(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の振動子と、前記複数の振動子が共通して摩擦接触する摩擦部材とを有し、前記複数の振動子のそれぞれが独立して駆動する振動型アクチュエータであって、
前記複数の振動子のそれぞれの駆動周波数の差分を演算する演算手段と、
前記複数の振動子のそれぞれの駆動周波数の差分が前記摩擦部材の固有振動数に近づかないように前記振動子を駆動制御する駆動制御手段とを備える
ことを特徴とする振動型アクチュエータ。
【請求項２】
前記駆動制御手段は、前記駆動周波数の差分の値に応じて前記振動子の駆動電圧のデューティ比を変更すると共に、当該振動子の駆動周波数を変更する
ことを特徴とする請求項１に記載の振動型アクチュエータ。
【請求項３】
前記振動子は、振動板と当該振動板に固着された圧電素子とを有し、
当該圧電素子が超音波振動を励振することによって前記振動板の前記摩擦部材との接触部に楕円運動が発生する
ことを特徴とする請求項１または２に記載の振動型アクチュエータ。
【請求項４】
前記振動板の接触部に発生する楕円運動は、前記圧電素子に少なくとも２つの駆動信号を与えることにより発生する２つの振動モードの合成により形成され、
前記駆動制御手段は、前記２つの駆動信号の位相差を変更することによって、前記振動子の駆動周波数を変更する
ことを特徴とする請求項３に記載の振動型アクチュエータ。
【請求項５】
前記複数の振動子のうちのいずれかの振動子が有する圧電素子が、前記駆動信号を与えられる第１、第２の電極を有する
ことを特徴とする請求項４に記載の振動型アクチュエータ。
【請求項６】
前記駆動制御手段は、前記駆動周波数の差分の値が、前記固有振動数の値から予め設定された値だけ離れた閾値よりも前記固有振動数の値に近づかないように前記振動子を駆動制御する
ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の振動型アクチュエータ。
【請求項７】
複数の振動子と、前記複数の振動子が共通して摩擦接触する摩擦部材とを有し、前記複数の振動子のそれぞれが独立して駆動する振動型アクチュエータであって、
前記複数の振動子のそれぞれの駆動周波数の差分を演算する演算手段と、
前記駆動周波数の差分の値に応じて前記振動子の駆動電圧のデューティ比を変更すると共に、当該振動子の駆動周波数を変更する駆動制御手段とを備える
ことを特徴とする振動型アクチュエータ。
【請求項８】
複数の振動子と、前記複数の振動子が共通して摩擦接触する摩擦部材とを有し、前記複数の振動子のそれぞれが独立して駆動する振動型アクチュエータであって、
前記複数の振動子のそれぞれの駆動周波数の差分を演算する演算手段と、
前記差分の値に応じて前記振動子の駆動制御を行う駆動制御手段とを備え、
前記振動子は、振動板と当該振動板に固着された圧電素子とを有し、
当該圧電素子が励振することによって前記振動板の前記摩擦部材との接触部に楕円運動が発生し、
前記振動板の接触部に発生する楕円運動は、前記圧電素子に少なくとも２つの駆動信号を与えることにより発生する２つの振動モードの合成により形成され、
前記駆動制御手段は、前記２つの駆動信号の位相差を変更することによって、前記振動子の駆動周波数を変更する
ことを特徴とする振動型アクチュエータ。
【請求項９】
複数の振動子と、前記複数の振動子が共通して摩擦接触する摩擦部材とを有し、前記複数の振動子のそれぞれが独立して駆動する振動型アクチュエータであって、
前記複数の振動子のそれぞれの駆動周波数の差分が前記摩擦部材の固有振動数に近づかないように前記振動子を駆動制御する駆動制御手段とを備える
ことを特徴とする振動型アクチュエータ。
【請求項１０】
前記駆動制御手段は、前記駆動周波数の差分の値が、前記固有振動数の値から予め設定された値だけ離れた閾値よりも前記固有振動数の値に近づかないように前記振動子を駆動制御する
ことを特徴とする請求項９に記載の振動型アクチュエータ。
【請求項１１】
