JPH09215352A - 超音波モーター速度制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 超音波モーター制御装置において、速度制御
を簡単な構成にて行う。 【解決手段】 ２相の電極からなる圧電振動体と、前記
２相の電極に各々互いに同一の周波数および振幅からな
る電圧信号を供給する駆動回路とを具備する超音波モー
ター制御装置において、前記一方の電圧信号を基準とし
て他方の電圧信号を前記一方の電圧信号に対する位相差
をπ／２を中心として一括変化させる位相差発生手段を
設けて速度変化させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、圧電効果を起こす
圧電振動体に超音波電圧を供給することによって発生す
る弾性振動を駆動源とし、前記圧電振動子に押圧された
移動体が摩擦力を介して得られる駆動力を利用して被動
体を移動させる超音波モーターの速度制御装置に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、強誘電体に分極処理を施した
圧電振動体が、電気エネルギー（電圧、電荷量等）と機
械エネルギー（変位、歪み等）の変換素子として利用さ
れてきた。前記圧電振動体の圧電効果によって、電圧が
供給されると前記圧電振動体が伸縮をすることを利用
し、電圧信号として超音波領域に属する高周波の電圧信
号が供給されることにより、前記圧電振動体が前記電圧
信号の超音波周波数に応じて圧縮伸長の弾性振動を発生
し、前記圧電振動体に押圧された移動体が押圧力による
摩擦力を介して得られる駆動力により回転する。

【０００３】また前記圧電振動体に供給する前記電圧信
号に対して効率よく出力が得られる周波数は図１０に示
すように振動振幅が大きくなる共振周波数ｆｓ近傍であ
り、このような共振周波ｆｓは前記圧電振動体の形状及
び材料によって異なる。また前記圧電振動体において回
転を生み出す進行波を作り出すために、前記圧電振動体
に位置的に波長λの４分の１に電極を分割し隣合う駆動
用電極において交互に分極方向を変えられた前記２相の
電極に位相差π／２を持った２種類の電圧信号を供給す
る。

【０００４】前記超音波モーターの駆動装置としては図
２および図９に示すように、直流電源４と、前記直流電
源４によって駆動され、超音波電圧信号を圧電振動体１
１の２相の電極１１ａ，１１ｂに供給する駆動手段５１
と、その駆動手段５１によって駆動される超音波モータ
ー１によって構成される。また前記駆動手段５１は必要
とする周波数の電圧信号を発振する発振手段６と、前記
２相の電極１１ａ，１１ｂに供給する電圧信号の位相差
を制御する位相制御手段７１と、必要な振幅の電圧信号
に調整する振幅調整手段８１によって構成される。

【０００５】ここで前記位相差制御手段７１では、前記
２相の電極１１ａ，１１ｂに供給する電圧信号において
前記一方の電圧信号を基準とし他方の電圧信号を前記一
方の電圧信号に対する位相差をπ／２にする位相差手段
７ａと、前記超音波モーターの反転を行うために前記位
相差の±符号を逆にする反転手段７ｂと、前記圧電振動
体１１に供給する超音波電圧信号の電圧と電流の位相差
を検出する位相差検出手段７ｃおよび前記２相の電極１
１ａ，１１ｂに供給する電圧信号の位相差を変化させる
位相差可変手段７ｄで構成される。

【０００６】また、前記位相差検出手段７ｃにおいて検
出された信号はラインＬ２を介してフィードバック手段
９１に入力され、前記位相差を一定値あるいは一定範囲
内に保つように制御信号をラインＬ３を介して前記発振
手段６に入力し、前記発振手段６から発振する超音波電
圧信号の周波数を制御する。

【０００７】ところで、このような超音波モーター装置
には超音波モーター１の速度を検出するためにエンコー
ダ等の速度検出手段１０が設置され、ラインＬ４を介し
て前記フィードバック手段９１に入力し、前記速度検出
手段１０からの速度信号とラインＬ１を介して入力され
る反転信号を含んで速度指令信号１をフィードバック手
段９１において比較し、所定の速度となる超音波電圧信
号を発振するための制御信号をラインＬ３を介して前記
発振手段６に入力し、所要の周波数となる超音波電圧信
号を発振し前記位相差手段７ｃに入力される。

【０００８】ここで前記位相差手段７ｃにおいて入力さ
れた電圧信号に対して位相をπ／２にずらした電圧信号
を生成しラインＬ１４を介して、元の位相の電圧信号を
ラインＬ１５を介して前記反転手段７ｂに入力する。さ
らに前記フィードバック手段９１からラインＬ６を介し
て入力される反転指令に応じてラインＬ１５より入力さ
れた電圧信号の位相を０または±πに変化させることに
よって反転を行う。前記反転手段７ｂにラインＬ１４を
介して入力された元の位相の電圧信号はラインＬ１６を
介してそのまま振幅調整手段８ａに入力され、前記フィ
ードバック手段９１によりラインＬ８を介して入力され
る速度指令信号に応じて振幅調整を行い、前記圧電振動
体１１の一方の電極１１ａに供給される。

【０００９】一方ラインＬ１５を介して前記反転手段７
ｂに入力され反転指令信号により位相を変化させられた
電圧信号はラインＬ１７を介して位相差可変手段７ｄ入
力され、前記フィードバック手段９１からラインＬ７を
介して前記位相差可変手段７ｄに入力される速度指令信
号Ｖｐに応じて電圧信号の位相を変化させ振幅調整手段
８ａに出力し、前記振幅調整手段８ａにおいて前記フィ
ードバック手段９１によりラインＬ８を介して入力され
る速度指令信号に応じて振幅調整を行い、前記圧電振動
体１１の他の電極１１ｂに供給される。

【００１０】これにより前記圧電振動体１１の電極１１
ａ，１１ｂに供給される電圧信号の振幅変化や位相差変
化により超音波モーター１は所定の速度に可変される。

【００１１】従来からの超音波モーターの速度制御装置
として、例えば特開平６−２３７５８４号公報に記載さ
れた超音波モーターの速度制御装置がある。前記公報に
記載された速度制御装置において、前記フィードバック
手段９１からの制御信号に基づき、前記圧電振動体１１
の２相の電極１１ａ，１１ｂに供給する超音波電圧信号
の振幅及び周波数を共に変化させることにより、超音波
モーター１の速度を可変させる。

【００１２】さらに、前記フィードバック手段９１から
の制御信号に基づき、前記圧電振動体１１の２相の電極
１１ａ，１１ｂに供給する超音波電圧信号の周波数及び
前記超音波電圧信号の位相差を共に変化させることによ
り超音波モーター１の速度を可変させる。ここで、前記
超音波電圧信号の振幅あるいは周波数を変化させる場合
は、２相の電極１１ａ，１１ｂに供給する前記超音波電
圧信号を共に変化させていることである。

【００１３】また、前記圧電振動体１１の２相の電極１
１ａ，１１ｂに供給する前記超音波電圧信号の位相差を
π／２にし、前記位相差をπ／２を中心にして変化させ
ることによって超音波モーター１の速度を変化させる。
また、該超音波モーターの反転は前記電圧信号の±符号
を逆にすることによって行なう。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、前記のよう
な従来の速度制御装置では、簡潔で安定した速度制御を
行うという点において、後述する以下の問題がある。

【００１５】まず、前記超音波電圧信号の振幅の変化に
対して、超音波モーター１の速度の変化は図１１に示す
ように線形にならず、前記振幅のみの制御では安定した
速度の可変を行うためには速度検出手段１０やフィード
バック手段９１による複雑な速度制御を要する。次に前
記２相の電極１１ａ，１１ｂに供給する超音波電圧信号
の位相差をπ／２を中心にして変化させることにより、
超音波モーター１の速度は変化させることができる。

