JP4117306B2 - 圧電超音波モータ駆動装置 - Google Patents

Description

本発明は金属体に多数の圧電板を付着して圧電体の単純振動を線形運動に転換する圧電超音波モータに関するもので、より詳しくは自己発振による４位相駆動を行いながら、環境的要因に関係なく常に高効率、高出力動作が可能な圧電超音波モータの駆動回路に関するものである。

一般に圧電超音波モータ(Piezoelectric Ultrasonic Motor)とは、電気を与えると収縮と膨張を起こす圧電セラミックの単純振動を線形運動に変えさせ回転モータ機能を果たすようにしたものであって、軽く小型に製作可能で、超音波を電源に用いるので、騒音が無いばかりか電磁波障害がほぼ無い利点を有し、高級カメラのレンズ駆動装置などに主に採用されている。

こうした圧電超音波モータは様々な形態で提案されているが、図１に圧電超音波モータの一例を示す。図１によると、圧電超音波モータは、基本的にステーター(STATOR)の役目を果たす金属体（１）と、上記金属体（１）の表面に付着する多数の圧電板（２〜５）とを備える。上記多数の圧電板（２〜５）は電極（２ａ〜５ａ）を通して電圧が印加されると収縮及び膨張運動を行う。この際、各圧電板（２〜５）の電気―機械的共振周波数と同一周波数の電圧が印加される場合に圧電板（２〜５）の収縮／膨張運動の大きさは最大となる。

こうした特徴を有する複数の圧電板（２〜５）が上記金属体（１）に長さ方向に付着するが、この際付着する圧電板（２〜５）の数は金属体（１）の形状及び駆動方式によって異なる。こうした複数の圧電板（２〜５）に各々所定の位相差を有する電圧信号が印加されると、圧電板（２〜５）が各々収縮または膨張しながら金属体（１）に屈曲変形を与え、上記金属体（１）の中心軸を回転させる。

したがって、圧電超音波モータには上記複数の圧電板（２〜５）に適した駆動信号を印加するための駆動回路が要される。

図２は特許文献１に開示された２位相駆動方法による棒型圧電超音波モータの駆動回路を示したものであって、６０Ｈｚの電源電圧をトランス（６）を通して変圧させて圧電板（２、３）に印加し、インダクタ（７）とキャパシタ（８）とを備える位相シフト回路によって上記トランス（６）から出力される電圧の位相を９０度シフト(shift)させ他圧電板（４、５）に印加する。

上述した駆動回路の場合、外部から印加される電源電圧の変化に応じて圧電板（２〜５）に印加される駆動信号の周波数が変動され得る。先に説明したように、圧電超音波モータの場合は圧電板（２〜５）の電気、機械的共振周波数を有する駆動電圧を印加してこそ最大の効率及び出力が得られるが、上述した従来の駆動回路の場合は、外部環境的要因または製品間周波数偏差によって共振周波数の変化が発生すると量産性及び駆動効率が低下する問題がある。

こうした問題を解決すべく、自己発振機能を備え環境的要因、製品間周波数偏差に関係なく電気―機械的共振周波数と同一な周波数の駆動信号を印加し得るよう研究が進み、図３はそのような機能を有する駆動回路を示す。

図３によると、従来の改善された駆動回路は、圧電超音波モータ（３０）に並列でフィードバック抵抗（Ｒｆ）とインバータ（ＩＮＶ）を連結し、上記圧電超音波モータ（３０）と接地間にキャパシタ（ＣＬ１、ＣＬ２）を設けて構成されるものであって、上記キャパシタ（ＣＬ１、ＣＬ２）の容量成分と上記圧電超音波モータ（３０）から発生する容量成分及びフィードバック抵抗（Ｒｆ）の抵抗成分によるＲＣ 発振を行い、この際発振周波数は上記キャパシタ（ＣＬ１、ＣＬ２）及び圧電超音波モータ（３０）の容量成分とフィードバック抵抗（Ｒｆ）の抵抗成分によって決定されるもので、上記フィードバック抵抗（Ｒｆ）の抵抗値及びキャパシタ（ＣＬ１、ＣＬ２）の容量値を適切に調節することにより上記圧電超音波モータ（３０）の電気−機械的共振周波数と一致させられる。

