JPS63294274A

JPS63294274A - 軸方向接触型超音波サ−ボモ−タ

Info

Publication number: JPS63294274A
Application number: JP62127435A
Authority: JP
Inventors: Manabu Shiraki; 学白木
Original assignee: Shicoh Engineering Co Ltd
Current assignee: Shicoh Engineering Co Ltd
Priority date: 1987-05-25
Filing date: 1987-05-25
Publication date: 1988-11-30

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［発明の産業上の利用分野］本発明は、超音波振動を利用して超音波振動子の往復運
動を可動子の走行方向の運動に変換させるようにしたも
ので、特にサーボ用に適するようにロータリ磁気エンコ
ーダ一体型の超音波サーボモータで有り、超音波モータ
の空きスペースを有効利用してロータリ磁気エンコーダ
を組み込み形成したものである。

［従来技術とその問題点］超音波モータは、超音波の持つ強力な振動エネルギーを
利用して機械エネルギーを得るようにしたアクチュエー
タであり、近年、この種のモータが実用化されるに至っ
ている。

この種の超音波モータとしては、固定子と可動子と備え
、これらの固定子と可動子のうち少なくとも一方は、複
数の電歪素子で駆動される一つの振動子を含み、前記電
歪素子の引き出しリード線は駆動電源に接続され、固定
子と可動子はＩ・ルクを伝達する為に振動子の表面上の
少なくとも一点において互いに押し合い、そして電歪素
子に加える超音波エネルギーを機械振動エネルギーに変
換させ、該機械的振動エネルギーを可動子の一方向運動
に変換できるようにした技術が特開昭５２−２９１９２
号公報等に開示されている。

なお、ここでは１機械的振動エネルギーとして１表面弾
性波（進行振動波）を用い、該振動波によって可動子を
摩擦駆動するようにし、かつ。

その際少なくとも、一つの電歪素子の振動によって定在
波を発生させるような構成の超音波モータについて述べ
る。

第１３図は、この種の超音波モータの原理を示すもので
、１は可動子、２は弾性振動子とする。

Ｘ軸は、振動子２の表面上に起きる表面波（進行振動波
）の進行方向を示し、Ｚ軸はその法線方向とする。

弾性振動子２には１図示しない電歪素子により、振動を
与えると、進行振動波が発生し、振動子２の表面上を伝
搬していく。この振動波は、縦波と横波を伴った振動波
で、その質点の運動は。

楕円軌道を描く振動となる。

質点Ａについて着目すると、短軸幅Ｕ、長軸幅Ｗの楕円
運動を行っており、振動波の進行方向を＋Ｘ方向とする
と楕円運動は反時計方向に回転している。

この振動波は、−波長ごとに頂点Ａ、Ａ’　。

・・・を有し、その頂点速度は、Ｘ成分のみであって、
■＝２πｆｕ（ただし、ｆは振動振動数）である。そこ
で、この表面に可動子１の表面を加圧接触させると、可
動子］の表面は、頂点Ａ、Ａ’　、　　・・・のみに接
触するから、可動子１は振動子２との摩擦力により矢印
Ｎ方向に駆動されることになる。

矢印Ｎ方向の可動子］の移動速度は、振動数ｆに比例す
る。また、加圧接触による摩擦駆動を行うため、短軸幅
Ｕばかりでなく、長軸幅Ｗにも依存する。すなわち、可
動子］の移動速度は、楕円運動の大きさに比例し、楕円
振動の大きい方が速度が速いことになる。したがって、
可動子１の速度は、電歪素子に加える電圧に比例する。

６一第１４図は１回転形超音波モータにおける弾性振動子と
電歪素子の分解斜視図で、同図に示すように電歪素子３
は、電歪素子３ａ群と電歪素子３ｂ群とからなる。複数
の電歪素子３ａ群は、振動波の波長λの２分の１のピッ
チで配列され、複数の電歪素子３ｂ群も同じくλ／２ピ
・ンチで配列されている。

