(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１電極と第２電極の間に信号を印加することで振動する第１の圧電振動子と、第３電極と第４電極の間に信号を印加することで振動する第２の圧電振動子と、を積層した圧電素子を備え、
前記第一の圧電振動子の前記第１電極と前記第２電極夫々と前記第２の圧電振動子の前記第３電極と前記第４電極夫々は前記圧電素子の側面に全て独立して引き出され、
前記第１の圧電振動子の面内方向に生じる振動波と、前記第２の圧電振動子の面内方向に生じる振動波と、を合成した前記圧電素子の振動により駆動力を得る超音波モータに用いられ、
前記第１電極に信号を供給する第１の端子と、前記第２電極から信号が供給される第２の端子と、
指令信号に従って前記第３電極に供給する前記第１の端子の信号の位相を反転するか否かを切り替えるとともに前記第３電極に供給する前記第１の端子の信号の位相を反転した場合には前記第４電極からの出力信号の位相を反転して前記前記第２の端子に信号を供給するとともに前記第３電極に供給する前記第１の端子の信号の位相を反転しない場合には前記第４電極からの出力信号の位相を反転せずに前記第２の端子に信号を供給するスイッチング回路と、を有することを特徴とする超音波モータ用駆動回路。
【請求項２】
第１電極と第２電極の間に信号を印加することで振動する第１の圧電振動子と、第３電極と第４電極の間に信号を印加することで振動する第２の圧電振動子と、を積層した圧電素子を備え、
前記第１の圧電振動子の前記第１電極と前記第２電極夫々と前記第２の圧電振動子の前記第３電極と前記第４電極夫々は前記圧電素子の側面に全て独立して引き出され、
前記第１の圧電振動子の面内方向に生じる振動波と、前記第２の圧電振動子の面内方向に生じる振動波と、を合成した前記圧電素子の振動により駆動力を得る超音波モータに用いられ、
前記第１電極に信号を供給する第１の端子と、前記第２電極から信号が供給される第２の端子と、
指令信号に従って前記第１の端子の信号を前記第３電極に供給するか前記第４電極に供給するかを切り替えるとともに前記第１の端子の信号を前記第３電極に供給した場合には前記第４電極からの出力信号を前記前記第２の端子に供給するとともに前記第１の端子の信号を前記第４電極に供給した場合には前記第３電極からの出力信号を前記第２の端子に供給するスイッチング回路と、を有することを特徴とする超音波モータ用駆動回路。
【請求項３】
第１電極と第２電極の間に信号を印加することで振動する第１の圧電振動子と、第３電極と第４電極の間に信号を印加することで振動する第２の圧電振動子と、を積層した圧電素子を備え、
前記第１の圧電振動子により生じる振動波と、前記第２の圧電振動子により生じる振動波と、を合成した前記圧電素子の振動により駆動力を得る超音波モータと、
増幅回路と、前記増幅回路の出力信号を前記第１電極に出力して前記第２電極の出力信号を前記増幅回路に出力するとともに指令信号に従って前記第３電極に出力する前記増幅回路の出力信号の位相を反転するか否かを切り替えるとともに前記第３電極に出力する前記増幅回路の出力信号の位相を反転した場合には前記第４電極からの出力信号の位相を反転して前記増幅回路に出力するとともに前記第３電極に出力する前記増幅回路の出力信号の位相を反転しない場合には前記第４電極からの出力信号の位相を反転せずに前記増幅回路に出力するスイッチング回路と、で自励発振回路を構成したことを特徴とする超音波モータ用駆動回路。
【請求項４】
第１電極と第２電極の間に信号を印加することで振動する第１の圧電振動子と、第３電極と第４電極の間に信号を印加することで振動する第２の圧電振動子と、を積層した圧電素子を備え、
前記第１の圧電振動子により生じる振動波と、前記第２の圧電振動子により生じる振動波と、を合成した前記圧電素子の振動により駆動力を得る超音波モータと、
増幅回路と、前記増幅回路の出力信号を前記第１電極に出力して前記第２電極の出力信号を前記増幅回路に出力するとともに指令信号に従って前記増幅回路の出力信号を前記第３電極に出力するか前記第４電極に入力するかを切り替えるとともに前記増幅回路の出力信号を前記第３電極に出力した場合には前記第４電極からの出力信号を前記増幅回路に出力するとともに前記増幅回路の出力信号を前記第４電極に出力した場合には前記第３電極からの出力信号を前記増幅回路に出力するスイッチング回路と、で自励発振回路を構成したことを特徴とする超音波モータ用駆動回路。
【請求項５】
第１電極と第２電極の間に信号を印加することで振動する第１の圧電振動子と、第３電極と第４電極の間に信号を印加することで振動する第２の圧電振動子と、を積層するとともに検出用電極を有する圧電素子を備え、
前記第１の圧電振動子により生じる振動波と、前記第２の圧電振動子により生じる振動波と、を合成した前記圧電素子の振動により駆動力を得る超音波モータと、
前記検出用電極からの出力信号を増幅して前記第１電極に出力する増幅回路と、前記第２電極を接地する接地手段と、指令信号に従い前記増幅回路の出力信号を前記第３電極に出力するか前記第４電極に出力するかを切り替えるとともに前記増幅回路の出力信号を前記第３電極に出力した場合には前記第４電極を接地させるとともに前記増幅回路の出力信号を前記第４電極に出力した場合には前記第３電極を接地させるスイッチング回路で自励発振回路を構成したことを特徴とする超音波モータ用駆動回路。
【請求項６】