前記駆動制御手段は、前記駆動周波数の差分の値が、前記固有振動数の値と一致しないように前記振動子を駆動制御する
ことを特徴とする請求項９に記載の振動型アクチュエータ。
【請求項１２】
前記振動子は、振動板と当該振動板に固着された圧電素子とを有し、
当該圧電素子が励振することによって前記振動板の前記摩擦部材との接触部に楕円運動が発生する
ことを特徴とする請求項９乃至１１のいずれか１項に記載の振動型アクチュエータ。
【請求項１３】
前記振動板の接触部に発生する楕円運動は、前記圧電素子に少なくとも２つの駆動信号を与えることにより発生する２つの振動モードの合成により形成され、
前記駆動制御手段は、前記２つの駆動信号の位相差を変更することによって、前記振動子の駆動周波数を変更する
ことを特徴とする請求項１２に記載の振動型アクチュエータ。
【請求項１４】
請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の振動型アクチュエータを駆動源に用いる
ことを特徴とするレンズ鏡筒。
【請求項１５】
請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の振動型アクチュエータを駆動源に用いる
ことを特徴とするカメラ。
【請求項１６】
複数の振動子と、前記複数の振動子が共通して摩擦接触する摩擦部材とを有し、前記複数の振動子のそれぞれが独立して駆動する振動型アクチュエータの制御方法であって、
前記複数の振動子のそれぞれの駆動周波数の差分を演算する演算工程と、
前記複数の振動子のそれぞれの駆動周波数の差分が前記摩擦部材の固有振動数に近づかないように前記振動子を駆動制御する駆動制御工程とを有する
ことを特徴とする制御方法。
【請求項１７】
複数の振動子と、前記複数の振動子が共通して摩擦接触する摩擦部材とを有し、前記複数の振動子のそれぞれが独立して駆動する振動型アクチュエータの制御方法であって、
前記複数の振動子のそれぞれの駆動周波数の差分を演算する演算工程と、
前記駆動周波数の差分の値に応じて前記振動子の駆動電圧のデューティ比を変更すると共に、当該振動子の駆動周波数を変更する駆動制御工程とを有する
ことを特徴とする制御方法。
【請求項１８】
複数の振動子と、前記複数の振動子が共通して摩擦接触する摩擦部材とを有し、前記複数の振動子のそれぞれが独立して駆動する振動型アクチュエータの制御方法であって、
前記複数の振動子のそれぞれの駆動周波数の差分を演算する演算工程と、
前記差分の値に応じて前記振動子の駆動制御を行う駆動制御工程とを備え、
前記振動子は、振動板と当該振動板に固着された圧電素子とを有し、
当該圧電素子が励振することによって前記振動板の前記摩擦部材との接触部に楕円運動が発生し、
前記振動板の接触部に発生する楕円運動は、前記圧電素子に少なくとも２つの駆動信号を与えることにより発生する２つの振動モードの合成により形成され、
前記駆動制御工程は、前記２つの駆動信号の位相差を変更することによって、前記振動子の駆動周波数を変更する
ことを特徴とする制御方法。
【請求項１９】
複数の振動子と、前記複数の振動子が共通して摩擦接触する摩擦部材とを有し、前記複数の振動子のそれぞれが独立して駆動する振動型アクチュエータであって、
前記複数の振動子のそれぞれの駆動周波数の差分が前記摩擦部材の固有振動数に近づかないように前記振動子を駆動制御する駆動制御工程を有する
ことを特徴とする制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、振動型アクチュエータ、レンズ鏡筒、カメラおよび制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
カメラやレンズの駆動源として、振動型アクチュエータの一つである超音波モータが広く採用されている。超音波モータは、高トルク出力、高い位置決め精度、静粛性などの特徴を有する。近年では、多群のズーム構成においても、比較的簡単な構造で小型に構成された機器が望まれており、複数の超音波モータで摩擦部材を共有する構成が考えられている。