【００１６】しかし、まず前記位相差をπ／２にずらし
た後に前記位相差をπ／２を中心に変化させており、ま
た前記超音波モーターの回転方向を反転させるために、
前記超音波電圧信号の位相差の±符号を逆にする回路構
成部分が必要であるため、回路構成要素が多くなる。

【００１７】さらに前記超音波電圧信号の周波数を図１
０（Ａ），（Ｂ）に示すように共振周波数ｆｓと反共振
周波数ｆｐの間で変化させることによって超音波モータ
ー１の速度を変化させているが、図１０（Ａ）に示すよ
うにアドミッタンス特性が急峻な場合には、前記周波数
の僅かな変化で超音波モーター１の速度は大きく変化
し、また共振周波数ｆｓと反共振周波数ｆｐの間の前記
アドミッタンス特性が線形ではないため速度制御が複雑
になる。

【００１８】上記理由により、前記周波数制御では安定
した速度の可変を行うことは困難である。さらに最大出
力となる周波数である共振周波数ｆｓにおいては、前記
圧電振動体のインピーダンスの位相が急激に変化し前記
超音波モーターが停止する恐れがあるため、図１０
（Ａ），（Ｂ）に示すように前記圧電振動体のインピー
ダンスの位相すなわち供給する電圧信号の電圧と電流の
位相差が安定し、なおかつ前記圧電振動体の振動振幅が
大きい周波数帯域の電圧信号を前記圧電振動体に供給す
る必要があり、下限周波数は共振周波数ｆｓよりも上に
設定することになる。そのため最大出力となる周波数で
駆動できず、最大出力値も温度変化等による前記アドミ
ッタンス特性の変化により急激に変化する。

【００１９】従って、前記超音波電圧信号の周波数を変
化させていることにより、超音波モーター１の速度を可
変させる場合には、前記周波数の変化による前記超音波
モーター１の速度変化が大きいため、広範囲の線形性の
速度変化を得ることは困難であり、その上、前記アドミ
ッタンス特性は温度変化によって前記共振周波数ｆｓと
前記反共振周波数ｆｐを含めて図１０（Ａ）において左
右に波形が移動するため、温度変化に対して安定した速
度の可変を行うことを考えると複雑な速度制御を要す
る。

【００２０】このため温度変化に対して、前記圧電振動
体１１の２相の電極１１ａ，１１ｂに供給する前記超音
波電圧信号の電圧と電流の位相差を検出する位相差検出
手段７ｃを設けることにより前記圧電振動体に供給する
電圧信号の電圧と電流の位相差が検出され、前記位相差
検出手段７ｃからの信号をフィードバック手段９１に入
力し、前記位相差を一定値あるいは一定範囲内に保つよ
うに発振回路６から出力する前記超音波電圧信号の周波
数を制御する方法がある。

【００２１】しかしながら、前記方法では温度変化に対
するアドミッタンスの変動による急激な速度変化を押さ
えることができるが、前記位相差検出手段７ｃが必要と
なり、またフィードバック手段９１の構成が複雑にな
り、コストアップを招くという問題がある。

【００２２】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の超音波モ
ーター制御装置は、２相の電極からなる圧電振動体と、
前記２相の電極に各々互いに同一の周波数および振幅か
らなる電圧信号を供給する駆動回路とを具備する超音波
モーター制御装置において、前記一方の電圧信号を基準
として他方の電圧信号を前記一方の電圧信号に対する位
相差をπ／２を中心として一括変化させる位相差発生手
段を設けて速度変化させることを特徴とする超音波モー
ター制御装置である。

【００２３】請求項２記載の超音波モーター制御装置
は、前記圧電振動体の振動による周波数を振動電圧信号
として検出する駆動手段が、前記圧電振動体から検出さ
れた前記振動電圧信号に基づいて前記圧電振動体に電圧
信号を供給することを特徴とする請求項１記載の超音波
モーター制御装置である。

【００２４】請求項３記載の超音波モーター制御装置
は、２相の電極からなる圧電振動体と、前記２相の電極
に各々互いに同一の周波数および前記一方の電圧信号を
基準として他方の電圧信号を前記一方の電圧信号に対す
るπ／２の位相差からなる電圧信号を供給する駆動回路
とを具備する超音波モーター制御装置において、前記一
方の電圧信号を固定して他方の電圧信号の振幅を変化さ
せる振幅制御手段を設けて速度変化させることを特徴と
する超音波モーター制御装置である。

【００２５】請求項４記載の超音波モーター制御装置
は、前記圧電振動体の振動による周波数を振動電圧信号
として検出する駆動手段が、前記圧電振動体から検知さ
れた前記振動電圧信号に基づいて前記２相の電極に電圧
信号を供給することを特徴とする請求項３記載の超音波
モーター制御装置である。

【００２６】請求項５記載の超音波モーター制御装置
は、前記一方の電圧信号を基準として他方の電圧信号を
前記一方の電圧信号に対する位相差をπ／２を中心とし
て一括変化させる位相差発生手段を設けて速度変化させ
ることを特徴とする請求項３記載の超音波モーター制御
装置である。

【００２７】

【発明の実施の形態】

（実施例１）実施例１では、前記圧電振動体の２相の電
極に供給する互いに同一の周波数及び同一の振幅からな
る超音波電圧信号において、前記一方の電圧信号を基準
とし、他方の電圧信号を前記一方の電圧信号に対して位
相差をπ／２を中心にして一括して変化させることによ
って速度を変化させる。

【００２８】すなわち、前記２相の超音波電圧信号の振
幅及び周波数を同一にすることにより、前記２相の超音
波電圧信号の位相差の変化に対して、超音波モーターは
広範囲で線形的に速度変化させることができる。

【００２９】ところで従来では、まず前記２相の超音波
電圧信号の位相差をπ／２にずらした後、前記位相差を
π／２を中心に変化させることにより速度変化させてい
た。すなわち、前記圧電振動体に供給する電圧信号はそ
れぞれ式（１），（２）のように書かれ Ｅ１（ｔ）＝Ａ１・ｓｉｎ（ω１・ｔ） ・・・・・・・（１） Ｅ２（ｔ）＝Ａ２・ｓｉｎ（ω２・ｔ） ・・・・・・・（２） ここではＡ１＝Ａ２であるが、前記一方の電圧信号の角
振動周波数をω１、他方の電圧信号の角振動周波数をω
２とし、前記２相の位相差をΔθ１とすると、時間ｔに
おける前記一方の電圧信号の位相はω１ｔとなり、他方
の電圧信号の位相はω２ｔとなるため、 ω２・ｔ＝ω１・ｔ±（π／２＋Δθ１） −π／２≦Δθ１≦０ ・・・・・・・（３） と表すことができる。ここで、式（３）中の±は反転を
示す。

【００３０】しかしながら本発明では、最初に一旦前記
位相差をπ／２にずらす行程を行うのではなく式（３）
での位相差π／２＋Δθ１を後述する式（４）の位相差
Δθ２として一括して変化させ、また前記位相差が０ま
たは速度が０となり、位相差０を境に駆動方向が反転す
ることを利用し、一括にて前記位相差を−π／２〜＋π
／２に変化させることにより、反転機能を備えることが
できる。

【００３１】すなわち、 ω２・ｔ＝ω１・ｔ＋Δθ２ −π／２≦Δθ２≦＋π／２ ・・（４） と表すことができる。従って、前記位相差の変化に対し
て線形的に速度変化できることから速度指令信号の変化
に対しても線形的に速度変化し、なおかつ回路構成を簡
潔化し反転も兼ね備えた速度可変ができる。

