JPH07101996B2 - 超音波モータ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、主に自動車，航空機等の電装品やプリンタ等
のOA分野，ロボット等のFA分野等に用いることのできる
位置検出機能、又は、速度検出機能を有するモータに関
するものである。

従来の技術 超音波モータの移動体の速度または位置を検出する手段
の取付位置は、振動体の振動振幅の大きさを考慮に入れ
て定められておらず、一般的には移動体の速度または位
置の検出手段は振動振幅がゼロでない、あるいは比較的
大きい場所に設置されている場合がほとんどである。

発明が解決しようとする課題 したがって、移動体の速度または位置の検出手段に振動
体の振動が常に伝達されるため、前記移動体の速度また
は位置の検出手段の機械的強度の劣化が早く、耐久性に
劣るという問題があった。

さらに、この振動のために、高精度の位置検出が困難で
あるという問題点を有していた。

本発明の目的は、移動体の速度または位置の検出手段に
振動体の振動が伝達されず、前記検出手段が耐久性に優
れ、かつ高精度の移動体の位置検出又は速度検出機能を
有した超音波モータを提供することにある。

課題を解決するための手段 本発明は円板型弾性体と円板型圧電体とを同心円状に貼
り合わせて振動体を構成し、前記振動体に加圧接触して
移動体を設置し、前記振動体の曲げ振動モードを進行波
として励振することにより、前記移動体を移動させ、振
動体の変位分布に全く振動しない部分があることに着目
して、前記振動体の振幅が零となる節部に、前記移動体
の位置又は速度の検出手段を設けた超音波モータであ
る。

作用 上記のように構成することにより移動体の位置又は速度
検出のための検出手段は振動体の振動を受けないため、
耐久性に優れ、かつ移動体の速度または位置が高精度で
検出可能となる。

実施例 以下本発明の一実施例について、図面を参照しながら説
明する。

第１図は本発明の一実施例の斜視図である。

第２図は、圧電体に電圧を加えて励振させた時の振動体
１の半径方向の振幅分布であり、Ａは振幅最大の部分、
Ｂは振幅が常に零となる節部であり、第１図にも点線部
分に節部を示す。

第３図は、振動体１と移動体２の分解斜視図であり、移
動体２の一部は断面図を示す。

振動体１の振幅が最大となる円周部分（第２図のＡ）に
は、振幅を増幅させるくし状歯６を設ける。移動体２
は、半径を節部の半径より小さく設計し、振動体との接
触部には摩擦係数の大きいライニング材11を貼りつけ
る。さらに移動体２は、振動体１にバネ９をはさんでネ
ジ10で加圧設置する。移動体２の円周部には、第１図の
ようにＮ極とＳ極を交互に着磁し着磁部３を形成する。

４は磁気検出素子であり、例えば、磁気抵抗素子などを
用いることができる。磁気検出素子４は、振動体１の節
部５の部分に、着磁部３による磁界変化を検出できるよ
うに設置する。

圧電体は、特開昭60−190178号公報に示すように振動体
２の底面には、円板形状で、放射状に、例えば８分割し
45゜ごとに逆方向に分極した圧電体７と圧電体８を互い
に空間的に位相を90゜ずつずらして振動体１に貼り合わ
せ、圧電体７と８の各々に時間的に位相の90゜異なる数
10KHzの交流信号を印加する。交流信号の印加により、
圧電体7,8には各々定在波が生じ、前記２つの定在波が
合成されて、振動体１の円周方向に進む進行波が生じ
る。前記進行波をくし状歯６によって振幅を増幅し、振
動体１に加圧設置された移動体２を有効に回転させる。
さらに前記移動体２の回転速度又は回転角度を、磁気検
出素子４によって検出し、移動体２の回転速度制御又は
回転位置制御を行う。

