(57)【要約】  電気機械アクチュエータ（２）は、後部（３）から概して縦長の形状を有する電気機械的に作動する物質の少なくとも二つの作動部（１０）を備える。前記作動部（１０）はバイモルフであり、前記後部（３）の第１側部（８）に第１端（７）を取り付け、第１の方向（１５）内で相次いで相互に並行に配置される。バイモルフは、第２端（６）の動きを第１の方向（１５）及び前記作動部（１０）の拡張方向（１７）に提供するように配置され、それによって、第１の方向（１５）内で本体を相対的に動かすことができる。前記作動部（１０）は、第１の方向（１５）に実質的に垂直な方向とされる、前記電気機械的に作動する物質内部に配置される全体的に平坦な内部電極層（１２Ａ−Ｅ）を有する。前記内部電極層（１２Ａ−Ｅ）は作動部（１０）を通して後部（３）に至るように連続的に延ばされる。
2009528809.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
後部（３）と、
概して縦長の形状を有する、電気機械的に作動する物質（３４）の少なくとも二つの作動部１０と、
前記少なくとも二つの作動部１０は前記後部（３）の第１側（８）に第１端（７）が取り付けられ、第１の方向内で相次いで相互に並行に配置されて、単一の共通部を形成し、
バイモルフ構造（３２）の前記電気機械的に作動する物質（３４）を作動させるために前記電気機械的に作動する物質（３４）内部に配置される内部電極層（１２Ａ−Ｅ）と、
前記作動部（１０）の前記第１端（７）の反対側の第２端（６）を動作可能にする前記バイモルフ構造（３２）は、前記作動部（１０）の長手方向（１７）はもちろん前記第１方向（１５）に沿って動くために、
前記内部電極層（１２Ａ−Ｅ）は前記第１方向（１５）に実質的に垂直に向けられる概して平坦な２次元形状を有し、
前記内部電極層（１２Ａ−Ｅ）を前記作動部（１０）の主部及び前記後部（３）内に入るまで連続的に拡張し、それによって作動部（１０）及び後部（３）を通して連続的な熱経路を生成する、電気機械アクチュエータ（２）。
【請求項２】
少なくとも一つの前記内部電極（１２Ａ−Ｅ）は前記少なくとも二つの作動部（１０）の前記第２端（６）と前記後部（３）の前記第１側（８）の反対の第２側（９）との間の全ての範囲に実質的に拡張することを特徴とする請求項１記載の電気機械アクチュエータ。
【請求項３】
前記内部電極（１２Ａ−Ｅ）は、前記少なくとも二つの作動部（１０）内にて、前記電気機械的に作動する物質（３４）によって囲まれていることを特徴とする請求項１又は２記載の電気機械アクチュエータ。
【請求項４】
前記内部電極（１２Ａ−Ｅ）の最も外側は、１００マイクロメータを下回る厚さを有する電気機械的に作動する材料（３４）の表面層によって覆われていることを特徴とする請求項３記載の電気機械アクチュエータ。
【請求項５】
前記電気機械的に作動する物質（３４）を作動させるために前記少なくとも二つの作動部（１０）の表面に設けられる表面電極層をさらに備えることを特徴とする請求項１又は２記載の電気機械アクチュエータ。
【請求項６】
前記内部及び／又は表面電極層（１２Ａ−Ｅ）は、前記後部（３）の表面（９，１１，１３）にいくつかの接触部（３６）を形成することを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の電気機械アクチュエータ。
【請求項７】
前記接触部（３６）の少なくとも一つは前記後部（３）の前記第２側（９）に設けられることを特徴とする請求項６記載の電気機械アクチュエータ。
【請求項８】
前記接触部（３６）の少なくとも一つは前記後部（３）の前記第２側（９）とは異なる表面（１１，１３）に設けられることを特徴とする請求項６又は７記載の電気機械アクチュエータ。
【請求項９】
前記接触部（３６）の少なくとも一つは熱伝導体（３８）と熱接触して配置されることを特徴とする請求項６乃至８のいずれかに記載の電気機械アクチュエータ。
【請求項１０】
前記少なくとも二つの作動部（１０）の第１端（６）に設けられる駆動パッド（５０，５２）をさらに備えることを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載の電気機械アクチュエータ。
【請求項１１】
前記駆動パッド（５０，５２）は前記少なくとも二つの作動部（１０）の前記第１端（６）を基準にして非対称であることを特徴とする請求項１０記載の電気機械アクチュエータ。
【請求項１２】
前記請求項１乃至１１のいずれかに係る電気機械アクチュエータ（２）と、
前記電気機械アクチュエータ（２）と機械的に接触するように配置される可動体（４）と、
前記電気機械的に作動する物質（３４）の作動用電気信号を供給するために前記電気機械アクチュエータ（２）に接続される制御電気回路（３０）と
を備える電機機械モータ（１）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的には電気機械マイクロモータに関し、詳細には相対的な動きを作り出すために電気機械的に作動する物質からなる複数の作動部を有するマイクロモータに関する。
