JP3044752B2

JP3044752B2 - 波動ステップモータの駆動制御装置

Info

Publication number: JP3044752B2
Application number: JP2166860A
Authority: JP
Inventors: 修宮澤
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1990-06-27
Filing date: 1990-06-27
Publication date: 2000-05-22
Anticipated expiration: 2015-05-22
Also published as: JPH0458793A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］この発明は超音波の振動を利用してステップ駆動を可
能にした波動ステップモータの駆動制御装置、特にその
駆動回路に関する。

［従来の技術及び発明が解決しようとする課題］従来の超音波の振動を利用した超音波モータは、特開
昭58-93477号公報、特公昭59-37673号公報、特開昭59-1
22385号公報、特開昭60-51478号公報等に開示されるよ
うに各種の方式が提案され実現されている。これらの超
音波モータはいずれの方式のものも駆動電圧を印加して
いる限りは連続に回転又は移動するものであった。

従って、従来の超音波モータにおいてはその回転数、
停止位置又は回転速度の制御をするためにはフィードバ
ック制御が必要であり、そのための制御回路を必須とし
ていた。このため、制御系が複雑にならざる得ないとい
う問題点があった。

このような問題点を解決するために、本出願人はいわ
ゆるステップモータとして動作する「波動ステップモー
タ」を平成１年10月20日付けで特願平1-273082号として
提案した。しかし、この出願においてはまだこの「波動
ステップモータ」の駆動制御系において、例えば駆動電
圧の周波数が振動子の共振周波数からずれると、振動子
が適切に振動せず、モータの駆動力が低減するという問
題点があった。

この発明は、このような状況に鑑みてなされたもので
あり、駆動電圧の周波数を振動子を添付したステータの
共振周波数に追随できるようにした波動ステップモータ
の駆動制御装置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］この発明に係る波動ステップモータの駆動制御装置
（請求項１）は、複数の振動子が連続的に配置され、こ
の振動子により加振されるステータと、振動子が振動し
た際に前記ステータ上に生成される定在波の節の数に対
応した個数の凸部が設けられ、凸部を前記ステータと接
するように配置した移動体とを有し、それぞれの振動子
に印加する駆動電圧の位相を順次選択的に切り換えるこ
とにより、定在波の節の位置を順次移動させ、これに伴
って移動体の凸部が節の位置に順次移動することによっ
て、移動体をステップ駆動する波動ステップモータの駆
動制御装置において、移動体が有する凸部は、ステータ
に発生する定在波の波長に比べて円周方向に短く、かつ
これら凸部はステータに発生する定在波の半波長の整数
倍だけ円周方向に離間していて、振動子に所定の周波数
の駆動電圧を位相をずらして印加する駆動回路と、振動
子の誘起電圧を検出してその最大電圧との差電圧を出力
する誘起電圧比較回路と、駆動回路の出力の全部又は一
部を遮断したときの振動子の誘起電圧を誘起電圧比較回
路に出力する駆動検出切換回路と、誘起電圧比較回路の
出力に基づいて駆動回路から出力される駆動電圧の周波
数を調整する周波数追尾回路とを有する。

また、この発明に係る波動ステップモータの駆動制御
装置（請求項２）は、前記の誘起電圧比較回路に代え
て、駆動電圧の位相と振動子の誘起電圧の位相との位相
差を検出し、その位相差と位相90°との差を求める位相
比較回路を有する。

また、この発明に係る波動ステップモータの駆動制御
装置（請求項３）は、周波数追尾回路が、誘起電圧比較
回路の出力を駆動信号として入力し、発振信号を計数す
る計数器と、この計数器の出力に基づいて駆動回路から
出力される駆動電圧の周波数を調整する発振器とを有す
る。

また、この発明に係る波動ステップモータの駆動制御
装置（請求項４）は、駆動検出切換回路が振動子の振動
の腹の部分で駆動回路と誘起電圧比較回路とを切換える
ものである。

また、この発明に係る波動ステップモータの駆動制御
装置（請求項５）は、振動子の誘起電圧を検出し、その
検出結果に基づいて周波数追尾回路に駆動信号を送出す
る駆動追尾制御回路を有する。

また、この発明に係る波動ステップモータの駆動制御
装置（請求項６）は、各ステップの駆動開始後、移動体
の移動終了後に周波数追尾回路に駆動信号を送出する駆
動追尾制御回路を有する。

また、この発明に係る波動ステップモータの駆動制御
装置（請求項７）は、現在の周期の誘起電圧と前の周期
の誘起電圧との差を検出して、その検出結果に基づいて
周波数追尾回路に駆動信号を送出する駆動追尾制御回路
を有する。

また、この発明に係る波動ステップモータの駆動制御
装置（請求項８）は、各ステップにおいて現在の周期の
誘起電圧と前の周期の誘起電圧との差を検出して、その
検出結果に基づいて駆動検出切換回路に駆動回路の出力
を遮断させるラッチ回路と、このラッチ回路の出力を計
数して所定の値に達すると周波数追尾回路に駆動信号を
送出する計数器とを備えた駆動追尾制御回路を有する。

