(57)【要約】【課題】高精度な位置決めを可能とする超音波モータの駆動方法を提供する。【解決手段】例えば、Ｌ１Ｂ４型モータ１０は、圧電素子１４ａ〜１４ｄと、弾性体１３と、脚部１５ａ・１５ｂを有し、脚部１５ａ・１５ｂは被駆動体１２に接している。圧電素子１４ａ〜１４ｄを共振駆動して脚部１５ａ・１５ｂに楕円運動を発生させて、被駆動体１２を目的位置Ｓ２の近傍まで移動させる。その後に、圧電素子１４ａ〜１４ｄに直流電圧を印加して弾性体１３を微小に変位させることにより脚部１５ａ・１５ｂを微小に変位させて被駆動体１２を微小に動かす。これにより被駆動体１２を目的位置Ｓ２に高精度に位置決めする。【選択図】  図３
2004274837.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電素子と、被駆動体に接する接触部と、を有する超音波モータの駆動方法であって、
前記圧電素子に直流電圧を印加して前記接触部を微小に変位させることにより、前記被駆動体を微小に動かすことを特徴とする超音波モータの駆動方法。
【請求項２】
圧電素子と、被駆動体に接する接触部と、を有する超音波モータの駆動方法であって、
前記圧電素子に共振周波数およびその近傍の所定の周波数の交流電圧を印加して前記接触部に楕円運動を発生させることにより、被駆動体を目的位置の近傍まで移動させる工程と、
前記圧電素子に直流電圧を印加して前記接触部を微小に変位させることにより、前記被駆動体を微小に動かして前記被駆動体を前記目的位置に高精度に位置決めする工程と、
を有することを特徴とする超音波モータの駆動方法。
【請求項３】
前記圧電素子に直流電圧を印加して前記被駆動体を微小に動かした後に、前記圧電素子に直流電圧を印加した状態で保持することにより、前記被駆動体を所定位置で保持することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の超音波モータの駆動方法。
【請求項４】
前記接触部を有する弾性体に前記圧電素子が配設され、
前記圧電素子を共振周波数およびその近傍の所定の周波数で駆動して前記弾性体に所定の共振振動を生じさせることによって、前記接触部に楕円運動を生じさせ、
前記圧電素子に直流電圧を印加して前記弾性体に所定方向の変位を生じさせることにより前記接触部を変位させることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の超音波モータの駆動方法。
【請求項５】
前記弾性体は略矩形形状を有し、
前記圧電素子は、前記弾性体に前記弾性体の長手方向に伸縮する振動モードと前記弾性体の厚み方向に屈曲する振動モードとが同時に発生するように、前記弾性体の長手方向に並べられかつ前記弾性体を挟んで対向するように前記弾性体の表裏面に２個ずつ配置され、
前記接触部は、前記弾性体の表面の前記弾性体に生ずる屈曲振動の腹の部分の近傍に設けられていることを特徴とする請求項４に記載の超音波モータの駆動方法。
【請求項６】
圧電素子と、被駆動体に接する接触部と、を有する超音波モータ、の駆動装置であって、
前記被駆動体の位置を検出する位置センサと、
前記圧電素子に共振周波数帯域の所定周波数の交流電圧を印加することによって前記接触部に楕円運動を発生させて前記被駆動体を動かす共振駆動装置と、
前記圧電素子に直流電圧を印加して前記接触部を微小に変位させることによって前記被駆動体を微小に動かす直流駆動装置と、
前記位置センサの検出信号にしたがって前記共振駆動装置または前記直流駆動装置に駆動信号を送る駆動制御装置と、
