(57)【要約】【課題】印加電圧をオフにする際に発生する異音を抑制することができる定在波型超音波モータを提供する。【解決手段】本発明は、定在波型超音波モータ(10)であって、摩擦部材(20)が取り付けられた圧電素子(16)と、被駆動部(18)と、圧電素子に取り付けられた第１、第２電極(36)と、これらの電極に位相の異なる所定の駆動周波数の電圧を夫々印加して、摩擦部材を楕円運動させるモータ駆動回路(14)と、を有し、このモータ駆動回路は、被駆動部の駆動状態から停止させる場合には、第１、第２電極への印加電圧の周波数を、駆動周波数よりも高い所定の停止周波数に高めるように構成され、さらに、モータ駆動回路は、停止状態から、第１、第２電極への印加電圧をオフにする場合には、印加電圧の周波数を、停止周波数よりも高い所定のオフ周波数に高めた後、印加電圧をオフにするように構成されていることを特徴としている。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電素子を振動させることにより、被駆動部を駆動する定在波型超音波モータであって、
摩擦部材が取り付けられた圧電素子と、
上記摩擦部材に圧接され、上記摩擦部材の運動により駆動される被駆動部と、
上記圧電素子に取り付けられた第１電極及び第２電極と、
これら第１、第２電極に位相の異なる所定の駆動周波数の電圧を夫々印加して、上記圧電素子に屈曲／伸縮振動を発生させることにより、上記摩擦部材を楕円運動させるモータ駆動回路と、を有し、
このモータ駆動回路は、上記被駆動部が駆動されている状態から、上記被駆動部を停止させる場合には、上記第１、第２電極への印加電圧の周波数を、上記駆動周波数よりも高い所定の停止周波数に高めるように構成され、さらに、上記モータ駆動回路は、上記被駆動部が停止されている状態から、上記第１、第２電極への印加電圧をオフにする場合には、印加電圧の周波数を、上記停止周波数よりも高い所定のオフ周波数に高めた後、印加電圧をオフにするように構成されていることを特徴とする定在波型超音波モータ。
【請求項２】
上記モータ駆動回路は、上記被駆動部を停止させた後、上記被駆動部の駆動方向を反転させる場合には、上記第１、第２電極への印加電圧を上記停止周波数よりも高い所定の反転周波数に高めた後、上記第１、第２電極に印加する電圧の位相を反転させ、その後、印加電圧の周波数を上記駆動周波数まで低下させる請求項１記載の定在波型超音波モータ。
【請求項３】
上記モータ駆動回路は、上記第１、第２電極への印加電圧を上記停止周波数から上記オフ周波数又は上記反転周波数に高める掃引時間が０．０５秒から０．１秒になるように、印加電圧を制御する請求項２記載の定在波型超音波モータ。
【請求項４】
上記モータ駆動回路は、所定の回路共振周波数を有する電圧パルス生成回路を備え、上記駆動周波数は上記回路共振周波数よりも低く、且つ、上記オフ周波数及び上記反転周波数は上記回路共振周波数の１．３倍から２倍である請求項２又は３に記載の定在波型超音波モータ。
【請求項５】
上記圧電素子は、屈曲振動の共振周波数である屈曲共振周波数、及び伸縮振動の共振周波数である伸縮共振周波数を有し、上記オフ周波数及び上記反転周波数は、上記屈曲共振周波数又は上記伸縮共振周波数の２倍よりも高く、２．５倍よりも低い請求項２乃至４の何れか１項に記載の定在波型超音波モータ。
【請求項６】
圧電素子を振動させることにより、被駆動部を駆動する定在波型超音波モータであって、
摩擦部材が取り付けられた圧電素子と、
上記摩擦部材に圧接され、上記摩擦部材の運動により駆動される被駆動部と、
上記圧電素子に取り付けられた第１電極及び第２電極と、
これら第１、第２電極に位相の異なる所定の駆動周波数の電圧を夫々印加して、上記圧電素子に屈曲／伸縮振動を発生させることにより、上記摩擦部材を楕円運動させるモータ駆動回路と、を有し、
このモータ駆動回路は、上記被駆動部が駆動されている状態から、上記被駆動部を停止させる場合には、上記第１、第２電極への印加電圧の周波数を、上記駆動周波数よりも高い所定の停止周波数に高めるように構成され、さらに、上記モータ駆動回路は、上記被駆動部を停止させた後、上記被駆動部の駆動方向を反転させる場合には、上記第１、第２電極への印加電圧の位相を連続的に掃引して、上記第１、第２電極に印加する電圧の位相を反転させ、その後、印加電圧の周波数を上記駆動周波数まで低下させる請求項１記載の定在波型超音波モータ。
【請求項７】
上記モータ駆動回路は、印加電圧の位相を掃引して、上記第１、第２電極に印加する電圧の位相を反転させる掃引時間が０．０５秒から０．１秒になるように、印加電圧を制御する請求項６記載の定在波型超音波モータ。
【請求項８】
レンズ鏡筒と、
このレンズ鏡筒の内部に収容された撮像用レンズと、
この撮像用レンズの少なくとも一部を駆動する、請求項１乃至７の何れか１項に記載の定在波型超音波モータと、
を有することを特徴とするレンズユニット。
【請求項９】
カメラ本体と、
請求項８記載のレンズユニットと、
