JPH11136976A - 超音波モータの駆動回路およびそれにより駆動される超音波モータを用いた装飾体および装飾体付き時計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 正転用と逆転用の駆動回路を共通にし、かつ
アナログスイッチを有さない構成とすることにより、動
作の安定化および構成を小型化を図る。 【解決手段】 制御回路１３が端子Ａより正回転用の
“１”を出力すると、ゲート回路８ａ、８ｂ、トランジ
スタ１１ａ、１１ｂが動作し、駆動回路６、ゲート回路
７、ゲート回路８ａからなる反転電力増幅器、抵抗９
ａ、コンデンサ１０ａ、１０ｃおよび振動体１と電極群
２ａと圧電素子３で発振回路が形成され、この発振周波
数で超音波モータが駆動され移動体４は正回転する。制
御回路１３が逆回転用の“０”を出力すると、駆動回路
６とゲート回路７とゲート回路８ｂで構成される反転電
力増幅器、抵抗９ｂ、コンデンサ１０ｂ、１０ｃおよび
振動体１と電極群２ｂと圧電素子３で発振回路が形成さ
れ、この発振周波数で超音波モータが駆動され、移動体
４は逆回転する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の技術分野】本発明は、超音波モ−タの駆動回路
およびそれにより駆動される超音波モータを用いた装飾
体および装飾体付き時計超音波モータおよびそれを用い
た飾り体付き時計に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、振動体に接合した圧電素子を高周
波電圧にて駆動し、振動体に定在波を発生させ、振動体
の表面に配設された移動体を駆動する超音波モータが知
られている。

【０００３】また、その中でも正逆転可能なものが、例
えば特開平８−２５１９５２号公報に開示されている。

【０００４】具体的に説明すると、圧電素子１０２に正
転用と逆転用の２つの電極群１０３ａ、１０３ｂを形成
するとともに、それら２つの電極群１０３ａ、１０３ｂ
のそれぞれにドライバを構成する電力増幅回路５０１
ａ、５０１ｂを設け、それら電力増幅回路５０１ａ、５
０１ｂのいずれか一方を動作させて正逆転を行ってい
る。

【０００５】このように構成することで、１つの電力増
幅回路の出力をアナログスイッチを用いて２つの電極群
に振り分ける場合に比べて、スイッチの抵抗成分によっ
て生じる種々の不具合を解消できる効果を有している。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、超音波
モータを駆動するためには大きなドライブ能力が必要と
なり、上記のものは正転用と逆転用の２つのドライバを
設けているので回路規模が大きくなるという問題点を有
していた。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、一方の面に共
通電極が形成され、他方の面に少なくとも２組の選択駆
動電極群が形成された圧電素子を用いた自励振型の超音
波モータの駆動回路において、上記共通電極に駆動信号
を印加する駆動回路と、正転または逆転を指示する制御
信号を発生する制御回路と、上記制御信号によって上記
各組の選択駆動電極群のいずれか１つに生じる電気信号
を選択し、上記駆動回路への入力信号として選択的に供
給する選択回路と、上記各組の選択駆動電極群と上記駆
動回路の出力との間のそれぞれに接続された帰還抵抗と
を備えた。よって、１つの駆動回路で正転用の駆動回路
と逆転用の駆動回路を兼用でき、構成の簡略化、および
構成の小型化が図れる。しかも、従来のように正逆転切
換え用アナログスイッチを用いていないので、スイッチ
の抵抗成分によって生じる種々の不具合を生じることが
ない。

【０００８】上記共通電極に第１の負荷容量を、上記各
組の選択駆動電極群のそれぞれに第２の負荷容量をそれ
ぞれ接続しているので、発振動作が安定する。

【０００９】上記各負荷容量をそれぞれスイッチ回路を
介して一方の電源電圧に接続し、上記各スイッチ回路を
上記制御回路からの上記制御信号によって制御するの
で、選択されていないコンデンサを介して不必要な電流
が流れるのを防止できる。

【００１０】上記共通電極は上記圧電素子の振動による
変位を増幅する振動体を兼用し、この振動体の振動によ
って移動体を摩擦駆動するものとしているので、構成の
小型化が図れる。

