(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電源の正極側に接続された第１の中間タップを有する第１の一次コイルと、一端が超音波モータの第１の相の、負極側がグランドに直接接続された圧電素子の正極側と接続された第１の二次コイルとを有するプッシュプル型の第１のトランスと、
前記直流電源の正極側に接続された第２の中間タップを有する第２の一次コイルと、前記超音波モータの第２の相の、負極側がグランドに直接接続された圧電素子の正極側と接続された第２の二次コイルとを有するプッシュプル型の第２のトランスと、
前記超音波モータを停止させるとき、前記第１の一次コイルの両端及び前記第２の一次コイルの両端を各々前記直流電源の負極側に接続する切替部と、
前記第１の一次コイルの両端及び前記第２の一次コイルの両端を前記直流電源の負極側に接続するとき、前記直流電源の正極側と前記第１の中間タップ及び前記第２の中間タップとが接続され、当該接続を同時に切る１つの遮断部と
を具備し、正逆転の高速切り替え時、または停止と再駆動との切り替え時に瞬間的に停止するように構成された超音波モータの駆動回路。
【請求項２】
請求項１に記載の超音波モータの駆動回路を有する超音波モータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波モータを駆動する駆動回路に関し、特に、高精度な位置制御が要求される超音波モータの駆動回路及びその駆動回路を有する超音波モータに関する。
【背景技術】
【０００２】
電磁型モータと比較して小型化、薄型化が容易で、減速装置を使用することなく高精度の高い位置決め、すなわち位置制御が実現でき、さらには駆動の開始、停止および反転などの動作の応答性に優れた駆動が可能な超音波モータが各種の機器に利用されている。近年、より細密な高精度駆動を実現する超音波モータが期待されている。例えば、長時間且つ微細な駆動制御が必要な光学式、電波式望遠鏡の自動追尾装置や、顕微鏡の精密ステージ駆動装置など、高精度駆動を実現するアクチュエータとして開発されつつある。
【０００３】
図１は超音波モータの動作原理を説明する図である。
一般に、アルミや真鍮合金などの金属により形成される弾性体２に固着された複数個の圧電素子１は、隣り合う圧電素子１の分極方向が互いに逆になるように配列されている。複数個の圧電素子１は２つの組みに分けられ、それぞれの相の圧電素子群１Ａ、１Ｂは、分極方向が逆の隣接する一対の圧電素子１の長さをｌとすると、互いにｌ／４の間隔をおいて弾性体２に固着されている。
【０００４】
それぞれの相の圧電素子群１Ａ、１Ｂに、弾性体２および圧電素子１からなる振動子の材質及び形状によって決まる共振周波数ωまたはその近傍周波数の交流電圧Ｖと、この交流電圧Ｖに対して位相をπ／２ずらした交流電圧Ｖ'を印加すると、弾性体２の表面に２つの定在波を合成した進行波が励起される。進行波は縦波と横波を伴っている。弾性体２の上面の、被駆動体３と加圧接触する点Ａに着目すると、この点Ａは縦振幅ｕと横振幅ｗで反時計周り方向の楕円運動をする。被駆動体３の加圧接触面は進行波の波頭で弾性体２の複数の点Ａ、Ａ'・・・と接触することによって、進行波の進行方向とは逆の矢符Ｘ方向に搬送される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１２−１８２９２５号公報
【特許文献２】特開２００１−２５１８７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
図２は、上記の超音波モータを駆動する典型的な超音波モータの駆動回路の構成を示す図である。
この超音波モータの駆動回路１０は、駆動指令部１１と、発振回路１２と、パルス生成回路１３と、直流電源回路１４と、Ａ相の増幅回路１５Ａと、Ｂ相の増幅回路１５Ｂとを備える。
【０００７】
駆動指令部１１は、パルス生成回路１３に駆動及び停止のための駆動指令信号を供給する。
発振回路１２は、上記の共振周波数ωまたはその近傍周波数の周波数信号を発振する。
【０００８】
パルス生成回路１３は、上記の周波数信号を用いてＡ相の増幅回路１５Ａ内の第１のスイッチング素子Ｑ１Ａ及び第２のスイッチング素子Ｑ２Ａに供給する２つのスイッチング信号と、Ｂ相の増幅回路１５Ｂ内の第１のスイッチング素子Ｑ１Ｂ及び第２のスイッチング素子Ｑ２Ｂに供給する２つのスイッチング信号を生成する。
