JP3248545B2

JP3248545B2 - 超音波モータの駆動制御装置

Info

Publication number: JP3248545B2
Application number: JP20256293A
Authority: JP
Inventors: 隆利芦沢; 忠雄高木
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1993-07-23
Filing date: 1993-07-23
Publication date: 2002-01-21
Anticipated expiration: 2017-01-21
Also published as: JPH0739173A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、複数個の超音波モータ
を駆動制御する超音波モータの駆動制御装置に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】従来、複数の超音波モータを使用して１
つの回転軸や回転筒等の被回転体を駆動させるときに、
発生トルク（出力）に対する回転速度の関係が各超音波
モータによって個体差が生じる場合があったために、あ
る回転速度における各超音波モータからの発生トルクに
差が生ずる場合があった。

【０００３】このことについて、図５を用いて説明す
る。図５は、各超音波モータ（以下、図面中では超音波
モータをＵＳＭと示している）の出力軸の各部に生じる
ねじりモーメントを示した図である。第１超音波モータ
１０１と第２超音波モータ１０２は、軸１０３によって
連結されており、さらに、軸１０３に負荷手段１０４が
取り付けられている。

【０００４】図５に示すような場合に、回転速度に対す
る発生トルクＴ１、Ｔ２が各超音波モータ１０１、１０
２によって同一であるときには、各超音波モータ１０
１、１０２からの発生トルクは等しくなる。しかし、回
転速度に対する発生トルクＴ１、Ｔ２が各超音波モータ
１０１、１０２によって異なるときに、各超音波モータ
１０１、１０２からの発生トルクＴ１、Ｔ２が破線で示
したように異なり、負荷トルクＴL の分担割合が異なっ
てしまう（発生トルクＴ１とＴ２の和が負荷トルクＴL
である）。このために、双方の超音波モータ１０１、１
０２の能力を十分に発揮できないという問題があった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】これらに対して、各超
音波モータ１０１、１０２にそれぞれ独立した駆動回路
を設置して、それぞれの駆動信号の周波数を変えるとい
う調整（特開平１−２２７６６９の第７図参照）が考え
られるが、各超音波モータ１０１、１０２からの発生ト
ルクＴ１、Ｔ２をほぼ一定に調整することは、工数増と
なり量産性向上の妨げとなってしまう、という問題があ
った。

【０００６】また、回転速度を運転の状況に応じて変え
る場合に、調整したある回転速度での各超音波モータ１
０１、１０２からの発生トルクＴ１、Ｔ２は一定である
ものの、調整した回転速度と異なった回転速度では個体
差により回転速度に若干の相違が生じる場合もあった。

【０００７】本発明の第１の目的は、複数の超音波モー
タを駆動源として駆動させる場合に、生産時に各超音波
モータの発生トルクを調整することなく、各超音波モー
タからの発生トルクをほぼ一定に調整して駆動すること
ができる超音波モータの駆動制御装置を提供することで
ある。

【０００８】本発明の第２の目的は、そのような場合
に、駆動速度を様々に変えても、その速度に応じて、各
超音波モータからほぼ一様な駆動力を発生する駆動信号
電圧を得ることによって、ほぼ全速度域において効率的
な駆動ができる超音波モータの駆動制御装置を提供する
ことである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、本発明による超音波モータの駆動制御装置の第１の
解決手段は、同一の相対運動部材を構成部材として有す
る第１及び第２超音波モータ（１，２）を駆動する第１
及び第２超音波モータ駆動手段（１３〜１５，２３〜２
５）と、前記第１及び第２超音波モータから出力される
第１及び第２出力信号をそれぞれ検出する第１及び第２
出力検出手段（１１ａｐ，２１ａｐ）と、前記第１及び
第２出力検出手段の検出結果により、前記第１出力信号
と前記第２出力信号との差を検出する出力差検出手段
（４）と、前記出力差検出手段の検出結果により、前記
第１又は第２超音波モータ駆動手段の双方又は一方を前
記第１および第２超音波モータの駆動力が所定の関係に
なるように制御する出力差制御手段（５）とを備えたこ
とを特徴とする。

【００１０】また、第２の解決手段は、同一の相対運動
部材を構成部材として有する第１及び第２超音波モータ
（２０１，２０２）に第１及び第２駆動信号を与える第
１及び第２超音波モータ駆動手段（２１３〜２１５，２
２３〜２２５）と、前記第１及び第２駆動信号をそれぞ
れ検出する第１及び第２駆動信号検出手段（２１６，２
２６）と、前記第１及び第２駆動信号検出手段の検出結
果により、前記第１駆動信号と前記第２駆動信号との差
を検出する出力差検出手段（２０４）と、前記出力差検
出手段の検出結果により、前記第１又は第２超音波モー
タ駆動手段の双方又は一方を前記第１および第２超音波
モータの駆動力が所定の関係になるように制御する出力
差制御手段（２０５）とを備えたことを特徴とする。

【００１１】さらに、第３の解決手段は、同一の相対運
動部材を構成部材として有する第１及び第２超音波モー
タ（３０１，３０２）に第１及び第２駆動信号を与える
第１及び第２超音波モータ駆動手段（３１３〜３１５，
３２３〜３２５）と、前記第１及び第２超音波モータか
ら出力される第１及び第２出力信号をそれぞれ検出する
第１及び第２出力検出手段（３１１ａｐ，３２１ａｐ）
と、前記第１及び第２駆動信号をそれぞれ検出する第１
及び第２駆動信号検出手段と、前記第１駆動信号と前記
第１出力信号との位相差を検出する第１位相差検出手段
（３１６）と、前記第２駆動信号と前記第２出力信号と
の位相差を検出する第２位相差検出手段（３２６）と、
前記第１及び第２相差検出手段で検出された２つの位相
差の差を検出する出力差検出手段（３０４）と、前記出
力差検出手段の検出結果により、前記第１又は第２超音
波モータ駆動手段の双方又は一方を前記第１および第２
超音波モータの駆動力が所定の関係になるように制御す
る出力差制御手段（３０５）とを備えたことを特徴とす
る。

