JPH09205785A

JPH09205785A - 振動アクチュエータの駆動装置

Info

Publication number: JPH09205785A
Application number: JP8012022A
Authority: JP
Inventors: Kiyoshi Mogi; 清茂木
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1996-01-26
Filing date: 1996-01-26
Publication date: 1997-08-05

Abstract

(57)【要約】【課題】コギング現象を発生させずに振動アクチュエ
ータを駆動させる振動アクチュエータの駆動装置を提供
する。【解決手段】電気的エネルギーを機械的エネルギーに
変換する電気機械変換素子の機械的振動運動を利用して
駆動する振動アクチュエータの駆動装置において、直流
電源（４）と、前記直流電源から電力供給を受ける電圧
発生回路（６）と、前記電圧発生回路から供給される直
流電圧を交番電圧に変換して前記電気機械変換素子に印
加する直流−交流変換器（３）とを備え、前記電圧発生
回路は、前記交番電圧の一周期間に前記直流電源から供
給される平均電流が各周期で一定であり、前記電気機械
変換素子の励振状態に応じてその出力電圧値を変える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電気的エネルギー
を機械的エネルギーに変換する電気機械変換素子によっ
て生じた振動により駆動する、いわゆる振動アクチュエ
ータの駆動装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図１２は、振動アクチュエータの一例と
して、回転式モータの一般的な構成を示す図である。図
１２（Ａ）は、振動アクチュエータ１００の断面図であ
り、互いに接着されているロータ１００−１及び摺動材
１００−２からなるロータと、同様に互いに接着されて
いる弾性体１００−３及び振動体１００−４からなるス
テータとから構成されている。これらのロータとステー
タは、不図示の加圧手段により加圧接触されて駆動され
ている。

【０００３】図１２（Ｂ）は、振動体１００−４の電極
配置を示す平面図である。電極１００−４ａ及び１００
−４ｂは入力電極である。これらの電極に、振動アクチ
ュエータ１００ごとに定まった周波数であって、相互に
９０゜又は−９０゜の位相差を有する周波電圧が印加さ
れることにより、ステータに進行性振動波が形成され、
ロータが摩擦駆動する。一方、電極１００−４ｃは、接
地される共通電極である。また、電極１００−４ｄは必
要に応じてモニター電圧を取り出すことに使用される電
極であり、振動体１００−４の振動には直接寄与しない
電極である。

【０００４】図１２（Ｃ）は、振動体１００−４の入力
電極１００−４ａ又は１００−４ｂと接地電極間の等価
回路を示したものである。この等価回路は、自己容量Ｃ
0 と、Ｃ0 と並列接続されたＬ、Ｃ、Ｒの直列共振回路
により表される。Ｌ、Ｃ、Ｒの直列共振回路に流れる電
流はモーショナル電流と呼ばれ、その大きさは振動アク
チュエータ１００の駆動量、すなわち回転速度に比例す
るものと考えられている。ここで、Ｌ、Ｃ、Ｒ直列回路
のインピーダンスは、印加される交番（周波）電圧の周
波数を変化させることで増減する。したがって、モーシ
ョナル電流の大きさは、駆動周波数を可変制御すること
により変化させることができ、その結果、振動アクチュ
エータ１００の駆動量を制御することが可能となる。

【０００５】次に、従来の振動アクチュエータの駆動装
置について説明する。図９は、図１２に示した振動アク
チュエータ１００を駆動する従来の駆動装置を示したブ
ロック図である。制御回路１は、出力端子をＶＣＯ（電
圧制御発振器）２に接続しており、ＶＣＯ２に対して電
圧値Ｖf の信号を出力することにより、振動アクチュエ
ータの駆動を制御する回路である。ＶＣＯ２は、出力端
子を増幅器３Ａ及び移相器５に接続しており、入力信号
Ｖf の電圧値に対応した周波数の論理信号Ｓa を出力す
る回路である。

【０００６】移相器５は、入力された信号Ｓa の位相を
９０゜又は−９０゜だけシフトさせた論理信号Ｓb を生
成し、それを直流−交流変換器３Ｂへ出力する回路であ
る。ここで、位相を９０゜シフトさせるか、−９０゜シ
フトさせるかは、振動アクチュエータの駆動方向（回転
方向）によって定められる。直流−交流変換器３Ａ、３
Ｂは、直流電源４から供給される電圧により、入力信号
Ｓa 、Ｓb と同じ周波数の交番電圧を発生する回路であ
る。直流−交流変換器３Ａ、３Ｂで発生した交番電圧
は、それぞれ振動体１００−４の入力電極１００−４
ａ、１００−４ｂに印加される。これにより、ステータ
に進行性振動波が形成され、ロータが摩擦駆動される。

