JP2510226B2 - 超音波モ―タの位置検出機構 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、超音波モータの位置検出機構、詳しくは
超音波モータにおけロータの回転位置を検出する機構に
関するものである。

［従来の技術］ 超音波モータにおけるロータの回転位置あるいは速度
を精密、かつ安定に検出するための機構は従来、磁気的
検出手段によるもの、または光学的検出手段によるもの
等が提案されている。

上記光学的検出手段は、ピッチの細かい光学パターン
を光検出器で検出するようにしたものであり、また上記
磁気的検出手段は、微小な磁気パターンを用いるもので
はなく、特開昭62−181682号公報に開示されているよう
に、ロータの外周面の等間隔位置に複数個の永久磁石を
取り付け、この永久磁石と適当な間隔をもって対向する
位置に、ホール素子や磁気抵抗素子のような磁気感応素
子を基板に取り付けて配設したものである。

［発明が解決しようとする問題点］ ところが、超音波モータは微小な位置決めが可能であ
るという超音波モータの特徴を引き出すためには、数μ
ｍ〜数十μｍ程度の微小な検出が可能な位置検出手段を
用いる必要があり、これを実現するための検出機構は複
雑になり極めて高価なものとなる。例えば、光学的検出
機構の場合には、検出用の光学パターンは数μｍ〜数十
μｍのものを作らなければならないが、この光学パター
ンの製作は極めて難しく高価なものとなるし、また組立
時における検出器と光学パターンの位置出し精度を高精
度にしなければならないという組立てにおいても困難さ
を伴う。また、磁気的検出機構の場合にも検出用パター
ンは数十μｍ程度になるが、この程度の微小パターンに
なると、検出用パターンと検出器のギャップを精確に保
つ必要があり、その機構は複雑になり高価なものとな
る。

一方、上記特開昭62−181682号公報に開示されている
磁気的検出手段には、 永久磁石の取付間隔を狭くした場合、同磁石と磁気感
応素子とのギャップ幅の調整を精密に行なう必要があ
り、この調整は大変厄介である。

永久磁石の取付間隔が広いと、回転に対する速度、位
置の検出精度が悪くなり、これは超音波モータが本来有
している精密な位置制御が可能であるという性質を損な
うことになる。

という欠点があり、この技術手段は超音波モータの１回
転以下の精密な微小角回転制御には適さないものであ
る。

また、実際には微小ピッチの磁気パターンをロータに
着磁して、これを検出しようとすると、着磁面と磁気感
応素子とのギャップを精確に保つ必要があり、これを実
現するのが困難であった。

従って、本発明の目的は、磁気感応素子をロータの着
磁面に対して正確な位置に保持することによって、ロー
タに着磁した微小ピッチの磁気パターンを簡単な構造
で、正確かつ安定に検出することができる超音波モータ
の位置検出機構を提供するにある。

［問題点を解決するための手段および作用］ 本発明は、上記目的を達成するために、超音波モータ
のロータに設けた微小磁気パターンと、該磁気パターン
に対向する位置に配設した磁気感応素子と、この磁気感
応素子と上記磁気パターンとの間隔を常に一定に保つ間
隔規定部材と、上記ロータと磁気感応素子の何れか一方
を他方に向けて付勢し上記間隔規定部材を上記磁気パタ
ーンの周囲に当接させる付勢手段を具備したことを特徴
とするものであって、上記磁気感応素子の微小磁気パタ
ーンの検知により、超音波モータのロータの回転位置，
速度を精確に検出できるようにしたものである。

［実施例］ 以下、図示の実施例により本発明を説明する。

第１図は、本発明の第１実施例を示す位置検出機構を
有する超音波モータの上半部を断面にした側面図であ
り、第２図は、上記第１図中のII−II線に沿う縦断面図
である。

超音波モータ1は周知のように、弾性体２に固着され
ていて、駆動電圧を印加されることによって弾性体２に
進行波を発生させる圧電素子3A,3B（3Bは図示されず）
を有するステータ４と、このステータ４に圧接し、上記
進行波により移動するロータ５とを有して構成されてい
る。そして、上記ステータ４とロータ５とは、一端部に
外向フランジ6aを有する固定円筒６の外周面上に、それ
ぞれ配設されていて、カバーケース７で覆われている。

