DE69025984T2

DE69025984T2 - Durch Vibration angetriebener Motor

Info

Publication number: DE69025984T2
Application number: DE69025984T
Authority: DE
Inventors: Tamai Jun
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1989-06-05
Filing date: 1990-06-05
Publication date: 1996-09-05
Anticipated expiration: 2010-06-06
Also published as: JP2874762B2; US5548175A; DE69025984D1; US5600196A; DE69033630D1; KR0129769B1; JPH0311981A; EP0665636A1; DE69033630T2; EP0665636B1; KR910002095A; EP0401762A2; KR950013402B1; EP0401762B1; EP0401762A3

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich im allgemeinen auf einen Motor zur Erzeugung eines mechanischen Antriebs, ohne eine elektromagnetische Kraft anzuwenden, und insbesondere auf einen Schwingungs-getriebenen Motor zur Drehung eines angetriebenen Elements, das koaxial zu einem Schwingungselement angeordnet ist, durch reibschlüssigen Antrieb, der durch Anwendung der kreisförmigen Bewegung eines Schwingungselements erzielt wird, welche durch eine Kombination von Schwingungen aufgrund der Expansion und Kontraktion erzeugt wird, die in einer Vielzahl von axialen Richtungen auftreten.

Verwandter Stand der Technik

Herkömmliche Typen von Schwingungs-getriebenen Motoren sind zum Beispiel in den japanischen offengelegten Patentanmeldungen Nr. 62-141980, 63-214381 und 59-96881 offenbart.
Wie in Fig. 11 gezeigt ist, enthält ein derartiger Motor ein Schwingungselement 100, das aus einem metallischen Rundstab mit Hornform gefertigt ist, dessen Fußabschnitt im äußeren Durchmesser allmählich größer wird, ein Druckelement 101, das aus einem ringförmigen metallischen Element mit dem gleichen Außendurchmesser wie der Abschnitt mit großem Durchmesser des Schwingungselements 100 gefertigt ist, und zwei ringförmige magnetostriktive Platten 102 und 103, die zwischen dem Schwingungselement 100 und dem Druckelement 101 angeordnet sind. Das Druckelement 101 ist mittels eines Bolzens 104 an dem Schwingungselement 100 befestigt, und die magnetostriktiven Platten 102 und 103 sind gegeneinander gepreßt. Jede der magnetostriktiven Platten 102 und 103 hat zwei Elektroden, die in einer Fläche symmetrisch geteilt sind, und eine gemeinsame Elektrode ist auf der anderen Fläche von jeder der magnetostriktiven Platten 102 und 103 ausgebildet. Die Polarisationsrichtung der zwei geteilten Elektroden des magnetostriktiven Platte 102 unterscheidet sich von der der zwei geteilten Elektroden der magnetostriktiven Platte 103. Diese Platten 102 und 103 sind um 90 Grad außerhalb der Positionsphase angeordnet, wobei jeweils deren Seiten mit den geteilten Elektroden nach vorn gewandt sind. Die Elektrodenplatten 105 und 106 sind zwischen den magnetostriktiven Platten 102 und 103 angeordnet. Die Elektrodenplatte 105 ist in Berührung mit den geteilten Elektroden der magnetostriktiven Platte 103 angeordnet, die auf der zweiten Seite (der Rückseite) positioniert sind, während die Elektrodenplatte 106 in Berührung mit der gemeinsamen Elektrode der magnetostriktiven Platte 102 angeordnet ist, die auf der ersten Seite (der Vorderseite) positioniert ist. Die geteilten Elektroden der ersten magnetostriktiven Platte 102 und die gemeinsame Elektrode der zweiten magnetostriktiven Platte 103 sind in Berührung mit dem Schwingungselement 100 bzw. der Platte 107 der gemeinsamen Elektrode angeordnet.
Wenn an die erste magnetostriktive Platte 102 und die zweite magnetostriktive Platte 103 Wechselspannungen, welche sich in der Amplitude und Frequenz gleichen, mit einer Phasendifferenz in der Zeit. angelegt werden, wird in dem Schwingungselement eine Schwingung erzeugt, bei welcher die Schwingung der magnetostriktiven Platte 102 mit jener der magnetostriktiven Platte 103 kombiniert ist, wodurch der verlängerte Endabschnitt. des Schwingungselements dazu gebracht wird, eine kreisförmige Bewegung auszuführen.
Fig. 12 zeigt einen herkömmlichen Schwingungs-getriebenen Motor, bei welchem ein derartiges Schwingungselement als eine Antriebsquelle angewandt wird. Der verlängerte Endabschnitt des Schwingungselements wird unter Druck mit einer Fläche einer Scheibe 108 in Kontakt gebracht, um die Scheibe 108 mittels der kreisförmigen Bewegung des verlängerten Endabschnitts des Schwingungselements reibschlüssig anzutreiben. Folglich wird das Drehmoment von einer an der Mitte der Scheibe 108 befestigten Drehwelle 109 übertragen.
Bei der vorhergehend beschriebenen Bauform schwingt das Schwingungselement nicht nur an seinem verlängerten Endabschnitt, sondern die gesamte Schwingungsbaugruppe bildet ein Schwingungssystem. Es ist deshalb notwendig, das Schwingungselement zu halten, wobei der Einfluß auf dasselbe minimiert wird.
Bei dem Schwingungs-getriebenen Motor, bei welchem ein derartiges Schwingungselement benutzt wird, gibt es eine andere Schwierigkeit. Es wurde zum Beispiel in vom Anmelder ausgeführten Untersuchungen festgestellt, daß, obgleich bei dem Motor von der Bewegung des verlängerten Endabschnitts des Schwingungselements Gebrauch gemacht wird, das Drehmoment des verlängerten Endabschnitts des Schwingungselements schwach ist und kein ausreichendes antreibendes Moment auf die Scheibe aufgebracht werden kann, welche ein angetriebenes Element ist.
Das Dokument US-A-4728843 offenbart einen Schwingungsgetriebenen Motor gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Es ist deshalb eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Schwingungs-getriebenen Motor zu schaffen, welcher geeignet ist, ein Schwingungselement zu halten, wobei der Einfluß der Schwingung auf dasselbe minimiert ist.
