(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転式超音波モータ（１）であって、少なくとも１つの超音波アクチュエータ（２）と、駆動される要素（３）と、内側ケーシング部材（１０）および外側ケーシング部材（１１）を備えるケーシング（４）とを有し、前記超音波アクチュエータ（２）は、少なくとも１つの励起電極（５）と少なくとも１つの一般電極（６）との間に配置された圧電または電歪もしくは磁歪材料を含み、前記超音波アクチュエータ（２）は、前記ケーシング（４）内で、前記内部ケーシング部材（１０）と前記外部ケーシング部材（１１）との間に配置され、前記駆動される素子（３）と直接または間接的に接触し、結果、電気励起により前記超音波アクチュエータ（２）内に発生する周期的変形が、前記駆動される要素（３）に伝達可能になり、前記駆動される要素の駆動運動を引き起こし、前記超音波アクチュエータ（２）は、少なくとも１つの保持区画（８）を有する、前記ケーシング（４）上に配置された保持デバイス（７）によって取り付けられ、前記少なくとも１つの保持区画は、それぞれの前記保持区画（８）と関連付けられ、かつ前記超音波アクチュエータ（２）内に配置されている凹部（９）内に係合し、
（Ａ）前記内側ケーシング部材（１０）および前記外側ケーシング部材（１１）が、前記保持デバイス（７）によって互いに接続されているか、または、
（Ｂ）前記内側ケーシング部材（１０）および前記外側ケーシング部材（１１）が、ウェブ状ばね要素（１３）によって互いに接続されており、前記超音波アクチュエータ（２）を、前記ウェブ状ばね要素（１３）間にクランプ締めすることができる、回転式超音波モータ。
【請求項２】
前記保持デバイス（７）がねじによって形成され、前記凹部（９）が前記ねじのねじ山と相互作用するねじ山を備えることを特徴とする、請求項１に記載の回転式超音波モータ。
【請求項３】
前記内側ケーシング部材（１０）および／または前記外側ケーシング部材（１１）がねじ部（１２）を備え、前記凹部（９）が貫通孔として形成され、前記保持デバイス（７）がねじとして形成され、前記貫通孔を通じて突出し、前記ねじの前記ねじ山は、前記内側ケーシング部材（１０）および／または前記外側ケーシング部材（１１）の前記ねじ部（１２）と相互作用することを特徴とする、請求項１または２に記載の回転式超音波モータ。
【請求項４】
前記保持デバイス（７）の前記少なくとも１つの保持区画（８）は、前記外側ケーシング部材（１１）および／または前記内側ケーシング部材（１０）と一体的に形成されることを特徴とする、請求項１から３のいずれか１項に記載の回転式超音波モータ。
【請求項５】
前記駆動される要素（３）を回転可能に取り付けるための軸受要素（２５）が、前記内側ケーシング部材（１０）内および／または前記外側ケーシング部材（１１）内に配置されることを特徴とする、請求項１から４のいずれか１項に記載の回転式超音波モータ。
【請求項６】
クランプ要素（１４）が、前記内側ケーシング部材（１０）と前記外側ケーシング部材（１１）との間に配置され、前記内側ケーシング部材（１０）および／または前記外側ケーシング部材（１１）に対する前記クランプ要素（１４）の少なくとも部分的な変位が可能であるように、前記内側ケーシング部材（１０）または前記外側ケーシング部材（１１）に接続され、前記凹部（９）に対する前記保持区画（８）の押圧は、前記変位により実現可能であることを特徴とする、請求項１から５のいずれか１項に記載の回転式超音波モータ。
【請求項７】
前記クランプ要素（１４）が、関連する凹部（９）と係合する少なくとも１つの係合区画（１５）を備えることを特徴とする、請求項６に記載の回転式超音波モータ。
【請求項８】
前記少なくとも１つの超音波アクチュエータ（２）が、面積が最大である２つの主面（１６、１７）を備えた中空円筒形状またはプレート形状を有し、前記少なくとも１つの凹部（９）は一方の前記主面（１６、１７）から他方の前記主面（１６、１７）を指し、好ましくは、一方の前記主面（１６、１７）から他方の前記主面（１６、１７）への貫通孔として延伸することを特徴とする、請求項１から７のいずれか１項に記載の回転式超音波モータ。
