【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、弾性体と該弾性体
を励振させる圧電体とを有するステーターと、前記ステ
ーターにより移動される移動体とを備えた超音波振動を
利用した超音波モーターに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の超音波モーターは、例えば、特開
昭５９−２０４４７７号公報に記載されているように、
圧電体と弾性体で構成される振動子とロータとが加圧接
触した構造を有している。そして、圧電体により弾性体
に振動を発生させてロータを回転させていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】超音波モーターは、振
動子とロータとの摩擦力によってロータを駆動するた
め、振動子の稜線部と接触する部分においてロータの摩
耗が激しいという現象が起きていた。その結果、超音波
モーターの所望の性能が得られなくなり、耐久性を低下
させる一因となっていた。
【０００４】本発明は、このような従来の問題点に着目
して成されたもので、ロータの摩耗を抑えることで超音
波モーターの耐久性を高めることを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
めの本発明の要旨は、円環状の振動子と、前記振動子と
対向する面に設けられた摺動材を有し、前記振動子に加
圧接触されて該振動子との間で相対運動を行なう円環状
の相対運動部材とを備えた超音波モーターであって、前
記摺動材は、前記振動子のいずれの稜線部にも接触しな
いように加圧接触されることを特徴とする超音波モータ
ーに存する。
【０００６】前記本発明は次のように作用する。摺動材
が振動子の稜線部と接触しないので、稜線部での激しい
摩耗が無く、相対運動部材の摩耗が減少し超音波モータ
ーの耐久性を向上させることができる。
【０００７】また、相対運動部材において、振動子と対
向する面に摩擦係数の高い摺動材を設けることにより、
振動子と相対運動部材との接触面における摩擦力を増大
させることができ、駆動力を大きくすることができる。
さらに、摺動材の材料を適宜選択することで、所望の摺
動特性を得ることができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて本発明の一
実施の形態を説明する。
【０００９】第１図および第２図は本発明の一実施の形
態を示している。
【００１０】第１図および第２図に示すように、超音波
モーター１は、円環状の弾性体２と、該弾性体２を励振
させる電気機械変換素子としての圧電体３とを有してい
る。弾性体２には、圧電体３が接着されており、圧電体
の励振によって弾性体２に屈曲振動が生じるようになっ
ている。この弾性体２と圧電体３とによりステータ（振
動子）１０が構成されている。
【００１１】ステーター１０によって駆動される円環状
のローター母体４の、弾性体２側の面には、摩擦係数の
高い樹脂等のスライダー５がコーティングされている。
このローター母体４とスライダー５とによりローター
（相対運動部材）２０が構成されている。ローター２０
を構成するローター母体４およびスライダー５の幅は、
ともにステーター１０を構成する弾性体２の幅よりも狭
くなっている。また、スライダー５の表面は、弾性体２
の内周側および外周側の稜線部と接することなく、弾性
体２の表面に接触している。
【００１２】ステーター１０は、フェルト等の振動絶縁
部材６を介して固定部７に支持されている。また、ロー
ター２０も、フェルト等の振動絶縁部材８を介して回動
部材９に支持されている。従って、超音波モーター１の
回動力を実際に外部に出力するのは回動部材９である。
【００１３】該回動部材９の一端面には、スラスト軸受
１１ａ〜１１ｃが配置されており、該スラスト軸受１１
ａ〜１１ｃと固定部１２との間にはウェーブワッシャー
等のばね部材１３が介装されている。該ばね部材１３の
付勢力は、スラスト軸受１１ａ〜１１ｃ、回動部材９お
よび振動絶縁部材８を介してローター２０に伝達されて
おり、該ローター２０のスライダー５はこの付勢力によ
ってステーター１０の弾性体２に圧接されている。
【００１４】第１図は、前記圧電体３に印加される交流
電圧の電源周波数（入力電源周波数）を制御する制御回
路を示している。
【００１５】第１図に示すように、前記圧電体３はリン
グ状に形成されており、該圧電体３の、弾性体２と逆側
の面には４つのセグメント電極３ａ〜３ｄが焼成されて
いる。
【００１６】セグメント電極３ａには正弦波の交流電圧
が入力され、またセグメント電極３ｂにはセグメント電
極３ａに入力される正弦波とπ／２だけ位相のずれた正
弦波の交流電圧が入力されている。セグメント電極３ｃ
はグランドに接続されている。また、交流電圧が印加さ
れていないセグメント電極３ｄからは、圧電体３の励振
によって生じるモニター電圧Ｖmnt が検出される。
【００１７】第１図に示す制御回路は、セグメント電極
３ｄからのモニター電圧Ｖmnt を平滑化されたモニター
電圧Ｖ′mnt として検出するモニター電圧検出部３０
と、前記ステーター１０の共振周波数ｆcrよりも高い周
波数領域において、平滑化されたモニター電圧Ｖ′mnt
が所定の電圧値になるように、前記セグメント電極３
ａ，３ｂに入力される交流電圧の入力電源周波数ｆを制
御する周波数制御部４０とから成っている。
【００１８】該モニター電圧検出部３０は、セグメント
電極３ｄからのモニター電圧Ｖmntを整流するダイオー
ド３１と、抵抗３２およびコンデンサ３３からなり、該
ダイオード３１からの電圧を平滑化する積分回路と、抵
抗３４とから構成されており、該抵抗３４の出力端から
平滑化されたモニター電圧Ｖ′mnt が出力されるように
成っている。
【００１９】前記周波数制御部４０は、演算増幅器４１
と、Ｖ−ｆ変換器４２と、初期電圧発生器４３と、位相
器４４と、アンプ４５，４６とから構成されている。
【００２０】演算増幅器４１の反転入力端子は抵抗３４
の出力端に接続されており、該反転入力端子には平滑化
されたモニター電圧Ｖ′mnt が入力されている。該演算
増幅器４１の非反転入力端子は定電圧源４７に接続され
ており、該非反転入力端子には所定の電圧Ｖstが入力さ
れている。この所定の電圧Ｖstは平滑化されたモニター
電圧Ｖ′mnt の目標値である。すなわち、該演算増幅器
４１の反転入力端子とその出力端子の間には抵抗４８が
接続されており、該演算増幅器４１はこの２つの電圧の
差信号△Ｖ（△Ｖ＝Ｖst−Ｖ′mnt ）を出力するように
成っている。
【００２１】前記Ｖ−ｆ変換器４２は、演算増幅器４１
から出力される電圧の差信号△Ｖを受け、この信号△Ｖ
の符号と大きさによって入力電源周波数ｆのシフト量
（符号を含む）を計算し、それまで出力していた入力電
源周波数ｆに加算した周波数（ｆ＋△ｆ）の信号を出力
するように成っている。
【００２２】前記初期電圧発生器４３は、超音波モータ
ー１の起動時にＶ−ｆ変換器４２に初期電圧Ｖｏを出力
し、通常状態で変化しうる超音波モーター１の共振周波
数の最大値よりも更に少し高い（例えば、１０％程度高
い）周波数の信号（以下最大周波数の信号と称す）をＶ
−ｆ変換器４２から初期出力として出力させるためのも
のである。
【００２３】前記位相器４４は、超音波モーター１の回
転方向によってＶ−ｆ変換器４２からの出力（正弦波）
の位相を＋π／２もしくは−π／２ずらす働きをするも