請求項１〜５の何れか一つに記載の超音波モータ駆動回路により駆動する超音波モータを有することを特徴とする超音波モータ付電子機器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、超音波モータを駆動する駆動回路、この駆動回路を用いた超音波モータおよびこの超音波モータを用いた超音波モータ付電子機器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近時、マイクロメカニクスの分野において、交流電圧などの駆動信号を加えられた圧電振動子に発生する、伸縮振動と屈曲振動の合成振動としての楕円運動を動力として利用する超音波モータが注目されている。
この超音波モータの主たる開発方向は、さらなる小型化にある。これを実現するには単位体積あたりの出力を上げる必要がある。
【０００３】
これを踏まえ、本発明者は、特願平１０−２２４７９６に詳細を開示したように、従来よりも単位体積あたりの出力を向上させた超音波モータ用の圧電素子１００を発明した。
【０００４】
すなわち、圧電素子１００は、図７に概略を示すように、伸縮振動源としての４枚の圧電振動子１０２，１０２，１０２，１０２を、支持部材１０３を介して、屈曲振動源としての４枚の圧電振動子１０１の上に一体的に積層させた構造をとる。この圧電素子１００は、圧電振動子１０１に発生する屈曲振動と、圧電振動子１０２に発生する伸縮振動と、を合成させることによって該圧電素子１００の端面に発生する楕円振動を、動力源としている。
【０００５】
圧電振動子１０１は、図８（Ｂ）の上面図および同図（Ｃ）の背面図に示すように、縦方向に２分割するとともに横方向にも２分割することで生成する４つの分極領域１０１ａ，分極領域１０１ｂ，分極領域１０１ｃ，分極領域１０１ｄを、積層方向に、互い違いに逆に分極した構造とする。
圧電振動子１０２は、図８（Ｄ）の上面図および同図（Ｅ）の背面図に示すように、ほぼ全面をひとつの分極領域として、積層方向に、例えば上面１０２ａが＋となるように分極する。
【０００６】
また、圧電素子１００は、電極１０６ａ，電極１０６ｂ，電極１０６ｃ，電極１０６ｄ，電極１０６ｅ，電極１０６ｆ，電極１０６ｇを有する。ここで、電極１０６ａ，１０６ｂ，１０６ｅ，１０６ｇは、図８（Ａ）の一の側面図に示すように圧電素子１００の側面１００ａに引き出されており、電極１０６ｃ，１０６ｄ，１０６ｆは、図８（Ｆ）の他の側面図に示すように側面１００ａと対向する面である側面１００ｂに引き出されている。
このうち、電極１０６ａ〜１０６ｅは圧電振動子１０１に信号を入力するための電極である。電極１０６ａ〜１０６ｄは、図８（Ｂ）に示すように、それぞれ分極領域１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃ，１０１ｄの表面に電圧を加える。また、電極１０６ｅは、図８（Ｃ）に示すように、分極領域１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃ，１０１ｄの裏面すべてに同一の電圧を加える。
さらに、電極１０６ｆ，１０６ｇは圧電振動子１０２に信号を入力するための電極であり、図８（Ｄ）および同図（Ｅ）に示すように、それぞれ圧電振動子１０２の上面１０２ａ及び下面１０２ｂに電圧を加える。
【０００７】
すなわち、圧電振動子１０１は、すべての分極領域１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃ，１０１ｄに駆動信号源１１０（図示省略）から駆動信号を入力して屈曲振動させる。
これに対し、従来の超音波モータは、逆方向への駆動を可能とするために、圧電振動子を半面しか動力源として利用していなかった。
従って、圧電素子１００の出力は、従来の超音波モータと比べて大きくなる。
また、圧電素子１００は一つの入力信号によって駆動するので、自励発信回路は簡単になり、従って、自励発信制御を容易に行えるという利点もある。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
圧電素子１００は、屈曲振動源である圧電振動子１０１の全面を同一のタイミングで駆動させていたため、駆動方向を反転させるためには、特願平１０−２２４７９６に記載したように、圧電振動子１０１もしくは圧電振動子１０２に入力する駆動信号のどちらかを反転させる必要があった。
しかしながら、圧電素子１００の圧電振動子１０１もしくは圧電振動子１０２に入力する駆動信号のどちらかを、容易に反転させることができる実用的な駆動回路はなかった。
特に、圧電素子１００は自励発振回路を構成しやすいという特徴を有する反面、入力する駆動信号のどちらかを反転させながら発振条件を満足する様な自励発振回路はこれまで存在し得なかった。従来の自励発振回路で超音波モータの正・逆方向を切り替えるには特願平１０−２２４７９６に記載されている様に、コルピッツ型の発振回路を構成するとともに駆動信号を印加する電極を選択する為のスイッチング回路を設けていた。
従って、圧電素子１００の実用化は妨げられており、これに伴い、時計、カメラ、プリンタ、記憶装置などに代表される超音波モータ付電子機器の小型化も妨げられていた。
【０００９】
そこで、本発明は、圧電素子１００の圧電振動子１０１もしくは圧電振動子１０２に入力する駆動信号のどちらかを容易に反転させることができるとともに、自励発振可能な実用的な超音波モータ用駆動回路と、これを用いた超音波モータと、この超音波モータを用いた超音波モータ付電子機器を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
