(57)【要約】圧電モータ（６）は、間隙（７）を形成する固定子（１）およびランナ（４）と、固定子（１）またはランナ（４）に接続されて固定子（１）またはランナ（４）とともに共振子（１，３；４，３）を形成する圧電トランスデューサ（３）とを備える。共振子（１，３；４，３）は主な振動方向（Ｈ）に励振され得る。固定子（１）がランナ（４）に対向する係合面（１ａ）を含むか、またはランナ（４）が固定子（１）に対向する係合面を含むことと、固定子（１）またはランナ（４）が弾性の前進要素（５）を含んで、前進要素（５）が係合面（１ａ）上に少なくとも一時的に位置するように前進要素（５）が固定子（１）とランナ（４）との間の間隙（７）を架橋することとを特徴とする。前進要素（５）は第１の部分（５ｃ）および第２の部分（５ｄ）を含み、これらの部分（５ｃ，５ｄ）は異なる共振振動数を有する。
2005530464.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
間隙（７）を形成する固定子（１）およびランナ（４）と、固定子（１）またはランナ（４）に接続されて固定子（１）またはランナ（４）とともに共振子（１，３；４，３）を形成する圧電トランスデューサ（３）とを備え、共振子（１，３；４，３）は主な振動方向（Ｈ）に励振され得、固定子（１）がランナ（４）に対向する係合面（１ａ）を含むか、またはランナ（４）が固定子（１）に対向する係合面を含むことと、固定子（１）またはランナ（４）が弾性の前進要素（５）を含んで、前進要素（５）が係合面（１ａ）上に少なくとも一時的に位置するように前進要素（５）が固定子（１）とランナ（４）との間の間隙（７）を架橋することとを特徴とし、前記前進要素（５）は第１の部分（５ｃ）および第２の部分（５ｄ）を含み、部分（５ｃ，５ｄ）は異なる共振振動数を有する、圧電モータ（６）。
【請求項２】
線形モータとして設計されることと、共振子（１，３；４，３）が、主な振動方向（Ｈ）に対して垂直に伸びる移動方向（Ｂ）を有することと、係合面（１ａ）が移動方向（Ｂ）に伸びることとを特徴とする、請求項１に記載の圧電モータ。
【請求項３】
回転子として形成された円形のランナ（４）を有する回転モータとして設計されることを特徴とし、共振子（１，３；４，３）の主な振動方向（Ｈ）は、ランナ（４）の回転の中心に対して半径方向に方向付けられ、係合面（１ａ）は円形の態様で伸びる、請求項１に記載の圧電モータ。
【請求項４】
固定子（１）が環状の態様で設計され、圧電トランスデューサ（３）が固定子（１）に堅固に接続され、主な振動方向（Ｈ）が固定子（１）の曲率の中心に対して半径方向に伸びることを特徴とする、請求項３に記載の圧電モータ。
【請求項５】
前進要素（５）が直線に伸びるように設計されることを特徴とする、請求項１から請求項４のいずれかに記載の圧電モータ。
【請求項６】
前進要素（５）が固定子（１）またはランナ（４）の一部であることを特徴とする、請求項１から請求項５のいずれかに記載の圧電モータ。
【請求項７】
前進要素（５）が主な振動方向（Ｈ）に対し、４５度と０度よりも大きな角度との間の傾斜角（α）を含むことを特徴とする、請求項１から請求項６のいずれかに記載の圧電モータ。
【請求項８】
複数の前進要素（５）が、固定子（１）またはランナ（４）上に次々と連続して配置されることを特徴とする、請求項１から請求項７のいずれかに記載の圧電モータ。
【請求項９】
第１の部分（５ｃ）および第２の部分（５ｄ）が鋭い曲げ位置で相接することと、第１の部分（５ｃ）が主な振動方向（Ｈ）に対して或る角度で伸びることと、第２の部分（５ｄ）が主な振動方向（Ｈ）に対して或る角度で第１の部分（５ｃ）に対して反対に伸びることとを特徴とする、請求項１から請求項８のいずれかに記載の圧電モータ。
【請求項１０】
第１の部分（５ｃ）および第２の部分（５ｄ）が、異なる共振振動数を有するように設計されることを特徴とする、請求項９に記載の圧電モータ。
【請求項１１】
固定子（１）またはランナ（４）が中央に配置されて、その各面上に１つの圧電トランスデューサ（３）の各々が配置されるように共振子（１，３；４，３）が設計されることを特徴とする、請求項１から請求項１０のいずれかに記載の圧電モータ。
【請求項１２】
圧電トランスデューサ（３）が中央に配置され、各場合において両面上に固定子（１）またはランナ（４）が配置されるように共振子（１，３；４，３）が設計されることを特徴とする、請求項１から請求項１０のいずれかに記載の圧電モータ。
【請求項１３】
ランナ（４）が外部ランナとして設計されることを特徴とする、請求項１から請求項１２のいずれかに記載の圧電モータ。
【請求項１４】
ランナが軸受の位置（９）に取付けられることを特徴とする、請求項１から請求項１３のいずれかに記載の圧電モータ。
【請求項１５】
固定子（２）が線形の態様で動くように設計されることと、共振子（１，３；４，３）が板様に形成されることと、共振子（１，３；４，３）が固定子（１）を基準として線形に移動可能な態様で取付けられることとを特徴とする、請求項２に記載の圧電モータ。
【請求項１６】
固定子（１）を有する圧電トランスデューサ（３）が共振子（１，３）を形成することを特徴とする、請求項２に記載の圧電モータ。
【請求項１７】
ランナ（４）が固定子（１）を基準として線形に移動可能な態様で取付けられ、少なくとも１つの前進要素（５）を含むことを特徴とする、請求項１６に記載の圧電モータ。
【請求項１８】
固定子（１）が２つの溝を形成するＨ字形の断面を有することを特徴とし、ランナ（４）が線形に移動可能な態様で第１の溝内に取付けられ、１つ以上の圧電トランスデューサ（３）が第２の溝内に配置される、請求項１６または請求項１７に記載の圧電モータ。
【請求項１９】
固定子（１）が溝を形成するＵ字形の断面を有することを特徴とし、ランナ（４）が線形に移動可能な態様でこの溝内に取付けられ、１つ以上の圧電トランスデューサ（３）がＵ字形のプロファイルの基部（１４）に取付けられる、請求項１６または請求項１７に記載の圧電モータ。
