JPH09163766A

JPH09163766A - 超音波モータの駆動方法およびその駆動回路

Info

Publication number: JPH09163766A
Application number: JP7318668A
Authority: JP
Inventors: Takashi Nojima; 貴志野島; Masanori Sumihara; 正則住原; Takahiro Nishikura; 孝弘西倉
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1995-12-07
Filing date: 1995-12-07
Publication date: 1997-06-20

Abstract

(57)【要約】【課題】従来の駆動回路では、超音波モータの起動時
に昇圧器を立ち上げると同時に電力増幅器に駆動信号を
供給するため、昇圧器の出力端子には大きなアドミタン
スの負荷が接続され、この結果昇圧器は充電とともに放
電動作を行うために瞬時に立ち上げることができず、よ
って安定な電力を超音波モータに供給することができ
ず、超音波モータを短時間で安定に起動することが困難
であった。【解決手段】パルス幅変調器50と、パルス幅変調器50
のパルス信号に応じて昇圧比を可変し、電源電圧を昇圧
するＤＣ−ＤＣコンバータ51を設け、起動時に定常状態
におけるパルス幅より長いパルス信号を出力するように
パルス幅変調器50を調整し、ＤＣ−ＤＣコンバータ51が
立ち上がり定常状態になった後に、定常状態におけるパ
ルス幅を有するパルス信号を出力するようにパルス幅変
調器50を調整し、駆動信号発生器22の駆動信号を電力増
幅器へ出力させる構成とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、圧電体の逆圧電効
果により励振された弾性振動を駆動力とする超音波モー
タ、特に超音波モータの駆動方法および駆動回路に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、電気−機械変換素子として圧電セ
ラッミクなどの圧電体、および金属などの弾性基板によ
り構成された振動体を交流電圧で駆動することにより振
動体上に弾性振動を励振し、これを駆動力とする超音波
モータが注目されている。

【０００３】以下、図面を参照しながら超音波モータの
従来技術について説明する。〔超音波モータの構造〕図９は従来の進行波型ディスク
状超音波モータの構造を示す縦断面図である。

【０００４】ドーナツ形状の弾性基板１の一方の面に薄
いドーナツ形状の圧電体２を貼り合わせて、超音波モー
タの駆動力源である振動体３を構成し、前記弾性基板１
の他方の面に、振動体３の周方向の振動変位を拡大する
ために突起体１Ａを形成している。

【０００５】また振動体３と同芯のドーナツ形状の金属
やプラスチックなどの弾性体４と突起体１Ａの上面に配
置されたリング形状の耐摩耗性材料よりなる摩擦材５
を、互いに貼り合わせて振動体３より回転力を取り出す
移動体６を構成している。上記摩擦材５は耐摩耗性を有
し、移動体６と突起体１Ａとの安定な接触を得る役目も
果たしている。

【０００６】また移動体６の中心には、移動体６の回転
力を外部に伝達する出力伝達軸７が嵌合されており、移
動体６の回転力を安定に効率よく出力伝達軸７に伝達す
るために軸の周囲に突起部７Ａが設けられ、さらに出力
伝達軸７の異常振動などを吸収補正し、移動体６の回転
力を安定に効率よく出力伝達軸７に伝えるために、移動
体６の上面と突起部７Ａ間に摩擦係数の大きな弾性部材
８が配置されている。出力伝達軸７の上端の出力伝達部
７Ｂより外部に回転力が伝達される。

【０００７】また、振動体３の振動を阻害することなく
振動体３を支持するドーナツ形状の支持部材９が設けら
れ、この支持部材９を支持する、すなわち超音波モータ
を支持するベース１３が設けられ、このベース部１３の
中心側側面に、出力伝達軸７の位置規制を行うベアリン
グ、メタル軸受けなどの軸受け１０が設けられている。

【０００８】また出力伝達軸７の下端には、皿バネ、コ
イルバネなどの加圧手段１１と、加圧力調整手段１２が
取付けられ、移動体６は、摩擦材５を介して振動体３に
加圧手段１１が発生する力により加圧接触させられてい
る。〔圧電体上の電極構造〕上記超音波モータの圧電体２上
に交流電圧が印加される電極が配置されている。圧電体
２の弾性基板１との接着面側の電極は全面電極、反対側
の面の電極は、一例として図10に示す電極構造となって
おり、振動体３の周方向に４波の曲げ振動を励振するよ
うな構成となっている。

【０００９】図10において、Ａ0 、Ｂ0 はそれぞれ振動
体３上に励振される進行波の２分の１の波長相当の３つ
の小領域（小電極部）からなる駆動電極、Ｃ0 は振動体
３上に励振される進行波の４分の１の波長相当の長さの
電極、Ｄ0 は励振される進行波の４分の３の波長相当の
長さの電極である。

【００１０】したがって、駆動電極Ａ0 の駆動電極Ｂ0
とは互いに、位置的に振動体３上に励振される進行波の
４分の１波長相当（＝９０゜）の位相差を有し、また駆
動電極Ａ0 、Ｂ0 内の隣合う２分の１の波長相当の各小
電極部は、厚みの方向に交互に反対方向に分極されてお
り、使用時には斜線で示したように、駆動電極Ａ0 と駆
動電極Ｂ0 を構成する各小電極部は、それぞれ短絡して
用いられる。

【００１１】この駆動電極Ａ0 ，Ｂ0 に数式（１）、数
式（２）で表されるような時間的な位相差が９０゜ある
交流電圧Ｖ1 、およびＶ2 をそれぞれ印加すれば、振動
体３には数式（３）で表される振動体３の円周方向に進
行する曲げ振動の進行波が励振される。

【００１２】Ｖ1 ＝Ｖ0 ×ｓｉｎ（ωｔ）・・・（１）Ｖ2 ＝Ｖ0 ×ｃｏｓ（ωｔ）・・・（２） ξ＝ξ0 ×｛ｃｏｓ（ωｔ) ×ｃｏｓ（ｋｘ)＋ｓｉｎ
（ωｔ) ×ｓｉｎ（ｋｘ)}｝＝ξ0 ×ｃｏｓ（ωｔ−ｋｘ) ・・・（３）ただし、Ｖ0 は印加電圧の振幅の最大値、ωは印加電圧
の角周波数、ｔは時間、ξは曲げ振動の振幅値、ξ0 は
曲げ振動の振幅の最大値、ｋ（＝２π／λ）は波数、λ
は波長、ｘは位置を示す。そして、駆動電極Ａ0 ，Ｂ0
に印加する２つの交流電圧の位相差である９０°の符号
を逆にすると、曲げ振動の進行波の進行方向を変えるこ
とができ、この結果、移動体６の回転方向を変えること
ができる。〔動作原理〕図11は、超音波モータの動作原理の説明図
であり、振動体３から移動体６へ駆動力を伝えている円
周状の接触部分をリニアモデルで近似したものである。
同図に示したように、振動体３に曲げ振動の進行波を励
振することによって、振動体３の表面の各点は、長軸
ｗ、短軸ｕの進行波の進行方向と逆向きの楕円軌跡を描
いて運動する。そして、振動体３に加圧して設置された
移動体６は、摩擦材５を介して振動体３の表面の任意の
点が描く楕円の頂点（たとえばＡ）近傍で接触し、振動
体３の横方向の変位成分を振動体３と摩擦材５の間に作
用する摩擦力により伝達され、振動体３上に励振されて
いる進行波の進行方向とは逆方向に数式（４）で表され
る移動速度ｖで運動する。

【００１３】ｖ= ω×ｗ・・・（４）ここで進行波の波頭は連続的に移動するので、振動体３
と移動体６の接触点も時間とともに移動し、移動体６は
連続的に駆動され滑らかな回転運動をする。〔等価回路〕図12は、振動体３の駆動端子からみた等価
回路であり、圧電体２の電気的容量（Ｃe ）１４、電気
系−機械系変換トランス（変換係数Ｎ）１５、振動体３
の機械的弾性定数（Ｃm ）１６、質量（Ｌm ）１７、お
よび機械的損失（Ｒm ）１８とで表される。

