JPH08116685A

JPH08116685A - 振動波モータ

Info

Publication number: JPH08116685A
Application number: JP6250617A
Authority: JP
Inventors: Akio Atsuta; 熱田暁生
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1994-10-17
Filing date: 1994-10-17
Publication date: 1996-05-07
Also published as: US5920144A

Abstract

(57)【要約】【目的】従来公知の振動波モータにおいては、振動体
の振動状態を検出するための振動検出用圧電素子を設け
ていたが、コストが高くなるという問題点があった。本
発明の目的は、振動検出用圧電素子を要せずに安価なコ
ストで製造できる振動波モータを提供することである。【構成】図１において、１は振動波モータの振動体
で、Ａ相駆動信号が印加される圧電素子とＢ相駆動信号
が印加される圧電素子とが取り付けられている。１１は
マイコン、２は発振器、３は移相器、４及び５は増幅回
路等のスイッチング回路、６及び７はインピーダンス整
合用コイル、１２及び１３は整流回路、１４は該整流回
路の出力を比較して「Ｈｉ」、「Ｌｏｗ」の出力を生じ
る比較回路。本発明では、従来の振動検出用圧電素子の
代わりに整流回路１２及び１３と比較回路１４を設けて
該モータの振動状態を検出し、マイコン１１で駆動信号
の周波数制御を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は振動波モータに関する。

【０００２】

【従来の技術】圧電素子等を取り付けて構成した振動体
の表面に該圧電素子により表面弾性波振動を発生させ、
該振動体の振動エネルギーを連続的な機械運動に変換さ
せる形式の振動波モータは本出願人によりカメラ等の光
学機器用の駆動モータとして実用化されて以来、既に久
しい。該振動波モータには動力発生原理や機械的構造の
面において種々の形式のものがあり、本出願人により開
発され且つ実用機として使用されているものだけでも数
種のものがある。

【０００３】以下には、本出願人により開発され且つ光
学機器に搭載使用されている棒状振動波モータを本発明
に関する従来技術として説明する。

【０００４】図９及び図１０は上記の棒状振動波モータ
の機械的構造及び電気的構成を示した図である。

【０００５】図９において、１０１は該モータの振動体
であり、該振動体１０１は金属製の肉厚の円筒体から成
る振動体本体の中間部分に円環状の圧電素子群を挟み込
んで形成されたものであり、該圧電素子群に別々に互い
に位相の異なる交流電圧を印加することにより該振動体
１０１の先端面には局所的な楕円振動が発生されるよう
になっている。該振動体本体に挟み込まれている圧電素
子は、該振動体１０１の先端面に該楕円振動を発生せし
めるために第一及び第二の交流電圧が印加されるＡ相圧
電素子群及びＢ相圧電素子群と、該振動体１０１の振動
状態を検出するための振動検出用の圧電素子群Ｓと、か
ら成っている。

【０００６】１０２は該振動体１０１の先端面に圧接さ
れて該振動体の先端面の表面弾性波振動により回転され
る回転体（ロータ）、１０３は該回転体１０２に結合さ
れている出力ギア、である。

【０００７】なお、この振動波モータの動作原理はたと
えば特開平３−２８９３７５号公報等において開示され
ているので説明を省略する。

【０００８】Ａ相圧電素子群は２枚の圧電素子ａ１及び
ａ２から成り、Ｂ相圧電素子群も２枚の圧電素子ｂ１及
びｂ２から成り、また、振動検出用圧電素子群Ｓは唯一
枚の圧電素子ｓから成っている。

【０００９】圧電素子ａ１の外側位置には接地用電極Ｇ
ＮＤ−ｄが密着され、圧電素子ａ１とａ２との間には駆
動用の第一の交流電圧を印加するための駆動用電極Ａ−
ｄが挟みこまれ、圧電素子ａ２と圧電素子ｂ１との間に
は接地用電極ＧＮＤ−ｄが挟み込まれている。また、圧
電素子ｂ１とｂ２との間には駆動用の第二の交流電圧を
印加するための駆動用電極Ｂ−ｄが挟み込まれ、圧電素
子ｂ２と圧電素子ｓとの間には接地用電極ＧＮＤ−ｄが
挟み込まれている。そして圧電素子ｓの外側には振動検
出用電極ｓ−ｄが密着されている。

【００１０】すなわち、圧電素子ａ１とａ２の組及び圧
電素子ｂ１とｂ２の組はいずれも接地用電極ＧＮＤ−ｄ
に挟みつけられており、圧電素子ａ１とａ２の間にある
駆動用電極Ａ−ｄにより該圧電素子ａ１及びａ２に後述
のＡ相駆動信号が印加され、圧電素子ｂ１とｂ２の間に
ある駆動用電極Ｂ−ｄから該圧電素子ｂ１とｂ２に後述
のＢ相駆動信号が印加されるようになっている。そし
て、圧電素子ｓの振動は振動検出用電極ｓ−ｄにより検
出されるようになっている。なお、該電極ｓ−ｄに接し
ている振動体本体部分の他方の端面には図示のように絶
縁シート１０４が貼りつけられていて該電極ｓ−ｄが接
地電位にならないようにされている。

【００１１】図１０は前述したＡ相圧電素子ａ１及びａ
２とＢ相圧電素子ｂ１及びｂ２とに駆動信号たる交流電
圧を印加するための駆動制御手段の概念的構成を示した
ものである。

