JPH05137356A - 振動波モータ駆動回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 従来の振動波モータ駆動回路は、アナログ信
号で駆動されるようになっていたため、電源電圧の変動
や周囲温度の変化やノイズなどに影響されやすいという
欠点があった。本発明の目的は、振動波モータをアナロ
グ信号で駆動せずにデジタル信号で駆動できる新規な振
動波モータ駆動回路を提供することである。 【構成】 本発明による振動波モータ駆動回路は、該モ
ータの駆動周波数よりも高い周波数の出力を発生する水
晶発振器等の発振源１と、該発振源の出力であるパルス
をカウントするカウンタ２と、該カウンタ２の出力とマ
イコン５からの周波数データとを比較する比較手段と、
でデジタル制御回路を構成し、該比較手段の出力にもと
ずいて該マイコンの出力である周波数データを変更しつ
つ振動波モータ２３の駆動信号を制御するようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、振動体に生じさせた進
行性振動波により該振動体と接している移動体を摩擦駆
動するいわゆる振動波モータのための駆動回路に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来の振動波モータ駆動回路を図５に示
す。５１は振動波モータの駆動を制御するためのマイク
ロコンピュータ、５２はマイクロコンピュータ５１から
出力されたデジタル信号をアナログ信号に換えるＤ／Ａ
コンバータ、５３はＤ／Ａコンバータからの出力電圧に
よって発信周波数が制御される可変周波数発振器（ＶＣ
Ｏ）、５４は可変周波数発振器（ＶＣＯ）５３からの出
力信号を２分周するためのＤ−フリップフロップ、５５
及び５６は振動波モータを駆動するための位相の異なる
同一周波数の信号を作るためのＤ−フリップフロップ、
５７は振動波モータの回転方向を変化させるためのＥＸ
ＣＬＵＳＩＶＥ−ＯＲ回路、５８及び５９は振動波モー
タの駆動や停止を制御するためのＡＮＤ回路、６０は振
動波モータを駆動するための高圧電源、６１及び６２は
振動波モータを駆動するための電力増幅器、６３及び６
４は振動波モータを駆動するためのマッチングコイル、
６５は振動波モータの本体である。

【０００３】次に上記の回路にしたがって動作を説明す
る。振動波モータの駆動周波数と回転数の関係は図４に
示すような特性をしており、通常は駆動周波数をｆ３か
ら低い方へスキャンさせてＮ１〜Ｎ２の間の所定の回転
数になったならば周波数のスキャンを停止する。また周
波数をｆ０までスキャンさせると回転数は最高速になる
が、少しでも周波数がｆ０よりも小さくなると突然回転
数が落ちてしまう特性を持っている。

【０００４】この様な振動波モータを回転させるために
マイクロコンピュータ５１はまずＰＤ０からＰＤ７の出
力ポートに００ｈを出力する。このときのＤ／Ａコンバ
ータの出力は図６に示すように最小となる。このＤ／Ａ
コンバータの出力は可変周波数発振器（ＶＣＯ）５３に
入力され、図７に示すように駆動周波数ｆ３の４倍の周
波数を発振する。この発振信号Ｄ−フリップフロップ５
４、５５、５６からなる９０度位相シフト回路に入力さ
れ、図８に示すような同一周波数ｆ３で位相の９０度異
なる振動波モータ駆動信号を発生する。

【０００５】この２つの信号のうち９０度位相の遅れた
Ｄ−フリップフロップ５６の出力信号はＥＸＣＬＵＳＩ
ＶＥ−ＯＲ回路５７に入力される。ＥＸＣＬＵＳＩＶＥ
−ＯＲ回路５７にはマイクロコンピュータ５１のＤＩＲ
端子から回転方向信号が出力され、ＤＩＲ出力がＬｏｗ
の時にはＥＸＣＬＵＳＩＶＥ−ＯＲ回路５７は位相の９
０度遅れた信号を出力し、ＤＩＲ端子がＨｉｇｈの時に
は位相の９０度進んだ信号を出力して振動波モータの駆
動方向を切換える。

【０００６】ここまでで作られた振動波モータ駆動信号
は、ＡＮＤ回路５８及び５９にそれぞれ入力され、マイ
クロコンピュータ５１のＯＮ端子がＨｉｇｈの時に振動
波モータ駆動用の信号を出力する。この信号は高圧電源
６０を電源とする電力増幅器に入力され、振動波モータ
を駆動するのに必要な電力に増幅され、マッチングコイ
ル６３及び６４を介して振動波モータ６５のそれぞれの
圧電素子６５ａ及び６５ｂに印加される。ここで印加さ
れる周波数はｆ４であるので振動波モータは図４のよう
に回転数０となり回転しない。