のである。
【００２４】アンプ４５，４６は、Ｖ−ｆ変換器４２，
位相器４４からの出力をそれぞれ増幅してセグメント電
極３ａ，３ｂに送る働きをするものである。
【００２５】なお、第３図は、上記実施の形態におけ
る、前記入力電源周波数ｆとモニター電圧Ｖmnt との関
係を表わすモニター電圧曲線、および前記ローター２０
の回転数Ｎとモニター電圧Ｖmnt との関係を表わす回転
数曲線を示している。
【００２６】この第３図では、横軸に入力電源周波数ｆ
を、縦軸にローター２０の回転数Ｎおよびモニター電圧
Ｖmnt をそれぞれ示してある。
【００２７】第３図から明らかなように、モニター電圧
Ｖmnt はローター２０の回転数Ｎと強い相関を持ってお
り、回転数Ｎが最大値Ｎmaｘとなるときの入力電源周波
数をｆcrとすると、モニター電圧Ｖmnt もこの周波数ｆ
crにおいて最大値Ｖmaｘを示す。なお、この周波数ｆcr
は超音波モーター１の共振周波数でもある。
【００２８】ここで、超音波モーター１の入力電源周波
数ｆとして最も理想的な周波数を求める為に、以下の実
験を行った。この実験でまず入力電源周波数ｆを共振周
波数ｆcr以下の周波数に設定し、徐々に周波数を上昇さ
せて共振周波数ｆcr以上の周波数まで変化させて測定結
果を得た。その結果、入力電源周波数ｆが共振周波数
ｆcrよりも低い場合には、負荷トルクの増加により急激
に回転速度が低下したりして適当でなかった。入力電
源周波数ｆが共振周波数ｆcrに一致、ほぼ一致している
場合には、回動中に騒音を発生したり、負荷トルクの増
加により急激に回転速度が低下したり、また駆動の再現
性に乏しく挙動が不安定である等により、適当ではなか
った。入力電源周波数ｆが共振周波数ｆcrよりも高い
場合には、駆動の再現性が高く、且つ挙動も安定であ
り、駆動効率が良かった。
【００２９】そして、上記実施の形態では、該共振周波
数ｆcrよりも高い、制御目標となる理想的な周波数ｆd
［（ｆd −ｆcr）／ｆcr＝０．０１程度の周波数］に対
応するモニター電圧を前記所定の電圧Ｖstに設定してあ
る。
【００３０】以下、作用を説明する。
【００３１】圧電体３のセグメント電極３ａ，３ｂに、
互いにπ／２だけ位相のずれた交流電圧がそれぞれ印加
されると、該圧電体３が励振され、該圧電体３の励振に
よって弾性体２に屈曲運動が生じる。
【００３２】このとき、ローター２０のスライダー５は
ばね部材１３の付勢力によってステーター１０の弾性体
２に圧接されているので、該弾性体２の屈曲運動により
ローター２０が回転する。このローター２０の回転が振
動絶縁部材８を介して回転部材９に伝達され、該回転部
材９の回転により超音波モーター１の回動力が外部に出
力される。
【００３３】このような超音波モーター１の起動は、前
記初期電圧発生器４３からＶ−ｆ変換器４２に前記初期
電圧Ｖｏを出力し、該初期電圧Ｖｏにより前記Ｖ−ｆ変
換器４２が前記最大周波数の信号を初期出力として出力
し、この最大周波数の信号がアンプ４５を介してセグメ
ント電極３ａに、位相器４４およびアンプ４６を介して
セグメント電極３ｂにそれぞれ入力されることによって
行なわれる。
【００３４】このようにして超音波モーター１が起動さ
れた際には、セグメント電極３ｄからは前記最大周波数
の信号に対応したモニター電圧Ｖmnt が検出される。該
最大周波数の信号は第３図で示す前記周波数ｆd よりも
周波数が大きいので、該起動時にセグメント電極３ｄか
ら検出されるモニター電圧Ｖmnt は、前記所定の電圧Ｖ
stよりも小さいことが第３図から明らかである。
【００３５】起動時にセグメント電極３ｄから検出され
るモニター電圧Ｖmnt は、前記モニター電圧検出部３０
のダイオード３１により整流され、抵抗３２とコンデン
サ３３とから成る積分回路によって平滑化され、抵抗３
４の出力端から平滑化されたモニター電圧Ｖ′mnt が演
算増幅器４１の反転入力端子に送られる。
【００３６】この平滑化されたモニター電圧Ｖ′mnt も
前記所定の電圧Ｖstより小さいので、演算増幅器４１か
ら出力される電圧の差信号△Ｖの符号は正となる。この
正の△Ｖの信号により、前記Ｖ−ｆ変換器４２は入力電
源周波数のシフト量△ｆ（符号は負である）を計算し、
それまで出力していた前記最大周波数に該シフト量を加
算した周波数（ｆ＋△ｆ）の信号を出力する。
【００３７】この信号により、セグメント電極３ａ，３
ｂに入力される交流電圧の入力電源周波数ｆが徐々に低
くなっていき、該モニター電圧Ｖ′mnt が所定の電圧Ｖ
stと一致した時点で、前記△Ｖの信号が零となり、Ｖ−
ｆ変換器４２から出力される入力電源周波数ｆは、前記
制御目標となる理想的な周波数ｆd となる。この理想的
な周波数ｆd によって超音波モーター１が安定して駆動
される。
【００３８】いま、第４図のモニター電圧曲線で示す
ように、第３図で示した前記制御目標となる理想的な周
波数ｆd に対応する理想的な周波数をｆd1とし、この理
想的な周波数ｆd1に対応するモニター電圧Ｖmnt を所定
の電圧Ｖstに設定しておき、該理想的な周波数ｆd1で超
音波モーター１を駆動している第１状態では、超音波モ
ーター１の駆動点はＡ点である。
【００３９】このような第１状態が、トルク変動や、各
種環境の変化等により、モニター電圧曲線で示すよう
な第２状態に移動した場合には、入力電源周波数ｆが理
想的な周波数ｆd1のままであるため、超音波モーター１
の駆動点がＡ点からＢ点に移り、理想的な駆動点から外
れることになる。第４図の場合には、駆動点が共振点Ｄ
に近ずく方向に移動し、理想的な駆動点から外れるの
で、駆動が非常に不安定になる。第４図の場合とは逆
に、駆動点が共振点Ｄから遠ざかる方向に外れる場合に
は、回転数Ｎが下がり、起動トルクも小さくなる。
【００４０】上述したように、駆動点がＡ点からＢ点に
移ると、セグメント電極３ｄから検出されるモニター電
圧Ｖmnt は前記所定の電圧Ｖstから電圧Ｖst2 まで上昇
する。これにより、前記演算増幅器４１から電圧の差信
号△Ｖ（符号は負）が出力され、この△Ｖの信号によ
り、前記Ｖ−ｆ変換器４２は入力電源周波数のシフト量
△ｆ（符号は正）を計算し、それまで出力していた前記
最大周波数に該シフト量を加算した周波数（ｆ＋△ｆ）
の信号を出力する。
【００４１】この信号により、セグメント電極３ａ，３
ｂに入力される交流電圧の入力電源周波数ｆが徐々に高
くなっていき、前記モニター電圧Ｖ′mnt が所定の電圧
Ｖstと一致した駆動点Ｃで、前記△Ｖの信号が零とな
り、このときＶ−ｆ変換器４２から出力される入力電源
周波数ｆは理想的な周波数ｆd2となる。このようにし
て、モニター電圧曲線で示すような第２状態におい
て、入力電源周波数ｆが前記所定の電圧Ｖstの対応した
理想的な周波数ｆd2となり、理想的な駆動点で超音波モ
ーター１が安定して駆動される。
【００４２】次に、その理想的な周波数ｆｄを得るため
のＶ−ｆ変換器４２の構成について、第５図を用いて詳
しく説明する。
【００４３】初期電圧発生器４３は電圧源４３１の出力
側にスタートスイッチＳＷ１を有している。
【００４４】Ｖ−ｆ変換器４２は、加算器４２１、クロ
ックパルス発生器４２２、ラッチ回路４２３、Ｖ−ｆ変
換素子４２４と、加算器４２１へ入力される初期電圧Ｖ
0 を加算された電圧に切り換える切換え回路４２５とを
含み、ラッチ回路４２３はクロックパルス発生器４２２
からのパルス信号を入力する都度、そのとき入力される
加圧器からの加算電圧（Ｖ＋△Ｖ）を保持してＶ−ｆ変
