JP4080590B2 - 超音波モータ装置および超音波モータ装置付き電子機器 - Google Patents
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Landscapes
- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
- Control Of Electric Motors In General (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、超音波モータ装置に係り、詳細には、超音波モータ駆動回路あるいは超音波モータ装置の特性を測定し該測定値を解析した結果により、当該駆動回路を補正し、特性（安定性、環境信頼性）を向上させた超音波モータ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、超音波モータ駆動回路は、例えば、特開昭６２−９２７８１号公報に開示されているように、可変発振器、９０°位相器、２つの電力増幅器、電流検出器、電圧検出器及び制御回路等によって構成し、温度や負荷、電源電圧等の変化に対する共振周波数の変化に追従するようにしている為、駆動回路自体が非常に複雑で、大型化するという問題があった。
【０００３】
この問題を解決するため、例えば、特開平８−１０７６８６号公報のように駆動回路を増幅回路、位相設定回路、圧電体を有する超音波モータからなる自励発振回路とした構成にすることにより、駆動回路全体を簡易化、小型化した提案がなされている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開平８−１０７６８６号公報に開示されたような駆動回路は、理論的な計算に基づいて、位相設定に係わる素子の値を決定するわけであるが、実際には、超音波モータ駆動回路中に使用する各素子の特性のばらつき、あるいは超音波モータそのものの特性のばらつき等の原因により、各製品間の特性の格差が生じる可能性が無視できないという問題があった。
【０００５】
本発明の課題は、実際の超音波モータ製造工程において各製品間の特性の格差を簡単に補正し得るようにして、特性（安定性、環境信頼性）を向上させた超音波モータ装置を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、少なくとも圧電素子からなる振動体は、少なくとも増幅回路と位相設定回路に接続され、振動体を所定の共振モードで自励発振させる駆動回路を構成し、振動体に発生する振動波によって移動体を摩擦駆動する超音波モータ装置において、超音波モータ駆動回路の特性、あるいは、超音波モータ装置の特性を測定する特性測定手段と、前記特性測定手段による測定値を解析した結果に基づいて、位相設定回路によって設定された位相のずれを補正する位相調整部と、を備えたことを特徴としている。
【０００７】
請求項１記載の発明によれば、特性測定手段によって、超音波モータ駆動回路、あるいは、超音波モータ装置の特性を測定することにより、当該超音波モータ装置の特性の誤差を判断する情報が得られ、その情報に基づいて、位相調整部によりその特性の誤差を調整すれば、超音波モータ駆動回路の位相は微調整され、当該超音波モータ装置の特性が補正される。これは、超音波モータは駆動される周波数によって特性が大きく変化するが、自励発振回路においては設定した位相によって発振周波数が変化すること、更にはコルピッツ型の発振回路を利用した場合等においては位相調整部であるフィルタ定数を変えることにより、圧電素子に印加される電圧値も変化するという事実に基づく。
【０００８】
したがって、回路設計上理論的に計算された値の素子で構成された超音波モータ駆動回路における、位相の理論値とのずれを補正できるとともに超音波モータの特性を調整可能な構成となっているため、当該超音波モータ装置の特性を向上かつ個々の装置のばらつきを小さくすることができる。
請求項１２記載の発明は、請求項１記載の超音波モータ装置において、増幅回路の出力電圧を昇圧し、圧電素子に形成された電極パターンを励振駆動する昇圧回路と、増幅回路の増幅機能の実行及び停止を外部から選択する停止信号発生回路と、を備えたことを特徴としている。
【０００９】
請求項１２記載の発明によれば、請求項１記載の超音波モータ装置において、昇圧回路を備えたことにより、低電力電源で安定した動作をさせることが可能となり、また、停止信号発生回路を備えたことにより、超音波モータ装置の動作、停止を簡易に制御することが可能となる。
【００１０】
したがって、低電力電源で駆動し、動作制御も簡易にすることができる超音波モータ装置において、位相の理論値とのずれを補正できる構成となっているため、当該超音波モータ装置の特性を向上かつ個々の装置ばらつきを小さくすることができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図１〜図８を参照して本発明に係る超音波モータ装置付き電子機器の実施の形態を詳細に説明する。
（第１の実施の形態）
以下、図１〜図５を参照して本発明に係る超音波モータ装置の第１の実施の形態を詳細に説明する。
【００１２】
図１は、本発明に係る超音波モータ装置の第１の実施の形態である超音波モータ装置１０を示すブロック図である。
図２は、超音波モータ装置１０を駆動する超音波モータ駆動回路１１を示す回路図である。
まず、図１及び図２を参照して構成を説明する。
【００１３】
図１において、超音波モータ装置１０は振動体１０１、圧電素子１０２、移動体１０８、加圧手段１０９、増幅回路５０２、位相設定回路７０１、位相調整回路７０２、電源７０３及び電流計７０４によって構成されている。
図１及び図２において、振動体１０１はその一方の面が、圧電素子１０２の１つの面と接合されており、駆動回路により励振駆動される圧電素子１０２の振動を受けて振動し、他方の面で接触する移動体１０８に該振動を伝達する。
【００１４】
移動体１０８は、一方の面で加圧手段１０９によって、一定の圧力で振動体１０１に接触するように加圧され、振動体１０１の振動を受けて回転運動をする。
加圧手段１０９は、移動体１０８を振動体１０１に対して一定の圧力で接触させるように配置され、移動体１０８が振動体１０１との間に適切な摩擦力を発生させ安定した回転運動をするのを補助する。
【００１５】
圧電素子１０２は、その一方の面が、振動体１０１の１つの面と接合されており、また他方の面は、電極パターン１０３ａ、１０３ｂを有しており、駆動回路中の１素子として駆動回路を構成し、駆動回路に発生する固有周波数を主成分とする励振信号により自励発振し、該自励発振による振動を振動体１０１に伝達する。
【００１６】
電極パターン１０３ａは、圧電素子１０２の振動体１０１と接合された面の反対の面に形成されており、圧電素子１０２の励振信号を検出し、結線１０４ａを通して該励振信号を増幅回路５０２に伝達する。
増幅回路５０２は、インバータ２１０と抵抗２１２の並列接続によって構成され、その入力端子が電極パターン１０３ａと、その出力端子が位相設定回路７０１と、更に電源入力端子が電流計７０４と接続されており、電極パターン１０３ａにより検出された励振信号を反転増幅して位相設定回路７０１に送る。
