JPH0670562A - 超音波モータの駆動制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 超音波モータの駆動周波数を予め設定した最
適な共振周波数帯域内の周波数に制御して超音波モータ
を安定に駆動する。 【構成】 本発明の超音波モータの駆動制御装置は、圧
電体上の入力電極と異なる位置に２個の検出電極を設
け、それらの検出電極から出力される出力電圧の位相差
を検出する位相差検出手段４０４と、その位相差に基づ
いて駆動周波数がどの次数の共振周波数帯域に含まれる
かを検出する共振次数検出手段４０５と、検出された共
振周波数帯域の次数に基づいて超音波モータ４００の駆
動周波数が予め設定された共振周波数帯域内の周波数と
なるように制御する周波数帯域制御手段４０６とを備え
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は超音波モータの駆動制御
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】超音波モータは低速で大出力が得られる
など、アクチュエータとして最適な特性を有しており、
いろいろな産業分野で期待されている。ここで、図１２
に示す回転型超音波モータを例に上げてその構造と動作
の概要を説明する。図において、１１は移動子であり、
１２は移動子１１に固定された摺動材である。これら移
動子１１および摺動材１２が超音波モータのロータを構
成する。また、１３は圧電体１４が接着された弾性体で
あり、これら弾性体１３および圧電体１４が超音波モー
タのステータを構成する。ステータは支持部材１５，１
６により固定され、ロータは不図示の加圧機構によって
ステータに加圧され、接触している。

【０００３】図１３は圧電体１４に形成された電極の配
置例を示す。これらの電極を用いて圧電体１４の分極を
行なうとともに、駆動電力を供給したり、超音波モータ
の状態を検出する。図中の黒丸印は電極の分極方向を示
しており、黒丸印は＋、無印は−の方向の分極を示す。
電極群１４Ａ，１４Ｂは周方向に波長λの１／２の長さ
を持つ電極が集合した入力電極群であり、相互にλ／４
の空間的位相差を有している。電極１４Ｍはλ／４の長
さを有する電極であり、通常は弾性体１３に発生する進
行性振動波の振動状況を検出するための検出電極として
用いられる。電極１４Ｃは一般に共通電極と呼ばれる電
極であり、アース電極として用いられることがある。こ
の圧電体１４は上述したように弾性体１３に接着されて
おり、電極群１４Ａ，１４Ｂにそれぞれπ／２の位相差
を有した交流駆動信号を印加することによって弾性体１
３に進行性振動波を発生させ、加圧接触したロータを回
転させる。

【０００４】このような超音波モータを安定に駆動する
ためには、電極群１４Ａ，１４Ｂに印加する交流駆動信
号の周波数（以下、駆動周波数と呼ぶ）をそれぞれの超
音波モータに最適な周波数に設定する必要がある。この
最適な駆動周波数は超音波モータ固有の共振周波数より
もわずかに高い周波数であり、この周波数で超音波モー
タを駆動すると弾性体１３の共振による進行性振動波の
振幅が大となり、良好な駆動効率が得られる。この共振
周波数近傍の最適な周波数から駆動周波数がずれると、
進行性振動波の振幅が小さくなって超音波モータを駆動
できなくなったり、駆動時に異常音が発生したり、ある
いは駆動方向が逆転したりして超音波モータを正常に駆
動することができなくなる。

【０００５】しかし、超音波モータの共振周波数は温
度、負荷などによって常に変化するため、この共振周波
数の変化に応じて最適な駆動周波数を設定する必要があ
る。このような駆動周波数を最適化するための超音波モ
ータの駆動制御装置が数多く提案されているが、それら
の代表的なものを上げると、 （１）圧電体上に設けた振動検出電極の出力電圧を検出
し、その出力電圧が最適な駆動周波数に対応した値とな
るように駆動周波数を制御する駆動制御装置。 （２）上記振動検出電極の出力電圧波形と圧電体に印加
する駆動電圧波形との位相差を検出し、所定の位相差と
なるように駆動周波数を制御する駆動制御装置。 （３）入力電極群の圧電体に印加する駆動電圧波形と圧
電体に流入する駆動電流波形との位相差を検出し、所定
の位相差となるように駆動周波数を制御する駆動制御装
置。 などがある。なお、上記以外にも種々提案されているが
説明を省略する。

【０００６】現在、上記（２）の駆動制御装置が最も有
力視されているので、図１４により、本出願人が提案し
たものを一例として説明する（例えば、特開昭６２−２
５１４９０号公報参照）。この駆動制御装置は、駆動周
波数ｆを出力する発振器２１、波形整形器２２、入力電
極２６ａ，２６ｂに印加する駆動電圧をπ／２だけ移相
する移相器２３、電力増幅器２４，２５、２個の電圧波
形の位相差φを算出する位相差算出回路２９、この位相
差φと基準位相差φｏｐｔとを比較して両者のずれ量△
φを出力する比較器３０、基準位相差φｏｐｔを出力す
るリファレンサー３１、および位相差のずれ量△φを駆
動周波数ｆの増減量△ｆに変換するφｆ換算器３２から
構成される。なお、２７，２８は整合用インダクタであ
る。

【０００７】位相差算出回路２９によって、入力電極１
４Ａに印加される駆動電圧波形と検出電極１４Ｍの出力
電圧波形との位相差φが算出される。比較器３０では、
この位相差φとリファレンサー３１で設定された基準位
相差φｏｐｔとが比較され、両者のずれ量△φが出力さ
れる。なお、この基準位相差φｏｐｔは、超音波モータ
が共振周波数よりもわずかに高い駆動周波数で安定に駆
動されているときの位相差である。次に、φｆ変換器３
２によって位相差のずれ量△φは駆動周波数ｆの増減量
△ｆに変換され、発振器２１へ出力される。発振器２１
は、増減量△ｆだけ駆動周波数ｆを増減する。これによ
って、超音波モータの駆動周波数ｆは常に共振周波数よ
りもわずかに高い最適な周波数に制御され、超音波モー
タは安定に駆動される。

【０００８】図１５は、駆動周波数ｆに対する超音波モ
ータの駆動速度Ｎと、上述した駆動電圧と検出電圧との
位相差φとの関係を示す。図における２つの駆動曲線Ｎ
Ａ，ＮＢと２つの位相曲線φＡ，φＢは、ある時刻にお
いて駆動曲線ＮＡおよび位相曲線φＡの状態で駆動され
ていた超音波モータが、温度や負荷などの変動により駆
動条件が変化し、駆動曲線ＮＢおよび位相曲線φＢの状
態に変化したことを示す。いずれの駆動状態において
も、超音波モータの最適な駆動周波数における位相差φ
は同じ値を示し、この値を上述した基準位相差φｏｐｔ
とすれば常に超音波モータを安定に駆動制御することが
できる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】ところで、超音波モー
タの共振周波数は共振次数ごとに存在し、通常、それら
の中で最良の駆動特性を示す次数の共振周波数帯域を超
音波モータの駆動周波数帯域として設定し、その帯域内
の周波数で超音波モータを駆動制御する。なお、駆動周
波数帯域として予め設定された共振周波数帯域以外の共
振周波数帯域でも超音波モータを駆動することができる
が、駆動状態が不安定になったり、異常音が発生した
り、次数によっては駆動方向が逆転するなどの不具合が
ある。

