JP2504022B2 - 超音波モ−タ - Google Patents

超音波モ−タ

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JP2504022B2
JP2504022B2 JP62036179A JP3617987A JP2504022B2 JP 2504022 B2 JP2504022 B2 JP 2504022B2 JP 62036179 A JP62036179 A JP 62036179A JP 3617987 A JP3617987 A JP 3617987A JP 2504022 B2 JP2504022 B2 JP 2504022B2
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rotor
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大助 佐谷
勝 村松
大基 塚原
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Nikon Corp
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Nippon Kogaku KK
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02NELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H02N2/00Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
    • H02N2/10Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing rotary motion, e.g. rotary motors
    • H02N2/16Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing rotary motion, e.g. rotary motors using travelling waves, i.e. Rayleigh surface waves
    • H02N2/163Motors with ring stator

Landscapes

  • General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 A.産業上の利用分野 本発明は、圧電体により固定体に形成した進行性振動
波によって移動体を駆動する超音波モータに関し、特に
その移動検出センサを内蔵したものに関する。
B.従来の技術 この種の超音波モータ、例えば回転型超音波モータ
は、第9図(a),(b)に示すように環状の固定体71
に同形状の移動体72をばね部材等(図示せず)により所
定の押圧力で押圧して構成されている。固定体71の裏面
には圧電体73が貼着され、その圧電体73の表面にはセグ
メント電極74a〜74dが形成されている。セグメント電極
74bと74dの下の圧電体73は交互に互い違いに分極されて
いる。セグメント電極74aを接地し、セグメント電極74b
と74dに互いに90度位相のずれた高周波数電気信号を供
給すると、圧電体73が振動しこれにより固定体71に進行
性振動波が形成されて移動体72が回転駆動される。
この種の超音波モータの位置検出は、例えば特開昭60
−113675号公報に開示されているように、移動体である
ロータの厚み方向に貫通孔を穿設し、その貫通孔の一方
の側に発光装置を他方の側に光検知装置を配置し、ロー
タの回転に応じて光検知装置から出力されるパルスに基
づいて行われている。
一方、高効率化を企図した超音波モータが種々提案さ
れており、例えば特開昭61−102177号公報には、固定体
に形成される進行性振動波により移動体にも進行性振動
波を形成せしめたものが開示されている。また、日経エ
レクトロニクスの1986年3月24日号P90〜92には、第10
図に示す超音波モータが開示されている。これは、固定
体81の一方の面上で進行性振動波の進行方向に複数の櫛
歯状突起部82を有し、その櫛歯状突起部82に移動体83を
加圧接触し櫛歯状突起部82の運動により移動体83を駆動
するものである。なお、84が圧電体、85がスライダであ
る。