を有することを特徴とするカメラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、定在波型超音波モータに関するものであり、特に、圧電素子を振動させることにより、被駆動部を駆動する定在波型超音波モータ、及びそれを備えたレンズユニット、カメラに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の進行波型の超音波モータは、その停止時において、駆動電圧を切った直後に圧電体の振動に基づく進行波振動がなくなる一方、駆動されていたロータには急激な制動トルクが働いて停止される。しかし、ロータには回転を継続しようとする慣性力が作用しているため、ロータは即座に停止することはできず、摺動面との間で滑りが生じ、「キュッ」という高周波音が発生してしまう。このように、進行波型の超音波モータにおいては、停止時に急激に停止する進行波と、慣性により運動が継続するロータの間に滑りが生じ、不快な高周波音が発生するという問題がある。
【０００３】
一方、特開平４−７９７７７号公報（特許文献１）には、進行波型超音波モータの駆動回路が記載されている。この駆動回路は、モータ停止時に電圧制御発振手段の発生する出力信号の周波数を徐々に高める制御手段を有し、これにより停止時における高周波音の発生を防止している。この駆動回路によれば、モータ停止時において、電圧制御発振手段の発生する出力信号の周波数を徐々に高めることにより、圧電体の振動振幅が小さくなるため、ロータには滑らかな制動力が掛かり、高周波音を発生することなくロータを停止させることができる。また、ロータが停止された後に駆動電圧を切る際には、ロータは停止しているため、ロータと摺動面との間で滑りが生じることはなく、高周波音が発生することはない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平４−７９７７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
これに対して、定在波型の超音波モータについては、異音の発生を防止する方法が知られていない。定在波型の超音波モータは、圧電素子に所定の高周波電圧を印加することにより、圧電素子に取り付けられた摩擦部材を楕円運動させ、この摩擦部材と被駆動部との間に働く摩擦力により被駆動部を駆動するものである。即ち、定在波型の超音波モータにおいては、所定周波数の電圧を圧電素子に印加することにより被駆動部が駆動され、被駆動部を停止させる際には、圧電素子に印加する電圧の周波数が駆動時よりも高くされる。これにより、定在波型の超音波モータでは、大きな異音を発生することなく被駆動部を停止させることができる。
【０００６】
しかしながら、定在波型の超音波モータにおいては、被駆動部が停止された状態において、圧電素子に印加する電圧をオフにする（切る）と、「パチッ」という不快な打撃音が発生するという問題がある。このように、進行波型の超音波モータと定在波型の超音波モータでは、異音を発生する時期及び異音の発生メカニズムが異なっており、定在波型の超音波モータについては異音の発生を防止する方法は知られていない。また、定在波型の超音波モータにおいては、駆動状態から圧電素子に印加する電圧の周波数を高めて被駆動部を停止させ、その後、駆動方向を反転させる際にも「パチッ」という打撃音が発生し、これを防止する方法も知られていない。
【０００７】
従って、本発明は、印加電圧をオフにする際、又は駆動方向を反転する際に発生する異音を抑制することができる定在波型超音波モータ、及びそれを備えたレンズユニット、カメラを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述した課題を解決するために、本発明は、圧電素子を振動させることにより、被駆動部を駆動する定在波型超音波モータであって、摩擦部材が取り付けられた圧電素子と、摩擦部材に圧接され、摩擦部材の運動により駆動される被駆動部と、圧電素子に取り付けられた第１電極及び第２電極と、これら第１、第２電極に位相の異なる所定の駆動周波数の電圧を夫々印加して、圧電素子に屈曲／伸縮振動を発生させることにより、摩擦部材を楕円運動させるモータ駆動回路と、を有し、このモータ駆動回路は、被駆動部が駆動されている状態から、被駆動部を停止させる場合には、第１、第２電極への印加電圧の周波数を、駆動周波数よりも高い所定の停止周波数に高めるように構成され、さらに、モータ駆動回路は、被駆動部が停止されている状態から、第１、第２電極への印加電圧をオフにする場合には、印加電圧の周波数を、停止周波数よりも高い所定のオフ周波数に高めた後、印加電圧をオフにするように構成されていることを特徴としている。
【０００９】
このように構成された本発明においては、圧電素子に取り付けられた第１電極及び第２電極に、モータ駆動回路により所定の駆動周波数の電圧が夫々印加され、圧電素子は屈曲／伸縮振動される。これにより、圧電素子に取り付けられた摩擦部材が楕円運動され、摩擦部材に圧接された被駆動部が摩擦部材の運動により駆動される。モータ駆動回路は、被駆動部が駆動されている状態から停止させる場合には、第１、第２電極への印加電圧の周波数を、駆動周波数よりも高い所定の停止周波数に高め、停止されている状態から印加電圧をオフにする場合には、印加電圧の周波数を所定のオフ周波数に高めた後、印加電圧をオフにする。
【００１０】
このように構成された本発明によれば、第１、第２電極への印加電圧の周波数を停止周波数よりも高いオフ周波数に高めた後、印加電圧がオフにされるので、大きな異音を発生することなく、印加電圧をオフにすることができる。