【００１４】圧電体２に電圧Ｖを印加すると、その周波
数、絶対値に応じた総電流（ｉ）１９が圧電体２に流れ
込む。この総電流（ｉ）１９は、圧電体２の電気的容量
（Ｃe ）１４に流れ込む電流である電気腕電流（ｉe ）
２０と、電気系−機械系変換トランス１５を流れる電流
である機械腕電流（ｉm ）２１に分流される。この機械
腕電流（ｉm ）２１が、電気系−機械系変換トランス１
５により数式（５）で表される振動体３の周方向の変位
速度ｖ’に比例変換される。

【００１５】ｖ’= ｄξ’／ｄｔ・・・（５）従って、総電流（ｉ）１９、あるいは機械腕電流（ｉm
）２１を検出することによって、周方向の変位速度
ｖ’を求めることができる。

【００１６】上述のことより移動体６の回転速度は、振
動体３の曲げ振動の振幅の瞬時値に比例し、曲げ振動の
周方向速度成分の瞬時値は振動体３を構成する圧電体２
を流れる機械腕電流（ｉm ）２１に比例する。故に、圧
電体２を流れる機械腕電流（ｉm ）２１を検出すること
により、超音波モータの回転速度情報を得ることができ
る。〔駆動回路〕図13は従来の超音波モータの駆動回路のブ
ロック図である。

【００１７】電圧制御発振器２２から、超音波モータの
駆動交流信号が発生される。ここで、前記駆動交流信号
は２分割され、一方は移相器２３により所定の位相（＋
９０°、あるいは−９０°）だけ移相して、電力増幅器
２４に入力され、昇圧器２５より供給される昇圧された
電源電圧を用いて電力増幅器２４によって超音波モータ
を駆動するのに十分なレベルに電力増幅される。また、
他方は昇圧器２５より供給される昇圧された電源電圧を
用いて電力増幅器２６によって超音波モータを駆動する
のに十分なレベルに電力増幅される。

【００１８】ここで、昇圧器２５は、起動信号（図示せ
ず）を受理と同時に動作を開始するが、容量性の素子が
存在するため定常駆動状態になるには、ある一定の時間
が必要である。

【００１９】さらに、電力増幅器２４から発せられた駆
動交流信号はコイル２７を通って波形整形をされるとと
もに、コイル２７と圧電体２の駆動電極２８下の静電容
量とキャパシタ２９より構成されるＬ−Ｃ直列共振回路
により再度昇圧され、圧電体２上の２組の駆動電極（図
10のＡ0 ，Ｂ0 ）の一方の駆動電極２８に印加されると
ともに、この駆動電極２８下の圧電体２の静電容量と等
価な静電容量を有するキャパシタ２９に印加される。

【００２０】同様に電力増幅器２６から発せられた駆動
交流信号は、コイル３０を通って波形整形をされるとと
もに、コイル３０と圧電体２の駆動電極３１下の静電容
量とキャパシタ３２より構成されるＬ−Ｃ直列共振回路
により再度昇圧され、圧電体２上の２組の駆動電極の他
方の駆動電極３１に印加されるとともに、この駆動電極
３１下の圧電体２の静電容量と等価な静電容量を有する
キャパシタ３２に印加される。

【００２１】このとき、振動体３上には各駆動電極２
８，３１により励振される２つの定在波が互いに干渉し
て、周方向に進行する曲げ振動の進行波が励振され、摩
擦材５と振動体３の突起体１Ａの間に作用する摩擦力に
より、移動体６が進行波の進行方向と逆向きに駆動され
る。

【００２２】また、圧電体２には、前述したように、駆
動電圧Ｖの周波数、その絶対値に応じた総電流（ｉ）１
９（図12参照）が流れ、この総電流（ｉ）１９は抵抗３
３により電圧信号に比例変換され、減算器３４の一方の
入力端子に印加される。また、キャパシタ２９とキャパ
シタ３２にも印加電圧の絶対値およびその周波数に応じ
た圧電体２上の２組の駆動電極を流れる電気腕電流（ｉ
e ）２０（図12参照）と等価な電流が流れ、それぞれを
加え合わせたものが抵抗３５により電圧信号に比例変換
され、減算器３４の他方の入力端子に入力される。ここ
で、抵抗３３と抵抗３５の抵抗値は互いに等しく設定さ
れている。

【００２３】減算器３４の出力は、２組の駆動電極２
８，３１を流れる総機械腕電流（ｉm）２１（図12参
照）に比例した電圧値であり、前述したようにこれは超
音波モータの移動体６の回転速度に比例したものであ
る。この後、減算器３４の出力は整流器３６により直流
電圧に変換された後、差動増幅器３７に印加され、差動
増幅器３７により速度設定器３８において設定された目
標回転速度（電圧信号）と比較演算処理をされ、電圧制
御発振器２２へ電圧信号により発振周波数指令が出力さ
れ、超音波モータの回転速度が目標回転速度となるよう
に超音波モータの駆動周波数が調整される。

【００２４】以上の従来例の説明では、進行波型ディス
ク状超音波モータを取り上げてその構成、動作原理、駆
動方法を説明したが、振動体として中空構造を持つリン
グ形状を採り、振動モードとして径方向１次・周方向３
次以上の曲げ振動の進行波を利用するリング型超音波モ
ータもあり、同様の動作原理で動作し、また同様な駆動
方法を用いることが可能である。また、振動片で移動体
を繰り返し突くことにより、移動体を移動させる定在波
型超音波モータでも同様の駆動方法が用いられている。

【００２５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の駆動回路では超音波モータの起動時に昇圧器２
５を立ち上げると同時に、電力増幅器２４，２６に駆動
信号を供給するために、昇圧器２５の出力端子には大き
なアドミタンスの負荷が接続され、この結果、昇圧器２
５は充電とともに放電動作を行うために瞬時に立ち上げ
ることができず、このため安定な電力を超音波モータに
供給することができず、超音波モータを短時間で安定に
起動することが困難であった。

【００２６】また、Ｌ−Ｃ直列共振回路による昇圧を利
用しているために、昇圧器２５の出力電圧が同じでも、
駆動周波数により超音波モータへの印加電圧の絶対値が
変化し、図14に示すように駆動周波数操作による回転数
変化の単調性が維持できない、あるいは回転速度信号に
駆動電圧が与える影響が変化するために回転速度信号の
単調性が維持できない、駆動電圧の絶対値により回転速
度信号と回転数の関係が変化するなどの課題が生じてい
た。

【００２７】また、Ｌ−Ｃ直列共振回路による昇圧を利
用しているために、ＬあるいはＣのばらつきにより超音
波モータへの各駆動電圧の絶対値にばらつきが生じ、こ
の結果、進行波の振動振幅が時間とともに変化し振動体
３と移動体６を安定に接触させることができず、異音、
不要振動が生じ、また回転速度信号と回転数の関係を一
意に規定することが困難となっていた。

【００２８】そこで、本発明は、超音波モータの起動時
に、昇圧器より放電系（Ｌ−Ｃ直列共振回路＋超音波モ
ータ）を切り放すこで、昇圧器の立ち上がり時間を短く
することができ、この結果安定に効率よく超音波モータ
を駆動することが可能であるとともに、駆動領域におけ
る駆動電圧の絶対値を一定にすることにより回転数変化
の単調性を維持するとともに、回転速度信号の単調性を
維持することを可能とし、また各駆動電圧の絶対値を一
致させることにより進行波の絶対値の時間的変化を防止
することにより、静粛にかつ不要振動を発生することの
ない超音波モータの駆動方法およびその駆動回路を提供
することを目的としたものである。

