JPH08168274A - 振動装置および超音波モータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 振動弾性体の伸び方向の固有振動数と、屈曲
方向の固有振動数とを一致させることを不要とする振動
装置を提供する。 【構成】 振動弾性体に伸び方向の振動を与える第１相
の加振手段および屈曲振動を与える第２相の加振手段を
固定した振動子の第１相の加振手段および第２相の加振
手段に駆動用の周波電圧を印加して、振動弾性体の駆動
部に駆動波を形成させる振動装置において、該振動弾性
体は伸び方向の振動モードの固有振動数が屈曲方向の振
動モードの固有振動数の２以上の整数倍とし、該駆動回
路は、第１の周波数の信号と、該第１の周波数の信号の
２以上の整数倍の第２の周波数の信号を重畳した信号に
基づいた周波電圧を該第１相の加振手段および該第２相
の加振手段に印加する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、縦−屈曲振動を利用し
た振動装置および超音波モータに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、縦−屈曲振動を利用した超音波モ
ーターは、例えば、特開平１−１１００７０や特開平１
−１１００７１や、富川義朗氏による文部省科学研究費
補助金研究成果報告書「圧電アクチェータの開発とその
体系化の研究（課題番号６３４６０１３７）」等に開示
されている。

【０００３】従来の、縦−屈曲振動を利用した超音波モ
ーターは、圧電素子が固定された平板状の振動弾性体か
らなるステーター（振動子）を第１相と第２相の２つの
位相で加振できるような構造とし、さらに、ステーター
の縦方向の固有振動数と、屈曲方向の所定の次数の固有
振動モードの振動数が略一致するような形状として、前
記、第１相と第２相の加振を、電気角で９０度ずれた矩
形波または正弦波を圧電素子に印加することにより、ス
テーターの所定の位置において、ステーター上の点が楕
円軌跡を描くようにし、その部分にムーブメント（摺動
子）を圧接することによりムーブメントが駆動されると
いうものであり、可聴域の駆動騒音をほとんど発生せず
に、円滑で強力な推力を得ることができるという特徴が
ある。

【０００４】

【発明が解決しようとしている課題】しかしながら、上
記従来例では、 １、ステーターの縦方向の固有振動数と、屈曲方向の所
定のモードの固有振動数を一致させなければならないた
めに、ステーターの形状に対する制約が厳しくなり、こ
のようなモーターを組み込んだ機器を設計しようとする
と、設計自由度に乏しく、結局は機器その物が大型化し
てしまうという問題が生じてしまう。

【０００５】２、一つの入力により、縦と屈曲の双方の
振動が励起されるために、例えば、ムーブメントの速度
を遅くしたい場合には、第１相と第２相両方の圧電素子
に印加する電圧を下げ、縦方向と屈曲方向の双方の振動
レベルを小さくするか、第１相と第２相の圧電素子に印
加する電圧の位相を変化させステーター上の点の軌跡を
縦長になるようにする必要がある。

【０００６】しかし、縦方向と屈曲方向の双方の振動レ
ベルを小さくすると、縦方向の振動レベルも小さくなる
ために、ステーターの所定の位置に設けられた駆動片
と、ムーブメントとのそれぞれの面精度の状況によって
ステーターの駆動方向の振動成分が、ムーブメントに伝
達されにくくなるという問題がある。

【０００７】また、第１相の圧電素子と、第２相の圧電
素子に印加される電圧の位相を変化させようとする場
合、印加電圧の波形は同じにしたまま、位相のみを変え
なければならず、駆動回路規模が大きくなってしまうと
いう問題があった。

【０００８】さらにまた、縦−屈曲超音波モーターで
は、温度変化等によってステーターの長さが変化した場
合や、ムーブメントにステーターを圧接する力が変化し
た場合などにおいて、伸び縮みによる振動と、曲げによ
る振動の、それぞれに対する影響の度合いが同一にはな
らないが、その影響をなくすために、円環状の、進行波
を利用した超音波モーターで特開平６−６２５８８に開
示されるような、超音波モーターを所定の特性で使用す
るために、センサー相を設けて、ステーターの振動状況
を検出し、超音波振動子に印加する電圧にフィードバッ
クをかけるという技術を応用しようとしても、前述の従
来の、縦−屈曲振動を利用した超音波モーターにおいて
は、一つの入力により、縦と屈曲の双方の振動を励起す
るような超音波モーターにおいては、たとえセンサー相
を設けて、ステーターの振動の様子を検出しようとして
も、ステーター上の質点の振動がどのような楕円起動に
なっているか検出することはできず、しかも、たとえ検
出したとしても、一つの入力により、縦と屈曲の双方の
振動が励起されるために、たとえば、縦（伸び縮み）方
向の振幅のみを拡大して、所定の振動になるような補正
をかけるといったことができないという問題があった。