【００１１】
本発明において、好ましくは、モータ駆動回路は、被駆動部を停止させた後、被駆動部の駆動方向を反転させる場合には、第１、第２電極への印加電圧を停止周波数よりも高い所定の反転周波数に高めた後、第１、第２電極に印加する電圧の位相を反転させ、その後、印加電圧の周波数を駆動周波数まで低下させる。
【００１２】
このように構成された本発明によれば、第１、第２電極への印加電圧の周波数を停止周波数よりも高い反転周波数に高めた後、印加する電圧の位相を反転させるので、大きな異音を発生することなく、印加電圧の位相を反転させることができ、これにより、被駆動部の駆動方向を反転させることができる。
【００１３】
本発明において、好ましくは、モータ駆動回路は、第１、第２電極への印加電圧を停止周波数からオフ周波数又は反転周波数に高める掃引時間が０．０５秒から０．１秒になるように、印加電圧を制御する。
【００１４】
このように構成された本発明によれば、０．０５秒から０．１秒の掃引時間で、印加電圧を停止周波数からオフ周波数又は反転周波数に高めるので、定在波型超音波モータの応答性を著しく損ねることなく、異音の発生を抑制することができる。
【００１５】
本発明において、好ましくは、モータ駆動回路は、所定の回路共振周波数を有する電圧パルス生成回路を備え、駆動周波数は回路共振周波数よりも低く、且つ、オフ周波数及び反転周波数は回路共振周波数の１．３倍から２倍である。
【００１６】
このように構成された本発明によれば、駆動周波数を回路共振周波数よりも低く、オフ周波数及び反転周波数を回路共振周波数の１．３倍から２倍に設定しているので、印加する電圧パルスの周波数を過度に上昇させることなく、圧電素子に過大な電流が流れ、発熱、破損を引き起こすのを防止することができる。
【００１７】
本発明において、好ましくは、圧電素子は、屈曲振動の共振周波数である屈曲共振周波数、及び伸縮振動の共振周波数である伸縮共振周波数を有し、オフ周波数及び反転周波数は、屈曲共振周波数又は伸縮共振周波数の２倍よりも高く、２．５倍よりも低い。
【００１８】
このように構成された本発明によれば、オフ周波数及び反転周波数を、屈曲共振周波数又は伸縮共振周波数の２倍よりも高く、２．５倍よりも低く設定しているので、印加する電圧パルスの周波数を過度に上昇させることなく、圧電素子の振動振幅を極めて小さくすることができ、異音の発生を抑制することができる。
【００１９】
また、本発明は、圧電素子を振動させることにより、被駆動部を駆動する定在波型超音波モータであって、摩擦部材が取り付けられた圧電素子と、摩擦部材に圧接され、摩擦部材の運動により駆動される被駆動部と、圧電素子に取り付けられた第１電極及び第２電極と、これら第１、第２電極に位相の異なる所定の駆動周波数の電圧を夫々印加して、圧電素子に屈曲／伸縮振動を発生させることにより、摩擦部材を楕円運動させるモータ駆動回路と、を有し、このモータ駆動回路は、被駆動部が駆動されている状態から、被駆動部を停止させる場合には、第１、第２電極への印加電圧の周波数を、駆動周波数よりも高い所定の停止周波数に高めるように構成され、さらに、モータ駆動回路は、被駆動部を停止させた後、被駆動部の駆動方向を反転させる場合には、第１、第２電極への印加電圧の位相を連続的に掃引して、第１、第２電極に印加する電圧の位相を反転させ、その後、印加電圧の周波数を駆動周波数まで低下させる。
【００２０】
このように構成された本発明においては、圧電素子に取り付けられた第１電極及び第２電極に、モータ駆動回路により所定の駆動周波数の電圧が夫々印加され、圧電素子は屈曲／伸縮振動される。これにより、圧電素子に取り付けられた摩擦部材が楕円運動され、摩擦部材に圧接された被駆動部が摩擦部材の運動により駆動される。モータ駆動回路は、被駆動部が駆動されている状態から停止させる場合には、第１、第２電極への印加電圧の周波数を、駆動周波数よりも高い所定の停止周波数に高め、被駆動部を停止させた後、被駆動部の駆動方向を反転させる場合には、印加電圧の位相を連続的に掃引して、第１、第２電極に印加する電圧の位相を反転させ、その後、印加電圧の周波数を駆動周波数まで低下させる。
【００２１】
このように構成された本発明によれば、第１、第２電極への印加電圧の位相を、停止周波数において連続的に掃引して反転させるので、印加電圧の周波数を停止周波数よりも上昇させずに印加電圧の位相を反転させた場合でも、大きな異音の発生を防止することができる。
【００２２】
本発明において、好ましくは、モータ駆動回路は、印加電圧の位相を掃引して、第１、第２電極に印加する電圧の位相を反転させる掃引時間が０．０５秒から０．１秒になるように、印加電圧を制御する。
【００２３】
このように構成された本発明によれば、０．０５秒から０．１秒の掃引時間で、印加する電圧の位相を反転させるので、定在波型超音波モータの応答性を著しく損ねることなく、異音の発生を抑制することができる。
【００２４】
また、本発明のレンズユニットは、レンズ鏡筒と、このレンズ鏡筒の内部に収容された撮像用レンズと、この撮像用レンズの少なくとも一部を駆動する、本発明の定在波型超音波モータと、を有することを特徴としている。
さらに、本発明のカメラは、カメラ本体と、本発明のレンズユニットと、を有することを特徴としている。
