DE3448414C3

DE3448414C3 - Vibrationswellenantriebseinrichtung

Info

Publication number: DE3448414C3
Application number: DE3448414A
Authority: DE
Inventors: Masaharu Kawamura
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1983-02-23
Filing date: 1984-02-22
Publication date: 2003-07-17
Anticipated expiration: 2004-02-23
Also published as: DE3406408A1; DE3406408C2; DE3448414C2; US5500578A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vibrationswellen antriebseinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patent anspruchs 1.

Aus der nachveröffentlichten Druckschrift DE 33 45 274 A1 ist eine Vibrationswellenantriebseinrich tung in Form eines Vibrationswellenmotors bekannt, bei dem mehrere elektrostriktive Elemente an einem ringförmigen Vibrationsteil phasenverschoben ange ordnet sind. Das ringförmige Vibrationsteil weist eine Dicke auf, die in radialer Richtung von einem mittigen Bereich zu dem äußeren Umfang zunimmt. Zur Erzeu gung einer wandernden Vibrationswelle werden an die elektrostriktiven Elemente Spannungen angelegt, die gegeneinander eine Phasenverschiebung aufweisen. Zu diesem Zweck ist eine Wechselstrom- bzw. Wechsel spannungsversorgungsquelle vorgesehen, deren Wech selspannungen mittels eines Phasenschiebers entspre chend phasenverschoben und den elektrostriktiven Ele menten zugeführt werden.

Fig. 1 zeigt den grundsätzlichen Aufbau eines derarti gen Vibrationswellenmotors.

Auf einem Mittelzylinder 5a eines als Unterbau die nenden Ständers 5 sind ein Schwingungsdämpfer 4, ein ringförmiges Metall-Vibrationsteil 2, an dessen dem Schwingungsdämpfer 4 zugewandter Fläche eine elek trostriktive Vorrichtung 3 angekittet ist, und ein beweg bares Teil 1 in dieser Reihenfolge angeordnet. Der Stän der 5, der Schwingungsdämpfer 4 und das Vibrationsteil 2 sind so angebracht, daß eine Relativdrehung verhin dert ist. Der Vibrationswellenmotor wird zu einer Ein heit zusammengefaßt, in dem das bewegbare Teil 1 durch sein Gewicht oder eine nicht gezeigte Vorspan nungsvorrichtung an den dem Vibrationsteil 2 gedrückt wird. Die elektrostriktive Vorrichtung 3 weist eine Gruppe elektrostriktiver Elemente 3A₁ bis 3A₇ auf, die in einem Teilungsabstand angeordnet sind, der gleich der Hälfte einer Wellenlänge λ einer Vibrationswelle ist. Die elektrostriktiven Elemente 3A₁, 3A₃, 3A₅ und 3A₇ sind in einer Richtung polarisiert, während die dazwi schengesetzten elektrostriktiven Elemente 3A₂, 3A₄ und 3A₆ in der Gegenrichtung polarisiert sind. Auf diese Weise sind die elektrostriktiven Elemente 3A₁ bis 3A₇ jeweils zu benachbarten Elementen entgegengesetzt polarisiert. Die elektrostriktive Vorrichtung 3 weist eine weitere Gruppe elektrostriktiver Elemente 3B₁ bis 3B₇ auf, die gleichfalls im Teilungsabstand λ/2 angeordnet und gegenüber dem jeweils benachbarten Element ent gegengesetzt polarisiert sind.

Die Gruppe der elektrostriktiven Elemente 3A₁ bis 3A₇ und die Gruppe der elektrostriktiven Elemente 3B₁ bis 3B₇ sind unter Phasendifferenz mit einem gegenseiti gen Teilungsabstand von (η₀ + 1/4)λ angeordnet, wobei η₀ = 0, 1, 2, 3 . . . ist.

Die elektrostriktive Vorrichtung 3 muß nicht aus den vielen elektrostriktiven Elementen bestehen, sondern kann auch gemäß Fig. 2 durch ein einziges Ringelement 3 gebildet sein, welches unter dem Teilungsabstand λ/2 polarisierte Bereiche 3a₁ bis 3a₅ und 3b₁ bis 3b₅ auf weist.

An den dem Schwingungsdämpfer 4 zugewandten Seiten ist an die elektrostriktiven Elemente 3A₁ bis 3A₇ ein Zuleitungsdraht 11a und an die elektrostriktiven Ele mente 3B₁ bis 3B₇ ein Zuleitungsdraht 11b angeschlos sen, wobei diese Drähte mit einer Wechselspannungs quelle 6a bzw. einem 90°-Phasenschieber 6b verbunden sind (siehe Fig. 3). Ein Zuleitungsdraht 11c ist mit dem Metall-Vibrationsteil 2 und der Wechselspannungsquel le 6a verbunden.

Der vorstehend beschriebene Vibrationswellenmotor arbeitet auf folgende Weise:
Fig. 3 veranschaulicht die Entstehung der Vibrations welle in dem Motor. Die elektrostriktiven Elemente 3A₁ bis 3A₄ und 3B₁ bis 3B₄ sind zwar für die Erläuterung jeweils nebeneinander dargestellt, jedoch erfüllen sie die Forderung der λ/4-Phasenverschiebung, wobei sie im wesentlichen so wie die elektrostriktiven Elemente 3A₁ bis 3A₄ und 3B₁ bis 3B₄ des in Fig. 1 gezeigten Motors angeordnet sind. Symbole ⊕ in den elektrostrik tiven Elementen 3A₁ bis 3A₄ und 3B₁ bis 3B₄ geben an, daß sich dort bei einem positiven Zyklus der Wechsel spannung die elektrostriktiven Elemente ausdehnen, während Symbole ⊖ angeben, daß sich dort die Elemen te bei dem positiven Zyklus zusammenziehen bzw. ver kürzen.

Das Metall-Vibrationsteil 2 wird als eine Elektrode für die elektrostriktiven Elemente 3A₁ bis 3A₄ und 3B₁ bis 3B₄ verwendet, während an die elektrostriktiven Ele mente 3A₁ bis 3A₄ aus der Wechselspannungsquelle 6a die Wechselspannung V = Vo.sinωt angelegt wird und aus der Wechselspannungsquelle 6a über den 90°-Pha senschieber 6b die elektrostriktiven Elemente 3B₁ bis 3B₄ mit einer um λ/4 phasenverschobenen Wechsel spannung V = Vosin(ωt ± π/2) gespeist werden, wobei die Vorzeichen + und - in der Gleichung abhängig von der Bewegungsrichtung des (in Fig. 3 nicht gezeigten) bewegbaren Teils 1 durch den Phasenschieber 6b ge wählt werden. Wenn das Vorzeichen + gewählt ist, ist die Phase um +90° verschoben, wobei das bewegbare Teil 1 vorwärts bewegt wird, während bei der Wahl des Vorzeichens - die Phase um -90° verschoben ist, so daß das bewegbare Teil 1 in der Gegenrichtung bewegt wird. Es sei nun angenommen, daß das Vorzeichen - gewählt ist und an die elektrostriktiven Elemente 3B₁ bis 3B₄ die Spannung V = Vo.sin(ωt - π/2) angelegt wird. Wenn nur die elektrostriktiven Elemente 3A₁ bis 3A₄ durch das Anlegen der Spannung V = Vo.sinωt in Schwingungen versetzt werden, wird eine Vibration durch eine stehende Welle gemäß Fig. 3(a) hervorgeru fen. Wenn nur die elektrostriktiven Elemente 3B₁ bis 3B₄ durch das Anlegen der Spannung V = V_o.sin(ω - π/2) in Schwingungen versetzt werden, wird eine Vibra tion durch eine stehende Welle gemäß Fig. 3(b) erzeugt. Wenn die beiden Wechselspannungen mit der gegensei tigen Phasendifferenz gleichzeitig an die elektrostrikti ven Elemente 3A₁ bis 3A₄ bzw. 3B₁ bis 3B₄ angelegt werden, ist die Vibrationswelle eine Wanderwelle. Fig. 3(c) zeigt den Spannungsverlauf zu einem Zeit punkt t = 2nπ/ω, Fig. 3(d) zeigt den Spannungsverlauf zu einem Zeitpunkt t = π/2ω + 2nπ/ω, Fig. 3(e) zeigt den Spannungsverlauf zu einem Zeitpunkt t = π/ω + 2nπ/ω, und Fig. 3(f) zeigt den Spannungsverlauf zu ei nem Zeitpunkt t = 3π/2ω + 2nπ/ω. Die Wellenfront der Vibrationswelle wandert in der Richtung einer x-Achse.

