JP4694681B2 - 超音波モータ及び超音波モータ付き電子機器 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、超音波モータおよび超音波モータを用いた電子機器に係わり、特に超音波モータの駆動回路に自励発振回路を用いた超音波モータおよび超音波モータを用いた電子機器に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、超音波モータの駆動回路には部品点数が少なく簡易的な構成で実現可能な自励発振回路が研究、開発され、小型の電子機器の応用がなされている。例えば、特開平9−163769号公報にこのような自励発振回路が開示されている。
【0003】
図16に示すように、従来の駆動回路は、抵抗とNANDゲートから成る増幅回路と、コイルとトランジスタから成る昇圧回路と、抵抗とコンデンサから成る位相設定回路と、インバータ、NORゲートから成る位相調整回路と、停止信号発生回路より構成される。
【0004】
増幅回路で増幅された信号は、位相設定回路、位相調整回路を経て昇圧回路に入力される。昇圧回路により昇圧された信号は、圧電素子の電極に印加され、圧電素子が励振駆動される。圧電素子の振動に基づく駆動信号が、増幅回路にフィードバックされることにより、圧電素子は自励発振を行う。その結果、圧電素子に接合された振動体が振動し、この振動体に加圧手段により所定の圧力で接触している移動体が回転する。
【0005】
停止信号発生回路は、増幅回路の動作を制御するためのもので、停止信号により増幅回路は出力を停止し、圧電素子は自励振動を停止するため、移動体の回転を任意に停止させることが可能となる。
【0006】
【発明が解決しようする課題】
しかしながら、従来の昇圧回路を利用した自励発振回路では、昇圧回路で発生した信号を圧電素子の表面上に形成された電極群に印加する際、一つの電極群にのみ印加していたので回転方向が一方向に限られていた。従って、シャッタの開閉やディスクの位置決め等、超音波モータの指定位置への制御等で正転、逆転の動作が必要な用途に対応ができなくなる、という課題があった。
【0007】
そこで、この発明の目的は、従来のこれらの課題を解決するために、外部信号に応じて正転と逆転を制御可能な昇圧回路を有する自励発振回路によって駆動される超音波モータおよび超音波モータ付き電子機器を得ることである。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明では、一方の面に設けられた第一の電極群と第二の電極群と、他方の面に設けられた共通電極と、を有する圧電素子と、前記圧電素子を有する振動体と、前記第一の電極群からの信号を取り出すか前記第二の電極群からの信号を取り出すかを選択可能な選択回路と、前記選択回路からの出力信号を増幅する増幅回路と、前記増幅回路から得られる出力信号を昇圧し、前記共通電極に信号を出力する昇圧回路と、を有し、前記振動体を所定の共振モードで自励発振させることを特徴とする超音波モータとした。
また、別の例としては一方の面に設けられた第一の電極群と第二の電極群と検出電極部と、他方の面に設けられた共通電極と、を有する圧電素子と、前記圧電素子を有する振動体と、前記検出電極部から得られる検出信号を増幅する増幅回路と、前記増幅回路から得られる出力信号を昇圧し、前記共通電極に信号を出力する昇圧回路と、前記第一の電極群とGNDとを短絡するか否かを選択可能とするとともに前記第二の電極群とGNDとを短絡するか否かを選択可能とする選択回路と、を有し、前記振動体を所定の共振モードで自励発振させることを特徴とする超音波モータとした。
また、別の例としては一方の面に設けられた第一の電極群と第二の電極群と、他方の面に設けられた共通電極と、を有する圧電素子と、前記圧電素子を有する振動体と、外部からの信号で能動状態と非能動状態を制御可能であり、能動状態とすることで前記共通電極からの出力信号を増幅する増幅回路と、前記第一の電極群に信号を出力する第一の昇圧回路と、第二の電極群に信号を出力する第二の昇圧回路と、外部からの信号で能動状態と非能動状態を制御可能であり、能動状態とすることで前記増幅回路から得られる信号を基にした信号を前記第一の昇圧回路に出力することが可能な第一の昇圧回路選択素子と、外部からの信号で能動状態と非能動状態を制御可能であり、能動状態とすることで前記増幅回路から得られる信号を基にした信号を前記第二の昇圧回路に出力させることが可能な第二の昇圧回路選択素子とで構成される出力信号切り替え手段と、を有し、前記振動体を所定の共振モードで自励発振させることを特徴とする超音波モータとした。
【0009】
これによれば、昇圧回路を使った正転、逆転可能な自励発振回路を実現することができるとともに、これで駆動される自励発振回路を有する超音波モータおよび超音波モータ付き電子機器を提供することができる。
【0010】
【発明の実施の形態】
本発明を適用した実施の形態を図を参照して詳細に説明する。
【0011】
(実施の形態1)
まず初めに、本発明に適用可能な超音波モータの原理、構造について説明する。
【0012】
超音波モータ1は、少なくとも圧電素子2を有する振動体3と振動体3の振動波によって駆動される移動体4と振動体3と移動体4に加圧力を与える加圧手段6で構成される。
【0013】
