JP3401094B2 - 超音波振動子の駆動装置 - Google Patents
超音波振動子の駆動装置Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、超音波モータ等に用い
られる超音波振動子の駆動装置に関する。
られる超音波振動子の駆動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】弾性体に電気−機械エネルギー変換素子
を固定して超音波振動子を構成し、この電気−機械エネ
ルギー変換素子に交流電流を印加し、超音波振動を発生
させる技術として、先に本出願人が出願した特開平６−
１０５５７１記載の超音波リニアモータがある。
を固定して超音波振動子を構成し、この電気−機械エネ
ルギー変換素子に交流電流を印加し、超音波振動を発生
させる技術として、先に本出願人が出願した特開平６−
１０５５７１記載の超音波リニアモータがある。
【０００３】 この超音波リニアモータは、図７に示す
ように、例えば、直方体状の弾性体１００の上面に二つ
の積層圧電素子１０１、１０２を圧電素子固定部材１０
３、１０４、１０５で保持固定し、二つの積層圧電素子
１０１、１０２に互いに９０度位相の異なる交流電圧を
印加し、弾性体１００に図８に示す縦共振振動と図９に
示す屈曲共振振動を同時に発生させ、この二つの共振振
動定在波が合成されて楕円振動が発生する部分に図７に
示すような摺動部材１０６、１０７を固定する。そし
て、図１０に示すように、前記摺動部材１０６、１０７
に接する移動体１０８を図１０において左右方向に移動
させるものである。
ように、例えば、直方体状の弾性体１００の上面に二つ
の積層圧電素子１０１、１０２を圧電素子固定部材１０
３、１０４、１０５で保持固定し、二つの積層圧電素子
１０１、１０２に互いに９０度位相の異なる交流電圧を
印加し、弾性体１００に図８に示す縦共振振動と図９に
示す屈曲共振振動を同時に発生させ、この二つの共振振
動定在波が合成されて楕円振動が発生する部分に図７に
示すような摺動部材１０６、１０７を固定する。そし
て、図１０に示すように、前記摺動部材１０６、１０７
に接する移動体１０８を図１０において左右方向に移動
させるものである。
【０００４】このような超音波モータの駆動電圧Ｖと速
度の関係を測定すると、図１１に示すようになった。駆
動電圧Ｖが低いと動作せず、ある値（実験では約４Ｖp
p)を超えると略電圧値に比例して移動体１０８の移動速
度が増加することが確かめられた。
度の関係を測定すると、図１１に示すようになった。駆
動電圧Ｖが低いと動作せず、ある値（実験では約４Ｖp
p)を超えると略電圧値に比例して移動体１０８の移動速
度が増加することが確かめられた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た超音波モータの速度を制御しようとして上記実験結果
のように駆動電圧Ｖを変化させる場合、一般的に考える
と図１２に示すように、積層圧電素子１０１、１０２へ
駆動電力を供給する電力増幅器１１０はアナログ増幅器
を用いることが必要になる。この結果、電力増幅器１１
０を構成するパワートランジスタは線形動作となって発
熱し、電力損失が発生してしまうという問題があった。
尚、図１２中、１１１は、所定周波数の駆動信号を電力
増幅器１１０に送る発信器、１１２は電圧決定回路であ
る。
た超音波モータの速度を制御しようとして上記実験結果
のように駆動電圧Ｖを変化させる場合、一般的に考える
と図１２に示すように、積層圧電素子１０１、１０２へ
駆動電力を供給する電力増幅器１１０はアナログ増幅器
を用いることが必要になる。この結果、電力増幅器１１
０を構成するパワートランジスタは線形動作となって発
熱し、電力損失が発生してしまうという問題があった。
尚、図１２中、１１１は、所定周波数の駆動信号を電力
増幅器１１０に送る発信器、１１２は電圧決定回路であ
る。
【０００６】そこで、本発明は、発熱によるエネルギー
ロスを削減しつつ超音波振動子の駆動制御を実現し得る
超音波振動子の駆動装置を提供することを目的とする。
ロスを削減しつつ超音波振動子の駆動制御を実現し得る
超音波振動子の駆動装置を提供することを目的とする。
【０００７】即ち、請求項１記載の発明は、周波数変調
を利用したスイッチング動作により発熱によるエネルギ
ーロスを削減しつつ超音波振動子の駆動信号を調節する
ことを目的とする。
を利用したスイッチング動作により発熱によるエネルギ
ーロスを削減しつつ超音波振動子の駆動信号を調節する
ことを目的とする。
【０００８】請求項２記載の発明は、周波数変調に伴う
変調周波数成分を簡略な構成で除去することを目的とす
る。
変調周波数成分を簡略な構成で除去することを目的とす
る。
【０００９】
【００１０】
【００１１】
【課題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記載の発明は、電気−機械エネルギー変換