【００１０】しかしながら、従来の超音波モータの駆動
制御装置では、駆動周波数が温度や負荷などの変動によ
って予め設定した共振周波数帯域外へ逸脱すると、予め
設定した共振周波数帯域に戻らなくなり、上述した不具
合が発生するという問題がある。

【００１１】ここで、駆動周波数帯域として通常用いら
れる共振周波数帯域について説明する。例えば図１３に
示す圧電体１４を例に上げると、入力電極群１４Ａ，１
４Ｂの中の一つの電極の周長がλ／２であるから、入力
電極群１４Ａおよび１４Ｂの周長はそれぞれ５λとな
り、さらに、共通電極１４Ｃが３×（λ／４）、検出電
極１４Ｍがλ／４であるから電極全体の周長は１１λと
なる。この圧電体１４の分極による波数と、超音波モー
タを駆動したときにステータ上に発生する進行性振動波
の波数とが一致する状態、すなわち図１３の例では１１
波の進行性振動波が発生する１１次の共振周波数帯域が
通常、超音波モータの駆動周波数帯域として用いられる
共振周波数帯域である。なお以下では、通常、駆動周波
数帯域として用いられる共振周波数帯域を最適共振周波
数帯域と呼ぶ。

【００１２】この１１次の共振周波数帯域の低周波側お
よび高周波側には、図１６，１７に示すように、１０
次、９次、・・の順に低次の共振周波数帯域と、１２
次、１３次、・・の順に高次の共振周波数帯域がある。
図１６は、駆動周波数Ｆに対する駆動速度Ｎおよび検出
電極の出力電圧ＶＭの関係を示す。上述した（１）の駆
動制御装置では、検出電極の出力電圧ＶＭが１１次の最
適共振周波数帯域の駆動周波数Ｆ１１に対応した値ＶＭ
１となるように駆動周波数Ｆを設定する。しかし、１１
次以外の共振周波数帯域にも検出電極の出力電圧ＶＭが
ＶＭ１となる周波数Ｆ９，Ｆ１０，Ｆ１２，Ｆ１３，・
・があり、いったん駆動周波数Ｆが１１次の最適共振周
波数帯域から逸脱してこれらの周波数のいずれかに設定
されると、通常駆動周波数帯域として用いられている１
１次の最適共振周波数帯域へ戻らなくなる。

【００１３】また図１７は、駆動周波数Ｆに対する駆動
速度Ｎおよび入力電極の駆動電圧波形と検出電極の出力
電圧波形との位相差φの関係を示す。上述した（２）の
駆動制御装置では、位相差φが１１次の最適共振周波数
帯域の駆動周波数Ｆ１１’に対応した値φ１となるよう
に駆動周波数Ｆを設定する。しかし、１１次以外の共振
周波数帯域にも位相差φがφ１となる周波数Ｆ１０’，
Ｆ１２’，Ｆ１３’，・・があり、いったん駆動周波数
Ｆが１１次の最適共振周波数帯域から逸脱してこれらの
周波数のいずれかに設定されると、通常駆動周波数帯域
として用いられている１１次の最適共振周波数帯域へ戻
らなくなる。

【００１４】さらに、図示を省略するが、上述した
（３）の駆動制御装置により、駆動電圧波形と駆動電流
波形との位相差に基づいて駆動周波数を制御する場合に
も同様の問題が発生する。

【００１５】駆動周波数を最適共振周波数帯域内の周波
数に制御し、超音波モータを安定に駆動するためには、
駆動周波数を設定する設定回路、あるいは駆動周波数発
振器の設定可能周波数帯域を最適共振周波数帯域とし、
他の次数の共振周波数帯域の周波数を含まないようにす
ることが考えられる。しかし、そのためには周波数設定
回路や発振器の回路構成が複雑となる上に、温度変化な
どによる出力周波数変動を補償する回路が必要になって
望ましくない。

【００１６】また、超音波モータの共振周波数帯域は温
度や負荷変動などによって変化するため、常に駆動周波
数設定回路あるいは駆動周波数発振器の周波数帯域を最
適共振周波数帯域と一致させることは困難である。さら
に、個々の超音波モータにより共振周波数帯域が異なる
ので、超音波モータごとに駆動周波数設定回路あるいは
駆動周波数発振器の周波数帯域を調整しなければなら
ず、調整工数が増加するという問題もある。

【００１７】駆動周波数設定回路あるいは駆動周波数発
振器の出力周波数帯域を制限して駆動周波数の逸脱を防
止するためには、上述した共振周波数帯域の温度や負荷
変動による変化を考慮して出力周波数帯域を最適共振周
波数帯域よりも狭く設定しなければならない。ところ
が、駆動周波数を変化させて超音波モータの駆動速度を
変える場合、駆動速度を超低速度とするためには駆動周
波数を最適共振周波数帯域の上限値近傍に設定しなけれ
ばならない。しかし、駆動周波数設定回路あるいは駆動
周波数発振器の出力周波数帯域を最適共振周波数帯域よ
りも狭くしていると、駆動周波数を最適共振周波数帯域
の上限値近傍に設定することができず、超音波モータを
超低速度で駆動することはできない。

【００１８】なお、以上の説明では図１３に示す圧電体
１４を有する超音波モータを例に上げて説明したが、こ
れ以外の超音波モータに対しても同様な問題がある。

【００１９】本発明の目的は、超音波モータの駆動周波
数を予め設定した最適な共振周波数帯域内の周波数に制
御して超音波モータを安定に駆動することにある。

【００２０】

【課題を解決するための手段】クレーム対応図である図
１に対応づけて本発明を説明すると、請求項１の発明
は、圧電体の励振により弾性体に進行性振動波を発生す
る固定子と、この固定子に加圧接触され進行性振動波に
より駆動される移動子とから成る超音波モータ４００
と、この超音波モータ４００の駆動周波数を設定する周
波数設定手段４０１と、設定された駆動周波数の、所定
の位相差を有する２つの交流信号を生成する発振移相手
段４０２と、２つの交流信号を増幅して圧電体上の２個
の入力電極にそれぞれ印加する電力増幅手段４０３とを
備えた超音波モータの駆動制御装置に適用される。そし
て、圧電体上の入力電極と異なる位置に２個の検出電極
を設け、それらの検出電極から出力される出力電圧の位
相差を検出する位相差検出手段４０４と、位相差に基づ
いて駆動周波数がどの次数の共振周波数帯域に含まれる
かを検出する共振次数検出手段４０５と、検出された共
振周波数帯域の次数に基づいて超音波モータ４００の駆
動周波数が予め設定された共振周波数帯域内の周波数と
なるように制御する周波数帯域制御手段４０６とを備
え、これにより、上記目的を達成する。請求項２の超音
波モータの駆動制御装置は、超音波モータ４００の共通
電極を検出電極としたものである。請求項３の超音波モ
ータの駆動制御装置は、超音波モータ４００の共通電極
を複数に分割し、それらの内の少なくとも１個を検出電
極として用いるようにしたものである。請求項４の超音
波モータの駆動制御装置は、２個の検出電極を進行性振
動波の１波長以内の位置に設けるようにしたものであ
る。請求項５の超音波モータの駆動制御装置の電力増幅
手段４０３Ａは、超音波モータ４００の起動時に２個の
入力電極の内の一方に駆動電圧を印加し、その状態で周
波数帯域制御手段４０６により超音波モータ４００の駆
動周波数が予め設定された共振周波数帯域内の周波数と
なるように制御した後、他方の入力電極に駆動電圧を印
加して超音波モータ４００を起動する。