【０００７】ここで、従来の振動アクチュエータの駆動
装置に用いられる直流−交流変換器の代表的な２つの構
成例について説明する。なお、図９に示した直流−交流
変換器３Ａ及び３Ｂは、入力される論理信号と出力され
る交番電圧との間における位相差が異なる点においての
み相違し、回路構成、動作等は同一となっている。よっ
て、以下においては、直流−交流変換器３Ａについての
み説明する。

【０００８】（直流−交流変換器の第１の構成例）図１
０（Ａ）は、従来の直流−交流変換器の第１の構成例を
示す図である。２つのスイッチング素子３１及び３２
は、それぞれの一端を接点Ａにおいて接続させている。
また、スイッチング素子３１は他端を直流電源４に接続
しており、スイッチング素子３２は他端を接地させてい
る。３３及び３４は、必要に応じてスイッチング素子３
１又は３２に並列に接続されるダイオードである。ま
た、誘導性素子３５は、その一端を接点Ａに、他端を振
動体１００−４の入力電極１００−４ａ又はｂに接続さ
せている。

【０００９】スイッチング素子３１は、抵抗３６、３
７、３８、トランジスタ３９により、この直流−交流変
換器に入力される論理信号Ｓが論理レベル”Ｈ”である
時にＯＮ（閉鎖）状態に、”Ｌ”である時にＯＦＦ（開
放）状態になる。ここで、論理信号Ｓは、図９中の論理
信号Ｓa 、Ｓb に相当するものである。一方、スイッチ
ング素子３２は、インバータ４０により、論理信号Ｓが
論理レベル”Ｈ”である時にＯＦＦ状態に、”Ｌ”であ
る時にＯＮ状態になる。

【００１０】ここで、スイッチング素子３１に接続され
ている直流電源の電圧をＶd とすると、接点Ａの電圧
は、論理信号Ｓが論理レベル”Ｈ”である時に電圧Ｖd
、”Ｌ”である時に接地電圧であり、その周波数が論
理信号Ｓのそれに等しいパルス電圧となる。このような
パルス電圧が接点Ａにおいて生じると、誘導性素子３５
のインダクタンスと振動体の静電容量とによる電気的な
共振振動が発生し、振動体の入力電極に正弦波状の交番
電圧が印加されることとなる。

【００１１】（直流−交流変換器の第２の構成例）図１
０（Ｂ）は、従来の直流−交流変換器の第２の構成例で
ある。スイッチング素子４１と誘導性素子４２は、それ
ぞれの一端を接点Ｂにおいて接続させている。また、誘
導性素子４２は、その他端を直流電源４に接続させてお
り、スイッチング素子４１は、その他端を接地させてい
る。４３は、スイッチング素子４１と並列接続されたダ
イオードである。また、接点Ｂは、振動体１００−４の
入力電極１００−４ａ又はｂに接続されている。

【００１２】スイッチング素子４１は、直流−交流変換
器に入力される論理信号Ｓが論理レベル”Ｈ”であると
きにＯＮ状態となり、”Ｌ”であるときにＯＦＦ状態と
なる。ここで、前述の場合と同じように直流電源４の電
圧がＶd であると仮定すると、スイッチング素子４１が
ＯＮ状態であるときに、誘導性素子４２に電圧Ｖd が印
加される。この結果、誘導性素子４２には、電圧Ｖd が
印加される時間に応じた電気エネルギーが蓄積される。

【００１３】次に、スイッチング素子４１がＯＦＦ状態
になったときには、上記電気エネルギーは、誘導性素子
４２と振動体１００−４によって生じる電気的な共振振
動に寄与し、この結果、入力電極１００−４ａ又はｂに
正弦波の負の電圧部分をクリップした形状の交番電圧が
印加される。ここでダイオード４３は、出力電圧が負電
圧に振れるのを防止する機能を果たす。なお、図１０中
では、ＭＯＳ型ＦＥＴの記号を用いてスイッチング素子
を表記しているが、これらの回路は、ＭＯＳ型ＦＥＴ以
外のスイッチング素子を使用しても、同様の動作を行う
ものである。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】図１１（Ａ）は、従来
の振動アクチュエータの駆動装置を用いて、振動アクチ
ュエータ１００に交番電圧を印加した場合に、直流−交
流変換器３Ａ又は３Ｂから出力される交番電圧の周波数
ｆ（以下「駆動周波数」という）と振動アクチュエータ
の駆動量Ｎとの関係を示す図である。なお、駆動周波数
ｆは、はじめ高周波側（ｆ0 ）から低周波側（ｆ5 ）へ
走査され、続いて低周波側から高周波側に走査されてい
る。また、駆動量Ｎとは振動アクチュエータ１００の回
転速度を意味する。