すなわち、上記課題を解決する手段は、請求項１に記載するように、第１電極と第２電極の間に信号を印加することで振動する第１の圧電振動子と、第３電極と第４電極の間に信号を印加することで振動する第２の圧電振動子と、を積層した圧電素子を備え、 前記第一の圧電振動子の前記第１電極と前記第２電極夫々と前記第２の圧電振動子の前記第３電極と前記第４電極夫々は前記圧電素子の側面に全て独立して引き出され、前記第１の圧電振動子の面内方向に生じる振動波と、前記第２の圧電振動子の面内方向に生じる振動波と、を合成した前記圧電素子の振動により駆動力を得る超音波モータに用いられ、前記第１電極に信号を供給する第１の端子と、前記第２電極から信号が供給される第２の端子と、指令信号に従って前記第３電極に供給する前記第１の端子の信号の位相を反転するか否かを切り替えるとともに前記第３電極に供給する前記第１の端子の信号の位相を反転した場合には前記第４電極からの出力信号の位相を反転して前記前記第２の端子に信号を供給するとともに前記第３電極に供給する前記第１の端子の信号の位相を反転しない場合には前記第４電極からの出力信号の位相を反転せずに前記第２の端子に信号を供給するスイッチング回路と、を有することを特徴とする。
また請求項２に記載する様に、第１電極と第２電極の間に信号を印加することで振動する第１の圧電振動子と、第３電極と第４電極の間に信号を印加することで振動する第２の圧電振動子と、を積層した圧電素子を備え、前記第１の圧電振動子の前記第１電極と前記第２電極夫々と前記第２の圧電振動子の前記第３電極と前記第４電極夫々は前記圧電素子の側面に全て独立して引き出され、前記第１の圧電振動子の面内方向に生じる振動波と、前記第２の圧電振動子の面内方向に生じる振動波と、を合成した前記圧電素子の振動により駆動力を得る超音波モータに用いられ、前記第１電極に信号を供給する第１の端子と、前記第２電極から信号が供給される第２の端子と、指令信号に従って前記第１の端子の信号を前記第３電極に供給するか前記第４電極に供給するかを切り替えるとともに前記第１の端子の信号を前記第３電極に供給した場合には前記第４電極からの出力信号を前記前記第２の端子に供給するとともに前記第１の端子の信号を前記第４電極に供給した場合には前記第３電極からの出力信号を前記第２の端子に供給するスイッチング回路と、を有することを特徴とする。
【００１１】
この請求項１に記載の発明によれば、駆動信号源に対する、前記第１の圧電振動子（例えば圧電振動子１０１）と第２の圧電振動子（例えば圧電振動子１０２）のいずれか一方の圧電振動子の接続方向は、外部から入力される指示信号に従って逆転するため、前記一方の圧電振動子に入力される駆動信号の位相は前記指示信号に従って逆転する。
すなわち、前記超音波モータの駆動方向は外部から入力される指示信号を変更することにより容易に逆転できる。
従って、簡単且つ実用的な、前記超音波モータの駆動方向を制御するための超音波モータ用駆動回路を作製できる。
【００１２】
また、この請求項１又は２に記載の超音波モータ用駆動回路は、請求項３〜５に記載の発明のように、増幅回路と前記第1の圧電振動子と前記第2の圧電振動子とスイッチング回路により自励発振回路を構成することも可能である。
この場合は、簡易な駆動回路で容易に駆動できる超音波モータ用駆動装置を作製できる。
【００１３】
なお、この請求項３に記載の超音波モータ用駆動回路は、より具体的には、第１電極と第２電極の間に信号を印加することで振動する第１の圧電振動子と、第３電極と第４電極の間に信号を印加することで振動する第２の圧電振動子と、を積層した圧電素子を備え、前記第１の圧電振動子により生じる振動波と、前記第２の圧電振動子により生じる振動波と、を合成した前記圧電素子の振動により駆動力を得る超音波モータと、増幅回路と、前記増幅回路の出力信号を前記第１電極に出力して前記第２電極の出力信号を前記増幅回路に出力するとともに指令信号に従って前記第３電極に出力する前記増幅回路の出力信号の位相を反転するか否かを切り替えるとともに前記第３電極に出力する前記増幅回路の出力信号の位相を反転した場合には前記第４電極からの出力信号の位相を反転して前記増幅回路に出力するとともに前記第３電極に出力する前記増幅回路の出力信号の位相を反転しない場合には前記第４電極からの出力信号の位相を反転せずに前記増幅回路に出力するスイッチング回路と、で自励発振回路を構成したことを特徴とする。
あるいは請求項４に記載するように、第１電極と第２電極の間に信号を印加することで振動する第１の圧電振動子と、第３電極と第４電極の間に信号を印加することで振動する第２の圧電振動子と、を積層した圧電素子を備え、前記第１の圧電振動子により生じる振動波と、前記第２の圧電振動子により生じる振動波と、を合成した前記圧電素子の振動により駆動力を得る超音波モータと、増幅回路と、前記増幅回路の出力信号を前記第１電極に出力して前記第２電極の出力信号を前記増幅回路に出力するとともに指令信号に従って前記増幅回路の出力信号を前記第３電極に出力するか前記第４電極に入力するかを切り替えるとともに前記増幅回路の出力信号を前記第３電極に出力した場合には前記第４電極からの出力信号を前記増幅回路に出力するとともに前記増幅回路の出力信号を前記第４電極に出力した場合には前記第３電極からの出力信号を前記増幅回路に出力するスイッチング回路と、で自励発振回路を構成したことを特徴とする。
あるいは請求項５に記載するように、第１電極と第２電極の間に信号を印加することで振動する第１の圧電振動子と、第３電極と第４電極の間に信号を印加することで振動する第２の圧電振動子と、を積層するとともに検出用電極を有する圧電素子を備え、
前記第１の圧電振動子により生じる振動波と、前記第２の圧電振動子により生じる振動波と、を合成した前記圧電素子の振動により駆動力を得る超音波モータと、