また、この発明に係る波動ステップモータの駆動制御
装置（請求項９）は、各ステップにおいて現在の周期の
誘起電圧と前の周期の誘起電圧との差を検出して、その
検出結果に基づいてリセットされるラッチ回路と、各ス
テップ動作の開始後、移動体が一ステップ移動するため
に必要な時間を計測すると出力するタイマー回路と、ラ
ッチ回路の出力とタイマー回路の出力とを入力し、周波
数追尾回路に駆動信号を送出するアンドゲートとを備え
た駆動追尾制御回路を有する。

また、この発明に係る波動ステップモータの駆動制御
装置（請求項10）は、各ステップにおいて現在の周期の
誘起電圧と前の周期の誘起電圧との差を検出して、その
検出結果に基づいてリセットされ、駆動検出切換回路に
駆動回路の出力を遮断させるラッチ回路と、各ステップ
動作の開始後、移動体が一ステップ移動するために必要
な時間を計測すると出力するタイマー回路の出力とを入
力し、周波数追尾回路に駆動信号を送出するアンドゲー
トとを備えた駆動追尾制御回路を有する。

［作用］この発明（請求項１記載）においては、振動子に所定
の周波数の駆動電圧が印加されて振動子が振動し、移動
体がステップ移動する。その後所定のタイミングで駆動
検出切換回路を切換えて振動子の誘起電圧を検出する。
そして、その最大電圧との差電圧を求め、その差電圧に
基づいて駆動回路から出力される駆動電圧の周波数を調
整する。即ち共振状態においては振動子の誘起電圧が最
大電圧になるので、最大電圧が得られるように駆動電圧
の周波数を調整する。

また、この発明（請求項２記載）においては、共振状
態においては駆動電圧の位相と誘起電圧の位相との位相
差が90°になることを利用して、駆動電圧の位相と振動
子の誘起電圧の位相との位相差を求め、その位相差と位
相90°との差に基づいて駆動電圧の周波数を調整してい
る。

また、この発明（請求項３記載）においては、誘起電
圧比較回路から出力がある間、即ち誘起電圧が最大値に
達するまでの間発振信号を計数し、この計数出力に基づ
いて駆動回路から出力される駆動電圧の周波数を調整す
る。

また、この発明（請求項４記載）においては、駆動検
出切換回路は振動子の振動の腹の部分で駆動回路と誘起
電圧比較回路とを切換える。

また、この発明（請求項5,6記載）おいては、誘起電
圧が所定の大きさに達するとそれを検出して或いは各ス
テップの駆動開始後移動体の移動終了後に、周波数追尾
をする。

また、この発明（請求項７記載）においては、現在の
周期の誘起電圧と前の周期の誘起電圧との差を検出し
て、その差が所定の大きさ以下になると周波数追尾をす
る。

以上のようにこの発明（請求項３〜７記載）において
は移動体が１ステップ分移動した後に振動子の誘起電圧
を検出して周波数追尾をさせるようにしている。

また、この発明（請求項８記載）においては、各ステ
ップにおいて現在の周期の誘起電圧と前の周期の誘起電
圧との差を検出して、その差が所定の大きさ以下になる
と駆動電圧の印加を停止し、また、この停止の回数を計
数して所定の値に達すると周波数追尾をする。即ち移動
体が１ステップ分移動すると駆動電圧の印加を停止し、
また、一定の周期で周波数追尾をするようにしている。

また、この発明（請求項９記載）においては、各ステ
ップにおいて現在の周期の誘起電圧と前の周期の誘起電
圧との差を検出して、その差が所定の大きさ以下になる
とラッチ回路がリセットされ、またタイマー回路が各ス
テップ動作の開始後所定の時間を計測すると出力する。
そして、ラッチ回路の出力とタイマー回路の出力とがア
ンドゲートに入力し、例えば各ステップ動作の開始後所
定の時間後にラッチ回路がリセットされないと、アンド
ゲートは周波数追尾回路に駆動信号を送出して周波数追
尾を行なわせる。すなわち所定時間が経過しても誘起電
圧が高くならない場合にその駆動電圧の周波数が適当で
ないものとして周波数追尾をする。

また、この発明（請求項10記載）においては、上記
（請求項９記載）のようにして周波数追尾を行わせる他
に、ラッチ回路は誘起電圧と前の周期の誘起電圧との差
が所定の大きさ以下になると、駆動検出切換回路に駆動
回路の出力を遮断させる。

