JPH11150962A - 超音波モータの駆動回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明は、超音波モータを微細で滑らかな動作
からパワーのある高速動作まで幅広い動作速度の制御を
実現した超音波モータの駆動回路を提供する。 【解決手段】超音波モータ１１の動作速度を指示する動
作速度指示部４２より入力される速度指示値に基づいて
駆動パルス数格納テーブル４３より駆動パルス数および
印加電圧値格納テーブル４４より駆動パルスの印加電圧
が出力され、これら駆動パルス数および駆動パルスの印
加電圧の両方を用いて超音波モータ駆動制御部４５によ
り音波モータ１１の動作速度を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、精密機械や光学機
器の各種駆動装置として用いられる超音波モータの駆動
回路に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】最近、精密機械や光学機器の各種駆動装
置、例えば、顕微鏡の視野下で操作針を使用して被検体
を微細操作するマイクロマニュレータの駆動源などに
は、超音波モータが用いられている。

【０００３】このような超音波モータには、回転型とリ
ニア型のものに大別されるが、いずれのものも、これま
での電磁型モータと比べて小型でありながら高トルクが
得られるなどの利点を有している。

【０００４】しかして、従来、この種の超音波モータの
駆動回路に関しては、特開平８−１３０８８９号公報に
開示されるものが知られている。この公報は、弾性体お
よびこの弾性体に固着された電気−機械エネルギー変換
素子を有するとともに、この電気−機械エネルギー変換
素子に駆動信号を印加することで表面に超音波振動を発
生させる振動子と、この振動子の表面に圧接され超音波
振動により振動子に対して移動される被駆動体からなる
超音波モータの駆動回路を示すもので、図１５に示すよ
うに超音波モータ８の変移量を指示されると駆動回路内
部で処理できるデータ形式に解析する指令解析部１、指
令に応じた印加量がテーブル内に格納されている印加パ
ターン格納部２、超音波モータ８の変位方向を決める位
相決定部３、超音波モータ８内の超音波振動子を共振さ
せる発信器４、位相決定部３により決められた変位方向
で印加パターン格納部２により得られた印加量だけ出力
するサイクルパルス発生部５、サイクルパルス発生部５
の出力電圧を増幅する電力増幅器６、７、これら電力増
幅器６、７からの出力電圧により駆動される超音波モー
タ８から構成している。

【０００５】そして、このような構成において、いま、
図示しないコントローラから位置指令が出力されると、
その指令が指令解析部１に入力され、指令解析部１は、
位置指令を符号付きのデータに変換するとともに、位置
指令が入力されたタイミングをサイクルパルス発生部５
に知らせる。この符号付き位置指令データは、指令解析
部１から印加パターン格納部２と位相決定部３とに入力
される。印加パターン格納部２では、入力された位置指
令データを符号なしの整数データに変換した後、その整
数データをアドレスとして、例えば、図１６に示すよう
なデータテーブルを参照し、データテーブル内のアドレ
スに対応したデータをサイクルパルス発生部５に入力す
る。そして、このサイクルパルス発生部５により、デー
タテーブル内のアドレスに対応したデータに基づいて駆
動パルス数を決定することにより超音波モータ８に所望
する動作を得るようにしている。

【０００６】また、特開平８−９８５６８号公報は、超
音波モータの駆動装置として、超音波モータが、その超
音波振動子と移動体との押圧力のアンバランスにより移
動方向の変位量にアンバランスが発生することを利用し
て、駆動パルス数を移動方向によって変えたり、超音波
モータの圧電素子に印加する電圧値を移動方向により変
えるなどして超音波モータに所望する動作を得るように
している。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところが、このように
超音波モータを作動させるための駆動パルスのみを変化
させることによって所望する推力と速度を得たり、ある
いは超音波モータの超音波振動子に印加する電圧のみを
変化させるようにして所望する推力と速度を得るように
したものでは、次のような問題が発生する。

【０００８】まず、超音波モータを作動させるのに駆動
パルスのみを変化させるものでは、超音波モータの共振
点近傍周波数の駆動パルスを与えることによって振動子
が振動励起され、振動子表面に圧接される駆動体を移動
するようになる。この場合の共振点の周波数は、超音波
の領域であるので、例えば、５５．５ＫＨｚ程度の周波
数が用いられるとすると、超音波モータの動作速度を上
げていく、つまり、超音波モータに印加する駆動パルス
のパルス数を増やしても、その最大値は、超音波振動子
の共振周波数分のパルス数が上限となるため、この時の
最大パルス数は、１秒間に５５，５００パルスとなる。