換素子４２４に出力するように構成されている。
【００４５】切換え回路４２５は、初期電圧発生器４３
からの初期電圧Ｖ0 を加算器４２１に送るための第１ア
ナログスイッチＳＷ２と、ラッチ回路４２３から出力さ
れる加算電圧（Ｖ＋△Ｖ）を加算器４２１にフィードバ
ックさせるための第２アナログスイッチＳＷ３を有し、
さらに、これらの第１アナログスイッチＳＷ２，第２ア
ナログスイッチＳＷ３を選択的に動作させるためのナン
ドゲートＮＡＮＤとインバータＩＮＶと初期電圧Ｖ0 の
印加により動作してナンドゲートＮＡＮＤの一方の入力
端にＨレベル信号を送るトランジスタＴｒ１と、Ｖ＋△
Ｈの印加により動作してナンドゲートＮＡＮＤの他方の
入力端にＨレベル信号を送るトランジスタＴｒ２とを有
している。
【００４６】これにより、スタートスイッチＳＷ１がＯ
Ｎとなった瞬間には第１アナログスイッチＳＷ２がＯＮ
状態となり、初期電圧Ｖ0 が第１アナログスイッチＳＷ
２を介して加算器４２１に入力されるが、ラッチ回路４
２３から加算電圧（Ｖ＋△Ｖ）が出力されると、第１ア
ナログスイッチＳＷ２がＯＦＦすると同時に第２アナロ
グスイッチＳＷ３がＯＮ状態になり、その加算電圧（Ｖ
＋△Ｖ）が加算器４２１に入力されるよう構成されてい
る。
【００４７】次に、上記の如く構成された実施の形態の
作用について詳しく説明する。
【００４８】圧電体３のセグメント電極３ａ，３ｂに、
互いにπ／２だけ位相のずれた交流電圧がそれぞれ印加
されると、圧電体３が励振され、圧電体３の励振によっ
て弾性体２に屈曲運動が生じる。このとき、ローター２
０のスライダー５はばね部材１３の付勢力によってステ
ーター１０の弾性体２に圧接されているので、弾性体２
の屈曲運動によりローター２０が回転する。このロータ
ー２０の回転が振動絶縁部材８を介して回転部材９に伝
達され、該回転部材９の回転により超音波モーター１の
回転力が外部に出力される。
【００４９】このような超音波モーター１の起動は、ス
タートスイッチＳＷ１の閉成によって行われ、初期電圧
発生器４３からＶ−ｆ変換器４２に初期電圧Ｖ0 が出力
される。
【００５０】ここで、Ｖ−ｆ変換器４２の動作を第６図
に示すタイムチャートを用いて説明する。
【００５１】第６図において、符号（Ａ）〜（Ｉ）はそ
れぞれ第５図の回路中に示す対応位置Ａ〜Ｉにおける電
圧の変化を示す。
【００５２】スタートスイッチＳＷ１がＯＮすると、第
５図中でＡ点における電位は第６図（Ａ）に示すように
直ちに初期電圧Ｖ0 をとる。また、そのスタートスイッ
チＳＷ１のＯＮした時点ｔ１からすこし遅れた時点ｔ２
から、第６図（Ｄ）に示すようにクロックパルスがラッ
チ回路４２３に入力され、ラッチ回路４２３が動作を開
始する。
【００５３】点Ａの電位がＶ0 になるとトランジスタＴ
ｒ１が動作状態となり、ナンドゲートＮＡＮＤの一方の
入力端Ｂに電圧ＶCCが第６図（Ｂ）に示すように入力さ
れる。しかし、時点ｔ２に達するまでは、第６図（Ｉ）
に示すように、ラッチ回路４２３は動作せずＩ点に電圧
が生じないのでトランジスタＴｒ２は不動作状態におか
れ、従って、ナンドゲートＮＡＮＤの他方の入力端Ｃに
は電圧が印加されない。
【００５４】ナンドゲートＮＡＮＤの出力端Ｅは第６図
（Ｅ）に示すようにＨレベルとなり、インバータＩＮＶ
の出力端はＬレベルとなる。そのため、第１アナログス
イッチＳＷ２は普通状態となり、Ｆ点の電位は第６図
（Ｆ）に示すように初期電圧Ｖ0 となり、加算器４２１
に入力される。
【００５５】一方ｔ１時点ではまだ演算増幅器４１が動
作しないから差信号△Ｖは発生しない（△Ｖ＝０）。そ
のため、加算器４２１からは第６図（Ｈ）に示すように
初期電圧Ｖ0 が出力される。
【００５６】ラッチ回路４２３は、最初のクロックパル
スを入力した時点ｔ２で、第６図（Ｉ）に示すように、
初期電圧Ｖ0 をＶ−ｆ変換素子４２４に出力する。Ｖ−
ｆ変換素子４２４は、理想周波数ｆｄよりも大きい前記
の最大周波数ｆ0 を初期電圧Ｖ0 に対応して初期出力と
して出力する。（第３図参照）
この最大周波数の信号ｆ0 がアンプ４５を介してセグメ
ント電極３ａ，３ｂに、また位相器４４およびアンプ４
６を介してセグメント電極３ｂにそれぞれ入力されるこ
とによって超音波モーター１の起動が行なわれる。この
ようにして超音波モーター１が起動される際には、セグ
メント電極３ｄから前記最大周波数の信号ｆ0 に対応し
たモニター電圧Ｖmnt が検出される。該最大周波数の信
号ｆ0 は第３図で示す前記理想周波数ｆｄよりも周波数
が大きいので、該起動時にセグメント電極３ｄから検出
されるモニター電圧Ｖmnt は、前記所定の電圧Ｖstより
も小さいことが第３図から明らかである。
【００５７】起動時にセグメント電極３ｄから検出され
るモニター電圧Ｖmnt は、モニター電圧検出回路３０の
ダイオード３１により整流され、抵抗３２とコンデンサ
３３とから成る積分回路によって平滑化され、抵抗３４
の出力端から平滑化されたモニター電圧Ｖ´mnt が演算
増幅器４１の反転入力端子に送られる。この平滑化され
たモニター電圧Ｖ´mnt も前記所定の電圧Ｖstより小さ
いので演算増幅器４１から出力される△Ｖ1 の符号は正
となる。
【００５８】一方、ラッチ回路４２３から電圧Ｖ0 の初
期電圧が出力されると、トランジスタＴｒ２は動作状態
となり、ナンドゲートＮＡＮＤの他方の入力端に第６図
（Ｃ）に示すように電圧ＶCCが入力され、ナンドゲート
ＮＡＮＤの出力端ＥはＬレベルとなる。従って、第１ア
ナログスイッチＳＷ２は不導通状態となり、またインバ
ータＩＮＶの出力端からＨレベル信号が出力されて第２
アナログスイッチＳＷ３が導通状態となる。
【００５９】その為、ラッチ回路４２３からの出力電圧
である初期電圧Ｖ0 がＦ点を介して加算器４２１にフィ
ードバックされ、ｔ２時点において第６図（Ｆ）に示す
ように、Ｆ点の電位は引き続き初期電圧Ｖ0 のまま維持
される。
【００６０】そこで、加算器４２１は、第６図（Ｈ）に
示すように初期電圧Ｖ0 に演算増幅器からの第１次差信
号△Ｖ1 を加算した第１次加算電圧（Ｖ0 ＋△Ｖ1 ）を
出力する。この第１次加算電圧（Ｖ0 ＋△Ｖ1 ）は、ｔ
３時点において第６図（Ｉ）に示すように、ラッチ回路
４２３から第１次加算電圧（Ｖ0 ＋△Ｖ1 ）がＶ−ｆ変
換素子４２４に出力されると同時に第２アナログスイッ
チＳＷ３を介して加算器４２１にフィードバックされ
る。
【００６１】Ｖ−ｆ変換素子４２４は、その第１次加算
電圧（Ｖ0 ＋△Ｖ1 ）に基づいて入力電源周波数のシフ
ト量△ｆ1 （符号は負である）を初期電圧Ｖ0 に対応す
る最大周波数ｆ0 に加算して周波数（ｆ0 ＋△ｆ1 ）の
信号を出力する。
【００６２】その周波数（ｆ0 ＋△ｆ1 ）に対応してモ
ニター電圧検出回路から出力されるモニター電圧Ｖ´mn
t は前記所定の電圧Ｖstよりわずかに高くなるように設
定されており、演算増幅器４１から出力される第２次差
信号△Ｖ2 は、第６図（Ｇ）に示すように負となる。こ
の値△Ｖ2 は加算器４２１において、フィードバックさ
れた第１次加算電圧（Ｖ0 ＋△Ｖ1 ）と加算されて第２
次加算電圧［（Ｖ0 ＋△Ｖ1 ）＋△Ｖ2 ］として第６図
（Ｈ）に示すようにラッチ回路４２３に出力される。
【００６３】このラッチ回路４２３は、次のパルス入力
時点ｔ４において、第６図（Ｉ）に示すように第２次加
算電圧［（Ｖ0 ＋△Ｖ1 ）＋△Ｖ2 ］を出力し、Ｖ−ｆ
変換素子４２４は、この第２次加算電圧［（Ｖ0 ＋△Ｖ