【００１７】
位相設定回路７０１は、抵抗２１３とコンデンサ２１６による積分回路及び、インバータ２１１と抵抗２１４の並列接続による反転増幅回路によって高次モードを抑制する一種のローパスフィルタ構成され、回路設計上の計算で求められた値の素子（抵抗２１３、抵抗２１４、コンデンサ２１６、インバータ２１０，２１１）を使用して、増幅回路５０２により増幅された励振信号の位相を設定する。
【００１８】
位相調整回路７０２は、図２中では、位相設定回路７０１と素子を共有しており、可変抵抗２１３及び可変コンデンサ２１６によって構成され、位相設定回路７０１により設定された励振信号の位相を、電流計７０４による超音波モータ装置の消費電流値や増幅回路５０２の特性測定値の解析に基づいて、更に微調整する。
抵抗２１５は、励振信号の平滑化処理を行う。
【００１９】
発振駆動回路１０５は、増幅回路５０２、位相設定回路７０１及び抵抗２１５により構成されており、位相設定、増幅処理及び平滑処理を行う。
電極パターン１０３ｂは、圧電素子１０２の振動体１０１と接合された面の反対の面に形成されており、発振駆動回路１０５により発生される励振信号を、圧電素子１０２に対して出力する。
【００２０】
電流計７０４は、図２中には図示しないが、その１端子が図２中には図示しない電源７０３と、他の１端子がインバータ２１０の電源入力端子と接続されており、増幅回路５０２の電気特性（トランジスタにおける電流増幅率等）を測定し、位相調整回路７０２における位相調整に必要な情報を提供する。
次に、図２を参照して作用を説明する。
【００２１】
図２において、図示しない電源７０３がＯＮの状態になると、インバータ２１０により出力された信号は、位相設定回路７０１によって位相設定された方形波信号となる。該方形波信号は、抵抗２１５によって平滑化され、励振信号として結線１０４ｂを通って電極パターン１０３ｂにより、圧電素子１０２に対して出力される。圧電素子１０２に入力された該励振信号は、圧電素子１０２を振動させ、圧電素子１０２の振動情報は、電極パターン１０３ａにより検出され結線１０４ａを通して増幅回路５０２に入力される。
【００２２】
増幅回路５０２の入力すなわちインバータ２１０の入力信号が、インバータ２１０によって反転増幅され、位相設定回路７０１に出力されることにより、励振信号はフィードバックされ、超音波モータ駆動回路１１には、電源７０３がＯＮ状態のときは、固有周波数を主成分とした励振信号が永続的に発生されることになる。
【００２３】
ここで、超音波モータ駆動回路１１を構成する各素子の値は、回路設計上理論的に計算されているので、超音波モータ駆動回路１１に発生する励振信号は期待通りの周波数、振動振幅が得られるはずであるが、実際の製造工程においては、駆動回路は、回路を構成する各素子の特性の誤差、圧電素子の特性、振動体寸法等を含んでおり、必ずしも期待通りの周波数あるいは振幅の振動波を発生するとは限らない。
【００２４】
そこで、増幅回路の電気的特性、例えば図２ではインバータ２１０、２１０の電気特性（高レベル出力電流、もしくは低レベル出力電流、あるいは両者の比）を図示しない電流計、電源による測定システムにより算出し、駆動回路の実際の動作状態を解析する情報を提供する。該情報により、補正が必要と判断されたときは、位相調整回路７０２を構成する可変抵抗２１３、あるいは、可変コンデンサ２１６の値を微調整することにより、位相のずれを補正する。
【００２５】
超音波モータ駆動回路１１において、位相設定回路７０１を構成する素子である抵抗２１３及びコンデンサ２１６を可変とし、位相調整回路７０２とした理由は、抵抗２１３とコンデンサ２１６によって構成される積分回路が、その時定数（抵抗２１３の値とコンデンサ２１６の値の積）により、位相の調整に関与するものであることによる。
【００２６】
このことを考慮すると、位相調整回路７０２を構成するために必ずしも抵抗２１３及びコンデンサ２１６の両素子を可変とする必要はなく、抵抗２１３、コンデンサ２１６の内少なくとも一方が可変であればよい。
抵抗２１３、コンデンサ２１６の内少なくとも何れか１つを新たな構成の回路としてもよく、位相調整回路７０２として可能な構成は無数にあるが、その例として以下に２例のみを挙げる。
【００２７】
例えば、位相調整回路７０２として、図３（ａ）に示すような固定用コンデンサ２１６（ａ）と調整用コンデンサ２１７を並列接続した回路を図２中のコンデンサ２１６を代替するものとして図２中のＡの部分に挿入した構成としてもよい。図３（ａ）を図２中のＡの部分に挿入した構成とすると、理論上計算した値の固定コンデンサ２１６（ａ）により大まかな位相設定がされ、微調整が必要な場合には、適した静電容量の調整用コンデンサ２１７を挿入配置することにより調整が可能となる。
【００２８】
同じように、図３（ｂ）にしめすような容量の異なる固定コンデンサ（固定用コンデンサ２１６（ｂ）及び複数の調整用コンデンサ２１７（１），２１７（２），・・・，２１７（ｎ））を並列に接続した回路を図２中のコンデンサ２１６を代替するものとして図２中のＡの部分に挿入した構成としてもよい。図３（ｂ）を挿入した構成とすると、理論上計算した値の固定コンデンサ２１６（ｂ）により大まかな位相設定がされ、微調整が必要な場合には、当該複数の調整用コンデンサ（コンデンサ２１７（１），２１７（２），・・・，２１７（ｎ））が装着されている基板上のパターンを必要量のコンデンサ容量になるように選択的に切断することにより、調整作業を機械によって自動化することが容易となり、簡易な調整が可能となる。
【００２９】
更に、超音波モータ駆動回路１１の特性を測定する方法に関しても、前記、増幅回路５０２の特性を電流計７０４を用いて測定する方法に限定されることはなく、様々な測定方法の中から状況に適した方法を選択することが可能である。
以下、図４及び図５を参照して、超音波モータ駆動回路１１の特性を測定する方法として、２例について図１の方法との相違点のみを説明する。
【００３０】
図４及び図５は、本発明に係る超音波モータ装置の第１の実施の形態において図１に示すものとは別の測定方法を使用した例を示すブロック図である。
図４は、図１において、駆動回路の特性測定手段である電流計７０４を取り除き、代替手段として、増幅回路５０２と位相設定回路７０１の間に周波数カウンタ７０５を配置した構成となっている。周波数カウンタ７０５を用いた特性測定方法は、前記増幅回路の特性測定方法と比較して、期待する周波数を得られているか否かを測定する上で、より直接的な測定手段であるとともに、駆動周波数は超音波モータの消費電流とともに振動振幅とも密接な関係が有り、得られる補正のための情報もより信頼性があり、補正も有効に行うことが出来る。
【００３１】
図５は、図１において、駆動回路の特性測定手段である電流計７０４を取り除き、代替手段として、移動体１０８の回転数を計測する回転計７０６を配置した構成となっている。回転計７０６を用いた特性測定方法は、前記電流計７０４を用いた特性測定方法及び前記周波数カウンタ７０５を用いた特性測定方法と比較して、超音波モータ装置１０が期待する回転数で動作しているか否かを測定する上で、更に直接的な測定手段であるから、測定値により得られる補正のための情報もより信頼性があり、補正も有効に行うことが出来る。尚、超音波モータ装置１０の回転数だけでなくトルク、動作電圧範囲、消費電流、駆動周波数等によって補正を行ってもかなわない。