図2に本発明の超音波モータ1の断面図を示す。超音波モータ1は、円板状の振動体3の中心を支持板8に固定された中心軸9によって支持され、振動体3の片側には圧電素子2が接合され、もう片側には振動体3の変位拡大を促す突起3aが設けられている。移動体4の中心には軸受け10が設けられ、中心軸9で案内されている。移動体4の上面に設けられたピポット5を台座7に固定された押さえバネ6で加圧することで移動体4の摺動面と振動体3の突起3aとの間に適度な摩擦力を与える。
【0014】
図3に超音波モータ1の動作原理を説明した図を示す。振動体3に接合される圧電素子2は図3Aに示すように円周方向に4分の1波長毎に分割され、一つおきに分極方向が反対になるように厚み方向に分極処理されている。各電極パターンは第1電極群(斜線部)11aと第2電極群(非斜線部)11bの二つの電極群を形成する。図3Bに示すようにこの電極を施した圧電素子2は振動体3の突起3aが電極パターンの境界に位置するように接合される。振動体3との接合面は全体に渡って共通電極11cが設けられている。第1電極群11aに所定の周波数の信号が印加されると振動体3には図3Cのような定在波が発生する。具体的には、例えば周方向に三つの波を有し、径方向に一つの節円を有する振動モードが励振される。この時上昇した突起3aは右に傾くため移動体4は右に移動する。第2電極群11bに信号を印加すると図3Dのような定在波が発生し上昇した突起3aは左に傾き移動体4を左に移動させる。このように定在波の腹と節の中間部に振動体3の突起3aを配置し、所定の駆動周波数を有する信号を印加する電極群を選択することにより移動体4の正転、逆転の切替を可能としている。
【0015】
ここでは、本発明に適用できる超音波モータ1として図2に示した様な構造および図3に示した原理について説明したがこれに限るものではない。
【0016】
図1は、本発明の実施の形態1の自励発振回路の回路ブロック図を示したものであり、超音波モータ1と増幅回路12と位相設定回路13と昇圧回路14と選択回路15から構成される。また、具体的な回路図を図4に示す。
【0017】
増幅回路12は、インバータ16と抵抗17で構成され、信号の反転増幅を行う。インバータ16の入力には、振動体3で発生した信号を選択する選択回路15からの信号が入力される。インバータ16の出力電圧は、インバータ16の入力と出力を接続している帰還抵抗17によりインバータ16の反転増幅の動作点を決定し、VDD/2を中心に交流信号が増幅され、位相設定回路13に入力される。インバータ16は、スリーステート構成のICを使用し、制御信号により自励発振回路の起動および停止を行う。
【0018】
位相設定回路13は、抵抗18、二つのコンデンサ19、20で構成され、振動体3で発生する不要な周波数成分をカットし、振動体3を駆動する所定の周波数成分を取り出し、同信号の位相を設定する。インバータ21も同様に、自励発振回路の位相を調整するとともに、位相設定回路13で低下した信号を増幅し、位相設定回路13を経た信号の反転増幅を行い、トランジスタ22のベースに出力する。
【0019】
トランジスタ22と昇圧コイル23は、昇圧回路14を構成し、インバータ21で増幅された信号を反転昇圧する。トランジスタ22のエミッタは、接地されており、コレクタは昇圧コイル23と振動体3、即ち圧電素子2の共通電極11cと電気的に接続される。
【0020】
圧電素子2の一方の面には、図3Aに示すように複数の電極からなる1組の電極群11a、11bが形成されており、他方の面には、全面にわたり共通電極11cが形成されている。振動体3は、電極としての役割も兼ねており、昇圧回路14で昇圧された信号は振動体3を介し共通電極11cに導通され、複数の電極からなる電極群11a、11bから選択回路15に信号が入力される。
【0021】
昇圧された電圧値は、昇圧コイル23を適切に選択することで、電源電圧の数倍の電圧で圧電素子2を励振駆動させることができる。このため、電源が1.5Vの低電圧であっても、安定してまた、超音波モータ1を高出力で駆動することができる。
【0022】
選択回路15は、例えば1組のバッファ24a、24bで構成される。バッファ24a、24bは、スリーステート構成となっており、外部信号によって能動状態となるか非能動状態となるかが決定される。バッファ24a、24bの入力には、圧電素子2の第1電極群11aと第2電極群11bがそれぞれ独立に接続される。外部からの信号で能動状態となるバッファを選択することにより駆動信号を印加する電極群を選択し、移動体4の正転、逆転を切替る。
【0023】
増幅されたバッファの出力信号は、位相設定用のコンデンサ20を経て、増幅回路12にフィードバックされる。
【0024】
自励発振回路では、電源投入時、様々な周波数成分のノイズが発生するが、超音波モータ1と抵抗18、コンデンサ19、20からなる共振回路で不要な周波数成分がカットされ、特定周波数の信号が選択される。増幅回路12と位相設定回路13と昇圧回路14により、振動体3に発生する特定周波数を主成分とする信号はフィードバックされ、反転昇圧された駆動信号は、継続して自励発振を行う。また、自励発振回路は、圧電素子2が持つ温度や外部の負荷による共振点の移動に自ずと対応し発振するので、他励式のような周波数自動追尾回路が不要となり、駆動回路の簡素化が実現される。
【0025】
