JP2898478B2

JP2898478B2 - 超音波モータ装置

Info

Publication number: JP2898478B2
Application number: JP4239792A
Authority: JP
Inventors: 正行田中; 幹雄梅田; 徹中澤; 利男高橋; 洋一木村
Original assignee: ARUPUSU DENKI KK
Current assignee: ARUPUSU DENKI KK
Priority date: 1992-09-08
Filing date: 1992-09-08
Publication date: 1999-06-02
Anticipated expiration: 2014-06-02
Also published as: JPH0690572A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、超音波振動を利用して
ロータを回転させる超音波モータに関するもので、特に
回転数を検知することのできるものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、超音波振動を利用してロータを回
転させるようにした超音波モータが開発されている。超
音波モータは電気−機械変換効率が大変高く、低速であ
っても大きな駆動トルクを発生させることのできるもの
である。中でも、低速であっても安定して回転トルクを
発生し、しかも制御が容易な複合振動子型超音波モータ
は様々な分野での使用が期待されている。従来、この種
の超音波モータとして図２に示す構造の超音波モータ１
０が知られている。図２に示す超音波モータ１０は、円
柱形状のステータ２４の一方の面（摺動面）にロータ１
２が当接されてなり、ステータ２４には、ステータ２４
のに周方向にねじり振動を発生する第１圧電素子１６
と、軸方向に振動を発生する第２圧電素子とが組み込ま
れている。ロータ１２はばね部材２６にてステータ２４
に押圧され、ステータ２４のステータボトム１４とステ
ータホルダ１８とステータヘッド２２はセンタボルト３
０にて連設されており、さらにステータヘッド２２に回
転自在にロータ１２が連結されている。この構成の超音
波モータにおいて、両圧電素子１６，２０の振動を組み
合わせることにより、ステータの摺動面をリサージュ図
形を描くように運動させて、その摺動面に押圧触してい
るロータ１２を回転させるようにしている。この超音波
モータ１０の回転駆動力を利用する場合には、例えば図
２に示したように、超音波モータ１０を取付部材３４に
フランジ３２にて支持固定し、また超音波モータ１０が
内部に配置されるような円筒状の回転部材３６を取付部
材３４に対して回転自在になるように設け、ロータ１２
と回転部材３６とを例えばスポーク２８にて連結し、超
音波モータ装置を構成する。この状態において、ロータ
１２が回転すれば回転部材３６もこれに連動して回転す
るようになる。従って、図２に示す構成の超音波モータ
装置はロールスクリーンやブラインド等の巻上げ装置と
して好適に使用される。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、超音波モー
タ装置では、ロータ１２もしくは回転部材３６の回転制
御の為に、ロータ１２もしくは回転部材３６の回転数を
検出することが必要である。このロータ１２もしくは回
転部材３６の回転数を検出する手段としては、ロータ１
２の外側に着磁部を設け、さらにこの着磁部に対向させ
て磁気検出センサを配置してなるエンコーダや、市販の
エンコーダをロータ１２やさらにはロータ１２よりも先
方（ばね部材２６側）の位置で回転部材３６に装着して
使用することが考えられる。

【０００４】しかしながら、これらの方法はエンコーダ
のリード線を超音波モータ１０の取り付けられている取
付部材３４側に引き出すには例えばスポーク２８等によ
って遮られ困難な為、リード線を、超音波モータの取り
付けられていない側の端部から引き出すしかなかった。
この為、リード線が長くなり（一般のロールスクリーン
に使用した場合、２〜３ｍ）、超音波モータ１０を組み
付る際の組み付け作業性が極端に悪くなってしまうもの
であった。さらに、リード線が超音波モータと遠ざかる
方向に引き出されてしまうため、超音波モータのドライ
ブ回路装置にエンコーダで検出した情報を伝達するのに
もさらにリード線の取り回しが不便であり、簡便さに劣
るものであった。また特に、市販のエンコーダを使用す
る場合には製造コストが嵩んでしまうものでもあった。