【００２９】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に第１発明の超音波モータの駆動回路は、圧電体を交流
電圧で駆動し、前記圧電体と弾性体とから構成される振
動体に弾性進行波を励振することにより、前記振動体上
に接触して設置された移動体を移動させる超音波モータ
の駆動回路であって、前記圧電体の駆動信号を発生する
駆動信号発生器と、可変可能なパルス幅のパルス信号を
出力するパルス幅変調器と、前記パルス幅変調器から供
給されるパルス信号に応じて昇圧比を可変し、電源電圧
を昇圧する昇圧器と、前記昇圧器の出力電圧に応じて前
記駆動信号発生器より出力される駆動信号を電力増幅
し、前記圧電体へ供給する電力増幅器と、超音波モータ
の起動時に定常状態におけるパルス幅より長いパルス幅
を有するパルス信号を出力するよう前記パルス幅変調器
を調整し、前記昇圧器が立ち上がり定常状態になった後
に、定常状態におけるパルス幅を有するパルス信号を出
力するよう前記パルス幅変調器を調整し、前記駆動信号
発生器の駆動信号を前記電力増幅器へ出力させる制御手
段を備えたことを特徴とするものである。

【００３０】上記第１発明の構成によれば、超音波モー
タの起動時に予め定常状態におけるパルス幅より長いパ
ルス幅を有するパルス信号がパルス幅変調器より出力さ
れ、これにより昇圧器を駆動する。このとき昇圧器の出
力端子は開放状態にあるために昇圧器の容量性素子は急
速に充電され、その結果昇圧器の出力電圧は急速に上昇
するとともに、短時間で定常駆動状態における出力電圧
値となる。この後に駆動信号発生器より駆動信号を、電
力増幅器に供給し昇圧器より供給される電力により電力
増幅を行い超音波モータを駆動する。これにより、回路
系の遅れを解消することができ、回路系を含めた超音波
モータの応答性を改善することが可能となる。

【００３１】また第２発明の超音波モータの駆動回路
は、圧電体を交流電圧で駆動し、前記圧電体と弾性体と
から構成される振動体に弾性進行波を励振することによ
り、前記振動体上に接触して設置された移動体を移動さ
せる超音波モータの駆動回路であって、前記圧電体の駆
動信号を発生する駆動信号発生器と、可変可能な昇圧比
に応じて電源電圧を昇圧する昇圧器と、前記昇圧器の出
力電圧に応じて前記駆動信号発生器より出力される駆動
信号を電力増幅し出力する電力増幅器と、前記電力増幅
器より出力された駆動信号をさらに昇圧して前記圧電体
へ供給するＬ−Ｃ直列共振回路と、駆動領域における前
記Ｌ−Ｃ直列共振回路のアドミタンスと前記駆動信号の
駆動周波数のデータを記憶した記憶素子と、現在の駆動
周波数を基に前記記憶素子を検索して得られたアドミタ
ンスデータにより前記圧電体の駆動電圧が一定となるよ
うに前記昇圧器の昇圧比を調整する制御手段とを備えた
ことを特徴とするものである。

【００３２】上記第２発明の構成によれば、駆動領域の
Ｌ−Ｃ直列共振回路のアドミタンスデータが、駆動周波
数を基に記憶素子上より検索され、このデータを基に駆
動電圧の絶対値が一定となるように昇圧器の昇圧比が調
整され電力増幅器へ電力が供給される。この結果、全駆
動領域において超音波モータに印加される駆動電圧の絶
対値が一定となり、駆動周波数操作による回転数変化の
単調性を維持できるとともに、回転速度信号に駆動電圧
が与える影響を一定にすることができ、回転速度信号の
単調性が維持でき、また駆動電圧の絶対値による回転速
度信号と回転数の関係の変化を抑制することが可能とな
る。

【００３３】さらに第３発明の超音波モータの駆動回路
は、圧電体を交流電圧で駆動し、前記圧電体と弾性体と
から構成される振動体に弾性進行波を励振することによ
り、前記振動体上に接触して設置された移動体を移動さ
せる超音波モータの駆動回路であって、前記圧電体の駆
動信号を発生する駆動信号発生器と、可変可能な昇圧比
に応じて電源電圧を昇圧する昇圧器と、前記昇圧器の出
力電圧に応じて前記駆動信号発生器より出力される駆動
信号を電力増幅し、前記圧電体へ供給する電力増幅器
と、前記圧電体の駆動電圧の少なくとも１相の駆動電圧
の絶対値を検出する駆動電圧検出器と、前記駆動電圧検
出器の出力データに基づき昇圧器の昇圧比を調整する制
御手段とを備えたことを特徴とするものである。

【００３４】上記第３発明の構成によれば、駆動電圧検
出器により駆動電圧の少なくとも１相の駆動電圧の絶対
値を検出しそのデータに基づき昇圧器の昇圧比が調整さ
れ、超音波モータに印加される駆動電圧の絶対値が一定
に制御される。この結果、全駆動領域において超音波モ
ータに印加される駆動電圧の絶対値が一定となり、回転
数変化の単調性を維持できるとともに、回転速度信号に
駆動電圧が与える影響を一定にすることができ回転速度
信号の単調性が維持でき、また駆動電圧の絶対値による
回転速度信号と回転数の関係の変化を抑制することが可
能となる。

【００３５】さらに第４発明の超音波モータの駆動回路
は、圧電体を交流電圧で駆動し、前記圧電体と弾性体と
から構成される振動体に弾性進行波を励振することによ
り、前記振動体上に接触して設置された移動体を移動さ
せる超音波モータの駆動回路であって、前記圧電体の駆
動信号を発生する駆動信号発生器と、可変可能な昇圧比
に応じて電源電圧を昇圧する複数の昇圧器と、前記昇圧
器の各出力電圧に応じて前記駆動信号発生器より出力さ
れる駆動信号を電力増幅し、前記圧電体へ供給する複数
の電力増幅器と、前記圧電体の各駆動電圧の絶対値をそ
れぞれ検出する複数の駆動電圧検出器と、前記駆動電圧
検出器の各出力データに基づき各駆動電圧の絶対値が等
しくなるよう各昇圧器の昇圧比を調整する制御手段とを
備えたことを特徴とするものである。

【００３６】上記第４発明の構成によれば、複数の駆動
電圧検出器により超音波モータの各駆動電圧の絶対値が
検出され、これらデータに基づき各昇圧器の昇圧比が調
整され、超音波モータに印加される各駆動電圧の絶対値
が等しくなる。この結果、進行波の振動振幅が時間に対
して一定となり振動体と移動体を安定に接触させること
ができ、異音、不要振動の発生を抑制することができ、
また回転速度信号と回転数の関係を一意に規定すること
が可能となる。

【００３７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。なお、従来例の図13の構成と同一
の構成には同一の符号を付して説明を省略する。（第１の実施の形態）図１は本発明の第１の実施の形態
を示す超音波モータの駆動回路のブロック図である。

【００３８】本発明では、電源電圧Ｖｃｃ４１を分圧し
て設定電圧ＶA を得る抵抗４０と抵抗４２が設けられ、
また電源電圧Ｖｃｃ４１を分圧して設定電圧ＶB を得る
抵抗４４と抵抗４５が設けられ、上記設定電圧ＶA が新
たに設けたマルチプレクサ４３の入力端子４３Ａに印加
され、設定電圧ＶB がマルチプレクサ４３の入力端子４
３Ｂに印加されている。設定電圧ＶA は設定電圧ＶB よ
り大きい電圧としている（ＶA ＞ＶB ）。

【００３９】また起動停止スイッチ４６が設けられ、こ
のスイッチ４６の起動停止信号は２分割され、一方は新
たに設けたモノマルチ４７の入力端子に、他方はＡＮＤ
回路４８の入力端子４８Ａにそれぞれ接続されている。
起動停止信号はＬ（ロー）レベルのとき停止命令、Ｈ
（ハイ）レベルのとき駆動命令を示す。

