(57)【要約】超音波電気機械ステータ（１０）は、２つの振動体（２０）と、２つの振動体を接続方向（Ｘ）に沿って接続するリンク部材（３０）と、ステータ支持体とを備える。振動体のそれぞれは、それぞれの電気機械素子（２３）を備え、電気機械素子に交流電圧が印加されたときに曲げ方向（Ｚ）に曲げ振動を行うように構成されている。リンク部材は、移動される物体の表面に接触するための接触部（３４）を有する。リンク部材は、振動体に対するそれぞれの機械的リンク接続部（３２）を有する。振動体のそれぞれは、接続方向と曲げ方向の両方を横切る方向において、それぞれの振動体の少なくとも一方の側で、少なくとも２つの取り付けタブ（１２）によってステータ支持体に機械的に取り付けられている。また、このような超音波電気機械ステータを有する超音波電気機械モータ（１）が開示されている。
2020532255.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波電気機械ステータ（１０）であって、
２つの振動体（２０）と、
前記２つの振動体（２０）を接続方向Ｘに沿って接続するリンク部材（３０）と、
ステータ支持体（４０）と
を備え、
前記振動体（２０）のそれぞれは、それぞれの電気機械素子（２３）を含み、
前記振動体（２０）のそれぞれは、それぞれの電気機械素子（２３）に交流電圧が印加されたときに、前記接続方向（Ｘ）を横切る曲げ方向（Ｚ）に曲げ振動を行うように構成され、
前記リンク部材（３０）は、移動される物体（６０）の表面に接触するための接触部（３４）を有し、
前記リンク部材（３０）は、前記接続方向（Ｘ）に前記振動体（２０）のそれぞれへの機械的リンク接続部（３２）を有し、
前記機械的リンク接続部（３２）は、前記超音波電気機械ステータ（１０）の他の部分への前記リンク部材（３０）の唯一の機械的な取り付け部であり、
これにより、前記２つの振動体（２０）及び前記リンク部材（３０）は、共に振動アセンブリ（５０）を構成し、
前記振動体（２０）のそれぞれは、前記接続方向（Ｘ）と前記曲げ方向（Ｚ）の両方を横切る方向において、それぞれの振動体（２０）の少なくとも一方の側で、取り付けタブ（１２）によって前記ステータ支持体（４０）に機械的に取り付けられ、
前記取り付けタブ（１２）は、前記接続方向（Ｘ）と前記曲げ方向（Ｚ）の両方を横切る方向に設けられ、これにより、前記接続方向（Ｘ）と前記曲げ方向（Ｚ）の両方を横切る前記方向における前記振動体（２０）の機械的な並進運動が打ち消され、
前記振動体（２０）のそれぞれは、前記それぞれの振動体（２０）の前記少なくとも一方の側で少なくとも２つの前記取り付けタブ（１２）によって前記ステータ支持体（４０）に機械的に取り付けられている、超音波電気機械ステータ。
【請求項２】
前記振動体（２０）のそれぞれは、前記接続方向（Ｘ）と前記曲げ方向（Ｚ）の両方を横切る方向において、前記それぞれの振動体（２０）の両側のそれぞれの少なくとも２つの前記取り付けタブ（１２）によって前記ステータ支持体（４０）に機械的に取り付けられている、請求項１に記載の超音波電気機械ステータ。
【請求項３】
前記振動アセンブリ（５０）は振動共振モードを有し、
前記振動共振モードのうち振動体支配対称振動共振モードは、振動体支配対称振動共振周波数で、前記リンク部材（３０）を中心に対称となる前記２つの振動体（２０）の曲げ振動をもたらし、
前記振動共振モードのうち振動体支配逆対称振動共振モードは、振動体支配逆対称振動共振周波数で、前記リンク部材（３０）を中心に逆対称となる前記２つの振動体（２０）の曲げ振動をもたらし、
前記取り付けタブ（１２）は、前記振動体支配対称振動共振モードと前記振動体支配逆対称振動共振モードの少なくとも一方の節点に配置される、請求項１又は２に記載の超音波電気機械ステータ。
【請求項４】
前記振動体（２０）のそれぞれについて、取り付けタブ（１２）と前記接続部（３２）の最も近いものとの間の距離が、前記振動体（２０）の前記接続方向（Ｘ）の長さの７〜２０％の範囲である、請求項１から３のいずれか一項に記載の超音波電気機械ステータ。
【請求項５】
前記振動体（２０）のそれぞれは、前記曲げ方向（Ｚ）に垂直な平面においてテーパ形状を有し、それにより、前記振動体（２０）のそれぞれの幅の狭い端部が前記リンク部材（３０）に接続され、前記振動体（２０）のそれぞれの幅の広い端部が自由端である、請求項１から３のいずれか一項に記載の超音波電気機械ステータ。
【請求項６】
前記振動体（２０）は、前記曲げ方向（Ｚ）に垂直な平面においてテーパ形状を有し、それにより、前記振動体（２０）のそれぞれの幅の広い端部が前記リンク部材（３０）に接続され、前記振動体（２０）のそれぞれの幅の狭い端部が自由端である、請求項１から３のいずれか一項に記載の超音波電気機械ステータ。
【請求項７】
前記振動アセンブリ（５０）は振動共振モードを有し、
前記振動共振モードのうち振動体支配対称振動共振モードは、振動体支配対称振動共振周波数で、前記リンク部材（３０）を中心に対称となる前記２つの振動体（２０）の曲げ振動をもたらし、
前記振動共振モードのうち振動体支配逆対称振動共振モードは、振動体支配逆対称振動共振周波数で、前記リンク部材（３０）を中心に逆対称となる前記２つの振動体（２０）の曲げ振動をもたらし、
前記振動体支配対称振動共振周波数は、前記振動体支配逆対称振動共振周波数と１０％未満だけ異なる、請求項１から６のいずれか一項に記載の超音波電気機械ステータ。
【請求項８】
前記振動体支配対称振動共振周波数は、前記振動体支配逆対称振動共振周波数と０２％超異なる、請求項７に記載の超音波電気機械ステータ。
【請求項９】
前記振動共振モードのうちリンク支配対称振動共振モードは、リンク支配対称振動共振周波数で、前記リンク部材（３０）を中心として同じ方向にストロークを有する前記２つの振動体（２０）の曲げ振動と、前記リンク部材（３０）の前記接触部（３４）の前記曲げ方向への主変位とをもたらし、
前記振動共振モードのうちリンク支配逆対称振動共振モードは、振動体支配逆対称振動共振周波数で、前記リンク部材（３０）を中心として反対方向にストロークを有する前記２つの振動体（２０）の曲げ振動と、前記リンク部材（３０）の前記接触部（３４）の前記接続方向への主変位とをもたらし、
前記リンク支配対称振動共振周波数と前記リンク支配逆対称振動共振周波数との両方が、前記振動体支配逆対称振動共振周波数と前記振動体支配対称振動共振周波数の両方を５％超、好ましくは２０％超上回る、請求項７又は８に記載の超音波電気機械ステータ。
【請求項１０】
前記振動体（２０）は、前記曲げ振動のストロークを横断する主表面を有する、全体的に平坦な形状を有する、請求項１から９のいずれか一項に記載の超音波電気機械ステータ。
【請求項１１】
前記接触部（３４）は、前記リンク部材（３０）の駆動パッド（３８）に設けられ、