【請求項９】
前記超音波アクチュエータ（２）の一方の前記主面（１６、１７）上の少なくとも２つの励起電極（５）が、前記電極の間に配置された分離領域（２４）に起因してそれぞれ互いから離間して配置され、好ましくは貫通孔として具体化される凹部（９）が、それぞれ隣接する励起電極（５）の間に配置され、それぞれの前記分離領域（２４）と交差することを特徴とする、請求項８に記載の回転式超音波モータ。
【請求項１０】
少なくとも１つの摩擦要素（１９）が、前記駆動される要素（３）との直接または間接的な接触のために前記主面（１６、１７）を接続する前記超音波アクチュエータの前記２つの端面（１８）の少なくとも一方に配置されることを特徴とする、請求項８または９に記載の回転式超音波モータ。
【請求項１１】
前記少なくとも１つの摩擦要素（１９）が、摩擦リング（２０）と接触し、前記摩擦リング（２０）は、前記駆動される要素（３）に接続され、かつ前記摩擦リング（２０）を前記摩擦要素（１９）に押し付けるばねディスク（２１）上に配置されることを特徴とする、請求項１０に記載の回転式超音波モータ。
【請求項１２】
前記超音波アクチュエータ（２）が中空円筒形状を有し、前記少なくとも１つの一般電極（６）が、第１の周面（２２）を規定する前記主面（１６、１７）の一方に配置され、少なくとも６つの実質的に等しいサイズの励起電極（５）が、それぞれ隣接する励起電極（５）の間に配置された分離領域（２４）によって周にわたって均等に分布して、第２の周面を規定する他方の前記主面（１６、１７）に配置され、前記超音波アクチュエータ（２）が、前記周にわたって均等に分布し、かつ貫通孔として具現化された３つの凹部（９）を備え、少なくとも３つの摩擦要素（１９）が、前記周にわたって均等に分布し、かつそれぞれの分離領域（２４）に隣接して位置決めされている前記超音波アクチュエータの少なくとも１つの端面（１８）にそれぞれ配置され、前記周に沿った前記貫通孔および前記摩擦要素（１９）の位置は互いに異なることを特徴とする、請求項８から１１のいずれか１項に記載の回転式超音波モータ。
【請求項１３】
前記回転式超音波モータが、３つの実質的に長方形の超音波アクチュエータ（２）を備え、それぞれ隣接する超音波アクチュエータ（２）は、前記超音波アクチュエータの間で実質的に６０°の角度を規定し、少なくとも１つの一般電極（６）がそれぞれ前記主面（１６、１７）の一方に配置され、少なくとも２つの実質的に等しいサイズの励起電極（５）が他方の前記主面（１６、１７）上に配置され、前記長方形の超音波アクチュエータ（２）の各々は、各々が前記励起電極（５）の領域に配置され、かつ貫通孔として具現化された２つの凹部（９）を備え、それぞれの摩擦要素（１９）は、それぞれの分離領域（２４）に隣接する前記超音波アクチュエータの長い方の側面の１つに配置されている、請求項８から１１のいずれか１項に記載の回転式超音波モータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１から１５に記載の回転式超音波モータに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＤＥ１０３１４８１０Ａ１から、ステータが中空円筒振動子の形態で存在する回転式超音波モータが知られており、当該発明の方法による中空シリンダは、結合接線−軸方向振動モードに置かれ、結果、中空シリンダが周期的変形を行う。それぞれの接線成分の振動速度の最大値は、中空シリンダの側端面に形成され、軸方向成分の振動速度の最大値は、接線成分の振動速度の最大値からわずかにのみ離れている。シリンダの高さの中心において、側端面に実質的に平行なノードラインが延伸しており、ノードライン上で、軸方向振動成分の値はゼロであり、接線成分の値は最小である。したがって、ステータの周期的変形の形成には最小抵抗でのみ直面するため、ステータを上記ノードラインの領域に保持または取り付けることが有利である。