本発明では、選択回路15を昇圧回路14と接続された電極面と反対の面の電極に接続することにより、昇圧電圧を選択回路15で低下させることなく、効率良く圧電素子2に供給することを特徴としている。また、この様なことさえ考慮すれば図1において、増幅回路12、位相設定回路13の位置は任意であり、どこに設けても構わない。また、構成も本実施例に限るものではなく任意である。
【0026】
本発明では、昇圧回路14をトランジスタ22と昇圧コイル23で構成しているが、昇圧コイル23の代わりにトランス25を用いても効果は同じである。
【0027】
図5にトランス25を用いた回路構成を示す。図4との差異は、トランス25を接続する位置がトランジスタ22のエミッタ側になっていること、およびトランス25を用いたことによる1次側と2次側の電気的な絶縁である。
【0028】
トランジスタ22のコレクタは電源電圧と接続され、ベースに入力された信号により、トランジスタ22が導通状態となり、エミッタよりトランス25の1次側に電源電圧が印加される。同信号は、トランス25を経てGNDに入力される。トランジスタ22のベースに入力される信号をOFFとすることで電源電圧の数倍の逆起電圧が二次側に発生し、圧電素子2の共通電極11cに昇圧信号が印加される。
【0029】
このように、昇圧回路14は、トランス25を用いても同様また、より大きな昇圧効果があり、トランス25の巻数により任意に電圧を昇圧することが可能である。
【0030】
また、他の具体的な回路構成としては、図6、図7、図8でもよい。図6は、選択回路15にトランスミッションゲートを用いた実施例である。
【0031】
制御信号をトランスミッションゲート26a、26bの制御端子に入力することにより、トランスミッションゲート26a、26bを能動状態、非能動状態とすることができ、移動体4の移動方向を制御できる。能動状態にあるトランスミッションゲート23は、インバータやバッファのように信号が増幅されることなく、振動体3で励振駆動した電圧がコンデンサ20に印加される。
【0032】
図7は、選択回路15をトランジスタで構成した実施例である。トランジスタ27a、27bのベースに回転方向を選択する制御信号を入力することにより、超音波モータ1の回転方向を選択することができる。トランジスタの適用により、トランスミッションゲート26同様に、振動体3で励振駆動した電圧がスルーされる。また、トランジスタは、インバータやバッファ等のICと比較して素子の耐圧が非常に高いので、昇圧回路14で昇圧する信号を高く設定することが可能となる。
【0033】
図8は、選択回路15をインバータ28a、28bで構成した実施例である。インバータの採用により、選択回路15で位相が反転する為、これまで必要であった位相調整用のインバータ21を削除することが可能となった。部品点数の削減に加え、増幅回路を全てインバータで構成することができるため、部品の種類を少なくすることにも寄与している。このような回路構成とすることにより、駆動回路の小型化が実現できる。
【0034】
以上のように、昇圧回路14で昇圧した信号を圧電素子の一方の面に形成されている共通電極に入力し、圧電素子2のもう他方の複数電極群から信号の切替を選択する選択回路15に出力し、これを選択することにより、昇圧回路14を用いた自励発振回路で正転、逆転を行うことが可能となった。
【0035】
(実施の形態2)
図9は、本発明の実施の形態2の具体的な回路構成を示したものであり、前記実施の形態1の回路構成との相違点のみを説明する。
【0036】
これまで、回転方向の信号の切替を行う選択回路15は、圧電素子2の複数の電極群11a、11bから直接、接続されていたが、本実施例では、これらの間に、位相設定回路を構成するコンデンサ20a、20bを挿入した。また、選択回路15を1組のインバータ16と抵抗17の増幅回路12で構成した。帰還抵抗17は、インバータ16ではなくインバータ21に設けても構わない。
【0037】
圧電素子2の一方の面にある複数の電極群11a、11b側にコンデンサ20a、20bを挿入することにより、振動体で発生した不要な周波数成分をカットし、発振信号ならびに発振波形を整流することができ、圧電素子2の両端に印可される信号は、目的外の周波数成分が極めて少ない理想的な駆動信号となり、超音波モータ1の効率は向上する。また、駆動に用いていない未使用電極群から発生する電圧を緩和し、非能動状態にある増幅回路16に対する悪影響を抑える。
【0038】
本実施例では、圧電素子2とでフィルタ回路を構成するコンデンサ20a、20bを挿入したが、高周波成分を抑えるフィルタを構成すれば良くコイルを用いても構わない。コイルの場合は、増幅回路16と直列に接続される。
【0039】
図には示していないが、抵抗18をインバータ16とコンデンサ20の間に設けることにより更にこの効果は高まる。
【0040】
この様な回路構成とすることにより、異常発振に強い自励発振回路が得られ、また、増幅回路12構成するインバータ16を選択回路15に用いることにより、部品の種類を少なくすることが可能である。
【0041】