素子を駆動源とし、弾性体に縦振動及び屈曲振動を励起
してこれらが合成した超音波楕円振動を生成する超音波
振動子を駆動する駆動装置において、前記超音波振動子
を駆動するアナログ波形の変調信号を発生する変調信号
発生回路と、この変調信号発生回路からの変調信号を周
波数変調した周波数変調信号を出力する周波数変調回路
と、この周波数変調回路からの周波数変調信号により電
圧値をスイッチングして前記超音波振動子に対する駆動
信号を出力するスイッチング回路と、該スイッチング回
路からの駆動信号を復調して変調周波数成分が除去され
た駆動信号を前記超音波振動子に印加する復調回路とを
有することを特徴とするものである。
に、請求項１記載の発明は、電気−機械エネルギー変換
素子を駆動源とし、弾性体に縦振動及び屈曲振動を励起
してこれらが合成した超音波楕円振動を生成する超音波
振動子を駆動する駆動装置において、前記超音波振動子
を駆動するアナログ波形の変調信号を発生する変調信号
発生回路と、この変調信号発生回路からの変調信号を周
波数変調した周波数変調信号を出力する周波数変調回路
と、この周波数変調回路からの周波数変調信号により電
圧値をスイッチングして前記超音波振動子に対する駆動
信号を出力するスイッチング回路と、該スイッチング回
路からの駆動信号を復調して変調周波数成分が除去され
た駆動信号を前記超音波振動子に印加する復調回路とを
有することを特徴とするものである。
【００１２】また、請求項２記載の発明は、請求項１記
載の超音波波振動子の駆動装置において、前記復調回路
は、前記スイッチング回路と前記超音波振動子との間に
接続したインダクタと、前記超音波振動子の制動容量と
により構成されるものである。
載の超音波波振動子の駆動装置において、前記復調回路
は、前記スイッチング回路と前記超音波振動子との間に
接続したインダクタと、前記超音波振動子の制動容量と
により構成されるものである。
【００１３】
【００１４】
【００１５】
【作用】請求項１に記載した超音波振動子の駆動装置で
は、変調信号発生回路により発生した超音波振動子を駆
動するアナログ波形の変調信号を周波数変調回路により
周波数変調して周波数変調信号を出力し、この周波数変
調回路からの周波数変調信号により電圧値をスイッチン
グ回路のスイッチング動作でスイッチングして前記超音
波振動子に対する駆動信号を出力するとともに、前記復
調回路によりスイッチング回路からの駆動信号を復調し
て変調周波数成分が除去された駆動信号を前記超音波振
動子に印加するものであるから、従来例のようなアナロ
グ増幅器を用いる必要がなくなり、周波数変調を利用し
て発熱によるエネルギーロスを削減しつつ超音波振動子
の駆動制御を実現し得る。
は、変調信号発生回路により発生した超音波振動子を駆
動するアナログ波形の変調信号を周波数変調回路により
周波数変調して周波数変調信号を出力し、この周波数変
調回路からの周波数変調信号により電圧値をスイッチン
グ回路のスイッチング動作でスイッチングして前記超音
波振動子に対する駆動信号を出力するとともに、前記復
調回路によりスイッチング回路からの駆動信号を復調し
て変調周波数成分が除去された駆動信号を前記超音波振
動子に印加するものであるから、従来例のようなアナロ
グ増幅器を用いる必要がなくなり、周波数変調を利用し
て発熱によるエネルギーロスを削減しつつ超音波振動子
の駆動制御を実現し得る。
【００１６】この場合、前記復調回路を前記スイッチン
グ回路と前記超音波振動子との間に接続したインダクタ
と、前記超音波振動子の制動容量とにより構成したの
で、周波数変調回路の周波数変調に伴う変調周波数成分
を簡略な構成で除去し得る。
グ回路と前記超音波振動子との間に接続したインダクタ
と、前記超音波振動子の制動容量とにより構成したの
で、周波数変調回路の周波数変調に伴う変調周波数成分
を簡略な構成で除去し得る。
【００１７】
【００１８】
【実施例】以下に本発明の実施例を詳細に説明する。
【００１９】［第１実施例］図１乃至図３を参照して本
発明の第１実施例を説明する。
発明の第１実施例を説明する。
【００２０】［構成］図１に本実施例の構成を示す。
【００２１】 同図に示す本実施例の駆動装置は、この
装置の各要素の制御を行う制御部（ＣＰＵ）１０と、超
音波モータを構成する２個の超音波振動子１６、２０を
実質的に駆動するアナログ波形の変調信号を出力する変
調信号発生回路３０と、前記変調信号より高い周波数の
搬送信号（鋸波信号）を発生する搬送信号発生回路とし
ての鋸波発生回路９と、この鋸波発生回路９からの搬送
信号を前記変調信号発生回路３０からの変調信号に比例
して変化させることによりパルス幅変調し変調出力信号
を出力する変調回路３１と、この変調回路３１からの変
調出力信号によりスイッチング動作を行って前記超音波
振動子１６、２０に対する駆動信号を出力するスイッチ