【０００９】
Ａ相の増幅回路１５Ａ及びＢ相の増幅回路１５Ｂは各々、超音波モータのモータ本体１００内のＡ相の圧電素子群１Ａ及びＢ相の圧電素子群１Ｂに互いに位相がπ／２ずれた交流電圧Ｖ、Ｖ'を供給する。
【００１０】
Ａ相の増幅回路１５Ａは、プッシュプルトランスＴＡと第１のスイッチング素子Ｑ１Ａ及び第２のスイッチング素子Ｑ２Ａを有する。プッシュプルトランスＴＡの一次コイルＮＰには中間タップＣＴが設けられている。中間タップＣＴには直流電源回路１４からの直流電源が印加される。
【００１１】
Ｂ相の増幅回路１５Ｂは、プッシュプルトランスＴＢと第１のスイッチング素子Ｑ１Ｂ及び第２のスイッチング素子Ｑ２Ｂを有する。プッシュプルトランスＴＢの一次コイルＮＰには中間タップＣＴが設けられている。中間タップＣＴには直流電源回路１４からの直流電源が印加される。
【００１２】
ここで、スイッチング素子Ｑ１Ａ、Ｑ２Ａ、Ｑ１Ｂ、Ｑ２ＢとしてＮチャネルのＭＯＳ型ＦＥＴが採用されている場合を想定する。
【００１３】
各相の増幅回路１５Ａ、１５Ｂにおいて、プッシュプルトランスＴＡ、ＴＢの一次コイルＮＰの一端は第１のスイッチング素子Ｑ１Ａ、Ｑ１ＢのドレインＤと接続されている。第１のスイッチング素子Ｑ１Ａ、Ｑ１ＢのソースＳはグランドに接続され、ゲートＧはパルス生成回路１３の出力端と接続される。プッシュプルトランスＴＡ、ＴＢの一次コイルＮＰの他端は、第２のスイッチング素子Ｑ２Ａ、Ｑ２ＢのドレインＤと接続されている。第２のスイッチング素子Ｑ２Ａ、Ｑ２ＢのソースＳはグランドに接続され、ゲートＧはパルス生成回路１３の出力端と接続される。
【００１４】
次に、この典型的な超音波モータの駆動回路１０の動作を説明する。
図３は、上記典型的な超音波モータの駆動回路１０内の各信号のタイミングチャートである。このタイミングチャートは、上から、Ａ相の増幅回路１５Ａより出力される交流電圧Ｖ、Ｂ相の増幅回路１５Ｂより出力される交流電圧Ｖ'、パルス生成回路１３からＡ相の増幅回路１５Ａの第１のスイッチング素子Ｑ１Ａに供給されるスイッチング信号、Ａ相の増幅回路１５Ａの第２のスイッチング素子Ｑ２Ａに供給されるスイッチング信号、Ｂ相の増幅回路１５Ｂの第１のスイッチング素子Ｑ１Ｂに供給されるスイッチング信号、Ｂ相の増幅回路１５Ｂの第２のスイッチング素子Ｑ２Ｂに供給されるスイッチング信号、及び駆動指令信号の各波形を示す。
【００１５】
駆動指令部１１からパルス生成回路１３に駆動のための駆動指令信号が与えられると、パルス生成回路１３は、各相の増幅回路１５Ａ、１５Ｂの各スイッチング素子Ｑ１Ａ、Ｑ２Ａ、Ｑ１Ｂ、Ｑ２ＢのゲートＧに駆動のためのスイッチング信号を供給する。すなわち、パルス生成回路１３は、Ａ相の増幅回路１５Ａの第１のスイッチング素子Ｑ１Ａ及び第２のスイッチング素子Ｑ２Ａの各ゲートＧに、互いに位相がω／２相当の時間（π／２）ずれたスイッチング信号（周波数ω）を供給するとともに、Ｂ相の増幅回路１５Ｂの第１のスイッチング素子Ｑ１Ｂ及び第２のスイッチング素子Ｑ２Ｂの各ゲートＧに、互いに位相がω／２相当の時間（π／２）ずれ、かつＡ相のスイッチング信号に対して位相がω／４相当の時間（π／４）ずれたスイッチング信号（周波数ω）を供給する。個々のスイッチング信号のデューティ比は１／４である。
【００１６】
これによりＡ相の増幅回路１５Ａから周波数ωの交流電圧Ｖがモータ本体１００のＡ相の圧電素子群１Ａに印加され、Ｂ相の増幅回路１５Ｂからは、上記の交流電圧Ｖに対して位相がπ／２ずれた交流電圧Ｖ'がモータ本体１００のＢ相の圧電素子群１Ｂに印加され、超音波モータが駆動される。
【００１７】
ここで、超音波モータの駆動中に駆動指令部１１からパルス生成回路１３に停止のための駆動指令信号が与えられた場合を考える。
【００１８】
パルス生成回路１３は、停止のための駆動指令信号が与えられると、各相の増幅回路１５Ａ、増幅回路１５Ｂの各々のスイッチング素子Ｑ１Ａ、Ｑ２Ａ、Ｑ１Ｂ、Ｑ２Ｂに対するスイッチング信号を一斉にLowレベルにする。
【００１９】