を具備することを特徴とする超音波モータ駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は超音波モータの駆動方法と駆動装置に関し、より具体的には共振型超音波モータの微動制御に関する。
【０００２】
【従来の技術】
共振型超音波モータとして、図６に示すように、伸縮変位を生ずる圧電素子１０１ａ・１０１ｂをチップ部材１０２を介して互いに直交するように配置して、圧電素子１０１ａ・１０１ｂを位相の異なる交流電圧で駆動することにより、チップ部材１０２に楕円運動を生じさせる超音波モータ１００が知られている（例えば、特許文献１参照）。チップ部材１０２を回転自在なロータ１０３の側面に押しあてることによってロータ１０３を回転させ、所定角度回転させた所定の位置で静止させることができる。このような超音波モータにおいては、圧電素子１０１ａ・１０１ｂを効率的に駆動するために、一般的に共振現象が利用される。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−１６８７９号公報（第１８〜２０段落、第１図）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、圧電素子１０１ａ・１０１ｂを共振周波数帯域の所定の周波数の電圧を印加して圧電素子１０１ａ・１０１ｂを駆動し、その後に圧電素子１０１ａ・１０１ｂへの電圧の印加を終了しても、チップ部材１０２が慣性によって楕円運動を続けてしまうことや、駆動電圧の立ち下がりに微小の時間が掛かるためにチップ部材１０２がロータ１０３を押してしまうことによって、ロータ１０３を高精度で位置決めすること（例えば、ナノメートルオーダーでの位置決め）が困難となっている。
【０００５】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、高精度な位置決めを可能とする超音波モータの駆動方法を提供することを目的とする。また本発明は、高速かつ高精度な位置決めを可能とする超音波モータの駆動方法を提供する。さらに本発明はこのような超音波モータの駆動に用いる駆動装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、圧電素子と、被駆動体に接する接触部と、を有する超音波モータの駆動方法であって、
前記圧電素子に直流電圧を印加して前記接触部を微小に変位させることにより、前記被駆動体を微小に動かすことを特徴とする超音波モータの駆動方法、が提供される。
【０００７】
このような超音波モータの駆動方法によれば、接触部に慣性を生じさせることなく、被駆動体に力を加えて被駆動体を微小に動かすことができるので、被駆動体を高精度に位置決めすることができる。例えば、被駆動体の位置の検出は光学式センサによって行うことができるが、本発明によれば、被駆動体の位置決め精度をそのセンサの検出限界まで高めることができる。
【０００８】
また、本発明によれば、圧電素子と、被駆動体に接する接触部と、を有する超音波モータの駆動方法であって、
前記圧電素子に共振周波数およびその近傍の所定の周波数の交流電圧を印加して前記接触部に楕円運動を発生させることにより、被駆動体を目的位置の近傍まで移動させる工程と、
前記圧電素子に直流電圧を印加して前記接触部を微小に変位させることにより、前記被駆動体を微小に動かして前記被駆動体を前記目的位置に高精度に位置決めする工程と、
を有することを特徴とする超音波モータの駆動方法、が提供される。
【０００９】