【０００９】本出願に係る第１の発明の目的は、縦−屈
曲振動を利用した超音波モーター等の振動装置におい
て、縦方向の固有振動数と、横方向の所定の振動モード
の固有振動数を一致させなくとも済むようにし、各種機
器に駆動源等として使用する際の設計自由度を拡大する
ことにある。

【００１０】本出願に係る第２の発明の目的は、振動子
上に励起される、縦方向の振動と、屈曲方向の振動をそ
れぞれ独立して、加振手段に印加する電圧により制御可
能とすることであり。

【００１１】本出願に係る第３の発明の目的は、振動子
上に励起される縦方向の振動の状況と、屈曲方向の振動
の状況を夫々独立して、検出可能とすることである。

【００１２】本出願に係る第４の発明の目的は、上記し
た目的を達成した超音波モータを提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段および作用】本出願に係る
第１の発明の目的を実現する構成は、請求項１に記載の
ように、振動弾性体に伸び方向の振動を与える第１相の
加振手段および屈曲振動を与える第２相の加振手段を固
定した振動子と、該第１相の加振手段および該第２相の
加振手段に駆動用の周波電圧を印加する駆動回路とを有
し、該駆動回路により該第１相の加振手段および該第２
相の加振手段に駆動用の周波電圧を印加すると該振動弾
性体に励起される伸縮方向の振動と屈曲振動との合成
で、該振動弾性体の駆動部に駆動波を形成させる振動装
置において、該振動子は伸び方向の振動モードの固有振
動数が屈曲方向の振動モードの固有振動数の２以上の略
整数倍とし、該駆動回路は、第１の周波数の信号と、該
第１の周波数の信号の２以上の整数倍の第２の周波数の
信号を重畳した信号に基づいた周波電圧を該第１相の加
振手段および該第２相の加振手段に印加することを特徴
とする振動装置にある。

【００１４】この構成では、振動弾性体に伸び方向の共
振と、該伸び方向の共振周波数の２以上の略整数分の１
倍の周波数の屈曲方向の共振を励起することにより、振
動弾性体上の所定の位置に、例えば動力伝達片等を設け
た駆動部に、平面的に８の字あるいは重なり合った８の
字状の軌跡を辿らせることにより、例えばこの動力伝達
片に加圧接触する部材と振動子とが摩擦力により相対的
に移動する。

【００１５】本出願に係る第２の発明の目的を実現する
構成は、請求項２に記載のように、請求項１において、
振動子には振動弾性体の振動を検出する振動検出手段が
設けられ、駆動回路には該振動検出手段の出力信号を複
数の周波数成分に分離する分離手段を有することを特徴
とする振動装置にある。

【００１６】この構成では、振動弾性体上に例えば上記
した動力伝達片が辿る平面的に８の字あるいは重なり合
った８の字状の軌跡の縦横比を所定の値に制御し、この
部材に加圧接触する部材との相対移動を所定の特性で行
なえることを可能とする。

【００１７】このための構成として、複数の分離手段
は、ローパスフィルターとハイパスフィルターとし、そ
して、駆動回路には複数の分離手段からの分離信号に基
づき、加振手段に印加する電圧の各周波数成分のレベル
を制御する制御手段を設けることにより実現する。

【００１８】また、駆動回路は複数の分離手段からの分
離信号に基づき、加振手段に印加する電圧の周波数を制
御する制御手段を設けることにより実現できる。

【００１９】なお、第１相および第２相の加振手段は圧
電素子を使用でき、また振動検出手段は圧電素子を使用
できる。

【００２０】本出願に係る第４の発明の目的を実現する
構成は、請求項８に記載のように、請求項１ないし７の
いずれかに記載の振動装置における振動子と、該振動子
の駆動部と加圧接触する部材とを有し、該振動子の駆動
部に励起される駆動波により、該振動子と該部材とを相
対的に移動させることを特徴とする超音波モータにあ
る。

【００２１】この構成では、高精度の駆動制御が実現で
き、振動子あるいは該振動子と加圧接触する部材を移動
させることができる。

【００２２】

【実施例】

（第１の実施例）図１ないし図６は本発明の第１の実施
例を示す。

【００２３】図１は、本発明による超音波モーターの分
解斜視図であり、図２は、本発明による超音波モーター
の動作説明図であり、図３は、本発明による超音波モー
ターを動作させるための回路システムのブロック図であ
り、図４、図５は本発明の第１の実施例において、圧電
素子に印加する電圧を示す図であり、図６は、ステータ
ー上の点の軌跡を説明する図である。