前記検出用電極からの出力信号を増幅して前記第１電極に出力する増幅回路と、前記第２電極を接地する接地手段と、指令信号に従い前記増幅回路の出力信号を前記第３電極に出力するか前記第４電極に出力するかを切り替えるとともに前記増幅回路の出力信号を前記第３電極に出力した場合には前記第４電極を接地させるとともに前記増幅回路の出力信号を前記第４電極に出力した場合には前記第３電極を接地させるスイッチング回路で自励発振回路を構成したことを特徴とする。
【００１８】
ここで、前記超音波モータ付電子機器としては、例えば電子時計、計測器、カメラ、プリンタ、印刷機、工作機械、ロボット、移動装置、記憶装置などがある。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、図１〜図６を参照して本発明の実施例を詳細に説明する。
【００２０】
＜第１の実施例＞
図１は、本発明の第１の実施例である超音波モータ用駆動回路１の切換え回路の構成を説明する回路図である。
超音波モータ用駆動回路１は、従来例にて説明した圧電素子１００を駆動させる回路である。
【００２１】
まず、超音波モータ用駆動回路１の構成について説明する。
超音波モータ用駆動回路１は、基本的に従来例と同様にコルピッツ型の発振回路を構成するものであり図3に示す基本回路部１０と、基本回路部１０の端子１０ａと電極１０６ｆを接続するバッファ１１と、基本回路部１０の端子１０ｂと電極１０６ｇを接続するバッファ１２と、端子１０ａと電極１０６ａ，１０６ｂ，１０６ｃ，１０６ｄを接続するトライステートバッファ１３（第１のトライステートバッファ）と、同様に端子１０ａと電極１０６ａ，１０６ｂ，１０６ｃ，１０６ｄを接続するトライステートインバータ１４（第１のトライステートインバータ）と、端子１０ｂと電極１０６ｅを接続するトライステートバッファ１５（第２のトライステートバッファ）と、同様に端子１０ｂと電極１０６ｅを接続するトライステートインバータ１６（第２のトライステートインバータ）と、により概略構成されている。
基本回路部１０においてインバータ１７と帰還抵抗１８により増幅回路を構成し、制御端子１７ａへの入力信号によりインバータ１７は能動状態か非能動状態となるかが決められる。抵抗２７、コンデンサ２８，２９はフィルタ回路を構成するものであり超音波モータ用駆動回路１の移相を設定するものである。従ってこれらの定数により発振周波数が決定される。
すなわち、トライステートバッファ１３とトライステートインバータ１４は並列であり、また、トライステートバッファ１５とトライステートインバータ１６は並列である。
【００２２】
バッファ１１，１２は入力された信号を増幅して出力する周知のバッファであるので、詳細な説明は省略する。
【００２３】
また、トライステートバッファ１３，１５は周知のトライステートバッファである。すなわち、トライステートバッファ１３，１５は制御信号入力用の端子である入力端子１３ａ，１５ａを備えており、この入力端子１３ａ，１５ａにハイ（high）信号を入力されることによりバッファとして機能し、ロー（low）信号を入力されることにより高インピーダンス状態になる。
【００２４】
また、トライステートインバータ１４，１６はそれぞれ周知のトライステートインバータである。すなわち、トライステートインバータ１４，１６は制御信号入力用の端子である入力端子１４ａ，１６ａを備えており、この入力端子１４ａ，１６ａにハイ（high）信号を入力されることにより、入力された信号を反転増幅して出力するインバータとして機能し、ロー（low）信号を入力されることにより高インピーダンス状態になる。
【００２５】
次に、超音波モータ用駆動回路１の動作について説明する。
【００２６】
まず、圧電素子１００の端面を一の向きに楕円振動させる場合について説明する。
この場合は、トライステートバッファ１３，１５の入力端子１３ａ，１５ａにハイ信号を入力し、トライステートインバータ１４，１６の入力端子１４ａ，１６ａにロー信号を入力する。
すると、トライステートバッファ１３，１５はバッファとして機能し、トライステートインバータ１４，１６は高インピーダンス状態となって信号を遮断する
。
【００２７】
この結果、基本回路部１０の端子１０ａから出力された信号は、そのまま、電極１０６ａ，１０６ｂ，１０６ｃ，１０６ｄと、電極１０６ｆとに、互いに同位相の状態で入力される。
また、電極１０６ｅと、電極１０６ｇから出力された信号はそのまま、基本回路部１０の端子１０ａとに、互いに同位相の状態で出力される。
【００２８】
従って、圧電振動子１０２が伸長する際に、圧電振動子１０１はある方向Ｘ（図示省略）に屈曲するため、圧電素子１００の端面は一の向きに楕円振動する。
【００２９】
次に、圧電素子１００の端面を上述した一の向きとは逆の向きに楕円振動させる場合について説明する。
この場合は、トライステートバッファ１３，１５の入力端子１３ａ，１５ａにロー信号を入力し、トライステートインバータ１４，１６の入力端子１４ａ，１６ａにハイ信号を入力する。
すると、トライステートインバータ１４，１６はインバータとして機能し、トライステートバッファ１３，１５は高インピーダンス状態となって信号を遮断する。
【００３０】
この結果、基本回路部１０の端子１０ａから出力された信号は、電極１０６ｆにはそのまま入力されるが、電極１０６ａ，１０６ｂ，１０６ｃ，１０６ｄには反転されて入力されることになる。すなわち、電極１０６ａ〜１０６ｄには、電極１０６ｆと逆位相の信号が入力される。
しかしながら電極１０６ｅから出力された信号は反転されて基本回路部１０の端子１０ｂに出力されることになる。すなわち、電極１０６ｅに電極１０６ｇとは逆位相の信号が入力される。
【００３１】