【００３２】本発明の実施例１を図１と図２および図３
に基づいて説明する。超音波モーターとしては図２に示
すように、超音波（２０ＫＨｚ以上）領域の周波数の電
圧信号を供給されることにより進行波を発生するステー
タ３と、前記ステータ３に適切な圧力で押圧されること
により回転駆動されるローター２によって構成される。
また、前記ステータ３は後述する駆動手段５２から供給
される超音波電圧信号により進行波を発生する圧電振動
体１１と、前記圧電振動体１１に接着された弾性体３ａ
によって構成され、前記ローター２は前記ステータ３に
より発生した進行波を押圧されることにより有効に回転
運動に変換するライニング材２ｂと前記ライニング材２
ｂに固定され回転運動を外部被動体に伝達する回転体２
ａによって構成される。なお、前記圧電振動体１１では
チタン酸バリウム系圧電素子等が用いられる。

【００３３】また、超音波モーターの制御装置では駆動
手段５１は前記駆動手段５１を動作させる直流電源４と
ともに前記超音波モーター１とは図１に示すように設け
られる。さらに前記超音波モーターの速度を検出する速
度検出手段１０が設けられ、ならびに前記速度検出手段
１０からの速度信号Ｖｓおよび所定の速度を与える反転
指令を含んだ速度指令電圧信号１Ｖｉ１が入力されるフ
ィードバック手段９２が設けられる。その上、前記フィ
ードバック手段９２からの制御信号に基づいて前記圧電
振動体１１に適切な周波数の超音波電圧信号を発振する
発振手段６が前記駆動手段５２の構成要素として設けら
れる。ここで、前記駆動手段５２の構成は超音波電圧信
号を発振する前記発振手段６および前記発振手段６で発
生し前記圧電振動体１１の２相の電極１１ａ，１１ｂに
供給する２種類の超音波電圧信号の位相制御を行う位相
制御手段７２と、さらに前記２種類の超音波電圧信号の
振幅を調整する振幅調整手段８２が設けられる。

【００３４】また、前記位相制御手段７２では前記圧電
振動体１１に供給する超音波電圧信号の電圧と電流の位
相を検出する位相差検出手段７ｃおよび２種類の前記超
音波電圧信号において前記一方の超音波電圧信号を基準
とし他方の超音波電圧信号を前記一方の超音波電圧信号
に体する位相差をπ／２を中心に一括して反転手段をも
兼ね備えた位相差発生手段７ｅが設けられる。

【００３５】次に図１に基づいて本構成の説明を発振す
る電圧信号の進行に沿って行う。まず、直流電源４から
直流電流を供給されることにより発振手段６にて超音波
電圧信号を発生し位相差検出手段７ｃに入力される。こ
こで、前記位相差検出手段７ｃにおいて入力された超音
波電圧信号の電圧と電流の位相差を検出し、検出された
信号をラインＬ２を介してフィードバック手段９２に入
力し前記位相差が一定範囲内となる周波数を発振させる
制御信号をラインＬ３を介して前記発振手段６に入力す
ることにより、前記発振手段６から所要の周波数の超音
波電圧信号を発振し再び位相差検出手段７ｃに入力す
る。

【００３６】なお、前記発振手段６から発振される超音
波電圧信号の周波数調整範囲は図１０に示すように前記
圧電振動体１１の共振周波数ｆｓから反共振周波数ｆｐ
の間である。ところで、前記位相差検出手段７ｃを通過
した超音波電圧信号はラインＬ１１とラインＬ１２に分
けられ、ラインＬ１１を通過する超音波電圧信号はその
まま振幅調整手段８ｂに入力され式（１）に示された所
要の最大出力となる振幅Ａ１に調整された後に前記圧電
振動体１１の２相ある電極の内の一方の電極１１ａに入
力される。

【００３７】また、ラインＬ１２を通過する超音波電圧
信号は位相差発生手段７ｅに入力され、前記位相差発生
手段７ｅにおいて前記フィードバック手段９２からライ
ンＬ９により入力された速度制御信号Ｖｐに基づいて速
度変化させるために前記超音波電圧信号の位相を変化さ
せ振幅調整手段８ｂにて式（２）に示された所要の最大
出力となる振幅Ａ２（＝Ａ１）に調整され前記圧電振動
体１１の他の電極１１ｂに入力されることにより、２相
の電極１１ａ，１１ｂに供給する同一振幅および同一周
波数である電圧信号に位相差を発生させる。ここで前記
位相差発生手段７ｅの動作説明を図３を用いて行う。

【００３８】ここで、図３において抵抗２１と抵抗２２
は位相差発生を行うオペアンプ２３における増幅率を決
定する要素であり両抵抗の値を同一としてオペアンプ２
３における増幅率を１にする。またコンデンサ２４と接
合型ＦＥＴ２５において位相差を発生させ、可変抵抗２
６によりオフセット調整などを行う。ここで、ＦＥＴ２
５のゲート側から速度指令信号を入力するが通常ゲート
電圧はマイナス値になるがこれを制御しやすくするため
にバイアス電圧を持ち上げてゲート側には０Ｖからプラ
ス方向に数Ｖにて速度可変できるよう、また基本的にソ
ース接地されておりオフセット調整量も兼ねて可変抵抗
２６を調整する。

【００３９】次に、位相差発生を説明するてめにコンデ
ンサ２４の直前とオペアンプ２３の＋端子側直前におけ
る伝達関数を求めると、式（５）のようになる。コンデ
ンサ２４の電気容量をＣとすると Ｇ（ｓ）＝Ｋ１（Ｃ）・ｓ／（（１＋Ｋ２（Ｃ）・ｓ） ・（１＋Ｋ３（Ｃ）・ｓ））・・・（５） となり、ｓ＝ｊωを代入すると位相角は ∠Ｇ（ｊω）＝∠（Ｋ１（Ｃ）・ｊω）−（∠（１＋Ｋ２（Ｃ）・ｊω） ＋∠（１＋Ｋ３（Ｃ）・ｊω）） ・・・(６） で表され、ここでＫ１〜Ｋ３がＦＥＴの等価回路に書き
換えた場合の内部抵抗等やコンデンサ２４の電気容量Ｃ
による係数である。これにより式（５）および式（６）
を見ると、分母が微分要素であり、ここで位相がＣおよ
びＫ１に関わらず＋π／２進むことになる。次に分子を
みると２次遅れ要素になっており、ここでは位相が０か
ら−πまで変化できることが分かる。

【００４０】すなわち、位相差発生手段７ｅにおける位
相差は−π／２〜＋π／２まで変化できる。このように
して、前記圧電振動体１１は圧電効果による弾性振動に
より進行波が発生され該超音波モーター１は回転駆動す
る。

【００４１】また、該超音波モーター１の回転速度はエ
ンコーダ等の速度検出手段１０により検出された速度信
号ＶｓをラインＬ４を介して前記フィードバック手段９
２に入力し速度指令信号１Ｖｉｌと比較した後、前記位
相差発生手段７ｅにおいて速度制御を行うための速度制
御信号ＶｐをラインＬ９を介して出力し、前記位相差発
生手段７ｅにおいて速度制御を行う。

【００４２】以上のように、実施例１では２層の電極に
供給する超音波電圧信号において、前記一方の超音波電
圧信号を基準とし他方の超音波電圧信号を前記一方の超
音波電圧信号に対して位相差をπ／２を中心に一括して
変化させる位相差発生手段７ｅを設けることにより、従
来での前記位相差をπ／２にずらした後にπ／２を中心
に位相差変化させる方法に対して、反転も兼ね備えるこ
とにより回路構成を簡素化し、また前記位相差変化によ
り広範囲において線形的に速度変化させることができ
る。

