JP2913415B2

JP2913415B2 - 超音波モータ装置

Info

Publication number: JP2913415B2
Application number: JP2122539A
Authority: JP
Inventors: 飯島　　保; 一秀佐野
Original assignee: NISUKA KK
Current assignee: NISUKA KK
Priority date: 1990-05-12
Filing date: 1990-05-12
Publication date: 1999-06-28
Anticipated expiration: 2014-06-28
Also published as: JPH0421370A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は超音波モーター装置に関し、特に、単相電源
により駆動制御される弾性振動体の共振状態を検知し
て、最適な共振周波数で弾性振動体を、駆動制御するこ
とが可能な超音波モータ装置に関する。

〔従来の技術〕

従来、超音波振動を利用した超音波モータ装置として
は、弾性振動体に発生する振動の種類から分類すると、
定在波を用いる定在波型超音波モータ装置と進行波を用
いる進行波型超音波モータ装置と二つのタイプに大別さ
れる。

上記のもののうち定在波型超音波モータ装置として
は、単相電源により単一の屈曲振動を弾性振動体に励振
し、運動抽出体を介してこの屈曲振動の節に向かう駆動
力を利用する平板状の超音波モータ装置が知られている
（例えば、本願と同一出願人の出願にかかる特願昭62−
137395号参照）。

また、弾性振動体に縦振動（弾性振動体の長さ方向へ
の広がり振動）と弾性振動体のある一面に略垂直な振動
成分をもつ屈曲振動との、二つの独立した振動モード
を、夫々別の電源（二相電源）で励振することにより、
弾性振動体の表面に楕円運動を生起し、この楕円運動を
運動抽出体に伝達し、駆動力として利用する平板状の超
音波モータ装置が知られている。この二相電源により駆
動されるタイプの平板状の超音波モータ装置は、時間的
な位相差をつけて二つの振動モードを励振することによ
って、弾性振動体の表面に生起される楕円運動の回転方
向を切り換え、運動抽出体の運動方向を正逆転切り換え
することができる。

更に、上記二相電源で励振される二つの独立した振動
モードを利用して運動抽出体の正逆転を可能とした装置
の改良タイプとして単相電源を利用したものが提案され
ている（例えば、本願と同一出願人の出願にかかる特願
平１−137983号、特願平１−137985号、特願平１−1386
96号参照）。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来の技術で述べた進行波型超音波モータ装置あるい
は定在波型超音波モータ装置にあっては、装置の安定駆
動を行うために、セラミック等の電歪素子に交番電流を
印加する際の周波数を最適の状態に変更・維持すること
が必要とされ、弾性振動体を励振する、駆動用の電歪素
子以外に、弾性振動体の励振状態をピックアップするた
めの検出用電歪素子を別途弾性振動体に設けていた。

これは検出用電歪素子の歪みに応じて発生する電圧を
利用して、駆動用の電歪素子に印加されている交番電流
の周波数を最適状態に制御するものである。

そのため従来の装置には検出用電歪素子及びその検出
回路が別途付加されることとなり、装置のコストアッ
プ、装置の複雑化などの欠点を招くこととなる。

さらに従来の技術で述べたもののうち単相電源を使用
して運動抽出体の正逆転を可能としたタイプの超音波モ
ータ装置は、弾性振動体に設けた一対の電歪素子のうち
いずれの電歪素子に交番電流を印加するかによって正逆
転を選択するものであるが、同一周波数の交番電流を異
なる電歪素子に印加するため、装置を製作する上でのバ
ラツキ例えば電歪素子自体の特性、大きさのバラツキ、
電歪素子の弾性振動体への接着位置あるいは接着材の層
の厚さのバラツキ等によって正転用と逆転用の電歪素子
では、弾性振動体に共振を生起させる周波数に微妙なズ
レを生ずるという問題点を有している。

本発明は、従来の技術の有するこのような問題点に鑑
がみてなされたものであり、その目的とするところは、
従来の如く付加的な構造を用いることなく、一対の振動
子のうちの一方を利用して弾性振動体の振動状態を検出
することが出来ると共に、弾性振動体を常に安定した状
態で励振することができる超音波モータ装置を提供しよ
うとするものである。

