(57)【要約】【課題】低速駆動を行う場合であっても、不感帯の影響を小さくして良好な制御性且つ高い速度分解能で駆動可能な超音波モータを提供すること。【解決手段】駆動位相差と駆動速度と特性直線上の駆動点を切り替えて駆動速度を制御する制御CPU22を、超音波モータに具備させる。この制御CPU22は、駆動速度を減少させる場合、駆動周波数の値を変化させずに駆動位相差を増加させ、該駆動点で所定時間だけ駆動した後、駆動位相差を変化させずに駆動周波数の値を前記振動子の共振周波数により近付ける値に切り替える制御を、所望の駆動速度に達するまで繰り返し実行し、駆動速度を増加させる場合、駆動周波数の値を変化させずに駆動位相差を減少させ、該駆動点で所定時間だけ駆動した後、駆動位相差を変化させずに駆動周波数の値を前記振動子の共振周波数からより遠ざける値に切り替える制御を、所望の駆動速度に達するまで繰り返し実行する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
２相の駆動信号を振動子に印加して当該振動子に楕円振動を発生させ、該楕円振動から駆動力を得て被駆動部材を摩擦駆動し、２相の駆動信号間の位相差である駆動位相差を変化させて駆動速度を制御する超音波モータであって、
前記駆動位相差が９０度乃至１８０度の範囲内における前記駆動位相差、前記駆動周波数及び前記駆動速度の関係を示す特性直線上の駆動点を切り替えて、前記駆動速度を制御する制御部を具備し、
前記制御部は、
駆動速度を減少させる場合には、駆動周波数の値を変化させずに駆動位相差を増加させて駆動点を切り替え、該駆動点で所定時間だけ駆動した後、駆動位相差を変化させずに駆動周波数の値を前記振動子の共振周波数により近付ける値に設定して駆動点を切り替える制御を、所望の駆動速度に達するまで繰り返し実行し、
駆動速度を増加させる場合には、駆動周波数の値を変化させずに駆動位相差を減少させて駆動点を切り替え、該駆動点で所定時間だけ駆動した後、駆動位相差を変化させずに駆動周波数の値を前記振動子の共振周波数からより遠ざける値に設定して駆動点を切り替える制御を、所望の駆動速度に達するまで繰り返し実行する
ことを特徴とする超音波モータ。
【請求項２】
２相の駆動信号を振動子に印加して当該振動子に楕円振動を発生させ、該楕円振動から駆動力を得て被駆動部材を摩擦駆動し、２相の駆動信号間の位相差である駆動位相差を変化させて駆動速度を制御する超音波モータであって、
前記駆動位相差が９０度乃至１８０度の範囲内における前記駆動位相差、前記駆動周波数及び前記駆動速度の関係を示す特性直線上の駆動点のうち、駆動位相差９０度且つ所望の駆動速度の駆動点と、駆動位相差１８０度且つ駆動速度零の駆動点と、を結んで成る理想速度特性直線上の駆動点または該直線近傍の駆動点を順次切り替えて、前記駆動速度を変化させる制御部を具備し、
前記制御部は、
駆動速度を減少させる場合には、前記理想速度特性直線上の駆動点または該直線近傍の駆動点を所望の速度分解能に応じた数だけ選択し、駆動周波数を前記振動子の共振周波数に近付ける方向且つ駆動位相差を増加させる方向に、前記選択した駆動点を順次切り替えていく制御を行い、
駆動速度を増加させる場合には、前記理想速度特性直線上の駆動点または該直線近傍の駆動点を所望の速度分解能に応じた数だけ選択し、駆動周波数を前記振動子の共振周波数から遠ざける方向且つ駆動周波数を減少させる方向に、前記選択した駆動点を順次切り替えていく制御を行う
ことを特徴とする超音波モータ。
【請求項３】
２相の駆動信号を振動子に印加して当該振動子に楕円振動を発生させ、該楕円振動から駆動力を得て被駆動部材を摩擦駆動し、２相の駆動信号間の位相差である駆動位相差を変化させて駆動速度を制御する超音波モータであって、
前記駆動位相差が９０度乃至１８０度の範囲内における前記駆動位相差、前記駆動周波数及び前記駆動速度の関係を示す特性直線上の駆動点を切り替えて、前記駆動速度を変化させる制御部を具備し、
前記制御部は、
駆動速度を減少させる場合には、駆動位相差を増加させて駆動点を切り替えていき、駆動位相差が予め定められた所定の駆動位相差に達すると、駆動周波数の値を前記振動子の共振周波数に近付ける値に設定して駆動点を切り替える制御を、所望の駆動速度に達するまで繰り返し実行し、
駆動速度を増加させる場合には、駆動位相差を減少させて駆動点を切り替えていき、駆動位相差が予め定められた所定の駆動位相差に達すると、駆動周波数の値を前記振動子の共振周波数から遠ざける値に設定して駆動点を切り替える制御を、所望の駆動速度に達するまで繰り返し実行する
ことを特徴とする超音波モータ。
【請求項４】
前記駆動位相差と前記駆動周波数とが一対一で対応付けされた複数の組からなる駆動点パラメータテーブルを格納する記憶手段を含み、
