(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステータ（２）と、
その中心に配置される幾何学的回転軸（Ｘ１）に直交する平均運動平面と呼ばれる平面（Ｐｄｍ）内で回転運動可能なロータ（２０）と、
前記ステータ（２）と前記ロータ（２０）との間に配置され、前記ロータ（２０）を駆動する連結手段（８）と、
前記連結手段（８）に振動運動を付与するために電気的に励起可能な圧電手段（１２）と、
前記ロータ（２０）を前記軸（Ｘ１）の周りに回転駆動する、前記連結手段（８）から前記ロータ（２０）へ振動運動を伝達可能な伝達手段（４０）と、
前記連結手段（８）に前記ロータ（２０）を接触させる保持手段（４４）と、
を備える形式の圧電モータであって、
前記連結手段（８）は、中心に置かれた前記幾何学的回転軸（Ｘ１）の周りに移動自在に配置され、前記連結手段（８）は、前記連結手段（８）と前記ロータ（２０）との間の接触領域内の各点（Ｐ）の振動運動を、前記ロータ（２０）の平面に実質的に直交する、実質的に楕円形の前進又は後退運動に選択可能に変換するよう形成されている支持手段（１０）を介して前記ステータ（２）上に置かれ、前記圧電手段に加えられる励起信号の周波数を変えることで、前記ロータの回転方向が前進又は後退のいずれかに向けられることを特徴とする圧電モータ。
【請求項２】
前記支持手段（１０）は、一端が前記ステータ（２）にヒンジ結合され、他端が前記連結手段（８）にボールソケットジョイント関節部を介してヒンジ結合されることを特徴とする請求項１に記載の圧電モータ。
【請求項３】
前記支持手段（１０）は、前記連結手段（８）の中心（５２）に対して偏心しており、前記幾何学的回転軸（Ｘ１）に平行な直線に対して所定の傾斜角（α）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４】
前記支持手段（１０）は、前記ステータ（２）に固定される少なくとも２つの脚部（２４）を備えることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の圧電モータ。
【請求項５】
前記脚部（２４）の各々は、輪郭要素として形成されている直線部分（２６）の形状を成すことを特徴とする請求項４に記載の圧電モータ。
【請求項６】
前記輪郭要素は、Ｌ型又はＵ型断面を有することを特徴とする請求項５に記載の圧電モータ。
【請求項７】
前記脚部（２４）の各々は、下端部に足部（２８）を備え、前記脚部（２４）は、その足部（２８）を介してモータ（１）の前記ステータ（２）に固定され、前記脚部（２４）は、上端部において前記圧電手段（１２）に固定されているディスク（２２）を有する単一体でもって構成されることを特徴とする請求項４から６のいずれか１項に記載の圧電モータ。
【請求項８】
前記足部（２８）は、前記足部（２８）を前記ステータ（２）にネジによって固定できるようにする、アイレット（３０）として形成されていることを特徴とする請求項７に記載の圧電モータ。
【請求項９】
前記足部（２８）は、前記ステータ（２）に接着又は溶接されることを特徴とする請求項７に記載の圧電モータ。
【請求項１０】
前記連結手段（８）の前記フレームは、中心に貫通オリフィス（１６）を有するディスク（１４）により形成され、前記オリフィスを介して、ディスク（１４）は、前記幾何学的回転軸の周りに移動自在に配置され、前記圧電手段（１２）は、前記ディスク（１４）に取り付けられることを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項に記載の圧電モータ。
【請求項１１】
前記ロータ（２０）は、連結手段とかみ合うことができる堅いキャリア構造を成すディスク（３６）を備えることを特徴とする請求項１０に記載の圧電モータ。
【請求項１２】
前記ディスク（３６）は、前記連結手段とかみ合わせるために、前記ディスク（３６）と共に単一体に作ることができるピニオン（３８）を含むことを特徴とする請求項１１に記載の圧電モータ。
【請求項１３】
