JPS59178982A - 振動波モ−タの制御方法 - Google Patents

振動波モ−タの制御方法

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JPS59178982A
JPS59178982A JP58051345A JP5134583A JPS59178982A JP S59178982 A JPS59178982 A JP S59178982A JP 58051345 A JP58051345 A JP 58051345A JP 5134583 A JP5134583 A JP 5134583A JP S59178982 A JPS59178982 A JP S59178982A
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wave motor
motor
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Masaharu Kawamura
正春 川村
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は電歪素子を駆動媒体として進行性振動、1 波によって駆動する振動波モータの駆動枠率の向−1−
を図るために、進行性振動波の周波数纂制御する方法に
関する。
振動波モータは例えば特開昭52−29192号公報に
も開示されているように、電歪素子に交流、脈流等の周
波電圧を印加したときに生ずる振動運動を回転運動又は
−次元運動に変換するものである。従来の電磁子−タに
比べて巻線を必要としないため、構造が簡単で小型にな
り、低速回転時にも高トルクが得られると共に慣性モー
メントが少ないと、いう利点があるため、最近注目yれ
ている。
ところが、従来知られている振動波モータは振動運動を
回転運動等に変換するにあたり、振動体に生じた定在振
動波で、振動体と接触するロータ等の移動体を一方向に
摩擦駆動するもので、振動の往運動時には振動体と移動
体が歴擦接触し、復運動時には離れるようになっている
。そのため振動体と移動体は微小範囲で接触する構造、
即ち点もしくは線接触に近い構造でなければならず、い
きおい摩擦駆動効率の惑いものとなってしまう。
また駆動力は一定方向に働くものであるから移動体の移
動方向は一方向のみである。逆方向に移動させるために
は、別な振動体で振動方向を機械的に切り換える必要か
ある。従って、正逆回転か可能な振動波モータを得るに
は装置6が複雑になり、振動波モータの特徴である構造
の簡単さ、小型さか半減されてしまう。
−1−記のような振動波モータの持つ欠点を解消する振
動波モータの構造が、本出願人の出願に係る特願昭57
−208300、同219532等の明細書に開示され
ている。
その概略は以下のようなものである。
第1図は振動波モータを各要素別に分解したものを示し
ている。
ヘースとなる固定体5の中心円筒部5aに振動吸収体4
、吸収体4側に電歪素子3を接着した金属の環状振動体
2、移動体1の順に嵌め込まれており、固定体5・吸収
体4・振動体2は各々相互に回転しないように取付けら
れている。振動体2に対し移動体1は自重又は図示しな
い伺勢手段で圧接されモータの一体性を保っている。複
数の電歪素子3は−・群の゛電歪素子3A、〜3A7か
振動波の波長入の2分の1のピッチで配列され、電歪素
子3Al ・3A3・3AS・3A、の分極方向は同一
で、その間に位置する電歪素子3A2 ・3A4・3A
6の分極方向は逆である。従って電歪素子3A、〜3A
7は隣り合う位置のものどうしの分極方向は逆向きにし
である。別な群の電歪素子3B、〜3B7も同しく入/
2ピツチで配列されていて、隣り合う位置のものどうし
の分極方向は逆向きにしである。
電歪素子3A、〜3A7と3B、〜3B7の相互ピッチ
は(no+l/4)入(但しno=O11,2,3・・
拳)ずれた位相差的配列がなされる。
なお電歪素子3は複数並べず、第2図に示すように環状