【００１１】装飾体の可動体を上記超音波モータの駆動
回路で駆動される超音波モータにより動かすので、可動
体を駆動する機構を小さくでき、デザイン上の自由度が
広がる。

【００１２】装飾体付き時計の装飾体として上記装飾体
を用いれば、可動体を駆動する機構を小さくでき、デザ
イン上の自由度が広がる。

【００１３】

【発明の実施の形態】本願の請求項１に係る発明は、一
方の面に共通電極が形成され、他方の面に少なくとも２
組の選択駆動電極群が形成された圧電素子を用いた自励
振型の超音波モータの駆動回路において、上記共通電極
に駆動信号を印加する駆動回路と、正転または逆転を指
示する制御信号を発生する制御回路と、上記制御信号に
よって上記各組の選択駆動電極群のいずれか１つに生じ
る電気信号を選択し、上記駆動回路への入力信号として
選択的に供給する選択回路と、上記各組の選択駆動電極
群と上記駆動回路の出力との間のそれぞれに接続された
帰還抵抗とを備えている。

【００１４】本願の請求項２に係る発明は、上記超音波
モータの駆動回路を上記共通電極に接続された第１の負
荷容量と上記各組の選択駆動電極群のそれぞれに接続さ
れた第２の負荷容量とを備えたものとしている。

【００１５】本願の請求項３に係る発明は、上記各負荷
容量をそれぞれスイッチ回路を介して一方の電源電圧に
接続し、上記各スイッチ回路を上記制御回路からの上記
制御信号によって制御されるものとしている。

【００１６】本願の請求項４に係る発明は、上記共通電
極を上記圧電素子の振動による変位を増幅する振動体と
兼用し、この振動体の振動によって移動体を摩擦駆動す
るものとしている。

【００１７】本願の請求項５に係る発明は、請求項１、
２、３または４記載の超音波モータの駆動回路で駆動さ
れる超音波モータにより駆動される可動体を備えた装飾
体としている。

【００１８】本願の請求項６に係る発明は、請求項５記
載の装飾体を備えた装飾体付き時計としている。

【００１９】

【実施例】以下、本発明を装飾体付き時計に用いた実施
例を図面を参照して説明する。

【００２０】図１において、共通電極を兼ねる振動体１
には、複数の電極からなる２組の選択駆動電極群２ａ、
２ｂが形成されている圧電素子３が接着等の手段で一方
の面に接合されている。他方の面には移動体４が押圧接
触されている。なお、振動体１、２組の電極群２ａ、２
ｂ、圧電素子３、移動体４で超音波モータを構成する。
この構成の詳細は、例えば特開平８−２５１９５２号公
報に開示されている。移動体４の回転は減速輪列（図示
せず。）を介して人形等からなる可動体５を双方向に回
転駆動する。可動体５の一例を示したのが図２である。
同図において、可動体５下方の支持台５ａ内に図１の超
音波モータおよび輪列等が収納され、この輪列の回転軸
に可動体５が載置されている。超音波モータは、直流モ
ータやステップモータに比べて小型であるため、輪列を
含めた可動体５の回転駆動機構全体を薄型化、小型化す
ることができ、したがって、この機構の収納スペースに
対する制約が少なくなる。そのため時計上方の薄い支持
台上に可動体５を載置するというデザインを採用するこ
ともでき、看者には、扁平な支持台上に載った可動体５
がどういう仕掛けで動くのか知りたいという興味を抱か
せることができ、商品のアピール性を高められる。