【００１２】これらの場合に、第４の解決手段では、前
記出力差制御手段は、前記第１又は第２超音波モータに
入力する駆動信号の周波数を制御することを特徴とする
ことができる。第５の解決手段では、前記出力差制御手
段は、前記第１又は第２超音波モータに入力する駆動信
号の入力電圧を制御することを特徴とすることができ
る。第６の解決手段では、前記出力差制御手段は、前記
第１又は第２超音波モータに入力する駆動信号の周波数
と入力電圧とを制御することを特徴とすることができ
る。第７の解決手段では、前記第１及び第２超音波モー
タのオフセット値を検出し、前記出力差検出手段の検出
信号を補正するオフセット補正手段を設けたことを特徴
とすることができる。第８の解決手段では、前記第１及
び第２出力検出手段が、前記第１あるいは第２超音波モ
ータに入力される電流を検出することを特徴とすること
ができる。

【００１３】

【作用】本発明によれば、出力差検出手段によって第１
及び第２超音波モータの出力差を検出し、その検出結果
に基づいて、出力差制御手段は、前記第１または前記第
２超音波モータ駆動手段を制御する。このとき、出力差
制御手段は、出力差検出手段の測定結果により、第１超
音波モータに対する第２超音波モータの出力差をなくす
ように、第２超音波モータ駆動手段を制御するので、各
超音波モータからの出力をほぼ一定に調整して駆動する
ことができる。

【００１４】

【実施例】（第１実施例）以下、図面などを参照しなが
ら、実施例をあげて、さらに詳しく説明する。図１は、
本発明による超音波モータの駆動制御装置の第１実施例
を説明する図である。第１駆動手段は、駆動信号を発す
る第１発振手段１３と、その駆動信号を２つに分ける第
１移相手段１４と、２つに分けられた駆動信号をそれぞ
れ増幅する第１増幅手段１５ａ、１５ｂとを有してい
る。第１超音波モータ１は、第１増幅手段１５ａ、１５
ｂからの増幅駆動信号の入力により励振される圧電体１
１ａ及びその圧電体１１ａに接合されその励振によって
駆動面に進行性振動波を発生する弾性体１１ｂを有する
第１固定子１１と、弾性体１１ｂの駆動面に加圧接触さ
れ、前記進行性振動波により駆動される第１移動子１２
とから構成されている。

【００１５】同様にして、第２駆動手段は、駆動信号を
発する第２発振手段２３と、その駆動信号を２つに分け
る第２移相手段２４と、２つに分けられた駆動信号をそ
れぞれ増幅する第２増幅手段２５ａ、２５ｂとを有して
いる。第２超音波モータ２は、第２増幅手段２５ａ、２
５ｂからの増幅駆動信号の入力により励振される圧電体
２１ａ及びその圧電体２１ａに接合されその励振によっ
て駆動面に進行性振動波を発生する弾性体２１ｂを有す
る第２固定子２１と、弾性体２１ｂの駆動面に加圧接触
され、前記進行性振動波により駆動される第２移動子２
２とから構成されている。第１超音波モータ１と第２超
音波モータ２とは、連結軸３を介して連結されている。

【００１６】出力差検出手段４は、第１超音波モータ１
の圧電体１１ａ上に設けた機械−電気変換素子１１ａｐ
から出力される振動信号電圧値と、第２超音波モータ２
の圧電体２１ａ上に設けた機械−電気変換素子２１ａｐ
から出力される振動信号電圧値と、の差を検出する手段
である。出力差制御手段５は、出力差検出手段４の測定
値の結果により、第１移動子１２と第２移動子２２とか
らの出力値差をなくすように、第２発振手段２３の駆動
信号を制御する手段である。

【００１７】つぎに、第１実施例の動作を説明する。第
１発振手段１３からの駆動信号は、第１移相手段１４と
第１増幅手段１５を介して第１固定子１１に伝達され
る。これにより、第１固定子１１の駆動面に進行性振動
波が発生して、第１移動子１２が駆動される。この進行
性振動波による移動子の駆動は、例えば、特公平１−１
７３５４号等により説明されているために、ここでは説
明を省略する。また、第２発振手段２３からの駆動信号
も第２移相手段２４と第２増幅手段２５を介して第２固
定子２１に伝達される。これにより、第２固定子２１の
駆動面に進行性振動波が発生して、第２移動子２２が駆
動される。

【００１８】このとき、出力差検出手段４は、第１超音
波モータ１の圧電体１１ａ上に設けた機械−電気変換素
子１１ａｂから出力される振動信号電圧値と、第２超音
波モータ２の圧電体２１ａ上に設けた機械−電気変換素
子２１ａｂから出力される振動信号電圧値と、の差を検
出する。

【００１９】図２は、駆動信号周波数と圧電体上に設け
た機械−電気変換素子からの振動信号電圧及び回転数の
関係を示した図である。超音波モータ１、２の圧電体１
１ａ、２１ａ上に設けた機械−電気変換素子１１ａｂ、
２１ａｂからの振動信号電圧から超音波モータ１、２の
所定負荷時の回転速度を求めることができる。また、図
３は、超音波モータの発生トルクと回転速度との関係を
示した図である。ある周波数の発生トルクと回転速度の
関係も概略的に図３のようになっていて、ある回転速度
に対する発生トルクも機械−電気変換素子１１ａｂ、２
１ａｂからの振動信号電圧より求めることができる。そ
のために、２つの振動信号電圧差を測定することによっ
て２つの超音波モータ１、２の出力差を検出することが
できる。出力差制御手段５は、出力差検出手段４の結果
より駆動信号の周波数を補正するように作用して、各超
音波モータ１、２からの出力の差をなくすように制御す
る。

【００２０】図３に示すように、超音波モータ１、２の
ある駆動周波数における発生トルクと回転速度の関係
は、駆動信号の周波数によって変化する。従って、同一
回転速度で発生トルクを上げたい場合には、駆動信号の
周波数を下げ、同一回転速度で発生トルクを下げたい場
合には、駆動信号の周波数を上げればよい。このように
することによって、各超音波モータ１、２の調整工程を
省略しても、自動的に出力の差を減少することができ、
また、所望の回転速度を変えた場合にも、そのときの回
転速度に応じて、自動的に出力の差を調整することがで
きる。