1 ）＋△Ｖ2 ］に対応する周波数（ｆ0 ＋△ｆ2 ）を出
力する。この周波数（ｆ0 ＋△ｆ2 ）に対応するモニタ
ー電圧Ｖ´mnt は前記所定の電圧Ｖstにさらに近づき、
第６図（Ｇ）に示すように演算増幅器４１から第３次差
信号△Ｖ3 が出力される。
【００６４】この第３次差信号△Ｖ3 は加算器４２１に
フィードバックされた第２次加算電圧［（Ｖ0 ＋△Ｖ1
）＋△Ｖ2 ］に加算されて、第３次加算電圧［（Ｖ0
＋△Ｖ1 ＋△Ｖ2 ）＋△Ｖ3 ］として、第６図（Ｈ）に
示すように加算器４２１からラッチ回路４２３に出力さ
れる。ラッチ回路４２３は次のパルス入力時点ｔ５にお
いて、第６図（Ｉ）に示すようにその第３次加算電圧
［（Ｖ0 ＋△Ｖ1 ＋△Ｖ2）＋△Ｖ3 ］を出力する。
【００６５】この第３次加算電圧［(Ｖ0 ＋△Ｖ1 ＋△
Ｖ2 ）＋△Ｖ3 ］を受けたＶ−ｆ変換素子４２４は、こ
れに基づいてシフト量△ｆ3 を最大周波数ｆ0 に加算し
て、周波数（ｆ0 ＋△ｆ3 ）の信号を出力する。この信
号に対応するモニター電圧Ｖ´mnt が前記所定の電圧Ｖ
stと一致するとき、演算増幅器４１から出力される第４
次差信号△Ｖ4 は第６図（Ｇ）に示すように０（ゼロ）
となり、加算器４２１には入力されない。従ってその後
は、加算器４２１からの出力電圧は、第６図（Ｈ）の時
点ｔ６に示すように第３次加算電圧［（Ｖ0 ＋△Ｖ1 ＋
△Ｖ2 ）＋△Ｖ3 ］と等しい電圧が出力する。
【００６６】これにより、ラッチ回路４２３から出力さ
れる電圧も第３次加算電圧［(Ｖ0＋△Ｖ1 ＋△Ｖ2 ）＋
△Ｖ3 ］と等しい電圧となり、Ｖ−ｆ変換素子４２４か
ら（ｆ0 ＋△ｆ3 ＝ｆd ）の周波数が引き続いて出力さ
れる。
【００６７】またもし、Ｖ−ｆ変換素子４２４から出力
される周波数（ｆ0 ＋△ｆ3 ）に対応するモニター電圧
Ｖ´mnt が前記所定の電圧Ｖstに達しないときは、さら
に第４次差信号△Ｖ4 が第３次加算電圧［（Ｖ0 ＋△Ｖ
1 ＋△Ｖ2 ）＋△Ｖ3 ］に加算され、以後Ｖ−ｆ変換素
子４２４、演算増幅器４１および加算器４２１と操返し
動作によって、モニター電圧Ｖ´mnt は前記所定の電圧
Ｖstに等しくなり、差信号△Ｖが０（ゼロ）となり、上
記の如くしてＶ−ｆ変換器４２からの信号（ｆ0 ＋△
ｆ）により、セグメント電極３ａ，３ｂに入力される交
流電圧の入力電源周波数ｆが徐々に低くなっていき、該
モニター電圧Ｖ´mnt が上昇して前記所定の電圧Ｖstと
一致した時点で、前記△Ｖの信号が０（ゼロ）となり、
Ｖ−ｆ変換器４２から出力される入力電源周波数ｆは、
前記制御目標となる理想周波数ｆdとなる。この理想周
波数ｆd によって超音波モーター１が安定して駆動され
る。
【００６８】第７図は、理想的な周波数ｆｄを得るため
のＶ−ｆ変換器を有する制御回路の他の実施の形態を示
している。
【００６９】Ｖ−ｆ変換器４２は、加算器５１、ラッチ
回路５２、加算器５３、Ｖ−ｆ変換素子５４を有し、初
期電圧発生器５５からの出力である初期電圧Ｖ0 が接続
するクロックパルス発生器５６が設けられ、クロックパ
ルス発生器５６の出力は前記ラッチ回路５２に接続し、
加算器５３にラッチ回路５２の出力と初期電圧Ｖ0 とが
接続している。ラッチ回路５２の出力は加算器５１にフ
ィードバックされている。加算器５３の出力はＶ−ｆ変
換素子５４に出力するよう構成されている。
【００７０】次に、上記の如く構成された実施の形態の
作用について説明する。
【００７１】超音波モーター１の起動は、スタートスイ
ッチＳＷ１の閉成によって行われ、初期電圧発生器５５
からＶ−ｆ変換器に初期電圧Ｖ0 が出力される。
【００７２】Ｖ−ｆ変換器の動作は第８図に示すタイム
チャートを用いて説明する。
【００７３】第８図において、符号（Ａ）〜（Ｆ）はそ
れぞれ第７図の回路中に示す対応位置Ａ〜Ｆにおける電
圧の変化を示す。
【００７４】スタートスイッチＳＷ１がＯＮすると、第
７図中でＡ点における電位は第８図（Ａ）に示すように
直ちに初期電圧Ｖ0 をとり、Ｂ点は電位０、Ｃ点もラッ
チ回路５２がまだ不作動のため電位０、Ｄ点は初期電圧
Ｖ0 を示し、Ｅ点は△Ｖ1 、Ｆ点も△Ｖ1 である。
【００７５】Ｖ−ｆ変換素子５４には初期電圧Ｖ0 が入
力し、Ｖ−ｆ変換素子５４は、理想周波数ｆｄよりも大
きい最大周波数ｆ0 を初期電圧Ｖ0 に対応して初期出力
として出力する。
【００７６】この最大周波数の信号ｆ0 がアンプ４５を
介してセグメント電極３ａ，３ｂに、また位相器４４お
よびアンプ４６を介してセグメント電極３ｂにそれぞれ
入力されることによって超音波モーター１の起動が行な
われる。
【００７７】スタートスイッチＳＷ１がＯＮした時点ｔ
１からすこし遅れた時点ｔ２から、第８図（Ｂ）に示す
ようにクロックパルス発生器５６によるクロックパルス
がラッチ回路５２に入力され、ラッチ回路５２が動作を
開始する。第７図に示すように、クロックパルス発生器
５６の出力（Ｂ）はＨ、加算器５１には（Ｅ）の第２次
差信号△Ｖ2 が入力しており、ラッチ回路５２の出力の
フィードバックとの合成により、加算器５１の出力
（Ｆ）は（Ｃ）＋（Ｅ）＝△Ｖ1 ＋△Ｖ2 、ラッチ回路
５２の出力（Ｃ）は△Ｖ1 、加算器５３の出力（Ｄ）は
第１時加算電圧であって（Ａ）＋（Ｃ）＝Ｖ0 ＋△Ｖ1
である。
【００７８】この第１次加算電圧（Ｖ0 ＋△Ｖ1 ）がＶ
−ｆ変換素子５４に出力されると、Ｖ−ｆ変換素子５４
は、その第１次加算電圧（Ｖ0 ＋△Ｖ1 ）に基づいて入
力電源周波数のシフト量△ｆ1 （符号は負である）を初
期電圧Ｖ0 に対応する最大周波数ｆ0 に加算して周波数
（ｆ0 ＋△ｆ1 ）の信号を出力する。
【００７９】次に時点Ｔ３では、クロックパルス発生器
５６の出力（Ｂ）はＨ、加算器５１にはモニター電圧Ｖ
´mnt ＝Ｖstで安定状態になって（Ｅ）＝０が入力し、
その結果、ラッチ回路５２の出力のフィードバックとの
合成により、加算器５１の出力（Ｆ）は（Ｃ）＋（Ｅ）
＝△Ｖ1 ＋△Ｖ2 、ラッチ回路５２の出力（Ｃ）は△Ｖ
1 ＋△Ｖ2 、加算器５３の出力（Ｄ）は第２次加算電圧
であって（Ａ）＋（Ｃ）＝Ｖ0 ＋△Ｖ1 ＋△Ｖ2 であ
る。
【００８０】この第２次加算電圧（Ｖ0 ＋△Ｖ1 ＋△Ｖ
2 ）がＶ−ｆ変換素子５４に出力されると、Ｖ−ｆ変換
素子５４はさらに△ｆ2 を加算して、周波数（ｆ0 ＋△
ｆ1＋△ｆ2 ）の信号を出力する。
【００８１】時点Ｔ４では、同様に、クロックパルス発
生器５６の出力（Ｂ）はＨ、ラッチ回路５２の出力
（Ｃ）は△Ｖ1 ＋△Ｖ2 、加算器５３の出力（Ｄ）は第
２次加算電圧を持続する。
【００８２】以後は上記動作を操返し、前記制御目標と
なる理想周波数ｆd によって超音波モーター１が安定し
て駆動される。
【００８３】
【発明の効果】本発明にかかる超音波モーターによれ
ば、摺動材が振動子の稜線部に接触しないように加圧接
触しているので、相対運動部材に生じる摩耗が減少し、
超音波モーターの耐久性を高めることができる。また、
相対運動部材において、振動子と対向する面に摩擦係数
の高い摺動材を設けることにより、振動子と相対運動部
材との接触面における摩擦力を増大させることができ、
駆動力を大きくすることができる。さらに、摺動材の材
料を適宜選択することで、所望の摺動特性を得ることが
できる。Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an elastic body and the elastic body.