それぞれの軸受が、リングの形態で、ステータの外周面に配置されたリテーナによって実現され、リングは、その外周面が、実質的にノードラインに沿った内周面においてステータに接触している。リングは、その周にわたって分布するいくつかの貫通孔を備え、それによってリングをケーシングに取り付けることができ、結果、ステータもケーシングに対して取り付け可能である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、ＤＥ１０３１４８１０Ａ１に記載されているステータ上のリテーナの配置は比較的複雑であり、通常、接着接続により実現される。ただし、このためには、信頼性が高く長持ちする接着接続が生じるように、リテーナの内周の形状がステータの外周の形状から非常に小さい偏差しか呈しないことが必要である。アクチュエータの外周にリテーナを取り付けることもスペースを消費し、結果、コンパクトで省スペースの回転式超音波モータを得るのは困難である。
【０００４】
粘着剤には、接着剤の気体放出により、通常、高真空用途では使用することができないという欠点もある。
【０００５】
したがって、本発明の目的は、ステータまたは超音波アクチュエータを確実かつ持続的に保持することが単純な方法で達成され、リテーナが、ごく低いまたは無視できる抵抗で超音波アクチュエータの周期的変形を提供する、適用範囲を拡大したコンパクトな回転式超音波モータを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この目的は、請求項１に記載の回転式超音波モータによって満たされ、後続の従属請求項は少なくとも有利なさらなる発展を説明する。
【０００７】
角度、寸法、位置、向きまたは方向などの幾何学的データの仕様の文脈において、様々な節において本明細書の以下の部分で使用される「実質的に」という用語は、それぞれの幾何学的データに、それぞれ指定された幾何学的データに対して＋／−５％の偏差がある可能性があることを意味すると理解されるものとし、この偏差は、たとえば製造または組み立ての公差によるものである。
【０００８】
本発明による回転式超音波モータは、好ましくは圧電材料から作製される少なくとも１つの超音波アクチュエータを備えるが、電歪材料または磁歪材料も考えられる。超音波アクチュエータには、少なくとも１つの励起電極および少なくとも１つの一般電極が配置され、圧電材料は、少なくとも１つの励起電極と少なくとも１つの一般電極との間に配置される。電極に適切な電圧を印加することにより、超音波アクチュエータを励起して周期的変形を形成することができ、駆動される要素との直接的または間接的接触による上記周期的変形は駆動される要素に伝達することができ、したがって駆動される要素の運動が実現される。
【０００９】
回転式超音波モータは、内側ケーシング部材および外側ケーシング部材を有するケーシングをさらに備え、少なくとも１つの超音波アクチュエータが、内側ケーシング部材と外側ケーシング部材との間に配置または取り付けられている。超音波アクチュエータの保持または取り付けは、ケーシング上に配置され、かつ少なくとも１つの保持区画を備える保持デバイスによって実現され、少なくとも１つの保持区画は、後者に関連付けられ、かつ超音波アクチュエータ内に配置された凹部内に係合する。
【００１０】
保持デバイスをねじによって形成し、凹部はねじのねじ山と相互作用するねじ山を備えることが有利であり得る。
【００１１】
さらに、内側ケーシング部材および／または外側ケーシング部材がねじ部を備え、凹部が貫通孔として形成され、保持デバイスがねじとして形成され、貫通孔を通じて突出し、ねじのねじ山は、内側ケーシング部材および／または外側ケーシング部材のねじ部と相互作用することが有利であり得る。
【００１２】
加えて、内側ケーシング部材と外側ケーシング部材とを互いに一体的に形成することが有利であり得る。
【００１３】
加えて、内側ケーシング部材と外側ケーシング部材をウェブ状ばね要素によって互いに接続し、超音波アクチュエータは、好ましくはばね要素と超音波アクチュエータとの間に配置された減衰要素間で、ウェブ状要素間にクランプ締めすることができることが有利であり得る。