【０００９】超音波モータは、適切な印加電圧によって
駆動される場合、単位時間当たりに印加される駆動パル
ス数が多いほど動作量が多くなり、単位時間当たりの移
動距離すなわち速度が増加していく。しかし、１秒間に
５５，５００パルスを出力するような制御では、例え
ば、ロータリーエンコーダを用いて動作指示を与えるよ
うな場合、ロータリーエンコーダの１パルスに対して動
作量が余りにも大きすぎ、次のロータリーエンコーダか
らの１パルスに対する超音波モータの反応が遅くなり、
実用的でなくなる。

【００１０】また、このような超音波モータを顕微鏡の
視野下で操作針を使用して被検体を微細操作するマイク
ロマニピュレータに適用した場合、超音波モータは、操
作針の極めて微細で滑らかな動きから、高速で動作させ
る粗動動作までカバーしなければならず、細胞を操作す
るときの微細な動作では、いかなる操作針のぶれも許さ
ないため、超音波モータには、ごく僅かな駆動パルス数
が印加することになる。しかし、このように、ごく僅か
な駆動パルス数が印加しても、操作針のぶれが許されな
いレベルにある場合は、駆動回路の回路を修正して超音
波モータの駆動パルスの印加電圧を下げるなどしなけれ
ばならないが、これでは、高速で動作させる粗動動作に
対応できなくなる可能性があり、使い勝手が悪いものに
なってしまう。

【００１１】一方、超音波モータに印加する駆動パルス
のパルス数を固定して、印加電圧のみを変化するような
場合は、超音波モータに印加する駆動パルス数を予め少
なく設定し、駆動パルスの印加電圧を下げることで、細
胞を操作する際の微細動作状態の操作針のぶれを少なく
することが可能になる。しかし、駆動パルス数は少なく
固定され、超音波モータに印加できる電圧の最大定格も
決まっているので、高速で操作針を動作させる粗動動作
において、超音波モータに印加する電圧を最大定格にし
ても、所望する動作速度を得られなければ、それ以上の
動作速度は諦めるしかなかった。

【００１２】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
で、超音波モータを微細で滑らかな動作からパワーのあ
る高速動作まで幅広い動作速度の制御を実現できる超音
波モータの駆動回路を提供することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
圧電素子を駆動源として直方体形状の弾性体の長手方向
に沿って伸縮動作および屈曲振動を励起することにより
被駆動体を並進運動させる超音波モータの駆動回路にお
いて、前記超音波モータの動作速度を指示する動作速度
指示手段と、この動作速度指示手段より入力される速度
指示値に基づいて前記超音波モータに入力される駆動パ
ルス数および駆動パルスの印加電圧値に変換する変換手
段と、この変換手段より出力される駆動パルス数および
駆動パルスの印加電圧値により前記超音波モータの動作
速度を制御する超音波モータ制御手段とにより構成して
いる。

【００１４】請求項２記載の発明は、請求項１記載にお
いて、前記変換手段は、前記動作速度指示手段より入力
される速度指示値をアドレスとして対応する駆動パルス
数および駆動パルスの印加電圧値を出力するテーブルか
らなっている。

【００１５】請求項３記載の発明は、請求項２記載にお
いて、前記テーブルは、速度指示値に対する駆動パルス
数および駆動パルスの印加電圧値の変化の度合の異なる
領域を複数設けている。

【００１６】この結果、請求項１記載の発明によれば、
超音波モータに入力される駆動パルス数と駆動パルスの
印加電圧値を組み合わせて可変することにより、超音波
モータを微細で滑らかな動作からパワーのある高速動作
まで幅広い動作速度の制御を実現できる。

【００１７】請求項２記載の発明によれば、動作速度指
示手段からの速度指示値に対しテーブルから出力される
駆動パルス数および駆動パルスの印加電圧値を用いるこ
とにより、安定した動作速度の制御を実現できる。