【００１２】図１０において、１１は前記Ａ相圧電素子
群（図１０においては、前記圧電素子ａ１及びａ２を含
めてＡで表示する）とＢ相圧電素子群（図１０において
は前記圧電素子ｂ１及びｂ２を含めてＢで表示する）と
に印加する交流電圧の周波数を設定且つ変化させる周波
数制御手段を構成しているマイクロコンピュータ（以後
はマイコンと略記する）、２は該マイコン１１から発生
される指令信号に応じた周波数の交流信号を発生する公
知の電圧制御発振器（ＶＣＯ）等の発振器、３は該発振
器２の出力信号の位相を所定位相だけ（たとえば９０
度）ずらす公知の移相器、４は高圧電源４１の電圧を該
発振器２及び移相器３の出力でスイッチングすることに
より前記発振器２及び移相器３の出力を増幅するプッシ
ュプル増幅回路の如きスイッチング回路、６及び７は該
駆動制御手段側のインピーダンスと該振動体側のインピ
ーダンスとを整合させるためのマッチング用コイル、１
０は前記振動検出用圧電素子ｓから生じる電圧信号の位
相とＡ相圧電素子に印加されるＡ相駆動信号の位相との
差を検出する位相差検出器、である。

【００１３】マイコン１１と前記諸回路とを含む前記駆
動制御手段においては、該振動波モータの起動時及び定
常運転時には該位相差検出器１０の出力をマイコン１１
が取り込んでＡ相駆動信号及びＢ相駆動信号の周波数を
制御することにより該モータを駆動する。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】前述の公知の振動波モ
ータにおいては、該振動体の振動状態を検出するために
振動検出用の圧電素子ｓを必要とするため、コストが高
いという問題点があった。

【００１５】

【発明の目的】それ故、本発明の目的は、振動検出用の
圧電素子を必要とせず、従来の振動波モータよりも安価
なコストで製造できる改善された振動波モータを提供す
ることである。以下には本発明の目的を請求項毎に記載
する。

【００１６】請求項１の発明は、「電気的エネルギーの
印加により機械的な振動を発生する第一及び第二のエネ
ルギー変換素子群を有し、該第一素子群により励振され
ることにより第一の振動モードで振動するとともに該第
二素子群により励振されることにより該第一の振動モー
ドに対して直交する方向の第二の振動モードで振動する
振動体と、該第一素子群に第一の交流電圧を印加すると
ともに該第一の交流電圧に対して位相のみが異なる第二
の交流電圧を該第二素子群に印加する駆動制御手段と、
を有して成り、該駆動制御手段には、該第一及び第二の
交流電圧の周波数を設定且つ変化させる周波数制御手段
と、該周波数制御手段の出力に基づいて電源出力をスイ
ッチングすることにより該第一及び第二の交流電圧を発
生せしめるスイッチング回路と、が含まれている振動波
モータにおいて、該第一の交流電圧の大きさと該第二の
交流電圧の大きさとを比較する電圧比較手段が該スイッ
チング回路の出力側に接続されており、該周波数制御手
段は該電圧比較手段の出力に応じて該第一及び第二の交
流電圧の周波数を制御するように構成されていることを
特徴とする振動波モータ」を提供することを目的とす
る。

【００１７】請求項２の発明は、「電気的エネルギーの
印加により機械的な振動を発生する第一及び第二のエネ
ルギー変換素子群を有し、該第一素子群により励振され
ることにより第一の振動モードで振動するとともに該第
二素子群により励振されることにより該第一の振動モー
ドに対して直交する方向の第二の振動モードで振動する
振動体と、該第一素子群に第一の交流電圧を印加すると
ともに該第一の交流電圧に対して位相のみが異なる第二
の交流電圧を該第二素子群に印加する駆動制御手段と、
を有して成り、該駆動制御手段には、該第一及び第二の
交流電圧の周波数を設定且つ変化させる周波数制御手段
と、該周波数制御手段の出力に基づいて電源出力をスイ
ッチングすることにより該第一及び第二の交流電圧を発
生せしめるスイッチング回路と、が含まれている振動波
モータにおいて、該第一の素子群に流れる電流の大きさ
と該第二の素子群に流れる電流の大きさとを比較する電
流比較手段が該スイッチング回路の出力側に接続されて
おり、該周波数制御手段は該電流比較手段の出力に応じ
て該第一及び第二の交流電圧の周波数を制御するように
構成されていることを特徴とする振動波モータ」を提供
することを目的とする。

【００１８】請求項３の発明は、「請求項１の構成を有
する振動波モータにおいて該振動体の該第一素子群及び
該第二素子群と該スイッチング回路との間にインピーダ
ンス素子が接続されていることを特徴とする振動波モー
タ」を提供することである。

【００１９】請求項４の発明は、「請求項１又は２の構
成を有する振動波モータにおいて、該第一の振動モード
の固有振動数と該第二の振動モードの固有振動数とが互
いに相異なる値になるように該振動体が構成されている
ことを特徴とする振動波モータ」を提供することを目的
とする。

【００２０】請求項５の発明は、「請求項１又は２の構
成を有する振動波モータにおいて、該第一の振動モード
の振動特性と該第二の振動モードの振動特性とが互いに
相異なるように該振動体が構成されていることを特徴と
する振動波モータ」を提供することを目的とする。

【００２１】請求項６の発明は、「請求項１又は２の構
成を有する振動波モータにおいて、該第一の振動モード
の振動特性と該第二の振動モードの振動特性とを互いに
相異ならせるための構成として、該第一素子群を構成す
る素子数と該第二素子群を構成する素子数とを互いに相
異ならせたことを特徴とする振動波モータ」を提供する
ことを目的とする。

【００２２】請求項７の発明は、「請求項１又は２の構
成を有する振動波モータにおいて、該第一の振動モード
の振動特性と該第二の振動モードの振動特性とを互いに
相異ならせるための構成として、該振動体に対する該第
一素子群の取り付け位置と該第二素子群の取り付け位置
とを互いに異ならせたことを特徴とする振動波モータ」
を提供することを目的とする。