この超音波モータの駆動方法によれば、最初は圧電素子を共振駆動することによって短時間で被駆動体を目的位置の近傍まで移動させることができ、被駆動体が目的位置の近傍に到達した後には、圧電素子に直流電圧を印加して接触部を微小変位させることにより被駆動体を微小に移動させることができる。これにより被駆動体を目的位置に高精度に位置決めすることができる。例えば、半導体デバイスの設計・製造においては、配線パターンの微細化、高集積化が進められており、近年では、ステッパのＸ−Ｙステージにナノメートルオーダーでの位置制御が要求されている。本発明の超音波モータはこのような位置決め装置に好適に用いられる。
【００１０】
このような超音波モータの駆動方法においては、圧電素子に直流電圧を印加して被駆動体を微小に動かした後には、圧電素子に直流電圧を印加した状態で保持することにより、被駆動体を一定の位置で保持する。
【００１１】
本発明が適用される超音波モータは、接触部を圧電素子で直接的または間接的に駆動できればよい。接触部を間接的に駆動することができる超音波モータとしては、接触部を有する弾性体に圧電素子が配設され、圧電素子を共振周波数およびその近傍の所定の周波数で駆動して弾性体に所定の共振振動を生じさせることにより接触部に楕円運動を生じさせることができ、一方、圧電素子に直流電圧を印加して弾性体に所定方向の変位を生じさせることにより接触部を変位させることができるものが挙げられる。さらに具体的には、この弾性体は略矩形形状を有し、圧電素子は弾性体に長手方向に伸縮する振動モードと厚み方向に屈曲する振動モードとが同時に発生するように弾性体の長手方向に並べられかつ弾性体を挟んで対向するように弾性体の表裏面に２個ずつ配置され、接触部は弾性体の表面において屈曲振動の腹となる部分の近傍に設けられている構造を有する超音波モータが挙げられる。
【００１２】
なお、本発明の駆動方法が適用される超音波モータは、共振駆動によって被駆動体を移動させることができ、かつ、直流電圧での駆動によっても被駆動体を移動させることができることが必要である。このため、圧電セラミックリングにその周方向で複数に分割された電極が形成された進行波型超音波モータには、適用されない。
【００１３】
本発明によれば、このようにして超音波モータを駆動するための駆動装置が提供される。即ち、圧電素子と、被駆動体に接する接触部と、を有する超音波モータ、の駆動装置であって、
前記被駆動体の位置を検出する位置センサと、
前記圧電素子に共振周波数帯域の所定周波数の交流電圧を印加することによって前記接触部に楕円運動を発生させて前記被駆動体を動かす共振駆動装置と、
前記圧電素子に直流電圧を印加して前記接触部を微小に変位させることによって前記被駆動体を微小に動かす直流駆動装置と、
前記位置センサの検出信号にしたがって前記共振駆動装置または前記直流駆動装置に駆動信号を送る駆動制御装置と、
を具備することを特徴とする超音波モータ駆動装置、が提供される。
本発明によれば、位置決め精度を位置検出センサの検出限界（分解能の限界）まで高めることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。ここでは共振型超音波モータとして、Ｌ１Ｂ４型モータを取り上げることとする。図１はＬ１Ｂ４型モータ１０の概略構成を示す平面図（上側）および断面図（下側）である。Ｌ１Ｂ４型モータ１０は、矩形の弾性体１３と、弾性体１３の表裏面にそれぞれ２個ずつ取り付けられた圧電素子１４ａ〜１４ｄと、弾性体１３に生ずる振動変位を拡大して被駆動体１２に伝える２本の脚部（接触部）１５ａ・１５ｂと、を有している。なお、弾性体１３の長手方向をＸ方向とし、弾性体１３の厚み方向をＺ方向とする。
【００１５】
