JPH11299271A - 超音波モータの駆動方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電源投入時の移動子の移動を抑制可能な超音
波モータの駆動方法を提供することを目的とする。 【解決手段】 本駆動方法によれば、第１及び第２駆動
信号の振動子５ｖ，６ｖへの印加によって固定子及び移
動子双方の対向表面上に超音波による噛面が形成される
が、固定子５及び移動子６間の相対位置に応じた値が記
憶されているので、記憶値に応じて振動子５ｖ，６ｖへ
の第１及び第２駆動信号の印加開始時間を双方の超音波
噛面の山と谷の位置が一致するように印加時間を調整す
ると、電源投入時の移動子６の初期移動を抑制すること
ができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、超音波モータの駆
動方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の超音波モータは、特開平２−１７
９２８１号公報に記載されている。同公報に記載の超音
波モータは、移動子及び固定子それぞれに振動子を備え
ており、振動に応じて移動子が移動する。

【０００３】また、本願発明者は、移動子及び固定子の
それぞれに振動子が設けられており、振動子への駆動信
号の印加によって双方の振動子を振動させると、移動子
及び固定子双方の対向表面上に超音波が発生し、この振
動に応じて移動子が移動する超音波モータを考案した。
この超音波モータにおいては、移動子及び固定子それぞ
れの対向表面上に超音波による噛面が形成され、これら
を圧接させることによって当該超音波噛面が噛合し、移
動子及び固定子間の相対的移動が規制される。このよう
に相対的移動が規制された状態で、互いの位相をずらす
ことにより一方の超音波噛面を他方に対して移動させる
と、移動子は固定子に対して相対的に移動する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記超
音波モータに電源を投入した時に、固定子の超音波噛面
の山の位置上に、これに噛合するはずの移動子の超音波
噛面の谷が位置するとは限らず、このような場合には電
源投入時にこれらが噛合するように移動子が移動する。
本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであ
り、電源投入時の移動子の移動を抑制可能な超音波モー
タの駆動方法を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明に係る超音波モー
タの駆動方法は、互いに対向する固定子及び移動子にそ
れぞれ設けられた振動子の一方に第１駆動信号を、他方
に第２駆動信号を印加して振動子を振動させ、振動子の
振動に応じて移動子が移動する超音波モータの駆動方法
であって、固定子及び移動子間の相対位置に応じた値を
記憶し、該記憶値に応じて振動子への第１及び第２駆動
信号の印加開始時間を調整することを特徴とする。

【０００６】本駆動方法によれば、第１及び第２駆動信
号の振動子への印加によって固定子及び移動子双方の対
向表面上に超音波による噛面が形成されるが、固定子及
び移動子間の相対位置に応じた値が記憶されているの
で、記憶値に応じて振動子への第１及び第２駆動信号の
印加開始時間を調整すると、すなわち、好ましくは双方
の超音波噛面の山と谷の位置が一致するように印加時間
を調整すると、電源投入時の移動子の移動（以下、初期
移動）を抑制することができる。

【０００７】なお、移動子の形状が円環状である場合、
超音波モータは移動子をロータとする回転運動型の超音
波モータとして機能し、移動子の形状が長板状である場
合、超音波モータは移動子をスライダとする直線運動型
の超音波モータとして機能する。

【０００８】上記記憶値は、固定子及び移動子間の相対
位置を検出する検出器からの出力信号であってもよい
が、別部品としての検出器を用いることなく、駆動信号
間の位相差から上記相対位置に応じた記憶値を得ること
とすると、部品点数が減少するとともに、これによる超
音波モータ自体の小型化を図ることができる。

【０００９】すなわち、上記記憶値としては、第１及び
第２駆動信号間の位相差であることが好ましく、この場
合には、記憶値が固定子及び移動子間の超音波噛面の所
定波長内における相対位置を示す。なお、記憶値は固定
子及び移動子間の相対位置そのものである必要はなく、
結果的に移動子の初期移動が抑制されるようであれば、
記憶値は相対位置から多少ずれていてもよい。また、任
意の時間における相対位置の記憶値であっても、結果的
に移動子の初期移動が抑制されるようであれば、この時
間から移動子の移動停止時までの移動量を更に記憶して
おき、これらを加算等することによって最終的には上記
相対位置に応じた値としたり、これらに応じて上記印加
開始時間を調整し、移動子の初期移動を抑制することと
してもよい。

【００１０】また、上記駆動方法において、同一の発振
源から出力されるクロックパルス信号を分岐してそれぞ
れを分周器で分周することにより第１及び第２駆動信号
を生成すると、第１及び第２駆動信号間の相対的なタイ
ミングを高精度に制御することができ、移動子の初期移
動を更に抑制することができる。

【００１１】また、上記駆動方法において、分岐後のク
ロックパルス信号又はこれを分周若しくは逓倍したパル
ス信号の少なくとも一方の信号の単位時間当たりのパル
ス数を増加又は減少させた後、それぞれのパルス信号を
前記分周器で分周して第１及び第２駆動信号を生成する
ことが好ましい。この場合、パルス数が増加又は減少さ
れた分だけ分周器による分周後に第１及び第２駆動信号
間に位相差が発生し、位相差に応じて移動子が移動す
る。

【００１２】また、上記駆動方法において、前記パルス
数の増加又は減少分、又はこれに比例したパルス数を前
記位相差としてカウンタでカウントすることが更に好ま
しい。移動子は位相差、すなわち上記パルス数に応じて
移動するので、移動に基づく相対位置を正確に記憶する
ことができる。

【００１３】また、上記駆動方法において、前記記憶
は、カウンタでカウントされたパルス数を不揮発性メモ
リに格納することにより行うことが更に好ましい。この
場合、メモリへの電源供給停止後においても相対位置を
記憶しておくことができるため、電力消費量を低減させ
ることができる。

【００１４】また、上記駆動方法において、上記カウン
タは、その電源供給が停止した時にはカウントされたパ
ルス数が消去され、電源供給停止後に再度電源供給がさ
れた時に、不揮発性メモリに格納されたパルス数をカウ
ンタに入力することが更に好ましい。この場合、カウン
タに電力供給する必要はないため、更に電力消費量を低
減させることができる。

【００１５】また、上記駆動方法において、前記記憶
は、振動子へ印加される第１及び第２駆動信号間の位相
差の時間変化率が零となる時、又は振動子への第１及び
第２駆動信号の印加停止の時に行うことが更に好まし
い。これらの時には、移動子の移動が停止する。このよ
うな場合には、上記相対位置は時間変化することなく確
定しているので、この時に上記記憶を行えば、記憶値に
応じて容易に上記印加開始時間調整を行うことができ
る。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、実施の形態に係る超音波モ
ータ及びその駆動方法について説明する。同一要素又は
同一機能を有する要素には同一符号を用いるものとし、
重複する説明は省略する。

【００１７】図１は、本実施の形態に係る超音波モータ
を示す構成図である。この超音波モータは、機械的駆動
機構からなる超音波モータ本体１と、超音波モータ本体
１の駆動制御を行う制御装置２とから構成される。

【００１８】本超音波モータ本体１は、側壁を構成する
円筒形のハウジング３Ｓと、ハウジング３Ｓの上端及び
下端開口を密閉封止する円形の蓋部材３Ｕ，３Ｌと、蓋
部材３Ｕ，３Ｌ双方の中央部開口を貫通する回転軸４と
を備えており、制御装置２からの制御信号によって回転
軸４がその軸回りに回転する。

