(57)【要約】  本発明は、圧電式の駆動装置のための圧電式のアクチュエータユニット（３）であって、第１のキャップ（１２）に対して緊締された圧電式のアクチュエータ（１０）が設けられていて、前記第１のキャップ（１２）が、この第１のキャップ（１２）を介して圧電式の駆動装置の駆動体（１）に固定するように構成されており、ケーブル（５）及び／又はコンタクトピン（１６）が設けられていて、該ケーブル（５）及び／又はコンタクトピン（１６）が前記アクチュエータ（１０）に結合された、このアクチュエータ（１０）を電気的に制御するためのコンタクトエレメントとして構成されている形式のものにおいて、第１のキャップ（１２）が、コンタクトエレメント（５，１６）を引き込みガイドするための少なくとも１つの開口（１５）を有していることを特徴としている。特に有利には、このような圧電式のアクチュエータは圧電式の駆動装置に組み込まれており、この圧電式の駆動装置は、円筒形の駆動面（２）を備えた駆動体（１）と、該駆動体（１）を駆動面（ｘ，ｙ）で振動させる圧電式のアクチュエータ（１０）を備えた少なくとも２つの駆動ユニット（３）と、駆動面（２）に当接し、振動によって回転運動せしめられる駆動軸（４）と、アクチュエータ（１０）を駆動するために、前記アクチュエータ（１０）に回路を接続するためのコンタクトエレメントとを有している。
2009508462.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電式の駆動装置のための圧電式のアクチュエータユニット（３）であって、
第１のキャップ（１２）に対して緊締された圧電式のアクチュエータ（１０）が設けられていて、前記第１のキャップ（１２）は、この第１のキャップ（１２）を介して前記アクチュエータユニット（３）を圧電式の駆動装置の駆動体（１）に固定するように構成されており、
ケーブル（５）及び／又はコンタクトピン（１６）が設けられていて、該ケーブル（５）及び／又はコンタクトピン（１６）が前記アクチュエータ（１０）に結合された、このアクチュエータ（１０）を電気的に制御するためのコンタクトエレメントとして構成されている形式のものにおいて、
第１のキャップ（１２）が、コンタクトエレメント（５，１６）を引き込みガイドするための少なくとも１つの開口（１５）を有していることを特徴とする、圧電式のアクチュエータユニット。
【請求項２】
前記アクチュエータ（１０）が、ばねエレメント（１３）によって第１のキャップ（１２）と第２のキャップ（１１）との間に緊締されており、前記アクチュエータ（１０）が、励磁された時に、２つのキャップ（１１，１２）の方向に伸張及び／又は圧縮するように、配置されている、請求項１記載のアクチュエータユニット。
【請求項３】
前記ばねエレメント（１３）がブルドン管として構成されていて、アクチュエータ（１０）を包囲するように配置されている、請求項１又は２記載のアクチュエータユニット。
【請求項４】
第１のキャップ（１２）と、単数若しくは複数の第２のキャップ（１１）とが、前記ばねエレメント（１３）に形状接続式に結合されていて、第２のキャップ（１２）が前記アクチュエータ（１０）を面状に支えている、請求項１から３までのいずれか１項記載のアクチュエータユニット。
【請求項５】
前記第１のキャップ（１２）が、駆動体（１）のエレメントに、押しつぶし結合、溶接結合又はねじ結合によって連結するように、構成されている、請求項１から４までのいずれか１項記載のアクチュエータユニット。
【請求項６】
少なくとも１つの開口（１５）が、アクチュエータ（１０）の前面側の伸張方向又は収縮方向に、前記第１のキャップ（１２）を通って延在している、請求項１から５までのいずれか１項記載のアクチュエータユニット。
【請求項７】
少なくとも１つの開口（１５）が、アクチュエータ（１０）の前面側の伸張方向又は収縮方向で、少なくとも１つの開口（１５）の前面側の領域内で側方に向かって開放している、請求項６記載の駆動ユニット。
【請求項８】
少なくとも１つの開口（１５）が、アクチュエータ（１０）の前面側の伸張方向又は収縮方向に対して横方向で第１のキャップ（１２）を貫通して延在している、請求項１から７までのいずれか１項記載の駆動ユニット。
【請求項９】
圧電式の駆動装置であって、