【背景技術】
【０００２】
微少な位置調整の制御を行なうことができる極端に小型化されたモータが必要とされる多くの用途がある。例えば、民生品にあって、極めて小さく、軽量、低消費電力及び廉価なモータが一般的に所望されている。作動範囲は、しばしばミリメータ台であり、さらにマイクロメータの精度である。
【０００３】
多くのマイクロモータは、電気機械的に作動する物質の動作に基づいている。幾何的な容積又は形状の変化は、いくつかの種類の電気信号を供給することによって達成される。そのような物質の最も一般的なものは、ピエゾ電気材料である。
【０００４】
幾何的構成及び駆動原理に関係する電気機械モータの多くの手法がある。電気機械モータの一つのグループは、アクチュエータ及び／又は可動体の共振特性を利用する。他のモータは、駆動サイクルの一部の間に、少なくともアクチュエータのいくつかが可動体と静的機械的な接触をするところの、異なった種類の準静的な駆動原理を用いる。一般的には、共振モータは、より電力効率を上げる傾向にあり、一方、前記準静的なモータは高い位置調整の精度を有する傾向にある。
【０００５】
多くの用途において有用であることを明確に示す一つの詳細な幾何的構成は、可動体の相互作用面に実質的に垂直に配置された少なくとも二つの作動部を備える。前記作動部は、少なくとも二次平面内で、前記可動体の相互作用面に垂直に、移動可能となるように配置される。前記作動部は、幾何様式、歩行形成、又はステッピング動作にて動かされる。そのようなモータの典型的な一例は、米国特許出願２００５／０１７９３４３公報又はそこでの参照文献によって示される。他の例は、例えばドイツの特許ＤＥ４４０８６１８又は米国特許６，０６６，９１１に見ることができる。
【０００６】
前記ドイツの特許ＤＥ４４０８６１８は、作動部のピエゾ電気材料の側部に蒸着された電極によって作動部を励起する。前記ピエゾ電気材料に電圧を供給すると、前記ピエゾ電気材料の厚さが変化する。その結果、前記ピエゾ電気材料の容積は実質的に一定であるので、前記ピエゾ電気材料は前記作動部の長さも変える。前記作動部の二つの異なる部分を作動させることができるので、バイモルフ構成を形成することで、所望の動きが実現される。効果的な寸法変化は、ｄ３１励起と記されるように、垂直方向に電圧を供給することで作り出される。概略で５０％という、より小さな寸法変化が、適用される電界の方向と同じと見なされる方向内で実現されるので、伝統的に、この励起はより低い電力効率と考えられてきた。
【０００７】
ｄ３１励起はまた、M.Bexell et al.,による、「Sensors an Actuators 75 (1999) pp. 118-130. d31 Actuator elements were mounted on a silicon wafer in a circle configuration for rotating a rotor.」の中の”Characteristics of a piezoelectric miniature motor”で用いられている。前記アクチュエータ要素は、シリコンウェハに設けられる電極と接触する。前記構成は、成功のうちに動作したが、そのような取り付けの精密さに頼る構造は、大きな容積の製品には適するものではない。
【０００８】
前記米国特許６，０６６，９１１にあっては、ｄ３３励起が代替的に使われた。適用されるフィールドへの平行な寸法変化は、相互作用面に平行なピエゾ電気材料の電極の配置によってもたらされる。前記作動部分を横切る異なる部分を覆う電極を設けることで、所望の２次元動作が得られる。さらに、前記ピエゾ電気体内部に電極を設けることで、ある寸法変化を実現するためには低励起電圧を使うだけでよい。同じような基本的動作思想は、米国特許出願２００５／０１７９３４３号公報にも用いられている。
【０００９】
前記作動部内部に電極を設ける場合には、前記電極端に関する考察がなされなければならない。前記電極を前記作動部の側面全てに完全に伸ばすと、機械的強度問題が一般的に生じる。前記作動部はピエゾセラミックと前記電極との間の接続部分で裂ける傾向がある。さらに、前記作動部は、電気的問題及び電極の腐食を避けるために、典型的に層を電気的に絶縁し、さらに化学的に保護して設けられなければならない。これらの問題は、前記表面の最も近くに電極が無い部分を持つ作動部を設けること、すなわち前記作動部の前記表面のいくつかの範囲で電極を終わらせることによって典型的に解決される。
【特許文献１】米国特許出願２００５／０１７９３４３
【特許文献２】ドイツ特許ＤＥ４４０８６１８
【特許文献３】米国特許６０６６９１１
【非特許文献１】M. Bexell et al. “Characteristics of a piezoelectric miniature motor”, in Sensors an Actuators 75 (1999) pp. 118-130.
