(57)【要約】  本発明は、圧電駆動ユニット、及び、そのような駆動ユニットの特に回転駆動運動を生成する方法に関するものである。駆動ユニットは、ステータ（１）と、ステータに対して回転軸（１１）を中心として回転可能に配置されたロータ（２）と、特に複数の圧電アクチュエータの形態の駆動部材とを備えている。本発明によれば、さらに駆動ユニットは、前記ステータ（１）と前記ロータ（２）との相互に対向する表面の間に形成され、流動媒体（１０）により充填される環状間隙（４’）と、前記間隙に接して配置された複数の圧電アクチュエータ（８ａ−８ｆ）とを備え、前記圧電アクチュエータは、所定の図式（スキーマ）又は所定の関数に従って電気的に励起されたときに実質的に半径方向の長さ変化を前記間隙（４’）の方向に行い、それにより、放出される前記アクチュエータの機械エネルギが流動エネルギとして流動媒体に伝達されるようになっており、流動媒体の流動エネルギが前記ロータに伝達されて、前記ロータ（２）の回転駆動運動に変換される。【選択図】図１
2007520185.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
特に回転駆動運動を生成するための圧電駆動ユニットであって、
ステータ（１）と、前記ステータに対して回転軸（１１）を中心として回転可能に配置されたロータ（２；５；７）と、特に複数の圧電アクチュエータ（８）の形態の駆動部材とを備えている、そのような圧電駆動ユニットにおいて、
前記ステータ（１）と前記ロータ（２；５；７）との相互に対向する表面の間に形成され、流動媒体（１０）により充填される環状間隙（４’）と、
前記間隙に接して配置された複数の圧電アクチュエータ（８ａ−８ｆ）とを備え、前記圧電アクチュエータは、所定のスキーマ又は所定の関数に従って電気的に励起されたときに実質的に半径方向の長さ変化を前記間隙（４’）の方向に行い、それにより、放出される前記アクチュエータの機械エネルギが流動エネルギとして流動媒体へ伝達されるようになっており、流動媒体の流動エネルギが前記ロータに伝達されて、前記ロータ（２；５；７）の回転駆動運動に変換されることを特徴とする圧電駆動ユニット。
【請求項２】
前記圧電アクチュエータ（８ａ，８ｆ）は、前記間隙（４’）の円周に沿って配置されていることを特徴とする請求項１に記載の圧電駆動ユニット。
【請求項３】
前記ステータ（１９）は、前記間隙の外側の仕切りを形成する、共振器として作用するフランジ（２０）を有しており、前記フランジ（２０）の外側円周には、複数の圧電アクチュエータ（１６；２６；２７；２８）を含む圧電セラミックリング（２１；２２；２３；２４）が配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の圧電駆動ユニット。
【請求項４】
前記圧電アクチュエータ（８ａ，８ｆ）は、一つの平面に配置されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の圧電駆動ユニット。
【請求項５】
前記圧電アクチュエータ（８ａ，８ｆ）は、セグメント状に構成されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の圧電駆動ユニット。
【請求項６】
前記ロータの一部（５）は、その円周に亘って分散させられて配置され、前記間隙（４’）の方を向く、流動媒体が周囲を流れるリブ状の突起（１２）を有していることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の圧電駆動ユニット。
【請求項７】
前記ロータ（２；５；７）は、流体動圧軸受システムにより前記ステータに支持されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の圧電駆動ユニット。
【請求項８】
前記間隙（４’）は、前記流体動圧軸受の軸受間隙（４）の一部であることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の圧電駆動ユニット。
【請求項９】
スピンドルモータとして構成されていることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項に記載の圧電駆動ユニット。
