(57)【要約】【課題】電気機械的モータ（１）は、移動させるべき本体（１０）の駆動面（１４）にほぼ平行に伸びる２つの電気機械的部分（３２、３４）から構成される駆動素子（３０）を備えている。電気機械的部分（３２、３４）は、固定子（２０）の支持体部分（２２）の第１の端部（３８）に剛性的に支持される。本体（１０）の駆動面（１４）との相互動作によって本体（１０）を移動させる、単一の作動部分（４２）を有するリンク部分（４０）は、電気機械的部分（３２、３４）のそれぞれの第２の端部（３６）の間に取り付けられる。電気機械的部分（３２、３４）は移動方向（１２）にほぼ垂直なストロークを有する振動モードで励振することができる。リンク（４０）の一部またはリンク部分（４０）および電気機械的部分（３２、３４）の間の結合部（４６、５４）は、ストロークの方向に電気機械的部分（３２、３４）の自体の曲げ剛性よりも著しく低い曲げ剛性を有している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動素子（３０）および支持体部分（２２）を有する固定子（２０）と、
上記駆動素子（３０）が上記本体（１０）と相互作用することにより主変位方向に移動される本体（１０）と、
２つの電気機械的部分（３２、３４；９０）を有し、上記の主変位方向（１２）にほぼ平行な主延長方向に伸び、上記の支持体部分（２２）に連結される上記の駆動素子（３０）と、
上記の主変位方向（１２）にほぼ垂直なストロークの振動モードに励振できる上記の２つの電気機械的部分（３２、３４；９０）と、
リンク部品（４０）を介してそれぞれの第１の端部（３６）で相互に結合される２つの電気機械的部分（３２、３４；９０）と、
上記の本体（１０）と上記の相互作用をする単一の作動部分（４２）を有する上記リンク部品（４０）と、
から構成される電気機械的モータ（１）において、
上記リンク部品（４０）および上記のそれぞれの第１の端部（３６）の間のそれぞれの結合部（４６、５４）と、
上記リンク部品（４０）の一部と、
の少なくとも１つが、上記のストロークの方向に、上記の２つの電気機械的部分（３２、３４；９０）の曲げ剛性よりも著しく低い曲げ剛性の部分を有することを特徴とする電気機械的モータ。
【請求項２】
上記の２つの電気機械的部分（３２、３４；９０）が上記の支持体（２２）に、上記のそれぞれの第１の端部（３６）よりも近く、上記のそれぞれの第１の端部（３６）と基本的に反対側にある、上記の２つの電気機械的部分（３２、３４；９０）のそれぞれの第２の端部（３８）のそれぞれの結合点において結合されることを特徴とする請求項１による電気機械的モータ。
【請求項３】
上記結合点は、上記支持体部分（２２）の主要部分に関して基本的に不動であることを特徴とする請求項２による電気機械的モータ。
【請求項４】
上記の２つの電気機械的部分（３２、３４；９０）が、ほぼ上記のそれぞれの第２の端部の位置で剛体的に結合されることを特徴とする請求項３による電気機械的モータ。
【請求項５】
上記の２つの電気機械的部分（３２、３４；９０）と比較して著しく低い曲げ剛性の部分が、上記のストロークの方向に低減した寸法の部分から構成されることを特徴とする請求項１ないし４の何れかによる電気機械的モータ。
【請求項６】
著しく低い曲げ剛性の部分が、上記の２つの電気機械的部分（３２、３４；９０）より軟らかい材料から構成されることを特徴とする請求項１ないし５の何れかによる電気機械的モータ。
【請求項７】
上記のリンク部品（４０）は、２つの上記の著しく低い曲げ剛性の部分に結合される１つの剛体部品から構成され、上記作動部分（４２）は上記剛性部品の中央に配置されることを特徴とする請求項１ないし６の何れかによる電気機械的モータ。
【請求項８】
上記のリンク部品（４０）は、第１の曲がることができる部分（５０）に結合された２つの剛体部品（４８、５２）から構成され、上記作動部分（４２）は上記の第１の曲がることができる部分（５０）またはその付近に配置されることを特徴とする請求項１ないし７の何れかによる電気機械的モータ。
【請求項９】