【００１５】図に示されるように、振動アクチュエータ
１００は、駆動周波数がｆ1 を越える高周波数領域にあ
る間は駆動せず（点ａ〜点ｂ）、駆動周波数がｆ1 とな
ったときに起動する。その後、駆動量Ｎは、駆動周波数
ｆの低下に伴い増大し（点ｃ、点ｄ）、駆動周波数ｆ4
においてその最大値を示す（点ｅ）。さらに駆動周波数
を低下させると、駆動量Ｎは急激に減少し、振動アクチ
ュエータはその駆動を停止する。このような駆動量の急
激な減少・停止は、一般に”コギング現象”と呼ばれて
いる。振動アクチュエータ１００は、これ以降、駆動周
波数をｆ5 まで低下させても停止したままである。

【００１６】次に、駆動周波数をｆ5 より高周波側へ走
査すると、振動アクチュエータ１００は、ｆ5 〜ｆ2 の
領域では駆動せず（点ｇ、点ｈ）、駆動周波数がコギン
グ現象が発生したｆ4 より高いｆ2 に達したときに突然
駆動し始める。このときの駆動量Ｎは、駆動周波数を高
周波側から低周波側に走査したときに記録された駆動量
とほぼ同じである（点ｃ）。この後、駆動周波数をさら
に増大させると、駆動量Ｎは徐々に減少し、駆動周波数
がｆ1 に達したときに駆動は停止する。ここで、駆動周
波数をｆ2 からｆ1 へ増大させたときに、駆動量Ｎが示
す軌跡は、駆動周波数をｆ1 からｆ2 へ減少させたとき
に示す軌跡とほぼ等しい。

【００１７】図１１（Ｂ）は、図１１（Ａ）と同じ条件
で振動アクチュエータ１００を駆動した場合に、直流電
源４から振動体１００−４へ供給される電流の平均値Ｉ
d(ave)の変化を示したものである。電流Ｉd(ave)は、駆
動周波数の低下に伴い、徐々に増大し（点ａ’〜点
ｄ’）、駆動周波数がｆ4 となったときに、駆動量Ｎと
同様にその最大値を示す（点ｅ’）。電流Ｉd(ave)がこ
のような変化を示すのは、振動体１００−４のインピー
ダンス特性が駆動周波数ｆに依存して変化し、振動体１
００−４へ流れるモーショナル電流が増大することによ
ると考えられる。駆動周波数をｆ4 よりさらに低下させ
ると、電流Ｉd(ave)は、振動アクチュエータの駆動が停
止するのとほぼ同時に急激に減少し、その後は、駆動周
波数がｆ5 に達するまで、緩やかに減少する。

【００１８】次に、駆動周波数をｆ5 から高周波側へ走
査すると、電流Ｉd(ave)は、振動アクチュエータ１００
が再び起動するｆ2 までは、わずかに増大するのみであ
る（点ｇ’、点ｈ’）。この結果、電流Ｉd(ave)は、ｆ
4 からｆ2 の範囲において、駆動周波数が低周波側へ走
査されたときより小さい値を示している。駆動周波数が
ｆ2 に達し、振動アクチュエータが再起動すると、電流
Ｉd(ave)は、急激に増大し（点ｃ’）、周波数がｆ2 か
らｆ0 の範囲では、駆動周波数が低周波側へ走査された
ときとほぼ同じ軌跡を示しながら単調に減少する。

【００１９】このように、振動アクチュエータはコギン
グ現象という特有の現象を示す。このために、例えば振
動アクチュエータをより高速で駆動させるべく駆動周波
数を低下させたところ、振動アクチュエータが突然停止
する場合があるという問題があった。また、一旦コギン
グ現象が発生すると、駆動量Ｎは、駆動周波数ｆに対し
てヒステリシス特性を示す。したがって、振動アクチュ
エータを再起動させるためには、一時的に駆動周波数を
ｆ2 よりも高い領域にまで移行させて再起動を行った後
に、再び駆動周波数を低下させ、所望の駆動量を得るよ
うに制御する必要がある。このために、振動アクチュエ
ータの再起動時における制御が大変複雑になるという問
題があった。

【００２０】一方、従来は、駆動周波数の下限をコギン
グ現象が発生する周波数ｆ4 よりも所定量だけ高い周波
数ｆ3 に設定し、振動アクチュエータの駆動周波数をｆ
1 〜ｆ3 の範囲内において限定することによりコギング
現象を回避することが試みられていた。しかし、コギン
グ現象の発生する周波数ｆ4 は、温度等によって大きく
変化するために、駆動周波数の下限ｆ3 を特定すること
は困難であり、コギング現象を完全に回避するには至っ
ていなかった。そこで、本発明は、コギング現象の発生
を防止し、振動アクチュエータを安定に駆動させる振動
アクチュエータの駆動装置を提供することを課題とす
る。

【００２１】

【課題を解決するための手段】本願発明者は、課題の解
決を図るべく種々の実験を試みた結果、従来の駆動回路
において、直流電源４の代わりに出力電圧値が変更可能
な可変電圧電源を用い、駆動周波数によらず可変電圧源
から出力される電流の平均値が一定となるように出力電
圧を制御することにより、コギング現象及び駆動特性に
おけるヒステリシスを防止しつつ、振動アクチュエータ
を駆動することが可能になるという知見を得た。そこ
で、本願発明者は、かかる知見に基づき以下の特徴を有
する本願発明を完成させた。