このように、発振周波数が上記圧電超音波モータ（３０）の電気−機械的共振周波数でセットされると、以降環境的要因や部品偏差に関係なく該圧電体モータ（３０）には常に設定された共振周波数の駆動信号が印加され、常に最大の効率及び出力を得られるようになる。

この際、上記インバータ（ＩＮＶ）は上記圧電超音波モータ（３０）の両側圧電板（３２）、（３３または３４）に伝達される信号の位相を反転させることによって、上記両圧電板（３２）、（３３または３４）に１８０度位相差の駆動信号が印加されるようにする。

さらに、従来には駆動時回転方向の調整を可能にすべく、圧電超音波モータ（３０）は金属体（３１）の一側面に共通圧電板（３２）を設け、上記共通圧電板（３２）の設けられた側面と対向する金属体（３１）の他方の側面を分割し２個の圧電板（３３、３４）を設けて構成する。そして、上記共通圧電板（３２）をインバータ（ＩＮＶ）の一側端子に連結し、上記圧電板（３３、３４）をスイッチ（ＳＷ）を通してインバータ（ＩＮＶ）の他方の端子に連結する。

上記構成において、スイッチ（ＳＷ）を制御してインバータ（ＩＮＶ）の出力と上部の圧電板（３３）とを連結すると、共通圧電板（３２）と上部の圧電板（３３）が収縮／膨張しながら金属体（３１）に屈曲変形を起こして時計方向に回転し、逆に、スイッチ（ＳＷ）によってインバータ（ＩＮＶ）と下部の圧電板（３４）とが連結される場合、共通圧電板（３２）と下部の圧電板（３４）が収縮、膨張しながら金属体（３１）に屈曲変形を起こし時計の逆方向に回転するようになる。

ところが、上述した圧電超音波モータ駆動回路の場合も、先述した場合と同様に２位相駆動方式であって、自己発振により周波数変化は解決し得るが、上記構造の場合圧電超音波モータ（３０）の金属体（３１）を接地連結しなければならない。しかし、金属体（３１）に圧電板（３２、３３、３４）が付いている為、接地用の電極形成が困難な問題が発生する。また、モータの回転方向変形のための圧電超音波モータの構造を変形させたものであって、他構造の圧電超音波モータにおいて回転方向の変形が困難であるといった問題を抱えている。
米国特許番号２、４３９、４９９号

本発明は上述した従来の問題を解決すべく提案されたものであって、その目的は製造が容易且つ自己発振及び回転方向の調整が可能で、環境的要因に関係なく常に高効率、高出力動作が可能な圧電超音波モータ駆動装置を提供することである。

本発明は上述した目的を成し遂げるためのものであり、請求項１に係る発明は、所定の形状から成りステーターとして作用する金属体と、上記金属体の表面に付着され電気信号印加時収縮、膨張し上記金属体を回転させる複数の圧電板とを含む圧電超音波モータと、
上記圧電板の電気―機械的共振周波数で発振し、上記複数の圧電板のうち所定の圧電板に印加される電気信号の周波数を圧電板の電気、機械的共振周波数に維持する自己発振部と、
回転方向に応じて上記自己発振部の発振信号を９０度または−９０度で遅延させ複数の圧電板のうち他方の圧電板に印加するディレイ部とを備え、
上記複数の圧電板は金属体に相互９０度の角度で配置される第１、２圧電板を備え、
上記自己発振部は、上記第１圧電板と接地間に設けられる第１キャパシタと、
上記圧電超音波モータの金属体と接地間に設けられる第２キャパシタと、
上記第１キャパシタと第１圧電板との接点と、上記第２キャパシタと金属体との接点間に設けられるフィードバック抵抗と、
上記フィードバック抵抗に並列で連結される第１インバータと、を含む圧電超音波モータ駆動装置である。

請求項２に係る発明は、所定の形状から成りステーターとして作用する金属体と、上記金属体の表面に付着され電気信号印加時収縮、膨張し上記金属体を回転させる複数の圧電板とを含む圧電超音波モータと、
上記圧電板の電気―機械的共振周波数で発振し、上記複数の圧電板のうち所定の圧電板に印加される電気信号の周波数を圧電板の電気、機械的共振周波数に維持する自己発振部と、
回転方向に応じて上記自己発振部の発振信号を９０度または−９０度で遅延させ複数の圧電板のうち他方の圧電板に印加するディレイ部とを備え、
上記複数の圧電板は金属体の表面に相互対向するよう形成された第１、２圧電板、第３、４圧電板であり、
上記自己発振部は、上記第１圧電板及び第２圧電板に一端が共に連結され、他端は接地される第１キャパシタと、
上記圧電超音波モータの金属体と接地間に設けられる第２キャパシタと、
上記第１キャパシタと第１、２圧電板との接点と、上記第２キャパシタと金属体との接点間に設けられるフィードバック抵抗と、
上記フィードバック抵抗に並列で連結される第１インバータと、を備える圧電超音波モータ駆動装置である。

