JP2002359988A

JP2002359988A - 超音波モータ制御回路

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Publication number: JP2002359988A
Application number: JP2001163559A
Authority: JP
Inventors: Kiyoshi Hosono; 喜代司細野; Tadahisa Koga; 忠尚古賀; Hiroshi Miyazaki; 浩宮崎; Hirobumi Seki; 関　　博文; Kiyoshi Toma; 清當摩
Original assignee: Nidec Copal Corp
Current assignee: Nidec Precision Corp
Priority date: 2001-05-31
Filing date: 2001-05-31
Publication date: 2002-12-13
Anticipated expiration: 2021-05-31
Also published as: JP4781558B2

Abstract

(57)【要約】【課題】駆動信号の周波数を制御して超音波モータの
動作を安定化する。【解決手段】超音波モータ制御回路は、駆動信号によ
り超音波モータ１００を駆動する駆動部１１０−１４０
と、超音波モータ１００に流れる駆動電流を検出して電
流値データを出力する検出部１５０／１６０と、電流値
データに基づいて周波数データを出力し駆動信号の周波
数を制御する制御部１７０とからなる。制御部１７０
は、前に出力された既電流値データを記憶し、現在出力
された現電流値データと比較して、既電流値データと現
電流値データとの大小関係により、周波数データを求め
て、駆動周波数を駆動電流に追随させる。制御部１７０
は、現電流値データが所定の不感幅ｉ１〜ｉ２を越えて
既電流値データより高く変化したとき周波数データを上
方にシフトし、現電流値データが不感幅を越えて既電流
値データより低く変化したとき周波数データを下方にシ
フトする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、超音波モータに駆
動信号を印加してその動作を制御する超音波モータ制御
回路に関する。より詳しくは、ステータの励振を制御し
てロータを安定に回転させる為の制御技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】超音波モータ（ピエゾモータ）は、その
振動子の重心固定の対称励振モードである定在波型モー
タと進行波型モータの２種類と、さらに振動子である円
板又は円筒を例えば４分割し左右の振幅が逆になる非対
称モードにより励振することで重心が中心の周りを回転
移動し、円の外周がフラフープのように偏心する電歪公
転子型モータとが知られている。こうした超音波モータ
（以下ピエゾモータとも言う）は、ステータとなる圧電
素子に高周波の交流電圧を印加して、約２０ｋＨｚ以上
の超音波振動を発生させることにより、ステータに圧接
されたロータを回転駆動させている。この種のピエゾモ
ータは、構造が簡単で小型軽量化に適するとともに、低
速回転時でも高いトルクが得られる上、駆動音も少なく
静かであるという利点を有している。特に後者の電歪公
転子型モータは、特開平１０−２７２４２０号公報に示
されているように、円筒状公転子の径および周方向に加
えて軸方向のモードも結合させた３Ｄ公転トルク発生子
として利用できるという特長を有している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ピエゾモータはある周
波数を持つ駆動波形を印加することにより、ステータと
呼ばれる共振子が共振してロータと呼ばれる回転部分を
動かして駆動を行なう。駆動用の周波数を決定し、その
周波数を持つ駆動波形を与えることにより超音波モータ
が回転する。しかしながら、その周波数を固定しておく
と、周囲温度や自己発熱、負荷変動などにより安定駆動
に必要な周波数からずれてしまい、公転トルクの不安定
化や最悪の場合回転停止（脱調）が生じる恐れがあっ
た。

【０００４】この点につき、図１１を参照して具体的に
説明する。図１１は、超音波モータの動作特性を示すグ
ラフである。横軸は圧電振動子からなるステータに印加
する駆動信号の周波数ｆを表わし、縦軸はステータに流
れる駆動電流ｉを表わしている。図から明らかな様に、
駆動電流ｉはステータの共振周波数ｆｐで極大（ｉｍａ
ｘ）となる。駆動信号の周波数ｆがｆｐ付近にある時、
ステータに十分な駆動電流ｉが流れる。これに応じて、
公転にトルクが発生する。一般的に、電流ｉが大きい程
公転トルクが大きくなる。駆動信号の周波数ｆがｆｐか
ら外れ、電流ｉが減少すると公転トルクはほとんど発生
しない。