【００２３】

【課題を解決するための手段及び作用】前記課題を解決
するために請求項１の発明は、「電気的エネルギーの印
加により機械的な振動を発生する第一及び第二のエネル
ギー変換素子群を有し、該第一素子群により励振される
ことにより第一の振動モードで振動するとともに該第二
素子群により励振されることにより該第一の振動モード
に対して直交する方向の第二の振動モードで振動する振
動体と、該第一素子群に第一の交流電圧を印加するとと
もに該第一の交流電圧に対して位相のみが異なる第二の
交流電圧を該第二素子群に印加する駆動制御手段と、を
有して成り、該駆動制御手段には、該第一及び第二の交
流電圧の周波数を設定且つ変化させる周波数制御手段
と、該周波数制御手段の出力に基づいて電源出力をスイ
ッチングすることにより該第一及び第二の交流電圧を発
生せしめるスイッチング回路と、が含まれている振動波
モータにおいて、該第一の交流電圧の大きさと該第二の
交流電圧の大きさとを比較する電圧比較手段が該スイッ
チング回路の出力側に接続されており、該周波数制御手
段は該電圧比較手段の出力に応じて該第一及び第二の交
流電圧の周波数を制御するように構成されていることを
特徴とする振動波モータ」を提供する。

【００２４】本発明によれば、従来の振動波モータで必
要とされていた振動検出用のエネルギー変換素子が不要
となり、従って従来の振動波モータよりも安価なコスト
で製造できる振動波モータを提供できる。

【００２５】前記課題を解決するために請求項２の発明
は、「電気的エネルギーの印加により機械的な振動を発
生する第一及び第二のエネルギー変換素子群を有し、該
第一素子群により励振されることにより第一の振動モー
ドで振動するとともに該第二素子群により励振されるこ
とにより該第一の振動モードに対して直交する方向の第
二の振動モードで振動する振動体と、該第一素子群に第
一の交流電圧を印加するとともに該第一の交流電圧に対
して位相のみが異なる第二の交流電圧を該第二素子群に
印加する駆動制御手段と、を有して成り、該駆動制御手
段には、該第一及び第二の交流電圧の周波数を設定且つ
変化させる周波数制御手段と、該周波数制御手段の出力
に基づいて電源出力をスイッチングすることにより該第
一及び第二の交流電圧を発生せしめるスイッチング回路
と、が含まれている振動波モータにおいて、該第一の素
子群に流れる電流の大きさと該第二の素子群に流れる電
流の大きさとを比較する電流比較手段が該スイッチング
回路の出力側に接続されており、該周波数制御手段は該
電流比較手段の出力に応じて該第一及び第二の交流電圧
の周波数を制御するように構成されていることを特徴と
する振動波モータ」を提供する。

【００２６】本発明によれば、従来の振動波モータで必
要とされていた振動検出用のエネルギー変換素子が不要
となり、従って従来の振動波モータよりも安価なコスト
で製造できる振動波モータを提供できる。

【００２７】前記課題を解決するために請求項３の発明
は、「請求項１の構成を有する振動波モータにおいて該
振動体の該第一素子群及び該第二素子群と該スイッチン
グ回路との間にインピーダンス素子が接続されているこ
とを特徴とする振動波モータ」を提供する。

【００２８】本発明によれば、従来の振動波モータで必
要とされていた振動検出用のエネルギー変換素子が不要
となり、従って従来の振動波モータよりも安価なコスト
で製造できる振動波モータを提供できる。

【００２９】前記課題を解決するために請求項４の発明
は、「請求項１又は２の構成を有する振動波モータにお
いて、該第一の振動モードの固有振動数と該第二の振動
モードの固有振動数とが互いに相異なる値になるように
該振動体が構成されていることを特徴とする振動波モー
タ」を提供する。

【００３０】本発明によれば、該振動体の第一の振動モ
ードの固有振動数と第二の振動モードの固有振動数とが
互いに相異なる値になるように該振動体が構成されてい
るため、該エネルギー変換素子に印加する交流電圧の周
波数の制御を行うことができる。

【００３１】前記課題を解決するために請求項５の発明
は、「請求項１又は２の構成を有する振動波モータにお
いて、該第一の振動モードの振動特性と該第二の振動モ
ードの振動特性とが互いに相異なるように該振動体が構
成されていることを特徴とする振動波モータ」を提供す
る。

【００３２】本発明によれば、該振動体の第一の振動モ
ードの振動特性と第二の振動モードの振動特性とが互い
に相異なるように該振動体が構成されているため、該エ
ネルギー変換素子に印加する交流電圧の周波数の制御を
行うことができる。

【００３３】前記課題を解決するために請求項６の発明
は、「請求項１又は２の構成を有する振動波モータにお
いて、該第一の振動モードの振動特性と該第二の振動モ
ードの振動特性とを互いに相異ならせるための構成とし
て、該第一素子群を構成する素子数と該第二素子群を構
成する素子数とを互いに相異ならせたことを特徴とする
振動波モータ」を提供する。

【００３４】本発明によれば、該振動体の第一の振動モ
ードの振動特性と第二の振動モードの振動特性とが互い
に相異なるように該振動体が構成されているため、該エ
ネルギー変換素子に印加する交流電圧の周波数の制御を
行うことができる。

【００３５】前記課題を解決するために請求項７の発明
は、「請求項１又は２の構成を有する振動波モータにお
いて、該第一の振動モードの振動特性と該第二の振動モ
ードの振動特性とを互いに相異ならせるための構成とし
て、該振動体に対する該第一素子群の取り付け位置と該
第二素子群の取り付け位置とを互いに異ならせたことを
特徴とする振動波モータ」を提供する。