上記の著しく低い曲げ剛性の部分が、上記剛体部分（４８、５４）および上記の電気機械的部分（３２、３４；９０）の間の、それぞれの第２および第３の曲がることができる部分（４６、５４）によって構成されることを特徴とする請求項８による電気機械的モータ。
【請求項１０】
上記のリンク部品（４０）はさらに、上記の第２および第３の曲がることができる部分（４６、５４）の間のそれぞれの剛体レバー（４７、５３）および上記電気機械的部分（３２、３４；９０）から構成されることを特徴とする請求項９による電気機械的モータ。
【請求項１１】
上記の剛体レバー（４７、５３）、剛体部分（４８、５４）および／または曲がることができる部分（４６、５４）は、曲げ切り欠き（９８）または穴（９６）を設けた金属板（９２）から製作されることを特徴とする請求項１０による電気機械的モータ。
【請求項１２】
上記電気機械的部分（３２、３４；９０）は、バイモルフ部分、モノモルフ部分およびマルチモルフ部分のグループから選択することを特徴とする請求項１ないし１１の何れかによる電気機械的モータ。
【請求項１３】
さらに上記駆動素子（３０）および本体（１０）の間に正常な力（２８）を加えるため配置される弾性手段（２４）から構成されることを特徴とする請求項１ないし１２の何れかによる電気機械的モータ。
【請求項１４】
上記の結合点が駆動要素（３０）の側面に配置されることを特徴とする請求項２ないし４の何れかによる電気機械的モータ。
【請求項１５】
上記の結合点が駆動要素（３０）の上側または下側であることを特徴とする請求項２ないし４の何れかによる電気機械的モータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は共振周波数またはその近傍で動作する一般な電気機械的的アクチュエータ、および特に小形の電気機械的的アクチュエータに関するものである。
【０００２】
背景技術
微細な位置調整を制御することができる、極端に小さなモータを必要とする一般的な技術的なアプリケーションは多数存在する。これらの中でカメラなどの消費者の可搬式な装置は、低い電力の消費、軽い重量および低価格がさらに要求される。要求される動作は一般的には線形であるが、親ねじなどの動作を変換する機構と組み合わされた回転モータが度々使用される。動作範囲は多くの場合ミリメートルの大きさである。上記に説明して需要は１つの同じ設計のモータで同時に満足させることは困難である。
【０００３】
一般に、固体のアクチュエータ材料およびある種の拡大機構の使用が、希望する超小形モータのために最善の解決策と考えられる。ＰＺＴ素子などの固体のアクチュエータは非常に高いエネルギ密度を有し、従ってモータの寸法を非常に小さく製作できる。一般に、現存する高いエネルギ密度を備えたアクチュエータ材料は、その形状を１パーセントの１／１０以上変更することは不可能で、小さな外形寸法の最適構造を製作することは困難である。従来の技術で多くの異なった解決策が提案された。若干の代表的な例を以下説明する。
【０００４】
米国特許６３７３１７０では、互いに与えられた角度で傾けられた２つの分離したアクチュエータブロックが、レールを駆動するため相互に連結する駆動パッドを使用する。アクチュエータはいわゆる３３作動で動作する。全体的にＶ字形のユニットは、移動するレールに対して垂直に伸びる。２つのアクチュエータは、駆動パッドの楕円状の軌道を与える２つのアクチュエータの間の、相転移を有する長さ方向の機械的共振で駆動される。構成部品を数ミリメータの大きさに小さくすると、長さ方向の機械的共振はＭＨｚに近い範囲で生ずる。多くのアプリケーションにおいて、このような周波数は電磁的干渉を増加させるので許容されない。装置をこのような周波数で動作させることは実際的に困難である。またアクチュエータブロックおよびレールの間の無視できない角度を使用する幾何学的設計は、超小形化したモータの組み立てを不適切にする。
【０００５】
米国特許５４５３６５３では、幾つかの電極を有するアクチュエータ板が、３１作動により２つの異なる共振モードで同時に動作する。これは印加される電圧信号の間に相転換がある場合、楕円の曲線を生成する。ここでも１つの長さ方向の共振モードが使用されるので、前の開示と類似した欠点がここでも存在する。曲げモードの共振がほぼ同じ周波数で生じなければならないという必要性によって形状がさらに制約されるので、欠点はこの場合はさらに厳しくなる。さらに駆動する本体に対して垂直な形状は、小さい寸法のアプリケーションに対しては不適切である。