【０００５】従って、係る超音波モータを安定に回転さ
せる為には、例えば図１１に示したグラフ上の動作点Ｄ
（ｆ０，ｉ０）でステータを駆動することが好ましい。
ｆを制御することによりｉがほぼ一定レベルｉ０となる
様に、超音波モータを駆動する。一方、ステータのｆ／
ｉ特性は図示する様に諸々の原因によりシフトする性質
がある。圧電共振子は一般にＱ値が大きいので、動作点
として使用できる周波数範囲は狭く、周波数ｆの変化に
対する電流ｉの変化は大きい。この為、電流ｉを制御す
る為には、周波数ｆを精密に調整する必要がある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上述した従来の技術の課
題に鑑み、本発明は駆動信号の周波数を制御して超音波
モータの動作を安定化する為に改良された超音波モータ
制御回路を提供することを目的とする。係る目的を達成
するために以下の手段を講じた。即ち、所定の周波数の
駆動信号に応じて超音波モータを駆動する駆動部と、駆
動中の超音波モータに流れる駆動電流を検出して電流値
データを出力する検出部と、該電流値データに基づいて
周波数データを出力し該駆動信号の周波数を制御する制
御部とからなる超音波モータ制御回路において、前記制
御部は、前に出力された既電流値データを記憶し、現在
出力された現電流値データと比較して、既電流値データ
と現電流値データとの大小関係により、該周波数データ
を求めて、該駆動信号の周波数を該駆動電流に追随させ
ることを特徴とする。具体的には、前記制御部は、現電
流値データが所定の不感幅を越えて既電流値データより
高く変化したとき該周波数データを上方にシフトし、現
電流値データが不感幅を越えて既電流値データより低く
変化したとき該周波数データを下方にシフトする又、前
記制御部は、逐次出力される該周波数データを保管して
おき、超音波モータが脱調に落ち入った場合、現行の周
波数データを保管してあった周波数データに入れ替えて
該駆動部に出力し、該超音波モータを脱調から復帰させ
る。又、前記駆動部は、該制御部から出力された周波数
データに基づいて駆動信号の基本となる波形を生成する
ダイレクト・デジタル・シンセサイザを含む。

【０００７】本発明によれば、安定駆動周波数で駆動さ
れている超音波モータ（ピエゾモータ）に流れる電流を
モニタリングしておき、その電流値を記憶する。記憶さ
れた電流値と現在駆動している電流値をモニタリングし
て比較し、その大小関係により駆動周波数を追随制御
し、常に安定した駆動電流を流してピエゾモータの動作
安定化を図る。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下図面を参照して本発明の実施
の形態を詳細に説明する。図１は、本発明に係る超音波
モータ制御回路の実施形態を表わしており、（Ａ）は模
式的なブロック図であり、（Ｂ）は動作説明に供する特
性図である。（Ａ）に示す様に、本超音波モータ制御回
路は基本的に、駆動部１１０−１４０と、検出部１５０
／１６０と、制御部１７０とで構成されている。駆動部
１１０−１４０は、所定の周波数ｆの駆動信号に応じて
超音波モータ１００を駆動する。検出部１５０／１６０
は、駆動中の超音波モータ１００に流れる駆動電流ｉを
検出して電流値データを出力する。制御部１７０は、電
流値データに基づいて周波数データを出力し駆動信号の
周波数を制御する。

【０００９】特徴事項として、制御部１７０は、前に出
力された既電流値データを記憶し、現在出力された現電
流値データと比較して、既電流値データと現電流値デー
タとの大小関係により該周波数データを求めて、駆動周
波数ｆを駆動電流ｉに追随させる。好ましくは、制御部
１７０は、現電流値データが所定の不感幅を越えて既電
流値データより高く変化した時該周波数データを上方に
シフトする。逆に、現電流値データが不感幅を越えて既
電流値データより低く変化した時周波数データを下方に
シフトする。又好ましくは、制御部１７０は、逐次出力
される周波数データを保管しておく。超音波モータが脱
調に陥った場合、現行の周波数データを保管してあった
周波数データに入れ替えて駆動部１１０−１４０に出力
し、超音波モータ１００を脱調から復帰させる。尚、駆
動部１１０−１４０は、制御部１７０から出力された周
波数データに基づいて駆動信号の基本となる波形を生成
するダイレクト・デジタル・シンセサイザ（ＤＤＳ）を
含んでいる。