【００４３】（実施例２）実施例２では、前記実施例１
の超音波モーターにおいて、前記圧電振動体の温度変化
によるアドミッタンス特性の変化に対して前記圧電振動
体の共振周波数の変化に追尾できるように、前記圧電振
動体の振動による周波数を振動電圧信号として検出する
駆動手段が、前記検出された電圧信号に基づいて前記圧
電振動体に電圧信号を供給するように設けられる自励振
方式にする。

【００４４】ここで、前記駆動手段によって前記圧電振
動体が駆動されると、前記圧電振動体が持つ固有振動数
における共振特性によって前記圧電振動体は固有振動数
（共振周波数）近傍で振動しようとするため、前記圧電
振動体から共振周波数を検出することができる。

【００４５】また、前記電圧信号の周波数を最大出力と
なる共振周波数ｆｓにて維持できるように追尾している
ので、従来よりも安定した出力を得ることができる。従
って、自励振方式を用いることで温度変化等により前記
共振周波数ｆｓが変化した場合での速度安定化になり、
前記電圧信号の位相差可変による速度変化がより安定化
し、発振手段などの削除により回路構成も簡素化され
る。

【００４６】本発明の他の実施例２を図４に基づいて説
明する。なお、本実施例において前記実施例１において
説明した構成要素と同一の機能を有する構成要素につい
ては、同一の番号にて行い、その説明を省いた。

【００４７】超音波モーターの制御装置では駆動手段５
３は前記駆動手段５３を動作させる直流電源４とともに
前記超音波モーター１と図４に示すように設けられる。
ここで、圧電振動体１１の振動による周波数を示す振動
電圧信号を検出し、前記振動電圧信号に基づいて前記圧
電振動体１１に超音波電圧信号を供給できるようにライ
ンＬ５により前記駆動手段５３にフィードバックされ
る。

【００４８】なお、前記駆動手段５３の構成は前記圧電
振動体１１の２相の電極１１ａ，１１ｂに供給する２種
類の超音波電圧信号の位相制御を行う位相制御手段７３
と、さらに前記２種類の超音波電圧信号の振幅を調整す
る振幅調整手段８３が設けられる。また、前記位相制御
手段７３では２種類の前記超音波電圧信号において前記
一方の超音波電圧信号を基準とし他方の超音波電圧信号
を前記一方の超音波電圧信号に対する位相差をπ／２を
中心に一括して反転手段をも兼ね備えた位相差発生手段
７ｅのみが設けられる。

【００４９】次に図４に基づいて本構成の説明を電圧信
号の進行に沿って行う。まず、直流電源４から直流電流
を供給されることにより該超音波モーター１の前記圧電
振動体１１に前記圧電振動体自身の固有振動数および前
記駆動手段５３の回路の定数によって決まる共振周波数
ｆｓ近傍の振動を発生させる。前記圧電振動体１１に発
生した振動による振動電圧信号を検出しラインＬ５を通
じて前記駆動手段５３にフィードバックされ、前記振動
電圧信号に基づいて前記圧電振動体１１に超音波電圧信
号を供給する。ところで、前記振動電圧信号は前記駆動
手段５３内で位相制御手段７３に入力されるラインＬ５
と振幅調整手段８ｂラインＬ１３に分けられ、ラインＬ
１３を通過する超音波電圧信号はそのまま振幅調整手段
８ｂに入力され式（１）に示された所要の最大出力とな
る振幅Ａ１に調整された後に前記圧電振動体１１の２相
ある電極の内の一方の電極１１ａに入力される。

【００５０】また、ライン５を通過する超音波電圧信号
は位相制御手段７３内の位相差発生手段７ｅに入力さ
れ、前記位相差発生手段７ｅにおいて直接に反転指令を
含んだ速度指令信号３Ｖｉ３に基づいて速度変化させる
ために前記超音波電圧信号の位相を変化させ、２相の電
極１１ａ，１１ｂに供給する電圧信号に位相差を発生さ
せる。ここで前記位相差発生手段７ｅの動作説明は前記
実施例１と同様であるため詳細な説明は省いた。

【００５１】さらに、前記位相差発生手段７ｅで位相を
ずらされた超音波電圧信号は振幅調整手段８ｂに入力さ
れ式（２）に示された所要の最大出力となる振幅Ａ２
（＝Ａ１）に調整された後に前記圧電振動体１１の２相
ある電極の内の他方の電極１１ｂに入力されることによ
って前記圧電振動体１１に弾性振動により進行波が発生
され該超音波モーター１は回転駆動する。

【００５２】以上のように、実施例２では２相の電極に
供給する超音波電圧信号において、前記一方の超音波電
圧信号を基準とし他方の超音波電圧信号を前記一方の超
音波電圧信号に対して位相差をπ／２を中心に一括して
変化させる位相差発生手段７ｅを設けることにより、従
来での前記位相差をπ／２にずらした後にπ／２を中心
に位相差変化させる方法に対して、反転も兼ね備えるこ
とにより回路構成を簡素化、また前記位相差変化させる
方法に対して、反転も兼ね備えることにより回路構成を
簡素化し、また前記位相差変化により広範囲において線
形的に速度変化させることができる。さらに、発振手段
６を不要とした自励振方式であるために出力が安定する
こともあり速度検出手段１０を用いずとも温度変化等に
対しても安定して、しかも広範囲において線形的に速度
検出手段１０を用いずとも温度変化等に対しても安定し
たしかも広範囲において線形的に速度変化を行うことが
でき、前記実施例１における位相差検出手段７ｃとフィ
ドバック手段９２省くことができる。

【００５３】（実施例３）実施例３では、２相の電極か
らなる圧電振動体と、前記２相にそれぞれ互いに同一の
周波数及びπ／２の位相差からなる電圧信号を供給する
駆動回路とを少なくとも具備した超音波モーターにおい
て、前記一方の電圧信号を固定側電圧信号として固定し
他方の電圧信号を調整側電圧信号として振幅を変化させ
る振幅制御手段を設けることによって速度を変化させ
る。すなわち、前記固定側電圧信号は式（７）として、
前記調整側信号を式（８）として表せる。

【００５４】 Ｅ１（ｔ）＝Ａ１・ｓｉｎ（ω１・ｔ） ・・・（７） Ｅ２（ｔ）＝Ａ２・ｓｉｎ（ω２・ｔ） ・・・（８） ここで、ω１＝ω２とすると、ω２・ｔ＝ω１・ｔ±π
／２となり、±は反転を意味する。そして、式（７）側
は一切変えず、式（８）のＡ２を０≦Ａ２≦Ａ１におい
て変化させることにより速度変化させる。これにより、
前記調整側電圧信号の振幅の変化に伴い速度が線形的に
変化するため、速度指令信号の変化に対しても速度が線
形的に変化する。しかも、前記調整側信号の振幅のみを
可変することで速度変化できるため、速度制御や回路構
成が簡潔化される。

【００５５】本発明の他の実施例３を図５および図６に
基づいて説明する。なお、本実施例において前記実施例
１〜２において説明した構成要素と同一の機能を有する
構成要素については、同一の番号にて行い、その説明を
省いた。

【００５６】超音波モーターの制御装置では駆動手段５
４は前記駆動手段５４を動作させる直流電源４とともに
前記超音波モーター１と図５に示すように設けられる。
さらに前記超音波モーター１の速度を検出する速度検出
手段１０が設けられ、ならびに前記速度検出手段１０か
らの速度信号Ｖｓおよび所定の速度を与える反転指令を
含んだ速度指令電圧信号１Ｖｉ１が入力されるフィード
バック手段９３が設けられる。

【００５７】その上、前記フィードバック手段９３から
の制御信号に基づいて前記圧電振動体１１に適切な周波
数の超音波電圧信号を発振する発振手段６が前記駆動手
段５３の構成要素として設けられる。ここで、前記駆動
手段５４の構成は超音波電圧信号を発振する前記発振手
段６および前記発振手段６で発生し前記圧電振動体１１
の２相の電極１１ａ，１１ｂに供給する２種類の超音波
電圧信号の位相制御を行う位相制御手段７４と、さらに
前記２種類の超音波電圧信号の振幅を調整する振幅調整
手段８４が設けられる。