更に運動抽出体の正逆転を常に安定した状態でかつバ
ランスよく駆動制御することができる超音波モータ装置
を提供しようとするものである。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、請求項１に記載された発
明における超音波モータ装置は、所定モードの縦振動お
よび所定モードの屈曲振動が励振される板状の弾性振動
体と、この弾性振動体の一面あるいは対向する面に固定
された少なくとも一対の電歪素子と、この電歪素子対の
夫々に特定周波数の交番電圧を印加して前記弾性振動体
に前記縦振動および前記屈曲振動の両振動を生起させる
駆動手段と、前記電歪素子対のうちのいずれか一方に前
記周波数の交番電圧を切り替えて印加する第一のスイッ
チング手段と、前記電歪素子対に発生する電圧を検出す
る検出手段と、前記検出手段を前記電歪素子のうちのい
ずれか一方に切り替えて接続する第２のスイッチング手
段と、前記弾性振動体に発生する前記縦振動および前記
屈曲振動の節を実質的に除く位置で、前記弾性振動体に
接触する少なくとも一つの運動抽出体とを備えでなるも
のである。

このような構成を有する装置では、特定周波数の交番
電圧が印加されていない一方の電歪素子によって、弾性
振動体の振動状態を検出することが出来る。

また、請求項２に記載された発明における超音波モー
タ装置は、所定モードの縦振動および所定モードの屈曲
振動が励振される板状の弾性振動体と、この弾性振動体
の一面あるいは対向する面に固定された少なくとも一対
の電歪素子と、この電歪素子対のいずれか一方に特定周
波数の交番電圧を印加して前記弾性振動体に前記縦振動
および前記屈曲振動の両振動を生起させる駆動手段と、
前記弾性振動体に発生する前記縦振動および前記屈曲振
動の節を実質的に除く位置で、前記弾性振動体に接触す
る少なくとも一つの運動抽出体と、前記駆動手段に接続
され、前記電歪素子に印加される周波数を上昇方向ある
いは下降方向に変動させる周波数変動手段と、前記電歪
素子対の他方に発生する電圧を検出する検出手段と、こ
の検出手段によって検出される前記検出電圧のピーク値
を保持するピークホールド手段と、前記ピーク値を分圧
して生成される基準電圧と前記検出電圧とを比較して、
前記検出電圧が前記基準電圧以下になったとき、所定信
号を発生する比較手段と、前記信号に基づいて前記変動
手段による周波数の変動方向を反転制御する手段とを備
えでなるものである。

このような構成を有する装置では、電歪素子対のう
ち、いずれのものを選択して弾性振動体を振動させた場
合であっても、バランス良く振動状態を制御することが
出来る。

〔作用〕すなわち、本発明による超音波モータ装置は、上記の
構成とすることによって、弾性振動体に固定された少な
くとも一対の電歪素子のうち、弾性振動体を励振してい
ない一方の電歪素子の振動状態を電圧値として検出し、
この検出電圧に基づいて生成される基準電圧に基づい
て、弾性振動体を振動させている他方の電歪素子に印加
される交番電圧の周波数を一定の範囲内に制御するよう
にしたので、超音波モータ装置に別途弾性振動体の振動
状態を検出する手段を設ける必要もなく又、一対の電歪
素子のいずれを選択して弾性振動体を励振する場合であ
っても弾性振動体の振動状態をバランスよく制御するこ
とが可能となる。

〔本発明における超音波モータ装置の駆動原理〕

板状の弾性振動体の縦振動の共振周波数と、弾性振動
体の一面に略垂直な振動成分をもつ屈曲振動の共振周波
数とが略々一致している場合、弾性振動体に固定した電
歪素子に該周波数の交番電圧を印加すると、該振動体に
縦振動および屈曲振動が励振されることが一般に知られ
ている。

本発明における超音波モータ装置の駆動原理は、上記
の作用を利用したものであり、弾性振動体に固定された
一対の電歪素子のうちいずれか一方の電歪素子を励振す
ることにより弾性振動体に縦振動及び屈曲振動を励振
し、これら二つの振動が共存することから、弾性振動体
の表面に楕円運動が生起される。

そして、この楕円運動が、運動抽出体に伝達され、運
動抽出体が一定方向に駆動される。

更に弾性振動体に少なくとも一対の電歪素子を固定
し、この一対の電歪素子のうち、いずれか一方を励振す
ることにより、弾性振動体に発生する縦振動と屈曲振動
との結合の位相が変化し、運動抽出体の駆動方向のコン
トロールが行われる。

即ち、板状の弾性振動体の励振位置を切り換えること
によって、縦振動と屈曲振動との結合位相手に180度の
位相差を生じさせ、弾性振動体表面に生じる楕円運動の
回転方向を正逆転するように切り換えることができる。

前述の通り、弾性振動体上に縦振動および屈曲振動を
発生させるためには、両振動を励振するための共振周波
数を略々一致させることが必要となり、該共振周波数を
一致させるためには、例えば、縦振動と屈曲振動とが弾
性振動体の長さ方向に発生しているとすると、板状の弾
性振動体の長さおよび厚さの寸法を次式のようにとれば
良い。