A stator having a piezoelectric body for exciting the
Ultrasonic vibration with a moving body
Regarding the ultrasonic motor used. 2. Description of the Related Art Conventional ultrasonic motors are disclosed in
As described in JP-A-59-204477,
The vibrator made of piezoelectric and elastic materials and the rotor
It has a touched structure. And elastic body by piezoelectric body
Vibration was generated to rotate the rotor. [0003] The ultrasonic motor is a vibration motor.
The rotor is driven by the frictional force between the rotor and the rotor.
Of the rotor at the part that contacts the ridge of the vibrator.
The phenomenon of severe wear was occurring. As a result, ultrasonic
The desired performance of the motor cannot be obtained and durability is reduced.
Was one of the causes. The present invention focuses on such a conventional problem.
The super sound is achieved by suppressing the wear of the rotor.
The purpose is to increase the durability of the wave motor. [0005] To achieve the above object,
The gist of the present invention is to provide an annular vibrator and the vibrator.
It has a sliding member provided on the opposing surface, and is added to the vibrator.
An annular ring that is in pressure contact and performs relative motion with the vibrator
Ultrasonic motor having a relative motion member of
The sliding material does not come into contact with any of the ridges of the vibrator.
Ultrasonic motor characterized by being contacted under pressure
It exists. The present invention operates as follows. Sliding material
Does not come into contact with the ridge of the vibrator,
Ultrasonic motor with no wear and reduced wear of relative motion members
The durability of the vehicle can be improved. Further, in the relative motion member, the vibrator is paired with the vibrator.
By providing a sliding material with a high coefficient of friction on the facing surface,
Increased frictional force at the contact surface between the vibrator and the relative motion member
And the driving force can be increased.
Further, by appropriately selecting the material of the sliding material, a desired sliding material can be obtained.
Dynamic characteristics can be obtained. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS [0008] FIG.
An embodiment will be described. FIGS. 1 and 2 show an embodiment of the present invention.
State. As shown in FIG. 1 and FIG.
The motor 1 has an annular elastic body 2 and excites the elastic body 2.
And a piezoelectric body 3 as an electromechanical conversion element
You. A piezoelectric body 3 is bonded to the elastic body 2, and the piezoelectric body 3
Vibration is generated in the elastic body 2 by the excitation of
ing. A stator (vibration) is formed by the elastic body 2 and the piezoelectric body 3.
(A moving element) 10. An annular shape driven by the stator 10
The surface of the rotor base 4 on the elastic body 2 side has a friction coefficient of
The slider 5 such as a high resin is coated.
The rotor is formed by the rotor matrix 4 and the slider 5.
(Relative motion member) 20 is configured. Rotor 20
The width of the rotor matrix 4 and the slider 5 constituting
Both are narrower than the width of the elastic body 2 constituting the stator 10.
It's getting worse. The surface of the slider 5 is
Without contacting the inner and outer ridges of
It is in contact with the surface of the body 2. The stator 10 is made of a vibration-insulating material such as felt.
It is supported by the fixing part 7 via the member 6. Also low
Also rotates through the vibration insulating member 8 such as felt.
It is supported by the member 9. Therefore, the ultrasonic motor 1
It is the turning member 9 that actually outputs the turning power to the outside. A thrust bearing is provided on one end surface of the rotating member 9.
11a to 11c are arranged, and the thrust bearing 11
Wave washer between a ~ 11c and fixed part 12
A spring member 13 is interposed. Of the spring member 13
The urging force is applied to the thrust bearings 11a to 11c,
And transmitted to the rotor 20 via the vibration insulating member 8
The slider 5 of the rotor 20 is moved by this biasing force.
Therefore, the elastic body 2 of the stator 10 is pressed against the elastic body 2. FIG. 1 shows an alternating current applied to the piezoelectric body 3.
Control circuit that controls the voltage power supply frequency (input power supply frequency)
The road is shown. [0015] As shown in FIG.
Of the piezoelectric body 3 on the opposite side of the elastic body 2
Are fired with four segment electrodes 3a to 3d
I have. A sinusoidal AC voltage is applied to the segment electrode 3a.
Is input to the segment electrode 3b.
Positive phase shifted by π / 2 from the sine wave input to pole 3a
A sinusoidal AC voltage is input. Segment electrode 3c
Is connected to the ground. Also, if AC voltage is applied
Excitation of the piezoelectric body 3 from the segment electrode 3d which is not
The monitor voltage Vmnt generated by this is detected. The control circuit shown in FIG.
Monitor with smoothed monitor voltage Vmnt from 3d
Monitor voltage detector 30 for detecting as voltage V'mnt
And a frequency higher than the resonance frequency fcr of the stator 10.
In the wave number domain, the smoothed monitor voltage V'mnt
Is set to a predetermined voltage value.
a, 3b to control the input power frequency f of the AC voltage input thereto.
And a frequency control unit 40 for controlling the frequency. The monitor voltage detecting section 30 includes a segment
A diode that rectifies the monitor voltage Vmnt from the electrode 3d
And a resistor 32 and a capacitor 33.
An integrating circuit for smoothing the voltage from the diode 31;
From the output end of the resistor 34.
So that the smoothed monitor voltage V'mnt is output
Made up of The frequency control unit 40 includes an operational amplifier 41
, Vf converter 42, initial voltage generator 43, phase
It comprises a device 44 and amplifiers 45 and 46. The inverting input terminal of the operational amplifier 41 is connected to a resistor 34.
Is connected to the output terminal of the
The input monitor voltage V'mnt is input. The operation
The non-inverting input terminal of the amplifier 41 is connected to a constant voltage source 47.
A predetermined voltage Vst is input to the non-inverting input terminal.
Have been. This predetermined voltage Vst is a smoothed monitor
This is a target value of the voltage V'mnt. That is, the operational amplifier
A resistor 48 is connected between the inverting input terminal 41 and its output terminal.
And the operational amplifier 41 is connected to the two
Output a difference signal ΔV (ΔV = Vst−V′mnt)
Made up of The Vf converter 42 includes an operational amplifier 41
Receives the voltage difference signal ΔV output from the
Of input power frequency f depending on the sign and size of
(Including sign) and calculate the input power
Output signal of frequency (f + △ f) added to source frequency f
It is made to do. The initial voltage generator 43 is an ultrasonic motor
-1 outputs the initial voltage Vo to the Vf converter 42 at the time of startup
And the resonance frequency of the ultrasonic motor 1 which can change in a normal state.