【００１９】図２は、超音波モータ本体１をその軸中心
を通る平面で切った超音波モータ本体１の縦断面図であ
る。超音波モータ本体１のハウジング３Ｓ内には、外周
円環状のステータ５及びロータ６が回転軸４に対して同
軸となるように対向配置されている。ステータ５は、下
部蓋部材３Ｌの外面側からこれに貫挿されたボルトＢに
よって、下部蓋部材３Ｌに固定されており、ロータ６
は、概略円環状の台座７及び皿バネ８を介して回転軸４
に固定されている。したがって、ロータ６がステータ５
に対して相対的に回転すると、これに設けられた回転軸
４が下部蓋部材３Ｌに対して相対的に回転する。なお、
回転軸４は、蓋部材３Ｕ，３Ｌの中央部開口の内面にア
ウターレースが固定されたボールベアリング９Ｕ，９Ｌ
のインナーレースに固定されており、ボールベアリング
９Ｕ，９Ｌによって回転自在に支持されている。

【００２０】ステータ５は、セラミック圧電素子からな
る円環状の振動子５ｖと、振動子５ｖが裏面外周部に貼
着された金属からなる円環状の弾性体５ｅとを備えてい
る。弾性体５ｅの肉厚内周部５ｉはボルトＢにより下部
蓋部材３Ｌに固定されている。外周部５ｏと内周部５ｉ
との間の円環状の中間部５ｍは肉薄であり、この中間部
５ｍが外周部５ｏの振動を容易にさせるとともに、内周
部５ｉと外周部５ｏとの間の振動伝達を抑制している。

【００２１】ロータ６は、ステータ５と同一構造を有
し、セラミック圧電素子からなる円環状の振動子６ｖ
と、振動子６ｖが上面外周部に貼着された金属からなる
円環状の弾性体６ｅとを備えている。弾性体６ｅの肉厚
内周部６ｉは上記の如く回転軸４に固定され、弾性体６
ｅは外周部６ｏと内周部６ｉとの間に円環状の肉薄中間
部６ｍを備えている。なお、図１に示した制御装置２か
ら、制御信号としての第１及び第２駆動信号をそれぞれ
の振動子５ｖ，６ｖに印加すると、ステータ５及びロー
タ６の対向表面に超音波による噛面が形成される。これ
らの超音波噛面が噛合した状態で、それぞれの駆動信号
間に位相差を与えると、一方の超音波噛面が他方に対し
て相対的に回転するため、ロータ６がステータ５に対し
て相対的に回転する。

【００２２】上記超音波噛面同士が所定の付勢力で噛合
するように、ロータ６の固定された台座７は、回転軸４
に内縁部が固定された皿バネ８によってロータ６側へ付
勢されており、ロータ６の対向表面はステータ５の対向
表面に圧接されている。なお、互いの振動の干渉を抑制
するように、ステータ側弾性体５ｅは外周部５ｏ上面に
幅狭円環状の凸部５ｐを有し、ロータ側弾性体６ｅは外
周部６ｏ裏面に幅狭円環状の凸部６ｐを有している。こ
れらの凸部５ｐ，６ｐは摩擦緩衝部材１０を介して圧接
されている。摩擦緩衝部材１０は、樹脂材料等よりなる
円環状のシートであり、凸部５ｐ，６ｐ間の相互干渉を
防止して超音波噛面としての進行波を両者に正常に発生
させると共に、金属同士の直接接触を回避して異音の発
生を防止し、更にこれら圧接部５ｐ，６ｐの耐久性を向
上させる。

【００２３】ステータ内周部５ｉ及び中間部５ｍと、ロ
ータ内周部６ｉ及び中間部６ｍとの間には厚さ数ｍｍ程
度の空間が形成されており、この空間内にロータ側振動
子６ｖへの電力供給を行う給電機構１１が配置されてい
る。給電機構１１としてはロータリトランス等を用いた
ものも考えられるが、ここでは簡単のためブラシとスリ
ップリングを用いたものであるとする。

【００２４】給電機構１１は、回転軸４に対して同心円
状に配置された３つの円環状の導電リングの一部分を、
それぞれロータ５側に折り曲げてなるブラシ１１ａ，１
１ｂ，１１ｃと、それぞれのブラシ１１ａ，１１ｂ，１
１ｃの先端部が接触するように回転軸４に対して同心円
状に配置されたスリップリング１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ
とから構成されている。ブラシ１１ａ，１１ｂ，１１ｃ
の基端部はステータ５に固定され、スリップリング１１
Ａ，１１Ｂ，１１Ｃはロータ６に固定されている。した
がって、ロータ６が回転した場合においても、ブラシ１
１ａ，１１ｂ，１１ｃの先端部とスリップリング１１
Ａ，１１Ｂ，１１Ｃとは常に接触状態にあり、ブラシ１
１ａ，１１ｂ，１１ｃ及び下部蓋部材３Ｌの外部からこ
れに直接接続された導電ワイヤを介してスリップリング
１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃに電力供給が行われる。なお、
ステータ５は下部蓋部材３Ｌに対して回転しないので、
ステータ側振動子５ｖへの電力供給は、下部蓋部材３Ｌ
の外部から振動子５ｖへ直接接続された別の導電ワイヤ
を介して行われる。

【００２５】これらの導電ワイヤに接続される振動子５
ｖ，６ｖは、それぞれがｓｉｎ波成分及びｃｏｓ波成分
を含む駆動信号の印加によって、弾性体５ｅ，６ｅ対向
表面上に超音波振動による進行波、すなわち超音波噛面
が形成されるように構成されている。以下、振動子５
ｖ，６ｖ及び弾性体５ｅ，６ｅについて詳説する。

【００２６】図３は、超音波モータ本体１の主要部を一
部分解して示す斜視図である。

【００２７】円環状のステータ側振動子５ｖは、円環状
の圧電セラミック板ＣＭと、圧電セラミック板ＣＭの一
方面上に形成された４つのｓｉｎ側電極Ｓ１〜Ｓ４、４
つのｃｏｓ側電極Ｃ１〜Ｃ４及び１つのフィードバック
用電極ＦＢからなる電極群とを備えている。ｓｉｎ側電
極Ｓ１〜Ｓ４及びｃｏｓ側電極Ｃ１〜Ｃ４は、振動子５
ｖが周方向全体で５波長（５λ）の定在波を発生し得る
ように、機械角で３６゜（λ／２）毎に配置されてい
る。なお、図４は、５波長の定在波（２点鎖線で示す）
が発生したときのステータ５又はロータ６を示す。ま
た、２点鎖線で示される定在波は径方向に振幅を示すも
のとする。ここでは、ｓｉｎ側電極により発生する周方
向の振幅を径方向に示した。すなわち、２点鎖線で示さ
れる円周外部にふくらんだ円弧部分は上方への隆起
（山）を示し、円周内部に入り込んだ円弧部分は下方へ
の沈降（谷）を示すものとする。

【００２８】フィードバック用電極ＦＢは、ｓｉｎ側電
極Ｓ１とｃｏｓ側電極Ｃ１との間に位置し、機械角で１
８°（λ／４）の周方向長を有し、セラミック板ＣＭの
この部分は厚み方向に分極処理されている。ｓｉｎ側電
極Ｓ４とｃｏｓ側電極Ｃ４は機械角で５４°（３λ／
４）離隔している。セラミック板ＣＭのｓｉｎ側電極Ｓ
１〜Ｓ４及びｃｏｓ側電極Ｃ１〜Ｃ４部分は、各々隣り
合う領域で厚み方向の分極方向が互いに逆向き（図示＋
−参照）となるように分極処理されている。