Es ist eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Schwingungs-getriebenen Motor zu schaffen, welcher zur Aufbringung eines ausreichenden Moments auf ein Schwingungselement und zur effektiven Erzeugung eines Drehmoments und zum Halten des Schwingungselements geeignet ist, während der Einfluß der Schwingung auf dasselbe minimiert ist.
Es ist eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Schwingungs-getriebenen Motor zu schaffen, bei welchem keine Gefahr der Beschädigung einer Vorrichtung besteht, in welche er eingebaut ist
Zur Lösung der vorhergehend genannten und anderer Aufgaben wird gemäß der vorliegenden Erfindung ein Schwingungs-getriebener Motor geschaffen, wie er in Anspruch 1 dargelegt ist.
Die vorhergehend genannten und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen deutlich.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist eine perspektivische Explosionsdarstellung, die ein erstes Ausführungsbeispiel eines Schwingungs-getriebenen Motors gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt,
Fig. 2 ist ein Wellenformdiagramm einer Wechselspannungs quelle, welche an einem piezoelektrischen Streifen angelegt wird,
Fig. 3A ist eine Seitenansicht, welche die schwingende Bewegung eines Schwingungselements zum Gebrauch bei dem ersten Ausführungsbeispiel zeigt,
Fig. 3B ist eine Vorderansicht, welche die schwingende Bewegung eines Schwingungselements zum Gebrauch bei dem ersten Ausführungsbeispiel zeigt,
Fig. 4 ist eine geschnittene Seitenansicht, welche die Art und Weise zeigt, auf welche das erste Ausführungsbeispiel des Schwingungs-getriebenen Motors befestigt wird,
Fig. 5 ist eine schematische Ansicht, welche die Art und Weise zeigt, auf welche das erste Ausführungsbeispiel des Schwingungs-getriebenen Motors angetrieben wird,
Fig. 6 ist eine geschnittene Seitenansicht, die ein zweites Ausführungsbeispiel des Schwingungs-getriebenen Motors gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt,
Fig. 7 ist eine geschnittene Seitenansicht, die ein drittes Ausführungsbeispiel des Schwingungs-getriebenen Motors gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt,
Fig. 8 ist eine geschnittene Seitenansicht, die ein viertes Ausführungsbeispiel des Schwingungs-getriebenen Motors gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt,
Fig. 9 ist eine geschnittene Seitenansicht, die eine Modifikation des vierten Ausführungsbeispiels des Schwingungsgetriebenen Motors gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt,
Fig. 10 ist eine Schnittansicht eines fünften Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung, wobei ein Abschnitt weggelassen ist.
Fig. 11 ist eine schematische Schnittansicht, welche ein herkömmliches Schwingungselement zeigt, und
Fig. 12 ist eine schematische perspektivische Ansicht, die einen Schwingungs-getriebenen Motor zeigt, bei welchem das herkömmliche Schwingungselement angewandt wird.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden im folgenden mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen im Detail beschrieben.
Fig. 1 ist eine perspektivische Explosionsdarstellung, die ein erstes Ausführungsbeispiel des Schwingungs-getriebenen Motors gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
Eine Schwingungsbaugruppe A enthält ein Schwingungselement 1, das aus einem stabähnlichen metallischen Element gefertigt ist. Das Schwingungselement 1 hat eine zylindrische Bauform und weist einen Abschnitt 1a mit kleinem Durchmesser, welcher einen ersten Endabschnitt bildet, einen Abschnitt 1c mit großem Durchmesser, welcher einen zweiten Endabschnitt bildet, und einen homförmigen Abschnitt 1c auf, der einen Durchmesser hat, welcher entlang der Achse in Richtung auf den ersten Endabschnitt allmählich reduziert wird. Die Schwingungsbaugruppe A weist außerdem ein Druckelement 2, das aus einem stabähnlichen metallischen Element gefertigt ist, das einen äußeren Durchmesser hat, welcher gleich dem Durchmesser des Abschnitts 1b mit großen Durchmesser ist, und Platten 3 und 4 auf, von denen jede aus einem scheibenförmigen piezoelektrischen Element gefertigt ist, das den gleichen Außendurchmesser wie der Abschnitt 1b mit großem Durchmesser hat. Die piezoelektrischen Platten 3 und 4 dienen jeweils als Energiewandler für elektrische in mechanische Energie und sind auf eine solche Weise zwischen dem Schwingungselement 1 und dem Druckelement 2 angeordnet, daß sie eine Elektrodenplatte 5 einschließen. Das Druckelement 2 ist mittels eines Bolzen 6 an dem Schwingungselement 1 befestigt, so daß die piezoelektrischen Platten 3 und 4 in ihrer Position zwischen dem Schwingungselement 1 und dem Druckelement 2 befestigt werden. Der Kopf des Bolzens 6 ist mittels eines dazwischen eingesetzten ringförmigen Isolierungselements 7 gegen das Druckelement 2 gehalten, während der Schaft des Bolzens 6 außer Kontakt mit den piezoelektrischen Platten 3 und 4 und der Elektrodenplatte 5 gehalten ist.
Jede der piezoelektrischen Platten 3 und 4 ist auf einer Seite in der Richtung von deren Dicke polarisiert, um zwei entgegengesetzte Elektroden, d. h. eine positive Elektrode und eine negative Elektrode zu haben. Diese Elektroden und sind bezüglich eines Isolierungsabschnitts d symmetrisch ausgebildet, welcher die Mittelachse der Schwingungsbaugruppe A schneidet. Wie veranschaulicht ist, sind die piezoelektrischen Platten 3 und 4 derart kombiniert, daß sich deren Polarisationsrichtungen voneinander unterscheiden. Jede der piezoelektrischen Platten 3 und 4 hat ferner eine gemeinsame Elektrode , die durch die positive und negative Elektrode a und b auf der anderen Seite gemeinsam genutzt wird. Die positive und die negative Elektrode und sind mit Bezug auf die Achse der Schwingungsbaugruppe A um einen Winkel von 90 Grad zueinander außerhalb der Phase angeordnet, und die gemeinsame Elektrode c der piezoelektrischen Platte 3 und die polarisierte Seite der piezoelektrischen Platte 4 sind in Kontakt mit den jeweiligen Seiten der Elektrodenplatte 5 angeordnet. Die polarisierte Seite der piezoelektrischen Platte 3, d. h. die positive Elektrode und die negative Elektrode sind mit der ersten Endfläche dee als ein Leiter dienenden Schwingungselements 1 in Kontakt gehalten, während die gemeinsame Elektrode der piezoelektrischen Platte 4 mit der ersten Endfläche des Druckelements 2 in Kontakt gehalten ist.