【０００６】
多くのアプリケーションに使用されてきた１つの構成部品は圧電バイモルフ素子であるが、これは曲げモードで高い内部動作拡大が達成できるからである。極端に小さい寸法が要求されるアプリケーションを目指したモータは、スウェーデン特許ＳＥ９３００３０５−１において案出され紹介された。回転または線形の移動は、バイモルフ素子によるステップ的な移動を、移動させる対象物に直接接触させて実施した。この発明において、バイモルフ素子の接触点を二次元に移動する方法、すなわちバイモルフを曲げおよび長さ方向に使用する方法でバイモルフ素子は駆動される。
【０００７】
ドイツ特許ＤＤ１４３６８２に、圧電式付着滑りモータが開示されている。鉄鋼／圧電素子のサンドウィチから構成される２つのバイモルフが、中間の非活性の鉄鋼部品によって接続される。非活性の部品に接続されるレバーが駆動する車輪に動作する。バイモルフの同相（相内）の曲げが車輪の駆動に使用され、一方バイモルフの非同相（相外）の曲げが非活性の部品を回転させ、車輪との接触圧力が変化する。しかしこの構造は、移動する本体の周囲の空間が制約されるアプリケーションには不適切である。
【０００８】
米国特許５０８９７４０において、バイモルフに基づいた駆動機構が開示されている。組み合わされた移動パターンを備えた複雑な門形のバイモルフの配置が紹介され、比較的高い剛性を有している。しかし、全体の配置は広い空間を必要とし、配置に使用される部品は組み合わされた移動の利点を排除している。
【０００９】
米国特許６３９２３２８において、幾つかの電極を有する１つのアクチュエータビームの配置が開示されている。ビームは３１作動により２つの異なった共振モードで動作し、ビームに対して平行な方向に向いたレールと接触する２つの駆動パッドの楕円の曲線を創作する。ビームはビームの中心部分の支持部に取り付けられる。ここでも長さ方向の共振が使用され、上述の不利な点を生ずる。さらに２つ以上の駆動パッドの使用は、アクチュエータの配置の長さに関連する最大ステップ長さを制約する。
【００１０】
米国特許６４３７４８５において、駆動される本体の周りの制約された横方向の空間に適したアクチュエータの配置が開示されている。幾つかの電極から構成され、本体に対しほぼ平行に配置された１つのアクチュエータビームが、基本共振周波数の近くで３１作動により動作する。ビームは台床に対してほぼ端部で支持され、単一の駆動パッドはビームの中央に配置される。ビームの両側に非対称に印加される電圧および僅かに共振から外れた周波数が、駆動パッドの二次元の曲線を達成するために使用される。この配置による利点は多い。これは本体の近くに非常に小さな横方向の空間しか必要とせず、単一の駆動パッドの使用は長いストロークを可能とし、共振に近い動作は電子的な要求を減少させる。しかし十分な効率を達成することは比較的困難である。
【００１１】
発明の概要
本発明の１つの目的は、超小形化に適し、特に小さな横方向の拡がりを有する電気機械的アクチュエータシステムを提供することである。また本発明の別の目的は、電磁的放射干渉を生ずることなく動作することが可能な、電気機械的アクチュエータシステムを提供することである。また本発明のさらに別の目的は、改善された効率およびストロークを有する、電気機械的アクチュエータシステムを提供することである。
【００１２】
上記の目的は、添付する特許請求範囲によるアクチュエータシステムによって達成される。一般にアクチュエータシステムは、移動させるべき本体の駆動面にほぼ平行に伸びる２つの電気機械的部分から構成される駆動素子を備えている。電気機械的部分は固定子の支持体部分の一端に剛性的に支持される。本体の駆動面との相互動作によって本体を移動させる、単一の作動部分を有するリンク部品は、電気機械的部分のそれぞれの第２の端部の間に取り付けられる。電気機械的部分は、本体の移動方向にほぼ垂直なストロークを有する振動モードで励振することができる。リンクまたはリンクおよび電気機械的部分の間の連結部は、電気機械的部分のストロークの方向に、電気機械的部分自体の曲げ剛性よりも著しく低い曲げ剛性を有している。このような配置は、それぞれの電気機械的部分の振動の絶縁を提供する。電気機械的部分は、電気機械的材料容積のモノモルフ、バイモルフまたはマルチモルフであネルことが好ましい。リンク部品は曲げることができる部分によって相互接続される多くの剛体部分から構成されることが望ましい。