【００２１】

【作用】圧電体上の入力電極と異なる位置に２個の検出
電極を設け、それらの検出電極から出力される出力電圧
の位相差に基づいて駆動周波数がどの次数の共振周波数
帯域に含まれるかを検出し、超音波モータの駆動周波数
が予め設定した共振周波数帯域内の周波数となるように
制御する。

【００２２】

【実施例】−第１の実施例− 図２〜９により、本発明の第１の実施例を説明する。な
お、以下の各実施例では図１３に示す電極配置の圧電体
を用いた超音波モータを例に上げて説明する。まず、超
音波モータに印加されている駆動電圧の周波数がどの共
振周波数帯域に含まれるかを検出する方法について説明
する。図１３に示す圧電体１４を用いた超音波モータで
は、最適共振周波数帯域におけるステータの進行性振動
波の波数は１１波となる。また、１１次共振周波数帯域
よりも高周波側の１２次共振周波数帯域では１２波とな
り、１３次共振周波数帯域では１３波となる。以下同様
に、共振次数が増えるごとに波数は１波ずつ増加する。
逆に、１１次共振周波数帯域よりも低周波側の１０次共
振周波数帯域では進行性振動波の波数が１０波となり、
９次共振周波数帯域では９波となる。以下同様に、共振
次数が減少するごとに波数が１波ずつ減少する。

【００２３】この実施例では、図１３に示す圧電体１４
の検出電極１４Ｍに対向する位置、つまり共通電極１４
Ｃの位置に第２の検出電極を設ける。この共通電極１４
Ｃの分割例を図２に示す。電極１４Ｄ，１４Ｅ，１４Ｆ
は共通電極１４Ｃを均等に３分割した周長λ／４の検出
電極であり、すべて＋の極性に分極する。図３は、図
２，１３に示す圧電体１４を直線上に展開し、１１次か
ら１３次までの共振周波数帯域で得られるステータ上の
進行性振動波を示す。なお、進行性振動波は検出電極１
４Ｍの位置を基準として示してある。ここで、検出電極
１４Ｍ，１４Ｄ，１４Ｅ，１４Ｆはすべてλ／４の周長
であり、ロータの中心から見た４つの検出電極間の角度
は図２，１３に示す電極配置により決定される。

【００２４】図３から明らかなように、ステータ上の進
行性振動波の波数、すなわち共振次数が変化すると各電
極間の波数が変化する。検出電極が＋の極性に分極され
ていて、図における進行性振動波が＋方向にある場合に
検出電極から＋極性の電圧が出力されるとすると、共振
周波数帯域が変化すると各検出電極間の出力電圧波形の
位相が変化することがわかる。例えば、電極１４Ｍと１
４Ｅの場合では、出力電圧波形間の位相差は１１次で１
８０ｄｅｇであり、１２次では０ｄｅｇ、１３次では１
８０ｄｅｇとなる。この場合、ロータの中心から見た検
出電極１４Ｍと１４Ｅの角度は１８０ｄｅｇであり、こ
の間に何波の進行性振動波が存在するかによって検出電
極１４Ｍ，１４Ｅの出力電圧波形間の位相差が決まる。
この関係を式で表すと次のようになる。任意の二つの電
極間のロータの中心から見た角度をθ、ステータ上に発
生する進行性振動波の波数をｎとすると両電極間に存在
する進行性振動波の波数ｎ１は、 ｎ１＝（θ×ｎ）／３６０ ・・・（１） で表される。ここで、両検出電極の出力電圧波形の位相
差φは（１）式で求めた波数ｎ１の小数点以下に３６０
ｄｅｇを乗した値となり、波数ｎ１の小数点以下をｎ２
とすると、 φ＝３６０×ｎ２ ・・・（２） となる。

【００２５】このように、圧電体上の任意の位置に設け
た２個の検出電極の出力電圧波形の位相差を検出すれ
ば、超音波モータの駆動周波数が何次の共振周波数帯域
の周波数かを判別することができる。図２，１３に示す
電極１４Ｍ，１４Ｅを検出電極とした場合は、２個の検
出電極間のロータの中心から見た角度が１８０ｄｅｇで
あるため、共振次数が変化すると２個の検出電極の出力
電圧波形の位相差は０ｄｅｇまたは１８０ｄｅｇと交互
に変化する。従って、１０次と１２次の場合はともに位
相差が０ｄｅｇとなって判別がつかず、また１１次と１
３次の場合はともに位相差が１８０ｄｅｇとなって判別
がつかない。しかし、駆動周波数設定回路または駆動周
波数発振器の周波数帯域が１１次と１２次の共振周波数
帯域にまたがっているような場合には、駆動周波数は１
１次または１２次の共振周波数帯域の周波数に限定され
るので、駆動周波数が１１次の最適共振周波数帯域の周
波数に設定されているかどうかの判別は充分に可能であ
る。

【００２６】検出電極１４Ｄまたは１４Ｆの出力電圧波
形と検出電極１４Ｍの出力電圧波形との位相差に基づい
て、超音波モータの駆動周波数がどの共振周波数帯域に
あるかを判別するようにすれば、両電極間の角度が１８
０ｄｅｇではないので上述した電極１４Ｍ，１４Ｅの場
合のような問題はなく、さらに広い範囲の共振周波数帯
域にわたって判別が可能となる。

【００２７】また、検出電極１４Ｄ〜１４Ｆのように、
最適共振周波数帯域における進行性振動波の１波長以内
に配置された検出電極間では、低次の共振周波数帯域に
なってステータ上の進行性振動波の波数が減少するごと
に、それらの検出電極の出力電圧波形の位相差は減少
し、逆に、高次の共振周波数帯域になって波数が増大す
るごとに通常の波数の２倍の波数になるまで、検出電極
間の出力電圧の位相差が増大する。従って、最適共振周
波数帯域における位相差を基準にして検出電極間の出力
電圧の位相差を判別すれば、共振次数に応じて位相差が
ほぼ直線的に変化するので、駆動周波数が最適共振周波
数帯域の周波数か、あるいはそれ以外の共振周波数帯域
の周波数であるかを容易に判別できる。