図10は図9に示した自励発振回路の変形例である。コンデンサ20a、20bとGNDの間にトランジスタ32a、32bを設けている。トランジスタ32a、32bのベースに電流を流すことによりコンデンサ20a、20bは接地されフィルタとして機能する。従って、自励発振回路を構成する側のコンデンサを接地させることができるため電極11a、11bのうち駆動に用いない電極から圧電効果により出力される信号に対してコンデンサが悪影響を及ぼさない。すなわち圧電素子2の振動に悪影響を及ぼさない。ここでは図示しないが、接地された一つのコンデンサの他端をリレー等のスイッチング手段を介して電極11a、11bのいずれかに選択的に接続する方式をとってもよい。
【0042】
更に、インバータ16a、16bの入力段には抵抗33a、33bが設けてある。上記同様電極11a、11bのうち駆動に用いていない電極から出力される信号が非能動状態にあるインバータに影響を及ぼすのを防止することができる。非駆動状態に有るインバータは通常ハイインピーダンス状態とみなすことができるが、駆動に用いられていない電極から出力される信号の電圧レベルが高いときにはこの状態が崩れるため、発振信号に悪影響を及ぼすとともに、圧電素子2の振動にも悪影響を及ぼし、発振の安定性やモータ特性を低下させる可能性が有るからである。
【0043】
次に図11を例にして実際の駆動方法を説明する。図11はインバータ16a、16bの制御端子およびトランジスタ32a、32bのベースへの制御信号の印加の様子を示したものである。先ず始めにインバータ16aおよびトランジスタ32aにHighレベル信号を入力し、電極11a、11bのいずれで自励発振回路を構成するか、すなわちどちらの方向に移動体を回転させるかを決定する。その後、インバータ21の制御端子にHighレベル信号を入力することで発振を開始させる。その後、例えばインバータ21の制御端子に短い周期でHigh/Lowレベルの信号を交互に入力することで、ステップ動作が可能となる。
【0044】
この様に自励発振回路を駆動状態とするか非駆動状態とするか選択可能な複数のスイッチング手段(ここではインバータ16a、16b、トランジスタ32a、32b)を同時に駆動状態としないことで所定の共振モードで発振を開始するまでの時間が速くなるとともに、安定な発振が可能となる。例えば、インバータ21、16aトランジスタ32aを同時に駆動状態とすると、大きなノイズを発生し所定の共振モードの周波数で発振を開始するまでに長い時間を要したり、場合によっては異常発振を起こし駆動できない場合もあるからである。
【0045】
特に、インバータ16aを駆動状態とし、インバータ16aの入力段の電位が動作点であるVDD/2に達した後でインバータ21を駆動状態とすることで発振を開始するまでの時間を速くできる。
【0046】
この様な制御信号の与え方は本実施励に示した自励発振回路に限るものではなく、もちろん昇圧回路を有さない自励発振回路に適用しても同様の効果が得られる。
【0047】
(実施の形態3)
図12は、本発明の実施の形態3の具体的な回路構成を示したものであり、前記実施例の回路構成との相違点のみを説明する。
【0048】
昇圧回路で反転昇圧された信号は、圧電素子2の一方の面に形成されている共通電極11cに入力され、振動体により励振駆動された信号は、圧電素子2の他方の面の設けられた駆動信号を検出する検出電極部11dから出力される。検出電極部11dから出力される信号は、増幅回路12にフィードバックされる。
【0049】
超音波モータ1の回転方向を選択する選択回路15にトランジスタ29a、29bを用い、回転方向を選択する制御信号をトランジスタ29a、29bのベースに入力することにより、振動体で発生した信号が各トランジスタを流れ、同信号はGNDに流入される。検出電極部から出力する信号は、回転方向に係わらず常に増幅回路にフィードバックされ、自励発振が行われる。
【0050】
検出電極部11dを図13に示す。検出電極部11dは、第1電極群11a、第2電極群11bと同一面に設けてある。例えば、径方向に二次の振動モードを利用した場合、図の用に検出電極部11dを圧電素子2の変位が最も大きくなる振幅の腹の位置に設けることにより、不要周波数成分の少ない主周波数成分の駆動信号を検出することができる。
【0051】
(実施の形態4)
図14は、本発明の実施の形態4の具体的な回路構成を示したものである。トランジスタ22a、22bおよびコイル23a、23bからなる二つの昇圧回路の出力を電極11a、11bに供給できるような構成としている。この出力信号はスリーステート・インバータ21a、21bからなる出力信号切り替え手段によりどの昇圧回路を能動状態とするか、非能動状態とするか選択可能となる。すなわちインバータ21a、21bのうち能動状態となったインバータから信号が出力されると、これと接続された昇圧回路から電極に信号が出力されるようになっている。この場合、トランジスタの絶縁強度はインバータ等の部品と比べて高いため、駆動に用いていない電極からの出力信号の影響を受けにくく超音波モータを高電力で駆動できる。
【0052】
ここでは複数の昇圧回路のどれを出力可能にするか選択可能な出力信号切り替え手段を有する構成としたが、一つの昇圧回路とこの出力をどの電極に供給するか選択可能な出力信号切り替え手段を有する構成としても良い。例えばリレー等が出力信号切り替え手段となり、二つの電極夫々と一つの昇圧回路の出力の間に二つのリレーを設け、昇圧信号の出力電極を選択する方式をとっても構わない。この場合、リレーの絶縁強度は極めて高いため駆動に用いていない電極からの出力信号の影響を受けにくく超音波モータを高電力で駆動できる。