【００４０】またモノマルチ４７の出力は２分割され、
一方はインバータ回路４９の入力端子に、他方はマルチ
プレクサ４３の信号選択端子に接続されている。また、
インバータ回路４９の出力は、ＡＮＤ回路４８の入力端
子４８Ｂに接続され、ＡＮＤ回路４８の出力はＡＮＤ回
路３９の入力端子３９Ｂに接続されている。またＡＮＤ
回路３９の入力端子３９Ａに電圧制御発振器２２の出力
（駆動信号）が接続され、ＡＮＤ回路３９の出力が移相
器２３と電力増幅器２６に接続されている。

【００４１】また、従来例の昇圧器２５に代わって、パ
ルス幅変調器５０とＤＣ−ＤＣコンバータ５１が設けら
れており、マルチプレクサ４３の出力端子はパルス幅変
調器５０のパルス幅制御端子に接続され、パルス幅変調
器５０の出力は後述するＤＣ−ＤＣコンバータ５１のス
イッチング素子に接続されている。

【００４２】上記パルス幅変調器５０は、図２に示すよ
うに、パルス幅制御端子に印加される印加電圧が大きく
なるに従い、発振器（図示せず）よりの出力パルスのパ
ルス幅（ＯＮ時間）を長くするように設定されている。

【００４３】また上記ＤＣ−ＤＣコンバータ５１は、図
４のようなチョッパタイプのものであり、図３のように
スイッチング素子に印加されるパルスのＯＮ時間の増加
に応じて昇圧比が大きくなり、この昇圧比により電源電
圧を昇圧し出力する。図４において、１０１はゲートに
印加される電圧パルス信号によりドレイン、ソース間を
ＯＮ、ＯＦＦする上記スイッチング素子（たとえばＦＥ
Ｔ）、１０２はコイル、１０３は電流の逆流を阻止する
ダイオード、１０４は出力電圧の平滑用のコンデンサで
あり、スイッチング素子１０１がＯＮ状態のとき、電気
的エネルギーをコイル１０２に磁気的エネルギとして蓄
積し、スイッチング素子１０１がＯＦＦ状態のときダイ
オード１０３を介して、この磁気的エネルギをコンデン
サ１０４に供給する。上記モノマルチ４７から出力され
るパルス幅（Ｈレベルの一定時間）Ｔは、このＤＣ−Ｄ
Ｃコンバータ５１が、起動時から定常駆動の電圧出力状
態になる時間に設定されている。

【００４４】また、ＤＣ−ＤＣコンバータ５１の出力は
２分割され、一方は電力増幅器２４の電力入力端子に、
他方は電力増幅器２６の電力入力端子にそれぞれ接続さ
れている。なお、差動増幅器３７の出力は、電圧制御発
振器２２の周波数制御端子に接続されている。

【００４５】以上のように構成された超音波モータの駆
動回路について、以下にその動作を説明する。起動停止
スイッチ４６の起動停止信号がＬレベル（停止命令）か
らＨレベル（駆動命令）になった瞬間、すなわち超音波
モータの起動時に、モノマルチ４７は起動停止信号のＬ
レベルからＨレベルへの立ち上がりエッジでトリガが掛
かり、一定時間ＴのＨレベルのパルス信号を出力する。
ここで、ＡＮＤ回路４８の入力端子４８ＡにはＨレベル
の信号が印加されているが、入力端子４８Ｂには、モノ
マルチ４７の出力であるＨレベルの信号をインバータ回
路４９により反転したＬレベルの信号が印加されるた
め、ＡＮＤ回路４８の出力はＬレベルとなり、その結果
ＡＮＤ回路３９の出力は禁止される。

【００４６】またマルチプレクサ４３の信号選択端子に
モノマルチ４７のＨレベルの信号が印加されると、入力
端子４３Ａと出力端子が短絡状態となり、入力端子４３
Ｂと出力端子が開放状態となる。この結果、パルス幅変
調器５０のパルス幅制御端子には電源電圧Ｖｃｃ４１を
抵抗４０と抵抗４２で分圧した設定電圧ＶA が印加され
る。ここで、ＡＮＤ素子３９の出力は前述したように禁
止状態にあるため、電力増幅器２４と電力増幅器２６の
入力端子には、電圧制御発振器２２の駆動信号が供給さ
れておらず、電力増幅器２４と電力増幅器２６は動作状
態でないために、ＤＣ−ＤＣコンバータ５１の出力端子
は開放状態である。この結果、ＤＣ−ＤＣコンバータ５
１の出力端に接続されている平滑用のコンデンサ１０４
は、負荷（放電系、すなわち電力増幅器＋超音波モー
タ）が接続されている場合に比較して急速に充電され定
常駆動状態の出力電圧値に達する。

【００４７】そして、一定時間Ｔが経過すると、モノマ
ルチ４７の出力電圧はＨレベルからＬレベルへと移行す
る。このとき、ＡＮＤ回路４８Ａの入力端子４８ＡはＨ
レベルであり、また入力端子４８Ｂはモノマルチ４７の
Ｌレベル出力をインバータ回路４９で反転したものが印
加されるためＨレベルとなり、結果としてＡＮＤ回路４
８の出力はＨレベルとなる。この結果、ＡＮＤ回路３９
の出力が許可される。

【００４８】またマルチプレクサ４３の信号選択端子に
はＬレベルの電圧信号が印加され、このとき入力端子４
３Ｂと出力端子が短絡状態となり、入力端子４３Ａと出
力端子は開放状態となる。この結果、パルス幅変調器５
０の制御端子には、電源電圧Ｖｃｃ４１を抵抗４４と抵
抗４５で分圧した設定電圧ＶB が印加される。この設定
電圧ＶB は設定電圧ＶA より低いため、パルス幅変調器
５０は、図２のように設定電圧ＶA のときと比較してＯ
Ｎ時間の短いパルスを出力する。パルス幅変調器５０の
出力パルスが短くなると、ＤＣ−ＤＣコンバータ５１の
昇圧比は図３に示すように低下し、出力電圧は低下し、
定常駆動状態となる。

【００４９】また電圧制御発振器２２は、差動増幅器３
７より供給される電圧信号に応じて、超音波モータを駆
動する駆動周波数信号を出力する。ＡＮＤ回路３９の出
力は前述したように出力を許可されているため、電圧制
御発振器２２の出力がＡＮＤ回路３９の出力端子から出
力される。ＡＮＤ回路３９の出力は２分割され、一方は
移相器２３により９０゜（あるいは−９０゜）移相され
電力増幅回路２４に供給され、ＤＣ−ＤＣコンバータ５
１より電力入力端子に供給される電力により超音波モー
タを駆動するのに必要な電力を有する電圧信号に増幅さ
れる。他方は、直接電力増幅回路２６に供給され、ＤＣ
−ＤＣコンバータ５１より電力入力端子に供給される電
力により超音波モータを駆動するのに必要な電力を有す
る電圧信号に増幅される。ここで、ＤＣ−ＤＣコンバー
タ５１は、上述したように定常駆動状態となっており、
安定に電力を電力増幅器２４と電力増幅器２６へ供給す
ることが可能である。

【００５０】電力増幅器２４から出力された駆動電圧
は、コイル２７を通って波形整形された後、圧電体２上
に設けられた駆動電極２８に印加されるとともに、この
駆動電極２８下の圧電体２の静電容量と等価な静電容量
を有するコンデンサ２９に印加される。

【００５１】同様に電力増幅器２６から出力された駆動
電圧は、コイル３０を通って波形整形された後、圧電体
２上に設けられた他方の駆動電極３１に印加されるとと
もに、この駆動電極３１下の静電容量と等価な静電容量
を有するコンデンサ３２に印加される。

【００５２】このとき、振動体３上には周方向に進行す
る曲げ振動が励振され、摩擦材５と振動体３の突起体１
Ａの間に作用する摩擦力により、移動体６が曲げ振動の
進行波の進行方向と逆向きに駆動される。