【００２９】円環状の圧電セラミック板ＣＭの他方面上
には、圧電セラミック板ＣＭの一方面上のｓｉｎ側電極
Ｓ１〜Ｓ４の形成領域全体に対向するｓｉｎ側電極ＳＳ
と、ｃｏｓ側電極Ｃ１〜Ｃ４の形成領域全体に対向する
ｃｏｓ側電極ＣＣと、フィードバック用電極ＦＢに対向
するフィードバック用電極ＦＢ’とが形成されている。

【００３０】なお、ロータ側振動子６ｖの構造は、ステ
ータ側振動子５ｖの構造と同一であるので、ここでは説
明を省略する。

【００３１】振動子５ｖ，６ｖは、それぞれの一方面、
すなわちｓｉｎ側電極Ｓ１〜Ｓ４、ｃｏｓ側電極Ｃ１〜
Ｃ４及びフィードバック用電極ＦＢが形成された面が、
弾性体５ｅ，６ｅの対向表面と反対側の面に接触するよ
うに、弾性体５ｅ，６ｅに導電性又は電気伝導可能な薄
さの絶縁性接着剤を介して貼着されており、振動子５
ｖ，６ｖの超音波振動を弾性体５ｅ，６ｅに直接伝達す
ることができる。

【００３２】また、弾性体５ｅ，６ｅはグランドに接続
されており、したがって、それぞれのｓｉｎ側電極Ｓ１
〜Ｓ４、ｃｏｓ側電極Ｃ１〜Ｃ４及びフィードバック用
電極ＦＢは、弾性体５ｅ，６ｅを介してグランドに接続
される。それぞれのｓｉｎ側電極ＳＳ及びｃｏｓ側電極
ＣＣには、振動子５ｖ，６ｖのそれぞれが進行波を発生
するように、９０°位相差を有する２相の駆動信号がそ
れぞれ印加される。

【００３３】詳説すれば、ステータ側の振動子５ｖのｓ
ｉｎ側電極ＳＳ及びｃｏｓ側電極ＣＣにそれぞれ９０°
位相差を有する２相の正弦波電圧信号（ｓｉｎ波、ｃｏ
ｓ波）からなる駆動信号を印加すると、振動子５ｖの周
方向へ沿って進行する進行波が振動子５ｖに発生する。
ロータ側の振動子６ｖの進行波発生原理もこれに同じで
ある。 振動子５ｖ，６ｖは弾性体５ｅ，６ｅに貼着さ
れているので、その超音波振動が直接弾性体５ｅ，６ｅ
に伝達され、弾性体５ｅ，６ｅの対向表面上に超音波に
よる進行波、すなわち超音波噛面がそれぞれ形成され
る。

【００３４】なお、これらの振動子５ｖ，６ｖへの電力
供給は、前記導電ワイヤを介して行われる。

【００３５】ステータ側振動子５ｖのｓｉｎ側電極ＳＳ
及びｃｏｓ側電極ＣＣには、前述の制御装置２から上記
駆動信号が供給され、供給に応じて振動子５ｖが振動す
る。この振動に応じてフィードバック用電極ＦＢ’から
出力される圧電電圧信号は、制御装置２に入力される。
なお、制御装置２は、入力された圧電電圧信号に基づい
て、この信号と制御装置２内で発生する基準信号との位
相差が一定となるように発振周波数を変化させ、ステー
タ側振動子５ｖに供給される駆動信号を制御する。

【００３６】一方、ロータ側振動子６ｖのｓｉｎ側電極
ＳＳ及びｃｏｓ側電極ＣＣには、前述の制御装置２から
ブラシ１１ａ及び１１ｂを介して上記駆動信号が供給さ
れ、供給に応じて振動子６ｖが振動する。この振動に応
じてフィードバック用電極ＦＢ’から出力される圧電電
圧信号は、ブラシ１１ｃを介して制御装置２に入力され
る。この圧電電圧信号は、上記と同様に振動の周波数差
及び位相差の維持に利用することができる。

【００３７】図５は、弾性体５ｅ，６ｅの対向表面上に
進行波が発生している際のステータ／ロータ接触部分を
円周方向に沿って切った断面図である。図５（ａ）では
ステータ５の山（谷）の位置上にロータ６の谷（山）が
位置している状態を示し、図５（ｂ）では位置（位相）
ずれが起きている状態を示す。

【００３８】前述の制御装置２から振動子５ｖ，６ｖに
駆動信号を供給すると、振動子５ｖ，６ｖの超音波振動
に応じてステータ側弾性体５ｅの凸部５ｐ及びロータ側
弾性体６ｅの凸部６ｐに進行波Ａ，Ｂが発生する。進行
波Ａ，Ｂはそれぞれ超音波による噛面を構成し、これら
の超音波噛面Ａ，Ｂが噛合する。超音波噛面Ａ，Ｂが噛
合した状態で、制御装置２から振動子５ｖ，６ｖに供給
される駆動信号の位相を一致させると、ステータ側弾性
体５ｅの凸部５ｐに生じる超音波噛面Ａとロータ側弾性
体６ｅの凸部６ｐに生じる超音波噛面Ｂが同一速度で進
行するため、ロータ６は停止状態となる。

【００３９】一方、前述の制御装置２から振動子５ｖ，
６ｖに供給される駆動信号に位相差を与えると、噛み合
っていた超音波噛面Ａ，Ｂのうちの一方が、他方に対し
て相対的に進むため、ステータ６不動の状態で超音波噛
面Ａ，Ｂの噛み合いロック位置が進行波の進行方向に進
み、ロータ６は正転する。なお、駆動信号間の位相差の
符号を反転させると、超音波噛面Ａ，Ｂのうちの一方
が、他方に対して相対的に遅れるため、ステータ６不動
の状態で超音波噛面Ａ，Ｂの噛み合いロック位置が進行
波の進行方向とは逆方向に進み、ロータ６は逆転する。
更に、上記位相の単位時間当たりのシフト量を増減させ
ると、ロータ６の回転速度が増減する。

【００４０】ところで、この超音波モータに電源を投入
した時に、ステータ５の超音波噛面Ａの山の位置上に、
これに噛合するはずのロータ６の超音波噛面Ｂの谷が位
置するとは限らず、ステータ５とロータ６が互いに図５
（ｂ）に示すような位置関係で停止していた場合には電
源投入時にこれらが噛合するようにロータ６が若干回転
（以下、初期移動）する。

【００４１】そこで、本実施の形態に係る超音波モータ
の駆動方法では、ステータ５及びロータ６間の相対位置
に応じた値を予め記憶しておき、この記憶値に応じて振
動子５ｖ，６ｖへの第１及び第２駆動信号の印加開始時
間を調整する。すなわち、本駆動方法によれば、第１及
び第２駆動信号の振動子への印加によってステータ５及
びロータ６双方の対向表面上に超音波による噛面Ａ，Ｂ
が形成されるが、ステータ５及びロータ６間の相対位置
に応じた値が記憶されているので、記憶値に応じて振動
子５ｖ，６ｖへの第１及び第２駆動信号の印加開始時間
を調整すると、すなわち、好ましくは双方の超音波噛面
Ａ，Ｂの山と谷の位置が一致するように印加時間を調整
すると、電源投入時のロータ６の初期移動を抑制するこ
とができる。以下、本実施の形態に係る駆動方法を、こ
れを実行するための装置、すなわち制御装置２の内部構
成と共に詳説する。