前記伝達手段（４０）は、前記ディスク（３６）の外周に配置されている連続リング又は堅いスタッド（４２）によって形成され、連結ディスク（１４）とロータ（２０）との間に挿入されることを特徴とする請求項１１又は１２に記載の圧電モータ。
【請求項１４】
前記スタッド（４２）は、前記ディスク（３６）の表面に直交して延び、滑らかで突出又は突起部のない前記連結ディスク（１４）の前面に対して直接当接することを特徴とする請求項１３に記載の圧電モータ。
【請求項１５】
前記スタッド（４２）は、前記ディスク（３６）に埋め込まれて前記ロータ（２０）のキャリア表面を形成するか、又は前記ディスク（３６）と同じ材料を用いてオーバーモールドされるかの何れかであることを特徴とする請求項１３又は１４に記載の圧電モータ。
【請求項１６】
前記ロータ（２０）は、保持手段（４４）を介して前記連結ディスク（１４）に向かって軸方向の応力が付与されることを特徴とする請求項１０ないし１５に記載の圧電モータ。
【請求項１７】
前記保持手段（４４）は、前記ロータ（２０）を前記連結ディスク（１４）上に置くことを可能にし、ネジ（４６）によって形成されることを特徴とする請求項１６に記載の圧電モータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧電モータに関する。
【０００２】
【従来技術】
圧電モータは、本出願人によるヨーロッパ特許出願第５３７４４６号に公知である。この圧電モータは、例えば、モータの回転軸上に配置されている段付きアーバーに圧入又は接着されるステータを備える。更に、圧電モータはロータを備えており、ロータは、支持手段によってステータにアキシャルコンタクトで保持される。ディスク形状圧電トランスデューサは、ステータの下に配置される。例えば、この圧電トランスデューサは、電気的に励起できるセラミック素子によって形成して、ステータに振動運動を引き起こさせる。ステータが受ける振動運動を伝達する手段はロータ上に配置されており、その伝達手段は弾性変形可能な可撓性舌部によって形成されている。
【０００３】
励起電圧を印加すると、圧電素子は半径方向に振動する。圧電素子の振動は、ステータに機械的応力を引き起こさせ、その作用により、ステータは、静止位置の両側に垂直に振動し始める。ステータの撓みによる変形、従ってステータの各々の点の実質的な直線運動は、弾性変形可能な可撓性舌部によってロータの付随的な回転運動に変換される。ロータは、可撓性舌部を経由して、その外周を介して、ステータ上に置かれている。軸方向に振動するステータによって応力を受けるので、可撓性舌部は撓んで、ロータ外周に対して接線方向の速度成分をロータに引き起こさせる。
【０００４】
前述の圧電モータには、小型化できると共に大きな駆動トルクを生み出すことができ、更に低コストで連続製造できる単純な構造を有するという利点をもつ。しかし残念なことに、この圧電トランスデューサは単一方向にのみ回転できる。このことは、ステータの軸方向の振動運動をロータ回転運動へ変換することが、圧電モータの回転軸に平行な直線に対して、モータの製造工程の間に固定されてその後の作動作時に変更できない所定の角度になっている、前述の可撓性舌部によって保証されることに起因する。つまり、モータを逆方向に回転させることはできない。この問題を解決するために、モータの回転軸に平行な直線に対して、正又は負の傾斜角を交互にもつ可撓性舌部を有するロータを設けることが考えられる。しかし、他の方向に向けられている可撓性舌部を除外して、一方の方向へ向けられた可撓性舌部のみを励起して振動する圧電素子、又はその逆の圧電素子を作る方法は知られていない。
【０００５】