【００１３】
本発明には幾つかの利点がある。 移動の方向に垂直な横方向の広がりを極端に小さくできるので、幾何学的設計は小さな寸法のアクチュエータシステムに非常に適している。さらに、曲げモードの振動の使用は、非常に小さなアクチュエータシステムをＭＨｚより十分に低い周波数で動作させることができる。電気機械的な曲げることができ部分の剛性的な支持ならびにリンクおよび／またはリンク結合部の低い曲げ剛性は、電力的に効率の良い動作ができる２つの部分の独立した共振動作を開発する。
【００１４】
本発明はそれ以外の目的およびその利点とともに、添付された図面とともに以下の説明を参照することにより十分に理解されるであろう。
【００１５】
超小形化に適し、特に小さな横方向の拡がりを有する電気機械的アクチュエータシステムを提供される。
【００１６】
詳細な説明
図１に本発明による電気機械的モータの実施態様が示される。電気機械的モータ１は固定子２０および移動すべき本体１０から構成される。矢印１２は固定子２０に対する本体１０の変位の方向を示す。固定子２０は支持体部分２２および駆動素子３０から構成される。駆動素子３０は２つの電気機械的部分３２、３４およびリンク部分４０から構成される。電気機械的部分３２、３４は引き伸ばされ、変位の方向１２とほぼ平行に伸びる。電気機械的部分３２、３４はそれぞれ第１の端部３８が支持体部分２２に剛体的に支持される。リンク部分４０は電気機械的部分３２、３４のそれぞれ向かい合う第２の端部３６に相互に連結される。
【００１７】
駆動素子３０は本体１０に対して弾性的な手段２４により、支持体部分２２および線形支持手段２６を介して正常の力２８で押し付けられる。
【００１８】
リンク部分４０は、本発明ではそれぞれ曲がることができる部分４６、５４から構成される連結部によりそれぞれ電気機械的部分３２、３４に取り付けられる２つの剛体部品４８、５２から構成される。剛体部品４８は別の曲がることができる部分５０に相互に連結される。リンク部分４０は、本体１０の相互作用面１４と少なくとも時々接触することが意図される単一の作動部分４２から構成される。この接触によって、作動部分４２は相互作用面１４と相互作用し、本体１０を変位方向１２に移動させる。本実施態様の駆動部分４２は駆動パッドによって構成される。
【００１９】
電気機械的部分３２、３４は、電気機械的な容積を超える電圧を印加することができるように電極を備えた電気機械的に活動的な材料で、圧電セラミックが好ましい。このような電圧の印加は電気機械的な容積の形状の変化を生じさせる。電気機械的部分３２、３４の実際の設計によって、異なった種類の移動が創作される。電気機械的部分３２、３４の好ましい実施態様の詳細はさらに以下に説明する。しかしここでは、電気機械的部分３２、３４は曲げ振動が電気機械的部分３２、３４内で励起することができるような方法で配置されることだけを述べる。この曲げ振動は変位の方向１２および相互動作面１４にほぼ垂直な方向に向くストロークを有している。  
電気機械的部分３２、３４は支持体部分２２にその第１の端部３８において剛性的に支持されるので、このような曲げ振動は電気機械的部分３２、３４の第２の端部３６を、矢印４３で示されるように主として上下に移動させる。このような移動はリンク部分４０を移動させる。しかし曲がることのできる部分４６、５４の低減された曲げ剛性によって、実際の振動は別の電気機械的部分３２、３４に転移することはない。言葉を変えればリンク端部の位置は実際に電気機械的部分３２,３４の先端の位置で決定されるが、振動はリンク４０の移動にそれ以上の影響を与えない。これにより異なる電気機械的部分３２,３４が独立した振動挙動を持つことが可能となる。電気機械的部分３２,３４の１つの曲げ振動が別のものと異なる位相を持つ場合は、リンク部分４０は作動部分４２を円形矢印４４で示すように楕円経路で移動させる。