【００１０】
（概要）
先行技術の電気機械アクチュエータデバイス、特に内部電極を用いるデバイスの一般的な問題は、作動しない電気機械材料の一ゾーンが前記作動部の表面に形成されることである。これら「デッド」ゾーンは、作用的に前記動きに役立つことができる前記容積を減少し、さらに如何なる変形の効力もなくすであろう。前記励起の効率は、それによって厳しく減少され、大きな熱発生を引き起こすことになる。
【００１１】
本発明の全般的な目標は、改良された電気機械アクチュエータを提供することである。本発明のさらなる目的は、励起されない電気機械材料の容積を削減し、或いは配置しなおすことである。さらに本発明の目的は、電気機械アクチュエータの熱伝導を改善することである。さらに別の目的は、製品の大量生産に適する安全な接触を可能にすることである。
【００１２】
前述した目的は添付した特許請求の範囲に係る装置によって解決される。典型的に、電気機械アクチュエータは、後部から概して長く引き伸ばされた形状で伸びる電気機械的に作動する物質の少なくとも二つの作動部を備える。前記二つの作動部及び後部は、一つの共通部分として一体化される。前記作動部は、前記後部の第１側部に第１端によって付着され、第１方向内でそれぞれ相次いで平行に配置されたバイモルフである。前記バイモルフは、第２端、すなわち、前記作動部先端が、前記第１方向に沿って、及び前記作動部の範囲に沿って動きを提供するように配置され、それによって、本体を第１方向に相対的に動かすことができる。前記作動部は、第１の方向に実質的に垂直に向けられた電気機械的に作動する物質内部に配置された概して平坦な内部電極層を有する。前記内部電極層は前記作動部の主部に伸び、さらに前記後部内に延びるので、前記作動部及び後部を通して連続した熱経路を作り出すことができる。前記内部電極層は、好ましくは、前記後部の表面で接触部を含む。
【００１３】
好ましい具現化例にあって、前記内部電極層の少なくとも一つは、前記作動部の第２端と、前記第１側部の反対の前記後部の第２側部の間の実質的に全体範囲に伸びる。前記内部電極層の接触部は、さらに熱伝導部と熱的に接触するように配置される。ここに示すところの好ましい具現化例にあって、前記内部電極層は、前記作動部内の電気機械的に作動する物質によって全体的に囲まれている。１００マイクロメータを下回る好ましい厚さを有する、電気機械的に作動する物質は、最も外側の内部電極層の外側に設けられる。しかし、表面電極層が利用されることもできる。
【００１４】
本発明の一つの優れた点は、低電力にて励起できるアクチュエータの提供が可能であることである。これは、順次、前記アクチュエータ内に低熱をもたらす。さらに、前記アクチュエータの構成は、信頼できる製造ばかりでなく熱伝導の改善を可能にする。
【００１５】
本発明は、それの他の目的及び利点と共に、添付された図面を併用した以下の説明を参照することにより、よりよく理解される。
【００１６】
（詳細な説明）
図１は、電気機械アクチュエータ２の複数の電気機械作動部１０の媒介で動作する電気機械モータ１を概略的に表示する。前記作動部１０は、後部３から概して縦長の形状によって伸びている。可動体４の相互作用面５は、前記電気機械的アクチュエータ２と機械的に接触して配置される。典型的には、可動体４及び電気機械アクチュエータ２は、スプリング手段（図示せず）によって接触が保たれている。制御電子回路３０は、前記作動部１０内の電気機械的に作動する物質を作動させるための電気信号を供給するために電気機械アクチュエータ２に接続されている。前記作動部１０は、前記後部３の第１側部８に第１端６を付着し、第１方向１５内でそれぞれが間隔をおいて平行に配置されたバイモルフとして配置されている。作動部は、少なくともその間にスリット２１をとっておくように相互に小間隔で配置されている。スリット２１は、典型的には、充填されていないが、特別な応用例では、どんな物質的な度合いでも作動部１０の動きを制限することがない柔軟な材料で充填される。前記作動部１０及び後部３は、一つの単体として製造される。前記バイモルフは、第２端部７、すなわち、前記作動部先端が、前記第１方向１５に沿って、及び前記作動部１０の範囲１７に沿って、動きを提供するように配置される。それによって、可動体４は、前記電気機械アクチュエータ２に関連して第１方向１５に動くことができる。前記電気機械アクチュエータ２は、前記作動部１０によって構成されたその「脚」で「ステップ」を行う。