【００１０】（Ｂ）を参照して、（Ａ）に示した超音波
モータ制御回路の動作を説明する。（Ｂ）は、超音波モ
ータ１００の駆動周波数／駆動電流特性（ｆ／ｉ特性）
を示すグラフであり、理解を容易にする為図１１に示し
たグラフと対応する部分には対応する参照符号を付して
ある。（Ａ）に示した超音波モータ制御回路が正常に動
作している時、超音波モータ１００は中心周波数ｆ０、
目標電流ｉ０の付近で安定的に駆動されている。実際に
は、諸々の変動要因による揺らぎがあるので、超音波モ
ータはｉ１〜ｉ２で示される許容幅の間で安定に動作し
ている。これを不感幅とする。ところが、温度や負荷な
どの変動によって、このｆ／ｉ特性が実線から点線で示
す様にシフトする場合がある。このシフトが生ずると、
同等の周波数ｆを有する駆動信号を出力し続けても、駆
動電流値がｉ１〜ｉ２の安定範囲を越えて変化し不安定
領域に入ってしまったり、最悪の場合には脱調を生ずる
ことがある。そこで、本発明では、目標電流ｉ０を中心
にして所定の不感幅ｉ１〜ｉ２を設け、この不感幅を越
えて駆動電流ｉが増加する方向にずれたら、これに追随
させて周波数ｆを上げる。逆に、不感幅を越えて駆動電
流が減る方向に外れたら駆動周波数ｆを下げる。こうす
ることにより、常に駆動電流をｉ１〜ｉ２の間に保持す
ることが可能となり、安定して超音波モータ１００の駆
動を行なうことが可能になる。

【００１１】換言すると、ある駆動周波数ｆで動作して
いる時に、周囲の条件が変動し駆動電流がｉ１〜ｉ２の
範囲から外れると、この情報により駆動周波数ｆを追随
する様に制御する。しかし、駆動周波数ｆを変化させる
と脱調し易くなる。そこで、本実施形態では所定の不感
幅ｉ１〜ｉ２を設け、この不感幅の中で駆動電流の変動
が起こったとしても、駆動周波数を追随させることはし
ないでおく。例えば、目標電流値ｉ０が２００ｍＡ程度
の場合、不感幅は±１０ｍＡ程度に設定しておく。この
不感幅を越えて現電流値データが前に記憶された既電流
値データから外れた場合に、駆動周波数ｆを調整する。

【００１２】図２を参照して、図１に示した超音波モー
タ制御回路の動作を更に詳細に説明する。超音波モータ
制御回路をスタートさせた後、まずステップＳ１で規定
時間を過ぎたかどうか判定する。この規定時間は例えば
１秒に設定されている。ステップＳ１で規定時間が過ぎ
たと判断された場合には、ステップＳ２に進み所定のメ
モリに保管してあった周波数データを現行の周波数デー
タで更新する。即ち、本実施例では一定時間（例えば１
秒）毎に、保管周波数を更新しておき、突発的な不具合
があった場合に、随時最新の保管周波数を呼び出して利
用できる様にしている。ステップＳ１で規定時間が経過
していないと判断された場合、ステップＳ２をスキップ
してステップＳ３に進み、駆動電流を測定する。この駆
動電流測定は１秒より短い間隔で繰り返し頻繁に行なわ
れる。

【００１３】この後ステップＳ４に進み、現行周波数を
保管値に戻したかどうか、チェックする。脱調が生じな
い限り、現行周波数を保管値に戻すことはないので、通
常ステップＳ４の判定はＮＯとなり、ステップＳ５に進
む。ステップＳ５で脱調が生じたか否かを判定する。例
えば、測定された電流値が０に近くなった場合には超音
波モータが正常に回転しておらず、脱調と判断される。
通常の場合、脱調は生じないのでステップＳ５の判断は
ＮＯとなり、ステップＳ６に進む。

【００１４】ステップＳ６では、ステップＳ３で測定し
た現電流値データが所定の不感幅を越えて既電流値デー
タより低く変化したか否かを判定する。ここで、既電流
値データとは、前に出力された電流値データであって、
所定のメモリに記憶されたものを言う。通常、現電流値
データが不感幅を越えて既電流値データより低く変化す
ることはないので、ステップＳ６の判定はＮＯとなり、
ステップＳ７に進む。ステップＳ７では、現電流値デー
タが所定の不感幅を越えて既電流値データより高く変化
したか否かを判定する。通常、現電流値データは所定の
不感幅を越えて既電流値データより高くなることはない
ので、ステップＳ７の判定結果はＮＯとなり、ステップ
Ｓ８に進む。ステップＳ８では、ステップＳ３で測定し
た駆動電流値（現電流値データ）が不感帯に収まる為、
駆動周波数はそのまま維持する。