円筒形の駆動面（２）を備えた駆動体（１）と、
該駆動体（１）を駆動面（ｘ，ｙ）で振動させる圧電式のアクチュエータ（１０）を備えた少なくとも２つの駆動ユニット（３）と、
駆動面（２）に当接し、振動によって回転運動せしめられる駆動軸（４）と、
アクチュエータ（１０）を駆動するために、前記アクチュエータ（１０）に回路を接続するためのコンタクトエレメントと、
を有している形式のものにおいて、
前記アクチュエータユニット（３）が、請求項１から８までのいずれか１項記載の駆動ユニットとして構成されている、
ことを特徴とする、圧電式の駆動装置。
【請求項１０】
ハウジング（７，８）と、単数又は複数のプラグ（９）とを有しており、該プラグ（９）が、前記ハウジング（７，８）内に配置されたコンタクトエレメント（５）をハウジング（７，８）の外から前記回路に接続するために、前記駆動軸（４）に対して軸平行に前記ハウジング（７，８）に構成されている、請求項９記載の圧電式の駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の上位概念部に記載した圧電式のアクチュエータユニット、若しくはこのようなアクチュエータユニットを備えた圧電式の駆動装置に関する。
【０００２】
圧電式のアクチュエータは、多様な形式で調節部材として使用されている。ヨーロッパ特許第１０９８４２９号明細書に記載されているように、このような圧電式のアクチュエータは駆動部材としてピエゾモータに使用されている。このようなピエゾモータは、毎分１００回転よりも小さい比較的低い回転数において例えば１Ｎｍ乃至５Ｎｍの高いトルクを提供することができることを特徴としており、従って特に低い回転速度でしかも高いトルクを必要とするような調節のために適している。
【０００３】
図６に示されているように、このような形式の圧電モータは、圧電・アクチュエータ駆動装置として、円筒形の駆動面２を有する駆動体１と、該駆動体１を駆動平面ｘ，ｙで振動させる少なくとも２つの圧電式のアクチュエータユニット３と、駆動軸４と、前記アクチュエータユニット３を駆動するための、対応配置された回路装置とを有しており、前記駆動軸４は、駆動平面に対して垂直に回転しながら駆動面２に当接していて、振動によって回転せしめられるようになっている。
【０００４】
このような設計のモータの中央部は、プリロード（予備荷重）のかけられたブルドン管（Rohrfeder）によって包囲された圧電アクチュエータである。ブルドン管の下方及び上方は２つの圧電キャップによって制限されており、これら２つの圧電キャップ間に本来の圧電アクチュエータが設けられている。このような構造、つまり「アンダーキャップ・ブルドン管・圧電セラミック・オーバーキャップ」という構造は、独立した駆動ユニットを形成している。
【０００５】
アクチュエータユニットは、「圧電リングモータ」内でその上面側が、オーバーキャップを介して、押しつぶし結合、溶接結合又はねじ結合によって引張負荷、押圧負荷、剪断負荷及び曲げ負荷に対して機械的に堅固に駆動体１に連結されている。アクチュエータユニットの下面側のアンダーキャップ内に、ケーブル５を引き込むためのケーブル引き込みガイド部が形成されている。
【０００６】
アクチュエータユニット３は、ケーブル５によって回路装置に接続されており、このケーブル５はハウジング７，８内の開口６から突き出している。ケーブル５は、アクチュエータユニット３を制御するために、裏側で、つまりアクチュエータユニット３の、駆動ユニット１とは反対側の端部においてアクチュエータユニット３から導出ガイドされている。それに応じて、ハウジング７，８の脚端部に開口６が形成されている。しかしながらこのような装置は、構造寸法及び一体的なケーブルガイドに関連して最適なものではない。脚端部に場合によっては設けられているプラグ構造によって、構造寸法は著しく大きくなり、これによって一般的な使用において妨げとなっている。
【０００７】
本発明の課題は、このようなアクチュエータユニットを備えた圧電式のアクチュエータ若しくは圧電式の駆動装置を構造的に改良することである。
【０００８】
この課題は、請求項１に記載した特徴を有するアクチュエータユニットによって、若しくは請求項９に記載した特徴を有する圧電式の駆動装置によって解決された。有利な実施態様は、従属請求項に記載されている。