【００１７】
図２Ａは作動部１０の先行技術の非−作用物質ゾーンの深刻さ（seriousness）を概略的に表示している。典型的な作動部１０の拡張部分に沿った断面が示されている。この例では、内部電極１２は、作動部１０のバイモルフ構造を形成するために、二つのセクション１４内に並べて設けられている。「デッド」ゾーン１６は、作動部１０の中央部に現れ、さらに他の「デッド」ゾーン１８，１９は前記作動部１０の側面２０周辺に現れる。これら「デッド」ゾーンは、内部電極１２の使用によっても励起、或いは作動されない、例えばピエゾセラミック材料のような、電気機械材料の容積部分である。前記側面から前記内部電極の外側部分までの範囲ｄは、一般的に、製造要求によって決定される。典型的なアクチュエータにあって、前記電極及び電気機械材料は、スクリーン印刷技術の使用によって提供される。そのようなパターンニングは、典型的に１５０−２００μｍ突き出ている構成、すなわちデッドゾーン１６，１８及び１９の厚さは典型的にはおよそ１５０−２００μｍである。
【００１８】
図２Ｂにあって、前記内部電極１２には電圧が印加される。前記電圧は、右側の前記内部電極１２間の前記電気機械材料２２の厚さを強制的に拡張し、一方、左側の前記内部電極１２間の電気機械材料２４の厚さを縮小するように供給される。これにより、動きを作り出すために用いることができる全体的な作動部１０の傾きを引き起こせる。この二重層配置、すなわちバイモルフは、曲げ動作が材料の形状変化に関連して拡大されるので、小さなモータに有利である。同様の効果は、前記二重層の一方側のみが形状を変化するように電圧が供給されると、達成される。しかしながら、前記作動部１０の先端が可動体の表面に沿うと同様に作動部１０の延長に沿って動かされるためには、二重層の両方ともが形状変化を引き起こさなければならない。傾斜は、前記説明した効果をよく示すために図のなかでかなり誇張されている。
【００１９】
前記デッドゾーン１６，１８，１９は、傾斜には寄与しない。逆に、傾斜を妨害する。両側部の周辺にあって、前記デッドゾーン１８，１９は、圧縮或いは拡張される。例えば、ピエゾ電気材料が圧縮又は拡張力にさらされると、内部電圧は、矢印２６及び２７でそれぞれ示されるように、前記圧縮或いは拡張力を阻止しようと、材料内で増大される。機械的に、これは、制御電圧を伴う内部電極を持たない材料用の、高い弾性モジュールと説明される。これらの力は、それゆえ、供給された電圧によって作り出された力の反対方向内で作用する。
【００２０】
さらに、前記両側部の周辺の前記デッドゾーン１８，１９は、前記作動部１０の対称線２８から間隔Ｄで位置されているので、反傾き効果は対応する幅ｄの作動容積の傾き効果よりも大きい。これは、最大引っ張り力がデッドゾーン１８，１９内にて最大となるためである。それゆえデッドゾーン１８，１９の位置は最悪である。前記作動部１０の中央部のデッドゾーン１６もまた傾斜を妨害する。しかし、対称線２８におけるデッドゾーン１６の位置は、デッドゾーン１６の影響を無視できるほどにする。前記デッドゾーンの妨害機能に打ち勝つために要求される余分な力は、前記作動部１０の余分な熱として放出され、熱問題を引き起こす。傾斜をより効率よく作り出すために、前記作動部１０の作動範囲２２，２４は、前記側部２０に最も近接して提供されなければならない。現在の製造技術では、前記幅ｄは約１５０−２００μｍ、だが一方、小さなモータ内の前記間隔Ｄは約１−２ｍｍである。単純計算によれば、多くの場合における効率は５０％以上削減される。
【００２１】
図２Ｃは、前記内部電極１２がそれよりむしろ前記作動部１０に沿って設けられた類似のケースを表示している。ここでも、デッドゾーンは側部２０に近接して設けられ、このことは有効な効率性を減らしてしまう。この場合、前記ｄ３１励起がより用いられ、このことは前記効率をさらに減らしてしまう。