なお、電歪素子３は、このように複数並べず。

第１５図に示すように環状の単体の索子３にし。

それを上記ピッチに分極処理し１分極処理部３ａと３ｂ
とにしてもよい。

電歪素子３ａと３ｂの相互のピッチは、（ｎＯ＋１／４
）λ（イ旦し、ｎｏ　＝＝Ｑ、１，２．・・・）ずれた
位相差的配列がなされる。

電歪素子３ａの各々には１リード線４が接続され、電歪
素子３ｂの各々にはリード線５が接続されて、その各々
は、電源７と９０°位相器８に接続される（第１７図参
照）。

また振動子２には、リード線６が接続され、交流電源７
に接続される。

このように構成された超音波モータの動作原理は、第１
６図に示すようになる。

上記したように電歪素子３ａ及び３ｂは１弾性振動子２
の共振周波数から最も効率の良く進行振動波を得ること
のできるような間隔で弾性振動子２に貼着した２例えば
ＰＡＴ等の電歪素子であり、第１６図においては、振動
子２に接着されな電歪素子３ａ、３ｂは、説明の便宜上
、隣接して現れているが、上記のλ／４の位相ずれの条
件を満足しているため、第１４図に示す電歪素子３ａ、
３ｂ群の配列と実質的に等価なものである。

電歪素子３ａはリード線４に、電歪素子３ｂはリード線
５に接続されている。第１６図において、電歪素子３ａ
、３ｂ中の＋は、交流電源が正側の周期にあるとき伸び
、−は正側の周期で縮む状態になっていることを示して
いる。

振動子２を電歪素子３ａ及び３ｂの一方の電極にし、電
歪素子３ａには交流電源７から、Ｖ−Ｖｏｓｉｎの、と
いう交流電圧を供給しており。

図からも明らかなように、リード線４にはＶ＝ｉｓ　ｉ
　ｎω、の交流電圧が加わる。電歪素子３ｂには９０６
位相器８によりＶ＝Ｖｏｓｉｎ（ωｔ±π／２）の交流
電圧が加えられる。

式中の＋、−は、可動子１の移動方向にって位相器８に
よって切り換える。すなわち、９０°位相器８によって
＋側に切り換えると＋９０’位相がずれて正方向に動き
、−側に切り換えると一９０°位相がずれて逆方向に動
く。

いま２位相器８を一側に切り換えてあり、電歪素子３ｂ
には、Ｖ＝Ｖ、）ｓｉｎ（ωを一π／２）の交流電圧が
印加されるとする。電歪素子３ａが、単独で電圧Ｖ＝Ｖ
ｏｓｉｎω、により振動した場合は、同図（ａ）に示す
ような定在波による振動が起こり、電歪素子３ｂが、単
独で電圧■−Ｖ、）ｓｉｎ（ω、−π／２）により振動
した場合は、同図（ｂ）に示すような定在波による振動
が起こる。上記位相のすれた２つの交流を同時に各々の
電歪素子３ａ、３ｂに印加すると、振動波は進行性にな
る。

同図（イ）〜（ニ）は７時間に応じた振動子２の振動状
態を示し、（イ）は時間ｔ＝２ｎπ／ω、（ロ）はｔ−
π／２ω＋２ｎπ／ω、（）旬はｔ−π／２＋２ｎπ／
ω、（ニ）はｔ＝３π／２ωの時のもので、振動波の波
面はＸ方向に進行する。

このような進行性の振動波は、縦波と横波を伴っており
、第１３図に示すように振動子２の駆動面の任意の質点
は反時計方向の楕円運動を行う。したがって、駆動面に
圧接される可動子１がＮ方向に移動する。

ここで、９０°位相器８によって、＋９０°位相をずら
せば、振動波は−Ｘ方向に進行し、駆動面に圧接される
可動子１はＮ方向と逆方向に移動する。

このように進行性振動波によって駆動される超音波モー
タは、極めて簡単な構成で正逆転の切換が可能となって
いる。

しかし、このように有用な超音波モータにおいて、これ
をサーボをかけて各種の速度制御１位置制御を行うには
、エンコーダ等の各種の変移量検出手段が必要になる。

特に超音波モータでは、微妙なミクロン単位の回転送り
等の偏位が可能なため、用いるエンコーダも高精度のも
のを用いれば、より高精度の位置決め制御等が可能にな
る。

しかしながら、この超音波モータに高精度のエンコーダ
を付設すると、このエンコーダ等が大きくなり、また超
音波モータは振動を利用していることから、エンコータ
とのカップリング精度もシビアに要求され、大型且つ高
価なエンコーダ付き超音波モータになる欠点があった。

