(57)【要約】  電気機械モータ（１０）において、細長い電気機械駆動要素（３０）が、キャリア（１５０）に、機械的に、且つ、好ましくは電気的に取り付けられる。ばね（５４）が、キャリア（１５０）の裏側を枢動点（１５２）にて押すことにより電気機械駆動要素（３０）に力を加えるように配置されている。キャリア（１５０）は、前記要素の長手方向に平行な軸を中心に枢動点（１５２）の周りを枢動することが可能にされている。これにより、電気機械駆動要素（３０）は浮動するように浮かせられる。電気機械駆動要素（３０）は、前記長手方向に対して垂直なストロークを有する曲げ運動をもたらすように配置されている。枢動点（１５２）、キャリア（１５０）と電気機械駆動要素（３０）との間の機械的ジョイント（１５１）、及び、好ましくは、電気機械要素（３０）の曲げ運動の節点（１５５）が、前記要素の長手方向に対して垂直の共通の面に配置される。一実施形態において、電気機械駆動要素には金属被覆領域（３２）が設けられ、この領域（３２）にキャリア（１５０）がはんだ付けされる。これらの金属被覆領域（３２）は、電気機械駆動要素（３０）の長手方向側部に設けられる。金属被覆領域は、好ましくは表面実装技術を用いて、フレキシブルプリント基板の取付けパッドにはんだ付けされ、又は他の方法、例えば接着により固定される。
2007515148.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気機械アクチュエータ（１０）であって、
キャリア（１５０）と、
電気機械駆動要素（３０；３０Ａ，３０Ｂ）であって、第１の方向に概して細長く延在し、且つ、キャリア（１５０）の第１の側（１５３）に、ジョイント（３８；３８Ａ，３８Ｂ；１５１）により機械的に取り付けられた電気機械駆動要素（３０；３０Ａ，３０Ｂ）と、
ばね（５４）と、
前記第１の方向に対して実質的に垂直な第２の方向（４２）のストロークをもたらす前記電気機械駆動要素（３０；３０Ａ，３０Ｂ）の曲げ運動を生じる電圧を供給するための制御手段（９０）と、
を含み、
前記ばね（５４）が、力を、前記キャリア（１５０）の前記第１の側（１５３）に対向する第２の側（１５４）における枢動点（１５２）にて加えるように配置され、
前記キャリア（１５０）が、実質的に前記第１方向（１５７）に向いた軸を中心に、前記ばね（５４）に対して前記枢動点（１５２）にて枢動可能であり、
前記枢動点（１５２）と前記ジョイント（３８；３８Ａ，３８Ｂ；１５１）が、前記第１方向に対して垂直な実質的に同一の面（１５６）に配置されていることを特徴とする、電気機械アクチュエータ。
【請求項２】
前記枢動点（１５２）及び前記ジョイント（３８；３８Ａ，３８Ｂ；１５１）が、前記第１方向に対して垂直な、前記生じる曲げ運動における前記電気機械駆動要素（３０；３０Ａ，３０Ｂ）の節点（１５５）と実質的に同一の面（１５６）に配置されることを特徴とする、請求項１に記載の電気機械アクチュエータ。
【請求項３】
前記ジョイント（３８；３８Ａ，３８Ｂ；１５１）が、さらに、前記キャリア（１５０）と前記電気機械駆動要素（３０；３０Ａ，３０Ｂ）との電気接続部を構成することを特徴とする、請求項１又は２に記載の電気機械アクチュエータ。
【請求項４】
前記面（１５６）が、前記電気機械駆動要素（３０；３０Ａ，３０Ｂ）の端部から前記第１方向（１５７）に或る間隔を有して位置することを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の電気機械アクチュエータ。
【請求項５】
前記ジョイント（３８；３８Ａ，３８Ｂ；１５１）がはんだ付け部を含むことを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の電気機械アクチュエータ。
【請求項６】
前記電気機械駆動要素（３０；３０Ａ，３０Ｂ）が、金属被覆部（３２；６２；３２Ａ，３２Ｂ）を、前記第１方向に対して実質的に平行な面に有し、前記金属被覆部に前記はんだ付け部が取り付けられることを特徴とする、請求項５に記載の電気機械アクチュエータ。
【請求項７】
前記面が、また前記第２方向（４２）に対して平行であることを特徴とする、請求項６に記載の電気機械アクチュエータ。
【請求項８】
前記金属被覆部（３２；６２；３２Ａ，３２Ｂ）が、前記電気機械駆動要素（３０；３０Ａ，３０Ｂ）内の電極（２９）への電気接続をもたらすことを特徴とする、請求項７に記載の電気機械アクチュエータ。
【請求項９】
前記面が前記第２方向（４２）に対して垂直であることを特徴とする、請求項６に記載の電気機械アクチュエータ。
【請求項１０】
前記電気機械駆動要素（３０；３０Ａ，３０Ｂ）が、前記金属被覆部（３２；６２；３２Ａ，３２Ｂ）により、前記キャリア（１５０）に対して中央に配置されることを特徴とする、請求項５〜９のいずれか一項に記載の電気機械アクチュエータ。
【請求項１１】
前記ジョイント（３８；３８Ａ，３８Ｂ，１５１）が接着剤を含むことを特徴とする、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の電気機械アクチュエータ。
【請求項１２】
前記キャリア（１５０）がフレキシブルプリント基板（５０；５０Ａ，５０Ｂ）を少なくとも含むことを特徴とする、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の電気機械アクチュエータ。
【請求項１３】
前記キャリア（１５０）が、さらに、前記枢動点（１５２）が位置する枢動支持体（５２）を含むことを特徴とする、請求項１２に記載の電気機械アクチュエータ。