【００２１】第１実施例では、第１移動子１２と第２移
動子２２とからの出力差を出力差検出手段４により検出
し、これにより出力差制御手段５によって第２発振手段
２３の駆動信号を制御したが、出力差制御手段５により
第１発振手段１３の駆動信号を制御してもよいし、第１
発振手段１３と第２発振手段２３の双方の駆動信号を制
御しても、第１移動子１２と第２移動子２２との出力値
差をなくすという点においては、同様な効果が発生す
る。

【００２２】第１超音波モータ１と第２超音波モータ２
との発生トルクだけではなく、連結軸３の回転速度も制
御する場合には、例えば、特開昭６１−２５１４９０号
に開示されているように、第１圧電体１１ａの電圧無印
加部の振動信号電圧波形と入力電圧波形との位相差を検
出し、回転速度などを制御するようにその出力検出値に
より不図示の出力制御手段により発振手段１３の駆動信
号の周波数を補正させるようにすればよい。その他に
も、連結軸４にエンコーダを設けて回転速度を測定し、
その測定値により不図示の出力制御手段によって発振手
段１３の駆動信号の周波数を補正させる方法でもよい。
このようにすることにより、回転速度と発生トルクの双
方を制御することができる。

【００２３】つぎに、出力差を検出してから、発振手段
の制御までについての方法を図４を用いて説明する。ま
ず、端子、は、第１超音波モータ１の圧電体１１ａ
上に設けた機械−電気変換素子１１ａｐと、第２超音波
モータ２の圧電体２１ａ上に設けた機械−電気変換素子
２１ａｐとにつながっており、端子は第１超音波モー
タ１の固定子１２の振動信号電圧を、端子は第２超音
波モータ２の固定子２２の振動信号電圧を得る。

【００２４】これらの振動信号電圧Ｖ1 、Ｖ2 の差は、
図２を用いて説明したように、第１超音波モータ１と第
２超音波モータ２との出力（発生トルク）の差とみなす
ことができる。従って、電圧Ｖ2 と電圧Ｖ1 の差によ
り、第２超音波モータ２の出力を第１超音波モータ１の
出力にほぼ合わせることができる。

【００２５】電圧Ｖ2 と電圧Ｖ1 の差は、出力差検出手
段４により算出（Ｖd ＝Ｖ1−Ｖ2）される。その結果の
電圧Ｖd （＝Ｖ1−Ｖ2）は、第１超音波モータ１の発生
トルクが大きい場合には正となり、第２超音波モータ２
の発生トルクが大きい場合には負となる。この電圧Ｖd
の値は、現在の第２超音波モータ２の発生トルクに対し
ての相対的な補正量を示しており、振動電圧の差が大き
い程、その絶対値が大きくなる。この電圧Ｖd を制御電
圧まで昇圧するために、第１演算部５１によって係数
（−１×ａ）を掛ける。その値Ｖrr（＝−１×ａ×Ｖd
）は、現在の第２の超音波モータ２の出力に対しての
相対的な補正量を示しており、振動電圧（発生トルク量
と等価）の差が大きい程、その絶対値が大きくなる。

【００２６】つぎに、第２演算部５２によって、補正量
Ｖrrをフィードバック部５４からの電圧Ｖf により加算
し、基準電圧Ｖo に対してどれだけであるかの絶対的な
補正量Ｖr（＝Ｖrr＋Ｖf）を決める。次に、第３演算部
５３によって電圧Ｖr と端子からの基準電圧Ｖo が加
算され、この値Ｖi （＝Ｖo＋Ｖr）は、発振手段２３を
構成する電圧制御発振器２３ａに出力される。

【００２７】電圧制御発振器２３ａは、Ｖi 値に応じた
周波数を持つ信号を発生し、端子から不図示の波形成
形部に出力する。これにより、第２超音波モータ２の発
生トルクと回転速度特性が変わる。そして、そのときの
双方の超音波モータ１、２の振動信号電圧の差が再び端
子、から入力され、Ｖrrが算出される。

【００２８】一方、フィードバック部５４は、第３演算
部５３からの電圧Ｖi を入力し、基準電圧Ｖo との差を
求めて、その値Ｖf （＝Ｖi−Ｖo）を第２演算部５２に
返す。そして、第２演算部５２では、電圧Ｖf と再入力
された電圧Ｖrrとを加算し、さらに第３演算部５３によ
り基準電圧Ｖo を加算して電圧Ｖi を出力する。

【００２９】次に、第１実施例に基づいて、第１超音波
モータ１と第２超音波モータ２との出力差を補正する動
作を説明する。まず、第２超音波モータ２の発生トルク
が小さい場合を想定する。この想定の場合に、第２超音
波モータ２の駆動信号の周波数を小さくし、ある回転速
度に対する発生トルクを大きくする補正を行えばよい。
ここで、電圧Ｖ1 は電圧Ｖ2 より大きくなるために、電
圧Ｖd は負となる。従って、電圧Ｖrrも負となり、電圧
Ｖr 及び電圧Ｖi が小さくなるように作用され、電圧制
御発振器２３ａからの駆動信号の周波数は小さくなる。

【００３０】逆に、第２超音波モータ２の発生トルクが
大きい場合を想定する。この想定の場合に、第２超音波
モータ２の駆動信号の周波数を大きくし、ある回転速度
に対する発生トルクを小さくする補正を行えばよい。こ
こで、電圧Ｖ1 は電圧Ｖ2 より小さくなるために、電圧
Ｖd は正となる。従って、電圧Ｖrrも正となり、電圧Ｖ
r 及び電圧Ｖi が大きくなるように作用され、電圧制御
発振器２３ａからの駆動信号の周波数は大きくなる。