前記制御部は、前記駆動点パラメータテーブルに基づいて駆動点の切り替えを行うことで速度制御を実行することを特徴とする請求項１乃至請求項３のうち何れか１つに記載の超音波モータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電素子等から成る振動子の振動を利用する超音波モータに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電磁型モータに代わる新しいモータとして、圧電素子などの振動子の振動を利用した超音波モータが注目されている。この超音波モータは、従来の電磁型モータと比較して、ギア無しで低速高推力が得られる点、保持力が高い点、ストロークが長く高分解能である点、静粛性に富む点、磁気的ノイズを発生せず磁気的ノイズの影響を受けない点等の利点を有している。
【０００３】
超音波モータでは、超音波振動子を、摩擦部材である駆動子を介して、相対運動部材である被駆動部材に押し付けることで、前記駆動子と前記被駆動部材との間に摩擦力を発生させ、この摩擦力によって前記被駆動部材を駆動する。
【０００４】
このような超音波モータに関連する技術として、例えば特許文献１には次のような技術が開示されている。すなわち、特許文献１には、駆動用の電気機械変換素子および振動検出用の電気機械変換素子を備え、前記駆動用の電気機械変換素子に所定の位相差および所定の駆動周波数の２相の交番電圧を供給することにより、異なる２つの振動モードを同時に発生させて出力端に略楕円振動を生じさせる超音波振動子を備える超音波モータの運転方法であって、前記超音波振動子の出力端を被駆動体に押し付ける押圧力が、前記振動検出用の電気機械変換素子から出力された信号に基づいて、２つの振動モードの機械的共振周波数を一致させるように設定されている超音波モータの運転方法が開示されている。
【０００５】
特許文献１に開示されている技術によれば、複数の振動モードを同時に発生させる超音波モータにおいて、各振動モードを効率よく発生させて、安定して高いモータ出力を得ることができる。
【特許文献１】特開２００６−３０４４２５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、超音波モータの速度制御方法の一つとして、駆動位相差を利用した速度制御方法が知られている。この速度制御方法では、２相の駆動信号の位相差（駆動位相差）を変化させることで、振動子の振動における縦振動と屈曲振動との割合を変化させて駆動速度を変化させる。なお、駆動位相差が０度及び１８０度の時に駆動速度は零となる。このように、駆動位相差を用いた速度制御方法では、速度０となる駆動点が超音波モータの個体差に依存しないので扱いやすいという利点がある。
【０００７】
しかしながら、超音波モータの速度特性においては、低速度領域（例えば駆動位相差が０度及び１８０度近傍の領域）で駆動信号を入力しても、超音波モータの駆動力が静止摩擦力を超えることができない場合、すなわち超音波モータが動き出せない不感帯が存在する場合がある。このように不感帯が存在する場合には、超音波モータを用いて制御系を構築している場合には、不感帯の影響により所望の制御特性を得ることができない。
【０００８】
本発明は、前記の事情に鑑みて為されたものであり、低速駆動を行う場合であっても、不感帯の影響を小さくして良好な制御性且つ高い速度分解能で駆動可能な超音波モータを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記の目的を達成するために、本発明の第１の態様による超音波モータは、２相の駆動信号を振動子に印加して当該振動子に楕円振動を発生させ、該楕円振動から駆動力を得て被駆動部材を摩擦駆動し、２相の駆動信号間の位相差である駆動位相差を変化させて駆動速度を制御する超音波モータであって、前記駆動位相差が９０度乃至１８０度の範囲内における前記駆動位相差、前記駆動周波数及び前記駆動速度の関係を示す特性直線上の駆動点を切り替えて、前記駆動速度を制御する制御部を具備し、前記制御部は、駆動速度を減少させる場合には、駆動周波数の値を変化させずに駆動位相差を増加させて駆動点を切り替え、該駆動点で所定時間だけ駆動した後、駆動位相差を変化させずに駆動周波数の値を前記振動子の共振周波数により近付ける値に設定して駆動点を切り替える制御を、所望の駆動速度に達するまで繰り返し実行し、駆動速度を増加させる場合には、駆動周波数の値を変化させずに駆動位相差を減少させて駆動点を切り替え、該駆動点で所定時間だけ駆動した後、駆動位相差を変化させずに駆動周波数の値を前記振動子の共振周波数からより遠ざける値に設定して駆動点を切り替える制御を、所望の駆動速度に達するまで繰り返し実行することを特徴とする。
【００１０】
