JP2002153080A - 超音波モータ及び超音波を備えた電子機器 - Google Patents
超音波モータ及び超音波を備えた電子機器Info
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- JP2002153080A JP2002153080A JP2000345622A JP2000345622A JP2002153080A JP 2002153080 A JP2002153080 A JP 2002153080A JP 2000345622 A JP2000345622 A JP 2000345622A JP 2000345622 A JP2000345622 A JP 2000345622A JP 2002153080 A JP2002153080 A JP 2002153080A
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- moving body
- rotation
- piezoelectric element
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- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
- Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)
- Optical Transform (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 回転角度、回転速度検出のための高度なエン
コーダ機能及び制御機能を有する小型で扱いやすい超音
波モータを提供すること。 【解決手段】 支持板２上に圧電素子３を設ける。圧電
素子３に接続された振動体４の突起４ａ上に回転自在に
設置された移動体５を配置する。加圧手段６は、移動体
５を振動体４に圧接させる。また、直流電源から圧電素
子へ供給する交流電圧を発生させるためのモータ駆動回
路９及び調整用コンデンサを備えている。移動体５にエ
ンコーダ・ディスク２０を直接接続する。支持板２上
に、電気系統の接続を行い各素子を固定するための結線
手段７を一体的に取り付ける。結線手段７にモータ駆動
回路９および回転検出素子２１を設ける。結線手段７と
圧電体は結線手段７の配線を延長したリード部により接
続され、交流電圧が給電される。
コーダ機能及び制御機能を有する小型で扱いやすい超音
波モータを提供すること。 【解決手段】 支持板２上に圧電素子３を設ける。圧電
素子３に接続された振動体４の突起４ａ上に回転自在に
設置された移動体５を配置する。加圧手段６は、移動体
５を振動体４に圧接させる。また、直流電源から圧電素
子へ供給する交流電圧を発生させるためのモータ駆動回
路９及び調整用コンデンサを備えている。移動体５にエ
ンコーダ・ディスク２０を直接接続する。支持板２上
に、電気系統の接続を行い各素子を固定するための結線
手段７を一体的に取り付ける。結線手段７にモータ駆動
回路９および回転検出素子２１を設ける。結線手段７と
圧電体は結線手段７の配線を延長したリード部により接
続され、交流電圧が給電される。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、超音波モータお
よび、時計、計測機器、工業用ロボット、ファクトリー
オートメーション装置、光通信機器等の、超音波モータ
を用いた電子機器、光学機器に関する。
よび、時計、計測機器、工業用ロボット、ファクトリー
オートメーション装置、光通信機器等の、超音波モータ
を用いた電子機器、光学機器に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、超音波モータは、小型、軽量とい
う特徴を持ち、時計などの小型精密機器や光通信機器に
用いられている。
う特徴を持ち、時計などの小型精密機器や光通信機器に
用いられている。
【０００３】従来の超音波モータ１０１は、図７Ａ、Ｂ
の概略図および図８のブロック図に示すように、支持板
２上に、圧電素子３、圧電素子３に接続された振動体
４、振動体４の突起８上に回転自在に設置された移動体
（ロータ）１０５、移動体１０５を振動体４に圧接させ