請求項３に係る発明は、所定の形状から成りステーターとして作用する金属体と、上記金属体の表面に付着され電気信号印加時収縮、膨張し上記金属体を回転させる複数の圧電板とを含む圧電超音波モータと、
上記圧電板の電気―機械的共振周波数で発振し、上記複数の圧電板のうち所定の圧電板に印加される電気信号の周波数を圧電板の電気、機械的共振周波数に維持する自己発振部と、
回転方向に応じて上記自己発振部の発振信号を９０度または−９０度で遅延させ複数の圧電板のうち他方の圧電板に印加するディレイ部とを備え、
上記複数の圧電板は金属体の表面に相互対向するよう形成された第１、２圧電板、第３、４圧電板であり、
上記自己発振部は、上記第１圧電板と接地間に設けられる第１キャパシタと、
上記第２圧電板と接地間に設けられる第２キャパシタと、
上記第１キャパシタと第１圧電板との接点と、上記第２キャパシタと第２圧電板との接点間に設けられるフィードバック抵抗と、
上記フィードバック抵抗に並列で連結される第１インバータと、を備える圧電超音波モータ駆動装置である。

請求項４に係る発明は、上記ディレイ部は、望まれる回転方向に応じて上記自己発振部の発振信号を２個の選択端子のうち一つに出力するスイッチと、
上記スイッチの２個の選択端子に各々連結され上記スイッチを通して入力された電圧信号を各々９０度、−９０度で位相遅延させ、上記位相遅延された信号を上記第２圧電板に印加する第１、２遅延部とを備える請求項１に記載の圧電超音波モータ駆動装置である。
請求項５に係る発明は、上記第１、２圧電板の分極方向は金属体の中心点から外部に向かう請求項１または４に記載の圧電超音波モータ駆動装置である。
請求項６に係る発明は、上記第１、２圧電板の分極方向は外部から金属体の中心点に向かう請求項１または４に記載の圧電超音波モータ駆動装置である。
請求項７に係る発明は、上記ディレイ部は、望まれる回転方向に応じて上記自己発振部の発振信号を２個の選択端子のうち一つに出力するスイッチと、
上記スイッチの２個の選択端子に各々連結され上記スイッチを通して入力された電圧信号を各々９０度、−９０度で位相遅延させ、上記位相遅延された信号を上記第３、４圧電板に同時に印加する第１、２遅延部とを備える請求項２に記載の圧電超音波モータ駆動装置である。
請求項８に係る発明は、上記ディレイ部は、望まれる回転方向に応じて上記自己発振部の発振信号を２個の選択端子の一つに出力するスイッチと、
上記スイッチの２個の選択端子に各々連結され上記スイッチを通して入力された電圧信号を各々９０度、−９０度で位相遅延させ、上記位相遅延された信号を上記第３圧電板に印加する第１、２遅延部と、
上記第１または第２遅延部から上記第３圧電板に伝達される電気信号を１８０度位相反転させ第４圧電板に印加する第２インバータとを含む請求項３に記載の圧電超音波モータの駆動装置である。
請求項９に係る発明は、上記第１、３圧電板の分極方向は金属体の中心から外部に向かい、上記第２、４圧電板の分極方向は各々対向する第１、３圧電板と分極方向が同一である請求項２または７に記載の圧電超音波モータの駆動装置である。
請求項１０に係る発明は、上記第１、３圧電板の分極方向は外部から金属体の中心に向かい、上記第２、４圧電板の分極方向は各々対向する第１、３圧電板と分極方向が同一である請求項２または７に記載の圧電超音波モータの駆動装置である。
請求項１１に係る発明は、上記第１〜４圧電板の分極方向は金属体の中心から外部に向かう請求項３または８に記載の圧電超音波モータの駆動装置である。
請求項１２に係る発明は、上記第１、３圧電板の分極方向は外部から金属体の中心に向かう請求項３または８に記載の圧電超音波モータの駆動装置である。
請求項１３に係る発明は、上記自己発振部は、第２キャパシタとフィードバック抵抗及び第１インバータ間に所定容量値の抵抗を設ける請求項１、２、３のいずれか一項に記載の圧電超音波モータの駆動装置である。