【００２２】
本発明によれば、図２Ｄに示すように、内部電極１２を前記傾き方向１５、すなわちアクチュエータと接触する本体が動かされる方向に垂直に配置することによって、作動部１０の傾き方向１５にあって側部２０に接近したデッドゾーン１８，１９のサイズを減少できる。内部電極１２をこの方向に設けることができるので、前記作動部の強化が同じ方向内にて実現できる。これは製造の間の平面内の構造化の制限が図２Ｄの紙面に垂直方向内でのみ適用されることを意味する。
【００２３】
前記電極の前、間及び後に設けられた電気機械材料の厚さは、他の製造特性によって制御される。厚さは１００μｍを下回るのが好ましい、さらに１０−２０μｍに制限された厚みが後述する犠牲材料技術の使用によって相応しくさえある。これは、前記デッドゾーンは多かれ少なかれ、相殺的な効果が最も厳しい方向である、前記傾き方向の両側部から完全に除去される、という結果をもたらす。デッドゾーンは、その代わりに前記傾き方向に平行に両側部に現れるかもしれない、しかしそこでは、前記相殺効果はより小さい。提案する前記電極の配置は、曲げ動作の励起が、背景にて説明したように、ｄ３３伸長／収縮より小さい、前記ｄ３１の伸長／収縮に依存する。
【００２４】
前記ｄ３３脚に関係して前記ｄ３１脚の動きは、前記デッドゾーンからの影響が補償されるときにさえも、前記ピエゾ電気効率間の関係から予測されるものよりも良好であることが気づかれてきた。前記ｄ３１脚の曲げを改善するところのいくつかの要素がある。２及び３次元内の変形が後部３への大きく限定された接近であることが一つの要素である。材料はほとんど圧縮できないと考えられるので、２及び３次元の動作制限は、曲げの改善を与える１次元の変形減少という結果となる。しかし、多くのアプリケーションにあって、前記減少されたデッドゾーンの利点は、いずれにせよ前記ｄ３３効率との関係ではより低いｄ３１効率を超えて補償する。
【００２５】
この種類のピエゾ電気モータの別の重要なパラメータは、複数の脚の剛性である。前記ｄ３１脚は、ｄ３３脚よりも高い弾性モジュールを有し、これは実際にはそれら脚がより高い負荷を扱うことができることを意味する。
【００２６】
外部電極を前記作動部のまさにその表面に設けることもでき、それにより前記両側からデッドゾーンの容積を除去する。このような場合、信号電極は電気的にも化学的にも保護されなければならない。信号電極を電気的にも化学的にも保護することは、製造をわずかに複雑にする。好ましくは、外部電極は、保護を軽くする必要から、接地電極に接続するべきである。
【００２７】
図３は本発明に係る内部電極配置の具現化例を表示する。電気機械アクチュエータ２は、後部３と電気機械的に作用する二つの作動部１０を備える。他の具現化例にあっては、二つより多い作動部１０が用いられるかもしれない。前記作動部１０は、概して縦長の形状であり、後部３から方向１７に沿って拡張されて「脚」を形成する。前記作動部１０は、第１端７によって後部３の第１側部８に取り付けられる。好ましくは、前記作動部１０及び後部３は、一つの単一体に一体化されて形成される。第２、又は底部、後部３の側部は、典型的には、いくつかのハウジングに対する支持のために配置される。前記作動部１０の第２端６は、電気機械アクチュエータ２が本体を駆動するための先端を形成する。前記二つの作動部１０は、第１方向１５内で互いに列を成して平行に配置される。この第１方向１５は、可動体が移動されるところの方向である。言い換えると、作動部１０は、前記アクチュエータ２の移動方向に相互に並べて配置される。
【００２８】