An die Elektrodenplatte 5 und das Schwingungselement 1 wird eine Wechselspannung V&sub1; angelegt, während an die Elektrodenplatte 5 und das Druckelement 2 eine Wechselspannung V&sub2; angelegt wird, wodurch die Elektrodenplatte 3 und die piezoelektrische Platte 4 schwingen, wobei sie sich in die Richtungen von deren jeweiligen Dicken ausdehnen und zusammenziehen. Die resultierenden Schwingungen der jeweiligen Platten 3 und 5 in die Richtung der Krümmung werden kombiniert, um die Schwingungsbaugruppe A in Schwingung zu ver setzen.
Die vorhergehend beschriebene Schwingung ist ein Schwingung, welche aus einer Kombination von Biegeschwingungen resultiert, welche in unterschiedlichen Richtungen in einer Ebene senkrecht zu einer Achse l der Schwingungsbaugruppe A erzeugt werden. Eine derartige kombinierte Schwingung kann eine nicht wandernde Schwingung genannt werden, welche sich nicht entlang der Achse der Schwingungsbaugruppe A ausbreitet. Andererseits ist die kombinierte Schwingung eine Schwingung, deren Knoten und Bauch nicht entlang der Achse der stabähnlichen Schwingungsbaugruppe A verschoben wird.
Wie in Fig. 2 gezeigt ist, gleichen die Wechselspannung V&sub1; und die Wechselspannung V&sub2; einander in Amplitude und Frequenz, aber sind in der Phase um 90º zueinander verschoben. Es folgt daher, daß die Schwingungsbaugruppe A in Antwort auf das angelegte elektusche Signal exzentrisch verschoben wird und eine kreisförmige Bewegung um ihre Achse ausführt. Da das Prinzip der kreisförmigen Bewegung bekannt ist, wird eine Erklärung weggelassen.
Wenn vorausgesetzt wird, daß die entgegengesetzten Endabschnitte der Schwingungsbaugruppe A jeweils freie Endabschnitte sind, ist der Bauch der Schwingung an jedem der entgegengesetzten Endabschnitte positioniert. Demgemäß wird wegen dem Aufbau der Schwingungsbaugruppe A der Durchmesser der kreisförmigen Bewegung des Schwingungselements 1 an dem ersten Endabschnitt des Schwingungselements 1 noch größer als der Durchmesser des zweiten Endabschnitts des Druckelements 2, aber das durch die kreisförmige Bewegung an dem ersten Endabschnitt des Schwingungselements 1 verursachte Moment wird klein gehalten.
Bei dem ersten Ausführungsbeispiel ist die Resonanzfrequenz der Schwingungsbaugruppe A derart gewählt, daß der Knoten der Schwingung der Schwingungsbaugruppe A an dem ersten Endabschnitt B (im folgenden als ein "Reibungsbewegungsabschnitt" bezeichnet) des Hornabschnitts 1c des Schwingungselements 1 positioniert ist. Die piezoelektrischen Platten 3 und 4 werden bei dieser Resonanzfrequenz betätigt.
Insbesondere schwingt die Schwingungsbaugruppe A in dem Modus von drei Knoten oder mehr, wobei der Bauch der Schwingung an mindestens den entgegengesetzten Endabschnitten und dem Reibungsbewegungsteil B der Schwingungsbaugruppe A positioniert ist. Demgemäß macht das Schwingungselement 1 eine schwingende Bewegung derart, daß der Hornabschnitt 1c und der Abschnitt 1a mit kleinem Durchmesser um die Achse C schwingen, wie in Fig. 3A und 3B gezeigt ist, während ein mittlerer Punkt P an dem ersten Endabschnitt des Abschnitts 1a mit kleinem Durchmesser um den Umfang eines Kreises C wandert, wie in Fig. 3B gezeigt ist. Ein Rotor 8, welcher später erklärt wird, wird unter Anwendung der schwingenden Bewegung in dem Reibungsbewegungsabschnitt B um die Achse l gedreht. Das an dem Reibungsbewegungsabschnitt B erzeugte Moment ist noch größer als das an dem ersten Endabschnitt des Abschnitts 1a mit kleinem Durchmesser erzeugte Moment.
Der Rotor 8 ist mit dem Abschnitt 1a mit kleinem Durchmesser längs der Achse l der Schwingungsbaugruppe A in Eingriff, und ein zweiter Endabschnitt (im folgenden als ein "Reibungskontaktabschnitt" bezeichnet) 8b eines Innendurchmesser-Abschnitts 8a des Rotors 8 ist in einer Position entsprechend dem Reibungsbewegungsabschnitt B angeordnet, wodurch der zweite Endabschnitt des Reibungskontaktabschnitts 8b mit dem Hornabschnitt 1c in Eingriff ist. Wie in Fig. 4 gezeigt ist, ist der innere Durchmesser des Innendurchmesserabschnitts 8a des Rotors 8 geringfügig kleiner gewählt als der Außendurchmesser des Abschnitts 1a mit kleinem Durchmesser der Schwingungsbaugruppe A, um die schwingende Bewegung des Abschnitts 1a mit kleinem Durchmesser unterzubringen. Der mittlere Längsabschnitt 8c des inneren Durchmessers 8a ist derart ausgebildet, daß er einen weit größeren Innendurchmesser hat, so daß verhindert wird, daß er mit dem Abschnitt 1a mit kleinem Durchmesser in Kontakt kommt.
Der Reibungskontaktabschnitt 8b des Rotors 8 ist derart ausgebildet, daß er in Richtung auf den ersten Endabschnitt allmählich breiter wird, um mit der äußeren Bauform des Reibungsbewegungsabschnitts B zusammenzupassen. Der Reibungskontaktabschnitt 8b kommt während der schwingenden Bewegung des Schwingungselements 1 mit dem Reibungsbewegungsabschnitt B in Linienkontakt.
Der Rotor 8 wird über ein Axiallager (nicht gezeigt) mittels einer Feder oder dergleichen (nicht gezeigt) in die Richtung der in Fig. 4 gezeigten Pfeile gedrückt, wodurch an der Fläche des Kontakts zwischen dem Reibungskontaktabschnitt 8b und dem Reibungsbewegungsabschnitt B eine vorbestimmte Reibungskraft erzeugt wird. Das vorhergehend genannte Axiallager gestattet, daß der Rotor 8 um dessen Achse gedreht wird.
