(57)【要約】【課題】セルフセンシング方式の超音波モータにおいて低コスト化および小型化を図る。【解決手段】駆動信号に応答して圧電素子が高周波振動を行う振動体１２に移動体１３が加圧接触して回転し、それらの接触部に溝等の振動状態を変化させる部分を周期的に形成し、その部分の通過による振動状態の変化を検出回路３１が検出することでセンサレスを実現する超音波モータ１において、信号変換器３２が検出電極の検出電圧の駆動信号に対する位相の変化から前記部分の通過に伴う脈動波形を生成し、その脈動波形から帯域フィルタ３３が脈動成分を抽出し、カウンタ３５がカウントすることで、回転位置と回転速度との少なくとも一方の検出を可能にする。そして、帯域フィルタ３３の遮断周波数を、周波数設定器３６が駆動信号の周波数に応じて変化することで、加圧力のムラにより脈動成分に１回転毎に周期的に現れる交流成分を除去する。こうして、組立て精度を緩和する。【選択図】図１０
2011024312.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動部と、
前記駆動部からの駆動信号で圧電素子が高周波振動を行う振動体と、
前記振動体に加圧接触し、前記高周波振動によって回転駆動される移動体と、
前記振動体と移動体との接触部に形成され、前記振動体の振動状態を変化させるための前記移動体の移動方向に対して構造的に周期的に不均一な部分と、
前記振動体の圧電変形に伴い発生する電圧を検出する検出電極と、
前記検出電極の検出電圧から、前記周期的に不均一な部分の通過による前記振動体の振動状態の変化を検出することで、前記移動体の回転位置と回転速度との少なくとも一方を検出する検出部とを備え、
前記検出部は、
前記検出電極の検出電圧の前記駆動信号に対する位相の変化から、前記周期的に不均一な部分の通過に伴う脈動波形を出力する信号変換器と、
前記脈動波形から脈動成分を抽出するフィルタと、
前記フィルタの出力から前記脈動成分のパルスをカウントすることで前記移動体の回転位置と回転速度との少なくとも一方を検出するカウンタと、
前記駆動信号の周波数に応じて、前記フィルタの遮断周波数を変化する周波数設定器とを含むことを特徴とする超音波モータ。
【請求項２】
前記フィルタは、抵抗に容量素子およびそれらの接続点に接続されるアンプとを備え、前記抵抗の抵抗値および容量素子の容量による時定数によって遮断周波数が決定されるハイパスフィルタであり、
前記抵抗は通過電流に応じて抵抗値が変化し、
前記周波数設定器からの出力に応答して前記抵抗を流れる電流を制御する電流制御部をさらに備えることを特徴とする請求項１記載の超音波モータ。
【請求項３】
前記電流制御部は、電界効果トランジスタから成り、前記電界効果トランジスタのドレイン電流路に前記抵抗が直列に接続され、
前記周波数設定器は、前記電界効果トランジスタのゲートに印加する電圧を変化することを特徴とする請求項２記載の超音波モータ。
【請求項４】
前記周波数設定器は、周波数−電圧変換器から成り、前記駆動信号の周波数に応じて、前記電界効果トランジスタのゲートに印加する電圧を変化することを特徴とする請求項３記載の超音波モータ。
【請求項５】
前記圧電素子は、周方向に等間隔に電極が形成された圧電層が複数積層されて成り、さらに前記駆動部から各電極に与えられる駆動信号が、前記等間隔に対応する位相が互いにずれた高周波信号であることで、該圧電素子はその先端が公転を行い、該圧電素子の先端に取付けられた接触部材によって前記移動体が該圧電素子の軸線回りに回転され、
前記移動体は、前記回転を取出す軸と、前記軸に固着される移動体本体と、前記移動体本体に積層されるカバー板とを備えて構成され、前記移動体本体のカバー板側の面において、半径方向に延びて周方向に等間隔で形成される溝が前記構造的に不均一な部分と成ることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の超音波モータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波モータに関し、特にＤＳＣ（デジタルスチルカメラ）や携帯電話等に搭載可能なマイクロカメラユニット（ＭＣＵ）のレンズ駆動機構、或いはＤＶＤ等の光ピックアップユニットなどに使用される小型の超音波モータに関する。
【背景技術】
【０００２】
前記超音波モータは、電磁モータに比較して、高トルクで停止時の保持力が高く、しかも速度が速く（ステッピングモータの約３倍）、微少な動きなので振動や騒音が少ないなどの利点を有する。しかしながら、速度制御や位置制御を行う場合、位置検出センサを別途搭載する必要があり、前記のような小型の装置へ搭載するには、配置や大きさの点で、電磁式のステッピングモータやボイスコイルモータなどに比較して不利な点があり、この点が改善されれば、電磁式に対して、トルクや効率面で非常に優位なものとなる。