上述したように、本発明による圧電超音波モータ駆動装置は、４相駆動方式及び２相駆動方式の両方とも適用可能なものであって、自己発振によって駆動信号の周波数を圧電超音波モータに備えられた圧電板の電気−機械的共振周波数に維持することにより、駆動時常に最大の効率及び最大出力が得られる優れた効果を奏し、またスイッチとディレイ回路を通して圧電板間に印加される電気信号の位相を変化させることにより、圧電超音波モータの構造を変更させなくても簡単に回転方向を変更させられ、とりわけ４相駆動方式の場合圧電超音波モータの金属体を接地させる必要が無いので、製造を容易にさせられる。

以下、添付した図に基づき本発明による圧電超音波モータの駆動回路について詳しく説明する。

図４は本発明による圧電超音波モータ駆動装置の好ましき実施形態を示す。図４によると、圧電超音波モータ駆動装置は、金属体（４１）と上記金属体（４１）の外部面に付着する第１〜第４圧電板（４２〜４５）とを含む圧電超音波モータ（４０）と、上記圧電板（４２〜４５）の電気―機械的共振周波数で発振し、所定の圧電板に印加される電気信号の周波数を圧電板の電気―機械的共振周波数に維持する自己発振部（４６）と、回転方向に応じて上記自己発振部（４６）の発振信号を９０度または−９０度で遅延させ複数の圧電板のうち他方の圧電板に印加するディレイ部（４７）とを備える。

上記実施形態において、圧電超音波モータ（４０）は第１〜第４圧電板（４２〜４５）を含む４個の圧電板を備えるが、上記圧電板の数は先述したように駆動方式や金属体（４１）の形状に応じて異なり得る。

そして、上記自己発振部（４６）及びディレイ部（４７）の回路構成は駆動方式が２相駆動方式か４相駆動方式かによって異なり得るが、図４には４相駆動方式の構成例を示す。

即ち、４相駆動方式である場合上記自己発振部（４６）は、上記圧電超音波モータ（４０）の相互対向する第１、２圧電板（４２、４３）を各々接地させる第１、２キャパシタ（ＣＬ１、ＣＬ２）と、上記圧電超音波モータ（４０）の第１圧電板（４２）に一端が連結され第２圧電板（４３）に抵抗（Ｒ）を通して他端が連結されるフィードバック抵抗（Ｒｆ）と、上記フィードバック抵抗（Ｒｆ）に並列で連結される第１インバータ（ＩＮＶ１）とを備える。

そして、ディレイ部（４７）は、上記第１インバータ（ＩＮＶ１）の出力側に共通接点が連結され、２個の選択端子を有するスイッチ（４８）と、上記スイッチ（４８）の２個の選択端子に各々連結され出力端が上記圧電超音波モータ（４０）の第３圧電板（４４）に連結され入力信号に対して各々９０度、−９０度の位相遅延を行う第１、２遅延部（４９、５０）と、上記第１、２遅延部（４９、５０）から上記第３圧電板（４４）に伝達される電気信号を位相反転させ上記第４圧電板（４５）に印加する第２インバータ（ＩＮＶ２）とを備える。

図４に示した実施形態の場合、金属体（４１）を別途に接地させる必要が無く、また圧電板（４１〜４５）の構造を変更させなくても、スイッチ（４８）と第１、２遅延部（４９、５０）を利用して簡単に回転方向の変更が可能になる。

以下、上記説明した圧電超音波モータ駆動装置の作用を説明する。

上記自己発振部（４６）は上記圧電超音波モータ（４０）と第１、２キャパシタ（ＣＬ１、ＣＬ２）の容量成分、さらにフィードバック抵抗（Ｒｆ）の抵抗成分などによってＲＣ発振を行い、この際圧電超音波モータ（４０）の容量成分は固定値なので、上記第１、２キャパシタ（ＣＬ１、ＣＬ２）の容量値とフィードバック抵抗（Ｒｆ）の抵抗値を調整することによって圧電超音波モータ（４０）の電気―機械的共振周波数と同一な発振周波数が得られる。