【請求項１０】
ハードディスクドライブの一部であることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか一項に記載の圧電駆動ユニット。
【請求項１１】
ステータ（１）とロータ（２；５；７）とを備える駆動ユニットの特に回転駆動運動を生成する方法であって、駆動部材として特に複数の圧電アクチュエータ（８）が使用される、そのような方法において、
前記圧電アクチュエータ（８ａ，８ｆ）から放出される機械エネルギが流動媒体（１０）の流動エネルギ（流体力学的エネルギ）に変換され、流動媒体の流動エネルギが前記ロータに伝達されて、前記ロータ（２；５；７）の回転駆動運動に変換されることを特徴とする方法。
【請求項１２】
流動媒体は、実質的に環状の間隙（４’）に収容されており、前記圧電アクチュエータ（８ａ，８ｆ）は、流動媒体の定義された指向性の流動が前記間隙（４’）の内部で生成されて前記ロータがその流動により回転するように配置され、励起されることを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記アクチュエータ（１６；２６；２７；２８）は、環状の共振器（２０）に作用し、前記共振器を励起して振動させて、進行波が形成され、その機械エネルギが流動エネルギとして、前記間隙内にある流動媒体に伝達されるようにすることを特徴とする請求項１１又は１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記間隙（４’）内の流動は、前記駆動ユニットの回転軸（１１）に対して横向きに向いていることを特徴とする請求項１１乃至１３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１５】
前記圧電アクチュエータ（８ａ，８ｆ）は、所定のスキーマ又は所定の関数に従って電気的に励起されることを特徴とする請求項１１乃至１４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１６】
前記回転軸（１１）に関して向かい合う前記圧電アクチュエータ（８ａ＋８ｄ，８ｂ＋８ｅ，８ｃ＋８ｆ）が対をなして励起されることを特徴とする請求項１１乃至１５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、圧電駆動ユニットに関するものであり、また、そのような駆動ユニットの特に回転駆動運動を生成する方法に関するものである。駆動ユニットは、ステータと、ロータと、特に複数の圧電アクチュエータの形態の駆動部材とを備えている。
【背景技術】
【０００２】
圧電アクチュエータ又は圧電素子は、変化する電圧の影響の下でその寸法を変化させる。それにより、運動系において強制的な運動を実現して、部材の並進や回転を利用できるようにし、最終的に連続的な運動を利用することができるようにすることが可能であり、これは公知である。そのような場合、いわゆる進行波駆動装置という用語も用いられており、例えば、Ｗ．シンケーテ（Ｓｃｈｉｎｋｏｔｈｅ）、Ｍ．ヘルマン（Ｈｅｒｍａｎｎ）著「精密機械工学におけるアクチュエータ技術（Ａｋｔｏｒｉｋ  ｉｎ  ｄｅｒ  Ｆｅｉｎｗｅｒｋｔｅｃｈｎｉｋ）」（第２編（Ｔｅｉｌ  ２）、ＩＫＦＦ、シュツットガルト大学、１９９７年４月発行）（非特許文献１）に記載されている。進行波駆動装置は、超音波駆動装置の特別な形態の一つであり、連続する共振たわみ波動の楕円表面運動を利用するものである。このような種類の振動状態は、特定の励起条件の下で複数の固有モード形を重ね合わせることによって、幾何学的に閉じた共振器の中で生成することができる。通常、そのために円板、リング、中空円筒といった単純な幾何学的基体が使用される。以下の説明において、進行波の発生について簡略に述べるが、幾何学形状と結びついた固有モード形の問題に詳しく立ち入ることはしない。先ず、定常波の式について考察する。
ｙ１＝ａ・ｓｉｎ（ｋ・ｘ）・ｓｉｎ（ω・ｔ）
【０００３】
時間的な位相ずれφ０と空間的な位相ずれｋ・ｘ０とによって区別される振幅が等しい第２の定常波を加算することによって、次式により合成振動が表される。
ｙ＝ｙ１＋ｙ２
＝ａ・ｓｉｎ（ｋ・ｘ）・ｓｉｎ（ω・ｔ）