【０００３】
そこで、このような問題に対応するために、特許文献１が提案された。その従来技術によれば、移動体（ロータ）と振動体（ステータ）との接触部に不均一な構造（移動体に突起など）を設けるとともに、圧電素子に検出用圧電素子を挟み込み、前記不均一な構造で発生する面圧のムラによって、検出用圧電素子の出力に現れる前記不均一な構造と該検出用圧電素子との位置関係に応じた信号成分から、移動体の回転量を検出できるセルフセンシング方式の超音波モータが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平６−１３３５７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述の従来技術は、エンコーダなどの回転量や回転位置を検出するための手段を別途設けなくてもよいという優れた技術である。しかしながら、移動体と振動体との接触状態の変化による振動体の振動状態の変化を検出用圧電素子で検知するので、移動体を振動体へ押圧する押圧部材（巻きばね）の押圧力にムラがあったり、移動体に取付けられる出力取出し軸が傾いていたりすると、移動体の振動体への押圧力に部位によるムラが生じ、正確な検知ができなくなるという問題がある。
【０００６】
具体的には、図１６は、その押圧力のムラによる位置パルスの波形変化を説明するための図である。前記検出用圧電素子の検出電圧は、駆動部からの駆動信号と比較されることで、図１６（ｂ）において参照符号α１で示すような、脈動波形が得られ、この脈動波形において、前記不均一な構造（検出部）と前記均一な構造（駆動部）との通過で、それぞれ振幅変化を生じ（図１６の例では、参照符号α２で示す基準電圧よりも高い方が検出部となり、低い方が駆動部となっており、１回転周期τ当り、６箇所の検出部が設けられている）、前記不均一な構造（検出部）のパルスをカウントすることで、前記回転速度や位置を検出することができる。
【０００７】
しかしながら、前記押圧ムラが生じると、図１６（ａ）で示すように、参照符号α３で示す前記脈動波形に、参照符号α４で示すような、回転に伴う低周波の周期成分（前記１回転周期τで繰返すうねり）が重畳してしまう。前記低周波成分の振幅は、前記脈動波形の振幅の半分にも及ぶことがあり、これによって著しくＳ／Ｎが低下してしまう。
【０００８】
一方、前記マイクロカメラユニット（ＭＣＵ）などに用いられる超音波モータの場合、その回転速度は、目的位置と離れていて誤差が大きい場合と、目的位置近くの誤差が小さい場合とで大きく異なり、たとえば２４００ｒｐｍ〜１２０ｒｐｍで変化する。したがって、前記周期成分の周波数も、４０〜２Ｈｚの範囲で変化してしまう。一方、前記検出部の数は、たとえば１回転周期τ当り２４箇所であり、前記脈動波形の周波数は、９６０〜４８Ｈｚである。このため、フィルタ分離によって前記周期成分を除去しようとすると、比較的小さな振幅変化にしかならない脈動波形を、良好なＳ／Ｎで検出することができなくなってしまうという問題がある。このため、高い組立て精度が要求され、モータが大型化したり、コストが上昇してしまう。
【０００９】
本発明の目的は、低コスト化および小型化を図ることができる超音波モータを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の超音波モータは、駆動部と、前記駆動部からの駆動信号で圧電素子が高周波振動を行う振動体と、前記振動体に加圧接触し、前記高周波振動によって回転駆動される移動体と、前記振動体と移動体との接触部に形成され、前記振動体の振動状態を変化させるための前記移動体の移動方向に対して構造的に周期的に不均一な部分と、前記振動体の圧電変形に伴い発生する電圧を検出する検出電極と、前記検出電極の検出電圧から、前記周期的に不均一な部分の通過による前記振動体の振動状態の変化を検出することで、前記移動体の回転位置と回転速度との少なくとも一方を検出する検出部とを備え、前記検出部は、前記検出電極の検出電圧の前記駆動信号に対する位相の変化から、前記周期的に不均一な部分の通過に伴う脈動波形を出力する信号変換器と、前記脈動波形から脈動成分を抽出するフィルタと、前記フィルタの出力から前記脈動成分のパルスをカウントすることで前記移動体の回転位置（回転量）や回転速度を検出するカウンタと、前記駆動信号の周波数に応じて、前記フィルタの遮断周波数を変化する周波数設定器とを含むことを特徴とする。
【００１１】