即ち、弾性振動体の長さ（ｌ）方向に振動モードL₁₀
（最低次の振動モードを表す。）の縦振動を発生させる
共振周波数f_Lを考えると、であり、共振角周波数ω_Ｌ＝２πf_Lから共振角周波数
は、（l;長さ、E;ヤング率、ρ；密度）で与えられ、また同様に、弾性振動体の長さ（ｌ）方向
に屈曲振動を発生させる共振周波数f_Bは、であり、同様に共振角周波数ω_Ｂは、（t;厚さ）で与えられる。

αは、 sin（α/2）cosh（α/2）＋cos（α/2）sinh（α/2）＝
０の根であり、小さい方から対称屈曲振動の共振モード
の次数に対応している。

以上よりω_Ｌ＝ω_Ｂの時、即ちの関係を、弾性振動体の長さ（ｌ）厚さ（ｔ）が満たせ
ば縦振動の振動モードと屈曲振動の振動モードとは共存
し、前述した様に弾性振動体の表面に楕円振動が生起さ
れる。

また、弾性振動体に発生する縦振動と屈曲振動との方
向が略垂直に交差している場合、上述の式における長さ
（ｌ）を適宜幅（ｗ）と置き換え、ω_Ｌ＝ω_Ｂの関係を
弾性振動体の長さ（ｌ）厚さ（ｔ）幅（ｗ）が満たすよ
うにすれば良い。

次に弾性振動体に縦振動の振動モードと、屈曲振動の
振動モードとが共存している場合、その表面に生起され
る楕円運動の回転方向のコントロールについて説明を行
う。

単なる屈曲振動の場合、第11図に示すように、両端を
開放とすれば振動の節は板状の振動体100の長さ方向中
点に関し対称に分布し、各点にはすぐ近くの節に向かう
矢印方向の駆動力が発生する。従って駆動力は上記中点
に関し対称に分布し、励振源の位置には無関係となる。

一方、縦振動と屈曲振動とが共存している振動の場
合、振動体の両端を開放とすると屈曲振動は振動体100
の長さ方向中点に関し対称と考えられるから、縦振動が
該中点に関し対称な場合と反対称の場合の二通りが考え
られる。第12図（ａ）（ｂ）において、ｘ方向（広がり
方向）の変位をX,y方向（面に垂直方向）の変位をＹと
すると上記二つの場合はそれぞれ次式のように表され
る。

（１）Ｘ＝a cos（k₁x）cos（wt）Ｙ＝b cos（k₂x）sin（wt＋ｄ）（２）Ｘ＝a sin（k₁x）cos（wt）Ｙ＝b cos（k₂x）sin（wt＋ｄ） k₁:縦振動の振動モード数 k₂:屈曲振動の振動モード数 w:角周波数（１）式の縦振動が弾性振動体100の長さ方向中点に
関して対称な場合、弾性振動体100上ｘの点と−ｘの点
とは同方向回転の楕円振動を行うことがわかる。即ち、
上記の単なる屈曲振動の場合と異なり、ｘの点と−ｘの
点とに同方向の駆動力を発生することが可能である。

（２）式の縦振動が弾性振動体100の長さ方向中点に
関して反対称な場合、平板上ｘの点と−ｘの点とは逆回
りの楕円振動を行い、駆動力は逆向きとなる。

また、（１）式、（２）式とも各点は楕円振動なの
で、弾性振動体100の表と裏とは互いに逆向きの駆動力
となり、この点も単なる屈曲振動の場合と異なる所であ
る。

以上の事柄から、単相電源により駆動される正逆転可
能な超音波モータ装置を次の様に構成することができ
る。

ｘと−ｘの点の駆動力が同方向の場合（第12図（ａ）の場合）弾性振動体100に縦振動の振動モードL₂₀がのっている
として、その励振には例えば第12図（ａ）のように縦励
振の節の位置に励振源A,Bを配置する。励振源Ａによっ
て第12図（ａ）の駆動力が得られたとする。次に励振源
Ｂによる励振の場合を考えると、これは励振源Ａの励振
の場合を中心線Ｏに関し180゜回転させた場合にほかな
らず、振動源Ｂの励振によって第12図（ａ）とは逆向き
の駆動力が得られることがわかる。

即ち弾性振動体100の長さ方向中点に関して縦振動が
対称で縦振動の共振によって弾性振動体に発生する節の
数が偶数個（例えば振動モードL₂₀,L₄₀など）の振動モ
ードのとき、弾性振動体100の同一面上で長さ方向中点
に関して、対称な位置に励振源を設置すれば、それらを
片方ずつ選択的に駆動することにより振動体100に発生
する縦振動と屈曲振動との結合位相をコントロールし
て、駆動力の正逆転のコントロールができることにな
る。