【００１４】
さらに、保持デバイスの少なくとも１つの保持区画を、外側ケーシング部材および／または内側ケーシング部材と一体的に形成することが有利であり得る。
【００１５】
加えて、クランプ要素を内側ケーシング部材と外側ケーシング部材との間に配置し、内側ケーシング部材および／または外側ケーシング部材に対するクランプ要素の少なくとも部分的な変位が可能であるように、内側ケーシング部材または外側ケーシング部材に接続され、凹部に対する保持区画の押圧は、変位によって実現可能であることが有利であり得る。
【００１６】
加えて、クランプ要素が、関連する凹部と係合する少なくとも１つの係合区画を備えることが有利であり得る。
【００１７】
同様に、少なくとも１つの超音波アクチュエータが、面積が最大である２つの主面と面積がより小さい側面もしくは端面を備えた中空円筒形状またはプレート形状を有し、少なくとも１つの凹部が一方の主面から他方の主面を指し、好ましくは、一方の主面から他方の主面への貫通孔として延伸することが有利であり得る。
【００１８】
加えて、超音波アクチュエータの一方の主面上の少なくとも２つの励起電極が、それらの間に配置された分離領域に起因してそれぞれ互いから離間して配置され、それぞれの分離領域と交差する、好ましくは貫通孔として具体化される凹部が、それぞれ隣接する励起電極の間に配置されることが有利であり得る。
【００１９】
さらに、少なくとも１つの摩擦要素を、駆動される要素との直接または間接的な接触のために、主面を接続する超音波アクチュエータの２つの端面の少なくとも一方に配置することが有利であり得る。
【００２０】
少なくとも１つの摩擦要素を摩擦リングと接触させ、摩擦リングは、駆動される要素に接続され、かつ摩擦リングを摩擦要素に押し付けるばねディスク上に配置されることも有利であり得る。
【００２１】
加えて、超音波アクチュエータを中空円筒形状にし、少なくとも１つの一般電極を、第１の周面を規定する主面の一方に配置して、少なくとも６つの実質的に等しいサイズの励起電極を、それぞれ隣接する励起電極の間に配置された分離領域によって周にわたって均等に分布させて、第２の周面を規定する他方の主面に配置し、超音波アクチュエータは、周にわたって均等に分布し、かつ貫通孔として具現化された３つの凹部を備え、少なくとも３つの摩擦要素が、周にわたって均等に分布し、かつそれぞれの分離領域に隣接して位置決めされている超音波アクチュエータの少なくとも１つの端面にそれぞれ配置され、周に沿った貫通孔および摩擦要素の位置は互いに異なることが有利であり得る。
【００２２】
回転式超音波モータが、３つの実質的に長方形の超音波アクチュエータを備え、それぞれ隣接する超音波アクチュエータは、それらの間で実質的に６０°の角度を規定し、少なくとも１つの一般電極がそれぞれ主面の一方に配置され、少なくとも２つの実質的に等しいサイズの励起電極が他方の主面上に配置され、長方形の超音波アクチュエータの各々は、各々が励起電極の領域に配置され、かつ貫通孔として具現化された２つの凹部を備え、それぞれの摩擦要素は、それぞれの分離領域に隣接する超音波アクチュエータの長い方の側面の各々に配置されていることが有利であり得る。
【００２３】
駆動される要素を回転可能に取り付けるために、軸受要素を内側ケーシング部材内および／または外側ケーシング部材内に配置することも有利であり得る。
【００２４】
本発明の実施形態を、添付の図面を参照して以下に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】中空円筒形の超音波アクチュエータを備えた本発明による回転式超音波モータの１つの実施形態を示す図である。
【図２】図１による回転式超音波モータの超音波アクチュエータを示す図である。
【図３】駆動される要素のない、３つの長方形の超音波アクチュエータを備えた本発明による回転式超音波モータのさらなる実施形態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