＋ａ・ｓｉｎ（ｋ・ｘ＋ｋ・ｘ０）・ｓｉｎ（ω・ｔ＋φ０）
【０００４】
三角変換により、上の初期式は次のような形に移行する。
２ｙ＝ｙ１＋ｙ２
＝ａ・ｃｏｓ（ｋ・ｘ−ω・ｔ）−ａ・ｃｏｓ（ｋ・ｘ＋ω・ｔ）
＋ａ・ｃｏｓ（ｋ・ｘ−ω・ｔ＋ｋ・ｘ０−φ０）
−ａ・ｃｏｓ（ｋ・ｘ＋ω・ｔ＋ｋ・ｘ０＋φ０）
【０００５】
ｘ０＝λ／４の空間的な位相ずれと、φ０＝Ｔ／４の時間的な位相ずれとについては、進行波の個数は次のようなただ一つの進行波の式まで減少する。
ｙ＝ａ・ｃｏｓ（ｋ・ｘ−ω・ｔ）
【０００６】
φ０＝Ｔ／４の時間的な位相ずれは、進行波の回転方向を逆転させる。時間的な位相ずれと空間的な位相ずれとの異なる値については、回転波と定常波とが重ね合わせられたままに保持される。
【０００７】
二つの定常的なたわみ波動は、進行波が生成されるための前提条件である。図７ａ（上の図）は、二つの圧電素子３０，３１が配置された支持材料２９を示している。個々の素子３０，３１の異なる向き（分極）と対応する励起によって、定常的なたわみ波動を生じさせることができる。両方の素子３０，３１に同じ電圧Ｕが印加されると、図７ｂに示すように、各素子はそれぞれの分極に応じて伸縮し、支持材料２９は波形に変形する。各々の素子３０，３１は、発生する正弦波形の定常波の半分の波長を生成する。印加する電圧の極性を逆転させることにより、反対向きのたわみ波動が生成される。
【０００８】
現在の技術水準では、アクチュエータは、圧電式の曲げ変換器又は並進機構として、個別に、グループで、又は、運動経路変更システムとの組み合わせで、駆動部材に連続する並進運動又は回転運動をさせるために自ら縦振動又は曲げ振動して、従動部材との摩擦結合によりその運動を従動部材に伝達するのに適した閉じた軌道上において、選択された自らの一点を運動させる。このような原理は、いわゆる超音波モータにおいて利用されている。別の実施態様のものは、クランプとその解除によって連行を行っており、即ち、摩擦結合も利用している。アクチュエータを環状に配置されて周期的に励起されることによって進行波を生成することができ、この進行波がロータに伝達されて、回転軸を中心としてロータを回転させる。このような圧電モータの回転型の実施態様は、例えば欧州特許出願公開第ＥＰ４４９０４８Ｂ１号明細書（特許文献１）に開示されている。
【０００９】
公知の解決法は、特に、運動の伝達が摩擦結合によって行われるという欠点を有している。その場合、力及びトルクの伝達は、結合箇所において必要となる最低初期荷重と摩擦係数とによって規定される。さらに、好ましくない摩耗が摩擦結合箇所において発生する。運動伝達箇所に摩擦結合部を有している圧電モータは、機能を確保するために高い周波数で動作する。この場合、周波数を通じて回転数を調節することはほとんど不可能である。最後に、このようなモータの伝達可能なトルクは、特に曲げ振動の場合には非常に小さい。
【特許文献１】欧州特許出願公開第ＥＰ４４９０４８Ｂ１号明細書
【非特許文献１】Ｗ．シンケーテ（Ｓｃｈｉｎｋｏｔｈｅ）、Ｍ．ヘルマン（Ｈｅｒｍａｎｎ）著「精密機械工学におけるアクチュエータ技術（Ａｋｔｏｒｉｋ  ｉｎ  ｄｅｒ  Ｆｅｉｎｗｅｒｋｔｅｃｈｎｉｋ）」（第２編（Ｔｅｉｌ  ２）、ＩＫＦＦ、シュツットガルト大学、１９９７年４月発行）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
従って、本発明の課題は、様々な欠点のある摩擦結合による運動伝達を行う必要のない、特に回転駆動運動を生成するための圧電駆動ユニットを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
この課題は、本発明によれば、独立請求項１に記載の駆動ユニットによって解決される。このような駆動ユニットの特に回転駆動運動を生成する方法は、独立請求項１０に記載されている。
【００１２】
本発明の有利な実施の形態及びその他の有利な構成要件は、従属請求項の対象となっている。
【００１３】