また上記のように単体としてのエンコーダを用いる変わ
りに、エンコーダの構成要素をなすロータリエンコーダ
用メインスケールを回転軸に固定し、該メインスケール
に対向して固定側にインデックススケールを固定して対
向させ、これら２つのスケールを介して発光素子と受光
素子を設けて光学式エンコーダを内蔵する方法があるが
、この方法によっても超音波モータを大型且つ高価にす
るのみならず、超音波モータから発生する摩耗粉によっ
て、光学式エンコーダの場合にはエンコータ信号に誤差
をきたすので、信頼性に乏しいものとなっていた。

特に最近では、光学式エンコーダに比較して。

信頼性が高く、シかも長寿命であり、安価且つ容易に量
産できる磁気式エンコーダを用いるのが望ましいケース
か増加している。

その他にエンコーダに変わるものとしては、レゾルバが
知られているものの、このレゾルバは。

構造が複雑であり、高価ななめ、安価且つ従来の超音波
モータを大型化することなく、当該レゾルバを組み込む
ことは非常に困難なことであった。

［発明の課題］本発明は、高価且つ大型のエンコーダやレゾルバを用い
ることなく、超音波モータの構成要素および従来の超音
波モータの空きスペースを利用して磁気エンコーダ一体
型とし、超音波モータを超音波ザーボモータに構成し、
当該超音波サーボモータを安価且つ小型に構成てきるよ
うにしたものである。特に、磁気エンコーダ一体型とし
ているので、光学式エンコーダを内蔵した場合のように
超音波モータの可動子と振動子との摩擦接触によって発
生する粉塵等による悪影響が全く生じない。

また、磁気エンコーダ一体型とすることにより、超音波
サーボモータの振動によっても、正確なエンコーダ信号
が得られ、しかも磁気エンコーダの磁気センサとして磁
気抵抗素子を用いることで、磁気抵抗素子から得られる
エンコーダ信号を電気的に分解能を」二げることによっ
て、高精度な磁気エンコーダを安価に構成できる。

更に磁気エンコーダ一体型としても、従来の超音波モー
タに特別大きなスペースを占領することがないようにし
、わずかな改良を施すのみで、磁気エンコーダ一体型の
超音波サーボモータを小型且つ安価に量産できるように
すること。

本発明は、上記の効用を発揮させることができる超音波
サーボモータを得ることを課題に成されたものである。

［発明の課題達成手段］＝１３− かかる本発明の課題は、振動子に進行弾性波を発生させ
、これによりロータを駆動する超音波モータにおいて、
ロータとして円板状ロータを用い、該ロータの一方の面
に被着磁層を形成し、該被着磁層に周方向に沿ってＮ極
、Ｓ極の磁極を交互等間隔に微細ピッチで多極着磁して
ロータリ磁気エンコーダ磁極を形成し、該ロータリ磁気
エンコーダ磁極に軸方向の空隙を介した固定側に少なく
ともＡ相及びＢ相の磁気エンコーダ信号が得られるよう
に磁気エンコーダ用磁気センサを対向配設した超音波サ
ーボモータを提供することで達成できる。

［発明の実施例］第１図は１本発明の超音波サーボモータ９の縦断面図、
第２図は同超音波サーボモータ９の一部切欠斜視図であ
る。

主に、第１図及び第２図を用いて本発明の第１実施例と
しての超音波サーボモータ９を説明していく。

超音波サーボモータっは、アルミニウム等で構成された
固定体１０と、この固定体１０に固定された同じくアル
ミニウム等で構成されたカップ型ケーシング１］によっ
て超音波サーボモータ本体］２を形成している。固定体
］０の下部には２図示しない透孔か形成され、リード線
を通ずようにしている。