【００２４】初めに、図１により本発明の第１の実施例
のモーター部分の構成について説明する。

【００２５】図１において、１はステーター、２はムー
ブメント、３は付勢ばね、４はハウジング、５は第１の
圧電素子、６はベース部材、７は第２の圧電素子、８ａ
は第１相の第１の電極、８ｂは第１相の第２の電極、９
ａは第２相の第１の電極、９ｂは第２相の第２の電極、
１０は動力を伝達するための第１の駆動片、１１は動力
を伝達するための第２の駆動片、１２は固定片、１３は
ハウジング４に設けられた溝。１４、１５は第１、第２
の取付け穴である。

【００２６】ステーター１は、例えばリン青銅板でつく
られたベース部材６の両面に、例えば、ジルコン酸チタ
ン酸鉛（ＰＺＴ）で作られた、第１の圧電素子５と、第
２の圧電素子７が接着されている。

【００２７】第１の圧電素子５と、第２の圧電素子７は
それぞれ、厚さ方向に電圧をかけると面積方向に伸び縮
みするように分極がなされている。

【００２８】第１の圧電素子５上には、第１相の第１の
電極８ａと、第２相の第１の電極９ａが設けられてお
り、第１相の第１の電極８ａ上には、たとえばポリイミ
ド樹脂で作られた第１の動力伝達部材１０が接着等の手
段により固定されている。第２相の第１の電極９ａ上に
は、たとえばポリイミド樹脂で作られた第２の動力伝達
部材１１が接着等の手段により固定されている。

【００２９】第２の圧電素子７上には、第１相の第２の
電極８ｂと、第２相の第２の電極９ｂが設けられてい
る。又、第２の圧電素子７の中央部には、たとえばポリ
カーボネート樹脂で作られた固定片１２が接着されてい
る。

【００３０】ムーブメント２は、たとえばアルミニウム
の平板で作られ、被駆動物に取付けるための第１および
第２の取付け穴２ａ、２ｂが設けられている。

【００３１】付勢ばね３は、例えば、ステンレス板で作
られ、アーチ形状をなしている。

【００３２】ハウジング４は例えばポリカーボネート樹
脂で作られ、凹部１６と、溝１３と、第１、第２の取付
け穴１４、１５が設けられている。ハウジング４の凹部
１６には付勢ばね３と、ステーター１の固定片１２が嵌
合し、その状態において、付勢ばね３は、ステーター１
をムーブメント２に所定の圧力で加圧する。

【００３３】ハウジング４は第１、第２の取付け穴１
４、１５により前記被駆動体に対する固定体に固定され
る。

【００３４】前記、ステーター１のベース部材６は、例
えばリード線のような電気的接続手段によりグラウンド
端子Ｇに接続されている。

【００３５】また、前記、ステーター１の第１相の第１
の電極８ａと、第１相の第２の電極８ｂは、例えばリー
ド線のような電気的接続手段により第１相の入力端子８
ｃに接続されている。さらに、前記、ステーター１の第
２相の第１の電極９ａと、第２相の第２の電極９ｂは、
例えばリード線のような電気的接続手段により第１相の
入力端子９ｃに接続されている。

【００３６】つぎに図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、
（ｄ）により本発明の第１の実施例の振動動作について
説明する。

【００３７】図２（ａ）は、本発明による第１の実施例
のステーター部分の側面図であり、構成としては、図１
により説明した構成と全く同じものである。

【００３８】図２（ｂ）は、本発明による第１の実施例
のステーター部分の屈曲方向の振動の様子を示す図であ
り、横方向はステーター１の位置に対応し、縦方向は、
ステーター１の屈曲振動による厚さ方向の変位量を示し
ている。

【００３９】図２（ｃ）は、本発明による第１の実施例
のステーター部分の縦方向の振動の様子を示す図であ
り、横方向はステーター１の位置に対応し、縦方向は、
ステーター１の縦方向の振動による厚さ方向の変位量を
示している。

【００４０】本発明による第１の実施例においては、ス
テーター１の屈曲方向の固有振動モードの一つで、図２
（ｂ）に図示するような、腹が４箇所に生じるモードを
使用し、また、ステーター１の縦方向の固有振動モード
の一つで、図２（ｃ）に図示するようなステーター全体
が、厚み方向に伸び縮みするモードを使用する。