前記駆動パッド（３８）は、それぞれの前記機械的リンク接続部（３２）の間の接続線を横断して延びる、請求項１から１０のいずれか一項に記載の超音波電気機械ステータ。
【請求項１２】
前記リンク接続部（３２）の少なくとも一方は、前記リンク接続部（３２）を除く前記リンク部材（３０）の前記曲げ振動の方向の曲げ剛性の５０％よりも低い前記曲げ振動の方向の曲げ剛性を有する、請求項１１に記載の超音波電気機械ステータ。
【請求項１３】
前記リンク接続部（３２）の少なくとも一方は、前記リンク接続部（３２）を除く前記リンク部材（３０）の前記曲げ振動の方向の曲げ剛性の５％よりも高い前記曲げ振動の方向の曲げ剛性を有する、請求項１１又は１２に記載の超音波電気機械ステータ。
【請求項１４】
前記リンク接続部（３２）の少なくとも一方は、前記曲げ振動の方向において、前記リンク部材（３０）の主要部及び前記振動体（２０）よりも薄い、請求項１１から１３のいずれか一項に記載の超音波電気機械ステータ。
【請求項１５】
前記リンク接続部（３２）の少なくとも一方は、前記曲げ振動に垂直な方向において、前記リンク部材（３０）の主要部及び前記振動体（２０）よりも幅が狭い、請求項１１から１３のいずれか一項に記載の超音波電気機械ステータ。
【請求項１６】
前記リンク接続部（３２）の少なくとも一方に、前記曲げ振動に垂直な方向の有効幅を前記リンク部材（３０）の主要部及び前記振動体（２０）よりも狭くする穴が設けられている、請求項１１から１３のいずれか一項に記載の超音波電気機械ステータ。
【請求項１７】
前記リンク接続部（３２）の少なくとも一方は、前記リンク部材（３０）の主要部及び前記振動体（２０）の材料よりも剛性が低い材料を含む、請求項１１から１３のいずれか一項に記載の超音波電気機械ステータ。
【請求項１８】
前記振動体（２０）のそれぞれは、圧電体（２２）と金属板（５５）との組立体を備え、前記圧電体（２２）は、少なくとも２つの空間的に離れた位置で前記金属板（５５）に取り付けられ、それにより、前記圧電体（２２）の寸法変化が、前記圧電体（２２）と前記金属板（５５）の組立体の曲げを引き起こす、請求項１から１７のいずれか一項に記載の超音波電気機械ステータ。
【請求項１９】
連続した金属板が、前記２つの振動体（２０）の少なくとも一部と、前記リンク部材（３０）の少なくとも一部とを構成する、請求項１８に記載の超音波電気機械ステータ。
【請求項２０】
前記リンク部材（３０）の前記曲げ方向（Ｚ）の平均厚さが、前記振動体（２０）の前記曲げ方向（Ｚ）の平均厚さよりも大きい、請求項１から１９のいずれか一項に記載の超音波電気機械ステータ。
【請求項２１】
前記接続方向（Ｘ）における前記２つの振動体（２０）のそれぞれの長さは、前記接続方向（Ｘ）における前記リンク部材（３０）の長さよりも少なくとも５０％長い、請求項１から２０のいずれか一項に記載の超音波電気機械ステータ。
【請求項２２】
超音波電気機械モータ（１）であって、
請求項１から２１のいずれか一項に記載の超音波電気機械ステータ（１０）と、
前記リンク部材（３０）の前記接触部（３４）に対する接触面を有して配置された移動される物体（６０）と、
前記移動される物体（６０）と前記超音波電気機械ステータ（１０）との間に垂直力を付与する手段（７０）と、
前記２つの振動体（２０）に独立して制御可能に電圧を供給するように構成された電圧源（８０）と
を特徴とする超音波電気機械モータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
提案される技術は、全体として電気機械モータに関し、特に、電気機械材料を含み、超音波領域で振動する振動素子を利用する電気機械モータ、及びこのようなモータを駆動する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気機械駆動素子は、従来技術において、多くの種類の小型モータ用途に使用されてきた。これらのモータの大部分は、電気機械駆動素子の超音波動作に基づいている。電気機械材料の典型的な例は、圧電材料、電歪材料及び反強誘電材料であり、これらの材料は、単結晶でも多結晶又は非結晶でもよい。
【０００３】
圧電効果の活性化が比較的簡単であるため、圧電材料の使用が一般的である。多くの異なるデザインが利用可能である。ＰｉｅｚｏＷａｖｅ（登録商標）モータでは、圧電棒が共振する。圧電棒上の駆動パッドが移動される物体に接触し、駆動パッドの運動が移動される物体に対する移動動作に変換される。これは、多くのタイプの用途で有利に使用されてきたコンパクトな解決策である。しかしながら、このアプローチの１つの小さな欠点は、ピエゾ素子が処理できる予荷重の量でモータが制限されることである。予荷重が大きすぎると、ピエゾ素子が壊れるリスクが高くなる。これにより、使用可能な出力が制限される場合がある。
【０００４】
特許文献１及び特許文献２には、剛性の低い部分によって金属薄板の振動を生成するピエゾ素子を含むモータが開示されている。したがって、この接続部は、共振器間のリンクとして機能し、適切な設計により、ピエゾ素子を含まずに高い予荷重に耐えることができる。
【０００５】
振動素子間のリンクを使用する他の設計も多数あり、例えば、特許文献３、特許文献４又は特許文献５に開示されている。
【０００６】
ピエゾ素子は、位相シフト振動の状態にすることができ、これは中央リンク部分に楕円軌道を持たせるために使用される。しかしながら、駆動方向とリフト方向の両方におけるこの軌道の振幅、及びリンクが物体を駆動することができる力は、一般に多くの異なる設計及び／又は動作パラメータによって影響される。再現性があり、堅牢で、制御可能であり、同時に高い力又は高速又は低消費電力を提供する構成を見出すことは困難であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】国際公開第２００４／１１２２３２号
【特許文献２】国際公開第２００５／０３１８８８号
【特許文献３】米国特許出願公開第２０１１／００２５１６９号明細書
【特許文献４】中国実用新案第２０３０３９６１３号明細書
【特許文献５】米国特許第８，０１３，４９６号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
全体的な目的は、振動体間のリンクを有する超音波電気機械モータの動作の堅牢性を改善することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の目的は、独立請求項による方法及び装置によって達成される。好ましい実施形態は、従属請求項に定められている。
【００１０】