【００２１】図１に戻って、駆動回路６、ゲート回路
７、ゲート回路８ａ、８ｂはそれぞれ出力反転回路で、
駆動回路６、ゲート回路７およびゲート回路８ａ、また
は駆動回路６、ゲート回路７およびゲート回路８ｂで反
転電力増幅器を構成する。本例では駆動回路６を反転出
力ゲート回路６ａ、６ｂ、６ｃ、コンデンサ６ｅで構成
する。また、ゲート回路７、８ａ、８ｂおよび後述する
インバータ１２で選択回路を構成する。６ｄは抵抗であ
る。帰還抵抗９ａは駆動回路６、ゲート回路７およびゲ
ート回路８ａよりなる反転電力増幅器と並列に接続さ
れ、帰還抵抗９ｂは駆動回路６、ゲート回路７およびゲ
ート回路８ｂよりなる反転電力増幅器と並列に接続さ
れ、それぞれの反転電力増幅器の動作点を安定化する。
駆動回路６、ゲート回路７、ゲート回路８ａ、８ｂで構
成されるそれぞれの反転電力増幅器の入力端子と出力端
子には、それぞれ負荷容量としてのコンデンサ１０ａ、
１０ｂ、１０ｃが接続され、位相調整ならびに直流遮断
が行われる。なお、コンデンサ１０ｃは第１の負荷容量
を構成し、コンデンサ１０ａ、１０ｂは第２の負荷容量
を構成する。１１ａ、１１ｂはトランジスタでスイッチ
回路を構成する。１２はインバータである。１３は超音
波モータの回転方向や各種の動作を制御する制御回路
で、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等で構成してある。１４は
音響発生回路で、スピーカ等からなる。１５はパルス発
生回路で、通常の場合、継続的にパルスを出力する。な
お、出力端子Ｘからの出力は、トランジスタ２４を介し
て駆動回路６とゲート回路７の電源電圧を制御する。出
力端子Ｙからの出力は、ゲート回路６ａ、６ｂ、６ｃの
開閉制御を行う。１６は正時スイッチ、１７はゲート回
路、１８〜２２は抵抗、２３〜２４はトランジスタ、２
５はコイルである。２６は記憶回路で、ＲＯＭ等からな
り、音響データ（本例では、メロディデータ）および超
音波モータの回転タイミングデータを記憶してある。

【００２２】次に、超音波モータの正転、逆転動作につ
いて説明する。なお、本例では電極群２ａに電圧が印加
された際、超音波モータの回転方向が正方向になり、電
極群２ｂに電圧が印加された場合、回転方向が逆方向に
なるものとする。また、ゲート回路１７の出力が“１”
であるとする。すなわち、駆動回路６が駆動可能状態に
あるものとする。

【００２３】制御回路１３が端子Ａより正回転方向を指
示する出力“１”を出力すると、ゲート回路８ａが開く
とともにゲート回路８ｂが閉じ、トランジスタ１１ａが
オンしてトランジスタ１１ｂがオフする。したがって、
この場合、駆動回路６、ゲート回路７およびゲート回路
８ａで構成される反転電力増幅器が動作し、抵抗９ａが
帰還抵抗となる。

【００２４】よって、駆動回路６とゲート回路７とゲー
ト回路８ａで構成される反転電力増幅器、抵抗９ａ、コ
ンデンサ１０ａ、１０ｃ、および振動体１と電極群２ａ
と圧電素子３で発振回路が形成され、この発振周波数で
超音波モータが駆動され、移動体４は正方向に回転す
る。このとき、選択された電極群２ａにより超音波モー
タが励振すると電極群２ｂに起電力が生じるが、トラン
ジスタ１１ｂがオフになっているので、電極群２ｂに発
生する起電力による電流が流れるのを防止できる。よっ
て、動作の安定化が図れる。

【００２５】制御回路１３が逆回転方向を指定する出力
“０”を出力すると、先に示した動作とは逆にゲート回
路８ｂが開くとともにゲート回路８ａが閉じ、トランジ
スタ１１ｂがオンしてトランジスタ１１ａがオフする。
よって、駆動回路６、ゲート回路７およびゲート回路８
ｂで構成される反転電力増幅器が動作し、抵抗９ｂが帰
還抵抗となる。

【００２６】したがって、駆動回路６とゲート回路７と
ゲート回路８ｂで構成される反転電力増幅器、抵抗９
ｂ、コンデンサ１０ｂ、１０ｃ、および振動体１と電極
群２ｂと圧電素子３で発振回路が形成され、この発振周
波数で超音波モータが駆動され、移動体４は逆方向に回
転する。このとき、選択された電極群２ｂにより超音波
モータが励振すると電極群２ａに起電力が生じるが、ト
ランジスタ１１ａがオフになっているので、電極群２ａ
に発生する起電力による電流が流れるのを防止できる。
よって、動作の安定化が図れる。