二つの前記作動部１０は、電気機械的に作動する物質内に配置される内部電極によって同じ様な動作が提供される。内部電極層１２Ａ−Ｅは、前記第１方向１５に実質的に垂直に方向付けられる概して平坦な二次元形状を有する。前記内部電極層は、各作動部１０内で二つのグループ３２にグループ化される。これらのグループは、個々に励起され、バイモルフ構造を形成する。典型的には、各グループ３２内の内部電極１２は、接地電極１２Ｅと励起電極１２Ａ−Ｄとを交互に備える。異なる電圧信号を前記励起電極に供給することにより、４つのバイモルフセクション３２は個々に励起される。各作動部１０の外側の電極は本具現化例の励起電極１２Ａ−Ｄであり、さらに能動的ボリュームで使われるときに、電気機械材料の非常に薄い層で覆われる。
【００２９】
本具現化例にあって、内部電極層１２Ａ−Ｅは電気機械アクチュエータ２の主要部分に広がる、つまり、前記作動部１０の先端６と前記後部３の第２側部９との間の範囲の大部分を覆う。前記電極層１２Ａ−Ｅは良好な熱伝導体であり、さらに前記電極層が連続的な層であるので、そのような配置は作動部１０を通しての熱伝導に関してメリットをもたらす。しかし、他の解決策も可能である。例えば、他の具現化例にあって、前記内部電極層１２Ａ−Ｅの一部のみ全電気機械アクチュエータ２に延長し、一方、他部は作動部１０にまたがって延長する。
【００３０】
図４Ａ−Ｄは、電極配置の異なった具体例を表示する。図４Ａは内部電極１２Ａの平面内における作動部１０及び後部３を通しての断面である。前記作動部１０内にあって、前記内部電極１２Ａは、電気機械的に作動する物質３４によって全体的に覆われている。しかし、後部３では、前記内部電極１２Ａは側面１３に達している。前記後部の前記面での内部電極１２Ａの外観は、それによって接触部３６を形成し、内部電極１２Ａと電気的接触を提供するように第１に意図される。表面電極も、もしあれば、後部３の表面で接触部を有する。図示された具現化例にあって、フレキシブルプリント回路ボード４２は、接触部３６に取り付けられている。フレキシブルプリント回路ボード４２は、前記内部電極１２Ａに電圧信号を供給するために必要な電気回路を提供する。前記後部３は図示された具体例にあってハウジング４０により支持されている。ハウジング４０は、後部３の底側９に対して配置されたヒートシンク３８を備える。前記内部電極１２Ａより下で電気機械的に作動する物質３４の容量を削減することにより、及び好ましくはそれを完全に除去することにより、前記内部電極からヒートシンク３８への良好な熱伝導が実現される。ヒートシンク３８が電気的に接触されていれば、電気的絶縁層が内部電極１２Ａとヒートシンクの間又は熱伝導経路の他のいかなる部分にも設けられなければならない。前記接触部３６と前記ヒートシンクとの間に熱伝導体４４を設けることにより補助熱伝導体が提供される。
【００３１】
図４Ｂは図４Ａに示された同一の具体例の接地内部電極１２Ｅでの断面図である。接地内部電極１２Ｅも電気機械的に作動する物質３４によって全体的に覆われている。しかし、後部３にて、図４Ａの内部電極１２Ａに比べて反対側１１で表面に達している。これは、内部電極１２Ａの反対側で簡素な方法のうちに接地内部電極１２Ｅに電気的接触を提供することを可能にする。熱除去配置は関連した方法によって行われる。
【００３２】
接触は多くの異なる構成で行われる。図４Ｃは他の具体例による、内部電極１２Ａの平面内の作動部１０及び後部３を通しての断面を示す。この具体例では、作動しない材料３４を前記側部で最小とするように、内部電極１２Ａは作動部１０をできるだけ広く覆う。しかしながら、後部では幾何学的な状態が曲げのようであり、また他の動作は厳しく制限され、前記内部電極１２Ａは不要材料を励起しないために領域内で制限され、それにより不要な熱の生成を避ける。この方法では所望されない後部３の曲げを避けることができる。電界を制御する電極がないところで、弾性のモジュールがより高いので、後部の剛性も増加する。しかしながら、前記電極１２Ａの領域を削減することは、熱伝達能力を削減するだろうし、トレードオフが熱伝導と不要な励起との間で実行される。
【００３３】
前記内部電極は、本具現化例の中で、後部３の底部側９で表面に達しており、そこで接触部３６が形成される。ハウジング４０は、本具現化例では、フレキシブルプリント回路ボード４２によって一部を占められ、その上には内部電極１２Ａの励起のための電気回路が熱伝導手段３８と同様に設けられている。