即ち、上記ステータ４は、例えば鉄，ステンレス等の
金属よりなる比較的厚味のあるリング状の弾性体２と、
この弾性体２の底面に樹脂接着剤等にて強固に接合され
た、半円弧状の圧電素子3A,3Bとで構成されていて、固
定円筒６の上記フランジ6aに底面が固定されて固定円筒
６の外周面上に配設されたリング状の防振材８の上面
に、その圧電素子がわを当接させて固定円筒６の外周面
上に配設されている。超音波振動を発生させる上記圧電
素子3A,3Bは、それぞれ帯状の半円弧状に形成された素
子群からなり、これらが互いに対向して円形をなすよう
に弾性体２の底面に配設されていて、両素子3A,3Bはそ
れぞれ円周方向に沿ってｎ分割（n;整数）され、それぞ
れの分割区域の分極方向は板厚方向で交互に逆転してい
る。そして、両素子3A,3Bはステータに励磁される進行
波の波長をλとするとλ/4位置的にずれた状態で接合さ
れている。

このように構成されているステータ４に対して上記ロ
ータ５は、上記固定円筒６の外周面上に回動自在に緊密
に嵌合された回転円筒で形成されていて、同円筒の、上
記弾性体２に対向する端面がわには、上記弾性体２の上
面に圧接されるリング状の圧接ロータ部5aが一体に形成
されている。そして、このロータ５の上記圧接ロータ部
5aとは反対がわの端面は、板ばね９によって押圧されて
おり、その結果、ロータ５はステータ４に向けて付勢さ
れ、上記圧接ロータ部5aは前記弾性体２の上面に圧接す
るようになっている。また上記ロータ５の押圧端面と上
記板ばね９との間には、ロータ５を円滑に回転させるた
めのボール10と板ばね９の押圧力をロータ５に均一に作
用させるためのリング板11とが配設されている。また、
このロータ５のステータ４への押圧力は上記板ばね９を
押え付けるための短筒状のばね押え部材12の固定円筒６
へのねじ込み量を加減することによって適正に調節され
るようになっている。

このように構成されている超音波モータ1は、その系
のもっている共振周波数の高周波駆動電圧を、圧電素子
3A,3Bに印加することによって回転駆動される。即ち、
圧電素子3A、3Bにそれぞれπ/2位相の異なる前記共振周
波数の２相交流電圧を印加すると、圧電素子は超音波振
動を生じ、弾性体２の表面、換言すればステータ４の表
面に弾性進行波による楕円振動を発生する。従って、該
ステータ４の表面に押圧されている圧接ロータ部5aはこ
の進行波によって楕円振動の回転方向に駆動され、圧接
ロータ部5aと一体のロータ５は固定円筒６に対して回転
する。

本実施例による位置検出機構は、第3,4図に示すよう
に、ロータ５と一体の磁性材に着磁された微小ピッチの
磁気パターン13と、この磁気パターン面に対向する位置
に配設された磁気抵抗素子14と、該磁気抵抗素子14と上
記磁気パターン面との間隔を一定に保つ間隔保持機構と
で構成されている。

上記微小磁気パターン13はＮ極とＳ極が微小ピッチで
交互に着磁された帯状の磁性材で形成されていて、ロー
タ５の外周面の一部に円周方向に同周面とほぼ同一面と
なるように固定されている。この磁気パターン面に対向
して磁気抵抗素子14が非常に狭いギャップをもって配設
される。この磁気抵抗素子14は、上記磁気パターン13上
に配設されたほぼ正方形の支持板15の内面中央に固着さ
れていて、その検出面を上記磁気パターン面に正確に対
向させている。そして、この磁気抵抗素子14の検出面の
両側には、第５図に示すように同検出面と磁気パターン
面との間の狭い間隔を常に一定に保持するための間隔規
定部材16a,16bが貼設されている。この間隔規定部材16
a,16bは、上記磁気パターン13の両側のロータ周面にそ
れぞれ当接するように磁気抵抗素子14に貼設され、磁気
抵抗素子14の検出面と磁気パターン面との間隔を規定す
る所定の厚味をもち、耐摩耗性があり、摺動性がよく非
磁性のアルミニウム板を細長い短冊状にしたもので形成
されている。