【００２８】このように、基準の位相差よりも２個の検
出電極間の出力電圧波形の位相差が小さいか大きいかに
よって駆動周波数の帯域を判別できる電極の配置につい
ては、進行性振動波の波数と、検出電極間のロータの中
心から見た角度と、最適共振周波数帯域に対してどこま
で判別能力を持つ必要があるかによって決定すればよ
い。

【００２９】なお、図４に示すように、検出電極１４Ｃ
をλ／２とλ／４の長さに分割し、電極群１４Ｂの一つ
の電極と電極１４Ｃのλ／２の長さの電極とを入れ替え
て、電極群１４Ｂ中の入れ換えた電極１４Ｇを検出電極
として使用してもよい。

【００３０】以上の共振周波数帯域の次数の検出方法で
は、ステータ上に進行性振動波を発生させた状態で２個
の検出電極の出力電圧波形の位相差を検出して共振周波
数帯域の次数を検出したが、ステータ上に定在波が発生
している状態でも同様に共振周波数帯域の次数の検出が
可能である。今、２つの入力電極群の片側に駆動電圧を
印加すると、ステータ上に定在波が発生する。この定在
波の波数と進行性振動波の波数とは、駆動周波数が同一
であれば波数も同一となるので進行性振動波による検出
と同様に駆動周波数がどの共振周波数帯域に含まれるか
判別できる。

【００３１】このように、圧電体上にもうけた２個の検
出電極間の出力電圧波形の位相差を検出することにより
共振周波数帯域の次数が検出でき、共振次数検出回路を
設けて駆動周波数がどの共振周波数帯域に含まれるかを
判別し、駆動周波数が最適共振周波数帯域内の周波数と
なるように駆動周波数設定回路あるいは駆動周波数発振
器を制御することが可能となる。また、駆動共振周波数
帯域を切り換えて所望の帯域の駆動周波数で超音波モー
タを駆動することにより、駆動条件に応じて最適な超音
波モータの出力特性を得ることができる。

【００３２】図５は第１の実施例の構成を示す。この実
施例では、検出電極の出力電圧波形と入力電極群に印加
される駆動電圧波形との位相差に基づいて駆動周波数を
制御する駆動制御装置を例に上げて説明する。また、こ
の実施例の超音波モータの圧電体は図１３に示す電極配
置のものとし、その共通電極１４Ｃを図２に示すように
分割し、その中の電極１４Ｆを一方の検出電極として用
いるものとする。従って、この実施例で通常用いる最適
共振周波数帯域は１１次である。

【００３３】この実施例の超音波モータの駆動制御回路
は、共振次数検出回路１、駆動周波数設定回路２、発振
移相回路３および電力増幅器４，５から構成される。共
振次数検出回路１は、検出電極１４Ｍ，１４Ｆの出力電
圧波形の位相差に基づいて、超音波モータの駆動周波数
がどの共振周波数帯域に含まれるかを検出する。超音波
モータの検出電極１４Ｍ，１４Ｆは、共振次数検出回路
１の波形整形器１０１，１０２へそれぞれ接続される。
検出電極１４Ｍ，１４Ｆの出力電圧は波形整形器１０
１，１０２によってそれぞれ矩形波に波形整形され、位
相差検出器１０３へ出力される。

【００３４】この位相差検出器１０３は、図６に示すよ
うに２個のアンドゲート１０３Ａ，１０３ＢとＲＳフリ
ップフロップ１０３Ｃで構成され、検出電極１４Ｍ，１
４Ｆの出力電圧波形の位相差を検出する。各アンドゲー
ト１０３Ａ，１０３Ｂの一方の入力端子には波形整形器
１０１，１０２の出力がそれぞれ接続され、他方の入力
端子にはＲＳフリップフロップ１０３Ｃの出力が接続さ
れる。図７は位相差検出器１０３の動作を示すタイムチ
ャートである。波形整形器１０１，１０２を介して入力
された検出電極１４Ｍ，１４Ｆの出力電圧波形の立ち上
がりエッジに同期して、出力の電圧レベルがハイレベル
からローレベルへ、またはローレベルからハイレベルへ
と交互に反転する。つまり、位相差検出器１０３は検出
電極１４Ｍ，１４Ｆの出力電圧波形の位相差に応じたデ
ューティー比の信号を出力する。

【００３５】位相差検出器１０３の出力は、抵抗器１０
４とコンデンサ１０５から成る積分器へ接続される。こ
の積分器は、位相差検出器１０３の出力信号を平滑して
直流電圧信号に変換する。検出電極１４Ｍ，１４Ｆの出
力電圧波形の位相差が小さいと、図７に示すように位相
差検出器１０３の出力信号のデューティー比が小さくな
り、それを平滑した直流電圧信号の電圧は低くなる。逆
に、検出電極１４Ｍ，１４Ｆの出力電圧波形の位相差が
大きいと、位相差検出器１０３の出力信号のデューティ
ー比が大きくなり、それを平滑した直流電圧信号の電圧
は高くなる。検出電極１４Ｍ，１４Ｆの出力電圧波形の
位相差（ｄｅｇ）と直流電圧信号の電圧Ｖｃｃ（Ｖ）と
の関係を図８に示す。

【００３６】この積分器の出力を５個のウインドコンパ
レータ１０６〜１１０の入力端子に接続し、積分器の直
流電圧信号をウインドコンパレータ１０６〜１１０へ出
力する。ウインドコンパレータ１０６〜１１０は、図９
に示すように可変抵抗器１０６Ａ，１０６Ｃとコンパレ
ータ１０６Ｂ，１０６Ｄで構成され、入力の直流電圧信
号の電圧が可変抵抗器１０６Ａ，１０６Ｃに設定された
設定電圧間にあればハイレベルの信号を出力し、入力信
号の電圧が設定電圧間になければローレベルの信号を出
力する。この実施例では、１１次の最適共振周波数帯域
以外に、その上下の９，１０次と１２，１３次の共振周
波数帯域を検出するため、５個のウインドコンパレータ
１０６〜１１０を用いる。

【００３７】各ウインドコンパレータで検出すべき検出
電極１４Ｍ，１４Ｆの出力電圧波形の位相差は、上述し
た（１），（２）式により求められ、９次のウインドコ
ンパレータ１０６では約１０６ｄｅｇ、１０次のウイン
ドコンパレータ１０７では約２７８ｄｅｇ、１１次のウ
インドコンパレータ１０８では９０ｄｅｇ、１２次のウ
インドコンパレータ１０９では約２６２ｄｅｇ、１３次
のウインドコンパレータ１１０では約７４ｄｅｇとな
る。そこで、これらの位相差を中心にして各ウインドコ
ンパレータに上下２〜３ｄｅｇの検出範囲を設定し、可
変抵抗器１０６Ａに検出範囲の上限の位相差に相当する
積分器の直流電圧を設定し、可変抵抗器１０６Ｃに検出
範囲の下限の位相差に相当する積分器の直流電圧を設定
する。例えば１１次のウインドコンパレータ１０８で
は、検出位相差９０ｄｅｇに対して検出範囲を８７〜９
３ｄｅｇに設定し、可変抵抗器１０６Ａに検出範囲の上
限の位相差９３ｄｅｇに相当する積分器の直流電圧を設
定し、可変抵抗器１０６Ｃに下限の位相差８７ｄｅｇに
相当する積分器の直流電圧を設定する。他のウインドコ
ンパレータ１０６，１０７，１０９，１１０に対しても
同様に可変抵抗器１０６Ａ，１０６Ｃに各検出範囲の上
下限の位相差に応じた直流電圧を設定する。