［実施例］この発明の実施例の説明に先立ってまず波動ステップ
モータの概要を明らかにする。

第17図は波動ステップモータ及びその駆動系の概要を
示すブロック図である。図において、100は水晶振動
子、101は水晶発振回路、102は水晶発振回路からの出力
信号を分周する分周回路である。103は制御回路であ
り、振動体107を共振させる周波数と同一の周波数で発
振する発振回路105の発振信号と、発振回路105の発振信
号の位相を反転する位相反転回路106からの信号とを入
力して処理することにより制御信号を送出する。104は
ドライバであり、制御回路103からの駆動制御信号を増
幅して振動体107に駆動電圧を印加する。108は振動子で
あり、振動体107が４個の振動子からなる例を示してお
り、それぞれが独立して振動し得るような構成になって
いる。

また、図においてイは発振回路105の出力信号、ロは
位相反転回路106の出力信号であり、これは出力信号イ
と逆位相になる。ハは分周回路102の出力信号であり、
出力信号イ及び逆位相ロを制御するための制御信号、ニ
は制御回路103の出力信号であり、振動体107を駆動する
ための駆動制御信号である。

第18図（ａ）〜（ｅ）は波動ステップモータの動作原
理を示す説明図であり、振動子として圧電素子を用いた
例に基づいて説明する。

第18図（ａ）は所定位相の振動モードの状態を示して
いる。図示のように、ロータ１には突起部1a,1b,1c,1d
が設けられており、ステータ２にはロータ１の反対側に
圧電素子３が取り付けられており、そして突起部1a,1
c′はステータ２と部分的に接している。この圧電素子
３は４個の振動子からなり、Ａ、Ｂの２種類に分類され
ており、Ａ、Ｂは相互に逆位相で変形している。Ｎはス
テータ２の振動モードの節を示している。

第18図（ｂ）は第18図（ａ）の逆位相の振動モードの
状態を示している。ここでは、突起部1b,1dがステータ
２と部分的に接している。

第18図（ａ），（ｂ）において、ステータ２の節Ｎの
間隔と同等又は数倍の間隔に位置するロータ１の凸部1
a,1b等のステータ２と接触している部分はそれぞれ矢印
に示す方向の力10,11を受ける。このとき力10,11は振動
モードの凸部から節Ｎの方向に分力を持つので、ステー
タ１は10a,11bの方向すなわち近い位置にある節Ｎの方
向の力を受ける。

第18図（ｃ），（ｄ）はステータ２とロータ１の位置
関係が第６図（ａ），（ｂ）とは異なる場合であり、こ
の場合には力12,13によってロータ１は矢印のの方向す
なわち近い方の位置にある節Ｎの方向の力12a,13a（10
a,11bとは反対方向）を受ける。

第18図（ｅ）は第18図（ａ）〜（ｄ）を重ねた図であ
る。いずれの場合にもロータ１の凸部1a〜1dはステータ
２の節Ｎに向かって移動するので、その節Ｎに位置決め
されることが分かる。従って、節Ｎの位置が段階的に移
動すればロータ１はステップ的に動き、ステップモータ
して動作する。

第19図は波動ステップモータを回転型のモータに適用
した場合の構成例を示す断面図であり、第20図は第19図
のロータ・ステータ部の平面図である。図において、４
はステータ２をネジ６で固定する地板、５はロータ１を
回転自由に案内する輪列受、７はロータ１の回転力を取
り出すピニオン、８は圧電素子の電極パターン3aに電圧
を印加するリード線である。この実施例においては凸部
1a〜1dをロータ１にその厚み方向に部分的に設けてあ
る。

第21図は波動ステップモータを回転型のモータに適用
した場合の他の構成例を示す平面図であり、この実施例
ではステータ２に全周に厚み方向に凸部2aを設け、ま
た、ロータ１の直径方向に突起させて凸部ａ〜ｄを設け
ている。

第19図及び第21図の構成例では共に４個所でロータ１
とステータ２が接する場合の例（凸部４個所）を示し
た。また、振動体３は破線で示したように12個の振動子
からなっており、後述の説明のためにＡ、Ｂ、Ｃ、、
、の記号を付け、等しい記号には同じ駆動電圧を印
加する。また、振動モードの節になる位置に順次〜
の記号を付してある。なお、この実施例では節Ｎは４個
所生成され、節ができ得る位置は全周で12個所である。

第22図は上記の波動ステップモータがステップ駆動さ
れる様子を示した説明図であり、記号は第21図に対応さ
せており、説明の便宜上リニア型に展開してある。破線
は振動モードの形を示し、その瞬間に各振動子に加えら
れている電圧の位相の状態を便宜上＋、−で示した。

の振動モードではＡ、Ｂ、Ｃと、、とがそれ
ぞれ組になり、互いに180°位相がずれて振動している
ため、ロータ１の凸部ａ、ｂ、ｃ、ｄは図示の位置にな
る。

の振動モードではＢ、Ｃ、Ａと、、が組、
の振動モードではＣ、Ａ、Ｂと、、とが組とな
り、以下順次〜の振動モードを繰り返していき、ロ
ータ１はステップ状に移動して行く。第21図の回転型で
は12ステップで１回転する。