【００３１】（第２実施例）第１実施例では、発振手段
の制御を駆動信号の周波数を変えることによって行った
が、駆動信号の電圧を変える方法でもよい。図６は、超
音波モータの発生トルクと回転速度との関係を示した図
である。超音波モータ１、２のある駆動周波数における
発生トルクと回転速度の関係は、駆動信号の電圧によっ
て変化する。従って、発生トルクを上げたい場合には、
駆動信号の電圧を上げ、発生トルクを下げたい場合に
は、駆動信号の電圧を下げればよい。

【００３２】図７は、第２実施例による超音波モータの
駆動装置の電圧制御方法を説明する図である。まず、端
子、は、第１超音波モータ１の圧電体１１ａ上に設
けた機械−電気変換素子１１ａｐと、第２超音波モータ
２の圧電体２１ａ上に設けた機械−電気変換素子２１ａ
ｐとにつながっており、端子は第１超音波モータ１の
固定子１２の振動信号電圧を、端子は第２超音波モー
タ２の固定子２２の振動信号電圧を得る。

【００３３】これらの振動信号電圧Ｖ1 、Ｖ2 の差は、
図２及び図３を用いて説明したように、第１超音波モー
タ１と第２超音波モータ２との出力の差とみなすことが
できる。従って、電圧Ｖ2 と電圧Ｖ1 の差により、第２
超音波モータ２の出力を第１超音波モータ１の出力にほ
ぼ合わせることができる。

【００３４】電圧Ｖ2 と電圧Ｖ1の差は、出力差検出手
段４により算出される。その結果の電圧Ｖd （＝Ｖ1−
Ｖ2）は、第１超音波モータ１の出力が大きい場合には
正となり、第２超音波モータ２の出力が大きい場合には
負となる。このＶd 値は、現在の第２超音波モータ２の
出力に対しての相対的な補正量を示しており、振動電圧
の差が大きい程、その絶対値が大きくなる。この電圧Ｖ
d を制御電圧まで昇圧するために、第１演算部６１によ
り係数ａを掛ける。その値Ｖrr（＝ａ×Ｖd）は、現在
の第２の超音波モータ２の出力に対しての相対的な補正
量を示しており、振動電圧（発生トルク量）の差が大き
い程、その絶対値が大きくなる。

【００３５】次に、第２演算部６２によって、補正量Ｖ
rrをフィードバック部６４からの電圧Ｖf により加算
し、基準電圧Ｖo に対してどれだけであるかの絶対的な
補正量Ｖr（＝Ｖrr＋Ｖo）を決める。次に、第３演算部
６３により電圧Ｖr と端子からの基準電圧Ｖo が加算
され、この値Ｖi （＝Ｖr＋Ｖo）はＡ／Ｄ変換部６５と
フィードバック部６４へ出力される。

【００３６】Ａ／Ｄ変換部６５は、Ｖi 値に応じたデジ
タル信号Ｓd として増幅量制御部６６に伝達する。増幅
量制御部６６は、Ｓd 値に応じた制御信号Ｓs を第２発
振手段２３の増幅部２３ｂに送る。

【００３７】第２発振手段２３は、発振部２３ａと増幅
部２３ｂとにより構成されており、発振部２３ａからの
駆動信号を増幅部２３ｂにより選択された増幅量に増幅
し、次に移相手段に伝達する。増幅部２３ｂは、制御信
号Ｓs に対応した増幅量によって、第２発振手段２３内
の発振部２３ａからの駆動信号を増幅する。Ｖa 値が大
きい場合には、増幅部２３ｂにおける増幅量が大きくな
るように制御され、Ｖa 値が小さい場合には、増幅部２
３ｂにおける増幅量が小さくなるように制御される。

【００３８】一方、フィードバック部６４は、第３演算
部６３からの電圧Ｖi を入力し、基準電圧Ｖoとの差を
求めて、その電圧の値Ｖf （＝Ｖi−Ｖo）を第２演算部
６２に返す。そして、第２演算部６２では、電圧Ｖf と
再入力された電圧Ｖrrとを加算し、さらに第３演算部６
３によって基準電圧Ｖo を加算して、電圧Ｖi を出力す
る。

【００３９】図８は、駆動信号の増幅量を選択する方法
を説明した図である。増幅量制御部６６は、マルチプレ
クサのような信号の選択が行え、制御信号が発生できる
制御信号発生部と、その制御信号によりＯＮ、ＯＦＦで
きるＭＯＳ電界効果トランジスタ等のスィッチング素子
Ｑ１〜Ｑ８とから構成されている。増幅量制御部６６の
制御信号発生部は、Ａ／Ｄ変換部６５からデジタル信号
Ｓd を受け、信号Ｓd に応じてスィッチング素子Ｑ１〜
Ｑ８を選択し、選択されたスィッチング素子Ｑ１〜Ｑ８
にＯＮ信号を伝達する。ＯＮされたスィッチング素子Ｑ
１〜Ｑ８は、抵抗Ｒｆ１〜Ｒｆ８がつながれている演算
増幅器Ａ１の帰還部を開く。

【００４０】演算増幅器Ａ１の帰還部には、抵抗値が異
なる抵抗Ｒｆ１〜Ｒｆ８が並列につながれており、各抵
抗Ｒｆ１〜Ｒｆ８はそれぞれ直列につながれたスィッチ
ング素子Ｑ１〜Ｑ８が、制御信号発生部からの制御信号
によりＯＮされることによって、演算増幅器Ａ１の増幅
量を決定することができる。

【００４１】第２実施例では、説明を分かりやすくする
ために、Ａ／Ｄ変換部６５からのデジタル信号を８ビッ
トとし、スィッチング素子Ｑ及び抵抗Ｒｆをそれぞれ８
個としたが、Ａ／Ｄ変換部６５からのデジタル信号を４
ビットとし、スィッチング素子Ｑ及び抵抗Ｒｆをそれぞ
れ４個としてもよい。また、Ａ／Ｄ変換部６５からのデ
ジタル信号を１６ビットとし、スィッチング素子Ｑ及び
抵抗Ｒｆをそれぞれ１６個としも、さらにそれ以上にし
てもよい。ビット数、スィッチング素子数及び抵抗数が
多けれが多いほど、きめ細かい制御が可能になる。

