】 前記複数の振動検出電極が、前記２つの
   定在波のいずれか一方の腹部を中心とする位置に配置さ
   れた第１の振動検出電極と前記２つの定在波の他方の腹
   部を中心とする位置に配置された第２の振動検出電極と
   から構成されている請求項１に記載の超音波モータ。
3. 【請求項３】 前記複数の振動検出電極が、前記２つの
   定在波のいずれか一方の腹部と腹部の間に相当する位置
   を２等分する位置に配置されている請求項１に記載の超
   音波モータ。
4. 【請求項４】 圧電体を交流電圧で駆動して、前記圧電
   体と弾性体とから構成される振動体に位相の異なる２つ
   の定在波を発生させて弾性進行波を励振することによ
   り、前記振動体に加圧接触して設置させた移動体を移動
   させる超音波モータの制御方法において、前記振動体の
   振動を検出する複数の振動検出電極を前記圧電体上に設
   け、前記各振動検出電極から出力された振動の最大振幅
   値を振幅検出回路を用いて検出し、前記振幅検出回路か
   ら出力された複数の最大振幅値を加算回路を用いて加算
   し、前記加算回路から出力された加算値を回転速度の指
   標に用いて超音波モータの回転を制御することを特徴と
   する超音波モータの制御法。