【００１５】一方ステップＳ６での判定結果がＹＥＳと
なった場合には、ステップＳ９に進み駆動周波数を下げ
る。即ち現電流値データが不感幅を越えて既電流値デー
タより低く変化した時は、この変化をキャンセルする様
に周波数データをステップＳ９で下方にシフトする。こ
れにより、駆動電流は目標値に向かって制御される。
又、ステップＳ７での判定結果がＹＥＳと出た場合に
は、ステップＳ１０に進み駆動周波数を上げる。即ち、
現電流値データが所定の不感幅を越えて既電流値データ
より高く変化した時、これをキャンセルする為に周波数
データを上方にシフトする。これにより、駆動電流は目
標値に向かって制御されることになる。

【００１６】何らかの原因によりステップＳ５で脱調が
検出された場合には、判断結果がＹＥＳとなって、ステ
ップＳ１０に分岐する。ステップＳ１０では脱調が連続
して検出されたか否かを判断する。ステップＳ５から初
めてステップＳ１０に分岐した場合には初めて脱調が検
出されたことになるので、判定はＮＯとなりステップＳ
１０に分岐し、駆動周波数を上げてみる。即ち、脱調が
検出された場合には、通常周波数を上げてみることが効
果的であるので、試しにステップＳ１０に分岐してみ
る。ステップＳ１０の後再びステップＳ１，Ｓ３，Ｓ４
を介してステップＳ５に進み脱調か否かを判定する。引
続き脱調の状態にある時にはステップＳ５の判断結果が
ＹＥＳとなり、再びステップＳ１０に分岐する。以上の
様なループを数回繰り返し、最終的にステップＳ１０で
脱調が連続しており復帰が困難と判定された場合には、
結果がＹＥＳとなりステップＳ１１に分岐する。ステッ
プＳ１１では現行周波数を保管周波数に戻す。即ち、動
作が安定していた時に保管した周波数をメモリから呼び
出して、設定することにより脱調の解決を図る。ステッ
プＳ１１の後、ステップＳ１，Ｓ３を介してステップＳ
４に進む。ステップＳ４では、現行周波数を保管値に戻
したと判定されるので、ＹＥＳとなりステップＳ９に分
岐する。ステップＳ９では保管値に戻された周波数を下
げて、超音波モータの駆動を試みる。図１の（Ｂ）に示
したｆ／ｉ特性から明らかな様に、脱調は駆動周波数ｆ
がｆ／ｉ曲線のピークから左側に落ちた時、生じ易い。
そこで、現行周波数を保管値に戻した後、更にステップ
Ｓ９で駆動周波数を下げることで、超音波モータを脱調
から回復できる可能性が高くなる。

【００１７】以上の様に、安定駆動周波数で超音波モー
タを駆動している際、突発的な負荷変動が生じた場合に
は、周波数変動が起こりｉ１〜ｉ２の範囲での駆動が不
可能となり、脱調が生じる。又、長時間駆動する用途に
超音波モータを用いた場合には、周囲温度や自己発熱の
為に駆動電流がｉ１〜ｉ２の範囲から外れてしまう。こ
のまま放置すると安定した駆動が困難になるが、本発明
では図２のフローチャートに示した様な補正を行ないな
がら使用するので、常に安定した駆動を行なうことが可
能となる。尚、この様な駆動周波数のフィードバック制
御を強くかけたくない場合、不感幅の範囲、換言すると
ｉ１〜ｉ２の範囲を大きく取れば、レスポンスの少ない
制御も可能となる。