【００２２】すなわち、請求項１に係る発明は、電気的
エネルギーを機械的エネルギーに変換する電気機械変換
素子の機械的振動運動を利用して駆動する振動アクチュ
エータの駆動装置において、直流電源と、前記直流電源
から電力供給を受ける電圧発生回路と、前記電圧発生回
路から供給される直流電圧を交番電圧に変換して前記電
気機械変換素子に印加する直流−交流変換器とを備え、
前記電圧発生回路は、前記交番電圧の一周期間に前記直
流電源から供給される平均電流が各周期で一定であり、
前記電気機械変換素子の励振状態に応じてその出力電圧
値を変えることを特徴とする。

【００２３】請求項２に係る発明は、電気的エネルギー
を機械的エネルギーに変換する電気機械変換素子の機械
的振動運動を利用して駆動する振動アクチュエータの駆
動装置において、直流電源と、前記直流電源から電力供
給を受ける電圧発生回路と、所定周波数の論理信号を出
力する発振器と、前記発振器の出力する論理信号の位相
を所定量変化させる移相器と、前記移相器からの論理信
号又は前記発振器からの論理信号に基づいて、前記電圧
発生回路から供給される直流電圧を交番電圧に変換して
前記電気機械変換素子に印加する直流−交流変換器とを
備え、前記電圧発生回路は、前記交番電圧の一周期間に
前記直流電源から供給される平均電流が各周期で一定で
あり、前記電気機械変換素子の励振状態に応じてその出
力電圧値を変えることを特徴とする。

【００２４】請求項３に係る発明は、請求項１又は２に
記載の振動アクチュエータの駆動装置において、前記電
圧発生回路は、前記直流電源から電流の供給を受けるこ
とにより電気エネルギーを蓄積する誘導性素子と、前記
直流電源を前記誘導性素子に電流供給可能に接続する接
続部と、前記誘導性素子が蓄積した電気エネルギーによ
って充電され、前記直流−交流変換器に電圧を出力する
コンデンサとを備え、前記接続部は、前記直流電源と前
記誘導性素子との接続時間を制限することにより、前記
交番電圧の一周期間に前記直流電源から前記誘導性素子
に供給される平均電流を各周期において一定にすること
を特徴とする。

【００２５】請求項４に係る発明は、電気的エネルギー
を機械的エネルギーに変換する電気機械変換素子の機械
的振動運動を利用して駆動する振動アクチュエータの駆
動装置において、直流電源と、前記直流電源から供給さ
れる直流電圧を交番電圧に変換して前記電気機械変換素
子に印加する直流−交流変換器とを備え、前記直流−交
流変換器は、前記交番電圧の一周期間に前記直流電源か
ら供給される平均電流が各周期で一定であり、前記電気
機械変換素子の励振状態に応じてその出力電圧値を変え
ることを特徴とする。

【００２６】

【発明の実施の形態】以下、図面等を参照して、本発明
に係る実施形態について、さらに詳しく説明する。な
お、以下の実施形態に関する説明は、振動アクチュエー
タとして超音波モータを一例にとって行い、また、電気
機械変換素子として用いられる圧電体、電歪体等を振動
体と総称するものとする。さらに、従来例において既に
説明したものと同様な機能を果たす部分には、同一の符
号を付し、重複する説明を適宜省略する。

【００２７】（第１実施形態）図１は、本発明の第１実
施形態であって、超音波モータの駆動装置を示す図であ
る。本実施形態は、直流電源４と直流−交流変換器３
Ａ、３Ｂの間に電圧発生回路６Ａ、６Ｂがそれぞれ挿入
されており、論理信号Ｓa 、Ｓb がこの電圧発生回路６
Ａ、６Ｂに入力されている点において図９に示した従来
の駆動装置と異なっている。したがって、その他の回路
構成については、本実施形態と図９に示した従来の駆動
装置とは同一である。そこで、以下に電圧発生回路６
Ａ、６Ｂの回路構成及び動作についてのみ説明し、その
他の部分に関する説明を省略する。なお、直流−交流変
換器３Ａ、３Ｂとしては、入力される電圧の大きさに応
じて出力される交番電圧の大きさが可変であるものであ
れば良く、本実施形態では、図１０（Ａ）又は（Ｂ）に
示した直流−交流変換器を用いた。

【００２８】図２は、電圧発生回路６Ａ又は６Ｂの回路
構成を示すブロック図である。なお、電圧発生回路６Ａ
及び６Ｂは、それぞれに入力される論理信号Ｓa 、Ｓb
の位相と、その出力が接続される直流−交流変換器が異
なる点においてのみ相違し、回路構成はいずれも図２に
示すものと同一である。