【００３４】
図４Ｄには、対応する接地内部電極１２Ｅが表示されている。この電極も後部３の底部側９で接触部３６を有する。これは、電気機械アクチュエータ２をフレキシブルプリント回路ボード３８に結合するだけで、機械的、電気的及び熱接続が機能されることを意味する。さらに、電気機械アクチュエータ２の全外表面は、化学的耐性と同様に本来的に絶縁である、電気機械材料を呈するだけである。付加的な製造ステップ、例えば非活性化は、それゆえ除外される。
【００３５】
図４Ｅ及び４Ｆは別の具現化例を示す。図４Ｅの具現化例にあって、内部電極１２Ａは後部３の制限された部分で側面１３に達し、それによって図４Ａと比較して、より小さな接触部３６を提供する。図４Ｆにあって、接地内部電極１２Ｅは類似の形状にて接触部３６を有する。このような構造により、接地内部電極１２Ｅの接触と同様に内部電極１２Ａの接触は、後部３の側面１３にて例えば単一のフレキシブルプリント回路ボード４２によって行われる。ここでもまた、後部３における電極１２Ａ及び１２Ｅとの間の重複は、後部３に剛性を確保するため、さらに後部３の曲げを避けるために、最小化される。しかし、前記それら電極は作動部１０の動作を向上するために、後部３内の小さな範囲で重複する。
【００３６】
前記作動部１０内の前記電極の形状及び位置は、多くの異なる方法にて変形される。前記第１の方向１５に垂直な方向におけるいくつかの電極層の意図的な配置によって作動部１０の屈曲が方向１５とは全く平行ではない方向に形成される。これは、電気機械アクチュエータ２を回転しているディスクを駆動するために用いるときに有利である。前記電極は、作動部１０の長手方向に沿って異なる幅を有することもでき、さらにいくつかの個々の層は他とは異なる。特別な場合にあって、前記第１の方向１５に直行する方向内にて屈曲することも要求される。これは、一の電極を二つの異なる電極に分割することにより達成され、さらにこれらの電極を異なる電気信号で駆動する。
【００３７】
前述の説明から、前記作動部の主伸長方向に沿う前記内部電極構成は前記電気機械材料からヒートシンクを有するハウジングへの非常に効率的な熱伝達のために開放されているのが明らかである。そのような熱伝達経路の対策は、内部電極が作動部の主伸長方向に設けられる場合には、より複雑である。これは、本発明に係る装置にあって、動作周波数及び／又は電圧が潜在的に上昇することを意味する。多少効率的ではない電気機械効果の使用、前記ｄ３１励起を用いるような、例えばピエゾ電気効果は、高電圧及び／又は高周波数での装置の操作によって補償される。しかし、本発明の前記内部電極構成は、効率的な熱伝達をもたらし、さらに前記アクチュエータの温度はそれゆえキュリー温度を下回って保持される。
【００３８】
本発明は、非常に小さなサイズのモータに適用されるとき、特に有益である。合計の容積が小さいとき、デッドゾーンと有効な電気機械材料の比率は高い。本発明の使用は、モータサイズのさらなる削減の実現性を高める。アクチュエータサイズが例えば１ｍｍを下回ると実現を可能とする。
【００３９】
モータサイズに関係して、アクチュエータに関しての可動体の平面性及び粗さが考慮される。アクチュエータの前記「脚」間のより狭い範囲は、前記本体の平面性の精度制限を減らす。しかし、前記アクチュエータの脚が比較的広いときでも、取り付けの間、この研究の知識は角度許容度を増加するために使用される。
【００４０】
駆動パッド間のより狭い間隔による他の利点もある。一つの重要な場合にあっては、モータが二つの脚のみから成り立つときであり、さらに動作がダイナミック歩行モードによってなるときである。例えば、可動体に押し付けられたモータは、本体の慣性又はステータ或いはモータのハウジングが充分に大きければ、歩行動作を創り出すことができる。前記脚間の距離の削減により、歩行周波数は削減される、又はその代わりに、部品の慣性は低くされる。
【００４１】