弾性体１３としては、金属材料やセラミック材料が好適に用いられる。圧電素子１４ａ〜１４ｄは、例えば樹脂接着剤を用いて弾性体１３の表裏面に貼り付けられている。圧電素子１４ａ〜１４ｄはそれぞれ、単板の圧電体６１の表面（弾性体１３との非接着面）に電極６２ａが形成され、圧電体６１の裏面（弾性体１３との接着面）に電極６２ｂが形成された構成を有する。圧電体６１の分極の向きは、圧電素子１４ａ・１４ｂでは図１中に矢印Ｐで示されるように、弾性体１３から上方に向かうように設定する。一方、圧電素子１４ｃ・１４ｄでは図１中に矢印Ｑで示されるように、弾性体１３から下方に向かうように設定する。圧電体６１としては、機械的品質係数Ｑｍの大きいチタン酸ジルコン酸鉛系の圧電セラミックスが好適に用いられる。なお、圧電素子１４ａ〜１４ｄとしては、圧電セラミック薄板と電極膜とが交互に積層された、所謂、積層型圧電素子であってもよい。
【００１６】
弾性体１３が金属の場合には、弾性体１３は圧電素子１４ａ〜１４ｄが具備する電極６２ｂと導通する。これにより弾性体１３を圧電素子１４ａ〜１４ｄに駆動電圧を、印加する際の接地端子として利用することができる。なお、弾性体１３が絶縁性セラミックスからなる場合には、その表裏面に金属膜を形成し、この金属膜と圧電素子１４ａ〜１４ｄが具備する電極６２ｂとを導通させればよく、これによって圧電素子１４ａ〜１４ｄの電極６２ｂを外部に取り出すことができる。
【００１７】
図１には圧電素子１４ａ〜１４ｄを共振現象を利用して駆動するための配線が示されている。２個の圧電素子１４ａ・１４ｄを１組とし、２個の圧電素子１４ｂ・１４ｃを１組として、２台の電源２５ａ・２５ｂから、位相の９０度ずれた共振周波数およびその近傍の所定の周波数の交流電圧を各組毎に圧電素子１４ａ〜１４ｄに供給する。ここで、「共振周波数およびその近傍」とは超音波モータ１０が実質的に共振駆動する周波数を指し、より具体的には、共振周波数±１０％の範囲の周波数をいう。
【００１８】
例えば、電源２５ａから出力されるＶ＝Ｖ０ｓｉｎ（２πｆｔ）（Ｖ０；ゼロ−ピーク電圧、ｆ；周波数、ｔ；時間）の交流電圧を圧電素子１４ｂ・１４ｃに印加し、電源２５ｂからは電源２５ａから出される交流電圧とは位相が９０度ずれたＶ＝Ｖ０ｃｏｓ（２πｆｔ）の交流電圧を出力させ、これを圧電素子１４ａ・１４ｄに印加する。これにより、弾性体１３には長手方向（Ｘ方向）の１次の伸縮共振と４次の曲げ共振が同時に発生する。なお、電源２５ｂからはＶ＝−Ｖ０ｃｏｓ（２πｆｔ）の交流電圧を出力させてもよい。
【００１９】
これら２種類の振動が組み合わされた、所謂、異形縮退縦Ｌ１−曲げＢ４モードの振動によって、弾性体１３における脚部１５ａ・１５ｂの取り付け部分に楕円軌跡を描く振動が発生し、これによって脚部１５ａ・１５ｂの先端部が楕円運動する。一方、弾性体１３の長手方向中央部（圧電素子１４ａと圧電素子１４ｂの間）は振動の節となるために、この部分を押圧機構（図示せず）によって保持することができる。この押圧機構によってＬ１Ｂ４型モータ１０は被駆動体１２に押し付けられ、脚部１５ａ・１５ｂと被駆動体１２との間に適切な摩擦力が確保される。脚部１５ａ・１５ｂの先端の楕円運動によって被駆動体１２にＸ方向の駆動力が働くために、被駆動体１２はＸ方向に延在するガイド（図示せず）に沿って直線的に移動する。
【００２０】
なお、Ｌ１Ｂ４型モータ１０では、弾性体１３に異形縮退縦Ｌ１−曲げＢ４モードの共振振動を発生させながら、同時に脚部１５ａ・１５ｂに曲げモードの共振振動が発生するように、Ｌ１Ｂ４型モータ１０の駆動周波数を調整することが好ましい。逆に言えば、Ｌ１Ｂ４型モータ１０を所定の駆動周波数で駆動した際に、弾性体１３に異形縮退縦Ｌ１−曲げＢ４モードの共振振動が発生し、かつ、脚部１５ａ・１５ｂに曲げモードの共振振動が発生するように、弾性体１３と脚部１５ａ・１５ｂの形状を調整することが好ましい。これにより共振駆動時の被駆動体１２の高速移動が可能となる。