前記の目的を達成するために、本発明の第２の態様による超音波モータは、２相の駆動信号を振動子に印加して当該振動子に楕円振動を発生させ、該楕円振動から駆動力を得て被駆動部材を摩擦駆動し、２相の駆動信号間の位相差である駆動位相差を変化させて駆動速度を制御する超音波モータであって、前記駆動位相差が９０度乃至１８０度の範囲内における前記駆動位相差、前記駆動周波数、及び前記駆動速度の関係を示す特性直線上の駆動点のうち、駆動位相差９０度且つ所望の駆動速度の駆動点と、駆動位相差１８０度且つ駆動速度零の駆動点と、を結んで成る理想速度特性直線上の駆動点または該直線近傍の駆動点を順次切り替えて、前記駆動速度を変化させる制御部を具備し、前記制御部は、駆動速度を減少させる場合には、前記理想速度特性直線上の駆動点または該直線近傍の駆動点を所望の速度分解能に応じた数だけ選択し、駆動周波数を前記振動子の共振周波数に近付ける方向且つ駆動位相差を増加させる方向に、前記選択した駆動点を順次切り替えていく制御を行い、駆動速度を増加させる場合には、前記理想速度特性直線上の駆動点または該直線近傍の駆動点を所望の速度分解能に応じた数だけ選択し、駆動周波数を前記振動子の共振周波数から遠ざける方向且つ駆動周波数を減少させる方向に、前記選択した駆動点を順次切り替えていく制御を行うことを特徴とする。
【００１１】
前記の目的を達成するために、本発明の第３の態様による超音波モータは、２相の駆動信号を振動子に印加して当該振動子に楕円振動を発生させ、該楕円振動から駆動力を得て被駆動部材を摩擦駆動し、２相の駆動信号間の位相差である駆動位相差を変化させて駆動速度を制御する超音波モータであって、前記駆動位相差が９０度乃至１８０度の範囲内における前記駆動位相差、前記駆動周波数及び前記駆動速度の関係を示す特性直線上の駆動点を切り替えて、前記駆動速度を変化させる制御部を具備し、前記制御部は、駆動速度を減少させる場合には、駆動位相差を増加させて駆動点を切り替えていき、駆動位相差が予め定められた所定の駆動位相差に達すると、駆動周波数の値を前記振動子の共振周波数に近付ける値に設定して駆動点を切り替える制御を、所望の駆動速度に達するまで繰り返し実行し、駆動速度を増加させる場合には、駆動位相差を減少させて駆動点を切り替えていき、駆動位相差が予め定められた所定の駆動位相差に達すると、駆動周波数の値を前記振動子の共振周波数から遠ざける値に設定して駆動点を切り替える制御を、所望の駆動速度に達するまで繰り返し実行することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、低速駆動を行う場合であっても、不感帯の影響を小さくして良好な制御性且つ高い速度分解能で駆動可能な超音波モータを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の一実施形態に係る超音波モータについて、図面を参照して説明する。なお、本一実施形態においては、説明の便宜上、超音波モータと該超音波モータを駆動する為の駆動装置とを互いに独立した別体の装置として捉え、これらの装置から成る構成を超音波モータシステムと称して説明する。しかしながら、このような呼称はあくまでも説明の便宜上の呼称であって、駆動装置まで含めて一つの超音波モータとして捉えても勿論よい。
【００１４】
図１は、超音波モータシステムの概略一構成例を示すブロック図である。
【００１５】
図１に示すように超音波モータシステム１は、超音波モータ２と、超音波モータ２を駆動する駆動装置３と、を具備する。超音波モータ２は、超音波振動子４と、超音波振動子４により駆動される被駆動体５と、を有する。
【００１６】
前記超音波振動子４は、図２に示すように、矩形板状の圧電セラミックスシート７の片側面にシート状の内部電極（不図示）を設けたものを複数枚積層してなる直方体状の圧電積層体９と、該圧電積層体９のうち前記被駆動体５に対向する面に例えば接着等されて設けられた２個の摩擦接触子１０と、を備えている。
【００１７】
なお、符号１１が付されているのは外部電極である。各外部電極１１には、同種の圧電セラミックスシート７の同一位置に配される全ての内部電極（不図示）が接続されている。これにより、同種の圧電セラミックスシート７の同一位置に配される内部電極（不図示）は、同一の電位とされるようになっている。
【００１８】
なお、外部電極１１は、配線（不図示）を介して制御器（不図示）に接続される。配線は、リード線、フレキシブル基板等、可撓性を有する配線であれば任意のものでよい。
【００１９】
以下、圧電積層体９の動作について説明する。
【００２０】
まず、圧電積層体９の長手方向における一端面に形成された４つの外部電極１１は、図２において上側から順に、振動検出用のＣ相であるＣ−，Ｃ＋に対応する内部電極（不図示）、駆動用のＢ相であるＢ−，Ｂ＋に対応する内部電極（不図示）に接続された外部電極１１である。他方、圧電積層体９の長手方向における他端面に形成された２つの外部電極１１は、駆動用のＡ相であるＡ＋，Ａ−に対応する内部電極（不図示）に接続された外部電極１１である。
【００２１】