【００３６】本発明によれば、該振動体の第一の振動モ
ードの振動特性と第二の振動モードの振動特性とが互い
に相異なるように該振動体が構成されているため、該エ
ネルギー変換素子に印加する交流電圧の周波数の制御を
行うことができる。

【００３７】

【実施例】以下に図１〜図８を参照して本発明の実施例
について説明する。

【００３８】＜実施例１＞図２は本発明の第一実施例の
振動波モータの機械的構造部分（モータ本体）を示し、
図１は電気的構成部分（駆動制御手段）を示した図であ
る。

【００３９】図２において、１は棒状振動波モータの振
動体であり、該振動体１は肉厚の金属製段付き円筒体か
ら成る振動体本体の大径部分に円環状の圧電素子ａ１，
ａ２，ｂ１，ｂ２と電極板とを挟み込んで構成されてい
る。振動体１の先端面には円筒状のロータ２２がバネ等
により圧接され、該ロータ２２には出力ギア２３が固定
されている。

【００４０】なお、本実施例の振動波モータの機械的構
造は、振動体１に取り付けられている圧電素子の中に振
動検出用圧電素子がないこと及び前記絶縁シートがない
こと、などの点で前記従来例の振動波モータとは異なっ
ているが、更に、次の点で従来例のものと異なってい
る。

【００４１】本実施例の振動波モータは、「Ａ相圧電素
子に印加された第一の交流電圧によって該振動体１に生
じる第一振動モードの共振周波数が、Ｂ相圧電素子に印
加された第二の交流電圧によって該振動体に生じる第二
振動モードの共振周波数よりも高くなるように該振動体
１が構成されている」点が従来例の振動波モータと異な
っている。すなわち、本実施例の振動波モータの振動体
１は、第一振動モードにおける剛性が第二振動モードに
おける剛性よりも高くなるように構成されている。

【００４２】圧電素子ａ１及びｂ２の外側位置には接地
用電極ＧＮＤ−ｄが密着され、圧電素子ａ１とａ２との
間には駆動用の第一の交流電圧を印加するための駆動用
電極Ａ−ｄが挟みこまれ、圧電素子ａ２と圧電素子ｂ１
との間には接地用電極ＧＮＤ−ｄが挟み込まれ、また、
圧電素子ｂ１とｂ２との間には駆動用の第二の交流電圧
を印加するための駆動用電極Ｂ−ｄが挟み込まれてい
る。すなわち、圧電素子ａ１とａ２の組及び圧電素子ｂ
１とｂ２の組はいずれも接地用電極ＧＮＤ−ｄに挟みつ
けられており、圧電素子ａ１とａ２の間にある駆動用電
極Ａ−ｄにより該圧電素子ａ１及びａ２に後述のＡ相駆
動信号が印加され、圧電素子ｂ１とｂ２の間にある駆動
用電極Ｂ−ｄから該圧電素子ｂ１とｂ２に後述のＢ相駆
動信号が印加されるようになっている。

【００４３】図１は前述したＡ相圧電素子ａ１及びａ２
とＢ相圧電素子ｂ１及びｂ２とに駆動信号たる第一及び
第二の交流電圧を印加するための駆動制御手段の概念的
構成を示したものである。図１において、１１は前記Ａ
相圧電素子群（同図においては、前記圧電素子ａ１及び
ａ２を含めてＡで表示する）とＢ相圧電素子群（同図に
おいては前記圧電素子ｂ１及びｂ２を含めてＢで表示す
る）とに印加する交流電圧の周波数を設定且つ変化させ
る周波数制御手段を構成しているマイクロコンピュータ
（以後はマイコンと略記する）、２は該マイコン１１か
ら発生される指令信号に応じた周波数の交流信号を発生
する公知の電圧制御発振器（ＶＣＯ）等の発振器、３は
該発振器２の出力信号の位相を所定位相だけ（たとえば
９０度）ずらす公知の移相器、４は高圧電源４１の電圧
を該発振器２及び移相器３の出力でスイッチングするこ
とにより前記発振器２及び移相器３の出力を増幅するプ
ッシュプル増幅回路の如きスイッチング回路、６及び７
は該駆動制御手段側のインピーダンスと該振動体側のイ
ンピーダンスとを整合させるためのマッチング用コイ
ル、１２はＡ相圧電素子群の駆動電極に接続された整流
回路、１３はＢ相圧電素子群の駆動電極に接続された整
流回路、１４は該整流回路１２及び１３の出力端に接続
された比較回路、である。

【００４４】本実施例の振動波モータの振動制御手段に
は図１に示すように、Ａ相圧電素子群に印加する交流電
圧の大きさとＢ相圧電素子群に印加する交流電圧の大き
さとの差を検出する比較回路１４が設けられており、該
比較回路１４の出力をマイコン１１が取り込んで該振動
体１の振動状態を検出し、該振動状態を参照しつつ該両
圧電素子群に印加する交流電圧の周波数を制御するよう
に構成されている。

【００４５】図３は、図１の構成における各部の信号波
形と、振動波モータの特性を示した図である。

【００４６】図３において、Ｖ_a は整流回路１２の出力
電圧、Ｖ_b は整流回路１３の出力電圧、Ｃ_abは比較回路
１４の出力電圧、Ｎは該振動波モータの回転数、横座標
軸は該圧電素子に印加する交流電圧の周波数及び該振動
体１の振動の周波数、縦座標軸は該モータの回転数及び
前記回路の出力電圧、を表している。