ｘと−ｘの点の駆動力が逆方向のとき（第12図（ｂ）の場合）この場合は第12図（ｂ）に示すような構成で正逆転の
コントロールが可能となる。即ち、弾性振動体100に縦
振動の振動モードL₃₀がのっているとして、その励振に
は例えば第12図（ｂ）のように中心線Ｏより左側に発生
する縦振動の節の位置に励振源Ａを配置し、励振源Ａと
対向する面で中心線Ｏより右側に発生する縦振動の節の
位置に励振源Ｂを配置する。励振源Ａによって第12図
（ｂ）の駆動力が得られたとする。次に励振源Ｂによる
励振の場合を考えると、これは励振源Ａの励振の場合と
縦振動の位相は同相だが、屈曲振動成分の位相が180゜
異なるため、励振源Ｂの励振によって第12図（ｂ）とは
逆向きの駆動力が得られる。

つまり、弾性振動体100の長さ方向中点に関して縦振
動が反対称で縦振動の共振によって弾性振動体に発生す
る節の数が奇数個（例えば振動モードL₁₀,L₃₀など）の
振動モードのとき、弾性振動体100の対向する面に夫々
縦振動の励振源を設置すれば、それらを片方ずつ選択的
に駆動することにより、振動体100に発生する縦振動と
屈曲振動との結合位相をコントロールして、駆動力の正
逆転のコントロールができることになる。

さらにまた、上記の場合においては、第12図（ｂ）
に示したもののほかに、第１図に示す構成により弾性振
動体表面に生じる楕円振動の回転方向をコントロールす
ることができる。即ち弾性振動体10の長さ方向中点に発
生する縦振動の節の位置で、かつ弾性振動体10の対向す
る面に夫々、圧電セラミック等によりなる励振源たる電
歪素子12a,12bを接着すれば良い。

弾性振動体10の対向する面に設けられた各圧電素子12
a,12bのいずれか一方を励振することにより、各電歪子1
2a,12bによって発生する屈曲振動は位相が180゜異なる
ようになる。

つまり、電歪素子12a,12bによつて同相の縦振動（弾
性振動体の同一方向の変形に対して同相の縦振動）が発
生するが、結合する屈曲振動の位相が180゜異なるもの
である。

〔実施例〕

以下、図面に基づいて本発明による超音波モータ装置
を詳細に説明する。

第１図は、本発明による超音波モータ装置の一実施例
を示し、板状の弾性振動体10の両面には、電歪素子12a,
12bが固定されている。

各電歪素子12a,12bには線路13a,13bの一端が接続され
ており、これら線路13a,13bの他端は途中二又に分かれ
ており、、そのうち一方は第１のスイッチング手段たる
スイッチ機構14の端子14a,14bに夫々接続され、他方は
第２のスイッチング手段たるスイッチ機構15の端子15a,
15bに夫々接続されている。

線路13Cは、その一端が弾性振動体10に接続されると
共に、他端がグランドに接続されている。

駆動手段50は線路13dによりスイッチ機構14のスイッ
チ14Cに接続されている。

線路13eはその一端が電歪素子12a,12bに発生する交流
電圧を検出するピークホールド回路62に接続され、他端
がスイッチ機構15のスイッチ15Cに接続されている。前
記ピークホールド回路62は、電歪素子12aあるいは12bよ
り連続的に出力される交流電圧の検出値を、一定周期毎
にリセツトするリセット回路64と共に、検出手段60を構
成している。

また弾性振動体10の電歪素子12aが設けられている側
には、弾性振動体10と直接的に接触するように運動抽出
体20が配設されている。

弾性振動体10は各電歪素子12a,12bによって発生する
縦振動と屈曲振動を励振する共振周波数が略々一致する
長さ及び厚さを有するように形成されている。

各電歪素子12a,12bは、弾性振動体10の長さ方向中点
に発生する縦振動の節が、各電歪素子12a,12bの長さ方
向の略中央に位置するように、弾性振動体10上に配設さ
れている。

駆動手段50は、スイッチ14Cの切り換えにより、電歪
素子12a,12bのいずれか一方に、特定周波数の交番電圧
を印加するものであって、これにより、弾性振動体10に
所定モードの縦振動体と屈曲振動とを発生させるもので
ある。