【００４２】図６は、ステータ５及びロータ６に接続さ
れた制御装置２のシステム構成図である。まず、ロータ
６を所望の方向に所望の速度で回転させる構成について
説明する。

【００４３】制御装置２は、振動子５ｖの振動に応じて
フィードバック電極ＦＢ’から帰還される正弦波圧電電
圧信号を方形波に変換するリミッタ回路２ａと、リミッ
タ回路２ａから出力された方形波電圧信号と振動子５ｖ
に印加される方形波の駆動信号との位相差を比較する位
相比較器又は位相検出器（ＰＤ）２ｂと、これらの位相
ずれ量、すなわち方形波間のデューティレシオに応じて
位相検出器２ｂから出力される方形波信号を平滑化する
ローパスフィルタ（ＬＰＦ）２ｃと、ローパスフィルタ
２ｃから出力された直流電圧信号のレベルに応じて出力
周波数を可変する電圧制御発振器（ＶＣＯ）２ｄとを有
しており、これらは位相同期ループ（ＰＬＬ）を構成す
る。すなわち、この位相同期ループは、駆動信号と上記
正弦波圧電電圧信号との間の周波数差及び位相差が拡大
しないように駆動信号の位相を制御する。

【００４４】電圧制御発振器２ｄからの出力信号（マス
タクロック信号）は、２つに分岐され、分岐後のマスタ
クロック信号はそれぞれ分周器２ｅ，２ｆによって分周
され、分周されたそれぞれの信号は、９０度位相差を与
える移相回路２ｇ，２ｈ及び増幅器２ｉ，２ｊ，２ｋ，
２ｌから構成される駆動信号生成回路を介してそれぞれ
振動子５ｖ及び６ｖに印加される。

【００４５】すなわち、ステータ５及びロータ６の振動
子５ｖ，６ｖの電極ＳＳにはマスタクロック信号を分周
したｓｉｎ波電圧信号が、電極ＣＣにはこれに対して９
０度位相差を有するｃｏｓ波電圧信号が印加され、印加
に応じて振動子５ｖ，６ｖ及び弾性体５ｅ，６ｅの対向
表面上には円周方向に沿って進む超音波噛面としての進
行波が発生する。ここで、分岐後のマスタクロック信号
の一方は、クロックシフト回路２ｍによって単位時間当
たりのパルス数が調整可能とされている。

【００４６】図７は、本例のクロックシフト回路２ｍの
構成を示す回路図である。このクロックシフト回路２ｍ
は、Ｄ−フリップフロップＤ１，Ｄ２、ＸＮＯＲ１、Ａ
ＮＤ１から構成される論理回路を図示の如く接続してな
る。

【００４７】図８は、本例のクロックシフト回路２ｍの
マスタクロック信号（Ａ）、回転速度指示信号（Ｂ）、
マスク信号（Ｄ）及び被間引パルス信号（Ｄ）のタイミ
ングチャートである。クロックシフト回路２ｍは、可変
分周器２ｎから入力される回転速度指示信号（Ｃ）のパ
ルスの立ち上がり及び立ち下がりタイミングに同期して
マスク信号（Ｃ）を生成し、これに応じてマスタクロッ
ク信号（Ａ）から所定数のパルスを間引き、単位時間当
たりのパルス数が減少した被間引パルス信号（Ｄ）を出
力するものである。なお、可変分周器２ｎはマスタクロ
ック信号（Ａ）を分周して回転速度指示信号を生成す
る。

【００４８】図６を再び参照すると、被間引パルス信号
は、単位時間当たりのパルス数がマスタクロック信号よ
りも少ないため、これらの信号がそれぞれ分周器２ｆ，
２ｅに入力された場合には、間引かれたパルス数の分だ
け被間引パルス信号を分周して生成される駆動信号の位
相が、マスタクロック信号を分周して生成される駆動信
号の位相に対してシフトし、ロータ６が回転する。

【００４９】なお、可変分周器２ｎからの回転速度指示
信号の単位時間当たりのパルス数は、その周波数に比例
するので、この周波数が高くなれば、すなわち可変分周
器２ｎの分周比が下がれば単位時間当たりの上記位相の
シフト量が増加し、ロータ６の回転速度が上昇し、低く
なればロータ６の回転速度が低下する。

【００５０】制御装置２は、少なくともロータ回転制御
を行う制御回路２ｐを備えている。制御回路２ｐは中央
処理装置（ＣＰＵ）等から構成され、上記回転速度制御
を行うための可変分周器２ｎの分周比を制御するととも
に、ロータ回転方向指示信号（図６中正転／反転で示
す）、及びロータ停止指示信号（図６中ＳＴＯＰで示
す）を出力する。

【００５１】前述のように、駆動信号間に位相差を与え
るとロータ６は回転し、位相差を与えないとロータ６は
停止する。出力切換回路２ｏは、制御回路２ｐからの指
示信号に基づいて、マスタクロック信号及び被間引パル
ス信号から構成される信号群から、後段の分周器２ｅ，
２ｆに入力される信号を選択する。

【００５２】すなわち、駆動信号間に位相差を与えてロ
ータ６を正転させる場合、制御回路２ｐから出力切換回
路２ｏに入力されるロータ回転方向指示信号は、ロータ
正転（この時の信号の状態をＴ（正転）とする）を指示
し、ロータ停止指示信号がロータ停止を指示しない（こ
の時の信号の状態をＦ（停止）とする）。状態Ｔ（正
転），Ｆ（停止）の場合、出力切換回路２ｏは、ステー
タ側の分周器２ｅにマスタクロック信号を入力するとと
もに、ロータ側の分周器２ｆに被間引パルス信号を入力
する。

【００５３】駆動信号間に位相差を与えてロータ６を逆
転させる場合、制御回路２ｐから出力切換回路２ｏに入
力されるロータ回転方向指示信号はロータ逆転（この時
の信号の状態をＦ（正転）とする）を指示し、ロータ停
止指示信号がロータ停止を指示しない（Ｆ（停止））。
状態Ｆ（正転），Ｆ（停止）の場合、出力切換回路２ｏ
は、ステータ側の分周器２ｅに被間引パルス信号を入力
するとともに、ロータ側の分周器２ｆにマスタクロック
信号を入力する。

【００５４】駆動信号間に位相差を与えないでロータ６
を停止させる場合、制御回路２ｐから出力切換回路２ｏ
に入力されるロータ停止指示信号がロータ停止を指示す
る（この時の信号の状態をＴ（停止）とする）。状態Ｔ
（停止）の場合、ロータ回転方向指示信号の状態に拘わ
らず、出力切換回路２ｏは、双方の分周器２ｅ，２ｆに
マスタクロック信号を入力する。

【００５５】次に、ロータ初期移動抑制の構成について
詳説する。前述のように、本制御装置２は、ステータ５
及びロータ６間の相対位置に応じた値を記憶し、記憶値
に応じて振動子５ｖ，６ｖへの第１及び第２駆動信号の
印加開始時間を調整することにより、電源投入時のロー
タ６の初期移動を抑制する。

【００５６】この記憶値は、ステータ５及びロータ６間
の相対位置を検出する検出器からの出力信号であっても
よいが、ここでは別部品としての検出器を用いることな
く、駆動信号間の位相差から上記相対位置に応じた記憶
値を得ることとし、部品点数を減少させるとともに、こ
れによる超音波モータ自体の小型化を図るものとする。

【００５７】すなわち、この記憶値としては、第１及び
第２駆動信号間の位相差を用いる。この場合には、記憶
値がステータ５子及びロータ６の超音波噛面の所定波長
内における相対位置を示す。