C.発明が解決しようとする問題点 上述した高効率の超音波モータの位置検出を精度良く
行なう場合、移動体に多数の精度の良い貫通孔を穿設す
る必要があるが、それゆえ、加工コストが高くなりその
上、この種の高効率超音波モータの移動体は、元々その
振動状態の設計が難しく、多数の貫通孔の穿設により最
適振動状態を得るのがなおさら難しくなる。
本発明は、櫛歯状突起部を有する超音波モータの効率
に何ら影響を与えることなく精度良く移動検出ができる
超音波モータを提供することを目的としている。
D.問題点を解決するための手段 一実施例を示す第1図により本発明を説明すると、本
発明に係る超音波モータは、圧電体12により形成される
進行波の進行方向に配列した複数の櫛歯状突起部13を有
した固定体10と、前記複数の櫛歯状突起部13に加圧接触
され該櫛歯状突起部13に生ずる該進行波により駆動され
る移動体20とを有し、上述の問題は、該移動体20上にセ
ンサ31,32を設け、該移動体20が複数の該櫛歯状突起部1
3の上を移動するときにセンサ31,32が複数の該櫛歯状突
起部13を順次検出するようにして解決される。
E.作用 圧電体12により固定体20に進行性振動波が形成される
と櫛歯状突起部13がその振動を増幅して移動体20に伝達
して移動体20を駆動する。移動体20の駆動に伴って、セ
ンサ31,32が櫛歯状突起13を順次に検出する。従って、
センサ出力はパルス的に発生するためそのパルス数や周
期を計測することにより、超音波モータの移動量や、速
度が容易に検出できる。
F.実施例 −第1の実施例− 第1図および第2図により第1の実施例を説明する。
ステータ母材11はリング状に形成され、その裏面に
は、例えば第9図(b)に示したように圧電体(電歪素
子)12が貼着され、ステータ(固定体)10が構成され
る。ステータ母材11には、第10図に示したと同様に、櫛
歯状突起部13が円周方向に、すなわち進行性振動波(以
下、進行波)の進行方向に配列されている。一方、ロー
タ母材21はステータ母材11よりも幅の狭いリング状に形
成され、その裏面にスライダ22が貼着され、ロータ(移
動体)20が構成される。ロータ母材21からステータ10の
内外周面を越える位置まで内腕211および外腕212がそれ
ぞれ突設している。内腕先端部211aには発光素子31が設
けられ、外腕先端部212aには受光素子32が設けられ、発
光素子31からの出射光は、各櫛歯状突起部13の間の溝部
14を介して受光素子32で受光されるようになっている。
前記1対の発光素子31と受光素子32によりセンサを構成
する。
33は図示しない固定部材に設けられた入出力部分であ
り、発光素子用入力ブラシ33a,33bと受光素子用出力ブ
ラシ33c,33dとを備え、各ブラシは、ロータ母材21の表
面に形成された図示しない導電パターンと接触して、ロ
ータ20の回転によりパターン上を摺動する。導電パター
ンは内腕211,外腕212にも形成され、入力ブラシ33a,33b
と発光素子31とが電気的に接続され、出力ブラシ33c,33
dと受光素子32とが電気的に接続されている。
次にこの実施例の動作について説明する。
図示しない駆動制御回路から圧電体12の各電極に高周
波数電気信号を供給すると圧電体12が振動しステータ母
材11に進行波が形成される。この進行波は櫛歯状突起部
13で増幅されスライダ22を介してロータ母材21に伝達さ
れる。ロータ母材21はステータ母材11と同期して振動し
つつ回転する。
一方、入力ブラシ33a,33bを介して発光素子31に給電
すると発光素子31が発光する。発光素子31からの出射光
は受光素子32に向かって図示の経路Pのように進むか
ら、櫛歯状突起部13間の溝部14を経路Pが横切るごとに
受光素子32で受光される。この結果、出力ブラシ33c,33
dを介して第2図に示すようなパルス信号が得られる。
したがって、このパルスをカウンタ等で計数すればロー
タ20の回転角度位置を検出できる。また、パルス間隔を
計測することにより、回転速度や回転角速度を各々検出
することができる。
なお、内腕211,外腕212の取付位置は、ロータ20の回
転に支障がなければどこでもよい。
−第2の実施例− 第3図は第2の実施例を示す。ステータ10およびロー
タ20の基本的な構成は第1の実施例と同様であり、同様
の部分には同一の符号を付して相違点のみ説明する。
ロータ20から回転中心側に突設された内腕211の下面