【請求項１４】
前記電気機械駆動要素（３０；３０Ａ，３０Ｂ）が、相互連結された２つの動作部（３４，３６）と、前記動作部（３４，３６）間の相互連結部に実質的に取り付けられた駆動パッド（４０；４０Ａ，４０Ｂ）と、を含み、前記動作部（３４，３６）の各々が前記キャリア（１５０）に、２つのジョイント（３８；３８Ａ，３８Ｂ，１５１）により取り付けられていることを特徴とする、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の電気機械アクチュエータ。
【請求項１５】
各動作部（３４，３６）における前記２つのジョイント（３８；３８Ａ，３８Ｂ，１５１）が、前記電気機械駆動要素（３０；３０Ａ，３０Ｂ）の両側に設けられていることを特徴とする、請求項１４に記載の電気機械アクチュエータ。
【請求項１６】
各動作部（３４，３６）における前記２つのジョイント（３８；３８Ａ，３８Ｂ，１５１）が、前記電気機械駆動要素（３０；３０Ａ，３０Ｂ）の同じ側に設けられていることを特徴とする、請求項１４に記載の電気機械アクチュエータ。
【請求項１７】
前記キャリア（１５０）が、主要運動方向における力を支持する端部止め部（６６）を含むことを特徴とする、請求項１〜１６のいずれか一項に記載の電気機械アクチュエータ。
【請求項１８】
前記ばね（５４）が、主要運動方向の力を支持するためのステータバックボーン（２１）に支持されることを特徴とする、請求項１〜１６のいずれか一項に記載の電気機械アクチュエータ。
【請求項１９】
移動される本体（１）の両側に配置された２つの電気機械駆動要素（３０Ａ，３０Ｂ）を含み、前記電気機械駆動要素（３０Ａ，３０Ｂ）の各々が、相互連結された２つの動作セクション（３４，３６）と、動作セクション（３４，３６）間の相互連結部に実質的に取り付けられた駆動パッド（４０Ａ，４０Ｂ）と、を含み、前記移動される本体（１）が、前記２つの駆動パッド（４０Ａ，４０Ｂ）間に配置されており、これにより、前記ばね（５４）が、前記移動される本体（１）に対して、前記電気機械駆動要素（３０Ａ，３０Ｂ）を一緒に押し付けることを特徴とする、請求項１〜１８のいずれか一項に記載の電気機械アクチュエータ。
【請求項２０】
前記ばね（５４）が、２つの枢動点（１５２）において、各電気機械駆動要素（３０Ａ，３０Ｂ）を、前記キャリア（１５０）を介してそれぞれの節点（１５５）付近にて押すことを特徴とする、請求項１９に記載の電気機械アクチュエータ。
【請求項２１】
前記枢動点（１５２）が、前記電気機械駆動要素（３０Ａ，３０Ｂ）の対称面（３５）に配置されていることを特徴とする、請求項２０に記載の電気機械アクチュエータ。
【請求項２２】
前記駆動パッド（４０；４０Ａ，４０Ｂ）が、前記電気機械駆動要素（３０，３０Ａ，３０Ｂ）に形成された凹部（４４）に取り付けられた円筒状部を含むことを特徴とする、請求項１４〜２１のいずれか一項に記載の電気機械アクチュエータ。
【請求項２３】
前記キャリア（１５０）が、少なくとも前記ジョイント（３８；３８Ａ，３８Ｂ；１５１）の付近にて、側方に、前記電気機械駆動要素（３０，３０Ａ，３０Ｂ）よりも外側に突出していることを特徴とする、請求項１〜２２のいずれか一項に記載の電気機械アクチュエータ。
【請求項２４】
電気機械アクチュエータ（１０）を製造するための方法であって、
電気機械駆動要素（３０；３０Ａ，３０Ｂ）であって、第１の方向に概して細長く延在し、且つ、作動時に、第１方向に対して実質的に垂直な第２の方向（４２）にストロークをもたらす曲げ運動を生じるように配置される電気機械駆動要素（３０；３０Ａ，３０Ｂ）を設けるステップと、
前記電気機械駆動要素をキャリア（１５０）の第１の側（１５３）に機械的に取り付けるステップと、
ばね（５４）を取り付けるステップと、
を含み、
前記取り付けるステップが、前記ばね（５４）を、前記キャリア（１５０）の前記第１の側（１５３）に対向する第２の側（１５４）の枢動点（１５２）にて力を加えるように取り付けることを含み、前記取り付けるステップが、さらに、
前記キャリア（１５０）を、実質的に前記第１方向に向いた軸を中心に前記枢動点（１５２）にて前記ばね（５４）に対して枢動可能であるように配置するステップと、
前記枢動点（１５２）とジョイント（３８；３８Ａ，３８Ｂ；１５１）とを、前記第１方向に対して垂直な実質的に同一の面（１５６）に位置決めするステップとを含むことを特徴とする、方法。
【請求項２５】
前記位置決めステップが、前記枢動点（１５２）と前記ジョイント（３８；３８Ａ，３８Ｂ；１５１）とを、前記第１方向に対して垂直な、前記生じる曲げ運動における前記電気機械駆動要素（３０；３０Ａ，３０Ｂ）の節点（１５５）と同一の面（１５６）に配置することを含むことを特徴とする、請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
前記取り付けるステップが、前記キャリア（１５０）を、前記電気機械駆動要素（３０；３０Ａ，３０Ｂ）上の金属被覆部（３２；６２；３２Ａ，３２Ｂ）にはんだ付けすることを含むことを特徴とする、請求項２４又は２５に記載の方法。
【請求項２７】
前記取り付けるステップが、さらに、前記金属被覆部（３２；６２；３２Ａ，３２Ｂ）を用いて前記電気機械駆動要素（３０；３０Ａ，３０Ｂ）を前記キャリア（１５０）に対して中央に配置することを含むことを特徴とする、請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