【発明の効果】
【００２５】
本発明の定在波型超音波モータ、及びそれを備えたレンズユニット、カメラによれば、印加電圧をオフにする際、又は駆動方向を反転する際に発生する異音を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の第１実施形態によるカメラの断面図である。
【図２】本発明の第１実施形態によるカメラに内蔵されている定在波型超音波モータ全体を示すブロック図である。
【図３】定在波型超音波モータの停止及び電源オフ時、反転時の作用を示すタイムチャートである。
【図４】電圧パルス生成回路により印加される電圧パルス波形の周波数と、電極−接地電極間に流れる電流の関係を示すグラフである。
【図５】電圧パルス生成回路により印加される電圧パルス波形の周波数と、摩擦部材の変位の関係を示すグラフである。
【図６】本発明の第２実施形態における、定在波型超音波モータの反転時の作用を示すタイムチャートである。
【図７】定在波型超音波モータのロータの駆動方向を反転させる際の、圧電素子の各方向の振動の位相関係を示すリサージュ波形である。
【図８】摩擦部材の変位方向を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
次に、添付図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。
まず、図１及び図２を参照して、本発明の第１実施形態によるカメラを説明する。図１は本発明の第１実施形態によるカメラの断面図である。
図１に示すように、本発明の第１実施形態のカメラ１は、レンズユニット２と、カメラ本体４と、を有する。レンズユニット２は、レンズ鏡筒６と、このレンズ鏡筒の中に配置された複数の撮像用レンズ８と、一部の撮像用レンズ８を光軸方向に移動させ、フォーカス調整を行うための定在波型超音波モータ１０と、を有する。
【００２８】
レンズユニット２は、カメラ本体４に取り付けられ、入射した光を撮像素子面Ｃに結像させるように構成されている。
概ね円筒形のレンズ鏡筒６は、内部に複数の撮像用レンズ８を保持しており、一部の撮像用レンズ８を移動させることによりフォーカス調整を可能としている。
本発明の第１実施形態のカメラ１は、使用者の操作に基づいて定在波型超音波モータ１０が作動され、これにより一部の撮像用レンズ８が光軸方向に移動され、撮像素子面Ｃ上に合焦される画像のフォーカス調整を行うように構成されている。
【００２９】
図２は、本発明の第１実施形態によるカメラ１に内蔵されている定在波型超音波モータ全体を示すブロック図である。
図２に示すように、本実施形態のカメラ１に内蔵されている定在波型超音波モータ１０は、圧電アクチュエータ１２と、この圧電アクチュエータ１２を駆動するモータ駆動回路１４と、を有する。本実施形態における定在波型超音波モータ１０は、圧電アクチュエータ１２に備えられている圧電素子１６の複数の分極部をモータ駆動回路１４により駆動することにより、被駆動部であるロータ１８が正転、又は反転されるように構成されている。
【００３０】
図２に示すように、圧電アクチュエータ１２は、圧電素子１６と、この圧電素子１６に取り付けられた摩擦部材２０と、この摩擦部材２０によって駆動されるロータ１８と、を有する。また、モータ駆動回路１４は、Ａ相電圧パルス生成回路２２と、Ｂ相電圧パルス生成回路２４と、マイクロコンピュータ２６と、Ｄ／Ａ変換器２８と、電圧制御発振器（ＶＣＯ）３０と、移相器３２と、を有する。
【００３１】
圧電素子１６は直方体状に形成され、その一方の面には接地電極３４が取り付けられ、この接地電極３４の反対側には、２対の電極３６ａ、３６ｂが取り付けられている。
【００３２】
接地電極３４は、圧電素子１６の１つの面全体を覆うように圧電素子１６に取り付けられており、アース電位に接続されている。圧電素子１６の接地電極３４とは反対側の面には、２対、４つの電極が並べて取り付けられている。図２において左下と右上に配置された１対の電極３６ａは電気的に接続されており、また、右下と左上に配置された１対の電極３６ｂは電気的に接続されている。これにより、１対の電極３６ａは第１電極として機能し、１対の電極３６ｂは第２電極として機能する。
【００３３】
図２に示すように、１対の電極３６ａにはＡ相電圧パルス生成回路２２から超音波帯域の交番電圧（電圧パルス）が印加され、一方、１対の電極３６ｂにはＢ相電圧パルス生成回路２４から超音波帯域の交番電圧（電圧パルス）が印加される。これにより圧電素子１６は超音波振動される。
【００３４】
摩擦部材２０はロータ１８に対して与圧された突起であり、圧電素子１６の振動と共に振動されるように構成されている。電極３６ａ、電極３６ｂに夫々Ａ相、Ｂ相の電圧パルスが印加されると、圧電素子１６には屈曲振動及び伸縮振動が発生し、摩擦部材２０は楕円運動される。摩擦部材２０が楕円運動されると、これに押し付けられているロータ１８が所定の方向に回転するように構成されている。
【００３５】