ング回路３２と、このスイッチング回路３２と前記超音
波振動子１６、２０との間に接続した一対のインダクタ
１５、１９とを有している。
装置の各要素の制御を行う制御部（ＣＰＵ）１０と、超
音波モータを構成する２個の超音波振動子１６、２０を
実質的に駆動するアナログ波形の変調信号を出力する変
調信号発生回路３０と、前記変調信号より高い周波数の
搬送信号（鋸波信号）を発生する搬送信号発生回路とし
ての鋸波発生回路９と、この鋸波発生回路９からの搬送
信号を前記変調信号発生回路３０からの変調信号に比例
して変化させることによりパルス幅変調し変調出力信号
を出力する変調回路３１と、この変調回路３１からの変
調出力信号によりスイッチング動作を行って前記超音波
振動子１６、２０に対する駆動信号を出力するスイッチ
ング回路３２と、このスイッチング回路３２と前記超音
波振動子１６、２０との間に接続した一対のインダクタ
１５、１９とを有している。
【００２２】前記変調信号発生回路３０は、前記制御部
１０により発振周波数を制御される高周波クロックを送
出する発振器１と、発振器１からの高周波クロックを取
り込んでカウントする８ビットのアップダウンカウンタ
２と、アップダウンカウンタ２の８ビットの出力をアド
レス端子から入力するＲＯＭ３、４と、ＲＯＭ３、４の
出力データを発振器１からの高周波クロックに同期して
各々ラッチするラッチ回路５、６と、ラッチ回路５、６
によりラッチされた各出力データを各々Ａ／Ｄ変換し一
組の変調信号を生成するＡ／Ｄコンバータ７、８とを具
備している。前記変調回路３１は、前記Ａ／Ｄコンバー
タ７、８からの各変調信号と前記鋸波発生回路９からの
鋸波信号とを各々比較し各々の電圧値の比較結果に応じ
てハイ（Ｈｉｇｈ）／ロー（Ｌｏｗ）の論理出力を行う
コンパレータ１１、１２を具備している。
１０により発振周波数を制御される高周波クロックを送
出する発振器１と、発振器１からの高周波クロックを取
り込んでカウントする８ビットのアップダウンカウンタ
２と、アップダウンカウンタ２の８ビットの出力をアド
レス端子から入力するＲＯＭ３、４と、ＲＯＭ３、４の
出力データを発振器１からの高周波クロックに同期して
各々ラッチするラッチ回路５、６と、ラッチ回路５、６
によりラッチされた各出力データを各々Ａ／Ｄ変換し一
組の変調信号を生成するＡ／Ｄコンバータ７、８とを具
備している。前記変調回路３１は、前記Ａ／Ｄコンバー
タ７、８からの各変調信号と前記鋸波発生回路９からの
鋸波信号とを各々比較し各々の電圧値の比較結果に応じ
てハイ（Ｈｉｇｈ）／ロー（Ｌｏｗ）の論理出力を行う
コンパレータ１１、１２を具備している。
【００２３】前記超音波振動子１６は、図２に等価的に
示すように、動インピーダンスを構成するインダクタＬ
ｍ、キャパシタＣｍ、抵抗ｒの直列回路に制動容量Ｃｄ
を並列接続した回路で表すことができ、この超音波振動
子１６の制動容量Ｃｄと前記インダクタ１５とにより図
３に示すように前記スイッチング回路３２からの駆動信
号から前記搬送信号の周波数成分を除去して前記超音波
振動子１６に印加するローパスフィルタ回路（積分回
路）３３を構成している。
示すように、動インピーダンスを構成するインダクタＬ
ｍ、キャパシタＣｍ、抵抗ｒの直列回路に制動容量Ｃｄ
を並列接続した回路で表すことができ、この超音波振動
子１６の制動容量Ｃｄと前記インダクタ１５とにより図
３に示すように前記スイッチング回路３２からの駆動信
号から前記搬送信号の周波数成分を除去して前記超音波
振動子１６に印加するローパスフィルタ回路（積分回
路）３３を構成している。
【００２４】前記アップダウンカウンタ２のカウント方
向（アップまたはダウン）は、制御部１０により制御で
きる。また、このアップダウンカウンタ２は２５５（０
ＦＦｈ）カウントした後さらにアップカウントすると０
に、逆に０カウントのときにさらにダウンカウントする
と２５５（０ＦＦｈ）になるように構成している。前記
ＲＯＭ３、４のアドレス端子は１２ビットであり、下部
８ビット以外の残りの上位４ビットは制御部１０に接続
されている。
向（アップまたはダウン）は、制御部１０により制御で
きる。また、このアップダウンカウンタ２は２５５（０
ＦＦｈ）カウントした後さらにアップカウントすると０
に、逆に０カウントのときにさらにダウンカウントする
と２５５（０ＦＦｈ）になるように構成している。前記
ＲＯＭ３、４のアドレス端子は１２ビットであり、下部
８ビット以外の残りの上位４ビットは制御部１０に接続
されている。
【００２５】前記スイッチング回路３２は、図１に示す
ように、コレクタを電圧値ＶccのＤＣ電源に接続したＮ
ＰＮトランジスタ１３及びコレクタをＧＮＤに接続した
ＰＮＰトランジスタ１４と、ＮＰＮトランジスタ１３、
ＰＮＰトランジスタ１４の各ベースに接続したベース抵
抗２３、２４とを具備している。同様に前記駆動回路２