【０００３】
通常の超音波モータでは、複数の超音波モータを同時に独立駆動させる際、駆動周波数の差分により、うなり現象が発生し、駆動効率が低下していた。特許文献１は、複数の超音波モータの駆動周波数を一致させることで、うなり現象を低減させる技術を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−１６０９１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１が開示する超音波モータでは、複数の超音波振動子に入力する駆動周波数が一致しているので、複数の超音波振動子をそれぞれ任意の速度で独立駆動させることができない。
【０００６】
本発明は、複数の超音波振動子が独立して駆動するとともに、複数の超音波モータを同時に駆動させる際に生じるうなり現象による駆動効率の低下を低減させることが可能な振動型アクチュエータを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一実施形態の振動型アクチュエータは、複数の振動子と、前記複数の振動子が共通して摩擦接触する摩擦部材とを有し、前記複数の振動子のそれぞれが独立して駆動する振動型アクチュエータであって、前記複数の振動子のそれぞれの駆動周波数の差分を演算する演算手段と、前記複数の振動子のそれぞれの駆動周波数の差分が前記摩擦部材の固有振動数に近づかないように前記振動子を駆動制御する駆動制御手段とを備える。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、複数の超音波振動子が独立して駆動するとともに、複数の超音波モータを同時に駆動させる際に生じるうなり現象による駆動効率の低下を低減させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】振動型アクチュエータを示す図である。
【図２】超音波モータの分解斜視図である。
【図３】超音波モータの主要構成部を示す図である。
【図４】超音波モータの制御処理を説明するフローチャートである。
【図５】超音波振動子の、駆動周波数と速度の関係を示す図である。
【図６】実施例２において適用される圧電素子を示す図である。
【図７】超音波振動子を構成する圧電素子の電極に入力される駆動信号である。
【図８】超音波振動子の駆動周波数ｆと速度ｖとの関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
（実施例１）
以下に、本実施形態について、添付の図面に基づいて詳細に説明する。以下の説明では、デジタルカメラのレンズ鏡筒などを駆動する振動型アクチュエータとしてユニット化された超音波モータを例にとって説明する。しかし、本発明の使用用途は、超音波モータに限定されるものではない。
【００１１】
図１は、実施例１の振動型アクチュエータを示す図である。
図１に示す振動型アクチュエータは、第１の超音波モータ１０１ａと第２の超音波モータ１０１ｂとを備える一つの超音波モータとして機能する。図１（Ａ）は、振動型アクチュエータの断面図である。図１（Ａ）では、第１の超音波モータ１０１ａと第２の超音波モータ１０１ｂが示されている。図１（Ｂ）は、第１の超音波モータ１０１ａの部分拡大図である。図２は、超音波モータの分解斜視図である。
【００１２】
本実施例では、第１の超音波モータ１０１ａと第２の超音波モータ１０１ｂを同じ構成としており、説明を簡単にするために、図１（Ｂ）においては代表して第１の超音波モータ１０１ａの部分のみ示している。なお、振動型アクチュエータが、異なる構成の超音波モータを有していてもよい。
【００１３】
また、図２においても、第１の超音波モータ１０１ａ部のみ分解状態を表しており、共通する部分の説明については省略する。ただし、超音波振動子については区別する必要があるため、第１の超音波モータ１０１ａに搭載される超音波振動子を第１の超音波振動子１１５ａとする。また、第２の超音波モータ１０１ｂに搭載される超音波振動子を第２の超音波振動子１１５ｂとする。