また、Ｏｌｙｍｐｕｓ  Ｏｐｔｉｃａｌ  ｃｏｍｐａｎｙの米国特許第４，９１８，３５１号には、従来型の進行波圧電モータが開示されている。このモータは、素子の下面に接着された複数の並列圧電素子を含み、その機能は、圧電素子の変形運動を増幅すると共に、圧電素子とロータとの間の直接の接触を防止する点にある。ロータは、薄い摩擦層を介して運動増幅素子に接触する。電歪素子の双極子モーメントの方向は、１つの圧電素子と、そのすぐ隣の圧電素子との間では逆になっており、電歪素子の各励起電圧の間に位相シフトを導入することによって、増幅素子内に進行変形波を生成することが可能である。モータの回転方向を変更するには、各励起電圧の間の位相シフトを反転させればよい。また、Ｏｌｙｍｐｕｓモータは、弾性アームを含み、このアームは、基部においてステータに固定され、他端において電歪ディスクに摺動支持接触状態にある。これらのアームは、モータの回転運動には貢献せず、唯一の目的は、弾性変形することによって、モータの作動によって生じる振動を吸収して、結果的に振動がステータに広がることを防止する。
【０００６】
Ｏｌｙｍｐｕｓの進行波モータは、両方向に回転できるが、モータ構成部品を作る際に、必要な精度での接触を保証することが難しいという問題がある。このために、Ｏｌｙｍｐｕｓの進行波モータは、各接触素子の間の磨耗に起因する機械的な公差及び変動を補償する1つのスタンプ部品を含む。従って、進行波モータの構造は、多少複雑であり、容認できるコストで小型化を行うのが困難である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、両方向に回転可能な安価で小型の圧電モータを提案することによって、他のものに加えて従来技術の前述の問題を解決することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、
ステータと、
その中心に配置される幾何学的回転軸に直交する平均運動平面と呼ばれる平面内で回転運動可能なロータと、
ステータとロータとの間に配置され、ロータを駆動する連結手段と、
連結手段に振動運動を付与するために電気的に励起可能な圧電手段と、
ロータを軸の周りに回転駆動するために、連結手段からロータへ振動運動を伝達可能な伝達手段と、
連結手段上にロータを接触させる保持手段と、
を備える形式の圧電モータであって、
連結手段は、中心に置かれた幾何学的回転軸の周りに移動自在に配置され、かつ、その連結手段とロータとの間の接触領域内の各点の振動運動を、ロータの平面に実質的に直交する、実質的に楕円形の前進又は後退運動に変換するよう形成されている支持手段を介して前記ステータ上に置かれることを特徴とする圧電モータに関する。
【０００９】
これらの特徴によって、本発明は順方向又は逆方向に回転可能な圧電モータを提供する。この目的を達成するために、本発明による圧電モータは、連結手段とロータとの間の接触領域における連結手段の各点が、ロータ平面に直交して、実質的に楕円軌道を描くように形成され、ダイレクト・トリゴノメトリック方向(direct trigonometric direction)又は逆方向に描くことにより、ロータは順方向又は逆方向に回転可能となる。楕円運動は、連結手段の平面における実質な円運動と連結手段の軸方向の振動運動とから成る。実際には、連結手段の振動運動は、連結手段がその中心部で下方に軸方向に変形する位相状態にあると想定すると、それを介して連結手段がステータ上に置かれる支持手段の構造がもとで、連結手段の軸方向下方の変形は、角回転運動を与えることが観察される。更に、連結手段の中心が軸方向下方に変形すると同時に、その外周は、圧電手段に印加される励起信号の周波数の関数として軸方向上方又は下方いずれかに変形することができる。従って、連結手段の中心の軸方向下方の運動から生じる角回転運動と、連結手段の外周の正又は負の伸張運動、即ち静止位置からの上又は下の運動との組み合わせにより連結手段の外周の楕円運動が引き起こされ、この運動は、結果的にロータを回転させることができる。更に、連結ディスクの中心及び外周が同位相で変形、即ち圧電手段の電気励起信号の同一交番の間に、それらが両方とも軸方向下方に変形するか、又は逆位相で、即ち連結ディスク１４の中心５２が下方に撓んで変形すると同時に連結ディスク１４の外周５６が上方に移動するかで変形する。逆位相の場合にはロータの逆方向の回転が引き起こされる。
【００１０】