ここで、Ａ相及びＢ相に同位相で共振周波数又はその近傍の周波数に対応する周波数の交番電圧を加えると、図３に示すような１次の縦振動が励起される。また、Ａ相とＢ相とに逆位相で共振周波数に対応する交番電圧を加えると、図４に示されるような２次の屈曲振動が励起される。図３及び図４は、有限要素法によるコンピュータ解析結果を示す図である。
【００２２】
ここで、圧電積層体９に１次の縦振動が発生したときには、摩擦接触子１０が圧電積層体９の長さ方向（図３に示されるＸ方向）に変位させられる。他方、圧電積層体９に２次の屈曲振動が生じたときには、摩擦接触子１０が、圧電積層体９の幅方向（図４に示されるＺ方向）に変位させられる。
【００２３】
従って、Ａ相とＢ相とに対応する外部電極１１にそれぞれ、位相が９０°ずれた共振周波数又はその近傍の周波数に対応する周波数の駆動交番電圧を加える。これにより圧電積層体９においては、１次の縦振動と２次の屈曲振動とが同時に発生して摩擦接触子１０の位置で時計回りまたは反時計回りの略楕円振動が生じる（図２における矢印Ｃ参照）。
【００２４】
また、超音波振動子に発生している縦振動に応じた電荷が検出用の内部電極（不図示）に励起されることにより、Ｃ相（Ｃ＋，Ｃ一）の外部電極１１を介して縦振動に比例した信号（以下、この信号を「振動検出信号」という。）が検出される。この振動検出信号は、駆動装置３（図１参照）に供給され、超音波振動子４の制御等に用いられる。
【００２５】
以下、前記駆動装置３について詳細に説明する。図５は、駆動装置３の内部概略構成を示す図である。図５に示すように、駆動装置３は、発振回路（基準信号生成手段）２１と、制御ＣＰＵ２２と、信号制御回路２３と、パラメータテーブル２４と、信号生成回路２５と、信号出力制御回路２６と、位相差検出回路２８と、ドライブ回路３０と、エンコーダ３３と、エンコーダ信号処理回路３５と、モニタ信号制御回路４０と、を有する。
【００２６】
前記パラメータテーブル２４は、駆動周波数、駆動位相差（Ａ相の駆動信号とＢ相の駆動信号との位相差）、分割信号、パルスエッジ遅れ、追尾位相差、位相差等の各種パラメータの設定値、エンコーダ３３のカウント値、及び駆動周波数と駆動位相差とが対応付けされて成る速度制御の為の駆動点テーブル（詳細は後述する）等を格納する。
【００２７】
前記発振回路２１は、基準信号（クロック信号）を生成し、信号制御回路２３、信号生成回路２５、信号出力制御回路２６、及び位相差検出回路２８に出力する。
【００２８】
前記制御ＣＰＵ２２は、パラメータテーブル２４に各種パラメータを設定して、超音波振動子４の駆動信号を制御する。また、パラメータテーブル２４から各種パラメータ（位相差，エンコーダカウント値等）を読み出し、位置制御、速度制御処理等を行う。すなわち、制御ＣＰＵ２２は、パラメータテーブル２４及び後述する位相差検出回路２８からのフィードバック値等に基づいて、基準駆動信号の周波数指令値、及びＡ相Ｂ相の位相差指令値等を作成し、出力する。
【００２９】
前記信号制御回路２３は、前記発振回路２１から入力される基準信号Ｓ１と制御ＣＰＵ２２から入力される周波数指令値とに基づいて、所定の周波数のパルス信号である基準駆動信号Ｓ２を生成し、これを信号生成回路２５に出力する。ここで、制御ＣＰＵ２２は、基準駆動信号の周波数を超音波振動子４の共振周波数またはその近傍の周波数に設定するための周波数指令値を、信号制御回路２３に与える。従って、信号制御回路２３からは超音波振動子４の共振周波数と略同じ周波数の基準駆動信号が出力される。
【００３０】
より詳細には、信号制御回路２３は、周波数制御回路、位相差制御回路、及びパルスエッジ遅れ制御回路から成る。
【００３１】
信号制御回路２３は、前記周波数制御回路として、パラメータテーブル２４における周波数の設定値に基づき、発振回路２１の出力である基準信号のパルス数を基準にして、駆動信号の周波数を決める基準駆動信号を出力する。
【００３２】
信号制御回路２３は、前記位相差制御回路として、パラメータテーブル２４における位相差の設定値に基づき、発振回路２１の出力である基準信号のパルス数を基準にして、２つの駆動信号であるＡ相信号とＢ相信号との位相差を制御する。
【００３３】
前記信号出力制御回路２６は、制御ＣＰＵ２２から当該信号出力制御回路２６を介して、直接信号生成回路２５の出力のＯＮ／ＯＦＦ、Ａ相信号、Ｂ相信号の出力順を制御することができる。また、信号出力制御回路２６は、パラメータテーブル２４に設定された設定値に基づき、信号生成回路２５から出力する駆動信号のパルス数や間欠駆動を行うための出力休止時間を制御する。
【００３４】
前記信号生成回路２５は、基準駆動信号Ｓ２と制御ＣＰＵ２２からのＡ相Ｂ相の位相差指令値とに基づいて、位相差が９０°であるＡ相の基準駆動信号とＢ相の基準駆動信号とを生成する。なお、出力のＯＮ／ＯＦＦ制御は、信号出力制御回路２６によって行われる。
【００３５】
