JPH07111786A - 振動波駆動装置の駆動制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 振動波モータに代表される振動波駆動装置に
おいて、簡単な構成で周波数制御が行える駆動制御装置
を提供することを目的とする。 【構成】 振動体に駆動用と振動検出用の圧電素子を配
したものを振動子９ｂとし、該駆動用圧電素子に駆動周
波信号を印加して該振動体の駆動面に進行波を形成し、
この進行波により該振動体の駆動面に加圧接触する部材
９ａと該振動子９ｂとを相対的に移動させる振動波駆動
装置の駆動制御装置は、該駆動用圧電素子に駆動周波信
号を与えるための矩形波駆動周波信号信号発生手段と、
該振動検出用圧電素子からの出力信号と該矩形波駆動周
波信号信号発生手段の出力信号の位相差を検出する位相
差検出手段１２と、該位相差検出手段１２で検出された
位相差で該駆動周波信号を制御する制御手段とを有す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は振動波モータに代表され
る振動波駆動装置の駆動制御装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来振動波モータの駆動回路として、駆
動周波電圧と、振動波モータの振動体の振動状態を検出
するいわゆるセンサー相との間の位相差を検出する、あ
るいはセンサー相に発生する信号の振幅を検出する等の
方法により、振動波モータの駆動周波電圧の周波数を制
限する事は行なわれている。これは、振動波モータの特
性としてある駆動周波数より低い周波数になると、急激
に回転が停止してしまうのを防ぐ為のものである。

【０００３】前記位相差検出の方法を説明すると、 １．駆動電極に印加する駆動信号と、電歪素子等を用い
たセンサー電極に発生する電圧の位相差を検出する方
法。

【０００４】２．駆動電極に印加する駆動信号の電圧と
電流の位相差を検出する方法。

【０００５】３．２の変形例として、通常、駆動回路と
振動波モータの電極間に挿入する誘導性素子（コイルま
たはトランス等）の両端電圧の位相差を検出する方法。

【０００６】等が実施されている。

【０００７】この第１の方法に関して図２をもとに説明
する。

【０００８】図２は従来一般的に用いられている振動波
モータの駆動回路を示す図面であり、同図に於て１はマ
イコン、２はＤ／Ａコンバータで、マイコン１のディジ
タル出力信号をアナログ電圧に変換する。３は電圧制御
発振器（ＶＣＯ）で、Ｄ／Ａコンバータ２の出力電圧に
応じた周波電圧を発生する。４は分周・位相器でＶＣＯ
３の周波電圧を分周し、±１／２π位相差の周波電圧を
出力する。５，６は電力増幅器で、分周・位相器４の周
波電圧を振動波モータ９を駆動可能な電圧と電流値に増
幅する。７，８はマッチングコイル、９は振動波モータ
で、９ａはロータ、９ｂはステータ、９ｃはレンズ鏡筒
１６に回転力を伝達する為のキーである。１０，１１は
電圧コンパレータ、１２は位相検出器で、Ａ相周波電圧
と、前記センサー相（Ｓ相）の位相を検出し、ディジタ
ル信号としてマイコン１に出力する。１３はパルス板
で、ギヤ１４，１５を介してレンズ鏡筒１６の外周ギヤ
部と嵌合する。１７はレンズ、１８はインタラプタで、
パルス板１３の回転をすなわち振動波モータ９の回転を
検出する。１９はインタラプタ１８の信号検出回路で、
インタラプタ１８の微少信号を増幅し、ディジタル信号
に変換する。２０はＵＰ／ＤＯＷＮカウンタで、パルス
板１３の回転により生ずるパルス信号をカウントする。
２１はＤＣ／ＤＣコンバータで、電池２２の電圧を振動
波モータを駆動するに必要な電圧に昇圧し、電力増幅器
５および６に供給する。

【０００９】なお、後の説明の為にコイル７の出力の後
とコンパレータ１０の入力を結ぶ線を信号線２３、同様
に振動波モータのＳ相とコンパレータ１１の入力を結ぶ
線を信号線２４とする。

【００１０】なお、振動子であるステータ９ｂは、図２
に示すリング形状の形式では、振動体と、該振動体の片
面側に接合された圧電素子とにより構成され、該圧電素
子は群間では１／４波長の奇数倍の位相差で配置され、
群内では１／２波長の間隔で極性が逆に分極処理が施さ
れた電極が形成された駆動用のＡ，Ｂ２相の圧電素子を
有し、また例えば該Ａ，Ｂ２相の圧電素子の間に、例え
ば１／４波長の長さで振動検出用の圧電素子が形成さ
れ、このＡ，Ｂ２相の圧電素子に電力増幅器５，６から
の駆動信号が印加され、また該振動検出用の圧電素子か
らの信号が信号線２４を介してコンパレータ１１に出力
される。