【００１８】図３は、図１に示した超音波モータ制御回
路の具体的な構成例を示す模式的なブロック図である。
図示する様に、本超音波モータ制御回路は、超音波モー
タ１００に駆動信号を印加してその動作を制御するもの
であり、ＤＤＳ１１０、発振器１２０、プリドライバ１
３０、パワードライバ１４０、電流モニタ１５０、アナ
ログ／デジタルコンバータ（Ａ／Ｄコンバータ）１６０
及びＣＰＵ１７０とで構成されている。ＤＤＳ１１０は
クロック信号ｆｃに応じて動作し、数値で与えられる制
御データｄｆに従って変化する周波数の基本波形ｆｄ０
を出力する。尚、ＤＤＳの基本的な構成は、例えば特開
２０００−１５１２８４号公報に開示されている。発振
器１２０は、上述したＤＤＳ１１０にクロック信号ｆｃ
を供給する。プリドライバ１３０は、ＤＤＳ１１０から
出力された基本波形ｆｄ０を処理して、複相の駆動信号
ｆｄを生成する。パワードライバ１４０はプリドライバ
１３０から出力された駆動信号ｆｄに応じて駆動電流ｉ
ｄを超音波モータ１００に流し、これを駆動する。電流
モニタ１５０は、超音波モータ１００に流れた駆動電流
ｉｄを逐次検出し、その結果を検出電圧Ｖｉｄとして出
力する。Ａ／Ｄコンバータ１６０は、検出された駆動電
流の量を表わすＶｉｄを、デジタルの電流値データｄｉ
に変換する。ＣＰＵ１７０は、Ａ／Ｄコンバータ１６０
から出力されたデジタルの電流値データｄｉに基づいて
制御データｄｆを求め、逐次ＤＤＳ１１０に入力する。

【００１９】ＣＰＵ１７０は所定のプログラムに基づい
てフィードバック制御を行ない、電流値データｄｉに応
じて周波数の制御データｄｆをＤＤＳ１１０側に出力す
る。ＣＰＵ１７０が実行するプログラムは、図２のフロ
ーチャートに示した通りである。即ち、ＣＰＵ１７０
は、Ａ／Ｄコンバータ１６０から出力された既電流値デ
ータｄｉを記憶し、現在出力された現電流値データｄｉ
と比較して、既電流値データと現電流値データとの大小
関係により、周波数データｄｆを求めて、駆動周波数を
駆動電流に追随させる。

【００２０】図４は、図３に示した超音波モータ（ピエ
ゾモータ）１００の具体的な構成例を示す模式的な斜視
図である。図示する様に、ピエゾモータ１００は前述し
た特開平１０-２７２４２０号公報に示されている３Ｄ
公転トルク共振子よりなる電歪公転子型モータであっ
て、円筒型のステータ１と、その後端に圧接された環状
のロータ２とで構成されている。円筒型ステータ１の外
周面には、電極１１，１２，１３，１４が形成されてい
る。図示しないが、円筒の内周面にも電極が形成されて
いる。円筒の外周面に形成された電極は四分割されてお
り、それぞれ位相の異なる交流駆動電流Ｉ（Ａ），Ｉ
（Ｂ），Ｉ（ＡＸ），Ｉ（ＢＸ）が供給される。Ａ相電
流とＢ相電流は位相が互いに９０度異なっている。又、
Ａ相電流とＡＸ相電流は位相が１８０度異なっている。
換言すると、Ａ相とＡＸ相は互いに反対極性である。同
様に、Ｂ相とＢＸ相も反対極性となっている。

【００２１】図５は、図４に示したステータの模式的な
横断面図である。図示する様に、セラミックなどの圧電
素子からなる円筒型ステータ１の内周面には、全面的に
基準電位を与える電極１０が形成されている。円筒の外
周面には四分割された駆動用の電極１１〜１４が形成さ
れている。これら四分割された電極１１〜１４には、互
いに位相が９０度ずつシフトした四相の交流駆動電流Ｉ
（Ａ），Ｉ（Ｂ），Ｉ（ＡＸ），Ｉ（ＢＸ）が供給され
る。

【００２２】図６を参照して、図４及び図５に示したピ
エゾモータの動作を説明する。尚、本発明は図４〜図６
に示すピエゾモータ（超音波モータ）に限られるもので
はなく、他の様々な構成の超音波モータにも適用可能で
あることは言うまでもない。ピエゾモータでは動力源と
なる超音波振動が一定の共振周波数であるから、電流は
ほぼ一定値となる。共振器はＱが高く、振動振幅の立ち
上がりは１サイクル以内と考えられ、非慣性機構と見な
すことができる。負荷の慣性が影響する範囲でしか電流
は変化しない。係る特徴を有するピエゾモータは様々な
構成が開発されているが、特に電歪公転型が有力であ
る。電歪公転型は、従来の様に振動をトルクに変えるの
ではなく、周面全面に亘って一様なトルクを直接励振す
ることができる共振子を使っている。従来の超音波振動
子は定在波型と進行波型の二種類あるが、共に重心固定
の対称モードでしか励振できない。これに反して、円筒
を左右の伸縮が逆になるモードで励振すると、重心が中
心を離れて振動する。この非対称励振を行なうと、従来
の対称励振では観測できなかった円筒の共振モードが得
られる。そこで、ステータ円筒の電極を例えば四分割
し、９０度ずつ位相の異なる回転電場で励振すると、図
６に示す様に、重心が中心の周りを回転するモードの共
振が見られる。この時円筒の外周は元の形を保ったま
ま、フラフープの様に偏心するので、振動子が公転回転
を行なう。係る構成の電歪公転子型モータでは、直接回
転モードが励振され、円筒状公転子の径および周方向に
加えて軸方向のモードも結合させた３Ｄ公転トルク発生
子として利用できる。このトルクは、直接ロータの自転
運動として取り出される。