【００４２】次に、第２実施例に基づいて、第１超音波
モータ１と第２超音波モータとの発生トルクの差を補正
する動作を説明する。まず、第２超音波モータ２の発生
トルクが小さい場合を想定する。この想定の場合に、第
２超音波モータ２の駆動信号の入力電圧を大きくし、あ
る回転速度に対する発生トルクを大きくする補正を行え
ばよい。ここで、電圧Ｖ1 は電圧Ｖ2より大きくなるた
めに、電圧Ｖd は正となる。従って、電圧Ｖrrも正とな
り、電圧Ｖr 及び電圧Ｖi が大きくなるように作用さ
れ、Ａ／Ｄ変換部６５によって増幅量を大きくする信号
が増幅量制御部６６に伝達される。増幅量制御部６６は
増幅量を大きくする増幅器の抵抗Ｒｆ１〜Ｒｆ８がつな
がっているスィッチング素子Ｑ１〜Ｑ８をＯＮにする。
これにより、発振部２３ａからの駆動信号の電圧は大き
くなる。

【００４３】逆に、第２超音波モータ２の発生トルクが
大きい場合を想定する。この想定の場合に、第２超音波
モータ２の駆動信号の入力電圧を小さくし、ある回転速
度に対する発生トルクを小さくする補正を行えばよい。
ここで、電圧Ｖ1 は電圧Ｖ2より小さくなるために、電
圧Ｖd は負となる。従って、電圧Ｖrrも負となり、電圧
Ｖr 及び電圧Ｖi が小さくなるように作用され、、Ａ／
Ｄ変換部６５によって増幅量を小さくする信号が増幅量
制御部６６に伝達され、増幅量制御部６６は増幅量を小
さくくする増幅器の抵抗Ｒｆ〜Ｒｆ８がつながっている
スィッチング素子Ｑ１〜Ｑ８をＯＮにする。これによ
り、発振部２３ａからの駆動信号の電圧は小さくなる。

【００４４】（第３実施例）第１、第２実施例では、発
振部２３からの駆動信号の周波数、電圧をそれぞれ制御
する例によって説明したが、第３実施例では、発振部２
３からの駆動信号の電圧と周波数の２つを制御するよう
にした。この制御方法を図９を用いて説明する。

【００４５】第３実施例の制御方法は、図４に示した方
法と同様になるが、第３演算部５３より先が以下のよう
に変更されている。第３演算部５３からの出力値Ｖi を
発振部２３とＡ／Ｄ変換部７５の双方に入力する。発振
部２３の方は、上述したのと同様に、電圧制御発振器７
７へ伝達され、駆動信号の周波数を制御する。一方、Ａ
／Ｄ変換部７５の方は、上述したのと同様に、増幅量制
御部７６へ伝達され、駆動信号の電圧を制御する。

【００４６】制御する超音波モータの出力を増加させる
ときには、周波数ｆ１を低下させ、電圧を上昇させる。
また、制御する超音波モータの出力を低下させるときに
は、周波数ｆ１を増加させ、電圧を減少させる。このよ
うに、周波数と電圧の制御はそれぞれＶi 値に対して反
対になる。そこで、第３実施例では、Ｖi 値は＝Ｖo＋
Ｖrであることから、Ａ／Ｄ変換部に入力されるＶi 値
をｂ×（−１×Ｖi ＋２Ｖo）＝ｂ×（Ｖo −Ｖr）（ｂ：係数）のように演算し、その演算値によりＡ／Ｄ変換するよう
にした。

【００４７】以上、図４を用いて発振手段の駆動周波数
を制御する方法を、図７，図８を用いて発振手段の駆動
信号電圧を制御する方法を、図９を用いて発振手段の駆
動周波数と駆動信号電圧を制御する方法を説明したが、
駆動周波数や駆動信号電圧の制御はこれらの実施例の方
法のみではなく、他の方法でも駆動周波数や駆動信号電
圧を制御できれば、本発明の範囲である。

【００４８】（第４実施例）第１、２、３実施例では、
２つの超音波モータの圧電体上に設けた機械−電気変換
素子の振動信号電圧の差を検出したが、２つの超音波モ
ータに入力する電流を検出することよっても２つの超音
波モータの出力差を制御することが可能である。

【００４９】図１０は、本発明による超音波モータの駆
動制御装置の第４実施例を説明する図である。第１駆動
手段は、駆動信号を発する第１発振手段２１３と、その
駆動信号を２つに分ける第１移相手段２１４と、２つに
分けられた駆動信号をそれぞれ増幅する第１増幅手段２
１５ａ、２１５ｂとを有している。第１超音波モータ２
０１は、第１増幅手段２１５ａ、２１５ｂからの増幅駆
動信号の入力により励振される圧電体２１１ａ及びその
圧電体２１１ａに接合されその励振によって駆動面に進
行性振動波を発生する弾性体２１１ｂを有する第１固定
子２１１と、弾性体２１１ｂの駆動面に加圧接触され、
前記進行性振動波により駆動される第１移動子２１２と
から構成されている。

【００５０】同様にして、第２駆動手段は、駆動信号を
発する第２発振手段２２３と、その駆動信号を２つに分
ける第２移相手段２２４と、２つに分けられた駆動信号
をそれぞれ増幅する第２増幅手段２２５ａ、２２５ｂと
を有している。第２超音波モータ２０２は、第２増幅手
段２２５ａ、２２５ｂからの増幅駆動信号の入力により
励振される圧電体２２１ａ及びその圧電体２２１ａに接
合され、前記励振によって駆動面に進行性振動波を発生
する弾性体２２１ｂを有する第２固定子２２１と、弾性
体２２１ｂの駆動面に加圧接触され、前記進行性振動波
により駆動される第２移動子２２２とから構成されてい
る。

【００５１】第１及び第２入力電流検出手段２１６、２
２６は、第１及び第２超音波モータ２０１、２０２に入
力する電流量をそれぞれ検出する手段である。出力差検
出手段２０４は、第１入力電流検出手段２１６と第２入
力電流検出手段２２６との電流差を検出する手段であ
る。出力差制御手段２０５は、出力差検出手段２０４の
測定値の結果により、第１移動子２１２と第２移動子２
２２とからの出力値差をなくすように、第２発振手段２
２３の駆動信号を制御する手段である。