【００１１】Ａ，Ｂ２相の圧電素子に所定の位相差を有
する駆動信号を印加することにより、振動体の駆動面に
進行波が形成され、これにより、該駆動面に加圧接触す
るロータ９ａが摩擦駆動される。

【００１２】次にマイコン１の各端子の機能を説明す
る。

【００１３】ＰＨＡＳＥ ＩＮは位相検出器１２の検出
位相値を読み込む為の入力端子、ＵＳＭ ＥＮ／ＤＩＳ
は振動波モータ９の駆動の許可／禁止設定の為の出力端
子、ＤＩＲ２は振動波モータ９の回転方向を設定する為
の出力端子、Ｄ／Ａ ＯＵＴはＤ／Ａコンバータ２への
出力端子、ＭＯＮは検出回路１９の直接入力端子、ＲＥ
ＳＥＴはＵＰ／ＤＯＷＮカウンタ２０をリセットするた
めの出力端子で、Ｈｉでリセットとする。

【００１４】ＰＵＬＳＥ ＩＮはＵＰ／ＤＯＷＮカウン
タ２０のカウント値の入力端子、ＤＩＲＩはＵＰ／ＤＯ
ＷＮカウンタ２０のカウント方向設定の為の出力端子
で、ＨｉでＵＰ、ＬｏでＤＯＷＮとする。

【００１５】ＣＮＴ ＥＮ／ＤＩＳはＵＰ／ＤＯＷＮカ
ウンタ２０のカウントを禁止／許可する為の出力端子
で、Ｈｉで許可、Ｌｏで禁止とする。

【００１６】図３には、図２における分周・位相器の回
路の具体例を示したものであり、同図において３１，３
２はＤフリップフロップ、３３はＮＡＮＤゲート、３
４，３５，３６，３８はＡＮＤゲート、３６はＯＲゲー
トである。

【００１７】４０は図２におけるＶＣＯ３からの４倍周
波数の入力端子、３９は振動波モータの駆動方向設定端
子、４０は振動波モータの駆動許可禁止端子で、Ｈｉで
許可Ｌｏで禁止である。

【００１８】次に図４は、振動波モータ９の前記位相特
性を示した図であり、横軸に駆動周波数ｆ、縦軸１にＡ
相−Ｓ相間の位相差θを、縦軸２に回転数ｎをとってい
る。同図において、位相差軸は上方に向かう程小さく、
回転数ｎは、上方に向かうほど高く、周波数ｆは、右方
が高くなる。

【００１９】振動波モータは駆動周波数を高い方より低
い方に走査していく事により、ある起動周波数ｆｍより
動き初め、その後さらに周波数の低い方に走査していく
事により、回転数は上昇すると同時に、Ａ相−Ｓ相間の
位相差θも小さくなる。しかしながら、共振周波数ｆｏ
を越えてさらに周波数を低くすると、急激に回転が停止
してしまい、位相差θも急激に変動する。またこの特性
は温度、負荷により左右にシフトし、特に負荷が重くな
った場合は図４の右方向にシフトする特性を持ってい
る。

【００２０】図５はＡ相−Ｓ相の位相検出の概念を示す
図であり、上より、Ｓ相電圧波形５ａ、Ａ相電圧波形５
ｂ、および、おのおのの信号をコンパレータ１０及び１
１を通して、ディジタル信号に変換した波形４ｃ，４ｄ
を示している。

【００２１】位相検出器では、例えばコンパレータ１１
の出力がＨｉになってからコンパレータ１０の出力がＨ
ｉになるまでの時間、基準クロックをカウンタでカウン
トする事ににより、ディジタル値で直接Ａ相−Ｓ相間の
位相を計測する事が出来る。例えば駆動周波数の２５６
倍の周波数の基準クロックをカウントする事により、Ａ
相−Ｓ相の位相差を３６０°／２５６＝１．４°きざみ
で精密に計測する事が出来る。

【００２２】このクロックを例えば８ｂｉｔのバイナリ
カウンタでカウントする事により、１ＬＳＢ＝１．４°
の精度で８ｂｉｔデータとしてマイコン１が直接読み取
る事ができる。