Die Wanderwelle enthält eine Längswelle und eine Querwelle. Betrachtet man einen Massepunkt des in Fig. 4 gezeigten Vibrationsteils 2, so rufen eine Längs amplitude u und eine Queramplitude w eine elliptische Umlaufbewegung im Uhrzeigersinn hervor. Das beweg bare Teil 1 wird an die Oberfläche des Vibrationsteils 2 angedrückt, wobei es nur Scheitelpunkte der Vibra tionsfläche berührt. Daher wird das bewegbare Teil 1 durch die Komponente der Längsamplitude u der ellip tischen Bewegung von Massepunkten A, A', . . . an den Scheitelpunkten bewegt, so daß das bewegbare Teil 1 in der Richtung eines Pfeils N bewegt wird.

Die Geschwindigkeit des Massepunktes A an dem Scheitel punkt beträgt v = 2πfu (wobei f die Vibrations frequenz ist), während aufgrund des Reibungsantriebs durch die Andruckberührung die Bewegungsgeschwin digkeit des bewegbaren Teils 1 von der Geschwindig keit des Massepunktes und auch von der Queramplitude w abhängig ist. Daher ist die Geschwindigkeit des be wegbaren Teils 1 proportional zu dem Ausmaß der el liptischen Bewegung des Massepunktes A.

Da andererseits das bewegbare Teil 1 unter Reibung an dem Scheitelpunkt der Wellenfront der Vibrations wander welle des Vibrationsteils 2 angetrieben wird, ist es zur Verbesserung eines Antriebswirkungsgrads er forderlich, daß die Wellenfront in der Richtung des Scheitelpunkts (der z-Achse nach Fig. 4) in Resonanz kommt. Hierbei besteht der Zusammenhang f = √E/ 3ρ.Πh/λ2, wobei f(= ω/2π) die Frequenz der Eingangs spannung ist, E der Elastizitätsmodul des Vibrationsteils 2 ist, ρ dessen Dichte ist, h dessen Dicke ist und λ die Wellenlänge der erzeugten Welle ist. Die Resonanz tritt bei derjenigen Dicke auf, die der vorstehend genannten Beziehung entspricht.

Da das Vibrationsteil 2 ringförmig ist, wandert die Vibrationswanderwelle längs des Rings, wobei eine Re sonanz dann auftritt, wenn für die gerade neu erzeugte Welle die Umfangslänge πD gleich dem n-fachen der Wellenlänge λ ist, also nλ = πD gilt, wobei n eine natür liche Zahl ist.

Durch die Resonanz steigt die Amplitude der Vibra tionswanderwelle an, so daß der Antriebswirkungsgrad des Vibrationswellenmotors verbessert wird.

Zum Verbessern des Antriebswirkungsgrads eines derartigen Vibrationswellenmotors ist es erforderlich, die Frequenz der angelegten periodischen Spannung unter Berücksichtigung verschiedener Bedingungen wie der Dicke und des Radius des Vibrationsteils 2 zu steu ern.

Nach einer solchen Einstellung kann sich jedoch die Resonanzfrequenz durch eine Temperaturänderung des Vibrationswellenmotors oder einer Oszillatorschaltung oder durch eine Alterungserscheinung am Vibrations wellenmotor wie einen Abrieb des Vibrationsteils 2 ver schieben bzw. verändern.

Darüber hinaus ist es erforderlich, die Frequenz so zu steuern, daß eine optimale Resonanzfrequenz bei einer höchsten Drehgeschwindigkeit des Vibrationswellen motors erzielt wird.

Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zu grunde, eine Vibrationswellenantriebseinrichtung ge mäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 derart aus zugestalten, daß ein weiches Anlaufen der Vibrations wellenantriebseinrichtung gewährleistet ist.

Diese Aufgabe wird mit den im Kennzeichen des Pa tentanspruchs 1 angegebenen Mitteln gelöst.

Auf diese Weise wird der Antriebswirkungsgrad der Vibrationswellenantriebseinrichtung erheblich verbes sert, da die Frequenz der an die elektrostriktiven Ele mente der Vibrationswellenantriebseinrichtung ange legten Wechselspannungen entsprechend der jeweili gen Ausgestaltung des Vibrationsteils, beispielsweise der Dicke und des Radius des Vibrationsteils steuerbar ist.

Änderungen der Resonanzfrequenz der Vibrations wellenantriebseinrichtung infolge von Temperatur- oder Materialveränderungen können im Rahmen der Regelung somit berücksichtigt werden.

Des weiteren ist bei der Fertigung der Vibrationswel lenantriebseinrichtung keine Feineinstellung der Fre quenz der Versorgungsspannungen mehr erforderlich, so daß die Fertigungszeiten und die Fertigungskosten vermindert werden.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Vibrationswel lenantriebseinrichtung ist in dem Unteranspruch ange geben.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausfüh rungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben.

Es zeigen

Fig. 1 eine schematische Darstellung des Aufbaus ei nes Vibrationswellenmotors gemäß dem Stand der Technik,

Fig. 2 eine polarisierte elektrostriktive Vorrichtung gemäß Fig. 1,

Fig. 3 eine schematische Darstellung zur Veranschau lichung des Antriebs eines Vibrationswellenmotors,

Fig. 4 eine graphische Darstellung zur Veranschauli chung des Funktionsprinzips des Vibrationswellenmo tors gemäß Fig. 1,

Fig. 5 eine Schaltungsanordnung zur Steuerung einer Vibrationswellenantriebseinrichtung in Form eines Vi brationswellenmotors gemäß einem ersten Ausfüh rungsbeispiel,

Fig. 6 Ausgangssignalverläufe von in Fig. 5 gezeigten Frequenzteilern,

Fig. 7 ein Ablaufdiagramm eines Betriebsablaufs zur Veranschaulichung der Arbeitsweise der Schaltungsan ordnung gemäß Fig. 5,

Fig. 8 eine Erläuterung des Betriebsablaufs zur Steuerung des Vibrationswellenmotors gemäß Ablauf diagramm in Fig. 7,

Fig. 9(a) und 9(b) Ablaufdiagramme von weiteren Be triebsabläufen der Schaltungsanordnung gemäß Fig. 5,

Fig. 10 eine Erläuterung des Betriebsablaufs zur Steuerung des Vibrationswellenmotors gemäß den Ab laufdiagrammen in den Fig. 9(a) und 9(b),

Fig. 11 eine Schaltungsanordnung zur Steuerung des Vibrationswellenmotors gemäß einem zweiten Ausfüh rungsbeispiel,

Fig. 12 einen Zeitgeber zur intermittierenden An steuerung der Schaltungsanordnung gemäß Fig. 11,

Fig. 13 eine Schaltungsanordnung zur Steuerung des Vibrationswellenmotors gemäß einem dritten Ausfüh rungsbeispiel,

Fig. 14 ein Ablaufdiagramm eines Betriebsablaufs zur Veranschaulichung der Arbeitsweise der Schaltungsan ordnung gemäß Fig. 13,

Fig. 15 eine perspektivische Ansicht eines mittels der Schaltungsanordnung gemäß Fig. 13 angesteuerten Vi brationsteils, und

Fig. 16 eine Schaltungsanordnung einer automati schen Scharfeinstellungseinrichtung, bei der der Vibra tionswellenmotor Verwendung findet.

