JPH1052073A - 超音波モータの駆動回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 超音波モータの起動性が良く細かな駆動制御
が行え、しかも駆動効率の良い超音波モータの駆動回路
を提供する。 【解決手段】 超音波モータを駆動する圧電素子１およ
び帰還抵抗をインバータ回路２の入力端子、出力端子間
に接続し、これら端子のそれぞれに第１、第２の容量素
子３、４を接続して発振回路６を構成する。制御回路１
０は、発振動作開始時に所定時間の間、発振回路６の共
振周波数の近傍の周波数のクロック信号をクロック信号
発生回路７からインバータ２の入力端子に出力せしめ圧
電素子１を強制発振させる。これにより、圧電素子１は
速やかに発振し、起動性が向上する。この後、制御回路
１０はインバータ回路２への出力をフローティング状態
として発振回路６をそれ自体のみにより発振させる。こ
れにより、発振回路６はそれ自体の共振周波数にて発振
動作を行うため駆動効率が良い。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の技術分野】本発明は超音波モータの駆動回路に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】現在、超音波モータの駆動回路では、圧
電素子を別途に設けられた発振回路からの適当な周波数
の信号によって駆動する他励振型のものと、圧電素子自
体を振動子として発振回路を構成し、圧電素子を駆動す
る自励振型のものがある。自励振型の駆動回路としては
例えば、図２に示すようなものがある。これは、圧電素
子２１をＣＭＯＳインバータ回路２２の入力端子Ｉ３、
出力端子Ｏ３間に接続し、この入力端子Ｉ３、出力端子
Ｏ３のそれぞれに負荷容量としての容量素子２３、２４
を接続し、入力端子Ｉ３、出力端子Ｏ３間に帰還抵抗２
５を接続して発振回路２６を構成したものである。ま
た、上記図２に示した駆動回路では、ＣＭＯＳインバー
タ回路２２をクロックドＣＭＯＳインバータとし、クロ
ック信号によりＣＭＯＳインバータ回路２２をオン、オ
フして発振動作の開始、停止を制御することにより、超
音波モータを低速駆動、間欠駆動するようにしている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記図
２に示した駆動回路では、ＣＭＯＳインバータ回路２２
をオンとして発振動作を開始させてから安定した発振が
得られるまでにある程度時間を要し、またその時間も不
安定であるという発振開始時の不確定要素を含んでい
る。特に発振動作の開始、停止を繰り返しおこなう間欠
駆動の際は発振開始時の不確定要素の影響が大きく、細
かな駆動制御を難しくしている。

【０００４】なお、他励振型の駆動回路では強制的に圧
電素子を駆動するため、圧電素子発振は短時間で安定
し、上述のような不具合は少ない。しかしながら、圧電
素子を強制発振させる信号はその信号源としての発振回
路により定まり、超音波モータの共振周波数とは必ずし
も一致しない。このため、他励振型の駆動回路では全体
としての駆動効率は悪い。

【０００５】

【課題を解決するための手段】圧電素子を含む発振回路
の動作を開始する際に所定時間の間、クロック信号によ
り発振回路を強制発振させることにより、超音波モータ
の駆動回路の起動性を向上させる。これにより、細かな
駆動制御が行えしかも駆動効率の良い超音波モータの駆
動回路を提供する。

【０００６】

【発明の実施の形態】圧電素子と、上記圧電素子を入力
端子、出力端子間に接続したインバータ回路と、上記イ
ンバータ回路の入力端子、出力端子のそれぞれに対応し
て接続された負荷容量としての第１、第２の容量素子
と、上記インバータ回路の入力端子、出力端子間に接続
された帰還抵抗とからなる発振回路を具備する超音波モ
ータの駆動回路において、上記発振回路の共振周波数近
傍の周波数のクロック信号を出力するクロック信号発生
回路と、上記発振回路の動作を開始する際に所定時間の
間、上記クロック信号を上記インバータの入力端子に出
力して上記発振回路を強制発振させる制御回路とを設け
る。

【０００７】上記制御回路は上記クロック信号または特
定電位レベルを入力とするスイッチング回路であり、こ
のスイッチング回路は発振停止時には上記特定電位レベ
ルによって出力電位レベルを固定し、発振動作開始時に
は上記クロック信号を発生し、定常発振状態においては
オフとなって出力をフローティング状態とするものであ
ることが好ましい。