【００１８】請求項３記載の発明によれば、超音波モー
タの使用目的に応じてテーブル内の領域を選択すること
により、所望する超音波モータの動作速度を得ることが
できる。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施の形態を図
面に従い説明する。図１乃至図３は、本発明に適用され
る超音波モータを説明するもので、図１は、超音波モー
タの概略構成を示す側面図、図２は、超音波モータの伸
縮運動動作を模式的に示す図、図３は、超音波モータの
屈曲動作を模式的に示す図である。

【００２０】図１において、１１は超音波モータで、こ
の超音波モータ１１は、電気−機械変換素子である圧電
素子を駆動源として並進運動を発生するもので、直方体
形状をなす基本弾性体１２の上面に一対の圧電素子１３
１、１３１を保持用弾性体１４を介して配設するととも
に、基本弾性体１２の下面に一対の摺動部材１５１、１
５１を配設してなり、圧電素子１３１、１３１に正弦波
電圧が印加されると、図２に示すように基本弾性体１２
の長手方向に沿って伸縮動作が励起され、これと同時
に、図３に示すように基本弾性体１２の長手方向に伝搬
する二次の定在波からなる横波の屈曲振動が励起される
ようになっている。

【００２１】この場合、基本弾性体１２は、伸縮振動の
一時共振周波数と横波である二次屈曲振動の周波数が一
致するように、その長さおよび幅の寸法が設定されてお
り、二次の定在波の最大屈曲点（振動の腹の位置）で
は、伸縮振動および屈曲振動の変位が合成され、基本弾
性体１２上の質点が楕円形の軌跡に沿って移動するのに
対し、この時の最大屈曲点に摺動部材１５１、１５１を
配置していることにより、これら摺動部材１５１、１５
１に押圧される図示しない被駆動体を並進運動させるこ
とができるようになる。なお、１６は、超音波モータ１
１の基本弾性体１２の超音波振動の節となる位置に植設
した支持ピンである。

【００２２】図４は、このような超音波モータに適用さ
れるマイクロマニピュレータの概略構成を示している。
図において、２１は、倒立型の顕微鏡で、この顕微鏡２
１は、ステージ２２上方に照明用光源２３、ステージ２
２下方に対物レンズ２４をそれぞれ配置し、ステージ２
２上の容器２５に収容された被検体、例えば細胞Ｓに対
して照明用光源２３より照明光を照射するとともに、細
胞Ｓの観察像をステージ２２下方から対物レンズ２４に
取り込み、図示しない光学系を介して接眼レンズに導く
ことにより、目視観察可能にしている。

【００２３】このような顕微鏡２１に対しマイクロマニ
ピュレータ２７を設けている。このマイクロマニピュレ
ータ２７は、操作針２７２の基端部をマニピュレータ本
体２７１に固定したもので、このマニピュレータ本体２
７１を図示しない治具によりステージ２２の近傍に設
け、操作針２７２により容器２５内の細胞Ｓを操作可能
にしている。

【００２４】図５および図６は、このようなマイクロマ
ニピュレータ２７をさらに説明するもので、図５は、分
解斜視図、図６は、斜視図を示している。図５におい
て、マニピュレータ本体２７１は、断面コ字状をなすと
ともに、対向する側面の正面から背面に向けて切り欠き
部２８０を形成した枠体２８を有し、このような枠体２
８内に超音波モータ１１を配置している。

【００２５】超音波モータ１１は、基本弾性体１２の超
音波振動の節となる位置に植設した支持ピン１６を支持
体２９に設けた一対の挟持体３０１、３０１の間に回動
可能に支持されている。この支持体２９は、基本弾性体
１２の支持方向に一対のガイド柱３１１、３１１を有
し、これらガイド柱３１１、３１１を枠体２８上面に形
成した穴２８１、２８１にボールブッシュ３２１、３２
１を介して挿入することで、超音波モータ１１を付勢す
る方向にのみ並進運動自在にしている。

【００２６】枠体２８の背面には、支持アーム３３を設
けている。この支持アーム３３は、その先端を９０°に
折り曲げ、支持体２９上面と対向するよう配置してい
る。そして、この支持アーム３３の先端部に台座３４を
設けるとともに、この台座３４と支持体２９上面との間
にコイルスプリング３５を介挿し、このコイルスプリン
グ３５により支持体２９を介して超音波モータ１１の基
本弾性体１２を後述する可動部３６側に付勢する押圧力
を与えるとともに、台座３４により、この時の押圧力を
調整できるようにしている。