【００２９】スイッチング素子６１は、直流電源４、誘
導性素子６２及びダイオード７０の間に挿入されてい
る。スイッチング素子６１は、抵抗６３、６４及び６５
並びにトランジスタ６６の働きにより、ワンショット回
路７１が出力する信号ＳH が論理レベル”Ｈ”であると
きにＯＮ状態となり、”Ｌ”であるときにＯＦＦ状態と
なる。ここで、ワンショット回路７１は、論理信号Ｓa
又はＳb を入力され、入力された信号の論理レベルが”
Ｌ”から”Ｈ”に変わるのに同期して、一定時間だけ論
理レベルが”Ｈ”である信号ＳH を出力する回路であ
る。

【００３０】誘導性素子６２は、一端をスイッチング素
子６１に、他端をスイッチング素子６７及びダイオード
６８のアノード端子に接続させている。スイッチング素
子６１がＯＮ状態であると、誘導性素子の一端には、直
流電源４の電圧Ｖd が印加され、逆にＯＦＦ状態である
とその電圧Ｖd が遮断される。スイッチング素子６７
は、誘導性素子６２と接続されている一端と異なる一端
が接地されており、ワンショット回路７１からの信号Ｓ
H が論理レベル”Ｈ”であるときにＯＮ状態となって、
誘導性素子６２の一端を接地する。逆に、信号ＳH が論
理レベル”Ｌ”であるときは、スイッチング素子６７は
ＯＦＦ状態となり、誘導性素子６２の一端は接地より開
放される。ダイオード６８は、カソード端子をコンデン
サ６９に接続されると共に、電圧発生回路の出力として
直流−交流変換器３Ａ又は３Ｂに接続されている。

【００３１】図３は、電圧発生回路６Ａ、６Ｂの動作を
示す線図である。図中１段目は、論理信号Ｓa 又はＳb
の変化を表している。論理信号Ｓa 又はＳb は、超音波
モータの駆動周波数ｆでその論理レベルを反転する。よ
って、その反転周期は１／ｆである。図中２段目は、ワ
ンショット回路７１の出力信号ＳH を表している。ワン
ショット回路７１は、論理信号Ｓa 又はＳb の論理レベ
ルが”Ｌ”から”Ｈ”に変化する時刻より、正論理パル
ス幅がＴH である信号ＳH を出力する。

【００３２】図中３段目は、直流電源４から誘導性素子
６２に流れる電流Ｉ1 を表している。スイッチング素子
６１及び６７は、信号ＳH が”Ｈ”であるときに、共に
ＯＮ状態であるから、誘導性素子６２には直流電源４の
電圧Ｖd が印加され、電流Ｉ1 が流れる。電流Ｉ1 は、
時刻ｔの関数で表され、誘導性素子６２のインダクタン
ス値をＬとすると、Ｉ1 ＝Ｖd ／Ｌ・ｔ・・・（１）で表される。すなわち、Ｉ1 は電圧Ｖd の印加時間ｔに
比例して増大する。次に、信号ＳH が”Ｌ”となると、
スイッチング素子６１、６７は共にＯＦＦ状態となる。
したがって、直流電源４と誘導性素子６２の間は遮断さ
れ、電流Ｉ1 は流れない。ここで、電流Ｉ1 の平均値Ｉ
1(ave)は、信号ＳH が”Ｈ”である期間ＴH にのみ依存
する。したがって、期間ＴH の長さを駆動周波数ｆに関
わらず一定とすれば、電流Ｉ1 の平均値Ｉ1(ave)は一定
となり、直流電源４から電圧発生回路６Ａ、６Ｂへ供給
される電気エネルギーも一定となる。

【００３３】一方、信号ＳH が論理レベル”Ｈ”である
期間に、誘導性素子６２に蓄積されたエネルギーＥ（Ｅ
＝１／２・Ｌ（Ｖd ／Ｌ・ＴH ）²）は、ダイオード６
８、コンデンサ６９及びダイオード７０を流れる電流Ｉ
2 となってコンデンサ６９に電荷を蓄積する（図中４段
目）。すなわち、コンデンサ６９は充電され、その両端
に電圧Ｖn が現れる（図中５段目）。コンデンサ６９の
電荷は、電流Ｉ2 によって充電される一方、振動体に交
番電圧を印加するための電力として直流−交流変換器３
Ａ、３Ｂによって消費される。このために、電圧Ｖn は
図示のごとくリップル分を含んだものとなる。また、電
圧Ｖn の平均値Ｖn(ave)は、駆動周波数ｆに依存して変
化する。これは、振動体のインピーダンス特性が駆動周
波数ｆによって増減し、直流−交流変換器で消費される
電流量が変化することによる。なお、ワンショット回路
７１で出力されるパルス幅ＴH は、出力電圧Ｖn が超音
波モータを駆動可能な電圧値よりも大きくなるように設
定される。