【００１４】
超音波振動子１１５ａは、振動板１０４ａと圧電素子１０５ａとを有する。振動板１０４ａと圧電素子１０５ａは、公知の接着材等により固着されており、圧電素子１０５ａは電圧を印加することによって超音波振動を励振する。
【００１５】
加圧機構保持部材１１０ａは、バネガイド１０８ａを受け入れるための保持孔を備えている。バネ１０９ａの一方の端部は、バネガイド１０８ａと接触している。バネ１０９ａの他方の端部は、加圧機構保持部材１１０ａと接触している。また、加圧機構保持部材１１０ａは、弾性部材１０７ａを受け入れるための保持孔を備えている。バネ１０９ａは、加圧機構保持部材１１０ａとバネガイド１０８ａによって挟まれている。これにより、バネ１０９ａは、Ｚ軸方向に加圧力を付与している。弾性部材１０７ａが、圧電素子１０５ａとバネ１０９ａとの間に配置されている。弾性部材１０７ａは、加圧部と圧電素子１０５ａとの直接接触を妨げ、圧電素子１０５ａの損傷を防止している。
【００１６】
振動板１０４ａは、接触部１１６ａを備える。接触部１１６ａは、バネ１０９ａの加圧力により摩擦部材１０２に加圧された状態で接触している。振動板１０４ａと圧電素子１０５ａとが接着された状態において、当該圧電素子１０５ａが超音波振動を励振することによって、振動板１０４ａの接触部１１６ａに略楕円運動が発生する。このとき超音波振動子１１５ａには２つの振動モードが発生している。
【００１７】
超音波振動子１１５ａと振動子保持部材１０６ａとは、公知の接着剤等により固定されているが、固定されればその方法は限定されない。さらに、振動子保持部材１０６ａは超音波振動に励起された楕円運動の動力を阻害しないように加圧機構保持部材１１０ａに嵌合されている。
【００１８】
加圧機構保持部材１１０ａは、２つのＶ溝の移動側案内部が設けられており、それぞれに球状の３個の転動部材１１１ａ、１１２ａ、１１３ａが嵌入されている。一方、固定部としてのカバープレート１１２において、Ｘ軸方向に所定の長さを有する２つのＶ溝の固定側案内部が設けられている。加圧機構保持部材１１０ａが有する移動側案内部と、カバープレート１１２が有する固定側案内部とにより、転動部材１１１ａ、１１２ａ、１１３ａが挟持されている。なお、前述の移動側案内部および固定側案内部には、転動部材１１１ａ、１１２ａ、１１３ａの可動範囲を制限するための可動範囲制限部が設けられているが、本実施例の説明においては省略する。
【００１９】
図２に示す超音波モータは、さらに地板１０３を備える。地板１０３とカバープレート１１２とは、Ｚ軸方向上方側より不図示のネジ等で固定されるが、固定されればその方法は限定されない。また、地板１０３の底面側においては、摩擦部材１０２がＺ軸下方側より不図示のネジ等で固定されているが、固定されればその方法は限定されない。
【００２０】
次に、加圧部において発生する加圧力について説明する。バネ１０９ａの加圧力は弾性部材１０７ａを介し、超音波振動子１１５ａを摩擦部材１０２に加圧する付勢力となる。そして、振動板１０４ａの接触部１１６ａは、摩擦部材１０２に対して加圧された状態で接触する。一方、摩擦部材１０２からの加圧反力は、移動部１２０ａと転動部材１１１ａ、１１２ａ、１１３ａを介し、カバープレート１１２で受けられている。この加圧接触状態において圧電素子１０５ａに駆動電圧が印加されると、超音波振動子１１５ａにおいて発生した楕円運動が効率的に摩擦部材１０２へ伝達する。その結果、移動部１２０ａは、Ｘ軸方向に進退することができる。
【００２１】
本実施例においては、超音波振動子１１５ａ、振動子保持部材１０６ａ、弾性部材１０７ａ、バネガイド１０８ａ、バネ１０９ａ、加圧機構保持部材１１０ａにより、移動部１２０ａが構成されている。また、カバープレート１１２、地板１０３、及び摩擦部材１０２により、基礎部が形成されている。
【００２２】