【００２１】
脚部１５ａ・１５ｂは弾性体１３の変位部に設けられるために、図１に示すように、脚部１５ａ・１５ｂは弾性体１３と一体的に構成されていることが好ましい。これにより脚部１５ａ・１５ｂの脱離等を防止することができるため、信頼性が高められる。また、脚部１５ａ・１５ｂを溶接等によって弾性体１３と一体化できる場合には、弾性体１３と脚部１５ａ・１５ｂとが最初から一体的に構成されていた場合と同等の信頼性を得ることができる。
【００２２】
このようにＬ１Ｂ４型モータ１０を共振駆動させた場合の被駆動体１２の位置決め精度は、圧電素子１４ａ〜１４ｄに印加する電圧を切っても脚部１５ａ・１５ｂが慣性によって被駆動体１２に楕円運動の力を加え続けるために、数十〜数百ナノメートルオーダーが限界である。そこで被駆動体１２をより高精度に位置決めするために、Ｌ１Ｂ４型モータ１０を直流電圧により駆動する。
【００２３】
図２はＬ１Ｂ４型モータ１０を直流駆動する形態の一例を示す説明図である。図２に示すように、圧電素子１４ｂ・１４ｄに順電圧（圧電体６１の分極の向きＰと同じ向きの電圧）を印加して圧電素子１４ｂ・１４ｄをＸ方向に伸ばすと同時に、圧電素子１４ａ・１４ｃに逆電圧（圧電体６１の分極の向きとは逆向きの電圧）を印加して圧電素子１４ａ・１４ｃをＸ方向で縮ませる。弾性体１３は、弾性体１３の中央部（圧電素子１４ａと圧電素子１４ｂとの間）で保持されているために、脚部１５ａ・１５ｂの先端はともに＋Ｘの向きに変位する。つまり、脚部１５ａ・１５ｂは同時に被駆動体１２と接した状態で被駆動体１２を微小に＋Ｘの向きに移動させることができる。なお、圧電素子１４ａ・１４ｃに順電圧を印加し、圧電素子１４ｂ・１４ｄに逆電圧を印加すれば、被駆動体１２の移動する向きを逆（つまり、−Ｘの向き）にすることができる。
【００２４】
このようにＬ１Ｂ４型モータ１０を直流電圧で駆動すると、脚部１５ａ・１５ｂは慣性によって被駆動体１２を移動させることがないために、被駆動体１２の位置決め精度を数ナノメートルオーダーまで高めることができる。被駆動体１２が位置決めされたら、圧電素子１４ａ〜１４ｄに直流電圧を継続して掛け続けて、被駆動体１２の位置を保持する。後述するように、圧電素子１４ａ〜１４ｄへの直流駆動電圧の印加には、被駆動体１２の位置を検出しながら、適宜、印加電圧を変化させるフィードバック制御が用いられる。
【００２５】
次に、Ｌ１Ｂ４型モータ１０を共振駆動と直流電圧駆動（以下単に「直流駆動」という）とを組み合わせて駆動する方法について説明する。図３はＬ１Ｂ４型モータ１０の駆動装置５０を示す説明図である。駆動装置５０は、被駆動体１２の位置を検出する位置センサ２１と、Ｌ１Ｂ４型モータ１０を共振駆動する共振駆動装置２２と、Ｌ１Ｂ４型モータ１０を直流駆動する直流駆動装置２３と、位置センサ２１の検出信号にしたがって共振駆動装置２２または直流駆動装置２３に駆動指令信号を送る駆動制御装置（ＣＰＵ）２４と、を具備している。共振駆動装置２２と直流駆動装置２３は増幅器３３ａ・３３ｂを共有しており、さらに共振駆動装置２２は第１フィードバック制御装置３１と位相制御装置３２とを有し、直流駆動装置２３は第２フィードバック制御装置４１と信号反転器４２とを有している。
【００２６】
位置センサ２１としては、レーザを利用した非接触光学式センサが好適に用いられる。例えば、被駆動体１２には被駆動体１２の位置を示すためのマーキング（図示せず）が施されており、位置センサ２１は反射光パターンから被駆動体１２の位置を検出する。
【００２７】