【００２０】
図２ａないし２ｄは、このような移動をより詳しく説明する。これらの図で、電気機械的部分３２,３４の垂直のストロークは、動作がよく分かるようにするためを極度に誇大化されている。実際に、ストロークは電気機械的部分３２,３４の厚さのほんの一部である。
【００２１】
図２ａにおいて、左の電気機械的部分３４は電気機械的部分３４が直線となるように励磁される。しかしその代わりに右の電気機械的部分３２は、第２の端部が図の上側に向かって僅かに曲がるように励磁される。電気機械的部分３２,３４のこれらの形状によって、作動部分４２が対称軸の僅かに左側で、両方の電気機械的部分３２,３４が直線の場合の作動部分４２に対して僅かに高くなる。この状態から、両方の電気機械的部分３２,３４が下側に曲げられると、作動部分４２は矢印６０によって示される方向に向かう移動を生ずる。
【００２２】
図２ｂにおいて、左の電気機械的部分３４は下側に曲がり、右の電気機械的部分３２は直線状の形状に戻る。この結果作動部分は対称線の左のままであるが、図２ａよりは僅かに低くなる。この状態から、左の電気機械的部分３４が上側への曲がり開始し、一方右の電気機械的部分３２が下側への曲がりを継続する。これによって作動部分４２は矢印６２によって示される方向に向かう移動を生ずる。
【００２３】
図２ｃにおいて、左の電気機械的部分３４は再び直線となり、右の電気機械的部分３２は下側に曲がる。これによって作動部分４２の位置は図２ａより低くなるが、ここでは対称線の右側となる。この状態から、両方の電気機械的部分３２,３４が上側に曲げられ、これによって作動部分４２は印６４によって示される方向に向かう移動を生ずる。
【００２４】
図２ｄにおいて、左の電気機械的部分３４は上側に曲がり、右の電気機械的部分３２は直線状の形状に戻る。この結果作動部分は対称線の右のままであるが、図２ａとほぼ同じ高さとなる。この状態から、左の電気機械的部分３４が下側への曲がり開始し、一方右の電気機械的部分３２が上側への曲がりを継続する。これによって作動部分４２は矢印６６によって示される方向に向かう移動を生ずる。
【００２５】
図２ａないし２ｄによって説明した一連の動作は、例えば図１のループで示されるような作動部分４２に対する楕円の経路を生ずる。作動部分４２は少なくとも時々本体１０の相互動作面１４と接触するので、作動部分４２の楕円状の移動は本体１０の左側への上昇を生ずる。駆動機構は一般の場合に、準静的なステップ状の移動または動的な原理に基づくことができる。
【００２６】
配置の電力効率を高めるため、電気機械的部分３２,３４の機械的共振を使用することが好ましい。電気機械的部分３２,３４の移動は、変位の方向１２にほぼ垂直なストロークの曲げ移動であるので、機械的共振は曲げモードの共振であることが好ましい。電気機械的部分３２,３４は、図２ａないし２ｄに示すように同じ周波数で駆動されることが好ましく、ほぼ同じ周波数の共振を得るためには、電気機械的部分３２,３４互いに対称であることが好ましい。
【００２７】
しかし、同じ周波数の共振を有する機械的配置の２つの部分を駆動することは、一般の場合共振間の相互動作の原因となり、不安定または制御の困難な状態を生ずる。従って上記に簡単に述べたように、かつ本発明に従って２つの電気機械的部分３２、３４の振動を機械的に絶縁ことが重要である。曲げることができる部分４６、５０および５４が振動フィルタとして動作するので、リンク部分４０は、なんら問題を生じない。電気機械的部分との結合、すなわち本実施態様の曲げることができる部分４６および５４、および／またはリンク部分４０自体は、本発明によれば少なくとも著しく低い曲げ剛性の部分を有する。これは上記の２つの電気機械的部分の曲げ剛性および上記に説明した曲げモードとの比較である。さらに振動を絶縁するため、電気機械的部分３２,３４は機械的に、かつ好ましくは支持体部分２２によって剛性的に支持されることが好ましい。機械的振動エネルギの本体を通っての伝達はこのようにして非常に小さい。
【００２８】