しかし、このとき超音波モータは瞬時に停止せず、高精度な位置制御を必要とする機器に用いる場合には、この停止遅れが問題となる場合がある。この停止遅れの理由としては、プッシュプルトランスＴＡ、ＴＢのインダクタンス成分と圧電素子群１Ａ、１Ｂを構成する圧電素子のもつ容量成分とにより形成される発振回路が関係していることが考えられる。プッシュプルトランスＴＡ、ＴＢの一次コイルＮＰへの電流供給が停止された瞬間、プッシュプルトランスＴＡ、ＴＢのインダクタンス成分によって電流の流れの停止を妨げようとする起電力が発生する。一方、圧電素子は、電極間に強誘電体が挟まれた構造であるため静電容量をもつ。したがって、発生した起電力によって圧電素子のもつ静電容量に電荷が蓄積される。放電時には、圧電素子のもつ静電容量に蓄積された電荷が電流となってプッシュプルトランスＴＡ、ＴＢのコイルに流れ、再びその電流の流れを妨げようとする起電力が発生し、圧電素子の静電容量に電荷が蓄積される。この繰り返しが、プッシュプルトランスＴＡ、ＴＢの一次コイルＮＰへの電流供給が停止された後、瞬時に超音波モータの駆動が停止しない原因であると考えられる。
【００２０】
超音波モータを停止させる位置（タイミング）の精度を高める技術として、モータの駆動が停止されるまでに要する被駆動体の移動量（回転角度）を検出しておき、この必要移動量を見込んだタイミングで停止の指令を出すように制御する技術がある（例えば、特許文献１参照）。しかし、この技術によると、被駆動体の移動量を検出するための高精度なセンサーや必要移動量を算出するマイコンなどが必要であり、大型化や、コストの増大を招く。
【００２１】
そこで、トランスの二次コイルと圧電素子が形成する共振回路に抵抗成分を付加してＱ値をシフトさせたりすることによって、振動アクチュエータ（超音波モータ）の停止時に共振回路によって圧電素子に与えられる電子振動を抑制する技術が知られる（例えば、特許文献２参照）。
【００２２】
しかし、この技術は、抵抗付加回路、短絡回路などの回路の追加を必要とする。また、振動アクチュエータ（超音波モータ）の駆動と停止を切り替える度に、増幅回路内のオペアンプからの交流出力のオンオフを切り替える構成となっているため、駆動の起動時および起動直後の交流出力が不安定となりやすい。また、高精度な位置制御が必要な機器において、振動アクチュエータの停止時の電荷消散を抵抗付回路で行おうとする場合には、電荷減衰の遅れが問題となる場合がある。このため、駆動と停止が頻繁に繰り返されるような機器において高精度な位置制御が難しい。
【００２３】
以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、簡単な構成により、超音波モータを速やかに停止させることのできる超音波モータの駆動回路、及び停止時の応答性に優れた超音波モータを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２８】
本発明の形態に係る超音波モータの駆動回路は、直流電源の正極側に接続された第１の中間タップを有する第１の一次コイルと、一端が超音波モータの第１の相の、負極側がグランドに直接接続された圧電素子の正極側と接続された第１の二次コイルとを有するプッシュプル型の第１のトランスと、前記直流電源の正極側に接続された第２の中間タップを有する第２の一次コイルと、前記超音波モータの第２の相の、負極側がグランドに直接接続された圧電素子の正極側と接続された第２の二次コイルとを有するプッシュプル型の第２のトランスと、前記超音波モータを停止させるとき、前記第１の一次コイルの両端及び前記第２の一次コイルの両端を各々前記直流電源の負極側に接続する切替部と、前記第１の一次コイルの両端及び前記第２の一次コイルの両端を前記直流電源の負極側に接続するとき、前記直流電源の正極側と前記第１の中間タップ及び前記第２の中間タップとが接続され、当該接続を同時に切る１つの遮断部とを具備し、正逆転の高速切り替え時、または停止と再駆動との切り替え時に瞬間的に停止するように構成されたものである。
【発明の効果】
【００３１】
以上のように本発明によれば、簡単な構成で超音波モータを速やかに停止させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】超音波モータの動作原理を説明する図である。
【図２】典型的な超音波モータの駆動回路１０の構成を示す図である。