る加圧手段６から構成されている。また、直流電源から
圧電素子へ供給する交流電圧を発生させるための駆動回
路９および調整用コンデンサ１１を備えている。
の概略図および図８のブロック図に示すように、支持板
２上に、圧電素子３、圧電素子３に接続された振動体
４、振動体４の突起８上に回転自在に設置された移動体
（ロータ）１０５、移動体１０５を振動体４に圧接させ
る加圧手段６から構成されている。また、直流電源から
圧電素子へ供給する交流電圧を発生させるための駆動回
路９および調整用コンデンサ１１を備えている。
【０００４】なお、従来の超音波モータの例としては、
特開平７−１７０７７２などがある。
特開平７−１７０７７２などがある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の超音波
モータは、回転角度や回転速度を検出する手段を備えて
おらず、各種機器へ組み込むために位置決め制御の機能
が必要な場合は、別途ロータリー・エンコーダ等を歯車
または機械式ジョイント等を介して軸を接続するなどの
対処が必要であった。そのため、機器を小型化すること
が困難であるという問題点があった。また、部品点数や
組立工数が増えることから、コスト上昇を招くという問
題点もがあった。
モータは、回転角度や回転速度を検出する手段を備えて
おらず、各種機器へ組み込むために位置決め制御の機能
が必要な場合は、別途ロータリー・エンコーダ等を歯車
または機械式ジョイント等を介して軸を接続するなどの
対処が必要であった。そのため、機器を小型化すること
が困難であるという問題点があった。また、部品点数や
組立工数が増えることから、コスト上昇を招くという問
題点もがあった。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、交流電流の印
加により伸縮運動する圧電素子と、前記圧電素子の伸縮
運動に伴って振動される振動体と、外信導体の振動に伴
って駆動される移動体と、電気的接続用の結線手段を有
する超音波モータ駆動部が支持板に支持されて構成され
る超音波モータにおいて、前記結線手段に前記移動体の
回転情報を検出する回転検出素子と、前記移動体に接続
されたエンコーダ・ディスクと、を有する超音波モータ
である。
加により伸縮運動する圧電素子と、前記圧電素子の伸縮
運動に伴って振動される振動体と、外信導体の振動に伴
って駆動される移動体と、電気的接続用の結線手段を有
する超音波モータ駆動部が支持板に支持されて構成され
る超音波モータにおいて、前記結線手段に前記移動体の
回転情報を検出する回転検出素子と、前記移動体に接続
されたエンコーダ・ディスクと、を有する超音波モータ
である。
【０００７】これにより、移動体に接続されたエンコー
ダ・ディスクと回転検出素子を備え、回転検出素子を結
線手段に設けることにより、回転角度や回転数などの回
転情報が検出でき、制御機能を備えながらも小型の超音
波モータを実現することができる。
ダ・ディスクと回転検出素子を備え、回転検出素子を結
線手段に設けることにより、回転角度や回転数などの回
転情報が検出でき、制御機能を備えながらも小型の超音
波モータを実現することができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】［第１の実施の形態］この実施に
係る超音波モータは、図１Ａ、Ｂの概略図および図２の
構成ブロック図に示すように構成されている。
係る超音波モータは、図１Ａ、Ｂの概略図および図２の
構成ブロック図に示すように構成されている。
【０００９】支持板２上に、圧電素子３、圧電素子３に
接続された振動体４、振動体４の突起４ａ上に回転自在
に設置された移動体（ロータ）５、移動体５を振動体４
に圧接させる加圧手段6から構成されている。また、直
流電源から圧電素子へ供給する交流電圧を発生させるた
めのモータ駆動回路9及び調整用コンデンサを備えてい
る。
接続された振動体４、振動体４の突起４ａ上に回転自在
に設置された移動体（ロータ）５、移動体５を振動体４
に圧接させる加圧手段6から構成されている。また、直
流電源から圧電素子へ供給する交流電圧を発生させるた
めのモータ駆動回路9及び調整用コンデンサを備えてい
る。
【００１０】移動体５にはエンコーダ・ディスク２０が