また、上記支持板15は、第2,3図に示す如く、その四
隅に形状が等しく摺動性のよい突起15aがロータ周面に
向けて突出するように一体に形成されている。この突起
15aは磁気パターン面に対して磁気抵抗素子14の検出面
を平行に保つ役目をするものであって、ロータ周面に当
接する先端部は接触抵抗の少ない半円状に形成されてい
る。

この支持板15は、その上面を板ばね17a,17bによって
押圧されていて、同板はロータ５の回転中心軸に向けて
移動するように付勢されており、これによって上記間隔
規定部材16a,16bを磁気パターン13の周囲に当接させて
いる。上記板ばね17a,17bは支持板15の上面に貼設され
た弾性板からそれぞれ反対方向に延び出して形成されて
いて、その端部はそれぞれ前記カバーケース７に取り付
けられている。なお、この板ばね17a,17bを取り付ける
ために、カバーケース７に穿設された開口18は他のカバ
ーケース7aによって覆われる。

以上のように本実施例の位置検出機構は構成されてい
る。従って、超音波モータが駆動されロータ５が回転す
ると、その磁気パターン13が磁気抵抗素子14によって正
確に読み取られ、ロータ５が停止したときには、その回
転位置を誤差なく検出することができる。

本実施例のように位置検出機構を構成すれば、ロータ
５が偏心して回転したり、或いは固定円筒６とロータ５
との間にラジアル方向のガタがあったとしても、ロータ
の磁気パターン面と磁気抵抗素子14の検出面との間隔
は、間隔規定部材16a,16bの厚さによって常に一定に保
持されるため、安定な、しかも精度の高い位置検出が行
なえる。更に、磁気抵抗素子14は支持板15の突起15aに
より磁気パターン面に対する傾きを一定な状態に保持さ
れるので、より安定した位置検出ができる。

また、本実施例では、一定の厚さを有し耐摩耗性があ
って、かつ摺動性のよい間隔規定部材16a,16bを磁気抵
抗素子14に貼り付けたが、この間隔規定部材16a,16bは
帯状の一定の厚味をもつ突条部材として、ロータ５の磁
気パターン13の両側の部位に磁気抵抗素子14と接するよ
うに貼設してもよい。

更にまた、本実施例においては、上記間隔規定部材16
a,16bをアルミニウム板で形成したが、これは耐摩耗性
があり摺動性のよい非磁性材料であれば、樹脂や他の金
属でもよいことは勿論であり、また上記磁気抵抗素子14
を磁気パターン面に正確に対向させるために、板ばね17
a,17bによって支持板15を押圧するようにしたが、この
板ばね17a,17bもコイルばねやゴム等を用いてもよいこ
とは言うまでもない。

なお、上記支持板15に一体に形成された突起15aは、
これがなくても板ばね17a,17bによって平行度を保つこ
ともできる。

次に、第6,7図は本発明の第２実施例を示す超音波モ
ータの位置検出機構の要部断面図である。

上記第１実施例では、間隔規定部材16a,16bを磁気パ
ターン13の周囲に当接させる付勢手段を、磁気抵抗素子
がわに設けたが、この第２実施例は、この付勢手段をロ
ータがわに設けたものである。

即ち、上記間隔規定部材16a,16bを検出面の両側縁部
に貼設した磁気抵抗素子14が固定された支持板15は、本
実施例ではカバーケース7Aの裏面に直接固着されてい
る。そして、固定円筒６に回転自在に嵌合したロータ５
の磁気パターン13に対向する上記磁気抵抗素子14の周囲
に対応する、上記固定円筒６の周面部位には、磁気抵抗
素子14を挾むように円筒軸の方向の前後の位置に各一対
の収納穴19a,19bおよび20a,20bがそれぞれ円周方向の対
称位置に穿設されている。この各収納穴19a,19bおよび2
0a,20b内には、コイルばね21,押圧板22,ボール23が順次
落し込まれていて、コイルばね21の伸張弾力によって押
し上げられたボール23によってロータ５の内周面を押圧
し、これによってロータ５の磁気パターン13を磁気抵抗
素子14に向けて押圧している。