【０００５】本発明は前記課題を解決するためになされ
たもので、簡易な方法で超音波モータのロータの回転数
を検出し、検出した情報を超音波モータ装置の外部に容
易に引き出すことの可能な構造とし、作業性の向上と製
造コストの低減を図るものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の超音波モータ装
置は、円柱状のステータと該ステータの前部に加圧接触
されたロータとからなり、前記ステータの周方向に振動
する第１の圧電素子と前記ステータの軸方向に振動する
第２の圧電素子とが前記ステータに組み込まれてなる超
音波モータと、該超音波モータが前記ステータの後部で
取り付けられた取付部材と、前記ロータと連動する回転
部材とを有してなる超音波モータ装置において、前記ス
テータの後部に縮径部が設けられるとともに、該縮径部
に設けられ、光源と該光源からの光線を受光する受光部
とを有する検出部と、前記回転部材に設けられ、前記光
源からの光線を遮る遮光板とから構成されるエンコーダ
が設けられたことを特徴とするものである。

【０００７】

【作用】本発明の超音波モータ装置は、ステータに形成
された検出部と回転部材に形成された遮光板とから構成
される光学式エンコーダが形成されてなるもので、回転
部材の回転を妨げることなく、正確に回転部材の回転数
を検出することができる。また、エンコーダはステータ
に形成されることから、エンコーダに接続されるリード
線を超音波モータ装置の外部に引き出すのに、ロータに
妨げられることなく、超音波モータの取り付けられてい
る側の取付部材から引き出すことができる。従って、エ
ンコーダからのリード線を短くすることができる。さら
に、超音波モータを駆動するのに使用されるリード線
と、エンコーダと接続されるリード線とをまとめるこ
と、または束ねることが可能であるので、取り回しが容
易で、一層作業性が向上し、製造コストの低減を図るこ
とができる。

【０００８】

【実施例】本発明の一実施例を図１を参照して以下に説
明する。図１に示した超音波モータ４０は円柱形状のス
テータ４１と、リング状のロータ１２で概略構成され、
ステータ４１は、ステータボトム４４と第１圧電素子１
６とステータホルダ１８と第２圧電素子２０とステータ
ヘッド２２とが連設されて構成されている。第１圧電素
子１６はステータ４１の周方向に振動する圧電素子であ
り、第２圧電素子２０はステータ４１の軸方向に振動す
る圧電素子である。ロータ１２はベアリング（図示略）
を介してセンタボルト５２にてステータ４１と回転自在
に連結されている。また、センタボルト５２に螺合した
ナット２７で係止されたばね部材２６の弾発力によっ
て、ロータ１２はステータヘッド２２の端面（摺動面）
に、圧接している。

【０００９】この構成の超音波モータ４０において、両
圧電素子１６，２０に交流電圧を印加しそれぞれの超音
波振動を組み合わせることにより、ステータ４１の摺動
面をリサージュ図形を描くように運動させて、その摺動
面に押圧触しているロータ１２が一定方向に連続して回
転するようになっている。さらに、ステータボトム４４
には縮径部４２と取付端部３８が形成され、取付端部３
８の端面が取付部材４６に接着固定されている。ステー
タ４１の取付部材４６への支持固定は接着の他にも、ね
じ留め等の各種手段を用いても良い。また、縮径部４２
ないし取付端部３８はステータボトム４４と一体に形成
されたものであることの他、ステータ４１の中心を抜出
したセンタボルト５２と一体に形成されてなるものであ
ってもよい。超音波モータ４０は円筒状の回転部材５０
内に配置されている。回転部材５０はベアリング４８に
て取付部材４６に回転自在に支持されている。さらに、
ロータ１２と回転部材５０の間にはドーナツ形状のゴム
部材５４が介在している。ゴム部材５４はロータ１２の
回転駆動力を回転部材５０に伝達するもので、もってロ
ータ１２と回転部材５１は一体に連動するようになって
いる。尚、ロータ１２の外周面には嵌装穴１３，１３が
形成され、嵌装穴１３にゴム部材５４の内周面に形成さ
れた突起（図示略）が差し込められ、ゴム部材５４とロ
ータ１２が滑らないようになっている。また、ロータ１
２の回転駆動力を回転部材５０に伝達するには、ゴム部
材５４を介在させることに限定されるものではなく、金
属製のスポークやドーナツ状板を介在させてロータ１２
と回転部材５０を連動させるものであってもよいのは勿
論のことである。また、図１に示すように、超音波モー
タ４０を取付部材４６に支持固定するのに、ステータボ
トム４４に縮径部４２を形成した上でステータ４１の端
面を固定する方法であれば、超音波モータの振動の節に
形成したフランジによる固定法によらずとも、超音波モ
ータの振動に悪影響を及ぼすことなく、超音波モータ４
０を取付部材４６に固定することができる。