概して、第１の態様において、超音波電気機械ステータは、２つの振動体と、２つの振動体を接続方向に沿って接続するリンク部材と、ステータ支持体とを備える。振動体のそれぞれは、それぞれの電気機械素子を備える。振動体のそれぞれは、それぞれの電気機械素子に交流電圧が印加されたときに、接続方向を横切る曲げ方向に曲げ振動を行うように構成されている。リンク部材は、移動される物体の表面に接触するための接触部を有する。リンク部材は、接続方向において振動体とのそれぞれの機械的リンク接続部を有する。機械的リンク接続部は、超音波電気機械ステータの他の部分へのリンク部材の唯一の機械的な取り付け部である。２つの振動体及びリンク部材は、共に振動アセンブリを構成する。振動体のそれぞれは、接続方向と曲げ方向の両方を横切る方向において、それぞれの振動体の少なくとも一方の側で、少なくとも２つの取り付けタブによってステータ支持体に機械的に取り付けられている。取り付けタブは、接続方向と曲げ方向の両方を横切る方向に設けられ、これにより、接続方向と曲げ方向の両方を横切る方向における振動体の機械的な並進運動が打ち消される。
【００１１】
第２の態様において、超音波電気機械モータは、第１の態様による超音波電気機械ステータを備える。超音波電気機械モータは、さらに、移動される物体と、垂直力を付与する手段と、電圧源とを備える。移動される物体は、リンク部材の接触部に対する接触面を有して配置される。垂直力を付与する手段は、移動される物体と超音波電気機械ステータとの間に垂直力を与えるように構成される。電圧源は、２つの振動体に独立して制御可能に電圧を供給するように構成される。
【００１２】
提案される技術の１つの利点は、モータが再現可能な方法でより高い出力、より高い出力速度及び／又はより少ない消費電力に到達する可能性を提供することである。他の利点は、詳細な説明を読むときに理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
本発明は、そのさらなる目的及び利点と共に、添付の図面と合わせて以下の説明を参照することにより最もよく理解されることができる。
【図１】図１Ａ〜図１Ｅは、振動アセンブリの一実施形態の振動体支配対称振動共振モードを示す。
【図２】超音波電気機械ステータの一実施形態の立面図である。
【図３】超音波電気機械ステータの別の実施形態の立面図である。
【図４】テーパ状の振動体を有する超音波電気機械ステータのさらに別の実施形態の立面図である。
【図５】図５Ａ〜図５Ｄは、振動アセンブリの一実施形態のリンク支配対称振動共振モードを示す。
【図６Ａ】振動アセンブリの実施形態の立面図である。
【図６Ｂ】振動アセンブリの実施形態の立面図である。
【図６Ｃ】振動アセンブリの実施形態の立面図である。
【図６Ｄ】振動アセンブリの実施形態の立面図である。
【図６Ｅ】振動アセンブリの実施形態の立面図である。
【図７】超音波電気機械モータの一実施形態を概略的に示す。
【図８】超音波電気機械回転モータの一実施形態を概略的に示す。
【図９】振動アセンブリの一実施形態の機械的共振特性を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図面全体を通して、類似又は対応する要素には同じ符号が使用されている。
【００１５】
本明細書で示した技術は、電気機械的にアクティブなアクチュエータ材料の作用に基づく電気機械モータに関するものである。アクチュエータ材料は電気機械材料として特徴付けられるが、本開示では、電圧又は電流が印加されるとそれらの形状が変化する材料を意図している。電気機械材料の典型的な例は、圧電材料、電歪材料及び反強誘電材料であり、これらの材料は、単結晶でも多結晶又は非結晶でもよい。
【００１６】
以下に示す実施形態において、圧電材料が想定されているが、これは単なる例である。
【００１７】
以下に記載されるステータ及びモータは、一般に、直線運動又は回転運動を得るために使用することができる。電気機械材料は通常、ＡＣ電圧の印加により超音波領域で動作する。
【００１８】
提案される技術をより良く理解するために、基本的な運動原理の概要から始めることが有用である。
【００１９】
図１Ａは、振動アセンブリ５０の一実施形態を断面図で示す。振動アセンブリ５０は、接続方向Ｘに沿ってリンク部材３０により接続された２つの振動体２０を備える。リンク部材３０は、移動される物体（ここには図示せず）の表面に接触するための接触部３４を有する駆動パッド３８を備える。リンク部材は、接続方向Ｘにおいてそれぞれの振動体への機械的リンク接続部３２を有する。機械的リンク接続部３２は、振動アセンブリ５０が一部をなす超音波電気機械ステータの他の部分への唯一の機械的な取り付け部である。振動体２０は、それぞれの電気機械素子２３を備える。振動体２０のそれぞれは、それぞれの電気機械素子２３に交流電圧が印加されたときに、接続方向Ｘを横切る曲げ方向Ｚに曲げ振動を行うように構成されている。言い換えれば、曲げ方向Ｚは、接続方向Ｘと非平行である。
【００２０】
図１Ｂは、図１Ａの振動アセンブリの、電気機械素子２３がそれぞれの電圧によって励起されて各振動体３０を曲がらせている状況を示す。この状況において、両振動体２０の自由端２５及び接続端２７は、図に示すようにわずかに上方に曲げられ、一方、両振動体２０の中央部２６はわずかに下方に曲げられている。接続端２７の上方へのストロークにより、リンク部材３０全体がＺ方向に上方に、すなわち意図した移動される物体（ここには図示せず）に向かって並進する。振動体２０の曲げは本質的に同じであるため、リンク部材３０の運動は本質的にＺ方向の純粋な並進運動である。機械的リンク接続部３２は、接続端２７の回転を相殺するために曲げられ、一方、リンク部材３０の主要部は本質的に曲げられていない。
【００２１】
図１Ｃは同様の状況を示しているが、両振動体３０の自由端２５及び接続端２７は下方に、すなわち移動される物体から離れる方向に向けられている。接続端２７の下方へのストロークにより、リンク部材３０全体がＺ方向に下方に、すなわち意図した移動される物体（ここには図示せず）から離れるように並進する。ここでも振動体２０の曲げは本質的に同じであるため、リンク部材３０の運動は本質的にＺ方向の純粋な並進運動である。機械的リンク接続部３２は、接続端２７の回転を相殺するために、図１Ｂと比べて反対方向に曲げられ、一方、リンク部材３０の主要部は本質的に曲げられていない。
【００２２】
図１Ｂ及び図１Ｃは、いずれも振動アセンブリの共振モードの典型的な瞬間的状況である。この共振モードは、共振モードにおける運動の大部分が振動体によって行われ、振動体の振動が本質的に対称であるため、本明細書では、振動体支配対称振動共振モードと呼ばれる。この共振モードは、接触部３４のＺ方向、すなわち図中の上下への移動、又は移動される物体への接近及び離反をもたらす。
【００２３】
図中の振動のストロークは、わかりやすい方法で状態を視覚化するために、説明のために非常に誇張されていることに留意されたい。
【００２４】