Es wird nun ein Ausführungsbeispiel der Steuerungs einrichtung erläutert. Fig. 5 zeigt eine Schaltungsanord nung zur Steuerung eines Vibrationswellenmotors. Mit CPU ist ein Mikrocomputer bezeichnet, mit DF1 bis DF3 sind D-Flip-Flops bezeichnet, mit DF4 ist eine steu erbare Ausgabeschaltung mit vier D-Flip-Flops be zeichnet, mit DF5 ist eine Schaltung mit drei D-Flip- Flops bezeichnet, mit BF ist ein Puffer mit drei Aus gangszuständen bezeichnet, mit C1 ist ein Zähler be zeichnet, mit CG1 ist ein Taktgenerator bezeichnet, mit G1 und G2 sind NAND-Glieder bezeichnet, mit G3 und G4 sind Antivalenzglieder bezeichnet, mit G5 ist ein ODER-Glied bezeichnet, mit I1 bis I8 sind Inverter be zeichnet, mit D1 und D2 sind Frequenzteiler bezeichnet, mit AS ist ein Analogmultiplexer bezeichnet, mit R0 bis R14 sind Widerstände bezeichnet, mit CAP1 und CAP2 sind Kondensatoren bezeichnet, mit Tr1 bis Tr8 sind Transistoren bezeichnet, mit 3A und 3B sind elektro striktive Elemente bezeichnet, die an dem Vibrations wellenmotor angebracht sind (und die einem der Ele mente 3A₁ bis 3A₇ bzw. einem der Elemente 3B₁ bis 3B₇ nach Fig. 1 entsprechen), und mit 11 ist ein kammförmi ger Drehschalter mit einer Schleifelektrode bzw. einem Schleifer 13 bezeichnet, der mit einer an einem Rotor 1 (als bewegbares Teil) angebrachten kammförmigen Elektrode 12 derart in Kontakt kommt, daß bei dem Umlauf des Rotors 1 ein Stromkreis geöffnet und ge schlossen wird.

Die Inverter I3 und I4 der Kondensator CAP1 und die Widerstände R0 bis R4 mit stufenweise ansteigen den Widerstandswerten bilden einen Taktgenerator CG2. Der Analogmultiplexer AS wählt durch ein digita les Eingangssignal an Anschlüssen A0 bis A2 einen von Anschlüssen X0 bis X4 und verbindet den gewählten Anschluß mit einem Anschluß X. Auf diese Weise wird durch das digitale Signal einer der Widerstände R0 bis R4 gewählt, so daß der Taktgenerator CG2 ein Schwin gungs- bzw. Taktausgangssignal CLK mit der jeweils entsprechenden unterschiedlichen Frequenz erzeugt. Die Frequenzteiler D1 und D2 teilen die Eingangsfre quenz auf den Anstieg des Taktausgangssignals CLK hin. Da das Taktausgangssignals CLK dem Frequenztei ler D2 über den Inverter 15 zugeführt wird, werden phasenverschobene Ausgangssignale ACLK und BCLK gemäß Fig. 6 erzeugt.

Diese Taktausgangssignale werden jeweils Treiber stufen DR1 bzw. DR2 zugeführt. Die Treiberstufe DR1 weist eine durch das Ausgangssignal mit dem Signalver lauf ACLK angesteuerte Gegentaktschaltung auf und legt eine periodische Spannung an das elektrostriktive Element 3A an. Die Treiberstufe DR2 wird durch das Ausgangssignal mit dem Signalverlauf (BCLK ange steuert und legt eine um λ/4 phasenverschobenen peri odische Spannung an das elektrostriktive Element 3B an.

Die Flip-Flops DF1, DF2 und DF3 wirken als Schie beregister, wobei ihre Takteingangsanschlüsse CP an den Taktgenerator CG1 angeschlossen sind, so daß das Signal von dem Schleifer 13 aufeinanderfolgend bei dem Anstieg des Taktsignals verschoben wird. Der Zähler C1 zählt die Taktsignale aus dem Taktgenerator CG1.

Das Flip-Flop DF4 hat eine Ausgangsstufe mit drei Ausgangszuständen und gibt durch ein Eingangssignal "L" an einem Anschluß OE Ausgangssignale an An schlüssen Q0 bis Q3 ab.

Bei dem Anstieg des Ausgangssignals des zwischen den Eingang und den Ausgang des Flip-Flops DF2 ge schalteten Antivalenzglieds G4 werden Eingangssignale an Eingängen D0 bis D3 des Flip-Flops DF4 gespei chert; wenn das Ausgangssignal des zwischen den Ein gang und den Ausgang des Flip-Flops DF3 geschalteten Antivalenzglieds G3 den hohen Pegel H annimmt, wird über das ODER-Glied G5 der Zähler C1 zurückgesetzt.

Unmittelbar nach einer Änderung des Signals aus dem Schleifer 13 werden die Ausgangssignale Q3 bis Q6 des Zählers C1 in dem Flip-Flop DF4 gespeichert, wo nach der Zähler C1 sofort rückgesetzt wird, sodann die Rücksetzung des Zählers (aufgehoben wird und der Zähler C1 wieder zu zählen beginnt. Dieser Vorgang wird für jeden Wechsel des Signals aus dem Schleifer 13 ausgeführt.

Das Q-Ausgangssignal des Flip-Flops DF3 und das Ausgangssignal Q7 für das werthöchste Bit des Zählers C1 werden an Eingangsanschlüsse X1 und X0 des Puf fers BF mit den drei Ausgangszuständen angelegt, wel cher durch das Eingangssignal L an dem Anschluß OE Signale Y1' und Y0 abgibt. Die Ausgangssignale des Flip-Flops DF4 und des Puffers BF werden Datensam melleitungen DB0 bis DB3 des Mikrocomputers CPU zugeführt. Wenn ein Lesesignal RD, das erzeugt wird, wenn der Mikrocomputer CPU einen externen Daten wert einliest, und ein Adressensignal A0 jeweils den niedrigen Pegel L haben, hat das Ausgangssignal des NAND-Glieds G2 den Pegel L, so daß an den Anschluß OE des Puffers BF das Signal L angelegt wird. Wenn das Adressensignal A0 den Pegel H hat, hat das Ausgangssi gnal des NAND-Glieds G1 den Pegel L, welcher dem Anschluß OE des Flip-Flops DF4 zugeführt wird, so daß die Ausgangssignale Q0 bis Q3 in den Mikrocomputer CPU eingelesen werden.

Wenn der Mikrocomputer CPU ein Signal abgibt, nimmt ein Schreibsignal WR den Pegel L an, wodurch das Flip-Flop DF5 die Signale der Datensammelleitun gen DB0 bis DB1 des Mikrocomputers CPU speichert. Das Ausgangssignal des Flip-Flops DF5 wird dem Ana logmultiplexer AS zugeführt, welcher einen der Wider stände R0 bis R4 wählt.

Durch das Signal WR wird über den Inverter 16 und das ODER-Glied G5 der Zähler C1 rückgesetzt. An ei nen Anschluß Re ist eine Integrierschaltung mit einem Kondensator CAP2 und einem Widerstand R6 ange schlossen, um den Mikrocomputer CPU automatisch rückzusetzen, wenn die Stromversorgung eingeschaltet wird.

Die vorstehend beschriebenen Betriebsvorgänge werden anhand des Ablaufdiagramms eines Programms gemäß Fig. 7 erläutert.

Wenn die Stromversorgung eingeschaltet wird, wird der Mikrocomputer CPU rückgesetzt und ein Pro grammzähler auf "0" zurückgeschaltet. Damit beginnt das Programm.