【0053】
(実施の形態5)
図14は、本発明を超音波モータ1を駆動源とする電子機器に適用したブロック図を示したものであり、圧電素子2と振動体3と加圧手段6と移動体4と伝達機構30と出力機構31で構成される超音波モータ付き電子機器である。本実施の形態は、圧電素子2と圧電素子2に接着される振動体3と振動体3に周期的に圧接される移動体3と移動体3と一体に動作する伝達機構30の動作に基づいて可動される出力機構31と振動体3と移動体4を加圧する加圧機構6から構成される。
【0054】
ここで、伝達機構30は例えば歯車列、摩擦車等の伝達車を用いる。出力機構31としては、プリンタにおいて紙送り機構、カメラにおいてはシャッタ駆動機構、レンズ駆動機構、フィルム巻き上げ機構等を、また電子時計や計測器においては指針等を、ロボットにおいてはアーム機構、工作機械においては、歯具送り機構や加工部材送り機構等を用いる。
【0055】
なお、本実施の形態における電子機器としては、電子時計、計測器、カメラ、プリンタ、印刷機、ロボット、工作機、ゲーム機、移動装置等を実現できる。さらに移動体に出力軸を設け、出力軸からのトルクを伝達するための動力伝達機構を有する構成とすれば、超音波モータ駆動装置を実現できる。
【0056】
【発明の効果】
本発明では、圧電素子を有する振動体と、増幅回路とからなり、振動体を所定の共振モードで自励発振させる発振回路を構成し、振動体に発生する振動波で移動体を駆動する超音波モータにおいて、増幅回路で発生した電圧を昇圧し、前記圧電素子の一方の面に形成された共通電極に信号を出力する昇圧回路と、前記圧電素子を他方の面に形成されている複数の電極群から出力される昇圧信号の信号経路を切替る選択回路とを有する構成とした。昇圧回路で発生した信号を前記圧電素子の一方の面に形成された共通電極に信号を出力し、前記共通電極に入力された昇圧信号を他方の面に形成されている複数の電極群から、信号経路を切替る選択回路に出力したことにより、1組の昇圧回路で正転、逆転の回転方向を制御することが可能となった。これより、部品点数の増加を抑えて、昇圧回路を使った正転、逆転可能な自励振駆動回路を実現することができるとともに、これを用いた超音波モータ付き電子機器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の超音波モータの実施の形態1の回路ブロック図を示したものである。
【図2】本発明の超音波モータの断面図を示したものである。
【図3】本発明の超音波モータの動作原理を示した図である。
【図4】本発明の超音波モータの実施の形態1の具体的な回路構成を示したものである。
【図5】本発明の超音波モータの実施の形態1の具体的な回路構成を示したものである。
【図6】本発明の超音波モータの実施の形態1の具体的な回路構成を示したものである。
【図7】本発明の超音波モータの実施の形態1の具体的な回路構成を示したものである。
【図8】本発明の超音波モータの実施の形態1の具体的な回路構成を示したものである。
【図9】本発明の超音波モータの実施の形態2の具体的な回路構成を示したものである。
【図10】本発明の超音波モータの実施の形態2の具体的な回路構成を示したものである。
【図11】本発明の超音波モータの駆動回路への制御信号の印加の様子を示したものである。
【図12】本発明の超音波モータの実施の形態3の具体的な回路構成を示したものである。
【図13】本発明の超音波モータに使用する圧電素子の電極パターン図を示したものである。
【図14】本発明の超音波モータの実施の形態4の具体的な回路構成を示したものである。
【図15】本発明に係わる超音波モータを電子機器に適用した例を示したブロック図である。
【図16】従来の超音波モータの自励発振回路の例を示したものである。
【符号の説明】
2 圧電素子
3 振動体
4 移動体
12 増幅回路
14 昇圧回路
15a、15b 選択回路
20 コンデンサ
22 トランジスタ
23 昇圧コイル
30 伝達機構
31 出力機構
Claims (10)
- 一方の面に設けられた第一の電極群と第二の電極群と、他方の面に設けられた共通電極と、を有する圧電素子と、
前記圧電素子を有する振動体と、
前記第一の電極群からの信号を取り出すか前記第二の電極群からの信号を取り出すかを選択可能な選択回路と、
前記選択回路からの出力信号を増幅する増幅回路と、
前記増幅回路から得られる出力信号を昇圧し、前記共通電極に信号を出力する昇圧回路と、
を有し、前記振動体を所定の共振モードで自励発振させる超音波モータであって、
前記第一の電極群と前記選択回路の間に第一のフィルタ回路を構成する素子を配置するとともに前記第二の電極群と前記選択回路の間に第二のフィルタ回路を構成する素子を配置し、前記第一のフィルタ回路並びに前記第二のフィルタ回路は、外部からの指令信号に応じてフィルタ回路として機能するか否かが夫々独立に選択可能であることを特徴とする超音波モータ。 - 一方の面に設けられた第一の電極群と第二の電極群と検出電極部と、他方の面に設けられた共通電極と、を有する圧電素子と、
前記圧電素子を有する振動体と、
前記検出電極部から得られる検出信号を増幅する増幅回路と、
前記増幅回路から得られる出力信号を昇圧し、前記共通電極に信号を出力する昇圧回路と、