【００３８】なお、検出電極１４Ｍ，１４Ｆの出力電圧
波形の位相差は各共振周波数帯域の境界周波数で段階的
に変化する。従って、ウインドコンパレータ１０６〜１
１０の位相差の検出範囲は、圧電体１４上の電極配置の
位置誤差などを考慮して他の共振周波数帯域の位相差と
重ならない程度の余裕をもたせて設定すればよい。

【００３９】ウインドコンパレータ１０６，１０７の出
力はＮＯＲゲート１１１へ接続され、ウインドコンパレ
ータ１０９，１１０の出力はＯＲゲート１１２へ接続さ
れる。またＮＯＲゲート１１１の出力は抵抗器１１３を
介してトランジスタ１１５のベースへ接続され、ＯＲゲ
ート１１４の出力は抵抗器１１４を介してトランジスタ
１１６へ接続される。

【００４０】今、駆動周波数の共振周波数帯域が最適次
数の１１次よりも低い９次または１０次の場合は、ウイ
ンドコンパレータ１０６または１０７がハイレベルの信
号を出力し、これによってＮＯＲゲート１１１の出力が
ハイレベルからローレベルへ変化する。この結果、抵抗
器１１３を介してトランジスタ１１５のベースにハイレ
ベル信号が印加され、トランジスタ１１５が導通する。
このとき、ウインドコンパレータ１０９，１１０の出力
はともにローレベルとなっているので、ＯＲゲート１１
２の出力もローレベルとなり、抵抗器１１４を介してト
ランジスタ１１６のベースにローレベル信号が印加され
る。すなわち、トランジスタ１１６は非導通状態にあ
る。両トランジスタ１１５，１１６のコレクタはともに
抵抗器１１７に接続されており、導通状態にあるトラン
ジスタ１１５によってハイレベル信号が抵抗器１１７を
介して駆動周波数設定回路２のコンデンサ２０６へ供給
される。

【００４１】また、駆動周波数の共振周波数帯域が最適
次数の１１次よりも高い１２次または１３次の場合は、
ウインドコンパレータ１０９または１１０がハイレベル
の信号を出力し、これによってＯＲゲート１１２の出力
がローレベルからハイレベルへ変化する。この結果、ト
ランジスタ１１６のベースに抵抗器１１４を介して正電
圧が印加され、トランジスタ１１６が導通する。このと
き、ウインドコンパレータ１０６，１０７の出力はとも
にローレベルとなっているので、ＮＯＲゲート１１１の
出力はハイレベルとなり、抵抗器１１３を介してトラン
ジスタ１１５のベースにハイレベル信号が印加される。
すなわち、トランジスタ１１５は非導通状態にある。こ
の結果、導通状態にあるトランジスタ１１６によってロ
ーレベル信号が抵抗器１１７を介して駆動周波数設定回
路２のコンデンサ２０６へ供給される。

【００４２】さらに、駆動周波数が１１次の共振周波数
帯域にあるときは、ウインドコンパレータ１０８の出力
だけがハイレベルとなり、駆動周波数設定回路２のスイ
ッチ２０４へハイレベル信号を供給する。このとき、他
のウインドコンパレータ１０６，１０７，１０９，１１
０はローレベルであり、従って、ＮＯＲゲート１１１の
出力はハイレベル、ＯＲゲート１１２の出力はローレベ
ルとなり、トランジスタ１１５，１１６はともに非導通
となる。この結果、抵抗器１１７は絶縁状態になる。

【００４３】駆動周波数設定回路２は、波形整形器２０
１、シフトレジスタ２０２、位相比較器２０３、スイッ
チ２０４、抵抗器２０５およびコンデンサ２０６から構
成され、超音波モータの駆動周波数を１１次の最適共振
周波数帯域の周波数に設定する。波形整形器２０１は、
超音波モータの一方の入力電極群１４Ａに接続され、入
力電極１４Ａに印加される駆動電圧波形を矩形波に波形
整形してシフトレジスタ２０２へ出力する。シフトレジ
スタ２０２のクロック端子ＣＫには後述する電圧制御発
振器（ＶＣＯ）３０１の出力が接続されており、所定の
周波数のパルス信号が入力する。シフトレジスタ２０２
は、クロック端子ＣＫに入力するパルス数をカウント
し、予め設定されたクロック数だけ波形整形器２０１か
らの駆動電圧波形を遅延して出力する。

【００４４】位相比較器２０３は、シフトレジスタ２０
２からの駆動電圧波形と波形整形器１０１を介して得ら
れた検出電極１４Ｍの出力電圧波形とを比較し、両者の
位相差に応じた直流電圧を出力する。スイッチ２０４
は、上述した共振次数検出回路１のウインドコンパレー
タ１０８によって制御され、ウインドコンパレータ１０
８の出力がハイレベルのときは閉路し、ローレベルのと
きは開路する。すなわち、駆動周波数が１１次の最適共
振周波数帯域にあるときは、スイッチ２０４が閉路して
位相比較器２０３の出力電圧を抵抗器２０５およびコン
デンサ２０６から成る積分器に印加する。駆動周波数が
１１次の最適共振周波数帯域にないときは、スイッチ２
０４は開路して位相比較器２０３と積分器とを電気的に
絶縁する。抵抗器２０５およびコンデンサ２０６から成
る積分器は、スイッチ２０４が閉路しているときに位相
比較器２０３の出力電圧を平滑して発振移相回路３へ出
力する。

【００４５】なお、抵抗器２０５の抵抗値が抵抗器１１
７の抵抗値よりも十分に大きければ、ウインドコンパレ
ータ１０８およびスイッチ２０４を省略しても問題はな
い。

【００４６】発振移相回路３は、ＶＣＯ３０１および分
周移相器３０２から構成され、駆動周波数設定回路２で
設定された駆動周波数の、互いにπ／２の位相差を有す
る交流信号を生成する。ＶＣＯ３０１は、駆動周波数設
定回路２から入力される直流電圧に応じた周波数の交流
信号を発生し、分周移相器３０２およびシフトレジスタ
２０２へ出力する。分周移相器３０２は、ＶＣＯ３０１
からの交流信号を必要な周波数まで分周し、互いにπ／
２の位相差を有する２つの交流信号を生成して電力増幅
器４，５へ出力する。