図１Ｄは、図１Ａの振動アセンブリの、電気機械素子２３がそれぞれ反対の電圧によって励起されて各振動体３０を曲がらせている状況を示す。この状況において、一方の振動体２０の自由端２５及び接続端２７は、左部分の図に示すように、わずかに上方に曲げられ、一方、左側の振動体２０の中央部２６は、わずかに下方に曲げられている。同様に、他方の振動体２０の自由端２５及び接続端２７は、右部分の図に示すように、わずかに下方に曲げられ、一方、左側の振動体２０の中央部２６は、わずかに上方に曲げられている。接続端２７の一方の上方へのストローク及び接続端２７の他方の下方へのストロークは、リンク部材３０全体をＸ方向右側に、すなわち移動される物体（ここには図示せず）の意図した運動方向に傾斜させる。振動体２０の曲げは本質的に非対称であるため、リンク部材３０の運動は本質的にＸ方向の純粋な傾斜である。機械的リンク接続部３２は、接続端２７の回転を相殺するために曲げられ、一方、リンク部材３０の主要部は実質的に曲げられていない。
【００２５】
図１Ｅは、同様の状況を示しているが、振動体３０が反対に励起されている。接続端２７のストロークは、リンク部材３０全体を、図１Ｄと比べて反対方向に、Ｘ方向に傾斜させる。機械的リンク接続部３２は、接続端２７の回転を相殺するために、図１Ｄと比べて反対方向に曲げられ、一方、リンク部材３０の主要部は実質的に曲げられていない。
【００２６】
図１Ｄ及び図１Ｅは、振動アセンブリの別の共振モードの典型的な瞬間的状況である。この共振モードは、共振モードにおける運動の大部分が振動体によって行われ、振動体の振動が本質的に逆対称であるため、本明細書では、振動体支配逆対称振動共振モードと呼ばれる。この共振モードは、接触部３４のＸ方向、すなわち図中の左右への移動、又は移動される物体に沿った移動をもたらす。
【００２７】
図１Ｂ〜図Ｅにおいて、図を読みやすくするためにハッチングが削除されている。
【００２８】
自由振動のための共振モードを有する２つの振動体が互いに接続されている場合、この接続により、２つの振動体の間で運動及びエネルギーが伝達される。自由振動のための共振モードは、アセンブリ全体の２つの共振モードに結合され、１つは振動体の対称振動を有する共振モードであり、もう１つは振動体の逆対称振動を有する共振モードである（上記のモード参照）。典型的なケースは、対称共振モードが逆対称共振モードよりも低い周波数で現れることである。したがって、上記の実施例において、典型的なケースは、振動体支配対称振動共振モードが、振動体支配逆対称振動共振モードの共振周波数よりも低い共振周波数を有することである。一般に、リンクの剛性が高いほど、２つの共振モードの共振周波数の差が大きくなる。
【００２９】
本明細書で示す技術では、上記の２つの振動モードを使用して運動を作り出す。電気機械モータは、ステータと、ステータによって摩擦接触を介して移動される物体とに基づいている。ステータは、超音波周波数の範囲で振動させることができ、楕円軌道で振動する接触領域を有する。
【００３０】
振動体は、２つの振動体への少なくとも２つの位相シフト信号の交流電圧によって振動する。動作周波数は、接触部を楕円運動させる、振動体の振動アセンブリの共振モードの固有共振周波数の近くになるように選択されることができる。接触部は、この楕円運動を移動される物体の並進運動に変換することができ、Ｚ方向の運動は、移動される物体に接触部を接触させ、移動される物体から接触部を解放することに関与し、Ｘ方向の運動は、実際の並進運動と、移動される物体に接触せずに接触部を後退させることに関与する。このような原理は、それ自体、当技術分野で周知である。
【００３１】
運動を実現するためには、振動アセンブリと移動される物体との間に垂直力を加える必要がある。言い換えれば、振動体又は振動体間のリンクと垂直力付与手段との間に何らかの機械的接続がなければならない。このような取り付け装置は、振動挙動にある程度影響を与える。取り付け装置は、垂直力を媒介することができるほど十分に強くなければならない。同時に、取り付け装置は、十分に弱く、かつ／又は可能な限り共振挙動を乱さないように配置されなければならない。
【００３２】
図２は、超音波電気機械ステータ１０の一実施形態の概略図を示す。超音波電気機械ステータ１０は、リンク部材３０によって接続された２つの振動体２０を備える。リンク部材３０は、２つの振動体２０を接続方向Ｘに沿って接続する。リンク部材３０は、接続方向Ｘにおいてそれぞれの振動体２０への機械的リンク接続部３２を有する。機械的リンク接続部３２は、超音波電気機械ステータ１０の他の部分への唯一の機械的な取り付け部である。しかしながら、リンク部材３０は、移動される物体（表示されない）の表面に接触するための接触部３４を有する。本実施形態において、接触部は、リンク部材３０の駆動パッド３８に設けられている。駆動パッド３８は、機械的リンク接続部３２の間の接続線に対して横方向に延びている。
【００３３】
２つの振動体２０及びリンク部材３０は、共に振動アセンブリ５０を構成する。超音波電気機械ステータ１０は、本実施形態では、振動アセンブリ５０の両側のシート部分として示されている、ステータ支持体４０をさらに備える。
【００３４】
振動体２０のそれぞれは、それぞれの電気機械素子２３、典型的には圧電体２２を含む。振動体２０のそれぞれは、それぞれの電気機械素子に交流電圧が印加されたときに、接続方向Ｘを横切る曲げ方向Ｚに曲げ振動を行うように構成されている。
【００３５】
本実施形態において、振動体２０のそれぞれは、圧電体２２と振動素子弾性体２４（この場合は金属板）の組立体を備える。圧電体２２は、少なくとも２つの空間的に離れた位置で、典型的には接触領域全体に沿って連続的に金属板に取り付けられる。このような構成により、ユニモルフ部材２１が形成される。言い換えれば、圧電体２２の寸法変化が、ユニモルフ部材２１、すなわち、ここでは圧電体２２と振動素子弾性体２４（すなわち、金属板）の組立体の曲げを引き起こす。
【００３６】
言い換えれば、この文脈において、「ユニモルフ」は、電気機械素子２３と非電気機械素子（例えば、金属板）との組み合わせの意味として使用され、一方、「バイモルフ」は、少なくとも２つの電気機械素子の組み合わせの意味として使用される。
【００３７】