【００２３】図７は、図３に示したＤＤＳ１１０の具体
的な構成例を示す模式的なブロック図である。ＤＤＳ１
１０は加算器とラッチとで構成されている。加算器はＣ
ＰＵから数値として与えられた１６ビット制御データｄ
ｆを逐次加算し、その結果をラッチに送る。ラッチはク
ロック信号ｆｃに応じて動作し、ラッチした加算結果を
加算器側にフィードバックする。ラッチは加算器による
加算でオーバーフロー（桁上げ）が生じた時、ＭＳＢを
ｆｄ０として出力する。この様に、ＤＤＳ１１０はＣＰ
Ｕから与えられた周波数設定データｄｆ及び発振器から
のクロック周波数ｆｃに応じて次の式で表わされる周波
数ｆｄ０の基本波形を生成する。ｆｄ０＝ｄｆ×ｆｃ／２^Ｎ（Ｎ；データのビット数）

【００２４】尚、通常のＤＤＳは、ラッチされた出力デ
ータを検索テーブルＬＵＴにより正弦波などの波形デー
タに変換した後、デジタル／アナログ変換して出力波形
とする。しかしながら、超音波モータは基本的に矩形波
の駆動信号で駆動することができる。その為本例のＤＤ
Ｓでは矩形波出力でよいので、ラッチされたデータの最
上位ビットＭＳＢをそのまま出力波形として用いること
ができる。従って、本ＤＤＳからはＬＵＴ及びデジタル
／アナログコンバータは省略されている。

【００２５】図８は、図３に示したプリドライバ１３０
から出力される複相の駆動信号ｆｄを示す波形図であ
る。前述した様に、プリドライバは、ＤＤＳから出力さ
れた基本波形ｆｄ０を基に、ステータを駆動する為の複
相の駆動信号ｆｄ（Ａ），ｆｄ（Ｂ），ｆｄ（ＡＸ），
ｆｄ（ＢＸ）を生成する。各駆動信号ｆｄの周波数は基
本波形ｆｄ０に等しいか又はこれを分周した周波数とな
る。図示の例では、各駆動信号ｆｄは基本波形ｆｄ０を
１／２に分周した波形となっている。図示する様に、Ａ
相に対しＢ相は９０度シフトし、ＡＸ相は１８０度シフ
トし、ＢＸ相は２７０度シフトしている。この様に９０
度ずつ位相の異なる交流駆動信号をステータに印加する
ことで回転電場が形成され、これに応じてステータは直
接回転モードを励振する。以上の様に、プリドライバ
は、位相の異なる４種類の駆動波形を生成している。駆
動波形の周波数ｆｄは基本周波数ｆｄ０の１／２であ
る。これらの波形は、カウンタ、インバータなどのロジ
ックＩＣにより、基本波形ｆｄ０から容易に作成するこ
とができる。

【００２６】図９は、図３に示した超音波モータ制御回
路に含まれるパワードライバ１４０及び電流モニタ１５
０の具体的な構成例を示した回路図である。図示する様
に、超音波モータ１００に接続されたパワードライバは
一対のＨブリッジ１４０Ａ，Ｈブリッジ１４０Ｂからな
る。ここで、一対の駆動信号ｆｄ（Ａ），ｆｄ（ＡＸ）
はＨブリッジ１４０Ａを介して超音波モータ１００の互
いに対向する一対の電極に印加される。同様に、他の一
対の駆動信号ｆｄ（Ｂ），ｆｄ（ＢＸ）も他のＨブリッ
ジ１４０Ｂを介して互いに対向する他の一対のステータ
電極に印加される。Ｈブリッジ１４０Ａ，１４０Ｂは、
それぞれ入力信号に応答して、ステータ電極に十分な出
力電流Ｉ（Ａ），Ｉ（Ｂ），Ｉ（ＡＸ），Ｉ（ＢＸ）を
供給する為のパワーアンプとなっている。以上の様に、
パワードライバは一対のＨブリッジにより構成されてい
る。ブリッジを構成する素子としては、高速にスイッチ
ングする必要からＭＯＳＦＥＴを用いている。