【００５８】本超音波モータの電源を投入すると、制御
回路２ｐは電源投入信号（図６中ＰＯＷＥＲで示す）を
出力するとともに、電圧制御発振器２ｄから出力される
マスタクロック信号の供給禁止を行う出力禁止回路２ｑ
を制御し、クロックシフト回路２ｍ、可変分周器２ｎ、
出力切換回路２ｏ及び減算カウンタ２ｒへのマスタクロ
ック信号の供給を停止する。

【００５９】次に、制御回路２ｐは、ステータ５／ロー
タ６間の相対位置情報を記憶値として記憶したＥ²ＰＲ
ＯＭ等の不揮発性メモリ２ｓにアクセスし、この記憶値
をＵＰ／ＤＯＷＮリングカウンタ２ｔ及び減算カウンタ
２ｒに入力する。

【００６０】しかる後、制御回路２ｐは出力禁止回路２
ｑを制御し、クロックシフト回路２ｍ、可変分周器２
ｎ、出力切換回路２ｏ及び減算カウンタ２ｒへのマスタ
クロック信号の供給を開始する。なお、出力切換回路２
ｏにはロータ６の停止を指示する状態Ｔ（停止）の回転
停止信号が入力されているものとする。この場合、双方
の分周器２ｅ，２ｆにマスタクロック信号が入力される
ので、２〜３ｍｓｅｃ後には振動子５ｖ，６ｖの振動が
立ち上がり、双方の弾性体５ｅ，６ｅの表面に超音波噛
面が形成される。

【００６１】上述のように、１波長内の振動位相として
ステータ５／ロータ６間の相対位置がずれている場合、
双方の分周器２ｅ，２ｆへのマスタクロック信号を同時
に供給し始めると、駆動信号の位相に対して対称性を有
して超音波噛面が形成されるため、ステータ５の超音波
噛面Ａの山の位置上に、これに噛合するはずのロータ６
の超音波噛面Ｂの谷が位置せず（図５（ｂ）参照）、ロ
ータ６が初期移動する。

【００６２】メモリ２ｓには、予めステータ５／ロータ
６間の相対位置情報が記憶値として記憶されている。こ
の記憶値に合わせて、相対位置のずれ量分だけ、一方の
マスタクロック信号（駆動信号）の供給開始時間を、他
方のマスタクロック信号（駆動信号）の供給開始時間に
対して相対的にずらせば、超音波噛面が相対位置ずれ量
に合わせて形成され、ロータ６の初期移動を抑制するこ
とができる。別の言い方をすると、本実施の形態の場
合、ステータ５に駆動信号を供給した瞬間の駆動信号の
山の位置に、ロータ６の駆動信号の谷の位置が達するま
での時間だけステータ５の駆動開始時間を遅らせてやれ
ば、超音波噛面の位置ずれは解消されることになる。

【００６３】超音波噛面が形成されるのは、駆動信号の
供給開始から２〜３ｍｓｅｃ後なので、駆動信号供給開
始時間をずらす時間が、この時間未満であれば初期移動
が起こる前に超音波噛面を相対位置ずれ量に合わせて形
成することができる。本例では、駆動信号の供給開始時
間の差は最大で数百μｓｅｃオーダであることとし、具
体的には、駆動周波数を５０ｋＨｚとして最大で２０μ
ｓｅｃ、つまり１波長分の時間であることとする。

【００６４】駆動信号供給開始時間は、一方のマスタク
ロック信号、すなわち分周器２ｆへ供給されるマスタク
ロック信号の供給開始後の一定期間の間、他方のマスタ
クロック信号、すなわち分周器２ｅへ供給されるマスタ
クロック信号の供給を出力禁止回路２ｕによって停止さ
せることにより調整する。この一定期間とは、記憶値、
すなわちステータ５／ロータ６間の相対位置に比例した
ものである。

【００６５】上述のように、記憶値、すなわちステータ
５／ロータ６間の相対位置はＵＰ／ＤＯＷＮリングカウ
ンタ２ｔ及び減算カウンタ２ｒに入力されている。出力
禁止回路２ｕは、減算カウンタ２ｒから出力禁止解除の
指示があるまでは、分周器２ｅへのマスタクロック信号
の供給を停止している。減算カウンタ２ｒは、記憶値に
比例した一定期間の経過後、出力禁止回路２ｕへ出力禁
止解除の指示を出し、分周器２ｅへのマスタクロック信
号の供給が開始される。

【００６６】この一定期間は、分周器２ｆへのマスタク
ロックパルス信号の出力後、減算カウンタ２ｒに入力さ
れた相対位置を示す数（記憶値）から、マスタクロック
信号のパルス数を減算し、減算された数が０となった時
までの期間である。

【００６７】次に、相対位置に応じた記憶値としてメモ
リ２ｓに記憶されるべき値（計測値とする）の検出につ
いて説明する。

【００６８】計測値は駆動信号間の位相差に比例する。
駆動信号間の電気角３６０°内における位相差は、ステ
ータ５／ロータ６間の機械的な振動１波長内における相
対位置に比例する。したがって、計測値はステータ５／
ロータ６間の相対位置に比例する。したがって、本例で
は、駆動信号間の位相差を計測する事によって相対位置
としての計測値を検出する。なお、駆動信号間の位相差
が上記相対位置に比例するのは、ステータ５／ロータ６
双方の超音波噛面が噛合した状態から回転を始めた場合
である。製造直後の初回始動時及び電源切断後に手動で
回転させた状態では、記憶された位相差と相対位置が比
例せず首振りが発生する。しかし、その結果として超音
波噛面が噛合し、位相差と相対位置が比例することにな
る。

【００６９】可変分周器２ｎから出力された回転速度指
示信号の１パルス当たり、駆動信号間の位相差が２ステ
ップずれるので、駆動信号間の位相差は、回転速度指示
信号のパルス数の積算値に比例する。したがって、回転
速度指示信号のパルス数をカウントすることによって
も、計測値を求めることはできるが、ここでは、このパ
ルス数に比例してクロックシフト回路２ｍから出力され
るマスク信号（図７及び図８参照）のパルス数をＵＰ／
ＤＯＷＮリングカウンタ２ｔで計測して計測値を検出す
る。

【００７０】ＵＰ／ＤＯＷＮリングカウンタ２ｔは、出
力切換回路２ｏに状態Ｆ（停止）のロータ停止指示信号
（ＳＴＯＰ）、及び状態Ｔ（正転）のロータ回転方向指
示信号（正転／反転）が入力されている場合には、入力
されるマスク信号のパルス数を加算（カウントアップ）
し、状態Ｆ（正転）のロータ回転方向指示信号が入力さ
れている場合にはそのパルス数を減算（カウントダウ
ン）し、駆動信号間の位相差、すなわち上記相対位置に
応じた計測値を検出する。

【００７１】詳説すれば、制御回路２ｐから出力される
ロータ停止指示信号及びロータ回転方向指示信号は、Ｕ
Ｐ／ＤＯＷＮリングカウンタ２ｔにも入力され、ＵＰ／
ＤＯＷＮリングカウンタ２ｔは入力された信号に応じて
上記カウント動作を行う。なお、マスク信号１パルスあ
たり、マスタクロック信号から１パルスが間引きされ、
結果的には駆動信号の位相がマスタクロック信号１パル
ス分シフトし、ロータ６が１ステップ回転するものとす
る。１ステップの回転角度については後述する。