【０００７】次にマイクロコンピュータ５１はＰＤ０〜
ＰＤ７の出力を００ｈから０１ｈに変化させるこれによ
りＤ／Ａコンバータ５２の出力電圧は、図６に示すよう
に僅かに上昇し、可変周波数発振器（ＶＣＯ）５３の発
振周波数は僅かに小さくなる。このため、振動波モータ
に印加される駆動周波数も僅かに小さくなり、図４に示
すｆ３になるので振動波モータ６５は図４に示すように
Ｎ３の回転速度で回転を開始する。マイクロコンピュー
タ５１はＰＤ０〜ＰＤ７の出力データを順番に大きくな
るように変化させて可変周波数発振器（ＶＣＯ）の発振
周波数を小さくなる方向に変化させる。

【０００８】これにより振動波モータ６５に印加される
駆動周波数はだんだん小さい方向にスキャンされること
になり、図４に示すように振動波モータ６５の回転数は
大きくなる。振動波モータ６５の回転数が目標回転数で
あるＮ１に到達すると、マイクロコンピュータ５１はＰ
Ｄ０〜ＰＤ７に出力するデータのスキャンを停止して一
定のデータを出力する。このときの振動波モータに印加
される駆動周波数はｆ１となる。

【０００９】この後、マイクロコンピュータ５１は振動
波モータ６５の回転数を一定に保つため不図示の回転数
検出手段により振動波モータ６５の回転数を検出し、振
動波モータ６５の回転数が目標速度範囲であるＮ１〜Ｎ
２の間に入るようにＰＤ０〜ＰＤ７の出力データを変化
させる事によりＡ／Ｄコンバータ５２の出力電圧や可変
周波数発振器（ＶＣＯ）の発振周波数を変化させること
により、振動波モータ６５に印加される駆動周波数を制
御して振動波モータ６５の回転数を目標速度の範囲に入
るように制御を行う。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来例ではＤ／Ａコンバータや可変周波数発振器（ＶＣ
Ｏ）等のアナログ回路が必要である。このため、高精度
のＤ／Ａコンバータや可変周波数発振器（ＶＣＯ）の発
振周波数調整が必要であり、アナログ信号であるためノ
イズに弱く、また、周囲の温度変化の影響を受けてしま
う。また、これらの回路をＩＣで構成するためにはＢｉ
−ＣＭＯＳプロセスやリニアＣＭＯＳプロセスといった
複雑なプロセスを用いてデジタル回路とアナログ回路を
構成しなければならないので回路が複雑かつ高価になっ
てしまうという欠点があった。従って、本発明の目的
は、前述の如き欠点を有しない振動波モータ駆動回路を
提供することである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明による振動波モー
タ駆動回路は、振動波モータの駆動周波数よりも高い周
波数の信号を水晶発振などの高精度で温度変化などに強
い発振源により基本となる発振を行い、これを分周器で
分周し、カウンタとデータ比較用のマグニチュードコン
パレータのデジタル回路のみを用いて振動波モータ駆動
信号を作ることにより、ノイズや温度などの環境変化に
強く、かつ、ＩＣ化した場合にＣＭＯＳプロセスのみで
構成することが出来る。

【００１２】

【実施例】図１は本発明の一実施例としての振動波モー
タ駆動回路を示した図である。同図に於て、１は固定の
高周波信号を発生する信号発生器、２は１で発生した高
周波信号を入力とする９ｂｉｔカウンタ、３及び４はイ
ンバータ回路、５及び６は２入力のＮＡＮＤ回路で、両
ＮＡＮＤ回路５及び６によりＲＳフリップフロップを構
成している。７は２入力のＮＡＮＤ回路、８は２入力Ｎ
ＡＮＤ回路に接続された８ｂｉｔカウンタ、９は振動波
モータの駆動を制御するためのマイクロコンピュータ、
１０はマイクロコンピュータ９と８ｂｉｔカウンタ８か
ら入力されたデータを比較するマグニチュードコンパレ
ータ、１１はマグニチュードコンパレータの出力とマイ
クロコンピュータ９のＲＳＴ端子の出力を入力とするＯ
Ｒ回路、１２〜１４はＤ−フリップフロップ、１５はＥ
ＸＣＬＵＳＩＶＥ−ＯＲ回路、１６及び１７は２入力Ｎ
ＡＮＤ回路、１８は振動はモータを駆動するための高圧
電源、１９及び２０は振動波モータを駆動するための電
力増幅器、２１及び２２は振動波モータ駆動用のマッチ
ングコイル、２３は振動波モータである。