【００２７】枠体２８の切り欠き部２８０に可動部３６
を可動可能に設けている。この可動部３６は、長方形の
板状をなすもので、下面中央部の長手方向に沿って凸部
３６１を有し、この凸部３６１をリニアガイド３７に支
持され、同リニアガイド３７に沿って直線移動可能にし
ている。また、可動部３６上面の長手方向に沿って摺動
板３８を設けている。この摺動板３８には、超音波モー
タ１１の基本弾性体１２の摺動部材１５１、１５１がコ
イルスプリング３５の押圧力により押付けられ、摺動部
材１５１、１５１の楕円振動により摩擦駆動するように
なっている。

【００２８】そして、このように構成したマイクロマニ
ピュレータ２７のマニピュレータ本体２７１は、図６に
示すように可動部３６側が上方を向くように配置され、
可動部３６に取り付けた操作針２７２を駆動するように
している。

【００２９】図４に戻って、マイクロマニピュレータ２
７は、マニピュレータ本体２７１に駆動回路４０を接続
し、この駆動回路４０に、入力部４１および動作速度指
示部４２を接続している。

【００３０】入力部４１は、回転運動を電気信号に変換
するロータリエンコーダ４１１を内蔵し、このロータリ
エンコーダ４１１の軸に設けられた回転つまみ（ダイヤ
ル）４１２を回転することで、その回転角に対応したパ
ルスと駆動方向を示す信号を出力するようにしている。
動作速度指示部４２は、ロータリスイッチ４２１を内蔵
している。このロータリスイッチ４２１は、例えば６ビ
ットの出力端子を有するもので、ロータリスイッチ４２
１の軸に設けられた回転つまみ４２２を１回転すること
で、「０」〜「６３」の６４段階の速度指示値を６ビッ
トのデータとして出力するようになっている。また、こ
のロータリスイッチ４２１は、図示しないクリック機構
を有し、回転つまみ４２２を回転させると各段階ごとに
クリック機構が働き、所望の回転位置を設定できるよう
になっている。駆動回路４０は、マイクロマニピュレー
タ２７を駆動するためのもので、入力部４１と速度指示
部４２により速度指示値に基づき超音波モータ１１に対
して変位を発生させるための駆動信号を出力するように
なっている。

【００３１】図７は、駆動回路４０の概略構成を示して
いる。この場合、駆動回路４０は、駆動パルス数格納テ
ーブル４３、印加電圧値格納テーブル４４、超音波モー
タ駆動制御部４５、ＤＡＣ４６、ドライブ回路４７から
なっている。

【００３２】駆動パルス数格納テーブル４３は、図８
（ａ）（ｂ）（ｃ）に示すようにＲＯＭアドレスと駆動
バルス数の関係をテーブルにして格納したＲＯＭからな
るもので、動作速度指示部４２より出力される超音波モ
ータ１１を所望の速度で駆動するための速度指示値をＲ
ＯＭアドレスとして、これに対応する駆動パルス数を出
力するようにしている。印加電圧値格納テーブル４４
は、図９（ａ）（ｂ）（ｃ）に示すようにＲＯＭアドレ
スと印加電圧値の関係をテーブルにして格納したＲＯＭ
からなるもので、動作速度指示部４２より出力される超
音波モータ１１を所望の速度で駆動するための速度指示
値をＲＯＭアドレスとして、これに対応する駆動パルス
の印加電圧値を出力するようにしている。超音波モータ
駆動制御部４５は、図示しない水晶発振器、超音波モー
タ１１の共振周波数を微調整するためのロータリディッ
プスイッチ、超音波モータ１１の共振周波数発生の基と
なるＰＬＬ回路、全ての動作をコントロールするＦＰＧ
Ａなどを有していて、駆動パルス数格納テーブル４３お
よび印加電圧値格納テーブル４４から出力される駆動パ
ルス数および駆動パルスの印加電圧値のデータをＦＰＧ
Ａ内部のレジスタにラッチするとともに、駆動パルス数
をカウントする図示しないダウンカウンタにロードし、
さらに、入力部４１より送られてくる超音波モータ１１
の駆動方向と動作スタートの指示信号によりドライブ回
路４７にＣＭＯＳレベルの４相の駆動パルスを出力する
とともに、ＤＡＣ４８に対し、超音波モータ１１に印加
する駆動パルスの印加電圧のデジタルデータを出力する
ようにしている。