【００５３】また、圧電体２の２組の駆動電極には印加
された電圧の絶対値、および周波数に応じた総電流
（ｉ）１９（図12参照）が流れ、抵抗３３によりこの総
電流（ｉ）１９は電圧信号に変換され、減算器３４の一
方の入力端子に入力される。

【００５４】また、コンデンサ２９とコンデンサ３２に
も印加電圧の絶対値、及びその周波数に応じた圧電体２
上の２組の駆動電極を流れる電気腕電流（ｉe ）２０
（図12参照）と等価な電流が流れ、それぞれを加え合わ
せたものが抵抗３５により電圧信号に変換され、減算器
３４の他方の入力端子に供給される。

【００５５】減算器３４の出力は、圧電体２を流れる総
電流（ｉ）１９より得られる電圧値から、圧電体２を流
れる電気腕電流（ｉe ）２０と等価な電流より得られる
電圧値を差し引いたもので、これは圧電体２を流れる総
機械腕電流に比例した電圧値であり、これは超音波モー
タの回転速度に比例した信号である。

【００５６】整流器３６の出力は差動増幅器３７の入力
端子に印加され、速度設定器３８の目標回転速度と比較
演算処理されたのち、差動増幅器３７の出力（電圧信
号）は電圧制御発振器２２に出力され駆動周波数が調整
される。

【００５７】定常駆動状態に入るとこれらの動作を繰り
返すことにより、安定に超音波モータを駆動することが
可能である。そして、起動停止スイッチ４６の起動停止
信号がＨレベル（駆動命令）からＬレベル（停止命令）
になると、ＡＮＤ回路４８の出力はＬレベルとなり、そ
の結果ＡＮＤ回路３９の出力は禁止され、すなわち駆動
信号の出力が停止され、超音波モータは停止する。

【００５８】以上述べたように、超音波モータの起動時
に放電系を切り放すことにより、瞬時にＤＣ−ＤＣコン
バータ５１を立ち上げて定常駆動状態とすることで、安
定に電力を超音波モータに供給することが可能であり、
この結果超音波モータの応答性を改善することができ
る。

【００５９】なお上記実施の形態では、電子回路により
本発明の駆動方法を実現しているが同様のアルゴリズム
をマイクロコンピュータ上のソフトウェアにより実現す
る場合にも有効であることはもちろんであるとともに、
ＤＣ−ＤＣコンバータ５１としてフライバックタイプ、
その他外部より昇圧比を調整できるものを用いる場合に
も有効であることはもちろんである。（第２の実施の形態）図５は本発明の第２の実施の形態
を示す超音波モータの駆動回路のブロック図である。図
13の従来例、および図１の第１の実施の形態の構成と同
一の構成には同じ符号を付して説明を省略する。

【００６０】従来の差動増幅器３７に代えて、マイクロ
コンピュータからなるコントローラ５２を設け、さらに
超音波モータの駆動領域における駆動周波数とコイル３
０と駆動電極３１下の静電容量とコンデンサ３２よりな
るＬ−Ｃ直列共振回路、あるいはコイル２７と駆動電極
２８下の静電容量とコンデンサ２９よりなるＬ−Ｃ直列
共振回路のアドミタンスのデータテーブルを格納してい
る記憶素子（ＲＯＭなど）５３が設けられている。

【００６１】コントローラ５２の機能ブロック図を図６
に示す。コントローラ５２のアナログ入力端子５２Ａに
は整流器３６の出力が接続され、アナログ出力端子５２
Ｂには電圧制御発振器２２の周波数制御端子が接続さ
れ、アナログ入力端子５２Ｃには速度設定器３８が接続
され、ディジタル入出力ポート５２Ｄには記憶素子５３
が接続され、アナログ出力端子５２Ｅにはパルス幅変調
器４７のパルス幅制御端子が接続されている。

【００６２】起動信号により動作するリレイＳＴ７１
と、起動信号によりトリガされて一定時間Ｔのパルス幅
のパルスを出力するモノマルチ７２と、このモノマルチ
７２のパルス信号により動作するリレイＰＬ７３と、リ
レイＰＬ７３の動作信号を実行条件として図中に示すよ
うに、振動体３の停止時の共振周波数より十分高い周波
数から定常状態の駆動周波数に掃引する超音波モータの
駆動周波数指令を出力する掃引回路７４が設けられてい
る。上記一定時間Ｔは、超音波モータが回転を開始し、
定常状態に到るまでの通常の時間に設定されている。

【００６３】また速度設定器３８において設定された目
標回転速度（設定値）と整流器３６の出力、すなわち現
在の超音波モータの回転速度は減算器７５において、そ
の速度偏差が演算され、この速度偏差に応じてＰＩＤ演
算器７６により、超音波モータの回転速度が目標回転速
度となるように超音波モータの駆動周波数（目標駆動周
波数）が設定されて出力される。また超音波モータを停
止状態とする駆動周波数に設定された第１設定器７７
と、入力した目標駆動周波数に応じて電圧を発生して電
圧制御発振器２２へ出力する電圧発生器７８が設けられ
ている。この電圧発生器７８へ入力される目標駆動周波
数として、リレイＳＴ７１がオフ、すなわち停止指令が
入力されているときは第１設定器７７の周波数指令が入
力され、リレイＰＬ７３が動作中、すなわち起動後一定
時間Ｔの間、掃引回路７４の駆動周波数指令が入力さ
れ、超音波モータが振動体３の停止時の共振周波数より
十分高い周波数から駆動周波数を掃引して、安定に超音
波モータを起動し、定常駆動状態に入りリレイＰＬがオ
フとなり、すなわち一定時間Ｔが経過すると、超音波モ
ータよりフィードバックされる回転速度の誤差信号を基
にしたＰＩＤ演算器７６の駆動周波数指令が入力され
る。

【００６４】また目標のＬ−Ｃ直列共振回路のアドミタ
ンスを設定する第２設定器７９が設けられている。また
電圧発生器７８へ入力される目標駆動周波数は記憶素子
５３へ出力され、この駆動周波数を基にＬ−Ｃ直列共振
回路のアドミタンスデータが検索され、この検索された
アドミタンスデータがコントローラ５２へ入力され、上
記第２設定器７９の目標のＬ−Ｃ直列共振回路のアドミ
タンスと減算器８０においてその偏差が演算され、この
アドミタンス偏差に応じてＰＩＤ演算器８１により、Ｌ
−Ｃ直列共振回路のアドミタンスが目標アドミタンスと
なるようにパルス幅変調器５０の出力パルス幅が設定さ
れて出力される。

【００６５】またパルス幅が０に設定された第３設定器
８２と、出力パルス幅がパルス幅変調器５０から出力さ
れるように出力電圧を発生してパルス幅変調器５０へ出
力する電圧発生器８３が設けられている。この電圧発生
器８３へ入力される出力パルス幅として、リレイＳＴ７
１がオフ、すなわち停止指令が入力されているときは第
３設定器８２の設定パルス幅が入力され、リレイＳＴ７
１がオン、すなわち起動されると、アドミタンス偏差を
基にしたＰＩＤ演算器８１の出力パルス幅が入力され
る。

【００６６】以上のように構成された超音波モータの駆
動回路について、以下にその動作を説明する。超音波モ
ータの起動時には、電圧制御発振器２２はコントローラ
５２のアナログ出力端子５２Ｂよりの掃引回路７４の駆
動周波数指令に基づき、振動体３の停止時の共振周波数
より高い周波数から駆動周波数を掃引するように超音波
モータの駆動交流信号を出力する。その後、前記交流信
号は２分割され、一方は移相器２３を通り９０゜（ある
いは−９０゜）移相された後、ＤＣ−ＤＣコンバータ５
１より供給される電力により電力増幅器２４によって、
超音波モータを駆動するのに必要な電力を有する電圧信
号に増幅される。

【００６７】また他方は直接、電力増幅器２６に送ら
れ、ＤＣ−ＤＣコンバータ５１より供給される電力によ
り超音波モータを駆動するのに必要な電力を有する電圧
信号に増幅される。