従って、圧電振動子１０２が伸長する際に、圧電振動子１０１は方向Ｘとは逆の方向に屈曲するため、圧電素子１００の端面は他の向きに楕円振動する。
【００３２】
以上より、本発明の第１の実施例である超音波モータ用駆動回路１は、基本回路部１０の端子１０ａと電極１０６ｆとの間にバッファ１１を、基本回路部１０の端子１０ｂと電極１０６ｇとの間にバッファ１２をそれぞれ備え、また、端子１０ａと電極１０６ａ，１０６ｂ，１０６ｃ，１０６ｄとの間にトライステートバッファ１３およびトライステートインバータ１４を並列に備え、端子１０ｂと電極１０６ｅとの間にトライステートバッファ１５とトライステートインバータ１６とを備えいるので、トライステートバッファ１３，１５にハイ信号を入力するか、トライステートインバータ１４，１６にハイ信号を入力するか、を選択することにより、圧電素子１００の楕円振動の向きを簡単に逆転できる。そして、端子１０ａの信号と端子１０ｂも信号の位相差は正転逆時、逆転時共に同じであることから常に自励発振条件を満足することが出来る。
すなわち、超音波モータ用駆動回路１は、簡単且つ実用的な、圧電素子１００の駆動方向を制御するための超音波モータ用駆動回路となる。
【００３３】
従って、圧電素子１００と、これを制御する超音波モータ用駆動回路１と、例えば特願平１０−２２４７９６に開示した、圧電素子１００の楕円運動を駆動力として取り出す周知の振動体，移動体，および振動体と移動体とを加圧する加圧機構と、を備えることにより、小型で出力は大きく、かつ、実用的な超音波モータを作製できる。
【００３４】
なお、本発明は本実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で任意に変形できる。
例えば、バッファ１１と、トライステートバッファ１３およびトライステートインバータ１４とを入れ替え、さらに、バッファ１２と、トライステートバッファ１５およびトライステートインバータ１６とを入れ替えても、同様の効果を得られる。
また、基本回路部１０としては、自励発振回路の他に一般的な交流電源回路を用いることも、当然可能である。
尚、圧電素子１００は本実施例に示すものに限らず、独立に駆動可能な二組の圧電振動子を有し、二組の圧電振動子に印加する夫々の信号の位相を同相あるいは逆相とすることで移動体の移動方向を可変可能な超音波モータすべてに適用可能である。
【００３５】
＜第２の実施例＞
図２は、本発明の第２の実施例である超音波モータ用駆動回路２の切換え回路を説明する回路図である。
超音波モータ用駆動回路２は、圧電素子１００を駆動させる回路である。
【００３６】
まず、超音波モータ用駆動回路２の構成について説明する。
超音波モータ用駆動回路２は、第２の実施例同様に図３に示す基本回路部１０と、基本回路部１０の端子１０ａと電極１０６ｆを接続するバッファ２１と、基本回路部１０の端子１０ｂと電極１０６ｇを接続するバッファ２２と、端子１０ａと電極１０６ａ，１０６ｂ，１０６ｃ，１０６ｄを接続するトライステートバッファ２３（第１のトライステートバッファ）と、端子１０ａと電極１０６ｅを接続するトライステートバッファ２４（第１の反転用トライステートバッファ）と、端子１０ｂと電極１０６ｅを接続するトライステートバッファ２５（第２のトライステートバッファ）と、同様に端子１０ｂと、電極１０６ａ，１０６ｂ，１０６ｃ，１０６ｄを接続するトライステートバッファ２６（第２の反転用トライステートバッファ）と、により概略構成されている。
【００３７】
バッファ２１，２２は入力された信号を増幅して出力する周知のバッファであるので、詳細な説明は省略する。
【００３８】
トライステートバッファ２３，２４，２５，２６は周知のトライステートバッファである。すなわち、トライステートバッファ２３〜２６はそれぞれ制御信号入力用の端子である入力端子２３ａ，２４ａ，２５ａ，２６ａを備えており、これらの入力端子２３ａ〜２６ａにハイ信号を入力されることによりバッファとして機能し、ロー信号を入力されることにより高インピーダンス状態になる。
【００３９】
次に、超音波モータ用駆動回路２の動作について説明する。
【００４０】
まず、圧電素子１００の端面を一の向きに楕円振動させる場合について説明する。
この場合は、トライステートバッファ２３，２５の入力端子２３ａ，２５ａにハイ信号を入力し、トライステートバッファ２４，２６の入力端子２４ａ，２６ａにロー信号を入力する。
すると、トライステートバッファ２３，２５はバッファとして機能し、トライステートバッファ２４，２６は高インピーダンス状態となって信号を遮断する。
【００４１】
この結果、基本回路部１０の端子１０ａから出力された信号は、そのまま、電極１０６ａ，１０６ｂ，１０６ｃ，１０６ｄと、電極１０６ｆとに、互いに同位相の状態で入力される。
また、基本回路部１０の端子１０ｂから出力された信号は、そのまま、電極１０６ｅと、電極１０６ｇとに、互いに同位相の状態で入力される。
【００４２】
従って、圧電振動子１０２が伸長する際に、圧電振動子１０１はある方向Ｘ（図示省略）に屈曲するため、圧電素子１００の端面は一の向きに楕円振動する。
【００４３】
次に、圧電素子１００の端面を上述した一の向きとは逆の向きに楕円振動させる場合について説明する。
この場合は、トライステートバッファ２３，２５の入力端子２３ａ，２５ａにロー信号を入力し、トライステートバッファ２４，２６の入力端子２４ａ，２６ａにハイ信号を入力する。
すると、トライステートバッファ２４，２６はバッファとして機能し、トライステートバッファ２３，２５は高インピーダンス状態となって信号を遮断する。
【００４４】