前記第一の電極群とGNDとを短絡するか否かを選択するとともに前記第二の電極群とGNDとを短絡するか否かを選択する選択回路と、
を有し、前記振動体を所定の共振モードで自励発振させることを特徴とする超音波モータ。 - 一方の面に設けられた第一の電極群と第二の電極群と、他方の面に設けられた共通電極と、を有する圧電素子と、
前記圧電素子を有する振動体と、
外部からの信号で能動状態と非能動状態を制御可能であり、能動状態とすることで前記共通電極からの出力信号を増幅する増幅回路と、
前記第一の電極群に信号を出力する第一の昇圧回路と、第二の電極群に信号を出力する第二の昇圧回路と、
外部からの信号で能動状態と非能動状態を制御可能であり、能動状態とすることで前記増幅回路から得られる信号を基にした信号を前記第一の昇圧回路に出力することが可能な第一の昇圧回路選択素子と、外部からの信号で能動状態と非能動状態を制御可能であり、能動状態とすることで前記増幅回路から得られる信号を基にした信号を前記第二の昇圧回路に出力させることが可能な第二の昇圧回路選択素子とで構成される出力信号切り替え手段と、
を有し、前記振動体を所定の共振モードで自励発振させることを特徴とする超音波モータ。 - 前記昇圧回路は、少なくとも1組のコイルもしくはトランスと、トランジスタからなる請求項1乃至3の何れかに記載の超音波モータ。
- 前記選択回路は、少なくとも1組の増幅回路を有する請求項1に記載の超音波モータ。
- 前記出力信号切り替え手段は、少なくとも1組の増幅回路を有する請求項3に記載の超音波モータ。
- 二つの電極を有する圧電素子と、
前記圧電素子を有する振動体と、
前記圧電素子の一方の電極に信号を出力する昇圧回路と、
外部からの信号によって能動状態と非能動状態が制御可能であり、能動状態であるときに前記圧電素子の他方の電極から得られる信号を増幅する増幅回路と、
外部からの信号によって能動状態と非能動状態が制御可能であり、能動状態であるときに前記増幅回路からの出力信号に基づく信号により前記昇圧回路を構成するトランジスタをスイッチングする選択回路と、
を有し、前記振動体を所定の共振モードで自励発振させることを特徴とする超音波モータであって、
前記選択回路を能動状態にするタイミングと、前記増幅回路を能動状態にするタイミングを異ならせて前記超音波モータを起動することを特徴とする超音波モータ。 - 一方の面に設けられた第一の電極群と第二の電極群と、他方の面に設けられた共通電極と、を有する圧電素子と、
前記圧電素子を有する振動体と、
外部からの信号によって能動状態と非能動状態が制御可能な二つの素子からなり、前記二つの素子を夫々前記第一の電極群と前記第二の電極群に接続し、何れか一方の素子を能動状態にすることで前記第一の電極群からの信号を取り出すか前記第二の電極群からの信号を取り出すかを選択可能な選択回路と、
外部からの信号によって能動状態と非能動状態が制御可能であり、能動状態にあるときに前記選択回路からの出力信号を増幅する増幅回路と、
を有し、前記振動体を所定の共振モードで自励発振させることを特徴とする超音波モータであって、
前記選択回路を能動状態にするタイミングと、前記増幅回路を能動状態にするタイミングを異ならせて前記超音波モータを起動することを特徴とする超音波モータ。 - 前記選択回路を能動状態にした後、前記増幅回路を能動状態にして起動することを特徴とする請求項7又は8に記載の超音波モータ。
- 請求記1から請求項9の何れか1つに記載の超音波モータを有し、
移動体と一体に動作する伝達機構と、
前記伝達機構の動作に基づいて動作する出力機構と、
を有する超音波モータ付き電子機器。
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US20050127782A1 (en) * | 2001-12-21 | 2005-06-16 | Morinobu Endo | Ultrasonic motor, and electronic timepiece having ultrasonic motor |
JP4141990B2 (ja) * | 2004-07-12 | 2008-08-27 | セイコーエプソン株式会社 | 圧電アクチュエータおよび機器 |
US7856272B2 (en) * | 2006-04-28 | 2010-12-21 | Flint Hills Scientific, L.L.C. | Implantable interface for a medical device system |
FR2907616B1 (fr) * | 2006-10-19 | 2009-01-16 | Sagem Defense Securite | Tourelle d'orientation deux axes avec motorisation piezo electrique |
JP4847401B2 (ja) * | 2007-06-18 | 2011-12-28 | 本田技研工業株式会社 | 移動ロボットの駆動装置 |
JP5161878B2 (ja) * | 2007-06-20 | 2013-03-13 | 株式会社アドバンテスト | 雑音測定装置及び試験装置 |
TWI397252B (zh) * | 2009-10-26 | 2013-05-21 | Metal Ind Res & Dev Ct | 應用於超音波馬達之單極具零電流切換之驅動電路 |