【請求項２０】
固定子（１）およびランナ（４）を備える圧電モータ（６）を駆動するための方法であって、固定子（１）またはランナ（４）は圧電的に励振されて主な振動方向（Ｈ）に振動し、固定子（１）がランナ（４）に対向する係合面（１ａ）を含むか、またはランナ（４）が固定子（１）に対向する係合面を含むことと、固定子（１）またはランナ（４）が、係合面（１ａ）に向けて方向付けられた前進要素（５）を含むことと、ランナ（４）が固定子（１）を基準として動かされるように、前進要素（５）が振動によって係合面（１ａ）に積極的に接続させられることと、ランナ（４）が係合振動の振動数に依存して、固定子（１）を基準として１つの方向に、またはこれと反対の方向に動かされることとを特徴とする、方法。
【請求項２１】
前進要素（５）が第１の部分（５ｃ）および第２の部分（５ｄ）を含むことと、第１の部分（５ｃ）が主な振動方向（Ｈ）に対して或る角度で伸びることと、第２の部分（５ｄ）が主な振動方向（Ｈ）に対して或る角度で、第１の部分（５ｃ）に対して反対に伸びることと、第１および第２の部分（５ｃ，５ｄ）が異なる共振振動数を有することと、ランナ（４）が係合振動の振動数に依存して、固定子（１）を基準として１つの方向に、またはこれと反対の方向に動かされることとを特徴とする、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
時間測定技術の装置、写真器械、測定器具、またはタコメータのための、請求項１から請求項１９のいずれかに記載の圧電モータの用途。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、請求項１のプリアンブルに従った圧電モータに関する。この発明はさらに、請求項２０のプリアンブルに従った、圧電モータを駆動するための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
圧電モータは、文書ＥＰ１  ０９８  ４２９  Ａ２から公知であり、この圧電モータは、互いに９０°だけ変位され、かつ、環状に設計された結合要素を介してシャフトに作用することによりシャフトを回転させる、少なくとも２つの長手方向の圧電アクチュエータを含む。個々の長手方向のアクチュエータを作動させるために、９０°の一定の位相関係を有していなければならない正弦波の電圧信号が必要とされる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
この圧電モータは、互いに整合されるべきいくつかの振動体が存在すること、小さなトルクしか生成され得ないこと、結合要素とシャフトとの間に大きな摩耗が生じること、および圧電モータが比較的高価であること、という欠点を有する。
【０００４】
この発明の目的は、より有利な圧電モータを提供することである。この目的は、請求項１の特徴を有する圧電モータによって達成される。従属請求項２〜１９は、さらに有利な構造に関する。この目的は、請求項２０の特徴を有する、圧電モータを駆動するための方法によってさらに達成される。従属請求項２１は、この方法のさらに有利な構造に関する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この目的は特に、間隙を形成する固定子およびランナを備える圧電モータによって達成される。固定子またはランナは圧電トランスデューサに接続され、この圧電トランスデューサは固定子またはランナと共に共振子を形成し、この共振子は主な振動方向に励振され得、固定子がランナに対向する係合面を含むか、またはランナが固定子に対向する係合面を含み、固定子またはランナは弾性（可撓性）の前進要素を含み、この前進要素は、主な振動方向に対して或る角度で伸び、前進要素が係合面上に少なくとも一時的に位置するように固定子とランナとの間の間隙を架橋する。前進要素は共振子によって微小な振動運動を行なうようになり、それによって前進要素は係合面上に前進力を定期的に加え、ランナは、固定子を基準とした前進運動を受けて動かされる。
【０００６】
特に有利な構造において、圧電モータは、回転子として設計された円形のランナと回転子を取り囲む円形の環状固定子とを備えた回転モータとして設計される。固定子には１つまたは２つの環状の圧電トランスデューサが設けられ、この圧電トランスデューサは、固定子と共に共振子を形成する。この共振子は、回転子の回転の中心に対して半径方向に伸びる主な振動方向を有し、これによって共振子は半径方向に及ぶ微小運動を行なう。前進要素は固定子または回転子に接続され、好ましくは基本的に直線に伸びるように設計され、好ましくは主な振動方向を基準として０度よりも大きな角度で、特に２０〜６０度の角度で伸びる。１つの有利な設計では、固定子または回転子の円周方向に、複数から多数の前進要素が互いに等しい間隔を空けて配置され、すべての前進要素が同一係合面上に位置する。その結果、前進要素のアライメントに依存して、時計回りまたは反時計回りに回転する圧電モータが生じる。
【０００７】
さらに有利な設計では、前進要素が直線に伸びるように設計されず、鋭い曲げ位置で相
接する第１の部分および第２の部分を含む。第１および第２の部分は異なる共振振動数（固有振動数）を有し、その結果、圧電回転モータは、共振子の振動数に依存して時計回りの回転または反時計回りの回転を行なう。これらの２つの部分は、モータが作動すると自由に振動し得る。第１の部分が、第１の部分に接続された固定子または回転子を基準として振動するのと同時に、第１の部分を基準として第２の部分が振動して係合面に作用する。
【０００８】
さらに有利な設計では、この発明に従った圧電モータが線形モータとして設計され、固定子が線形方向に延び、ランナがこの方向に移動可能な態様で取付けられる。
【０００９】
この発明に従った圧電モータは以下の利点を有する。すなわち、