【００７２】制御回路２ｐから状態Ｔ（停止）のロータ
停止指示信号が出力されると、これが出力切換回路２ｏ
に入力されてロータ６が停止するが、この信号はＵＰ／
ＤＯＷＮリングカウンタ２ｔにも入力され、ロータ停止
とともに計測値としてのマスク信号のパルス数、すなわ
ち、ロータ６の総回転ステップ数のカウントを停止し、
このカウントされたパルス数は計測値として制御回路２
ｐに読み込まれ、制御回路２ｐは読み込まれた計測値を
記憶値としてメモリ２ｓに格納する。なお、状態Ｔ（停
止）の時には、マスク信号は発生していないので、カウ
ントを継続しても問題はないが、ノイズによる誤カウン
トなどを考慮すると、カウントを停止した方が望まし
い。

【００７３】状態Ｔ（停止）のロータ停止指示信号が出
力された場合、ステータ５及びロータ６には、同一位相
の駆動信号が供給されているため、ロータ６は回転しな
いが、それぞれには同一方向に同一速度で進行する超音
波噛面としての進行波が形成されており、ＵＰ／ＤＯＷ
Ｎリングカウンタ２ｔはパルス数のカウントは行わない
ものの、ＵＰ／ＤＯＷＮリングカウンタ２ｔや減算カウ
ンタ２ｒには制御回路２ｐから電源投入信号（ＰＯＷＥ
Ｒ）が入力されており、ＵＰ／ＤＯＷＮリングカウンタ
２ｔや減算カウンタ２ｒは起動状態にある。したがっ
て、ＵＰ／ＤＯＷＮリングカウンタ２ｔには現在のステ
ータ／ロータ間の相対位置に応じた記憶値が保持された
ままであり、再びロータ６の回転を開始する場合には、
制御回路２ｐから状態Ｆ（停止）の回転停止指示信号及
び回転方向指示信号を出力切換回路２ｏに入力し、ＵＰ
／ＤＯＷＮリングカウンタ２ｔに続けてカウント動作を
させる。

【００７４】ここで、超音波モータの電源を切断した場
合、なお、この時ロータ６はロータ停止指示信号の出力
切換回路２ｏへの入力によって停止しているものとする
と、不揮発性メモリ２ｓ内にステータ５／ロータ６間の
相対位置に応じた記憶値は記憶されているが、ＵＰ／Ｄ
ＯＷＮリングカウンタ２ｔ及び減算カウンタ２ｒには制
御回路２ｐから電源投入信号（ＰＯＷＥＲ）が供給され
なくなるため、これらの内部データは消去される。

【００７５】電源の切断後、再び超音波モータの電源を
投入すると、前述のように、制御回路２ｐは、電源投入
信号（ＰＯＷＥＲで示す）を出力するとともに、電圧制
御発振器２ｄから出力されるマスタクロック信号の供給
禁止を行う出力禁止回路２ｑを制御し、クロックシフト
回路２ｍ、可変分周器２ｎ、出力切換回路２ｏ及び減算
カウンタ２ｒへのマスタクロック信号の供給を停止し、
続いて、記憶値を記憶したメモリ２ｓにアクセスし、こ
の記憶値をＵＰ／ＤＯＷＮリングカウンタ２ｔ及び減算
カウンタ２ｒに入力する。

【００７６】これにより、ＵＰ／ＤＯＷＮリングカウン
タ２ｔには電源切断前のデータが保持されることとな
り、次のロータ回転停止時においても、結果的には、現
在のロータ回転ステップ数に前回までのロータ回転ステ
ップ数が加算された値、すなわち、駆動信号間の位相差
が計測値として検出される。詳説すれば、駆動信号が減
算カウンタ２ｒによって供給開始時間をずらされること
によって、電源切断前のステータ５／ロータ６振動の物
理的位相差の分だけ駆動信号間に位相差が生じ、この時
にずれていた位相差に停止時までに新たに生じた位相差
が加算されるため、２回目の停止時におけるステータ５
／ロータ６振動の物理的位相差（相対位置）と駆動信号
間の位相差は一致する。しかる後、この計測値が記憶値
としてメモリ２ｓに記憶される。なお、リングカウンタ
は２５６カウント／１波長となっているので、計測値は
２５５を超えることがない。２５６カウントとは、つま
り次の波に一致した状態を示す。

【００７７】なお、ロータ停止指示信号は、制御回路２
ｐにおいてマスク信号のパルス数、すなわちロータの回
転ステップ数をカウントし、カウントされた値が所望の
値であるロータ６の目標回転角になった場合に出力され
る。ここで、カウントされるのは、ロータが回転してい
るときのマスク信号のパルス数である。上述した位相差
調整時にカウントされるのはマスタークロック信号のパ
ルス数である。

【００７８】図９は、ステータ５及びロータ６に接続さ
れた別の制御装置２のシステム構成図である。本制御装
置２は、図６に示したものと比較すると、ＵＰ／ＤＯＷ
Ｎリングカウンタ２ｔの代わりに正転／反転に応じてマ
スク信号の出力先を切り換える切換器２ｔ’及び切換器
２ｔ’に接続されたリングカウンタ２ｔ₁、２ｔ₂を設
け、メモリ２ｓの代わりに個々のリングカウンタ２
ｔ₁、２ｔ₂の計測値を記憶する不揮発性メモリ内蔵型の
記憶装置２ｓ₁、２ｓ₂を設け、電源投入時にそれぞれの
記憶値を読み込む減算カウンタ２ｒ₁、２ｒ₂を設けて、
記憶値、すなわち、ステータ５／ロータ６間の相対位置
に応じて分岐後のマスタクロック信号（駆動信号）の出
力禁止を行う出力禁止回路２ｕ₁，２ｕ₂を制御して、駆
動信号供給開始時間を調整する点が異なる。

【００７９】電源投入時には、制御回路２ｐがタイマー
２ｑ’を制御して電圧制御発振器２ｄからのマスタクロ
ック信号の出力を所定時間停止させ、この間にリングカ
ウンタ２ｔ₁、２ｔ₂及び減算カウンタ２ｒ₁、２ｒ₂に、
記憶装置２ｓ₁、２ｓ₂に記憶された記憶値を入力する。
それぞれの記憶値は、ロータ６の正方向への回転ステッ
プ数、ロータ６の負方向への回転ステップ数を示し、こ
れらの記憶値の差はロータ／ステータ間の相対位置、す
なわち駆動信号間の位相差を示す。

【００８０】その後、タイマー２ｑ’の出力停止指示が
解除されると、クロックシフト回路２ｍ、可変分周器２
ｎ、出力切換回路２ｏ及び減算カウンタ２ｒ₁、２ｒ₂へ
のマスタクロック信号の供給が開始され、２〜３ｍｓｅ
ｃ後には弾性体５ｅ，６ｅの表面に超音波噛面が形成さ
れる。なお、出力切換回路２ｏにはロータ６の停止を指
示する状態Ｔ（停止）のロータ停止指示信号が入力され
ており、その後、回転をさせる場合にはロータ停止指示
信号の状態はＦ（停止）となる。

【００８１】マスタクロック信号から生成される駆動信
号の供給開始時間は、減算カウンタ２ｒ₁、２ｒ₂に入力
された記憶値の示す回転ステップ数の期間（上記と同様
に最大で数百μｓｅｃ）、それぞれの分周器２ｆ，２ｅ
へのマスタクロック信号の供給を停止させることにより
調整する。この供給停止は、出力禁止回路２ｕ₁、２ｕ₂
を制御することにより行う。また、この停止期間は、減
算カウンタ２ｒ₁、２ｒ₂に入力された相対位置を示す数
（記憶値）から、マスタクロック信号のパルス数を減算
し、減算された数が０となるまでの期間である。