【００６８】電力増幅器２４から発せられた駆動電圧
は、コイル２７を通って高調波成分を取り除かれ波形整
形されるとともに、コイル２７と圧電体２の駆動電極２
８下の静電容量とコンデンサ２９よりなるＬ−Ｃ直列共
振回路により再度昇圧され、圧電体２上に設けられた駆
動電極２８に印加されるとともに、この駆動電極２８下
の圧電体２の静電容量と等価な静電容量を有するコンデ
ンサ２９に印加される。

【００６９】同様に、電力増幅器２６から発せられた駆
動電圧は、コイル３０を通って高調波成分を取り除かれ
波形整形された後、圧電体２の駆動電極３１下の静電容
量とコンデンサ３２よりなるＬ−Ｃ直列共振回路により
再度昇圧され圧電体２上に設けられた他方の駆動電極３
１に印加されるとともに、この駆動電極３１下の静電容
量と等価な静電容量を有するコンデンサ３２に印加され
る。

【００７０】このとき、振動体３上には周方向に進行す
る曲げ振動が励振され、摩擦材５と振動体３の突起体１
Ａの間に作用する摩擦力により、移動体６が曲げ振動の
進行波の進行方向と逆向きに駆動される。

【００７１】また、圧電体２の２組の駆動電極には印加
された電圧の絶対値、及び周波数に応じた総電流（ｉ）
１９（図12参照）が流れ、抵抗３３によりこの総電流
（ｉ）１９は電圧信号に比例変換され、減算器３４の一
方の入力端子に入力される。

【００７２】また、コンデンサ２９とコンデンサ３２に
も印加電圧の絶対値、及びその周波数に応じた圧電体２
上の２組の駆動電極を流れる電気腕電流（ｉe ）２０
（図12参照）と等価な電流が流れ、それぞれを加え合わ
せたものが抵抗３５により電圧信号に変換され、減算器
３４の他方の入力端子に供給される。

【００７３】減算器３４の出力は、圧電体２を流れる総
電流（ｉ）１９より得られる電圧値から、圧電体２を流
れる電気腕電流（ｉe ）２０と等価な電流より得られる
電圧値を差し引いたもので、これは圧電体２を流れる総
機械腕電流に比例した電圧値であり、これは超音波モー
タの回転速度に比例した信号である。

【００７４】減算器３４の出力は、整流器３６により整
流され、その絶対値に比例した直流電圧信号に変換さ
れ、コントローラ５２のアナログ入力端子５２Ａに供給
される。

【００７５】コントローラ３７は、定常状態に移行する
と、アナログ入力端子５２Ａより取り込んだ電圧信号
（超音波モータの回転速度）とアナログ入力端子５２Ｃ
より取り込まれる速度設定器３８の電圧信号（目標回転
速度）を減算器７５とＰＩＤ演算器７６により比較演算
処理し、電圧発生器７８よりアナログ入力端子５２Ｂを
介して電圧制御発振器２２への電圧信号を出力し、回転
速度と目標回転速度（設定値）の偏差が小さくなるよう
に駆動周波数を制御する。

【００７６】また、コントローラ５２は保持している現
時点での目標駆動周波数をもとに、Ｌ−Ｃ直列共振回路
のアドミタンスを、ディジタル入出力ポート５２Ｄを介
して記憶素子５３上のデータテーブルから検索し、目標
アドミタンスと減算器８０とＰＩＤ演算器８１により比
較演算処理し、電圧発生器８３よりアナログ入力端子５
２Ｅを介してパルス幅変調器５０に電圧信号を出力す
る。

【００７７】ここで、コントローラ５２のアナログ出力
端子５２Ｅより出力される電圧値は、目標アドミタンス
より記憶素子５３上を検索して得られたアドミタンスデ
ータが大きい場合にはＤＣ−ＤＣコンバータ５１の出力
電圧が小さくなるように、また記憶素子５３上を検索し
て得られたデータが目標アドミタンスより小さい場合に
はＤＣ−ＤＣコンバータ５１の出力電圧が大きくなるよ
うな電圧値である。

【００７８】パルス幅変調器５０は、図２に示すように
パルス幅制御端子に印加される電圧値により出力パルス
のＯＮ時間（パルス幅）を調整し、ＤＣ−ＤＣコンバー
タ５１のスイッチング素子に印加する。ＤＣ−ＤＣコン
バータ５１は、図３に示すように、スイッチング素子に
印加されるパルスのＯＮ時間に応じて昇圧比が変化す
る。ＤＣ−ＤＣコンバータの出力は、２分割され電力増
幅器２４と電力増幅器２６の電力入力端子に供給され、
駆動信号の電力増幅を行う。また、Ｌ−Ｃ直列共振回路
は駆動周波数に応じたアドミタンスとなっているため、
これに応じた電流が流れ込み再度昇圧され超音波モータ
を駆動する。

【００７９】以上述べたように、Ｌ−Ｃ直列共振回路の
アドミタンスデータと駆動周波数データを記憶素子５３
上に格納し、駆動時に駆動周波数をもとに対応するアド
ミタンスデータを検索し、これをもとにＤＣ−ＤＣコン
バータ５１の昇圧比を調整することにより駆動電圧の絶
対値を全駆動領域に於いて一定にすることができ、この
結果駆動周波数に対する超音波モータの回転数の単調
性、回転数信号の単調性を確保することができる。

【００８０】なお、上記実施の形態では、１つの環境条
件下に於けるアドミタンスのデータを記憶素子５３上に
保持し、これにより駆動電圧の絶対値を一定にしている
が、たとえば温度センサにより環境温度データを取得
し、これをもとにアドミタンスデータを補正し、駆動電
圧が一定になるようにＤＣ−ＤＣコンバータ５１の昇圧
比を調整する場合にも有効であることはもちろんであ
る。（第３の実施の形態）図７は本発明の第３の実施の形態
を示す超音波モータの駆動回路のブロック図である。図
13の従来例、および図１の第１の実施の構成と同一の構
成には同じ符号を付して説明を省略する。

【００８１】本実施の形態では、圧電体２の駆動電極３
１に入力端子が接続され、圧電体２の駆動電圧の絶対値
を検出する駆動電圧検出器（たとえば駆動系に影響を与
えないほど入力インピーダンスの大きいピークホールド
回路）５４が設けられ、電源電圧Ｖｃｃ４１を分圧して
設定電圧ＶS を得る抵抗５６と抵抗５７が設けられ、さ
らに一方の入力端子に駆動電圧検出器５４の出力が接続
され、他方の入力端子に設定電圧ＶS が入力され、出力
がパルス幅変調器５０のパルス幅入力端子に接続された
差動増幅器５５が設けられている。駆動電圧検出器５４
は駆動電圧の絶対値に比例した直流電圧信号を差動増幅
器５５に供給する。上記設定電圧ＶS は駆動電圧の絶対
値の基準となる値であり、差動増幅器５５は２つの入力
端子に印加される電圧信号を比較演算処理し、パルス幅
変調器５０のパルス幅を調整する電圧信号を出力する。

【００８２】上記構成により、駆動電圧検出器５４によ
り駆動電圧の絶対値が検出され、駆動電圧の絶対値に比
例した直流電圧信号が差動増幅器５５に供給され、差動
増幅器５５は、２つの入力端子に印加される電圧信号を
比較演算処理し、駆動電圧検出器５４の出力電圧が抵抗
５６と抵抗５７で電源電圧Ｖｃｃ５４を分圧した設定電
圧ＶS より小さい場合には、パルス幅変調器５０の出力
パルスが大きくなるように、また駆動電圧検出器５４の
出力電圧が設定電圧ＶS より大きい場合には、パルス幅
変調器５０の出力パルスが小さくなるような電圧信号を
出力する。