【００３２】
しかし、特性測定方法の信頼性が増すことと比例して、該特性測定方法の製造工程における煩雑性も増すので、いかなる特性測定方法を選択するかは、状況により適宜決定する必要がある。
例えば、電流計７０４を用いて特性測定する場合（図１）あるいは、周波数カウンタ７０５を用いて特性測定する場合（図４）には、その測定方法が構造にはよらず、回路の特性を測定する方法である場合には、製造工程において、超音波モータの回転部である移動体１０８と、移動体１０８を振動体１０１に加圧接触させる加圧手段１０９のような構造的部材を取り付ける前に、圧電素子（１０２）を接合した振動体１０１、あるいは圧電素子（１０２）のみ等、駆動回路中における負荷となるような弾性体を、回転部を代替する部材として用いることもできる。この場合、移動体の摩耗による特性変化を気にすること無く、基準となるステータを用意すれば能率良く長期間に渡って信頼性のある回路の特性が測定できる。
また、当然のことながら前述した様に回路素子の特性、例えば増幅回路の特性を測定する場合には負荷を付けずに回路素子単体の特性を測定し、後工程で位相、容量値、抵抗値等の調整を行っても構わない。
【００３３】
このような方法によれば、構造的部材を取り付ける前に位相調整が可能となり、製造工程における調整作業は容易となる。
上記のような複数の位相調整回路および特性測定方法より選択された位相調整方法によって、期待する周波数あるいは振幅に調整された励振信号によって、圧電素子１０２は、圧電素子１０２の１つの面に接合された振動体１０１を期待する特定の周波数もしくは振幅で振動させる。圧電素子１０２の振動を受けて振動する振動体１０１は、加圧手段１０９により一定圧力で振動体１０１に接触するように配置された移動体１０８を、自身の振動を伝達することにより回転させる。
【００３４】
以上説明したように、本実施の形態においては、理論上計算された値の素子により大まかに位相設定された駆動回路の励振信号の位相を、何らかの特性測定方法によって測定し、該測定によって得られた情報に基づいて位相の微調整をすることが可能な構成となっているので、各製品間の特性の格差を簡単に補正し、超音波モータ装置の特性を向上することが可能となる。
【００３５】
（第２の実施の形態）
以下、図６及び図７を参照して本発明に係る超音波モータ装置の第２の実施の形態を詳細に説明する。
図６は、本発明に係る超音波モータ装置の第２の実施の形態である超音波モータ装置２０を示すブロック図である。
【００３６】
図７は、超音波モータ装置２０を駆動する超音波モータ駆動回路２１を示す回路図であり、コルピッツ型の発振回路を基本とし、昇圧回路を有する構成となっている。
まず、図６及び図７を参照して構成を説明する。
図６において、超音波モータ装置２０は振動体１０１、圧電素子１０２、移動体１０８、加圧手段１０９、昇圧回路５０１、増幅回路５０２、停止信号発生回路６０１、位相設定回路７０１、位相調整回路７０２、電源７０３及び電流計７０４によって構成されている。
【００３７】
以下、第１の実施の形態で参照した図１、図２との相違点のみについて説明する。
図６及び図７において、振動体１０１はその一方の面が、圧電素子１０２の１つの面と接合されており、駆動回路により励振駆動される圧電素子１０２の振動により振動し、他方の面で接触する移動体１０８に該振動を伝達する。また、振動体１０１は電極も兼ねており、圧電素子１０２の振動情報を検出し増幅回路５０２に対して出力する。
【００３８】
圧電素子１０２は、その一方の面が、振動体１０１の１つの面と接合されており、また他方の面は、電極パターン１０３を有しており、駆動回路中の１素子として駆動回路を構成し、駆動回路に発生する固有周波数を主成分とする励振信号により自励発振し、該自励発振による振動を振動体１０１に伝達する。
増幅回路５０２は、ＮＡＮＤゲート５０７と抵抗５０６の並列接続によって構成され、ＮＡＮＤゲート５０７の一方の入力端子が振動体１０１と、他方の入力端子が停止信号発生回路６０１と、出力端子が位相設定回路７０１と、更に電源入力端子が電流計７０４と接続されており、振動体１０１により検出された励振信号を反転増幅して位相設定回路７０１に送る。
【００３９】
停止信号発生回路６０１は、通常の駆動回路動作状態では動作信号（Ｈｉｇｈ信号）を出力しているが、停止信号（Ｌｏｗ信号）をＮＡＮＤゲート５０７及びＮＯＲゲート５０９（ＮＯＲゲート５０９に出力される信号は、インバータ５０８によって反転されている。）に出力することによって、駆動回路に発生する励振信号を停止させる。
【００４０】
位相設定回路７０１は、抵抗２１３とコンデンサ２１６による積分回路及び、ＮＯＲゲート５０９による反転増幅回路によって構成され、回路設計上の計算で求められた値の素子（抵抗２１３、コンデンサ２１６）を使用して、増幅回路５０２により増幅された励振信号の位相を設定する。
位相調整回路７０２は、図７中では、位相設定回路７０１と素子を共有しており、可変抵抗２１３及び可変コンデンサ２１６によって構成され、位相設定回路７０１により設定された励振信号の位相を、電流計７０４による増幅回路５０２の特性測定値に基づいて、更に微調整する。また、コンデンサ５０５を可変しても同様の効果が得られる。
【００４１】
昇圧回路５０１は、昇圧コイル５０３及びＮＰＮトランジスタ５０４によって構成され、励振信号を昇圧して電極パターン１０３に出力する。
電極パターン１０３は、圧電素子１０２の振動体１０１と接合された面の反対の面に形成されており、発振駆動回路により発生される励振信号を、圧電素子１０２に対して出力する。
【００４２】
次に、図７を参照して作用を説明する。
図７において、図示しない電源７０３がＯＮの状態になり、停止信号発生回路６０１からは動作信号（Ｈｉｇｈ信号）が出力されると、ＮＡＮＤゲート５０７の振動体１０１と接続された入力端子の入力はＬｏｗ信号であることから、ＮＡＮＤゲート５０７はＨｉｇｈ信号を出力する。ＮＡＮＤゲート５０７により出力された該Ｈｉｇｈ信号は、位相設定回路７０１によって位相設定された方形波信号となる。該方形波信号は、昇圧回路５０１によって昇圧処理されると同時に平滑化され、励振信号として電極パターン１０３により、圧電素子１０２に対して出力される。圧電素子１０２に入力された該励振信号は、圧電素子１０２を振動させ、圧電素子１０２の振動情報は、振動体１０１により検出され増幅回路５０２に入力される。
【００４３】
停止信号発生回路６０１からＨｉｇｈ信号が出力されている場合、ＮＡＮＤゲート５０７は、振動体１０１からの信号を反転増幅するインバータとして動作するので、増幅回路５０２の入力すなわちＮＡＮＤゲート５０７の振動体１０１からの入力信号が、ＮＡＮＤゲート５０７によって、反転増幅され位相設定回路７０１に出力されることにより、励振信号はフィードバックされ、超音波モータ駆動回路２１には、電源がＯＮであり停止信号発生回路６０１から動作信号（Ｈｉｇｈ信号）が出力されている場合には、固有周波数を主成分とした励振信号が永続的に発生されることになる。
【００４４】