振動体２０のそれぞれは、取り付けタブ１２によってステータ支持体４０に機械的に取り付けられている。取り付けタブ１２は、接続方向Ｘと曲げ方向Ｚの両方を横切る方向において、それぞれの振動体２０の少なくとも一方の側に設けられている。言い換えれば、取り付けタブ１２は、接続方向Ｘと非平行かつ曲げ方向Ｚと非平行な方向に設けられている。振動体２０のそれぞれは、それぞれの振動体の同じ側にある２つの取り付けタブ１２によってステータ支持体４０に機械的に取り付けられている。本実施形態において、ステータ支持体が振動アセンブリ５０の両側に存在する場合、振動体２０の両側に２つの取り付けタブ１２が設けられている。言い換えれば、振動体２０のそれぞれは、接続方向Ｘと曲げ方向Ｚの両方を横切る方向において、それぞれの振動体２０の両側のそれぞれで、少なくとも２つの取り付けタブ１２によってステータ支持体４０に機械的に取り付けられている。取り付けタブ１２は、接続方向Ｘと曲げ方向Ｚの両方を横切る方向に設けられている。これにより、接続方向Ｘ及び曲げ方向Ｚを横切る方向における振動体の機械的な並進運動が打ち消される。取り付けタブ１２及びリンク部材３０の機械的リンク接続部３２は、電気機械素子２３に電圧を供給するためのワイヤ及び／又は他の回路が無視される場合、超音波電気機械ステータ１０の他の部分への振動体２０の唯一の機械的な取り付け部である。言い換えれば、この文脈において、「機械的な取り付け部」は、振動アセンブリの機械的振動特性に影響する取り付け部として定義される。一般に、電気配線は「機械的な取り付け部」に含まれない。
【００３８】
取り付けタブ１２を設けることにより、振動アセンブリ５０の振動挙動に制限が加えられる。取り付けタブ１２が比較的短い場合、それはしばしば全体の体積を減らす場合であるが、振動体の取り付けタブに近い部分の接続方向Ｘ及び曲げ方向Ｚへの並進運動は厳しく制限される。しかしながら、取り付けタブ１２を適度に細く、薄くする場合、振動体の取り付けタブに近い部分の接続方向Ｘと曲げ方向Ｚの両方を横切る軸の周りの回転は、本質的に大きな影響を受けることなく許容される。
【００３９】
２つの取り付けタブを振動体２０と一方の同じ側のステータ支持体との間に設けることの効果は、上述したように、振動体支配対称振動共振モードと振動体支配逆対称振動共振モードとの発生及び安定性が向上することである。このように、２つの取り付けタブを振動体２０と一方の同じ側のステータ支持体との間に備えたステータにおいて、振動アセンブリは明確に定義された振動共振モードを有する。振動共振モードのうち振動体支配対称振動共振モードは、振動体支配対称振動共振周波数で、リンク部材３０を中心に対称となる２つの振動体２０の曲げ振動をもたらす。同様に、振動共振モードのうち振動体支配逆対称振動共振モードは、振動体支配逆対称振動共振周波数で、リンク部材３０を中心に逆対称となる２つの振動体２０の曲げ振動をもたらす。
【００４０】
好ましい実施形態において、取り付けタブ１２は、振動体支配対称振動共振モードと振動体支配逆対称振動共振モードの少なくとも一方の節点に配置される。リンク部材３０が振動体に比べて相対的に弱い場合、２つの振動モードの節点は本質的に一致する。
【００４１】
第１の共振曲げ振動モードにおける自由均一梁は、理論的に各端部から２２．４％の点で節点を得る。２つのこのような梁がリンクによって接続されている振動アセンブリでは、節点はリンクの方向に幾分か移動する。正確な位置は、リンクの特定のデザインによって決まる。リンクに最も近い節点は、一般に自由端に最も近い節点よりも大きく変位する。
【００４２】
様々な実施形態において、様々なリンク部材の設計がテストされている。弱すぎるリンク部材は、駆動パッドに十分な力を与える能力に欠点がある。代わりに、硬すぎるリンク部材は、接続端のストロークを減少させる。最も有望な実施形態は中間範囲にあることが分かった。直線梁振動体のこのような好ましい振動アセンブリは、振動体のそれぞれについて、節点（したがって取り付けタブの好ましい位置）と機械的リンク接続部の最も近いものと間の距離が振動体の接続方向の長さの７〜２０％の範囲にあるという共通点があった。
【００４３】
幾つかの用途において、ステータ支持体４０は、振動アセンブリ５０の片側にのみ設けることができる。図３は、このような超音波電気機械ステータ１０の一実施形態を概略的に示す。ここで、振動体２０は、振動体２０の片側のみに設けられた取り付けタブ１２によってステータ支持体４０に取り付けられている。このような実施形態は、例えば、回転運動を提供するのに有用であり得る。以下の実施例も参照されたい。非対称な取り付けは振動挙動に幾分か影響する。しかしながら、主な動作条件は基本的に同じである。
【００４４】
代替的な実施形態において、振動体の形状は、振動特性を修正するために使用することができる。図４には、超音波電気機械ステータ１０の一実施形態が示されている。本実施形態において、振動体２０は、曲げ方向Ｚに垂直な平面においてテーパ形状を有する。それぞれの幅の狭い端部が振動体２０の接続端２７として使用され、この結果としてリンク部材３０に接続される。それぞれの幅の広い端部が振動体２０の自由端２５として使用される。テーパ形状は、ここでは、振動体２０に沿って直線的に変化する幅であるように示されているが、他にも使用可能な多数のテーパ形状がある。テーパ形状の振動体２０は、一般に、直線梁の実施形態と比較して、幅の狭い端部でより大きなストローク振幅をもたらす。
【００４５】
別の実施形態において、振動体のテーパは反対方向に設けられることができ、すなわち、それぞれの幅の広い端部が振動体の接続端として使用され、この結果としてリンク部材に接続される。それぞれの幅の狭い端部が振動体の自由端として使用される。
【００４６】
超音波モータのエネルギー効率は、振動部分の異なる共振挙動が使用される場合に、しばしば改善される。したがって、多くの場合、ステータの固有共振周波数にあるか又はステータの固有共振周波数に近い動作周波数を選択することが有益である。このタイプのモータでは、接触部の楕円運動は、２つの共振振動モード、すなわち振動体支配対称振動共振モードと振動体支配逆対称振動共振モードを組み合わせることによって達成される。好ましい動作周波数は、関連する共振周波数の少なくとも１つに近くなるように選択される。さらに上述したように、２つの振動体の連結は、単一の自由振動体の第１の共振モードを、わずかに異なる共振周波数を有する１つの対称共振モードと１つの逆対称共振モードに分割する。
【００４７】
図９は、上記の説明に係る超音波モータの一実施形態の共振挙動を、接触部のストロークを周波数の関数として示す図として概略的に示す。曲線１０１は、振動体支配対称振動共振モードを示すためのものであり、曲線１０２は、振動体支配逆対称振動共振モードを示すためのものである。振動体の連結は、共振周波数に特定の差１０３を生じさせる依存性を生じる。
【００４８】
これらの共振周波数の間の大きな差により、最大で１つの共振周波数が毎回選択された動作周波数の近くに位置することができる。一方、共振周波数が互いに比較的近くに位置する場合、両方の共振モードからのいくつかの共振寄与を使用することができる。
【００４９】
したがって、好ましい実施形態において、振動体支配対称振動共振周波数は、振動体支配逆対称振動共振周波数と１０％未満だけ異なる。言い換えれば、差１０３は、振動体支配対称振動共振モードの周波数の１０％未満である。
【００５０】
簡単に上述したように、振動体間の強い接続は、２つの振動体の振動挙動間の強い相互作用を引き起こし、共振周波数の分離は一般に比較的大きくなる。リンクの「曲げ剛性」を小さくすることにより、振動体間の相互作用は減少し、対称共振周波数と逆対称共振周波数との差は一般に小さくなる。