【００３４】図４は、本実施形態を用いて超音波モータ
を駆動した場合における駆動周波数ｆとＩ1(ave)及びＶ
n(ave)の関係を示した図である。なお、駆動周波数ｆ
は、図１１と同様に、はじめ高周波側から低周波側に走
査され、続いて低周波側から高周波側に走査されてい
る。

【００３５】まず、超音波モータ１００は、駆動周波数
ｆを高周波側から低周波側に走査した場合に、駆動周波
数ｆ1 において起動し、駆動周波数ｆの低下に伴いその
駆動量Ｎを徐々に増大させる。駆動量Ｎは、駆動周波数
ｆ2 においてその最大値を示した後に、駆動周波数の低
下に従い緩やかに減少し、コギング現象を生じることな
く駆動周波数ｆ3 以下においてゼロとなる。

【００３６】また、直流電源４から供給される電流Ｉ1
の平均値Ｉ1(ave)は、駆動周波数ｆの値に関わらず常に
一定値を維持している。一方、平均出力電圧Ｖn(ave)
は、超音波モータ１００の駆動量Ｎが大きくなるに従っ
て減少し、駆動量Ｎが小さくなるに従って増大してい
る。駆動量Ｎ、平均電流値Ｉ1(ave)及び平均出力電圧Ｖ
n(ave)は、引き続き、駆動周波数ｆを低周波側から高周
波側に走査した場合にも、駆動周波数ｆを低周波側へ走
査したときと同じ軌跡を描く。すなわち、従来の駆動装
置を用いて超音波モータを駆動した場合に見られたヒス
テリシス特性は、ここでは現れていない。

【００３７】なお、図２において示した電圧発生回路６
Ａ、６Ｂの回路構成では、ワンショット回路７１を使用
しているが、ワンショット回路７１を省略し、論理信号
Ｓa及びＳb により直接スイッチング素子６１、６７の
開閉を行うこととすることも可能である。これは、超音
波モータの最高駆動周波数（３０ｋＨｚ程度）と最低駆
動周波数（２７ｋＨｚ程度）との比が小さく、論理信号
Ｓa 及びＳb が論理レベル”Ｈ”である期間は、駆動周
波数領域内において大きく変化しないからである。

【００３８】図５は、上記のようにワンショット回路７
１を用いずに構成した電圧発生回路を用いて超音波モー
タを駆動した場合に、その超音波モータが示す駆動特性
を示す図である。平均電源電流Ｉ1(ave)は、駆動周波数
ｆに対して左上がりの特性を示すが、駆動量Ｎのコギン
グ現象やヒステリシス特性は現れておらず、本発明の課
題が解決されていることが示されている。

【００３９】（第２実施形態）次に、本発明の第２実施
形態について説明する。本発明の第２実施形態は、図９
に示した従来の振動アクチュエータの駆動装置におい
て、直流−交流変換器が第１実施形態の電圧発生回路の
機能を合わせ持つことを特徴としている。図６は、本発
明の第２実施形態で用いる直流−交流変換器の構成を示
す図である。スイッチング素子１０は、直流電源４、誘
導性素子１１及びダイオード１２との間に挿入されてい
る。このスイッチング素子１０は、抵抗１３、１４及び
１５並びにトランジスタ１６の働きによって、ＶＣＯ２
等が出力する論理信号Ｓが論理レベル”Ｈ”であるとき
にＯＮ状態となり、”Ｌ”であるときにＯＦＦ状態とな
る。

【００４０】誘導性素子１１は、一端をスイッチング素
子１０に、他端をダイオード１７を介してスイッチング
素子１８に接続させている。誘導性素子１１の一端に
は、スイッチング素子がＯＮであると直流電源４の電圧
Ｖd が印加され、逆にＯＦＦ状態であるとその電圧Ｖd
が遮断される。スイッチング素子１８の誘導性素子１１
と接続されているのと異なる一端は接地されている。し
たがって、論理信号Ｓが論理レベル”Ｈ”であってスイ
ッチング素子１８がＯＮ状態となると、ダイオード１７
のカソード端子が接地される。逆に論理信号Ｓが論理レ
ベル”Ｌ”であってスイッチング素子１８がＯＦＦ状態
となると、同端子は接地より開放される。

【００４１】また、ダイオード１７のカソード端子は、
コンデンサ１９の一方の端子（以下「＋端子」という）
に接続されている。さらに、コンデンサ１９の他方の端
子（以下「−端子」という）は、スイッチング素子２０
に接続されていると共に、誘導性素子２１を介して振動
体１００−４の入力電極に接続されている。スイッチン
グ素子２０は、コンデンサ１９に接続しているのと異な
る一端を接地させており、論理信号Ｓが論理レベル”
Ｌ”であるときにコンデンサ１９の−端子を接地し、”
Ｈ”であるときはそれを接地より開放するように働く。