【図３】図２の典型的な超音波モータの駆動回路１０内の各信号のタイミングチャートである。
【図４】本発明に係る第１の実施形態である超音波モータの駆動回路２０の構成を示す図である。
【図５】図４の第１の実施形態である超音波モータの駆動回路２０内の各信号のタイミングチャートである。
【図６】本発明に係る第２の実施形態である超音波モータの駆動回路３０の構成を示す図である。
【図７】図６の第２の実施形態である超音波モータの駆動回路３０内の各信号のタイミングチャートである。
【図８】単相の圧電素子群を駆動する超音波モータの駆動回路に第１の実施形態の構成を応用した場合の構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。
＜第１の実施形態＞
図４は本発明に係る第１の実施形態である超音波モータの駆動回路の構成を示す図である。
【００３４】
この超音波モータの駆動回路２０は、駆動指令部２１、発振回路２２、パルス生成回路２３と、直流電源回路２４と、Ａ相の増幅回路２５Ａと、Ｂ相の増幅回路２５Ｂと、直流電源スイッチＱ３とを有する。
【００３５】
直流電源スイッチＱ３は、直流電源回路２４から各相の増幅回路２５Ａ、２５Ｂで用いられる直流電源の供給のオンオフを切り替えるためのスイッチである。本実施形態では、直流電源スイッチＱ３として、例えばＮチャネルのＭＯＳ型ＦＥＴを採用した場合を想定しているが、これに限定されない。
【００３６】
駆動指令部２１は、パルス生成回路２３に駆動及び停止のための駆動指令信号を供給するように構成される。駆動指令部２１は、駆動のための駆動指令信号をパルス生成回路２３に供給するときは直流電源スイッチＱ３を閉状態にし、停止のための駆動指令信号をパルス生成回路２３に供給するときは直流電源スイッチＱ３を開状態にするようにスイッチ制御信号を直流電源スイッチＱ３の制御入力端子に与えるように構成される。
【００３７】
発振回路２２は、共振周波数ωまたはその近傍周波数の周波数信号を発振する。説明の簡単のため、ここで共振周波数ωの周波数信号が発振回路２２より発振されることとする。
【００３８】
パルス生成回路２３は、上記の周波数信号を用いてＡ相の増幅回路２５Ａ内の第１のスイッチング素子Ｑ１Ａ及び第２のスイッチング素子Ｑ２Ａに供給する２つのスイッチング信号と、Ｂ相の増幅回路２５Ｂ内の第１のスイッチング素子Ｑ１Ｂ及び第２のスイッチング素子Ｑ２Ｂに供給する２つのスイッチング信号の計４つのスイッチング信号を生成する。
【００３９】
Ａ相の増幅回路２５Ａ及びＢ相の増幅回路２５Ｂは、各々、超音波モータのモータ本体１００内のＡ相の圧電素子群１Ａ及びＢ相の圧電素子群１Ｂに位相が互いにπ／２ずれた交流電圧Ｖ、Ｖ'を供給する。
【００４０】
Ａ相の増幅回路２５Ａは、プッシュプルトランスＴＡ（第１のトランス）と第１のスイッチング素子Ｑ１Ａ及び第２のスイッチング素子Ｑ２Ａを有する。プッシュプルトランスＴＡの一次コイルＮＰには中間タップＣＴが設けられている。中間タップＣＴは、直流電源回路２４の一方の極側と接続されている。直流電源スイッチＱ３がオンのとき直流電源回路２４の直流電源が中間タップＣＴより一次コイルＮＰに供給され、直流電源スイッチＱ３がオフのときは供給されない。
【００４１】
Ｂ相の増幅回路２５Ｂは、プッシュプルトランスＴＢ（第２のトランス）と第１のスイッチング素子Ｑ１Ｂ及び第２のスイッチング素子Ｑ２Ｂを有する。プッシュプルトランスＴＢの一次コイルＮＰには中間タップＣＴが設けられている。中間タップＣＴには、直流電源回路２４の一方の極側と接続されている。直流電源スイッチＱ３がオンのとき直流電源回路２４の直流電源が中間タップＣＴより一次コイルＮＰに供給され、直流電源スイッチＱ３がオフのときは供給されない。
【００４２】
なお、本実施形態では、スイッチング素子Ｑ１Ａ、Ｑ２Ａ、Ｑ１Ｂ、Ｑ２ＢとしてＮチャネルのＭＯＳ型ＦＥＴが採用された場合を想定している。但し、スイッチング素子Ｑ１Ａ、Ｑ２Ａ、Ｑ１Ｂ、Ｑ２Ｂとしては、接合型ＦＥＴ、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（IGBT : Insulated Gate Bipolar Transistor）を用いてもよい。
【００４３】