【０００８】

【実施例】次に本発明の一実施例の超音波モータの駆動
回路について説明する。

【０００９】まず、本例の構成について図１の説明図を
参照しながら説明する。同図において１は圧電素子であ
り、圧電素子１は図示しない超音波モータの振動部に装
着されている。２はインバータ回路であり、入力端子Ｉ
１、出力端子Ｏ１間に圧電素子１が接続される。ここ
で、インバータ２はＣＭＯＳ構成のものとする。３、４
は負荷容量としての第１、第２の容量素子であり、それ
ぞれインバータ回路２の入力端子Ｉ１、出力端子Ｏ１に
接続されている。また、これら第１、第２の容量素子の
他端は電源端子ＶＳＳ（０Ｖ）に接続されている。５は
帰還抵抗であり、インバータ回路２の入力端子Ｉ１、出
力端子Ｏ１間に接続されている。これら圧電素子１、イ
ンバータ２、第１、第２の容量素子３、４および帰還抵
抗５より発振回路６が構成される。

【００１０】７はクロック信号発生回路であり、発振回
路６の共振周波数近傍の周波数のクロック信号を出力す
る。また後述する駆動制御回路からの第１の制御信号
“Ｌ”を端子Ａに受け、出力を“Ｌ”に固定する。

【００１１】８はクロックドＣＭＯＳインバータ回路を
用いたトライステート回路であり、端子Ｂに駆動制御回
路からの第２の制御信号を受けてその電位レベルが
“Ｌ”であれば、出力端子Ｏ２をフローティングとす
る。また、入力端子Ｉ２にクロック信号発生回路７から
クロック信号を受けており、第１の制御信号が“Ｈ”で
あれば、インバータとしての動作をオンとされ、出力端
子Ｏ２からクロック信号発生回路７からのクロック信号
を反転したクロック信号をインバータ回路２の入力端子
Ｉ１に出力する。９は駆動制御回路であり、第１、第２
の制御信号を発生して本例の回路の制御を司る。トライ
ステート回路８および駆動制御回路９から制御回路１０
が構成される。

【００１２】次に本例の動作について説明する。

【００１３】まず、超音波モータの停止時、すなわち、
発振回路６の発振動作の停止時では、駆動制御回路９は
第１の制御信号を“Ｌ”にすることによりクロック信号
発生回路７の出力を“Ｌ”に固定するとともに、第２の
制御信号を“Ｈ”としてトライステート回路８をオンと
する。これにより、トライステート回路８は出力を
“Ｈ”に固定される。これにより、制御回路１０はイン
バータ回路２の入力端子Ｉ１の電位レベルを“Ｈ”に固
定し、インバータ回路２の出力は固定され発振動作は行
われない。

【００１４】次に発振回路６の発振動作を開始させる際
の動作は以下のように行われる。駆動制御回路９は第１
の制御信号を“Ｈ”としてクロック信号発生回路７に発
振回路６の共振周波数近傍の周波数のクロック信号を出
力せしめる。トライステート回路８は発振回路６からの
クロック信号を反転したクロック信号を出力する。すな
わち、制御回路１０は共振周波数近傍の周波数のクロッ
ク信号をインバータ回路２の入力端子Ｉ１に出力する。
これにより、圧電素子１が強制発振される。この発振動
作開始時では発振周波数は必ずしも共振周波数ではない
ために発振効率面では良くないが、圧電素子１の起動性
は格段に向上する。

【００１５】クロック信号発生回路７からのクロック信
号による強制発振動作を開始してから所定の時間経過す
ると、超音波モータの動作は安定する。ここで、第２の
制御信号を“Ｌ”としてトライステート回路８をオフと
する。これによりトライステート回路８の出力端子Ｏ２
はフローティングとされる。そのため、発振回路６強制
発振を解かれ、その共振周波数にて発振し、定常発振状
態となる。この定常発振状態では安定した発振が行われ
るとともに、発振効率面も良い。すなわち、超音波モー
タは速やかに起動された後、高効率で駆動されることと
なる。