上記の構成によれば、駆動部と、前記駆動部からの駆動信号で圧電素子が高周波振動を行う振動体（ステータ）と、前記振動体に加圧接触し、前記高周波振動によって回転駆動される移動体（ロータ）と、前記振動体の圧電変形に伴い発生する電圧を検出する検出電極と、前記検出電極の検出電圧から、前記移動体の回転位置（回転量）と回転速度との少なくとも一方を検出する検出部とを備え、前記振動体と移動体との接触部には、溝などの前記振動体の振動状態を変化させるために前記移動体の移動方向に対して構造的に不均一な部分が周期的に形成され、その不均一な部分の通過による前記振動体の振動状態の変化を、前記検出部が前記検出電極による検出電圧から検出することで、エンコーダなどのセンサレスで、移動体の前記回転位置（回転量）と回転速度との少なくとも一方の検出を可能にしたセルフセンシング方式の超音波モータにおいて、前記検出部を、前記検出電圧の前記駆動信号に対する位相の変化から、前記周期的に不均一な部分の通過に伴う脈動波形を出力する信号変換器と、前記脈動波形から脈動成分を抽出するフィルタと、前記フィルタの出力から前記脈動成分のパルスをカウントすることで前記移動体の位置を検出するカウンタとを備えて構成する。さらに、注目すべきは、前記フィルタは、その遮断周波数を可変とし、これに対応して、前記駆動信号の周波数に応じて、前記フィルタの遮断周波数を変化する周波数設定器を設けることである。
【００１２】
したがって、移動体を振動体へ押圧する押圧部材から移動体への押圧力にムラがあったり、該移動体の出力取出し軸が傾いていたりして、移動体の振動体への押圧力に部位によるムラがあっても、そのムラによって前記脈動成分に１回転毎に周期的に現れる交流成分を、前記駆動信号の周波数、すなわち回転速度に応じて、周波数設定器がフィルタの遮断周波数を変化することで、適切に除去することができる。これによって、カウンタ、或いはその前段に波形整形器が設けられている場合にはその波形整形器への入力パルスの振幅レベルを所定の範囲に収め、Ｓ／Ｎを改善することができる。こうして、前記移動体の振動体への押圧力や、移動体の出力取出し軸の傾き、すなわち組立て精度に対する許容範囲（公差）を拡げることができ、低コスト化および小型化を図ることができる。
【００１３】
また、本発明の超音波モータでは、前記フィルタは、抵抗に容量素子およびそれらの接続点に接続されるアンプとを備え、前記抵抗の抵抗値および容量素子の容量による時定数によって遮断周波数が決定されるハイパスフィルタであり、前記抵抗は通過電流に応じて抵抗値が変化し、前記周波数設定器からの出力に応答して前記抵抗を流れる電流を制御する電流制御部をさらに備えることを特徴とする。
【００１４】
上記の構成によれば、受動素子に電流制御部というアナログ的で簡単な回路で前記フィルタを実現することができるとともに、細かな調整が可能となり、前記脈動成分を良好に除去することができる。
【００１５】
さらにまた、本発明の超音波モータでは、前記電流制御部は、電界効果トランジスタから成り、前記電界効果トランジスタのドレイン電流路に前記抵抗が直列に接続され、前記周波数設定器は、前記電界効果トランジスタのゲートに印加する電圧を変化することを特徴とする。
【００１６】
上記の構成によれば、前記周波数設定器が前記電界効果トランジスタのゲートに印加する電圧を変化することで、前記抵抗の通過電流が変化して該抵抗の抵抗値が変化し、前記ハイパスフィルタの遮断周波数を変化することができる。前記周波数設定器は、たとえば周波数−電圧変換器から成り、前記駆動信号の周波数に応じて、前記電界効果トランジスタのゲートに印加する電圧を変化する。こうして、上述のようなアナログ的で簡単な回路で電流制御部を実現することができる。
【００１７】
さらにまた、本発明の超音波モータでは、前記圧電素子は、周方向に等間隔に電極が形成された圧電層が複数積層されて成り、さらに前記駆動部から各電極に与えられる駆動信号が、前記等間隔に対応する位相が互いにずれた高周波信号であることで、該圧電素子はその先端が公転を行い、該圧電素子の先端に取付けられた接触部材によって前記移動体が該圧電素子の軸線回りに回転され、前記移動体は、前記回転を取出す軸と、前記軸に固着される移動体本体と、前記移動体本体に積層されるカバー板とを備えて構成され、前記移動体本体のカバー板側の面において、半径方向に延びて周方向に等間隔で形成される溝が前記構造的に不均一な部分と成ることを特徴とする。
【００１８】