第４図は、回転位置制御の実施例である。

例えば、磁界検出部の２ケある検出素子４を、前記振動
体１の着磁部３の磁界の変化を空間的に90゜の位相が異
なるように設置する。位置検出回路12においては、前記
磁界変化を検出した２つの信号を波形整形して２つの方
形波を作り、その信号をA,BとすればＡの信号、Ｂの信
号、各々の立ち上り、立ち下がり時の、互いの信号レベ
ルを検知することにより移動体２の回転方向が検知さ
れ、位置検出回路12に設けたアップダウンカウンターを
アップ又はダウンカウントすることによりディジタル値
で移動体２の回転位置15を検出する。

比較回路13においては、予め設定しておいた目標回転位
置16と、現在回転位置15とを比較し、その結果に基づい
て超音波モータ駆動回路14に、超音波モータのON/OFF指
令信号17と回転方向指令信号18を出力する。

第５図は、超音波モータ駆動回路例の機能説明図であ
る。

発振器21において、励振させる周波数を出力し、アナロ
グスイッチ22を介して増幅器28と位相器23に接続する。
位相器23は、前記発振器21からの信号を90゜位相をずら
して出力する。90゜位相のずれた信号は、非反転増幅器
24,反転増幅器25に接続され、非反転増幅器24と反転増
幅器25の出力はアナログスイッチ26を介して、増幅器27
に接続する。

増幅器27,28の出力19,20は、互いに90゜位相の異なる前
記振動体１を励振する駆動信号であり、出力19,20の位
相差は前記回転方向指令信号18の信号を切換えることに
より、＋90゜から−90゜に変化し、前記振動体の進行波
の方向が反転し、回転方向が反転する。

前記比較回路13からの出力ON/OFF信号17は、前記駆動信
号19,20のスイッチングを行う。

このように構成することによって、前記移動体２の現在
回転位置15と目標回転位置16との比較により、前記振動
体２の位置を目標回転位置16まで回転させて、静止させ
ることができる。

尚第５図に示した実施例は、移動体２の回転速度を検出
していないが、回転速度を検出して速度制御や、例えば
現在回転角度と目標角度の差に応じて回転速度を変化さ
せる方法など回転速度を考慮した位置制御を行うことも
できる。

さらに、位置検出素子は、節部上の一点に置くだけに限
らず、例えばポテンショメータの摺動部分を節部全域に
わたって配置するものであってもよい。

発明の効果 以上のように本発明による超音波モータは、振動体１と
この振動体１に加圧接触して設置される移動体２とを備
え、回転速度または位置を検出する手段４を前記振動体
の弾性振動の節部５に設置したものであり、移動体の速
度または位置の検出手段に振動体の振動が伝わらず、前
記検出手段が耐久性に優れ、かつ、高精度の移動体の速
度または位置の検出機能を有した超音波モータを構成す
ることができる。

そして、移動体の速度または位置を検出手段の出力に基
づいて、移動体の速度制御または位置制御を行う事がで
き、超音波モータの薄型，軽量，低速，高トルクの特長
を活かした減速機構なしの超音波アクチュエータを実現
することができる。このように、速度または位置の検出
手段の設置位置を特定することの実用上の効果はきわめ
て大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例における超音波モータの斜視
図、第２図は同モータの振動体の半径方向の変位振幅の
分布図、第３図は同モータの分解斜視図、第４図は同モ
ータの回転位置制御のブロック図、第５図は第４図にお
ける超音波モータ駆動回路のブロック図である。 １……振動体、２……移動体、３……着磁部、４……磁
気検出素子、５……節部、６……くし状歯、7,8……圧
電体、９……バネ、10……ネジ、11……ライニング材、
15……現在回転位置、16……目標回転位置、17……ON/O
FF指令信号、18……回転方向指令信号、19,20……超音
波モータ駆動信号、22……アナログスイッチ、26……ア
ナログスイッチ、24……非反転増幅器、25……反転増幅
器、50……弾性体。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 河村 政博 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (56)参考文献 特開 昭59−20447（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】圧電体を用い、進行波を生ずる振動体
   （１）と、着磁部（３）を有し、前記振動体（１）に加
   圧接触して設置される移動体（２）と、前記移動体
   （２）の着磁部（３）の磁界を検出する手段（４）を有
   し、前記手段（４）が前記振動体（１）の弾性振動の節
   部（５）に設置されることを特徴とする超音波モータ。