しかし、停止信号発生回路６０１から停止信号（Ｌｏｗ信号）が出力されると、ＮＡＮＤゲート５０７は停止信号発生回路６０１からのＬｏｗ信号入力により、定常的にＨｉｇｈ信号を出力するようになり、該Ｈｉｇｈ信号はＮＯＲゲート５０９の１入力端子に入力される。停止信号発生回路６０１からの停止信号（Ｌｏｗ信号）は、インバータ５０８によって反転されＨｉｇｈ信号としてＮＯＲゲート５０９の他方の入力端子にも入力される。上記２つのＨｉｇｈ信号入力により、ＮＯＲゲート５０９は定常的にＬｏｗ信号を出力する。ＮＯＲゲート５０９の出力がＬｏｗ信号となると、ＮＰＮトランジスタ５０４はＯＦＦ状態となり、駆動回路の励振信号は停止される。
【００４５】
ここで、超音波モータ駆動回路２１を構成する各素子の値は、回路設計上理論的に計算されているので、超音波モータ駆動回路１１に発生する励振信号は期待通りの周波数が得られるはずであるが、実際の製造工程においては、駆動回路は、回路を構成する各素子の特性の誤差、使用環境条件による誤差等を含んでおり、必ずしも期待通りの周波数、振幅の振動波を発生するとは限らない。
【００４６】
そこで、図２に図示しない電流計７０４は、定常電流時のＮＡＮＤゲート５０７の電気特性を測定し、駆動回路の実際の動作状態を解析する情報を提供する。該情報により、補正が必要と判断されたときは、位相調整回路７０２を構成する可変抵抗２１３、あるいは、可変コンデンサ２１６あるいは可変コンデンサ５０５の値を微調整することにより、位相のずれを補正する。
【００４７】
また、駆動回路の特性測定方法及び位相調整方法に関しては、第１の実施の形態の説明において図３乃至図５を参照して説明した内容が本第２の実施の形態においても有効である。特に駆動回路の測定においては昇圧回路５０１の直前の増幅回路の特性(中でも前記IOH/IOL)によって位相を調整することが有効である。以上説明したように、本実施の形態においては、昇圧回路を備えたことにより、低電力電源で安定した動作をさせることが可能であり、また、停止信号発生回路を備えたことにより、動作、停止を簡易に制御することが可能である超音波モータ装置において、理論上計算された値の素子により大まかに位相設定された超音波モータ駆動回路の励振信号の位相を、何らかの特性測定方法によって測定し、該測定によって得られた情報に基づいて位相の微調整をすることが可能な構成となっているので、各製品間の特性の格差を簡単に補正し、超音波モータ装置の特性を向上するとともにばらつきを小さくすることが可能となる。
当然のことながら図８に示したように、昇圧回路を有しない通常のコルピッツ型の発振回路を利用した場合においても駆動回路、あるいは超音波モータ装置の特性を測定し、該測定によって得られた情報に基づいて抵抗８０３、あるいは可変コンデンサ８０４、あるいは可変コンデンサ８０５を調整し位相の微調整をすることで、各製品間の特性の格差を簡単に補正し、超音波モータ装置の特性を向上することが可能となる。
(第３の実施の形態)
図９は、本発明の超音波モータ付き電子機器の第３の実施の形態のブロック図を示したものである。先の実施の形態に示した超音波モータを用いて超音波モータの移動体（１０８）と一体に動作する伝達機構（８０１）と伝達機構（８０１）の動作に基づいて動作する出力機構２０とを設ける構成とすることにより超音波モータ装置付き電子機器が実現できる。
伝達機構（８０１）としては、好ましくは歯車や摩擦車等の伝達車等を用いる。
出力機構（８０２）としては好ましくはカメラにおいてシャッタ駆動機構、絞り駆動機構、レンズ駆動機構等を、電子時計あるいは刃具送り機構や加工部材送り機構等を用いる。
本発明の超音波モータ装置付き電子機器としては好ましくは電子時計、計測器、カメラ、プリンタ、印刷機、工作機械、ロボット、移動装置などが実現できる。
さらに、移動体に出力軸を取り付け、出力軸からのトルクを伝達するための動力伝達機構を有する構成とすれば、超音波モータの駆動装置が実現できる。
【００４８】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、回路設計上理論的に計算された値の素子で構成された超音波モータ駆動回路における、位相の理論値とのずれを補正できる構成となっているため、当該超音波モータ装置の特性を向上するとともに個々の装置のばらつきを小さくすることができる。
請求項１２記載の発明によれば、請求項１記載の発明の効果に加えて、昇圧回路を備えたことにより、低電力電源で安定した動作をさせることが可能となり、また、停止信号発生回路を備えたことにより、超音波モータ装置の動作、停止を簡易に制御することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る超音波モータ装置の第１の実施の形態である超音波モータ装置１０を示すブロック図。
【図２】超音波モータ装置１０を駆動する超音波モータ駆動回路１１を示す回路図。
【図３】図２中のＡの部分を代替する位相調整用コンデンサ回路の例を示す回路図。
【図４】本発明の超音波モータ装置を適用した第１の実施の形態において、特性測定手段を周波数カウンタとした場合を示すブロック図。
【図５】本発明の超音波モータ装置を適用した第１の実施の形態において、特性測定手段を回転計とした場合を示すブロック図。
【図６】本発明に係る超音波モータ装置の第２の実施の形態である超音波モータ装置２０を示すブロック図。
【図７】超音波モータ装置２０を駆動する超音波モータ駆動回路２１を示す回路図。
【図８】本実施例におけるコルピッツ型の発振回路を用いた超音波モータ駆動回路３１を示す回路図。
【図９】本発明の超音波モータ装置付き電子機器の第３の実施の形態の構成を示すブロク図である。
【符号の説明】
１０１ 振動体
１０２ 圧電素子
１０３ａ，１０３ｂ 電極パターン
１０４ａ，１０４ｂ 結線
１０８ 移動体
１０９ 加圧手段
５０１ 昇圧回路
５０２ 増幅回路
６０１ 停止信号発生回路
７０１ 位相設定回路
７０２ 位相調整回路
７０３ 電源
７０４ 電流計
７０５ 周波数カウンタ
７０６ 回転計
【発明の属する技術分野】
本発明は、超音波モータ装置に係り、詳細には、超音波モータ駆動回路あるいは超音波モータ装置の特性を測定し該測定値を解析した結果により、当該駆動回路を補正し、特性（安定性、環境信頼性）を向上させた超音波モータ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、超音波モータ駆動回路は、例えば、特開昭６２−９２７８１号公報に開示されているように、可変発振器、９０°位相器、２つの電力増幅器、電流検出器、電圧検出器及び制御回路等によって構成し、温度や負荷、電源電圧等の変化に対する共振周波数の変化に追従するようにしている為、駆動回路自体が非常に複雑で、大型化するという問題があった。
【０００３】
この問題を解決するため、例えば、特開平８−１０７６８６号公報のように駆動回路を増幅回路、位相設定回路、圧電体を有する超音波モータからなる自励発振回路とした構成にすることにより、駆動回路全体を簡易化、小型化した提案がなされている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開平８−１０７６８６号公報に開示されたような駆動回路は、理論的な計算に基づいて、位相設定に係わる素子の値を決定するわけであるが、実際には、超音波モータ駆動回路中に使用する各素子の特性のばらつき、あるいは超音波モータそのものの特性のばらつき等の原因により、各製品間の特性の格差が生じる可能性が無視できないという問題があった。