第１の超音波モータ１０１ａと、第２の超音波モータ１０１ｂとは、図１および図２に示されるように、摩擦部材１０２を共有している。また、第１の超音波モータ１０１ａ及び第２の超音波モータ１０１ｂは、後述の周波数演算回路１３４と駆動制御方法決定回路１３５とを備えているが、本図では省略している。
【００２３】
図１では第１の超音波モータ１０１ａ及び第２の超音波モータ１０１ｂが固定部としてのカバープレート１１２を共有し、直列に配置されているが、この構成に限られない。例えば、並列に配置された形態でも構わない。
【００２４】
図１に示す構成では、摩擦部材は、第１の超音波振動子１１５ａと第２の超音波振動子１１５ｂが共通して摩擦接触する接触面を有する。第１の超音波振動子１１５ａと第２の超音波振動子１１５ｂに入力されるそれぞれの駆動周波数の差分により、うなり現象が生じる。上記の差分が共有する摩擦部材１０２の固有振動数と近い値になると、大きく共振し、超音波モータの駆動効率が低下してしまう。本実施例では、うなり現象を防止できるように、第１の超音波振動子１１５ａと第２の超音波振動子１１５ｂとに入力される駆動周波数の差分を演算し、その結果から駆動制御方法を決定する。
【００２５】
図３は、超音波モータの主要構成部を示す図である。
本実施例においては、超音波モータは、第１の超音波振動子１１５ａの位置情報を取り込む第１の位置エンコーダ１３１ａと、第２の超音波振動子１１５ｂの位置情報を取り込む第２の位置エンコーダ１３１ｂとを備えている。
【００２６】
また、超音波モータは、第１の位置エンコーダ１３１ａと第２の位置エンコーダ１３１ｂから出力される位置情報と、それぞれの目標位置とを比較して位置偏差を算出する位置偏差算出回路１３２を備えている。さらに、超音波モータは、第１の超音波振動子１１５ａと第２の超音波振動子１１５ｂの駆動周波数を設定する駆動周波数設定回路１３３を備える。また、超音波モータは、駆動周波数設定回路１３３で設定された駆動周波数の差分を演算する周波数演算回路１３４を備える。また、超音波モータは、周波数演算回路１３４の演算結果に基づいて駆動制御方法を決定する駆動制御方法決定回路１３５と、駆動制御方法決定回路１３５により決定された駆動方法に駆動信号を出力する駆動信号出力回路１３６とを備えている。
【００２７】
第１の位置エンコーダ１３１ａは、第１の超音波振動子１１５ａの位置情報を位置偏差算出回路１３２に出力する。また、第２の位置エンコーダ１３１ｂは、第２の超音波振動子１１５ｂの位置情報を位置偏差算出回路１３２に出力する。位置偏差算出回路１３２は、第１の超音波振動子１１５ａと第２の超音波振動子１１５ｂの位置情報と、それぞれの目標位置とを比較し、第１の超音波振動子１１５ａと第２の超音波振動子１１５ｂのそれぞれの位置偏差を駆動周波数設定回路１３３に出力する。
【００２８】
駆動周波数設定回路１３３は、上記の位置偏差から、第１の超音波振動子１１５ａと第２の超音波振動子１１５ｂに出力する駆動周波数を設定する。例えば、駆動周波数設定回路１３３は、位置偏差が大きい場合には、速度を速くするように駆動周波数を設定する。周波数演算回路１３４は、駆動周波数設定回路１３３によりそれぞれ設定された第１の超音波振動子１１５ａと第２の超音波振動子１１５ｂの駆動周波数の差分を演算する。
【００２９】
ここで、第１の超音波振動子１１５ａと第２の超音波振動子１１５ｂの駆動周波数をそれぞれｆ１とｆ２とし、ｆ１とｆ２の差分をｄｆとすると、以下の計算がなされる。
ｄｆ＝｜ｆ１−ｆ２｜
なお、第１の超音波振動子１１５ａと第２の超音波振動子１１５ｂとが図示されているが、これに限らず、多数の超音波振動子がある場合は、それぞれの超音波振動子の駆動周波数の差分を求めればよい。
【００３０】
駆動制御方法決定回路１３５は、第１の超音波振動子１１５ａと第２の超音波振動子１１５ｂの駆動周波数の差分と、摩擦部材１０２の固有振動数を考慮した所定の閾値とを比較する。そして、比較結果に基づいて、駆動制御方法決定回路１３５は、第１の超音波振動子１１５ａと第２の超音波振動子１１５ｂの駆動方法を決定する。この閾値は、例えば、摩擦部材１０２の固有振動数の近傍の値に予め設定される。駆動周波数の差分が固有振動数に近くなると、うなり現象が生じるからである。