直接接続され、また支持板２上に、電気系統の接続を行
い各素子を固定するための結線手段（結線基板）７が一
体的に取り付けられる。結線手段７上にモータ駆動回路
９および回転検出素子２１が設けられている。結線手段
７と圧電体は結線手段７の配線を延長したリード部によ
り接続され、交流電圧が給電される。結線手段７は、図
６Ａ、Ｂに示すように、金属配線層４１と樹脂絶縁層４
２から構成され、金属配線層はフォト・リソグラフィ技
術によりパターンを描かれている。各電子回路（集積回
路）および各電子素子はそれぞれリード端子４３と、結
線手段７の金属配線層４１とが、はんだ接合により接続
されている。
直接接続され、また支持板２上に、電気系統の接続を行
い各素子を固定するための結線手段（結線基板）７が一
体的に取り付けられる。結線手段７上にモータ駆動回路
９および回転検出素子２１が設けられている。結線手段
７と圧電体は結線手段７の配線を延長したリード部によ
り接続され、交流電圧が給電される。結線手段７は、図
６Ａ、Ｂに示すように、金属配線層４１と樹脂絶縁層４
２から構成され、金属配線層はフォト・リソグラフィ技
術によりパターンを描かれている。各電子回路（集積回
路）および各電子素子はそれぞれリード端子４３と、結
線手段７の金属配線層４１とが、はんだ接合により接続
されている。
【００１１】実施例においては、放射状にスリット（格
子）が切られた金属円盤をエンコーダ・ディスクとして
用いて、半導体発光素子（ＬＥＤ）と半導体受光素子
（ＰＤ）の対を反射式の回転検出素子として用いた。こ
の格子のピッチが細かいほどエンコーダの分解能も細か
くすることができる。なお、透明ガラス板等の表面に放
射状格子パターンを描いたエンコーダ・ディスクと透過
式の回転検出素子を用いても同様の機能が得られる。
子）が切られた金属円盤をエンコーダ・ディスクとして
用いて、半導体発光素子（ＬＥＤ）と半導体受光素子
（ＰＤ）の対を反射式の回転検出素子として用いた。こ
の格子のピッチが細かいほどエンコーダの分解能も細か
くすることができる。なお、透明ガラス板等の表面に放
射状格子パターンを描いたエンコーダ・ディスクと透過
式の回転検出素子を用いても同様の機能が得られる。
【００１２】回転検出素子２１はエンコーダ・ディスク
２０の光線の反射を検出し、エンコーダ・ディスク２０
の回転運動を電気信号に変換するものである。信号処理
回路１３は、回転検出素子２１の電気信号を増幅し、波
形を整えた上で、外部に接続された計数回路や制御回路
にパルス信号を送り込むものである。以上の構成に計数
回路や制御回路を接続することにより、超音波モータの
回転角度を得ることができる。同一の結線手段７に回転
検出素子２１と信号回路１３を設けたことにより、最小
限の配線長で結線可能で外部へ配線を引き伸ばす必要が
ないため、波形の歪みや外部からの雑音等の影響も防止
できる。また、エンコーダ機能を備えた超音波モータ全
体の構成も小型化が可能となる。
２０の光線の反射を検出し、エンコーダ・ディスク２０
の回転運動を電気信号に変換するものである。信号処理
回路１３は、回転検出素子２１の電気信号を増幅し、波
形を整えた上で、外部に接続された計数回路や制御回路
にパルス信号を送り込むものである。以上の構成に計数
回路や制御回路を接続することにより、超音波モータの
回転角度を得ることができる。同一の結線手段７に回転
検出素子２１と信号回路１３を設けたことにより、最小
限の配線長で結線可能で外部へ配線を引き伸ばす必要が
ないため、波形の歪みや外部からの雑音等の影響も防止
できる。また、エンコーダ機能を備えた超音波モータ全
体の構成も小型化が可能となる。
【００１３】また、図５Ａ、Ｂに示すように、結線手段
７には、配線パターンを描画すると同時に回転検出素子
２１の固定位置を指示するため位置決めパターン３０を
描くことにより、回転検出素子２１を正確な位置に設置
でき、エンコーダの回転角度の測定精度を高く保つこと
が可能となる。位置決めパターンは、配線パターン以外
にもシルク印刷パターンでも描くことが可能である。
７には、配線パターンを描画すると同時に回転検出素子
２１の固定位置を指示するため位置決めパターン３０を
描くことにより、回転検出素子２１を正確な位置に設置
でき、エンコーダの回転角度の測定精度を高く保つこと