【００３３】ＤＡＣ４８は、超音波モータ駆動制御部４
５より超音波モータ１１に印加される駆動パルスの印加
電圧のデジタルデータをアナログ信号に変換してドライ
ブ部４７に出力するもので、ここでは、１２ビットのも
のを使用している。ドライブ部４７は、図示しないＦＥ
Ｔアレイ、高周波トランジスタ、パワートランジスタで
構成されるもので、超音波モータ駆動制御部４５からの
駆動パルスおよびＤＡＣ４８からの印加電圧のアナログ
データに基づいて超音波モータ１１にドライブ信号を出
力するようにしている。

【００３４】図１０（ａ）（ｂ）（ｃ）は、超音波モー
タ駆動制御部４５から出力される４相の駆動パルスとド
ライブ回路４７により生成されるドライブ信号の関係を
示すもので、同図（ａ）は、超音波モータ駆動制御部４
５から出力される駆動パルス数が３個の場合のＰ1 〜Ｐ
4 からなる４相の駆動パルスを示している。ここでは、
各相の周波数は５５．５ＫＨｚで、１周期が１８μｓに
なっている。また、これら４相の駆動パルスＰ1 〜Ｐ4
は、同図（ｂ）（ｃ）に示すように駆動パルスＰ1 とＰ
2 、Ｐ3 とＰ4 がそれぞれ組になって、超音波モータ１
１の圧電素子１３１、１３１を超音波振動させるための
ドライブ信号ＡＳ、ＢＳを生成するようにしている。

【００３５】なお、ここでの駆動パルスの１パルスと
は、図１０（ａ）のＰ1 〜Ｐ4 がそれぞれ１パルスのみ
出力される状態で、これが超音波モータ１１を励起させ
る最小パルス数となる。また、図１０（ｂ）（ｃ）にお
けるドライブ信号ＡＳ、ＢＳは、ＤＡＣ４８から出力さ
れるアナログデータの大きさにしたがって波高値が変化
する。

【００３６】次に、以上のように構成した実施の形態の
動作を説明する。まず、動作速度指示部４２の回転つま
み４２２を回転し、「０」〜「６３」の６４段階の速度
指示値の中から所望する動作速度値を指示する。例え
ば、速度指示値として「９」を指示したとすると、動作
速度指示部４２から駆動回路４０に６ビットの２進数
「００１００１」のデータが出力される。

【００３７】駆動回路４０では、動作速度指示部４２か
ら速度指示値が入力されると、この速度指示値をＲＯＭ
アドレスとして、駆動パルス数格納テーブル４３の図８
に示すテーブルから対応する駆動パルス数を出力すると
同時に、印加電圧値格納テーブル４４の図９に示すテー
ブルから対応する印加電圧値を出力し、これら出力デー
タを超音波モータ駆動制御部４５に入力する。

【００３８】この場合、駆動パルス数格納テーブル４３
に格納される駆動パルス数は、図１１に示すように、速
度指示値Ａに対する駆動パルス数Ｃの変化の度合の異な
る領域を複数（３箇所）有している。同様に、印加電圧
値格納テーブル４４に格納される印加電圧値について
も、図１２に示すように、速度指示値Ａに対する印加電
圧値Ｂの変化の度合の異なる領域を複数（３箇所）有し
ている。、これにより、使用者がマイクロマニピュレー
タ２７の操作針２７２を細胞Ｓに接触させたり、細胞膜
を突き破ったりするような微小操作をする場合には、図
１１および図１２において、速度指示値Ａが図示Ｘ−Ｄ
の領域に入るように指示する。

【００３９】このように指示すれば、操作針２７２の振
動が、ほとんど見られないレベルまで押さえ込むことが
できる。この状態を保ったままで操作針２７２の移動速
度を微調整するような場合、超音波モータ１１に印加す
る電圧を変化させずに、駆動パルス数を僅かに変化させ
るようにできるので、操作針２７２の振動を押さえたま
まで速度の調整が可能となり、操作針２７２に極めて微
細で滑らかな動きを得られる。