【００３１】
駆動制御方法決定回路１３５は、例えば、駆動周波数の差分が閾値以上である場合に、第２の超音波振動子のデューティ比を変更する。そして、駆動制御方法決定回路１３５は、デューティ比変更に伴う超音波振動子の速度と駆動周波数の関係の変化に基づいて、うなり現象の生じない駆動周波数を設定する。駆動信号出力回路１３６は、第１の超音波振動子１１５ａと第２の超音波振動子１１５ｂに対して、設定した駆動周波数に応じた駆動信号を出力する。上記の構成によれば、駆動周波数の差分が摩擦部材１０２の固有振動数に近づかないように駆動制御方法を決定することができるので、うなり現象による駆動効率の低下を低減することができる。
【００３２】
図４は、超音波モータの制御処理を説明するフローチャートである。
図４では、複数の超音波振動子が同時駆動する際の処理のみ図示しており、複数の超音波振動子が同時駆動するか否かを確認する処理と、１つの超音波振動子のみ駆動する場合の処理は省略する。
【００３３】
まず、不図示の指令値出力回路が、目標地点となる指令値を生成する（ステップＳ１）。続いて、第１の位置エンコーダ１３１ａ、第２の位置エンコーダ１３１ｂが、それぞれ第１の超音波振動子１１５ａ、第２の超音波振動子１１５ｂの位置情報を位置偏差算出回路１３２に出力する（ステップＳ２）。
【００３４】
次に、位置偏差算出回路１３２が、指令値と位置情報とを比較して、位置偏差を算出する（ステップＳ３）。続いて、駆動周波数設定回路１３３が、算出された位置偏差に基づいて、第１の超音波振動子１１５ａと第２の超音波振動子１１５ｂとに出力される駆動周波数を設定する（ステップＳ４）。
【００３５】
次に、周波数演算回路１３４が、第１の超音波振動子１１５ａの駆動周波数と第２の超音波振動子１１５ｂの駆動周波数との差分を演算する（ステップＳ５）。そして、駆動制御方法決定回路１３５が、前記演算結果と所定の閾値とを比較し、第１の超音波振動子１１５ａと第２の超音波振動子１１５ｂのそれぞれの駆動制御方法を決定する（ステップＳ６）。
【００３６】
駆動制御方法決定回路１３５により決定された駆動制御方法にしたがって、駆動信号出力回路１３６が、第１、第２の超音波振動子に駆動信号を入力する（ステップＳ７）。これにより、それぞれの超音波振動子が駆動する（ステップＳ８）。
【００３７】
次に、第１の位置エンコーダ１３１ａ、第２の位置エンコーダ１３１ｂが、それぞれ、第１の超音波振動子１１５ａ、第２の超音波振動子１１５ｂの位置情報を取り込む（ステップＳ９）。続いて、位置偏差算出回路１３２が、取り込まれた位置情報に基づいて、全ての超音波振動子が目標地点に到達したかを判断する（ステップＳ１０）。全ての超音波振動子が目標地点に到達した場合は、駆動制御が終了する（ステップＳ１０）。目標地点に到達していない超音波振動子がある場合は、処理がステップＳ４に戻る。本フローチャートによれば、同時駆動が終了するまで前記フローを繰り返すことで、うなり現象による駆動効率の低下を低減することができる。なお、ｎ個の超音波振動子の内、（ｎ−１）個の超音波振動子が目標地点に到達した場合、うなり現象が止むため、（ｎ−１）個の超音波振動子の目標地点到達を条件に駆動制御を終了してもよい。
【００３８】
図５は、超音波振動子の、駆動周波数と速度の関係を示す図である。
図５では、第１の超音波振動子１１５ａと第２の超音波振動子１１５ｂの、駆動周波数と速度の関係を例にとって説明する。本実施例では、第１の超音波モータ１０１ａと第２の超音波モータ１０１ｂを同じ構成としており、説明を簡単にするために、代表して第１の超音波モータ１０１ａについて説明する。
【００３９】