本発明によれば、駆動ユニットは、ステータとロータとの相互に対向する表面の間に形成され、流動媒体により充填される環状間隙と、当該間隙に接して配置された複数の圧電アクチュエータとを備えており、上記圧電アクチュエータは、所定の図式（スキーマ）又は所定の関数に従って電気的に励起されたときに実質的に半径方向の長さ変化を間隙の方向に行い、それにより、放出されるアクチュエータの機械エネルギが流動エネルギとして流動媒体へ伝達されるようになっており、流動媒体の流動エネルギがロータに伝達されて、ロータの回転駆動運動に変換される。
【００１４】
本発明の利点は、ロータへの運動伝達が、圧電アクチュエータにより流動媒体に加えられる流体力学上のエネルギによって、ほぼ摩耗無しに行われるという点にある。このような種類の駆動コンセプトは、好ましくは、流体動圧軸受システムによってロータが支持されるモータに適している。
【００１５】
本発明の一つの有利な実施の形態では、圧電アクチュエータは、間隙の円周に沿って共通の平面に配置されており、当該平面は、回転軸に対してほぼ垂直に延在しているのが好ましい。
【００１６】
この場合、圧電アクチュエータは、セグメント状に構成されており、間隙の環状の幾何学形状に合わせて適合化されている。
【００１７】
流体の流体力学エネルギのロータへの伝達性を向上させるために、ロータの一部は、その円周に亘って分散させられて配置され、間隙の方を向く、流動媒体が周囲を流れるリブ状の突起を有しているのが好ましい。
【００１８】
ステータに対するロータの支持は、公知の方法により、転がり軸受システムによって行うことができる。
【００１９】
しかしながら、有利には、流体動圧軸受システムによってロータをステータに支持させるのが好都合である。このようにして軸受間隙の一部を、同時に、駆動システムの間隙として利用することができる。このとき、潤滑剤として利用される流体動圧軸受の流動媒体が、同時に、駆動媒体としての役目を果たす。
【００２０】
駆動ユニットは、ハードディスクドライブの記憶ディスクを駆動するためのスピンドルモータとして構成されているのが好ましい。
【００２１】
本発明の方法では、上述した圧電駆動ユニットにおける力伝達が流体力学原理に基づいて行われ、圧電アクチュエータから放出される機械エネルギが流動媒体の流動エネルギに変換され、この流動エネルギが駆動ユニットのロータによって再び機械エネルギに逆変換される。
【００２２】
ロータの回転数又は実現可能なトルクは、特に、アクチュエータが制御される周波数と、長さ変化の程度（印加される電圧に依存）とに応じて決まる。
【００２３】
従って、流体力学式の駆動装置の伝達能力を記述するには、流動論の基礎が役に立つ。間隙の中で循環する流体の流れに着目すると、そこに含まれる出力は、流れている質量流量の大きさと、これに加えられる比エネルギ（速度）とに基づいて算出される。環状隙間の中での流動については、ベルヌーイが築いた基礎に基づいて式を展開することができる。
【００２４】
考えられる最善の出力伝達のためには、間隙内での流動が駆動ユニットの回転軸に対して横向きに向いているのが好ましい。
【００２５】
圧電アクチュエータを所定の図式（スキーマ）又は所定の関数に従って電気的に励起し、それによって軸受間隙に流動媒体の所望の流動を生じさせる電子制御装置が設けられる。
【００２６】
この場合、回転軸に関して向かい合う圧電アクチュエータは、対をなして励起されるのが好ましい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
次に、図面を参照しながら本発明の有利な実施の形態について詳細に説明する。
【００２８】
図１には、例えばハードディスクドライブの記憶ディスクを駆動するために使用することができる、スピンドルモータとして構成された本発明に係る駆動ユニットが示されている。この駆動ユニットは、シャフト２が回転軸１１を中心として回転可能に収容された、軸方向の円筒状の穴を有する、定置の軸受スリーブ１の形態のステータを備えている。軸受スリーブ１自体は、ベースフランジ３に圧入されている。軸受スリーブ１の内径と、これよりもわずかに小さいシャフト２の外径との間には、潤滑剤、特に流動媒体１０により満たされた軸受間隙４を有する、少なくとも一つの流体動圧ラジアル軸受領域が設けられている。このラジアル軸受領域は、公知の方法により、シャフト２の表面及び／又は軸受スリーブ１の内面に設けられた溝パターン（図示せず）を備えることを特徴としている。シャフト２が回転すると直ちに、溝パターンに基づき、軸受間隙４又はそこにある流動媒体に流体力学上の圧力が生成され、それによって軸受に支持能力が生じる。