マイクロコンピュータ２６は、Ａ相電圧パルス生成回路２２及びＢ相電圧パルス生成回路２４から出力される電圧パルス波形の周波数を指示する周波数指示信号をＤ／Ａ変換器２８に出力するように構成されている。また、マイクロコンピュータ２６は、Ａ相電圧パルスとＢ相電圧パルスの位相差を指示する位相差指示信号を移相器３２に出力するように構成されている。この正反転指示信号により、移相器３２から出力される２つの駆動信号の位相関係が変更され、ロータ１８の回転方向が切り換えられる。
【００３６】
Ｄ／Ａ変換器２８は、マイクロコンピュータ２６から入力されたデジタル信号を、アナログ信号に変換するように構成されている。上述したように、マイクロコンピュータ２６から入力されるデジタル信号は電圧パルス波形の周波数を指示するための周波数指示信号であり、Ｄ／Ａ変換器２８は指示された周波数に対応したアナログ信号を出力するように構成されている。
【００３７】
電圧制御発振器３０は、発振周波数が印加電圧によって変化する発振器であり、Ｄ／Ａ変換器２８から入力された電圧信号に対応した周波数の矩形波（電圧パルス波形）を、移相器３２に出力するように構成されている。
【００３８】
移相器３２は、電圧制御発振器３０から入力された電圧パルス波形に対し、位相差指示信号によって指示された角度だけ位相がずれた電圧パルス波形を生成するように構成されている。本実施形態では、ロータ１８の駆動中において、移相器３２は、電圧制御発振器３０から入力された電圧パルス波形を、そのまま駆動信号としてＢ相電圧パルス生成回路２４に出力すると共に、この波形に対して約９０゜位相がずれた電圧パルス波形を駆動信号としてＡ相電圧パルス生成回路２２に出力するように構成されている。また、本実施形態においては、移相器３２は、マイクロコンピュータ２６から入力された位相差指示信号により「正転」が指示された場合にはＡ相電圧パルス生成回路２２に出力する電圧パルス波形の位相が９０゜進んだ状態となり、「反転」が指示された場合には電圧パルス波形の位相が９０゜遅れた状態となるように構成されている。
なお、駆動方向を反転させる際におけるＡ相とＢ相の電圧パルスの位相差については後述する。
【００３９】
なお、Ａ相電圧パルス生成回路２２、Ｂ相電圧パルス生成回路２４は、スイッチング素子制御回路、高圧電源、スイッチング素子、コイル等（以上図示せず）から構成され、所定の回路共振周波数を有する。
【００４０】
次に、図３乃至図５を参照して、定在波型超音波モータの作用を説明する。
図３は、定在波型超音波モータの停止及び電源オフ時、反転時の作用を示すタイムチャートである。図４は、電圧パルス生成回路により印加される電圧パルス波形の周波数と、電極−接地電極間に流れる電流の関係を示すグラフである。図５は、電圧パルス生成回路により印加される電圧パルス波形の周波数と、摩擦部材の変位の関係を示すグラフである。
【００４１】
図３は、定在波型超音波モータ１０の作用を模式的に示したタイムチャートであり、横軸に時間、縦軸に電圧パルス生成回路から印加される電圧パルス波形の周波数を示している。
まず、図３の時刻ｔ０〜ｔ１の間は、定在波型超音波モータ１０のロータ１８が駆動されている。この状態においては、Ａ相電圧パルス生成回路２２及びＢ相電圧パルス生成回路２４は、電極３６ａ及び電極３６ｂに、夫々所定の駆動周波数の電圧パルスを印加している。また、この状態においては、電極３６ａに印加されるＡ相の電圧パルス波形と電極３６ｂに印加されるＢ相の電圧パルス波形は同一の周波数で、約９０゜位相がずれており、Ａ相とＢ相の何れの位相が進んでいるかにより「正転」と「反転」が切り換えられる。約９０゜位相がずれた駆動周波数の電圧パルスを各電極に印加することにより、圧電素子１６には大振幅の屈曲振動及び伸縮振動が発生し、この結果、圧電素子１６に取り付けられた摩擦部材２０が楕円運動される。摩擦部材２０が楕円運動されることにより、これに圧接されたロータ１８が回転駆動される。
【００４２】
図４は、印加される電圧パルス波形の周波数に対して、電極３６ａ又は電極３６ｂと接地電極３４との間に流れる電流を示すグラフである。図４に示すように、本実施形態において、圧電素子１６は、屈曲振動の共振周波数である屈曲共振周波数、及び伸縮振動の共振周波数である伸縮共振周波数を有し、これらの共振周波数は何れも６４．７ｋＨｚでほぼ一致している。電極−接地電極間に流れる電流は、屈曲共振周波数、伸縮共振周波数において、大きなピークをになる。定在波型超音波モータ１０を駆動する際に各電極に印加する電圧パルス波形は、これらの屈曲共振周波数、伸縮共振周波数よりも僅かに高い、図４に斜線で示す周波数帯域に設定される。本実施形態においては、ロータ１８を駆動する際の駆動周波数は６９ｋＨｚに設定されている。
【００４３】
図３に示すように、ロータ１８を停止させる場合には、各電圧パルス生成回路によって各電極に印加される電圧パルスの周波数が高められる。図３に示す例では、時刻ｔ１〜ｔ２の間に、各電極に印加される電圧パルスの周波数は、駆動周波数から、駆動周波数よりも高い停止周波数まで高められる。この時刻ｔ１〜ｔ２の間は、Ａ相の電圧パルス波形とＢ相の電圧パルス波形の位相差は、約９０゜のまま維持される。電圧パルスの周波数が停止周波数に高められると、圧電素子１６の屈曲振動及び伸縮振動の振幅は極めて小さくなり、摩擦部材２０はほぼ静止した状態となってロータ１８は停止される。
【００４４】