少なくとも前記取付けるステップが表面実装技術により行われることを特徴とする、請求項２４〜２７のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して、小型モータ及びその組立方法に関し、特に、電気機械モータに関する。
【背景技術】
【０００２】
制御された精密な位置決めを行うことができる非常に小型化されたモータを必要とする多数の用途がある。例えば、消費製品において、非常に小型、軽量、低消費電力で安価なモータが一般に必要とされる。これらの多くは、運動範囲が約数ミリメートルで、精度はマイクロメートル単位である。
【０００３】
公開されている国際特許出願ＵＳ６，４３７，４８５Ｂ１に、二重構造の電気機械（エレクトロメカニカル）要素を基材とする電気機械アクチュエータが開示されている。電気機械要素は、外端面に位置する電気接続部と、それぞれの外端にてステータに支持される機械的支持部とを有し、電気接続部と機械的支持部は、電気機械的に作動しない部分により相互連結され、この部分に駆動部が取り付けられている。明確な電圧信号を、各電気機械要素のマルチモルフ、バイモルフ又はモノモルフに供給することにより、駆動部が２次元で移動され、運動を本体に伝達する。基本的な概念は非常に有用であることが分かっている。しかし、様々な用途のために電気機械要素の動的挙動を最適化するために、非常に高い組立精度、時間のかかる実験テスト、外的状況に対する高い感度、及び／又は、疲労を防止するための予防措置が必要であろう。特に、電気接続及び機械的連結を制御下で達成することが困難であった。はんだ付けプロセス中に、例えば、良好に制御されなければならない幾つかの幾何学的パラメータがあるが、自動化プロセスで得ることは困難である。振動する駆動要素は実質的な振幅を端面に有するであろうから、電気接続部及び機械的連結部も大きい機械的応力を受けることになり、これは非常に不都合である。端面に取り付けられたフレキシブルプリント基板により、振動の減衰も増大することになり、従って効率が低減されるであろう。概して、幾つかの制御可能なパラメータ間の関係は非常に複雑である。
【０００４】
このタイプの電気機械モータを用いることを想定した製品の多くは、価格に非常に敏感であり、製造における許容範囲が狭すぎると生産が低減し、従ってコスト高になるであろう。先行技術の電気機械モータは、概して、費用効率的な大量生産に、特に適してはいない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
小型で高精度の先行技術の電気機械モータが一般に有する問題は、動的挙動の予測及び制御が困難であることである。先行技術の別の問題は、設計が、効率的な高精度の組立のために最適化されていないことである。先行技術の電気機械モータのさらに別の問題は、機械的連結部及び電気接続部の疲労破壊が比較的頻繁に生じ、制御が困難であることである。
【０００６】
本発明の目的は、動的挙動の予測可能性が増大された電気機械モータを提供することにある。本発明の別の目的は、破損の危険性を低減する電気機械モータを提供することにある。本発明のさらに別の目的は、容易で正確な組立を可能にする設計を有する電気機械モータと、その組立方法とを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的は、本件の特許請求の範囲に記載された装置及び方法により達成される。すなわち、細長い電気機械駆動要素が、キャリアに、機械的に、好ましくは電気的にも取り付けられる。ばねが、キャリアの裏側を枢動点にて押すことにより電気機械駆動要素に力を加えるように配置される。キャリアは、前記要素の長手方向に対して平行な軸を中心に枢動点の周りを枢動することを可能にされている。こうして、電気機械駆動要素は、浮動するように吊られる。電気機械駆動要素は、長手方向に対して垂直なストロークを有する曲げ運動を生じるように配置される。枢動点、及び、キャリアと電気機械駆動要素との機械的ジョイントが、要素の長手方向に対して垂直な共通の面に位置する。好ましくは、電気機械要素の曲げ運動の節点も、この共通の面に実質的に位置する。一実施形態において、電気機械駆動要素に金属被覆部（メタライゼーション）が設けられ、この金属被覆部にキャリアがはんだ付けされる。これらの金属被覆部は、電気機械駆動要素の長手方向側部に設けられる。金属被覆領域は、好ましくは表面実装技術を用いて、フレキシブルプリント基板の取付けパッドにはんだ付けされ、又は、接着などの他の手段により固定される。
【０００８】
好ましい実施形態において、モータは、移動されるべき本体の両側に配置された２つの電気機械駆動要素を含む。各駆動要素は、電気機械的に動作する、相互連結された２つの部品と、実質的にこの動作部品間に取り付けられた駆動パッドとを含む。駆動要素はフレキシブルプリント基板に、電気機械駆動要素の各端部から短い距離に設けられた２対の金属被覆領域により取り付けられる。ばねが２つの電気機械駆動要素を互いに向って押し、２つの要素間の本体を締め付ける。ばねは、好ましくは、ばねの力を、電気機械駆動要素の対称線にて金属被覆領域の付近に加える。
【０００９】
さらなる好ましい実施形態を以下に記載する。
【００１０】