この圧電モータは、反時計回り、時計回り、または両方の方向に回転するように設計され得る。
【００１０】
最大トルクおよび速度が、係合面を基準とした前進要素の係合角度によって設定され得る。
【００１１】
係合面が比較的大きいことから、係合面に作用する前進要素は僅かな摩耗しか受けない。
【００１２】
前進要素がハンマー運動せずに係合面に作用するため、結果的に摩耗が僅かとなる。
【００１３】
動作に１つの共振子しか必要とされない。このことは、いくつかの共振子の公知の使用とは対照的に、機械的共振回路の調整を大いに単純化する。
【００１４】
構成が極めて単純である。
【００１５】
製造コストが比較的小さい。
【００１６】
この圧電モータは極めて小さく静かであり、さらに、ほぼ滑らずに作動することが可能であり、回転角度を基準として極めて高い分解能を有する。
【００１７】
曲げモーメントなしにシャフトを駆動することができる。
【００１８】
この圧電モータは、低い回転速度での作動が可能であり、高トルクを有し、したがってトランスミッションギアなしで作動可能である。
【００１９】
この圧電モータは、ミリ秒域の短い回転立ち上がり時間および停止時間を有する。
【００２０】
この圧電モータは、構成体積が小さい。
【００２１】
この圧電モータは、散乱電磁界をほとんど生じない。
【００２２】
この圧電モータは高効率である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
この発明に従った装置のいくつかの実施例を、以下の図面によりこれから詳細に説明する。
【００２４】
以下において、固定子およびランナまたは回転子について言及する場合に、これらの用
語は互いに交換可能である。なぜなら、ランナまたは回転子として示された部分が静止した態様で配置された場合、固定子として示されたモータの静止部が、モータのランナまたは回転部にもなり得るためである。
【００２５】
図１ａおよび図１ｂは、金属またはセラミックの円形の環状固定子と、この固定子１の両面上に配置されて固定子１に堅固に接続された２つの環状圧電トランスデューサ３ａおよび３ｂとを含む共振子１，３を示す。共振子１，３は、中心４ａに対して軸方向に対称に設計され、励振状態において主な振動方向Ｈを有し、すなわち中心４ａに対して半径方向に及ぶ微小運動を行なう。それと同時に、共振子１，３は、点線で示した輪郭によって図１ａに示すように全体が収縮するように、または、点線で示した輪郭によって図１ｂに示すように全体が膨張するように、設計される。
【００２６】
図１ｃは、切断線Ａ−Ａに沿った共振子１，３の断面図を示す。
【００２７】
図２ａおよび図２ｂは、さらに別の共振子１，３を示し、この共振子１，３は、図１ａおよび図１ｂで示した実施例とは対照的に、共振子１，３の円環の幅が、点線で示した輪郭によって図２ａに示すように拡大するか、または、共振子１，３の円環の幅が、点線で示した輪郭によって図２ｂに示すように縮小するような態様で、中心４ａに対して半径方向に伸びる主な振動方向Ｈに励振し得る。
【００２８】
図２ｃは、切断線Ｂ−Ｂに沿った共振子１，３の断面図を示す。
【００２９】
図３ａは、図１ａ、図１ｂ、図２ａ、および図２ｂに開示した共振子１，３を備える圧電モータ６の詳細を示す。共振子１，３は、内側に方向付けられた係合面１ａを含む。共振子１，３は、主な振動方向Ｈに励振され得、それによって係合面１ａがこの方向に振動する。点線で示された係合面１ｂは、共振子１，３の最大収縮時における時点での係合面１ａの位置を示す。固定子１内に回転の中心４ａを有する円形の回転子４が配置され、間隙７を形成する。主な振動方向Ｈに対する角度αにおいて、回転子の表面上に弾性の前進要素５が配置される。最初の位置において、係合面は１ａに示された位置をとり、前進要素５は５ａに示された位置をとる。係合面１ａが１ｂに示された位置まで動く間に前進要素５が曲がり、５ｂに示されるスラスト位置まで動く。係合面１ａと前進要素５との間の摩擦力が十分に大きいため、係合面が位置１ａから位置１ｂまで収縮する間に、前進要素５は係合面１ａおよび１ｂの同一位置上で支持されたままであり、このような理由で、前進要素５は回転子４に対し、左に方向付けられた力をかけ、それによって回転子４は方向Ｄにおいて反時計回りの回転を受ける。位置１ｂから位置１ａへと前方に揺れる係合面の運動により、共振子１，３は高い加速を受ける。これによって係合面１ａおよび１ｂ上への前進要素５の摩擦力が極めて小さくなるため、前方に揺れる運動の間に回転子４にかかって回転方向Ｄに作用する力は、全くないか、または小さなものに過ぎず、それによって回転子４は、基本的に運動を受けない。しかしながら、共振子１，３が後に収縮することにより、回転子４は前進要素５を介して方向Ｄに再び回転する。共振子１，３が主な振動方向に振動する限り、回転子４は方向Ｄにおいて反時計回りの回転を行なう。共振子１，３が静止するとすぐに、回転子４は回転方向を止める。したがって、圧電モータ６を無限に繰返して始動および停止させることができる。
【００３０】
図３ｂは、図３ａに示した圧電モータ６の機能の態様を再び詳細に示す。係合面１ａを有する共振子１，３は、ほぼ距離Δｒｓだけ半径方向に収縮し、それによって係合面は１ｂに示された位置をとる。それと同時に、前進要素が最初の位置５ａからスラスト位置５ｂに動かされ、前進要素５の先端５ｆが量ΔＵＲだけ回転方向に変位され、それによって回転子４上に位置する先端５ｆが、この量だけ回転子４を回転させる。
【００３１】
図４は、図３ａに示した圧電モータ６の変形例を示す。この変形例において前進要素５は、図３ａに従った実施例と比べ、主な振動方向Ｈを基準として反対方向に伸びるように配置される。その結果、回転子４は共振子１，３の振動中に方向Ｄの回転を受け、したがって時計回りの回転を行なう。前進要素５の配置を除き、図３ａおよび図４に示された圧電モータ６は同じ態様で設計される。
【００３２】