また、図示の〜の振動モードに対して逆方向にス
テップを進めると、例えば、の振動モードの次にの
振動モードを得るように切り換えるとロータ１は上述の
場合とは逆方向に移動する。

なお、以上の第22図の説明から明らかなように、この
波動ステップモータはリニアモータとしても容易に構成
できることが分かる。

第23図は第22図に示した振動モードを作るための位相
のタイミングチャートである。例えばの振動モードを
作る場合にはＡ、Ｂ、Ｃに正（＋）の位相、、、
に負（−）の位相の駆動電圧を印加する。これらの制御
は前述の制御回路103で行い、発振回路105からの出力信
号イを正（＋）の位相とするならば、発振回路105の出
力信号イの逆位相の出力信号ロを負（−）の位相とし、
分周回路102の制御信号ハのタイミング（第11図の１点
鎖線）で切り換えを行う。なお、駆動制御信号ニはＡ、
Ｂ、Ｃ、、、の６種類が必要であるが、Ａと、
Ｂと、Ｃとは逆の関係になるので、分極の方向を逆
にすれば３種類で同等の動作が得られる。

第24図は振動子ＡとＢに印加される駆動電圧のタイミ
ングチャートを示したものであり、例えばの振動モー
ドは振動子Ａに逆位相の駆動電圧を印加し、また、の
振動モードは振動子ＡとＢに逆位相の駆動電圧を印加す
る。このときの各振動モードにおける駆動電圧は正弦波
であり、その周波数は振動子を添付したステータの共振
周波数と一致するようにしてある。

以上の説明から明らかなように、それぞれの振動子に
加える駆動電圧の位相を適宜切り換える事により、１回
転12分割のステップ駆動が実現できる。

第25図は波動ステップモータの他の構成例を示す平面
図である。振動体３は４つの振動子Ａ、、Ｂ、から
なりロータ１とステータ２は２個所の接触部ａ、ｂで接
し、節Ｎの数は２つで、節Ｎのでき得る位置は８個所で
ある。

第26図は振動モードと接触部ａ、ｂの位置関係を示す
説明図、第27図は第14図の振動モードを作るための駆動
電圧の位相のタイミングチャートであり、第28図は振動
子Ａ、Ｂに印加する駆動電圧のタイミングチャートであ
る。第15図において「＋」と「−」は逆位相の状態を示
し、「０」は駆動電圧を印加しない状態を示している。
従って、この実施例においては１回転８分割ステップ
（1/2ステップ）の波動ステップモータが実現できる。

なお、前述の実施例においては、回転型の代表例を示
したが、ロータを駆動の節に移行させ、振動子の駆動の
仕方を順次変えてロータをステップ的に移動させること
ができれば、その具体的な構造、振動モードの形状、振
動子の種類や構成等、何ら制限されない。更に、発振回
路105は水晶発振回路101の出力を利用しても良いし、振
動体107の振動を検出して最適条件で共振させる自励発
振回路であっても良いし、制御信号ハは水晶振動子100
の信号に基づくものでなくても何ら差しつかえない。

また、波動ステップモータは所望の位置に移動した後
は、ロータとステータの摩擦力との間に摩擦があるの
で、駆動を停止してもその停止位置が保持される。

以上の説明により波動ステップモータの概要が明らか
になったとこで、次にこの発明の駆動制御系について説
明する。

第１図はこの発明の一実施例に係る駆動制御装置のブ
ロック図である。図において、109は駆動検出切換回
路、110は駆動制御回路、112は周波数追尾装置である。
この追尾装置112は誘起電圧比較回路113及び周波数追尾
回路114から構成されている。この実施例においては駆
動検出切換回路109により振動子108に対する駆動電圧の
印加と振動子108の誘起電圧の検出とを切換えており、
その誘起電圧を誘起電圧比較回路113で所定の基準電圧
と比較する。そして、その比較結果に基づいて周波数追
尾回路114の発振周波数を制御する。すなわち共振状態
では誘起電圧が高くなるので、最も誘起電圧が高くなる
ように発振周波数即ち駆動電圧の周波数を調整してい
る。

第２図はこの発明の他の実施例に係る駆動制御装置の
ブロック図である。この実施例においては周波数追尾装
置112が位相比較回路115及び周波数追尾回路114から構
成されている。駆動電圧と誘起電圧との位相のずれを検
出することにより共振状態（共振状態では90°）が得ら
れるように発振周波数即ち駆動電圧の周波数を調整して
いる。