【０００９】
本発明による、圧電式の駆動装置のための圧電式のアクチュエータユニットによれば、第１のキャップに対して緊締された圧電式のアクチュエータが設けられていて、前記第１のキャップが、この第１のキャップを介してアクチュエータユニットを圧電式の駆動装置の駆動体に固定するように構成されており、ケーブル及び／又はコンタクトピンが設けられていて、該ケーブル及び／又はコンタクトピンが前記アクチュエータに結合された、このアクチュエータを電気的に制御するためのコンタクトエレメントとして構成されており、この場合、第１のキャップが、コンタクトエレメントを貫通ガイドするための少なくとも１つの開口を有している。
【００１０】
有利な形式で、記アクチュエータは、ばねエレメントによって第１のキャップと第２のキャップとの間に緊締されており、前記アクチュエータが、励磁された時に、２つのキャップの方向に伸張及び／又は圧縮するように、配置されている。また有利な形式で、ばねエレメントはブルドン管として構成されていて、アクチュエータを包囲するように配置されている。第１のキャップと、単数若しくは複数の第２のキャップとは、ばねエレメントに形状接続（形状による束縛）式に結合されていて、第２のキャップが前記アクチュエータを面状に支えている。また有利には、第１のキャップが、駆動体のエレメントに、押しつぶし結合、溶接結合又はねじ結合によって連結するように、構成されている。
【００１１】
有利な形式で、少なくとも１つの開口が、アクチュエータの前面側の伸張方向又は収縮方向に、前記第１のキャップを通って延在している。また有利には、少なくとも１つの開口が、アクチュエータの前面側の伸張方向又は収縮方向で、少なくとも１つの開口の前面側の領域内で側方に向かって開放している。また有利には、少なくとも１つの開口が、アクチュエータの前面側の伸張方向又は収縮方向に対して横方向で第１のキャップを貫通して延在している。
【００１２】
本発明の圧電式の駆動装置によれば、円筒形の駆動面を備えた駆動体と、該駆動体を駆動面で振動させる圧電式のアクチュエータを備えた少なくとも２つの駆動ユニットと、駆動面に当接し、振動によって回転運動せしめられる駆動軸と、アクチュエータを駆動するために、前記アクチュエータに回路を接続するためのコンタクトエレメントとを有している。このような圧電式の駆動装置は、有利には、ハウジングと単数又は複数のプラグとを有しており、これらのプラグは、ハウジング内に配置されたコンタクトエレメントをハウジングの外から回路に接続するために、前記駆動軸に対して軸平行に前記ハウジングに構成されている。
【００１３】
このようなアクチュエータユニットによって、圧電・アクチュエータ・駆動装置のコンパクトな構造形式が可能である。しかもこの場合、電気接続部を確実に、かつ改善された形式で導出することによって規格化された電気的な接続が可能である。
【００１４】
アクチュエータユニットのアンダーキャップは、単に制限エレメントとして構成される。駆動ユニットと駆動体との間の連結も、また圧電アクチュエータのケーブル引き込みガイドもできるようにするために、オーバーキャップは、２重の機能性を有している。
【００１５】
このような構造形式によって、ケーブルを中央において１箇所で、又は場合によっては複数箇所でモータハウジングから導出ガイドすることができる。脚部の端部における配線はもはや必要ない。またモータは著しく小型に構成することができる。有利な形式で、接触のために、例えば引張負荷及び規格化された部分の互換性によって保証されている、工業規格化されたプラグを使用することができる。
【００１６】
本発明によれば、公知の圧電リングモータの構成と比較して、特に高い統合性、高い機能確実性、規格化されたケーブル引き込みガイド、及び引張負荷軽減という利点が提供される。
【００１７】
実施例が以下に図面を用いて詳しく説明されている。
【００１８】
図１は、上部のハウジング部分を取り除いた、アクチュエータユニットを備えた圧電アクチュエータ駆動装置の上から見た斜視図、
図２は、ハウジングを閉じた状態の、図１に示した圧電アクチュエータ駆動装置、
図３は、アクチュエータユニットの断面図、