図５ａおよび図５ｂは圧電モータ６を示す。この圧電モータ６は、図４に示した実施例とは対照的に、鋭い曲げを有して伸びる前進要素を備える。前進要素５は、回転子４に接続された第１の部分５ｃと、第１の部分５ｃに接続して主な振動方向Ｈを基準として反対方向に伸びる部分５ｄとを含む。
【００３３】
図５ｃは、図５ａおよび図５ｂに示した前進要素５を概略的かつ詳細に示す。
【００３４】
図５ｄは、第１の部分５ｃ、第２の部分５ｄ内に伸びる狭い場所５ｅ、および第２の部分５ｄが終端をなす先端５ｆを備えて鋭い曲げを有して伸びる前進要素５の実施例を示す。前進要素５はランナまたは回転子４に堅固に接続される。狭い場所５ｅは絶対に必要であるということはなく、これらの部分に固有の振動に影響を及ぼすように任意に配置することができる。
【００３５】
鋭い曲げを有して伸びる前進要素５は、これから一層詳細に説明する技術上の特異点を有する。第１の部分５ｃは第１の固有共振振動数ｆ１を有する。第２の部分５ｄは第２の固有共振振動数ｆ２を有する。これらの２つの部分５ｃおよび５ｄは、２つの固有共振振動数ｆ１およびｆ２が異なる値を有するように設計され、互いに機械的に結合される。前進要素５の全体は、共振子１，３を介して励振されて振動し、これによって振動数ｆで振動する。
【００３６】
図６は、鋭く曲がった複数の前進要素５が表面上に間隔を空けて配置された回転子４の実施例を示す。好ましい設計において、図５ａおよび図５ｂに示した圧電モータ６は、図６に示す回転子４を備える。
【００３７】
図７は、前進要素５の振動振幅を、励振振動数ｆの関数として示す。ここで前進要素５は、たとえば１００ｋＨｚの範囲の共振振動数を有する。
【００３８】
図８は、図５ａおよび図５ｂに示した圧電モータ６に用いられる共振子１，３の振動振幅を、励振振動数ｆの関数として示す。共振子１，３は、たとえば１００ｋＨｚおよび３００ｋＨｚの振動数を有する固有振動数を有する。
【００３９】
図７および図８を比較することにより、図５ａおよび図５ｂに示された圧電モータ６は、共振子１，３および前進要素５が１００ｋＨｚの範囲の共振を有するように設計されていることが示される。後に説明する技術上の効果は特に興味深い。前進要素５は、たとえば９０ｋＨｚで示される、１００ｋＨｚの共振振動数よりも低い振動数において、基本的に第１の部分５ｃがそれに対応した高振幅の共振挙動を有するように設計される。この共振挙動は図５ｂに示され、第１の部分５ｃが比較的大きく撓む一方で、その共振振動数の外側で励振される第２の部分５ｄは、僅かな撓みまたは形状変化を受けるに過ぎない。この結果、回転子４は回転方向Ｄにおいて反時計回りの方向に回転する。
【００４０】
前進要素５はさらに、たとえば１１０ｋＨｚで示される、１００ｋＨｚの共振振動数よりも高い振動数において、基本的に第２の部分５ｃがそれに対応した高振幅の共振挙動を有するようにさらに設計される。この共振挙動は図５ａに示され、第２の部分５ｄが比較的大きく撓む一方で、その共振振動数の外側で励振される第１の部分５ｃは、小さな撓み
または形状変化を受けるに過ぎない。この結果、回転子４は回転方向Ｄにおいて時計回りに回転する。したがって、図５ａおよび図５ｂに示される圧電モータ６は、図７に示されるように、励振振動数に依存して反時計回りまたは時計回りに回転する。したがって、この発明に従った圧電モータの本設計は、両方の回転方向に圧電モータを駆動できること、回転方向が選択できること、および、作動中にたとえば回転方向を絶えず変化させることも可能であること、という利点を有する。
【００４１】
図９ａは、共振子１，３、締結手段１ｃと、給電リード８を有する環状の圧電トランスデューサ３ａおよび３ｂとを備えた固定子、ならびに円周方向に互いに間隔を空けて配置された複数の前進要素５を有して回転の中心４ａの周囲を回転することのできる回転子を備える、内部ランナとして設計された圧電モータ６の側面図を示す。
【００４２】
図９ｂは、切断線Ｃ−Ｃに沿った図９ａの断面図を示し、これにより、固定子１および圧電トランスデューサ３ａおよび３ｂを有する共振子１，３、ならびに前進要素５および中心に配置されたシャフト４ｂを有する回転子４を見ることができる。
【００４３】
図１０ａは、図９ａに示した実施例とは対照的に、そのシャフト４ｂが軸受９に取付けられた、さらに別の圧電モータ６の側面図を示す。
【００４４】
図１０ｂは、切断線Ｄ−Ｄに沿った図１０ａの断面図を示し、これにより、固定子１および圧電トランスデューサ３ａおよび３ｂを有する共振子１，３、ならびに前進要素５および中心に配置されたシャフト４ｂを有する回転子を見ることができ、シャフト４ｂが軸受９に取付けられている。
【００４５】
図１１ａは、図９ａに示した実施例とは対照的に、その共振子１，３が、２つの固定子１とそれらの間に配置された圧電トランスデューサ３とを含む、さらに別の圧電モータの側面図を示す。
【００４６】
図１１ｂは、切断線Ｅ−Ｅに沿った図１１ａの断面図を示し、これにより、２つの固定子１およびそれらの間に配置された圧電トランスデューサ３を有する共振子１，３、ならびに前進要素５および中心に配置されたシャフト４ｂを有する回転子４を見ることができる。
【００４７】
図１２ａは、共振子１，３、締結要素１ｃを介して堅固に固定された固定子１、給電リード８を有する２つのディスク様圧電トランスデューサ３ａおよび３ｂ、ならびに円周方向に間隔を空けて配置された複数の前進要素５を有する回転子４を備える、外部ランナとして設計された圧電モータ６の側面図を示す。該回転子は中空のランナとして設計されて、回転の中心４ａの周囲を回転することができる。前進要素５は内側に突出するように構成され、共振子１，３の円形の外面上に位置する。
【００４８】
図１２ｂは、切断線Ｆ−Ｆに沿った図１２ａの断面図を示し、これにより、固定子１、圧電トランスデューサ３ａおよび３ｂ、ならびに電線管８を有する締結要素１ｃを備えた共振子１，３を見ることができる。前進要素５を有する回転子４は、外部ランナとして設計されて、共振子１，３の外面上に位置する。