Zuerst wird eine Variable K auf "0" eingestellt, wäh rend der Inhalt eines Registers RG1 auf einen Maximal wert 15 für vier Bits eingestellt wird (K = 0, RG1 = 15).

Die Variable K wird an die Datensammelleitung aus gegeben (Ausgabe K, Schritt FST). Da K = 0 gilt, ist das Ausgangssignal des Flip-Flops DF5 gleich "0", so daß mittels des Analogmultiplexers AS der Widerstand R0 gewählt wird. Da der Widerstandswert des Widerstands R0 der kleinste derjenigen der Widerstände R0 bis R4 ist, hat das Taktausgangssignal CLK die höchste Fre quenz.

Das Schreibsignal WR des Mikrocomputers CPU setzt über den Inverter 16 und das ODER-Glied G5 den Zähler C1 zurück.

Danach wird eine Adresse 0 eingegeben (Eingabe AD0, Schritt IN1). Da der Ausgang A0 des Mikrocom puters CPU nunmehr den Pegel L hat, wird über die Datensammelleitung dem Mikrocomputer CPU das Ausgangssignal des Puffers BF zugeführt. Das Bit 1 der Daten wird geprüft, ob es "0" oder "1" ist. Dies stellt die Ermittlung des Ausgangssignals Q des Flip-Flops DF3 dar. Falls das Bit 1 "0" ist, d. h. wenn der Schleifer 13 die Elektrode 12 berührt, schreitet das Programm zu einem Schritt WAT weiter. Dann wird das bei dem Schritt "Eingabe AD0" bzw. IN1 empfangene Bit 0 geprüft. Das Bit 0 ist das Ausgangssignal Q7 des Zählers C1 und daher noch wegen der anfänglichen Rücksetzung "0". Infolgedessen kehrt das Programm zu dem Schritt IN1 zurück.

Während das Programm wiederholt diese Schleife durchläuft, dreht sich der Vibrationswellenmotor; wenn dabei der Schleifer 13 in eine Stellung kommt, bei der er nicht mehr in Kontakt zu der Elektrode 12 ist, d. h. wenn der Schalter 11 geöffnet ist, nimmt nach den zeitlichen Verzögerungen durch die Flip-Flops DF1 bis DF3 das Ausgangssignal Y1 des Puffers BF den Pegel H an, wo durch das Programm aus der Schleife heraustritt und zu einem Schritt IN2 fortschreitet.

Bei dem Schritt IN2 wird die Adresse 0 wieder einge geben (Eingabe AD0) und dann das Bit 0 geprüft. Dieser Sprungbefehl und der Sprungbefehl bei dem Schritt WAT erfassen einen Zustand, bei dem der Vibrations wellenmotor stillsteht oder mit einer sehr niedrigen Ge schwindigkeit bzw. Drehzahl umläuft. Wenn der Zähler C1 bis zu der werthöchsten Bitstelle hochzählt, nimmt der Anschluß Q7 den Pegel H an, so daß das Bit 0 den Wert "1" annimmt. Auf diese Weise springt das Pro gramm zu einem Schritt NXT. Dieser Sprungbefehl er faßt den Zustand niedriger Drehzahl, um damit eine zeitsparende Steuerung bei niedrigen Drehzahlen des Vibrationswellenmotors zu erzielen.

Das Bit 1 der bei dem Schritt IN2 eingegebenen Da ten wird geprüft. Die Schleife zu Schritt IN2 wird wie derholt, bis der Schleifer 13 mit der Elektrode 12 den nächsten Kontakt bildet. Wenn das Bit 1 auf "0" wech selt, schreitet das Programm zu einem Schritt IN3 wei ter, bei dem die Adresse 1 eingegeben wird (Eingabe AD1). Dabei wird das Ausgangssignal des Flip-Flops DF4 eingelesen.

Gemäß der vorangehenden Beschreibung speichert das Flip-Flop DF4 die Ausgangssignale Q3 bis Q6 des Zählers C1 unmittelbar nach dem Wechsel des Signals aus dem Schleifer 13. Daher kann in den Mikrocompu ter CPU ein Wert eingegeben werden, der der Öff nungszeit des Schalters 11 entspricht.

Der bei dem Schritt IN3 eingegebene Wert DATA wird mit dem Inhalt des Registers RG1 verglichen. Da anfänglich RG1 = 15 gilt, muß der Wert DATA kleiner als "15" sein, so daß das Programm zu einem Schritt MN fortschreitet, bei dem der Wert DATA in das Register RG1 eingespeichert wird (DATA → RG1) und die Va riable K in ein Register RG2 eingespeichert wird (K → RG2).

Das Programm schreitet dann zu dem Schritt NXT weiter, bei dem die Variable K hochgezählt wird (K + 1 → K). Falls der Wert DATA größer als der Inhalt des Registers RG1 oder gleich diesem ist, bleiben die Inhalte der Register RG1 und RG2 unverändert, während das Programm zu dem Schritt NXT fortschreitet.

Danach wird der Wert K mit "5" verglichen. Da K nunmehr gleich "1" ist, kehrt das Programm zu dem Schritt FST zurück. Der Wert K wird auf "1" eingestellt, um den Widerstand R1 zu wählen, wobei das Programm auf die gleiche Weise fortschreitet.

Auf diese Weise werden die Widerstände R0 bis R4 aufeinanderfolgend angewählt, um während des Um laufs des Vibrationswellenmotors die Frequenz der an gelegten Spannung zu verändern.

Wenn der Wert der Variablen K "5" erreicht, ist in dem Register RG1 ein der höchsten Geschwindigkeit bzw. Drehzahl des Vibrationswellenmotors entspre chender Zählwert gespeichert und in dem Register RG2 der dabei auftretende Wert K gespeichert.

Durch den Sprungbefehl für K = 5 zweigt das Pro gramm zu einem Schritt FNS ab, bei dem der Inhalt des Registers RG2 ausgelesen wird. Auf diese Weise wird zum Steuern des Taktausgangssignals CLK des Taktge nerators CG2 aus den Widerständen R0 bis R4 derjeni ge Widerstand gewählt, der die höchste Geschwindig keit bzw. Drehzahl des Vibrationswellenmotors ergibt. Dann endet das Programm.

Das Taktausgangssignal CLK wird an die Frequenz teiler D1 und D2 angelegt, wodurch über die Treiberstu fen DR1 bzw. DR2 an die elektrostriktiven Elemente 3A bzw. 3B periodische Spannungen angelegt werden, die durch das Ausgangssignal ACLX des Frequenzteilers D1 bzw. das Ausgangssignal BCLK des Frequenzteilers D2 bestimmt sind.

Damit wird die Frequenz der periodischen Spannung so gesteuert, daß eine für die Form und die Größe des Vibrationsteils 2 optimale Resonanz sichergestellt wird, wodurch der Vibrationswellenmotor mit der höchsten Drehzahl angetrieben wird und der Antriebswirkungs grad sehr hoch ist.

Da die Steuerung zu Beginn der Ansteuerung des Vibrationswellenmotors vorgenommen wird, wird er immer optimal gesteuert, selbst wenn sich eine Betriebs bedingung verändert.

Bei der Produktion der Antriebseinrichtung ist daher keine genaue Einstellung der Frequenz erforderlich, so daß die Herstellungszeit verkürzt werden kann.

Bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbei spiel ist zwar als Einrichtung zur Erzeugung des Ge schwindigkeits bzw. Drehzahlsignals des Vibrationswel lenmotors des kammförmigen Drehschalters 11 gezeigt, jedoch kann statt dessen ein fotoelektrischer Wandler, bei dem ein optisches Muster und eine fotoempfindliche Vorrichtung verwendet wird, oder ein magnetoelektri scher Wandler ein gesetzt werden, bei dem ein Magnet muster und eine Halleffekt-Vorrichtung verwendet wird.

Bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbei spiel wird zwar zum Messen der Drehzahl der Zähler C1 verwendet, jedoch kann auch das Signal von dem Schlei fer 13 direkt an den Mikrocomputer CPU angelegt und von diesem durch ein Programm hinsichtlich der Zeit aufbereitet werden. Bei der Drehzahlmessung besteht daher keine Einschränkung auf den Schaltungszähler.

Die Zeitverläufe der Ausgangssignale der Frequenz teiler D1 und D2 sind nicht auf die Rechteckverläufe ACLK und BCLK gemäß Fig. 6 beschränkt, sondern es können Sinusverläufe zur Ansteuerung des Vibrations wellenmotors verwendet werden.

Fig. 8 erläutert das in Fig. 7 gezeigte Ablaufdia gramm. Bei einem Schritt (a) wird die Frequenz der an die elektrostriktiven Elemente des Vibrationswellenmo tors anzulegenden periodischen Spannung eingestellt. Bei einem Schritt (b) wird geprüft, ob die Drehzahl des bewegbaren Teils 1 des Vibrationswellenmotors sehr niedrig oder "0" ist. Falls die Drehzahl sehr niedrig oder "0" ist, schreitet das Programm zu einem Schritt (f) wei ter. Falls die Drehzahl höher als eine vorbestimmte Drehzahl ist, schreitet das Programm zu einem Schritt (c) weiter, bei dem die Geschwindigkeit bzw. Drehzahl gemessen wird.

Bei einem Schritt (d) wird die bei der anfänglich ein gestellten Frequenz gemessene Drehzahl mit einer vor bestimmten Bezugsdrehzahl verglichen oder es werden jeweils bei aufeinanderfolgend veränderten Frequenzen gemessene Drehzahlen mit den bei den vorangehenden Frequenzen gemessenen Drehzahlen verglichen; falls die ersteren Drehzahlen niedriger sind, schreitet das Programm zu dem Schritt (f) weiter; falls die ersteren Drehzahlen höher sind, schreitet das Programm zu ei nem Schritt (e) weiter. Bei dem Schritt (e) wird die Fre quenz für die gemessene Drehzahl gespeichert.

Infolgedessen wird die Frequenz nur dann aufeinan derfolgend fortgeschrieben und gespeichert, wenn die Drehzahl allmählich ansteigt.

Bei dem dem Schritt (b), (c) oder (e) folgenden Schritt (f) wird geprüft, ob die Frequenz auf jede der möglichen Frequenzen verändert wurde; wenn dies nicht der Fall ist, wird die Frequenz bei einem Schritt (g) verändert, wonach der Schritt (b) und die nachfolgenden Schritte wiederholt werden. Falls alle Frequenzen überprüft worden sind, wird die gespeicherte Frequenz bei einem Schritt (h) ausgegeben. Die Drehzahl bei dieser Fre quenz ist dann die maximale Drehzahl.

Eine zweite Betriebsart der in Fig. 5 gezeigten Schal tungsanordnung wird anhand des in Fig. 9 gezeigten Ablaufdiagramms eines weiteren Programms erläutert.

Wenn die Stromversorgung eingeschaltet wird, wird der Mikrocomputer CPU rückgesetzt und der Pro grammzähler auf "0" zurückgestellt. Damit beginnt das Programm gemäß Fig. 9(a).

Die Variable K (0 bis 4) für die Widerstände R0 bis R4 wird auf "2" in der Mitte des Bereichs eingestellt (K = 2). Danach schreitet das Programm zu einem Unterpro gramm SUB gemäß dem Ablaufdiagramm in Fig. 9(b) weiter.

Der Wert K wird an der Datensammelleitung ausge geben (Ausgabe K). Da K = 2 gilt, ist das Ausgangssi gnal des Flip-Flops DF5 gleich "2", so daß durch den Analogmultiplexer AS der Widerstand R2 gewählt wird. Da der Widerstandswert des Widerstands R2 in der Mit te der Widerstände R0 bis R4 liegt, hat das Taktaus gangssignal CLK eine Frequenz, die etwa in der Mitte des Frequenzbereichs liegt.

Dann wird die Adresse 0 eingegeben (Eingabe AD0). Da der Ausgang A0 des Mikrocomputers CPU den Pe gel "L" hat, wird dem Mikrocomputer CPU über die Datensammelleitung das Ausgangssignal des Puffers BF zugeführt. Das Bit 1 der Daten wird darauf geprüft, ob es "0" oder "1" ist. Dies stellt die Ermittlung des Aus gangssignals Q des Flip-Flops DF3 dar. Falls das Bit 1 "0" ist, d. h. wenn der Schleifer 13 in Kontakt mit der Elektrode 12 ist, schreitet das Programm zu einem Schritt WAT weiter. Dabei wird das Bit 0 der bei dem Schritt "Eingabe AD0" bzw. IN1 eingegebenen Daten geprüft. Das Bit 0 ist das Ausgangssignal Q7 des Zählers C1 und unmittelbar nach dem Rücksetzen noch "0". Da her kehrt das Programm zu dem Schritt IN1 zurück.

Während das Programm wiederholt diese Schleife durchläuft, dreht sich der Vibrationswellenmotor; wenn der Schleifer 13 in eine Stellung kommt, bei der er mit der Elektrode 12 keinen Kontakt bildet, d. h. wenn der Schalter 11 geöffnet ist, nimmt nach der zeitlichen Ver zögerung durch die Flip-Flops DF1 bis DF3 der Aus gang Y1 des Puffers BF den hohen Pegel H an. Daher tritt das Programm aus der Schleife heraus und schreitet zu einem Schritt IN2 weiter.

Bei dem Schritt IN2 wird wieder die Adresse 0 einge geben (Eingabe AD0) und danach das Bit 0 geprüft. Dieser Sprungbefehl und der Sprungbefehl bei dem Schritt WAT erfassen den Zustand bei dem der Vibra tionswellenmotor still steht oder mit einer sehr niedri gen Drehzahl umläuft. Wenn der Zähler C1 bis zu dem werthöchsten Bit Q7 hochzählt, nimmt der Anschluß Q7 den Pegel H an, so daß das Bit 0 den Wert "1" annimmt. Auf diese Weise springt das Programm zu einem Schritt NXT weiter, bei dem der maximale Wert 15 für vier Bits eingestellt wird (DATA = 15). Auf diese Weise erfaßt dieser Befehl die niedrige Drehzahl, um eine zeitsparen de Steuerung des Vibrationswellenmotors auf die maxi male Drehzahl zu erzielen.

Sodann wird das Bit 1 der bei dem Schritt IN2 einge gebenen Daten geprüft. Die Schleife zu Schritt IN2 wird wiederholt, bis der Schleifer 13 den nächsten Kontakt - mit der Elektrode 12 bildet. Wenn das Bit 1 auf "0" wechselt, schreitet das Programm zu einem Schritt IN3 weiter, bei dem die Adresse 1 eingegeben wird (Eingabe AD1). Dabei wird das Ausgangssignal des Flip-Flops DF4 ausgelesen und als Wert DATA eingestellt.

Damit ist das Unterprogramm beendet, so daß das Programm zu dem Hauptprogramm zurückkehrt (RTN).

In dem Hauptprogramm wird der der gemessenen Drehzahl entsprechende Wert DATA in das Register RG1 eingespeichert (DATA → RG1). Danach wird der Wert K auf "3" eingestellt und wieder das Unterpro gramm SUB ausgeführt. D. h., es wird der Widerstand R3 gewählt und die Drehzahl gemessen. Das Unterpro gramm SUB wurde vorstehend erläutert, so daß hier die Erläuterung weggelassen wird.