２は、図１に示すように、コレクタを電圧値ＶccのＤＣ
電源に接続したＮＰＮトランジスタ１７及びコレクタを
ＧＮＤに接続したＰＮＰトランジスタ１８と、ＮＰＮト
ランジスタ１７、ＰＮＰトランジスタ１８の各ベースに
接続したベース抵抗２５、２６とを具備している。
ように、コレクタを電圧値ＶccのＤＣ電源に接続したＮ
ＰＮトランジスタ１３及びコレクタをＧＮＤに接続した
ＰＮＰトランジスタ１４と、ＮＰＮトランジスタ１３、
ＰＮＰトランジスタ１４の各ベースに接続したベース抵
抗２３、２４とを具備している。同様に前記駆動回路２
２は、図１に示すように、コレクタを電圧値ＶccのＤＣ
電源に接続したＮＰＮトランジスタ１７及びコレクタを
ＧＮＤに接続したＰＮＰトランジスタ１８と、ＮＰＮト
ランジスタ１７、ＰＮＰトランジスタ１８の各ベースに
接続したベース抵抗２５、２６とを具備している。
【００２６】前記ＲＯＭ３、４には、Ａ／Ｄコンバータ
７、８でＡ／Ｄ変換したときに互いに９０度位相が異な
る正弦波信号となるデジタルパターンが書き込まれてお
り、下位アドレス８ビットを発生する前記アップダウン
カウンタ２が０から２５５（ＯＦＦｈ）までカウントす
ると、正弦波信号の周期が整数回（１周期、２周期…の
ように）発生する。また、ＲＯＭ３、４の上位アドレス
４ビットを変化させると前記した正弦波信号の振幅のみ
が１６段階（４ビットに相当）に変化するようなデジタ
ルパターンが書き込まれている。
７、８でＡ／Ｄ変換したときに互いに９０度位相が異な
る正弦波信号となるデジタルパターンが書き込まれてお
り、下位アドレス８ビットを発生する前記アップダウン
カウンタ２が０から２５５（ＯＦＦｈ）までカウントす
ると、正弦波信号の周期が整数回（１周期、２周期…の
ように）発生する。また、ＲＯＭ３、４の上位アドレス
４ビットを変化させると前記した正弦波信号の振幅のみ
が１６段階（４ビットに相当）に変化するようなデジタ
ルパターンが書き込まれている。
【００２７】［作用］以下に、上述した本実施例の駆動
装置の作用を説明する。
装置の作用を説明する。
【００２８】前記発振器１とアップダウンカウンタ２で
発生する下位アドレス信号と制御部１０による上位アド
レスにより、ＲＯＭ３、４の正弦波パターンが読み出さ
れ、ラッチ回路５、６、Ａ／Ｄコンバータ７、８により
９０度位相の異なるアナログ波形の変調信号としての図
４に示す正弦波信号が発生する。アップダウンカウンタ
２は上記したようにＯＦＦｈの後０または０の後ＯＦＦ
ｈを発生するので、上記したようにＲＯＭ３、４に正弦
波が整数周期成分が記録されていると、Ａ／Ｄコンバー
タ７、８によりＡ／Ｄ変換した波形は常に連続した正弦
波となる。ラッチ回路５、６はＲＯＭ３、４の出力デー
タが確定するまでデータ値が不定となるため、データが
確定するまで前のデータを保持する目的で挿入してい
る。
発生する下位アドレス信号と制御部１０による上位アド
レスにより、ＲＯＭ３、４の正弦波パターンが読み出さ
れ、ラッチ回路５、６、Ａ／Ｄコンバータ７、８により
９０度位相の異なるアナログ波形の変調信号としての図
４に示す正弦波信号が発生する。アップダウンカウンタ
２は上記したようにＯＦＦｈの後０または０の後ＯＦＦ
ｈを発生するので、上記したようにＲＯＭ３、４に正弦
波が整数周期成分が記録されていると、Ａ／Ｄコンバー
タ７、８によりＡ／Ｄ変換した波形は常に連続した正弦
波となる。ラッチ回路５、６はＲＯＭ３、４の出力デー
タが確定するまでデータ値が不定となるため、データが
確定するまで前のデータを保持する目的で挿入してい
る。
【００２９】上述した２相の正弦波信号と、鋸波発生回
路９で発生する図４に示す鋸波信号がコンパレータ１
１、１２を通過すると、図４に示すように、正弦波信号
がパルス幅変調（ＰＷＭ）される。即ち、Ａ／Ｄコンバ
ータ７、８の出力波形が鋸波と比較して電圧が大きけれ
ばＨｉｇｈ、小さければＬｏｗの論理信号となる。ＲＯ
Ｍ３、４の上位アドレス４ビットを制御部１０で変える
ことにより、正弦波信号の振幅が変化し、例えば図４に
示すように、時間Ａから時間Ｂの間は大振幅、時間Ｂか
ら時間Ｃまでは小振幅、時間Ｃ以降は振幅０になるよう
に切り換えれば、変調信号もそれに応じてパルス幅変調
される。
路９で発生する図４に示す鋸波信号がコンパレータ１
１、１２を通過すると、図４に示すように、正弦波信号
がパルス幅変調（ＰＷＭ）される。即ち、Ａ／Ｄコンバ
ータ７、８の出力波形が鋸波と比較して電圧が大きけれ
ばＨｉｇｈ、小さければＬｏｗの論理信号となる。ＲＯ
Ｍ３、４の上位アドレス４ビットを制御部１０で変える
ことにより、正弦波信号の振幅が変化し、例えば図４に
示すように、時間Ａから時間Ｂの間は大振幅、時間Ｂか
ら時間Ｃまでは小振幅、時間Ｃ以降は振幅０になるよう
に切り換えれば、変調信号もそれに応じてパルス幅変調
される。
【００３０】尚、図４では１相分の波形しか示してない
が、図１の構成ではＡ／Ｄコンバータ７、８によりＡ／