【００４９】
図１３ａは、外部ランナとして設計されたさらに別の圧電モータ６の側面図を示す。図１２ａおよび図１２ｂに示した実施例とは対照的に、圧電トランスデューサ３ａおよび３ｂを有する固定子１ならびに回転子４がシャフト４ｂにより共通の軸受９に取付けられる。
【００５０】
図１３ｂは、切断線Ｇ−Ｇに沿った図１３ａの断面図を示し、これにより、固定子１および圧電トランスデューサ３ａおよび３ｂを有して軸受９上に締結された共振子１，３と、前進要素を有してシャフト４ｂに取付けられた回転子４とを見ることができる。シャフト４ｂは軸受９に堅固に接続される。
【００５１】
図１４ａは、図９ａに示した実施例とは対照的に、その回転子４が中空のランナ４として設計された、さらに別の圧電モータ６の側面図を示す。
【００５２】
図１４ｂは、図１４ａに示したモータの、切断線Ｈ−Ｈに沿った断面図を示す。それにより、共振子１，３および中空のランナとして設計された回転子４を見ることができる。
【００５３】
図１５ａは、この発明に従った圧電モータ６を線形モータとしてどのように設計できるかという原理を概略的に示す。圧電素子を励振するための電気的接続、または圧電素子の挟み込み設計を有する電気的接続は図示していない。
【００５４】
図１５ｂは、１５ａに従った線形モータの、切断線Ｉ−Ｉに沿った断面図を概略的に示す。ランナ４は矩形で板様に設計される。どの場合においても、ランナ４の両面上に１つの圧電トランスデューサ３ａおよび３ｂが配置され、ランナ４およびトランスデューサ３ａおよび３ｂが、主な振動方向Ｈを有する共振子４，３を形成する。ランナ４は、主な振動方向Ｈに対して垂直に伸びる移動方向において変位可能な態様で固定子１に取付けられ、どの場合においてもその上部および下部に係合面１ａを有する。固定子１は、ランナ４に向かって突出するように配置され、かつ、移動方向Ｂに間隔をあけて配置された複数の前進要素５を含む。図５ａから図５ｄに詳細に示すように、前進要素５は鋭い曲げを有した形状で設計され、図７に示される共振挙動を有する。その結果、ランナ４は共振子４，３の励振振動数に依存して、図１５ａに示される線形モータ６内で左または右に動かされる。
【００５５】
これまでに示した実施例において、圧電トランスデューサ３は、図１５ａおよび図１５ｂに示した実施例と同様に、ランナ４上に配置することができる。
【００５６】
図１７ａは、この発明の好ましい実施例を線形モータ６として概略的に示す。したがって、ランナ４は前進要素５を含み、固定子１は少なくとも１つの圧電トランスデューサ３を含む。それ以外の特徴は、特に述べられていない場合、図１５に従った実施例のものと同様に設計される。
【００５７】
図１７ｂは、図１７ａに従った線形モータ６の、切断線Ｊ−Ｊに沿った断面図を概略的に示す。固定子１は、好ましくは、第１のアームの対１１および１１′と、第２のアームの対１２および１２′とを有するＨ字形の断面を含む。第１のアームの対１１および１１′は、中でランナ４が移動することのできる溝を形成する。第１のアームの対１１および１１′の内側に係合面１ａが配置され、Ｈ字のプロファイルの接続部１３から間隔をあけて配置される。第２のアームの対１２および１２′は、中で少なくとも１つの圧電トランスデューサ３が配置されるさらに別の溝を形成する。その主な振動方向Ｈは、ランナ４の運動方向に対して垂直に、または固定子の主な伸張部に対して垂直に伸びる。いくつかの圧電トランスデューサが存在する場合、それらはこの主な伸張方向に、互いに間隔をあけて配置される。線形モータ６の動作時に、少なくとも１つのトランスデューサ３の振動が第２のアームの対１２および１２′に伝えられ、ここから梃子の作用によって第１のアームの対１１および１１′に伝えられる。このために、固定子は、Ｈ字のプロファイルの接続部１３を基準にしてアームの対１１および１１′と１２および１２′との振動を可能にする何らかの可撓性を有する。
【００５８】
図１７ｃおよび図１７ｄはいずれの場合も、図１７ａに従った図面で、Ｕ字形の断面を有する線形モータ６の断面図を概略的に示す。１つ以上のトランスデューサ３がＵ字形のプロファイルの基部１４に接続されるか、または、基部上において、この基部の内側（図１７ｃ）または外側（図１７ｄ）に取付けられる。トランスデューサ３は、好ましくは基部１４上を部分的にまたは少なくともほぼ完全に、主な振動方向Ｈに延びる。共振子３，４は２つの安定した共振振動数を有する。第１の共振振動数、たとえば２０ｋＨｚにおいて圧電素子３が励振すると、アームの対１１および１１′とともに、特にＵ字形のプロファイルの基部１４における曲げおよび振動が生じる。第２の共振振動数、たとえば３０ｋＨｚにおいて、基部１４は比較的平坦なままであり、特にアームの対１１および１１′のみが振動する。これらの２つの共振振動数は、ランナ４の前進要素５の共振振動数に整合され、したがってランナ４の左への移動または右への移動を生じる。他のすべての実施例と同様に、この実施例の形態において励振または共振振動数は、好ましくは人間の可聴域の外にあり、好ましくは１６ｋＨｚよりも高いか、または２０ｋＨｚよりも高い。
【００５９】
図面の平面上において主な振動方向Ｈに対して垂直な固定子の伸張部は、好ましくは１ｍｍ〜３ｍｍまたは１ｍｍ〜３０ｍｍの範囲内にあり、ランナ４の幅、すなわち係合面１ａの距離は、好ましくは１ｍｍ〜３ｍｍまたは１ｍｍ〜２０ｍｍの範囲内にある。１ｍｍ2未満の断面積および数センチメートルの伸張部が実現され得る。
【００６０】
この発明の好ましい実施例では、各場合においてアームの対１１および１１′ならびに１２および１２′の一方または両方に関し、アームの一方は、他方と異なる固有振動数を有する。たとえば、第１のアームの対の第１のアーム１１は、主な振動方向において厚さｄ1を有し、これは第１のアームの対の第２のアーム１１′の厚さｄ2とは異なる。これとは代替的に、またはこれに加えて、第１のアームの対の第１のアーム１１はレバーアームｌ1を有し、これは第１のアームの対の第２のアーム１１′のレバーアームｌ2とは異なる。特に、このことは、アーム１１および１１′の寸法公差に関する高度な要求を満たす必要がないという利点を有する。