Bei einem nachfolgenden Schritt NX3 wird der im Unterprogramm SUB gemessene Wert DATA mit dem Inhalt des Registers RG1 (dem Wert DATA für K = 2) verglichen; wenn der letztere Wert größer ist, nämlich die Drehzahl bei K = 3 höher ist, springt das Programm zu einem Schritt NX4 weiter, bei dem der Wert DATA für K = 3 in das Register RG1 eingespeichert wird (DATA → RG1).

Danach wird der Wert K auf "4" eingestellt und das Unterprogramm SUB ausgeführt. D. h., es wird der Wi derstand R4 gewählt und die Drehzahl gemessen. Da nach wird der Wert DATA mit dem Inhalt des Registers RG1 verglichen; falls der letztere größer ist, ist die Drehzahl für K = 4 maximal, so daß das Programm zu einem Schritt FNH fortschreitet. Falls der Inhalt des Registers RG1 kleiner ist, ist die Drehzahl für K = 3 maximal, so daß der Wert K auf "3" eingestellt wird und das Programm zu dem Schritt FHN fortschreitet.

Falls bei dem Schritt NX3 der Inhalt des Registers RG1 kleiner ist, wird der Wert K auf "1" eingestellt und das Programm auf gleichartige Weise ausgeführt. Die ser Schritt ist dem Schritt NX4 gleichartig, so daß eine Erläuterung weggelassen wird. Der Wert DATA für K = 1 wird mit dem Inhalt des Registers RG1 verglichen; falls der Registerinhalt kleiner ist, ist die Drehzahl für K = 2 maximal, so daß das Programm zu dem Schritt FNH fortschreitet. Falls der Inhalt des Registers RG1 größer ist, wird der Wert DATA für K = 1 in das Register RG1 eingespeichert, und mit dem Wert DATA für K = 0 verglichen. Falls der Inhalt des Registers RG1 größer ist, ist die Drehzahl für K = 1 maximal, so daß der Wert K auf "1" eingestellt wird und das Programm zu dem Schritt FNH fortschreitet. Falls der Inhalt des Registers RG1 kleiner ist, ist die Drehzahl für K = 0 maximal, so daß der Wert K auf "0" verbleibt und das Programm zu dem Schritt FNH fortschreitet.

Bei dem Schritt FNH wird der Wert K ausgegeben.

Auf diese Weise wird aus den Werten 0 bis 4 für K derjenige Wert ausgegeben, der die maximale Drehzahl ergibt, und es wird mit diesem Wert K der entsprechen de Widerstand der Widerstände R0 bis R4 gewählt, um damit das Taktausgangssignal CLK des Taktgenerators CG2 zu steuern. Mittels des Taktausgangssignals CLK werden die Frequenzteiler D1 und D2 angesteuert. Über die Treiberstufen DR1 und DR2 werden jeweils an die elektrostriktiven Elemente 3A bzw. 3B die peri odischen Spannungen in Perioden angelegt, die durch den Signalverlauf ACLK des Frequenzteilers D1 bzw. den Signalverlauf BCLK des Frequenzteilers D2 be stimmt sind.

Die Frequenz der periodischen Spannungen wird so gesteuert, daß eine für die Form und die Größe des Vibrationsteils 2 optimale Resonanz gewährleistet ist, wodurch die Motordrehzahl maximal wird und der An triebswirkungsgrad sehr hoch ist.

Fig. 10 erläutert das in Fig. 9 gezeigte Ablaufdia gramm.

Bei einem Schritt (a') wird die Frequenz auf die Mitte des Frequenzbereichs eingestellt und bei dieser Fre quenz eine Geschwindigkeit v₁ des bewegbaren Teils 1 gemessen.

Bei einem Schritt (b') wird eine. Geschwindigkeit v₂ des bewegbaren Teils 1 bei einer Frequenz gemessen, die gegenüber der bei dem Schritt (a') eingestellten mitt leren Frequenz versetzt ist. Bei dem Schritt (b') wird die Frequenz beispielsweise in der ansteigenden Richtung verändert.

Bei einem Schritt (c') werden die bei den Schritten (a') und (b') gemessenen Geschwindigkeiten v₁ und v₂ mit einander verglichen; falls die Geschwindigkeit v₁ höher ist, schreitet das Programm zu einem Schritt (d') weiter; falls die Geschwindigkeit v₂ höher ist, schreitet das Pro gramm zu einem Schritt (f') weiter.

Bei dem Schritt (d') wird eine Geschwindigkeit v₃ bei einer Frequenz gemessen, die niedriger als die bei dem Schritt (a') eingestellte Frequenz ist.

Bei einem Schritt (e') werden die bei den Schritten (a') und (d') gemessenen Geschwindigkeiten v₁ und v₃ mit einander verglichen; falls die Geschwindigkeit v₃ höher ist, schreitet das Programm zu einem Schritt (g') weiter; falls die Geschwindigkeit v₁ höher ist, wird die Frequenz für diese Geschwindigkeit ausgegeben.

Bei dem Schritt (f') wird die Frequenz aufeinanderfol gend erhöht und es werden die Geschwindigkeiten bei den jeweiligen Frequenzen miteinander verglichen, wo nach die Frequenz für die maximale Geschwindigkeit ausgegeben wird.

Bei dem Schritt (g') wird die Frequenz stufenweise verringert und die Geschwindigkeiten bei den jeweili gen Frequenzen werden miteinander verglichen, wo nach die Frequenz für die maximale Geschwindigkeit ausgegeben wird.

Falls bei dem Schritt (b') die Frequenz auf eine niedri gere Frequenz verändert wird, wird bei dem Schritt (f') die Frequenz stufenweise herabgesetzt, während bei dem Schritt (d') die Frequenz über die bei dem Schritt (a') eingestellte Frequenz angehoben wird und bei dem Schritt (g') die Frequenz aufeinanderfolgend erhöht wird.

Zur Ansteuerung des Vibrationswellenmotors wird die Spannung mit der bei dem Schritt (e'), (f') oder (g') ausgegebenen Frequenz angelegt.

Die Fig. 11 und 12 zeigen eine zweite Schaltungsan ordnung zur Steuerung des Vibrationswellenmotors.

Nach Fig. 11 wird an den Rücksetzanschluß Re des Mikrocomputers CPU ein Signal RST angelegt, wäh rend an den Takteingang CP des Flip-Flops DF1 ein Signal CPCK angelegt wird. Die Signale RST und CPCK werden aus der in Fig. 12 gezeigten Schaltungs anordnung zugeführt, in welcher mit PG ein Impulsge nerator bezeichnet ist, mit C10 ein Zähler bezeichnet ist, mit DF10 ein D-Flip-Flop bezeichnet ist, Mit CAP2' ist ein Kondensator bezeichnet, mit R15 ein Widerstand, mit G6 ein ODER-Glied, mit SW ein Schalter und mit DD ein Gleichspannungs/Gleichspannungs-Wandler.

Ein Eingang D des Flip-Flops DF10 ist mit einem Ausgang OUT des Zählers C10 verbunden, während ein Ausgang Q des Flip-Flops über das ODER-Glied G6 mit dem Rücksetzanschluß Re des Mikrocomputers CPU verbunden ist (Fig. 11). Eine Speisespannung V_CC für die Schaltungsanordnung wird direkt aus einer Batterie BAT zugeführt, so daß die Schaltungsanordnung nach dem Einschalten der Batterie BAT zu arbeiten beginnt. Eine Leitung V_E ist mit dem Stromversorgungsanschluß des Mikrocomputers CPU verbunden.

Das Signal RST wird mittels einer Integrationsschal tung aus dem Kondensator CAP2' und dem Widerstand R15 für eine vorbestimmte Zeitdauer von dem Einschal ten der Batterie BAT an abgegeben, wobei der Zähler C10 und der Mikrocomputer CPU rückgesetzt werden und der Zähler C10 die Impulse aus dem Impulsgenera tor PG zählt. Wenn der Zähler C10 die Impulse über eine vorbestimmte Zeitdauer gezählt hat, wird an dem Ausgang OUT ein Signal H abgegeben, wodurch bei dem Impulsanstieg an einem Takteingang CP der Aus gang Q des Flip-Flops DF10 auf den hohen Pegel H wechselt, so daß das Signal RST abgegeben wird. Da durch werden der Mikrocomputer CPU und auch der Zähler C10 wieder rückgesetzt. Das Rücksetzen wird mit einer Frequenz wiederholt, die der Zählung des Zäh lers C10 entspricht.