上記の構成によれば、円筒の本体から出力軸が延びる通常の円筒型のモータと同じ形状の超音波モータを実現することができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の超音波モータは、以上のように、駆動信号に応答して圧電素子が高周波振動を行う振動体（ステータ）に移動体（ロータ）が加圧接触することで該移動体が回転駆動され、前記振動体と移動体との接触部には溝などの前記振動体の振動状態を変化させるための構造的に不均一な部分が周期的に形成され、その不均一な部分の通過による前記振動体の振動状態の変化を、検出部が検出電極による検出電圧から検出することで、エンコーダなどのセンサレスで、移動体の回転位置（回転量）と回転速度との少なくとも一方の検出を可能にしたセルフセンシング方式の超音波モータにおいて、前記検出部を、前記検出電圧の前記駆動信号に対する位相の変化から、前記周期的に不均一な部分の通過に伴う脈動波形を出力する信号変換器と、前記脈動波形から脈動成分を抽出するフィルタと、前記フィルタの出力から前記脈動成分のパルスをカウントすることで前記移動体の位置を検出するカウンタとを備えて構成し、さらに前記フィルタの遮断周波数を可変とするとともに、前記駆動信号の周波数に応じて前記フィルタの遮断周波数を変化する周波数設定器を設ける。
【００２０】
それゆえ、移動体を振動体へ押圧する押圧部材から移動体への押圧力にムラがあったり、該移動体の出力取出し軸が傾いていたりして、移動体の振動体への押圧力に部位によるムラがあっても、そのムラによって前記脈動成分に１回転毎に周期的に現れる交流成分を、前記駆動信号の周波数、すなわち回転速度に応じて、周波数設定器がフィルタの遮断周波数を変化することで、適切に除去することができる。これによって、カウンタ、或いはその前段に波形整形器が設けられている場合にはその波形整形器への入力パルスの振幅レベルを所定の範囲に収め、Ｓ／Ｎを改善することができる。こうして、前記移動体の振動体への押圧力や、移動体の出力取出し軸の傾き、すなわち組立て精度に対する許容範囲（公差）を拡げることができ、低コスト化および小型化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の実施の一形態に係る超音波モータを用いるレンズ駆動ユニットの概略構成図である。
【図２】前記超音波モータの構造を示す軸線方向断面図である。
【図３】前記超音波モータにおける振動体の六面図である。
【図４】前記振動体における積層型の圧電素子の一層当りの表裏両面を示す平面図および底面図である。
【図５】前記圧電素子の屈曲１次モードの変形の様子を示す斜視図である。
【図６】前記圧電素子の変形による振動体の振動の様子を示す図である。
【図７】前記超音波モータにおける移動体の斜視図である。
【図８】前記振動体の振動による移動体の駆動を説明するための展開図である。
【図９】前記移動体の駆動および回転位置の検出メカニズムを説明するためのグラフである。
【図１０】本発明の実施の一形態の駆動回路および検出回路のブロック図である。
【図１１】前記検出回路における帯域フィルタの一構成例を示すブロック図である。
【図１２】前記検出回路における周波数設定器の具体的な一構成例を示すブロック図である。
【図１３】図１２で示す周波数設定器の動作を説明するための波形図である。
【図１４】前記周波数設定器の動作を説明するためのグラフである。
【図１５】周波数設定された帯域フィルタの動作を説明するための波形図である。
【図１６】前記移動体の振動体への押圧ムラによる位置検出波形のゆらぎを説明するための波形図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
図１は、本発明の実施の一形態に係る超音波モータ１を用いるレンズ駆動ユニット２の概略構成図である。このレンズ駆動ユニット２は、ＤＳＣ（デジタルスチルカメラ）やデジタルビデオカメラのズーム用、或いはＤＶＤのピックアップレンズの収差補正用などに用いられ、厚さＷ１が、たとえば３〜５ｍｍの小型の超音波モータである。円筒型の該超音波モータ１は、レンズユニットのフレーム３に取付けられ、その出力軸はリードスクリュー１１となって直動レンズ送り機構を構成している。前記フレーム３にはまた、リードスクリュー１１と並行に案内軸４，５が設けられており、それらの案内軸４，５上を摺動自在の案内部材６にレンズ７が保持されている。前記案内部材６には前記リードスクリュー１１が噛合しており、該リードスクリュー１１が回転することで、案内部材６、したがってレンズ７が、リードスクリュー１１（超音波モータ１）および案内軸４，５の軸線（図の左右）方向に摺動変位する。
【００２３】
図２は、前記超音波モータ１の構造を示す軸線方向断面図である。この超音波モータ１は、圧電素子１２ａが高周波振動を行う振動体（ステータ）１２と、前記振動体１２に加圧接触し、前記高周波振動によって移動される移動体（ロータ）１３と、前記振動体１２を移動体１３に押圧する加圧部材１４と、それらを収納する有底円筒状のケース１５と、前記移動体１３に一体的またはかしめなどによって固着される前記リードスクリュー１１と、前記リードスクリュー１１を枢支する一対の軸受け部材１６，１７とを備えて構成される。