Ａ相の増幅回路２５Ａにおいて、プッシュプルトランスＴＡの一次コイルＮＰの一端は第１のスイッチング素子Ｑ１ＡのドレインＤと接続されている。第１のスイッチング素子Ｑ１ＡのソースＳはグランドに接続され、ゲートＧはパルス生成回路２３の出力端と接続される。プッシュプルトランスＴＡの一次コイルＮＰの他端は、第２のスイッチング素子Ｑ２ＡのドレインＤと接続されている。第２のスイッチング素子Ｑ２ＡのソースＳはグランドに接続され、ゲートＧはパルス生成回路２３の出力端と接続される。グランドは直流電源の他方の極に相当する。
【００４４】
Ｂ相の増幅回路２５Ｂにおいて、プッシュプルトランスＴＢの一次コイルＮＰの一端は第１のスイッチング素子Ｑ１ＢのドレインＤと接続されている。第１のスイッチング素子Ｑ１ＢのソースＳはグランドに接続され、ゲートＧはパルス生成回路２３の出力端と接続される。プッシュプルトランスＴＢの一次コイルＮＰの他端は、第２のスイッチング素子Ｑ２ＢのドレインＤと接続されている。第２のスイッチング素子Ｑ２ＢのソースＳはグランドに接続され、ゲートＧはパルス生成回路２３の出力端と接続される。グランドは直流電源の他方の極に相当する。
【００４５】
パルス生成回路２３は、各相の増幅回路２５Ａ、２５Ｂにおける４つのスイッチング素子Ｑ１Ａ、Ｑ２Ａ、Ｑ１Ｂ、Ｑ２Ｂに供給するスイッチング信号を生成する。パルス生成回路２３は、駆動指令部２１より駆動のための駆動指令信号を受ける間、Ａ相の増幅回路２５Ａ内の第１のスイッチング素子Ｑ１Ａ及び第２のスイッチング素子Ｑ２Ａの各ゲートＧに、互いに位相がω／２相当の時間（π／２）ずれたスイッチング信号（周波数ω）を供給するとともに、Ｂ相の増幅回路２５Ｂ内の第１のスイッチング素子Ｑ１Ｂ及び第２のスイッチング素子Ｑ２Ｂの各ゲートＧに、互いに位相がω／２相当の時間（π／２）ずれ、かつＡ相のスイッチング信号に対して位相がω／４相当の時間（π／４）ずれたスイッチング信号（周波数ω）を供給する。個々のスイッチング信号のデューティ比は１／４である。
【００４６】
これによりＡ相の増幅回路２５Ａから周波数ωの交流電圧Ｖがモータ本体１００のＡ相の圧電素子群１Ａに印加され、Ｂ相の増幅回路２５Ｂからは、上記の交流電圧Ｖに対して位相がπ／２ずれた交流電圧Ｖ'がモータ本体１００のＢ相の圧電素子群１Ｂに印加され、超音波モータが駆動される。
【００４７】
パルス生成回路２３は、駆動指令部２１より停止のための駆動指令信号を受けたときは、各相の増幅回路２５Ａ、２５Ｂにおける４つのスイッチング素子Ｑ１Ａ、Ｑ２Ａ、Ｑ１Ｂ、Ｑ２Ｂの各ゲートＧに、互いに位相が同期したパルス波形のスイッチング信号を与えるように構成される。
【００４８】
なお、以上説明した超音波モータの駆動回路２０の構成において、少なくとも、パルス生成回路２３と４つのスイッチング素子Ｑ１Ａ、Ｑ２Ａ、Ｑ１Ｂ、Ｑ２Ｂは、本発明の特許請求の範囲の「切替部」に相当するものである。直流電源スイッチＱ３は、本発明の特許請求の範囲の「遮断部」に相当するものである。
【００４９】
（超音波モータの駆動回路２０の動作）
次に、本実施形態の超音波モータの駆動回路２０の動作を、駆動時の動作、停止時の動作の順に説明する。
【００５０】
図５は、本実施形態の超音波モータの駆動回路２０内の各信号のタイミングチャートである。このタイミングチャートは、上から、Ａ相の増幅回路２５Ａより出力される交流電圧Ｖ、Ｂ相の増幅回路２５Ｂより出力される交流電圧Ｖ'、パルス生成回路２３からＡ相の増幅回路２５Ａの第１のスイッチング素子Ｑ１Ａに供給されるスイッチング信号、Ａ相の増幅回路２５Ａの第２のスイッチング素子Ｑ２Ａに供給されるスイッチング信号、Ｂ相の増幅回路２５Ｂの第１のスイッチング素子Ｑ１Ｂに供給されるスイッチング信号、Ｂ相の増幅回路２５Ｂの第２のスイッチング素子Ｑ２Ｂに供給されるスイッチング信号、駆動指令部２１から直流電源スイッチＱ３の制御入力端子に与えられるスイッチ制御信号及び駆動指令信号の各波形を示す。
【００５１】
（駆動時の動作）
駆動指令部２１は、超音波モータの駆動を開始させるとき直流電源スイッチＱ３を閉状態にするようにスイッチ制御信号を出力する。例えば、直流電源スイッチＱ３がＮチャネルのＭＯＳ型ＦＥＴで構成される場合には、駆動指令部２１はHighレベルのスイッチ制御信号をＭＯＳ型ＦＥＴのゲートＧに印加する。これにより直流電源スイッチＱ３が閉状態となり、直流電源回路２４の一方の極が各相のプッシュプルトランスＴＡ、ＴＢの一次コイルＮＰの中間タップＣＴとそれぞれ接続される。