図４は、ケーブルを正面側から導出するための開口を備えた、アクチュエータユニットのオーバーキャップ、
図５は、アクチュエータユニットのオーバーキャップの平面図、
図６は、ハウジングを閉じた状態の、従来技術による圧電アクチュエータ駆動装置の上から見た斜視図である。
【００１９】
図１及び図２は、有利な形式で構成されたアクチュエータユニット３を備えた圧電リングモータの形式の圧電アクチュエータ駆動装置の１実施例を示す。
【００２０】
圧電アクチュエータ駆動装置は、ハウジング７，８内に、互いに作用接続している複数の構成部材を有している。中央の部材は、内側又は選択的に外側に配置された円筒形の駆動面２を備えた駆動体１である。図示の駆動体１の外周面に、少なくとも２つ、この実施例では特に４つの圧電式のアクチュエータユニット３が固定されており、これらのアクチュエータユニット３が、駆動体１を駆動平面ｘ、ｙで振動運動させる。
【００２１】
アクチュエータユニット３は、圧電リングモータ内でその前側若しくは上面側が、第１のオーバーキャップ１２を介して、特に押しつぶし結合、溶接結合又はねじ結合によって、引張応力、圧縮応力、剪断応力及び曲げ応力に対して機械的に堅牢に駆動体１に連結されている。アクチュエータユニット３の後ろ側の端部は、ハウジング７，８の内壁において開口６の側方に固定されているか、又は支持されている。それに応じてハウジング７，８の脚端部における開口６は、例えばアクチュエータユニット３をオプション的に嵌め込むか又は交換するため以外は、不要である。
【００２２】
駆動平面に対して垂直に第３の方向ｚに延在し、かつ駆動面２に当接する駆動軸４は、振動によって回転せしめられる。駆動軸３は、少なくとも一方側がハウジング７，８から突き出していて、ハウジング７，８のハウジング壁内に支承されているか、又はこのハウジング７，８のハウジング壁に対して相対的に使用されている。内部に配置された、又は外部にも配置された回路装置は、アクチュエータユニット３を駆動するために用いられる。
【００２３】
別の構造形式を有する、このような設計のモータ又は選択的な駆動部のその他の中央部は、アクチュエータユニット３である。特に図３に示されているように、アクチュエータユニット３は、ばねエレメント１３としてのプリロード（予備荷重）のかけられたブルドン管（Ｒｏｈｒｆｅｄｅｒ）によって包囲されている、組み込まれた圧電式のアクチュエータ１０を備えて構成されている。ブルドン管は、下方及び上方から、２つの圧電キャップ、つまりボトムキャップ若しくは第２のアンダーキャップ１１とオーバーキャップ１２とによって制限されており、これらのアンダーキャップ１１とオーバーキャップ１２との間に本来のアクチュエータ１０が設けられている。このような構造、つまりアンダーキャップ１１とブルドン管と圧電セラミックとオーバーキャップ１２とから成る構造は、自立したアクチュエータユニット３を形成している。
【００２４】
有利な形式でアンダーキャップ１１は、ばねエレメント１３に形状結合（形状による束縛）式に、有利には溶接によって結合されている。ボトムキャップはアクチュエータ１０を有利な形式で面状に支持している。有利な形式でオーバーキャップ１２は同様に、ばねエレメント１３に形状接続式に、有利には溶接によって結合されている。オーバーキャップ１２は、押しつぶし結合、溶接結合又はねじ結合によって、別のエレメント例えば環状の駆動体１に機械的に連結可能である。オーバーキャップは、圧電アクチュエータ接点又はケーブルを同時に貫通ガイドすることを可能にする。この場合、これらの構成部材の整列は、アクチュエータ１０が励磁されるとほぼ２つのキャップ１１，１２の方向に伸張かつ／又は圧縮するように、選定されている。
【００２５】
アクチュエータユニット３は、回路装置にケーブル５を用いて接続可能である。ケーブル５は、アクチュエータユニット３を制御するために前方側で、つまり駆動体１に面した側の、アクチュエータユニット３の端部においてアクチュエータユニット３から導出されている。
【００２６】