図１は、本発明による回転式超音波モータ１の１つの実施形態を示している。これは、圧電材料または圧電セラミック材料から作製される中空シリンダの形態の超音波アクチュエータ２を含む。一般電極が、超音波アクチュエータの主面１６を規定する超音波アクチュエータの内周面全体に配置され、一方で、図１では認識できない、各々が互いに離間された複数の励起電極が、さらなる主面１７を規定する外周面上に配置されている。したがって、圧電材料または圧電セラミック材料は、励起電極と一般電極６との間に層として配置される。電極に適切な電圧を印加することにより、圧電材料または圧電セラミック材料内に電場が生成され、逆圧電効果により超音波アクチュエータの変形が生じる。超音波アクチュエータの選択的な周期的変形は、回転式超音波モータの効果的な駆動運動をもたらす、それぞれの周期的応力によって達成可能である。
【００２７】
超音波アクチュエータが圧電材料の複数の層を含むことが考えられ、それぞれの電極が隣接する層の間に配置される（いわゆる多層アクチュエータ）。このとき、圧電材料の層および電極は、中空シリンダの半径方向または軸方向に積み重ねられることが可能である。
【００２８】
周にわたって分布する中空シリンダの２つの側端面１８には、半球の形態の３つのそれぞれの摩擦要素１９が配置されており、そのうちの１つの摩擦要素のみが図１に示されている。摩擦リング２０が、２つの端面のうちの一方に配置された３つのそれぞれの摩擦要素１９と接触しており、２つの摩擦リング２０の各々は、ばねディスク２１によって摩擦要素１９に押し付けられており、結果、超音波アクチュエータ２の周期的変形による摩擦要素１９のばねディスク２１への運動の効果的な伝達が実現され得る。ばねディスク２１がシャフトの形態で駆動される要素３に堅固に接続されているため、駆動される要素３の回転駆動は、ばねディスク２１を駆動することにより達成される。駆動される要素３は、軸受要素２５によってケーシング４に回転運動可能に取り付けられている。
【００２９】
中空円筒形の超音波アクチュエータ２は、対応するケーシング４内に配置され、ケーシング４は、リングの形態の内側ケーシング部材１０と、同様の形状の外側ケーシング部材１１とを備え、超音波アクチュエータは、内側ケーシング部材１０と外側ケーシング部材１１との間に配置される。保持デバイス７は、それぞれねじまたはねじ軸の形態の保持区画８と、貫通孔の形態の、超音波アクチュエータの凹部９とを備える。ねじ頭が外側ケーシング部材１１に当接している間、ねじ軸は超音波アクチュエータの凹部９を通じて突出し、ねじ軸の直径は超音波アクチュエータの凹部の直径に実質的に対応する。ねじ頭の反対側に配置されたねじ軸の少なくとも遠位部分は、内側ケーシング部材にそれぞれに設けられた相補的なねじ部１２と係合するか、またはそれと相互作用するねじ山を備える。動作中にわずかなまたは無視できる運動または変形のみが起こるような超音波アクチュエータの位置に凹部９が配置されるという事実により、最大でも無視できるほどに周期的変形に抵抗する、超音波アクチュエータの付着または取り付けが達成される。
【００３０】
図２は、図１による回転式超音波モータの超音波アクチュエータの詳細を示す。中空シリンダとして形成された超音波アクチュエータの、図２の上部の端面１８に配置された、半球の形態の３つの摩擦要素１９が、ここで明瞭に見えている。半球形状に加えて、無論、摩擦要素にはさまざまな他の幾何形状が考えられる。
【００３１】
内周領域２２全体が、その上に配置された一般電極６で覆われており、一方、合計６個の同一に形成された励起電極が、周にわたって均等に分布して外周面２３に配置されており、分離領域２４が、各隣接する励起電極５の間に存在し、それぞれの隣接する励起電極５を互いから分離し、それらは互いに電気的に絶縁されている。
【００３２】
超音波アクチュエータは、中空シリンダの周にわたって等距離に分布し、かつ各々が分離領域２４と交差する貫通孔の形態の３つの凹部９を含む。しかしながら、凹部９が異なる位置、例えばそれぞれの励起電極５の中心に設けられることも考えられる。