Ｄ変換された変調信号が９０度の位相差を持つもう１相
分の波形が生成されることになる。
が、図１の構成ではＡ／Ｄコンバータ７、８によりＡ／
Ｄ変換された変調信号が９０度の位相差を持つもう１相
分の波形が生成されることになる。
【００３１】Ａ／Ｄコンバータ７、８からのパルス幅変
調された出力信号によりトランジスタ１３、１４、トラ
ンジスタ１７、１８をスイッチングすると、トランジス
タ１３、トランジスタ１７のエミッタ側には電圧値Ｖcc
とＧＮＤの電位がコンパレータ１１、１２からの出力信
号と同じタイミングで発生し、ローパスフィルタ回路３
３を構成するインダクタ１５、１７を通過すると鋸波
（搬送波）の周波数成分が除去され図４に示す正弦波の
駆動信号となって超音波振動子１６、２０に印加され
る。尚、前記発振器１の周波数は、Ａ／Ｄコンバータ
７、８の出力周波数が超音波モータの最適駆動周波数と
一致するように制御部１０にプログラムしておけばよ
い。
調された出力信号によりトランジスタ１３、１４、トラ
ンジスタ１７、１８をスイッチングすると、トランジス
タ１３、トランジスタ１７のエミッタ側には電圧値Ｖcc
とＧＮＤの電位がコンパレータ１１、１２からの出力信
号と同じタイミングで発生し、ローパスフィルタ回路３
３を構成するインダクタ１５、１７を通過すると鋸波
（搬送波）の周波数成分が除去され図４に示す正弦波の
駆動信号となって超音波振動子１６、２０に印加され
る。尚、前記発振器１の周波数は、Ａ／Ｄコンバータ
７、８の出力周波数が超音波モータの最適駆動周波数と
一致するように制御部１０にプログラムしておけばよ
い。
【００３２】このような駆動装置によれば、アップダウ
ンカウンタ２のカウント方向を制御部１０により変化さ
せると、例えば圧電素子１６の電圧に対し圧電素子２０
の電圧が９０度進んでいたものが９０度遅れるというふ
うに変化し、その結果超音波モータの移動体の移動方向
を変化させることができる。また、鋸波（搬送波）の周
波数は、標本化定理から明らかなように、正弦波周波数
（超音波モータの最適駆動周波数）の２倍以上である必
要があり、既述した図４の例は正弦波に対し８倍の周波
数である。
ンカウンタ２のカウント方向を制御部１０により変化さ
せると、例えば圧電素子１６の電圧に対し圧電素子２０
の電圧が９０度進んでいたものが９０度遅れるというふ
うに変化し、その結果超音波モータの移動体の移動方向
を変化させることができる。また、鋸波（搬送波）の周
波数は、標本化定理から明らかなように、正弦波周波数
（超音波モータの最適駆動周波数）の２倍以上である必
要があり、既述した図４の例は正弦波に対し８倍の周波
数である。
【００３３】［効果］本実施例では、パルス幅変調した
信号によりスイッチング回路をスイッチング動作させて
トランジスタ１３、１４、１７、１８の発熱によるエネ
ルギーロスを少なくしつつ、超音波振動子１６、２０の
駆動電圧を変化（実施例では１６段階）させることがで
きる。そして、このような超音波振動子１６、２０を用
いた超音波モータの速度制御を容易に実現できる効果が
ある。
信号によりスイッチング回路をスイッチング動作させて
トランジスタ１３、１４、１７、１８の発熱によるエネ
ルギーロスを少なくしつつ、超音波振動子１６、２０の
駆動電圧を変化（実施例では１６段階）させることがで
きる。そして、このような超音波振動子１６、２０を用
いた超音波モータの速度制御を容易に実現できる効果が
ある。
【００３４】［第２実施例］図５、図６を用いて第２実
施例を説明する。
施例を説明する。
【００３５】［構成］図５は本実施例の駆動装置の構成
を示すものである。尚、図５に示す駆動装置において、
図１に示す第一実施例の駆動装置と同一の機能を有する
要素には同一の符号を付して示す。
を示すものである。尚、図５に示す駆動装置において、
図１に示す第一実施例の駆動装置と同一の機能を有する
要素には同一の符号を付して示す。
【００３６】図５に示す駆動装置は、制御部１０と、超
音波振動子１６、２０を駆動するアナログ波形の変調信
号を発生する第１実施例と同様な構成からなる変調信号
発生回路３０と、この変調信号発生回路３０からの変調
信号を周波数変調した周波数変調信号を出力する周波数
変調回路４０と、この周波数変調回路４０からの周波数
変調信号によりスイッチング動作を行い前記超音波振動
子に対する駆動信号を出力するスイッチング回路３２
と、該スイッチング回路３２からの駆動信号を復調して
変調周波数成分が除去された駆動信号を超音波振動子１
６、２０に印加する図３に示すローパスフィルタ回路３
３と同様な復調回路とを有している。前記周波数変調回
路４０は、ＶＦＯ（電圧制御発振器）５９、６０により
構成され、前記Ａ／Ｄ変換器７、８の出力信号により、
出力（周波数変調信号）の論理信号のＨｉｇｈ時間は一
定でＬｏｗ時間のみ変化するＶＦＯ５９、６０の発振周
波数をそれぞれ変化させるようになっている。即ち、Ｖ