機械的、及び好ましくは電気的接続部を、振動振幅が小さい位置に配置することにより、接続部は、振動による応力に対して鈍感になる。本発明に従う電気機械装置は、先行技術の方法の多くと比較して、より単純な振動特性を達成する。なぜなら、電気機械駆動要素が、小さいストロークをもたらす位置付近に設けられた点を中心に枢動するからである。さらに、この設計は、容易な組立を可能にし、なおかつ適切な取付け精度を達成する。なぜなら、回路基板と電気機械駆動要素との相対位置が、好ましくは、金属被覆領域及び取付けパッドにより位置合わせされるからである。さらに、本発明に従う装置は、破損に対して、より頑強である。
【００１１】
本発明、並びに、本発明のさらなる目的及び利点は、以下の説明を添付図面と共に参照することにより、最良に理解されるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下に記載する、本発明の例示的な実施形態は、ＵＳ  ６，４３７，４８５  Ｂ１に示されているような一般的な要素の設計に接続される。しかし、本発明の構想は、他のタイプの電気機械（エレクトロメカニカル）アクチュエータ及びモータにも適用されることができ、また、特許権保護の範囲は、本文以下に示す実施形態だけに限定されることなく、特許請求の範囲の詳細によってのみ画定されるべきである。
【００１３】
図１に、ダブルマルチモルフ型の曲げ振動アクチュエータ装置１０（この場合はモータ）の実施形態の簡略図が示されている。電気機械モータは、移動されるべき本体を駆動させる電気機械アクチュエータと見なされることができる。ステータ２０が電気機械駆動要素３０を含み、要素３０は、本体１が駆動パッド４０により移動されるように作動する。電気機械駆動要素３０は、フレキシブルプリント（回路）基板５０の第１の側（上側）１５３に取り付けられ、基板５０により支持されている。枢動支持体５２が、フレキシブルプリント基板５０の反対側１５４に取り付けられている。枢動支持体５２は、フレキシブルプリント基板５０に一体化された厚み増大部として設計されることができ、又は、別個の部分として設計され、例えば接着剤により取り付けられることができる。枢動支持体５２とフレキシブルプリント基板は、共に、電気機械要素３０のキャリア１５０を構成している。ばね５４が、電気機械駆動要素３０を、本体１に対して、矢印５８により示される垂直力で押し付ける。ばね５４は、この力を、先端５６により、枢動点１５２にて枢動支持体５２に伝達する。電気機械駆動要素３０は、２つの動作セクション３４及び３６を含み、セクション３４と３６は、それぞれ、曲げ運動において独立に駆動されることができ、二重矢印４２で示されているように、図中の上下方向に往復運動する。動作セクション３４及び３６の曲げ動作が、駆動パッド４０の方向４２における運動をもたらし、また、方向４２を横切る方向の運動をもたらす。本体１は、最終的に駆動パッド４０との相互作用により移動される。
【００１４】
ばね５４の先端５６と枢動支持体５２との接触が、電気機械駆動要素３０を浮動するように浮かせている。すなわち、キャリア１５０は、ばね５４に対して、電気機械駆動要素３０に平行な軸、すなわち、矢印１５７に対して平行な軸を中心に、枢動点１５２の周りを枢動可能である。
【００１５】
本体１の実際の運動は、概して、電気機械駆動要素３０の振動運動に依存する。この振動は、一方では、電気機械材料及び電極の構造、並びに、材料を励起させる電圧信号に依存し、他方では、周囲の部品、例えば、フレキシブルプリント基板５０、駆動パッド４０、本体１自体、枢動支持体５２及びばね５４との相互作用に依存する。摩擦、弾力特性、質量などを含むパラメータが、電気機械駆動要素３０の実際の振動状態を決定するために重要である。従って、概して、これらのパラメータの全てを、良好な予測可能性及び再現性をもたらす精度で制御することは、実際、非常に困難である。実際の場合の多くにおいて、設計は、良好な動作を得るために、実験に基づいてテストされ、調節されなければならない。このような状況は、概してあまり十分ではなく、動作の全体的な制御をより良好にできることが望ましい。
【００１６】
機械科学の分野では、自由振動梁（ビーム）の状態が十分に理解されている。図２ａは、このような梁１００を概略的に示す。点線の曲線１０２及び１０４は、或る振動モード中の梁の異なるストロークを示す。節点が番号１５５で示されている。図２ｂは、梁１００の別の振動モードを、点線の曲線１０６及び１０８により示す。周波数、ストローク振幅、エネルギー含量などが、比較的容易に決定される。しかし、このような梁１００が、図２ｃに示されているように、駆動パッド１１０及び枢動点１５２に、例えば支持レバー１１２を介して連結される場合、状況は急に複雑になる。図２ｃにおいて、駆動パッド１１０は、パッドの質量、ばね定数、長さ、摩擦係数、減衰特性などに応じて、振動に影響を与えるであろう。枢動点１５２の並進ばね及び回転ばね特性、並びに減衰特性と、支持レバー１１２の高さ、ばね特性及び減衰特性も重要であろう。上記の論理から、当業者は、重要なパラメータが可能な限り少ない状況が好ましいことを認識するであろう。
【００１７】
本発明に従えば、電気機械駆動要素は、フレキシブルプリント基板（回路板）に取り付けられることにより、浮動するように浮かせられ、プリント基板は枢動点１５２にて枢動可能である。フレキシブルプリント基板又はばねは、電気機械駆動要素の並進移動可能性を抑制し、また、電気機械駆動要素の振動動作が受ける影響を最小にする。最も重要なことは、電気機械駆動要素の、フレキシブルプリント基板への取り付けである。フレキシブルプリント基板は、所定の柔軟性を、主に曲げ運動のためにもたらすが、長手方向の並進運動は抑制する。一方、フレキシブルプリント基板の弾性特性は、電気機械駆動要素の弾性特性とはかなり異なる。これは、どのような運動又は形状変化も、電気機械駆動要素とキャリアとの機械的連結に歪をもたらすことを意味する。