図４に示すように、本実施形態においては、電極−接地電極間に流れる電流は、駆動周波数よりも周波数が高くなると少しずつ上昇し、約１１４ｋＨｚを超えると低下する。この１１４ｋＨｚの山は、電圧パルス生成回路の回路共振周波数に起因するものであり、この回路共振周波数は、電圧パルス生成回路に用いられているコイル、コンデンサー（図示せず）等の定数により決まる電気的な共振周波数である。好ましくは、ロータ１８を停止させるための停止周波数は、駆動周波数と回路共振周波数の間に設定される。本実施形態においては、ロータ１８を停止させる停止周波数は７４ｋＨｚに設定されている。
【００４５】
図３に示す停止状態から、再びロータ１８を同一の方向に回転させる場合には、Ａ相の電圧パルス波形とＢ相の電圧パルス波形の位相差を維持したまま、電圧パルスの周波数を駆動周波数まで低下させる（図示せず）。
一方、停止状態から電極３６ａ、３６ｂに印加する電圧をオフにする（切る）場合には、電圧パルスを停止周波数に維持したまま電圧をオフにすると、摩擦部材２０とロータ１８の間で「パチッ」という打撃音が発生してしまう。また、停止状態から、ロータ１８を停止前とは反対の方向に駆動するために、電圧パルスを停止周波数に維持したまま電圧パルスのＡ相とＢ相の位相関係を反転させた場合にも、打撃音が発生してしまう。
【００４６】
そこで、本実施形態では、停止状態において、電極３６ａ、３６ｂに印加する電圧をオフにする場合には、電圧パルスを停止周波数よりも高いオフ周波数まで一旦上昇させ、その後、印加する電圧をオフにする。図３に示す例においては、時刻ｔ３〜ｔ４の間に、各電極に印加される電圧パルスの周波数は、停止周波数から、停止周波数よりも高いオフ周波数まで高められる。この時刻ｔ３〜ｔ４の間は、Ａ相の電圧パルス波形とＢ相の電圧パルス波形の位相差は、約９０゜のまま維持される。電圧パルスの周波数がオフ周波数まで高められた状態では、各電極に印加する電圧をオフにする際の異音は著しく抑制され、大きな異音を発生することなく印加電圧をオフにすることができる。
【００４７】
本実施形態においては、時刻ｔ３〜ｔ４間は約０．０５秒である。停止周波数からオフ周波数まで、周波数をこれ以上急激に上昇させると、この際に異音が発生する場合がある。好ましくは、印加する電圧パルスの周波数を停止周波数からオフ周波数に高める掃引時間は、０．０５秒から０．１秒にする。これにより、異音の発生を抑制しながら定在波型超音波モータ１０の応答性を高めることができる。
【００４８】
また、本実施形態では、停止状態から、ロータ１８を停止前とは反対の方向に駆動する場合にも、電圧パルスを停止周波数よりも高い反転周波数まで一旦上昇させ、その後、各電極に印加する電圧パルス波形の位相関係を反転させる。次いで、印加する電圧パルスの周波数を、反転周波数から停止周波数、さらに、駆動周波数まで、電圧パルス波形の位相関係を維持したまま低下させる。これにより、停止状態にあったロータ１８が、停止前とは反対の方向に駆動される。電圧パルスの周波数が反転周波数まで高められた状態で、各電極に印加する電圧パルス波形の位相を反転させることにより、反転させる際の異音は著しく抑制され、大きな異音を発生することなくロータ１８を反転させることができる。また、本実施形態においては、反転周波数はオフ周波数と同一であり、印加電圧の周波数を停止周波数から反転周波数に高める掃引時間も、オフ周波数の場合と同一である。なお、オフ周波数と反転周波数は、異なる周波数であっても良い。
【００４９】
図４に示すように、本実施形態においては、オフ周波数及び反転周波数は、１５５ｋＨｚである。好ましくは、オフ周波数及び反転周波数は、電圧パルス生成回路の回路共振周波数の１．３倍から２倍の周波数に設定する。これにより、オフ周波数及び反転周波数が過大な高周波になるのを回避しながら、これらの周波数が回路共振周波数のピークに近接して、電流値が大きくなるのを防止することができる。
【００５０】
図５は、電圧パルス生成回路により印加する電圧パルスの周波数に対し、摩擦部材の各方向の変位を測定したグラフの一例である。図５の実線は圧電素子１６の屈曲振動の振幅を示す摩擦部材２０の横方向（圧電素子１６の短辺方向）の変位を表し、破線は伸縮振動の振幅を示す摩擦部材２０の縦方向（圧電素子１６の長手方向）の変位を表している。
【００５１】
図５に示すように、圧電素子１６の振動は、屈曲振動は６６．６ｋＨｚ、伸縮振動は６５．１ｋＨｚで振幅が最大となっている。また、圧電素子１６の屈曲振動は、振幅が最大になる６６．６ｋＨｚの約２倍の１３８ｋＨｚ、及び約２．５倍の１６４ｋＨｚにピークがある。（図４、図５は実測値であるため、ピーク周波数が実験誤差等により完全には一致していない。）
このため、オフ周波数及び反転周波数は、好ましくは、屈曲共振周波数又は伸縮共振周波数の２倍よりも高く、２．５倍よりも低い周波数に設定する。これにより、オフ周波数及び反転周波数が過大な高周波になるのを回避しながら、これらの周波数が高次の屈曲共振周波数又は伸縮共振周波数に重なり、圧電素子１６の振動振幅が大きくなるのを防止することができる。
【００５２】
本発明の第１実施形態のカメラによれば、電極３６ａ、電極３６ｂ（図２）への印加電圧の周波数を停止周波数よりも高いオフ周波数に高めた後（図３の時刻ｔ４〜）、印加電圧がオフにされるので、大きな異音を発生することなく、定在波型超音波モータ１０の各電極への印加電圧をオフにすることができる。
【００５３】