【０００５】
本発明の課題は、実際の超音波モータ製造工程において各製品間の特性の格差を簡単に補正し得るようにして、特性（安定性、環境信頼性）を向上させた超音波モータ装置を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、少なくとも圧電素子からなる振動体は、少なくとも増幅回路と位相設定回路に接続され、振動体を所定の共振モードで自励発振させる駆動回路を構成し、振動体に発生する振動波によって移動体を摩擦駆動する超音波モータ装置において、超音波モータ駆動回路の特性、あるいは、超音波モータ装置の特性を測定する特性測定手段と、前記特性測定手段による測定値を解析した結果に基づいて、位相設定回路によって設定された位相のずれを補正する位相調整部と、を備えたことを特徴としている。
【０００７】
請求項１記載の発明によれば、特性測定手段によって、超音波モータ駆動回路、あるいは、超音波モータ装置の特性を測定することにより、当該超音波モータ装置の特性の誤差を判断する情報が得られ、その情報に基づいて、位相調整部によりその特性の誤差を調整すれば、超音波モータ駆動回路の位相は微調整され、当該超音波モータ装置の特性が補正される。これは、超音波モータは駆動される周波数によって特性が大きく変化するが、自励発振回路においては設定した位相によって発振周波数が変化すること、更にはコルピッツ型の発振回路を利用した場合等においては位相調整部であるフィルタ定数を変えることにより、圧電素子に印加される電圧値も変化するという事実に基づく。
【０００８】
したがって、回路設計上理論的に計算された値の素子で構成された超音波モータ駆動回路における、位相の理論値とのずれを補正できるとともに超音波モータの特性を調整可能な構成となっているため、当該超音波モータ装置の特性を向上かつ個々の装置のばらつきを小さくすることができる。
請求項１２記載の発明は、請求項１記載の超音波モータ装置において、増幅回路の出力電圧を昇圧し、圧電素子に形成された電極パターンを励振駆動する昇圧回路と、増幅回路の増幅機能の実行及び停止を外部から選択する停止信号発生回路と、を備えたことを特徴としている。
【０００９】
請求項１２記載の発明によれば、請求項１記載の超音波モータ装置において、昇圧回路を備えたことにより、低電力電源で安定した動作をさせることが可能となり、また、停止信号発生回路を備えたことにより、超音波モータ装置の動作、停止を簡易に制御することが可能となる。
【００１０】
したがって、低電力電源で駆動し、動作制御も簡易にすることができる超音波モータ装置において、位相の理論値とのずれを補正できる構成となっているため、当該超音波モータ装置の特性を向上かつ個々の装置ばらつきを小さくすることができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図１〜図８を参照して本発明に係る超音波モータ装置付き電子機器の実施の形態を詳細に説明する。
（第１の実施の形態）
以下、図１〜図５を参照して本発明に係る超音波モータ装置の第１の実施の形態を詳細に説明する。
【００１２】
図１は、本発明に係る超音波モータ装置の第１の実施の形態である超音波モータ装置１０を示すブロック図である。
図２は、超音波モータ装置１０を駆動する超音波モータ駆動回路１１を示す回路図である。
まず、図１及び図２を参照して構成を説明する。
【００１３】
図１において、超音波モータ装置１０は振動体１０１、圧電素子１０２、移動体１０８、加圧手段１０９、増幅回路５０２、位相設定回路７０１、位相調整回路７０２、電源７０３及び電流計７０４によって構成されている。
図１及び図２において、振動体１０１はその一方の面が、圧電素子１０２の１つの面と接合されており、駆動回路により励振駆動される圧電素子１０２の振動を受けて振動し、他方の面で接触する移動体１０８に該振動を伝達する。
【００１４】
移動体１０８は、一方の面で加圧手段１０９によって、一定の圧力で振動体１０１に接触するように加圧され、振動体１０１の振動を受けて回転運動をする。
加圧手段１０９は、移動体１０８を振動体１０１に対して一定の圧力で接触させるように配置され、移動体１０８が振動体１０１との間に適切な摩擦力を発生させ安定した回転運動をするのを補助する。
【００１５】
圧電素子１０２は、その一方の面が、振動体１０１の１つの面と接合されており、また他方の面は、電極パターン１０３ａ、１０３ｂを有しており、駆動回路中の１素子として駆動回路を構成し、駆動回路に発生する固有周波数を主成分とする励振信号により自励発振し、該自励発振による振動を振動体１０１に伝達する。
【００１６】
電極パターン１０３ａは、圧電素子１０２の振動体１０１と接合された面の反対の面に形成されており、圧電素子１０２の励振信号を検出し、結線１０４ａを通して該励振信号を増幅回路５０２に伝達する。
増幅回路５０２は、インバータ２１０と抵抗２１２の並列接続によって構成され、その入力端子が電極パターン１０３ａと、その出力端子が位相設定回路７０１と、更に電源入力端子が電流計７０４と接続されており、電極パターン１０３ａにより検出された励振信号を反転増幅して位相設定回路７０１に送る。
【００１７】
位相設定回路７０１は、抵抗２１３とコンデンサ２１６による積分回路及び、インバータ２１１と抵抗２１４の並列接続による反転増幅回路によって高次モードを抑制する一種のローパスフィルタ構成され、回路設計上の計算で求められた値の素子（抵抗２１３、抵抗２１４、コンデンサ２１６、インバータ２１０，２１１）を使用して、増幅回路５０２により増幅された励振信号の位相を設定する。
【００１８】
位相調整回路７０２は、図２中では、位相設定回路７０１と素子を共有しており、可変抵抗２１３及び可変コンデンサ２１６によって構成され、位相設定回路７０１により設定された励振信号の位相を、電流計７０４による超音波モータ装置の消費電流値や増幅回路５０２の特性測定値の解析に基づいて、更に微調整する。
抵抗２１５は、励振信号の平滑化処理を行う。
【００１９】
発振駆動回路１０５は、増幅回路５０２、位相設定回路７０１及び抵抗２１５により構成されており、位相設定、増幅処理及び平滑処理を行う。
電極パターン１０３ｂは、圧電素子１０２の振動体１０１と接合された面の反対の面に形成されており、発振駆動回路１０５により発生される励振信号を、圧電素子１０２に対して出力する。
【００２０】
電流計７０４は、図２中には図示しないが、その１端子が図２中には図示しない電源７０３と、他の１端子がインバータ２１０の電源入力端子と接続されており、増幅回路５０２の電気特性（トランジスタにおける電流増幅率等）を測定し、位相調整回路７０２における位相調整に必要な情報を提供する。
次に、図２を参照して作用を説明する。
【００２１】