第１フィードバック制御装置３１は、駆動制御装置（ＣＰＵ）２４からＬ１Ｂ４型モータ１０を共振駆動させる指令信号を受信すると、Ｌ１Ｂ４型モータ１０を共振駆動させるための共振駆動信号を発生させ、それを増幅器３３ａ・３３ｂに送る。また第１フィードバック制御装置３１は、位置センサ２１の検出信号を受信して、被駆動体１２の移動速度を調節する。このため第１フィードバック制御装置３１は、共振駆動信号の波形を適宜変形させる（例えば、電圧値を変化させる）ことができるようになっている。
【００２８】
第１フィードバック制御装置３１から増幅器３３ａ・３３ｂへは同一波形の共振駆動信号が出力される。このため一方の増幅器、つまり増幅器３３ａに送られる共振駆動信号は増幅器３３ａに入力される前に位相制御装置３２によって位相を９０度ずらされる。例えば、第１フィードバック制御装置３１から出力される共振駆動信号がＶ＝Ｖ０ｓｉｎ（２πｆｔ）である場合には、増幅器３３ｂにはこのＶ＝Ｖ０ｓｉｎ（２πｆｔ）の共振駆動信号が入力されるが、増幅器３３ａには位相制御装置３２によって位相制御されたＶ＝Ｖ０ｃｏｓ（２πｆｔ）またはＶ＝−Ｖ０ｃｏｓ（２πｆｔ）の共振駆動信号が入力される。なお、第１フィードバック制御装置３１からＶ＝Ｖ０ｃｏｓ（２πｆｔ）を出力させ、位相制御装置３２においてこの駆動信号をＶ＝Ｖ０ｓｉｎ（２πｆｔ）またはＶ＝−Ｖ０ｓｉｎ（２πｆｔ）に変換させてもよい。
【００２９】
第２フィードバック制御装置４１は、駆動制御装置（ＣＰＵ）２４からＬ１Ｂ４型モータ１０を直流駆動させる指令信号を受け取ると、Ｌ１Ｂ４型モータ１０を直流駆動させるための直流電圧信号を発生させ、それを増幅器３３ａ・３３ｂに送る。また第２フィードバック制御装置４１は、位置センサ２１からの信号を受信して、直流電圧信号の電圧値を決定して増幅器３３ａ・３３ｂに送ることができるようになっている。
【００３０】
第２フィードバック制御装置４１から増幅器３３ａ・３３ｂへは同じ直流電圧信号が出力される。このため増幅器３３ａに送られる直流電圧信号は増幅器３３ａに入力される前に信号反転器４２によって正負を逆転される。これにより、例えば、圧電素子１４ａ・１４ｃに順電圧を印加した際に、圧電素子１４ｂ・１４ｄに逆電圧を印加することができる。
【００３１】
図４は駆動装置５０を用いて、被駆動体１２のＫ点が位置Ｓ１にある状態から目的位置Ｓ２へ位置する状態となるように、被駆動体１２を移動させる場合の制御範囲を示す説明図であり、図４（ａ）はその全体図を、図４（ｂ）は図４（ａ）中の点線枠を中心とした拡大図である。また、図５は、Ｋ点を位置Ｓ１から目的位置Ｓ２へ移動させる場合のＬ１Ｂ４型モータ１０の駆動手順を示す概略のフローチャートである。
【００３２】
初期状態では、位置センサ２１はＫ点が位置Ｓ１にあることを示す検出信号を駆動制御装置（ＣＰＵ）２４に送っている。なお、被駆動体１２は、被駆動体１２が移動した際にＫ点が目的位置Ｓ２等にあることを位置センサ２１が検出できるように、マーキングされている。この状態から、例えばオペレータによって、Ｋ点を目的位置Ｓ２へ移動させることを指示する信号が駆動制御装置（ＣＰＵ）２４に入力される。駆動制御装置（ＣＰＵ）２４は、位置センサ２１から受信した位置検出信号から、共振駆動装置２２または直流駆動装置２３のどちらを駆動させるかを判断する。
【００３３】
Ｌ１Ｂ４型モータ１０の直流駆動による被駆動体１２の移動可能距離をＬとすると、直流駆動装置２３による位置決めが可能な範囲は、図４（ｂ）に示されるように、目的位置Ｓ２から距離Ｌだけ離れた位置Ｓ５と位置Ｓ６の間となる。ここで、位置Ｓ１はこの位置Ｓ５〜位置Ｓ６の間から外れているものとする。そのため、駆動制御装置（ＣＰＵ）２４は共振駆動装置２２に動作指令信号を送り、共振駆動装置２２が被駆動体１２の駆動を開始する。