【００８３】また、パルス幅変調器５０の出力は、ＤＣ
−ＤＣコンバータ５１のスイッチング素子に印加され、
図３に示すようにパルスのＯＮ時間に応じて昇圧比が変
化し、ＤＣ−ＤＣコンバータ５１の出力は、２分割され
電力増幅器２４と電力増幅器２６の電力入力端子に供給
され、駆動信号の電力増幅を行う。また、Ｌ−Ｃ直列共
振回路は駆動周波数に応じたアドミタンスとなっている
ため、これに応じた電流が流れ込み再度昇圧され超音波
モータを駆動する。

【００８４】以上のように、駆動時の駆動電圧の絶対値
データを取得し、これをもとにＤＣ−ＤＣコンバータ５
１の昇圧比を調整することにより、駆動電圧の絶対値を
全駆動領域において一定に保つことができ、この結果駆
動周波数に対する回転数、回転速度信号の単調性を確保
することができる。

【００８５】なお、上記実施の形態では、駆動電圧検出
器５４に直接駆動電圧が印加されように説明している
が、低電源電圧回路で処理できるように、駆動電圧検出
器５４に駆動電圧を取り込む前に抵抗分割により、電圧
を比例変換し絶対値を小さくする場合にも有効であるこ
とはもちろんである。（第４の実施の形態）図８は本発明の第４の実施の形態
を示す超音波モータの駆動回路のブロック図である。図
13の従来例、および図１の第１の実施の形態の構成と同
一の構成には同じ符号を付して説明を省略する。

【００８６】本実施の形態では、第３の実施の形態で示
した駆動電圧検出器５４、電源電圧Ｖｃｃ４１、抵抗５
６、抵抗５７、差動増幅器５５、パルス幅変調器５０、
およびＤＣ−ＤＣコンバータ５１からなる回路構成と同
様な回路構成を、圧電体２の駆動電極２８に接続したも
のであり、新たに駆動電圧検出器５８、抵抗６０、抵抗
６１、差動増幅器５９、パルス幅変調器６２、およびＤ
Ｃ−ＤＣコンバータ６３を設けている。なお、電源電圧
Ｖｃｃ４１を抵抗６０と抵抗６０により分圧して得られ
る設定電圧は、電源電圧Ｖｃｃ４１を抵抗５６と抵抗５
７により分圧して得られる設定電圧ＶS と同電圧として
いる。

【００８７】上記新たな構成により、駆動電圧検出器５
８により圧電体２の駆動電極２８の駆動電圧の絶対値が
検出され、駆動電圧検出器５８は駆動電圧の絶対値に比
例した直流電圧信号が差動増幅器５９に供給され、差動
増幅器５９は、この直流電圧と設定電圧ＶS を比較演算
処理し、駆動電圧検出器５８の出力電圧が抵抗６０と抵
抗６１で電源電圧Ｖｃｃ４１を分圧した設定電圧ＶS よ
り小さい場合には、パルス幅変調器６２の出力パルスが
大きくなるように、また駆動電圧検出器５８の出力電圧
が設定電圧ＶS より大きい場合には、パルス幅変調器６
２の出力パルスが小さくなるような電圧信号を出力す
る。

【００８８】また、パルス幅変調器６２の出力は、ＤＣ
−ＤＣコンバータ６３のスイッチング素子に印加され、
図３に示すようにパルスのＯＮ時間に応じて昇圧比が変
化し、ＤＣ−ＤＣコンバータ６３の出力電圧は電力増幅
器２４の電力入力端子に供給され、駆動信号の電力増幅
を行う。また、Ｌ−Ｃ直列共振回路は駆動周波数に応じ
たアドミタンスとなっているため、これに応じた電流が
流れ込み再度昇圧され超音波モータを駆動する。

【００８９】以上のように、駆動時の各駆動電圧の絶対
値データを取得し、これをもとに各ＤＣ−ＤＣコンバー
タ５１，６３の昇圧比を調整することにより、各駆動電
圧の絶対値を全駆動領域において一定に保つことがで
き、この結果駆動周波数に対する回転数、回転速度信号
の単調性を確保することが可能であるとともに、進行波
の絶対値が時間とともに変化することを防止することが
でき、この結果静粛に不要振動無く安定に超音波モータ
を駆動することができる。

【００９０】なお、上記実施の形態では、駆動電圧検出
器５４，５８に直接駆動電圧が印加されように説明して
いるが、低電源電圧回路で処理できるように、駆動電圧
検出器５４，５８に駆動電圧を取り込む前に抵抗分割に
より、電圧を比例変換し絶対値を小さくする場合にも有
効であることはもちろんである。

【００９１】

【発明の効果】以上説明したように第１発明によれば、
超音波モータの起動時に昇圧器を先行して立ち上げるこ
とにより、安定に電力を超音波モータに供給することが
でき、これにより回路系の遅れを解消することができ、
回路系を含めた超音波モータの応答性を改善できるとと
もに安定に駆動することできる。

【００９２】また第２発明によれば、駆動領域のＬ−Ｃ
直列共振回路のアドミタンスデータを保持し、駆動状態
におけるアドミタンスデータを検索し、このデータを基
に昇圧器の昇圧比を調整することにより、駆動領域にお
ける駆動電圧の絶対値を一定にすることができ、この結
果駆動周波数に対する回転数、回転速度信号の単調性を
維持でき、また駆動電圧の絶対値による回転速度信号と
回転数の関係の変化を抑制することができる。

【００９３】さらに第３発明によれば、駆動電圧検出器
により駆動電圧の絶対値を検出し、このデータをもとに
昇圧器の昇圧比を調整することにより駆動領域における
駆動電圧の絶対値を一定にすることができ、この結果駆
動周波数に対する回転数、回転速度信号の単調性を維持
でき、また駆動電圧の絶対値による回転速度信号と回転
数の関係の変化を抑制することができる。

【００９４】また第４発明によれば、各駆動電圧の絶対
値を検出し、各電力増幅器に接続されている各昇圧器の
昇圧比をこの絶対値に基づき独立に調整することによ
り、各駆動電圧の絶対値を一致させることができ、この
結果進行波の絶対値を常時一定に保つことができるた
め、可聴雑音、不要振動などの発生を防ぐことができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態を示す超音波モータ
の駆動回路のブロック図である。

【図２】同超音波モータの駆動回路のパルス幅変調器の
パルス幅制御端子への印加電圧と出力パルスのＯＮ時間
の特性図である。

【図３】同超音波モータの駆動回路のＤＣ−ＤＣコンバ
ータのスイッチング素子に印加するパルスのＯＮ時間と
出力電圧の特性図である。

【図４】同超音波モータの駆動回路の昇圧型ＤＣ−ＤＣ
コンバータの構成図である。

【図５】本発明の第２の実施の形態を示す超音波モータ
の駆動回路のブロック図である。

【図６】同超音波モータの駆動回路のコントローラの機
能ブロック図である。

【図７】本発明の第３の実施の形態を示す超音波モータ
の駆動回路のブロック図である。

【図８】本発明の第４の実施の形態を示す超音波モータ
の駆動回路のブロック図である。

【図９】進行波型ディスク状超音波モータの構造を示す
縦断面図である。

【図10】超音波モータの圧電体の電極構造を示す平面図
である。

【図11】超音波モータの動作原理図である。

【図12】超音波モータの振動体の等価回路図である。

【図13】従来の超音波モータの駆動回路のブロック図で
ある。

【図14】従来の超音波モータの駆動電圧の絶対値が変化
する場合の超音波モータの駆動周波数と回転数の特性図
である。

【符号の説明】

１弾性基板２圧電体３振動体４弾性体５摩擦材６振動体７出力伝達軸８弾性部材９支持部材１０軸受け１１加圧手段１２加圧力調整手段２２電圧制御発振器２３移相器２４，２６電力増幅器２７，３０コイル２８，３１駆動電極２９，３２コンデンサ３３，３５，４０，４２，４４，４５，５６，５７，６
０，６１抵抗３４減算器３６整流器３７，５５，５９差動増幅器３８速度設定器３９，４８ＡＮＤ回路４１電源電圧４３マルチプレクサ４６起動停止信号４７モノマルチ４９インバータ回路５０，６２パルス幅変調器５１，６３ＤＣ−ＤＣコンバータ５２コントローラ５３記憶素子５４，５８駆動電圧検出器