が可能となる。位置決めパターンは、配線パターン以外
にもシルク印刷パターンでも描くことが可能である。
【００１４】なお、上記の手段を記録したコンピュータ
が読み取り可能な記録媒体としても良い。
が読み取り可能な記録媒体としても良い。
【００１５】［第２の実施の形態］次に、第２の実施の
形態である超音波モータについて、図面に基づいて説明
する。図３Ａ、Ｂ本実施の形態の概略図であり、図４
は、そのブロック図をである。本形態である超音波モー
タは補正用電子素子２５、回転検出素子２１、信号処理
回路１３、制御回路１２、電圧センサ、電流センサ、温
度センサなどのセンサ素子２４、マイクロ・コンピュー
タ（マイクロ・プロセッサ）２３を結線手段７に設けて
ある。
形態である超音波モータについて、図面に基づいて説明
する。図３Ａ、Ｂ本実施の形態の概略図であり、図４
は、そのブロック図をである。本形態である超音波モー
タは補正用電子素子２５、回転検出素子２１、信号処理
回路１３、制御回路１２、電圧センサ、電流センサ、温
度センサなどのセンサ素子２４、マイクロ・コンピュー
タ（マイクロ・プロセッサ）２３を結線手段７に設けて
ある。
【００１６】電圧センサと電流センサは、超音波モータ
の動作状態を知るために圧電素子の電圧・電流を計測す
るものである。圧電素子および振動体の温度は超音波モ
ータの特性を変化させるため、温度センサは正確な温度
を計測するために、超音波モータに近い位置に設置する
ことが望ましい。補正用電子素子２５は、超音波モータ
をもっとも効率良く動作させるために、容量値を補正す
るものである。従来の超音波モータにおいては、半固定
コンデンサを用いて、いったん調整を行った後の容量値
は固定したまま超音波モータを駆動していた。しかし、
温度変化や経時変化、回転数などに合わせて容量値を変
化させることがより望ましい。そのため、印加バイアス
電圧による電気空乏層幅の変化よって容量値が変化する
ＰＮ接合ダイオード等の電子素子を容量補正用として用
いる。制御回路１２は、信号処理回路１３により増幅、
波形整形された回転検出素子２１の信号をカウントし、
また外部からの指令信号により、指定された角度に超音
波モータを動作、停止させるなどの機能を有するもので
ある。マイクロ・コンピュータ２３は、超音波モータに
複雑な動作をさせるために記憶回路に格納されたプログ
ラムを実行し、あるいは、最適な動作のために必要なパ
ラメータの演算処理を行う。たとえば、高速回転時と精
密微小位置決めで、超音波モータに印加する電圧を変え
る場合などである。さらに、センサ２４により得られた
温度、電圧、及びエンコーダにより得られた回転数等の
データから演算処理により前記補正用電子素子２５の補
正値を導出することも可能となる。マイクロ・コンピュ
ータ２３の算出した前記補正値のデジタル・データは、
ＤＡコンバータ２７により電圧値に変換されるため、補
正用電子素子に電圧を印加して、その容量値を調整する
ことができる。
の動作状態を知るために圧電素子の電圧・電流を計測す
るものである。圧電素子および振動体の温度は超音波モ
ータの特性を変化させるため、温度センサは正確な温度
を計測するために、超音波モータに近い位置に設置する
ことが望ましい。補正用電子素子２５は、超音波モータ
をもっとも効率良く動作させるために、容量値を補正す
るものである。従来の超音波モータにおいては、半固定
コンデンサを用いて、いったん調整を行った後の容量値
は固定したまま超音波モータを駆動していた。しかし、
温度変化や経時変化、回転数などに合わせて容量値を変
化させることがより望ましい。そのため、印加バイアス
電圧による電気空乏層幅の変化よって容量値が変化する
ＰＮ接合ダイオード等の電子素子を容量補正用として用
いる。制御回路１２は、信号処理回路１３により増幅、
波形整形された回転検出素子２１の信号をカウントし、
また外部からの指令信号により、指定された角度に超音
波モータを動作、停止させるなどの機能を有するもので
ある。マイクロ・コンピュータ２３は、超音波モータに
複雑な動作をさせるために記憶回路に格納されたプログ
ラムを実行し、あるいは、最適な動作のために必要なパ
ラメータの演算処理を行う。たとえば、高速回転時と精
密微小位置決めで、超音波モータに印加する電圧を変え