駆動手段50は、電圧加算回路76から入力される電圧値
を特定周波数に変換するＶ−Ｆ変換回路52と、このＶ−
Ｆ変換回路52からの出力をデューティ50％にするための
波形整形回路54と、ドライブ回路56とから構成されてい
る。

検出手段60は、スイッチ15Cの切り換えにより、電歪
素子12a,12bのいずれか一方に発生する交流電圧を一定
周期毎に検出するものである。

周波数変動手段70は、初期電圧設定回路72と積分回路
74と電圧加算回路76とから構成されＶ−Ｆ変換回路52に
入力される電圧値を変動させるものであり、駆動手段50
からスイッチ14Cによって選択された電歪素子12aあるい
は12bのいずれか一方に印加される交番電圧の周波数を
変動させるものである。

初期電圧設定回路72は、電圧加算回路76よりＶ−Ｆ変
換部52に与えられる電圧の初期値を予め定めて保持する
もので、弾性振動体10に縦振動および屈曲振動を励振す
る共振周波数あるいはその近傍付近の周波数に対応した
電圧値を保持して電圧加算回路76に一定の電圧値を入力
する。

積分回路74は、電圧加算回路76に入力される電圧値を
連続的に上昇方向あるいは下降方向に変化させるもので
あり、電圧加算回路76からＶ−Ｆ変換回路52に入力され
る電圧値を変化させ電歪素子12aあるいは12bに印加され
る交番電圧の周波数を変化させるものである。

ピークホールド手段80は、ピークホールド回路82およ
びリセット回路84から構成され、ピークホールド回路82
は検出手段60にて検出された交流電圧のピーク値を記憶
するものであり、リセット回路84は、後述する比較手段
90の比較回路94が発する信号に基づいてピークホールド
回路82の記憶内容をリセットするものである。

比較手段90は、サプルホールド回路91,92と分圧回路9
3および比較回路94から構成されている。サンプルホー
ルド回路91は、検出手段60のピークホールド回路62に入
力される電歪素子12a,12bから検出される電圧（以下、
検出電圧という。）を所定タイミングで比較回路94に入
力するもので、サンプルホールド回路92は、ピークホー
ルド回路82に記憶されているピーク電圧を所定タイミン
グで分圧回路93を介して比較回路94に入力するものであ
る。

分圧回路93は、ピークホールド回路82に記憶されてい
るピーク電圧を所定電圧まで減圧し、この減圧電圧（以
下、基準電圧という。）を、比較回路94に入力するもの
である。

減圧の比率は、ピークホールド回路82に記憶されるピ
ーク電圧の値に対して2/3から3/4に設定されている。

比較回路94は、サンプルホールド回路91と分圧回路93
からそれぞれ入力される検出電圧と基準電圧とを比較す
るもので、検出電圧が基準電圧以下になったとき信号を
電圧上昇／下降制御回路110およびリセット回路84に発
する。

電圧上昇／下降制御回路110は、比較手段94から信号
を受け積分回路74から連続的に上昇方向あるいは下降方
向に変化しながら出力される電圧の上昇／下降方向を反
転させるものであり、電歪素子12a,12bに印加される交
番電流の周波数を一定範囲内に制限するものである。

第２図は、第１図に示すものの位置部の斜視図であ
る。

次に、上記構成を有する超音波モータ装置の作用につ
いて説明する。

第５図は、振動モードL₁₀の縦振動と振動モードB₂₀の
屈曲振動とが発生している場合を示しており、スイッチ
14Cを切り換えて電歪素子12a,あるいは電歪素子12bを励
振することによって、これらの励振により同相の縦振動
弾性振動体の（弾性振動体の同一方向の変形に対し、同
相の縦振動）が発生することになるが、電歪素子12a,12
bのどちらを励振するかによって、発生する屈曲振動の
位相が180゜異なるものとなる。このため、電歪素子12
a,12bを選択的に励振することにより、弾性振動体10表
面に生起される楕円振動の運動方向が変化し、運動抽出
体20へ取り出される運動の方向性を第１図及び第２図上
実線矢印及び破線矢印で示すように正逆転することが可
能となる。

従って、運動抽出体20上にカード状体、紙葉類等の搬
送物を接触させれば、スイッチ14Cの切り換えにより、
搬送物を任意の方向に移送できる。

第３図は、電歪素子12a（12b）に一定電圧の交番電流
を印加しその印加周波数を変化させた場合の電歪素子12
b（12a）に発生する電圧ｖ（交流電圧の振幅）と周波数
ｆとの関係を示すものであり、特に、所定モードの縦振
動および屈曲振動を励振する周波数f₀付近の関係を示し
たものである。