【００５８】また、前記位相制御手段７４では前記圧電
振動体１１に供給する超音波電圧信号の電圧と電流の位
相を検出する位相差検出手段７ｃおよび２種類の前記超
音波電圧信号において前記一方の超音波電圧信号を基準
とし他方の超音波電圧信号を前記一方の超音波電圧信号
に対する位相差をπ／２にする位相差手段７ａおよび前
記位相差の±符号を逆にして反転を行う反転手段７ｂが
設けられる。

【００５９】次に図５に基づいて本構成の説明を発振す
る電圧信号の進行に沿って行う。まず、直流電源４から
直流電流を供給されることにより発振手段６にて超音波
電圧信号を発生し位相差検出手段７ｃに入力される。こ
こで、前記位相差検出手段７ｃにおいて入力された超音
波電圧信号の電圧と電流の位相差を検出し、検出された
信号をラインＬ２を介して入力されたフィードバック手
段９３において前記位相差が一定範囲内となる周波数を
発振させる制御信号をラインＬ３を介して前記発振手段
６に入力し、前記発振手段６から所要の周波数の超音波
電圧信号を発振し再び位相差検出手段７ｃに入力する。

【００６０】なお、前記発振手段６から発振される超音
波電圧信号の周波数調整範囲は図１０に示すように前記
圧電振動体１１の共振周波数ｆｓから反共振周波数ｆｐ
の間である。

【００６１】ところで、前記位相差検出手段７ｃを通過
した超音波電圧信号は前記位相差手段７ａに入力され位
相をπ／２ずらされた電圧信号はラインＬ１５を介し
て、また元の位相の信号はラインＬ１４を介して別々に
前記反転手段７ｂに出力される。前記反転手段７ｂに入
力された２種類の超音波電圧信号は入力されるフィード
バック手段９３より入力される反転指令信号に応じて２
種類の超音波電圧信号の位相差の±符号を逆にすことに
よって回転方向を変化させる。

【００６２】ここで元の位相の電圧信号は、固定側電圧
信号としてラインＬ１６を介して振幅調整手段８ｂに入
力され式（７）に示された所要の最大出力となる振幅Ａ
１に調整され、前記反転手段７ｂにて位相を±π／２に
変えられた調整側電圧信号は振幅調整手段８ｃに入力さ
れ振幅を０から式（８）所要の最大出力となる振幅Ａ２
（＝Ａ１）の間で調整されることにより速度変化させる
ことができ、前記圧電振動体１１の２相ある電極１１
ａ，１１ｂに入力されることによって前記圧電振動体１
１に弾性振動により進行波が発生され該超音波モーター
１は回転駆動する。ここで、前記電圧信号の振幅調整手
段８ｃは図６に示すような回路図で表されるように抵抗
３３トランジスタ３１および３２によりスイッチング回
路を形成しＮＰＮ型パワートランジスタ３１およびＰＮ
Ｐ型のパワートランジスタ３２がコンプリメンタリシン
メトリ接続されるため制御電圧＋Ｖに応じた振幅の電圧
信号に調整できるので、前記調整側電圧信号用の振幅調
整手段８ｃは速度指令信号電圧Ｖａ２（＝Ａ２）とする
と０≦Ｖａ２≦Ａ１の間で電圧可変を行うことにより速
度を変化させることができる。

【００６３】また、該超音波モーター１の回転速度はエ
ンコーダ等の速度検出手段１０により検出された速度信
号ＶｓをラインＬ４を介して前記フィードバック手段９
３に入力しラインＬ３より入力された反転指令を含んだ
速度指令信号１Ｖｉ１と比較し、前記調整側電圧信号用
の前記振幅調整手段８ｃに対して速度制御を行うための
速度制御信号Ｖａ２を出力し、速度制御を行う。

【００６４】以上のように、実施例３では２相の電極１
１ａ，１１ｂに供給する超音波電圧信号において、前記
一方の超音波電圧信号を固定側電圧信号として固定とし
他方の超音波電圧信号を調整側電圧信号とすると、前記
調整側電圧信号のみの振幅を調整する方法では、回路構
成や速度制御を簡素化でき、また前記調整側電圧信号の
振幅のみの変化により広範囲において線形的に速度変化
させることができる。

【００６５】（実施例４）実施例４では、前記実施例の
超音波モーターにおいて、前記圧電振動体の温度変化に
よるアドミッタンス特性の変化に対して前記圧電振動体
の共振周波数の変化に追尾できるように、前記圧電振動
体の振動による周波数を振動電圧信号として検出する駆
動手段が、前記検出された電圧信号に基づいて前記圧電
振動体に電圧信号を供給するように設けられる自励振方
式にする。

【００６６】ここで、前記実施例と同様に前記駆動手段
によって前記圧電振動体が駆動されると、前記圧電振動
体が持つ固有振動数における共振特性によって前記圧電
振動体は固有振動数（共振周波数）近傍で振動しようと
するため、前記圧電振動体から共振周波数を検出するこ
とができる。また、前記圧電振動体の周波数を最大出力
となる共振周波数ｆｓにて維持できるように追尾してい
るので、従来よりも安定した出力を得ることができる。
従って、自励振方式を用いることで温度変化等により前
記共振周波数ｆｓが変化した場合での速度安定化にな
り、前記電圧信号の振幅可変による速度変化がより安定
化し、発振手段などの削除により回路構成も簡素化され
る。

【００６７】本発明の他の実施例４を図７に基づいて説
明する。なお、本実施例において前記実施例１〜３にお
いて説明した構成要素と同一の機能を有する構成要素に
ついては、同一の番号にて行い、その説明を省いた。

【００６８】超音波モーターの制御装置では駆動手段５
５は前記駆動手段５５を動作させる直流電源４とともに
前記超音波モーター１と図７に示すように設けられる。
ここで、圧電振動体１１の振動による周波数を示す振動
電圧信号を検出し、検出された振動電圧信号に基づいて
前記圧電振動体１１に超音波電圧信号を供給できるよう
にラインＬ５により前記駆動手段５５にフィードバック
される。なお、前記駆動手段５５の構成は前記圧電振動
体１１の２相の電極１１ａ，１１ｂに供給する２種類の
超音波電圧信号の位相制御を行う位相制御手段７５と、
さらに前記２種類の超音波電圧信号の振幅を調整する振
幅調整手段８４が設けられる。

【００６９】また、前記位相制御手段７４では２種類の
前記超音波電圧信号において前記一方の超音波電圧信号
を固定側電圧信号とし固定とし他方の超音波電圧信号を
調整側電圧信号として号に対する位相差をπ／２にする
位相差手段７ａおよび前記位相差の±符号を逆にして反
転を行う反転手段７ｂが設けられる。

【００７０】次に図７に基づいて本構成の説明を電圧信
号の進行に沿って行う。まず、直流電源４から直流電圧
を供給されることにより該超音波モーター１の前記圧電
振動体１１に前記圧電振動体自身の固有振動数および前
記駆動手段５５の回路の定数によって決まる共振周波数
近傍の振動を発生させる。前記圧電振動体１１に発生し
た振動による振動電圧信号を検出しラインＬ５を通じて
前記駆動手段５５内の位相差手段７ａにフィードバック
され、前記振動電圧信号に基づいて前記圧電振動体１１
に超音波電圧信号を供給する。