A little higher than the maximum number (for example, about 10% higher
Signal) (hereinafter referred to as the signal of the maximum frequency)
-F converter 42 for output as an initial output
It is. The phase shifter 44 operates the ultrasonic motor 1
Output from the Vf converter 42 (sine wave) depending on the turning direction
Works to shift the phase of + π / 2 or -π / 2
It is. The amplifiers 45 and 46 include a Vf converter 42 and
The output from the phase shifter 44 is amplified and the segment power is amplified.
It serves to send to the poles 3a and 3b. FIG. 3 is a diagram showing the operation of the above embodiment.
The relationship between the input power frequency f and the monitor voltage Vmnt.
Monitor voltage curve representing the relationship between
Representing the relationship between the rotational speed N of the motor and the monitor voltage Vmnt
The number curve is shown. In FIG. 3, the horizontal axis represents the input power supply frequency f.
, The vertical axis represents the rotation speed N of the rotor 20 and the monitor voltage.
Vmnt are shown. As is apparent from FIG.
Vmnt has a strong correlation with the rotation speed N of the rotor 20.
And the input power frequency when the rotational speed N reaches the maximum value Nmax.
If the number is fcr, the monitor voltage Vmnt also becomes
Indicates the maximum value Vmax at cr. Note that this frequency fcr
Is also the resonance frequency of the ultrasonic motor 1. Here, the input power frequency of the ultrasonic motor 1
To find the most ideal frequency as the number f,
Test was carried out. In this experiment, first, the input power frequency f was set to the resonance frequency.
Set the frequency below the wave number fcr, and gradually increase the frequency.
To a frequency higher than the resonance frequency fcr.
I got a fruit. As a result, the input power frequency f becomes the resonance frequency
If it is lower than fcr, the load torque will increase suddenly.
However, the rotation speed was lowered, and this was not appropriate. Input power
The source frequency f matches and almost matches the resonance frequency fcr
May generate noise during rotation or increase load torque.
The rotation speed suddenly drops due to the addition, and the drive is reproduced
Not suitable due to poor performance and unstable behavior
Was. Input power frequency f is higher than resonance frequency fcr
In this case, drive reproducibility is high and behavior is stable.
The driving efficiency was good. In the above embodiment, the resonance frequency
Ideal frequency fd that is higher than several fcr and is the control target
[(Fd-fcr) / fcr = frequency of about 0.01]
Set the corresponding monitor voltage to the predetermined voltage Vst.
You. The operation will be described below. The segment electrodes 3a and 3b of the piezoelectric body 3
AC voltages with phases shifted by π / 2 are applied to each other
Then, the piezoelectric body 3 is excited, and the piezoelectric body 3 is excited.
Therefore, a bending motion occurs in the elastic body 2. At this time, the slider 5 of the rotor 20
Elastic body of the stator 10 by the urging force of the spring member 13
2, the elastic body 2 is bent by the bending motion of the elastic body 2.
The rotor 20 rotates. The rotation of the rotor 20
The power is transmitted to the rotating member 9 via the dynamic insulating member 8,
The rotation power of the ultrasonic motor 1 is output to the outside by the rotation of the material 9
Is forced. The activation of the ultrasonic motor 1 is performed before.
The initial voltage generator 43 supplies the Vf converter 42 with the initial voltage.
A voltage Vo is output, and the Vf is changed by the initial voltage Vo.
The converter 42 outputs the signal of the maximum frequency as an initial output.
Then, the signal of the maximum frequency is
To the electrode 3a via the phase shifter 44 and the amplifier 46.
By being input to each of the segment electrodes 3b,
Done. In this way, the ultrasonic motor 1 is started.
The maximum frequency from the segment electrode 3d
The monitor voltage Vmnt corresponding to the signal of (i) is detected. The
The signal of the maximum frequency is higher than the frequency fd shown in FIG.
Because the frequency is large, the segment electrode 3d
The monitor voltage Vmnt detected from the
It is clear from FIG. 3 that it is smaller than st. At the time of start-up, it is detected from the segment electrode 3d.
The monitor voltage Vmnt is determined by the monitor voltage detector 30.
Rectified by the diode 31
The resistor 3 is smoothed by an integrating circuit comprising
The smoothed monitor voltage V'mnt is output from the output terminal
The signal is sent to the inverting input terminal of the operational amplifier 41. The smoothed monitor voltage V'mnt is also
Since the voltage is lower than the predetermined voltage Vst, the operational amplifier 41
The sign of the difference signal ΔV of the voltage output from the terminal becomes positive. this
Due to the positive ΔV signal, the V-f converter 42
Calculate the shift amount △ f of the source frequency (the sign is negative),
The shift amount is added to the maximum frequency output until then.
The signal of the calculated frequency (f + Δf) is output. With this signal, the segment electrodes 3a, 3
The input power frequency f of the AC voltage input to b gradually decreases.
And the monitor voltage V′mnt becomes a predetermined voltage V
At the time when the signal coincides with st, the signal of ΔV becomes zero and V−
The input power frequency f output from the f converter 42 is
The ideal frequency fd as the control target is obtained. This ideal
Ultrasonic motor 1 is driven stably by various frequency fd
Is done. FIG. 4 shows a monitor voltage curve.
As described above, the ideal circuit as the control target shown in FIG.
Let fd1 be the ideal frequency corresponding to the wave number fd.
Monitor voltage Vmnt corresponding to the ideal frequency fd1
At the ideal frequency fd1.
In the first state where the ultrasonic motor 1 is being driven, the ultrasonic motor
The driving point of the motor 1 is the point A. Such a first state is caused by torque fluctuation and
As shown by the monitor voltage curve due to changes in the seed environment, etc.
If the input power supply frequency f is
Since the ideal frequency fd1 remains, the ultrasonic motor 1
Drive point moves from point A to point B and moves out of the ideal drive point.
Will be. In the case of FIG. 4, the driving point is the resonance point D
Move in the direction of approaching and deviate from the ideal driving point.
The driving becomes very unstable. Reverse to the case of Fig. 4
When the driving point deviates in the direction away from the resonance point D,
Means that the rotational speed N decreases and the starting torque also decreases. As described above, the driving point changes from point A to point B.
When it moves, the monitor power detected from the segment electrode 3d
The voltage Vmnt increases from the predetermined voltage Vst to the voltage Vst2.
I do. As a result, the voltage difference signal from the operational amplifier 41 is obtained.
The signal △ V (the sign is negative) is output.
The Vf converter 42 calculates the shift amount of the input power frequency.
Δf (the sign is positive) is calculated, and
Frequency obtained by adding the shift amount to the maximum frequency (f + Δf)
The signal of is output. By this signal, the segment electrodes 3a, 3
The input power frequency f of the AC voltage input to the terminal b is gradually increased.
And the monitor voltage V′mnt becomes a predetermined voltage.
At the driving point C that matches Vst, the signal of ΔV becomes zero.
At this time, the input power output from the Vf converter 42
The frequency f becomes the ideal frequency fd2. Like this
In the second state as shown by the monitor voltage curve
Thus, the input power supply frequency f corresponds to the predetermined voltage Vst.
The ideal frequency fd2 is reached, and the ultrasonic
The motor 1 is driven stably. Next, to obtain the ideal frequency fd
The configuration of the Vf converter 42 of FIG.
I will explain it. The initial voltage generator 43 outputs the output of the voltage source 431.
Side has a start switch SW1. The Vf converter 42 includes an adder 421 and a clock
Clock pulse generator 422, latch circuit 423, Vf
Conversion element 424 and initial voltage V input to adder 421.
A switching circuit 425 for switching 0 to the added voltage.
The latch circuit 423 includes a clock pulse generator 422
Is input each time a pulse signal is input from
V-f change by holding the added voltage (V + △ V) from the pressurizer
It is configured to output to the switching element 424. The switching circuit 425 includes the initial voltage generator 43
To send the initial voltage V0 from the
Output from the analog switch SW2 and the latch circuit 423.
The added voltage (V + ΔV) is fed back to the adder 421.
A second analog switch SW3 for
Further, the first analog switch SW2 and the second
A button for selectively operating the analog switch SW3.
Of the NAND gate, the inverter INV, and the initial voltage V0.