そこで、電歪素子12aに交番電圧を印加する場合を示
すと、まず第１に、第３図に示すＡ−Ｂ−Ｃ間の電圧が
電歪素子12bに発生するよう初期電圧設定回路72に予め
設定する電圧値を決める。

実施例においては、共振周波数f₀で発生するピーク電
圧の2/3から3/4の電圧値が少なくとも電歪素子12b発生
する様に初期の電圧値を設定している。

また電源を投入し電歪素子12aへ交番電圧の印加を開
始する際、積分回路74から出力される電圧を上昇方向あ
るいは下降方向に設定しておきＶ−Ｆ変換回路52に入力
される電圧値が連続的に上昇あるいは下降するようにし
ておく。

すなわちＶ−Ｆ変換回路への入力電圧は、初期電圧設
定回路72の初期電圧と積分回路74による変動分との加算
値となる。

従って、駆動手段50から電歪素子12aに印加される交
番電圧の周波数が、周波数変動手段70によって変動され
ることとなり、弾性振動体10の励振状態も上記変動する
周波数に応じて変化する。

このとき、電歪素子12bに発生する電圧をスイッチ15c
を端子15b側に切り換えて検出すると、積分回路74が上
昇方向の電圧値を出力する場合でかつ、電歪素子12aへ
の初期の印加周波数（弾性振動体10の励振が開始される
とき、駆動手段50から電歪素子12aに印加される交番電
圧の周波数）が第３図に示す周波数f₀よりＡ点側にある
場合は、周波数ｆが連続的に上昇していくので、電圧ｖ
がＡ点付近からＢ点（ピーク値）に向かって上昇してい
く。

電圧ｖの上昇と共に、分圧回路93から出力される基準
電圧ＤもD₁からD₂へと上昇していく。

このときピークホールド回路82に記憶されるピーク値
もこの電圧ｖの上昇と共に更新されていく。

また、このとき、サンプホールド回路91とサンプルホ
ールド回路92から出力される電圧値は、分圧回路93を介
して出力されるサンプルホールド回路92からの基準電圧
Ｄの方が低いので、比較回路94から信号は発生しない。

さらに周波数ｆが上昇し、電圧ｖがＢ点（ピーク点）
からＣ点に向かって下降を開始すると分圧回路93から比
較回路94に入力される基準電圧ＤはD₃のレベルに固定さ
れることになる。

一方サンプルホールド回路91から出力される検出電圧
が、Ｃ点以下になるような周波数まで、印加周波数が上
昇すると、検出電圧が基準電圧以下になったことを比較
回路94が検知して信号を発生する。

電圧上昇／下降制御回路110は、比較回路94からの信
号を受けて積分回路74の出力電圧を上昇方向から下降方
向に制御する。

それによつて、Ｖ−Ｆ変換回路52から出力され電歪素
子12aに印加される交番電圧の周波数は下降する。

また前記比較回路94からの信号は、リセツト回路84に
出力され、リセット回路84はピークホールド回路82に保
持されているピーク値をリセットする。これにより、分
圧回路93から出力される基準電圧ＤもD₁のレベルまで下
降することになる。

下降を開始した周波数によって前述の周波数上昇の場
合と同様、検出電圧および基準電圧がＢ点まで上昇する
と共に、Ｂ点を通過後Ａ点までは検出電圧のみを下降さ
せることとなり、検出電圧が基準電圧以下になるＡ点に
周波数が到達した時、比較回路94,電圧上昇／下降制御
回路110によって再び積分回路74から出力される電圧を
下降方向から上昇方向に切り換える。

以下同様の動作が繰り返されることとなる。

また、電歪素子12aへの初期の印加周波数が上記と同
様に周波数f₀よりＡ点側にあり、積分回路74が下降方向
の電圧値を出力する場合は、周波数ｆが連続的に下降し
ていくので、電圧ｖが例えばＡ点付近からＢ点とは反対
方向に向かって下降していく。

このとき、分圧回路93から出力される基準電圧ＤがD₁
に設定されており、サンプルホールド回路91から出力さ
れる検出電圧が上記基準電圧D₁を下回ったとき、前述し
たように、比較回路94から信号が発せられ積分回路74か
ら出力される電圧を下降方向から上昇方向に反転させ
る。以後は、前述した動作によって電歪素子12bに発生
する電圧を第３図Ａ−Ｂ−Ｃ間に制御する。