したがって、上記圧電超音波モータ（４０）に電気信号を印加すると、上述したＲＣ発振作用により、第１圧電板（４２）に上記発振周波数の正弦波で成る所定レベルの電圧信号が印加され、第１インバータ（ＩＮＶ１）が上記第１圧電板（４２）に印加される電圧信号を位相反転させ第２圧電板（４３）に印加する作用を行うことにより、上記第２圧電板（４３）には上記第１圧電板（４２）に印加される電圧信号と周波数は同一で且つ位相は反転している電圧信号が印加される。

次いで、上記自己発振部（４６）の発振信号はディレイ部（４７）のスイッチ（４８）を通して第１、２遅延部（４９、５０）の一つに印加される。上記第１遅延部（４９）と第２遅延部（５０）は各々９０度、−９０度の位相遅延特性を有する。

上記スイッチ（４８）の選択動作に応じて上記自己発振部（４６）から印加された電気信号は９０度あるいは−９０度で位相遅延される。

例えば、上記スイッチ（４８）が第１遅延部（４９）に連結された選択端子を選択する場合、上記第１インバータ（ＩＮＶ１）の出力信号は第１遅延部（４９）に入力され、９０度位相遅延されて出力され、上記９０度位相遅延された信号は圧電超音波モータ（４０）の第３圧電板（４４）と第２インバータ（ＩＮＶ２）に各々印加される。そして、上記第２インバータ（ＩＮＶ２）は上記第３圧電板（４４）に印加された電気信号を位相反転させ圧電超音波モータ（４０）の第４圧電板（４５）に印加する。即ち、上記第３圧電板（４４）と第４圧電板（４５）には相互１８０度の位相差を有する信号が印加される。

こうして、第１〜第４圧電板（４２〜４５）には同一周波数（発振周波数である）で９０度の位相差を有する電圧信号が順次に印加され、こうした圧電超音波モータ（４０）に４位相の駆動信号が印加され金属体（４１）が屈曲変形を起こし、金属体（４１）の中心軸を回転させる。

次いで、上記スイッチ（４８）が第２遅延部（４９）に連結された選択端子を選択する場合、上記自己発振部（４６）の発振信号は第２遅延部（５０）により−９０度位相遅延された後第３圧電板（４４）及び第２インバータ（ＩＮＶ２）に印加され、上記第２インバータ（ＩＮＶ２）は入力された信号を再び１８０度位相反転させ第４ 圧電板（４５）に印加する。したがって、上記第３、第４圧電板（４４、４５）には相互１８０度の位相差を有する電圧信号が印加されるが、この際上記第１遅延部（４９）が選択された場合とは逆になる。その結果、第１遅延部（４９）が選択された場合とは逆方向に圧電超音波モータ（４０）が駆動する。

上記動作を図５に基づきより具体的に説明すれば次のとおりである。

図５は本発明による駆動回路によって圧電超音波モータ（４０）の駆動信号を例示した場合であって、（ａ）、（ｃ）はスイッチ（４８）が第１遅延部（４９）を選択する場合の例で、（ｂ）、（ｄ）はスイッチ（４８）が第２遅延部（５０）を選択する場合の例である。さらに、（ａ）、（ｂ）は第１〜第４圧電板（４２〜４５）の分極方向が中心点から外部方向になっている場合で、（ｃ）、（ｄ）は第１〜第４圧電板（４２〜４５）の分極方向が外部から中心方向になっている場合である。

先ず、図５（ａ）によると、スイッチ（４８）において第１遅延部（４９）が選択される場合、第１圧電板（４２）〜第４圧電板（４５）には時計方向順に各々９０度の位相差を有するサイン波（＋ｓｉｎ）、コサイン波（＋ｃｏｓ）、−サイン波（−ｓｉｎ）、−コサイン波（−ｃｏｓ）が印加される。逆に、スイッチ（４８）において第２遅延部（５０）が選択される場合、図５（ｂ）のように、第１圧電板（４２）から第４圧電板（４５）には時計の逆方向順に各々９０度の位相差を有するサイン波（＋ｓｉｎ）、コサイン波（＋ｃｏｓ）、−サイン波（−ｓｉｎ）、−コサイン波（−ｃｏｓ）が印加される。図４に示した圧電超音波駆動装置の場合、圧電超音波モータ（４０）の第１〜第４圧電板（４２〜４５）には９０度の位相差を有する４相の駆動電圧が印加され、圧電超音波モータ（４０）の金属体（４１）に屈曲変形を起こし、こうして金属体（４１）の中心軸に連結されるローター（図示せず）が回転するが、とりわけスイッチ（４８）の選択によって図５（ａ）または（ｂ）のように、第３、４圧電板（４４、４５）に印加される信号の位相が変わり、回転方向が時計または時計の逆方向に変更される。