【００７１】ここで、前記位相差手段７ａにフィードバ
ックされた前記振動電圧信号において位相をπ／２ずら
された電圧信号はラインＬ１５を介して、また元の位相
の信号はラインＬ１４を介して別々に前記反転手段７ｂ
に出力される。前記反転手段７ｃに入力された２種類の
超音波電圧信号は入力されるフィードバック手段９３よ
り入力される反転指令信号に応じて２種類の超音波電圧
信号の位相差の±符号を逆にすることによって回転方向
を変化させる。ここで元の位相の電圧信号は、固定側電
圧信号としてラインＬ１６を介して振幅調整手段８ｂに
入力され式（７）に示された所要の最大出力となる振幅
Ａ１に調整され、前記反転手段７ｂにて位相を±π／２
に変えられた調整側電圧信号は振幅調整手段８ｃに入力
されラインＬ１０より入力される速度指令信号２Ｖｉ２
に応じて振幅を０から式（８）所要の最大出力となる振
幅Ａ２（＝Ａ１）の間で調整されることにより速度変化
させることができ、前記圧電振動体１１の２相ある電極
１１ａ，１１ｂに入力されることによって前記圧電振動
体１１に弾性振動により進行波が発生され該超音波モー
ター１は回転駆動する。ここで、前記調整側電圧信号用
の振幅調整手段８ｃでの速度変化の説明は前記実施例３
と同様であるため省く。

【００７２】以上のように、実施例４では２相の電極１
１ａ，１１ｂに供給する超音波電圧信号において、前記
一方の超音波電圧信号を固定側電圧信号として固定とし
他方の超音波電圧信号を調整側電圧信号とすると、前記
調整側電圧信号のみの振幅を調整する方法では、回路構
成や速度制御を簡素化でき、また従来での２相の電極に
供給する電圧信号の両方の振幅を同一に変化させる方法
に対して前記調整側電圧信号の振幅のみの変化により広
範囲において線形的に速度変化させることができる。さ
らに、発振手段６を不要とした自励振方式であるために
出力が安定することもあり速度検出手段１０を用いずと
も温度変化等に対しても安定した、しかも広範囲におい
て線形的に速度変化を行うことができ、前記実施例３に
おける位相差検出手段７ｃとフィードバック手段９３も
省くことができる。

【００７３】（実施例５）実施例では、前記実施例３の
超音波モーターの前記２相の電圧信号において、前記一
方の電圧信号を基準とし他方の電圧信号を前記一方の電
圧信号に対立する位相差をπ／２を中心として一括して
変化させる位相差発生手段を合わせて設けることによっ
て速度を変化させる。

【００７４】すなわち、前記圧電振動体の２相の電極に
供給する超音波電圧信号のそれぞれ周波数は同一である
が、前記一方の電圧信号を固定側電圧信号として固定し
他方の電圧信号を調整側電圧信号とすると、前記調整側
電圧信号の振幅を変化させる振幅制御手段を設けること
によって速度を変化させる手段と、前記固定側電圧信号
に対する前記調整側電圧信号の位相差をπ／２を中心に
一括して変化させる位相差発生手段を合わせて設けるこ
とにより速度変化される。

【００７５】ここで、前記請求項１と同様に前記位相差
の変化による速度変化については、広範囲で線形的な速
度制御ができる。そして前記振幅可変による速度変化に
ついても前記実施例３と同様に線形的な速度制御でき
る。しかしながら、前記位相差可変のみによる速度変化
や前記振幅可変のみによる速度変化の場合、制御モータ
ーとしての超音波モーターの使用条件によっては、前記
位相差可変による位相差可変最小単位Δθ及び前記振幅
可変による振幅可変最小単位ΔＶに対する速度変化が必
要とされる最小速度変化量よりも大きく場合が生じてく
る。そのため、より細かい速度変化を行う必要があり特
に微速時における高い速度分解能が必要になってくる場
合がある。

【００７６】従って、前記振幅可変と前記位相差可変を
合わせて行うことにより、速度指令信号に対して線形的
に速度変化され、しかも微速時における速度分解能も細
かく取れるだけでなく、高速時を含めて広範囲において
細かく安定した速度制御ができる。また、前記実施例３
の場合には前記位相差をπ／２に固定していたために、
前記位相差をπ／２にする手段とモーターの反転を行う
ために前記位相差の±符号を逆にする手段が必要になる
が、前記実施例１での前記位相差による可変を行うと回
路構成上も簡潔化もできる。

【００７７】本発明の他の実施例５を図８に基づいて説
明する。なお、本実施例において前記実施例１〜４にお
いて説明した構成要素と同一の機能を有する構成要素に
ついては、同一の番号にて行い、その説明を省いた。

【００７８】超音波モーターの制御装置では駆動手段５
６は前記駆動手段５６を動作させる直流電源４とともに
前記超音波モーター１と図８に示すように設けられる。
さらに前記超音波モーターの速度を検出する速度検出手
段１０が設けられ、ならびに前記速度検出手段１０から
の速度信号Ｖｓおよび所定の速度を与え反転指令を含ん
だ速度指令電圧信号１Ｖｉ１が入力されるフィードバッ
ク手段９４が設けられる。その上、前記フィードバック
手段９４からの制御信号に基づいて前記圧電振動体１１
に適切な周波数の超音波電圧信号を発振する発振手段６
が前記駆動手段５６の構成要素として設けられる。ここ
で、前記駆動手段５６の構成は超音波電圧信号を発振す
る前記発振手段６および前記発振手段６で発生し前記圧
電振動体１１の２相の電極１１ａ，１１ｂに供給する２
種類の超音波電圧信号の位相制御を行う位相制御手段７
２と、さらに前記２種類の超音波電圧信号の振幅を調整
する振幅調整手段８４が設けられる。また、前記位相制
御手段７２では実施例１と同様な構成で前記圧電振動体
１１に供給する超音波電圧信号の電圧と電流の位相を検
出する位相差検出手段７ｃおよび２種類の前記超音波電
圧信号において前記一方の超音波電圧信号を基準とし他
方の超音波電圧信号を前記一方の超音波電圧信号に対す
る位相差をπ／２を中心に一括して反転手段をも兼ね備
えた位相差発生手段７ｅが設けられる。

【００７９】次に図８に基づいて本構成の説明を発振す
る電圧信号の進行に沿って行う。まず、直流電源４から
直流電流を供給されることにより発振手段６にて超音波
電圧信号を発生し位相差検出手段７ｃに入力される。こ
こで、前記位相差検出手段７ｃにおいて入力された超音
波電圧信号の電圧と電流の位相差を検出し、検出された
信号をラインＬ２を介してフィードバック手段９４に入
力し前記位相差が一定範囲内となる周波数を発振させる
制御信号をラインＬ３を介して前記発振手段６に出力
し、前記発振手段６から所要の周波数の超音波電圧信号
を発振し再び位相差検出手段７ｃに入力する。

【００８０】なお、前記発振手段６から発振される超音
波電圧信号の周波数調整範囲は図１０（Ａ），（Ｂ）に
示すように前記圧電振動体１１の共振周波数ｆｓから反
共振周波数ｆｐの間である。ところで、前記位相差検出
手段７ｃを通過した超音波電圧信号はラインＬ１１とラ
インＬ１２に分けられ、ラインＬ１１を通過する超音波
電圧信号はそのまま振幅調整手段８ｂに入力され所要の
最大出力となる振幅Ａ１に調整された後に固定側電圧信
号として固定し前記圧電振動体１１の２相ある電極の内
の一方の電極１１ａに入力される。また、ラインＬ１２
を通過する超音波電圧信号は調整側電圧信号として位相
差発生手段７ｅに入力され、前記位相差発生手段７ｅに
おいて前記フィードバック手段９４からラインＬ９を介
して入力される速度制御信号Ｖｐに応じて前記調整側電
圧信号の位相を変化させ、２相の電極１１ａ，１１ｂに
供給する電圧信号に位相差を発生させる。