【００４０】また、使用者が操作針２７２により高倍率
の視野内で目的の細胞を探すような場合で、振動を低め
にしておき、かつＸ−Ｄ間よりも速い速度を必要とする
場合は、図１１および図１２において、速度指示値Ａが
図示Ｄ−Ｅの領域に入るように指示する。

【００４１】このように指示すれば、超音波モータ１１
への印加電圧が、低めの状態で緩やかに上昇していくよ
うになるので、振動が低めに抑えられ、さらに倍率が高
いために操作針２７２が視野から飛び出してしまうよう
なことがなくなる。

【００４２】また、使用者が操作針２７２により低倍率
の視野内で目的の細胞を探すような場合で、多少の振動
が許され、かつＤ−Ｅ間よりも速い操作針２７２の動き
が要求されるような場合は、図１１および図１２におい
て、速度指示値Ａが図示Ｅ−Ｆ間に入るように指示す
る。

【００４３】このように指示すれば、超音波モータ１１
の印加電圧の上昇が急になり、また、駆動パルス数の増
加も急になって、操作針２７２に多少の振動が加わる
が、速い操作針２７２の動きが得られる。

【００４４】また、使用者が操作針２７２を交換すると
きなどの、細胞操作時では使用しない極めて高速な動作
を必要とする場合は、図１１および図１２において、速
度指示値Ａが図示Ｆ−Ｇの領域に入るように指示する。

【００４５】このように指示すれば、超音波モータ１１
に印加する電圧の上昇が急になり、操作針２７２を高速
で移動できる。つまり、このような場合、動作速度指示
部４２の速度指示値Ａにより印加電圧値格納テーブル４
４のＲＯＭアドレスを最大「６３」まで上げる。する
と、ＤＡＣ４６への入力値は「４０９５」になり、超音
波モータ１１に最大定格の電圧が印加される。ここで、
超音波モータ１１に印加できる電圧範囲を０Ｖ〜１０Ｖ
とすれば、ＤＡＣ４６の出力電圧は、速度指示値が
「０」の場合は０Ｖ、「４０９５」の場合１０Ｖにな
る。勿論、動作速度指示部４２の速度指示値Ａが最大
「６３」なると、駆動パルス数格納テーブル４３による
駆動パルス数の上昇も急になる。

【００４６】なお、動作速度指示部４２の速度指示値Ａ
が最大「６３」になり、超音波モータ１１に印加する電
圧値がＤＡＣ４６の入力値で「４０９５」になっても、
更に速い動作速度を必要とするならば、駆動パルス数格
納テーブル４３の駆動パルス数を現状よりも増やすこと
によって実現できる。

【００４７】このようにして、操作針２７２の使用目的
に応じて動作速度指示部４２の速度指示値Ａを与えるこ
とにより、駆動パルス数格納テーブル４３および印加電
圧値格納テーブル４４の同一アドレスから読み出される
駆動パルス数と駆動パルスの印加電圧の各データから超
音波モータ１１の動作速度が決定される。

【００４８】一方、入力部４１の回転つまみ４１２を回
転すると、入力部４１より、例えば、図１３（ａ）
（ｂ）に示すような２相の駆動パルスが出力し、超音波
モータ駆動制御部４５に入力される。この場合、図１３
（ａ）と（ｂ）では、Ａ相とＢ相の位相関係が逆転して
いる。ここで、同図（ａ）に示すようにＡ相パルスに対
してＢ相パルスが遅れている場合は、操作針２７２を細
胞Ｓに近付ける方向の駆動を指示し、逆に、同図（ｂ）
に示すようにＡ相パルスがＢ相パルスに対して遅れてい
る場合は、操作針２７２を細胞Ｓから遠ざける方向の駆
動を指示することになる。つまり、図１３（ａ）の場合
を述べると、Ａ相パルスの立上がりを超音波モータ駆動
制御部４５が検出すると、この時のＢ相パルスのレベル
を確認する。この場合は、Ｂ相パルスのレベルはＬであ
るので、Ｂ相パルスが遅れているとして、操作針２７２
を細胞Ｓに近付ける方向に超音波モータ１１を駆動する
ことになる。