【００４２】なお、図６においては、スイッチング素子
１８としてｎチャンネルＭＯＳ型ＦＥＴを使用し、スイ
ッチング素子２０としてはｐチャンネルＭＯＳ型ＦＥＴ
を使用している。よって、本実施形態では、スイッチン
グ素子２０へレベル変換器２２を介して論理信号Ｓを入
力し、スイッチング素子２０が正常に動作するために必
要なレベルまで論理信号Ｓを変換している。

【００４３】図７は、図６の直流−交流変換器の動作を
説明するための線図である。図中１段目は、図６の直流
−交流変換器に入力される論理信号Ｓを表している。論
理信号Ｓは、超音波モータの駆動周波数ｆでその論理レ
ベルを反転することから、その周期は１／ｆである。図
中２段目は、直流電源４から誘導性素子１１に流れる電
流Ｉ1 を表している。論理信号Ｓの論理レベルが”Ｈ”
であるときは、スイッチング素子１０、１８はいずれも
ＯＮ状態となり、一方、スイッチング素子２０はＯＦＦ
状態となる。よって、誘導性素子１１に直流電源４の電
圧Ｖd が印加され、ダイオード１７を通して誘導性素子
１１に電流が流れる。この直流電源４から誘導性素子１
１に流れる電流Ｉ1 は、論理信号Ｓが”Ｈ”である時間
に比例して増大する。

【００４４】論理信号Ｓが”Ｌ”になると、スイッチン
グ素子１０、１８はいずれもＯＦＦ状態となり、スイッ
チング素子２０はＯＮ状態となる。この結果、直流電源
４と誘導性素子１１とは遮断され、電流Ｉ1 は流れな
い。また、コンデンサ１９の−端子は接地される。一
方、論理信号Ｓが”Ｈ”の期間に誘導性素子１１に蓄積
されたエネルギーは、ダイオード１７、コンデンサ１
９、スイッチング素子２０、ダイオード１２を流れる電
流Ｉ2 となる（図中３段目）。電流Ｉ2 は、コンデンサ
１９に流入し、静電エネルギーとして蓄積される。すな
わち、コンデンサ１９は充電され、その両端に電圧Ｖc
が現れる（図中４段目）。

【００４５】次に論理信号Ｓが再び”Ｈ”となると、ス
イッチング素子１８がＯＮ状態となってコンデンサ１９
の＋端子が接地される。これにより、コンデンサ１９の
−端子側には、−Ｖc の電圧が現れる。よって、コンデ
ンサ１９の−端子と接地間の電圧をＶo とすると、論理
信号Ｓが”Ｈ”のときはＶo ＝−Ｖc 、論理信号Ｓが”
Ｌ”の時にＶo ＝０となる。すなわち、コンデンサ１９
の−端子には、- Ｖcと０の電圧が駆動周波数ｆで繰り
返し現れる（図中５段目）。

【００４６】上記のように電圧Ｖo が変化することによ
り、コンデンサ１９、誘導性素子２１及び振動体１００
−４の静電容量とによる電気的な共振振動が発生し、振
動体１００−４の入力電極に正弦波状の交番電圧が印加
される。ここで、共振振動のエネルギーはコンデンサ１
９の静電エネルギーによって発生することから、論理信
号Ｓが”Ｈ”である期間に、コンデンサの電圧Ｖc は放
電し、蓄積された静電エネルギーは減衰する。静電エネ
ルギーの減衰量は、駆動周波数ｆに起因して変化する振
動体１００−４のインピーダンス特性に依存する。した
がって、コンデンサの電圧Ｖc の平均値Ｖc(ave)は、駆
動周波数ｆの変化に伴って変化する。

【００４７】図８は、本実施形態の振動アクチュエータ
の駆動装置、すなわち、図９に示した従来の駆動装置に
おいて図６の直流−交流変換器を用い、超音波モータを
駆動させた場合の超音波モータの駆動特性を示す図であ
る。なお、この図においても、駆動周波数ｆは、はじめ
高周波側から低周波側に走査され、続いて低周波側から
高周波側に走査されている。図中、平均電源電流Ｉ1(av
e)は、図５におけるのと同様の理由により、駆動周波数
ｆに対して左上がりの特性を示している。また、コンデ
ンサ１９の平均電圧Ｖc(ave)は、モータの駆動量Ｎが大
きくなると減少し、逆に駆動量Ｎが小さくなると増大し
ている。図より明らかであるように、本実施形態を用い
て超音波モータを駆動させた場合においても、いわゆる
コギング現象は現れない。また、超音波モータの駆動量
Ｎ、平均電源電流Ｉ1(ave)及びコンデンサ１９の平均電
圧Ｖc(ave)は、ヒステリシス特性を示さない。すなわ
ち、本実施形態においても、本発明の課題が解決されて
いることが分かる。

【００４８】（その他の実施形態）なお、本発明は、上
記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態
は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された
技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効
果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技
術的範囲に包含される。例えば、上記実施形態において
は、円環型の振動アクチュエータについて説明をした
が、本発明に係る技術的思想は、リニア型の振動アクチ
ュエータに対して適用することも可能である。