Insbesondere wenn die Schwingungsbaugruppe A derart schwingt, daß der Bauch an dem Reibungsbewegungsabschnitt B positioniert ist, d. h. in dem Modus mit drei Knoten, führt das Schwingungselement 1 die vorhergehend beschriebene Schwingungsbewegung um die Achse l aus, wie in Fig. 3 gezeigt ist. Demgemäß führt der Reibungsbewegungsabschnitt B, wie in Fig. 5 gezeigt ist, in Kontakt mit dem Reibungskontaktabschnitt 8b des Rotors 8 eine kreisförmige Bewegung aus, während in Uhrzeigerrichtung oder entgegen der Uhrzeigerrichtung bezüglich der Achse l eine Ortskurve mit einem vorbestimmten Radius r gezogen wird. In Fig. 5 ist zum Zweck der Veranschaulichung, auf welche Art und Weise der Reibungsbewegungsabschnitt B im Reibungskontakt mit dem inneren Umfang des Reibungskontaktabschnitts 8b des Rotors 8 die kreisförmige Bewegung ausführt, der äußere Durchmesser des Reibungsbewegungsabschnitts B als viel kleiner als der Innendurchmesser des Reibungskontaktabschnitts 8b des Rotors 8 gezeigt. In der Praxis ist jedoch der Zwischenraum zwischen dem Reibungsbewegungsabschnitt B und dem Reibungs kontaktabschnitt 8b des Rotors b äußerst klein, da der Radius der schwingenden Bewegung des Reibungsbewegungsabschnitts B äußerst klein ist.
Wie vorhergehend beschrieben ist, schwingt nicht nur das Schwingungselement 1, sondern die Schwingungsbaugruppe A schwingt als ein Ganzes. Demgemäß ist es notwendig, ein Halteverfahren für die Schwingungsbaugruppe A und dazugehörige Element in Betracht zu ziehen, wenn ein Schwingungsgetriebener Motor M mit dem vorhergehend beschriebenen Aufbau in einer Vorrichtung wie zum Beispiel einer Kamera oder einem Drucker zu befestigen ist.
Ein Verfahren zur Halterung der Schwingungsbaugruppe A in der Knotenposition der Schwingung scheint optimal zu sein, da die Schwingung in der Amplitude klein ist. Da die Schwingungsbaugruppe A jedoch eine schwingende Bewegung ausführt, welche in der Knotenposition der Schwingung startet, wird eine Ebene senkrecht zu der Achse l in der Knotenposition der Schwingung zur Schwingung in die Richtung der Achse l gebracht.
Aus diesem Grund kann, wenn sich ein Motorbefestigungsflansch von der Position an der Schwingungsbaugruppe A erstreckt, welche der Knotenposition der Schwingung entspricht, das heißt dem äußeren Umfang des Schwingungselements 1 oder des Druckelements 2, dieser Flansch in axialer Richtung vor und zurück schwingen, und ein Befestigungsabschnitt für die vorhergehend genannte Vorrichtung wie zum Beispiel eine Kamera oder ein Drucker kann schlimmstenfalls aufgrund der Schwingungen brechen. Aus diesem Grund ist es unangebracht, die Schwingungsbaugruppe A an der Knotenposition der Schwingung zu halten.
Aus Untersuchungen des Schwingungszustands der Schwingungsbaugruppe A in unterschiedlicher Hinsicht wurde festgestellt, daß die Position des Schwingungsbauchs, welche ungeeignet erscheinen könnte, als eine Halteposition für die Schwingungsbaugruppe A geeignet ist.
Insbesondere wird, obgleich die Amplitude der Schwingung in der Position von deren Bauch groß ist, die Schwingungsbaugruppe nur in deren radialer Richtung verschoben, wodurch die vorhergehend beschriebene Schwingbewegung verhindert werden kann. Wie aus dem Aufbau des Schwingungs-getriebenen Motors M gesehen werden kann, ist die Schwingungsbauchposition, welche als die Haiteposition dient, an einem Ort gewählt, der axial hinter dem Reibungsbewegungsabschnitt B angeordnet ist. Wenn die Schwingungsbaugruppe A in dem Modus mit drei Knoten schwingen soll, entspricht die Halteposition demgemäß dem zweiten Endabschnitt der Schwingungsbaugruppe, während die Halteposition an dem zweiten Endabschnitt der Schwingungsbaugruppe A oder zwischen dem zweiten Endabschnitt der Schwingungsbaugruppe A und dem Reibungsbewegungsabschnitt B angeordnet ist, wenn die Schwingungsbaugruppe A in dem Modus mit vier Knoten schwingt.
Die Schwingungsamplitude der Schwingungsbaugruppe A ist äußerst klein, und die Amplitude der Schwankung in der als die Halteposition dienenden Bauchposition ist weit kleiner als die Amplitude der Schwankung des Reibungsbewegungsabschnitts B zur Betätigung des Rotors 8. Demgemäß kann die radiale Verschiebung im wesentlichen unberücksichtigt bleiben, und die Schwingungsbaugruppe A kann durch Auswahl der Halteposition für die Schwingungsbaugruppe A als die Schwingungsbauchposition auf stabile Weise in einer Vorrichtung befestigt werden.
In Fig. 1 bezeichnet das Bezugszeichen 2aa ein Halteelement, welches in der Schwingungsbauchposition des Schwingungs-getriebenen Motors M vorgesehen ist. In einem Fall, in welchem der zweite Endabschnitt der Schwingungsbaugruppe A als die Halteposition gewählt ist, wie in Fig. 1 gezeigt ist, nimmt die Schwingungsbaugruppe A, wenn der zweite Endabschnitt an dem Befestigungselement einer Vorrichtung oder dergleichen befestigt ist, einen Schwingungsmodus an den Knotenpositionen ein, welche den entgegengesetzten Endabschnitten der Schwingungsbaugruppe A entsprechen. Da der Bauch nicht an dem Reibungsbewegungsabschnitt B ausgebildet wird, ist es im Ergebnis notwendig, eine Halterung zu schaffen, um die radiale Verschiebung zu gestatten. Obgleich es wünschenswert ist, daß die Position, in welcher das vorhergehend genannte Halteelement angeordnet ist, genau der Position des Bauchs entspricht, ist die vorhergehend genannte Position nicht nur auf die Position des Bauchs eingeschränkt und kann zum Beispiel in der Nähe derselben angeordnet sein.