【００１０】さらに、本実施例の超音波モータ装置で
は、光学式エンコーダが形成されている。エンコーダは
ステータ４１の縮径部４２に設けられた検出部６０と回
転部材５０に形成された遮光板７２とから構成され、検
出部６０には光源５６と受光部５８が形成されている。
光源５６には各種公知の光源を使用できるが、ガリウム
砒素の赤外発光ダイオードが高出力、長寿命で好まし
く、他にも汎用の高出力赤外ＬＥＤが好適に使用され得
る。受光部５８は光源５６からの光を受光し、電圧に変
換するもので、各種受光素子が使用できるが、フォトダ
イオードが応答性に優れて好ましく、他にも、フォトト
ランジスタが好適に使用され得る。さらに、回転部材５
０に形成された遮光板７２は回転部材５０と一体に回転
し、光源５６からの光を断続的に遮るように、その位
置、大きさ、形状、材料が設定される。従って、遮光板
７２としては、図３に示す（尚、以下図３〜８は遮光板
部分の正面図であり、説明を簡潔にするために、超音波
モータ４０は省略した。）ような、中心に超音波モータ
４０が配置されるように孔の空いた円板であって複数の
スリット７４，７４，・・・が形成された遮光板７２、図
４に示されるような、１つのスリット７０が形成されて
なる遮光板６８、図５に示されるような、中心に超音波
モータ４０が配置されるように孔の空いた円板であって
一部を切り欠いてなる遮光板６６、図６に示されるよう
な、半弧状の遮光板６４、図７に示されるような、矩形
状の板からなる遮光板６２、または図８に示されるよう
な、複数の矩形状板からなるもの等、光源５６からの光
を断続的に受光部５８に通過させるものであれば良い。

【００１１】また、検出部６０には、光源に電流を送る
リード線７６と、受光部からの電気信号をドライブ回路
装置（図示略）に伝送するリード線７８とが接続されて
おり、これらのリード線７６，７８は取付端部３８の内
部に形成された配線管８０内を通り、外部に付設されて
いるドライブ回路装置に接続されている。

【００１２】この構成の超音波モータ装置であれば、超
音波モータが駆動することによって、回転部材が回転す
ると、遮光板７２も回転する。この際、光源５６から受
光部５８に向けて光を照射していると、受光部５８はス
リット７４を通過した光のみを受光することとなるの
で、受光部５８は断続的に受光することとなる。受光部
５８は受光に応じた電圧を発生させ、かつドライブ回路
装置に電気信号を伝送する。受光に応じた電気信号の波
形は回転する遮光板７２の回転速度によって変調される
ので、従って、回転部材５０の回転速度に対応した電気
信号がドライブ回路装置に伝送されることとなる。