前記ドライブ回路３０は、図６に示すように、スイッチング素子で構成されたＨブリッジ回路３１とインピーダンスマッチング及び昇圧用のコイル３２とを備えている。このドライブ回路３０に、前記信号生成回路２５から各種駆動交番信号が入力されると、図７に示す真理値表に従って、各駆動交番電圧ＯＵＴＡ＋、ＯＵＴＡ−、ＯＵＴＢ＋、ＯＵＴＢ−が出力される。
【００３６】
このとき、ドライブ回路３０はコイル３２を有しているので、パルス信号である駆動交番信号は、コイル３２の働きにより正弦波に近い波形に変換され、正弦波に近いＡ相、Ｂ相の駆動交番電圧が、超音波振動子４が備えるＡ相（Ａ＋，Ａ−）、Ｂ相（Ｂ＋，Ｂ−）の外部電極１１にそれぞれ印加される。
【００３７】
ここで、超音波振動子４に励起されている縦振動は、Ｃ相（Ｃ＋，Ｃ−）の内部電極により検出され、この縦振動に比例する電気信号がＣ相（Ｃ＋，Ｃ−）の外部電極１１を介して位相差検出回路２８に入力される。また、位相差検出回路２８には、信号生成回路２５から何れか一つの駆動交番信号（例えばＡ相プラス側の駆動交番信号）が入力される。
【００３８】
そして、位相差検出回路２８は、超音波振動子４の外部電極１１を介して入力された振動検出信号と、信号生成回路２５から入力された駆動交番信号と、の位相差を検出し、該位相差をパラメータテーブル２４に出力する。
【００３９】
前記モニタ信号制御回路４０は、外部電極１１からの出力信号を波形整形して２値化して前記位相差検出回路２８に出力する。
【００４０】
次に、上述したような構成を備える駆動装置３により実現される超音波モータ２の駆動方法について説明する。まず、超音波モータ２の起動時において、発振回路２１から信号制御回路２３に基準信号が入力される。一方、制御ＣＰＵ２２は、パラメータテーブルに設定されている超音波モータ２の駆動周波数を読み出し、この周波数を周波数指令値として信号制御回路２３に与える。
【００４１】
また、制御ＣＰＵ２２は、パラメータテーブル２４から初期値として設定されているＡ相とＢ相との位相差（駆動位相差）を読み出し、これを信号生成回路２５に与える。これにより、信号制御回路２３により超音波振動子４の共振周波数またはその近傍の周波数に設定された基準駆動信号Ｓ２が生成されて信号生成回路２５に出力される。
【００４２】
信号生成回路２５では、基準駆動信号Ｓ２及び制御ＣＰＵ２２からの位相差に基づいて所定の位相差をもつＡ相（Ａ＋，Ａ−）に対応する基準駆動信号とＢ相（Ｂ＋，Ｂ−）に対応する基準駆動信号とが生成される。
【００４３】
Ａ相、Ｂ相の駆動交番信号は、ドライブ回路３０により正弦波の駆動交番電圧に変換されて、超音波振動子４の各外部電極１１に印加される。これにより、超音波振動子には図３及び図４に示すような縦振動と屈曲振動とが同時に励起され、その摩擦接触子１０に楕円振動が形成されることにより被駆動体が相対的に移動させられる。
【００４４】
超音波振動子４に励起された縦振動は、Ｃ相の内部電極及び外部電極１１により検出され、振動検出信号が位相差検出回路２８に入力される。位相差検出回路２８では、超音波振動子４に励起されている縦振動と信号生成回路２５から出力されるＡ相の駆動交番信号との位相差が検出され、この位相差に応じた電気信号が制御ＣＰＵ２２に出力される。エンコーダ信号処理回路３５から通知されるカウント数が予め設定されているカウント数に達すると、制御ＣＰＵ２２は、被駆動体５が所望の位置まで移動したと判断し、信号生成回路２５に駆動停止指令を出力する。これにより、信号生成回路２５から駆動交番信号が出力されなくなることにより、超音波振動子４の振動が徐々に収束し、停止することとなる。
【００４５】
ところで、本一実施形態に係る超音波モータでは、次の様な速度制御方法を採る。
【００４６】
すなわち、超音波振動子４に印加する２つの駆動信号の位相差（駆動位相差）を変化させることで、その駆動状態を変化させて速度制御を行う。換言すれば、超音波モータの速度制御パラメータとして駆動位相差を用いる
詳細には、駆動位相差を変化させることで、超音波振動子４に励起させる縦振動と屈曲振動との割合を変化させる。このように駆動位相差を変化させることは、当該超音波振動子４が被駆動体５を駆動しているときの楕円の形状を変化させることと同義である。
【００４７】
なお、駆動位相差が１８０度のとき駆動速度は零となる。このように、駆動位相差を用いた速度制御方法では、速度０となる駆動点が超音波モータの個体差に依存しないので扱いやすいという利点がある。
【００４８】
ところで、縦振動及び屈曲振動の振動振幅と、駆動位相差θと、の関係は図８に示すグラフで表される。図８に示すように、駆動位相差θが９０度（及び２７０度）の時に超音波振動子４の振動における縦振動（図８においてグラフ１０５で示す特性）と屈曲振動（図８においてグラフ１０３で示す特性）との割合が互いに等しくなる。この時、駆動速度は最大となる。
【００４９】
なお、駆動位相差θが０度及び３６０度で縦振動のみが超音波振動子４に励起され、駆動位相差θが１８０度で屈曲振動のみが超音波振動子４に励起される。