【００４７】電力増幅器４，５は、発振移相回路３の出
力信号を駆動電圧に増幅し、入力電極１４Ａ，１４Ｂに
印加する。なお、図５では入力電極１４Ａ，１４Ｂと共
通電極１４Ｃとの間に接続するインダクタの図示を省略
する。これらの電力増幅器４，５は不図示の制御回路に
よって制御され、制御回路から起動信号が供給されると
入力電極１４Ａ，１４Ｂに駆動電圧を印加して超音波モ
ータを駆動し、制御回路から停止信号が供給されると入
力電極１４Ａ，１４Ｂへの駆動電圧の印加を停止する。

【００４８】以上の構成の駆動制御装置において、共振
次数検出回路１により駆動周波数が１１次の共振周波数
帯域にあることが検出されると、スイッチ２０４が閉路
されるとともに抵抗器１１７が絶縁状態になり、駆動周
波数設定回路２、分周移相回路３、電力増幅器４，５お
よび超音波モータによる負帰還制御のＰＬＬループが構
成され、これにより駆動周波数を最適に制御する。以
下、その動作を説明する。

【００４９】分周移相器３０２でＶＣＯ３０１の出力周
波数を１／Ｍに分周するものとすると、ＶＣＯ３０１の
出力信号の１波当たり３６０ｄｅｇ／Ｍの位相差に相当
する。この状態で図１７に示す位相差Φ１に相当するだ
けのクロック数をシフトレジスタ２０２に設定すれば、
駆動周波数Ｆ１１’でシフトレジスタ２０２の出力電圧
波形は検出電極１４Ｍの出力電圧波形と同位相となる。
駆動周波数がＦ１１’よりも低い場合には、位相差はΦ
１よりも小さくなるのでシフトレジスタ２０２の出力電
圧波形は検出電極１４Ｍの出力電圧波形よりも遅れ位相
となり、位相比較器２０３はこの位相差に応じてハイレ
ベルの信号を出力し、積分器のコンデンサ２０６の端子
電圧は上昇する。これにより、ＶＣＯ３０１の入力電圧
も上昇し、その出力周波数が上昇する。そして駆動周波
数がＦ１１’に達すると、シフトレジスタ２０２の出力
電圧波形と検出電極１４Ｍの出力電圧波形とが同位相と
なり、位相比較器２０３の出力は０となる。その結果、
積分器のコンデンサ２０６の端子電圧は一定になり、Ｖ
ＣＯ３０１の出力周波数も一定になる。すなわち、超音
波モータの駆動周波数が１１次の共振周波数帯域の周波
数Ｆ１１’になる。

【００５０】逆に、駆動周波数がＦ１１’よりも高い場
合には、位相差はΦ１よりも大きくなるのでシフトレジ
スタ２０２の出力電圧波形は検出電極１４Ｍの出力電圧
波形よりも進み位相となり、位相比較器２０３はこの位
相差に応じてローレベルの信号を出力し、コンデンサ２
０６の端子電圧が低下する。これにより、ＶＣＯ３０１
の入力電圧も低下し、その出力周波数が低下する。そし
て駆動周波数がＦ１１’に達すると、シフトレジスタ２
０２の出力電圧波形と検出電極１４Ｍの出力電圧波形と
が同位相となり、位相比較器２０３の出力は０となる。
その結果、コンデンサ２０６の端子電圧は一定になり、
ＶＣＯ３０１の出力周波数も一定になる。すなわち、超
音波モータの駆動周波数が１１次の共振周波数帯域の周
波数Ｆ１１’になる。

【００５１】共振次数検出回路１で駆動周波数が１１次
以外の共振周波数帯域の周波数であることが検出される
と、ウインドコンパレータ１０８の出力がローレベルに
なり、これによってスイッチ２０４が開路され、位相比
較器２０３と抵抗器２０５およびコンデンサ２０６から
成る積分器とが切り放される。そして、トランジスタ１
１５または１１６が抵抗器１１７を介してコンデンサ２
０６の端子電圧を制御する。

【００５２】駆動周波数が１１次の共振周波数帯域より
も低い９次または１０次の共振周波数帯域にあるとき
は、上述したようにトランジスタ１１５が導通し、トラ
ンジスタ１１６が非導通となる。そして、抵抗器１１７
を介してハイレベル信号がコンデンサ２０６に供給さ
れ、コンデンサ２０６が充電される。これによって、Ｖ
ＣＯ３０１の入力電圧は上昇し、その出力周波数が上昇
する。つまり、超音波モータの駆動周波数が上昇する。
駆動周波数が１１次の共振周波数帯域の周波数まで上昇
すると、トランジスタ１１５，１１６がともに非導通と
なり、コンデンサ２０６の充電が停止される。同時に、
ウインドコンパレータ１０８の出力がハイレベルになっ
てスイッチ２０４が閉路し、上述したＰＬＬループが動
作して駆動周波数が１１次の共振周波数帯域の周波数Ｆ
１１’となるように制御する。

【００５３】駆動周波数が１１次の共振周波数帯域より
も高い１２次または１３次の共振周波数帯域にあるとき
は、上述したようにトランジスタ１１５が非導通にな
り、トランジスタ１１６が導通する。そして、抵抗器１
１７およびトランジスタ１１６を介してコンデンサ２０
６が接地され、コンデンサ２０６が放電してその端子電
圧が低下する。これによって、ＶＣＯ３０１の入力電圧
が低下し、その出力周波数が低下する。つまり、超音波
モータの駆動周波数が低下する。駆動周波数が１１次の
共振周波数帯域の周波数まで低下すると、トランジスタ
１１６が非導通となり、コンデンサ２０６の放電が停止
される。同時に、ウインドコンパレータ１０８によりス
イッチ２０４が閉路され、上述したＰＬＬループが動作
して駆動周波数が１１次の共振周波数帯域の周波数Ｆ１
１’となるように制御する。

【００５４】このように、圧電体上に２個の検出電極を
設け、それらの検出電極から出力される電圧の位相差に
基づいて駆動周波数がどの次数の共振周波数帯域に含ま
れるかを検出し、駆動周波数が予め設定した最適な共振
周波数帯域内の周波数となるように制御するようにした
ので、駆動中に温度や負荷などの変動があっても駆動周
波数が予め設定した最適な共振周波数帯域から外れるこ
とがなく、外乱に対して超音波モータを安定に駆動する
ことができる。