【００５２】
また、駆動指令部２１は、超音波モータの駆動を開始させるときパルス生成回路２３に駆動のための駆動指令信号を出力する。パルス生成回路２３は、駆動指令部２１からの駆動指令信号が与えられると、各相の増幅回路２５Ａ、２５Ｂ内の４つのスイッチング素子Ｑ１Ａ、Ｑ２Ａ、Ｑ１Ｂ、Ｑ２Ｂの各ゲートＧに駆動のためのスイッチング信号をそれぞれ供給する。すなわち、パルス生成回路２３は、Ａ相の増幅回路２５Ａの第１のスイッチング素子Ｑ１Ａ及び第２のスイッチング素子Ｑ２Ａの各ゲートＧに、互いに位相がω／２相当の時間（π／２）ずれたスイッチング信号（周波数ω）を供給するとともに、Ｂ相の増幅回路２５Ｂの第１のスイッチング素子Ｑ１Ｂ及び第２のスイッチング素子Ｑ２Ｂの各ゲートＧに、互いに位相がω／２相当の時間（π／２）ずれ、かつＡ相のスイッチング信号に対して位相がω／４相当の時間（π／４）ずれたスイッチング信号（周波数ω）を供給する。個々のスイッチング信号のデューティ比は１／４である。
【００５３】
これによりＡ相の増幅回路２５Ａから周波数ωの交流電圧Ｖがモータ本体１００のＡ相の圧電素子群１Ａに印加され、Ｂ相の増幅回路２５Ｂからは上記の交流電圧Ｖに対して位相がπ／２ずれた交流電圧Ｖ'がモータ本体１００のＢ相の圧電素子群１Ｂに印加され、超音波モータが駆動される。
【００５４】
（停止時の動作）
駆動指令部２１は、超音波モータの駆動を停止させるとき直流電源スイッチＱ３を開状態にするようにスイッチ制御信号を出力する。例えば、直流電源スイッチＱ３がＮチャネルのＭＯＳ型ＦＥＴで構成される場合には、駆動指令部２１はスイッチ制御信号をHighレベルからLowレベルに切り替える。これにより直流電源スイッチＱ３が開状態となり、直流電源回路２４の一方の極と各相のプッシュプルトランスＴＡ、ＴＢの一次コイルＮＰの中間タップＣＴとの接続が断たれる。
【００５５】
また、駆動指令部２１は、超音波モータの駆動を停止させるときパルス生成回路２３に停止のための駆動指令信号を与える。パルス生成回路２３は、駆動指令部２１から停止のための駆動指令信号が与えられると、各相のプッシュプルトランスＴＡ、ＴＢの一次コイルＮＰの両端を直流電源の他方の極であるグランドに接続するように、各相の増幅回路２５Ａ、２５Ｂの４つのスイッチング素子Ｑ１Ａ、Ｑ２Ａ、Ｑ１Ｂ、Ｑ２Ｂの各ゲートＧに互いに位相が同期したパルス波形のスイッチング信号を与える。図５に示すように、本実施形態では、そのパルス波形として、例えば、駆動指令部２１より駆動指令信号を受けた時点から一定時間が経過するまで連続してHighレベルとした波形が用いられる。
【００５６】
このように、各相の増幅回路２５Ａ、２５Ｂ内の各スイッチング素子Ｑ１Ａ、Ｑ２Ａ、Ｑ１Ｂ、Ｑ２ＢのゲートＧに互いに位相が同期したパルス波形のスイッチング信号を与えることによって、各相のプッシュプルトランスＴＡ、ＴＢの一次コイルＮＰへの直流電源の供給が停止した瞬間にインダクタンス成分によって発生した起電力が電流となって各スイッチング素子Ｑ１Ａ、Ｑ２Ａ、Ｑ１Ｂ、Ｑ２Ｂを通じてグランドに流れる。この結果、モータ本体１００の各相の圧電素子群１Ａ、１Ｂに印加される電圧が速やかに減衰し、超音波モータが速やかに停止される。
【００５７】
また、モータ本体１００の各相の圧電素子群１Ａ、１Ｂの容量成分に起因して発生する放電電圧についても、プッシュプルトランスＴＡ、ＴＢの二次コイルＮＳから一次コイルＮＰに伝達された後、電流となって各スイッチング素子Ｑ１Ａ、Ｑ２Ａ、Ｑ１Ｂ、Ｑ２Ｂを通じてグランドに流される。したがって、モータ本体１００の各相の圧電素子群１Ａ、１Ｂの容量成分に起因して発生する放電電圧の影響も解消される。
【００５８】
＜第２の実施形態＞
次に、本発明に係る第２の実施形態を説明する。
図６は、本発明に係る第２の実施形態である超音波モータの駆動回路３０の構成を示す図である。
【００５９】
本実施形態の超音波モータの駆動回路３０の第１の実施形態との差異は主に以下の２点である。
１．直流電源回路３４とプッシュプルトランスＴＡ、ＴＢの一次コイルＮＰの中間タップＣＴとの間にインダクタＬが接続される。