Die Flip-Flops DF1, DF2 und DF3 wirken als ein Schieberegister, wobei ihre Takteingänge an den Im pulsgenerator PG angeschlossen sind, so daß das Signal aus dem Schleifer 13 aufeinanderfolgend bei einem je weiligen Anstieg des Impulsausgangssignals CPCK ver schoben wird. Der Zähler C1 zählt die Impulse des Im pulsausgangssignals CPCK aus dem Impulsgenerator PG.

Die Funktionsweise dieser Schaltungsanordnung wurde bereits anhand des Ablaufdiagramms gemäß Fig. 7 erläutert.

Fig. 13 zeigt eine weitere Schaltungsanordnung zur Steuerung des Vibrationswellenmotors.

Mit I9 ist ein Inverter bezeichnet, mit R15 ist ein Widerstand bezeichnet, mit CAP3 ist ein Kondensator bezeichnet, mit Tr9 ist ein Transistor bezeichnet, mit D1 ist eine Diode bezeichnet, mit ADC ist ein Analog/Digi tal-Wandler bezeichnet, mit ON1 ist eine monostabile Kippstufe bezeichnet und mit OP1 und OP2 sind Puffer verstärker bezeichnet. Mit 3A und 3B sind an dem Vi brationsteil 2 des Vibrationswellenmotors befestigte elektrostriktive Elemente bezeichnet, während mit 11' ein elektrostriktives Element bezeichnet ist, das angren zend an die elektrostriktiven Elemente 3A und 3B an dem Vibrationsteil 2 befestigt ist (siehe Fig. 15).

Die Vibration des Vibrationsteils 2 wird auf das elek trostriktive Element 11' übertragen, welches daraufhin eine elektromotorische Kraft erzeugt. Die Ausgangss pannung des elektrostriktiven Elements 11' ist um so höher, je größer die Amplitude der Vibration des Vibra tionsteils 2 ist, d. h. je höher bzw. stärker die Resonanz ist.

Die Ausgangsspannung des elektrostriktiven Ele ments 11' wird über den Pufferverstärker OP1 einer Spitzenwert-Halteschaltung aus der Diode D1 und dem Kondensator CAP3 zugeführt, an welchem eine maxi male Spannung gespeichert wird. Die Spannung an dem Kondensator CAP3 wird über den Pufferverstärker OP2 einem Analogspannungseingang VIN des A/D- Wandlers ADC zugeführt. Die Ausgänge des Flip-Flops DF4 haben drei Ausgangszustände, wobei das Flip-Flop DF4 an den Anschlüssen Q0 bis Q3 Ausgangssignale auf ein Eingangssignal an dem Anschluß OE hin abgibt.

Der Mikrocomputer CPU führt einen Ausgabebefehl dadurch aus, daß er die Daten an den Ausgabe-Sammel leitungen DB0 bis DB3 ausgibt und an dem Anschluß WR einen Impuls mit dem Pegel L ausgibt (Schreibsi gnal). Im Ansprechen hierauf speichert das Flip-Flop DF5 die Daten an DB0 bis DB2. Das Ausgangssignal am Anschluß WR wird auch über den Inverter 16 der mono stabilen Kippstufe ON1 zugeführt, so daß dessen Aus gangssignal für eine vorbestimmte Zeitdauer auf dem Pegel H gehalten wird. Das Signal mit dem Pegel H sperrt über den Inverter 19 und den Widerstand R15 den Transistor Tr9, so daß die Spitzenwert-Halteschaltung Di, CAP3 arbeitet. Auf diese Weise wird eine während der Dauer des Pegels H aus der monostabilen Kippstufe ON1 erzeugte maximale Spannung aus dem elektro striktiven Element 11' im Kondensator GAP3 gespei chert.

Diese Spannung wird mittels des A/B-Wandlers ADC in ein digitales Signal umgesetzt, welches in dem Flip- Flop DF4 durch ein Triggersignal gespeichert wird, das über den Inverter 19 zugeführt wird, wenn das Aus gangssignal der monostabilen Kippstufe ON1 von dem Pegel H auf den Pegel L wechselt.

Der Puffer BF mit den drei Ausgangszuständen nimmt bei dem Pegel L an dem Anschluß OE an dem Anschluß X1 über den Inverter 19 das Signal aus der monostabilen Kippstufe ON1 auf und gibt an dem An schluß Y1 ein Ausgangssignal ab.

An den Rücksetzanschluß Re ist eine Integrations schaltung aus dem Kondensator CAP2 und dem Wider stand R6 angeschlossen, so daß der Mikrocomputer CPU rückgesetzt wird, wenn die Stromversorgung ein geschaltet wird.

Die Funktionsweise der Schaltungsanordnung wird nun anhand des Ablaufdiagramms eines Programms ge mäß Fig. 14 erläutert.

Wenn die Stromversorgung eingeschaltet wird, wird der Mikrocomputer CPU rückgesetzt und der Pro grammzähler auf "0" zurückgestellt. Damit beginnt das Programm vom Beginn des Ablaufdiagramms an.

Zur Einleitung wird die Variable K auf "0" eingestellt, während der Inhalt des Registers RG1 auf einen Mini malwert "0" eingestellt wird (K = 0, RG1 = 0).

Danach wird der Wert K an die Datensammelleitung ausgegeben (Ausgabe K). Da K = 0 gilt, ist das Aus gangssignal des Flip-Flops DF5 gleich "0", so daß durch den Analogmultiplexer AS der Widerstand R0 gewählt wird. Da der Widerstandswert des Widerstands R0 der kleinste aus der Anzahl der Widerstände R0 bis R4 ist, hat das Taktausgangssignal CLK die höchste Frequenz.

Das Schreibsignal WR an dem Anschluß WR des Mi krocomputers CPU wird über den Inverter 16 an die monostabile Kippstufe ON1 angelegt.

Danach wird die Adresse 0 eingegeben (Eingabe AD0). Da der Ausgang A0 des Mikrocomputers CPU den Pegel L führt, wird dem Mikrocomputer CPU über die Datensammelleitung das Ausgangssignal des Puffers BF zugeführt. Aus diesen Daten wird das Bit 1 über prüft, ob es "0" oder "1" ist. Dies stellt die Ermittlung des Ausgangssignals des Inverters 19 dar. Falls das Bit 1 "0" ist, d. h. wenn das Ausgangssignal der monostabilen Kippstufe ON1 den Pegel H hat und die Spitzenwert- Halteschaltung D1, CaP3 in Betrieb ist, kehrt das Pro gramm zu dem Schritt IN1 für die Eingabe der Adresse 0 zurück.

Falls das Ausgangssignal der monostabilen Kippstufe ON1 den Pegel "H" hat, durchläuft das Programm wie derholt diese Schleife, während das Vibrationsteil 2 des Vibrationswellenmotors weiter schwingt und das be wegbare Teil 1 weiter umläuft. Wenn das Ausgangssi gnal der monostabilen Kippstufe ON1 auf den Pegel L wechselt, wird die Schleife verlassen und das Programm mit dem Schritt IN2 fortgesetzt.

Bei dem Schritt IN2 wird die Adresse 1 eingegeben (Eingabe AD1) und das Ausgangssignal des Flip-Flops DF4 eingelesen.