固定体１０の内周部には、リング状突起１３が一体形成
され、その内周部にはベアリングハウス１４が固定され
、ベアリングハウス１４に装着されたベアリング１５に
よって回転軸１６が回動自在に支持されている。

また固定体１０の上には１円環状の振動吸収体１７が固
定され、該振動吸収体１７の上には当該吸収体１７側の
面に上記第１４図又は第１５図に示したと同じような電
歪素子３を接着した第３図に示すような円環状のリン青
銅等の金属によって形成された弾性振動子１８が固定さ
れている。この弾性振動子１８の内周下面は、上記リン
グ状突起１３の上面に固定されている。

回転軸１６の上部は、上記ケーシング１１の凸−１，５
一部１つの内周に固定されたベアリングハウス２０に装着
されたベアリング２］、によって回動自在に支持されて
いる。回転軸１６には、金属て形成された円板状ロータ
２２か固定され９回転軸１６と一体回動するようになっ
ている。

円板状ロータ２２の外周には、上下に突出する円環状突
起２３が一体形成され１円環状突起２３の下面には厚み
の薄い耐摩耗性に優れた円環状の樹脂２４が固定され、
上記弾性振動子１８と摩擦接触するようになっている。

円板状ロータ２２の上面には、樹脂２５を介して金属円
板２６が固定され、この金属円板２６を板バネ２７が下
方向に押圧付勢し２円板状ロータ２２と弾性振動子１８
が樹脂２４を介して圧接している。

上記弾性振動子１８は、第１図乃至第３図から明らかな
ように円板状の円環体になっているが。

中央部は内外周に比較して厚みの薄い凹部１８ａに形成
され、振動効率を高めるようにしてる。この凹部１８ａ
の後記するロータリ磁気エンコーダ磁極３１と対向する
面には１図示しないバーマロイ等の薄膜の磁性体を介し
て磁気抵抗素子３２を配設固定している。この磁気抵抗
素子３２の出力用の図示しないリード線は、上記凹部１
８ａに設グけられた透孔４戸を介してその下面に導き通されている
。

また弾性振動子１８の内周部１８ｂを比較的厚みを持た
せて形成しているのは、当該弾性振動子１８を固定体１
０に堅固に固定できるようにするなめで、外周部１８ｃ
を更に厚みのあるものに形成しているのは、この部分１
８ｃに振動がかかるために強度性を持たせるため、並び
に弾性率を高めて振動効率を上げるためである。

また第２図及び第３図に示すように弾性振動子１８の外
周部１８ｃの上記樹脂２４と摺接する面には、多数のス
リット２８を形成している。これは１弾性振動子１８と
樹脂２４とが、摩擦接触することにより生ずる樹脂２４
の摩耗粉を接触面から逃がすためと、振動効率を高める
ためである。

円板状ロータ２２は、第４図及び第５図に示すようフラ
ットな円環状のものになっており、その外周部が円環状
突起２３となっており、その下面は、外周に形成された
円環状突起２３と内周部２２ａとの中間部に円環状の凹
部２２ｂを形成し、この凹部２２ｂの弾性振動子１８の
凹部１８ａと対向する位置に円環状の磁性体リング３０
を介してプラスチックマグネット、ゴムマグネット、あ
るいは塗布等の手段により着磁できる材質の磁性塗料等
の被着磁層体２９を円環状に形成している。

円環状の被着磁層体２つには、第５図に示すように周方
向に沿ってＮ極、Ｓ極の磁極を交互に微細なピッチ（第
５図では１図面の便宜上、Ｎ極。

Ｓ極の磁極は比較的大きく描いている）で１例えば、２
００μｍピッチで交互に軸方向の配向て微細着磁して上
記被着磁層体２９にロータリ磁気エンコーダの為のロー
タリ磁気エンコーダ磁ｆｉ３１を形成している。