本発明の他の特徴及び利点は、本発明による圧電モータの1つの実施形態の実施形態の詳細な説明を理解することで明確になり、本実施形態は、添付図面に関連して、単に非限定的な説明の目的で示される。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明は、順方向及び逆方向に回転可能な圧電モータを提供することにある、全般的な発明力のある着想から生じる。この目的を達成するため、本発明は、連結手段を、その中心で幾何学的軸の周りに移動自在に取り付けると共に、連結手段を、連結手段とロータとの間の接触領域で、圧電手段によって連結手段に引き起こされる振動運動をロータが動く平面に直交する実質的に楕円運動へ変換するように形作られている支持手段を介して、モータステータ上に置くことを教示する。圧電手段を励起するために選択される電気信号の周波数を関数として、連結手段は、異なる共振モードで振動し、連結手段の中心と、連結手段とロータとの間の接触領域とは、同位相又は逆位相の何れかで変形するので、接触領域の各点は、ダイレクト・トリゴノメトリック方向(direct trigonometric direction)又は逆方向の楕円軌跡を描き、ロータの順方向又は逆方向への駆動を可能にする。
【００１２】
本発明は、時計に関連して説明される。実際には、圧電モータは、モータが高いトルクを提供できるので時計学の分野で特に興味深く好都合である。特に、圧電モータは、日付機構と呼ばれる日付を示す機構を駆動するのに使用される。本発明による圧電モータは、順方向及び逆方向で作動可能な付加的な利点を有するので、モータが日付機構を駆動するために使用される場合、このモータが取り付けられている腕時計のユーザは、日付インジケータが動く方向（順方向又は逆方向）を選択することによって日付を調節できる。この特徴は、太陽電池によってムーブメントへ電力供給される腕時計には特に好都合である。実際には、そのような腕時計の水晶発振器及び周波数分周回路のみが、暗い所で作動し続けることが知られている。従って、ユーザが彼の腕時計を再度着用しようとする場合に、腕時計に表示されている日付に応じて、日付機構の移動方向を選択できるので、最も早く今の日付に到達できる。
【００１３】
本発明の圧電モータを時計の日付機構の駆動に適用する前述の例は、単に非限定的な例示に過ぎないことは言うまでもない。実際には、本発明による圧電モータは、ロボット工学、バイオメディカル工学、又は航空工学等の多くの他の分野に利用でき、この分野では磁界の影響を受けず、小型であるにも関わらず低回転速度で大きなトルクを発生できるモータが常に求められている。
【００１４】
図１を参照して、本発明による圧電モータの実施形態を以下に説明するが、このモータは、全体として符号１により示される。
【００１５】
本実施形態において、モータ１はステータ２を含み、ステータ２は、例えば、圧入又は接着によってアーバー即ちピン６が嵌め込まれて固定されているプレート４により形成されている。アーバー６は、ステータ２から突出して垂直に延びている。
【００１６】
図１から分かるように、アーバー６は断面円形の外形をもち、以下に幾何学的回転軸と呼ばれる、幾何学的軸Ｘ１を形成する。ステータ２及びアーバー６は、真鍮又はスチール合金等の金属材料で作ることができる。従って、プレート４及びピン６によって形成されている組立体は、本発明による圧電モータ１のステータ２を形成する固定構造体を構成する。
【００１７】
一般的な方法とは対照的に、連結手段８は、固定的に取り付けられておらず、その中心に置かれたピン６の周りに回転自在、及び平行移動自在に配置される。これらの連結手段８は、以下に詳細に説明するように、支持手段１０を介してステータ２上に置かれる。ステータ２に対して振動することができる連結手段８には、例えば、ＰＺＴ型（チタン酸鉛とジルコン酸鉛との混合物）の圧電セラミック素子で形成された圧電手段１２と、少なくとも２つの電極（図示せず）とが取り付けられており、電極は、ここでは概略的に示されている電源ＡＬへ従来の方法で接続される。つまり、圧電手段１２は、トランスデューサを形成し、電源ＡＬから電極を介して供給される可変周波数の電気的励起に応答して、振動運動を行うことができる。これらの圧電現象、及び同じ形式のモータにおけるこのような圧電トランスデューサの構造及び配置は、当業者にはよく知られているので、本明細書では詳細に説明しない。