【００２７】このように、超音波モータの回転を正転と
逆転とで切り換える場合でも、１つの駆動回路６で対処
でき、構成の簡略化、および構成の小型化が図れる。し
かも、上記２つの発振ループを切り換えるために各発振
ループ内に設けられる構成はゲート回路８ａ、８ｂ、７
だけであり、アナログスイッチ等のスイッチング回路が
各発振ループ内に介挿されていないので、スイッチの抵
抗成分によって生じる種々の不具合を生じることがな
い。

【００２８】また、コイル２５でスプリアスを減少させ
るので、動作の安定化が図れる。すなわち、ゲート回路
８ａ、８ｂ、７から生じるパルス信号は矩形波であるた
め、その発振周波数の高調波によるスプリアスが含ま
れ、またゲート回路８ａ、８ｂ、７が反転出力回路であ
るため、出力反転時に発生する切換えノイズの高調波に
よるスプリアスも含まれるが、コイル２５によってこれ
らのスプリアス成分が抑制され、動作の安定化が図れ
る。

【００２９】次に、装飾体を構成する可動体５の駆動に
ついて説明する。

【００３０】通常、制御回路１３は端子Ａから正回転を
指定する出力“１”を出力するとともに、端子Ｂから出
力“１”を出力する。パルス発生回路１５はこの端子Ｂ
からの出力“１”により端子Ｘと端子Ｙから一定周期で
一定パルス幅のパルスを出力する。なお、端子Ｙからの
出力は端子Ｘからの出力の反転出力としてある。パルス
発生回路１５の端子Ｙから出力されたパルスはゲート回
路１７を介して、ゲート回路６ａ、６ｂ、６ｃを間欠的
に開閉する。すなわち、端子Ｙから“０”のパルスが出
力されるごとにゲート回路１７はその反転出力である
“１”のパルスを出力し、この“１”のパルスが発生す
るごとにゲート回路６ａ、６ｂ、６ｃを開成するもので
ある。よって、駆動回路６は間欠的に駆動する。したが
って、パルス発生回路１５がパルスを出力するごとに可
動体５は回転していく。

【００３１】すなわち、通常、可動体５はパルス発生回
路１５が発生するパルスに同期して間欠的に一方向に回
転駆動する。

【００３２】パルス発生回路１５の端子Ｙから“０”が
出力され駆動回路６が動作するとき、パルス発生回路１
５の端子Ｘからは“１”が出力されるので、トランジス
タ２４がオンとなり、駆動回路６とゲート回路７に十分
な電源電圧が供給され、第１の速度で可動体５は回転す
る。

【００３３】なお、可動体５が間欠駆動するタイミング
（パルス発生回路１５からのパルスの周期）を１秒間隔
としてもよい。この場合、使用者は可動体５により１秒
のタイミングを確認できる。

【００３４】正時となり、正時スイッチ１６が閉じる
と、制御回路１３は記憶回路２６に記憶されているメロ
ディデータと超音波モータの回転タイミングデータとを
読み出し、そのメロディデータに応じて音響発生手段１
４からメロディを出力させ、端子Ｂの出力を“０”にす
る。ゲート回路１７はこの端子Ｂからの出力“０”を反
転し、ゲート回路６ａ、６ｂ、６ｃを開き、駆動回路６
を駆動する。このとき、制御回路１３の端子Ｂの出力
“０”により、パルス発生回路１５の動作を停止し、そ
の端子Ｘから“０”の出力を発生する。この出力により
トランジスタ２４はオフになり、駆動回路６およびゲー
ト回路７に供給する電源電圧を抵抗６ｄによる電圧降下
分だけ下げる。よって、通常時と比べて、すなわち第１
の速度と比べて超音波モータの回転速度は遅くなる。

【００３５】また、記憶回路２６から読み出した超音波
モータの回転タイミングデータに応じて端子Ａの出力を
制御し、超音波モータの正逆転動作を制御する。

【００３６】なお、本例ではメロディデータと超音波モ
ータの回転タイミングデータとを同期させて１つにまと
め、１種類のデータとして格納してある記憶回路２６を
用いた。

