JP2595953B2 - 超音波モータの駆動回路 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 A.産業上の利用分野 本発明は、電歪素子により少なくとも進行性振動波が
形成される弾性体と、この弾性体に所定の押圧力により
押圧されこの進行性振動波により駆動される移動体とを
有する超音波モータの駆動回路に関する。

B.従来の技術およびその問題点 この種の超音波モータは、電歪素子に周波駆動信号
（交流駆動信号等）を供給して振動させ、これにより弾
性体に進行性振動波を形成せしめ移動体を駆動するもの
である。この時、移動体が弾性体に所定の押圧力で接触
しているため、移動体の負荷が大きくなると両者が摺動
接触して摩耗し、超音波モータの寿命が低下するという
問題がある。

本発明の目的は、超音波モータの駆動状態を検出し、
その検出結果に基づいて超音波モータの異常を判断して
弾性体と相対運動部材との間の摩耗を防止した超音波モ
ータの駆動回路を提供することにある。

C.問題点を解決するための手段 本発明は、電気機械変換素子を有する弾性体と、電気
機械変換素子に互に位相の異なる２つの駆動信号が印加
されることで弾性体に発生する振動により駆動される相
対運動部材とを有する超音波モータの駆動回路に適用さ
れる。

そして、超音波モータの駆動状態を検出する駆動状態
検出手段と、駆動状態検出手段の検出結果により、超音
波モータの駆動状態に異常があるか否かを判断する判断
手段と、判断手段の判断により、超音波モータに異常が
あることが判断されると、相対運動部材に駆動力を伝達
しない振動が弾性体に発生するように２つの駆動信号を
制御する信号制御手段とを有することにより、上述した
目的を達成する。

２つの駆動信号をその位相が同相になるように制御す
ることができる。

電気機械変換素子に印加される電圧と電気機械変換素
子へ流入する電流との間の位相差を検出するように駆動
状態検出手段を構成することもでき、その場合、位相差
に基づいて駆動状態の異常を判断することができる。

移動体の負荷が増加して所定値を越えるとき超音波モ
ータに異常が起こったと判断してもよい。

D.作用 超音波モータの駆動状態を検出してその異常を判断す
る。異常があることが判断されると、相対運動部材に駆
動力を伝達しない振動が弾性体に発生するように、２つ
の駆動信号を信号制御手段で制御する。たとえば、その
位相が同相になるように制御する。

E.実施例 第１図ないし第４図により本発明の実施例を説明す
る。

第１図において、10が超音波モータであり、この実施
例では回転型の超音波モータを示している。この超音波
モータ10は、第２図（ａ），（ｂ）に示すように、環状
の弾性体11に同形状の移動体12を不図示のばね部材によ
り所定の押圧力で押圧して構成されている。弾性体11の
裏面には電歪素子13が貼着され、その電歪素子13の表面
13aにはセグメント電極14a〜14dが形成されている。セ
グメント電極14bと14dの下の電歪素子13は交互に互い違
いに分極されている。

第１図において、交流電源21の出力は90度位相遅延回
路22と、この90度位相遅延回路22に後続するスイッチ23
と、電流位相検出回路24と、位相差検出回路25とに入力
されている。90度位相遅延回路22は、入力される交流信
号の位相を90度遅延させて出力し、その出力はスイッチ
23の接点b,cを介しアンプ26で増幅されてセグメント電
極14dに交流駆動信号（周波駆動信号）として供給され
る。電流位相検出回路24は、入力される交流信号の電流
位相を検出するもので、その出力は位相差検出回路25に
入力されるとともに、アンプ27で増幅されてセグメント
電極14bにも交流駆動信号（周波駆動信号）として入力
される。位相差検出回路25は、電歪素子13に印加される
電圧の位相と電歪素子13に流入する電流の位相との位相
差を検出する。検出された位相差は判定回路28に入力さ
れ、所定値以上の位相差と判定されると端子29に判定信
号が出力される。端子29には、判定信号をラッチするラ
ッチ回路30が後続し、そのラッチ出力によりスイッチ23
が接点ａまたはｂに切り換えられる。すなわち、両位相
の差が所定以上のときにスイッチ23が接点ａ側に切り換
えられ、所定未満のときに接点ｂ側に切り換えられる。
ラッチ回路30にはリセットスイッチ31が接続され、この
スイッチ31によりラッチ回路30がリセットされる。な
お、本発明にラッチ回路30は必須ではない。