【００１８】
連結手段８は中心に貫通オリフィス１５を有するディスク１４を含んでおり、オリフィスによってアーバー６に自由に取り付けられる。連結手段８のフレームを形成するディスク１４は、例えば、レーザ溶接によって固定され、典型的にバーターニング(bar turning)処理によって作られるブッシュ１８の鍔部１６（図３参照）に対して軸方向に当接する。ディスク１４は、例えば、銅ベリリウム合金等の金属材料、又は、例えば、セラミック又はプラスチック材料で作ることができる。
【００１９】
更に、連結手段８は、前述の支持手段１０を含み、同様にレーザ溶接によってブッシュ１８の基部に固定できる。これらの支持手段１０は、連結手段１４とロータ２０との接触領域における各点が、ロータ２０の回転平面Ｐｄｍに垂直に、ダイレクト・トリゴノメトリック方向又は逆方向の何れかにおいて実質的に楕円軌跡を描くように形成されているので、ロータ２０は、以下の説明に詳細に述べるように順方向又は逆方向に駆動できる。
【００２０】
前述の目的を達成するため、支持手段１０は、例えばバネ鋼で作られた薄いディスク２２（図２及び図３を参照）を含み、特に、溶接等の任意の適切な手段によってブッシュ１８の鍔部１６に固定される。更に、支持手段１０は、ステータ２上に固定される脚部２４を含む。図面には、ディスク１４を連結するために安定した回転平面を定めるのに必要最小限の数である３つの脚部のみが示されているが、勿論、多数の脚部２４を設けることができ、最大数は、特に空間的な必要条件によって定まることを理解されたい。しかし、図１に示すようにロータ２０が案内される場合、ステータ平面はロータによって定められ、この場合は、２つの脚部で十分である。
【００２１】
各々の脚部２４は、剛性が高い必要がある直線部分２６で形成される。この目的のため、直線部分２６は、図２のＡ−Ａ’線に沿う断面図に示すように、例えばＬ型断面の輪郭要素の形状とすることができる。また、Ｕ型断面の直線部分２６も考えられる。Ｌ型断面の場合、Ｌアームの各々の幅は約０．５ｍｍであり、厚さは１／１０ミリメートルのオーダーである。更に、各々の脚部２４は、下端に足部２８を含み、これを介してモータ１のステータ２にしっかりと固定される。図示の実施形態においては、足部２８は、アイレット３０、即ち円形の小さな中空金属部品の形状であり、これにより足部２８は、ネジ（図示せず）によってステータ２に固定できる。勿論、足部２８をステータ２へ固定するために、特に、接着又は溶接等の他の固定手段も可能である。
【００２２】
図２及び図３に示すように、脚部２４は、ディスク２２と一体形成される。勿論、変化例として、各脚部２４を別個に作って、各々を本発明による連結ディスク１４と圧電モータ１のステータ２との間に固定することができ、図１に示すように、各々の脚部２４は、両端部の足部２８で終結しているのが分かる。しかし、これは組立作業を複雑にする。
【００２３】
支持手段１０の脚部２４は、一端では足部２８にヒンジ結合され、他端では、ボールソケットジョイント関節部３２を介して、脚部が結合されるディスク２２へヒンジ結合される。実際には、関節部３２は、ヒンジのように水平軸の周りだけでなく、連結ディスク１４によって定められる平面に直交する軸の周りにも回転できるので、ディスク１４を運動の水平面内で回転させると同時に、連結ディスク１４が中心に置かれる幾何学的回転軸Ｘ１の方向に沿って、垂直方向に撓ませるか又は上昇させることができる。
【００２４】
更に、本発明による圧電モータ１は、ステータ２に対して幾何学的回転軸Ｘ１の周りで回転運動できる前述のロータ２０を含む。詳細には、ロータ２０は、軸方向に当接した状態で連結ディスク１４の上面に置かれ、ピン６の円柱形の外周に中央オリフィス３４を貫通して移動自在に取り付けられる。
【００２５】
本実施形態において、ロータ２０は、金属又は硬質プラスチック等の硬質材料で作られている薄いディスク３６を含む。このディスク３６は、日付機構等の図示しない連結手段とかみ合うことができる硬質キャリア構造を形成する。日付機構とかみ合うことができるように、ロータ２０は、ディスク３６と一体成型されているピニオン３８を含む。勿論、ピニオン３８は、例えば接着によってロータ２０に固定される別個の部品として作ることができる。