【００６１】
係合面１ａと前進要素５との間の摩擦値を高めるか、または摩擦接続を改良するために、たとえば前進要素５上の対応する面を大きくすることができる（研削、曲げ、または一体的に形成された伸張部による）。これらの対応する面は、規定された面粗さまたは微小な歯を有し得るか、または材料の適切な組合せを含み得る。
【００６２】
図１６ａ、図１６ｂおよび図１６ｃは、この発明に従った圧電モータの幾分変更された空間構造を、いずれの場合も平面図で示す。より良い理解のために、ここで外部ランナとしての回転子と、ここで共振子としての固定子とが個々に示され、両方が組立てられる。
【００６３】
図１６ａに従って設計された金属板１０と組合わされた圧電セラミックリング３は、半径方向の収縮および伸張が繰返し生じるように交流電圧によって振動する。形状を適切に選択することにより、圧電セラミックリング３および金属板は、たとえば固定が行なわれている中心＋にねじり振動をかけ始める。これらの２つの振動、すなわち圧電リングの半径方向の振動およびねじりの回転振動により、これらが重ね合わされると、金属板の外側の地点Ｘが、撓んだ金属板の周辺部において点線１０′上の地点Ｘ′への湾曲した経路を描く。第２の点線３′は圧電素子の撓みを示す。この重ね合わされた撓みにより、リングの外側に接触する任意の部分、たとえば前進要素を有する外部ランナが動かされる。この構成は、以前の図面で既に数回論じたように、２つの圧電リングの間に挟み込まれるか、または１つの圧電リングのみを有するものとして設計され得る。
【００６４】
同様の形状を有して図１２ａでも見られる、環状に配置された多数の前進要素５を有して図１６ｂに従って設計された外部ランナは、前進要素５が、必須ではないがここにおい
てたとえば、ねじり振動を行なう共振子に対して大きな接触面Ｂを有するように設計される（駆動されるべき部分に実質的に先端でのみ接触し、さまざまな固有振動数を有するさまざまな部分領域を備えた前進要素とは混同しないように）。図１６ｃに示される固定子１，３および外部ランナ４の組立により、重ね合わされた振動による、この駆動の原理が認識される。
【００６５】
モータの動作に関し、この発明に従った圧電モータ６は、固定子１およびランナを備え、固定子１またはランナ４は、圧電的に励振されて主な振動方向Ｈに振動することが可能であり、好ましくは、固定子１がランナ４に対向する係合面を含むか、またはランナ４が固定子１に対向する係合面１ａを含むように、そして固定子１またはランナ４が、主な振動方向Ｈに対して横方向に延びてかつ係合面１ａに向けて方向付けられた前進要素５を含むように、そしてランナ４が固定子１を基準として動かされるように前進要素５が振動によって係合面１ａと積極的に接続し得るように、好ましくは作動される。
【００６６】
モータを作動させるためのさらに別の方法では、前進要素が第１の部分５ｃおよび第２の部分５ｄを含むこと、第１の部分５ｃが主な振動方向Ｈに対して或る角度で伸びること、第２の部分５ｄが主な振動方向Ｈに対して或る角度で、第１の部分５ｃに対して反対に伸びること、第１および第２の部分５ｃおよび５ｄが異なる共振振動数を有すること、および、ランナ４がランナ４の係合振動の振動数に依存して、固定子１を基準として１つの方向に、またはこれと反対の方向に動かされることに到る。
【００６７】
ここに示した実施例の形態は、どの部分が共振子として設計されたかに応じて大きく２つのグループに分けることができる。一方のグループでは、上に前進要素が配置された部分が共振子として形成されて、この共振子は、ばねが取り付けられた態様で前進要素を介して支持され、これらの前進要素は、駆動する態様で接触位置を介して他方の部分に作用する。他方のグループでは、前進要素と対向して位置する部分が共振子として形成されて、共振子の動作は、駆動する態様で接触位置を介して作用する。
【００６８】
この発明に従った圧電モータは、その適切な特性により、たとえば測定技術に関する装置、光学器械、測定器具、またはタコメータ等に使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１ａ】半径方向に振動する固定子およびその収縮した状態の側面図である。
【図１ｂ】半径方向に振動する固定子およびその膨張した状態の側面図である。
【図１ｃ】切断線Ａ−Ａに沿った固定子の断面図である。
【図２ａ】半径方向に振動するさらに別の固定子およびその膨張した状態の側面図である。
【図２ｂ】半径方向に振動するさらに別の固定子およびその収縮した状態の側面図である。
【図２ｃ】切断線Ｂ−Ｂに沿った固定子の断面図である。
【図３ａ】反時計回りの方向に動く回転子の側面図である。
【図３ｂ】反時計回りの方向に動く回転子の概略側面図である。
【図４】時計回りの方向に動く回転子の側面図である。
【図５ａ】反時計回りの方向に動き、かつ、両方の回転方向に動くことのできる回転子の側面図である。
【図５ｂ】時計回りの方向に動き、かつ、両方の回転方向に動くことのできる回転子の側面図である。
【図５ｃ】前進要素を有する回転子の概略図である。
【図５ｄ】さらに別の前進要素の詳細図である。
【図６】両方の回転方向に動くことのできる回転子の側面図である。
【図７】固定子の振動数挙動およびその共振曲線の図である。
【図８】固定子の第１および第２の共振曲線の図である。
【図９ａ】内部ランナとして設計されて取付け台を有さない圧電モータの側面図である。
【図９ｂ】図９ａに示したモータの、切断線Ｃ−Ｃに沿った断面図である。
【図１０ａ】内部ランナとして設計されて取付け台を有する、さらに別の圧電モータの側面図である。
【図１０ｂ】図１０ａに示したモータの、切断線Ｄ−Ｄに沿った断面図である。