第３図は第１図の実施例の具体例を示す回路構成図で
ある。制御回路103は、1/6分周回路121、シフトレジス
タ122、排他的論理和回路123〜125及びインバータ126〜
128から構成されている。ドライバ104はバッファ129〜1
34から構成されており、各バッファには正極及び負極の
電源電圧がそれぞれ供給されており、正電圧と負電圧と
の間で振動する駆動電圧を出力する。振動体107はステ
ータ２に取り付けられ、複数の振動子108から構成され
ている。駆動検出切換回路109はトラッシュミッション
ゲート140〜145及びインバータ146〜148から構成されて
いる。駆動制御回路110は排他的論理和回路150,151及び
排他的否定論理和回路152から構成されている。誘起電
圧比較回路113は比較電圧設定回路153及び減算器154か
ら構成されている。この比較電圧設定回路153は前周期
のピーク電圧を順次記憶しておくものである。周波数追
尾回路114は制御電圧発生回路155及び発振器156から構
成され、制御電圧発生回路155は増幅器157、オシレータ
158、カウンタ159及びD/A変換器160から構成されてい
る。

この実施例は、１回転12分割ステップで２λの振動モ
ードを有する波動ステップモータを毎秒１ステップ（30
°）駆動する場合の回路例である。なお、第３図におい
ては省略したが、第17図における水晶発振回路101及び
分周回路102は従来の電子時計の回路構成と同等で良
く、発振回路105はCR発振回路や自励発振回路等を用い
る。

第４図は以上の構成からなる駆動制御装置の動作を示
すタイミングチャートである。第17図の分周回路102か
らの1Hzの制御信号Ｉが1/6分周回路121及びシフトレジ
スタ122に入力すると、1/6分周回路121から1/6分周され
た信号が出力してそれがシフトレジスタ122に供給され
る。そして、シフトレジスタ122からは１秒ずつ位相が
ずれ、３秒ずつで位相が反転する1/6Hzの信号a,b,cが出
力する。そして、信号ａは発振信号ｄと共に排他的論理
和回路123に入力し、その出力信号ｅはドライバ104のバ
ッファ129に入力すると共に、インバータ126で反転され
その信号ｈはバッファ132に入力する。信号b,cも同様に
して排他的論理和回路123,125において発振信号ｄと排
他的論理和が求められ、その出力信号f,gは直接又はイ
ンバータ127,128を介してドライバ104のバッファ144,14
7及び145′,148に供給される。

一方、駆動制御回路110には信号a,b,cが入力してお
り、それぞれ信号k,l,mを出力する。この信号k,l,mはト
ラッシュミッションゲート140,142,144に直接ゲート信
号として供給され、また、トラッシュミッションゲート
141,143,145にインバータ146,147,148を介してゲート信
号として供給される。そして、信号k,l,mは図示のよう
に２秒間Ｈでその後１秒間Ｌになるので、最初の２秒間
はトラッシュミッションゲート140,142,144が開となり
振動子108に駆動電圧が印加されて振動し、その後の１
秒間はトラッシュミッションゲート141,143,145が開に
なりその振動による誘起電圧を検出することになる。こ
の誘起電圧は例えば振動子Ａの端子電圧ｊに明らかなよ
うに、これは信号ａの中央部において誘起電圧を検出す
るようにしているので、振動モードの腹の部分で検出し
ていることになる。

誘起電圧比較回路113は比較電圧設定回路153の前周期
のピーク電圧とトラッシュミッションゲート141,143,14
5が開になったときの誘起電圧との差を減算器154により
求め、その差信号を周波数追尾回路114に送出する。

その差信号は増幅回路157において増幅された後カウ
ンタ159に出力し、カウンタ159はオシレータ158の発振
信号を計数し、誘起電圧が最大になって差信号が０にな
るとカウンタ159の計数を停止る。カウンタ159の出力は
D/A変換器160でアナログ信号に変換された後発振器156
に制御信号として供給され、発振器156はその制御信号
に応じた発振周波数の発振信号ｄを出力する。従って、
振動子108にこの発振信号ｄすなわち共振周波数の駆動
電圧が印加され、効率よく振動することになる。

第５図はこの発明の他の実施例に係る波動ステップモ
ータの駆動制御装置の回路構成図である。この実施例に
おいては回転中は振動子の誘起電圧のレベルが変動する
ので、エンコーダ等の回転検出手段を用いて回転が終了
したことを検出してから周波数追尾を開始するようにし
ている。

図において、115は回転検出手段であり、ロータに機
械的に接続される。116は駆動追尾制御回路であり、回
転検出手段115の出力に基づいて周波数追尾回路114の駆
動を開始させる。

第６図は振動子108の誘起電圧のタイミングチャート
である。回転が開始すると、誘起電圧が発生し始め、１
ステップ分駆動すると誘起電圧が変化しなくなり一定に
なる。従って、駆動追尾制御回路116は回転検出手段115
の回転出力に基づいて１ステップ分移動したことを確認
した後に、周波数追尾回路114を駆動させている。この
周波数追尾回路114が駆動を開始した後の各回路の動作
は第３図の実施例と同様である。