【００２７】一方、電流モニタ１５０は、差動アンプＯ
Ｐ、平滑コンデンサＣ、複数の抵抗器Ｒ１〜Ｒ３とで構
成されている。電流モニタ１５０は基本的にローパスフ
ィルタ構成となっており、抵抗器Ｒ１を介してＨブリッ
ジ１４０Ａ及び１４０Ｂに流れる駆動電流に応じた電圧
値Ｖｉｄを出力する。駆動電流の検出は、低い抵抗値
（例えば１Ω）の抵抗器Ｒ１に生ずる電圧をコンデンサ
Ｃで平滑化し、アンプＯＰで増幅することにより行な
う。前述した様に、この出力電圧ＶｉｄはＡ／Ｄコンバ
ータ側に送られる。

【００２８】最後に、図１０は、図４〜図６に示した超
音波モータ（ピエゾモータ）の応用例を表わしており、
ピエゾモータを動力源としたカメラ用レンズ駆動装置を
示している。尚、本発明に係るピエゾモータの応用例は
カメラ用レンズ駆動装置に限られるものではないことは
言うまでもない。本カメラ用レンズ駆動装置は、基本的
にステータ１及びロータ２を含むピエゾモータと、レン
ズ鏡筒３と、これらを連結する伝達部材とで構成されて
いる。ステータ１は圧電素子からなり交流電圧の印加を
受けて超音波振動を励振し公転トルクを発生する。ロー
タ２はステータ１に圧接されており、公転トルクにより
自転運動を行なう。レンズ鏡筒３はカメラ用のレンズ
（図示せず）を搭載し、且つレンズの光軸Ｚ方向に直線
変位可能に組み込まれている。ステータ１、ロータ２及
びレンズ鏡筒３は鏡筒枠６に組み込まれている。鏡筒枠
６の光軸Ｚ方向後端は基台７で遮蔽されている。ピエゾ
モータのロータ２とレンズ鏡筒３を接続する伝達部材
は、ロータ２の自転運動をレンズ鏡筒３の直線変位に変
換して伝達する。

【００２９】ステータ１は、光軸Ｚと平行な円筒軸を有
する円筒型の圧電素子からなる。一方、レンズ鏡筒３は
円筒型のステータ１の内側に配されており、光軸Ｚに沿
って鏡筒枠６の前方端から進退可能になっている。この
様に、円筒型ステータ１の内部にレンズ鏡筒３を配する
ことで、カメラ用レンズ駆動装置の小型化が可能にな
る。

【００３０】本実施形態では、ロータ２とレンズ鏡筒３
を結ぶ伝達部材は、レンズ鏡筒３と一体になったヘリコ
イド筒４を含んでいる。但し、レンズ鏡筒３とヘリコイ
ド筒４を必ずしも一体に形成する必要はなく、場合によ
ってはヘリコイド筒４に後からレンズ鏡筒３を組み込む
構成としてもよい。ヘリコイド筒４は、内部にレンズ鏡
筒３を収納する様に基本的には円筒型となっており、そ
の外周面にはネジ４１が切られている。又、ヘリコイド
筒４の前方端には、ヘリコイド筒４自体の回転を防止す
る為にストッパ４２が取り付けられており、鏡筒枠６に
係合している。この結果、ヘリコイド筒４は光軸Ｚ方向
に沿った直線運動を行なう。上記伝達部材は更に、ロー
タ２と一体に形成され且つヘリコイド筒４に螺合したヘ
リコイドギヤ５を含む。本実施形態では環状金属からな
るロータ２とポリカーボネートなどの樹脂からなるヘリ
コイドギヤ５は、例えばアウトサートにより一体的に成
形されている。ロータ２の自転運動に伴ってヘリコイド
ギヤ５も回転する。ヘリコイドギヤ５はその内周面にネ
ジ５１が切られている。ヘリコイド筒４の外周面に形成
されたネジ４１とヘリコイドギヤ５の内周面に形成され
たネジ５１は互いに噛み合っている。ロータ２の自転に
伴ってヘリコイドギヤ５が回転すると、ヘリコイド筒４
は光軸Ｚに沿って直線変位する。尚、ロータ２は円筒型
ステータ１の後端に取り付けられている。基台７とロー
タ２との間には回転補助手段８が配されており、ロータ
２をステータ１の後端に摺動的に圧接して、ステータ１
の公転トルクをロータ２の自転運動として取り出す。回
転補助手段８は、ロータ２に接触する凸曲面状の突起部
８２Ｒが設けられた接触板８２と、接触板８２をロータ
２側に与圧するバネ部材８３とで構成されている。