CN102064731B (zh) * | 2009-11-18 | 2013-07-24 | 财团法人金属工业研究发展中心 | 应用于超声波马达的单极具零电流切换的驱动电路 |
CN103560739A (zh) * | 2013-08-24 | 2014-02-05 | 渭南高新区金石为开咨询有限公司 | 应用于振动电动机的具过零点电流切换的驱动模块 |
JP6164044B2 (ja) * | 2013-10-30 | 2017-07-19 | セイコーエプソン株式会社 | 圧電モーター、ロボットハンド、ロボット、指アシスト装置、電子部品搬送装置、電子部品検査装置、送液ポンプ、印刷装置、電子時計、投影装置 |
US10030976B2 (en) * | 2015-05-13 | 2018-07-24 | Kionix, Inc. | Phase-based measurement and control of a gyroscope |
CN106505909B (zh) * | 2016-11-17 | 2018-09-18 | 闽江学院 | 一种超声波电机非线性死区补偿控制***及方法 |
Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH01283074A (ja) * | 1988-01-09 | 1989-11-14 | Seiko Instr Inc | 進行性波動モータの圧電素子電極構造 |
JPH044770A (ja) * | 1990-04-20 | 1992-01-09 | Asmo Co Ltd | 超音波モータの駆動回路と多モータの駆動信号供給回路 |
JPH0698569A (ja) * | 1992-09-11 | 1994-04-08 | Seiko Instr Inc | 超音波モータ |
JPH09163769A (ja) * | 1995-10-02 | 1997-06-20 | Seiko Instr Inc | 超音波モータ装置 |
JPH10337050A (ja) * | 1997-05-27 | 1998-12-18 | Nikon Corp | 駆動装置 |
JPH1127964A (ja) * | 1997-05-08 | 1999-01-29 | Seiko Instr Inc | 超音波モータ装置および超音波モータ装置付き電子機器 |
JPH11252946A (ja) * | 1998-02-27 | 1999-09-17 | Star Micronics Co Ltd | 超音波モータの駆動方法 |
JPH11299270A (ja) * | 1998-02-05 | 1999-10-29 | Seiko Instruments Inc | 超音波モ―タおよび超音波モ―タ付き電子機器 |
Family Cites Families (25)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS57211087A (en) * | 1981-06-22 | 1982-12-24 | Seiko Instr & Electronics Ltd | Boosting circuit of electronic timepiece element |
JPH02119586A (ja) * | 1988-10-27 | 1990-05-07 | Seiko Instr Inc | 超音波モータ装置 |
JPH05273361A (ja) * | 1992-03-24 | 1993-10-22 | Seiko Instr Inc | 超音波モータ付電子機器 |
US5461273A (en) * | 1992-12-16 | 1995-10-24 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Method and an apparatus for controlling a moving velocity of an ultrasonic motor |
JPH07170772A (ja) * | 1993-10-21 | 1995-07-04 | Seiko Instr Inc | 超音波モータおよび超音波モータ付電子機器 |
JP2973273B2 (ja) * | 1994-05-13 | 1999-11-08 | セイコーエプソン株式会社 | 電子時計及びその充電方法 |
JPH08116685A (ja) * | 1994-10-17 | 1996-05-07 | Canon Inc | 振動波モータ |
US5619089A (en) * | 1994-10-31 | 1997-04-08 | Seiko Instruments Inc. | Ultrasonic motor and electronic apparatus provided with an ultrasonic motor |
JP2718392B2 (ja) * | 1995-03-28 | 1998-02-25 | 日本電気株式会社 | 圧電トランスの駆動回路 |
US5777232A (en) * | 1995-03-29 | 1998-07-07 | Shinko Electric Co., Ltd. | Control system for vibratory apparatus |