この結果、基本回路部１０の端子１０ａから出力された信号は、電極１０６ｆにはそのまま入力されるが、電極１０６ａ，１０６ｂ，１０６ｃ，１０６ｄには反転されて入力されることになる。すなわち、電極１０６ａ〜１０６ｄには、電極１０６ｆと逆位相の信号が入力される。
また、基本回路部１０の端子１０ｂから出力された信号は、電極１０６ｇにはそのまま入力されるが、電極１０６ｅには反転されて入力されることになる。すなわち、電極１０６ｅに電極１０６ｇとは逆位相の信号が入力される。
【００４５】
従って、圧電振動子１０２が伸長する際に、圧電振動子１０１は方向Ｘとは逆の方向に屈曲するため、圧電素子１００の端面は他の向きに楕円振動する。
【００４６】
以上より、本発明の第２の実施例である超音波モータ用駆動回路２は、基本回路部１０の端子１０ａと電極１０６ｆとの間にバッファ２１を、基本回路部１０の端子１０ｂと電極１０６ｇとの間にバッファ２２をそれぞれ備え、また、端子１０ａと電極１０６ａ，１０６ｂ，１０６ｃ，１０６ｄとはトライステートバッファ２３を介して導通しており、端子１０ｂと電極１０６ａ〜１０６ｄとはトライステートバッファ２４を介して導通しており、端子１０ｂと電極１０６ｅとはトライステートバッファ２５を介して導通しており、端子１０ａと電極１０６ｅとはトライステートバッファ２６を介して導通しているので、トライステートバッファ２３，２５にハイ信号を入力するか、トライステートバッファ２４，２６にハイ信号を入力するか、を選択することにより、圧電素子１００の楕円振動の向きを簡単に逆転できる。そして端子１０ａの信号と端子１０ｂの信号の位相差は正転時、逆転時共に同じであることから常に自励発振条件を満足することが出来る。
すなわち、超音波モータ用駆動回路２は、簡単且つ実用的な、圧電素子１００の駆動方向を制御するための超音波モータ用駆動回路となる。
【００４７】
従って、圧電素子１００と、これを制御する超音波モータ用駆動回路２と、圧電素子１００の楕円運動を駆動力として取り出す周知の振動体，移動体，および振動体と移動体とを加圧する加圧機構と、を備えることにより、小型で出力は大きく、かつ、実用的な超音波モータを作製できる。
【００４８】
なお、本発明は本実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で任意に変形できる。
例えば、バッファ２１と、トライステートバッファ２３およびトライステートバッファ２４とを入れ替え、さらに、バッファ２２と、トライステートバッファ２５およびトライステートバッファ２６とを入れ替えても、同様の効果を得られる。
また、基本回路部１０としては、自励発信回路の他、一般的な交流電源回路を用いることも、当然可能である。
尚、圧電素子１００は本実施例に示すものに限らず、独立に駆動可能な二組の圧電振動子を有し、二組の圧電振動子に印加する夫々の信号の位相を同相あるいは逆相とすることで移動体の移動方向を可変可能な超音波モータすべてに適用可能である。
【００４９】
＜第３の実施例＞
図４は、本発明の第３の実施例である超音波モータ用駆動回路３を説明する回路図であり、図５は超音波モータ用駆動回路３を取り付けるために変形した圧電素子１００の電極構造を説明する概略図である。
超音波モータ用駆動回路３は、圧電素子１００を駆動させる回路である。
【００５０】
まず、超音波モータ用駆動回路３の構成について、図４を用いて説明する。
超音波モータ用駆動回路３は、駆動信号源である自励発信回路３０（図示省略）と、自励発信回路３０の出力端子３０ｄと電極１０６ｇとを接続するトライステートバッファ３１（第１のトライステートバッファ）と、出力端子３０ｄと電極１０６ａ，１０６ｂ，１０６ｃ，１０６ｄを接続するトライステートバッファ３２（第２のトライステートバッファ）と、電極１０６ａ〜１０６ｄとトライステートバッファ３２との間を接地自在にするトランジスタ３３（第１の接続手段）と、電極１０６ｇとトライステートバッファ３１との間を接地自在にするトランジスタ３４（第２の接続手段）と、電極１０６ｅを接地自在にするトランジスタ３５と、により概略構成されている。
ここで、出力端子３０ｄは電極１０６ｆに直接接続されている。
【００５１】
自励発信回路３０は、互いに平行に接続されたインバータ３０ａおよび抵抗３０ｂからなる増幅回路と、インバータ３０ａの入力側に接続されていて圧電素子１００の振動を検出するために圧電素子１００に取り付けられた電極１０６ｈと、により概略構成される。
ここで、インバータ３０ａと抵抗３０ｂからなる増幅回路は電極１０６ｈから得られる圧電素子１００の固有振動数付近の信号を増幅し、駆動電極１０６ａ、１０６ｂ、１０６ｃ、１０６ｄ、１０６ｅ、１０６ｆ、１０６ｇの何れかに戻すことで自励発振する。
【００５２】
電極１０６ｈは、図５（Ｂ）に示すように、圧電振動子１０２の上面１０２ａの側面１００ａに沿って十分振動を検出できるように、且つ、電極１０６ｆの面積が小さくなりすぎないように、細長く形成されており、一部は圧電素子１００外部と接続しやすくするために側面１００ａに引き出されている。
すなわち、電極１０６ｈは、圧電振動子１０２の伸縮に伴って発生する上面１０２ａの電位変動すなわち固有振動を検出して、インバータ３０ａおよび抵抗３０ｂに出力する電極である。
【００５３】
トライステートバッファ３１，３２は周知のトライステートバッファであるので、詳細は省略する。
【００５４】
トランジスタ３３はエミッタ接地となっており、コレクタが電極１０６ａ〜１０６ｄに接続されている。すなわち、トランジスタ３３はベースにハイ信号が入力された場合は電極１０６ａ〜１０６ｄを接地し、ベースにロー信号が入力された場合は電極１０６ａ〜１０６ｄをフロート状態にする。