ＦＯ５９、６０の基本波形信号はここでは搬送波信号に
相当する。また、このＶＦＯ５９、６０の出力信号のオ
ン／オフは制御部１０により制御されるようになってい
る。
音波振動子１６、２０を駆動するアナログ波形の変調信
号を発生する第１実施例と同様な構成からなる変調信号
発生回路３０と、この変調信号発生回路３０からの変調
信号を周波数変調した周波数変調信号を出力する周波数
変調回路４０と、この周波数変調回路４０からの周波数
変調信号によりスイッチング動作を行い前記超音波振動
子に対する駆動信号を出力するスイッチング回路３２
と、該スイッチング回路３２からの駆動信号を復調して
変調周波数成分が除去された駆動信号を超音波振動子１
６、２０に印加する図３に示すローパスフィルタ回路３
３と同様な復調回路とを有している。前記周波数変調回
路４０は、ＶＦＯ（電圧制御発振器）５９、６０により
構成され、前記Ａ／Ｄ変換器７、８の出力信号により、
出力（周波数変調信号）の論理信号のＨｉｇｈ時間は一
定でＬｏｗ時間のみ変化するＶＦＯ５９、６０の発振周
波数をそれぞれ変化させるようになっている。即ち、Ｖ
ＦＯ５９、６０の基本波形信号はここでは搬送波信号に
相当する。また、このＶＦＯ５９、６０の出力信号のオ
ン／オフは制御部１０により制御されるようになってい
る。
【００３７】 ［作用］変調信号発生回路３０の発振器
１、アップダウンカウンタ２、ＲＯＭ３、４、ラッチ回
路５、６、Ａ／Ｄコンバータ７、８の動作は、第１実施
例と同じであり、Ａ／Ｄコンバータ７、８から図６に示
す変調信号が出力される。このＡ／Ｄコンバータ７、８
からの変調信号に比例し、ＶＦＯ５９、６０の発振周波
数が変化する。 つまり、Ａ／Ｄコンバータ７、８から
の変調信号は周波数変調（ＦＭ）され、図６に示す周波
数変調信号としてスイッチング回路３２に送られる。こ
の場合、周波数変調信号のＨｉｇｈの時間は一定で、Ｌ
ｏｗの時間のみ変化するので、復調回路を構成するイン
ダクタ１５、１９、超音波振動子１６、２０の制動容量
Ｃｄにより周波数変調信号を復調するときに、復調波形
電圧が線形になる。
１、アップダウンカウンタ２、ＲＯＭ３、４、ラッチ回
路５、６、Ａ／Ｄコンバータ７、８の動作は、第１実施
例と同じであり、Ａ／Ｄコンバータ７、８から図６に示
す変調信号が出力される。このＡ／Ｄコンバータ７、８
からの変調信号に比例し、ＶＦＯ５９、６０の発振周波
数が変化する。 つまり、Ａ／Ｄコンバータ７、８から
の変調信号は周波数変調（ＦＭ）され、図６に示す周波
数変調信号としてスイッチング回路３２に送られる。こ
の場合、周波数変調信号のＨｉｇｈの時間は一定で、Ｌ
ｏｗの時間のみ変化するので、復調回路を構成するイン
ダクタ１５、１９、超音波振動子１６、２０の制動容量
Ｃｄにより周波数変調信号を復調するときに、復調波形
電圧が線形になる。
【００３８】 この周波数変調信号によりトランジスタ
１３、１４又は１７、１８をスイッチングすると、トラ
ンジスタ１３、１７のエミッタ側には電圧値ＶccとＧＮ
Ｄの電位がＶＦＯ５９、６０の出力信号と同じタイミン
グで発生し、駆動信号としてインダクタ１５、１９を通
過する。このとき、インダクタ１５、１９、超音波振動
子１６、２０の制動容量Ｃｄにより搬送波が除去され復
調された正弦波の駆動信号が超音波振動子１６、２０に
印加される。
１３、１４又は１７、１８をスイッチングすると、トラ
ンジスタ１３、１７のエミッタ側には電圧値ＶccとＧＮ
Ｄの電位がＶＦＯ５９、６０の出力信号と同じタイミン
グで発生し、駆動信号としてインダクタ１５、１９を通
過する。このとき、インダクタ１５、１９、超音波振動
子１６、２０の制動容量Ｃｄにより搬送波が除去され復
調された正弦波の駆動信号が超音波振動子１６、２０に
印加される。
【００３９】また、図６では１相分の波形しか示してな
いが、図５の構成ではＡ／Ｄコンバータ７、８によりＡ
／Ｄ変換された出力信号が９０度の位相差を持ったもう
１相分の波形が生成される。
いが、図５の構成ではＡ／Ｄコンバータ７、８によりＡ
／Ｄ変換された出力信号が９０度の位相差を持ったもう
１相分の波形が生成される。
【００４０】さらに、図６に示す時間Ａ以降のように、
ＲＯＭ３、４の上位アドレス４ビットを制御部１０で変
えることによりＡ／Ｄコンバータ７、８の出力振幅を変
化させる。その値が一定のときは、ＶＦＯ５９、６０の
出力周波数は一定となり、超音波振動子１６、２０には
超音波モータの駆動周波数（振動子の共振周波数）成分
の電圧は発生せずこの超音波モータは動作しないが、ト
ランジスタ１３、１４又は１７、１８がスイッチングを
行うとその周波数成分の不要な電流が流れるので、制御
部１０によりＶＦＯ５９、６０の出力をオフさせてこれ
を防ぐ。尚、発振器１の周波数は、Ａ／Ｄコンバータ
７、８の出力周波数が超音波モータの最適駆動周波数と
一致するように制御部１０にプログラムしておくことは