【００４７】一般に、振動波モータは図３からも判るよ
うに、印加交流電圧の周波数が該振動体の共振周波数ｆ
₀ よりも高い場合にはユックリ回転し、回転数を上昇さ
せるために印加交流電圧の周波数を徐々に下げていくと
該モータの回転数が徐々に上がっていき、該交流電圧の
周波数が該振動体の共振周波数ｆ₀ よりも低い特定周波
数ｆ_x になると突然、回転数が低下してしまうという特
性を有している。

【００４８】従って、上記のような急激な回転低下を生
じさせないように該モータを制御するためには該振動体
の振動状態（特に、該振動体の共振状態近傍の振動状
態）を適確に検出し、その検出結果に基づいて該振動体
に対する印加交流電圧の周波数を制御することが必要に
なる。

【００４９】従来の振動波モータでは、振動状態検出用
の圧電素子を設けて該圧電素子により該振動体の振動状
態を検出していたが、本実施例の振動波モータでは、図
１に示したように、二つの整流回路１２及び１３と該整
流回路の出力を比較する比較回路１４とによって該振動
体の振動状態を検出している。

【００５０】本実施例の振動波モータにおいては、整流
回路１２及び１３のそれぞれの出力電圧Ｖ_a 及びＶ_b は
図３に示すように振動体１の共振周波数近傍で最低値と
なる曲線で表される。また、本実施例の振動波モータの
振動体は前述したようにＢ相の（すなわち第二振動モー
ドの）共振周波数よりもＡ相の（すなわち第一振動モー
ドの）共振周波数が高くなるように構成されているの
で、該モータの起動直後の低速度時（すなわち駆動交流
電圧の周波数が該振動体の共振周波数ｆ₀ よりも高い
時）には整流回路１２の出力電圧Ｖ_a の方が整流回路１
３の出力電圧Ｖ_b よりも低くなる。従って、この時には
比較回路１４の出力Ｃ_abは「Ｌｏｗ」になっている。

【００５１】該モータの速度を定常運転速度にまで上昇
させるために印加交流電圧の周波数を低下させていくと
Ｖ_a が先に最低値を経て増加し始め、その結果、Ｖ_a ＜
Ｖ_bからＶ_a ＞Ｖ_b に大小関係が変化する。これと同時
に比較回路１４の出力Ｃ_abは「Ｌｏｗ」から「Ｈｉ」に
変化する。マイコン１１は比較回路１４の出力Ｃ_abが
「Ｌｏｗ」から「Ｈｉ」に変化した時点で印加電圧の周
波数をそれ以下の値にしないように周波数制御を行うこ
とにより振動波モータに前記のような急激な回転数低下
を生じさせぬように制御を行う。これにより、該モータ
を定常運転状態に保持することができる。

【００５２】また、上記Ｖ_a ＞Ｖ_b になった周波数から
やや高い周波数に設定し、Ｖ_a ＜Ｖ_b にしておけば周囲
の温度変化や負荷の変動などによって該振動波モータの
振動体の共振周波数が上がってしまった時には検出電圧
の状態がＶ_a ＞Ｖ_b に変化するので該比較回路１４の出
力Ｃ_abも変化し、マイコン１１がこの変化に応じて該駆
動交流電圧の周波数を高い方向へ変化させることにより
該振動波モータに急激な回転数低下を起こさせぬように
制御することができる。

【００５３】以上のように、本実施例の振動波モータで
は、振動体の第一振動モードの共振周波数よりも第二振
動モードの共振周波数が高くなるように該振動体を構成
してあること、及びＡ相駆動電圧の大きさとＢ相駆動電
圧の大きさとを比較検出する手段を設けたこと、などに
よって、従来の振動検出用圧電素子を不要とし、これに
より従来の振動波モータよりも安価なコストで製造でき
る改善された振動波モータを実現することができる。

【００５４】＜実施例２＞図４に本発明の第二実施例の
振動波モータの機械的構造を示す。なお、本実施例の振
動波モータは前記第一実施例の振動波モータと同じ電気
的構成を有しており、本実施例の振動波モータの電気的
構成である駆動制御手段は図１を準用して表示すること
にする。

【００５５】本実施例の振動波モータにおける機械的構
造の特徴は、Ａ相駆動用の圧電素子の数がＢ相駆動用の
圧電素子の数よりも多くなっていることである。

【００５６】図４に示す本実施例の振動波モータの振動
体においては、Ａ相駆動用の圧電素子がａ１〜ａ４の４
枚で構成され、Ｂ相駆動用の圧電素子群がｂ１及びｂ２
の２枚で構成されている。圧電素子ａ１とａ２との間に
は駆動用電極Ａ−ｄが配置され、圧電素子ａ３とａ４と
の間には駆動用電極Ａ’−ｄが配置され、圧電素子ｂ１
とｂ２との間には駆動用電極Ｂ−ｄが配置されている。
また、圧電素子ａ１の外側、圧電素子ａ２とａ３との
間、圧電素子ａ４とｂ１との間、圧電素子ｂ２外側、の
各位置には接地用電極ＧＮＤ−ｄが配置されている。

【００５７】このようにＡ相駆動用圧電素子の数とＢ相
駆動用圧電素子の数とを異ならせた構造によれば、第一
の振動モードの振動特性と第二の振動モードの振動特性
とを互いに異なったものとすることができ、その結果、
駆動制御手段に設けた前記二つの整流回路１２及び１３
の出力電圧の特性を互いに異なったものとすることがで
きるので振動体の振動状態の変化を検出しやすくなる。