【００５０】
駆動位相差が０度〜１８０度の領域における駆動速度と駆動位相差θとの関係は、図９に示すグラフで表される。すなわち、上述したように駆動位相差θが９０度の時に駆動速度が最も大きくなる。また、駆動位相差が０度及び１８０度の時に駆動速度は零となる。
【００５１】
超音波モータの速度特性においては、低速度領域（例えば駆動位相差が０度及び１８０度近傍の領域）で駆動信号を入力しても、超音波モータの駆動力が静止摩擦力を超えることができない場合、すなわち超音波モータが動き出せない不感帯が存在する場合がある。具体的には、駆動位相差１８０度近傍においては、図１０に示すような不感帯１０７が存在する場合がある。図１０に示すように、不感帯１０７においては駆動速度が零となり、当然ながら所望の制御特性を得ることができない。
【００５２】
ところで、不感帯の現れ方は、駆動信号の周波数（駆動周波数）によって異なる。図１１は、駆動位相差と駆動速度との特性直線を示す図である。特性直線は、駆動周波数を超音波振動子４の共振周波数に近付けるほど、図１１において矢印１１１で示す方向に遷移する。つまり、駆動周波数を共振周波数に近付けるほど、特性直線の傾きは大きくなる。換言すれば、駆動位相差が９０度〜１８０度の範囲内において、駆動速度を正の速度とした場合に、駆動位相差と駆動速度とは負の相関関係にある。ここで、駆動周波数が減少すると前記相関関係の傾きは大きくなり、これに伴って駆動位相差１８０度付近における不感帯幅は小さくなる。従って、超音波振動子４の共振周波数により近い駆動周波数で駆動を行うことで、不感帯を小さくすることができる。
【００５３】
しかしながら、駆動開始時点から、超音波振動子４の共振周波数に近い駆動周波数を用いて駆動を行う駆動方法を採る場合、不感帯による悪影響以外の観点からは、次のような問題を抱えてしまう。
【００５４】
すなわち、駆動開始時点から超音波振動子４の共振周波数に近い駆動周波数を用いて駆動を行った場合、駆動位相差と駆動速度との特性直線の傾きが大きいことに起因して、速度特性の分解能（駆動位相差方向の分解能）が荒くなってしまう。
【００５５】
上述したような事情を鑑みて、本一実施形態に係る超音波モータでは次のような駆動制御を行う。
【００５６】
駆動速度を減少させる場合には、図１１に示すように、駆動位相差と駆動速度との関係を示す特性直線に従って速度制御をする際に、減速開始時点での駆動周波数が共振周波数よりも或る程度高い駆動周波数である駆動点を起点として、駆動位相差の変化に合わせてバランス良く駆動周波数を共振周波数側へ（矢印１１１で示す方向へ）変化させていく（減少させていく）。
【００５７】
具体的には、このような駆動位相差及び駆動周波数を変化させていく過程では次のような駆動制御を行う。まず、当該駆動制御に先立って、予め所望の速度分解能に応じた数だけ駆動点（駆動位相差と駆動周波数とを一対一で対応させた駆動点）を設定した駆動点テーブル（詳細は後述する）をパラメータテーブル２４に格納する。そして、制御ＣＰＵ２２が、駆動位相差及び駆動周波数を変化させていく過程において、前記駆動点テーブルをに基づいて順次駆動点を切り替えていく
例えば、制御ＣＰＵ２２は、各々の駆動点（駆動位相差）において所定時間だけ駆動した後、同一の駆動位相差で駆動速度が増加する方向、すなわち駆動周波数を減少させる方向に駆動周波数を変化させる駆動制御を行ってもよい。なお、前記所定時間は例えば零であっても勿論よい。
【００５８】
一方、駆動速度を増加させる場合にも、同様の原理で駆動制御を行うことができる。すなわち、駆動位相差と駆動速度との特性に従って速度制御をする際に、駆動周波数が共振周波数により近い特性直線上の駆動点を起点として、駆動位相差の変化に合わせてバランス良く駆動周波数を共振周波数側へ（矢印１１３で示す方向へ）変化させていく（増加させていく）。
【００５９】
この場合にも、上述した駆動速度を減少させる場合と同様に、制御ＣＰＵ２２が、パラメータテーブル２４に格納した駆動点テーブルに基づいて順次駆動点を切り替えていく
例えば、制御ＣＰＵ２２は、各々の駆動点（駆動位相差）において所定時間だけ駆動した後、同一の駆動位相差で駆動速度が減少する方向、すなわち駆動周波数を増加させる方向に駆動周波数を変化させる駆動制御を行ってもよい。なお、前記所定時間は例えば零であっても勿論よい。
【００６０】
上述したような駆動制御により、速度特性の分解能の急激な低下及び不感帯による駆動制御への悪影響を防ぎながら、駆動位相差を変えて速度を減少／増加させることが可能となる。
【００６１】
以下、駆動位相差及び駆動周波数の切り替え方法すなわち駆動点選択方法について詳細に説明する。
【００６２】
《駆動点選択方法例１》
図１２において破線で示す直線は、各々の駆動周波数における駆動位相差と駆動速度との特性を示す直線である。実線で示す直線は、後述する理想の速度特性を示す直線である。
【００６３】