尚、被着磁層体２つに磁気エンコーダ磁極３１を着磁形
成するには、ロータ２２に被着磁層体２９を形成した後
に着磁を行っても良く、あるいはフラットな円環状のプ
ラスチックマグネット。

ゴムマグネット、その他の適宜なマグネット等で形成し
た被着磁層体２つに、予め磁気エンコーダ磁極３１を着
磁しておき、これをロータ２２の上記凹部２２ａに配設
した円環状磁性体板３０に接着等の手段を用いて固定し
ても良い。

該磁気エンコーダ磁極３１と軸方向の微細な空隙を介し
て、上記弾性振動子１８の凹部１８ａに配設された少な
くともＡ相、Ｂ相のエンコーダ信号を得ることのできる
磁気抵抗素子３２を対向させている。

尚、磁気抵抗素子３２の上記磁気エンコーダ磁極３１と
対向する反対側の背面には２図示しない磁性体１例えば
、パーマロイが配設しているが。

外界の磁界からの影響が受けにくい場合やコストを安価
にするためには、省略しても差し支えない。

また磁気センサとし′て磁気抵抗素子３２の変わりに、
ホール素子、ホールＩＣ，磁気ヘッド等の他の磁気セン
サを用いても良いが、磁気エンコーダ磁極３１は、微細
なピッチでＮ極、Ｓ極が交互に形成されているため、Ａ
相、Ｂ相の磁気エンコーダ信号を得るには、２個の磁気
センサを互いに電気角で９０°位相をずらせて配設しな
くてはならないため１組立調整が厄介になるので、でき
れば磁気センサとしては磁気抵抗素子３２を用いるのが
望ましい。

特にこの磁気抵抗素子３２は、一つの磁気センサであり
ながら、Ａ相及びＢ相の磁気エンコーダ信号が得られる
のみならず、磁気抵抗素子３２のパターンの設計仕様に
よってはＺ相の信号まで得ることができて望ましいもの
となる。したがって、この実施例では、磁気センサとし
て、磁気抵抗素子３２を用いている。

上記磁気エンコータ磁極３１と磁気抵抗素子３２とで、
ロークリ磁気エンコーダ３３を形成している。

第６図は２本発明の第２実施例を示すもので。

この実施例における軸方向接触型超音波サーボモータ９
°は、上記超音波サーボモータ９と、殆ど構成が同じで
あるが、ロータリ磁気エンコーダ３３を形成する場所が
異なっているのみなので。

同一部材には同一符号を付し、その説明を省略し、異な
る箇所について説明する。

この超音波サーボモータ９″では、」−配置板状ロータ
２２の外周部に形成された円環状突起２３と樹脂２５の
上記ロータ２２の上面に形成された凹部面に図示しない
パーマロイ等の薄膜磁性体を介して上記同様の円環状の
被着磁層２９を設け。

この被着磁層２９に上記同様のロークリ磁気エンコーダ
磁極３１を形成し、このロータリ磁気エンコーダ磁極３
１と軸方向の空隙を介してケーシング１１の車内面部に
磁気抵抗素子３２を配設することで磁気エンコーダ磁極
３１と磁気抵抗素子３２とで、ロータリ磁気エンコーダ
３３を形成している。

第７図は、上記磁気エンコーダ３１と磁気抵抗素子３２
とで構成されるロータリ磁気式エンコーダ３３の説明図
で１円環状の被着磁層体２つの面には、上記したように
Ｎ極３４Ｎ、Ｓ極３４Ｓの磁極を交互等間隔に微細ピッ
チでアキシャル配向に多極着磁した磁気エンコーダ磁極
３１を有する被着磁層体２つのロータと軸方向の空隙３
５を介して対向する固定側（上記ケーシング１１または
弾性振動子１８の凹部１８ａ。この第７図に示すのは、
ケーシング１１の場合である。）位置に磁気抵抗素子（
ＭＲセンサ）３２を対向配設して形成している。