【００２３】

【発明が解決しようとする課題】以上の構成の振動波モ
ータ駆動回路に於いて、図５に示した振動波モータに印
加する中心電圧は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１の出力電
圧（通常数＋ボルト）をシフトしており、従って、コン
パレータ１０のコンパレート電圧レベルは数十ボルトが
必要であり、高圧に耐える特殊なコンパレータが必要で
あった。

【００２４】一方Ｓ相信号電圧は、一般的に最大振幅で
も数ボルト程度であり、通常の信号電圧レベルで処理可
能であるので、同じコンパレータでもＡ相とＳ相では異
なった種類のコンパレータを使用するか、双方共に同じ
高耐圧のコンパレータを使用し、Ｓ相信号の比較に関し
てはオーバースペックなものを使用していた。

【００２５】本発明はこのような従来の問題を解決し、
簡単な構成で周波数制御が行える振動波駆動装置の駆動
制御装置を提供することを目的とする。

【００２６】

【課題を解決するための手段および作用】本発明の目的
を実現する構成は特許請求の範囲に記載の通りであり、
具体的には、位相差検出手段において、機械−電気エネ
ルギー変換手段に発生する信号と、振動波モータを駆動
する為の駆動周波信号の基となる矩形波信号の位相差を
比較する事により、特殊な電子回路を使用する事なく、
振動波モータに印加する駆動電圧の周波数を制御して、
振動波モータの特性である特定の周波数以下になると急
激に回転が停止する事を防止する振動波モータの駆動装
置を提供するものである。

【００２７】

【実施例】図１は本発明の特徴を最もよく表わす図面で
あり、図２と同じ部分の説明は省略する。

【００２８】同図に於て、位相検出器１２への入力は、
分周位相器４の一方の出力端子Ａの出力を一方に直接入
力し、他方へは図２に示す従来例と同様に、振動波モー
タ９のＳ相出力をコンパレータし、ディジタル出力に変
換したものを入力している。また、上記実施例は分周位
相器４からの矩形波信号を位相検出に用いているが、電
力増幅器５または６の出力を用いてもよい。

【００２９】図６はＡ相基本信号とＳ相との位相検出の
概念を示す図であり、図６の（ａ）は、Ｓ相電圧波形ａ
と、図の（ｂ），（ｃ）は同信号をコンパレータ１１に
より、ディジタル信号に変換した波形ｂ、およびＡ相基
本信号波形ｃを示している。位相検出器１２では、例え
ばコンパレータ１１の出力がＨｉになってから、Ａ相基
本信号出力ｃがＨｉになるまでの時間、基準クロックを
カウンタでカウントする事により、ディジタル値で直接
Ａ相基本信号とＳ相間の位相を計測する事が出来、その
方法は従来例において説明したので、省略する。

【００３０】次に本実施例の作用を図７を用いて説明す
る。

【００３１】図７の（ａ）〜（ｄ）のいずれも横軸は時
間を示している。

【００３２】各縦軸は、同図の（ａ）においては周波数
ｆで、上方が高く、同図の（ｂ）においては振動波モー
タの回転速度であり、パルス板１３に形成されているス
リットの明暗検出間隔の逆数を取ったものであり、同軸
に於てＶｔは制御目標速度である。

【００３３】また、同図の（ｃ）においては、Ａ相基本
信号とＳ相信号の位相差を取ったものであり、同軸に於
てθｒは振動波モータの共振周波数に於ける位相差を示
し、θｔは制御目標位相差である。同図の（ｄ）におい
ては目標駆動位置迄の駆動残量である。

【００３４】同図の（ａ）において、振動波モータ駆動
周波数は、マイコン１により制御され、振動波モータ起
動周波数ｆｍより低い方向に走査される。一方マイコン
１はパルス板１３の回転により生ずるパルス信号の間隔
が目標間隔になるか、又は位相検出器１２により検出さ
れる振動波モータの前記位相差θがある値になることの
何れかの条件が成立した時点ｔ１で、周波数の走査を停
止する。図７に於ては、制御目標位相差θｔに達する前
に速度Ｖが、目標速度Ｖｔに達している為にｔ１の時点
で周波数の掃引を終了しているが、低温環境下等による
負荷の増大等により、目標速度Ｖｔに達する前に、位相
差θが目標位相差θｔに達した場合は、周波数の掃引を
終了する。

【００３５】なお、同図の（ｃ）において目標位相差θ
ｔと振動波モータの共振周波数における位相差θｒが等
しくないのは、高周波数側より周波数を掃引し、共振周
波数を越えてさらに低くなった場合に、急激に振動波モ
ータの回転が停止する為、これを防止する為に一般的に
共振周波数より僅かに高い周波数以下に周波数を掃引す
る事を禁止しており、その為に、共振周波数θｒより所
定値離れた周波数θｔを制御目標にしている。