[Zweites Ausführungsbeispiel]

Fig. 6 ist eine geschnittene Seitenansicht mit einem weggelassenen Abschnitt, die ein zweites Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt.
Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel wird der Schwingungsgetriebene Motor M, der einen Rotor enthält, welcher sich von dem des bei dem ersten Ausführungsbeispiel verwendeten Schwingungs-getriebenen Motors M unterscheidet, und bei welchem die gleiche Haltebauform wie bei dem Schwingungsgetriebenen Motor M angewandt wird, als eine Antriebsquelle zum Antrieb der Schreibwalze eines Druckers verwendet, Wie in Fig. 6 gezeigt ist, ist der die Schwingungsbaugruppe A und einen Rotor 8A enthaltende Schwingungs-getriebene Motor M in einem Endabschnitt einer Schreibwalze 10 untergebracht. Der Schwingungs-getriebene Motor M dient außerdem als eine Haltewelle für einen Endabschnitt der Schreibwalze 10.
Der Schwingungs-getriebene Motor M hat einen Befestigungsflansch 2a, der an dem zweiten Endabschnitt des Druckelements 2 ausgebildet ist, um den zweiten Endabschnitt des Druckelements 2 der Schwingungsbaugruppe A zu halten. Der Flansch 2a ist mittels eines dazwischen eingelegten Streifens 12 mit geringer Reibung, das aus einem Material mit geringer Reibung wie zum Beispiel Teflon oder dergleichen gefertigt ist, an einem Druckermontagerahmen 11 befestigt. Der Flansch 2a hat Öffnungen (nicht gezeigt) und Schrauben 13, deren Schäfte kleiner als die inneren Durchmesser der jeweiligen Öffnungen sind, sind in die entsprechenden Öffnungen eingefügt und mittels Schraubgewinde an dem Montagerahmen 11 angebracht. Auf diese Weise wird die Bewegung des Schwingungs-getriebenen Motors M in axialer Richtung eingeschränkt, aber die Expansion und Kontraktion des Flanschs 2a in radialer Richtung wird gestattet.
Die Schreibwalze 10 ist starr auf den Rotor 8A des eingebauten Schwingungs-getriebenen Motors M gefügt, so daß die Drehkraft des Rotors 8A direkt zu der Schreibwalze 10 übertragen wird. Eine Haltewelle 14 ist an dem anderen Endabschnitt der Schreibwalze 10 befestigt. Die Haltewelle 14 ist zur Drehung um ihre Achse und zur Bewegung längs ihrer Achse an einem Druckermontagerahmen 16 gehalten. Eine Feder 17 ist auf elastische Weise auf die Haltewelle 14 gefügt, und ein Endabschnitt der Feder 17 ist gegen ein Axiallager 18 gedrückt, während der andere Endabschnitt gegen ein Lager 15 gedrückt ist. Die Federkraft der Feder 17 bewirkt, daß der Rotor 8A gegen die Schwingungsbaugruppe A gedrückt wird, und ermöglicht, daß die Walze 10 um ihre Achse gedreht wird.