また、本実施形態のカメラによれば、電極３６ａ、電極３６ｂ（図２）への印加電圧の周波数を停止周波数よりも高い反転周波数に高めた後（図３の時刻ｔ４〜）、印加する電圧の位相を反転させるので、大きな異音を発生することなく、定在波型超音波モータ１０の各電極への印加電圧の位相を反転させることができ、これにより、ロータ１８の駆動方向を反転させることができる。
【００５４】
さらに、本実施形態のカメラによれば、０．０５秒の掃引時間（図３の時刻ｔ３〜ｔ４）で、印加電圧を停止周波数からオフ周波数又は反転周波数に高めるので、定在波型超音波モータ１０の応答性を著しく損ねることなく、異音の発生を抑制することができる。
【００５５】
また、本実施形態のカメラによれば、図４に示すように、駆動周波数を回路共振周波数よりも低く、オフ周波数及び反転周波数を回路共振周波数よりも高く設定しているので、印加する電圧パルスの周波数を過度に上昇させることなく、圧電素子１６に過大な電流が流れ、発熱、破損を引き起こすのを防止することができる。
【００５６】
さらに、本実施形態のカメラによれば、図５に示すように、オフ周波数及び反転周波数を、屈曲共振周波数又は伸縮共振周波数の２倍よりも高く、２．５倍よりも低く設定しているので、印加する電圧パルスの周波数を過度に上昇させることなく、圧電素子１６の振動振幅を極めて小さくすることができ、異音の発生を抑制することができる。
【００５７】
次に、図６乃至図８を参照して、本発明の第２実施形態によるカメラを説明する。本発明の第２実施形態によるカメラは、内蔵されている定在波型超音波モータの、駆動方向を反転させるための構成及び作用が上述した実施形態とは異なり、その他の構成及び作用は上述した実施形態と同一である。従って、ここでは、本発明の第２実施形態によるカメラの、第１実施形態とは異なる部分のみ説明し、同様の部分については説明を省略する。また、各構成に付した符号は、第２実施形態においても第１実施形態と同じものを使用する。
図６は、定在波型超音波モータ１０の反転時の作用を示すタイムチャートである。図７は定在波型超音波モータ１０のロータ１８の駆動方向を反転させる際の、圧電素子１６の各方向の振動の位相関係を示すリサージュ波形である。図８は、摩擦部材２０の変位方向を説明するための図である。
【００５８】
本発明の第２実施形態によるカメラは、内蔵されている定在波型超音波モータ１０のモータ駆動回路１４が、ロータ１８の駆動方向を反転させる際に、以下に説明するような制御を実現するように構成されている。具体的には、モータ駆動回路１４に内蔵されているマイクロコンピュータ２６が、以下に説明するような制御を実現するようにプログラムされている。
【００５９】
まず、図６の時刻ｔ１０〜ｔ１１の間は、定在波型超音波モータ１０のロータ１８が所定の方向に駆動されている。この状態においては、Ａ相電圧パルス生成回路２２及びＢ相電圧パルス生成回路２４は、各電極３６ａ、３６ｂに、夫々所定の駆動周波数の電圧パルスを印加している。また、この状態においては、第１実施形態と同様に、Ａ相の電圧パルス波形とＢ相の電圧パルス波形は同一の周波数で、約９０゜位相がずれている。これにより、圧電素子１６に取り付けられた摩擦部材２０は楕円運動され、摩擦部材２０が楕円運動されることにより、ロータ１８が回転駆動される。
【００６０】
次いで、図６に示すように、ロータ１８を停止させる場合には、各電圧パルス生成回路によって各電極に印加される電圧パルスの周波数が高められる。図６に示す例では、時刻ｔ１１〜ｔ１２の間に、各電極に印加される電圧パルスの周波数は、駆動周波数から、駆動周波数よりも高い停止周波数まで高められる。この時刻ｔ１１〜ｔ１２の間は、Ａ相の電圧パルス波形とＢ相の電圧パルス波形の位相差は、約９０゜のまま維持される。これにより、時刻ｔ１２において、ロータは停止される。なお、停止周波数は、上述した第１実施形態と同一の周波数に設定されている。また、停止状態において、各電極に印加する電圧をオフにする場合には、電圧パルスを停止周波数よりも高いオフ周波数まで一旦上昇させ、その後、印加する電圧をオフにすることも第１実施形態と同様である。
【００６１】
一方、本実施形態においては、停止状態から、ロータ１８を停止前とは反対の方向に駆動する場合には、電圧パルスの周波数は停止周波数のまま維持され、図６の時刻ｔ１３〜ｔ１４の間に、Ａ相とＢ相の電圧パルス波形の位相差が反転される。
【００６２】
図７は、図６の時刻ｔ１３〜ｔ１４におけるＡ相とＢ相の電圧パルス波形の位相差を示すリサージュ波形であり、横軸に圧電素子の屈曲振動の変位を示し、縦軸に圧電素子の伸縮振動の変位を示している。なお、図８に示すように、圧電素子の屈曲振動の変位とは、圧電素子１６の短辺方向における摩擦部材２０の変位を意味し、圧電素子１６の伸縮振動の変位とは、圧電素子１６の長手方向における摩擦部材２０の変位を示している。また、図７において、図７（ａ）は図６の時刻ｔ１３におけるＡ相とＢ相の電圧パルス波形の位相関係を示し、図７（ｅ）は図６の時刻ｔ１４における位相関係を示している。また、図７（ｂ）乃至図７（ｄ）は、時刻ｔ１３とｔ１４の間の位相関係を経時的に示している。
【００６３】