【００８２】制御回路２ｐから状態Ｔ（正転）の回転方
向指示信号が出力されると、ロータ６が正回転するとと
もに、マスク信号は切換器２ｔ’を介して正転検出用リ
ングカウンタ２ｔ₁に入力され、マスク信号のパルス
数、すなわちロータ正方向の回転ステップ数が計測値と
してカウントされ、状態Ｔ（停止）のロータ停止指示信
号（ＳＴＯＰ）の出力切換回路２ｏ、切換器２ｔ’、記
憶装置２ｓ₁、２ｓ₂への入力に同期して、この計測値は
正方向の回転ステップ数を示す記憶値として記憶装置２
ｓ₁に格納される。

【００８３】制御回路２ｐから状態Ｆ（正転）の回転方
向指示信号が出力されると、ロータ６が逆回転するとと
もに、マスク信号は切換器２ｔ’を介して逆転検出用リ
ングカウンタ２ｔ₂に入力され、マスク信号のパルス
数、すなわちロータ負方向の回転ステップ数が計測値と
してカウントされ、状態Ｔ（停止）のロータ停止指示信
号の出力切換回路２ｏ、切換器２ｔ’、記憶装置２
ｓ₁、２ｓ₂への入力に同期して、この計測値は負方向の
回転ステップ数を示す記憶値として記憶装置２ｓ₂に格
納される。なお、上述のように、これらの記憶値の差は
ステータ５／ロータ６間の相対位置、すなわち駆動信号
間の位相差を示す。

【００８４】なお、他の構成は、図６に示した制御装置
２と同一であるので、ここでは説明を省略する。

【００８５】次に、モータの回転分解能について説明す
る。以下では説明の便宜上、ロータ６とステータ５の固
有振動数Ｆをそれぞれ５０ｋＨｚとする。また、ＶＣＯ
２ｄより出力される信号の発振周波数Ｎ・ｆは、回転の
最少分解能に関係するが、この発振周波数を上げすぎる
とアナログＰＬＬでは対応できなくなり、また、分周器
の段数が増加し回路規模が大きくなるので、１２．８Ｍ
Ｈｚとした。なお、ＰＬＬは７４ＨＣ４０４６を使用し
た。もちろん、ディジタルＰＬＬ等を使い、更に出力周
波数を上げることも可能である。

【００８６】分周器２ｅ，２ｆは８ｂｉｔのカウンタを
用いて構成し、その分周比１／Ｎは、１／Ｎ＝１／２⁸
＝１／２５６とした。これにより、マスタクロック信号
Ｎ・ｆを２５６分周（Ｎ＝２５６）した後の駆動信号周
波数ｆが、ステータ／ロータの固有振動数Ｆ（１２．８
ＭＨｚ／２５６＝５０ｋＨｚ）に一致する。換言すれ
ば、１波長の駆動信号によって生成されるステータ５及
びロータ６の機械的振動の１波長（λ）は、マスタクロ
ック信号のパルス数２５６個分に相当する。クロックシ
フト回路２ｍによってＶＣＯ２ｄからのマスタクロック
信号から１パルスが間引かれたとすると、分周後の駆動
信号は、間引かれない駆動信号に比較して１パルス分遅
れる。上述のように機械的振動の１波長（λ）は、マス
タクロック信号のパルス２５６個から構成されているの
で、１パルスの間引きによって、ステータ５又はロータ
６の噛面の一方が、λ×１／２５６だけ他方に対して遅
れ、ロータ６が１ステップ回転する。ステータ５及びロ
ータ６には、１周（３６０°）当たり５波長（５λ）の
振動が発生している。したがって、１波長（λ）は機械
角で３６０°／５＝７２°である。したがって、ロータ
６の回転の１ステップは、７２°／２５６＝０．２８１
２５°に相当する。この回転角が本超音波モータの最少
分解能である。この１ステップ回転は、マスタクロック
信号の１パルス、すなわち１／１２．８ＭＨｚ＝７８．
１２５ｎｓの位相差を与えることにより、得られる。

【００８７】なお、１周（３６０°）当たりｋ波長（ｋ
・λ）の振動が発生するように分極処理をすれば、１パ
ルスの間引きによって、振動の１波長当たり、（３６０
°／ｋ）／２５６＝１．４０６２５／ｋ°の回転変位が
発生し、例えば、７波長（７λ）の振動が発生するよう
に分極処理をすれば、振動の１波長当たり（３６０°／
７）／２５６＝０．２００８９３°の回転変位が発生す
る。すなわち、回転分解能δ＝（３６０／ｋ）／Ｎであ
る。なお、本実施の形態に係る超音波モータは、このよ
うな高精度の回転制御性能を有するが、本発明に係る超
音波モータは、本実施の形態に係る超音波モータの精度
に拘束されるものではない。

【００８８】このように、回転分解能δは、分周比Ｎを
増加させた場合、ロータ６及びステータ５の周上に形成
される波の数ｋを増加させた場合等に更に向上させるこ
とができる。また、本モータの最少分解能は、ロータや
ステータの共振周波数に依存しないことから温度変動な
どの外乱等により、共振駆動周波数が変動しても分解能
は変動しない。

【００８９】また、速度指示部に可変発振器を用いれば
モータの回転スピードを任意に可変することができる。
前述したように本モータは１周あたり定在波を５波発生
することができる。したがって、２５６×（５波）＝１
２８０であり、１２８０ステップの位相遅れで１周の回
転が得られる。一方、回転速度指示信号は、１周期で２
ステップの位相遅れを発生させる。この可変分周器２ｎ
から６４０Ｈｚの信号を出力すると、１秒間に１回転、
すなわち６０ｒｐｍの回転速度でロータ６が回転するこ
ととなる。また、可変分周器２ｎの出力を１Ｈｚとする
と、約１０分でロータ６が１回転する。

【００９０】なお、上記実施の形態においては、移動子
をロータとする回転型モータについて説明したが、本発
明は回転型モータに限定されるものではなく、リニアモ
ータにも当然適用可能である。すなわち、本超音波モー
タをリニアモータに適用する場合、「ロータ」を「スラ
イダ」に、「回転」を「移動」に、それぞれ読み換える
ことで理解されよう。

【００９１】以上、説明したように、本発明に係る超音
波モータの駆動方法は、互いに対向する固定子５及び移
動子６にそれぞれ設けられた振動子５ｖ，６ｖの一方に
第１駆動信号を、他方に第２駆動信号を印加して振動子
５ｖ，６ｖを振動させ、振動子５ｖ，６ｖの振動に応じ
て移動子６が移動する超音波モータの駆動方法であっ
て、固定子５及び移動子６間の相対位置に応じた値を記
憶し、該記憶値に応じて振動子への第１及び第２駆動信
号の印加開始時間を調整する。

【００９２】本駆動方法によれば、第１及び第２駆動信
号の振動子５ｖ，６ｖへの印加によって固定子及び移動
子双方の対向表面上に超音波による噛面が形成される
が、固定子５及び移動子６間の相対位置に応じた値が記
憶されているので、記憶値に応じて振動子５ｖ，６ｖへ
の第１及び第２駆動信号の印加開始時間を調整すると、
すなわち、好ましくは双方の超音波噛面の山と谷の位置
が一致するように印加時間を調整すると、電源投入時の
移動子６の初期移動を抑制することができる。