【００５２】つぎに、第４実施例の動作を説明する。第
１発振手段２１３からの駆動信号は、第１移相手段２１
４と第１増幅手段２１５を介して第１固定子２１１に伝
達される。これにより、第１固定子２１１の駆動面に進
行性振動波が発生して、第１移動子２１２が駆動され
る。また、第２発振手段２２３からの駆動信号も第２移
相手段２２４と第２増幅手段２２５を介して第２固定子
２２１に伝達される。これにより、第２固定子２２１の
駆動面に進行性振動波が発生して、第２移動子２２２が
駆動される。このとき、出力差検出手段２０４は、第１
移動子２１２と第２移動子２２２との出力差を、第１超
音波モータ２０１に入力される電流量と第２超音波モー
タ２０２に入力される電流量と差を算出することによっ
て検出する。

【００５３】図１１は、駆動信号周波数と入力電流及び
回転数の関係を示した図である。駆動周波数域では、入
力電流により所定負荷の回転数を求めることができる。
回転速度と発生トルクの概略関係は、図３や図６のよう
になっており、２つの超音波モータ２０１、２０２の入
力電流量の差を測定することによって２つの超音波モー
タ２０１、２０２の出力差を検出することができる。出
力差制御手段２０５は、出力差検出手段２０４の結果か
ら駆動信号の周波数や電圧を補正するように作用して、
各超音波モータ２０１、２０２からの出力の差をなくす
ようにする。

【００５４】（第５実施例）図１２は、本発明による超
音波モータの駆動制御装置の第５実施例を説明する図で
ある。第１超音波モータ３０１に入力される駆動信号
と、第１超音波モータ３０１の圧電体３１１ａに設置さ
れた機械−電気変換手段３１１ａｐからの振動信号との
位相差と、第２超音波モータ３０２に入力される駆動信
号と、第２超音波モータ３０２の圧電体３２１ａに設置
された機械−電気変換手段３２１ａｐからの振動信号と
の位相差と、の差を検出することによっても、２つの超
音波モータ３０１、３０２の出力差を制御することが可
能である。

【００５５】第１駆動手段は、駆動信号を発する第１発
振手段３１３と、その駆動信号を２つに分ける第１移相
手段３１４と、２つに分けられた駆動信号をそれぞれ増
幅する第１増幅手段３１５ａ、３１５ｂとを有してい
る。第１超音波モータ３０１は、第１増幅手段３１５
ａ、３１５ｂからの増幅駆動信号の入力により励振され
る圧電体３１１ａ及びその圧電体３１１ａに接合され、
その励振によって駆動面に進行性振動波を発生する弾性
体３１１ｂを有する第１固定子３１１と、弾性体３１１
ｂの駆動面に加圧接触され、前記進行性振動波により駆
動される第１移動子３１２とから構成されている。

【００５６】同様にして、第２駆動手段は、駆動信号を
発する第２発振手段３２３と、その駆動信号を２つに分
ける第２移相手段３２４と、２つに分けられた駆動信号
をそれぞれ増幅する第２増幅手段３２５ａ、３２５ｂと
を有している。第２超音波モータ３０２は、第２増幅手
段３２５ａ、３２５ｂからの増幅駆動信号の入力により
励振される圧電体３２１ａ及びその圧電体３２１ａに接
合され、その励振によって駆動面に進行性振動波を発生
する弾性体３２１ｂを有する第２固定子３２１と、弾性
体３２１ｂの駆動面に加圧接触され、前記進行性振動波
により駆動される第２移動子３２２とから構成されてい
る。

【００５７】第１位相差検出手段３１６は、第１超音波
モータ３０１に入力される駆動信号と、第１超音波モー
タ３０１の圧電体３１１ａ上に設けた電圧無印加部の機
械−電気変換素子３１１ａｐから出力される振動信号
と、の位相差を検出する。また、第２位相差検出手段３
２６は、第２超音波モータ３０２に入力される駆動信号
と、第２超音波モータ３０２の圧電体３２１ａ上に設け
た電圧無印加部の機械−電気変換素子３２１ａｐから出
力される振動信号と、の位相差を検出する。出力差検出
手段３０４は、第１及び第２位相差検出手段３１６、３
２６の位相差の差を検出する手段である。出力差制御手
段３０５は、出力差検出手段３０４の測定値の結果によ
り、第１移動子３１２と第２移動子３２２とからの出力
値差をなくすように、第２発振手段３２３の駆動信号を
制御する手段である。

【００５８】つぎに、第５実施例の動作を説明する。第
１発振手段３１３からの駆動信号は、第１移相手段３１
４と第１増幅手段３１５を介して第１固定子３１１に伝
達される。これにより、第１固定子３１１の駆動面に進
行性振動波が発生して、第１移動子３１２が駆動され
る。また、第２発振手段３２３からの駆動信号も第２移
相手段３２４と第２増幅手段３２５を介して第２固定子
３２１に伝達される。これにより、第２固定子３２１の
駆動面に進行性振動波が発生して、第２移動子３２２が
駆動される。

【００５９】このとき、第１位相差検出手段３１６は、
第１超音波モータ３０１に入力される駆動信号と、第１
超音波モータ３０１の圧電体３１１ａ上に設けた電圧無
印加部の機械−電気変換素子３１１ａｐから出力される
振動信号と、の位相差を検出する。また、第２位相差検
出手段３２６は、第２超音波モータ３０２に入力される
駆動信号と、第２超音波モータ３０２の圧電体３２１ａ
上に設けた電圧無印加部の機械−電気変換素子３２１ａ
ｐから出力される振動信号と、の位相差を検出する。出
力差検出手段３０４は、第１及び第２位相差検出手段３
１６、３２６の位相差の差を検出する