【００４９】この状態で、現在の動作速度指示部４２の
速度指示値を「９」とすると、駆動パルス数格納テーブ
ル４３から駆動パルス数「１３」が、同時に印加電圧値
格納テーブル４４から印加電圧値「１５０」がそれぞれ
読み出され、超音波モータ駆動制御部４５より、図１０
で述べた要領で、Ａ相パルスの信号の立上がりごとに駆
動パルス数「１３」だけＰ1 〜Ｐ4 の駆動パルスが出力
されるとともに、印加電圧値「１５０」（＝０．５６
Ｖ）に応じたドライブ信号がＤＡＣ４６より出力され、
これにより、ドライブ回路４７を介して超音波モータ１
１が駆動され、マイクロマニピュレータ２７の操作針２
７２は、細胞Ｓに対し所定の速度で駆動される。

【００５０】図１４（ａ）は、操作針２７２が細胞Ｓに
近付いていく場合の超音波モータ１１の４相の駆動パル
スの位相関係、図１４（ｂ）に操作針２７２が細胞Ｓか
ら遠ざかる場合の超音波モータ１１の４相の駆動パルス
の位相関係を示している。

【００５１】なお、駆動パルス数格納テーブル４３に書
き込まれている駆動パルス数の最大値は、Ａ相パルスの
立上がり周期に対して十分に小さい時間で出力が終了す
るように設定されており、通常の使用で考えられる入力
部４１の回転つまみ４１２の回転数はまったく問題がな
いようになっている。

【００５２】従って、このようにすれば超音波モータ１
１の動作速度を指示する動作速度指示部４２より入力さ
れる速度指示値に基づいて駆動パルス数格納テーブル４
３より駆動パルス数および印加電圧値格納テーブル４４
より駆動パルスの印加電圧値が出力され、これら駆動パ
ルス数および駆動パルスの印加電圧値の両方を用いて超
音波モータ駆動制御部４５により音波モータ１１の動作
速度を制御するようになるので、超音波モータ１１を微
細で滑らかな動作からパワーのある高速動作まで幅広い
動作速度の制御を実現できる。

【００５３】また、動作速度指示部４２より入力される
速度指示値に基づいて駆動パルス数格納テーブル４３お
よび印加電圧値格納テーブル４４より出力される駆動パ
ルス数および駆動パルスの印加電圧値を用いることによ
り、安定した動作速度の制御を実現できる。

【００５４】さらに、駆動パルス数格納テーブル４３お
よび印加電圧値格納テーブル４４は、速度指示値に対す
る駆動パルス数および駆動パルスの印加電圧値の変化の
度合の異なる領域を複数設けているので、超音波モータ
１１の使用目的に応じて、最適な領域を選択することに
より、所望する超音波モータ１１の動作速度を簡単に得
ることができる。

【００５５】なお、上述した実施の形態では、マイクロ
マニピュレータ２７の操作針２７２の動作速度、つまり
超音波モータ１１の動作速度を動作速度指示部４２で所
望の値にセットすることで、最適なマイクロマニピュレ
ータ動作を実現したが、例えば、動作速度指示部４２
に、駆動パルス数と、駆動パルスの印加電圧値をそれぞ
れ個別に設定するような手段を設けることができる。こ
のようにすれば、マイクロマニピュレータ２７のＺ軸、
すなわち多少の振動は許されるが、ゆっくりと動かした
く、かつ動きが標本に対して垂直方向になるので、かな
りの推力を必要とする場合などに、駆動パルスを数パル
ス程度と少なくし、駆動パルスの印加電圧を非常に高い
値にすることにより、所望の動作を実現できる。また、
これを超音波モータを用いた顕微鏡の電動ステージに応
用すれば、ステード上に乗せる標本の重さが変動しても
動作フィーリングが変わらないような設定を簡単に実現
できるなど、マイクロマニピュレータの場合と同様に幅
広い速度範囲と推力でステージを動作させることができ
る。

【００５６】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、超
音波モータに入力される駆動パルス数と駆動パルスの印
加電圧値を組み合わせて可変することにより、超音波モ
ータを振動の少ない極めて微細で滑らかな動作からパワ
ーのある高速動作まで幅広く対応させることができる。