【００４１】本発明の第１の実施例においては、ステー
ター１の長さ、厚さ、幅は、図２（ｂ）に示すような屈
曲振動のモードの共振周波数が、例えば、４５ＫＨｚに
なるようになっている。また、ステーター１の長さ、厚
さ、幅は、図２（ｃ）に示すような縦振動のモードの共
振周波数が、例えば、９０ＫＨｚになるようになってい
る。

【００４２】次に、図３により、本実施例による超音波
モーターの駆動回路の構成について説明する。図３にお
いて、先に図１により説明した超音波モーターのモータ
ー部分と共通の構成には、共通の符号を付してある。

【００４３】図３において、３０は入力信号を増幅して
出力する第１のドライブ回路、３１は入力信号を増幅し
て出力する第２のドライブ回路、３２は第１の入力信号
と、第２の入力信号を加算した信号を出力する第１の加
算回路、３３は第１の入力信号と、第２の入力信号を加
算した信号を出力する第２の加算回路、３４は入力信号
を所定の時間だけずらして出力する第１の移相回路、３
５は入力信号を所定の時間だけずらして出力する第２の
移相回路、３６は入力信号を所定の時間だけずらして出
力する第３の移相回路、３７は第１の発振回路、３８は
第２の発振回路である。

【００４４】第１の発振回路３７の出力端子は、第１の
加算回路３２の第１の入力端子３２ａと第２の移相回路
３５の入力端子に電気的に接続されている。第２の発振
回路３８の出力端子は、第３の移相回路３６を介して、
第１の加算回路３２の第２の入力端子３２ｂと、第１の
移相回路３４の入力端子に接続されている。第１の移相
回路３４の出力端子と、第２の移相回路３５の出力端子
は、それぞれ、第２の加算回路３３の第１、第２の入力
端子３３ａ、３３ｂに接続されている。第１の加算回路
３２の出力端子は、第１のドライブ回路３０の入力端子
に接続されている。第２の加算回路３３の出力端子は、
第２のドライブ回路３１の入力端子に接続されている。

【００４５】第１のドライブ回路３０の出力端子は、前
述のモーター部分の第１相の入力端子８ｃに接続されて
いる。また、第２のドライブ回路３１の出力端子は、前
述のモーター部分の第２相の入力端子９ｃに接続されて
いる。さらに、前述のモーター部分のベース部材６は、
駆動回路のグラウンドと接続されている。

【００４６】第１の発振回路３７は、４５ＫＨｚで発振
しており、第２の発振回路３８は、９０ＫＨｚで発振し
ている。第３の移相回路３６は、第１の発振回路の時刻
ｔにおける出力をｓｉｎ（４５ｔ）としたときに、第２
の発振回路の出力を時間的にずらして、第３の移相回路
３６の出力信号が、ｓｉｎ（９０ｔ）となるように設定
されている。また、第２の移相回路３５は、第１の発振
回路の出力を時間的にずらして、第２の移相回路３５の
出力信号が、ｃｏｓ（４５ｔ）となるように設定されて
いる。さらに、第１の移相回路３４は、第３の移相回路
３６の出力を時間的にずらして、第１の移相回路３４の
出力信号が、ｃｏｓ（９０ｔ）となるように設定されて
いる。

【００４７】このような回路によって生成される信号と
圧電素子に印加される電圧を図３、図４および図５によ
って説明する。

【００４８】図４は、本実施例における超音波モーター
のステーター１の第１相に印加される電圧にかかわる図
である。図４（ａ）は、図３の第１の発振回路３７の出
力信号であり、第１の加算回路３２の第１の入力信号で
ある。

【００４９】図４（ｂ）は、図３の第３の移相回路３６
の出力信号であり、第１の加算回路３２の第２の入力信
号であり、図４（ｃ）は、超音波モーターのステーター
の第１相の入力端子８ｃに印加される電圧波形である。
図４（ｃ）より明らかなように、超音波モーターのステ
ーターの第１相の入力端子８ｃには、ｓｉｎ（４５ｔ）
＋ｓｉｎ（９０ｔ）という形の電圧が印加される。この
ような形の電圧が印加されることにより、前記、超音波
モーターのステーターには、９０ＫＨｚの縦振動と４５
ＫＨｚの屈曲振動がそれぞれ励起される。

【００５０】また、同様に図５は、本実施例における超
音波モーターのステーター１の第２相に印加される電圧
にかかわる図である。図５（ａ）は、図３の第２の移相
回路３５の出力信号であり、第２の加算回路３３の第２
の入力信号である。図５（ｂ）は、図３の第１の移相回
路３４の出力信号であり、第２の加算回路３３の第１の
入力信号であり、図５（ｃ）は、超音波モーターのステ
ーターの第２相の入力端子９ｃに印加される電圧波形で
ある。