上記磁気エンコーダ磁極３１のＮ極３４Ｎ、Ｓ極３４Ｓ
それぞれの磁極幅は、λ（電気角で２πで表される幅に
等しい）幅で着磁されている。

また磁気抵抗素子３２は１例えば強磁性体磁気抵抗効果
素子を用いるとして、先ず磁気エンコーダ３３の原理を
説明するために、磁気抵抗素子３２を構成する強磁性体
薄膜で形成された素線である磁気抵抗エレメント３６に
ついて第８図を用いて説明する。

この磁気抵抗エレメント３６は、数千Ａ単位程度の厚み
でＮｉ−Ｃｏ系の金属薄膜（強磁性金属薄膜）をカラス
等の基板に真空蒸着やエツチング等の手段で形成するこ
とで上記磁気抵抗素子３２を形成できる。

磁気抵抗エレメント３６は、第９図に示すように、これ
に流れる電流■と磁界（磁束）３７との方向が垂直とな
るように配設しておくと、磁束３７は、Ｎ極３４Ｎから
Ｓ極３４Ｓに向がう。

この磁気抵抗エレメント３６は、第９図に示すように磁
界３７内において横方向の磁束３７Ｘによって、抵抗値
の減少をきたす。尚、３７Ｙは。

縦方向の磁束を示す。

このときの磁気抵抗エレメント３６の抵抗の変化率は、
数％で、磁気エンコーダ磁極３１の一磁極の幅をλとし
たとき、λ／４及び３λ／４の位置における時の磁気抵
抗エレメント３６の抵抗値をＲ７抵抗の変化値をΔｒと
すると、磁極（３４Ｎまたは３４Ｓ）と磁気抵抗エレメ
ント３６の位相θ（−磁極幅３４．Ｎ、３４Ｓをそれぞ
れ電気角で２πとしたときの位相θとする）における抵
抗値Ｒ（θ）は。

Ｒ（θ）＝Ｒ−Δｒ−ｃｏｓθ　　〈１〉で表すことが
できる。

横方向の磁束（磁界）３７Ｘは２位相θ、磁気抵抗エレ
メント３６及び磁気エンコーダ磁極３１の距離に関係し
、磁気抵抗エレメント３６も、それに応じた抵抗値Ｒを
とる。

尚、磁気抵抗素子３２の場合、ホール素子等の他の磁気
センサと異なり、磁界中心（Ｎ極３４Ｎ、Ｓ極３４Ｓそ
れぞれの中間部のところの磁界状態）では、無磁界（Ｎ
極３４ＮとＳ極３４Ｓの境界部のところの磁界状態）と
同様に出力信号が変化しないという特徴がある。

上記した１本の磁気抵抗エレメント３６を有する磁気抵
抗素子３２によっては、Ａ相及びＢ相の磁気エコーダ信
号を得ることができないので、第１０図に示すように４
本の磁気抵抗エレメント３６ａ、３６ｂ、３６ａ’　、
３６ｂ’　をそれぞれ順次に　λ／４だけずらして形成
し、Ａ相及びＢ相の磁気エンコーダ信号を得るようにし
ている。

この磁気抵抗素子３２は、Ａ相の磁気エンコーダ信号を
得るために２つの磁気抵抗エレメント３６ａ、３６ａ’
　と、Ｂ相の磁気エンコーダ信号を得るなめに磁気抵抗
エレメント３６ｂ。

３６ｂ′を形成したものとなっている。

磁気抵抗エメント３６ａと３６ａ°は、互いに逆位相と
なるように、磁気エンコーダ磁極３１の一磁極（Ｎ極３
４ＮまたはＳｉ２４　Ｓ　）の幅をλ（電気角で２π）
とするとき、λ／２幅ずらせて形成している。