【００８１】さらに、前記位相差発生手段７ｅで位相を
変化させられた調整側電圧信号は振幅調整手段８ｃに入
力され前記フィードバック手段９４よりラインＬ１０を
介して入力された速度指令信号Ｖａ２に応じて調整側電
圧信号の振幅Ａ２を０からＡ１まで変化させることによ
り、速度可変が可能になる。前記調整側電圧信号用の振
幅調整手段８ｃで振幅調整した後に前記圧電振動体１１
の２相ある電極の内の他方の電極１１ｂに入力されるこ
とによって２相の電極ともに同一周波数であり互いに位
相差および振幅差がある超音波電圧信号を供給される。
すなわち、前記圧電振動体１１は圧電効果による弾性振
動により進行波が発生され該超音波モーター１は回転駆
動する。

【００８２】また、該超音波モーター１の回転速度はエ
ンコーダ等の速度検出手段１０により検出された速度信
号Ｖｓを前記フィードバック手段９４に入力しラインＬ
１から入力された速度指令１Ｖｉ１と比較し、前記位相
差発生手段７ｅにおいて速度制御を行うための速度制御
信号Ｖｐおよび調整該電圧信号用の振動調整手段８ｃに
おいて速度制御を行うための速度制御信号Ｖａ２をそれ
ぞれの手段に出力する。

【００８３】以上のように、実施例５では２相の電極１
１ａ，１１ｂに供給する超音波電圧信号において、前記
一方の超音波電圧信号を固定側電圧信号として固定とし
他方の超音波電圧信号を調整側電圧信号とすると、前記
調整が電圧信号を前記固定側電圧信号に対して位相差を
π／２を中心に一括して変化させる一括して変化させる
位相差発生手段７ｅを設けることにより、従来での前記
位相差をπ／２にずらした後にπ／２を中心に位相差変
化させる方法に対して、反転も兼ね備えることにより回
路構成を簡素化し、また前記位相差変化により広範囲に
おいて線形的に速度変化させることができる。

【００８４】さらに前記調整側電圧信号のみの振幅を変
化させることにより従来での２相の電極に供給する電圧
信号の両方の振幅を同一に変化させる方法に対して線形
的に速度変化できる。すなわち、前記位相差変化および
調整側電圧信号のみの振幅変化を組み合わせることによ
って微速時における速度分解能が高く取れるだけでな
く、高速時を含めて広範囲において細かく安定した速度
制御ができる。

【００８５】ここで、前記位相差変化および調整側電圧
信号のみの振幅変化において可変実行順序やどちらを徴
調整に使用するかは、速度制御方法や該超音波モーター
１の使用条件等による。さらに、上記実施例５を用いる
に当たり前記実施例２および実施例４のように自励振方
式を採用すると回路構成や速度制御も簡素化できる。な
お、前記各実施例はリング状の圧電振動体を用いた超音
波モーターにて説明を行ったが、進行派型の超音波モー
ターであれば適用可能である。

【００８６】

【発明の効果】請求項１では、２相の電極からなる圧電
振動体と、前記２相にそれぞれ互いに同一の周波数及び
振幅からなる電圧信号を供給する駆動回路とを少なくと
も具備した超音波モーターにおいて、前記一方の電圧信
号を基準とし他方の電圧信号を前記一方の電圧信号に対
位する位相差をπ／２を中心として一括して変化させる
位相差発生手段を設けることによって速度変化させる。
ここで、前記２相の超音波電圧信号の位相差の変化に対
して、超音波モーターは線形的に広範囲において速度変
化させることができる。

【００８７】しかしながら従来では、まず前記２相の超
音波電圧信号の位相差をπ／２にずらした後、前記位相
差をπ／２を中心に変化させることにより速度変化させ
ており、式（１）〜（３）で表される。ところが本発明
では、最初に前記位相差をπ／２にずらす行程を行うの
ではなく式（３）中での位相差π／２＋Δθ１を式
（４）中の位相差Δθ２として一括した変化させる。

【００８８】また、前記位相差が０で速度が０となり、
位相差０を境に駆動方向が反転することを利用し、一括
にて前記位相差を−π／２〜＋π／２に変化させること
により、反転機能を備えることができる、式（４）のよ
うに表すことができる。上記より該超音波モーターの速
度制御装置では、前記位相差を変化させることにより広
範囲において線形的に速度変化させることができるた
め、速度指令信号の変化に対しても線形的に速度変化で
きる。また、位相可変部分を一括して行えるため回路構
成の簡素化ができ、簡単な速度制御機構により安定した
速度変化ができる効果がある。

【００８９】請求項２では、請求項１の超音波モーター
であって、前記圧電振動体の振動による周波数を検出す
る駆動手段が、前記圧電振動体から検出した電圧信号に
基づいて前記２相の電極に電圧信号を供給するように設
ける。ここで前記駆動手段によって前記圧電振動体が駆
動されると、前記圧電振動体が持つ固有振動数における
共振特性によって前記圧電振動体は固有振動数（共振周
波数）近傍で振動しようとするため、前記圧電振動体か
ら共振周波数を検出することができる。

【００９０】従来では、前記圧電振動体の温度変化や移
動体を押圧する負荷変動などに起因する前記圧電振動体
のアドミッタンス特性の変動による前記圧電振動体の共
振周波数の変化に対して、前記圧電振動体に供給される
電圧信号の電圧と電流の位相差を位相差検出手段によっ
て検出し、前記検出された位相差が一定値あるいは一定
範囲内の位相差値となるような共振周波数よりも高い周
波数の電圧信号を発振する発振手段を具備した他励振方
式であった。

【００９１】しかし本発明では、前記圧電振動体のアド
ミッタンス特性の変化による前記圧電振動体の共振周波
数の変化に追尾できる自励振方式の前記駆動手段を設け
る。すなわち、従来必要とされてきた発振手段及び前記
位相差検出手段と、さらに前記発振手段へのフィードバ
ック手段を除外することができる。

【００９２】また、前記電圧信号の周波数を最大出力と
なる共振周波数ｆｓにて維持できるように追尾している
ため、安定した出力を得ることができる。すなわち、温
度変化等により前記共振周波数ｆｓが変化した場合での
速度安定化になり、前記電圧信号の位相差可変による速
度変化がより安定化するため、速度検出手段や前記速度
検出手段からのフィードバック手段が不要になり回路構
成の簡素化による速度制御の簡素化ができる効果があ
る。

【００９３】請求項３では、２相の電極からなる圧電振
動体と、前記２相にそれぞれ互いに同一の周波数及びπ
／２の位相差からなる電圧信号を供給する駆動回路とを
少なくとも具備した超音波モーターにおいて、前記一方
の電圧信号を固定し他方の電圧信号の振幅を変化させる
振幅制御手段を設けることによって速度を変化させる。
従来では、前記電圧信号の振幅可変による速度変化を行
う場合には前記２相の電圧信号の振幅を２相同一に変化
させていたが、この方法では振幅変化に対して速度が線
形的を持って変化せず安定した速度制御を行うには複雑
な速度制御が必要であった。

【００９４】しかしながら、本発明では前記電圧信号の
一方を固定側電圧信号とし他方を調整側電圧信号とする
と前記調整側電圧信号の振幅の変化により、すなわち式
（８）における振幅Ａ２のみを変化させることにより速
度を線形的に変化させる。従って、前記調整側電圧信号
の振幅のみを変化させることにより線形的に速度変化を
行うことができたため、速度指令信号の変化に対しても
線形的に速度変化できることから速度制御が電圧の上下
動のみで行えるため簡素化できる。