【００５１】図５（ｃ）より明らかなように、超音波モ
ーターのステーターの第１相の入力端子９ｃには、ｃｏ
ｓ（４５ｔ）＋ｃｏｓ（９０ｔ）という形の電圧が印加
される。このような形の電圧が印加されることにより、
前記、超音波モーターのステーターには、９０ＫＨｚの
縦振動と４５ＫＨｚの屈曲振動がそれぞれ励起される。

【００５２】図４（ｃ）に図示されるような電圧を超音
波モーターの第１相に加え、図５（ｃ）に図示されるよ
うな電圧を超音波モーターの第２相に加えることによ
り、超音波モーターのステーター１上に設けられた第
１、第２の駆動片１０、１１は、図６に示すような軌跡
を描く。図６において、横軸は、第１、第２の駆動片１
０、１１の横方向（ステーターの長さ方向）の位置を示
し、縦軸は、第１、第２の駆動片１０、１１の縦方向
（ステーターの厚さ方向）の位置を示している。

【００５３】図６より明らかなように、第１、第２の駆
動片１０、１１のたどる軌跡は、常にその上部で所定の
方向であり、そのために、これら第１、第２の駆動片１
０、１１に、ムーブメント２を所定の圧力で圧接すれ
ば、ムーブメント２には横方向の力が作用し、ハウジン
グを固定し被駆動体に摺動子を固定するか、摺動子を固
定し、ハウジングに被駆動体を固定すれば、被駆動体を
駆動することができる。また、ムーブメント２を駆動片
に押しつける力と被駆動体に加わる負荷が一定のとき、
図６に示した軌跡の縦と横の比によってムーブメントの
スピードは決定されるが、以上の説明より明らかなよう
に、本実施例においては、第１または、第２の発振回路
の出力電圧レベルを変えるだけで、図６に示した軌跡の
縦と横の比を変化させ、ムーブメントのスピードを変化
させることができる。

【００５４】（第２の実施例）上述した、本発明の第１
の実施例においては、ステーターの縦方向の共振周波数
と屈曲方向の共振周波数は、２対１即ち偶数倍の関係で
あったが、ステーターに印加する電圧を工夫することに
よって、３対１等の奇数倍の関係においても、超音波モ
ーターを駆動することができる。

【００５５】つぎに、ステーターの縦方向の共振周波数
と屈曲方向の共振周波数を奇数倍の関係とした本発明の
第２の実施例を図７、図８（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、図
９（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、図１０により説明する。本
実施例においては、モーターの構成は、図１に示した、
前述の第１の実施例と同じなので説明を省略する。

【００５６】図７（ａ）は、本発明による第２の実施例
のステーター部分の側面図であり、構成としては、図１
により説明した構成と全く同じものである。

【００５７】図７（ｂ）は、本発明による第２の実施例
のステーター部分の屈曲方向の振動の様子を示す図であ
り、横方向はステーター１の位置に対応し、縦方向は、
ステーター１の屈曲振動による厚さ方向の変位量を示し
ている。

【００５８】図７（ｃ）は、本発明による第２の実施例
のステーター部分の縦方向の振動の様子を示す図であ
り、横方向はステーター１の位置に対応し、縦方向は、
ステーター１の縦方向の振動による厚さ方向の変位量を
示している。

【００５９】図８、図９は本発明の第２の実施例におい
て、圧電素子に印加する電圧を示す図であり、図１０
は、ステーター上の点の軌跡を説明する図である。

【００６０】本発明による第２の実施例においては、ス
テーター１の屈曲方向の固有振動モードの一つで、図７
（ｂ）に図示するような、腹が２箇所に生じるモードを
使用し、また、ステーター１の縦方向の固有振動モード
の一つで、図７（ｃ）に図示するようなステーター全体
が、伸び縮みするモードを使用する。

【００６１】本発明の第２の実施例においては、ステー
ター１の長さ、厚さ、幅は、図７（ｂ）に示すような屈
曲振動のモードの共振周波数が、例えば、３０ＫＨｚに
なるようになっている。また、ステーター１の長さ、厚
さ、幅は、図７（ｃ）に示すような縦振動のモードの共
振周波数が、例えば、９０ＫＨｚになるようになってい
る。

【００６２】つぎに本発明の第２の実施例の回路構成と
駆動方法について説明する。

【００６３】本実施例において回路構成は、前述の本発
明の第１実施例と基本的には同じであり、第１、第２の
発振回路の発振周波数と、位相のずらし方のみが異なる
のでその部分を図３を用いて説明し、それ以外の部分の
説明は、説明を煩雑にするのを防ぐために省略する。