図２において、図示しない電源７０３がＯＮの状態になると、インバータ２１０により出力された信号は、位相設定回路７０１によって位相設定された方形波信号となる。該方形波信号は、抵抗２１５によって平滑化され、励振信号として結線１０４ｂを通って電極パターン１０３ｂにより、圧電素子１０２に対して出力される。圧電素子１０２に入力された該励振信号は、圧電素子１０２を振動させ、圧電素子１０２の振動情報は、電極パターン１０３ａにより検出され結線１０４ａを通して増幅回路５０２に入力される。
【００２２】
増幅回路５０２の入力すなわちインバータ２１０の入力信号が、インバータ２１０によって反転増幅され、位相設定回路７０１に出力されることにより、励振信号はフィードバックされ、超音波モータ駆動回路１１には、電源７０３がＯＮ状態のときは、固有周波数を主成分とした励振信号が永続的に発生されることになる。
【００２３】
ここで、超音波モータ駆動回路１１を構成する各素子の値は、回路設計上理論的に計算されているので、超音波モータ駆動回路１１に発生する励振信号は期待通りの周波数、振動振幅が得られるはずであるが、実際の製造工程においては、駆動回路は、回路を構成する各素子の特性の誤差、圧電素子の特性、振動体寸法等を含んでおり、必ずしも期待通りの周波数あるいは振幅の振動波を発生するとは限らない。
【００２４】
そこで、増幅回路の電気的特性、例えば図２ではインバータ２１０、２１０の電気特性（高レベル出力電流、もしくは低レベル出力電流、あるいは両者の比）を図示しない電流計、電源による測定システムにより算出し、駆動回路の実際の動作状態を解析する情報を提供する。該情報により、補正が必要と判断されたときは、位相調整回路７０２を構成する可変抵抗２１３、あるいは、可変コンデンサ２１６の値を微調整することにより、位相のずれを補正する。
【００２５】
超音波モータ駆動回路１１において、位相設定回路７０１を構成する素子である抵抗２１３及びコンデンサ２１６を可変とし、位相調整回路７０２とした理由は、抵抗２１３とコンデンサ２１６によって構成される積分回路が、その時定数（抵抗２１３の値とコンデンサ２１６の値の積）により、位相の調整に関与するものであることによる。
【００２６】
このことを考慮すると、位相調整回路７０２を構成するために必ずしも抵抗２１３及びコンデンサ２１６の両素子を可変とする必要はなく、抵抗２１３、コンデンサ２１６の内少なくとも一方が可変であればよい。
抵抗２１３、コンデンサ２１６の内少なくとも何れか１つを新たな構成の回路としてもよく、位相調整回路７０２として可能な構成は無数にあるが、その例として以下に２例のみを挙げる。
【００２７】
例えば、位相調整回路７０２として、図３（ａ）に示すような固定用コンデンサ２１６（ａ）と調整用コンデンサ２１７を並列接続した回路を図２中のコンデンサ２１６を代替するものとして図２中のＡの部分に挿入した構成としてもよい。図３（ａ）を図２中のＡの部分に挿入した構成とすると、理論上計算した値の固定コンデンサ２１６（ａ）により大まかな位相設定がされ、微調整が必要な場合には、適した静電容量の調整用コンデンサ２１７を挿入配置することにより調整が可能となる。
【００２８】
同じように、図３（ｂ）にしめすような容量の異なる固定コンデンサ（固定用コンデンサ２１６（ｂ）及び複数の調整用コンデンサ２１７（１），２１７（２），・・・，２１７（ｎ））を並列に接続した回路を図２中のコンデンサ２１６を代替するものとして図２中のＡの部分に挿入した構成としてもよい。図３（ｂ）を挿入した構成とすると、理論上計算した値の固定コンデンサ２１６（ｂ）により大まかな位相設定がされ、微調整が必要な場合には、当該複数の調整用コンデンサ（コンデンサ２１７（１），２１７（２），・・・，２１７（ｎ））が装着されている基板上のパターンを必要量のコンデンサ容量になるように選択的に切断することにより、調整作業を機械によって自動化することが容易となり、簡易な調整が可能となる。
【００２９】
更に、超音波モータ駆動回路１１の特性を測定する方法に関しても、前記、増幅回路５０２の特性を電流計７０４を用いて測定する方法に限定されることはなく、様々な測定方法の中から状況に適した方法を選択することが可能である。
以下、図４及び図５を参照して、超音波モータ駆動回路１１の特性を測定する方法として、２例について図１の方法との相違点のみを説明する。
【００３０】
図４及び図５は、本発明に係る超音波モータ装置の第１の実施の形態において図１に示すものとは別の測定方法を使用した例を示すブロック図である。
図４は、図１において、駆動回路の特性測定手段である電流計７０４を取り除き、代替手段として、増幅回路５０２と位相設定回路７０１の間に周波数カウンタ７０５を配置した構成となっている。周波数カウンタ７０５を用いた特性測定方法は、前記増幅回路の特性測定方法と比較して、期待する周波数を得られているか否かを測定する上で、より直接的な測定手段であるとともに、駆動周波数は超音波モータの消費電流とともに振動振幅とも密接な関係が有り、得られる補正のための情報もより信頼性があり、補正も有効に行うことが出来る。
【００３１】
図５は、図１において、駆動回路の特性測定手段である電流計７０４を取り除き、代替手段として、移動体１０８の回転数を計測する回転計７０６を配置した構成となっている。回転計７０６を用いた特性測定方法は、前記電流計７０４を用いた特性測定方法及び前記周波数カウンタ７０５を用いた特性測定方法と比較して、超音波モータ装置１０が期待する回転数で動作しているか否かを測定する上で、更に直接的な測定手段であるから、測定値により得られる補正のための情報もより信頼性があり、補正も有効に行うことが出来る。尚、超音波モータ装置１０の回転数だけでなくトルク、動作電圧範囲、消費電流、駆動周波数等によって補正を行ってもかなわない。
【００３２】
しかし、特性測定方法の信頼性が増すことと比例して、該特性測定方法の製造工程における煩雑性も増すので、いかなる特性測定方法を選択するかは、状況により適宜決定する必要がある。
例えば、電流計７０４を用いて特性測定する場合（図１）あるいは、周波数カウンタ７０５を用いて特性測定する場合（図４）には、その測定方法が構造にはよらず、回路の特性を測定する方法である場合には、製造工程において、超音波モータの回転部である移動体１０８と、移動体１０８を振動体１０１に加圧接触させる加圧手段１０９のような構造的部材を取り付ける前に、圧電素子（１０２）を接合した振動体１０１、あるいは圧電素子（１０２）のみ等、駆動回路中における負荷となるような弾性体を、回転部を代替する部材として用いることもできる。この場合、移動体の摩耗による特性変化を気にすること無く、基準となるステータを用意すれば能率良く長期間に渡って信頼性のある回路の特性が測定できる。
また、当然のことながら前述した様に回路素子の特性、例えば増幅回路の特性を測定する場合には負荷を付けずに回路素子単体の特性を測定し、後工程で位相、容量値、抵抗値等の調整を行っても構わない。
【００３３】
このような方法によれば、構造的部材を取り付ける前に位相調整が可能となり、製造工程における調整作業は容易となる。
上記のような複数の位相調整回路および特性測定方法より選択された位相調整方法によって、期待する周波数あるいは振幅に調整された励振信号によって、圧電素子１０２は、圧電素子１０２の１つの面に接合された振動体１０１を期待する特定の周波数もしくは振幅で振動させる。圧電素子１０２の振動を受けて振動する振動体１０１は、加圧手段１０９により一定圧力で振動体１０１に接触するように配置された移動体１０８を、自身の振動を伝達することにより回転させる。