Da das Flip-Flop DF4 die Daten speichert, wenn das Ausgangssignal des Inverters IN9 den Pegel H hat, wird in den Mikrocomputer CPU ein Wert eingegeben, der dem maximalen Ausgangssignal des elektrostriktiven Elements 11' während der Dauer des Pegels H aus der monostabilen Kippstufe ON1 entspricht.

Der bei dem Schritt IN2 eingegebene Wert DATA wird mit dem Inhalt des Registers RG1 verglichen. Da RG1 = 0 gilt, muß der Wert DATA größer als "0" sein, so daß das Programm zu einem Schritt MN fortschrei tet, bei welchem der Wert DATA in das Register RG1 eingespeichert wird (DATA → RG1) und der Wert K in das Register RG2 eingespeichert wird (K → RG2).

Dann schreitet das Programm zu einem Schritt NXT weiter, bei dem der Wert K hochgezählt wird (K + 1 → K). Falls der Wert DATA kleiner als der Inhalt des Registers RG1 oder gleich dem Registerinhalt ist, schreitet das Programm ohne Veränderung der Inhalte der Register RG1 und RG2 zu dem Schritt NXT weiter.

Danach wird der Wert K mit "5" verglichen. Da K = 1 gilt, kehrt das Programm zu dem Schritt FST zurück. Der Wert K wird auf "1" eingestellt, um den Widerstand R1 zu wählen, wonach das Programm auf gleichartige Weise wieder ausgeführt wird.

Auf diese Weise werden während des Umlaufs des Vibrationswellenmotors aufeinanderfolgend die Wider stände R0 bis R4 gewählt, so daß die Frequenz der angelegten Spannung aufeinanderfolgend abgesenkt wird.

Wenn die Variable K den Wert "5" erreicht, ist in dem Register RG1 der Zählstand für die maximale Vibra tionsamplitude des Vibrationsteils 2 gespeichert, wäh rend in dem Register RG2 der zugehörige Wert K ge speichert ist.

Daher schreitet das Programm durch den Sprungbe fehl für K = 5 zu einem Schritt FNS weiter, bei dem der Inhalt des Registers RG2 ausgegeben wird, so daß zur Steuerung dem Taktausgangssignals CLK des Taktge nerators CG2 aus den Widerständen R0 bis R4 der opti male Widerstand gewählt wird. Danach wird das Pro gramm beendet.

Die Frequenzteiler D1 und D2 werden durch das Taktausgangssignal CLK angesteuert. Über die Trei berstufen DR1 und DR2 werden an die elektrostriktiven Elemente 3A und 3B jeweils die periodischen Spannun gen mit Signalverläufen angelegt, die durch den Signal verlauf ACLK des Frequenzteilers D1 bzw. den Signal verlauf BCLK des Frequenzteilers D2 bestimmt sind.

Die Frequenzen der periodischen Spannungen wer den so gesteuert, daß die für die Form und Abmessun gen des Vibrationsteils optimale Resonanz gewährlei stet ist, wodurch eine maximale Vibrationsamplitude des Vibrationsteils erzielt wird und der Antriebswir kungsgrad sehr hoch ist.

Der Ausgangssignalverlauf des Frequenzteilers D1 oder D2 ist nicht auf die in Fig. 6 gezeigte Rechteckver läufe ACLK oder BCLK beschränkt; vielmehr kann zur Ansteuerung des Vibrationswellenmotors eine Sinus welle verwendet werden.

Das beschriebene Frequenzsteuerverfahren ist nicht nur bei einem umlaufenden Vibrationswellenmotor, sondern auch bei einem linearen Vibrationswellenmotor anwendbar.

Wenn das einzelne ringförmige Element 3 gemäß Fig. 2 eingesetzt wird, wird an der Stelle des in Fig. 15 gezeigten elektrostriktiven Elements 11', d. h. zwischen den Elementen 3a₅ und 3b₅ ein polarisierter Bereich gebildet und aus diesem eine elektromotorische Kraft aufgenommen, um die Vibrationsamplitude des einzel nen Elements 3 ohne Beeinflussung durch die Vibration des Vibrationsteils 2 zu erfassen.

Fig. 16 zeigt eine Anwendung des Vibrationswellen motors als Antrieb für ein Kameraobjektiv mit in be kannter Weise durchgeführter automatischer Scharfein stellung.

Der Scharfeinstellungseinrichtung weist die in Fig. 5 gezeigte Schaltungsanordnung, die automatische Scharfeinstellungsschaltungsanordnung 101 und Wähl schaltglieder G10 und G11 auf.

Bei einem Scharfeinstellungszustand haben die Aus gangssignale zweier Vergleicher 59 und 60 den Pegel L, während bei einer unscharfen Einstellung das Aus gangssignal eines dieser Vergleicher den Pegel H hat; die Ausgangssignale der Vergleicher 59 und 60 liegen an dem Wählschaltglied G10 aus UND-Gliedern G12 und G13 und einem ODER-Glied G14 sowie an dem Wähl schaltglied G11 aus UND-Gliedern G15 und G16 und einem ODER-Glied G17 derart an, daß der Vibrations wellenmotor M vorwärts oder rückwärts gedreht wird. Ein ODER-Glied G18 gibt ein Ausgangssignal STOP ab, das den Pegel H hat, wenn der Vibrationswellenmotor angesteuert wird. Dieses Ausgangssignal wird an einen Anschluß STOP des Mikrocomputers CPU angelegt. Wenn der Anschluß STOP den Pegel L erhält, führt der Mikrocomputer CPU das Programm nicht aus. Daher wird das Programm bei der ersten Motoransteuerung nach dem Einschalten der Stromversorgung ausgeführt.

Der Vibrationswellenmotor ist nicht auf die Anwen dung in der automatischen Scharfeinstellungseinrich tung beschränkt, sondern kann auch zum Stellen bzw. Steuern einer Irisblende oder zum Antrieb einer Film transportvorrichtung verwendet werden.

Claims

1. Vibrationswellenantriebseinrichtung, bei der eine Rela tivbewegung zwischen einem erste und zweite elektromechani sche Energiewandlerelemente umfassenden Vibrationsteil und einem damit in Berührung stehenden Teil bewirkt wird, indem das Vibrationsteil durch Anlegen von elektrischen Signalen mit unterschiedlichen Phasen aus einer Steuerungseinrich tung an die elektromechanischen Energiewandlerelemente zum Vibrieren gebracht wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinrichtung (CPU, DF5, CG2, AS) eine Schaltung (CG2, AS) zur Änderung der Frequenz der elektrischen Signa le aufweist, die diese Frequenz ausgehend von einer vorbe stimmten Frequenz nach dem Starten der Vibrationswellenantriebseinrichtung entsprechend einem vorgegebenen Steue rungsablauf verringert, dass eine Erfassungsschaltungsanordnung (C1, DF1, DF2, DF3) die Drehzahl bzw. die Bewegungsgeschwindigkeit erfasst und die Steuereinrichtung (CPU, DF5, CG2, AS) diejenige Frequenz auswählt, bei der die höchste Dreh zahl bzw. Bewegungsgeschwindigkeit auftritt, und dass die Steuerungseinrichtung (CPU, DF5, CG2, AS) die Schaltung (CG2, AS) zur Einstellung dieser Frequenz ansteuert.

2. Vibrationswellenantriebseinrichtung nach Anspruch 1, da durch gekennzeichnet, dass eine Überwachungsschaltungsan ordnung (1, 11, 12, 13; 11') zur Überwachung der Drehzahl der Vibrationswellenantriebseinrichtung bzw. ihrer Bewe gungsgeschwindigkeit vorgesehen ist, auf deren Ausgangssig nal die Erfassungsschaltungsanordnung (C1, DF1, DF2, DF3) anspricht, wobei auf ein Ausgangssignal der Erfassungs schaltungsanordnung die Steuerungseinrichtung (CPU, DF5, CG2, AS) die Schaltung (CG2, AS) zur Änderung der Frequenz ansteuert.