第一実施例の場合と同様である。
ＲＯＭ３、４の上位アドレス４ビットを制御部１０で変
えることによりＡ／Ｄコンバータ７、８の出力振幅を変
化させる。その値が一定のときは、ＶＦＯ５９、６０の
出力周波数は一定となり、超音波振動子１６、２０には
超音波モータの駆動周波数（振動子の共振周波数）成分
の電圧は発生せずこの超音波モータは動作しないが、ト
ランジスタ１３、１４又は１７、１８がスイッチングを
行うとその周波数成分の不要な電流が流れるので、制御
部１０によりＶＦＯ５９、６０の出力をオフさせてこれ
を防ぐ。尚、発振器１の周波数は、Ａ／Ｄコンバータ
７、８の出力周波数が超音波モータの最適駆動周波数と
一致するように制御部１０にプログラムしておくことは
第一実施例の場合と同様である。
【００４１】このような駆動装置によれば、アップダウ
ンカウンタ２のカウント方向を制御部１０により変化さ
せると、例えば圧電素子１６の電圧に対し圧電素子２０
の電圧が９０度進んでいたものが９０度遅れるというふ
うに変化し、その結果超音波モータの移動体の移動方向
を変化させることができる。
ンカウンタ２のカウント方向を制御部１０により変化さ
せると、例えば圧電素子１６の電圧に対し圧電素子２０
の電圧が９０度進んでいたものが９０度遅れるというふ
うに変化し、その結果超音波モータの移動体の移動方向
を変化させることができる。
【００４２】［効果］本実施例では、周波数変調した信
号によりスイッチング回路３２をスイッチング動作させ
てトランジスタ１３、１４、１７、１８の発熱によるエ
ネルギーロスを少なくしつつ、超音波振動子１６、２０
の駆動電圧を変化（実施例では１６段階）させることが
できる。そして、このような超音波振動子１６、２０を
用いた超音波モータの速度制御を容易に実現できる効果
がある。
号によりスイッチング回路３２をスイッチング動作させ
てトランジスタ１３、１４、１７、１８の発熱によるエ
ネルギーロスを少なくしつつ、超音波振動子１６、２０
の駆動電圧を変化（実施例では１６段階）させることが
できる。そして、このような超音波振動子１６、２０を
用いた超音波モータの速度制御を容易に実現できる効果
がある。
【００４３】尚、上述した実施例では変調信号の波形を
正弦波としたが、正弦波に限定するものではなく、その
他の波形（矩形波、三角波、その他高調波を含む波形）
で構成することも可能であり、変調信号発生回路をさら
に簡易化できる。
正弦波としたが、正弦波に限定するものではなく、その
他の波形（矩形波、三角波、その他高調波を含む波形）
で構成することも可能であり、変調信号発生回路をさら
に簡易化できる。
【００４４】
【発明の効果】請求項１に係る効果は、周波数変調によ
り超音波振動子の駆動電圧を変化させることによりその
振動振幅を制御可能としつつ、駆動回路の出力トランジ
スタの発熱によるエネルギーロスを最小にした点であ
る。請求項２に係る効果は、周波数変調に伴う変調周波
数成分を簡略な構成で除去できる点にある。
り超音波振動子の駆動電圧を変化させることによりその
振動振幅を制御可能としつつ、駆動回路の出力トランジ
スタの発熱によるエネルギーロスを最小にした点であ
る。請求項２に係る効果は、周波数変調に伴う変調周波
数成分を簡略な構成で除去できる点にある。
【図１】本発明の第一の実施例装置のブロック図であ
る。
る。
【図２】本発明の第一の実施例装置における超音波振動
子の等価回路図である。
子の等価回路図である。
【図３】本発明の第一の実施例装置におけるローパスフ
ィルタ回路の回路図である。
ィルタ回路の回路図である。
【図４】本発明の第一の実施例装置の各部の信号波形図
である。
である。
【図５】本発明の第二の実施例装置のブロック図であ
る。
る。
【図６】本発明の第二の実施例装置の各部の信号波形図
である。
である。
【図７】超音波リニアモータの駆動部の斜視図である。
【図８】超音波リニアモータを構成する弾性体の縦振動
を示す説明図である。
を示す説明図である。
【図９】超音波リニアモータを構成する弾性体の屈曲振
動を示す説明図である。
動を示す説明図である。
【図１０】超音波リニアモータの正面図である。
【図１１】超音波リニアモータの駆動電圧と速度との関
係を示すグラフである。
係を示すグラフである。
【図１２】超音波リニアモータの駆動回路図である。
１ 発信器
２ アップダウンカウンタ
３ ＲＯＭ
４ ＲＯＭ
５ ラッチ回路
６ ラッチ回路
７ Ａ／Ｄコンバータ
８ Ａ／Ｄコンバータ
９ 鋸波発生回路
１０ 制御部
１５ インダクタ
１６ 超音波振動子
１９ インダクタ
２０ 超音波振動子
３０ 変調信号発生回路
３１ 変調回路
３２ スイッチング回路
３３ ローパスフィルタ回路
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H02N 2/00
Claims (2)
- 【請求項１】 電気−機械エネルギー変換素子を駆動源