トランジスタ３４，３５も同様の構成となっており、ベースにハイ信号が入力された場合はそれぞれ電極１０６ｇ，電極１０６ｅを接地し、ベースにロー信号が入力された場合はそれぞれ電極１０６ｇ，電極１０６ｅをフロート状態にする。
【００５５】
次に、超音波モータ用駆動回路３の動作について説明する。
【００５６】
まず、圧電素子１００の端面を一の向きに楕円振動させる場合について説明する。
この場合は、トライステートバッファ３１の入力端子３１ａ，トランジスタ３３，３５のベースにハイ信号を入力し、トライステートバッファ３２の入力端子３２ａ，トランジスタ３４のベースにロー信号を入力する。
【００５７】
すると、トライステートバッファ３１はバッファとして機能し、トランジスタ３４のコレクタとエミッタは絶縁されたままであるため、電極１０６ｇには自励発信回路３０から駆動信号が入力される。
また、トライステートバッファ３２は高インピーダンス状態となって信号を遮断し、トランジスタ３３のコレクタとエミッタは導通するため、電極１０６ａ〜１０６ｄは接地される。
【００５８】
また、電極１０６ｆは自励発信回路３０の出力端子３０ｄに直接つながれているため駆動信号が入力される。
また、トランジスタ３５のコレクタとエミッタは導通するため、電極１０６ｅは接地される。
【００５９】
従って、圧電振動子１０２が伸長する際に、圧電振動子１０１はある方向Ｘ（図示省略）に屈曲するため、圧電素子１００の端面は一の向きに楕円振動する。
【００６０】
次に、圧電素子１００の端面を上述した一の向きとは逆の向きに楕円振動させる場合について説明する。
この場合は、トライステートバッファ３１の入力端子３１ａ，トランジスタ３３のベースにロー信号を入力し、トライステートバッファ３２の入力端子３２ａ，トランジスタ３４，３５のベースにハイ信号を入力する。
【００６１】
すると、トライステートバッファ３１は高インピーダンス状態となって信号を遮断し、トランジスタ３４のコレクタとエミッタは導通するため、電極１０６ｇは接地される。
また、トライステートバッファ３２はバッファとして機能し、トランジスタ３３のコレクタとエミッタは絶縁されたままであるため、電極１０６ａ〜１０６ｄには自励発信回路３０から駆動信号が入力される。
【００６２】
また、電極１０６ｆは自励発信回路３０の出力端子３０ｄに直接つながれているため駆動信号が入力される。
また、トランジスタ３５のコレクタとエミッタは導通するため、電極１０６ｅは接地される。
【００６３】
すなわち、圧電振動子１０１が自励発信回路３０に接続される方向は逆転するため、圧電振動子１０１は、圧電振動子１０２が伸長する際に、方向Ｘとは逆の方向に屈曲する。
従って、圧電素子１００の端面は他の向きに楕円振動する。
【００６４】
以上より、本発明の第３の実施例である超音波モータ用駆動回路３によれば、電極１０６ａ，１０６ｂ，１０６ｃ，１０６ｄと自励発信回路３０の出力端子３０ｄとはトライステートバッファ３２を介して導通しており、電極１０６ｅはトランジスタ３５によって接地可能となっており、電極１０６ｆと出力端子３０ｄとはトライステートバッファ３１を介して導通している。
さらに、電極１０６ａ〜１０６ｄはトランジスタ３３によって接地可能となっており、電極１０６ｆはトランジスタ３４によって接地可能となっている。
従って、トライステートバッファ３１，トランジスタ３４，３５にハイ信号を入力するか、トライステートバッファ３２，トランジスタ３３にハイ信号を入力するか、を選択することにより、圧電素子１００の楕円振動の向きを簡単に逆転できる。
すなわち、超音波モータ用駆動回路３は、簡単且つ実用的な、圧電素子１００の駆動方向を制御するための超音波モータ用駆動回路となる。
【００６５】
従って、圧電素子１００と、これを制御する超音波モータ用駆動回路３と、圧電素子１００の楕円運動を駆動力として取り出す周知の振動体，移動体，および振動体と移動体とを加圧する加圧機構と、を備えることにより、小型で出力は大きく、かつ、実用的な超音波モータを作製できる。
【００６６】
なお、本発明は本実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で任意に変形できる。
例えば、トライステートバッファ３１とトランジスタ３４とを電極１０６ｆに接続し、トライステートバッファ３２とトランジスタ３３とを電極１０６ｅに接続し、電極１０６ａ〜１０６ｄを出力端子３０ｄに接続し、トランジスタ３５を電極１０６ｇに接続する構成としても、同様の効果を得られる。
また、出力端子３０ｄと電極１０６ｅを接続し、トランジスタ３５を電極１０６ｆと接続してもよい。
また、自励発信回路３０の代わりに一般的な交流電源を用いることも当然可能である。
また、トランジスタ３５は信号の切換を目的としたものではなく、電極１０６ｅに入力される信号の大きさを、接地された場合の電極１０６ｇあるいは電極１０６ａ〜１０６ｄに入力される信号の大きさと等しくするために設けられたものである。従って、このトランジスタ３５を設けずに電極１０６ｅを直接接地しても、本発明と同様の効果を得られる。
尚、圧電素子１００は本実施例に示すものに限らず、独立に駆動可能な二組の圧電振動子を有し、二組の圧電振動子に印加する夫々の信号の位相を同相あるいは逆相とすることで移動体の移動方向を可変可能な超音波モータすべてに適用可能である。
【００６７】
＜第４の実施例＞
図６は、本発明における超音波モータ制御回路を備えた超音波モータを電子機器に適用した、超音波モータ付電子機器４のブロック図である。
超音波モータ付電子機器４は、圧電素子１００と、圧電素子１００を駆動する駆動回路１１１と、圧電素子１００に接合した周知の振動体４１と、振動体４１により動かされる周知の移動体４２と、振動体４１を移動体４２に加圧する周知の加圧機構４３と、移動体４２と連動して動く伝達機構４４と、伝達機構４４の動作に基づいて運動する出力機構４５と、を備えることにより実現する。