【００３７】したがって、メロディデータと超音波モー
タの回転タイミングデータとを読み出した際には、既に
同期がとれており、この読み出したデータ通りに音響発
生手段１４と超音波モータが動作するので、メロディと
可動体５の同期が正確になる。

【００３８】特に、可動体を複雑に正逆転させる場合、
超音波モータはその応答性が良いので、正確に同期をと
ることができる。すなわち、従来は応答性の良くない直
流モータやステップモータを用いて可動体を駆動させて
いたため、可動体の動きを正確にメロディに同期させる
ことは困難であったが、本発明では超音波モータを用い
て可動体を駆動させているので、メロディと可動体５の
同期が正確になる。しかも、可動体５の回転方向を切り
換える際の反転動作を素早く、かつ滑らかに行え、人形
等がメロディに合わせて踊る動きが滑らかで自然なもの
となり、装飾効果が向上する。

【００３９】このように、可動体を超音波モータで駆動
させているので、可動体を複雑かつ滑らかに駆動でき
る。このような駆動は、従来可動体を駆動するために用
いられていた直流モータやステップモータでは得られな
かった。

【００４０】また、可動体を通常は間欠駆動し、正時に
駆動態様が変化するようにしたので、使用者に面白味を
与えることができる。特に、通常の間欠駆動タイミング
を１秒間隔とした場合、使用者は可動体により通常は１
秒タイミングを確認でき、正時には可動体のパフォーマ
ンスを見て面白味を感じることができる。すなわち、可
動体を常に有効に使用できる。また、超音波モータを用
いて上記のように可動体を駆動するので、従来の直流モ
ータやステップモータで同じ動作をさせる場合に比べて
消費電流を抑えることができ、電池を電源とする時計に
おいては特に有効である。

【００４１】また、同じ大きさなら従来用いられていた
直流モータやステップモータよりも応答性の良い超音波
モータで可動体を駆動しているので、音響と可動体の動
きとを正確に同期できる。

【００４２】また、音響を所望時刻に出力するので、使
用者に面白味を与えながら時刻を知らせられる。

【００４３】音響を電子的に奏鳴されるメロディとし、
可動体をメロディに同期して双方向に回転駆動し、メロ
ディが出力されていないときには一定方向に回転駆動さ
せるので、使用者に面白味を与えることができる。特
に、通常の間欠駆動タイミングを１秒間隔とした場合、
使用者は可動体により通常は１秒タイミングを確認で
き、正時には可動体のパフォーマンスを見て面白味を感
じることができる。すなわち、可動体を常に有効に使用
できる。

【００４４】また、可動体を備えた装飾体を装飾体付き
時計の装飾体としているので、上記と同様な効果を有す
ることに加えて、可動体を駆動するための機構を小さく
でき、デザイン上の自由度が広がる。

【００４５】また、正時の回転速度を通常時の間欠駆動
速度よりも遅くしているので、バラエティに富んだパフ
ォーマンスを実現できる。すなわち、通常時の間欠駆動
と正時のパフォーマンス駆動とで回転速度を切り換える
ことによって、それぞれの動きに合った最適な速度に設
定することができる。例えば、正時のパフォーマンスと
して人形を優雅に踊らせる速度に設定した場合に、この
速度で通常時の間欠駆動を行うと回転速度が遅すぎた
り、十分な回転角度が得られないというような状況が生
じる可能性があるが、上記実施例のように速度切換えを
行うことにより、いずれの場合も最適速度で駆動するこ
とが可能となる。