これに関連して、原則として米国特許６４３７４８５のアクチュエータを、類似の効果を得るため変更することができるが、完全に反対の方法である。原則として、取り付け点の設計によって振動は本体には伝達されない。２つの電気機械的素子を連結する部分が非常な剛性体として設計された場合、たとえは非常に高い剛性の材料または剛性化する効果を有する構造の材料から構成されると、振動する部分を連結するこの剛性部分の妨害は減少する。あるアプリケーションにおいては、米国特許６４３７４８５の保護によってカバーされるこのような配置は十分であるかもしれないが、一般の場合はこのような効率的な剛体部分を設計することは困難であると信じられる。
【００２９】
図３は本発明による電気機械的モータの別の実施態様の一部を示す。図の見方を簡単にするため、駆動素子３０および支持体部分２２への支持だけを示す。この実施態様において、リンク部分４０はさらに２つの剛体レバー４７、５３から構成される。レバー４７の一端は第１の電気機械的部分３２の外側端部に剛体的に取り付けられ、一方他方の端部は曲がることのできる部分４６に取り付けられる。同様にレバー５３の一端は第２の電気機械的部分３４の外側端部３６に剛体的に取り付けられ、一方他方の端部は曲がることのできる部分５４に取り付けられる。これらのレバー４７、５３は電気機械的部分のストロークの拡大装置として動作する。さらにレバー４７,５３および剛体部品４８、５２の長さを調整することにより、リンク部品４０の幾何学的構成を、作動部分４２のほとんどの希望する移動に適用させることができる。横方向の広がりは従来の技術のシステムと比べて非常に小さく保つことがでる。
【００３０】
この実施態様において、電気機械的部分３２および３４の間の結合は多少なりとも剛性で、実際の振動をレバー４７、５３に伝達する。しかしリンク部品４０の内部部品である曲がることのできる部分４６、５４は、依然として振動フィルタの役目をする。
【００３１】
図４に、本発明による電気機械的モータのさらに別の実施態様の、駆動要素３０および支持体部分２２を示す。この実施態様において、支持体部分２２は作動部分４２の両側に伸びる。電気機械的部分３２、３４は、支持体部分２２によって、この実施態様では外側を向く第１の端部３８で支持される。この実施態様においては内側の第２の端部３６は、リンク部品４０に結合される。支持体体部分２２の振動絶縁作用は、このような実施態様では非常に効率的になる。しかしこの実施態様は幾分大きな横の空間を必要とすると思われる。
【００３２】
本発明において電気機械的部分は、本体を動かすために適切な移動経路を作動部分に与えるために、組み合わされる曲げ移動を創作する責任がある。図５ａは、本発明で使用することができる電気機械的部分７０の１つの実施態様を示す。電気機械的部分７０は圧電材料の２つの容積７４、７６から構成される。これらの容積７４、７６は、互いに平行に電気機械的部分７０の主要な延長方向に沿って伸び、このようにして典型的なバイモルフ部分を形成する。電極７３、７５、７７は容積のそれぞれの側面およびそれらの間に設けられる。このようにして圧電容積７４、７６に互いに独立して電圧を印加することができ、これによって圧電容積７４、７６はその形状が変化する。異なった大きさまたは極性の電圧を２つの容積７４、７６に印加することにより、バイモルフ部分７０は曲げられる。このようなバイモルフ配置は、従来の技術で既知である。
【００３３】
本発明で使用することができる電気機械的部分８０の別の実施態様を、図５ｂに示す。ここでは圧電材料の４つの容積８２、８４、８６、８８が、中間電極８１、８３、８５、８７、８９とともに平行に積層され、すなわちマルチモルフ配置である。適切な電圧を印加することにより、電気機械的部分８０は曲げられる。
【００３４】
本発明で使用することができる電気機械的部分９０の別の実施態様を、図５ｃに示す。ここでは単一の圧電容積９３が金属板９２に取り付けられる。電極９４は圧電容積９３の反対側に配置される。電圧は金属板９２および電極９４の間に印加することができ、圧電容積９３の形状が変化する。圧電容積９３は金属板のほぼ全長にわたって取り付けられるので、圧電容積９３の伸びまたは収縮は電気機械的部分９０の全体の曲げを生じさせる。このようなモノモルフ部分９０もまた本発明に使用することができる。