上記押圧板22はコイルばね21の伸張弾力による押圧力
を均一にロータ５に伝達し、ボール23はロータ５の回転
を円滑にする役目をする。また、超音波モータの構成は
上記第１実施例のものと全く同様に構成されている。

このように構成した第２実施例の位置検出機構におい
ては、常にコイルばね21の弾力によってロータ５は押し
上げられ、その磁気パターン13を磁気抵抗素子14の検出
面に正確に対向して近接させるので、ロータ５の磁気パ
ターン面と磁気抵抗素子14の検出面との間隔は、間隔規
定部材16a,16bによって一定に保たれることになり、安
定で、かつ精度の高い位置検出が行なえる。また、この
実施例の場合にも支持板15の突起15aにより磁気抵抗素
子14は、磁気パターン面に対する傾きを一定な状態に保
持されるため、より安定した位置検出が可能となる。

また、この第２実施例における間隔規定部材16a,16b
も、一定の厚味を有する突条部材で形成し、これをロー
タ５の磁気パターン13の両側の部位に、磁気抵抗素子14
と接するように貼設してもよいし、更にまた、磁気抵抗
素子14も支持板15に固着せずに、直接カバーケース7Aの
内壁に固定してもよい。そして、またこの第２実施例の
位置検出機構においても、支持板15の突起15aは無くて
もコイルばね21によって磁気パターン13に対する磁気抵
抗素子14の平行度を保つことはできる。

なお、上記第１および第２実施例の位置検出機構にお
いては、微小ピッチの磁気パターン13の検出素子として
磁気抵抗素子14を用いたが、これはホール素子等の磁気
感応素子を使用してもよいこと勿論である。

［発明の効果］ 以上述べたように、本発明によれば、超音波モータの
ロータの外周面の一部に微小ピッチの磁気パターンを設
け、この磁気パターンを磁気感応素子で読み取るように
すると共に、上記ロータか磁気感応素子の何れか一方
に、磁気感応素子の検出面と上記磁気パターン面との間
隔を一定に規定するための、一定の厚味を有し耐摩耗性
があって、かつ摺動性のよい間隔規定部材を配設したの
で、磁気感応素子は磁気パターン面に対して、一定の正
確なギャップをおいて平行に保持され、従って安定した
位置検出を行なうことができる。

即ち、本明細書の始めに述べたように、検出用パター
ンを数十μｍ程度の微小ピッチの磁気パターンで形成し
ても、このパターンと磁気感応素子のギャップは、上記
間隔規定部材によって高精度に保持されるので、誤差も
ない正確な位置検出を行なえるし、構造も簡単なためコ
スト高を招く虞れもない。

よって、本発明によれば、超音波モータに最適の位置
検出機構を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の第１実施例を示す超音波モータの位
置検出機構の断面図、 第２図は、上記第１図中のII−II線に沿う縦断面図、 第３図は、上記第１図の位置検出機構の斜視図 第４図は、上記第１図の位置検出機構における磁気パタ
ーンを示す斜視図、 第５図は、磁気抵抗素子の検出面に貼設された間隔規定
部材を示す正面図、 第６図および第７図は、本発明の第２実施例を示す超音
波モータの位置検出機構の要部断面図である。1 ……超音波モータ ２……弾性体 3A,3B……圧電素子 ４……ステータ ５……ロータ 13……磁気パターン 14……磁気感応素子 16a,16b……間隔規定部材 17a,17b……板ばね（付勢手段） 21……コイルばね（付勢手段） 22……押圧板（付勢手段） 23……ボール（付勢手段）

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】弾性体と該弾性体に固着され駆動電圧を印
   加されることにより弾性体の表面に進行波を発生させる
   圧電素子とからなるステータと、このステータに圧接
   し、上記進行波により移動するロータとを有してなる超
   音波モータにおいて、 上記ロータに設けられた位置検出用の微小な磁気パター
   ンと、 この磁気パターンと対向して配置され、上記ロータの移
   動量を検出する磁気感応素子と、 この磁気感応素子に対して設けられ、上記磁気パターン
   と磁気感応素子の間隔を規定する間隔規定部材と、 上記ロータと磁気感応素子の何れか一方を他方に向けて
   付勢し、上記間隔規定部材を上記磁気パターンの周囲に
   当接させる付勢手段と、 を具備したことを特徴とする位置検出機構。