【００２４】
一方の軸受け部材１６は、前記有底円筒状のケース１５の開口端を閉塞し、前記リードスクリュー１１の基端部１１ａをラジアル方向に支持し、他方の軸受け部材１７は、フレームに取付けられたキャップ１８に嵌り込む玉軸受けから成り、リードスクリュー１１の遊端部１１ｂに形成された凹面１１ｃが嵌り込み、該遊端部１１ｂをラジアル方向およびスラスト方向に支持する。
【００２５】
前記振動体１２は、前記圧電素子１２ａに、移動体１３側に接触部材１２ｂを、その反対側に安定のための錘部材１２ｃを備えて構成され、巻ばね状の前記加圧部材１４によって、ケース１５に対して回転が規制されながら、移動体１３との軸心が位置決めされて保持される。前記加圧部材１４によって、振動体１２は移動体１３側（図中右方）に付勢され、接触部材１２ｂが移動体１３に押付けられる。これに対して、前記第２の軸受け部材１７は、前記移動体１３からリードスクリュー１１への押圧力によるキャップ１８からの反力を回転中心で受け止め、摩擦ロスを最小限に抑えられるようになっている。そして、前記キャップ１８には、フレーム３との間にネジ１８ａが刻設されており、ネジ１８ａの回転量によってキャップ１８が超音波モータ１側（図中左方）に移動し、押圧力を調整可能であり、その調整後、接着によって該キャップ１８はフレーム３に固定される。
【００２６】
図３は、前記振動体１２の六面図であり、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は正面図であり、（ｃ）は側面図であり、（ｄ）は底面図である。前述のとおり、振動体１２は、積層型の圧電素子１２ａに、移動体１３側に接触部材１２ｂを、その反対側に錘部材１２ｃを備え、それらが接着剤で結合されて構成される。接着剤には、剛性が高く、接着力の高いエポキシ系接着剤が使用される。接触部材１２ｂは、耐摩耗性の高いアルミナ、ジルコニアなどによるセラミックスから成る。この接触部材１２ｂは、３つの球面状の接触部１２ｄが、該圧電素子１２の周方向に等間隔（１２０°間隔）で形成され、前述の加圧部材１４の押圧力によって、前記球面状の接触部１２ｄの各頂点１２ｅが移動体１３に接触する。前記錘部材１２ｃは、後述するような圧電素子１２ａの屈曲振動による基端側の振れを抑えるために、比重の高いタングステン、或いは銅や鉄系のタングステン合金などから成る。
【００２７】
図４は、前記積層型の圧電素子１２ａの一層当りの表裏両面を示す平面図および底面図である。各層１２ｆは、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）から成る圧電層１２ｇを挟んで、一方の面（図４（ａ））には、周方向に等間隔（９０°間隔）に、後述する駆動回路からの駆動信号が入力される駆動電極ＩＡ，ＩＢ，ＩＣ，ＩＤが形成されるとともに、屈曲変位の最も大きいできるだけ外周側の箇所に、後述する検出回路へ検出信号を出力する検出電極ＩＳが形成され、他方の面（図４（ｂ））には共通にベタのＧＮＤ電極ＩＧが形成される。これらの内部の電極ＩＡ，ＩＢ，ＩＣ，ＩＤ；ＩＳおよびＩＧは、銀パラジウムの印刷などで形成され、積層される圧電層１２ｇの層間で、前記駆動電極ＩＡ，ＩＢ，ＩＣ，ＩＤおよび検出電極ＩＳと、ＧＮＤ電極ＩＧとが交互に形成される。
【００２８】
各層１２ｆにおける電極ＩＡ，ＩＢ，ＩＣ，ＩＤ；ＩＳおよびＩＧは、銀や金などをスクリーン印刷や蒸着などで形成された外部電極ＯＡ，ＯＢ，ＯＣ，ＯＤ；ＯＳおよびＯＧによって、それぞれ共通に接続される。その外部電極ＯＡ，ＯＢ，ＯＣ，ＯＤ；ＯＳおよびＯＧには、リード線やフレキシブル基板（図３の例ではリード線１２ｈ）などがハンダや導電性接着剤などで接合され、前記駆動回路や検出回路との間で駆動信号の入力や検出信号の出力が行われる。これら外部電極ＯＡ，ＯＢ，ＯＣ，ＯＤ；ＯＳおよびＯＧの形成の関係で、圧電素子１２ａは、四角柱が好ましい。前記各層１２ｆならびにそれに形成された電極ＩＡ，ＩＢ，ＩＣ，ＩＤ；ＩＳおよびＩＧは、積層後に、同方向に分極される。
【００２９】
このように構成される圧電素子１２ａに対して、前記駆動回路から各駆動電極ＩＡ，ＩＢ，ＩＣ，ＩＤとＧＮＤ電極ＩＧとの間に、前記等間隔（９０°間隔）に対応する位相が互いに９０°ずれた高周波の駆動信号が与えられることで、各駆動電極ＩＡ，ＩＢ，ＩＣ，ＩＤの領域は、９０°位相がずれた伸縮振動を行う。そして、前記駆動信号の周波数を共振周波数、たとえば１８０ｋＨｚに近付けると、該圧電素子１２ａには図５で示すような屈曲１次モードの振動を生じる。ここで、前述のように圧電素子１２ａの基端側には錘部材１２ｃが取付けられるとともに、加圧部材１４を介してケース１５に固定されており、前記屈曲振動によって、先端側の接触部１２ｄは公転運動（首振り振動）を行う。その結果、接触部１２ｄの各頂点１２ｅには、図６において参照符号１２ｒで示すように、互いに位相が１２０°ずれた楕円振動が生成され、移動体１３は、加圧部材１４による押圧力とこの楕円振動１２ｒとによって発生する摩擦力で、圧電素子１２ａの軸線回りに回転駆動される。前記図３と同様に、図６（ａ）は振動体１２の平面図であり、図６（ｂ）は正面図である。