【００６４】図３において、第１の発振回路３７は、３
０ＫＨｚで発振しており、第２の発振回路３８は、９０
ＫＨｚで発振している。第３の移相回路３６は、第１の
発振回路の時刻ｔにおける出力をｓｉｎ（３０ｔ）とし
たときに、第２の発振回路の出力を時間的にずらして、
第３の移相回路３６の出力信号が、ｃｏｓ（９０ｔ）と
なるように設定されている。また、第２の移相回路３５
は、第１の発振回路の出力を時間的にずらして、第２の
移相回路３５の出力信号が、ｃｏｓ（３０ｔ）となるよ
うに設定されている。さらに、第１の移相回路３４は、
第３の移相回路３６の出力を時間的にずらして、第１の
移相回路３４の出力信号が、ｓｉｎ（９０ｔ）となるよ
うに設定されている。

【００６５】このような回路によって生成される信号と
圧電素子に印加される電圧を図３、図８および図９によ
って説明する。

【００６６】図８は、第２の実施例における超音波モー
ターのステーター１の第１相に印加される電圧にかかわ
る図である。図８（ａ）は、図３の第１の発振回路の出
力信号であり、第１の加算回路３２の第１の入力信号で
ある。

【００６７】図８（ｂ）は、図３の第３の移相回路の出
力信号であり、第１の加算回路３２の第２の入力信号で
あり、図８（ｃ）は、超音波モーターのステーターの第
１相の入力端子８ｃに印加される電圧波形である。

【００６８】図８（ｃ）より明らかなように、超音波モ
ーターのステーターの第１相の入力端子８ｃには、ｓｉ
ｎ（３０ｔ）＋ｃｏｓ（９０ｔ）という形の電圧が印加
される。このような形の電圧が印加されることにより、
前記、超音波モーターのステーターには、９０ＫＨｚの
縦振動と３０ＫＨｚの屈曲振動がそれぞれ励起される。

【００６９】また、同様に図９は、本実施例における超
音波モーターのステーター１の第２相に印加される電圧
にかかわる図である。図９（ａ）は、図３の第２の移相
回路３５の出力信号であり、第２の加算回路３３の第２
の入力信号である。

【００７０】図９（ｂ）は、図３の第１の移相回路３４
の出力信号であり、第２の加算回路３３の第１の入力信
号であり、図９（ｃ）は、超音波モーターのステーター
の第２相の入力端子９ｃに印加される電圧波形である。

【００７１】図９（ｃ）より明らかなように、超音波モ
ーターのステーターの第１相の入力端子９ｃには、ｃｏ
ｓ（３０ｔ）＋ｓｉｎ（９０ｔ）という形の電圧が印加
される。このような形の電圧が印加されることにより、
前記、超音波モーターのステーターには、９０ＫＨｚの
縦振動と３０ＫＨｚの屈曲振動がそれぞれ励起される。

【００７２】図８（ｃ）に図示されるような電圧を超音
波モーターの第１相に加え、図９（ｃ）に図示されるよ
うな電圧を超音波モーターの第２相に加えることによ
り、超音波モーターのステーター１上に設けられた第
１、第２の駆動片１０、１１は、図１０に示すような軌
跡を描く。図１０において、横軸は、第１、第２の駆動
片１０、１１の横方向（ステーターの長さ方向）の位置
を示し、縦軸は、第１、第２の駆動片１０、１１の縦方
向（ステーターの厚さ方向）の位置を示している。図１
０より明らかなように、第１、第２の駆動片１０、１１
のたどる軌跡は、常にその上部で所定の方向であり、そ
のために、これら第１、第２の駆動片１０、１１に、ム
ーブメント２を所定の圧力で圧接すれば、ムーブメント
２には横方向の力が作用し、被駆動体を駆動することが
できる。

【００７３】（第３の実施例）つぎに、ステーター１に
振動の状況を検出するセンサーを設け、ステーターの安
定した振動を得られるようにした、本発明の第３の実施
例を図１１、図１２により説明する。

【００７４】図１１は、本発明の第３の実施例の分解斜
視図であり、図１２は本発明の第３の実施例の回路構成
を示すブロック図である。

【００７５】図１１、図１２において、前述の本発明の
第１の実施例と共通の構成には、同一の符号を付し、説
明を省略する。

【００７６】図１１において、ステーター１の第１の圧
電素子５上には、ステーター１の振動状況を検出するた
めの電極４０が設けられており、ステーター１が振動す
るとそれに応じた信号が、前記振動状況を検出するため
の電極４０に電気的に接続された端子４０ａに発生す
る。