【００３６】時間ｔ１よりｔ２迄は、目標位相差θｔを
越さない範囲で、目標速度Ｖｔを維持する様に制御を行
うが、駆動残量ＣＯＵＮＴが所定値Ｃｔ以下になった時
点ｔ３で、目標位置になめらかに停止させる為に周波数
を高周波側に戻し減速を行ないつつ、駆動目標地点に到
達する、即ち残り駆動量が０になった時点で振動波モー
タの駆動を終了する。

【００３７】次にマイコン１にプログラムされている前
記動作について、図８のフローチャートを基に説明す
る。

【００３８】［ステップ８０１］マイコン１のＲＥＳＥ
Ｔ端子を一定時間Ｌｏレベルに設定し、ＵＰ／ＤＯＷＮ
カウンタ２０の初期化を行なう。次にマイコン１のＤＩ
Ｒ端子を、振動波モータの駆動方向に応じてＣＣＷなら
ばカウントアップを行なう為にＨｉレベルに設定し、Ｃ
Ｗならばカウントダウンを行なう為にＬｏレベルに設定
し、次にＣＮＴ ＥＮ／ＤＩＳ端子をＨｉレベルに設定
し、ＵＰ／ＤＯＷＮカウンタ２０のカウントを許可す
る。

【００３９】［ステップ８０２］振動波モータの駆動方
向がＣＣＷならばマイコン１のＤＩＲＩ端子をＨｉレベ
ルに設定し、ＣＷならばＤＩＲＩ端子をＬｏレベルに設
定する。

【００４０】［ステップ８０３］マイコン１のＤ／Ａ
ＯＵＴを前記の初期周波数ｆｓに相当する値に設定す
る。

【００４１】［ステップ８０４］マイコン１のＵＳＭ
ＥＮ／ＤＩＳ端子をＨｉレベルに設定し、振動波モータ
の駆動を開始する。

【００４２】［ステップ８０５］位相検出器１２により
検出されたＡ相とＳ相の位相差θが、所定値θｒよりも
小さければ減速する為にステップ８０８に分岐し、所定
値よりも大きければ、まだ加速出来るので、ステップ８
０６に分岐する。

【００４３】［ステップ８０６］パルス板１３の回転に
より発生するパルスの間隔を測定し、パルス幅が所定値
（ＴＷ−ＴΔ）よりも小さければ減速する為に、ステッ
プ８０８に分岐し、所定値（ＴＷ＋ＴΔ）よりも大きけ
れば、目標速度まで加速する為に、ステップ８０７に分
岐し、±ＴΔの所定幅にある時は、ステップ８０９に分
岐する。

【００４４】［ステップ８０７］振動波モータを加速す
る為に、周波数を所定値下げる。

【００４５】［ステップ８０８］振動波モータを減速す
る為に、周波数を所定値上げる。

【００４６】［ステップ８０９］マイコン１のＰＵＬＳ
Ｅ ＩＮ入力端子より、ＵＰ／ＤＯＷＮカウンタ２０の
カウント値を読み込み、駆動目標位置の手前であれば、
ステップ８０５に戻り、駆動目標位置に達しているすな
わち駆動残量が０であればステップ８１０に分岐する。

【００４７】［ステップ８１０］マイコン１のＵＳＭ
ＥＮ／ＤＩＳ出力端子をＬｏレベルに設定し、振動波モ
ータの駆動を終了する。

【００４８】次にステップ８０６にて実際の速度と比較
するべき目標速度の設定方法を図９および図１０をもと
に説明する。

【００４９】図９は駆動残量に対する駆動目標速度を示
すテーブルであり、マイコン１内の不図示ＲＯＭに記憶
しているものである。

【００５０】アドレス８には目標速度Ｉ８に相当するパ
ルス板１３のパルス間隔（ｉ８）が記憶されており、以
下同様にアドレス０まで所定のパルス間隔が記憶されて
いる。

【００５１】実際の数値としては、Ｉ８は振動波モータ
の最速スピードすなわち最短パルス間隔が記憶されてお
り、Ｉ０は停止直前の最も遅いスピードすなわち最長パ
ルス間隔が記憶されている。