【００３０】
これに対して、図７は前記移動体１３の斜視図であり、図８は前記移動体１３と振動体１２の接触部材１２ｂとの接触部付近を展開して示す断面図である。なお、これらの図７および図８は、図３および図６とは上下関係が逆になっている。移動体１３は、前記回転を取出す軸としての前記リードスクリュー１１と、前記リードスクリュー１１に固着される移動体本体１３ａと、前記移動体本体１３ａに積層されるカバー板１３ｂとを備えて構成され、前記移動体本体１３ａのカバー板１３ｂ側の面において、半径方向に延びて周方向に等間隔に溝１３ｃが形成されて構成される。そして、この溝１３ｃが構造的に不均一な部分であり、検出域１３ｄとなる。また、前記溝１３ｃが形成されていない部分が構造的に均一な部分であり、駆動（通常）域１３ｅとなる。
【００３１】
前記移動体１３の作成は、ステンレスなどの金属から成る移動体本体１３ａに、機械加工やエッチングなどで溝１３ｃを形成した後、ステンレスなどから成る薄板のカバー板１３ｂを積層して行われる。前記カバー板１３ｂには、耐摩耗性を向上させるために、窒化処理などが施されている。前記移動体本体１３ａへのカバー板１３ｂの積層は、薄い接着層などで接合したり、中心付近をスポット溶接などで結合することで行われ、移動体本体１３ａとカバー板１３ｂとが、ずれなく一体で回転するようになっていればよい。このように構成することで、円筒の本体から出力軸が延びる通常の円筒型のモータと同じ形状の超音波モータ１を実現することができる。なお、前記構造的に不均一な部分として、溝１３ｃに代えて、突起が用いられても同様の効果を得ることができる。
【００３２】
上述のように構成される超音波モータ１において、前記図８は振動体１２による移動体１３の駆動の様子を模式的に示す図である。これを参照して、圧電素子１２ａを共振状態で駆動すると、接触部１２ｄの頂点１２ｅの楕円振動１２ｒによって、移動体１３は矢符１３ｆで示す図の左方に移動（回転）され、前記頂点１２ｅは移動体１３の前記駆動域１３ｅと検出域１３ｄとの上を交互に通過する。ここで、溝１３ｃ、すなわち検出域１３ｄは、頂点１２ｅが同じタイミングで通過するように、すなわち１２０°毎の頂点１２ｅに対して、検出域１３ｄは、１２０°／ｎ（ｎは整数で、図８ではｎ＝４）毎に形成されている。
【００３３】
これによると、前記検出電極ＩＳから出力される検出電圧の電圧と位相とは、それぞれ図９（ａ）および図９（ｂ）で示すようになる。先ず図９（ａ）は、検出電圧の振幅値を示すもので、参照符号α１１が駆動域１３ｅに対応し、参照符号α１２が検出域１３ｄに対応している。検出電圧が最大値、すなわち歪が最大となる周波数ｆ０が共振点で、駆動は、その近傍の周波数ｆ０’で行われている。検出域１３ｄに入ると、共振周波数は低周波側のｆ０''へシフトし、圧電素子１２ａの歪量も少なくなる。これによって、振幅はΔＶだけ低下する。これは、駆動域１３ｅと検出域１３ｄとで移動体１３の接触部のばね定数が異なるためで、駆動域１３ｅではカバー板１３ｂの直下に移動体本体１３ａがあるので、接触点での剛性が高いのに対して、検出域１３ｄではカバー板１３ｂの直下は空隙であり、接触点での圧を該カバー板１３ｂの弾性で支える構造となり、剛性が低下しているためである。こうして、圧電素子１２ａの共振周波数は低下し、駆動域１３ｅ上と検出域１３ｄ上とでは、圧電素子１２ａの共振状態が変化する。
【００３４】
また、図９（ｂ）は、駆動信号に対する検出電圧の位相差を示すもので、参照符号α２１が駆動域１３ｅに対応し、参照符号α２２が検出域１３ｄに対応している。上述と同様の理由で、検出域１３ｄに入り、共振周波数が低周波側へシフトすると、検出電圧の位相は、Δθだけ進む。
【００３５】
これを利用して、この超音波モータ１の駆動回路２１および検出回路３１は、図１０で示すように構成されている。前記駆動回路２１および検出回路３１は、超音波モータ１の制御ＩＣ２０に一体化される。
【００３６】