[Drittes Ausführungsbeispiel]

Fig. 7 ist eine geschnittene Seitenansicht, die ein drittes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt.
Bei dem dritten Ausführungsbeispiel sind die Schwingungsbaugruppen A jeweils an den entgegengesetzten Endabschnitten eines zylindrischen Rotors 20 angeordnet, so daß der Rotor 20 mit Hilfe der zwei Schwingungsbaugruppen A gedreht wird. Eine Haltewelle 21 erstreckt sich von dem hinteren Endabschnitt der Schwingungsbaugruppen A aus nach hinten, um in ein Befestigungsloch 23 eingefügt zu werden, das in einem angrenzenden Befestigungselement 22 ausgebildet ist. Eine Feder 24 ist, wie es gezeigt ist, auf elastische Weise auf die Welle 21 gefügt so daß der Hornabschnitt 1c der Schwingungsbaugruppe A gegen einen entsprechenden Endabschnitt 26 der Axialbohrung 25 des Rotors 20 gedrückt wird. Der Endabschnitt 26 der Axialbohrung 25 des Rotors 20 ist auf eine ähnliche Weise wie der Reibungskontaktabschnitt 8b des im ersten Ausführunqsbeispiel gezeigten Rotors ausgebildet und entspricht dem Reibungsbewegungsabschnitt B der Schwingungsbaugruppe A. Der Rotor 20 ist an den entgegengesetzten Endabschnitten seines äußeren Umfangs mittels Lagerelementen 27 drehbar gelagert, wodurch verhindert wird, daß der Rotor 20 aufgrund der schwingenden Bewegung der Schwingungsbaugruppen A in radialer Richtung verschoben wird, und die schwingende Bewegung der Schwingungsbaugruppen A kann in eine Drehkraft umgewandelt werden.
Wenn die Haltewellen 21 in den jeweiligen Befestigungslöchern 23 befestigt werden, kann der Schwingungsmodus gemäß der Vorbeschreibung geändert werden. Bei dem dritten Ausführungsbeispiel ist der offene Endabschnitt jedes Befestigungslochs 23 durch einen kegelförmigen Umfang definiert, um den Freiheitsgrad der Haltewellen 21 in radialer Richtung zu sichern.
Der Rotor 20 des dritten Ausführungsbeispiels kann außerdem wie der in dem zweiten Ausführungsbeispiel beschriebene Rotor als eine Schreibwalze für einen Drucker verwendet werden.

[Viertes Ausführungsbeispiel]

Fig. 8 ist eine geschnittene Seitenansicht, die ein viertes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt.
Bei dem vorhergehend beschriebenen dritten Ausführungsbeispiel sind die Schwingungsbaugruppen A jeweils an den entgegengesetzten Endabschnitten der Walze 20 angeordnet, und der Reibungskontakt zwischen dem Reibungsbewegungsabschnitt B jeder Schwingungsbaugruppe A und dem Endabschnitt der Axialbohrung 25 der Walze 20 wird benutzt, um die schwingende Bewegung der Reibungsbewegungsabschnitte B in die Drehung des Rotors 20 umzuwandeln. Im Gegensatz dazu sind bei dem vierten Ausführiingsbeispiel die Abschnitte 1a mit kleinem Durchmesser der jeweiligen Schwingungsbaugruppen A in Richtung auf einander verlängert und miteinander verbunden.
Der Schwingungs-getriebene Motor mit dem vorhergehend be schriebenen Aufbau wird derart angetrieben, daß die Schwingung wie bei jedem der vorhergehend beschriebenen Ausführungsbeispiele in dem Modus von zum Beispiel drei Knoten in jeder Schwingungsbaugruppe A erzeugt wird. Bei einem Antrieb schwingt eine Welle 30, welche aus den verbundenen Abschnitten 1a mit kleinem Durchmesser besteht, um als eine im wesentlichen einstückige Schwingungsbaugruppe zu dienen, wobei der Schwingungsbauch an dem mittleren Längsabschnitt der Welle 30 und der Reibungsbewegungsabschnitte B angeordnet ist. Bezüglich dem mittleren Längsabschnitt der Welle 30 führt die Welle 30 eine kreisförmige Bewegung mit einem vorbestimmten Radius um die Achse l aus, wohingegen die Welle 30 bezüglich der gesamten Welle 30 eine sogenannte Hüpfbewegung ähnlich wie ein Springseil ausführt, welches von zwei gegenüberstehenden Personen.
Bei dem vierten Ausführungsbeispiel wird der an dem mittleren Längsabschnitt 31 der Welle 30 erzeugte Schwingungsbauch benutzt, um die Walze 20 dazu zu bringen, sich mittels des Reibungskontakts zwischen dem mittleren Abschnitt 31 und dem inneren Umfang der axialen Bohrung 25 der Walze zu drehen. Im Gegensatz zu dem vorhergehend beschriebenen Ausführungsbeispiel werden bei dem vierten Ausführungsbeispiel die Reibungsbewegungsabschnitte B der jeweiligen Schwingungsbaugruppen A nicht benutzt, um den Rotor 20 zu drehen. Da jedoch der Antrieb mittels der zwei Schwingungsbaugruppen A ausgeführt wird, kann an dem mittleren Abschnitt 31 der Welle 30 ein großes Drehmoment zum Reibungsantrieb erzielt werden, wodurch der Rotor 30 auf zuverlässige Weise gedreht werden kann. Wenn nötig, ist es auch möglich, die an den Reibungsbewegungsabschnitten B erzeugte schwingende Bewegung anzuwenden.
Fig. 9 ist eine schematische Schnittansicht, die eine Modifikation des vierten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung zeigt. Die zwei Schwingungselemente 1 und 1 sind derart angeordnet, daß deren hintere Endabschnitte einander in der axialen Bohrung 25 des Rotors 20 zugewandt sind und die piezoelektrischen Scheiben 3 und 4 dazwischen eingelegt sind, wodurch eine Schwingungsbaugruppe gebildet wird. Die Abschnitte 1a mit kleinem Durchmesser der Schwingungselemente 1 und 1 werden in die jeweiligen Axialbohrungen 23 des Befestigungselements 22 eingefügt.
Insbesondere wird die Hüpfbewegung mit dem an der Einlegeposition der piezoelektrischen Scheiben ausgebildeten Schwingungsbauch angewandt, um den Rotor 20 dazu zu bringen, daß er aufgrund des Reibungskontakts zwischen den Abschnitten 1b mit großem Durchmesser der jeweiligen Schwingungselemente 1 und 1 und dem inneren Umfang der Axialbohrung 25 des Rotors 20 gedreht wird. Bei diesem Aufbau können Raumeinsparungen verbessert werden, da die Abschnitte ln mit großen Durchmesser der jeweiligen Schwingungselemente 1 und 1 in dem Rotor 20 untergebracht sind.