【００５２】次にマイコン１にプログラムされている前
記動作について、図１０を基に説明する。

【００５３】［ステップ１００１］振動波モータの目標
駆動位置までの駆動残量が３２以上ならばステップ１０
０３に分岐し、３２より小さければステップ１００２に
分岐する。この３２の持つ意味であるが、図７の減速開
始点ｔ２に示す様に、本例では駆動残量が３２以上で
は、振動波モータは一定速で回転させ、３２より小さく
なると、減速制御動作をおこない、停止目標位置にてス
ムーズに停止する用に考慮している。

【００５４】［ステップ１００２］減速領域では、駆動
残量に応じて減速時の速度を設定する為に駆動残量に対
応した目標速度の記憶されているテーブルのアドレスを
駆動残量を右に２ビットシフトする（４で割る）事で決
定する。

【００５５】 例） 駆動残量 ２進表示 →右２ビットシフト １０進表示 ３１ １１１１１ ００１１１ ７ ３０ １１１１０ ００１１１ ７ ２９ １１１０１ ００１１１ ７ ２８ １１１００ ００１１１ ７ ２７ １１０１１ ００１１０ ６ ２６ １１０１０ ００１１０ ６ ２５ １１００１ ００１１０ ６ ２４ １１０００ ００１１０ ６ すなわち右に２ビットシフトする事で、駆動残量３１〜
２８はアドレス７に記憶されているパルス間隔が制御目
標速度であり、駆動残量２７から２４はアドレス６に記
憶されているパルス間隔が制御目標速度である。

【００５６】同様の方法にて駆動残量０まで制御目標速
度記憶されているアドレスが決定される。

【００５７】［ステップ１００３］一方駆動残量＞＝３
２では振動波モータの駆動目標速度は最高速であるの
で、目標制御速度のアドレスは８に固定する。

【００５８】［ステップ１００４］ステップ１００２ま
たはステップ１００３にて求めたアドレスにもとずきＲ
ＯＭ内の速度テーブルを読みだし、制御速度を決定す
る。

【００５９】なお、上記プログラムはサウブルーチンと
して、図８のステップ８０６にて読み出される。

【００６０】上記した実施例は振動波モータを例にした
が、例えばリング状の振動子の一部（長円形振動子の直
線部）を用いた紙送り装置や、リニアモータに適用する
ことも可能である。

【００６１】

【発明の効果】以上説明した様に、本発明では、位相差
検出手段において、機械−電気エネルギー変換手段に発
生する信号と、振動子を駆動する為の駆動周波信号の基
となる矩形波信号の位相差を比較する事により、特殊な
電子回路を使用する事なく、簡単な構成で、振動子に印
加する駆動電圧の周波数を制御して、振動波モータに代
表される振動波駆動装置の特性である特定の周波数以下
になると急激に回転が停止する事を防止することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示すブロック図。

【図２】従来例を示すブロック図。

【図３】図１の分周・位相器の具体例を示す回路図。

【図４】振動波モータの位相および回転数を示す特性
図。

【図５】従来例における位相検出の概念を示す図。

【図６】従来例における位相検出の概念を示す図。

【図７】図１の装置の動作タイミングチャート。

【図８】図１の実施例の動作を示すフローチャート。

【図９】制御目標速度を記憶しているテーブルを示す
図。

【図１０】図１の実施例の目標速度設定動作を示すフロ
ーチャート。

【符号の説明】

１…マイコン ２…Ｄ／Ａコン
バータ ３…電圧制御発信器 ４…分周・位相
器 ５，６…電力増幅器 ７，８…コイル ９…振動波モータ １０，１１…電
圧コンパレータ １２…位相検出器 １３…パルス板 １４，１５…ギヤ １６…レンズ鏡
筒 １７…レンズ １８…インタラ
プタ １９…検出回路 ２０…カウンタ ２１…ＤＣ／ＤＣコンバータ ２２…電池

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 振動体に駆動用と振動検出用の電気−機
   械エネルギー変換素子を配したものを振動子とし、該駆
   動用電気−機械エネルギー変換素子に駆動周波信号を印
   加して該振動体の駆動面に進行波を形成し、この進行波
   により該振動体の駆動面に加圧接触する部材と該振動子
   とを相対的に移動させる振動波駆動装置において、 該駆動用電気−機械エネルギー変換素子に駆動周波信号
   を与えるための矩形波駆動周波信号信号発生手段と、該
   振動検出用電気−機械エネルギー変換素子からの出力信
   号と該矩形波駆動周波信号信号発生手段の出力信号の位
   相差を検出する位相差検出手段と、該位相差検出手段で
   検出された位相差で該駆動周波信号を制御する制御手段
   とを有することを特徴とする振動波駆動装置の駆動制御
   装置。