図１及び図２に示した、それぞれ２つのプラグ接点を有する２つのプラグ９によって、外部へのケーブル５の所定の接続可能性が得られる。この場合、ケーブル５のガイドは、完全にモータ内に若しくはモータのハウジング７，８内に延在している。アクチュエータユニット３のアンダーキャップ１１は、ハウジング７，８内で固定するためだけに用いられる。ハウジング７，８内に配置された接触エレメント５（ケーブル）を、ハウジング７，８の外から外部の回路に接続するために、前記のようなプラグ９はハウジング７，８で軸４に対して有利な形式で軸方向に構成されている。
【００２７】
オーバーキャップ１２は、図４及び図５に示されているように、例えばアクチュエータ３の２つのケーブルを導出させるための孔通路の形状の、１つ又は有利には２つのケーブル開口１５を有している。ケーブル開口１５は、前方に若しくは軸方向に延在している。この開口を通ってそれぞれガイドされたケーブル５を側方に変向ガイドすることができるように、ケーブル開口１５は前方側の領域が側方に向かって開口している。
【００２８】
ケーブル開口１５内にそれぞれ、圧電アクチュエータ１０を接触させるためのコンタクトエレメントとしての圧電コンタクトピン１６が導入されている。ケーブル５は、例えば相応のコンタクトピン１６と、このコンタクトピン１６に隣接するオーバーキャップ１２の壁部との間に緊締されているか、又は接点ピン１６に堅固に、例えばはんだ付けによって固定されている。
【００２９】
圧電コンタクトピン１６の長さを適当に選択することによって、ケーブルガイドの曲率半径Ｒ（図３）は、それぞれの構成条件に影響を及ぼすことができる。
【００３０】
１つの接点を有するアクチュエータ１０の接触が、下側つまり逆側から行われる場合は、ケーブル開口１５は、場合によって貫通ガイドされたコンタクトピンによって、アクチュエータ１０の側方のスペースを通って、つまり特にアクチュエータ１０のシリコーン射出成形部１４の本体を通ってガイドされる。
【００３１】
オーバーキャップ１２の構造は、例えば単数又は複数の端面側のねじ山付き孔１７の内部に、例えば規格化されたねじ山Ｍ４−Ｍ６を有するねじ山付きピンを受容することができ、端面側の環状支承面が最適な機械的剛性を得るためにできるだけ大きく維持されるように、選定されている。付加的に又は選択的にねじ山を省いて、駆動体１におけるオーバーキャップ１２の選択的な連結形式を例えば溶接によって行うようにしてもよい。
【００３２】
選択的な多くの実施態様が可能である。例えば、ねじ山付き孔１７を介して、ねじ結合によって別の部材に連結することも可能である。
【００３３】
正面側の領域のケーブル開口１５を側方に向かって開放するように構成する代わりに、ケーブル開口を、段付けされた正面側の上面から軸方向に、又はこの上面に対して傾斜してアクチュエータ１０に向かう方向にガイドしてもよい。圧電コンタクトピンは、特にリッツ線として又はコンタクトエレメントとしてのケーブルの終端区分によって構成される。圧電コンタクトピンは、軸方向ではなく、直接側方に特に半径方向で外方にガイドしてもよい。
【００３４】
有利な形式で、ハウジング７，８の外側におけるケーブル接続は、１つだけのプラグによって、又は２つ以上のプラグ９によっても可能である。プラグ９を介しての接続可能性の代わりに、ケーブル５は、適当な開口を通してハウジング７，８から直接的にガイドすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】上部のハウジング部分を取り除いた、アクチュエータユニットを備えた圧電アクチュエータ駆動装置の上から見た斜視図である。
【図２】ハウジングを閉じた状態の、図１に示した圧電アクチュエータ駆動装置の斜視図である。
【図３】アクチュエータユニットの断面図である。
【図４】ケーブルを正面側から導出するための開口を備えた、アクチュエータユニットのオーバーキャップの斜視図である。
【図５】アクチュエータユニットのオーバーキャップの平面図である。
【図６】ハウジングを閉じた状態の、従来技術による圧電アクチュエータ駆動装置の上から見た斜視図である。
【図１】
2009508462.tif 000003
【図２】
2009508462.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
2009508462.tif 000009
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