【００５１】
しかしながら、リンク部材の曲げ剛性を小さくすると、他の効果も生じる。物体の２つの共振周波数が互いに非常に近い場合、共振モードは互いに結合し、異なる種類の混合挙動を生じる。このような混合挙動は、異なる状況下では制御及び予測が非常に困難である可能性があり、したがって、このような状況下で再現可能な結果を得るために、混合共振モードは好ましくは差避けるべきである。
【００５２】
結論として、いくつかの用途では、振動体間の弱い連結が好まれる。しかしながら、実際の適用性が悪影響を受ける可能性があるため、連結は弱すぎることはできない。したがって、振動体間にある程度の機械的連結を有することが重要である。これにより、振動体は互いに弱く依存するように設ける必要がある。これには、好ましくは共振周波数の差が小さすぎてはならないという意味がある。
【００５３】
したがって、一実施形態において、振動体支配対称振動共振周波数は、振動体支配逆対称振動共振周波数と０．２％超異なる。言い換えれば、差１０３は、振動体支配対称振動共振モードの周波数の０．２％よりも大きい。
【００５４】
上記で結論付けられたように、リンク部材の特性は、振動体に支配される振動の結合に寄与する。リンク部材が振動特性に与える影響はこれだけではない。長さ及び質量を有する関連機械部品は、それぞれ異なる方法で振動に寄与する。２つの機械的リンク接続部を有するリンク部材は、他の曲げモードにも関与する。振動体に接続されていない自由リンク部材は、異なる曲げモードの固有共振周波数を有する。これらの共振モードは、当然ながら両側の振動体に接続されることによって大きな影響を受ける。共振モードはまた、移動される物体との接触から後退しているリンク部材と、移動される物体と機械的に接触するリンク部材とで異なる。
【００５５】
第１のリンク部材自由振動共振曲げモードでは、リンク部材は、機械的リンク接続部が同じ方向にストロークを有し且つ中央部に反対方向にストロークを有するように曲がる。このようなモードを２つの接続された振動体と組み合わせることにより、リンク支配対称振動共振モードが得られる。このリンク支配対称振動共振モードは、リンク部材を中心として同じ方向にストロークを有するため、ある意味で「対称」である、２つの振動体の曲げ振動をもたらす。このような共振モードは、図５Ａに概略的に示されている。リンク部材３０の機械的リンク接続部３２の曲げ方向への主変位が、リンク部材３０全体の変位を引き起こす。これに加えて、リンク部材自体の曲げは、図に示すように、リンク部材３０の中央部、特に接触部３４をさらに上向きに移動させる。なお、機械的リンク接続部３２の曲げは、前述した２つの共振モードにおける曲げよりも小さく、曲げの大部分はリンク部材３０の全長内で行われる。半周期後の同様の状況を図５Ｂに示すリンク部材自体の寄与が無視できないため、このモードは、本明細書ではリンク支配対称振動共振モードと呼ばれ、リンク支配対称振動共振周波数で発生する。
【００５６】
第２のリンク部材自由振動共振曲げモードでは、リンク部材は、機械的リンク接続部が反対方向にストロークを有し、中央部に節点を有するように曲がる。このようなモードを２つの接続された振動体と組み合わせることにより、リンク部材を中心として反対方向にストロークを有するため、ある意味で逆対称である、２つの振動体の曲げ振動を引き起こすリンク支配逆対称振動共振モードが得られる。このような共振モードは、図５Ｃに概略的に示されている。リンク部材３０の機械的リンク接続部３２の反対の曲げ方向への変位は、リンク部材３０全体のＺ方向へのわずかな変位のみを引き起こす。代わりに、リンク部材３０全体の傾斜が達成される。これに加えて、リンク部材自体の曲げは、図に示すように、リンク部材３０の中央部、特に接触部３４をさらに横向きに移動させる。なお、機械的リンク接続部３２の曲げは、２つの最初に論じた共振モードにおける曲げよりも小さく、曲げの大部分はリンク部材３０の全長内で行われる。半周期後の同様の状況を図５Ｄに示す。リンク部材自体の寄与が無視できないため、このモードは、本明細書ではリンク支配逆対称振動共振モードと呼ばれ、リンク支配逆対称振動共振周波数で発生する。
【００５７】
図５Ａ〜図５Ｄでは、図を読みやすくするためにハッチングが削除されている。
【００５８】
このようなリンク支配共振モードを用いたＺ方向及びＸ方向のストロークは、一般に、振動体支配共振モードの対応するストロークよりも小さいことに注目することができる。したがって、このようなリンク支配共振モードで励起されるエネルギーの大部分は、定在波のエネルギーとしてリンク部材内にとどまると考えられる。このような定在波は、リンク部材内で熱が放散されるにつれて、最終的にそのエネルギーを失い、それによりいかなる運動アクティビティにも寄与しない。従って、振動体支配共振モードの共振周波数よりもかなり高い周波数で、これらのリンク支配共振モードの共振周波数を配置して、これらのモードでかなりのエネルギーが励起されるのを避けることは有益である。
【００５９】
図９において、リンク支配対称振動共振は曲線１０４で表され、リンク支配逆対称振動共振は曲線１０５で表される。リンク支配対称振動共振の共振周波数とリンク支配逆対称振動共振の共振周波数のうち最も低い周波数は、振動体支配逆対称振動共振の共振周波数と振動体支配対称振動共振の共振周波数のうち最も高い周波数を周波数差１０６だけ超える。
【００６０】
一実施形態において、リンク支配対称振動共振周波数とリンク支配逆対称振動共振周波数の両方が、振動体支配逆対称振動共振周波数と振動体支配対称振動共振周波数の両方を５％超、好ましくは２０％超上回る。言い換えれば、差１０６は、振動体支配逆対称振動共振モードの周波数と振動体支配対称振動共振モードの周波数のうち最も高い周波数の５％より大きく、好ましくは２０％より大きい。
【００６１】
リンク支配共振モードの共振周波数は、予想されるように、リンク部材の様々な特性によって著しく影響される。薄いリンク部材は、一般に、厚いリンク部材よりも低い共振周波数を提供する。同様に、長いリンク部材は、一般に、短いリンク部材よりも低い共振周波数を提供する。また、機械的リンク接続部の曲げ剛性も、共振周波数に影響する。弱い機械的リンク接続部、すなわち曲げ剛性が低い機械的リンク接続部は、一般に、曲げ剛性が高い機械的リンク接続部よりも低い共振周波数を提供する。
【００６２】
ここで、低い曲げ剛性は、振動体支配共振モード間の共振周波数差を小さくするためには有利であるが、力を維持するため、及びリンク支配共振モードの周波数を振動体支配共振モードの周波数から離すためには不利であることに気付くことができる。リンク部材の長さ及び厚さに関して、振動体支配共振モードは、リンク支配共振モードよりも影響が少ない。
【００６３】