【００３５】
例えば図５ｃに示すような、金属圧電セラミックのサンドウィッチ配置は、圧電セラミックが常に圧縮状態であるように振動器に予め負荷を加えることができる。これは脆い破損の危険を低減するので非常に有利である。 圧電セラミック材料は、引っ張りおよび圧縮状態の代わりに２つの圧縮状態の間で振動する。
【００３６】
当業者に理解されるように、１つまたは幾つかの電気機械的材料と１つまたは幾つかの非電気機械的材料との込み合わせが使用できる。非電気機械的材料は金属セラミック、補強した重合体などである。
【００３７】
モノモルフ電気機械的部分を利用した固定子２０の実施態様を俯瞰図として図６に示す。電気機械的素子３２、３４は、支持体部分２２にそれぞれ外側端部で取り付けられるので、基本的構成は図４に類似している。金属板９２、リンク部品４０および支持体２２は、この実施態様では非常に小さな金属板に機械加工される。電気機械的に活性のある材料９３は金属板９２の上側に沈積される。作動部分４２は適切な材料により被覆される。
【００３８】
リンク部品４０は、形状および材料の両者について種々の方法で設計することができる。図７ａは、多くのアプリケーションで好まれる電気機械的部分９０およびリンク部品４０の配置の実施態様の側面図である。電気機械的部分９０は、図５ｃのように金属板９２およびそれぞれの圧電容積９３から構成される。リンク部品４０は金属板９２と一体部品として製作される。曲げ部分４６、５０、５４は金属板内の薄い厚さを有する部分として形成される。剛体部品４８、５２は金属板９２の本来の厚さを有している。図７ａに示した配置は特に安価に製作できる。
【００３９】
曲げ部分として板の厚さの低減を使用する代わりにまたは補足として、有効な幅の低減を使用することもできる。図７ｂは図７ａに類似した配置の平面図である。ここでは曲げることのできる部分４６、５０、５４は、切り欠き９８または穴９６の導入により材料の有効幅を低減して設けられる。
【００４０】
周囲より低い曲げ剛性の部分を設ける別の方法は、軟らかい材料の使用である。例えば図６を参照すると、電気機械的部分３２、３４の第２の端部３６が、リンク部品４０に電気機械的部分３２、３４と同じ断面を有するがかなり軟らかい材料によって結合された場合、同様な振動絶縁が達成される。
【００４１】
図１に本体の片側に駆動素子を有するモータの配置を示した。線形支持手段を、本体が弾性手段２４から自由に移動できるように使用した。代わりの配置を図８に示す。ここでは２つの駆動素子３０Ａおよび３０Ｂが本体１０の向かい合った側に配置される。駆動素子は支持体部分２２Ａ、２２Ｂに取り付けられ、続いて弾性手段２４によって一緒に圧縮される。２つの駆動素子を調和した方法で動作させる場合は、支持手段の配置は不必要となる。
【００４２】
駆動パッドは、ドライブパッドが移動させる本体から離れることができるよう十分に高いばね乗数を持ち、動作中にサイクル時間の約半分の接触時間を与えるために十分に低いばね乗数を持つ弾性体であることが好ましい。一般的に、パッドのばね乗数は固定子の振動部分と同等のばね乗数と同じ程度の大きさである。
【００４３】
図９は電気機械的モータ２０の固定子を示し、電気機械的部分３２および３４は横断結合体５７によって支持体２２結合される。それぞれの電気機械的部分３２および３４の各側面の横断結合体５７は支持体２２の側面ヘのリンクを形成する。横断結合体５７は支持体に剛性的に取り付けられるが、結合体自身は適度の弾性特性を有している。横断結合体５７は電気機械的部分に、電気機械的部分の第２の端部３８またはその近くに取り付けられ、少なくとも第１の端部３６よりも第２の端部に近い。横断結合体５７が、実際の第２の端部３８から幾らかの距離を置いて取り付けられる場合は、電気機械的部分３２および３４の自由端は、電気機械的部分３２および３４に要求される振動特性を全体として達成するために利用することができる。
【００４４】