に発光素子31が設けられ、ロータ20から外方に突設され
た外腕212の下面に受光素子32が設けられ、発光素子31
の出射光が経路Pで示すとおり櫛歯状突起部13間の溝底
部15に反射して受光素子32で入射されるように構成され
ている。前記1対の発光素子31と受光素子32によりセン
サを構成する。したがって、両腕211,212が櫛歯状突起
部13の頂部16と対峙するときには、受光素子32に光が入
射しない。この結果、ロータ20の回転に同期して、両素
子31,32が櫛歯状突起部13間の溝部14を通過するごとに
受光素子出力がハイレベルとなり第2図に示すパルス信
号が得られる。
この実施例は、内腕211,外腕212がステータ10の円周
面から突出しないので、半径方向のスペースに制約があ
る場合に有効である。
−第3の実施例− 第4図は第3の実施例を示す。ステータ10およびロー
タ20の基本的な構成は第1の実施例と同様であり、同様
の部分には同一の符号を付して相違点のみ説明する。
ロータ母材21の外周面から外腕212のみが突設され、
その先端下面に発光素子31および受光素子32が円周方向
に並設され、発光素子31からの出射光が経路Pのとおり
櫛歯状突起部13の頂部16で反射されて受光素子32で受光
されるよう構成されている。前記1対の発光素子31と受
光素子32によりセンサを構成する。したがって、外腕21
2が櫛歯状突起部13間の溝底部15と対峙するときには、
受光素子32に光が入射しない。この結果、ロータ20の回
転に同期して、両素子31,32が櫛歯状突起部13の頂部16
と対峙するごとに受光素子の出力がハイレベルとなり第
2図に示すパルス信号が得られる。
なお、両素子31,32を半径方向に並設してもよい。ま
た、発光素子31からの出射光が櫛歯状突起部13間の溝底
部14で反射されて受光素子32に入射するようにしてもよ
い。
この実施例は、ロータ20の内側にスペースの制約があ
り、かつ、ステータ10の外側にもスペースの制約がある
場合に有効である。
−第4の実施例− 第5図は第4の実施例を示す。ステータ10およびロー
タ20の基本的な構成は第1の実施例と同様であり、同様
の部分には同一の符号を付して相違点のみ説明する。
ロータ母材21から外方へ突出した外腕212の先端部が
折り曲げられ、櫛歯状突起部13の外周面17と対向する面
に発光素子31および受光素子32が周方向に並設され、発
光素子31からの出射光が経路Pのとおり櫛歯状突起部13
の外周面17で反射されて受光素子32で受光されるように
構成されている。前記1対の発光素子31と受光素子32に
よりセンサを構成する。したがって、両素子31,32が櫛
歯状突起部13間の溝部14と対面するときには、受光素子
32に光が入射しない。この結果、ロータ20の回転に同期
して、両素子31,32が櫛歯状突起部13の外周面17と対峙
するごとに受光素子32の出力がハイレベルとなり第2図
に示すパルス信号が得られる。なお、両素子31,32をロ
ータの厚さ方向に並設してもよい。
この実施例は、ロータ20の表面21aと櫛歯状突起部13
の頂部16との間に空間的制約があり、例えば櫛歯状突起
部13の頂部16に素子を配置するスペースがないような場
合に効果がある。
なお、以上の4つの実施例においては、発光素子31と
受光素子32の位置関係を逆にしてもよい。ただし、ロー
タ20の内側に光学レンズ系等を配置するカメラ等の場合
には、第1の実施例のように、内側から外側に向かって
検出光を出射し、光学レンズ系に検出光による影響がな
いようにするのが好ましい。
なお第3,第4の実施例においては、ロータ母材21の内
周面から内腕を突設し、両素子31,32をロータ20の内径
側に位置させてもよい。
−第5の実施例− 第6図は第5の実施例を示す。ステータ10およびロー
タ20の基本的な構成は第1の実施例と同様であり、同様
の部分には同一の符号を付して相違点のみ説明する。
この実施例のステータ母材11は磁性体で形成されてい
る。ロータ21の外方へ突出した外腕212の先端下面に
は、ホール素子や磁気抵抗素子等の磁気センサ41が設け
られている。
ステータ母材11により形成される磁場は、磁気センサ
41がステータ母材11と接近するほど磁気センサ41に影響
を与えるから、ロータ20が回転して磁気センサ41が櫛歯
状突起部13の頂部16と溝底部15に対峙するごとに、第8
図に示す矩形波である検出信号が得られ、この矩形波の
繰り返し数を計数することによりロータ20の回転角度位