【００１８】
駆動要素を浮かせる（吊る）ためにフレキシブルプリント基板を用いる先行技術の装置においては、機械的連結又は取付け部が、駆動要素の駆動パッドに対して端部に、又は反対側に、すなわち図１の底部に設けられていた。フレキシブルプリント基板とのジョイントは曲げ応力を受け、この応力は、高い動作電圧及び共振付近では非常に高いであろう。金属被覆部と駆動要素との境界面、又は、典型的なジョイントを構成するはんだ付け材料における対応する応力が、最終的に破損をもたらすこともある。さらに、このような曲げ力は、電気機械駆動要素の短い方の端部がジョイントを強化するために用いられる場合、特に邪魔になるであろう。
【００１９】
本発明に従えば、電気機械駆動要素の、フレキシブルプリント基板への取付けは、平均応力が小さい点又は面にて行われるべきである。好ましくは、ジョイントの少なくとも一部が、電気機械駆動要素の曲げ運動のストロークに対して実質的に平行である。図１を再び参照すると、電気機械駆動要素３０が、点線３５で示された軸を中心に本質的に対称であるとすると、点１５５は、ほぼ節点であり、この点において形状変化は非常に小さい。本発明に従えば、電気機械駆動要素３０における領域３２が、好ましくは銀により金属被覆（金属化）され、これにより、フレキシブルプリント基板５０とのジョイント１５１のための堅固なベースを構成する。この金属被覆部３２は、同時に、電気機械駆動要素３０における電極の電気接続部として用いられることができる。領域３２は、電気機械駆動要素の曲げ運動のストローク４２に対してほぼ平行な面を有し、この面は、電気機械駆動要素３０の主要延在方向に対して実質的に平行である。すなわち、電気機械駆動要素３０が細長い直方体であるならば、領域３２は、この実施形態において、細長い直方体の長手方向側部に配置される。ジョイント１５１（典型的に、はんだ付け材料である）が、領域３２をフレキシブルプリント基板５０に結合する。このようなジョイント１５１は、結合される２つの面（フレキシブルプリント基板５０と領域３２）が互いに対して実質的に垂直であるにも拘らず、より頑強であることが分かっている。
【００２０】
実験によるテストによれば、ジョイント１５１にかかる応力は、駆動要素の端部からの、電気機械要素が取り付けられる距離により変化する。本発明に従えば、ジョイント１５１は節点１５５付近に設けられる。理想的には、要素の延在方向１５７に対して垂直である面１５６が、節点とジョイント１５１とを結んでいる。すなわち、節点１５５とジョイント１５１は、電気機械駆動要素３０の端部から同じ距離（無視できない程度の距離）に配置される。正確な位置は、装置の詳細な設計により変化する。
【００２１】
枢動点１５２の位置も重要である。本発明に従えば、枢動点１５２も、実質的に面１５６に配置される。キャリア１５０のこのような支持により、電気機械駆動要素３０の振動動作が、多くの重要なパラメータとほぼ無関係になり、これにより、制御及び予測がより容易な振動モードがもたらされる。
【００２２】
図３は、本発明に従う装置の実施形態の一部を、より幾分写実的に示す。電気機械モータ１０の中央の詳細を示すために、ばねは除かれている。この実施形態において、電気機械モータ１０は、２つの駆動セットを含み、セットの各々が、電気機械駆動要素３０Ａ，３０Ｂを有する。２つの電気機械駆動要素３０Ａ，３０Ｂは、移動されるべき本体１の両側に配置されている。図１に示した部品と類似の部品は同じ参照番号で示され、２つの側の同じ部品が互いに区別されるように記号「Ａ」又は「Ｂ」が付されている。
【００２３】
フレキシブルプリント基板５０Ａ及び５０Ｂは、適切な形状にカットされている。フレキシブルプリント基板５０Ａ及び５０Ｂに、電気機械駆動要素３０Ａ，３０Ｂの幅の外側に延在するタブが設けられている様子が見られ、このタブは、サイドジョイント３８Ａ，３８Ｂを電気機械駆動要素３０Ａ，３０Ｂと共に支持する。枢動支持体５２Ａ，５２Ｂも、望ましい機械的動作をもたらすために延在している。枢動支持体５２Ａ，５２Ｂは、それらの背部に、電気機械要素の鉛直対称線に配置された穴５３を有し、この穴５３は、以下にさらに詳細に説明するように、ばねの位置決めのために用いられる。穴５３は、枢動点の位置を画定する。
【００２４】
ステータ２０は、モータ全体の構造を支持するバックボーン部２１を含む。フレキシブルプリント基板５０Ａ及び５０Ｂは、バックボーン部２１に設けられたあご部（かかり、バーブ）２２により所定位置に保持される。方向における位置決め精度は、この特定の実施形態において、バックボーン部２１の内面に支持されているラグ（出張り）５７Ａ，５７Ｂにより保証される。
【００２５】
図３のモータは、例えば装置が床に落下するなどの突然の外的衝撃に対して敏感でないように設計されている。電気機械駆動要素３０Ａ，３０Ｂは、以下にさらに説明するように、本体１に押し付けられるが、バックボーン２１との本質的に堅固な機械的連結はない。位置は、機械的な端部止め部、例えば、ラグ５７Ａ，５７Ｂにより決定される。モータ内の繊細な部分、すなわち電気機械駆動要素３０Ａ，３０Ｂにかかる力は、本質的に、ステータ自体内の慣性力により決定される。ステータの寸法が小さいことにより、これらの力は非常に小さく、従って、非常に高い減速が、故障の危険なく許容されることができる。
【００２６】