【００１３】以下に、上記構成を有する本実施例の振動
波モータ駆動回路の動作について説明する。

【００１４】信号発生器１は回路に電源が投入されると
発振を開始する。ここでの発振周波数は７２ＭＨｚと
し、この信号は図１の信号線３１により９ｂｉｔカウン
タ２及びＡＮＤ回路７に入力される。ここで振動波モー
タ制御用のマイクロコンピュータ９からＲＳＴ端子にリ
セット信号としてＨｉｇｈの信号が出力されると信号線
３２によりＯＲ回路１１を通して９ｂｉｔカウンタ２、
ＲＳフリップフロップ５及び６、８ｂｉｔカウンタ８、
にそれぞれリセット信号が送られて９ｂｉｔカウンタ２
及び８ｂｉｔカウンタ８のカウント値は０にリセットさ
れ、また、ＲＳフリップフロップを構成するＮＡＮＤ回
路５の出力はＬｏｗになる。このときの各信号の状態を
示すのが図２のＡの状態である。

【００１５】次に、マイクロコンピュータ９からのリセ
ット信号ＲＳＴがＬｏｗになり、信号発生器１からの信
号がＬｏｗからＨｉｇｈに立ち上がると９ｂｉｔカウン
タ回路２はカウントを開始し、カウント値が５１１にな
るまでカウントを続ける。このときにはＲＳフリップフ
ロップ回路の出力３４がＬｏｗであるのでＮＡＮＤ回路
７の出力はＬｏｗであり、８ｂｉｔカウンタ８にはクロ
ックは入力されないので８ｂｉｔカウンタのカウント値
は０のままである。このときの状態を示すのが図２のＢ
の状態である。

【００１６】次に、９ｂｉｔカウンタ２のカウント値が
５１１のときに信号発生器１からの信号３１がＬｏｗか
らＨｉｇｈに変化したときについて説明する。

【００１７】９ｂｉｔカウンタ２にＬｏｗからＨｉｇｈ
に変化すると９ｂｉｔカウンタ２はオーバーフローを起
こしキャリイ信号を信号線３３に出力する。この信号は
正論理である。このキャリイ信号３３がインバータ回路
３を通してＲＳフリップフロップ回路を構成するＮＡＮ
Ｄ回路５に入力されるとＲＳフリップフロップを構成す
るインバータ回路７の出力信号３４はＨｉｇｈに変化す
る。このため、ＡＮＤ回路７の出力は信号発生器１から
の出力信号３１とＲＳフリップフロップを構成するＮＡ
ＮＤ回路７の出力信号３４とのＡＮＤになるため信号発
生器１の出力信号３１と同じ信号が信号線３５に出力さ
れ、８ｂｉｔカウンタ８に入力される。このときの状態
を示すのが図２のＣの状態である。８ｂｉｔカウンタ８
はカウント用のクロック信号が入力されるのでカウント
を開始する。この８ｂｉｔカウンタ８からは８ｂｉｔパ
ラレルでカウント値が出力され、マグニチュードコンパ
レータ１０に入力される。このときの状態を示すのが図
２のＤの状態である。

【００１８】いま、振動波モータ制御用のマイクロコン
ピュータ９のＰＤ０〜ＰＤ７の出力値が２３であるとす
ると、８ｂｉｔカウンタ８がカウント値が２３になると
マグニチュードコンパレータ１０の二つの入力（８ｂｉ
ｔカウンタ８からのものとマイクロコンピュータ９から
のもの）が等しくなるのでデータが一致したことを示す
信号が信号線３６に出力される。この信号は正論理で、
データが一致すると信号のレベルがＬｏｗからＨｉｇｈ
に変化する。このときの状態を示すのが図２のＥの状態
である。

【００１９】信号線３６がＬｏｗからＨｉｇｈへ変化す
るとＯＲ回路１１を通して９ｂｉｔカウンタ２と８ｂｉ
ｔカウンタ８とＲＳフリップフロップ５及び６がそれぞ
れリセットされ、９ｂｉｔカウンタ２と８ｂｉｔカウン
タ８とＲＳフリップフロップ５及び６はマイクロコンピ
ュータ９がリセット信号を出力をした時と同じ初期状態
の戻るとともにＤ−フリップフロップ１２のクロック端
子ＣＬＫに立上がり信号が入力される。このときの状態
を示すのが図２のＦの状態である。