る場合などである。さらに、センサ２４により得られた
温度、電圧、及びエンコーダにより得られた回転数等の
データから演算処理により前記補正用電子素子２５の補
正値を導出することも可能となる。マイクロ・コンピュ
ータ２３の算出した前記補正値のデジタル・データは、
ＤＡコンバータ２７により電圧値に変換されるため、補
正用電子素子に電圧を印加して、その容量値を調整する
ことができる。
【００１７】なお、ＩＣ回路技術やハイブリッドＩＣ技
術により、それぞれの電子回路や電子素子を集積化し、
さらに全体を小型化することも可能である。近年の１チ
ップ型マイクロ・コンピュータでは、ＤＡコンバータ素
子やセンサからの電圧値を検出するＡＤコンバータ素子
を内蔵しているものも多いため、これらのマイクロ・コ
ンピュータを用いることで部品点数を増やすことなく小
型で高機能の超音波モータを実現できる。また、演算処
理能力の高い演算回路（プロセッサ）を用いることによ
り、制御回路や計数回路の機能を兼用することなども可
能である。
術により、それぞれの電子回路や電子素子を集積化し、
さらに全体を小型化することも可能である。近年の１チ
ップ型マイクロ・コンピュータでは、ＤＡコンバータ素
子やセンサからの電圧値を検出するＡＤコンバータ素子
を内蔵しているものも多いため、これらのマイクロ・コ
ンピュータを用いることで部品点数を増やすことなく小
型で高機能の超音波モータを実現できる。また、演算処
理能力の高い演算回路（プロセッサ）を用いることによ
り、制御回路や計数回路の機能を兼用することなども可
能である。
【００１８】なお、上記の手段を記録したコンピュータ
が読み取り可能な記録媒体としても良い。
が読み取り可能な記録媒体としても良い。
【００１９】
【発明の効果】回転角度、回転速度検出のための高度な
エンコーダ機能及び制御機能を有しながらコンパクトで
扱いやすい超音波モータを提供することができる。ま
た、コスト上昇も最小限で押さえられる。
エンコーダ機能及び制御機能を有しながらコンパクトで
扱いやすい超音波モータを提供することができる。ま
た、コスト上昇も最小限で押さえられる。
【図１】本発明に係る超音波モータの第１の形態を示す
概略図である。
概略図である。
【図２】本発明に係る超音波モータの第１の形態を示す
ブロック図である。
ブロック図である。
【図３】本発明に係る超音波モータの第２の形態を示す
概略図である。
概略図である。
【図４】本発明に係る超音波モータの第２の形態を示す
ブロック図である。
ブロック図である。
【図５】本発明に係る第１の形態を示す結線手段であ
る。
る。
【図６】本発明に係る第２の形態を示す結線手段
【図７】従来の超音波モータを示す概略図である。
【図８】従来の超音波モータのブロック図である。
１ 超音波モータ ２ 支持板 ３ 圧電素子 ４ 振動体 ５ 移動体 ６ 加圧手段 ７ 結線手段 ８ 突起部 ９ 駆動回路 １２ 制御回路 １３ 信号処理回路 １４ スペーサ １５ 結線リード部 ２０ エンコーダ・ディスク ２１ 回転検出素子 ２３ マイクロ・コンピュータ ２４ センサ素子 ２５ 補正用電子素子 ２６ ＡＤコンバータ ２７ ＤＡコンバータ ２８ 演算回路 ２９ 外部接続端子 ３０ａ 位置決めパターン ３０ｂ 位置決めパターン ３０ｃ 位置決めパターン ３０ｄ 位置決めパターン ４１ 金属配線層 ４２ 樹脂絶縁層 ４３ リード端子 １０１ 従来の超音波モータ １０５ 移動体 １０７ 結線手段
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 飯野 朗弘 千葉県千葉市美浜区中瀬１丁目８番地 株 式会社エスアイアイ・アールディセンター 内 Ｆターム(参考） 2F077 AA43 NN02 NN28 PP19 QQ02 VV02 VV10 VV31 VV33 WW04 2F103 CA03 DA01 DA13 EA02 EA12 EA19 EA21 EB06 EB12 EB32 ED07 5H680 AA19 BB16 BC02 BC08 DD01 DD23 DD53 DD72 EE21 EE23 FF36
Claims (9)
- 【請求項１】 交流電流の印加により伸縮運動する圧電
素子と、前記圧電素子の伸縮運動に伴って振動される振