【００２９】
シャフト２と結合されたプレッシャプレート５とカバープレート６とにより構成される、シャフト２の下側端部の流体動圧スラスト軸受は、軸受構造の軸受スリーブ１に対してシャフト２を軸方向に位置決めする役目を果たしており、軸方向の力を受け止める。このスラスト軸受領域は、カバープレート５により気密に閉鎖されているので、プレッシャプレート５と軸受スリーブ１とカバープレート６との間の軸受間隙４’として連通している軸受間隙４から、軸受流体が外へ出ることはできない。十分な流体力学上の圧力をスラスト軸受によって生成するために、プレッシャプレート５及び／又はカバープレート６の相互に対向する表面も、同じく溝パターン（図示せず）を備えている。
【００３０】
シャフト２の自由端はハブ７を支持しており、その上に、ハードディスクドライブの一つ又は複数の記憶ディスク（図示せず）が配置されて固定される。
【００３１】
駆動部材として、本発明では、複数の圧電アクチュエータ（全体として符号８を付す）が用いられる。図示した例では、六つのアクチュエータ８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄ，８ｅ及び８ｆが設けられている。六つ以上又は六つ以下のアクチュエータが設けられていてもよい。圧電アクチュエータ８ａ−８ｆは、セグメント状に構成されており、軸受スリーブ１とカバープレート６との間の中間スペースにおいて、プレッシャプレート５の周囲に環状に配置されており、アクチュエータ８とプレッシャプレート５との間に、流動媒体１０により充填された流体動圧軸受の軸受間隙４’が延在している。
【００３２】
アクチュエータ８は、電圧が印加されると回転軸１１に関して半径方向の長さ変化を行うように構成されており、即ち、アクチュエータ８の外径と内径との間の距離が変化する。アクチュエータ８の外面の少なくとも一部は、特に半径方向内側に位置する軸受スリーブ１の表面に安定して当接しているので、アクチュエータ８の長さ変化は、半径方向内側に向かって、間隙４又はプレッシャプレート５の方向へのみ作用を及ぼす。
【００３３】
図２ｂに模式的に示すように、回線接続を介して個々のアクチュエータ８ａ−８ｆと接続された制御装置９が設けられている。制御装置９により、圧電アクチュエータ８ａ−８ｆは、所定の図式（スキーマ）又は所定の関数に従って励起される。図３は、アクチュエータ８ａ−８ｆに印加される制御電圧の考えられる時間的推移の単純な例を示している。
【００３４】
アクチュエータは、特に対をなして周期的に励起される。この場合、各組のアクチュエータ８ａ＋８ｄ，８ｂ＋８ｅ及び８ｃ＋８ｆが、それぞれ周期Ｔの３分の１の間だけ順次励起される。
【００３５】
図２ａでは、アクチュエータ８ａ＋８ｄが励起時に半径方向へ収縮しており、その結果、これらのアクチュエータに接する間隙４’が拡大している。それによって、媒体１０に一時的に負圧が生じ、この間隙領域の方向へ媒体が流れることによってこの負圧が補償される。それから、図２ｂに見られるように、アクチュエータ８ａ＋８ｄがオフになり、アクチュエータ８ｂ＋８ｅが励起されるので、媒体は必然的に時計と反対回りにアクチュエータ８ｂ＋８ｅの方向へ流れる。最後に、図２ｃのように、アクチュエータ８ｃ＋８ｆが励起され、その結果、媒体は、この間隙領域の方向へ流れる。そして、アクチュエータ８ａ＋８ｄの活性化によってサイクルが繰り返される。
【００３６】
アクチュエータ８ａ＋８ｄ，８ｂ＋８ｅ及び８ｃ＋８ｆが交互に活性化する結果、流動媒体１０に圧力差が生成され、この圧力差が進行波の形態で引き継がれ、それによって流動媒体１０は、軸受間隙４’の中で円形に流動する。間隙４’の中での流動媒体の流動エネルギがプレッシャプレート５に伝達されて、機械エネルギに逆変換され、この機械エネルギが、プレッシャプレート５とシャフト２とハブ７とで構成されるロータを回転させる。
【００３７】
プレッシャプレート５への媒体１０の流動エネルギのより良い伝達を実現するために、プレッシャプレート５は、その外側円周に、媒体が周囲を流れる、特にリブ状の突起１２を備えている。これらの突起１２は、媒体に抵抗力を与え、タービンの羽根のような作用をする。
【００３８】