２．停止時の各スイッチング信号は、互いに同期したパルス波形であるが、連続的なHighレベル信号ではなくHighレベルとLowレベルが短い周期で切り替わる信号である。
【００６０】
図７は、本実施形態の超音波モータの駆動回路３０内の各信号のタイミングチャートである。このタイミングチャートは、上から、Ａ相の増幅回路３５Ａより出力される交流電圧Ｖ、Ｂ相の増幅回路３５Ｂより出力される交流電圧Ｖ'、パルス生成回路３３からＡ相の増幅回路３５Ａの第１のスイッチング素子Ｑ１Ａに供給されるスイッチング信号、Ａ相の増幅回路３５Ａの第２のスイッチング素子Ｑ２Ａに供給されるスイッチング信号、Ｂ相の増幅回路３５Ｂの第１のスイッチング素子Ｑ１Ｂに供給されるスイッチング信号、Ｂ相の増幅回路３５Ｂの第２のスイッチング素子Ｑ２Ｂに供給されるスイッチング信号及び駆動指令信号の各波形を示す。
【００６１】
（駆動時の動作）
駆動時の動作において、第１の実施形態と同様に各相の増幅回路３５Ａ、３５Ｂの４つのスイッチング素子Ｑ１Ａ、Ｑ２Ａ、Ｑ１Ｂ、Ｑ２Ｂの各ゲートＧには、Highレベルの時間が時分割に割り当てられた各スイッチング信号が供給されることによってインダクタＬに直流が流れる。したがって、駆動時は直流電源回路３４からインダクタＬを通じて、各相のプッシュプルトランスＴＡ、ＴＢの一次コイルＮＰに中間タップＣＴから直流電源が供給される。これによって、Ａ相の増幅回路２５Ａから周波数ωの交流電圧Ｖがモータ本体１００のＡ相の圧電素子群１Ａに印加され、Ｂ相の増幅回路２５Ｂからは上記の交流電圧Ｖに対して位相がπ／２ずれた交流電圧Ｖ'がモータ本体１００のＢ相の圧電素子群１Ｂに印加され、超音波モータが駆動される。
【００６２】
（停止時の動作）
超音波モータの駆動を停止させるときは、駆動指令部３１は停止のための駆動指令信号をパルス生成回路３３に出力する。パルス生成回路３３は、駆動指令部３１より停止のための駆動指令信号を受けると、各相の増幅回路３５Ａ、３５Ｂの４つのスイッチング素子Ｑ１Ａ、Ｑ２Ａ、Ｑ１Ｂ、Ｑ２Ｂの各ゲートＧに互いに同期したパルス波形のスイッチング信号として、HighレベルとLowレベルが短い周期で切り替わるスイッチング信号を一定時間出力する。
【００６３】
このとき各相の増幅回路３５Ａ、３５Ｂの４つのスイッチング素子Ｑ１Ａ、Ｑ２Ａ、Ｑ１Ｂ、Ｑ２Ｂが同時にオンになった瞬間に直流電源回路３４から電流が各相の増幅回路３５Ａ、３５Ｂに流れ込むのを阻止するようにインダクタＬが抵抗として働く。
【００６４】
そして、このインダクタＬが抵抗として働くことによって各相の増幅回路３５Ａ、３５Ｂの一次コイルＮＰを流れる電源が急減した瞬間にインダクタンス成分によって発生した起電力は、電流となって各スイッチング素子Ｑ１Ａ、Ｑ２Ａ、Ｑ１Ｂ、Ｑ２Ｂを通じてグランドに流れる。
【００６５】
但し、各スイッチング素子Ｑ１Ａ、Ｑ２Ａ、Ｑ１Ｂ、Ｑ２Ｂの一回のオン時間は、インダクタＬが直流電源回路３４から各相の増幅回路３５Ａ、３５Ｂに電流が流れ込むのを阻止することのできる時間によって制限される。この制限された時間に各相の増幅回路２５Ａ、２５Ｂの出力がグランドレベルにまで落ちないことが想定される場合には、HighレベルとLowレベルが短い周期で繰り返し切り替わるスイッチング信号を各スイッチング素子Ｑ１Ａ、Ｑ２Ａ、Ｑ１Ｂ、Ｑ２Ｂに供給して、各スイッチング素子Ｑ１Ａ、Ｑ２Ａ、Ｑ１Ｂ、Ｑ２Ｂを短い周期で繰り返しオンオフさせることが好ましい。
【００６６】
このように、本実施形態では、第１の実施形態のように直流電源スイッチ２６を制御して直流電源のオンオフを切り替える構成に比べ、インダクタＬを追加しただけの簡単な構成ながらも、各相の増幅回路３５Ａ、３５Ｂからモータ本体１００の各相の圧電素子群１Ａ、１Ｂに印加される電圧を速やかに減衰させ、超音波モータを速やかに停止させることができる。
【００６７】
なお、この実施形態では、図７に示すように、周期及びデューティ比とも駆動時の条件と等しいスイッチング信号を停止時に用いることとしたが、本発明はこれに限定されない。
周期及びデューティ比とも駆動時とは異なるスイッチング信号を用いてもよい。また、この実施形態では、図７に示すように、直流電源回路３４とプッシュプルトランスＴＡ、ＴＢの中間タップＣＴとの間にインダクタＬを一つのみ設けた簡素な構成としたが、スイッチング信号の応答性を優先して、直流電源回路３４とプッシュプルトランスＴＡ、ＴＢのそれぞれの中間タップＣＴとの間に、それぞれ専用のインダクタＬを設けることとしても良い。