【００５８】以下に図５を参照して、本実施例の振動波
モータの駆動制御手段の動作を説明する。

【００５９】該振動波モータを起動する時には印加交流
電圧の周波数を高い値から低い値に掃引していく。本実
施例の振動波モータではＡ相の圧電素子数がＢ相の圧電
素子数よりも多いので、Ａ相の静電容量がＢ相の静電容
量よりも大きい。従って、モータ起動後の過渡運転状態
では印加交流電圧の周波数が該振動体の共振周波数より
もかなり高いため、図５に示すように整流回路１２の出
力電圧Ｖ_a は整流回路１３の出力電圧Ｖ_b にくらべて高
くなり、比較回路１４の出力Ｃ_abは「Ｈｉ」になる。

【００６０】モータの回転数（速度）を上昇させるため
に印加交流電圧の周波数を下げていくとＡ相の共振アド
ミッタンスが大きいので整流回路１２の出力電圧Ｖ_a は
急激に小さくなり、Ｖ_a ＜Ｖ_b となり、比較回路１４の
出力Ｃ_abは「Ｈｉ」から「Ｌｏｗ」になる。そして、更
に周波数を下げて該振動体の共振周波数を下回る周波数
になると再びＶ_a ＞Ｖ_b に戻り、比較回路１４の出力Ｃ
_abは「Ｌｏｗ」から「Ｈｉ」になる。従って、マイコン
１１はその時点で印加交流電圧の周波数がそれ以下にな
らないように指令信号を発して該モータに前記の急激な
回転数低下を起こさせぬように制御を行う。

【００６１】また、上記Ｖ_a ＞Ｖ_b になった周波数から
やや高い周波数に設定し、Ｖ_a ＜Ｖ_b にしておけば周囲
の温度変化や負荷の変動などによって該振動波モータの
振動体の共振周波数が上がってしまった時には検出電圧
の状態がＶ_a ＞Ｖ_b に変化するので該比較回路１４の出
力Ｃ_abも変化し、マイコン１１がこの変化に応じて該駆
動交流電圧の周波数を高い方向へ変化させることにより
該振動波モータに急激な回転数低下を起こさせぬように
制御することができる。

【００６２】本実施例によれば、第一実施例のように振
動体の剛性を第一振動モードと第二振動モードとにおい
て互いに異ならせるように該振動体本体を設計しなくて
もＡ相駆動電圧とＢ相駆動電圧との大きさの比較を正確
に検出することができる。

【００６３】なお、本実施例では、Ａ相圧電素子の数と
Ｂ相圧電素子の数とを互いに異なる数にすることによっ
て振動体の第一振動モードの振動特性（もしくは振動ア
ドミッタンス）と第二振動モードの振動特性（もしくは
振動アドミッタンス）とを互いに異ならせるようにして
いるが、この構成に代えて、Ａ相圧電素子を該振動体に
取り付ける位置とＢ相圧電素子を該振動体に取り付ける
位置とをずらして（すなわち、該振動体の軸線方向にお
いてずらして）該第一振動モードの振動特性と該第二振
動モードの振動特性とを相対的に異ならせるようにして
もよい。

【００６４】＜実施例３＞図６に本発明の第三実施例の
振動波モータの電気的構成すなわち駆動制御手段の構成
を示す。なお、本実施例の振動波モータの機械的構造は
第一実施例のものと同じである。すなわち、本実施例の
振動波モータの振動体は第一振動モード（Ａ相圧電素子
により生じる振動）の共振周波数が第二振動モード（Ｂ
相圧電素子により生じる振動）の共振周波数よりも高く
なるように（該第一振動モードにおける剛性が該第二振
動モードにおける剛性よりも高くなるように）構成され
ているものであり、本実施例の振動波モータの機械的構
造については図２を準用することとする。

【００６５】本実施例の振動波モータの駆動制御手段に
おいては、Ａ相圧電素子とＢ相圧電素子とに印加される
交流電圧によって該両素子に流れる電流の大きさを検出
することにより該振動体の振動状態を検出するようにし
たことが特徴である。

【００６６】図６において、１５及び１６はホール素子
や電流プローブもしくはインダクタ等の電流検出素子で
あり、これ以外の構成要素は図１にて説明した構成要素
と同じであり、制御方式も同じである。すなわち、１２
及び１３は整流回路、１４は比較回路、であり、比較回
路１４は整流回路１２及び１３の出力電流Ｉ_a 及びＩ_b
の大きさの比較を行って「Ｈｉ」もしくは「Ｌｏｗ」の
出力Ｃ_abを発生し、マイコン１１は該出力Ｃ_abに応じて
該圧電素子に印加する交流電圧の周波数の指令値を変化
させる。

【００６７】図７は図３及び図５と同じく、振動波モー
タの振動体の振動周波数及び圧電素子に対する印加交流
電圧の周波数（横座標軸）、該振動波モータのロータの
回転数Ｎ及び整流回路１２と１３の出力電流（縦座標
軸）、及び比較回路１４の出力Ｃ_ab、を示した図であ
る。

【００６８】本実施例の振動波モータにおいては、整流
回路１２及び１３のそれぞれの出力電流Ｉ_a 及びＩ_b は
図３に示すように振動体１の共振周波数近傍で最低値と
なる曲線で表される。また、本実施例の振動波モータの
振動体は前述したようにＢ相の（すなわち第二振動モー
ドの）共振周波数よりもＡ相の（すなわち第一振動モー
ドの）共振周波数が高くなるように構成されているの
で、該モータの起動直後の低速度時（すなわち駆動交流
電圧の周波数が該振動体の共振周波数ｆ₀ よりも高い
時）には整流回路１２の出力電流Ｉ_a は整流回路１３の
出力電流Ｉ_b よりも低くなる。従って、この時には比較
回路１４の出力Ｃ_abは「Ｌｏｗ」になっている。