電歪素子12aへの初期の印加周波数が第３図に示す周
波数f₀よりＢ点側にある場合も同様な制御が実行され
る。

第６図は、振動モードL₃₀の縦振動と振動モードB₂₀の
屈曲振動が発生している場合を示す実施例であり、縦振
動の節の部分は、電歪素子の長さ方向略中心に位置する
ようになされている。さらに第７図乃至第10図は、夫
々、第７図が、振動モードL₂₀の縦振動と、振動モードB
₄₀の屈曲振動が発生している場合で、一対の電歪阻止12
a,12bが弾性振動体10の同一面にそれぞれ配設されると
共に弾性振動体10の長さ方向中点に関して略対称な位置
に発生する縦振動の節を含む位置に設けられている実施
例を示し、第８図は、振動モードL₄₀の縦振動し振動モ
ードB₂₀の屈曲振動が発生している場合で、２組の電歪
素子対12a,12b,12a′,12b′が第７図と同様に、弾性振
動体10の同一面で、弾性振動体10の長さ方向中点に関し
て略対称な位置に発生する縦振動の節を含む位置に設け
られる実施例を示し、第９図は、振動モードL₃₀の縦振
動と、振動モードB₂₀の屈曲振動が発生している場合
で、一対の電歪素子12a,12bが弾性振動体10の対向面に
それぞれ配設されると共に弾性振動体10の長さ方向中点
に関して略対称な位置に発生する縦振動の節を含む位置
に設けられている実施例を示し、第10図は振動モードL
₅₀の縦振動と、振動モードB₄₀の屈曲振動が発生してい
る場合で２組の電歪素子対12a,12b,12a′,12b′が第９
図と同様弾性振動体10の対向面で、弾性振動体10の長さ
方向中点に関して略対称な位置に発生する縦振動の節を
含む位置に設けられる実施例を示している。

第４図（ａ）（ｂ）（ｃ）は、より具体的に構成され
た超音波モータ装置の実施例を示しており、置台30上
に、凹部32aを略中央に有たし発泡性ゴムよりなる振動
体支持部材32が固設されている。

電歪素子12a、12bを上下両面に夫々添設した弾性振動
体10は凹部32a内に電歪素子12bが位置するようにして、
振動体支持部材32上に載置されている。

弾性振動体10として、寸法が40.8〔mm〕×８〔mm〕×
15〔mm〕のSUS416板を使用し、このSUS416板の中心上に
電歪電子12a,12bとして、寸法が24〔mm〕×８〔mm〕×
0.5〔mm〕のPTZ板が貼付されている。

置台30の一端には、軸34により置台30に回動自在に一
端を軸支された一対のアーム36a,36bが設けられてお
り、アーム36a、アーム36bの他端はスプリング支持部材
により連結されており、アーム36aとアーム36とが一体
的に回動できるようにされている。アーム36a,36bの中
間部位には運動抽出体支持軸40が貫通されており、アー
ム36aとアーム36bとの間にはローラ状の運動抽出体20
が、回転自在に軸支されている。

加圧手段たる加圧スプリング42は、一端が置台30の端
面に係止されるとともに、他端がスプリング支持部38に
係止されるようにして、置台30とアーム36a、36b間に張
設されており、運動抽出体20を弾性振動体10に常時圧接
するように不勢している。

弾性振動体10と運動抽出体20との位置関係は、第４図
（Ｃ）に示すように、運動抽出体20が弾性振動体10上に
加圧スプリング42により加圧されている場合に、振動体
支持部材32の凸部32b上の弾性振動体10上に位置するよ
うにされている。

運動抽出体支持軸40のアーム36aより外側に突出して
いる部位には、プーリ44が一体的に取り付けられてい
る。

なお、第４図（ａ）（ｂ）（ｃ）に示す上記実施例に
おいては、駆動手段、検出手段スイッチ機構等は第１図
に示す実施例と同様にされて適宜配設されるものであ
り、図示は省略してある。

なお、特に図示はしないが、運動抽出体の形状は上記
各実施例において説明したものに限られるものではな
く、半球状体等であってもよいこと勿論であり、弾性振
動体表面上に生起された楕円振動をとりだせる形状であ
れば良い。

〔発明の効果〕

本発明は以上説明したように構成されているので、以
下に記載されるような効果を奏する。

弾性振動体の振動状態を検出する場合、弾性振動体に
固定された一対の電歪素子のうち、給電が行われていな
い一方の電歪素子をその検出用として用いたので、弾性
振動体の振動状態の検出手段として別途電歪素子、電極
等を設ける必要がない。

また電歪素子のいずれか一方に交番電圧を印加して、
所定モードの縦振動および屈曲振動を励振する場合、こ
の電歪素子に最適駆動周波数の交番電流を印加すること
ができ、弾性振動体の振動状態を常に良好な状態に保つ
ことができる。