図５（ｃ）、５（ｄ）は図５（ａ）、５（ｂ）に示したものと分極方向が異なるだけであって駆動原理は同一である。即ち、スイッチ（４８）において第１遅延部（４９）が選択される場合、図５（ｃ）に示すように、第１圧電板（４２）〜第４圧電板（４５）には時計方向順に各々９０度の位相差を有するサイン波（＋ｓｉｎ）、コサイン波（＋ｃｏｓ）、−サイン波（−ｓｉｎ）、−コサイン波（−ｃｏｓ）が印加される。逆に、スイッチ（４８）において第２遅延部（５０）が選択される場合、図５（ｄ）のように、第１圧電板（４２）から第４圧電板（４５）まで時計の逆方向順に各々９０度の位相差を有するサイン波（＋ｓｉｎ）、コサイン波（＋ｃｏｓ）、−サイン波（−ｓｉｎ）、−コサイン波（−ｃｏｓ）が印加される。こうして圧電超音波モータ（４０）の金属体（４１）に屈曲変形が起こり、上記金属体（４１）の中心軸が回転するようになる。この際、上記第１〜第４圧電板（４２〜４５）の分極方向が図５（ａ）、５（ｂ）と逆なので、同一条件において金属体（４１）の屈曲変形が逆に現れ、駆動信号の印加状態が同一であれば回転方向は上記図５（ａ）、５（ｂ）の場合とは逆になる。

また、本発明による圧電超音波モータ駆動装置は２相駆動方式によってモータ駆動を行うこともできる。

図６は本発明による圧電超音波モータ駆動装置の他実施形態を示したものであって、２相駆動方式の場合を示す。

図６によると、圧電超音波モータ駆動装置は、図４と同様に、金属体（６１）と上記金属体（６１）の外部面に付着する第１〜第４圧電板（６２〜６５）とを含む圧電超音波モータ（６０）と、上記圧電板（６２〜６５）の電気―機械的共振周波数で発振し上記圧電板（６２〜６５）に印加される電気信号の周波数を圧電板（６２〜６５）の電気、機械的共振周波数に維持する自己発振部（６６）と、回転方向に応じて上記自己発振部（６６）の発振信号を９０度または−９０度で位相遅延させ複数の圧電板（６２〜６５）中所定の圧電板に印加するディレイ部（６７）とを備える。

但し、上記自己発振部（６６）とディレイ部（６７）の回路構成において図４の場合とやや差がある。

具体的に説明すると、上記自己発振部（６６）は、上記第１圧電板（６２）及び第２圧電板（６３）に一端が共に連結され、他端は接地される第１キャパシタ（ＣＬ１）と、上記圧電超音波モータ（６０）の金属体（６１）と接地間に設けられる第２キャパシタ（ＣＬ２）と、上記第１キャパシタ（ＣＬ１）と第１、２圧電板（６２、６３）との接点と、上記第２キャパシタ（ＣＬ２）と金属体（６１）との接点間に設けられるフィードバック抵抗（Ｒｆ）と、上記フィードバック抵抗（Ｒｆ）に並列で連結される第１インバータ（ＩＮＶ１）とを備え、上記ディレイ部（６７）は、望まれる回転方向に応じて上記自己発振部（６６）の発振信号を２個の選択端子のうち一つに出力するスイッチ（６８）と、上記スイッチ（６８）の２個の選択端子に各々連結され上記スイッチ（６８）を通して入力された電気信号を各々９０度、−９０度で位相遅延させ、上記位相遅延された信号を上記第３、４圧電板（６４、６５）に印加する第１、２遅延部（６９、７０）とを備える。