【００６０】図１３は、駆動信号周波数と位相差及び回
転数の関係を示した図である。駆動周波数域では位相差
により所定負荷の回転数を求めることができる。回転速
度と発生トルクの概略関係は、図３や図６のようになっ
ており、２つの超音波モータ３０１、３０２の位相差を
測定することによって、２つの超音波モータ３０１、３
０２の出力差を検出することができる。出力差制御手段
３０５は、出力差検出手段３０４の結果から駆動信号の
周波数や電圧を補正するように作用して、各超音波モー
タ３０１、３０２からの出力の差をなくすようにする。

【００６１】（第６実施例）第１実施例〜第５実施例で
は、回転体を駆動する超音波モータの駆動制御装置につ
いて説明したが、本発明の出力差を検出して制御する方
法は、リニア型にも適用できる。図１４は、本発明によ
る超音波モータの駆動制御装置の第６実施例（リニア
型）を説明する図である。第１駆動手段は、駆動信号を
発する第１発振手段４１３を有している。リニア型の第
１超音波モータ４０１は、前記駆動信号により第１弾性
体４１１ｃに進行性振動波を発生させるための第１加振
手段４１１ａと、第１弾性体４１１ｃを挟んで第１加振
手段４１１ａとは反対側に位置し、第１弾性体４１１ｃ
の進行性振動波を吸収する第１吸振手段４１１ｂと、第
１加振手段４１１ａにより励振され、駆動面に進行性振
動波を発生する第１弾性体４１１ｃと、を有する第１固
定子４１１と、弾性体４１１ｃの駆動面に加圧接触さ
れ、前記進行性振動波により駆動される第１移動子４１
２とから構成されている。

【００６２】同様にして、第２駆動手段は、駆動信号を
発する第２発振手段４２３を有している。リニア型の第
２超音波モータ４０２は、前記駆動信号により第２弾性
体４２１ｃに進行性振動波を発生させるための第２加振
手段４２１ａと、第２弾性体４２１ｃを挟んで第２加振
手段４２１ａとは反対側に位置し、第２弾性体４２１ｃ
の進行性振動波を吸収する第２吸振手段４２１ｂと、第
２加振手段４２１ａにより励振され、駆動面に進行性振
動波を発生する弾性体４２１ｃと、を有する第２固定子
４２１と、第２弾性体４２１ｃの駆動面に加圧接触さ
れ、前記進行性振動波により駆動される第２移動子４２
２とから構成されている。

【００６３】第１移動子４１２と第２移動子４２２は、
連結手段４０３によって連結されている。出力差検出手
段４０４は、第１弾性体４１１ｃに設けられた機械−電
気変換手段４１１ｃｐから出力される振動信号電圧と、
第２弾性体４２１ｃに設けられた機械−電気変換手段４
２１ｃｐから出力される振動信号電圧と、の差を検出す
る手段である。出力差制御手段４０５は、出力差検出手
段４０４の結果により、第１移動子４１２と第２移動子
４２２とからの出力値差をなくすように、第２発振手段
４２３の駆動信号を制御する手段である。

【００６４】つぎに、第６実施例の動作を説明する。第
１発振手段４１３からの駆動信号は、第１加振手段４１
１ａに伝達され、第１加振手段４１１ａにより弾性体４
１１ｃに進行性振動波が発生して、第１移動子４１２が
駆動される。第１加振手段４１１ａからの進行性振動波
は第１弾性体４１１ｃに沿って伝搬されるが、第１弾性
体４１１ｃの端まで達すると、反射波となって戻ってき
て第１加振手段４１１ａからの進行性振動波の波形を乱
すために、第１吸振手段４１１ｂによって進行性振動波
を吸収する。

【００６５】また、第２発振手段４２３からの駆動信号
は、第２加振手段４２１ａに伝達され、第２加振手段４
２１ａにより第２弾性体４２１ｃに進行性振動波が発生
して、第２移動子４２２が駆動される。第２加振手段４
２２からの進行性振動波は第２弾性体４２１ｃに沿って
伝搬されるが、第２弾性体４２１ｃの端まで達すると、
反射波となって戻ってきて第２加振手段４２１ａからの
進行性振動波の波形を乱すために、第２吸振手段４２１
ｂによって進行性振動波を吸収する。

【００６６】このとき、出力差検出手段４０４は、第１
移動子４１２と第２移動子４２２との出力の差を、第１
弾性体４１１ｃに設けられた機械−電気変換手段４１１
ｃｐから出力される振動信号電圧と、第２弾性体４２１
ｃに設けられた機械−電気変換手段４２１ｃｐから出力
される振動信号電圧と、の差を検出することで求める。
ついで、出力差制御手段４０５は、出力差検出手段４０
４により測定した結果により、駆動信号の周波数や電圧
を補正するように作用して、各超音波モータ４０１、４
０２からの出力の差をなくすようにする。

【００６７】（第７実施例）前述した各実施例において
は、振動信号電圧、入力電流、位相差を検出し、その量
に応じて超音波モータの出力の大きさを得ているが、同
じ振動信号電圧、入力電流、位相差であっも超音波モー
タの個体差により出力が異なる場合もある。そのため
に、制御する複数の超音波モータにオフセットが生じる
場合もある。そこで、第７の実施例では、超音波モータ
の出力差をよりなくすために、オフセットを補正するオ
フセット補正部を設けて、出力差検出部にその情報を伝
達するようにした。

【００６８】図１５は、本発明による超音波モータの駆
動装置の第７実施例を説明する図である。第７実施例の
構成や作用は、第１実施例とほぼ同様であるが、この実
施例では、新たにオフセット補正部８５が設けられてお
り、その情報が出力差検出部４に伝達されるようになっ
ている。出力差検出部４では、振動信号電圧Ｖ1 、Ｖ2
の差を求めるとともに、オフセット補正部８５からの補
正値△Ｖを補正する演算を行い、その値を第１演算部８
２に出力する（Ｖd ＝Ｖ1−Ｖ2＋△Ｖ）。以下第１演算
図８１から先は、図４と同様であるので説明を省略す
る。本実施例では、出力差検出値に対して、オフセット
補正を行う方法を示したが、第４実施例に示した入力差
検出値に対してオフセット補正を行う方法でもよいし、
第５実施例に示した入力と出力の位相差に対してオフセ
ット補正を行う方法でもよい。