スイッチ23が接点ｂ側に切り換えられているとき、交
流電源21からアンプ26,27を介して電歪素子13のセグメ
ント電極14b,14dに90度位相のずれた交流信号（第１の
周波駆動信号）が供給される。このため、弾性体11の表
面には進行性振動波が生じ、移動体12を回転駆動せしめ
る。スイッチ22が接点ａ側に切り換えられると、電歪素
子13へは同位相の交流駆動信号（第２の周波駆動信号）
が供給されるので、電歪素子13により弾性体11に定在性
振動波が形成され、弾性体11と移動体12との間の摩擦力
が低減されて移動体12の回転が停止される。

以上の構成の実施例において、交流電源21,90度位相
遅延回路22,スイッチ23,アンプ26,27が駆動信号形成手
段100を構成し、アンプ26およびアンプ27から電歪素子1
3に供給される互いに90度ずれた駆動信号が第１の周波
駆動信号であり、アンプ26およびアンプ27から電歪素子
13に供給される同位相の駆動信号が第２の周波駆動信号
である。なお、スイッチ23の接点ａ側と交流電源21との
給電線を省略し接点ａを開放にしてもよく、この場合、
接点ｂが閉じアンプ26およびアンプ27から電歪素子13に
供給される互いに90度ずれた駆動信号が第１の周波駆動
信号であり、接点ｂが開きアンプ27からのみ電歪素子13
に供給される駆動信号が第２の周波駆動信号なる。

位相差検出回路25と判定回路28の詳細を第３図に示
す。第３図において、位相差検出回路25は２つの入力端
子IN1およびIN2を有し、入力端子IN1には電圧位相が、
入力端子IN2には電流位相がそれぞれ入力される。入力
端子IN1はアンドゲートANDとインバータINV1とに接続さ
れ、入力端子IN2はインバータINV2に接続されている。
アンド出力は抵抗REを介してコンパレータCOMの非反転
入力端子に接続される一方、コンデンサCONおよびトラ
ンジスタTRを介して接地されている。抵抗REとコンデン
サCONにより積分回路が構成される。インバータINV1の
出力はトランジスタTRのベースに入力されている。また
コンパレータCOMの反転入力端子は電源BAに接続されVba
で示される基準電圧が印加されている。

第４図を参照して位相差検出回路25及び判定回路28の
動作を説明する。なお、ラッチ回路30が低レベルなラッ
チ信号を出力しスイッチ22が接点ｂ側に切り換わってお
り、電歪素子13のセグメント電極14b,14dには90度位相
のずれた交流駆動信号が供給され、弾性体11に進行性振
動波が形成されて移動体12が回転駆動されているものと
する。

入力端子IN1には電圧位相Ａが、入力端子IN2には電流
位相Ｂがそれぞれ入力される。両位相の差は超音波モー
タ10の負荷に相応して大きくなる。移動体12に負荷が作
用して両位相にずれが生じると、電圧位相Ａが立ち上が
って電流位相Ｂが立ち下がっている間だけアンド出力Ｃ
が立ち上がる。このときそのアンド出力Ｃによりコンデ
ンサCONが放電される。したがって、コンパレータCOMの
非反転入力端子の入力電圧Ｄは第４図に示すようにな
る。いま、コンパレータCOMの非反転入力端子の基準電
圧がVbaに設定されているので、非反転入力端子の入力
電圧ＤがVbaを越えるとコンパレータCOMの出力Ｅがハイ
レベルとなり、その出力Ｅが端子29から取り出されラッ
チ回路30でラッチされる。ラッチ回路30はハイレベルな
ラッチ信号を出力するから、スイッチ23が接点ａ側に切
り換わる。この結果、電歪素子13へは同位相の交流駆動
信号が供給され、弾性体11に定在性振動波が形成され
る。このため、弾性体11と移動体12との間の摩擦力が低
減されて移動体12の回転が停止し超音波モータ10が停止
する。移動体12の負荷を解放してリセットスイッチ31に
よりラッチ回路30をリセットすればスイッチ22が接点ｂ
側に切り換わり、再び超音波モータ10に同位相の交流駆
動信号が給電され超音波モータ10が進行性振動波にて起
動される。