同様に磁気抵抗エレメント３６ｂと３６ｂ′とは、互い
に逆位相となるように、λ／２幅ずらせて形成している
。

また磁気抵抗エレメント３６ａと３６ｂ、及び３６ａ′
と３６ｂ′とは、互いにλ／４幅ずらして形成されてい
る。

従って、磁気抵抗素子３２は、λ／４ピッチずれて順次
、磁気抵抗エレメント３６ａ、３６ｂ。

３６ａ’　、３６ｂ’　を形成している。

このように形成された磁気抵抗素子３２がらの磁気エン
コーダ信号を処理する回路としては２例えば第１１図に
示すようなものを用いる。

この磁気エンコーダ信号処理回路３８は、抵抗器３９−
１．　　・・・、３９−４により、ブリッジを構成して
抵抗変化を電圧変化に変換し、コンパレータ４０−１．
４０−２により、第１２図（ａ＞、（ｂ）に示すような
９０°位相が異なる２つの矩形波のエンコーダ信号４１
−１，４１２を得ることかできるようにしている。

この矩形波のエンコーダ信号４１］、、、４１−２をカ
ウンタによって計数すれは、ロークリ磁気エンコーダ３
３の回転角を計測できる。

この矩形波のエンコーダ信号４．１−１．　、４１−２
は、２逓倍形回転方向弁別回路４２に加えることで、右
回転パルス及び左回転パルスを得て。

このアップ信号またはダウン信号を、アップダウンカウ
ンタ４３に加えることで、現在の回転角を得る。

したがって１本発明の超音波サーボモータ９によると、
上記したように電歪素子３に位相のずれた２つの交流を
同時に印加して、進行性振動波を発生させることによっ
て１円板状ロータ２２を所定方向に回転さぜることがで
き２該ロータ２２が回転するとこの外周に形成された磁
気エンコーダ磁極３１も回転するので、これを磁気抵抗
素子３２で検出すれば１回転角１回転方向２回転速度等
が判別し、フィードバックループして図示しないコント
ローラを介して、電歪素子３への通電をコントロールす
ることにより、当該超音波サーボモータ９の回転速度２
回転方向９位置決め等をサーボすることができる。

［発明の効果］以上から明らかなように２本発明の超音波サーボモータ
は、従来の超音波モータをほとんど大きくすることなく
、磁気エンコーダを超音波モータと一体型に構成できる
ため、小型高精度のロータリ磁気エンコーダ一体型の超
音波サーボモータを安価且つ容易に量産できる。本発明
では、ロータの一方の面の空きスペースに磁気エンコー
ダ磁極を形成し、該磁極を磁気抵抗素子で検出している
ので、磁気エンコーダ一体型にしても超音波サーボモー
タに小型且つ安価に形成できる。また磁気抵抗素子から
のエンコーダ信号は、電気的な手段によって分解能を非
常に上げることができるので、特に従来の市販されてい
る高価なレゾルバやエンコーダ等の回転角計測装置を使
用する必要がないので、サーボモータとして適する超音
波サーボモータを得ることができ、その利用分野も格段
と広げることができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例としての超音波サーボモー
タの縦断面図、第２図は同超音波サーボモータの一部切
欠斜視図、第３図は同超音波サーボモータの弾性振動子
の一部切欠斜視図、第４図及び第５図はロータリ磁気エ
ンコーダを構成するロータリ磁気エンコーダ磁極を形成
した超音波サーボモータの円板状ロータの斜視図、第６
図は本発明の第２実施例を示す超音波サーボモータの縦
断面図、第７図はロータリ磁気エンコーダ磁極と磁気抵
抗素子で構成されるロータリ磁気エンコーダの概略説明
図、第８図乃至第１０図はロータリ磁気エンコーダ磁極
と磁気抵抗素子との関係説明図、第１１図はロータリ磁
気エンコーダ信号処理回路の説明図、第１２図は同磁気
エンコーダ信号処理回路から得られるエンコーダ信号の
波形図。第１３図は超音波モータの原理の説明図、第１４図は弾
性振動子と電歪素子の分解図、第１５図は電歪素子の別
の実施例の平面図、第１６図は超音波モータの駆動原理
の説明図である。［符号の説明］１・・・可動子、２・・・弾性振動子。３．３ａ、３ｂ・・・電歪素子。４．５．６・・・リード線、７・・・交流電源。８・・・９０°位相器、９．９’　　　・・超音波サー
ボモータ、１０・・・固定体、１１・・・カップ型ケー
シング、１２・・・超音波サーボモータ本体、１３・・
・リング状突起、１４・・・ベアリンクハウス、１５・
・・ベアリング。１６・・・回転軸、１７・・・振動吸収体。１８・・・弾性振動子、１９・・・凸部。２０　　、ベアリングハウス、２１・・・ベアリング、
２２・・・円板状ロータ、２３・・・円環状突起、２４
．２５・・・樹脂、２６・・・金属円板、２７・・・板
バネ、２８・・・スリット。２９・・・被着磁層体、３０・・・円環状磁性体板、３
１・・・ロータリ磁気エンコーダ磁極。３２・・・磁気抵抗素子、３３・・・ロータリ磁気エン
コーダ、３４Ｎ・・・Ｎ極。３４Ｓ・・・Ｓ極、３５・・・空隙。３６．３６ａ、３６ａ’　、３６ｂ、３６ｂ’　　−−
・・・磁気抵抗エレメント、３７・・・磁界。３７Ｘ・・・横方向の磁束、３７Ｙ・・・縦方向の磁束
、３８・・・磁気エンコーダ信号処理回路、３９−１・
・・、３９−４・　　・抵抗器。４Ｃ）−１，４０−２・・・コンパレータ。４１−１．．４１−２・・・エンコーダ信号。４２・・・２逓倍形方向弁別回路。４３・・・アップダウンカウンタ、４４・・・透孔。゛−−Ｙ−′ 笥ゝ−−ｒ−−′　　　　　”１ノ第７図第８図前９図第６図