【００５５】−第２の実施例− 図２に示す電極１４Ｅと１４Ｆを検出電極として用いた
第２の実施例を説明する。上述したように、電極１４
Ｅ，１４Ｆが進行性振動波の１波長以内に位置するた
め、駆動周波数が１１次の共振周波数帯域よりも低い共
振周波数帯域にあるときは、検出電極１４Ｅ，１４Ｆの
出力電圧波形の位相差は１１次の場合よりも小さく、駆
動周波数が１１次の共振周波数帯域よりも高い共振周波
数帯域にあるときは、検出電極１４Ｅ，１４Ｆの出力電
圧波形の位相差は１１次の場合よりも大きい。このこと
から、１１次の共振周波数帯域で得られる検出電極１４
Ｅ，１４Ｆの出力電圧波形の位相差を基準にして、位相
差が基準位相差よりも小さければ駆動周波数が低次の共
振周波数帯域にあることがわかり、位相差が基準位相差
よりも大きければ駆動周波数が高次の共振周波数帯域に
あることがわかる。例えば、検出電極１４Ｅ，１４Ｆの
角度θは約８．２ｄｅｇであるから、上述した（１），
（２）式により９，１０，１１，１２，１３次の位相差
を算出すると、それぞれ約７４ｄｅｇ，約８２ｄｅｇ，
９０ｄｅｇ，約９８ｄｅｇ，約１０６ｄｅｇとなる。１
１次のときの位相差９０ｄｅｇを基準にして、それより
も位相差が小さければ低次の共振周波数帯域にあり、逆
に位相差が大きければ高次の共振周波数帯域にある。

【００５６】図１０は第２の実施例の構成を示す。な
お、第１の実施例の構成を示す図５と同様な回路および
機器に対しては同一の符号を付して相違点を中心に説明
する。上述したように、抵抗器１０４とコンデンサ１０
５から成る積分器は、検出電極１４Ｅ，１４Ｆの出力電
圧波形の位相差に応じて図１１に示すような直流電圧信
号Ｖｃｃを出力する。今、１１次の共振周波数帯域の位
相差９０ｄｅｇを基準にしてそのときの出力電圧をＶ１
１とすると、９次、１０次の低次の共振周波数帯域にお
ける出力電圧はＶ１１よりも低くなり、１２次、１３次
の高次の共振周波数帯域における出力電圧はＶ１１より
も高くなる。

【００５７】抵抗器１０４とコンデンサ１０５から成る
積分器の出力はコンパレータ１２０，１２１の＋端子へ
接続される。コンパレータ１２０，１２１の−端子に
は、それぞれ可変抵抗器１１８，１１９が接続されてお
り、可変抵抗器１１８にはＶ１１よりもわずかに低い８
７〜８８ｄｅｇの位相差に相当する電圧を設定し、可変
抵抗器１１９にはＶ１１よりもわずかに高い９２〜９３
ｄｅｇの位相差に相当する電圧を設定する。従って、共
振周波数帯域が１１次のときは、コンパレータ１２０の
出力はハイレベルであり、コンパレータ１２１の出力電
圧はローレベルである。共振周波数帯域が１１次の帯域
よりも低くなると積分器の出力電圧は低下し、可変抵抗
器１１８の設定電圧以下になるとコンパレータ１２０の
出力電圧がローレベルになる。逆に、共振周波数帯域が
１１次の帯域よりも高くなると積分器の出力電圧は上昇
し、可変抵抗器１１９の設定電圧を超えるとコンパレー
タ１２１の出力電圧がハイレベルになる。

【００５８】コンパレータ１２０の出力は抵抗器１１３
を介してトランジスタ１１５のベースに接続されるとと
もに、アンドゲート１２３の一方の入力端子へ接続され
る。また、コンパレータ１２１の出力は抵抗器１１４を
介してトランジスタ１１６のベースに接続されるととも
に、インバータ１２２へ接続される。共振周波数帯域が
１１次のときは、コンパレータ１２０の出力がハイレベ
ルであるからトランジスタ１１５は非導通であり、ま
た、コンパレータ１２１の出力がローレベルであるから
トランジスタ１１６も非導通である。さらにまた、アン
ドゲート１２３の入力端子にはともにハイレベル信号が
供給され、アンドゲート１２３の出力はハイレベルとな
る。これによって、スイッチ２０４が閉路される。つま
り、共振次数検出回路１Ａにより駆動周波数が１１次の
共振周波数帯域にあることが検出されるとスイッチ２０
４が閉路され、駆動周波数設定回路２、分周移相回路
３、電力増幅器４，５および超音波モータにより負帰還
制御のＰＬＬループが構成され、これにより駆動周波数
を最適に制御する。

【００５９】共振周波数帯域が１１次の周波数帯域より
も低いときはコンパレータ１２０の出力がローレベルに
なり、トランジスタ１１５を導通させ、上述したように
コンデンサ２０６へハイレベル信号を出力してコンデン
サ２０６の端子電圧を上昇させる。またこのとき、アン
ドゲート１２３の一方の入力端子へローレベル信号を供
給し、アンドゲート１２３の出力をローレベルにしてス
イッチ２０４を開路させる。これによって、ＶＣＯ３０
１の入力電圧が上昇し、超音波モータの駆動周波数が上
昇する。駆動周波数がふたたび１１次の共振周波数帯域
になると、トランジスタ１１５が非導通状態になるとと
もにスイッチ２０４が閉路し、上述した負帰還制御のＰ
ＬＬループにより駆動周波数の最適化制御が行われる。

【００６０】共振周波数帯域が１１次の周波数帯域より
も高いときはコンパレータ１２１の出力がハイレベルに
なり、トランジスタ１１６を導通させ、上述したように
コンデンサ２０６へローレベル信号を出力してコンデン
サ２０６の端子電圧を低下させる。またこのとき、アン
ドゲート１２３の一方の入力端子へインバータ１２２を
介してローレベル信号を供給し、アンドゲート１２３の
出力をローレベルにしてスイッチ２０４を開路させる。
これによって、ＶＣＯ３０１の入力電圧が低下し、駆動
周波数が低下する。駆動周波数がふたたび１１次の共振
周波数帯域になると、トランジスタ１１６が非導通状態
になるとともにスイッチ２０４が閉路し、上述した負帰
還制御のＰＬＬループにより駆動周波数の最適化制御が
行われる。

【００６１】なお、抵抗器２０５の抵抗値が抵抗器１１
７の抵抗値よりも十分に大きければ、インバータ１２
２、アンドゲート１２３およびスイッチ２０４を省略し
ても問題はない。

【００６２】このように、圧電体上の進行性振動波の１
波長以内の位置に２個の検出電極を設け、これらの検出
電極の出力電圧の位相差に基づいて駆動周波数がどの次
数の共振周波数帯域に含まれるかを検出し、駆動周波数
を予め設定された最適な共振周波数帯域内の周波数とな
るように制御するようにしたので、駆動中に温度や負荷
などの変動があっても駆動周波数が予め設定した最適な
共振周波数帯域から外れることがなく、外乱に対して超
音波モータを安定に駆動することができる。

【００６３】なお、圧電体の電極配置および検出電極の
数は上述した各実施例に限定されない。さらに、上述し
た各実施例では１４Ｍと１４Ｆ、１４Ｅと１４Ｆを検出
電極として用いたが、他の電極を検出電極として用いて
もよい。