【００３４】
Ｌ１Ｂ４型モータ１０は、共振駆動によってＫ点が位置Ｓ５〜位置Ｓ６の間、好ましくは位置Ｓ３〜位置Ｓ４の間、に入るように被駆動体１２を移動させるだけの駆動精度を有しているが、常にＫ点が目的位置Ｓ２に位置するように被駆動体１２を駆動する駆動精度は有していない。そこでＫ点が位置Ｓ５〜位置Ｓ６の間（好ましくは位置Ｓ３〜位置Ｓ４の間）に入るように、被駆動体１２を移動させる。
【００３５】
具体的には、共振駆動装置２２が具備する第１フィードバック制御装置３１は、共振駆動信号（例えば、Ｖ＝Ｖ０ｓｉｎ（２πｆｔ））を発生させて増幅器３３ａ・３３ｂに送る。前述したように、増幅器３３ａには位相制御装置３２によって位相が９０度ずれた共振駆動信号（Ｖ＝Ｖ０ｃｏｓ（２πｆｔ））が入力される。増幅器３３ａ・３３ｂは入力された共振駆動信号の電圧増幅を行い、この電圧増幅された信号が圧電素子１４ａ〜１４ｄに入力される。これによりＬ１Ｂ４型モータ１０が共振駆動され、被駆動体１２が移動を開始する。
【００３６】
被駆動体１２を目的位置Ｓ２から所定距離離れた位置Ｓ７まで高速で移動させるために、第１フィードバック制御装置３１から出力される共振駆動信号の電圧値と周波数が定められる。なお、増幅器３３ａ・３３ｂにおける共振駆動信号の増幅率は一定とする。
【００３７】
被駆動体１２の位置は位置センサ２１によって検出され、その検出信号は駆動制御装置（ＣＰＵ）２４と第１フィードバック制御装置３１に送られる。駆動制御装置（ＣＰＵ）２４は、Ｋ点が位置Ｓ５と位置Ｓ６の間（より好ましくは位置Ｓ３と位置Ｓ４の間）に入ったという検出信号を位置センサ２１から受信するまで共振駆動装置２２に動作指令信号を送る。これに対し、第１フィードバック制御装置３１は、Ｋ点が位置Ｓ７を超えて目的位置Ｓ２側に入ったという検出信号を位置センサ２１から受信した場合には、被駆動体１２の移動速度を減速させて、Ｋ点が位置Ｓ５と位置Ｓ６の間（より好ましくは位置Ｓ３と位置Ｓ４の間）に入りやすくする。
【００３８】
なお、Ｋ点を位置Ｓ３と位置Ｓ４の間に入れることが好ましい理由としては、後にＫ点を目的位置Ｓ２で保持する際には圧電素子１４ａ〜１４ｄに常に電圧を印加しなければならず、このときに圧電素子１４ａ〜１４ｄに印加する直流電圧値を小さくすることによって、圧電素子１４ａ〜１４のうち逆電圧が印加されたものの分極の消滅を防止することが挙げられる。
【００３９】
被駆動体１２の移動速度を下げる方法としては、共振駆動信号の電圧値を下げ、または、周波数を共振周波数およびその近傍において変える方法が挙げられる。第１フィードバック制御装置３１は、被駆動体１２の移動速度を減速させた後に、位置センサ２１からＫ点が位置Ｓ５と位置Ｓ６の間（より好ましくは位置Ｓ３と位置Ｓ４の間）に入ったという検出信号を受信するまで、共振駆動信号を増幅器３３ａ・３３ｂに出力する。
【００４０】
Ｋ点が位置Ｓ５と位置Ｓ６の間（より好ましくは位置Ｓ３と位置Ｓ４の間）に入ったら、駆動制御装置（ＣＰＵ）２４は、第１フィードバック制御装置３１の動作を停止させ、次に第２フィードバック制御装置４１の動作開始を指令する。直流駆動装置２３による被駆動体１２の駆動では、第２フィードバック制御装置４１が、位置センサ２１から検出信号を受けながら、直流電圧信号を増幅器３３ａ・３３ｂに送る。前述したように、増幅器３３ａに向けて送られる直流電圧信号は、増幅器３３ａに入力される前に信号反転器４２によって正負の反転処理が行われる。増幅器３３ａ・３３ｂでは直流電圧信号が一定の電圧値まで増幅され、圧電素子１４ａ〜１４ｄに印加される。これにより、脚部１５ａ・１５ｂをそれぞれ微小に動かして、位置センサ２１の検出精度限界まで、Ｋ点を目的位置Ｓ２に位置決めする。なお、「Ｋ点が目的位置Ｓ２にある」とは、位置センサ２１による被駆動体１２の位置検出の結果、Ｋ点が目的位置Ｓ２にあると判断される状態をいう。例えば、その精度は、レーザ測長を使用した場合に±０．７ｎｍである。