本発明の別の実施の形態では、進行波の生成のために、圧電アクチュエータの相応の配置と配線によって、モータのステータで二つの定常波が励起される。この原理を説明するために、図４に圧電セラミックリング１３が図示されている。リング１３は、その円周において二つの励起領域１４，１５に区分されており、その各々が定常波を生成する。それぞれの励起領域１４，１５は、例えば八つのセグメント状のアクチュエータ１６を備えており、異なる符号「＋」及び「−」で交互の分極が表されている。純粋な進行波が発生するための条件は、π／２又はＴ／４の空間的・時間的な位相ずれを維持することである。空間的な位相差は、両方の励起領域の間の長さλ／４の追加の中間セグメント１７によって実現することができる。リング１３は、９番目の曲げ固有周波数で動作する。それに応じて円周には９λがあり、従って、両方の励起領域１４，１５の間に長さ３λ／４の第２の中間セグメント１８が必要である。必要なＴ／４の時間的な位相差は、両方の励起領域１４，１５の異なる励起によって実現される。
【００３９】
例えば、第１の励起領域１４が信号
【数１】
2007520185.tif 000003
で励起されると、第２の励起領域１５の励起は信号
【数２】
2007520185.tif 000004
でちょうど時間的な位相条件を満たす。両方の励起信号を入れ替えることにより、進行波の進行方向、及び、これに伴うモータの回転方向を逆転させることができる。
【００４０】
長さλ／４の中間セグメント１７は、振動状態を制御するためのセンサとしての役目を同時に果たすことができる。他方の長さ３λ／４の中間セグメントは配線されていない。
【００４１】
図４に示す環状の圧電セラミック構造は、図５に示す駆動ユニットにより使用することができる円筒状の構造として具体化することが同様に可能である。
【００４２】
図５は、圧電駆動ユニットを組み込むことができる、流体動圧滑り軸受の一部としての軸受スリーブ１９を示している。この軸受スリーブは、例えば図１に示す軸受スリーブ１と取り替えて用いることができる。
【００４３】
軸受スリーブ１９は、図１に示す軸受スリーブと同様に、シャフト（図示せず）を収容するための穴と、シャフトに取り付けられたプレッシャプレート（図示せず）を収容するための拡張された穴とを備えている。図１と同様に、ここでもシャフトとプレッシャプレートと軸受スリーブとの各表面の間には、流動媒体により充填された軸受間隙がある。拡張された穴の仕切りは、わずかな壁厚を有する円筒状のフランジ２０によって形成される。このフランジ２０は、フランジの外側円周に取り付けられる円筒状の圧電セラミックリング２１に対する支持体及び共振体としての役目を果たす。リング２１のセグメント化は、図４に準ずる。
【００４４】
圧電セラミックリング２１は、シャフトの方を向いている軸受スリーブ１９の側でのみ当接しているのが好ましい。上述した方法に準じて圧電セラミックリング２１が励起されると、進行波が生成され、追加の共振器としてのフランジ２０に伝達される。この進行波は、プレッシャプレートの外側円周とフランジ２０の内側円周との間にある流動媒体に、指向性の円形運動を行わせる。流動媒体の流動エネルギがプレッシャプレートに伝達され、それによってプレッシャプレートが回転してシャフトを回転駆動させる。
【００４５】
圧電セラミックリング２２，２３，２４のさらに別の考えられる実施の形態が、図６ａ、図６ｂ及び図６ｃに示されている。ここでは、圧電アクチュエータは、図示されている共振器２５（図５のフランジ参照）の円周にそれぞれ配置されている。
【００４６】
図６ａに示すリング２２は、図２との関連において説明したのと同様に、三つのグループで交互に励起される１２個のセグメント状の圧電アクチュエータ２６を備えている。
【００４７】
図６ｂに示すリング２３は、図２との関連において説明したのと同様に、対をなして交互に励起される８個の圧電アクチュエータ２７を備えている。
【００４８】
図６ｃに示すリング２４は、図２との関連において説明したのと同様に、四つのグループで交互に励起される１６個の圧電アクチュエータ２８を備えている。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】スピンドルモータとして構成された本発明に係る駆動ユニットを示す縦断面図である。