図４ａは、図３の装置に用いられることができる電気機械駆動要素３０を独立に示した斜視図である。本発明に従えば、電気機械駆動要素３０の長い側部３７に金属被覆領域３２が設けられ、領域３２に、フレキシブルプリント基板との接続部が形成される。金属被覆領域３２は、電気機械駆動要素内の電極２９を接続するためにも用いられる。金属被覆領域３２は、好ましくは、任意の慣用のプリント技術により設けられるが、他の方法、例えば、蒸着、若しくは他の薄膜堆積技術を用いても設けられ得る。図４ａに、金属被覆領域３２が電気機械駆動要素３０の短い側部３９から距離Ｄの位置に配置されている様子が非常に明確に見られ、この位置は枢動点位置に対応している。電気機械駆動要素３０には、要素の上面２７に凹部４４も設けられている。この凹部４４は、以下にさらに詳細に説明するように、駆動パッドのための組立補助として働く。高い精度を得るために、電気機械駆動要素３０の主要寸法のカット、凹部４４の形成、及び、金属被覆領域３２の形成は、同じ製造段階で行われる。従って、同じ機械加工固定が用いられることができ、これは、金属被覆領域３２、凹部４４及び電気機械駆動要素３０の外寸の相対的な幾何学的精度が高くなることを保証する。電気機械駆動要素３０は、対応する対称の金属被覆領域も裏側に有する（図示せず）。
【００２７】
図４ｂは、図４ａの電気機械駆動要素３０を下側から見た斜視図を示す。この実施形態において、金属被覆領域３２は電気機械駆動要素３０の側部のみに設けられている。電気機械駆動要素３０の底部２６は、本質的に金属被覆されていない。
【００２８】
図４ｃは、図３の装置に用いられることができる電気機械駆動要素３０の別の実施形態の斜視図である。この実施形態において、金属被覆部は底部側２６まで延在し、側部領域３２と電気的に接続された底部金属被覆領域６２をもたらしている。このような底部金属被覆領域６２は、以下にさらに説明するように、或る用途において自動組立を容易にし得る。
【００２９】
図４ｄは、図３の装置に用いられることができる電気機械駆動要素３０のさらに別の実施形態の斜視図である。この実施形態において、金属被覆領域は、電気機械駆動要素３０の底部領域６２にのみ設けられる。上記のように、このような底部金属被覆領域６２は、以下にさらに説明するように、或る用途において自動組立を容易にし得る。金属被覆領域６２は、電気機械駆動要素３０内の異なる電極を接触させるためにも用いられることができ、この接触は、例えば、電気機械素子の積層を通るバイアホールを設け、このバイアホールに導電材料を充填することにより得られる。電極の内部接触は、はんだパッドと駆動要素との結束強度が概して増大されるという利点も有する。
【００３０】
図４ｅにて、駆動パッド４０（この実施形態においては円筒形状）が、電気機械駆動要素３０に取り付けられている。電気機械駆動要素３０の凹部４４は十分に深いため、駆動パッド４０は、凹部の縁４６にのみ支持される。このようにして、駆動パッド４０は、電気機械駆動要素３０に接着されるときに正確にセルフセンタリングされる。
【００３１】
図５ａは、電気機械駆動要素３０がフレキシブルプリント基板５０に取り付けられた状態の斜視図である。この図では、フレキシブルプリント基板５０のタブ５５及び枢動支持体５２が容易に見られる。サイドジョイント３８がフレキシブルプリント基板５０のタブ５５と電気機械駆動要素３０の金属被覆領域３２とを機械的及び電気的に接続している様子が見られる。支持ラグ５７も容易に見られる。
【００３２】
ジョイント３８が、好ましくは、フレキシブルプリント基板５０と電気機械駆動要素３０との電気接続部でもあるため、電気機械駆動要素３０を作動させるための電圧信号が、フレキシブルプリント基板５０を介して供給されることができる。図の右側においては、電圧接続部５８が、側方から、すなわち、主要運動方向に対して平行に設けられている。一方、左側では、電圧接続部５８が接線方向に設けられている。当業者は、電圧供給源９０からの電圧が、電気機械駆動要素３０に、実際の設計に応じて任意の方向から供給されることができることを理解するであろう。
【００３３】
図３及び図５ａにおいて、フレキシブルプリント基板５０は、タブ５５の位置の間には電気機械駆動要素３０の主要部の下に材料が配置されないようにカットされている。しかし、他の実施形態において、フレキシブルプリント基板は、電気機械駆動要素３０の底部の全体又は一部を覆う連続した板であってもよい。
【００３４】
図５ｂは、図５ａの線Ａ−Ａに沿った断面図であり、電気機械駆動要素３０がフレキシブルプリント基板に取り付けられている様子をより詳細に示す。この実施形態において、フレキシブルプリント基板５０には、プリント導体パッド５９が、ある間隔で離して設けられ、この間隔は、電気機械駆動要素３０の幅よりもわずかに小さい。これらのパッド５９上に液体はんだ付け材料を付与し、次いで電気機械駆動要素３０をほぼ所定位置に配置することにより、はんだ付け材料の表面張力が、電気機械駆動要素３０上の金属被覆領域３２を自動的に濡らし、また、電気機械駆動要素３０をパッド５９に対して自動的に中央に配置するであろう。このようにして、非常に高い組立精度が得られる。図５ｂに見られるように、この実施形態は、ジョイント３８を有し、ジョイント３８は、側方領域３２全体とパッド５９とを接触させ、且つ、電気機械駆動要素３０の下に短い距離存在する。しかし、電気機械駆動要素３０の底部の大部分が、フレキシブルプリント基板５０の面から上の非常に短い間隔の位置に組み付けられる。これは、ジョイント３８が、ばね５４から加えられる力を支えることを意味する。
【００３５】