【図１１ａ】内部ランナとして設計されて取付け台を有さない、さらに別の圧電モータの側面図である。
【図１１ｂ】図１１ａに示したモータの、切断線Ｅ−Ｅに沿った断面図である。
【図１２ａ】外部ランナとして設計されて取付け台を有さない圧電モータの側面図である。
【図１２ｂ】図１２ａに示したモータの、切断線Ｆ−Ｆに沿った断面図である。
【図１３ａ】外部ランナとして設計されて取付け台を有する圧電モータの側面図である。
【図１３ｂ】図１３ａに示したモータの、切断線Ｇ−Ｇに沿った断面図である。
【図１４ａ】内部ランナとして設計されて中空のランナを有する圧電モータの側面図である。
【図１４ｂ】図１４ａに示したモータの、切断線Ｈ−Ｈに沿った断面図である。
【図１５ａ】反時計回りおよび時計回りに動くための線形モータの側面図である。
【図１５ｂ】図１５ａに示した線形モータの、切断線Ｉ−Ｉに沿った断面図である。
【図１６ａ】モータの、幾分変形した実施例の形態の図である。
【図１６ｂ】モータの、幾分変形した実施例の形態の図である。
【図１６ｃ】モータの、幾分変形した実施例の形態の図である。
【図１７ａ】反時計回りおよび時計回りに動くための、さらに別の線形モータの側面図である。
【図１７ｂ】図１７ａに従った側面図における線形モータの変形例の、切断線Ｊ−Ｊに沿った断面図としての図である。
【図１７ｃ】図１７ａに従った側面図における線形モータの変形例の、切断線Ｊ−Ｊに沿った断面図としての図である。
【図１７ｄ】図１７ａに従った側面図における線形モータの変形例の、切断線Ｊ−Ｊに沿った断面図としての図である。
【図１ａ】
2005530464.tif 000003
【図１ｂ】
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【図１ｃ】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図２ｃ】
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【図３ａ】
2005530464.tif 000009
【図３ｂ】
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【図４】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
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【図５ｃ】
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【図５ｄ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９ａ】
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【図９ｂ】
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【図１０ａ】
2005530464.tif 000021
【図１０ｂ】
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【図１１ａ】
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【図１１ｂ】
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【図１２ａ】
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【図１２ｂ】
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【図１３ａ】
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【図１３ｂ】
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【図１４ａ】
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【図１４ｂ】
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【図１５ａ】
2005530464.tif 000031
【図１５ｂ】
2005530464.tif 000032
【図１６ａ】
2005530464.tif 000033
【図１６ｂ】
2005530464.tif 000034
【図１６ｃ】
2005530464.tif 000035
【図１７ａ】
2005530464.tif 000036
【図１７ｂ】
2005530464.tif 000037
【図１７ｃ】
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【図１７ｄ】
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【手続補正書】
【提出日】平成16年5月8日(2004.5.8)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
間隙（７）を形成する固定子（１）およびランナ（４）と、固定子（１）またはランナ（４）に接続されて固定子（１）またはランナ（４）とともに共振子（１，３；４，３）を形成する圧電トランスデューサ（３）とを備え、共振子（１，３；４，３）は主な振動方向（Ｈ）に励振され得、固定子（１）がランナ（４）に対向する係合面（１ａ）を含むか、またはランナ（４）が固定子（１）に対向する係合面を含むことと、固定子（１）またはランナ（４）が弾性の前進要素（５）を含んで、前進要素（５）が係合面（１ａ）上に少なくとも一時的に位置するように前進要素（５）が固定子（１）とランナ（４）との間の間隙（７）を架橋することとを特徴とし、前記前進要素（５）は第１の部分（５ｃ）および第２の部分（５ｄ）を含み、部分（５ｃ，５ｄ）は異なる共振振動数を有する、圧電モータ（６）。