第７図はこの発明の他の実施例に係る波動ステップモ
ータの駆動制御装置の回路構成図である。この実施例に
おいては、所定の時間毎に周波数追尾回路114を駆動す
るようにしている。図において、161は駆動追尾回路116
としてのタイマー回路であり、制御信号Ｉを入力して所
定の時間間隔で周波数の追尾動作をさせるようにしてい
る。

第８図は第７図の実施例の動作を示すタイミングチャ
ートである。制御信号Ｉを入力して所定の時間間隔、こ
の実施例においては３秒間の内１秒間すなわち３ステッ
プの内１ステップの間周波数追尾装置114を駆動して周
波数を追尾している。誘起電圧比較回路113の出力信号
ｊは共振点からずれると誘起電圧が下がり、比較電圧と
の差が大になり、制御電圧発生回路155はその差が零に
なるように発振器156を制御する。

第９図はこの発明の他の実施例に係る波動ステップモ
ータの駆動制御装置の回路構成図である。この実施例に
おいては、前周期の誘起電圧との差が小さくなったら１
分ステップ移動したものと判断して制御電圧発生回路15
5を駆動するようにしている。図において、駆動追尾制
御回路116は基準電圧設定回路162、比較回路163、微分
回路164及びフリップフロップ回路165から構成されてい
る。

第10図は第９図の実施例の動作を示すタイミングチャ
ートである。微分回路164は制御信号Ｉを入力してその
微分信号をフリップフロップ回路165のリセット端子に
入力してその出力をリセットする。また、比較器163は
誘起電圧比較回路113の出力と基準電圧設定回路162の設
定電圧とを比較して後者の方が大になったときに、フリ
ップフロップ回路165のセット端子にセット信号ｋを入
力する。これによりフリップフロップ回路165の出力は
Ｈになり、制御電圧発生回路155に駆動信号ｌが入力す
ると制御電圧発生回路155は追尾動作を開始する。誘起
電圧比較回路115の出力信号ｊが制御電圧発生回路155に
制御信号として入力し、その制御信号に基づいて発振器
156の発振周波数が制御される。

第11図はこの発明の他の実施例に係る波動ステップモ
ータの駆動制御装置の回路構成図である。この実施例に
おいては、１ステップ分移動したものと判断されると駆
動電圧の印加を停止し、また周波数追尾は適当な周期で
行うようにしたものである。駆動追尾制御回路116は、
基準電圧発生回路162、比較器163、微分回路164及びフ
リップフロップ回路165の他に、計数回路166、インバー
タ167、オアゲート168から構成されている。

微分回路164は制御信号Ｉを入力し、その制御信号Ｉ
を微分してその微分出力Ｐをフリップフロップ回路165
のリセット端子に入力する。これによりその出力はＬに
なり、インバータ167及びオアゲート168を介してゲート
制御信号ｓをゲート回路104に供給し、これにより各ト
ラッシュミッションゲート201〜206が開になり振動子10
8にドライバ104からの駆動電圧が印加される。そして、
ロータが回転して振動子の誘起電圧ｉが大となり、誘起
電圧比較回路115の出力が小となり、比較器163の出力が
Ｈになると、それがフリップフロップ161のセット端子
にセット信号として入力し、その出力はＨになる。この
ため、ゲート制御信号ｓはＨからＬになり各トラッシュ
ミッションゲートが閉になり、振動子108に対する駆動
電圧の印加は停止する。以上のようにして、振動子の誘
起電圧が所定の大さになると、駆動電圧の供給を停止し
ている。

一方、計数回路162はフリップフロップ回路159の出力
を計数し、予め設定された値に達すると出力信号を送出
する。この出力信号はオアゲート168を介してゲート回
路104の各トラッシュミッションゲート201〜206にゲー
ト制御信号ｓとして供給されると共に、制御電圧発生回
路155に駆動信号として供給される。制御電圧発生回路1
55は誘起電圧比較回路113の出力信号に基づいて発振器1
56の発振周波数を制御する。そして、発振器156の発振
信号ｄは制御回路103、ドライバ104及びトラッシュミッ
ションゲート201〜206を介して駆動電圧として振動子10
8に供給されるので振動子108はこの発振周波数の駆動電
圧が印加される。

第13図はこの発明の他の実施例に係る波動ステップモ
ータの駆動制御装置の回路構成図である。この実施例は
所定の時間内に回転しないと周波数追尾をするようにし
たものである。駆動追尾制御回路116は基準電圧発生回
路162、比較器163、タイマー回路161、フリップフロッ
プ回路165及びアンドゲート169から構成されている。

第14図は第13図の実施例の動作を示すフローチャート
である。フリップフロップ回路165は制御信号Ｉをセッ
ト端子に入力し、その出力信号ｌはＨになる。また、タ
イマー回路161は制御信号Ｉを入力すると所定の時間を
経過するまではその出力信号ｊはＬであり、従って、ア
ンドゲート169の出力信号ｍはＬのままとなっている。
そして、タイマー回路161の出力信号ｊがＨになる前
に、ロータが回転して誘起電圧が所定の大きさになる
と、比較器163の出力信号がＨになり、それがフリップ
フロップ回路165のリセット端子に入力するので、その
出力信号ｌはＬになり、アンドゲート169の出力ｍはＬ
のままで周波数追尾の動作は行われない。