【００７７】図１２において、５１はローパスフィルタ
ーであり、５２はハイパスフィルター、５３は第１の比
較回路、５４は第２の比較回路、５５は第１のゲイン調
整回路、５６は第２のゲイン調整回路である。

【００７８】ローパスフィルター５１は、ステーターの
屈曲振動の周波数を通過させ縦振動の周波数を吸収する
ような設定になっている。ローパスフィルター５１の入
力は、前述の振動状況を検出するための電極４０に電気
的に接続された端子４０ａに接続され、また、その出力
は、第１の比較回路５３の入力に接続されている。第１
の比較回路５３はいわゆる差動増幅器であり、あらかじ
め設定した信号レベルと、入力された信号レベルを比較
して、その差に応じた信号を出力するものである。第１
の比較回路５３の出力端子は第１のゲイン調整回路の第
１の入力端子に接続されている。第１のゲイン調整回路
の第２の入力端子は第１の発振回路に接続されており、
また、出力端子は、第１の加算回路３２の第１の入力端
子と、第１の移相回路３４の入力端子に接続されてい
る、第１のゲイン調整回路５５は、前述の第１の比較回
路５３の出力信号に基づき、ステーターの屈曲振動の基
になる第１の発振回路３７の出力レベルを調整し、ステ
ーターに生じる、屈曲振動のレベルを変化させ調整す
る。

【００７９】ハイパスフィルター５２は、ステーターの
縦振動の周波数を通過させ屈曲振動の周波数を吸収する
ような設定になっている。ハイパスフィルター５２の入
力は、前述の振動状況を検出するための電極４０に電気
的に接続された端子４０ａに接続され、また、その出力
は、第２の比較回路５４の入力に接続されている。第２
の比較回路５４はいわゆる差動増幅器であり、あらかじ
め設定した信号レベルと、入力された信号レベルを比較
して、その差に応じた信号を出力するものである。第２
の比較回路５４の出力端子は第２のゲイン調整回路５６
の第１の入力端子に接続されている。第２のゲイン調整
回路５６の第２の入力端子は第２の発振回路３８に接続
されており、また、出力端子は、第１の加算回路３２の
第２の入力端子と、第２の移相回路３５の入力端子に接
続されている、第２のゲイン調整回路５６は、前述の第
２の比較回路５４の出力信号に基づき、ステーターの縦
振動の基になる第２の発振回路３８の出力レベルを調整
し、ステーターに生じる、縦振動のレベルを変化させ調
整する。

【００８０】以上の説明より明らかなように、本発明の
第３の実施例においては、第１および第２の比較回路５
３、５４にステーターの所定の振動レベルに相当する設
定をすることにより、安定したステーターの振動を得る
ことができ、超音波モーターとしても安定した特性を得
ることができるものである。

【００８１】また、本発明の第３の実施例においては第
１および第２の比較回路にステーターの振動レベルは、
一定にしたが、これを可変としてもよいのは当然であ
り、そのようにすることにより、本発明による超音波モ
ーター等の振動装置の速度制御や位置制御を行うことが
できるのも当然のことである。

【００８２】なお、上記した第３の実施例では、振動子
の振動レベルに応じて振動子に印加する電圧レベルが変
化するようになっているが、圧電素子に印加する交流電
圧の周波数を変化させて振動子の振動状態を変化させ、
所定の振動レベルを得ることもできる。

【００８３】（実施例と特許請求の範囲との関係）実施
例におけるステーター１は特許請求の範囲の各請求項の
振動子に相当し、実施例における駆動片は各請求項の振
動弾性体の駆動部に相当し、実施例におけるムーブメン
ト（摺動子）は請求項における振動子と加圧接触する部
材に相当する。

【００８４】

【発明の効果】請求項１に記載の発明によれば、振動弾
性体の伸び方向の固有振動数と、屈曲方向の固有振動数
とを一致させる必要がなく、振動波モーター等の振動装
置を設計する際の設計の自由度が増す。

【００８５】また、伸び方向の振動成分と屈曲方向の振
動成分とを独立してコントロールでき、振動弾性体上の
駆動部を形成する例えば駆動片、あるいは該駆動部に加
圧接触する部材の接触面の面積度に左右されることなく
速度制御ができる。

【００８６】請求項２、３、４に記載の発明によれば、
振動状況を監視して、安定した振動を得るためのフィー
ドバック制御を行う際にも、伸び方向と屈曲方向の振動
を夫々独立に検出してフィードバックすることができる
ため、容易にしかも極めて正確なフィードバック制御が
実現できる。