【００２６】
更に、圧電モータ１は、ディスク１４の振動運動をロータ２０に伝達して、ロータ２０が軸Ｘ１の周りに回転することを可能とする形状とされた、運動伝達手段４０を含む。つまり、ロータ２０は、回転軸Ｘ１に直交する平均移動平面Ｐｄｍ内で回転できる。
【００２７】
運動伝達手段４０は、堅いスタッド４２により形成される。図１からよく分かるように、これらのスタッド４２は、ロータ２０に関するキャリア構造を形成する保持ディスク３６に埋め込まれ接着によって固定保持されるか、又はディスク３６を形成する硬質プラスチックでもってオーバーモールドされるかのいずれかである。変化例として、伝達手段は、ディスク３６の全周にわたって延びる連続リングによって形成してもよい。
【００２８】
連結ディスク１４の振動運動をロータ２０へ伝達するための堅いスタッド４２は、ディスク３６の周縁部に配置される。それらは連結手段１４のフレームを形成するディスク１４表面へ垂直に延びている。最小数は３である。勿論、多数のスタッド４２も可能であり、その最大数は、最大限の空間的要求条件により与えられる。ロータ２０と連結ディスク１４との間に置かれたスタッド４２は、連結ディスク１４の前側平面に当接して直接置かれ、連結ディスク１４は、滑らかで突出部又は突起部が全くないが、ロータを駆動するのに十分な粗さ（ｒｕｇｏｓｉｔｙ）係数をもつことに留意されたい。堅いスタッド４２は、当接する連結手段１４と共に接触点Ｐを定め、点Ｐは、以下に詳細に説明するように、ダイレクト・トリゴノメトリック方向又は逆方向のいずれかの、実質的な楕円軌跡を描く。この接触点Ｐの運動は、圧電手段１２が適切な周波数で電気的に励起される場合に、連結ディスク１４を動かす振動運動により生じる。
【００２９】
更に図１を参照すると、ロータ２０には、保持手段４４によって、連結ディスク１４へ向かう軸方向の応力が付加されることに留意されたい。ロータ２０を連結ディスク１４上へ軸方向に当接させる保持手段４４は、ピン６のピン軸に沿って取り付けられ、時計ムーブメントのブリッジ５０のネジ穴４８にねじ込まれている、ネジ４６によって形成される。
【００３０】
特に、図２から分かるように、支持手段１０の脚部２４は、連結ディスク１４の中心５２に対して偏心しており、連結ディスクの中心５２と同軸の円５４上に一定間隔で配列されている。図５及び図６に関連して以下に説明するように、脚部２４の対称縦軸と連結ディスク１４の中心５２との間の距離ｄ１と、ロータ２０の回転軸Ｘ１に平行な直線に対する脚部２４の傾き角度（α）（図１を参照）は、連結ディスク１４の楕円運動の円成分を決定する。
【００３１】
本発明により、及び連結ディスク１４の断面を示す図５に示されるように、連結ディスク１４とロータ２０との間の接触域において、接触域の点Ｐは、ロータ２０の運動平面Ｐｄｍに直交して、ダイレクト・トリゴノメトリック方向又は逆方向のいずれかの、実質的な楕円軌跡を描く。つまり、ロータ２０は、順方向又は逆方向に駆動できる。楕円運動は、連結ディスク１４の実質的な円運動及び軸方向の振動運動から成る。実際には、圧電手段１２を励起させるために選択される電気信号の周波数がどのようであっても、連結ディスク１４の中心にある幾何学的軸Ｘ１の周りに回転及び平行移動自在に配置されている連結ディスク１４は、電気励起信号の半サイクルの間に、その中心５２で常に軸方向下方に変形する。このことは図６に示されており、連結ディスクが基本モードｆ０、又はその第１及び第２の倍音又は分割モードｆ１及びｆ２で励起されても、連結ディスクの中心５２は、図６に実線で示される静止位置より下方へ撓みによって変形する。この変形は、非常に誇張されて示されており、実際には振動振幅は数ミクロンを超えない。
【００３２】