Operate by applying voltage to one input of NAND gate NAND
A transistor Tr1 for sending an H level signal to the end;
Operates by applying H, and the other of the NAND gate NAND
A transistor Tr2 for transmitting an H level signal to the input terminal;
doing. As a result, the start switch SW1 is
The first analog switch SW2 is turned on at the moment when it becomes N.
State, and the initial voltage V0 is changed to the first analog switch SW.
2 is input to the adder 421 via the latch circuit 4
23 outputs the added voltage (V + ΔV), the first
When the analog switch SW2 is turned off, the second analog
Switch SW3 is turned on, and the added voltage (V
+ ΔV) is input to the adder 421.
You. Next, in the embodiment configured as described above,
The operation will be described in detail. The segment electrodes 3a and 3b of the piezoelectric body 3
AC voltages with phases shifted by π / 2 are applied to each other
Then, the piezoelectric body 3 is excited, and the excitation of the piezoelectric body 3
As a result, a bending motion occurs in the elastic body 2. At this time, rotor 2
The slider 5 of 0 is driven by the biasing force of the spring member 13.
The elastic body 2 is pressed against the elastic body 2 of the
The rotor 20 is rotated by the bending motion of. This rotor
-20 is transmitted to the rotating member 9 via the vibration insulating member 8.
And the rotation of the rotating member 9 causes the ultrasonic motor 1 to rotate.
The torque is output to the outside. The activation of the ultrasonic motor 1 is performed in the following manner.
The initial voltage is set by closing the start switch SW1.
Initial voltage V0 is output from generator 43 to Vf converter 42
Is done. Here, the operation of the Vf converter 42 is shown in FIG.
This will be described with reference to the time chart shown in FIG. In FIG. 6, symbols (A) to (I) are
5 at the corresponding positions A to I shown in the circuit of FIG.
3 shows the change in pressure. When the start switch SW1 is turned on, the
In FIG. 5, the potential at point A is as shown in FIG. 6 (A).
Immediately take the initial voltage V0. Also, its start switch
Time t2, which is slightly delayed from time t1 when switch SW1 is turned on.
Therefore, as shown in FIG.
Input to the latch circuit 423, and the latch circuit 423 opens its operation.
Start. When the potential at the point A becomes V0, the transistor T
r1 becomes active and one of the NAND gates NAND
Voltage VCC is applied to input terminal B as shown in FIG. 6 (B).
It is. However, until the time point t2 is reached, FIG.
As shown in the figure, the latch circuit 423 does not operate and the voltage is applied to the point I.
Does not occur, so that the transistor Tr2 is in an inactive state.
Therefore, the other input terminal C of the NAND gate NAND is connected to
No voltage is applied. The output end E of the NAND gate NAND is shown in FIG.
As shown in (E), the level becomes H level and the inverter INV
Is at the L level. Therefore, the first analog
Switch SW2 is in a normal state, and the potential at point F is as shown in FIG.
As shown in (F), the initial voltage becomes V0, and the adder 421
Is input to On the other hand, at time t1, the operational amplifier 41 still operates.
No difference signal .DELTA.V is generated (.DELTA.V = 0). So
Therefore, from the adder 421, as shown in FIG.
The initial voltage V0 is output. The latch circuit 423 outputs the first clock pulse.
At the time t2 when the input is made, as shown in FIG.
The initial voltage V0 is output to the Vf conversion element 424. V-
The f-conversion element 424 has a frequency higher than the ideal frequency fd.
Of the maximum frequency f0 of the initial output corresponding to the initial voltage V0
And output. (Refer to FIG. 3.) The signal f0 of the maximum frequency is segmented via the amplifier 45.
Phase electrodes 44 and amplifier 4
6 to the segment electrodes 3b.
Thus, the ultrasonic motor 1 is started. this
When the ultrasonic motor 1 is started,
Corresponding to the signal f0 of the maximum frequency from the
The detected monitor voltage Vmnt is detected. The signal of the maximum frequency
The signal f0 has a frequency higher than the ideal frequency fd shown in FIG.
Is detected from the segment electrode 3d at the start.
The monitored voltage Vmnt is higher than the predetermined voltage Vst.
It is clear from FIG. At the time of start-up, it is detected from the segment electrode 3d.
The monitor voltage Vmnt of the monitor voltage detection circuit 30
Rectified by the diode 31, the resistor 32 and the capacitor
33, and is smoothed by an integrating circuit consisting of
The smoothed monitor voltage V'mnt is calculated from the output terminal of
The signal is sent to the inverting input terminal of the amplifier 41. This smoothed
Also, the monitor voltage V'mnt is smaller than the predetermined voltage Vst.
Therefore, the sign of ΔV1 output from the operational amplifier 41 is positive.
Becomes On the other hand, when the voltage V0
When the initial voltage is output, the transistor Tr2 operates.
FIG. 6 shows the other input terminal of the NAND gate NAND.
(C) As shown in FIG.
The output terminal E of the NAND goes low. Therefore, the first
The analog switch SW2 is turned off, and the
H level signal is output from the output terminal of the
The analog switch SW3 is turned on. Therefore, the output voltage from the latch circuit 423
Is supplied to the adder 421 via the point F.
And is shown in FIG. 6 (F) at time t2.
The potential at the point F continues to be the initial voltage V0
Is done. Therefore, the adder 421 operates as shown in FIG.
As shown, the first differential signal from the operational amplifier is applied to the initial voltage V0.
The primary addition voltage (V0 + ΔV1) obtained by adding the signal △ V1 is
Output. This primary addition voltage (V0 + △ V1) is t
At three points, as shown in FIG.
From 423, the primary added voltage (V0 + △ V1) changes by V-f.
Output to the switching element 424 and simultaneously with the second analog switch.
Is fed back to the adder 421 via the switch SW3.
You. The V-f conversion element 424 performs the primary addition.
Shift of input power frequency based on voltage (V0 + （V1)
△ f1 (the sign is negative) corresponds to the initial voltage V0.
Of the frequency (f0 + △ f1)
Output a signal. The mode corresponding to the frequency (f0 + △ f1)
Monitor voltage V'mn output from the monitor voltage detection circuit
t is set to be slightly higher than the predetermined voltage Vst.
And the second-order difference output from the operational amplifier 41.
The signal .DELTA.V2 becomes negative as shown in FIG. This
The value ΔV2 is fed back to the adder 421.
Is added to the first added voltage (V0 + V1).
FIG. 6 shows the following addition voltage [(V0 + ΔV1) + ΔV2].
The signal is output to the latch circuit 423 as shown in FIG. The latch circuit 423 receives the next pulse
At time t4, as shown in FIG.
The calculated voltage [(V0 + ΔV1) + ΔV2] is output, and V-f
The conversion element 424 outputs the second added voltage [(V0 + ΔV
1) + △ V2], and outputs the frequency (f0 + △ f2)
Power. Monitor corresponding to this frequency (f0 + △ f2)
-The voltage V'mnt further approaches the predetermined voltage Vst,
As shown in FIG. 6 (G), the third order difference from the operational amplifier 41 is obtained.
The signal △ V3 is output. This third order difference signal ΔV 3 is supplied to an adder 421.
The fed back secondary addition voltage [(V0 + △ V1
) + △ V2] and the third added voltage [(V0
+ △ V1 + △ V2) + △ V3] as shown in FIG.
As shown, the output from the adder 421 to the latch circuit 423 is shown.
It is. The latch circuit 423 operates at the next pulse input time t5.
And the tertiary addition voltage as shown in FIG.
[(V0 + 0V1 + △ V2) + △ V3] is output. This tertiary addition voltage [(V0 + {V1 +}
V2) + {V3], the V-f conversion element 424 receives
Based on this, the shift amount △ f3 is added to the maximum frequency f0.
And outputs a signal of frequency (f0 + △ f3). This message
The monitor voltage V'mnt corresponding to the signal
When the value coincides with st, the fourth output from the operational amplifier 41
The next difference signal ΔV4 is 0 (zero) as shown in FIG.
And is not input to the adder 421. So after that
Means that the output voltage from the adder 421 is as shown in FIG.
As shown at point t6, the tertiary addition voltage [(V0 + 1V1 +
ΔV2) + ΔV3]. As a result, the output from the latch circuit 423 is output.
The voltage to be applied is also the third added voltage [(V0 + ΔV1 + ΔV2) +
ΔV3], and Vf conversion element 424
(F0 + △ f3 = fd) are successively output.