図６に示した圧電超音波モータ駆動装置は、２相駆動方式であって、金属体（６１）に付着した圧電板のうち相互対向する一対の圧電板（６２、６３）、（６４、６５）に同一信号を印加し、この際、上記第１〜第４圧電板（６２〜６５）は上記図４の実施形態とは異なる分極方向を有するようになる。即ち、第１〜第４圧電板（６２〜６５）が金属体（６１）の中心方向から外部に向かうか、外部から中心方向に向かう分極方向を有するが、この際、第１、２圧電板（６２、６５）が同一な分極方向を有し、第３、４圧電板（６２、６５）が同一な分極方向を有する。

ここで、上記第１〜第４圧電板（６２〜６５）は電気信号が印加されると 図４のような形態で収縮、膨張運動し、こうして金属体（６１）に屈曲変形を起こしその中心軸が回転するようにさせる。その他、上記自己発振部（６６）及びディレイ部（６７）の作用は図４に示したものと同一である。

さらに、図６に示した圧電超音波駆動モータにおいて、圧電超音波モータ（６０）は２個の圧電板のみ備えられる。例えば、図６において相互対向する両圧電板（６２、６３）、（６４、６５）のうち一つを除去してもよい。この場合、自己発振部（６６）及びディレイ部（６７）の構成及び作用は同一である。

上記のように、本発明による圧電超音波モータ駆動装置は、２個の圧電板を備えた超音波モータにも適用可能で、４個の圧電板を備えた超音波モータにも適用可能であるなど、図３に示した従来の構成に比して、圧電超音波モータの構成が自由である。

圧電超音波モータの基本構造を示した斜視図である。 従来の圧電超音波モータ駆動装置を示した回路図である。 従来の圧電超音波モータの他駆動装置を示した回路図である。 本発明による圧電超音波モータ駆動装置の第１実施形態を示した構成図である。 （ａ）〜（ｄ）は上記第１実施形態による圧電超音波モータにおいて、圧電板の分極方向及び電気信号の関係を示した図面である。 本発明による圧電超音波モータ駆動装置の他実施形態を示した構成図である。

符号の説明

４０、６０ 圧電超音波モータ
４１、６１ 金属体
４２〜４５、６２〜６５ 圧電板
４６、６６ 自己発振部
４７、６７ ディレイ部
４８、６８ スイッチ
４９、６９ 第１遅延部
５０、７０ 第２遅延部
ＩＮＶ１、２ 第１、２インバータ
Ｒｆ フィードバック抵抗
ＣＬ１、ＣＬ２ 第１、２キャパシタ

Claims (13)