【００３４】
以上説明したように、本実施の形態においては、理論上計算された値の素子により大まかに位相設定された駆動回路の励振信号の位相を、何らかの特性測定方法によって測定し、該測定によって得られた情報に基づいて位相の微調整をすることが可能な構成となっているので、各製品間の特性の格差を簡単に補正し、超音波モータ装置の特性を向上することが可能となる。
【００３５】
（第２の実施の形態）
以下、図６及び図７を参照して本発明に係る超音波モータ装置の第２の実施の形態を詳細に説明する。
図６は、本発明に係る超音波モータ装置の第２の実施の形態である超音波モータ装置２０を示すブロック図である。
【００３６】
図７は、超音波モータ装置２０を駆動する超音波モータ駆動回路２１を示す回路図であり、コルピッツ型の発振回路を基本とし、昇圧回路を有する構成となっている。
まず、図６及び図７を参照して構成を説明する。
図６において、超音波モータ装置２０は振動体１０１、圧電素子１０２、移動体１０８、加圧手段１０９、昇圧回路５０１、増幅回路５０２、停止信号発生回路６０１、位相設定回路７０１、位相調整回路７０２、電源７０３及び電流計７０４によって構成されている。
【００３７】
以下、第１の実施の形態で参照した図１、図２との相違点のみについて説明する。
図６及び図７において、振動体１０１はその一方の面が、圧電素子１０２の１つの面と接合されており、駆動回路により励振駆動される圧電素子１０２の振動により振動し、他方の面で接触する移動体１０８に該振動を伝達する。また、振動体１０１は電極も兼ねており、圧電素子１０２の振動情報を検出し増幅回路５０２に対して出力する。
【００３８】
圧電素子１０２は、その一方の面が、振動体１０１の１つの面と接合されており、また他方の面は、電極パターン１０３を有しており、駆動回路中の１素子として駆動回路を構成し、駆動回路に発生する固有周波数を主成分とする励振信号により自励発振し、該自励発振による振動を振動体１０１に伝達する。
増幅回路５０２は、ＮＡＮＤゲート５０７と抵抗５０６の並列接続によって構成され、ＮＡＮＤゲート５０７の一方の入力端子が振動体１０１と、他方の入力端子が停止信号発生回路６０１と、出力端子が位相設定回路７０１と、更に電源入力端子が電流計７０４と接続されており、振動体１０１により検出された励振信号を反転増幅して位相設定回路７０１に送る。
【００３９】
停止信号発生回路６０１は、通常の駆動回路動作状態では動作信号（Ｈｉｇｈ信号）を出力しているが、停止信号（Ｌｏｗ信号）をＮＡＮＤゲート５０７及びＮＯＲゲート５０９（ＮＯＲゲート５０９に出力される信号は、インバータ５０８によって反転されている。）に出力することによって、駆動回路に発生する励振信号を停止させる。
【００４０】
位相設定回路７０１は、抵抗２１３とコンデンサ２１６による積分回路及び、ＮＯＲゲート５０９による反転増幅回路によって構成され、回路設計上の計算で求められた値の素子（抵抗２１３、コンデンサ２１６）を使用して、増幅回路５０２により増幅された励振信号の位相を設定する。
位相調整回路７０２は、図７中では、位相設定回路７０１と素子を共有しており、可変抵抗２１３及び可変コンデンサ２１６によって構成され、位相設定回路７０１により設定された励振信号の位相を、電流計７０４による増幅回路５０２の特性測定値に基づいて、更に微調整する。また、コンデンサ５０５を可変しても同様の効果が得られる。
【００４１】
昇圧回路５０１は、昇圧コイル５０３及びＮＰＮトランジスタ５０４によって構成され、励振信号を昇圧して電極パターン１０３に出力する。
電極パターン１０３は、圧電素子１０２の振動体１０１と接合された面の反対の面に形成されており、発振駆動回路により発生される励振信号を、圧電素子１０２に対して出力する。
【００４２】
次に、図７を参照して作用を説明する。
図７において、図示しない電源７０３がＯＮの状態になり、停止信号発生回路６０１からは動作信号（Ｈｉｇｈ信号）が出力されると、ＮＡＮＤゲート５０７の振動体１０１と接続された入力端子の入力はＬｏｗ信号であることから、ＮＡＮＤゲート５０７はＨｉｇｈ信号を出力する。ＮＡＮＤゲート５０７により出力された該Ｈｉｇｈ信号は、位相設定回路７０１によって位相設定された方形波信号となる。該方形波信号は、昇圧回路５０１によって昇圧処理されると同時に平滑化され、励振信号として電極パターン１０３により、圧電素子１０２に対して出力される。圧電素子１０２に入力された該励振信号は、圧電素子１０２を振動させ、圧電素子１０２の振動情報は、振動体１０１により検出され増幅回路５０２に入力される。
【００４３】
停止信号発生回路６０１からＨｉｇｈ信号が出力されている場合、ＮＡＮＤゲート５０７は、振動体１０１からの信号を反転増幅するインバータとして動作するので、増幅回路５０２の入力すなわちＮＡＮＤゲート５０７の振動体１０１からの入力信号が、ＮＡＮＤゲート５０７によって、反転増幅され位相設定回路７０１に出力されることにより、励振信号はフィードバックされ、超音波モータ駆動回路２１には、電源がＯＮであり停止信号発生回路６０１から動作信号（Ｈｉｇｈ信号）が出力されている場合には、固有周波数を主成分とした励振信号が永続的に発生されることになる。
【００４４】
しかし、停止信号発生回路６０１から停止信号（Ｌｏｗ信号）が出力されると、ＮＡＮＤゲート５０７は停止信号発生回路６０１からのＬｏｗ信号入力により、定常的にＨｉｇｈ信号を出力するようになり、該Ｈｉｇｈ信号はＮＯＲゲート５０９の１入力端子に入力される。停止信号発生回路６０１からの停止信号（Ｌｏｗ信号）は、インバータ５０８によって反転されＨｉｇｈ信号としてＮＯＲゲート５０９の他方の入力端子にも入力される。上記２つのＨｉｇｈ信号入力により、ＮＯＲゲート５０９は定常的にＬｏｗ信号を出力する。ＮＯＲゲート５０９の出力がＬｏｗ信号となると、ＮＰＮトランジスタ５０４はＯＦＦ状態となり、駆動回路の励振信号は停止される。
【００４５】
ここで、超音波モータ駆動回路２１を構成する各素子の値は、回路設計上理論的に計算されているので、超音波モータ駆動回路１１に発生する励振信号は期待通りの周波数が得られるはずであるが、実際の製造工程においては、駆動回路は、回路を構成する各素子の特性の誤差、使用環境条件による誤差等を含んでおり、必ずしも期待通りの周波数、振幅の振動波を発生するとは限らない。
【００４６】
そこで、図２に図示しない電流計７０４は、定常電流時のＮＡＮＤゲート５０７の電気特性を測定し、駆動回路の実際の動作状態を解析する情報を提供する。該情報により、補正が必要と判断されたときは、位相調整回路７０２を構成する可変抵抗２１３、あるいは、可変コンデンサ２１６あるいは可変コンデンサ５０５の値を微調整することにより、位相のずれを補正する。
【００４７】