本発明にて説明された詳細な具体例は、ステッピング又はウォーキング動作機構にとって特に有益なモータ及びアクチュエータを示す。しかし、本発明の原理は、この明細書にて上述したように、例えば、制限されるものではないが、慣性を基にした機構、例えばスティック−スリップ原理、又は共振を基にした機構のような他のタイプの駆動機構にも適用される。
【００４２】
図５Ａは電気機械アクチュエータ２の具体例の上部を示す。各上部端６には、駆動パッド５０、５２が取り付けられている。前記駆動パッド５０、５２は、前記電気機械アクチュエータ２に適切な弾力性及び可動体に関連した耐摩耗性を与えるのに有効である。本具体例にあって、前記駆動パッド５０、５２は、前記電気機械材料５６の上部に比べて、可動体に対して削減された接触領域５４を形成する。さらに、前記駆動パッド５０、５２は、主作動部１０については非対照的であり、さらに相互に好ましくは反転されている。そのような方法にあって、前記アクチュエータ２の「脚」間の見かけ上の間隔は、いかなる所望の間隔にも適用される。本具体例にあって、前記見かけ上の間隔は、各作動部の中心線間の距離のおよそ半分である。図５Ｂにあって、より極端な状態が提案されているが、前記見かけ上の間隔は、作動部１０間のスリット２１と同じ大きさのオーダーである。非対照配置による不利な点は、前記駆動パッド先端の動作パターンがいくぶん複雑になり、また制御できなくなりやすいことである。
【００４３】
特に大量生産を意図した、好ましい製造手順にあって、作動部１０間のスリット２１は、前記作動部１０及び後部３に共通の本体の未加工セラミック状態での、多量の犠牲材料の封入によって形成された。犠牲材料の層は、作動部１０の一つの未加工セラミック状態上にスクリーン印刷される。他の作動部を形成するセラミック層はその後前記犠牲材料の上部に鋳造された。前記材料を前記未加工セラミック状態から機能的なピエゾセラミックアクチュエータに変換するために、前記未加工セラミック状態アクチュエータは炉の中に置かれ、セラミック部分のポリマ接合剤及び前記犠牲材料は高窒素雰囲気中で例えば５００−６００℃の中間温度で焼かれた。最終焼結がその後、例えば大気中にて約１３００°という高温にて実行された。
【００４４】
前述した具現化例は、本発明のいくつかの実例として理解される。本技術分野における当業者は種々の変形例を理解できるであろうし、具体例の組み合わせ及び変更は本発明の範囲を逸脱することなしになし得る。特に、異なる具現化例の異なる部分解決は技術的に可能な他の構成において組みこまれる。本発明の範囲は、あくまでも添付の特許請求の範囲によって定義される。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】「脚」アクチュエータの典型的な構成を示す図である。
【図２Ａ】前記アクチュエータにおける、異なる「デッド」ゾーンの影響を示す図である。
【図２Ｂ】前記アクチュエータにおける、異なる「デッド」ゾーンの影響を示す図である。
【図２Ｃ】前記アクチュエータにおける、異なる「デッド」ゾーンの影響を示す図である。
【図２Ｄ】前記アクチュエータにおける、異なる「デッド」ゾーンの影響を示す図である。
【図３】本発明に係る内部電極構成の具体例の概略構成図である。
【図４Ａ】本発明に係る内部電極配置の具体例を示す図である。
【図４Ｂ】本発明に係る内部電極配置の具体例を示す図である。
【図４Ｃ】本発明に係る内部電極配置の具体例を示す図である。
【図４Ｄ】本発明に係る内部電極配置の具体例を示す図である。
【図５Ａ】非対称駆動パッドを設けた電気機械アクチュエータを示す図である。
【図５Ｂ】非対称駆動パッドを設けた電気機械アクチュエータを示す図である。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図４Ｅ】
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【図４Ｆ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【国際調査報告】
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