【００４６】なお、上記では可動体を回転動作させるよ
うにしたが、これに限らず、往復駆動するようにしても
良い。

【００４７】また、上記では音響としてメロディを出力
するようにしたが、これに限るものではない。例えば、
人の声やチャイム音などとしても良い。

【００４８】また、上記では可動体の動きを、毎正時に
通常と異なる駆動態様に変化させたが、毎正時をアラー
ム時刻としても良い。

【００４９】また、上記では装飾体を装飾体付き時計の
装飾体として用いたが、装飾体はこれに限るものではな
い。例えば、オルゴール等の装飾体等に用いてもよい。

【００５０】また、上記では通常装飾体を間欠駆動する
ようにしたが、間欠駆動ではなく、連続的な動きをする
ようにしてもよい。

【００５１】

【発明の効果】本発明によれば、超音波モータの回転を
正転と逆転とで切り換える場合でも、１つの駆動回路で
対処でき、構成の簡略化、および構成の小型化が図れ
る。しかも、従来のように正逆転切換え用アナログスイ
ッチを用いていないので、スイッチの抵抗成分によって
生じる種々の不具合を生じない。

【００５２】共通電極に第１の負荷容量を、上記各組の
選択駆動電極群のそれぞれに第２の負荷容量をそれぞれ
接続しているので、発振動作が安定する。

【００５３】各負荷容量をそれぞれスイッチ回路を介し
て一方の電源電圧に接続し、各スイッチ回路を制御回路
からの上記制御信号によって制御するので、選択されて
いないコンデンサを介して不必要な電流が流れるのを防
止できる。よって、動作が安定するとともに、超音波モ
ータの回転効率を向上できる。

【００５４】共通電極は圧電素子の振動による変位を増
幅する振動体を兼用し、この振動体の振動によって移動
体を摩擦駆動するものとしているので、構成の小型化が
図れる。

【００５５】装飾体の可動体を超音波モータの駆動回路
で駆動される超音波モータにより動かすので、可動体を
駆動する機構を小さくでき、デザイン上の自由度が広が
る。

【００５６】装飾体付き時計の装飾体として上記装飾体
を用いれば、可動体を駆動する機構を小さくでき、デザ
イン上の自由度が広がる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示した回路図。

【図２】本発明の実施例を示した説明図。

【符号の説明】

１、２ａ、２ｂ、３、４ 超音波モータ １ 共通電極 ２ａ、２ｂ 選択駆動電極群 ３ 圧電素子 ４ 移動体 ５ 可動体 ６ 駆動回路 ７、８ａ、８ｂ、１２ 選択回路 ９ａ、９ｂ 帰還抵抗 １０ａ、１０ｂ 第２の負荷容量 １０ｃ 第１の負荷容量 １１ａ、１１ｂ スイッチ回路

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一方の面に共通電極が形成され、他方の
   面に少なくとも２組の選択駆動電極群が形成された圧電
   素子を用いた自励振型の超音波モータの駆動回路におい
   て、 上記共通電極に駆動信号を印加する駆動回路と、 正転または逆転を指示する制御信号を発生する制御回路
   と、 上記制御信号によって上記各組の選択駆動電極群のいず
   れか１つに生じる電気信号を選択し、上記駆動回路への
   入力信号として選択的に供給する選択回路と、 上記各組の選択駆動電極群と上記駆動回路の出力との間
   のそれぞれに接続された帰還抵抗とを備えたことを特徴
   とする超音波モ−タの駆動回路。
2. 【請求項２】 請求項１において、上記超音波モータの
   駆動回路は、上記共通電極に接続された第１の負荷容量
   と、上記各組の選択駆動電極群のそれぞれに接続された
   第２の負荷容量とを備えたものであることを特徴とする
   超音波モ−タの駆動回路。
3. 【請求項３】 請求項２において、上記各負荷容量はそ
   れぞれスイッチ回路を介して一方の電源電圧に接続され
   たものであり、上記各スイッチ回路は上記制御回路から
   の上記制御信号によって制御されるものであることを特
   徴とする超音波モータの駆動回路。
4. 【請求項４】 請求項１において、上記共通電極は上記
   圧電素子の振動による変位を増幅する振動体を兼用し、
   この振動体の振動によって移動体を摩擦駆動するもので
   あるものであることを特徴とする超音波モータの駆動回
   路。
5. 【請求項５】 請求項１、２、３または４記載の超音波
   モータの駆動回路で駆動される超音波モータにより駆動
   される可動体を備えたことを特徴とする装飾体。
6. 【請求項６】 請求項５記載の装飾体を備えたことを特
   徴とする装飾体付き時計。