【００６９】該モータの速度を定常運転速度にまで上昇
させるために印加交流電圧の周波数を低下させていくと
Ｉ_a が先に最低値を経て増加し始め、その結果、Ｉ_a ＜
Ｉ_bからＩ_a ＞Ｉ_b に大小関係が変化する。これと同時
に比較回路１４の出力Ｃ_abは「Ｌｏｗ」から「Ｈｉ」に
変化する。マイコン１１は比較回路１４の出力Ｃ_abが
「Ｌｏｗ」から「Ｈｉ」に変化した時点で印加電圧の周
波数をそれ以下の値にしないように周波数制御を行うこ
とにより振動波モータに前記のような急激な回転数低下
を生じさせぬように制御を行う。これにより、該モータ
を定常運転状態に保持することができる。

【００７０】また、上記Ｉ_a ＞Ｉ_b になった周波数から
やや高い周波数に設定し、Ｉ_a ＜Ｉ_b にしておけば周囲
の温度変化や負荷の変動などによって該振動波モータの
振動体の共振周波数が上がってしまった時には検出電圧
の状態がＩ_a ＞Ｉ_b に変化するので該比較回路１４の出
力Ｃ_abも変化し、マイコン１１がこの変化に応じて該駆
動交流電圧の周波数を高い方向へ変化させることにより
該振動波モータに急激な回転数低下を起こさせぬように
制御することができる。

【００７１】本実施例の構成のように、電流検出素子１
５及び１６を使用すれば、電圧検出素子のように該モー
タの主回路に直接に接続する必要がないので該モータの
駆動信号に影響を与えることなく該振動体の振動状態を
正確に検出できる。

【００７２】＜実施例４＞図８に本発明の第四の実施例
の振動波モータの電気的構成すなわち駆動制御手段を示
す。なお、本実施例の振動波モータの本体すなわち機械
的構造部分は実施例１のものと同じであり、第一振動モ
ード（Ａ相圧電素子に印加される第一の交流電圧により
生じる振動）における剛性が第二振動モード（Ｂ相圧電
素子に印加される第二の交流電圧により生じる振動）に
おける剛性よりも大きくなるように振動体が構成されて
いる。

【００７３】本実施例の振動波モータの駆動制御手段に
おいては、該スイッチング回路４及び５と圧電素子Ａ及
びＢとの間にインピーダンス素子としての抵抗１７及び
１８が接続されていてマッチングコイルがないことが図
１の構成とは異なっている。なお、抵抗１７及び１８の
代わりに他のインピーダンス素子を接続してもよい。

【００７４】本実施例のように、該スイッチング回路４
及び５の出力端と圧電素子との間にインピーダンス素子
を接続すると、整流回路１２及び１３の入力の接続点で
はそれぞれの圧電素子のインピーダンス特性により電圧
降下が変化するので、整流回路１２及び１３の出力変動
を検出しやすくなり、すなわち、該振動体の振動状態を
正確に検出できる効果がある。

【００７５】なお、本実施例の駆動制御手段は、前記イ
ンピーダンス素子を除けば図１の構成要素と同じ構成要
素で構成されているので、回路構成の説明及び回路動作
の説明を省略する。

【００７６】以上の各実施例は本発明を棒状振動波モー
タに適用した場合であったが、棒状振動波モータに限る
ことなく、少なくとも二つ以上の振動波モードで振動す
る振動体を有する振動波モータであれば本発明を適用で
きることは明らかである。

【００７７】＜発明と実施例との対応＞請求項記載の
「駆動制御手段」は、図１，６，８において振動体１に
取り付けられた圧電素子を除いたすべての回路要素を含
む電気的構成に該当する。

【００７８】請求項記載の「周波数制御手段」は実施例
のマイコン１１に該当し、「電圧比較手段」及び「電流
比較手段」は実施例の整流回路１２及び１３並びに比較
回路１４から成る構成に該当する。

【００７９】

【発明の効果】請求項１の発明によれば、該振動体の２
群の圧電素子に対する印加交流電圧の大きさを検出する
とともに比較する電圧比較手段を設けたので、従来の振
動波モータにおいて必要とされていた振動状態検出用の
圧電素子が不要となり、従来の振動波モータよりも安価
なコストで製造できる、改善された振動波モータが提供
される。

【００８０】請求項２の発明によれば、該振動体の２群
の圧電素子に流れる電流の大きさを検出するとともに比
較する電流比較手段を設けたので、従来の振動波モータ
において必要とされていた振動状態検出用の圧電素子が
不要となり、従来の振動波モータよりも安価なコストで
製造できる、改善された振動波モータが提供される。

【００８１】請求項３の発明によれば、該スイッチング
回路の出力端にインピーダンス素子を接続することによ
って該圧電素子に印加される電圧の検出が容易になり、
従って、従来必要であった振動状態検出用の圧電素子が
なくても振動体の振動状態の検出を正確に行うことがで
きる。

【００８２】請求項４の発明によれば、該第一の振動モ
ードの固有振動数と該第二の振動モードの固有振動数と
が互いに相異なる値となるように該振動体が構成されて
いるので該圧電素子に対する印加電圧の変化もしくは電
流変化の検出が容易になり、従って、従来必要であった
振動状態検出用の圧電素子がなくても振動体の振動状態
の検出を正確に行うことができる。

【００８３】請求項５の発明によれば、該第一の振動モ
ードの振動特性と該第二の振動モードの振動特性とが互
いに相異なるように該振動体が構成されているので該圧
電素子に対する印加電圧の変化もしくは電流変化の検出
が容易になり、従って、従来必要であった振動状態検出
用の圧電素子がなくても振動体の振動状態の検出を正確
に行うことができる。