【００２０】この様にこれまでに説明した回路は図２の
ＢからＦの状態を繰り返し、８ｂｉｔカウンタ回路８の
カウント値がマイクロコンピュータ９のＰＤ０〜ＰＤ７
から出力するデータと一致するたびにマグニチュードコ
ンパレータ１０の出力がＬｏｗからＨｉｇｈに変化し、
Ｄ−フリップフロップ１２のクロック入力端子に立上が
りクロックを入力する。

【００２１】次に、Ｄ−フリップフロップ１２、１３、
１４の動作について図３のタイミングチャートを用いて
説明する。

【００２２】Ｄ−フリップフロップ１２はクロック信号
端子ＣＬＫに立上り信号が入力されるたびにＱ（図３の
１２Ｑ出力タイミング）及びＱオーバーバー（図３の１
２Ｑオーバーバー出力タイミング）の出力を反転する。
このため、Ｄ−フリップフロップ１３及び１４のクロッ
ク入力端子ＣＬＫには交互に立上りクロックが入力さ
れ、それぞれ立上りクロックが入力されるたびに図３の
１３Ｑ出力及び１４Ｑ出力に示すようにそれぞれの出力
Ｑ及びＱオーバーバーを反転させる。ここで、１３Ｑ出
力と１４Ｑ出力は同一周波数で位相差が１３Ｑに対して
１４Ｑが９０度遅れた信号となる。このとき、マイクロ
コンピュータ９のＤＩＲ端子の出力がＬｏｗであればＥ
ＸＣＬＵＳＩＶＥ−ＯＲ回路１５の出力はＤ−フリップ
フロップ１４のＱ出力と同じになり、マイクロコンピュ
ータ９のＤＩＲ端子の出力がＨｉｇｈであればＥＸＣＬ
ＵＳＩＶＥ−ＯＲ回路１５は、Ｄ−フリップフロップ１
４のＱ出力の反転した図３に示すようなＤ−フリップフ
ロップ１３の信号と同一周波数で位相の９０度進んだ信
号を出力する。次に、この二つの同一周波数で位相が±
９０度の信号はそれぞれＡＮＤ回路１６及び１７に入力
される。マイクロコンピュータ９のＯＮ端子がＨｉｇｈ
を出力していればＡＮＤ回路１６及び１７は信号をその
まま伝え、ＯＮ端子がＬｏｗの時にはＡＮＤ回路１６及
び１７の出力はＬｏｗとなる。

【００２３】ＡＮＤ回路１６及び１７から出力された同
一周波数で位相の異なる二つの信号は高圧電源１８（約
３０Ｖ）を電源とする電力増幅器に入力され、振動波モ
ータ２３を駆動するのに必要な電力まで増幅される。こ
こで増幅された同一周波数で位相の異なる信号は振動波
モータ駆動用のマッチングコイル２１及び２２を通して
振動波モータ２３の駆動用圧電素子２３ａ及び２３ｂに
印加され、この信号の周波数が振動波モータ２３を駆動
できる周波数であれば振動波モータ２３は回転する。

【００２４】振動波モータ２３の駆動を制御するために
は図４に示すように振動波モータに印加する駆動周波数
を変化させることにより回転数を変化させなければなら
ない。

【００２５】次に、これまでの説明した回路での振動波
モータ２３に印加する周波数の制御方法について説明す
る。信号発生器１の発振周波数を７２ＭＨｚとすると信
号の周期は約１３．８８９ｎＳであるので、９ｂｉｔカ
ウンタ２が５１１カウントしてオーバーフロー信号を信
号線３３に出力するのに約７．０９７２ｕＳかかる。こ
こで、マイクロコンピュータ９のＰＤ０〜ＰＤ７の出力
値が１であれば、マグニチュードコンパレータ１０は８
ｂｉｔカウンタ８のカウンタ値が１になるとデータが一
致したことを示す信号を信号線３６に出力するので、９
ｂｉｔカウンタ２がオーバーフロー信号を信号線３に出
力してから約１３．８８９ｎＳでマグニチュードコンパ
レータ１０はデータが一致したことを示す信号を信号線
３６に出力する。９ｂｉｔカウンタ２がリセット後にカ
ウントを開始してから７．１１１１ｕＳで図２のＥの状
態となり、７．１２５ｕＳ周期でＤ−フリップフロップ
１２のクロック端子ＣＬＫに信号が入力されて出力Ｑ及
びＱが反転する。この出力は７．１１１１ｕＳ毎に反転
するので周波数は約７０．３１２５ＫＨｚとなり、振動
波モータ２３に印加される駆動信号の周波数は、この周
波数の１／２である約３５．１５６ＫＨｚとなる。