【００３３】
また、端面１８の３つの摩擦要素１９は、中空シリンダの周に対して等距離に配置され、各摩擦要素は、それぞれの分離領域２４の領域内に配置される。２つの端面１８の摩擦要素１９は、対向して配置される構成においてそこに付着されている。
【００３４】
中空シリンダの周に対する摩擦要素１９の位置は、中空シリンダの周に対する凹部９の位置とは異なる。摩擦要素１９は、２つの隣接する凹部９の間の中央において、そこに配置されている。隣接する摩擦要素１９と隣接する凹部９の両方が、中空シリンダの円周角に対して実質的に１２０°の距離にあるため、円周角に対する摩擦要素と隣接する凹部との間の距離は実質的に６０°である。
【００３５】
図３は、明確にするために駆動要素が省略された、本発明による回転式超音波モータのさらなる実施形態を示す。図１による実施形態とは異なり、回転式超音波モータは、中空円筒形の超音波アクチュエータを有せず、代わりに３つの実質的に長方形の超音波アクチュエータ２を有し、それぞれの隣接する超音波アクチュエータはそれらの間で実質的に６０°の角度を規定する。
【００３６】
長方形の超音波アクチュエータ２の各々は、その主面１６において、分離領域２４によって互いに分離された２つの同一形状の励起電極５を備える。反対側に配置された主面１７上で、３つの超音波アクチュエータの各々は、主面１７の実質的に全体を覆う一般電極を備える。
【００３７】
摩擦要素１９が、分離領域２４の領域内で実質的にその中心において、超音波アクチュエータの２つの対向して配置された端面１８の各々に配置され、図３では２つの摩擦要素の一方のみが見える。
【００３８】
３つの超音波アクチュエータ２は、ケーシング４内で、内側ケーシング部材１０と外側ケーシング部材１１との間に配置され、内側ケーシング部材１０は、互いに対向して配置されている２つの接続要素２６によって外側ケーシング部材１１に接続される。接続要素２６は、ばね要素１３として形成され、かつ弾性変形可能なウェブ部分を含み、これは、それぞれの超音波アクチュエータの端面１８と接触し、したがって、超音波アクチュエータは各々、関連するばね要素１３の間にクランプ締めされる。減衰要素が、好ましくはばね要素１３とそれぞれの端面１８との間に配置される。
【００３９】
ペグとして内側ケーシング部材１０と一体的に形成されている、それぞれの保持デバイス７の保持区画８が、超音波アクチュエータの関連する凹部に係合するが、図３では見えない。凹部はそこで、主面１６上に配置された励起電極５の領域内に配置されている。
【００４０】
ケーシング４は、内側ケーシング部材１０と外側ケーシング部材１１との間に配置されたクランプ要素１４を備え、クランプ要素１４は、クランプ要素１４が内側ケーシング部材１０に対して少なくとも部分的に変位することが可能であるように、外側ケーシング部材１１に接続される。クランプ要素１４の係合区画１５が主面１７の方向から凹部９と係合しているという事実により、クランプ要素１４の変位によって、それぞれの保持区画８がそれぞれの凹部９に押し付けられ、結果、超音波アクチュエータのほぼ遊びのない取り付けが可能である。
【符号の説明】
【００４１】
参照符号のリスト
１  回転式超音波モータ
２  超音波アクチュエータ
３  駆動される要素
４  ケーシング
５  励起電極
６  一般電極
７  保持デバイス
８  保持区画
９  凹部
１０  内側ケーシング部材
１１  外側ケーシング部材
１２  ねじ部
１３  ばね要素
１４  クランプ要素
１５  係合区画
１６  （超音波アクチュエータの）主面
１７  （超音波アクチュエータの）主面
１８  （超音波アクチュエータの）端面
１９  摩擦要素
２０  摩擦リング
２１  ばねディスク
２２  第１の周面
２３  第２の周面
２４  分離領域
２５  軸受要素
２６  接続要素
【図１】
0006911162.tif 000002
【図２】
0006911162.tif 000003
【図３】
0006911162.tif 000004