【図２ａ】第１の励起段階のときの圧電アクチュエータの領域における駆動ユニットを示す横断面図である。
【図２ｂ】第２の励起段階のときの圧電アクチュエータの領域における駆動ユニットを示す横断面図である。
【図２ｃ】第３の励起段階のときの圧電アクチュエータの領域における駆動ユニットを示す横断面図である。
【図３】圧電アクチュエータに印加される制御電圧の時間的推移を示す模式的なグラフである。
【図４】環状の圧電セラミック構造を示す概念図である（シンケーテ他著の文献から引用）。
【図５】圧電駆動ユニットを組み込むための、流体動圧滑り軸受の一部としての軸受スリーブを示す図である。
【図６】圧電セラミック構造の考えられる別の実施の形態である。
【図７】支持材料に装着された圧電セラミック構造を、休止状態と励起状態とにおいて示す図である（シンケーテ他著の文献から引用）。
【符号の説明】
【００５０】
１  軸受スリーブ、ステータ
２  シャフト
３  ベースフランジ
４，４’  軸受間隙
５  プレッシャプレート
６  カバープレート
７  ハブ
８  圧電アクチュエータ（８ａ−８ｆ）
９  制御装置
１０  流動媒体
１１  回転軸
１２  突起
１３  圧電セラミックリング
１４  第１の励起領域
１５  第２の励起領域
１６  セグメント状の圧電アクチュエータ
１７  中間セグメント
１８  中間セグメント
１９  軸受スリーブ、ステータ
２０  フランジ
２１  圧電セラミックリング
２２  圧電セラミックリング
２３  圧電セラミックリング
２４  圧電セラミックリング
２５  共振器
２６  セグメント状の圧電アクチュエータ
２７  セグメント状の圧電アクチュエータ
２８  セグメント状の圧電アクチュエータ
２９  支持材料
３０  圧電素子
３１  圧電素子
【図１】
2007520185.tif 000005
【図２ａ】
2007520185.tif 000006
【図２ｂ】
2007520185.tif 000007
【図２ｃ】
2007520185.tif 000008
【図３】
2007520185.tif 000009
【図４】
2007520185.tif 000010
【図５】
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【図６ａ】
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【図６ｂ】
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【図６ｃ】
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【図７】
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【手続補正書】
【提出日】平成18年7月31日(2006.7.31)
【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】
特に回転駆動運動を生成するための圧電駆動ユニットであって、
ステータ（１）と、前記ステータに対して回転軸（１１）を中心として回転可能に配置されたロータ（２；５；７）と、特に複数の圧電アクチュエータ（８）の形態の駆動部材と、
前記ステータ（１）と前記ロータ（２；５；７）との相互に対向する表面の間に形成され、流動媒体（１０）により充填される環状間隙（４’）と、
前記間隙に接して配置された複数の圧電アクチュエータ（８ａ−８ｆ）とを備え、前記圧電アクチュエータは、所定の図式（スキーマ）又は所定の関数に従って電気的に励起されたときに実質的に半径方向の長さ変化を前記間隙（４’）の方向に行い、それにより、放出される前記アクチュエータの機械エネルギが流動エネルギとして流動媒体へ伝達されるようになっており、前記流動媒体の流動エネルギが前記ロータに伝達されて、前記ロータ（２；５；７）の回転駆動運動に変換される、そのような圧電駆動ユニットにおいて、
前記ロータ（２；５；７）は、流体動圧軸受システムにより前記ステータに支持されており、前記間隙（４’）は、前記流体動圧軸受の軸受間隙（４）の一部であることを特徴とする圧電駆動ユニット。
【請求項２】