連結ディスク１４の固有周波数は、振動モードで大きく変化する。所望の振動モードに対応する周波数を有する電圧で圧電手段１２を励起することによって、所望の振動モードを選択できる。節直径ではなく、軸対称節円が現れる振動モードのみを選択できるので、同じ円上に配置される全ての点は同じ動きをすることに留意されたい。１つ又はそれ以上の節直径の角度位置を、対称性を妨げる孔又は遠心力作用おもりを用いて好適に調節できる場合、節直径を有するモードが使用でき、外周の一部のみで運動が統合される。連結ディスク１４が基本モードｆ０で励起される場合、圧電手段１２で引き起こされる振動運動が原因で連結ディスク１４内に発生する曲げ応力に起因する変形は、連結手段１４に深ざら形状を与える。圧電手段１２の振動運動及びその結果生ずる連結手段１４の変形は、いずれも軸対称形である。換言すれば、幾何学的軸Ｘ１の周りの同一円上に位置する連結ディスク１４の各点は、同時に同様の伸張を受ける。
【００３３】
連結ディスク１４をステータ２に支持する支持手段１０の構造がもとで、連結ディスク１４の軸方向下方への変形は、ロータ２０の運動平面Ｐｄｍの接線方向への、連結ディスク１４とロータ２０との間の接触点Ｐの角回転運動（図５の矢印Ａを参照）に変換される。
【００３４】
連結ディスク１４の中心５２は、軸方向下方へ変形すると同時に、更に、連結ディスク１４の振動モードに基づいて、ロータ２０との接触域における外周５６は、軸方向上方へ変形（図５の矢印Ｂを参照）するか又は下方へ変形（図５の矢印Ｃを参照）する。つまり、連結ディスク１４の中心５２の軸方向下方変形から生ずる角回転運動と、連結ディスク１４の外周５６の正又は負の伸張運動、即ち静止位置の上又は下である運動との組み合わせが、連結ディスク１４の外周５６の楕円運動を引き起こし、この運動は、ロータ２０を回転駆動できる。更に、連結ディスク１４の中心５２及び外周５６が同位相で変形、即ち圧電手段１２の電気励起信号の同一交番の間に、それらが両方とも軸方向に下方変形するか、又は逆位相で、即ち連結ディスク１４の中心５２が下方に撓んで変形すると同時に連結ディスク１４の外周５６が上方に移動するかで変形する。逆位相の場合には、ロータ２０の逆方向の回転が引き起こされる。
【００３５】
前述の特徴は図６に明示されており、特に、連結ディスク１４が基本モードｆ０で励起される場合には、連結ディスク１４の中心５２と外周５６とが軸方向に逆位相で変形することが分かる。換言すれば、連結ディスク１４の中心５２は下方に撓んで変形するが、外周５６は上方に撓んで変形する。連結ディスク１４のこの振動モードの結果として、連結ディスク１４とロータ２０との間の接触点Ｐは、楕円運動を描き、この運動は、ロータ２０が、例えば順方向である所定方向に駆動されるようにする。
【００３６】
基本励起モードから連結ディスク１４の第１の倍音励起モードへ進めるために、圧電手段１２の励起周波数を段階的に高めると、この場合は、連結ディスク１４の中心５２及び外周５６は同位相で振動すること、換言すれば、圧電手段１２の電気励起信号の同一交番の間に、それらは同時に下方に撓んで変形することに留意されたい。この第２の振動モードにおいて、連結ディスク１４とロータ２０との間の接触域の接触点Ｐは、再び楕円軌跡を描くが、前述に対して逆方向であり、ロータ２０の逆方向の駆動が可能になる。第１の倍音モードｆ１において、連結ディスク１４が振幅値ゼロを通過する1つの通過帯域を有することに留意されたい。つまり、振動モードｆ１は、連結ディスク１４に1つの節円、換言すれば振動節を生じるが、このことは、連結ディスク１４が振動運動を生じて変形を受ける場合に、連結ディスクは重心を維持する必要があることから説明される。
【００３７】
連結ディスク１４を第1の倍音励起モードから第２の倍音励起モードｆ２へ進めるために圧電手段１２の励起周波数を増加させ続けると、連結ディスクディスク１４の中心５２と外周５６とは再び同位相で振動すること、即ち中心５２が下方に撓んで変形すると同時に外周５６が下方に撓んで変形することに留意されたい。この第３の振動モードにおいて、連結ディスク１４とロータとの間の接触域の点Ｐは、依然として楕円軌跡を描くが、第１の倍音モードｆ１に対応するものとは逆方向である。つまり、本発明による圧電モータ１の作動方向を再び逆転させることができる。第２の倍音モードｆ２において、連結ディスク１４は、振幅値ゼロを通過する２つの通過帯域を有することに留意されたい。従って、振動モードｆ２では、２つの節円、換言すれば２つの振動節が連結ディスク１４に現れる。