【００１６】また、超音波モータを停止、すなわち、発
振動作を停止させる際は、上述したように駆動制御回路
９が第１の制御信号“Ｌ”、第２の制御信号を“Ｈ”と
することにより、インバータ回路２の入力端子Ｉ１の電
位レベルを“Ｈ”に固定し、インバータ回路２の出力は
“Ｌ”に固定する。

【００１７】以上のように本例では、超音波モータの動
作開始時には、超音波モータを駆動する圧電素子１を上
述の共振周波数の近傍の周波数のクロック信号により強
制的に発振させるため、起動性が向上し、その後は発振
回路６のみによる発振動作で駆動されるため、高効率の
駆動が可能となる。また、駆動を停止させる際は、発振
回路６の発振増幅用のインバータ回路２の入力端子の電
位レベルを固定するため、確実に発振動作を停止させる
ことが可能となる。特に上述の一連の動作を繰り返すこ
とにより行われる超音波モータの間欠駆動（言い換えれ
ば、擬似的低速動作）では、駆動開始、停止時の動作が
安定して駆動制御性が向上するとともに、高効率の駆動
が可能となる。

【００１８】強制発振させる時間は、実験的に確認した
ところ、発振回路６の共振周波数に依存しており、発振
周期にして１００周期から１０００周期程度が望まし
い。例えば共振周波数が３００ＫＨｚであれば、０．３
３ｍＳ〜３．３３ｍＳに定めるのが好ましい。なお、強
制発振させる時間の上限は、間欠駆動の際では一回の駆
動時間にも依存し、定常状態の時間より短いことが望ま
しい。また、この他、インバータ回路２の出力電圧の状
態をフィードバックさせて強制発振させる時間を決定し
ても良い。例えば、インバータ回路２の出力電圧と電源
電圧の９０％の値の基準電圧とを比較し、出力電圧が基
準電圧を越えるタイミングで強制発振を解くように構成
しても良い。

【００１９】なお、上記トライステート回路８はクロッ
クドＣＭＯＳインバータによるものであるが、これに限
らず様々なものを用いることができる。

【００２０】また、上記インバータ回路２をクロックド
ＣＭＯＳインバータにより構成し、超音波モータの動作
停止時にはオフとするようにしても良い。この場合、Ｎ
ＡＮＤゲート等の回路も用いることができる。

【００２１】

【発明の効果】本発明によれば、圧電素子を含む発振回
路の動作を開始する際に所定時間の間、クロック信号に
より発振回路を強制発振させるため、超音波モータの駆
動回路の起動性を向上させることとなり、細かな駆動制
御が行えしかも駆動効率の良い超音波モータの駆動回路
を提供することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の超音波モータの駆動回路の
構成を説明するための説明図。

【図２】従来の超音波モータの駆動回路の構成を説明す
るための説明図。

【符号の説明】 １ 圧電素子 ２ インバータ回路 ３、４ 第１、第２の容量素子 ５ 帰還抵抗 ６ 発振回路 ７ クロック信号発生回路 １０ 制御回路

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧電素子と、 上記圧電素子を入力端子、出力端子間に接続したインバ
   ータ回路と、 上記インバータ回路の入力端子、出力端子のそれぞれに
   対応して接続された負荷容量としての第１、第２の容量
   素子と、 上記インバータ回路の入力端子、出力端子間に接続され
   た帰還抵抗とからなる発振回路を具備する超音波モータ
   の駆動回路において、 上記発振回路の共振周波数近傍の周波数のクロック信号
   を出力するクロック信号発生回路と、 上記発振回路の動作を開始する際に所定時間の間、上記
   クロック信号を上記インバータの入力端子に出力して上
   記発振回路を強制発振させる制御回路とを設けたことを
   特徴とする超音波モータの駆動回路。
2. 【請求項２】 上記制御回路は上記クロック信号または
   特定電位レベルを入力とするスイッチング回路であり、
   このスイッチング回路は発振停止時には上記特定電位レ
   ベルによって出力電位レベルを固定し、発振動作開始時
   には上記クロック信号を発生し、定常発振状態において
   はオフとなって出力をフローティング状態とするもので
   あることを特徴とする請求項１記載の超音波モータの駆
   動回路。