超音波モータ１０１ａは、圧電素子１０５ａに駆動電圧を印加することによって、超音波振動を励振し、これにより超音波振動子１１５ａが共振する。その結果、超音波振動子１１５ａには楕円運動が発生し、駆動力を得る。つまり、超音波モータ１０１ａは、超音波振動子１１５ａの共振を利用しているため、圧電素子１０５ａに入力する駆動周波数と、超音波振動子１１５ａの共振周波数の関係により速度が変化する。したがって、圧電素子１０５ａに入力する駆動周波数ｆを変化させることで、所望の速度ｖを得ることができる。
【００４０】
図５において、図５（Ａ）、図５（Ｂ）は、それぞれ、第１の超音波振動子１１５ａと第２の超音波振動子１１５ｂの駆動周波数と速度の関係を示している。第１の超音波振動子１１５ａは、位置偏差算出の結果から速度ｖ１を得るために、駆動周波数ｆ１が設定される。第２の超音波振動子１１５ｂは、位置偏差算出の結果から速度ｖ２を得るために、駆動周波数ｆ２が設定される。周波数演算回路１３４が、駆動周波数ｆ１と駆動周波数ｆ２との差分を演算する。この差分の演算結果に基づいて、駆動制御方法決定回路１３５が、第２の超音波振動子１１５ｂに印加される駆動電圧のデューティ比を変更する。具体的には、駆動周波数の差分の値に応じて振動子の駆動電圧のデューティ比が変更されると共に、当該振動子の駆動周波数が変更される。
【００４１】
図５（Ｂ）において、実線１５１ａは、第２の超音波振動子１１５ｂに印加される駆動電圧のデューティ比が変更される前の駆動周波数と速度との関係を示す。また、破線１５１ｂは、駆動電圧のデューティ比が変更された後の駆動周波数と速度との関係を示す。
【００４２】
図５（Ｂ）においては、一例として、駆動電圧のデューティ比を低下させた場合の駆動周波数と速度の関係を示しているが、駆動電圧のデューティ比が変更されていれば、図５（Ｂ）に示す例に限定されない。
【００４３】
駆動電圧のデューティ比を低下させた場合、駆動電圧が低下する。その結果、駆動周波数と速度の関係が実線１５１ａから破線１５１ｂに変化し、所望の速度ｖ２を出力するための周波数がｆ２ａからｆ２ｂへと変化する。これにより、第１の超音波振動子１１５ａと第２の超音波振動子１１５ｂとの駆動周波数の差分を、ｄｆａからｄｆｂに変化させることができる。また、速度の急激な低下を避けるため、事前に周波数演算回路１３４により算出された周波数の差分を鑑み、所定の駆動周波数分をシフトさせてもよい。
【００４４】
なお、図５では、第２の超音波振動子１１５ｂに印加される駆動電圧のデューティ比が変更された結果を示しているが、第１の超音波振動子１１５ａに印加される駆動電圧のデューティ比を変更しても構わない。さらに、第１の超音波振動子１１５ａと第２の超音波振動子１１５ｂのそれぞれのデューティ比を変更しても構わない。
以上より、本発明によれば、複数の超音波振動子の駆動周波数の差分によるうなり現象を低減すると共に、任意の速度で独立駆動が可能な超音波モータを提供することができる。
【００４５】
（実施例２）
以下に、実施例２を説明する。なお、実施例２の超音波モータについて、実施例１の超音波モータ１０１ａ及び超音波モータ１０１ｂと構成を共通する箇所には、同一符号を付して説明を省略する。
【００４６】
図６は、実施例２において適用される圧電素子を示す図である。
圧電素子２０１は, 隣接する第１の電極２０２ａと第２の電極２０２ｂとを有する。圧電素子２０１と振動板１０４ｂが接着され、第２の超音波振動子１１５ｂが構成される。そして、超音波振動子１１５ｂは摩擦部材１０２に加圧接触される。このとき、第１の電極２０２ａと第２の電極２０２ｂとに所定の位相差を持たせた駆動信号を入力することで、２つの振動モードを発生させることができる。この２つの振動モードの合成により、前述の略楕円運動が発生する。この状態において、第１の電極２０２ａと第２の電極２０２ｂに入力する駆動信号の位相差を変更することで、振動板１０４ｂの接触部１１６ｂに発生する略楕円運動の楕円比を変更する。これにより速度を変化させることが可能となる。
【００４７】