【００１３】従って、本実施例の超音波モータ装置であ
れば、常時、回転部材５０もしくはロータ１２の回転数
を検出することが可能であるので、回転数を超音波モー
タにフィードバックする等の制御をすることもできる。
さらに、エンコーダは超音波モータ４０のロータ１２よ
りもステータ４１側に形成されているので、エンコーダ
に接続されるリード線を容易に、超音波モータ４０の取
り付けられている取付板４６から外部に引き出すことが
できる。従って、リード線の長さを短くすることができ
ると共に、超音波モータ４０を組み付ける際の作業性が
格段に向上する。特に、エンコーダと接続されているリ
ード線を通す配線管と、超音波モータを駆動するための
リード線（両圧電素子１６，２０に接続されている）を
通す配線管を共用することができるので、製造ないし取
付工程を簡易化することができ、コストダウンを達成す
ることもできる。さらに超音波モータ装置と一体で簡易
な光学式エンコーダを使用するものであるから、製造コ
ストを低減せしめることができる。しかも光学式エンコ
ーダを使用するものであるから、非接触的に正確な回転
数を検出することができる。特に非接触であることか
ら、超音波モータに不要な負荷がかかることがなく、回
転むらが生じず、円滑な回転と省エネルギを共に達成す
ることのできるものである。尚、本実施例ではステータ
４１に縮径部４２を形成し、その縮径部４２に検出部６
０を形成したものであるが、図１から明らかな通り、縮
径部４２に検出部６０が形成されることで、エンコーダ
を形成するために回転部材５０の径を大きくする必要が
なく、超音波モータ装置の小型化を図ることができる。

【００１４】

【発明の効果】本発明の超音波モータ装置は、ステータ
に形成された検出部と回転部材に形成された遮光板とか
らなる光学式エンコーダが一体に形成されてなるもの
で、常時、回転部材もしくはロータの回転数を検出する
ことが可能であるので、回転数を超音波モータにフィー
ドバックする等の制御をすることもできる。さらに、エ
ンコーダは超音波モータのロータよりもステータ側に形
成されているので、エンコーダに接続されるリード線を
容易に、超音波モータの取り付けられている取付板から
外部に引き出すことができる。従って、リード線の長さ
を短くすることができると共に、超音波モータを組み付
ける際の作業性が格段に向上する。特に、エンコーダと
接続されているリード線と、超音波モータを駆動するた
めのリード線（第１の圧電素子および第２の圧電素子に
接続されている）とをまとめたり、束ねることができる
ので、製造ないし取付工程を簡易化することができ、コ
ストダウンを達成することができる。さらに超音波モー
タ装置と一体で簡易な光学式エンコーダを使用するもの
であるから、製造コストを低減せしめることができる。
しかも光学式エンコーダを使用するものであるから、非
接触的に正確な回転数を検出することができる。特に非
接触であることから、超音波モータに不要な負荷がかか
ることがなく、回転むらが生じず、円滑な回転と省エネ
ルギを共に達成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施例の超音波モータ装置の断面図である。

【図２】従来例の超音波モータ装置の断面図である。

【図３】本実施例の遮光板を示す部分正面図である。

【図４】遮光板例を示す正面図である。

【図５】遮光板例を示す正面図である。

【図６】遮光板例を示す正面図である。

【図７】遮光板例を示す正面図である。

【図８】遮光板例を示す正面図である。

【符号の説明】

１０超音波モータ１２ロータ１６第１圧電素子２０第２圧電素子２４ステータ３４取付部材３６回転部材４０超音波モータ４１ステータ４６取付部材５０回転部材５６光源５８受光部６０検出部６２遮光板６４遮光板６６遮光板６８遮光板７０スリット７２遮光板７４スリット

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者高橋利男東京都大田区雪谷大塚町１番７号アルプス電気株式会社内 (72)発明者木村洋一東京都大田区雪谷大塚町１番７号アルプス電気株式会社内 (56)参考文献特開平４−33579（ＪＰ，Ａ) 実開平１−166493（ＪＰ，Ｕ) 実開平２−65093（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H02N 2/00

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】円柱状のステータと該ステータの前部に
加圧接触されたロータとからなり、前記ステータの周方
向に振動する第１の圧電素子と前記ステータの軸方向に
振動する第２の圧電素子とが前記ステータに組み込まれ
てなる超音波モータと、該超音波モータが前記ステータ
の後部で取り付けられた取付部材と、前記ロータと連動
する回転部材とを有してなる超音波モータ装置におい
て、前記ステータの後部に縮径部が設けられるとともに、該
縮径部に設けられ、光源と該光源からの光線を受光する
受光部とを有する検出部と、前記回転部材に設けられ、
前記光源からの光線を遮る遮光板とから構成されるエン
コーダが設けられたことを特徴とする超音波モータ装
置。