【００６９】（変形例）本実施例では、弾性体の駆動面
に進行性振動波を発生させるために接合している、電気
的エネルギーを機械的エネルギーに変化する電気−機械
変換素子に圧電体を用いたが、電歪素子でもよい。

【００７０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
複数の超音波モータによって１つの駆動体を駆動させる
場合に、第１超音波モータと第２超音波モータとからの
発生トルクを、各超音波モータの出力信号若しくは入力
信号又は入力信号と出力信号との位相差などを検出し
て、その結果に基づて、独立して駆動制御できる。この
とき、発生トルクは、駆動信号の周波数及び／又は周波
数を補正することにより、ほぼ同一にすることもでき
る。よって、調整工程を省略しても、各超音波モータか
らほぼ同一の出力を得ることができ、効率的な駆動がで
きるようになった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の超音波モータの駆動制御装置の第１実
施例を示した図である。

【図２】駆動信号周波数と機械−電気素子からの振動信
号電圧及び回転数の関係を示した図である。

【図３】超音波モータの発生トルクと回転速度の関係を
示した図である。

【図４】第１実施例の第２超音波モータの出力制御を説
明する図である。

【図５】出力軸の各部の生じるねじりモーメントを示し
た図である。

【図６】超音波モータの発生トルクと回転速度の関係を
示した図である。

【図７】本発明による超音波モータの駆動制御装置の第
２実施例を示した図である。

【図８】駆動信号の増幅量を選択する方法を説明した図
である。

【図９】本発明による超音波モータの駆動制御装置の第
３実施例を示した図である。

【図１０】本発明による超音波モータの駆動制御装置の
第４実施例を示した図である。

【図１１】駆動信号周波数と入力電流及び回転数の関係
を示した図である。

【図１２】本発明による超音波モータの駆動制御装置の
第５実施例を示した図である。

【図１３】駆動信号周波数と位相差及び回転数の関係を
示した図である。

【図１４】本発明による超音波モータの駆動制御装置の
第６実施例を示した図である。

【図１５】本発明による超音波モータの駆動制御装置の
第７実施例を示した図である。

【符合の説明】

１、１０１、２０１、３０１、４０１第１超音波モー
タ２、１０２、２０２、３０２、４０２第２超音波モー
タ３、１０３、２０３、３０３連結軸４、２０４、３０４、４０４出力差検出手段５、２０５、３０５、４０４出力差制御手段１１ａｐ、２１ａｐ機械−電気変換素子２１６、２２６入力電流検出手段３１６、３２６位相差検出手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H02N 2/00

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】同一の相対運動部材を構成部材として有
する第１及び第２超音波モータを駆動する第１及び第２
超音波モータ駆動手段と；前記第１及び第２超音波モータから出力される第１及び
第２出力信号をそれぞれ検出する第１及び第２出力検出
手段と；前記第１及び第２出力検出手段の検出結果により、前記
第１出力信号と前記第２出力信号との差を検出する出力
差検出手段と；前記出力差検出手段の検出結果により、前記第１又は第
２超音波モータ駆動手段の双方又は一方を前記第１およ
び第２超音波モータの駆動力が所定の関係になるように
制御する出力差制御手段と；を備えたことを特徴とする超音波モータの駆動制御装
置。
【請求項２】同一の相対運動部材を構成部材として有
する第１及び第２超音波モータに第１及び第２駆動信号
を与える第１及び第２超音波モータ駆動手段と；前記第１及び第２駆動信号をそれぞれ検出する第１及び
第２駆動信号検出手段と；前記第１及び第２駆動信号検出手段の検出結果により、
前記第１駆動信号と前記第２駆動信号との差を検出する
出力差検出手段と；前記出力差検出手段の検出結果により、前記第１又は第
２超音波モータ駆動手段の双方又は一方を前記第１およ
び第２超音波モータの駆動力が所定の関係になるように
制御する出力差制御手段と；を備えたことを特徴とする超音波モータの駆動制御装
置。
【請求項３】同一の相対運動部材を構成部材として有
する第１及び第２超音波モータに第１及び第２駆動信号
を与える第１及び第２超音波モータ駆動手段と；前記第１及び第２超音波モータから出力される第１及び
第２出力信号をそれぞれ検出する第１及び第２出力検出
手段と；前記第１及び第２駆動信号をそれぞれ検出する第１及び
第２駆動信号検出手段と；前記第１駆動信号と前記第１出力信号との位相差を検出
する第１位相差検出手段と；前記第２駆動信号と前記第２出力信号との位相差を検出
する第２位相差検出手段と；前記第１及び第２相差検出手段で検出された２つの位相
差の差を検出する出力差検出手段と；前記出力差検出手段の検出結果により、前記第１又は第
２超音波モータ駆動手段の双方又は一方を前記第１およ
び第２超音波モータの駆動力が所定の関係になるように
制御する出力差制御手段と；を備えたことを特徴とする超音波モータの駆動制御装
置。
【請求項４】前記出力差制御手段は、前記第１又は第
２超音波モータに入力する駆動信号の周波数を制御する
ことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に
記載の超音波モータの駆動制御装置。
【請求項５】前記出力差制御手段は、前記第１又は第
２超音波モータに入力する駆動信号の入力電圧を制御す
ることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項
に記載の超音波モータの駆動制御装置。
【請求項６】前記出力差制御手段は、前記第１又は第
２超音波モータに入力する駆動信号の周波数と入力電圧
とを制御することを特徴とする請求項１〜請求項３のい
ずれか１項に記載の超音波モータの駆動制御装置。
【請求項７】前記第１及び第２超音波モータのオフセ
ット値を検出し、前記出力差検出手段の検出信号を補正
するオフセット補正手段を設けたことを特徴とする請求
項１〜請求項３のいずれか１項に記載の超音波モータの
駆動制御装置。
【請求項８】前記第１及び第２出力検出手段が、前記
第１あるいは第２超音波モータに入力される電流を検出
することを特徴とする請求項１に記載の超音波モータの
駆動制御装置。