【００６４】また、電力増幅器４，５のいずれか一方を
超音波モータを起動する前に動作させ、駆動電圧を入力
電極群１４Ａ，１４Ｂのいずれか一方に印加し、駆動周
波数が最適な駆動周波数帯域の周波数になるように制御
してから他方の入力電極にも駆動電圧を印加するように
すれば、超音波モータを安定に起動できる上に、起動時
間を短縮できる。

【００６５】さらに、超音波モータの駆動周波数を例え
ば通常用いる最適共振周波数帯域の高周波数側からスキ
ャンして最適な駆動周波数に設定したい場合は、いった
ん通常用いる共振周波数帯域よりも１次高い共振周波数
帯域に駆動周波数を設定した後、所定の共振周波数帯域
に設定すればよい。

【００６６】上述した各実施例では入力電極群に印加す
る駆動電圧波形と検出電極の出力電圧波形との位相差に
基づいて駆動周波数を制御する駆動制御装置を例に上げ
て説明したが、他の駆動制御方式の駆動制御装置に対し
ても本発明を応用することができる。

【００６７】以上の実施例の構成において、駆動周波数
設定回路２が周波数設定手段を、発振移相回路３が発振
移相手段を、電力増幅器４，５が電力増幅手段を、共振
次数検出回路１が位相差検出手段、共振次数検出手段お
よび周波数帯域制御手段をそれぞれ構成する。

【００６８】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、圧
電体上の入力電極と異なる位置に２個の検出電極を設
け、それらの検出電極から出力される出力電圧の位相差
に基づいて駆動周波数がどの次数の共振周波数帯域に含
まれるかを検出し、検出された共振周波数帯域の次数に
基づいて超音波モータの駆動周波数が予め設定された共
振周波数帯域内の周波数となるように制御するようにし
たので、駆動中に温度や負荷などの変動があっても駆動
周波数が予め設定した最適な共振周波数帯域から外れる
ことがなく、外乱に対して超音波モータを安定に駆動す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】クレーム対応図。

【図２】共通電極を分割して複数の検出電極を形成する
例を示す図。

【図３】直線上に展開した圧電体の電極配置と１１〜１
３次の共振周波数帯域の進行性振動波との関係を示す
図。

【図４】圧電体の他の電極配置例を示す図。

【図５】第１の実施例の構成を示すブロック図。

【図６】位相差検出器の詳細な構成を示すブロック図。

【図７】図６に示す位相差検出器の入出力特性を示すタ
イムチャート。

【図８】検出電極の出力電圧の位相差と位相差検出器の
出力電圧との関係を示す図。

【図９】ウインドコンパレータの詳細な構成を示すブロ
ック図。

【図１０】第２の実施例の構成を示すブロック図。

【図１１】検出電極の出力電圧の位相差と積分器の出力
電圧との関係を示す図。

【図１２】回転型超音波モータの構造を示す断面図。

【図１３】圧電体の電極配置例を示す図。

【図１４】従来の超音波モータの駆動制御装置の構成を
示すブロック図。

【図１５】駆動周波数に対する超音波モータの駆動速度
および駆動電圧と検出電圧との位相差の関係を示す図。

【図１６】駆動周波数に対する駆動速度および検出電圧
の関係を示す図。

【図１７】駆動周波数に対する駆動速度および駆動電圧
と検出電圧との位相差の関係を示す図。

【符号の説明】

１，１Ａ 共振次数検出回路 ２ 駆動周波数設定回路 ３ 発振移相回路 ４，５ 電力増幅器 １１ 移動子 １２ 摺動材 １３ 弾性体 １４ 圧電体 １４Ａ，１４Ｂ 入力電極群 １４Ｃ 共通電極 １４Ｍ，１４Ｄ，１４Ｅ，１４Ｆ，１４Ｇ 検出電極 １０１，１０２，２０１ 波形整形器 １０３ 位相差検出器 １０３Ａ，１０３Ｂ，１２３ アンドゲート １０３Ｃ ＲＳフリップフロップ １０４，１１３，１１４，１１７，２０５ 抵抗器 １０５，２０６ コンデンサ １０６〜１１０ ウインドコンパレータ １０６Ａ，１０６Ｃ，１１８，１１９ 可変抵抗器 １０６Ｂ，１０６Ｄ，１２０，１２１ コンパレータ １１１ ＮＯＲゲート １１２ ＯＲゲート １１５，１１６ トランジスタ １２２ インバータ ２０２ シフトレジスタ ２０３ 位相比較器 ２０４ スイッチ ３０１ ＶＣＯ ３０２ 分周移相器 ４００ 超音波モータ ４０１ 周波数設定手段 ４０２ 発振移相手段 ４０３，４０３Ａ 電力増幅手段 ４０４ 位相差検出手段 ４０５ 共振次数検出手段 ４０６ 周波数帯域制御手段

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧電体の励振により弾性体に進行性振動
   波を発生する固定子と、この固定子に加圧接触され前記
   進行性振動波により駆動される移動子とから成る超音波
   モータと、 この超音波モータの駆動周波数を設定する周波数設定手
   段と、 設定された駆動周波数の、所定の位相差を有する２つの
   交流信号を生成する発振移相手段と、 前記２つの交流信号を増幅して前記圧電体上の２個の入
   力電極にそれぞれ印加する電力増幅手段とを備えた超音
   波モータの駆動制御装置において、 前記圧電体上の前記入力電極と異なる位置に２個の検出
   電極を設け、それらの検出電極から出力される出力電圧
   の位相差を検出する位相差検出手段と、 前記位相差に基づいて前記駆動周波数がどの次数の共振
   周波数帯域に含まれるかを検出する共振次数検出手段
   と、 検出された共振周波数帯域の次数に基づいて、前記超音
   波モータの駆動周波数が予め設定された共振周波数帯域
   内の周波数となるように制御する周波数帯域制御手段と
   を備えることを特徴とする超音波モータの駆動制御装
   置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の超音波モータの駆動制
   御装置において、 前記超音波モータの共通電極を検出電極としたことを特
   徴とする超音波モータの駆動制御装置。
3. 【請求項３】 請求項１に記載の超音波モータの駆動制
   御装置において、 前記超音波モータの共通電極を複数に分割し、それらの
   内の少なくとも１個を検出電極として用いることを特徴
   とする超音波モータの駆動制御装置。
4. 【請求項４】 請求項１に記載の超音波モータの駆動制
   御装置において、 前記２個の検出電極は前記進行性振動波の１波長以内の
   位置に設けられることを特徴とする超音波モータの駆動
   制御装置。
5. 【請求項５】 請求項１に記載の超音波モータの駆動制
   御装置において、 前記電力増幅手段は、前記超音波モータの起動時に前記
   ２個の入力電極の内の一方に駆動電圧を印加し、その状
   態で前記周波数帯域制御手段により前記超音波モータの
   駆動周波数が予め設定された共振周波数帯域内の周波数
   となるように制御した後、他方の前記入力電極に駆動電
   圧を印加して前記超音波モータを起動することを特徴と
   する超音波モータの駆動制御装置。