[Fünftes Ausführungsbeispiel]

Fig. 10 ist eine schematische Schnittansicht, die ein fünftes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt.
Bei jedem der vorhergehend beschriebenen Ausführungsbeispiele 2 und 3 wird der Rotor (die Walze) mit Hilfe der Lagerelemente 27 gehalten. Bei dem fünften Ausführungsbeispiel erstrecken sich jedoch Haltewellen 41 und 42 von den jeweiligen Endabschnitten der Walze 40, und die Haltewellen 41 und 42 sind mittels der Lager 43 bzw. 44 drehbar an ei-35 nem Befestigungselement 45 befestigt.
Eine axiale Bohrung 46 ist derart ausgebildet, daß sie sich durch eine Schwingungsbaugruppe AA eines Schwingungs-getriebenen Motors A' erstreckt, um die Walze 40 anzutreiben, und die Haltewelle 41 ist durch die Axialbohrung 46 geführt. Die Haltewelle 41 und die axiale Bohrung 46 sind axial angeordnet.
Die Schwingungsbaugruppe AA hat ein zylindrisches Schwingungselement 47, das mit einem Abschnitt 1'a mit kleinem Durchmesser einstückig ausgebildet ist, und das zylindrische Schwingungselement 47 hat eine Eingriffsöffnung 48, die im Querschnitt eine kreisförmige Form hat. Die Eingriffsöffnung 48 ist mit einer Verbindungswelle 49 in Eingriff, die an einem Endabschnitt der Walze 40 ausgebildet ist. Das zylindrische Schwingungselement 47 wird durch die Bewegung des Schwingungs-getriebenen Motors A' in Schwingung versetzt, und die Walze 40 wird durch den Reibungskontakt mit der Verbindungswelle 49 gedreht. Während dieser Zeit wird die Walze 40, da die sich von den jeweils entge gengesetzten Endabschnitten der Walze 40 erstreckenden Haltewellen 41 und 42 mittels der entsprechenden Lager 43 und 44 gehalten werden, nicht in die radiale Richtung verschoben, während der Antrieb der Schwingungsbaugruppe AA und der Verbindungswelle 49 der Walze 40 durchweg in Reibungskontakt mit der Eingriffsöffnung 48 des zylindrischen Schwingungsabschnitts 47 aufrechterhalten wird.
Wie gezeigt ist, ist an dem Abschnitt des Schwingungselements 1', an welchem der Schwingungsbauch ausgebildet ist, ein ringförmiger Flansch 50 einstückig ausgebildet. Aus dem Befestigungselement 45 erstrecken sich eine Vielzahl von Tragarmen 51, und elastische Elemente 52, die zum Beispiel aus Gummi gefertigt sind, sind jeweils in die Tragarme 51 eingesetzt. Die Schwingungsbaugruppe AA ist zwischen den Tragarmen 51 aufgenommen, so daß die radiale Verschiebung der Schwingungsbaugruppe AA durch die dazwischenliegenden elastischen Elemente 52 absorbiert werden kann.
Wie aus dem vorhergehenden deutlich wird, ist es in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung möglich, die Schwingungsbaugruppe dadurch auf stabile Weise zu lagern, daß der Schwingungsbauch der Schwingungsbaugruppe in der Position des Sicherungselements einer Vorrichtung wie zum Beispiel eines Druckers angeordnet wird.
Da zwei Schwingungsbaugruppen verwendet werden, ist es möglich, ein bewegliches Element mit Hilfe eines weitaus größeren Drehmoments zu betätigen.
Wie vorhergehend beschrieben ist, können die Wellen mit kleinem Durchmesser der jeweils zwei Schwingungsbaugruppen verbunden werden. Bei diesem Aufbau kann, wenn das bewegbare Element mittels der Hüpfbewegung angetrieben wird, wobei der Schwingungsbauch in dem mittleren Abschnitt der verbundenen Wellen mit kleinem Durchmesser angeordnet ist, das bewegbare Element, verglichen mit einer herkömmlichen Bauform, bei welcher der Antrieb unter Anwendung des ersten Endabschnitts der Schwingungsbaugruppe ausgeführt wird, mittels eines großen Drehmoments angetrieben werden, das aus der Summe der Drehmomente der zwei Schwingungsbaugruppen resultiert.
Bei dem Aufbau, bei welchem die Welle mit großem Durchmesser der Schwingungsbaugruppe in einem hohlen bewegbaren Element angeordnet ist, so daß das bewegbare Element mittels einer Hüpfbewegung gedreht wird, kann die Welle mit großen Durchmesser der Schwingungsbaugruppe in dem bewegbaren Element untergebracht werden. Demgemäß können Platzeinsparungen verbessert werden.
Bei dem Aufbau, bei welchem beide Drehwellen eines bewegbaren Elements mittels eines Befestigungselements drehbar gehalten werden und eine Schwingungsbaugruppe durch die Öffnung einer Drehwelle eingeführt ist, kann die exzentrische Verschiebung oder dergleichen des bewegbaren Elements verhindert werden und es kann auf effektive Weise ein Drehmoment erzeugt werden.
Bei dem vorhergehend beschriebenen Ausführungsbeispiel werden die zwei piezoelektrischen Elemente verwendet, um Schwingungen in zwei Richtungen zu erzeugen, und ein Rotor wird durch die aus einer Kombination der Schwingungen resultierenden Kraft gedreht. Es können jedoch drei oder mehr piezoelektrische Element in der Position versetzt sein, so daß Schwingungen in einer Vielzahl von Richtungen erzeugt werden können, und der Rotor kann durch eine aus einer Kombination der Schwingungen resultierenden Kraft angetrieben werden.
Während die vorliegende Erfindung mit Bezug auf die gegenwärtig als bevorzugt zu betrachtenden Ausführungsbeispiele beschrieben worden ist, ist es verständlich, daß die Erfindung nicht auf die offenbarten Ausführungsbeispiel eingeschränkt ist. Im Gegenteil, es ist beabsichtigt, verschie dene Modifikationen und äquivalente Anordnungen abzudecken, die innerhalb der in den angehängten Ansprüchen definierten Erfindung enthalten sind.
Ein Schwingungs-getriebener Motor ist derart aufgebaut, daß ein Schwingungselement und ein bewegbares Element unter Anwendung einer nicht wandernden Schwingung relativ zueinander bewegt werden. Ein Halteelement für den Motor ist in der Position des Bauchs des vorhergehend genannten Schwingung angeordnet.