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】駆動信号発生器により超音波モータの駆
動信号を発生し、電力増幅器により昇圧器より供給され
る昇圧比に応じた電源電圧を用いて前記駆動信号を電力
増幅し、圧電体へ供給して圧電体を駆動し、前記圧電体
と弾性体とから構成される振動体に弾性進行波を励振す
ることにより、前記振動体上に接触して設置された移動
体を移動させる超音波モータにおいて、超音波モータの起動時に予め前記昇圧器を起動し、定常
駆動状態に移行させ、その後前記電力増幅器に前記駆動
信号発生器により発生された駆動信号を供給することを
特徴とする超音波モータの駆動方法。
【請求項２】超音波モータの起動時に予め前記昇圧器
の昇圧比を定常駆動状態の昇圧比より大きくなるように
調整することを特徴とする請求項１記載の超音波モータ
の駆動方法。
【請求項３】圧電体を交流電圧で駆動し、前記圧電体
と弾性体とから構成される振動体に弾性進行波を励振す
ることにより、前記振動体上に接触して設置された移動
体を移動させる超音波モータの駆動回路であって、前記圧電体の駆動信号を発生する駆動信号発生器と、可変可能なパルス幅のパルス信号を出力するパルス幅変
調器と、前記パルス幅変調器から供給されるパルス信号に応じて
昇圧比を可変し、電源電圧を昇圧する昇圧器と、前記昇圧器の出力電圧に応じて前記駆動信号発生器より
出力される駆動信号を電力増幅し、前記圧電体へ供給す
る電力増幅器と、超音波モータの起動時に定常状態におけるパルス幅より
長いパルス幅を有するパルス信号を出力するよう前記パ
ルス幅変調器を調整し、前記昇圧器が立ち上がり定常状
態になった後に、定常状態におけるパルス幅を有するパ
ルス信号を出力するよう前記パルス幅変調器を調整し、
前記駆動信号発生器の駆動信号を前記電力増幅器へ出力
させる制御手段を備えたことを特徴とする超音波モータ
の駆動回路。
【請求項４】駆動信号発生器により超音波モータの駆
動信号を発生し、昇圧器より供給される昇圧比に応じた
電源電圧を用いて前記駆動信号を電力増幅し、Ｌ−Ｃ直
列共振回路でさらに昇圧して圧電体へ供給して圧電体を
駆動し、前記圧電体と弾性体とから構成される振動体に
弾性進行波を励振することにより、前記振動体上に接触
して設置された移動体を移動させる超音波モータにおい
て、駆動領域における前記Ｌ−Ｃ直列共振回路のアドミタン
スと前記駆動信号の駆動周波数のデータを記憶素子に格
納し、駆動制御時に、駆動周波数を基に駆動状態のアド
ミタンスのデータを前記記憶素子より検索し、このアド
ミタンスのデータに基づいて前記昇圧器の昇圧比を調整
することを特徴とする超音波モータの駆動方法。
【請求項５】駆動信号発生器により超音波モータの駆
動信号を発生し、昇圧器より供給される昇圧比に応じた
電源電圧を用いて前記駆動信号を電力増幅し、圧電体へ
供給して圧電体を駆動し、前記圧電体と弾性体とから構
成される振動体に弾性進行波を励振することにより、前
記振動体上に接触して設置された移動体を移動させる超
音波モータにおいて、少なくとも一相の圧電体の駆動電圧の絶対値データを取
り込み、この絶対値データに基づいて前記昇圧器の昇圧
比を調整することを特徴とする超音波モータの駆動方
法。
【請求項６】駆動領域における駆動電圧を一定にする
よう昇圧器の昇圧比を調整することを特徴とする請求項
４または請求項５記載の超音波モータの駆動方法。
【請求項７】圧電体を交流電圧で駆動し、前記圧電体
と弾性体とから構成される振動体に弾性進行波を励振す
ることにより、前記振動体上に接触して設置された移動
体を移動させる超音波モータの駆動回路であって、前記圧電体の駆動信号を発生する駆動信号発生器と、可変可能な昇圧比に応じて電源電圧を昇圧する昇圧器
と、前記昇圧器の出力電圧に応じて前記駆動信号発生器より
出力される駆動信号を電力増幅し出力する電力増幅器
と、前記電力増幅器より出力された駆動信号をさらに昇圧し
て前記圧電体へ供給するＬ−Ｃ直列共振回路と、駆動領域における前記Ｌ−Ｃ直列共振回路のアドミタン
スと前記駆動信号の駆動周波数のデータを記憶した記憶
素子と、現在の駆動周波数を基に前記記憶素子を検索して得られ
たアドミタンスデータにより前記圧電体の駆動電圧が一
定となるように前記昇圧器の昇圧比を調整する制御手段
とを備えたことを特徴とする超音波モータの駆動回路。
【請求項８】Ｌ−Ｃ直列共振回路は、圧電体の駆動電
極下の静電容量を含むことを特徴とする請求項７記載の
超音波モータの駆動回路。
【請求項９】圧電体を交流電圧で駆動し、前記圧電体
と弾性体とから構成される振動体に弾性進行波を励振す
ることにより、前記振動体上に接触して設置された移動
体を移動させる超音波モータの駆動回路であって、前記圧電体の駆動信号を発生する駆動信号発生器と、可変可能な昇圧比に応じて電源電圧を昇圧する昇圧器
と、前記昇圧器の出力電圧に応じて前記駆動信号発生器より
出力される駆動信号を電力増幅し、前記圧電体へ供給す
る電力増幅器と、前記圧電体の駆動電圧の少なくとも１相の駆動電圧の絶
対値を検出する駆動電圧検出器と、前記駆動電圧検出器の出力データに基づき昇圧器の昇圧
比を調整する制御手段とを備えたことを特徴とする超音
波モータの駆動回路。
【請求項10】駆動信号発生器により超音波モータの駆
動信号を発生し、複数の昇圧器より供給される昇圧比に
応じた各電源電圧を用いて前記駆動信号をそれぞれ電力
増幅し、圧電体へ供給して圧電体を駆動し、前記圧電体
と弾性体とから構成される振動体に弾性進行波を励振す
ることにより、前記振動体上に接触して設置された移動
体を移動させる超音波モータにおいて、前記圧電体の各駆動電圧の絶対値をそれぞれ検出し、検
出された駆動電圧の絶対値に基づき、全ての駆動電圧の
絶対値が等しくなるように各昇圧器の昇圧比を調整する
ことを特徴とする超音波モータの駆動方法。
【請求項11】圧電体を交流電圧で駆動し、前記圧電体
と弾性体とから構成される振動体に弾性進行波を励振す
ることにより、前記振動体上に接触して設置された移動
体を移動させる超音波モータの駆動回路であって、前記圧電体の駆動信号を発生する駆動信号発生器と、可変可能な昇圧比に応じて電源電圧を昇圧する複数の昇
圧器と、前記昇圧器の各出力電圧に応じて前記駆動信号発生器よ
り出力される駆動信号を電力増幅し、前記圧電体へ供給
する複数の電力増幅器と、前記圧電体の各駆動電圧の絶対値をそれぞれ検出する複
数の駆動電圧検出器と、前記駆動電圧検出器の各出力データに基づき各駆動電圧
の絶対値が等しくなるよう各昇圧器の昇圧比を調整する
制御手段とを備えたことを特徴とする超音波モータの駆
動回路。
【請求項12】昇圧器として、昇圧型のＤＣ−ＤＣコン
バータを用いることを特徴とする請求項３または請求項
７または請求項９または請求項11記載の超音波モータの
駆動回路。