【００２６】次に、マイクロコンピュータ９のＰＤ０〜
ＰＤ７の出力値が２のときには９ｂｉｔカウンタ２が５
１２カウントしてから８ｂｉｔカウンタ８が２カウント
する毎にＤ−フリップフロップ１２のクロック端子ＣＬ
Ｋにクロック信号が入力され、この周期は７．１２５０
ｕＳとなり、Ｄ−フリップフロップ１２の出力信号の周
波数は約７０．１７５ＫＨｚとなり、振動波モータ２３
に印加される駆動信号の周波数は約３５．０８８ＫＨｚ
となる。次に、マイクロコンピュータ９のＰＤ０〜ＰＤ
７の出力値が１２７のときには９ｂｉｔカウンタ２が５
１１カウントしてから８ｂｉｔカウンタ８が１２７カウ
ントする毎にＤ−フリップフロップ１２のクロック端子
ＣＬＫにクロック信号が入力され、この周期は８．８６
１１ｕＳとなり、Ｄ−フリップフロップ１２の出力信号
の周波数は約５６．４２６ＫＨｚとなり、振動波モータ
２３に印加される駆動信号の周波数は約２８．２１３Ｋ
Ｈｚとなる。

【００２７】この様に、マイクロコンピュータ９のＰＤ
０〜ＰＤ７の出力値を変更することにより、Ｄ−フリッ
プフロップ１２のクロック端子ＣＬＫに入力されるクロ
ックの周期を変更して振動波モータに印加する駆動周波
数を変化させることが出来るので、マイクロコンピュー
タ９は不図示の振動波モータの回転速度検出手段を用い
て振動波モータ２３の駆動速度を検出し、ＰＤ０〜ＰＤ
７の出力値を変化させることにより振動波モータの速度
を制御することが出来る。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の振動波モ
ータ駆動回路は、振動波モータの駆動周波数よりも高い
周波数の信号を水晶発振などの高精度で温度変化などに
強い発振源により基本となる発振を行い、これを分周器
で分周し、カウンタとデータ比較用のマグニチュードコ
ンパレータのデジタル回路のみを用いて振動波モータ駆
動信号を作ることによりノイズや温度などの環境変化に
強くかつ、ＩＣ化した場合にＣＭＯＳプロセスのみで構
成することが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を実施した振動波モータ駆動回路の構成
図。

【図２】本発明を実施した振動波モータ駆動回路のうち
信号発生器からマグニチュードコンパレータまでのタイ
ミングを示す図。

【図３】本発明を実施した振動波モータ駆動回路のうち
マグニチュードコンパレータの出力から振動波モータ駆
動用信号を生成するまでのタイミングを示す図。

【図４】振動波モータに印加する駆動信号の周波数と振
動波モータの回転数を示す図。

【図５】従来の振動波モータ駆動回路の構成図。

【図６】従来の振動波モータ駆動回路のＤ／Ａコンバー
タの入力と出力を示す図。

【図７】従来の振動波モータ駆動回路の可変周波数発振
器（ＶＣＯ）の入力と出力を示す図。

【図８】従来の振動波モータ駆動回路のタイミングを示
す図。

【符号の説明】

１…信号発生器 ２…９ｂｉｔカウンタ ５、６…ＲＳフリップフロップを構成するＮＡＮＤ回路 ８…８ｂｉｔカウンタ ９…マイクロコンピュータ １０…マグニチュードコンパレータ １２、１３、１４…Ｄ−フリップフロップ １８…高圧電源 １９、２０…電力増幅器 ２３…振動波モータ ５１…マイクロコンピュータ ５２…Ｄ／Ａコンバータ ５３…可変周波数発振器（ＶＣＯ） ５４、５５、５６…Ｄ−フリップフロップ ６０…高圧電源 ６１、６２…電力増幅器 ６５…振動波モータ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 進行性振動波を用いて物体を移動させる
   振動波モータの駆動回路に於て、振動波モータを駆動す
   る周波数よりも高い固定周波数の出力を発生する発振手
   段と、該発振手段により発生した信号をカウントするカ
   ウント手段と、入力されたデータと該カウント手段から
   のカウント値を比較して該カウント値が該データと等し
   いか大きくなったことを示す信号を出力する比較手段
   と、該比較手段の出力信号により振動波モータを駆動す
   る周波数信号を発生する手段と、該比較手段の出力信号
   に基いて該データを変化させる手段と、を有しているこ
   とを特徴とする振動波モータ駆動回路。