【００８４】請求項６の発明によれば、該第一の振動モ
ードの振動特性と該第二の振動モードの振動特性とを互
いに相異ならせるための構成として該振動体における第
一群の圧電素子の数と第二群の圧電素子の数とを相異な
らせたので、該圧電素子に対する印加電圧の変化もしく
は電流変化の検出が容易になり、従って、従来必要であ
った振動状態検出用の圧電素子がなくても振動体の振動
状態の検出を正確に行うことができる。

【００８５】請求項７の発明によれば、該第一の振動モ
ードの振動特性と該第二の振動モードの振動特性とを互
いに相異ならせるための構成として該振動体における第
一群の圧電素子の取り付け位置と第二群の圧電素子の取
り付け位置とを該振動体の軸線方向に沿ってずらせたの
で、該圧電素子に対する印加電圧の変化もしくは電流変
化の検出が容易になり、従って、従来必要であった振動
状態検出用の圧電素子がなくても振動体の振動状態の検
出を正確に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一及び第二実施例の振動波モータの
駆動制御手段としての電気的構成を示した図。

【図２】本発明の第一及び第三並びに第四実施例の振動
波モータの機械的構造部分を示した概略図。

【図３】該振動波モータの特性と、第一及び第二実施例
の駆動制御手段における二つの整流回路１２及び１３の
出力電圧と比較回路１４の出力と、を示した図。

【図４】本発明の第二実施例の振動波モータの機械的構
造部分を示した概略図。

【図５】第二実施例の振動波モータの駆動制御手段にお
ける二つの整流回路の出力と比較回路の出力とを示した
図。

【図６】本発明の第三実施例の振動波モータの電気的構
成を示した図。

【図７】振動波モータの特性と、図６の構成に含まれる
二つの整流回路の出力と比較回路の出力と、を示した
図。

【図８】本発明の第四実施例の振動波モータの電気的構
成を示した図。

【図９】従来公知の棒状振動波モータの機械的構造部分
を示す概略図。

【図１０】従来公知の棒状振動波モータの電気的構成を
示した図。

【符号の説明】

１…振動体２…発振器３…移相器４，５…スイッチ
ング回路６，７…マッチングコイル１０…位相差検出
器１１…マイクロコンピュータ（マイコン）１２，１３…整流回路１４…比較回路１５，１６…電流検出素子１７，１８…抵抗２２，１０２…ロータ２３，１０３…出
力ギア

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電気的エネルギーの印加により機械的な
振動を発生する第一及び第二のエネルギー変換素子群を
有し、該第一素子群により励振されることにより第一の
振動モードで振動するとともに該第二素子群により励振
されることにより該第一の振動モードに対して直交する
方向の第二の振動モードで振動する振動体と、該第一素子群に第一の交流電圧を印加するとともに該第
一の交流電圧に対して位相のみが異なる第二の交流電圧
を該第二素子群に印加する駆動制御手段と、を有して成り、該駆動制御手段には、該第一及び第二の交流電圧の周波
数を設定且つ変化させる周波数制御手段と、該周波数制
御手段の出力に基づいて電源出力をスイッチングするこ
とにより該第一及び第二の交流電圧を発生せしめるスイ
ッチング回路と、が含まれている振動波モータにおい
て、該第一の交流電圧の大きさと該第二の交流電圧の大きさ
とを比較する電圧比較手段が該スイッチング回路の出力
側に接続されており、該周波数制御手段は該電圧比較手段の出力に応じて該第
一及び第二の交流電圧の周波数を制御するように構成さ
れていることを特徴とする振動波モータ。
【請求項２】電気的エネルギーの印加により機械的な
振動を発生する第一及び第二のエネルギー変換素子群を
有し、該第一素子群により励振されることにより第一の
振動モードで振動するとともに該第二素子群により励振
されることにより該第一の振動モードに対して直交する
方向の第二の振動モードで振動する振動体と、該第一素子群に第一の交流電圧を印加するとともに該第
一の交流電圧に対して位相のみが異なる第二の交流電圧
を該第二素子群に印加する駆動制御手段と、を有して成り、該駆動制御手段には、該第一及び第二の交流電圧の周波
数を設定且つ変化させる周波数制御手段と、該周波数制
御手段の出力に基づいて電源出力をスイッチングするこ
とにより該第一及び第二の交流電圧を発生せしめるスイ
ッチング回路と、が含まれている振動波モータにおい
て、該第一の素子群に流れる電流の大きさと該第二の素子群
に流れる電流の大きさとを比較する電流比較手段が該ス
イッチング回路の出力側に接続されており、該周波数制御手段は該電流比較手段の出力に応じて該第
一及び第二の交流電圧の周波数を制御するように構成さ
れていることを特徴とする振動波モータ。
【請求項３】該振動体の該第一素子群及び該第二素子
群と該スイッチング回路との間にインピーダンス素子が
接続されていることを特徴とする請求項１の振動波モー
タ。
【請求項４】該第一の振動モードの固有振動数と該第
二の振動モードの固有振動数とが互いに相異なる値にな
るように該振動体が構成されていることを特徴とする請
求項１又は２の振動波モータ。
【請求項５】該第一の振動モードの振動特性と該第二
の振動モードの振動特性とが互いに相異なるように該振
動体が構成されていることを特徴とする請求項１又は２
の振動波モータ。
【請求項６】該第一の振動モードの振動特性と該第二
の振動モードの振動特性とを互いに相異ならせるための
構成として、該第一素子群を構成する素子数と該第二素
子群を構成する素子数とを互いに相異ならせたことを特
徴とする請求項１又は２の振動波モータ。
【請求項７】該第一の振動モードの振動特性と該第二
の振動モードの振動特性とを互いに相異ならせるための
構成として、該振動体に対する該第一素子群の取り付け
位置と該第二素子群の取り付け位置とを互いに異ならせ
たことを特徴とする請求項１又は２の振動波モータ。