【００４９】

【発明の効果】以上詳しく説明したように、本発明によ
れば、振動アクチュエータをコギング現象を発生させず
に駆動することが可能であると共に、振動アクチュエー
タの駆動特性はヒステリシスを示さないことから、振動
アクチュエータの駆動状態を容易に制御することが可能
である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態である振動アクチュエー
タの駆動装置を示す図である。

【図２】本発明の第１実施形態で用いる電圧発生回路の
回路構成を示すブロック図である。

【図３】本発明の第１実施形態で用いる電圧発生回路６
Ａ、６Ｂの動作を示す線図である。

【図４】本発明の第１実施形態を用いて超音波モータを
駆動した場合の超音波モータの駆動特性を示す図であ
る。

【図５】ワンショット回路を備えない本発明の第１実施
形態を用いて超音波モータを駆動した場合の超音波モー
タの駆動特性を示す図である。

【図６】本発明の第２実施形態で用いる直流−交流変換
器の構成を示す図である。

【図７】本発明の第２実施形態で用いる直流−交流変換
器の動作を示す線図である。

【図８】本発明の第２実施形態を用いて超音波モータを
駆動した場合の超音波モータの駆動特性を示す図であ
る。

【図９】図１２に示す振動アクチュエータを駆動する従
来の駆動装置を示したブロック図である。

【図１０】従来の振動アクチュエータの駆動装置におい
て用いられている直流−交流変換器の構成例を示す図で
ある。

【図１１】従来の振動アクチュエータの駆動装置を用い
て振動アクチュエータを駆動した場合の振動アクチュエ
ータの駆動特性を示す図である。

【図１２】振動アクチュエータの一般的な構成を例示す
る模式図である。

【符号の説明】

１制御回路２電圧制御発
振器３直流−交流変換器４直流電源５移相器６電圧発生回
路１０、１８、２０、６１、６７スイッチング素子１１、２１、６２誘導性素子１２、１７、６８、７０ダイオード１３、１４、１５、６３、６４、６５抵抗１６、６６トランジスタ１９、６９コンデンサ７１ワンショット回路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電気的エネルギーを機械的エネルギーに
変換する電気機械変換素子の機械的振動運動を利用して
駆動する振動アクチュエータの駆動装置において、直流電源と、前記直流電源から電力供給を受ける電圧発生回路と、前記電圧発生回路から供給される直流電圧を交番電圧に
変換して前記電気機械変換素子に印加する直流−交流変
換器と、を備え、前記電圧発生回路は、前記交番電圧の一周期間に前記直
流電源から供給される平均電流が各周期で一定であり、
前記電気機械変換素子の励振状態に応じてその出力電圧
値を変える、ことを特徴とする振動アクチュエータの駆動装置
【請求項２】電気的エネルギーを機械的エネルギーに
変換する電気機械変換素子の機械的振動運動を利用して
駆動する振動アクチュエータの駆動装置において、直流電源と、前記直流電源から電力供給を受ける電圧発生回路と、所定周波数の論理信号を出力する発振器と、前記発振器の出力する論理信号の位相を所定量変化させ
る移相器と、前記移相器からの論理信号又は前記発振器からの論理信
号に基づいて、前記電圧発生回路から供給される直流電
圧を交番電圧に変換して前記電気機械変換素子に印加す
る直流−交流変換器と、を備え、前記電圧発生回路は、前記交番電圧の一周期間に前記直
流電源から供給される平均電流が各周期で一定であり、
前記電気機械変換素子の励振状態に応じてその出力電圧
値を変える、ことを特徴とする振動アクチュエータの駆動回路。
【請求項３】請求項１又は２に記載の振動アクチュエ
ータの駆動装置において、前記電圧発生回路は、前記直流電源から電流の供給を受けることにより電気エ
ネルギーを蓄積する誘導性素子と、前記直流電源を前記誘導性素子に電流供給可能に接続す
る接続部と、前記誘導性素子が蓄積した電気エネルギーによって充電
され、前記直流−交流変換器に電圧を出力するコンデン
サと、を備え、前記接続部は、前記直流電源と前記誘導性素子との接続
時間を制限することにより、前記交番電圧の一周期間に
前記直流電源から前記誘導性素子に供給される平均電流
を各周期において一定にする、ことを特徴とする振動アクチュエータの駆動装置。
【請求項４】電気的エネルギーを機械的エネルギーに
変換する電気機械変換素子の機械的振動運動を利用して
駆動する振動アクチュエータの駆動装置において、直流電源と、前記直流電源から供給される直流電圧を交番電圧に変換
して前記電気機械変換素子に印加する直流−交流変換器
と、を備え、前記直流−交流変換器は、前記交番電圧の一周期間に前
記直流電源から供給される平均電流が各周期で一定であ
り、前記電気機械変換素子の励振状態に応じてその出力
電圧値を変える、ことを特徴とする振動アクチュエータの駆動装置