また一対の電歪素子に選択的に交番電圧を印加して、
所定モードの縦振動および屈曲振動を励振する場合であ
っても、電歪素子のそれぞれに最適駆動周波数の交番電
流を印加することができ、弾性振動体の振動状態をバラ
ンスよく制御することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す概略側面、第２図は第
１図に示すものの一部の斜視図、第３図は検出電圧と周
波数の関係を示す図、第４図（ａ）（ｂ）（ｃ）は本発
明の他の実施例を示し、第４図（ａ）は平面図、第４図
（ｂ）は側面図、第４図（ｃ）はアーム，プーリ及び加
圧スプリングを取り除いた状態の側面図、第５図から第
10図は本発明による縦振動屈曲振動との発生状態を示す
説明図、第11図は屈曲振動による駆動方向を示す説明
図、第12図（ａ）（ｂ）は縦振動と屈曲振動との両振動
による駆動方向を示す説明図である。符号説明 10……弾性振動体、12a,12b……電歪素子 12b,12b′……電歪素子、14,15……スイッチ機構 20……運動抽出体、50……駆動手段 60……検出手段、70……周波数変動手段 80……ピークホールド手段、90……比較手段 100……振動体、110……電圧上昇／下降制御回路Ａ……励振源、Ｂ……励振源

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】所定モードの縦振動および所定モードの屈
曲振動が励振される板状の弾性振動体と、この弾性振動体の一面あるいは対向する面に固定された
少なくとも一対の電歪素子と、この電歪素子に特定周波数の交番電圧を印加して前記弾
性振動体に前記縦振動および前記屈曲振動の両振動を生
起させる駆動手段と、前記電歪素子対のうちのいずれか一方に前記周波数の交
番電圧を切り替えて印加する第一のスイッチング手段
と、前記電歪素子に発生する電圧を検出する検出手段と、前記検出手段を前記電歪素子対のうちのいずれか一方に
切り替えて接続する第２のスイッチング手段と、前記弾性振動体に発生する前記縦振動および前記屈曲振
動の節を実質的に除く位置で、前記弾性振動体に接触す
る少なくとも一つの運動抽出体と、を備えたことを特徴とする超音波モータ装置。
【請求項２】所定モードの縦振動および所定モードの屈
曲振動が励振される板状の弾性振動体と、この弾性振動体の一面あるいは対向する面に固定された
少なくとも一対の電歪素子と、この電歪素子のうちのいずれか一方に特定周波数の交番
電圧を印加して前記弾性振動体に前記縦振動および前記
屈曲振動の両振動を生起させる駆動手段と、前記弾性振動体に発生する前記縦振動および前記屈曲振
動の節を実質的に除く位置で、前記弾性振動体に接触す
る少なくとも一つの運動抽出体と、前記駆動手段に接続され、前記電歪素子に印加される周
波数を上昇方向あるいは下降方向に変動させる周波数変
動手段と、前記電歪素子のいずれか一方に発生する電圧を検出する
検出手段と、この検出手段によって検出される前記検出電圧のピーク
値を保持するピークホールド手段と、前記ピーク値を分圧して生成される基準電圧と前記検出
電圧とを比較して、前記検出電圧が前記基準電圧以下に
なったとき、所定信号を発生する比較手段と、前記信号に基づいて前記変動手段による周波数の変動方
向を反転制御する手段とを備えたことを特徴とする超音波モータ装置。
【請求項３】前記比較手段からの前記信号によって、前
記ピークホールド手段に保持される前記ピーク値をリセ
ットすることを特徴とする請求項２記載の超音波モータ
装置。
【請求項４】前記運動抽出体が回転可能なローラ手段か
ら成ることを特徴とする請求項１又は２記載の超音波モ
ータ装置。
【請求項５】前記電歪素子を一対で構成すると共に、こ
の電歪素子を前記弾性振動体の対向面にそれぞれ配設
し、かつ電歪素子が前記弾性振動体の長さ方向中点に発
生する前記縦振動の節を含む位置に対向して設けられて
いることを特徴とする請求項１又は２記載の超音波モー
タ装置。
【請求項６】前記一対の電歪素子が、前記弾性振動体の
長さ方向中点に関して、対称な位置に発生する前記縦振
動の節を含む位置に設けられていることを特徴とする請
求項１又は２記載の超音波モータ装置。
【請求項７】前記一対の電歪素子のうちのいずれか一方
に前記周波数の交番電流を切り換えて印加する第１のス
イッチング手段と、前記検出手段を前記一対の電歪素子
のうちのいずれか一方に切り替えて接続する第２のスイ
ッチング手段とを備えたことを特徴とする請求項２記載
の超音波モータ装置。