置が検出される。また、この矩形波の周期を計測するこ
とにより回転角度や回転角速度を各々検出することがで
きる。
なお、磁気センサ41を、櫛歯状突起部13の外周面ある
いは内周面と対峙する位置に設けたり、ロータ20の内周
面に内腕を突設してその先端部に第6図と同様に設けて
もよい。
−第6の実施例− 第7図は第6の実施例を示す。ステータ10およびロー
タ20の基本的な構成は第1の実施例と同様であり、同様
の部分には同一の符号を付して相違点のみ説明する。
ロータ母材21の外周面から外腕212を突設し、その外
腕212の下面に対向電極51を形成するとともに、櫛歯状
突起部13の頂部16と、溝底部15とにも対向電極52,53を
それぞれ形成する。前記対向電極51によりセンサを構成
する。ここで、対向電極51と52との間隙をd1、対向電極
51と53との間隙をd2とし、各対向電極51と52,51と53と
の対向面積をS、空気の誘電率をεとすると、対向電極
51と52,53間の静電容量cは、 となる。d1<d2であるから、静電容量cは第8図に示す
ように矩形波状に変化する。静電容量cの変化を、例え
ばCR発振器等により周波数信号に変換し、これをF/V変
換器等で周波数に応じた電圧値に変換してロータ21の回
動を検出することができる。
なお、ロータ側の対向電極51の位置は、ロータ21の内
腕に設けてもよい。また、ステータ側の対向電極52,53
は、ステータの両円周面に設けてもよい。
以上では、センサとして光センサ、磁気センサ、静電
容量センサを用いたが、超音波センサやAE(アコーステ
ィック・エミッション)センサを用いてもよい。
また、以上説明した6つの実施例は、いずれもリング
状のステータとロータとを用いた回転型超音波モータに
ついて説明したが、円板状ステータとロータとを用いた
ものや、リニア型超音波モータにもこの発明を適用でき
る。
G.発明の効果 本発明によれば、固定体から突設され進行波の進行方
向に配列された櫛歯状突起部を有する固定体と対向して
移動体にセンサを設け、移動体移動時にセンサが順次に
櫛歯状突起部の各々を検出するようにしたので、従来と
同様に高い効率を維持しつつ精度のよい移動検出が可能
となる。また低コスト化も図れる。
【図面の簡単な説明】
第1図および第2図は第1の実施例を示し、第1図が部
分斜視図、第2図がセンサ出力の波形図である。 第3図〜第7図はそれぞれ本発明の第2〜第6の実施例
を示す部分斜視図である。 第8図は第6図および第7図で示した実施例のセンサ出
力の波形図である。 第9図(a),(b)は回転型超音波モータの概略構成
を示し、(a)はその平面図、(b)はそのb−b線断
面図、第10図は櫛歯状突起部を有する回転型超音波モー
タの斜視図である。 10:ステータ、11:ステータ母材 12:圧電体、13:櫛歯状突起部 14:溝部、20:ロータ 21:ロータ母材、22:スライダ 31:発光素子、32:受光素子 41:磁気センサ、51〜53:対向電極 211:内腕、212:外腕

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】圧電体により形成される進行波の進行方向
    に配列した複数の櫛歯状突起部を有する固定体と、前記
    複数の櫛歯状突起部に加圧接触され該進行波により駆動
    される移動体とを有する超音波モータにおいて、 前記移動体上にセンサを設け、該移動体が前記複数の櫛
    歯状突起部の上を移動するときに前記センサが前記複数
    の櫛歯状突起部を順次検出するように構成したことを特
    徴とする超音波モータ。
JP62036179A 1987-02-19 1987-02-19 超音波モ−タ Expired - Lifetime JP2504022B2 (ja)

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JP2689584B2 (ja) * 1989-04-10 1997-12-10 松下電器産業株式会社 超音波モータ
DE19609817A1 (de) * 1996-03-13 1997-09-18 Bosch Gmbh Robert Anordnung zur Erfassung der Umdrehung eines elektrischen Motors

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