とし、弾性体に縦振動及び屈曲振動を励起してこれらが
合成した超音波楕円振動を生成する超音波振動子を駆動
する駆動装置において、 前記超音波振動子を駆動するアナログ波形の変調信号を
発生する変調信号発生回路と、この変調信号発生回路か
らの変調信号を周波数変調した周波数変調信号を出力す
る周波数変調回路と、この周波数変調回路からの周波数
変調信号により電圧値をスイッチングして前記超音波振
動子に対する駆動信号を出力するスイッチング回路と、
該スイッチング回路からの駆動信号を復調して変調周波
数成分が除去された駆動信号を前記超音波振動子に印加
する復調回路とを有することを特徴とする超音波振動子
の駆動装置。 - 【請求項２】 前記復調回路は、前記スイッチング回路と
前記超音波振動子との間に接続したインダクタと、前記
超音波振動子の制動容量とにより構成されるものである
請求項１記載の超音波波振動子の駆動装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26911694A JP3401094B2 (ja) | 1994-11-01 | 1994-11-01 | 超音波振動子の駆動装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26911694A JP3401094B2 (ja) | 1994-11-01 | 1994-11-01 | 超音波振動子の駆動装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08130891A JPH08130891A (ja) | 1996-05-21 |
| JP3401094B2 true JP3401094B2 (ja) | 2003-04-28 |
Family
ID=17467905
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP26911694A Expired - Fee Related JP3401094B2 (ja) | 1994-11-01 | 1994-11-01 | 超音波振動子の駆動装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3401094B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101394411B1 (ko) * | 2007-12-21 | 2014-05-14 | 재단법인 포항산업과학연구원 | 디지털 방식의 초음파 모터 구동장치 |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE19825210C2 (de) * | 1998-04-23 | 2003-09-25 | Gsg Elektronik Gmbh | Schaltungsanordnung zur dynamischen Ansteuerung von keramischen Festkörperaktoren |
| WO2007049091A1 (en) * | 2005-10-27 | 2007-05-03 | Nokia Corporation | Vibration motor as a transducer of audio |
| JP2010162487A (ja) * | 2009-01-16 | 2010-07-29 | Sony Corp | 圧電振動機器システムおよび電子機器 |
| US9054606B2 (en) | 2012-06-15 | 2015-06-09 | Canon Kabushiki Kaisha | Driving device and driving circuit for a vibration actuator |
| KR102163992B1 (ko) * | 2019-02-26 | 2020-10-12 | 주식회사 코러스트 | 개별 주파수 필터가 구비된 초음파 생성 장치 |
-
1994
- 1994-11-01 JP JP26911694A patent/JP3401094B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101394411B1 (ko) * | 2007-12-21 | 2014-05-14 | 재단법인 포항산업과학연구원 | 디지털 방식의 초음파 모터 구동장치 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH08130891A (ja) | 1996-05-21 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
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