ところが、所定時間経過してタイマー回路161の出力
ｊがＨになっても誘起電圧が所定の大きさにならない場
合には、タイマー回路161の出力信号ｊがＨで、フリッ
プフロップ回路165の出力信号ｌがＨのままなので、ア
ンドゲート169の出力信号ｍはＨになり、これが駆動信
号として制御電圧発生回路155に出力される。制御電圧
発生回路155は誘起電圧比較回路133の出力信号ｉに基づ
いて制御信号ｎを生成して発振器156の発振周波数を制
御する。

第15図はこの発明の他の実施例に係る波動ステップモ
ータの駆動制御装置の回路構成図である。この実施例は
誘起電圧が基準電圧に達すると、ロータが１ステップ分
移動したものとして駆動を停止し、また所定の時間内に
回転しなかったときに周波数追尾をするようにしたもの
である。駆動追尾制御回路116はタイマー回路161、基準
電圧発生回路162、比較器163及びアンドゲート169から
構成されている。

第16図は第15図の実施例の動作を示すタイミングチャ
ートである。フリップフロップ回路165は制御信号Ｉを
セット端子に入力し、その出力信号をＨにして駆動検出
切換回路109にゲート制御信号ｓとして供給し、各トラ
ッションゲート201〜206を開にして各振動子108に駆動
電圧を印加する。また、タイマー回路161は制御信号Ｉ
を入力して時間を計測するが所定の時間を計測するまで
はその出力信号ｊはＬであり、従ってアンドゲート169
の出力信号ｍもＬのままであり周波数追尾回路114は動
作しない。

そして、タイマー回路161が所定の時間を計測してＨ
になる前にロータが回転して振動子108の誘起電圧が基
準電圧発生回路162の基準電圧より小になると、比較器1
63の出力はＨになりそれはフリップフロップ回路161の
リセット端子に入力してその出力信号はＬになり、この
ため各トラッションゲート201〜206が閉に制御され各振
動子108に対する駆動電圧の印加が停止する。また、ア
ンドゲート169にはタイマー回路161の出力信号ｊ（Ｈ）
及びフリップフロップ回路165の出力信号ｓ（Ｌ）が入
力するので、その出力信号ｍはＬのままであり、周波数
追尾回路114は動作しない。

ところが、タイマー回路161が所定の時間を計測して
その出力がＨになっても振動子108の誘起電圧が基準電
圧発生回路162の基準電圧より大にならないと、比較器1
59の出力はＬのままでフリップフロップ回路161にリセ
ットがかけられないので、その出力はＨのままであり、
従って、アンドゲート169の出力はＨになり、それは駆
動信号ｍとして周波数追尾回路114に供給され、制御電
圧発生回路155は誘起電圧比較回路113の出力信号を入力
してその信号に基づいて発振器156に制御電圧を供給す
る。発振器156はその制御電圧に基づいた発振周波数の
信号を制御回路103に送出する。これにより発振器156の
発振周波数の駆動電圧が振動要素108に印加されて駆動
される。