【００４１】
被駆動体１２の位置決めが終了しても、圧電素子１４ａ〜１４ｄには、Ｋ点が常に目的位置Ｓ２にあるように、第２フィードバック制御装置４１は位置センサ２１からの検出信号を受信しながら、出力する直流電圧信号の電圧値を変化させて、圧電素子１４ａ〜１４ｄに印加される電圧を適宜変化させる。被駆動体１２が目的位置Ｓ２にある状態で、例えば被駆動体１２に取り付けられた図示しない被加工体に所定の加工が施されたら、Ｋ点をさらに別の位置に、上述したようにＫ点を位置Ｓ１から目的位置Ｓ２へ移動させた方法と同じ方法で、移動させる。
【００４２】
以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明はこのような形態に限定されるものではない。本発明の超音波モータの駆動方法は、Ｌ１Ｂ４型モータに限定されるものではなく、直流と交流の双方で駆動できる全ての超音波モータに適用することができる。具体的には、例えば、従来技術として取り上げた超音波モータ１００に本発明を適用することはできるが、超音波モータ圧電セラミックリングにその周方向で複数に分割された電極が形成された進行波型の超音波モータには本発明は適用できない。
【００４３】
また、上記説明においては、被駆動体１２を直線移動させた形態について説明したが、回転自在なロータの外周端面に脚部１５ａ・１５ｂをあてて、Ｌ１Ｂ４型モータ１０を駆動すれば、ロータの回転角度を高精度に制御することができる超音波モータが実現される。
【００４４】
【発明の効果】
上述の通り、本発明によれば、圧電素子を共振駆動して接触部に楕円運動を生じさせることにより短時間で被駆動体を目的位置の近傍まで移動させることができ、その後に、接触部に慣性を生じさせることなく、被駆動体に力を加えて被駆動体を微小に動かすことができるので、被駆動体を従来よりも高速かつ高精度に位置決めすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の駆動方法が適用されるＬ１Ｂ４型モータの概略構成を示す平面図（上側）および断面図（下側）。
【図２】Ｌ１Ｂ４型モータを直流駆動する形態の一例を示す説明図。
【図３】Ｌ１Ｂ４型モータ１０の駆動装置５０を示す説明図。
【図４】被駆動体を所定位置に移動させる場合の制御範囲を示す説明図。
【図５】被駆動体を所定位置に移動させる場合の駆動手順を示すフローチャート。
【図６】従来の超音波モータの一例を示す説明図。
【符号の説明】
１０；Ｌ１Ｂ４型モータ
１１；振動子
１２；被駆動体
１３；弾性体
１４ａ〜１４ｄ；圧電素子
１５ａ・１５ｂ；脚部
２１；位置センサ
２２；共振駆動装置
２３；直流駆動装置
２４；駆動制御装置
２５ａ・２５ｂ；電源
３１；第１フィードバック制御装置
３２；位相制御装置
３３ａ・３３ｂ；増幅器
４１；第２フィードバック制御装置
４２；信号反転器
１００；超音波モータ
１０１ａ・１０１ｂ；圧電素子
１０２；チップ部材
１０３；ロータ
【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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