の単体の素子3にし、それを前記ピッチに分極処理し分
極処理部3al〜3a5と3b。
〜3b5にしても良い。
電歪素子3A、〜3A7の各々には吸収体4側にリート
線11aが接続され電歪素子3B、〜3B7の各々には
リード線tibが接続され、その各々は電源6aと90
0位相器6bに接続される(第3図参照)。また金属の
振動体2にはリード線lieが接続され交流型@6aと
接続される。
このように構成された振動波モータの動作は次のような
ものである。
第3図は上記モータの振動波の発生状態を示している。
金属の振動体2に接着された電歪素子3A1〜3A4及
び3B、〜3B4は、説明の便宜」二、隣接して現わさ
れているが、上記の入/4の位相ずれの条件を満足して
いるため、第1図に示すモータの電歪素子3A、〜3A
、及び3B、〜3B4の配列と実質的に等価なものであ
る。各電歪素子3A、〜3A、及び3B、〜3B4中の
Oは交流電圧が正側の周期であるとき伸び、Oは同じく
正側の周期で縮む状態になることを示している。
金属振動体2を電歪素子3A、〜3A4及び3B1〜B
4の一方の電極にし、電歪素子3A、〜3A4には交流
電源6aがらv=VO5lnωtの交1イシ電圧を印加
し、電歪素子3B、〜3B4には交流電源6aから90
0位相器6bを通して、入/4位相のずれた、V=VO
sin (ωt±π/2)の交流電圧を印加する。式中
の十又−は移動体1(本図に於て省略)を動かす方向に
よって位相器6bで切り換えられるもので、+側に切り
換えると+90°位相がずれ正方向に動き、−側に切り
換えると一90°位相がずれ逆方向に動く。いま−側に
切り換えてあり電歪素子3B、〜3B4にはV=VOs
in(ωt−π/2)の電圧が印加されるとする。電歪
素子3A、〜3A4だけが電圧V=VOsinωtによ
り振動した場合は同図(a)に示すような定在波による
振動が起り、電歪素子3B、〜3B4だけが電圧V=V
(,5in(ωt−π/2)により振動した場合は(b
)に示すような定在波による振動が起る。1−記位相の
ずれた二つの交流を同時に各々の電歪素子3A、〜3A
4と3B、〜3B4に印加すると振動波は進行性になる
。(イ)は時間t=2nπ/ω、(ロ)はt−π/2ω
+2nπ/ω、(ハ)はt=π/ω+2nπ/ω、(ニ
)はt=3π/2ω+2nπ/ωのときのもので、振動
波の波面はX方向に進行する。
このような進行性の振動波は縦波と横波を伴なっており
、第4図に示すように振動体2の質点Aについて着目す
ると、縦振幅Uと横振幅Wで反時計方向の回転楕円運動
をしている。振動体2の表面には移動体lが加圧接触し
ており振動面の頂点にだけ接触することになるから、頂
点に於ける質点A −A’・・・の楕円運動の縦振幅U
の成分に駆動され、移動体1は矢示N方向に移動する。
移動体1の摩擦駆動は振動体2の進行性振動波の波面の
頂点でなされるものであるから、頂点方向(第4図Z軸
方向)の波面が共振していることが駆動効率を向」−さ
せるために必要である。入力’ilj圧の周波数f(=
2πω)とし振動体2のヤング率E−畜度p・厚さhと
してこれによってつくられる波の波長入とすると、f−
E7”zア・πh/入2なる関係がありこの関係を満足
する板厚りでノ(振する二とになる。
また振動体2は環状であるため、進行性振動波は環に沿
って進行し、新たに起る波と周長πDが波長入の0倍(
nは自然数)即ちn入−πDのとき共振する。
このような振動波モータの駆動効率を良くするためには
振動体の板厚や環径等諸々の条件を加味して印加周波電
圧の周波数を制御する必要がある。
しかしながら、−・度調整してもモータIE1体の温度
変化や発振回路の温度変化により、共振周波数がすれて
きたり、モータの経時的な疲労例えば振動体の芹耗等で
共振周波数が異なって来る場合がある。
また製造工程では、周波数の調整工程が加わることによ
りコスト的にも問題がある。
一方、周波数の調整は振動波モータの回転速度が最も速
くなるとき、最適な共振周波数として制御することが女
子ましい。
最適な共振状5u、を選択するまでにある程度の時間が