［発明の効果］以上のようにこの発明によれば、振動子の実際の振動
状態を検出して駆動電圧の周波数を調整するようにした
ので、振動子を添付したステータがその共振周波数で振
動し、適切な駆動力が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例に係る波動ステップモータ
の駆動制御装置のブロック図、第２図はこの発明の他の
実施例に係る波動ステップモータの駆動制御装置のブロ
ック図、第３図は第１図の実施例の回路構成図、第４図
は第３図の実施例の動作を示すタイミングチャート、第
５図はこの発明の他の実施例に係る波動ステップモータ
の駆動制御装置のブロック図、第６図は第５図の実施例
の動作を示すタイミングチャート、第７図、第９図、第
11図、第13図及び第15図はそれぞれこの発明の他の実施
例に係る波動ステップモータの駆動制御装置の回路構成
図、第８図、第10図、第12図、第14図及び第16図は第７
図、第９図、第11図、第13図及び第15図の実施例の動作
を示すタイミングチャートである。第17図は波動ステップモータの概要を示すブロックダイ
ヤグラム、第18図（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ），
（ｅ）は波動ステップモータの説明図、第19図は波動ス
テップモータの構成例を示す断面図、第20図は第７図の
ステータ・ロータ部の平面図、第21図は波動ステップモ
ータの他の構成例を示す平面図、第22図は振動モードと
ステップ駆動の状態を示す説明図、第23図は駆動電圧の
位相のタイミングチャート、第24図は駆動電圧のタイミ
ングチャート、第25図は波動ステップモータの他の構成
例を示す平面図、第26図は振動モードと接触部の位置関
係を示す説明図、第27図は駆動電圧の位相のタイミング
チャート、第28図は駆動電圧のタイミングチャートであ
る。１……ロータ、２……ステータ、３……圧電素子、103
……制御回路、104……ドライバ、105……発振回路、10
6……位相反転回路、107……振動体、108……振動子。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の振動子が連続的に配置され、この振
動子により加振されるステータと、前記振動子が振動した際に前記ステータ上に生成される
定在波の節の数に対応した個数の凸部が設けられ、該凸
部を前記ステータと接するように配置した移動体とを有
し、それぞれの振動子に印加する駆動電圧の位相を順次選択
的に切り換えることにより、定在波の節の位置を順次移
動させ、これに伴って前記移動体の凸部が該節の位置に
順次移動することによって、移動体をステップ駆動する
波動ステップモータの駆動制御装置において、移動体が有する凸部は、ステータに発生する定在波の波
長に比べて円周方向に短く、かつこれら凸部はステータ
に発生する定在波の半波長の整数倍だけ円周方向に離間
していて、振動子に所定の周波数の駆動電圧を位相をずらして印加
する駆動回路と、振動子の誘起電圧を検出してその最大電圧との差電圧を
出力する誘起電圧比較回路と、駆動回路の出力の全部又は一部を遮断したときの振動子
の誘起電圧を前記誘起電圧比較回路に出力する駆動検出
切換回路と、誘起電圧比較回路の出力に基づいて駆動回路から出力さ
れる駆動電圧の周波数を調整する周波数追尾回路とを有
することを特徴とする波動ステップモータの駆動制御装
置。
【請求項２】前記誘起電圧比較回路に代えて、駆動電圧
の位相と振動子の誘起電圧の位相との位相差を検出し、
その位相差と位相90°との差を求める位相比較回路を有
することを特徴とする請求項１記載の波動ステップモー
タの駆動制御装置。
【請求項３】周波数追尾回路は、誘起電圧比較回路の出
力を駆動信号として入力し、発振信号を計数する計数器
と、この計数器の出力に基づいて駆動回路から出力され
る駆動電圧の周波数を調整する発振器とを有することを
特徴とする請求項１記載の波動ステップモータの駆動制
御装置。
【請求項４】駆動検出切換回路は振動子の振動の腹の部
分で駆動回路と誘起電圧比較回路とを切換えるものであ
ることを特徴とする請求項３記載の波動ステップモータ
の駆動制御装置。
【請求項５】振動子の誘起電圧を検出し、その検出結果
に基づいて周波数追尾回路に駆動信号を送出する駆動追
尾制御回路を有することを特徴とする請求項１記載の波
動ステップモータの駆動制御装置。
【請求項６】各ステップの駆動開始後、移動体の移動終
了後に周波数追尾回路に駆動信号を送出する駆動追尾制
御回路を有することを特徴とする請求項１記載の波動ス
テップモータの駆動制御装置。
【請求項７】現在の周期の誘起電圧と前の周期の誘起電
圧との差を検出して、その検出結果に基づいて周波数追
尾回路に駆動信号を送出する駆動追尾制御回路を有する
ことを特徴とする請求項１記載の波動ステップモータの
駆動制御装置。
【請求項８】各ステップにおいて現在の周期の誘起電圧
と前の周期の誘起電圧との差を検出して、その検出結果
に基づいて駆動検出切換回路に駆動回路の出力を遮断さ
せるラッチ回路と、このラッチ回路の出力を計数して所
定の値に達すると周波数追尾回路に駆動信号を送出する
計数器とを備えた駆動追尾制御回路を有することを特徴
とする請求項１記載の波動ステップモータの駆動制御装
置。
【請求項９】各ステップにおいて現在の周期の誘起電圧
と前の周期の誘起電圧との差を検出して、その検出結果
に基づいてリセットされるラッチ回路と、各ステップ動
作の開始後、移動体が一ステップ移動するために必要な
時間を計測すると出力するタイマー回路と、ラッチ回路
の出力とタイマー回路の出力とを入力し、周波数追尾回
路に駆動信号を送出するアンドゲートとを備えた駆動追
尾制御回路を有することを特徴とする請求項１記載の波
動ステップモータの駆動制御装置。
【請求項１０】各ステップにおいて現在の周期の誘起電
圧と前の周期の誘起電圧との差を検出して、その検出結
果に基づいてリセットされ、駆動検出切換回路に駆動回
路の出力を遮断させるラッチ回路と、各ステップ動作の
開始後、移動体が一ステップ移動するために必要な時間
を計測すると出力するタイマー回路の出力とを入力し、
周波数追尾回路に駆動信号を送出するアンドゲートとを
備えた駆動追尾制御回路を有することを特徴とする請求
項１記載の波動ステップモータの駆動制御装置。