しかし、ばね５４により加えられる力（以下に説明する）が大きい場合、キャリア、すなわちフレキシブルプリント基板５０及び枢動支持体５２を、電気機械駆動要素３０と直接に機械的接触させることが有利であろう。こうすれば、連結部３８における応力が実質的に低減され、疲労又は破損の危険性が最小限にされる。枢動支持体５２と電気機械駆動要素３０とを直接接触させるための幾つかの方法がある。枢動支持体５２がフレキシブルプリント基板５０に取り付けられ、又はフレキシブルプリント基板５０と一体であるとするならば、フレキシブルプリント基板５０と電気機械駆動要素３０の間で接触することが望ましい。このための技術の１つは、フレキシブルプリント基板５０と電気機械駆動要素３０との間のフレキシブルプリント基板５０上に、メサ構造を設けることである。すると、はんだの表面張力が電気機械駆動要素３０を、このメサに接するように引っ張る。
【００３６】
これを達成するための別の技術は、フレキシブルプリント基板５０上のはんだパッドを、電気機械駆動要素３０の幅より大きく離隔して設けることである。電気機械駆動要素３０をフレキシブルプリント基板５０上に配置するとき、はんだの表面張力が、電気機械駆動要素３０を、平坦なフレキシブルプリント基板５０に接するように引張るであろう。
【００３７】
第３の技術は、はんだ付け又は導電接着プロセス中に、駆動要素をフレキシブルプリント基板５０に押し付けることである。さらに別の技術は、はんだ付けの後に接着剤を加えて、電気機械駆動要素３０とフレキシブルプリント基板５０との間の空間を埋めることである。
【００３８】
以上に示した組立原理は、慣用の電子機器製造にて用いられる表面実装技術に大変適している。これは、電気機械モータの電気機械部品の組立を、高度に自動化された安価な方法で行うことができることを意味する。このような電気機械部品の表面実装は新規なものでなく、例えば、公開されている国際特許出願ＷＯ００／４４２０８号に開示されている。
【００３９】
図６は、電気機械モータ１０の一実施形態を、ばね５４が取り付けられた状態で示す。この実施形態において、ばね５４は、折り曲げられた金属プレートであり、２つの電気機械駆動要素３０と、移動されるべき本体との間に垂直力をもたらすための適切な弾性特性を有する。ばね５４には４つの先端５６が設けられ、これらの先端５６は、組立時に枢動支持体５２の裏穴５３に嵌め込まれる。これらの先端５６は、電気機械駆動要素組立体との接触をもたらす力のみを構成する。穴５３が電気機械駆動要素３０の水平な対称線３５に配置されることを保証することにより、ばね５４により伝達される垂直力も、この対称線３５にて加えられる。こうすることにより、電気機械駆動要素３０は、互いに対して、及び、移動される本体に対してセルフアライメント（自動位置合わせ）される。主な課題の１つは、駆動パッド４０の接触領域に沿った均等な圧力を得ることである。穴５３及びばね先端５６は、駆動パッド４０が、移動される本体１の側方の各々に対称に配置されることも保証する。さらなるトルクが、ステータ２０の他の或る部分、例えば、フレキシブルプリント基板５０からかかる場合、穴５３を対称線３５に対して移動させることも有利であり得る。穴５３を対称線に対して直角の方向にわずかに移動することが、駆動パッド４０にかかる圧力分布をより均等にするであろう。また、先端５６及び穴５３は、ばね５４が偶然に抜け落ちることを防止する。
【００４０】
この実施形態において、ばね５４には、平行な縁６６が横方向に設けられている。この実施形態において、これらの縁６６は、電気機械駆動要素３０の延在方向に対して平行な全ての遊びを防止するために用いられることができる。このような構造は、図５ａに示したフレキシブルプリント基板のラグの代替物として用いられることができる。ばね５４が長手方向の力を支えるために用いられるならば、ばね５４の取付け点、すなわち先端５６を対称線３５に沿って配置することが有利な場合があるであろう。
【００４１】
ばね５４は、フレキシブルプリント基板５０の延長タブ５５の上から嵌り込むための４つの開口部６１を有する。これは、ばね５４が電気機械駆動要素３０の非常に近くに配置されることを可能にし、これにより、全体の設計が非常に細くなる。ばね５４を取り付けるとき、開口部６１及びタブ５５は、ばね５４がその正しい位置を見つけることを補助するガイドツールとしても働く。この実施形態において、さらなる２つの穴６３が、ばね５４に、取付けツールが把持するために設けられている。
【００４２】
図７に、ばね５４の別の実施形態が示されている。この実施形態においては、ステータバックボーン２１に突状フランジ６５が設けられ、ばねに突起６４が設けられている。組立時、ばねは所定位置に上から押し込まれ、それにより、突起６４が突状フランジ６５を超えて押し嵌められる。フランジ６５と突起６４との相互作用が、ばね５４が抜け落ちることを防止する。
【００４３】
以上に、同じ基本原理に基づいた様々な実施形態を示した。しかし、保護範囲はこれらの実施形態に限定されず、本文に添付された特許請求の範囲によってのみ画定されるものとする。特に、これらの実施形態の異なる詳細を、利用可能な任意の組合せで組み合わせることができる。
【００４４】
また、当業者には、本発明の原理を、以上に示した以外の基本設計でつくられる電気機械モータに適用できることが理解されるであろう。従って、詳細な説明における実施形態は、単に、当業者の誰もが本発明を利用することを可能にする例示的な実施形態とみなされるべきである。
【００４５】