【００８７】請求項５、６に記載の発明によれば、製作
が容易であり、また小型化等に優れている。

【００８８】請求項７に記載の発明によれば、適切に振
動弾性体の伸び方向と屈曲方向の駆動制御が可能とな
る。

【００８９】請求項８に記載の発明によれば、良好な制
御を有し、また高精度の駆動制御ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を超音波モーターに適用した第１の実施
例の分解斜視図。

【図２】図１の超音波モーターの動作説明図。

【図３】図１の超音波モーターの動作させるための回路
システムのブロック図。

【図４】第１の実施例の圧電素子に印加する電圧の波形
図。

【図５】第１の実施例の圧電素子に印加する電圧の波形
図。

【図６】第１の実施例におけるステーター上の点の軌跡
を示す図。

【図７】本発明を超音波モーターに適用した第２の実施
例の動作説明図。

【図８】第２の実施例の圧電素子に印加する電圧の波形
図。

【図９】第２の実施例の圧電素子に印加する電圧の波形
図。

【図１０】第２の実施例におけるステーター上の点の軌
跡を示す図。

【図１１】本発明を超音波モーターに適用した第３の実
施例の分解斜視図。

【図１２】第３の実施例の回路構成を示すブロック図。

【符号の説明】

１…ステーター ２…ムーブメント ３…付勢ばね ４…ハウジング ５…第１の圧電素子 ６…ベース部材 ７…第２の圧電素子 ８ａ…第１相の第
１の電極 ８ｂ…第１相の第２の電極 ９ａ…第２相の第
１の電極 ９ｂ…第２相の第２の電極 １０…第１の駆動
片 １１…第２の駆動片 １２…固定片 １３…ハウジング４に設けられた溝 １４、１５…第
１、第２の取付け穴 ３０、３１…入力信号を増幅して出力するドライブ回路 ３２、３３…加算回路 ３３、３５、３６
…移相回路 ３７、３８…発振回路 ４０…電極 ５１…ローパスフィルター ５２…ハイパスフ
ィルター ５３、５４…比較回路 ５５、５６…ゲイ
ン調整回路

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 振動弾性体に伸び方向の振動を与える第
   １相の加振手段および屈曲振動を与える第２相の加振手
   段を固定した振動子と、該第１相の加振手段および該第
   ２相の加振手段に駆動用の周波電圧を印加する駆動回路
   とを有し、該駆動回路により該第１相の加振手段および
   該第２相の加振手段に駆動用の周波電圧を印加すると該
   振動弾性体に励起される伸縮方向の振動と屈曲振動との
   合成で、該振動弾性体の駆動部に駆動波を形成させる振
   動装置において、 該振動子は伸び方向の振動モードの固有振動数が屈曲方
   向の振動モードの固有振動数の２以上の略整数倍とし、
   該駆動回路は、第１の周波数の信号と、該第１の周波数
   の信号の２以上の整数倍の第２の周波数の信号を重畳し
   た信号に基づいた周波電圧を該第１相の加振手段および
   該第２相の加振手段に印加することを特徴とする振動装
   置。
2. 【請求項２】 請求項１において、振動子には振動弾性
   体の振動を検出する振動検出手段が設けられ、駆動回路
   には該振動検出手段の出力信号を複数の周波数成分に分
   離する分離手段を有することを特徴とする振動装置。
3. 【請求項３】 請求項２において、複数の分離手段は、
   ローパスフィルターとハイパスフィルターであることを
   特徴とする振動装置。
4. 【請求項４】 請求項２または３において、駆動回路
   は、複数の分離手段からの分離信号に基づき、加振手段
   に印加する電圧の各周波数成分のレベルを制御する制御
   手段を有することを特徴とする振動装置。
5. 【請求項５】 請求項１、２、３または４において、第
   １相および第２相の加振手段は圧電素子であることを特
   徴とする振動装置。
6. 【請求項６】 請求項２において、振動検出手段は圧電
   素子であることを特徴とする振動装置。
7. 【請求項７】 請求項２または３において、駆動回路は
   複数の分離手段からの分離信号に基づき、加振手段に印
   加する電圧の周波数を制御する制御手段を有することを
   特徴とする振動装置。
8. 【請求項８】 請求項１ないし７のいずれかに記載の振
   動装置における振動子と、該振動子の駆動部と加圧接触
   する部材とを有し、該振動子の駆動部に励起される駆動
   波により、該振動子と該部材とを相対的に移動させるこ
   とを特徴とする超音波モータ。