動体と、外信導体の振動に伴って駆動される移動体と、
電気的接続用の結線手段を有する超音波モータ駆動部が
支持板に支持されて構成される超音波モータにおいて、 前記結線手段に前記移動体の回転情報を検出する回転検
出素子と、前記移動体に接続されたエンコーダ・ディス
クと、 を有する超音波モータ。 - 【請求項２】 前記結線手段は、その表面に前記回転検
出素子の位置を決めるためのパターンを有する請求項１
記載の超音波モータ。 - 【請求項３】 前記結線手段は、前記回転検出素子を駆
動する電子回路と、信号処理を行う電子回路を有する請
求項１又は請求項２に記載の超音波モータ。 - 【請求項４】 前記結線手段は、前記圧電素子へ交流電
流を供給するモータ駆動回路と、前記回転検出素子の出
力信号から前記移動体の回転情報を有する信号に変換す
るための信号処理回路と、前記回転情報を処理する外部
回路と、前記外部回路により得られた前記回転情報から
超音波モータを駆動制御する信号を発生する制御回路
と、を有する請求項１ないし請求項３のいずれかに記載
の超音波モータ。 - 【請求項５】 前記駆動回路は静電容量値を可変できる
補正用電子素子を有し、前記補正用電子素子は超音波モ
ータ駆動時に適正な値となるようにした請求項４記載の
超音波モータ。 - 【請求項６】 前記駆動回路は静電容量値を可変できる
補正用電子素子を有し、前記補正用電子素子は前記エン
コーダ・ディスクおよび前記回転検出素子より得られた
回転情報から算出された容量値となるようにした請求項
４記載の超音波モータ。 - 【請求項７】 前記結線手段は、前記補正用電子素子の
容量値を計算するのに必要な物理量を測定するセンサを
有する請求項６記載の超音波モータ。 - 【請求項８】 前記結線手段は前記支持板と一体的に設
けた請求項１乃至請求項７のいずれかに記載の超音波モ
ータ。 - 【請求項９】 請求項１乃至請求項８のいずれかに記載
の超音波モータを備えた電子機器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000345622A JP2002153080A (ja) | 2000-11-13 | 2000-11-13 | 超音波モータ及び超音波を備えた電子機器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000345622A JP2002153080A (ja) | 2000-11-13 | 2000-11-13 | 超音波モータ及び超音波を備えた電子機器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002153080A true JP2002153080A (ja) | 2002-05-24 |
Family
ID=18819624
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000345622A Withdrawn JP2002153080A (ja) | 2000-11-13 | 2000-11-13 | 超音波モータ及び超音波を備えた電子機器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002153080A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2020052000A (ja) * | 2018-09-28 | 2020-04-02 | 帝国通信工業株式会社 | 光学式エンコーダ |
-
2000
- 2000-11-13 JP JP2000345622A patent/JP2002153080A/ja not_active Withdrawn
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2020052000A (ja) * | 2018-09-28 | 2020-04-02 | 帝国通信工業株式会社 | 光学式エンコーダ |
| JP7085754B2 (ja) | 2018-09-28 | 2022-06-17 | 帝国通信工業株式会社 | 光学式エンコーダ |
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