詳細には、駆動位相差及び駆動周波数の切り替え方法としては、例えば次のような方法を採る。すなわち、図１２に示すように、“駆動位相差９０度且つ所望の駆動速度の駆動点”と、“駆動位相差１８０度且つ駆動速度零の駆動点”と、を結んだ直線（理想の速度特性直線）上の駆動点または該直線近傍の駆動点を、共振周波数側へ（矢印１１１で示す方向へ）順次切り替える駆動制御を、制御ＣＰＵ２２が行う。ここで、選択する駆動点の数は、必要とする速度分解能に応じて適切な数を選べば良い。
【００６４】
なお、利用する駆動点としては、理想の速度特性直線と、破線で示す各々の駆動周波数に対応する特性直線と、の交点に該当する駆動点またはその近傍の駆動点であることが好ましい。
【００６５】
詳細には、駆動位相差を変えて駆動速度を減少させる場合には、制御ＣＰＵ２２は、前記理想の速度特性直線上の駆動点または該直線近傍の駆動点を、共振周波数に近付ける側へ（矢印１１１で示す方向へ）順次切り替える駆動制御を行えばよい。
【００６６】
一方、駆動速度を増加させる場合も、同様の原理で駆動制御を行うことが可能となる。すなわち、駆動位相差と駆動速度との特性に従って速度制御をする際に、制御ＣＰＵ２２は、理想の速度特性直線上の駆動点または該直線近傍の駆動点を、共振周波数から遠ざかる側へ（矢印１１３で示す方向へ）順次切り替える駆動制御を行えばよい。
【００６７】
このような駆動制御により、良好な速度特性の分解能及び不感帯による駆動制御への悪影響を防ぎながら、駆動位相差を変えて速度を増加させることが可能となる。
【００６８】
《駆動制御方法２》
図１３において破線で示す直線は、各々の駆動周波数における駆動位相差と駆動速度との特性を示す直線である。実線で示す直線は、本方法による駆動制御時の駆動点を結んだ直線である。
【００６９】
駆動速度を減少させる際には、図１３に示すように、駆動位相差と駆動速度との特性直線に従って速度制御をする際に、制御ＣＰＵ２２は、予め設定した所定の駆動位相差（以降、境界駆動位相差と称する）に達する毎に、駆動周波数を共振周波数側へ（矢印１１１で示す方向へ）変化させていく（減少させていく）。この駆動制御により、速度特性の分解能の急激な低下及び不感帯による駆動制御への悪影響を防ぎながら、駆動位相差を変えて速度を減少させることが可能となる。図１３に示す例では、境界駆動位相差はθ１，θ２，θ３，・・・と設定している。
【００７０】
詳細には、駆動位相差を変えて駆動速度を減少させる場合には、制御ＣＰＵ２２は、所定の周波数に対応する特性直線に従って駆動位相差を増加させていき、境界駆動位相差に達すると所定時間経過後に、駆動周波数を共振周波数に近付ける方向に駆動周波数を変化させる。
【００７１】
一方、駆動位相差を変えて駆動速度を増加させる場合も、同様の原理で駆動制御を行うことが可能となる。すなわち、制御ＣＰＵ２２は、所定の駆動周波数に対応する特性直線に従って駆動位相差を減少させていき、境界駆動位相差に達すると所定時間経過後に、駆動周波数を共振周波数から遠ざける方向に駆動周波数を変化させる。
【００７２】
以上説明したように、本一実施形態に係る超音波モータにおいては、駆動速度を減少させる場合には、駆動位相差と駆動速度との特性直線のうち傾きが小さい特性直線（駆動周波数が大きい場合の特性直線）上の駆動点から、傾きが大きい特性直線（駆動周波数が小さい場合の特性直線）上の駆動点へと順次切り替えていく駆動制御を行う。
【００７３】
一方、駆動速度を増加させる場合には、駆動位相差と駆動速度との特性直線のうち傾きが大きい特性直線（駆動周波数が大きい場合の特性直線）上の駆動点から、傾きが小さい特性直線（駆動周波数が小さい場合の特性直線）上の駆動点へと順次切り替えていく駆動制御を行う。
【００７４】
以下、前記駆動点テーブルについて詳細に説明する。
【００７５】
前記駆動点テーブルは、駆動位相差と駆動周波数とを一対一に対応付けて設定した組み合わせ（ペア）から成るテーブルであり、パラメータテーブル２４に格納される。例えば、図１４に示すように、９０度または９０度より大きい所定の値から１８０度までの各々の駆動位相差と、超音波振動子４の共振周波数より所定の周波数だけ高い駆動周波数から漸次減少させた駆動周波数と、をそれぞれ一対一で対応付けて駆動点テーブルを設定する。このとき、駆動位相差が９０度から１８０度へ近付くに従って、対応する駆動周波数の値が小さくなるように（超音波振動子４の共振周波数に近付くように）、各々の値を設定する。
【００７６】
さらに、図１４に示す例のように、駆動位相差と駆動周波数との各々の組み合わせに対して、それぞれ対応する指示値を割り当てる。図１５は、この指示値と駆動速度との関係を表すグラフを示す図である。制御ＣＰＵ２２は、このような指示値と駆動速度との関係を参照して、超音波モータの駆動制御を行っても良い。
【００７７】