図９の横断結合体５７は、同様の弾性反応を与える別の機械的支持に変更することができる。例えば、駆動素子の下側の支持体板を使用して、駆動素子を図９に示すように電気機械的部分の第２の端部３８から同じ距離の隆起に取り付けることもできる。隆起は駆動要素の延長に対して直角に向いていることが好ましい。このような結合体は、モータを幅および長さについて駆動素子と同じように小さくすることができるが、高さは図９に示す実施態様と比較して若干高くなる。支持体および支持部はアプリケーションによって制限される寸法に応じて選定する。
【００４５】
支持体は一般に剛体と考えられるが、目的はモータを可能な限り小形化することにあるので、小さな支持体は常にモータの共振振動にある程度影響する。通常の解決策は、支持体をモータの動作周波数の近くに共振周波数がないような方法で設計する。支持体の高い剛性は、結合体と比較して剛体と考えることを正当化する。支持の位置および結合体の弾性はモータの機能に対して重要で、性能および頑丈さに関して最適化しなければならない。支持の位置はリンク部品の質量および曲がることのできる部分の弾性などの要因によって決まり、一般にＣＡＤ／シュミレーションのソフトウエアが最適設計を決定するために使用される。
【００４６】
最後に図１０は固定子２０を示し、振動する電気機械的部分３２および３４は実際の移動の方向１２に対して垂直に配置される。電気機械的部分３２および３４は上下方向５９に振動し、リンク部品４０は、図面に記載されているように固定子２０のほぼ上に配置された移動させるべき本体を作動する。しかし、振動する電気機械的部分３２および３４の垂直の配置は、多くのアプリケーションで必要な空間が広過ぎる構成となる。
【００４７】
本発明に対して、添付した請求項によって規定される範囲を逸脱することなく種々の改良および変更が行われることは当業者に理解されるであろう。
【００４８】
参考文献
米国特許５０８９７４０
米国特許５４５３６５３
米国特許６３７３１７０
米国特許６３９２３２８
米国特許６４３７４８５
スウェーデン特許９３００３０５−１
ドイツ特許ＤＤ１４３６８２
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明による電気機械的モータの実施態様の図式的な図面である。
【図２】図２ａ〜図２ｄは、図１のモータの動作順序の異なった状態を示す図式的な図面である。
【図３】本発明による電気機械的モータの別の実施態様の図式的な図面である。
【図４】本発明による電気機械的モータのさらに別の実施態様の図式的な図面である。
【図５】図５ａ〜図５ｃは、本発明とともに使用することができる電気機械的部分の実施態様の図式的な図面である。
【図６】モノモルフ部分を使用した、本発明による電気機械的モータの実施態様の俯瞰図である。
【図７】図７ａ及び図７ｂは本発明とともに使用することができる電気機械的部分およびリンク部品の実施態様の図式的な図面である。
【図８】２つの駆動素子を有する本発明による電気機械的モータの実施態様の図式的な図面である。
【図９】電気機械的部分の側面に支持される電気機械的モータの固定子の俯瞰図である。
【図１０】移動の方向と垂直方向に導かれる電気機械的部分を有する電気機械的モータの固定子の俯瞰図である。
【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４】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
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【図５ｃ】
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【図６】
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【図７ａ】
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【図７ｂ】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【国際調査報告】
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