なお、以上の説明では、交流駆動信号により電歪素子
を駆動することとしたが、パルス状の駆動信号等、周期
的に電圧が変動する周波信号ならばどのような信号で電
歪素子を駆動してもよい。また、コンパレータがハイレ
ベル信号を出力すると超音波モータを定在性振動波によ
り駆動して移動体を停止させたが、このとき警告灯や警
告音により移動体の負荷が大きくなったことを同時に報
知せしめても良い。更に、基準電圧Vbaのコンパレータ
を１つだけ用いたが、基準電圧がそれぞれ異なるコンパ
レータを複数個設けて、移動体の負荷が第１の大きさま
で大きくなるとまず警告音等で警告し、その後第１の大
きさよりも大きい第２の大きさになったときに定在性振
動波を形成せしめて移動体を停止させるようにしても良
い。さらにまた、回転型超音波モータ以外、リニア型超
音波モータにもこの発明を適用できる。

以上の実施例の構成と特許請求の範囲との対応におい
て、電歪素子が電気機械変換素子に、移動体が相対運動
部材に、それぞれ対応する。

F.発明の効果 本発明によれば、超音波モータに異常があるときは相
対運動部材に駆動力を与えない振動が弾性体に発生する
ように２つの駆動信号を制御するようにしたので、大き
な負荷による摩耗を防止できるとともに、停止時でも相
対運動部材には弾性体から振動が加えられるから摩擦力
が小さくでき、相対運動部材を手動駆動する際の操作が
軽くなる。また、停止時も弾性体が振動しているから、
再駆動時に共振状態に到達させるまでの時間が短くなっ
て立上がり時の応答性が向上するとともに、弾性体の温
度変化が抑制されて再駆動時に短時間で安定した制御に
到達する。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第４図は本発明の一実施例を説明する図であ
り、第１図は全体構成を示すブロック図、第２図（ａ）
は超音波モータの平面図、第２図（ｂ）はそのｂ−ｂ断
面図、第３図は位相差検出回路および判定回路の詳細
図、第４図は各部の信号のタイムチャートである。 10:超音波モータ、11:弾性体 12:移動体、13:電歪素子 21:交流電源 22:90度位相遅延回路、23:スイッチ 24:電流位相検出回路 25:位相差検出回路、28:判定回路 30:ラッチ回路

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】電気機械変換素子を有する弾性体と、前記
   電気機械変換素子に互に位相の異なる２つの駆動信号が
   印加されることで前記弾性体に発生する振動により駆動
   される相対運動部材とを有す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駆動状態を検出する駆動状態検出手
   段と、 前記駆動状態検出手段の検出結果により、前記超音波モ
   ータの駆動状態に異常があるか否かを判断する判断手段
   と、 前記判断手段の判断により、前記超音波モータに異常が
   あることが判断されると、前記相対運動部材に駆動力を
   伝達しない振動が前記弾性体に発生するように前記２つ
   の駆動信号を制御する信号制御手段とを有することを特
   徴とする超音波モータの駆動回路。
2. 【請求項２】前記信号制御手段は、前記２つの駆動信号
   をその位相が同相になるように制御することを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項記載の超音波モータの駆動回
   路。
3. 【請求項３】前記駆動状態検出手段は、前記電気機械変
   換素子に印加される電圧と前記電気機械変換素子へ流入
   する電流との間の位相差を検出するものであり、 前記判断手段は、前記位相差に基づいて前記駆動状態の
   異常を判断することを特徴とする特許請求の範囲第１項
   記載の超音波モータの駆動回路。
4. 【請求項４】前記判断手段は、前記移動体の負荷が増加
   して所定値を越えるとき前記超音波モータに異常が起こ
   ったと判断することを特徴とする特許請求の範囲第１項
   または第２項記載の超音波モータの駆動回路。