なお、駆動位相差と駆動周波数との関係は、超音波モータの進行方向（例えば重力に対して水平方向／垂直方向）、駆動速度の減少時、及び駆動速度の増加時等に対してそれぞれ異なる関係として設定しても勿論良い。
【００７８】
ところで、超音波モータにおいては、温度が変化すると超音波振動子４の共振周波数が変化する。従って、温度変化を検出する手段（例えば温度センサ）を更に設け、温度変化に合わせて駆動点テーブルにおける駆動周波数にオフセットを加えたり、温度変化に対応させた複数種類の駆動点テーブルを有させ、温度変化に応じて使い分けることが好ましい。
【００７９】
以上説明したように、本一実施形態によれば、低速駆動を行う場合であっても、不感帯の影響を小さくして良好な制御性且つ高い速度分解能で駆動可能な超音波モータを提供することができる。
【００８０】
具体的には、本一実施形態に係る超音波モータでは、不感帯の影響を小さくする為に、超音波モータの速度特性自体において不感帯が極力小さくなるようなパラメータテーブルを設定し、該パラメータテーブルを用いて駆動制御を行うことで、不感帯の影響を可能な限り小さくする。
【００８１】
以上、一実施形態に基づいて本発明を説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で、例えば次のような変形／応用が可能なことは勿論である。
【００８２】
超音波モータにおいては、温度や負荷の影響に対して最適な駆動点（駆動周波数）を維持する為に、超音波振動子４に入力する駆動信号と超音波振動子４から検出される振動検出信号との位相差を一定に保つように駆動する周波数追尾駆動が用いられる場合がある。
【００８３】
前記一実施形態においては駆動位相差に対して駆動周波数を変化させているが、駆動信号と振動検出信号との位相差を、駆動周波数が減少／増加する方向に変化させる駆動制御方法を採っても勿論よい。つまり、駆動点テーブルにおけるパラメータとして、駆動周波数の代わりに、周波数追尾に用いる追尾位相差を設定しても勿論よい。
【００８４】
さらに、上述した実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件の適当な組み合わせにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施形態に示される全構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題が解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成も発明として抽出され得る。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【図１】本発明の一実施形態に係る超音波モータシステムの概略一構成例を示すブロック図。
【図２】超音波振動子の一構成例を示す図。
【図３】圧電積層体の縦振動を示す図。
【図４】圧電積層体の屈曲振動を示す図。
【図５】駆動装置の内部概略構成を示す図。
【図６】ドライブ回路の一構成例を示す図。
【図７】ドライブ回路に信号生成回路から各種駆動交番信号が入力された場合における入出力値の真理値表を示す図。
【図８】縦振動及び屈曲振動の振動振幅と、駆動位相差と、の関係の特性直線を示す図。
【図９】駆動位相差が０度〜１８０度の領域における超音波モータの駆動速度と、駆動位相差と、の関係の特性直線を示す図。
【図１０】駆動位相差１８０度近傍の不感帯を示す図。
【図１１】本発明の一実施形態に係る超音波モータの駆動速度を減少させる際の駆動速度と駆動位相差との特性の一例を示す図。
【図１２】本発明の一実施形態に係る超音波モータの駆動速度を減少させる際の駆動速度と駆動位相差との特性の一例を示す図。
【図１３】本発明の一実施形態に係る超音波モータの駆動速度を減少させる際の駆動速度と駆動位相差との特性の一例を示す図。
【図１４】駆動位相差と駆動周波数とを一対一に対応させた組み合わせ（ペア）から成る駆動点テーブルの一例を示す図。
【図１５】駆動点テーブルにおける指示値と駆動速度との関係の一例を示す図。
【符号の説明】
【００８６】
１…超音波モータシステム、  ２…超音波モータ、  ３…駆動装置、  ４…超音波振動子、  ５…被駆動体、  ７…圧電セラミックスシート、  ９…圧電積層体、  １０…摩擦接触子、  １１…外部電極、  ２１…発振回路、  ２２…制御ＣＰＵ、  ２３…信号制御回路、  ２４…パラメータテーブル、  ２５…信号生成回路、  ２６…信号出力制御回路、  ２８…位相差検出回路、  ３０…ドライブ回路、  ３１…Ｈブリッジ回路、  ３２…コイル、  ３３…エンコーダ、  ３５…エンコーダ信号処理回路、  ４０…モニタ信号制御回路。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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