かかるため、電源の投入をしてから振動波モータが最初
に回転駆動したときただちに共振状yl:の選択動作に
入る必要がある。1回の電源投入で、断続的に何回もモ
ータが回転する際、その都度共振状の選択動作をする必
要はない。
本発明は、−に記のような事実に鑑みなされたもので、
振動体2を接触させた電歪素子3に周波電圧を印加して
該振動体2に生ずる進行性振動波によって、該振動体2
と接触させた移動体lを駆動させる振動波モータの回路
電源投入後(イ)、最初のモータ駆動開始時に(ロ)、
印加周波電圧を、順次周波数変動させ(ハ)、その変動
させた各周波数での該移動体の駆動速度を計測しく二)
、その計測値を順次比較演算しくホ)、該A1測値が最
大となる周波数を記憶しくへ)、その記憶された周波数
に制御することを特徴とする振動波モータの制御方法で
ある。
第7図は本発明の方法の各ステップ(イ)〜(へ)ラフ
ローチャートにして示したものである。
先ず(イ)で振動波モータの回路電源が投入される。(
ロ)はモータの最初の駆動開始で、(ハ)は周波数を変
動させるステップである。駆動開始当初は予め設定され
た周波数で駆動させる。(ニ)でその周波数に於ける速
度を計測する。(ホ)では計測した速度と周波数を変動
させる前の速度を順次比較する。計′A11l Lだ速
度が速ければ(へ)でその周波数を記憶してからステッ
プ(i・)に進み、旧測した速度が遅ければそのままで
次のステップ(ト)に進む。(ト)では周波数の変動範
囲の変動を終了したかを判断する。終rしていなければ
(ハ)で周波数を変動させてゆく。このループを繰り返
してゆくうちに(へ)で記憶される周波数は、速度が早
くなったときだけ更新されることになる。(ト)で変動
範囲が終了したと判断されるとステップ(チ)に進み、
(チ)で出力される周波数は常に高速の周波数が出力さ
れる。
この制御方法を実施する装置の回路例が第5図に示しで
ある。
・ 同図で、CPUはマイクロコンピュータ、DFl−
DF3はDタイプのフリップフロップ回路、DF4はD
タイプのフリンジフロップ4個からなり出力制御可能な
回路、DF5はDタイプのフリップフロップ3個からな
る回路、BFはトライステートバッファ、C1はカウン
タ、CGIはクロックゼネレータ、G1−G2はナンド
ゲ−1・、G3・04はエクスクル−シブオアゲート、
G5はオアゲート、If−’I8はインバータ、Di・
D2は分周器、ASはアナログマルチプレクサ、RO−
R14は抵抗、CAPI@CAP2はコンデンサ、Tr
i−Tr8はトランジスタである。3A・3Bは電歪素
子で、振動波モータに夫々複数設置されたもののうち(
第1図の3A、〜3A7・3B、〜3B、、)、一つづ
つを示しである。11は回転クシ南スイッチでロータ(
移動体)■に設けられたクシ歯電極12にブラシ電極1
3が接触しロータlの回転に従い開閉する構造である。
イア/<−夕l3eI4、コンデンサCAPI、その値
が順次大きくなる抵抗RO−R4はクロックゼネレータ
CG2を形成する。アナログマルチプレクサAsはAO
−A2のデジタル入力によりXo−X4のいずれかを選
択しX端子との導通を行う。従ってデジタル信号により
抵抗RO〜R4が選択され、クロックゼネレータCG2
の出力CLKは、異った周波数での発振出力となる。分
周器D11ID2はクッロク出力CLKの立上がりによ
り夫々1段の分周を行う。分周器D2かインバータI5
を介しているため、分周器D1とD2の出力は夫々第6
図で示す位相のずれたACLKとBCLKの波形出力に
なる。
この波形の出力が夫々トライ八回路DRI・DR2に入
力する。トライバ回路DRIは出力波形ACLKによっ
て動作するプッシュプル回路からなり、電歪素子3Aに
周波電圧を印加する。ドライバ回路DR2は出力波形B
CLKによって、同様に電歪素子3Bに1/4波長位相
のずれた周波電圧を印加する。
フリップフロラ7’DFl・DF2−DF3はシフトレ
ジスタとして作用し、それらのクロック入力CPはクロ
ックゼネレータCGIと接続されブラシ13からの信号