また、駆動回路の特性測定方法及び位相調整方法に関しては、第１の実施の形態の説明において図３乃至図５を参照して説明した内容が本第２の実施の形態においても有効である。特に駆動回路の測定においては昇圧回路５０１の直前の増幅回路の特性(中でも前記IOH/IOL)によって位相を調整することが有効である。以上説明したように、本実施の形態においては、昇圧回路を備えたことにより、低電力電源で安定した動作をさせることが可能であり、また、停止信号発生回路を備えたことにより、動作、停止を簡易に制御することが可能である超音波モータ装置において、理論上計算された値の素子により大まかに位相設定された超音波モータ駆動回路の励振信号の位相を、何らかの特性測定方法によって測定し、該測定によって得られた情報に基づいて位相の微調整をすることが可能な構成となっているので、各製品間の特性の格差を簡単に補正し、超音波モータ装置の特性を向上するとともにばらつきを小さくすることが可能となる。
当然のことながら図８に示したように、昇圧回路を有しない通常のコルピッツ型の発振回路を利用した場合においても駆動回路、あるいは超音波モータ装置の特性を測定し、該測定によって得られた情報に基づいて抵抗８０３、あるいは可変コンデンサ８０４、あるいは可変コンデンサ８０５を調整し位相の微調整をすることで、各製品間の特性の格差を簡単に補正し、超音波モータ装置の特性を向上することが可能となる。
(第３の実施の形態)
図９は、本発明の超音波モータ付き電子機器の第３の実施の形態のブロック図を示したものである。先の実施の形態に示した超音波モータを用いて超音波モータの移動体（１０８）と一体に動作する伝達機構（８０１）と伝達機構（８０１）の動作に基づいて動作する出力機構２０とを設ける構成とすることにより超音波モータ装置付き電子機器が実現できる。
伝達機構（８０１）としては、好ましくは歯車や摩擦車等の伝達車等を用いる。
出力機構（８０２）としては好ましくはカメラにおいてシャッタ駆動機構、絞り駆動機構、レンズ駆動機構等を、電子時計あるいは刃具送り機構や加工部材送り機構等を用いる。
本発明の超音波モータ装置付き電子機器としては好ましくは電子時計、計測器、カメラ、プリンタ、印刷機、工作機械、ロボット、移動装置などが実現できる。
さらに、移動体に出力軸を取り付け、出力軸からのトルクを伝達するための動力伝達機構を有する構成とすれば、超音波モータの駆動装置が実現できる。
【００４８】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、回路設計上理論的に計算された値の素子で構成された超音波モータ駆動回路における、位相の理論値とのずれを補正できる構成となっているため、当該超音波モータ装置の特性を向上するとともに個々の装置のばらつきを小さくすることができる。
請求項１２記載の発明によれば、請求項１記載の発明の効果に加えて、昇圧回路を備えたことにより、低電力電源で安定した動作をさせることが可能となり、また、停止信号発生回路を備えたことにより、超音波モータ装置の動作、停止を簡易に制御することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る超音波モータ装置の第１の実施の形態である超音波モータ装置１０を示すブロック図。
【図２】超音波モータ装置１０を駆動する超音波モータ駆動回路１１を示す回路図。
【図３】図２中のＡの部分を代替する位相調整用コンデンサ回路の例を示す回路図。
【図４】本発明の超音波モータ装置を適用した第１の実施の形態において、特性測定手段を周波数カウンタとした場合を示すブロック図。
【図５】本発明の超音波モータ装置を適用した第１の実施の形態において、特性測定手段を回転計とした場合を示すブロック図。
【図６】本発明に係る超音波モータ装置の第２の実施の形態である超音波モータ装置２０を示すブロック図。
【図７】超音波モータ装置２０を駆動する超音波モータ駆動回路２１を示す回路図。
【図８】本実施例におけるコルピッツ型の発振回路を用いた超音波モータ駆動回路３１を示す回路図。
【図９】本発明の超音波モータ装置付き電子機器の第３の実施の形態の構成を示すブロク図である。
【符号の説明】
１０１ 振動体
１０２ 圧電素子
１０３ａ，１０３ｂ 電極パターン
１０４ａ，１０４ｂ 結線
１０８ 移動体
１０９ 加圧手段
５０１ 昇圧回路
５０２ 増幅回路
６０１ 停止信号発生回路
７０１ 位相設定回路
７０２ 位相調整回路
７０３ 電源
７０４ 電流計
７０５ 周波数カウンタ
７０６ 回転計
Claims (13)
- 少なくとも圧電素子からなる振動体と、増幅回路と、位相設定回路とで、前記振動体を所定の共振モードで自励発振させる駆動回路を構成し、前記振動体に発生する振動波によって移動体を摩擦駆動する超音波モータ装置において、
前記駆動回路の特性、あるいは、前記超音波モータ装置の特性を測定する特性測定手段と、
前記特性測定手段による測定値を解析した結果に基づいて、前記駆動回路内の位相を補正する位相調整部と、
を備えたことを特徴とする超音波モータ装置。 - 請求項１記載の超音波モータ装置において、測定する超音波モータ装置の特性は回転数、トルク、消費電流、発振周波数、駆動電圧範囲の何れかであることを特徴とする超音波モータ装置。
- 請求項１記載の超音波モータ駆動回路において、測定する超音波モータ駆動回路の特性は増幅回路の電圧増幅度、もしくは電流増幅度であることを特徴とする超音波モータ装置。
- 請求項１記載の超音波モータ駆動回路において、測定する超音波モータ駆動回路の特性は増幅回路のHighレベル時の出力電流IOH、もしくはLOWレベル時の出力電流IOLであることを特徴とする超音波モータ装置。
- 請求項４記載の超音波モータ駆動回路において、増幅回路のHighレベル時の出力電流IOH、LOWレベル時の出力電流IOLの比IOH/IOLの値に応じて位相調整部を調整するであることを特徴とする超音波モータ装置。
- 請求項１記載の超音波モータ駆動回路において、測定する超音波モータ駆動回路の特性は少なくとも圧電素子からなる振動体によって構成されるステータ部の消費電流、もしくは発振周波数であることを特徴とする超音波モータ装置。
- 請求項１から６記載の超音波モータ装置において、
位相調整部は、位相調整回路であることを特徴とする超音波モータ装置。 - 請求項７記載の超音波モータ装置において、
位相調整回路は、抵抗及びコンデンサを含むフィルタ回路であることを特徴とする超音波モータ装置。 - 請求項８記載の超音波モータ装置において、
抵抗あるいはコンデンサのうち少なくとも１つの素子は可変素子であることを特徴とする超音波モータ装置。 - 請求項８記載の超音波モータ装置において、
複数のコンデンサを並列接続した回路を備えることを特徴とした超音波モータ装置。 - 請求項１記載の超音波モータ装置において、
位相調整部は、適当な回路素子を選択的に挿入配置可能としたことを特徴とする超音波モータ装置。 - 請求項１記載の超音波モータ装置において、
増幅回路の出力電圧を昇圧し、圧電素子に形成された電極パターンを励振駆動する昇圧回路と、
増幅回路の増幅機能の実行及び停止を外部から選択する停止信号発生回路と、
を備えたことを特徴とする超音波モータ装置。 - 請求項１ないし請求項１２のいずれか１項に記載の超音波モータを有し、移動体と一体に動作する伝達機構と、伝達機構の動作に基づいて動作する出力機構の動作に基づいて動作する出力機構とを有することを特長とする超音波モータ装置付き電子機器。
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