【００５７】また、動作速度指示手段からの速度指示値
に対しテーブルから出力される駆動パルス数および駆動
パルスの印加電圧値を用いているので、安定した動作速
度の制御を実現できる。さらに、超音波モータの使用目
的に応じてテーブル内の領域を選択することにより、所
望する超音波モータの動作速度を簡単に得ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態に適用される超音波モー
タの概略構成を示す側面図。

【図２】一実施の形態に適用される超音波モータの伸縮
運動動作を模式的に示す図。

【図３】一実施の形態に適用される超音波モータの屈曲
動作を模式的に示す図。

【図４】一実施の形態に適用されるマイクロマニピュレ
ータの概略構成を示す図。

【図５】一実施の形態に適用されるマイクロマニピュレ
ータの分解斜視図。

【図６】一実施の形態に適用されるマイクロマニピュレ
ータの斜視図。

【図７】一実施の形態に適用される駆動回路の概略構成
を示す図。

【図８】一実施の形態に適用される駆動パルス数格納テ
ーブルを示す図。

【図９】一実施の形態に適用される印加電圧値格納テー
ブルを示す図。

【図１０】一実施の形態に適用される超音波モータ駆動
制御部の出力波形を示す図。

【図１１】一実施の形態に適用される駆動パルス数格納
テーブルでの速度指示値Ａに対する駆動パルス数Ｃの関
係を示す図。

【図１２】一実施の形態に適用される印加電圧値格納テ
ーブルでの速度指示値Ａに対する印加電圧値Ｂの関係を
示す図。

【図１３】一実施の形態に適用される入力部の出力波形
を示す図。

【図１４】一実施の形態の超音波モータの４相の駆動パ
ルスの位相関係を示す図。

【図１５】従来の超音波モータの駆動回路の概略構成を
示す図。

【図１６】従来の超音波モータの駆動回路に用いられる
データテーブルを示す図。

【符号の説明】

１１…超音波モータ、 １２…基本弾性体、 １３１…圧電素子、 １４…保持用弾性体、 １５１…摺動部材、 １６…支持ピン、 ２１…顕微鏡、 ２２…ステージ、 ２３…照明用光源、 ２４…対物レンズ、 ２５…容器、 ２７…マイクロマニピュレータ、 ２７１…マニピュレータ本体、 ２７２…操作針、 ２８…枠体、 ２８０…切り欠き部、 ２８１…穴、 ２９…支持体、 ３０１…挟持体、 ３１１…ガイド柱、 ３２１…ボールブッシュ、 ３３…支持アーム、 ３４…台座、 ３５…コイルスプリング、 ３６…可動部、 ３６１…凸部、 ３７…リニアガイド、 ３８…摺動板、 ４０…駆動回路、 ４１…入力部、 ４１１…ロータリエンコーダ、 ４１２…回転つまみ、 ４２…動作速度指示部、 ４２１…ロータリスイッチ、 ４２２…回転つまみ、 ４３…駆動パルス数格納テーブル、 ４４…印加電圧値格納テーブル、 ４５…超音波モータ駆動制御部、 ４６…ＤＡＣ、 ４７…ドライブ回路。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧電素子を駆動源として直方体形状の弾
   性体の長手方向に沿って伸縮動作および屈曲振動を励起
   することにより被駆動体を並進運動させる超音波モータ
   の駆動回路において、 前記超音波モータの動作速度を指示する動作速度指示手
   段と、 この動作速度指示手段より入力される速度指示値に基づ
   いて前記超音波モータに入力される駆動パルス数および
   駆動パルスの印加電圧値に変換する変換手段と、 この変換手段より出力される駆動パルス数および駆動パ
   ルスの印加電圧値により前記超音波モータの動作速度を
   制御する超音波モータ制御手段とを具備したことを特徴
   とする超音波モータの駆動回路。
2. 【請求項２】 前記変換手段は、前記動作速度指示手段
   より入力される速度指示値をアドレスとして対応する駆
   動パルス数および駆動パルスの印加電圧値を出力するテ
   ーブルからなることを特徴とする請求項１記載の超音波
   モータの駆動回路。
3. 【請求項３】 前記テーブルは、速度指示値に対する駆
   動パルス数および駆動パルスの印加電圧値の変化の度合
   の異なる領域を複数設けたことを特徴とする請求項２記
   載の超音波モータの駆動回路。