また、リンク部材の質量、特に駆動パッドの質量などの他の要因も、異なる共振モード周波数間の差に影響する。
【００６４】
実際の設計の選択は、モータの特定の用途に適合させることが好ましい。加えられる力に対する要求が高い場合、機械的リンク接続部をあまり弱くしてはならない。しかしながら、エネルギー効率がより重要である場合、リンク支配共振モードが干渉しないことを確実にするために、機械的リンク接続部を比較的弱くすることができ、代わりに、リンク部材の他の部分をより堅くすることができる。
【００６５】
大部分の用途において、機械的リンク接続部を、リンク部材の残りの部分と比較してある程度弱めることが要求される。したがって、一実施形態において、機械的リンク接続部の少なくとも一方、好ましくは両方が、リンク接続部を除くリンク部材の曲げ振動の方向の曲げ剛性の５０％よりも低い曲げ振動の方向の曲げ剛性を有する。
【００６６】
しかしながら、機械的リンク接続部が弱すぎると、多くの用途において有益でない。したがって、一実施形態において、機械的リンク接続部の少なくとも一方、好ましくは両方が、リンク接続部を除くリンク部材の曲げ振動の方向の曲げ剛性の５％よりも高い曲げ振動の方向の曲げ剛性を有する。
【００６７】
機械的リンク接続部の弱化は、様々な方法で達成することができる。図６Ａは、リンク接続部が曲げ振動の方向においてリンク部材の主要部及び振動体よりも薄いという点で機械的リンク接続部の曲げ剛性の少なくとも一方、好ましくは両方が適合されている一実施形態を示す。言い換えれば、この実施形態において、弱化は、機械的リンク接続部の上面及び／又は下面から材料をくりぬくことにより達成される。
【００６８】
図６Ｂは、リンク接続部の少なくとも一方、好ましくは両方が、曲げ振動に垂直な方向において、リンク部材の主要部及び振動体よりも幅が狭い、他の実施形態を示す。言い換えれば、この実施形態において、弱化は、機械的リンク接続部の側面から材料を除去することにより達成される。
【００６９】
これのさらに別の変形例は、機械的リンク接続部に穴を設けて、その有効幅を小さくすることである。図６Ｃは、リンク接続部の少なくとも一方、好ましくは両方に、曲げ振動に垂直な方向の有効幅をリンク部材の主要部及び振動体よりも狭くする穴が設けられている、他の実施形態を示す。
【００７０】
図６Ｄは、リンク接続部の少なくとも一方、好ましくは両方が、リンク部材の主要部及び振動体の材料よりも剛性が低い材料を含む、別の実施形態を示す。言い換えれば、本実施形態において、弱化は、振動体とリンク部材の主要部とを比較的軟らかい材料で接続することにより達成される。
【００７１】
振動体及びリンク部材の他の設計の選択も、要求された用途に動作を適合させるために使用することができる。例えば、一般に振動体の厚さが薄いほど、接触部が移動される物体に作用させる力が大きくなることが知られている。接続方向の力は、曲げ方向の力よりもはるかに影響を受ける。また、一般に薄い振動体は、接触部の移動に対して大きな振幅を与える。薄い振動体に支配されるモードの共振周波数も、一般に厚い振動体の場合よりも低い。また、リンク支配モードの周波数も影響を受けるが、同程度ではないことに注目することができる。
【００７２】
同様に、リンク部材の厚さを変更すると、振動特性も変更される。比較的厚いリンク部材の場合、利用可能な力はかなり大きくなるが、同時に振幅は減少する。したがって、リンク部材の厚さを変更すると、接触部の振幅と力との関係が変わる可能性がある。一般に、振動体支配モードの共振周波数は、リンク部材を薄くすると低下する。この効果は、リンク支配モードではさらに顕著である。従って、リンク部材を薄くすることにより、リンク支配モードの共振周波数が振動体支配モードの共振周波数に近づく可能性があることに注意する必要がある。
【００７３】
多くの用途に関して、リンク部材の曲げ方向の平均厚さは、振動体の曲げ方向の平均厚さよりも大きいことが有利であることが分かっている。図６Ｅは、リンク部材の平均厚さが振動体の厚さよりも大きい別の実施形態を示す。
【００７４】
振動体及びリンク部材の長さも、多くの用途において重要である。ほとんどの場合、リンク部材が短いほど、特に曲げ方向において大きな利用可能な力が得られるが、接続方向の力も増加する。通常、リンク部材が長いほど、曲げ方向の振幅は大きくなるが、接続方向の振幅は小さくなる。従って、リンク部材の長さを利用して、Ｘ方向及びＺ方向のストローク間の比率を効果的に変更することができる。長いリンク部材は、リンク支配共振モードの共振周波数を低下させる。しかしながら、振動体支配モードの共振周波数への影響は比較的小さい。
【００７５】
大部分の用途では、力が典型的に最も重要なパラメータであり、このような用途では、短いリンクが好ましい。
【００７６】
ただし、長さは曲げ剛性にも関係する。多くの用途に関して、振動体及びリンク部材の長さの比は、それぞれの曲げ剛性に関係し得ることが分かっている。したがって、一実施形態において、接続方向における２つの振動体のそれぞれの長さは、接続方向におけるリンク部材の長さよりも少なくとも５０％長い。さらなる実施形態において、接続方向における２つの振動体のそれぞれの長さは、接続方向におけるリンク部材の長さの２倍よりも大きい。
【００７７】
これまでに示した実施形態において、振動体は、曲げ振動のストロークを横断する主表面を有する、全体的に平坦な形状を有する。
【００７８】
しかしながら、代替的な実施形態において、他のタイプの振動体、例えば厚さが変化する振動体も使用することができる。
【００７９】
上記の実施形態において、接触部はリンク部材の駆動パッドに設けられている。駆動パッドは、それぞれの機械的リンク接続間の接続線に対して横方向に延びる。図６Ａ〜図６Ｅに特に見られるように
【００８０】
図７は、超音波電気機械モータ１の実施形態を概略的に示す。超音波電気機械モータ１は、本明細書で上述したものによる超音波電気機械ステータ１０を備える。
【００８１】
特定の一実施形態において、超音波電気機械ステータ１０は、２つの振動体２０と、２つの振動体２０を接続方向Ｘに沿って接続するリンク部材３０と、ステータ支持体４０とを備える。振動体２０のそれぞれは、それぞれの電気機械素子２３を備える。振動体２０のそれぞれは、それぞれの電気機械素子２３に交流電圧が印加されたときに、接続方向Ｘを横切る曲げ方向Ｚに曲げ振動を行うように構成されている。リンク部材３０は、移動される物体６０の表面に接触するための接触部３４を有する。リンク部材３０は、接続方向Ｘにおいてそれぞれの振動体２０への機械的リンク接続部３２を有する。機械的リンク接続部３２は、超音波電気機械ステータの他の部分への唯一の機械的な取り付け部であり、接触部は、移動される物体６０との唯一の接点である。２つの振動体２０及びリンク部材３０は、共に振動アセンブリ５０を構成する。振動体２０のそれぞれは、接続方向Ｘと曲げ方向Ｚの両方を横切る方向において、それぞれの振動体２０の少なくとも一方の側で、取り付けタブ１２によってステータ支持体４０に機械的に取り付けられている。振動体２０のそれぞれは、それぞれの振動体２０の少なくとも一方の側で少なくとも２つの取り付けタブによってステータ支持体４０に機械的に取り付けられている。取り付けタブ１２は、少なくとも接続方向Ｘと曲げ方向Ｚの両方を横切る方向に設けられ、これにより、接続方向Ｘ及び曲げ方向Ｚを横切る方向における振動体２０の機械的な並進運動が打ち消される。実際の接続部を形成する方向は、言い換えれば、接続方向Ｘに非平行であり、曲げ方向Ｚに非平行である。取り付けタブ１２及びリンク部材３０の機械的リンク接続部３２は、上述のように、電気機械素子２３に電圧を供給するためのワイヤ及び／又は他の回路が無視される場合、超音波電気機械ステータ１０又は超音波電気機械モータ１の他の部分への振動体２０の唯一の機械的な取り付け部である。