先ず、駆動回路２１では、マイクロカメラユニット（ＭＣＵ）などのコントローラ２２から、パルス（移動速度信号）が入力される。このパルス（移動速度信号）によって表されるのは、前述のように移動体１３の回転速度として、たとえば２４００ｒｐｍ〜２００ｒｐｍの指示であり、１回転当り、たとえば前記２４個のパルスで構成されている。前記の入力パルス（移動速度信号）は、カウンタ２３に入力され、そのパルス数から、移動体１３を駆動すべき移動速度が検出される。その移動速度情報は、偏差カウンタ２４に入力され、検出回路３１から後述するようにして与えられる現在の移動速度情報との差が求められ、偏差カウンタ２４は、その差に対応した駆動パルスを出力する。前記駆動パルスは、速度調整部２５で前記差に対応して振幅増幅され、すなわち目標回転速度と現在の回転速度とのずれが大きい程、大きな振幅の前記駆動パルスが作成されて、駆動電圧生成部２６に入力される。前記駆動電圧生成部２６にはまた、発振器２７から前記１８０ｋＨｚの共振周波数の信号が入力されており、この駆動電圧生成部２６は、前記共振周波数の信号を前記駆動パルスで変調し、さらに位相が互いに９０°ずれた信号を作成することで、前記のように各駆動電極ＩＡ，ＩＢ，ＩＣ，ＩＤに対応した駆動信号を作成する。
【００３７】
一方、前記検出電極ＩＧからの検出電圧は、前記検出回路３１の信号変換器３２に入力される。この信号変換器３２にはまた、前記駆動電圧生成部２６からの４つの駆動信号の内の基準となる信号が入力されており、この信号変換器３２は、前記検出電極ＩＧの検出電圧の前記駆動信号に対する位相の変化から、前記検出域１３ｄと駆動域１３ｅとで振幅の異なる前記図１６で示すような脈動波形を出力する。前記脈動波形は帯域フィルタ（ハイパスフィルタ）３３に入力され、前記図１６（ａ）において参照符号α４で示す低周波の周期成分（うねり）が除去され、図１６（ｂ）で示すような脈動成分のみが抽出される。その脈動成分は波形整形器３４に入力され、前記検出域１３ｄに係る部分だけが、検出パルスとして出力される。その検出パルスはカウンタ３５に入力され、実際の回転速度を表す前記移動速度情報が作成され、前記偏差カウンタ２４に入力される。
【００３８】
このような摩擦駆動アクチュエータでは、移動体１３は、その摩擦力（慣性力）に打ち勝つように駆動されるので、圧電素子１２ａへの駆動信号（入力パルス）の入力から検出電極ＩＧでの検出電圧に反映されるまでの時間が短く、前記偏差カウンタ２４では、前記カウンタ２３からの入力パルスによる目標の移動速度情報と、カウンタ３５からの現在の移動速度情報とから、速度のずれ量を求め、直ちに駆動信号に反映させることができる。こうして、目標の移動速度情報と現在の移動速度情報との差が所定値以下となると前記カウンタ２３は、前記発振器２７と駆動電圧生成部２６との間に介在されるスイッチ２８を遮断し、超音波駆動が停止される。
【００３９】
上述のように構成される超音波モータ１において、注目すべきは、検出回路３１の帯域フィルタ３３は、その遮断周波数が変化可能に構成されており、これに対応して、前記駆動信号（本実施の形態ではそれに比例する入力パルス）の周波数に応じて、前記帯域フィルタ３３の遮断周波数を変化する周波数設定器３６が設けられていることである。
【００４０】
図１１は、前記帯域フィルタ３３の一構成例を示すブロック図である。この帯域フィルタ３３は、抵抗Ｒ１，Ｒ２および容量素子Ｃ１と、前記抵抗Ｒ２と容量素子Ｃ１との接続点に接続されるアンプ３３１とを備えて構成されるハイパスフィルタ３３２と、電流制御部３３３とを備えて構成される。そして、前記信号変換器３２からの脈動波形は、入力抵抗Ｒ１を介してアンプ３３１の反転入力端に入力されるとともに、容量素子Ｃ１および抵抗Ｒ２を介してアンプ３３１の非反転入力端に入力される。また、前記アンプ３３１には負帰還が行われている。一方、電流制御部３３３のソース−ドレイン抵抗は、周波数設定器の電圧ｖに依存する関数Ｒ３３３（ｖ）となる。これによって、ハイパスフィルタ３３２は、前記抵抗Ｒ２の抵抗値、容量素子Ｃ１の容量および電流制御部３３３のソース−ドレイン抵抗の関数Ｒ３３３（ｖ）による時定数によって、遮断周波数ｆｃが下式のように決定される。
【００４１】
ｆｃ＝１／｛２πＣ１×Ｒ２×Ｒ３３３｝（ｖ）
一方、前記抵抗Ｒ２は通過電流に応じて抵抗値が変化し、前記電流制御部３３３は、前記周波数設定器３６からの出力に応答して前記抵抗Ｒ２を流れる電流を制御する。本実施の形態では、前記電流制御部３３３は、電界効果トランジスタから成り、そのドレイン電流路に前記抵抗Ｒ２が直列に接続され、前記周波数設定器３６は、そのゲートに印加する電圧を変化する。
【００４２】