をクロックの立上がりで11「1次シフトさせる。カウ
ンタC1はクロックゼネレータCGIかものクロックを
カウントする。
フリップフロップDF4の出力はトライステートとなっ
ていて、端子OEのL人カで端子QO〜Q3に出力信号
が発生する。
フリップフロップDF2の入力と出方に接続されている
イクスクルーシブオアゲー)G4の出方の立上がりでフ
リップフロップDF4の入力り。
〜D3はランチされ、フリップフロップDF3の入力と
出力に接続されているイクスクルーシブオアゲ−1・G
3の出力がHになると、オアゲートG5を介してカウン
タc1はリセットされる。
つまりこの動作は、ブラシ13がらの開閉信号が変化す
ると、その直後にカウンタCtの内容のうちQ3〜Q6
の出力がフリップフロップDF4にラッチされ、その直
後にカウンタC1がリセットされ、次にリセットが解除
され、カウンタC1は再びカウントを開始する。この動
作は、ブラシ13からの信号が変化する毎に行われる。
フリップフロップDF3の出力Q及びカウンタC1の最
上位ビット出力Q7はトライステートバッファBFの入
力x1、xoに加えられ、バッファBFはOEのL入力
でYl、YOに出力する。フリップフロップDF4、バ
ッファBFの出力はマイクロコンピュータ−CPUのデ
ータバスラインDBO−DB3に接続される。CPUが
外部入力からデータを読む際に出力されるリード信号R
DがLになり、アドレス信号AOがLの場合はナントゲ
ートG2の出力がLになり、バッファBFのOEにL信
号が入力する。アドレス信号AOがHの場合は、ナンド
ゲー)Glの出力がLになりフリップフロップDF4の
端子OEに入力し、出力QO−Q3の信号がCPUに読
み込まれる。
CPUが、外部に出力をするときは、ライト信号WRが
Lになるので、フリップフロップDF5は、CPUのデ
ータ/ヘス信号をラッチする。フリップフロップDF5
の出力はアナログマルチプレクサASに入力し、抵抗R
’O−R4のうち一つを選択する。
なお、WR倍信号インバータ16、オアゲートG5を介
して、カウンタC1をリセットする。またRe端子には
コンデンサCAP2と抵抗R6からなる積分回路が接続
され電源投入時にCPUをリセ・ン卜する。
以」二の回路動作手順の実施例を、第8図のプログラム
フローチャートを参照して、説明する。
電源を投入するとマイクロコンピュータCPUのリセッ
トが力)かりプログラムカウンタはOになるため、プロ
グラムはフローチャートのLからスタートする。
まず、変数KをOに初期設定し、レジスタRG1の内容
を4ビツトでの最大値15に設定する(K=0、RGl
=15)。なおこのレジスタRGlの値は大きいほど速
度が遅いことになる。
このKの値をデータバスに出力する(OUTK)。今に
=OであるからクリップフロップDF5の値は0となり
、アナログマルチプレクサAsによって抵抗ROが選択
される。抵抗ROの値は抵抗RO−R4のうち最も小さ
いため、出力波CLKは最大周波数となる。
このとき、CPUのライト信号WRはインハータエ6と
オアゲートG5を通ってカウンタC1をリセントする。
次に、アドレス0のポート入力をする(INFUT  
ADO)。このときCPUの出力AOはLとなっている
ので、バンファBFの出力がデータバスを介し、てCP
Uに入力される。次にそのデータのbitlが0か1か
の判別をする。つまりフリンプフロップDF3のQ出力
の判別であり、bitlがOのとき、即ちブラシ13か
電極12と接しているどきはプログラムはWATに進行
する。次に前にINPUT  ADOで入力した値のb
itOを判別する。bitoは、カウンタc1のQ7出
力で、最初のリセット直後はいまだ0であるからINI
にプログラムはもどる。
プログラムは、このループをくり返している間、振動波
モータが回転し、ブラシ13と電極12の接触がしない
位置になると、即ちスイッチ11か開の状態になると、
フリップフロ、プDFI〜DF3の遅延時間後バッファ
BFのYl出力はHになるので、プログラムはループか