【００９５】請求項４では、請求項３の超音波モーター
であって、前記圧電振動体の振動による周波数を振動電
圧信号として検出する駆動手段が、前記検出された電圧
信号に基づいて前記２相の電極に供給するように設けら
れる。従来では、前記圧電振動体の温度変化や負荷変動
などに起因する前記圧電振動体のアドミッタンス特性の
変化による前記圧電振動体の共振周波数の変化に対し
て、前記圧電振動体に供給する電圧信号の電圧と電流の
位相差検出手段によって検出し、前記検出された位相差
が一定値あるいは一定範囲内の位相差値となるように周
波数の電圧信号を発振する発振手段を具備した他励振方
式であった。

【００９６】しかし本発明では、前記圧電振動体のアド
ミッタンス特性の変化による前記圧電振動体の共振周波
数の変化に追尾できるように、前記圧電振動体の振動の
周波数を振動電圧信号として検出する駆動手段を設け、
前記検出された振動電圧信号に基づいて前記２相の電極
に電圧信号を供給できるようにフィードバックをかける
自励振方式にする。これにより従来必要とされてきた発
振手段及び位相差検出手段と前記発振手段へのフィード
バック手段を除外することができる。

【００９７】また、前記電圧信号の周波数を最大出力と
なる共振周波数ｆｓにて維持できるように追尾している
ため、安定した出力を得ることができる。さらに、温度
変化等により前記共振周波数ｆｓが変化した場合での速
度安定化になり、前記電圧信号の振幅可変による速度変
化がより安定化するため、速度検出手段および前記速度
検出手段へのフィードバック手段も不要になり回路構成
の簡素化による速度制御を簡素化できる効果がある。

【００９８】請求項５では、前記請求項３の超音波モー
ターの前記２相の電圧信号において、前記一方の電圧信
号を基準とし他方の電圧信号を前記一方の電圧信号に対
立する位相差をπ／２を中心として一括して変化させる
位相差発生手段を合わせて設けることによって速度を変
化させる。

【００９９】すなわち、前記一方の電圧信号を固定側電
圧信号として固定し他方の電圧信号を調整側電圧信号と
し、前記調整側電圧信号の振幅を変化させる振幅制御手
段を設けることによって速度を変化させる手段と、前記
固定側電圧信号に対する前記調整側電圧信号の位相差を
π／２を中心に一括して変化させる位相差発生手段を合
わせて設ける。ここで、前記請求項１と同様に前記位相
差の変化による速度変化については、広範囲で線形的な
速度制御ができ、また前記位相差可変による速度変化に
ついても前記請求項４と同様に線形的な速度制御ができ
る。

【０１００】しかしながら、前記位相差可変のみによる
速度変化や前記振幅可変のみによる速度変化の場合、制
御モーターとしての超音波モーターの使用条件によって
は、前記位相差可変による位相差可変最小単位Δθに対
する速度変化及び前記振幅可変による振幅可変最小単位
ΔＶに対する速度変化が必要とされる最小速度変化量よ
りも大きい場合が生じてくる。そのため、より細かい速
度変化を行う必要があり特に微速時における高い速度分
解能が必要になってくる場合がある。従って、前記振幅
可変と前記位相差可変を合わせて行うことにより、速度
指令信号に対して線形的に速度変化できることになり、
さらに微速時における速度分解能も細かく取れるだけで
なく、高速時を含めて広範囲において細かく安定した速
度制御ができる。

【０１０１】また、前記請求項３の場合には前記位相差
をπ／２に固定していたために、前記位相差をπ／２に
する手段とモーターの反転を行うために前記位相差の±
符号を逆にする手段がとも手段がともに必要になるが、
前記請求項１での前記位相差による可変を行うと位相制
御部分の回路構成上も簡潔化できる。従って、全体の回
路構成も簡素化され速度制御も従来の速度可変の組み合
わせによる速度制御とは異なり複雑にすることなく高い
速度分解能を得られる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る超音波モーター速度制御装置の要
部構成図（その１）である。

【図２】本発明に係る超音波モーターの要部斜視図であ
る。

【図３】本発明に係る超音波モーター速度制御装置にお
ける位相差発生手段の回路図である。

【図４】本発明に係る超音波モーター速度制御装置の要
部構成図（その２）である。

【図５】本発明に係る超音波モーター速度制御装置の要
部構成図（その３）である。

【図６】本発明に係る超音波モーター速度制御装置にお
ける振幅調整手段の回路図である。

【図７】本発明に係る超音波モーター速度制御装置の要
部構成図（その４）である。

【図８】本発明に係る超音波モーター速度制御装置の要
部構成図（その５）である。

【図９】従来の超音波モーター速度制御装置の要部構成
図である。

【図１０】（Ａ）圧電振動体における供給される電圧信
号の周波数とアドミッタンス特性との関係を示す図であ
る。 （Ｂ）圧電振動体における供給される電圧信号の周波数
とインピーダンスの対数値との関係および電圧信号の周
波数に対する電圧と電流の位相差との関係を示す図であ
る。

【図１１】超音波電圧信号の振幅と速度との関係を示す
図である。

【符号の説明】

１ 超音波モーター ２ ローター ２ａ 回転体 ２ｂ ライニング材 ３ ステータ ３ａ 弾性体 ４ 直流電源 ６ 発振手段 ７ａ 位相差手段 ７ｂ 反転手段 ７ｃ 位相差検出手段 ７ｄ 位相差可変手段 ７ｅ 位相差発生手段 ８ａ 振幅調整手段 ８ｂ 振幅調整手段 １０ 速度検出手段 １１ 圧電振動体 １１ａ 電極 １１ｂ 電極 ２１ 抵抗 ２２ 抵抗 ２３ オペアンプ ２４ コンデンサ ２５ ＦＥＴ ３１ トランジスタ ３２ トランジスタ ３３ 抵抗 ５３ 駆動手段 ５４ 駆動手段 ７４ 位相制御手段 ８４ 振幅調整手段 ９２ フィードバック手段

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ２相の電極からなる圧電振動体と、前記
   ２相の電極に各々互いに同一の周波数および振幅からな
   る電圧信号を供給する駆動回路とを具備する超音波モー
   ター制御装置において、前記一方の電圧信号を基準とし
   て他方の電圧信号を前記一方の電圧信号に対する位相差
   をπ／２を中心として一括変化させる位相差発生手段を
   設けて速度変化させることを特徴とする超音波モーター
   制御装置。
2. 【請求項２】 前記圧電振動体の振動による周波数を振
   動電圧信号として検出する駆動手段が、前記圧電振動体
   から検出された前記振動電圧信号に基づいて前記圧電振
   動体に電圧信号を供給することを特徴とする請求項１記
   載の超音波モーター制御装置。
3. 【請求項３】 ２相の電極からなる圧電振動体と、前記
   ２相の電極に各々互いに同一の周波数および前記一方の
   電圧信号を基準として他方の電圧信号を前記一方の電圧
   信号に対するπ／２の位相差からなる電圧信号を供給す
   る駆動回路とを具備する超音波モーター制御装置におい
   て、前記一方の電圧信号を固定して他方の電圧信号の振
   幅を変化させる振幅制御手段を設けて速度変化させるこ
   とを特徴とする超音波モーター制御装置。
4. 【請求項４】 前記圧電振動体の振動による周波数を振
   動電圧信号として検出する駆動手段が、前記圧電振動体
   から検知された前記振動電圧信号に基づいて前記２相の
   電極に電圧信号を供給することを特徴とする請求項３記
   載の超音波モーター制御装置。
5. 【請求項５】 前記一方の電圧信号を基準として他方の
   電圧信号を前記一方の電圧信号に対する位相差をπ／２
   を中心として一括変化させる位相差発生手段を設けて速
   度変化させることを特徴とする請求項３記載の超音波モ
   ーター制御装置。