【請求項２】
線形モータとして設計されることと、共振子（１，３；４，３）が、主な振動方向（Ｈ）に対して垂直に伸びる移動方向（Ｂ）を有することと、係合面（１ａ）が移動方向（Ｂ）に伸びることとを特徴とする、請求項１に記載の圧電モータ。
【請求項３】
回転子として形成された円形のランナ（４）を有する回転モータとして設計されることを特徴とし、共振子（１，３；４，３）の主な振動方向（Ｈ）は、ランナ（４）の回転の中心に対して半径方向に方向付けられ、係合面（１ａ）は円形の態様で伸びる、請求項１に記載の圧電モータ。
【請求項４】
固定子（１）が環状の態様で設計され、圧電トランスデューサ（３）が固定子（１）に堅固に接続され、主な振動方向（Ｈ）が固定子（１）の曲率の中心に対して半径方向に伸びることを特徴とする、請求項３に記載の圧電モータ。
【請求項５】
前進要素（５）が直線に伸びるように設計されることを特徴とする、請求項１から請求項４のいずれかに記載の圧電モータ。
【請求項６】
前進要素（５）が固定子（１）またはランナ（４）の一部であることを特徴とする、請求項１から請求項５のいずれかに記載の圧電モータ。
【請求項７】
前進要素（５）が主な振動方向（Ｈ）に対し、４５度と０度よりも大きな角度との間の傾斜角（α）を含むことを特徴とする、請求項１から請求項６のいずれかに記載の圧電モータ。
【請求項８】
複数の前進要素（５）が、固定子（１）またはランナ（４）上に次々と連続して配置されることを特徴とする、請求項１から請求項７のいずれかに記載の圧電モータ。
【請求項９】
第１の部分（５ｃ）および第２の部分（５ｄ）が鋭い曲げ位置で相接することと、第１の部分（５ｃ）が主な振動方向（Ｈ）に対して或る角度で伸びることと、第２の部分（５ｄ）が主な振動方向（Ｈ）に対して或る角度で第１の部分（５ｃ）に対して反対に伸びることとを特徴とする、請求項１から請求項８のいずれかに記載の圧電モータ。
【請求項１０】
第１の部分（５ｃ）および第２の部分（５ｄ）が、異なる共振振動数を有するように設計されることを特徴とする、請求項９に記載の圧電モータ。
【請求項１１】
固定子（１）またはランナ（４）が中央に配置されて、その各面上に１つの圧電トランスデューサ（３）の各々が配置されるように共振子（１，３；４，３）が設計されることを特徴とする、請求項１から請求項１０のいずれかに記載の圧電モータ。
【請求項１２】
圧電トランスデューサ（３）が中央に配置され、各場合において両面上に固定子（１）またはランナ（４）が配置されるように共振子（１，３；４，３）が設計されることを特徴とする、請求項１から請求項１０のいずれかに記載の圧電モータ。
【請求項１３】
ランナ（４）が外部ランナとして設計されることを特徴とする、請求項１から請求項１２のいずれかに記載の圧電モータ。
【請求項１４】
ランナが軸受の位置（９）に取付けられることを特徴とする、請求項１から請求項１３のいずれかに記載の圧電モータ。
【請求項１５】
固定子（２）が線形の態様で動くように設計されることと、共振子（１，３；４，３）が板様に形成されることと、共振子（１，３；４，３）が固定子（１）を基準として線形に移動可能な態様で取付けられることとを特徴とする、請求項２に記載の圧電モータ。
【請求項１６】
固定子（１）を有する圧電トランスデューサ（３）が共振子（１，３）を形成することを特徴とする、請求項２に記載の圧電モータ。
【請求項１７】
ランナ（４）が固定子（１）を基準として線形に移動可能な態様で取付けられ、少なくとも１つの前進要素（５）を含むことを特徴とする、請求項１６に記載の圧電モータ。
【請求項１８】
固定子（１）が２つの溝を形成するＨ字形の断面を有することを特徴とし、ランナ（４）が線形に移動可能な態様で第１の溝内に取付けられ、１つ以上の圧電トランスデューサ（３）が第２の溝内に配置される、請求項１６または請求項１７に記載の圧電モータ。
【請求項１９】
固定子（１）が溝を形成するＵ字形の断面を有することを特徴とし、ランナ（４）が線形に移動可能な態様でこの溝内に取付けられ、１つ以上の圧電トランスデューサ（３）がＵ字形のプロファイルの基部（１４）に取付けられる、請求項１６または請求項１７に記載の圧電モータ。
【請求項２０】
固定子（１）およびランナ（４）を備える圧電モータ（６）を駆動するための方法であ
って、固定子（１）またはランナ（４）は圧電的に励振されて主な振動方向（Ｈ）に振動し、固定子（１）がランナ（４）に対向する係合面（１ａ）を含むか、またはランナ（４）が固定子（１）に対向する係合面を含むことと、固定子（１）またはランナ（４）が、係合面（１ａ）に向けて方向付けられた前進要素（５）を含むことと、前進要素（５）が第１の部分（５ｃ）および第２の部分（５ｄ）を含むことと、第１の部分（５ｃ）が主な振動方向（Ｈ）に対して或る角度で伸びることと、第２の部分（５ｄ）が主な振動方向（Ｈ）に対して或る角度で、第１の部分（５ｃ）に対して反対に伸びることと、第１および第２の部分（５ｃ，５ｄ）が異なる共振振動数を有することと、ランナ（４）が固定子（１）を基準として動かされるように、前進要素（５）が振動によって係合面（１ａ）に積極的に接続させられることと、ランナ（４）が係合振動の振動数に依存して、固定子（１）を基準として１つの方向に、またはこれと反対の方向に動かされることとを特徴とする、方法。
【請求項２１】
時間測定技術の装置、写真器械、測定器具、またはタコメータのための、請求項１から請求項１９のいずれかに記載の圧電モータの用途。
【国際調査報告】
2005530464.tif 000040
2005530464.tif 000041
2005530464.tif 000042
2005530464.tif 000043
2005530464.tif 000044
2005530464.tif 000045