【００６８】
＜変形例＞
以上、超音波モータ、特に２つの干渉波を合成して進行波をつくる進行波型超音波モータを駆動する超音波モータの駆動回路について説明したが、本発明は、例えば単独振動を発生する超音波モータなど、単相の圧電素子群を駆動する超音波モータの駆動回路としても応用され得る。
【００６９】
図８は、単相の圧電素子群を駆動する超音波モータの駆動回路に第１の実施形態の構成を応用した場合の構成図である。
【００７０】
この超音波モータの駆動回路４０は、駆動指令部４１、発振回路４２、パルス生成回路４３と、直流電源回路４４と、増幅回路４５と、直流電源スイッチＱ３とを有する。
【００７１】
パルス生成回路４３は、増幅回路４５内の各スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２のゲートＧに、互いに位相がω／２相当の時間（π／２）ずれたスイッチング信号（周波数ω）をそれぞれ供給する。各々のスイッチング信号のデューティ比は１／２である。これにより増幅回路４５から周波数ωの交流電圧Ｖがモータ本体２００の圧電素子群１に印加され、超音波モータが駆動される。
【００７２】
超音波モータの駆動を停止させるときは、駆動指令部４１は、直流電源スイッチＱ３を開状態にするようにスイッチ制御信号を出力する。これにより直流電源回路４４の一方の極側から増幅回路４５内のプッシュプルトランスＴの一次コイルＮＰの中間タップＣＴへの直流電源の供給が停止される。
【００７３】
駆動指令部４１からパルス生成回路４３に停止のための駆動指令信号が与えられると、パルス生成回路４３は、増幅回路４５内の各スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２のゲートＧに互いに位相が同期したパルス波形のスイッチング信号を与える。このように、増幅回路４５内の各スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２のゲートＧに互いに位相が同期したパルス波形のスイッチング信号を与えることによって、増幅回路４５の一次コイルＮＰへの直流電源の供給が停止された瞬間にインダクタンス成分によって発生した起電力が電流となって各スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２を通じてグランドに流れる。この結果、モータ本体２００の圧電素子群１に印加される電圧が速やかに減衰し、超音波モータの駆動が速やかに停止される。
【００７４】
以上、単相の圧電素子群を駆動する超音波モータの駆動回路に第１の実施形態の構成を応用した場合を説明したが、単相の圧電素子群を駆動する超音波モータの駆動回路に第２の実施形態の構成を応用することも可能である。
【００７５】
なお、上記に説明した実施形態は、本発明に係る基本的構成を示すものであり、必要に応じて、例えば、増設回路の各スイッチング素子Ｑ１Ａ、Ｑ２Ａ、Ｑ１Ｂ、Ｑ２ＢのゲートＧとパルス生成回路との間、直流電源スイッチＱ３のゲートＧと駆動司令部との間にバッファ素子を設けることとしてもよいことはもちろんである。
【符号の説明】
【００７６】
Ｑ１、Ｑ１Ａ、Ｑ１Ｂ…第１のスイッチング素子
Ｑ２、Ｑ２Ａ、Ｑ２Ｂ…第２のスイッチング素子
Ｔ…プッシュプルトランス
ＴＡ…Ａ相のプッシュプルトランス
ＴＢ…Ｂ相のプッシュプルトランス
ＮＰ…一次コイル
ＮＳ…二次コイル
ＣＴ…中間タップ
Ｑ３…直流電源スイッチ
Ｌ…インダクタ
１Ａ…Ａ相の圧電素子群
１Ｂ…Ｂ相の圧電素子群
２０、３０、４０…超音波モータの駆動回路
２１、３１、４１…駆動指令部
２２、３２、４２…発振回路
２３、３３、４３…パルス生成回路
２４、３４、４４…直流電源回路
２５Ａ、３５Ａ…Ａ相の増幅回路
２５Ｂ、３５Ｂ…Ｂ相の増幅回路
２６…直流電源スイッチ
４５…増幅回路
１００、２００…モータ本体
【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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