It is. If the output from the V-f conversion element 424
Monitor voltage corresponding to the frequency (f0 + Δf3)
If V'mnt does not reach the predetermined voltage Vst,
The fourth order difference signal △ V4 is the third addition voltage [(V0 + △ V
1 + △ V2) + △ V3], and thereafter the Vf conversion element
424, operational amplifier 41 and adder 421 and return
By the operation, the monitor voltage V'mnt becomes the predetermined voltage
Vst, the difference signal ΔV becomes 0 (zero),
As described above, the signal (f0 + △) from the V-f converter 42
According to f), the exchange input to the segment electrodes 3a and 3b is performed.
The input power frequency f of the current voltage gradually decreases,
The monitor voltage V'mnt rises and becomes equal to the predetermined voltage Vst.
At the time of coincidence, the signal of ΔV becomes 0 (zero),
The input power frequency f output from the Vf converter 42 is
The ideal frequency fd as the control target is obtained. This ideal circumference
The ultrasonic motor 1 is driven stably by the wave number fd.
You. FIG. 7 shows how to obtain an ideal frequency fd.
Shows another embodiment of the control circuit having the Vf converter of FIG.
doing. The Vf converter 42 includes an adder 51, a latch
Circuit 52, an adder 53, and a Vf conversion element 54.
The initial voltage V0 output from the initial voltage generator 55 is connected.
A clock pulse generator 56 is provided.
The output of the pulse generator 56 is connected to the latch circuit 52,
The output of the latch circuit 52 and the initial voltage V0 are supplied to the adder 53.
Connected. The output of the latch circuit 52 is fed to the adder 51.
Have been fed back. The output of the adder 53 is Vf
It is configured to output to the conversion element 54. Next, in the embodiment configured as described above,
The operation will be described. The activation of the ultrasonic motor 1 is performed by a start switch.
Switch SW1 is closed, and the initial voltage generator 55
Outputs the initial voltage V0 to the Vf converter. The operation of the Vf converter corresponds to the time shown in FIG.
This will be described using a chart. In FIG. 8, symbols (A) to (F) are
The voltages at the corresponding positions AF shown in the circuit of FIG.
3 shows the change in pressure. When the start switch SW1 is turned on, the
As shown in FIG. 8 (A), the potential at point A in FIG.
Immediately take the initial voltage V0, point B is at potential 0, and point C is
Since the switch circuit 52 is still inactive, the potential is 0 and the point D is the initial voltage.
V0, the point E is ΔV1, and the point F is ΔV1. The Vf conversion element 54 receives the initial voltage V0.
And the V-f conversion element 54 is larger than the ideal frequency fd.
Threshold maximum frequency f0 is initially output corresponding to initial voltage V0
Output as The signal f0 of the maximum frequency causes the amplifier 45 to
To the segment electrodes 3a and 3b via the phase shifter 44 and
And the segment electrode 3b via the amplifier 46
The ultrasonic motor 1 is activated by the input.
Will be Time point t when start switch SW1 is turned on
From the time point t2, which is a little later than the time point 1 shown in FIG.
Clock pulse generated by clock pulse generator 56
Is input to the latch circuit 52, and the latch circuit 52 operates.
Start. As shown in FIG. 7, a clock pulse generator
The output (B) of 56 is H, and the adder 51 has the second order of (E).
The difference signal ΔV2 is input and the output of the latch circuit 52 is
The output of the adder 51 is obtained by combining with the feedback.
(F) is (C) + (E) = △ V1 + △ V2, latch circuit
The output (C) of 52 is ΔV1 and the output (D) of the adder 53 is
The first time addition voltage, and (A) + (C) = V0 + △ V1
It is. This first added voltage (V0 + △ V1) is V
When output to the -f conversion element 54, the Vf conversion element 54
Is input based on the primary added voltage (V0 + △ V1).
First shift of power supply frequency 周波 数 f1 (sign is negative)
Frequency by adding to the maximum frequency f0 corresponding to the initial voltage V0
The signal of (f0 + f1) is output. Next, at time T3, the clock pulse generator
The output (B) of 56 is H, and the monitor voltage V
Mmnt = Vst and becomes stable and (E) = 0 is input,
As a result, the feedback of the output of the latch
By the combination, the output (F) of the adder 51 is (C) + (E)
= ΔV1 + ΔV2, and the output (C) of the latch circuit 52 is ΔV
1 + △ V2, the output (D) of the adder 53 is the second addition voltage
(A) + (C) = V0 + ΔV1 + ΔV2
You. This secondary addition voltage (V0 + ΔV1 + ΔV)
2) is output to the V-f conversion element 54, the V-f conversion
The element 54 further adds △ f2 to obtain the frequency (f0 + △
f1 + △ f2) is output. At time T4, similarly, a clock pulse is generated.
The output (B) of the creature 56 is H, the output of the latch circuit 52 is
(C) is ΔV1 + ΔV2, and the output (D) of the adder 53 is
The secondary addition voltage is maintained. Thereafter, the above operation is repeated, and the control target and the
The ultrasonic motor 1 is stabilized by the ideal frequency fd
Driven. According to the ultrasonic motor of the present invention,
Pressure contact so that the sliding material does not touch the ridge of the vibrator.
Because it touches, the wear that occurs on the relative motion member is reduced,
The durability of the ultrasonic motor can be increased. Also,
Coefficient of friction on the surface facing the oscillator in the relative motion member
The vibrator and relative moving part
Frictional force at the contact surface with the material can be increased,
The driving force can be increased. In addition, sliding material
The desired sliding characteristics can be obtained by selecting the material as appropriate.
it can.
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態を示しており、入力電源
周波数を制御する制御回路のブロック図である。
【図２】本発明の一実施の形態を示しており、超音波モ
ーターの主要部を示す断面図である。
【図３】本発明の一実施の形態を示しており、モニター
電圧曲線および回転数曲線を示すグラフである。
【図４】本発明の一実施の形態を示しており、モニター
電圧曲線がシフトした場合の説明図である。
【図５】図１に示したＶ−ｆ変換器の詳細例の回路図で
ある。
【図６】図５の回路の動作のタイムチャートである。
【図７】本発明の他の実施の形態の制御回路図である。
【図８】図７の回路の動作のタイムチャートである。
【符号の説明】
１…超音波モーター
２…弾性体
３…圧電体（電気機械変換素子）
３ｄ…セグメント電極（圧電体の入力電圧が印加されて
いない部分）
１０…ステーター（振動子）
３０…モニター電圧検出部
４０…周波数制御部
ｆ…入力電源周波数
Ｖmnt …モニター電圧
Ｖst…所定の電圧値BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 shows one embodiment of the present invention, and is a block diagram of a control circuit for controlling an input power supply frequency. FIG. 2 shows one embodiment of the present invention, and is a cross-sectional view showing a main part of an ultrasonic motor. FIG. 3 shows one embodiment of the present invention, and is a graph showing a monitor voltage curve and a rotation speed curve. FIG. 4 illustrates one embodiment of the present invention, and is an explanatory diagram when a monitor voltage curve is shifted. FIG. 5 is a circuit diagram of a detailed example of the Vf converter shown in FIG. FIG. 6 is a time chart of the operation of the circuit of FIG. 5; FIG. 7 is a control circuit diagram according to another embodiment of the present invention. FIG. 8 is a time chart of the operation of the circuit of FIG. 7; [Description of Signs] 1 ... Ultrasonic motor 2 ... Elastic body 3 ... Piezoelectric body (electromechanical transducer) 3d ... Segment electrode (portion where input voltage of piezoelectric body is not applied) 10 ... Stator (vibrator) 30 ... Monitor voltage detector 40 Frequency control unit f Input power supply frequency Vmnt Monitor voltage Vst Predetermined voltage value
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 袴田 和男
東京都品川区西大井１丁目６番３号 株
式会社 ニコン内
(56)参考文献 特開 昭59−110388（ＪＰ，Ａ)
────────────────────────────────────────────────── ───
Continuation of front page
(72) Inventor Kazuo Hakamada
1-6-3 Nishioi, Shinagawa-ku, Tokyo, Japan
Shikisha Nikon
(56) References JP-A-59-110388 (JP, A)