1. 所定の形状から成りステーターとして作用する金属体と、上記金属体の表面に付着され電気信号印加時収縮、膨張し上記金属体を回転させる複数の圧電板とを含む圧電超音波モータと、
   上記圧電板の電気―機械的共振周波数で発振し、上記複数の圧電板のうち所定の圧電板に印加される電気信号の周波数を圧電板の電気、機械的共振周波数に維持する自己発振部と、
   回転方向に応じて上記自己発振部の発振信号を９０度または−９０度で遅延させ複数の圧電板のうち他方の圧電板に印加するディレイ部とを備え、
   上記複数の圧電板は金属体に相互９０度の角度で配置される第１、２圧電板を備え、
   上記自己発振部は、上記第１圧電板と接地間に設けられる第１キャパシタと、
   上記圧電超音波モータの金属体と接地間に設けられる第２キャパシタと、
   上記第１キャパシタと第１圧電板との接点と、上記第２キャパシタと金属体との接点間に設けられるフィードバック抵抗と、
   上記フィードバック抵抗に並列で連結される第１インバータと、を含む圧電超音波モータ駆動装置。
2. 所定の形状から成りステーターとして作用する金属体と、上記金属体の表面に付着され電気信号印加時収縮、膨張し上記金属体を回転させる複数の圧電板とを含む圧電超音波モータと、
   上記圧電板の電気―機械的共振周波数で発振し、上記複数の圧電板のうち所定の圧電板に印加される電気信号の周波数を圧電板の電気、機械的共振周波数に維持する自己発振部と、
   回転方向に応じて上記自己発振部の発振信号を９０度または−９０度で遅延させ複数の圧電板のうち他方の圧電板に印加するディレイ部とを備え、
   上記複数の圧電板は金属体の表面に相互対向するよう形成された第１、２圧電板、第３、４圧電板であり、
   上記自己発振部は、上記第１圧電板及び第２圧電板に一端が共に連結され、他端は接地される第１キャパシタと、
   上記圧電超音波モータの金属体と接地間に設けられる第２キャパシタと、
   上記第１キャパシタと第１、２圧電板との接点と、上記第２キャパシタと金属体との接点間に設けられるフィードバック抵抗と、
   上記フィードバック抵抗に並列で連結される第１インバータと、を備える圧電超音波モータ駆動装置。
3. 所定の形状から成りステーターとして作用する金属体と、上記金属体の表面に付着され電気信号印加時収縮、膨張し上記金属体を回転させる複数の圧電板とを含む圧電超音波モータと、
   上記圧電板の電気―機械的共振周波数で発振し、上記複数の圧電板のうち所定の圧電板に印加される電気信号の周波数を圧電板の電気、機械的共振周波数に維持する自己発振部と、
   回転方向に応じて上記自己発振部の発振信号を９０度または−９０度で遅延させ複数の圧電板のうち他方の圧電板に印加するディレイ部とを備え、
   上記複数の圧電板は金属体の表面に相互対向するよう形成された第１、２圧電板、第３、４圧電板であり、
   上記自己発振部は、上記第１圧電板と接地間に設けられる第１キャパシタと、
   上記第２圧電板と接地間に設けられる第２キャパシタと、
   上記第１キャパシタと第１圧電板との接点と、上記第２キャパシタと第２圧電板との接点間に設けられるフィードバック抵抗と、
   上記フィードバック抵抗に並列で連結される第１インバータと、を備える圧電超音波モータ駆動装置。
4. 上記ディレイ部は、望まれる回転方向に応じて上記自己発振部の発振信号を２個の選択端子のうち一つに出力するスイッチと、
   上記スイッチの２個の選択端子に各々連結され上記スイッチを通して入力された電圧信号を各々９０度、−９０度で位相遅延させ、上記位相遅延された信号を上記第２圧電板に印加する第１、２遅延部とを備える請求項１に記載の圧電超音波モータ駆動装置。
5. 上記第１、２圧電板の分極方向は金属体の中心点から外部に向かう請求項１または４に記載の圧電超音波モータ駆動装置。
6. 上記第１、２圧電板の分極方向は外部から金属体の中心点に向かう請求項１または４に記載の圧電超音波モータ駆動装置。
7. 上記ディレイ部は、望まれる回転方向に応じて上記自己発振部の発振信号を２個の選択端子のうち一つに出力するスイッチと、
   上記スイッチの２個の選択端子に各々連結され上記スイッチを通して入力された電圧信号を各々９０度、−９０度で位相遅延させ、上記位相遅延された信号を上記第３、４圧電板に同時に印加する第１、２遅延部とを備える請求項２に記載の圧電超音波モータ駆動装置。
8. 上記ディレイ部は、望まれる回転方向に応じて上記自己発振部の発振信号を２個の選択端子の一つに出力するスイッチと、
   上記スイッチの２個の選択端子に各々連結され上記スイッチを通して入力された電圧信号を各々９０度、−９０度で位相遅延させ、上記位相遅延された信号を上記第３圧電板に印加する第１、２遅延部と、
   上記第１または第２遅延部から上記第３圧電板に伝達される電気信号を１８０度位相反転させ第４圧電板に印加する第２インバータとを含む請求項３に記載の圧電超音波モータの駆動装置。
9. 上記第１、３圧電板の分極方向は金属体の中心から外部に向かい、上記第２、４圧電板の分極方向は各々対向する第１、３圧電板と分極方向が同一である請求項２または７に記載の圧電超音波モータの駆動装置。
10. 上記第１、３圧電板の分極方向は外部から金属体の中心に向かい、上記第２、４圧電板の分極方向は各々対向する第１、３圧電板と分極方向が同一である請求項２または７に記載の圧電超音波モータの駆動装置。
11. 上記第１〜４圧電板の分極方向は金属体の中心から外部に向かう請求項３または８に記載の圧電超音波モータの駆動装置。
12. 上記第１、３圧電板の分極方向は外部から金属体の中心に向かう請求項３または８に記載の圧電超音波モータの駆動装置。
13. 上記自己発振部は、第２キャパシタとフィードバック抵抗及び第１インバータ間に所定容量値の抵抗を設ける請求項１、２、３のいずれか一項に記載の圧電超音波モータの駆動装置。

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