【００３８】
前記の説明から理解されるように、連結ディスク１４の励起モードを基本モードｆ０から第１の倍音モードｆ１、次いで第２の倍音モードｆ２に進めることによって、圧電モータ１の回転方向はその都度逆転する。勿論、モータ１の回転方向を逆転させるため、電気励起信号の周波数の変化がｆ０とｆ２の２つの値の間のみに制限して、連結ディスク１４を基本振動モードから第１の倍音モードに進めること、又はその逆を行なうことができる。
【００３９】
以下に、本発明による圧電モータ１の種々の構成要素の幾何学的寸法を示す。
【００４０】
念のために繰返すと、支持手段１０の脚部２４がＬ型断面の輪郭要素による形状とされた場合、Ｌのアームの各々の幅ｌ１は約０．５ｍｍであり、それらのアームの厚みは１／１０ミリメートルのオーダーである。脚部２４の足部２８で形成されるアイレット３０の中心から測定した脚部２４の各々の長さｌ２は３．３ｍｍである。アイレット３０のオリフィスの直径ｄ２は０．８ｍｍであり、アイレットの外側直径ｄ３は１．５ｍｍである。連結ディスク１４の中心から脚部２４の対称縦軸を隔てる距離ｄ４は１．２５ｍｍであり、脚部２４が一体化されているディスク２２の直径は３．０ｍｍである。連結ディスク１４の直径ｄ５は５．０ｍｍであり、その厚みｅ２は０．２ｍｍである。圧電セラミック材料のディスクの厚みｅ３は０．１ｍｍである。ピン６の直径ｄ６は１．２ｍｍである。最後に、脚部２４と、ロータ２０の回転軸Ｘ１に平行な直線とによって形成される傾斜角度は典型的に１０から３０°の範囲にある。
【００４１】
本発明は、前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲を逸脱することなく種々の簡単な変更及び変形を考えることができる。特に、連結手段１４のフレームと圧電手段１２とを形成するディスク１４は、単一体でもって、全てをセラミックＰＺＴで作ることができる。
【００４２】
つまり、本発明は圧電モータを提供するが、その作動原理は、連結ディスクの固有周波数の１つに一致するように選択された振動周波数の交流電圧を圧電手段へ印加する効果によって、連結ディスクの中心部及び縁部が軸方向に同位相又は逆位相でもって変形することに基づいている。連結ディスクが軸方向に変形すると、同時に、連結ディスクは支持脚部によって強制的に回転されて、ロータを回転させる。電気励起信号の期間の最後には、ディスクは下方に移動して支持脚により初期位置に戻される。連結ディスクによるこの下方及び逆方向の運動は、ディスクとロータとの間の摩擦力が殆ど無い状態で生じるので、ロータが逆方向に動く如何なるリスクも回避される。連結ディスクの中心部と縁部が同位相又は逆位相のいずれで振動するかに基づいて、電歪モータのロータは、順方向又は逆方向に回転する。従って、ディスクをその固有周波数のうちの１つ又は他のもので振動させて、本発明によるモータの回転方向を決定するためには、励起電圧の周波数を変更しさえすればよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による圧電モータの断面図である。
【図２】図１に示す圧電モータの底面図であり、連結手段は異なった方法で吊されている。
【図３】図２のIII−III軸に沿った断面図である。
【図４】支持手段の斜視図であり、連結手段は、支持手段によってステータ上に置かれている。
【図５】連結手段の部分図であり、連結手段の軸及び円運動方向が示されている。
【図６】連結手段の部分図であり、静止位置は実線で示されており、連結手段が圧電手段による振動に励起される場合の端部変形位置は点線で示されている。
【符号の説明】
１  圧電モータ
２  ステータ
８  連結手段
１２  圧電手段
２０  ロータ
４０  伝達手段
４４  保持手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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