図１２は、前記周波数設定器３６の具体的な一構成例を示すブロック図である。先ず、図１３（ａ）で示す入力速度指示信号となるコントローラ２２からの入力パルス信号Ｖ１は、ＮＡＮＤゲートＵ１の一方の入力に与えられ、その出力Ｖ２は、図１３（ｂ）で示すような、前記入力パルス信号Ｖ１の反転パルス信号Ｖ２となる。その反転パルス信号Ｖ２は、コンデンサＣｔおよび抵抗Ｒｔの直列回路に与えられて、前記コンデンサＣｔの充電を開始する。したがって、前記コンデンサＣｔと抵抗Ｒｔとの接続点の電位Ｖ３は、図１３（ｃ）で示すように、前記反転パルス信号Ｖ２が立上がった瞬間に立上がり、その後はコンデンサＣｔの充電に伴い、該コンデンサＣｔの容量と抵抗Ｒｔの抵抗値とで決まる時定数に従って、徐々に低下する。その電位Ｖ３はインバータＵ２に入力され、したがってこのインバータＵ２の出力Ｖ４は、図１３（ｄ）で示すように、その入力の電位Ｖ３が該インバータＵ２に設定される閾値電圧Ｖｔｈを超えている期間だけ、ハイレベルとなる。このインバータＵ２の出力Ｖ４は、抵抗ＲおよびコンデンサＣによって積分され、こうして前記入力パルスが周波数−電圧変換されて、パルスの周波数に比例した直流電圧が前記電流制御部３３３に与えられるとともに、ＮＡＮＤゲートＵ１の他方の入力に帰還される。
【００４３】
このように構成することで、図１４で示すように、コントローラ２２からの入力パルス信号Ｖ１の周波数が高くなる程（Ｆａ→Ｆｂ→Ｆｃ）、周波数設定器３６は電流制御部３３３への出力Ｖ４の電圧を高くしてゆき（Ｖａ→Ｖｂ→Ｖｃ）、これによって帯域フィルタ３３の抵抗Ｒ２の抵抗値が変化し、該帯域フィルタ３３遮断周波数ｆｃを、図１５で示すように、高くしてゆく（ｆｃａ→ｆｃｂ→ｆｃｃ）ことが可能となる。
【００４４】
したがって、移動体１３の振動体１２への押圧力のムラによって、前述の図１６（ａ）で示すように、参照符号α３で示す位置検出のための脈動波形に、参照符号α４で示すような回転に伴う低周波の周期成分（１回転周期τで繰返すうねり）が重畳しても、その周期成分を前記帯域フィルタ３３によって、図１６（ｂ）において参照符号α１で示すように適切に除去することができる。これによって、カウンタ３５、或いはその前段に波形整形器３４が設けられている場合にはその波形整形器３４への入力パルスの振幅レベルを所定の範囲に収め、Ｓ／Ｎを改善することができる。こうして、前記移動体１３の振動体１２への押圧力や、移動体１３の出力取出し軸（リードスクリュー１１）の傾き、すなわち組立て精度に対する許容範囲（公差）を拡げることができ、低コスト化および小型化を図ることができる。
【００４５】
また、前記帯域フィルタ３３は、受動素子（Ｒ１，Ｒ２，Ｃ１）に電流制御部（ＦＥＴ）というアナログ的で簡単な回路で実現することができるとともに、細かな調整が可能となり、前記脈動成分を良好に除去することができる。
【００４６】
なお、上述の例では、帯域フィルタ３３において、遮断周波数ｆｃの変化を、通過電流の変化によって抵抗値が変化する抵抗Ｒ２を用いて実現したけれど、同種の機能を備える素子であれば、本発明への適用は可能である。また、前記ＦＥＴに代えて、制御電圧によって電流が変化する素子であれば、本発明への適用は可能である。
【００４７】
本発明の範囲は上述の実施形態によって限定されるべきではなく、特許請求の範囲の記載およびこれと均等なものの範囲内で様々な変形が可能なことは、当該技術分野における通常の知識を持つ者には明らかである。
【符号の説明】
【００４８】
１    超音波モータ
２    レンズ駆動ユニット
３    フレーム
６    案内部材
７    レンズ
１１    リードスクリュー
１２    振動体（ステータ）
１２ａ  圧電素子
１２ｂ  接触部材
１２ｃ  錘部材
１２ｄ  接触部
１２ｅ  頂点
１２ｇ  圧電層
１３    移動体（ロータ）
１３ａ  移動体本体
１３ｂ  カバー板
１３ｃ  溝
１３ｄ  検出域
１３ｅ  駆動（通常）域
１４    加圧部材
１５    ケース
１６，１７    軸受け部材
２０    制御ＩＣ
２１    駆動回路
２２    コントローラ
２３    カウンタ
２４    偏差カウンタ
２５    速度調整部
２６    駆動電圧生成部
２７    発振器
２８    スイッチ
３１    検出回路
３２    信号変換器
３３    帯域フィルタ
３３１  アンプ
３３２  ハイパスフィルタ
３３３  電流制御部
３４    波形整形器
３５    カウンタ
３６    周波数設定器
Ｃ，Ｃｔ    コンデンサ
Ｃ１    容量素子
ＩＡ，ＩＢ，ＩＣ，ＩＤ    駆動電極
ＩＧ    ＧＮＤ電極
ＩＳ    検出電極
ＯＡ，ＯＢ，ＯＣ，ＯＤ；ＯＳ；ＯＧ    外部電極
Ｒ，Ｒ１，Ｒ２，Ｒｔ    抵抗
Ｕ１    ＮＡＮＤゲート
Ｕ２    インバータ
【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６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図５】
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