本実施例においては、第１の超音波振動子１１５ａ及び第２の超音波振動子１１５ｂの内、第１の超音波振動子１１５ｂが上記圧電素子２０１と前述の振動板１０４ｂで構成される場合について説明するが、本発明はこの構成に限られない。第１の超音波振動子１１５ａ及び第２の超音波振動子１１５ｂの両方が圧電素子２０１によって構成されていても構わない。また、本実施例においては、隣接する第１の電極２０２ａと第２の電極２０２ｂを有する圧電素子２０１を用いているが、２つの振動モードの合成を利用して略楕円運動を発生させる超音波振動子であればよい。
【００４８】
図７は、実施例２における、超音波振動子を構成する圧電素子の電極に入力される駆動信号を示す図である。
図７では、第２の超音波振動子１１５ｂを構成する圧電素子２０１の、第１の電極２０２ａと第２の電極２０２ｂに入力される駆動信号を例にとって説明する。図７中に記載の電極１、電極２は、それぞれ第１の電極２０２ａ、第２の電極２０２ｂと同義とする。
【００４９】
図７（Ａ）に示す例では、第１の電極２０２ａと第２の電極２０２ｂに対して、位相差φａで駆動信号が入力されている。２つの振動モードを利用する場合、好適な位相差の例として、位相差φａを９０度程度とすると良いが、これに限られない。
【００５０】
図７（Ｂ）に示す例では、第１の電極２０２ａと第２の電極２０２ｂに対して、位相差φｂで駆動信号が入力されている。本実施例においては、駆動制御方法決定回路１３５により位相差が決定され、位相差がφａからφｂへと変化する。このとき、２つの振動モードが形成する略楕円運動において、速度が速くもしくは遅くなるように楕円比が変化する。このように、位相差を変化させることで、略楕円運動の楕円比を変化させ、速度を変化させることが可能となる。
【００５１】
図８は、実施例２における、超音波振動子の駆動周波数ｆと速度ｖとの関係を示す図である。
図８（Ａ）は、第１の超音波振動子１１５ａの駆動周波数と速度との関係を示す。図８（Ｂ）は、第２の超音波振動子１１５ｂの駆動周波数と速度との関係を示す。
【００５２】
第１の超音波振動子１１５ａと第２の超音波振動子１１５ｂは位置偏差算出の結果から、それぞれ速度ｖ１、速度ｖ２を得るために、駆動周波数ｆ１と駆動周波数ｆ２とが設定される。そして、周波数演算回路１３４が、駆動周波数ｆ１と駆動周波数ｆ２の差分を演算する。駆動制御方法決定回路１３５が、駆動周波数ｆ１と駆動周波数ｆ２の差分に基づいて、第２の超音波振動子１１５ｂに印加される２つの駆動信号の位相差を変更する。
【００５３】
図８（Ｂ）において、実線２２１は、第２の超音波振動子１１５ｂに２つの駆動信号が位相差φａで印加される時の駆動周波数と速度の関係を示す。また、破線２２２は、第２の超音波振動子１１５ｂに２つの駆動信号が位相差φｂで印加される時の駆動周波数と速度の関係を示す。
【００５４】
本実施例において、位相差を大きくした場合、前述の通り、略楕円運動の楕円比が変化する。その結果、駆動周波数と速度の関係が実線２２１から破線２２２に変化し、所望の速度ｖ２を出力するための周波数がｆφａからｆφｂへと変化する。これにより、第１の超音波振動子１１５ａと第２の超音波振動子１１５ｂとの駆動周波数の差分を、ｄｆａからｄｆｂに変化させることができる。また、急な速度の低下を避けるため、事前に周波数演算回路１３４により算出された周波数の差分を鑑み、所定の駆動周波数分をシフトさせてもよい。なお、本説明においては位相差が大きくなった場合を例として説明しているが、これに限らない。
【００５５】
本発明によれば、複数の超音波振動子の駆動周波数の差分によるうなり現象を低減すると共に、任意の速度で独立駆動が可能な超音波モータを提供することができる。以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。
【符号の説明】
【００５６】
１０１ａ  超音波モータ
【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５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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