【００９３】上記記憶値は、固定子５及び移動子６間の
相対位置を検出する検出器からの出力信号であってもよ
いが、別部品としての検出器を用いることなく、駆動信
号間の位相差から上記相対位置に応じた記憶値を得るこ
ととすると、部品点数を減少させるとともに、これによ
る超音波モータ自体の小型化を図ることができる。

【００９４】すなわち、上記記憶値としては、第１及び
第２駆動信号間の位相差であることが好ましく、この場
合には、記憶値が固定子５及び移動子６間の超音波噛面
の所定波長内における相対位置を示す。

【００９５】なお、上記記憶値は固定子５及び移動子６
間の相対位置そのものである必要はなく、結果的に移動
子の初期移動が抑制されるようであれば、記憶値は相対
位置から多少ずれていてもよい。また、任意の時間にお
ける相対位置の記憶値であっても、結果的に移動子６の
初期移動が抑制されるようであれば、この時間から移動
子の移動停止時までの移動量を更に記憶しておき、これ
らを加算等することによって最終的には上記相対位置に
応じた値としたり、これらに応じて上記印加開始時間を
調整し、移動子６の初期移動を抑制することとしてもよ
い。

【００９６】また、上記駆動方法において、同一の発振
源２ｄから出力されるクロックパルス信号（マスタクロ
ック信号）を分岐してそれぞれを分周器２ｅ，２ｆで分
周することにより第１及び第２駆動信号を生成すると、
第１及び第２駆動信号間の相対的なタイミングを高精度
に制御することができ、移動子６の初期移動を更に抑制
することができる。

【００９７】また、上記駆動方法においては、分岐後の
クロックパルス信号又はこれを分周若しくは逓倍したパ
ルス信号の少なくとも一方の信号の単位時間当たりのパ
ルス数を増加又は減少させた後、それぞれのパルス信号
を前記分周器２ｅ，２ｆで分周して第１及び第２駆動信
号を生成した。この場合、パルス数が調整された分だけ
分周器２ｅ，２ｆによる分周後に第１及び第２駆動信号
間に位相差が発生し、位相差に応じて移動子６が移動す
る。

【００９８】また、上記駆動方法においては、前記パル
ス数の増加又は減少された分、又はこれに比例したパル
ス数を前記位相差としてカウンタ２ｔ，２ｔ₁，２ｔ₂で
カウントした。移動子６は位相差、すなわち上記パルス
数に応じて移動するので、移動に基づく相対位置を正確
に記憶することができる。

【００９９】また、上記駆動方法においては、前記記憶
は、カウンタ２ｔ，２ｔ₁，２ｔ₂でカウントされたパル
ス数を不揮発性メモリ２ｓ，２ｓ₁，２ｓ₂に格納するこ
とにより行った。この場合、メモリ２ｓ，２ｓ₁，２ｓ₂
への電源供給停止後においても相対位置を記憶しておく
ことができるため、電力消費量を低減させることができ
る。

【０１００】また、上記駆動方法においては、カウンタ
２ｔ，２ｔ₁，２ｔ₂は、その電源供給が停止した時（電
源投入信号（ＰＯＷＥＲ）が入力されない時）にはカウ
ントされたパルス数が消去され、電源供給停止後に再度
電源供給がされた時に、不揮発性メモリ２ｓ，２ｓ₁，
２ｓ₂に格納されたパルス数をカウンタに入力した。こ
の場合、カウンタ２ｔ，２ｔ₁，２ｔ₂に電力供給する必
要はないため、更に電力消費量を低減させることができ
る。

【０１０１】また、上記駆動方法において、前記記憶
は、振動子５ｖ，６ｖへ印加される第１及び第２駆動信
号間の位相差の時間変化率が零となる時に行ったが、振
動子５ｖ，６ｖへの第１及び第２駆動信号の印加停止の
時、すなわち、例えば増幅器２ｉ〜２ｌへの供給電源を
停止させた時に行ってもよい。これらの時には、移動子
６の移動が停止する。このような場合には、上記相対位
置は時間変化することなく確定しているので、この時に
上記記憶を行えば、記憶値に応じて容易に上記印加開始
時間調整を行うことができる。

【０１０２】

【発明の効果】以上、説明したように、本発明に係る超
音波モータの駆動方法は、固定子及び移動子間の相対位
置に応じた値が記憶されているので、電源投入時の移動
子の移動を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施の形態に係る超音波モータを示す構成図。

【図２】超音波モータ本体をその軸中心を通る平面で切
った超音波モータ本体の縦断面図。

【図３】超音波モータ本体１の主要部を一部分解して示
す斜視図。

【図４】５波長の定在波（２点鎖線で示す）が発生した
ときのステータ５又はロータ６の平面図。

【図５】弾性体の対向表面上に進行波が発生している際
のステータ／ロータ接触部分を円周方向に沿って切った
断面図。

【図６】ステータ及びロータに接続された制御装置のシ
ステム構成図。

【図７】クロックシフト回路の回路図。

【図８】クロックシフト回路の動作を説明するためのタ
イミングチャート。

【図９】ステータ５及びロータ６に接続された別の制御
装置２のシステム構成図。

【符号の説明】

５…ステータ５、６…ロータ、５ｖ，６ｖ…振動子、２
ｔ…カウンタ、２ｓ…メモリ。

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 互いに対向する固定子及び移動子にそれ
   ぞれ設けられた振動子の一方に第１駆動信号を、他方に
   第２駆動信号を印加して前記振動子を振動させ、前記振
   動子の振動に応じて前記移動子が移動する超音波モータ
   の駆動方法であって、前記固定子及び前記移動子間の相
   対位置に応じた値を記憶し、該記憶値に応じて前記振動
   子への前記第１及び第２駆動信号の印加開始時間を調整
   することを特徴とする超音波モータの駆動方法。
2. 【請求項２】 前記記憶値は、前記第１及び第２駆動信
   号間の位相差であ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方法。
3. 【請求項３】 同一の発振源から出力されるクロックパ
   ルス信号を分岐してそれぞれを分周器で分周することに
   より前記第１及び第２駆動信号を生成することを特徴と
   する請求項２に記載の超音波モータの駆動方法。
4. 【請求項４】 分岐後の前記クロックパルス信号又はこ
   れを分周若しくは逓倍したパルス信号の少なくとも一方
   の信号の単位時間当たりのパルス数を増加又は減少させ
   た後、それぞれのパルス信号を前記分周器で分周して前
   記第１及び第２駆動信号を生成することを特徴とする請
   求項３に記載の超音波モータの駆動方法。
5. 【請求項５】 前記パルス数の増加又は減少分、又はこ
   れに比例したパルス数を前記位相差としてカウンタでカ
   ウントすることを特徴とする請求項４に記載の超音波モ
   ータの駆動方法。
6. 【請求項６】 前記記憶は、前記カウンタでカウントさ
   れたパルス数を不揮発性メモリに格納することにより行
   うことを特徴とする請求項５に記載の超音波モータの駆
   動方法。
7. 【請求項７】 前記カウンタは、その電源供給が停止し
   た時にはカウントされたパルス数が消去され、前記電源
   供給停止後に再度電源供給がされた時に、前記不揮発性
   メモリに格納されたパルス数を前記カウンタに入力する
   ことを特徴とする請求項６に記載の超音波モータの駆動
   方法。
8. 【請求項８】 前記記憶は、前記振動子へ印加される前
   記第１及び第２駆動信号間の位相差の時間変化率が零と
   なる時、又は前記振動子への前記第１及び第２駆動信号
   の印加停止の時に行うことを特徴とする請求項２に記載
   の超音波モータの駆動方法。