図７（ａ）は図６の時刻ｔ１３におけるＡ相とＢ相の位相関係を示しており、この状態においては、Ａ相とＢ相の位相差は約９０゜であり、リサージュ波形は反時計回りの楕円形になる。なお、圧電素子１６に取り付けられた摩擦部材２０の変位もリサージュ波形とほぼ同一になるが、時刻ｔ１３においては、電圧パルス波形の周波数が停止周波数に設定されているため、摩擦部材２０の変位は極めて小さく、ロータ１８は停止した状態になっている。
【００６４】
次いで、モータ駆動回路１４に内蔵されているマイクロコンピュータ２６は、移相器３２に信号を送り、Ａ相とＢ相の位相差を少しずつ変化させる。従来の定在波型超音波モータにおいては、Ａ相とＢ相の電圧パルス波形の位相差を約９０゜から約２７０゜に瞬時に切り換えていたため、駆動方向を反転させる際に「パチッ」という打撃音が発生していた。本実施形態の定在波型超音波モータにおいては、Ａ相とＢ相の位相差を少しずつ連続的に変化させることにより、異音の発生を大幅に抑制している。
【００６５】
即ち、マイクロコンピュータ２６は移相器３２に信号を送って、図７（ａ）の状態から位相差を少しずつ変化させ、図７（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）の状態を経て図７（ｅ）の状態まで位相差を変化させている。図７（ｂ）は、Ａ相とＢ相の位相差約１４０゜の状態であり、図７（ａ）よりも扁平な反時計回りのリサージュ波形となる。さらに、図７（ｃ）は、Ａ相とＢ相の位相差１８０゜の状態であり、この状態ではリサージュ波形は一本の直線上を往復するものとなる。図７（ｄ）は、Ａ相とＢ相の位相差約２３０゜の状態であり、図７（ａ）よりも扁平なリサージュ波形となるが、リサージュ波形は反転して時計回りになっている。さらに、図７（ｅ）は、Ａ相とＢ相の位相差２７０゜（−９０゜）の状態であり、リサージュ波形の形状は図７（ａ）と同一の楕円形であるが、時計回りのリサージュ波形となっている。
【００６６】
マイクロコンピュータ２６は、図７（ａ）〜（ｅ）の間（図６の時刻ｔ１３〜ｔ１４）が約０．０５秒で掃引されるように、移相器３２を制御する。即ち、ロータ１８の駆動方向を反転させる場合には、モータ駆動回路１４は、掃引時間約０．０５秒で、Ａ相とＢ相の位相関係を反転させる。好ましくは、印加する電圧パルスの位相関係を反転させる掃引時間は、０．０５秒から０．１秒にする。これにより、異音の発生を抑制しながら定在波型超音波モータ１０の応答性を高めることができる。なお、図６に示す例では、説明のために、電圧パルス波形の周波数が時刻ｔ１２において停止周波数まで高められた後、時刻ｔ１３から位相の掃引を開始しているが、周波数が停止周波数まで高められた直後に位相の掃引を開始しても良い。
【００６７】
次いで、図６の時刻ｔ１５〜ｔ１６において、電圧パルス波形の周波数が、停止周波数から駆動周波数まで低下され、時刻ｔ１６においてロータ１８は、時刻ｔ１０〜ｔ１１における回転方向とは反対の方向に回転を始める。これにより、大きな異音を発生させることなく、ロータ１８の回転方向を反転させることができる。なお、図６に示す例では、説明のために、電圧パルス波形の位相関係が時刻ｔ１４において反転された後、時刻ｔ１５から電圧パルス波形の周波数を低下させているが、位相が反転された直後に周波数の低下を開始しても良い。
【００６８】
本発明の第２実施形態のカメラによれば、電極３６ａ、３６ｂへの印加電圧の位相を、停止周波数において連続的に掃引して反転させる（図６の時刻ｔ１３〜ｔ１４）ので、印加電圧の周波数を停止周波数よりも上昇させずに印加電圧の位相を反転させた場合でも、大きな異音の発生を防止することができる。
【００６９】
また、本実施形態のカメラによれば、０．０５秒の掃引時間（図６の時刻ｔ１３〜ｔ１４）で、印加する電圧の位相を反転させるので、定在波型超音波モータ１０の応答性を著しく損ねることなく、異音の発生を抑制することができる。
【００７０】
以上、本発明の好ましい実施形態を説明したが、上述した実施形態に種々の変更を加えることができる。特に、上述した実施形態においては、定在波型超音波モータはロータを回転駆動するために使用されていたが、本発明を、リニア型の定在波型超音波モータ等、任意の定在波型超音波モータに適用することができる。また、上述した実施形態においては、定在波型超音波モータはカメラのフォーカス調整用に使用されていたが、本発明の定在波型超音波モータを、ズーム調整用、絞り調整用等、任意の用途に適用することができる。
【符号の説明】
【００７１】
１    本発明の第１実施形態のカメラ
２    レンズユニット
４    カメラ本体
６    レンズ鏡筒
８    撮像用レンズ
１０    定在波型超音波モータ
１２    圧電アクチュエータ
１４    モータ駆動回路
１６    圧電素子
１８    ロータ（被駆動部）
２０    摩擦部材
２２    Ａ相電圧パルス生成回路
２４    Ｂ相電圧パルス生成回路
２６    マイクロコンピュータ
２８    Ｄ／Ａ変換器
３０    電圧制御発振器
３２    移相器
３４    接地電極
３６ａ  電極（第１電極）
３６ｂ  電極（第２電極）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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