Claims

【特許請求の範囲】

１．振動子に進行弾性波を発生させ，これによりロータ
を駆動する超音波モータにおいて，ロータとして円板状
ロータを用い，該ロータの一方の面に被着磁層を形成し
，該被着磁層に周方向に沿ってＮ極，Ｓ極の磁極を交互
等間隔に微細ピッチで多極着磁してロータリ磁気エンコ
ーダ磁極を形成し，該ロータリ磁気エンコーダ磁極に軸
方向の空隙を介した固定側に少なくともＡ相及びＢ相の
磁気エンコーダ信号が得られるように磁気エンコーダ用
磁気センサを対向配設してなる，超音波サーボモータ。
２．上記磁気エンコーダ磁極を着磁形成するための被着
磁層は，フラットな円環状に形成したマグネットであり
，このマグネットに上記多極着磁の磁気エンコーダ磁極
を軸方向配向に着磁してなる，特許請求の範囲第１項記
載の軸方向接触型超音波サーボモータ。
３．上記ロータリ磁気エンコーダ磁極は，上記ロータに
磁性体を介して設けられた被着磁層に形成してなる，特
許請求の範囲第１項又は第２項記載の軸方向接触型超音
波サーボモータ。
４．上記円板状ロータは，その外周部と内周部との中間
部に円環状の凹部を形成しており，この凹部に上記ロー
タリ磁気エンコーダ磁極を形成してなる，特許請求の範
囲第１項乃至第３項いずれかに記載の軸方向接触型超音
波サーボモータ。
５．上記凹部は，円板状ロータの振動子と対向しない側
の面に形成してなる，特許請求の範囲第４項記載の軸方
向接触型超音波サーボモータ。
６．上記凹部は，円板状ロータの振動子と対向する側の
面に形成してなる，特許請求の範囲第４項記載の軸方向
接触型超音波サーボモータ。
７．上記磁気センサは，円板状の振動子の外周部と内周
部の中間部に形成した円環状の凹部に配設してなる，特
許請求の範囲第１項乃至第４項，又は第６項いずれかに
記載の軸方向接触型超音波サーボモータ。
８．上記磁気センサは，少なくともＡ相及びＢ相の磁気
エンコーダ信号を得ることのできる磁気抵抗素子である
，特許請求の範囲第１項乃至第７項いずれかに記載の軸
方向接触型超音波サーボモータ。
９．上記磁気抵抗素子は，ロータリ磁気エンコーダ磁極
と対向する反対側の背面に磁性体を配設してなる，特許
請求の範囲第７項記載の軸方向接触型超音波サーボモー
タ。