【００３１】

【発明の効果】以上説明した様に、本発明によれば、安
定駆動周波数によって駆動されているピエゾモータに流
れる電流をモニタリングしておき、その電流値を記憶し
ておく。その電流値と現在駆動している電流値をモニタ
リングして比較し、その大小関係により駆動周波数を追
随制御させることで、常に安定した駆動電流を超音波モ
ータに供給してその安定駆動を可能にしている。又、何
らかの原因により突発的に超音波モータの脱調が生じた
場合には、現行周波数を保管周波数に置き換えること
で、速やかな超音波モータの正常動作復帰を図ってい
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る超音波モータ制御回路を示す模式
図である。

【図２】図１に示した超音波モータ制御回路の動作説明
に供するフローチャートである。

【図３】図１に示した超音波モータ制御回路の具体的な
構成例を示す回路図である。

【図４】超音波モータの模式的な斜視図である。

【図５】超音波モータの横断面図である。

【図６】超音波モータの動作説明図である。

【図７】図３に示した超音波モータ制御回路に含まれる
ＤＤＳの具体的な構成例を示すブロック図である。

【図８】図３に示した超音波モータ制御回路に含まれる
プリドライバの動作説明に供する波形図である。

【図９】図３に示した超音波モータ制御回路に含まれる
パワードライバ及び電流モニタの具体的な構成例を示す
回路図である。

【図１０】図３に示した超音波モータ制御回路の応用例
を示す断面図である。

【図１１】超音波モータの動作特性を示すグラフであ
る。

【符号の説明】

１００・・・超音波モータ、１１０−１４０・・・駆動
部、１５０／１６０・・・検出部、１７０・・・制御部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者宮崎浩東京都板橋区志村２丁目18番10号日本電産コパル株式会社内 (72)発明者関博文東京都板橋区志村２丁目18番10号日本電産コパル株式会社内 (72)発明者當摩清東京都板橋区志村２丁目18番10号日本電産コパル株式会社内Ｆターム(参考） 2H044 BE05 5H680 AA00 BB15 BB17 BC01 CC07 DD01 DD23 DD62 DD87 DD88 EE21 FF25 FF30 FF33

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】所定の周波数の駆動信号に応じて超音波
モータを駆動する駆動部と、駆動中の超音波モータに流
れる駆動電流を検出して電流値データを出力する検出部
と、該電流値データに基づいて周波数データを出力し該
駆動信号の周波数を制御する制御部とからなる超音波モ
ータ制御回路において、前記制御部は、前に出力された既電流値データを記憶
し、現在出力された現電流値データと比較して、既電流
値データと現電流値データとの大小関係により、該周波
数データを求めて、該駆動信号の周波数を該駆動電流に
追随させることを特徴とする超音波モータ制御回路。
【請求項２】前記制御部は、現電流値データが所定の
不感幅を越えて既電流値データより高く変化したとき該
周波数データを上方にシフトし、現電流値データが不感
幅を越えて既電流値データより低く変化したとき該周波
数データを下方にシフトすることを特徴とする請求項１
記載の超音波モータ制御回路。
【請求項３】前記制御部は、逐次出力される該周波数
データを保管しておき、超音波モータが脱調に落ち入っ
た場合、現行の周波数データを保管してあった周波数デ
ータに入れ替えて該駆動部に出力し、該超音波モータを
脱調から復帰させることを特徴とする請求項１記載の超
音波モータ制御回路。
【請求項４】前記駆動部は、該制御部から出力された
周波数データに基づいて駆動信号の基本となる波形を生
成するダイレクト・デジタル・シンセサイザを含むこと
を特徴とする請求項１記載の超音波モータ制御回路。