【００８２】
超音波電気機械モータ１は、リンク部材３０の接触部３４に対する接触面を有して配置された移動される物体６０をさらに備える。この図では、移動される物体６０は梁として示されている。しかしながら、当業者は、移動される物体６０は、接触部３４によって接触可能な相互作用面を有する任意のタイプの固体構造であり得ることを理解する。
【００８３】
操作力を提供すために、超音波電気機械ステータ１０は、垂直力で移動される物体６０に押し付けられなければならない。このことは、それ自体、当業者によく知られているので、本開示では、垂直力についてのさらなる説明は行わない。移動される物体６０と超音波電気機械ステータ１０との間にこのような垂直力を付与する手段７０が、図に概略的に示されている。
【００８４】
上述のように、超音波電気機械モータ１の動作は、電気機械素子に交流電圧を印加することによって行われる。したがって、２つの振動体２０に独立して制御可能に電圧を供給するように構成された電圧源８０が、図に概略的に示されている。電圧を印加する方法は、電気機械素子の実際の設計に依存し、したがって、当業者にはよく知られている。
【００８５】
電気機械素子、例えば圧電素子に位相シフトされた電圧が印加されると、振動体は、好ましくはそれらの機械的共振周波数に近い、印加電圧の周波数で振動を開始する。これにより、駆動パッド３８を有するリンク部材３０にも振動が生じる。駆動パッド３８の上の接触部３４は、楕円軌道で動き始める。
【００８６】
図示の実施形態において、振動体２０のそれぞれは、圧電体２２と金属板５５の組立体を備える。圧電体２２は、少なくとも２つの空間的に離れた位置で金属板５５に取り付けられる。これにより、圧電体２２の寸法変化が、圧電体２２と金属板５５の組立体の曲げを引き起こす。好ましくは、圧電体２２は、共通表面全体に沿って金属板５５に取り付けられる。
【００８７】
一実施形態において、連続する金属板５５が、２つの振動体２０の少なくとも一部と、リンク部材３０の少なくとも一部とを構成する。
【００８８】
超音波電気機械ステータ１０は、図７の実施形態において、キャリアであるとともに弾性振動体２４である金属板５５に基づいている。この金属板５５は、金属部品５５とともに振動体を形成する少なくとも２つの圧電（電気機械）素子２２に接続されている。
【００８９】
上述のように、電気機械部品は、圧電材料で作ることができる。静的たわみが大きい柔らかい圧電材料は、広い周波数で動作するモータを得るために使用される。静的撓みは小さいがＱ値が大きい硬い圧電材料は、効率を高め、熱を減らすために好ましくは使用されるが、駆動周波数依存性が高くなる。
【００９０】
金属部品は、好ましくは、機械の予想される負荷により、重要な領域で塑性変形したり材料の疲労に達したりしない金属で作られる必要がある。
【００９１】
他の実施形態において、振動体の弾性体として、金属以外の強力であるが弾性のある材料を使用することが可能である。
【００９２】
駆動パッド及び移動する物体は、好ましくは、耐摩耗性を有する硬質材料で作られる。
【００９３】
当業者は、設計の可能性が大きいことを知っている。一実施形態において、モータは、共通の移動される本体の両側に少なくとも２つの超音波電気機械ステータを用いて作成することができる。
【００９４】
一実施形態において、モータは回転モータであることができる。これは、アクチュエータ部品を棒の代わりにディスクと摩擦接触させることによって達成することができる。
【００９５】
上述の技術を用いて回転モータを作成する一実施形態を図８に示す。ここで、２つの振動アセンブリ５０が、移動される物体６０の両側に、ここではディスクの形状で設けられている。垂直力を付与する手段７０は、ここでは２つのステータ支持体４０の間で作用することができる。２つの振動アセンブリ５０の連係動作は、軸６２の周りのディスクの回転を引き起こす。
【００９６】
上述の実施形態は、本発明のいくつかの例示的な実施例として理解されるべきである。本発明の範囲から逸脱することなく、実施形態に対して様々な修正、組み合わせ、及び変更を行うことができることは、当業者に理解されるであろう。特に、技術的に可能であれば、異なる実施形態における異なる部分的な解決策を他の構成で組み合わせることができる。しかしながら、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲によって定義される。
【図１Ａ】
2020532255.tif 000003
【図１Ｂ】
2020532255.tif 000004
【図１Ｃ】
2020532255.tif 000005
【図１Ｄ】
2020532255.tif 000006
【図１Ｅ】
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【図２】
2020532255.tif 000008
【図３】
2020532255.tif 000009
【図４】
2020532255.tif 000010
【図５Ａ】
2020532255.tif 000011
【図５Ｂ】
2020532255.tif 000012
【図５Ｃ】
2020532255.tif 000013
【図５Ｄ】
2020532255.tif 000014
【図６Ａ】
2020532255.tif 000015
【図６Ｂ】
2020532255.tif 000016
【図６Ｃ】
2020532255.tif 000017
【図６Ｄ】
2020532255.tif 000018
【図６Ｅ】
2020532255.tif 000019
【図７】
2020532255.tif 000020
【図８】
2020532255.tif 000021
【図９】
2020532255.tif 000022
【国際調査報告】
2020532255.tif 000023
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