ら抜は出し、IN2に進む。
IN2では、再びアドレス0のポート入力を行い(IN
F’UT  ADO)、bitOの判別を行う。この分
岐命令及びWATの分岐命令は振動波モータが停止ある
いは非常に低速度になっている状!Eを検出するもので
あり、カウンタC1が最旧位ビットQ7までカウントす
ると、Q7端子がHになる為、bitoが1と検出され
プログラムはNXTにジャンプする。すなわちこの命令
は低速を検出して、モータを最高速度に制御するまでの
時間の無駄を省くことにある。
次にIN2で入力したデータのbitlを検出する。す
なわち、ブラシ13は電極12の次の接点と接触するま
で再びIN2までのループを繰り返す。bitlはOに
なると、IN3にプログラムは進行し、アドレス1のポ
ート入力力を行う。
(INPUT  ADI)、ここでは、スリップフロン
プDF4の出力を読み込む。
前述した様1こフリンプフロップDF4は、カウンタC
1の出力をQ3〜Q6をブラシ13の信号が変化した直
後にラッチするので、スイッチ11が開状態の時間に対
応する値をCPUに人力させることができる。
IN3で入力した値(D A T A)とレジスタRG
lの値を比較する。当初RG1=15であるから、DA
TAが15より小さいはずであり、プログラムはMNに
進行する。ここではDATAをレジスタRGIストアし
くDATA +RG l) 、K値をレジスタRG2に
ストアする(K−+R,G2)。
プログラムはNXTに進み、K値をインクリメントする
(K+I+K)。もし、DATAがレジスタRGIの内
容より大きいか等しくなったときは、レジスタRGI・
RG2の内容はそのままでプログラムはNXTに進む。
次にに値が5であるかどうかを判別する。今にはlにな
っているので、再びプログラムはFSTに戻る。Kを1
、即ち抵抗R1を新に選択して、同様のプログラムを進
行させる。
このようにして、振動波モータを回転させつつ抵抗RO
〜R4を逐次選択し、印加電圧の周波数を少しづつ減少
させてゆく。
変数Kが5になると、レジスタRGIには振動波モータ
が、最高速度になったときの速度に対応したカウント値
が、レジスタRG2にはそのときのに値が夫々記憶され
ている。
従ってに=5の分岐命令でFNSヘプログラムは進行し
、レジスタRG2の値を出力することによって、抵抗R
O−R4のうちから、振動波モータが最高速度になるよ
うな抵抗を選択して、クロックゼネレータCG2の出力
CLKを制御してプログラムは終了する。
制御された出力CLKによって、分周器D1・D2が動
作する。分周器D1の出力ACLK、分周器D2の出力
BCLKに従った周波電圧が夫々ドライバ回路DRI・
DR2によって電歪素子3A・3Bに印加される。
このときの周波電圧の周波数は振動体の形状・大きさに
対し最適の共振状態となるように制御され、モータの速
度は最高となり駆動効率は極めて高いものとなる。
この制御は回路電源投入後最初のモータの駆動開始して
ただちに行なわれるため、使用の都度条件が変わる場合
であっても富に最適の状態で制御され、しかも必要以上
に共振状!魚の選択動作をする無駄がない。
製造時に周波数の微調整をする必要がなくなり製造工程
の短縮が図れることになる。
」1記実施例ではモータの速度信号の出力手段として、
回転クシ歯スインチのものを例示したが光学パターンと
受光素子を用いた光電変換式のもの、磁性体パターンと
ホール素子とを用いた磁電変換式のものによって速度信
号を出すこともできる。
速度測定はカウンタを使用して行ったが、ブラシからの
信号をそのままマイクロコンピュータに入力し、プログ
ラムにおいてソフト的に時間演算を行うことも可能で、
速度測定はハード的なカウンタに限定されるものではな
い。
また、上記の分周器の出力波形は第6図に示すような方
形波ACLK・BCLKに限らず、正弦波を加えても振
動波モータは作動する。
第8図は振動波モータをカメラのオートフォーカスレン
ズの駆動に使用した場合の応用例を示すものでありオー
トフォーカス回路101は特開昭55−155337号