前記圧電アクチュエータ（８ａ−８ｆ）は、前記間隙（４’）の円周に沿って配置されていることを特徴とする請求項１に記載の圧電駆動ユニット。
【請求項３】
前記ステータ（１９）は、前記間隙の外側の仕切りを形成する、共振器として作用するフランジ（２０）を有しており、前記フランジ（２０）の外側円周には、複数の圧電アクチュエータ（１６；２６；２７；２８）を含む圧電セラミックリング（２１；２２；２３；２４）が配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の圧電駆動ユニット。
【請求項４】
前記圧電アクチュエータ（８ａ−８ｆ）は、一つの平面に配置されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の圧電駆動ユニット。
【請求項５】
前記圧電アクチュエータ（８ａ−８ｆ）は、セグメント状に構成されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の圧電駆動ユニット。
【請求項６】
前記ロータの一部（５）は、その円周に亘って分散させられて配置され、前記間隙（４’）の方を向く、流動媒体が周囲を流れるリブ状の突起（１２）を有していることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の圧電駆動ユニット。
【請求項７】
スピンドルモータとして構成されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の圧電駆動ユニット。
【請求項８】
ハードディスクドライブの一部であることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の圧電駆動ユニット。
【請求項９】
ステータ（１）とロータ（２；５；７）とを備える駆動ユニットの特に回転駆動運動を生成する方法であって、駆動部材として特に複数の圧電アクチュエータ（８）が使用され、前記圧電アクチュエータ（８ａ−８ｆ）から放出される機械エネルギが流動媒体（１０）の流動エネルギ（流体力学的エネルギ）に変換され、前記流動媒体の流動エネルギが前記ロータに伝達されて、前記ロータ（２；５；７）の回転駆動運動に変換される、そのような方法において、
流動エネルギは、軸受間隙（４）と共に流体動圧軸受システムの一部である軸受間隙（４’）の内部で生成され、前記ロータ（２；５；７）の回転によって流体力学上の圧力が前記軸受間隙（４，４’）に生じ、それによって軸受が支持能力を得ることを特徴とする方法。
【請求項１０】
前記流動媒体は、実質的に環状の間隙（４’）に収容されており、前記圧電アクチュエータ（８ａ−８ｆ）は、流動媒体の定義された指向性の流動が前記間隙（４’）の内部で生成されて前記ロータがその流動により回転するように配置され、励起されることを特徴とする請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記アクチュエータ（１６；２６；２７；２８）は、環状の共振器（２０）に作用し、前記共振器を励起して振動させて、進行波が形成され、その機械エネルギが流動エネルギとして、前記間隙内にある流動媒体に伝達されるようにすることを特徴とする請求項９又は１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記間隙（４’）内の流動は、前記駆動ユニットの回転軸（１１）に対して横向きに向いていることを特徴とする請求項９乃至１１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３】
前記圧電アクチュエータ（８ａ−８ｆ）は、所定の図式（スキーマ）又は所定の関数に従って電気的に励起されることを特徴とする請求項９乃至１２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１４】
前記回転軸（１１）に関して向かい合う前記圧電アクチュエータ（８ａ＋８ｄ，８ｂ＋８ｅ，８ｃ＋８ｆ）が対をなして励起されることを特徴とする請求項９乃至１３のいずれか一項に記載の方法。
【国際調査報告】
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