すなわち、圧電素子１００，駆動回路１１１，振動体４１，移動体４２，加圧機構４３が超音波モータの主要部を構成する。
【００６８】
ここで、駆動回路１１１としては、出力機構４５の駆動方向を容易に変更できるように、超音波モータ駆動用回路１，２，３などを用いる。
また、伝達機構４４としては、例えば歯車、摩擦車等の伝達車を用いる。出力機構４５には、例えば、カメラにおいてはシャッタ駆動機構やレンズ駆動機構などを、電子時計においては指針駆動機構やカレンダー駆動機構を、記憶装置に用いる場合は、該記憶装置内の記憶媒体に情報を読み書きするヘッドを駆動するヘッド駆動機構を、工作機械においては刃具送り機構や加工部材送り機構などを用いる。
すなわち、超音波モータ付電子機器４としては、例えば、電子時計、計測器、カメラ、プリンタ、印刷機、工作機械、ロボット、移動装置、記憶装置などがある。
【００６９】
この超音波モータ付電子機器４によれば、従来の超音波モータと比べて出力の大きい超音波モータ１００を、駆動回路１１１によって反転自在に駆動させているので、超音波モータ１００をより実用的な形で電子機器に適用できる。
従って、超音波モータ付電子機器４は、より実用的な形で小型化を計れる。また、超音波モータの制御方法として自励発振制御を用いた場合は、超音波モータ付電子機器４の可動部の位置決め精度は向上する。
なお、移動体４２に出力軸を取り付け、出力軸からトルクを伝達するための動力伝達機構を有する構成にすれば、超音波モータ単体で駆動機構が構成される。
【００７０】
【発明の効果】
請求項１又は２に記載の発明によれば、簡単且つ実用的な、前記超音波モータの駆動方向を制御するための超音波モータ用駆動回路を作製できる。
また、この請求項１又は２に記載の発明には、請求項３から請求項５に記載の発明のように、自励発振回路を駆動信号源として備えることも可能である。
この場合は、駆動回路の小型化が可能でしかも高出力な超音波モータ用駆動装置を作製できる。
【００７３】
また、請求項６に記載の発明によれば、より小型化した超音波モータ付電子機器を作製できる。また、超音波モータの駆動方法として自励発振回路を容易に適用できるので、超音波モータの周辺回路を小型化した超音波モータ付電子機器を作製できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例である超音波モータ用駆動回路１の切換え回路の構成を説明する回路図である。
【図２】本発明の第２の実施例である超音波モータ用駆動回路２の切換え回路の構成を説明する回路図である。
【図３】本発明の超音波モータ用駆動回路１、２の基本回路部を示す回路図である。
【図４】本発明の第３の実施例である超音波モータ用駆動回路３の構成を説明する回路図である。
【図５】超音波モータ用駆動回路３を取り付けるために変形した圧電素子１００の電極構造を説明する概略図であり、図５（Ａ）は側面図、図５（Ｂ）は圧電振動子１０２の電極構造を説明する概略図である。
【図６】本発明の第４の実施例である超音波モータ付電子機器４の構成を説明するブロック図である。
【図７】圧電素子１００を説明する斜視概略図である。
【図８】圧電素子１００の電極の構成を説明する概略図であり、図８（Ａ）は圧電素子１００の一の側面図であり、図８（Ｂ）は圧電振動子１０１の上面図であり、図８（Ｃ）は圧電振動子１０１の背面図であり、図８（Ｄ）は圧電振動子１０２の上面図であり、図８（Ｅ）は圧電振動子１０２の背面図であり、図８（Ｆ）は圧電素子１００の他の側面図である。
【符号の説明】
１，２，３  超音波モータ用駆動回路
４          超音波モータ付電子機器
１１，１２    バッファ
１３          トライステートバッファ（第１のトライステートバッファ）
１４          トライステートインバータ（第１のトライステートインバータ）
１５          トライステートバッファ（第２のトライステートバッファ）
１６          トライステートインバータ（第２のトライステートインバータ）
２１，２２    バッファ
２３          トライステートバッファ（第１のトライステートバッファ）
２４          トライステートバッファ（第１の反転用トライステートバッファ）
２５          トライステートバッファ（第２のトライステートバッファ）
２６          トライステートバッファ（第２の反転用トライステートバッファ）
３０          自励発信回路
３１          トライステートバッファ（第１のトライステートバッファ）
３２          トライステートバッファ（第２のトライステートバッファ）
３３          トランジスタ（第１の接続手段）
３４          トランジスタ（第２の接続手段）
３５          トランジスタ
４１          振動体
４２          移動体
４３          加圧機構
４４          伝達機構
４５          出力機構
１００        圧電素子
１００ａ      駆動回路
１０１        圧電振動子（第１の圧電振動子）
１０２        圧電振動子（第２の圧電振動子）
【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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