DE69620517T2 (de) * | 1995-08-07 | 2002-11-07 | Nec Corp | Umwandler wobei ein piezoelektrisches Transformatoreingangssignal durch ein pulsbreitenmoduliertes Signal frequenzmoduliert wird |
JP2778554B2 (ja) * | 1995-10-12 | 1998-07-23 | 日本電気株式会社 | 圧電トランス駆動回路 |
JPH11178369A (ja) * | 1997-12-09 | 1999-07-02 | Seiko Instruments Inc | 超音波モータおよび超音波モータ付電子機器 |
WO1999019979A1 (fr) * | 1997-10-14 | 1999-04-22 | Seiko Instruments Inc. | Bloc generateur de puissance dote d'une unite de generateur thermoelectrique |
JPH11218587A (ja) * | 1997-11-25 | 1999-08-10 | Seiko Instruments Inc | 熱電素子付き電子時計 |
JP3657445B2 (ja) * | 1998-01-28 | 2005-06-08 | セイコーインスツル株式会社 | 電子機器 |
JP3173585B2 (ja) * | 1998-02-27 | 2001-06-04 | 日本電気株式会社 | 圧電トランスの駆動方法及び駆動回路 |
JP3650276B2 (ja) * | 1998-10-22 | 2005-05-18 | セイコーインスツル株式会社 | 電子携帯機器 |
JP3061043B2 (ja) * | 1998-12-11 | 2000-07-10 | 日本電気株式会社 | 電源回路 |
JP3171187B2 (ja) * | 1999-03-30 | 2001-05-28 | ミノルタ株式会社 | 圧電アクチュエータ |
JP4694681B2 (ja) * | 1999-11-26 | 2011-06-08 | セイコーインスツル株式会社 | 超音波モータ及び超音波モータ付き電子機器 |
JP2001258278A (ja) * | 2000-03-15 | 2001-09-21 | Minolta Co Ltd | トラス型アクチュエータの駆動制御装置 |
US6429987B1 (en) * | 2000-04-10 | 2002-08-06 | Marvell International, Inc. | High speed inductor current driver with minimum overshoot |
JP2001356017A (ja) * | 2000-06-14 | 2001-12-26 | Alps Electric Co Ltd | 振動子の駆動検出装置 |
US6476542B2 (en) * | 2000-12-20 | 2002-11-05 | Cts Corporation | Piezoelectric transformer with dual-phase input drive |
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Patent Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH01283074A (ja) * | 1988-01-09 | 1989-11-14 | Seiko Instr Inc | 進行性波動モータの圧電素子電極構造 |
JPH044770A (ja) * | 1990-04-20 | 1992-01-09 | Asmo Co Ltd | 超音波モータの駆動回路と多モータの駆動信号供給回路 |
JPH0698569A (ja) * | 1992-09-11 | 1994-04-08 | Seiko Instr Inc | 超音波モータ |
JPH09163769A (ja) * | 1995-10-02 | 1997-06-20 | Seiko Instr Inc | 超音波モータ装置 |
JPH1127964A (ja) * | 1997-05-08 | 1999-01-29 | Seiko Instr Inc | 超音波モータ装置および超音波モータ装置付き電子機器 |
JPH10337050A (ja) * | 1997-05-27 | 1998-12-18 | Nikon Corp | 駆動装置 |
JPH11299270A (ja) * | 1998-02-05 | 1999-10-29 | Seiko Instruments Inc | 超音波モ―タおよび超音波モ―タ付き電子機器 |
JPH11252946A (ja) * | 1998-02-27 | 1999-09-17 | Star Micronics Co Ltd | 超音波モータの駆動方法 |
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