公報に記載された公知のものであるから説明を省略する
。
この回路は第5図に示した回路にオートフォーカス回路
101と選択ゲー1− c i oとGllを付加した
ものである。
合焦時には、コンパレータ59.60のいずれの出力も
Lレベルであり、非合焦時には、どちらかのコンパレー
クの出力がHレベルになるので、その出力が、アンドケ
ーhG12・G13とオアゲートG14からなる選択ゲ
ー1− G 1. Ol又はアントゲートG15・G1
6とオアゲートG17からなる選択ゲートGllに入力
されて、振動波モータMは、IF転あるいは逆転する。
オアゲー1− G18の出力STはモータ駆動時にHに
なり、この信号はマイクロコンピュータCPUの5TO
P端子に入力される。5TOP端子がLレベルであると
、CPUはプログラム進行をせずにホールト状態となる
ため、プログラムが進行するのは電源投入後最初のモー
タ駆動時となる。
尚振動波モータを使用する応用例はこのようなオートフ
ォーカスに限られるものではなく、例えばカメラにおい
ては、絞り制御やフィルム駆動等に応用されるものであ
る。
【図面の簡単な説明】
第1図は振動波モータの分解斜視図、第2図は電歪素子
の実施例の平面図、第3図・第4図は振動波モータの駆
動原理説明図、第5図は振動波モータの駆動制御回路図
、第6図は分周器の出力波形を説明する図、第7図は本
発明の各ステップを説明するフローチャート図、第8図
は実施例の制御回路の動作順を示すフローチャー1・図
、第914は振動波モータをカメラのオートフォーカス
機構に応用した場合の制御回路図である。 ■は移動体、2は振動体、3は電歪素子、11はクシ南
スイッチ、CGI・CG2はクロックゼネレータ、CP
Uはマイクロコンピュータ、(イ)〜(へ)は本発明の
方法の各ステップである。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)振動体を接触させた電歪素子に周波電圧を印加し
    て、該振動体に生ずる進行性振動波にょって、該振動体
    と接触させた移動体を駆動させる振動波モータの回路電
    源投入後、最初のモータ駆動開始時に、印加周波電圧を
    、 順次周波数変動させ、その変動させた各周波数での該移
    動体の駆動速度を計測し、その計測を順次比較演算し、
    該計測値が最大となる周波数を記憶し、その記憶されて
    いる周波数に、 制御することを特徴とする振動波モータの制御方法。
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DE3448414A DE3448414C3 (de) 1983-02-23 1984-02-22 Vibrationswellenantriebseinrichtung
DE19843406408 DE3406408A1 (de) 1983-02-23 1984-02-22 Einrichtung und verfahren zum steuern eines vibrationswellenmotors
US08/479,821 US5500578A (en) 1983-02-23 1995-06-07 Controller for a vibration wave motor

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6356178A (ja) * 1986-08-26 1988-03-10 Matsushita Electric Ind Co Ltd 超音波モ−タ駆動方法
JPS63209482A (ja) * 1987-02-24 1988-08-31 Canon Inc 振動型駆動装置用制御回路
JP2013198189A (ja) * 2012-03-16 2013-09-30 Nikon Corp 振動アクチュエータの駆動装置、レンズ鏡筒

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