本発明に従うモータは、大量生産のために設計されている。従って、頑強な性能と強固な製造プロセスの両方が必要とされる。製造プロセス中の許容範囲が狭すぎると生産が低減し、従って、コスト高になるであろう。加工ステップが多すぎてもコストが増大するであろう。本発明に従うモータの一実施形態におけるステータ部品は、表面実装を用いた製造プロセスに適合されており、このプロセスにおいて電気機械駆動要素が電気基板上に配置される。要素を基板に結合するために、一般的にははんだが用いられる。別の方法は、導電接着剤を用いることである。
【００４６】
製造プロセスは、電気接続部と機械的連結部が一体化されているため、非常に簡略化される。電気接続部と機械的連結部は、先に記載したように、振動する駆動要素の節点位置付近に配置されるべきである。電気接続部が、好ましくは、振動駆動要素への機械的連結部としても用いられるため、これらの位置に圧力が存在し、これが、これらの電気的支持部の頑強性を増大させる。これは、主に、セラミック製の駆動要素上のはんだ付け可能な金属被覆部が脆弱な性質であることによる。圧縮応力は、通常、故障の原因とならないが、引張応力は、常に、破損限界よりもかなり低減されなければならない。はんだ位置に加えられる圧力がなければ、ステータが組み立てられるとき、又は部品が大きい加速をうけるとき、例えば、装置が床に落下したときなどに、引張り応力の危険があるだろう。
【００４７】
振動振幅が小さい位置に電気接続部を配置すると、電気接続部は、振動による応力に対して、より鈍感になる。電気接続部が駆動要素の側面にある場合、機械的支持の一部は、駆動要素と基板との間のはんだ継手から構成され、一部は、基板と駆動要素との機械的接触から構成される。機械的支持、特に、駆動要素の中心に対する枢動位置は、モータの頑強な性能を得るために重要である。枢動点、すなわち、ばねとの機械的連結部がキャリアにより画定され、また、基板及び駆動要素上の、電気接続のためのはんだパッドが、適切な配置を得るために用いられるならば、性能及び製造的頑強性が向上するであろう。駆動要素及び基板上のはんだパッドは、はんだプロセス中のはんだの表面張力によるセルフアライメントを得るために用いられることができる。
【００４８】
先に記載したように、本発明の目的の１つは、電気機械モータの正確で安価な組立を可能にすることである。図８は、本発明に従う組立方法の実施形態の主要ステップのフローチャートを示す。手順はステップ２００から開始する。ステップ２０２にて、電気機械駆動要素が設けられる。電気機械駆動要素は、概して第１の方向に細長い。また、作動時に、第１の方向に対して実質的に垂直な第２の方向にストロークをもたらす曲げ運動を生じるように配置される。電気機械駆動要素の領域がステップ２０４にて金属化（金属被覆）される。金属被覆領域は、第１方向に対して実質的に平行な面に設けられる。ステップ２０６にて、電気機械駆動要素はキャリアに取り付けられる。好ましくは、これは、電気機械駆動要素の金属被覆部をキャリアに、表面実装技術を用いてはんだ付けすることにより行われる。ステップ２０８にてばねが取り付けられ、枢動点にてキャリアに力を加える。キャリアは、電気機械駆動要素の延在方向に実質的に向いている軸を中心に枢動運動するように、枢動点にて枢動可能に配置される。枢動点は、機械的継手と位置合わせされるように、且つ、好ましくは、電気機械駆動要素の節点と位置合わせされるように配置される。手順はステップ２９９で終了する。
【００４９】
（参考文献）
ＵＳ６，４３７，４８５Ｂ１
ＷＯ００／４４２０８
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】図１は、本発明に従う電気機械モータの一実施形態の概略図である。
【図２】図２ａ及び図２ｂは、自由振動梁の曲げモードを示す線図であり、図２ｃは、電気機械モータに用いられる振動梁の概略図である。
【図３】図３は、本発明に従う電気機械モータの一実施形態の一部の斜視図である。
【図４】図４ａ〜図４ｅは、本発明に従う電気機械駆動要素の実施形態の斜視図である。
【図５】図５ａは、本発明に従うフレキシブルプリント基板に取り付けられた電気機械駆動要素の一実施形態の概略図であり、図５ｂは、図５ａの断面図である。
【図６】図６は、本発明に従う電気機械モータの一実施形態の一部の、ばねが取り付けられた状態の斜視図である。
【図７】図７は、本発明に従う電気機械モータの別の実施形態の一部の、ばねが取り付けられた状態の斜視図である。
【図８】図８は、本発明に従う方法の一実施形態の主要ステップのフローチャートである。
【図１】
2007515148.tif 000003
【図２ａ】
2007515148.tif 000004
【図２ｂ】
2007515148.tif 000005
【図２ｃ】
2007515148.tif 000006
【図３】
2007515148.tif 000007
【図４ａ】
2007515148.tif 000008
【図４ｂ】
2007515148.tif 000009
【図４ｃ】
2007515148.tif 000010
【図４ｄ】
2007515148.tif 000011
【図４ｅ】
2007515148.tif 000012
【図５ａ】
2007515148.tif 000013
【図５ｂ】
2007515148.tif 000014
【図６】
2007515148.tif 000015
【図７】
2007515148.tif 000016
【図８】
2007515148.tif 000017
【国際調査報告】
2007515148.tif 000018
2007515148.tif 000019