Claims

1. Schwingungsgetriebener Motor, mit

einem Schwingungselement (1) und einem Druckelement (2), das koaxial mit dem Schwingungselement (1) befestigt ist,

einem ersten und einem zweiten elektromechanischen Energiewandler (3, 4) und einem Elektrodenelement (5), das zwischen dem Schwingungselement (1) und dem Druckelement (2) koaxial angeordnet und festgeklemmt ist, wobei

der erste und der zweite elektromechanische Energiewandler (3, 4) jeweils einen ersten Teilabschnitt (3a, 4a) mit einer ersten Polarität und einen zweiten Teilabschnitt (3b, 4b) mit einer der ersten Polarität entgegengesetzten zweiten Polarität aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß

der zweite elektromechanische Energiewandler (4) mit einer Phasenverschiebung zu dem ersten elektromechanischen Energiewandler (3) angeordnet ist,

und das Elektrodenelement (5), das zwischen dem ersten und dem zweiten Energiewandler (3, 4) angeordnet ist, als eine gemeinsame Elektrode benutzt wird, die ein elektrisches Signal zu beiden dem ersten und dem zweiten Energiewandler (3, 4) zuführt, wobei der erste Energiewandler (3) in Antwort auf ein erstes zugeführtes elektrisches Signal eine erste Biegeschwingung in dem Schwlngungselement (1) erzeugt, die eine erste Richtung hat, und der zweite Energiewandler (4) in Antwort auf ein zweites zugeführtes elektrisches Signal eine zweite Biegeschwingung erzeugt, die eine zweite Richtung hat, die sich von der ersten Richtung unterscheidet, wodurch in dem Schwingungselement (1) eine kombinierte Schwingung der ersten Biegeschwingung und der zweiten Biegeschwingung bewirkt wird.

2. Schwingungsgetriebener Motor gemäß Anspruch 1, wobei eine Polarisationsrichtung bei dem ersten und dem zweiten Energiewandler (3, 4) in eine Richtung der Dicke jedes Elements verläuft.

3. Schwingungsgetriebener Motor gemäß Anspruch 1, wobei ein Kontaktelement mittels der kombinierten Schwingung angetrieben wird.

4. Schwingungsgetriebener Motor gemäß Anspruch 3, wobei das Kontaktelement einen Rotor (8) aufweist, der reibschlüssig mit dem Schwingungselement (1) in Anlage ist.

5. Schwingungsgetriebener Motor gemäß Anspruch 4, wobei der Rotor (8) einen zylindrischen Rotor aufweist, der eine Innenfläche (8b) hat, die mit einer äußeren Fläche (1c) des Schwingungselements (1) reibschlüssig in Anlage ist.

6. Schwingungsgetriebener Motor gemäß Anspruch 3, wobei der erste und zweite Eriergiewandler (3, 4) parallel zueinander und senkrecht zu einer Längsrichtung des Schwingungselements (1) angeordnet sind.

7. Schwingungsgetriebener Motor gemäß Anspruch 6, der ferner ein Halteelement (2) aufweist, um jeden der Wandler, den ersten und den zweiten Energiewandler (3, 4) in Richtung auf das Schwirgungselement (1) vorzuspannen.

8. Schwingungsgetriebener Motor gemäß Anspruch 7, der ferner ein Fixierungselement (6) zur Fixierung des ersten und zweiten Energiewandlers (3, 4) zwischen dem Schwingungselement (1) und dem Halteelement (2) aufweist.

9. Schwingungsgetriebener Motor gemäß Anspruch 8, wobei das Fixierungselement (6) ein Bolzen ist, der einen Schraubabschnitt hat, der mit einem Schraubabschnitt des Schwingungselements (1) in Eingriff bringbar ist.

10. Schwingungsgetriebener Motor gemäß Anspruch 8, der ferner ein Element (2aa, 2a) aufweist, um das Fixierungselement (6) in einem vorbestimmten Abschnitt zu halten.

11. Schwingungsgetriebener Motor gemäß Anspruch 10, wobei das Halteelement (2aa) mit dem Fixierungselement (6) an einem Abschnitt in Eingriff ist, der einem Schwingungsbauch der kombinierten Schwingung entspricht.

12. Schwingungsgetriebener Motor gemäß Anspruch 10, wobei das Halteelement einen aus einem Material mit geringer Reibung gefertigten Streifen (12) aufweist, der an einem Abschnitt einer Vorrichtung befestigt ist, an welchem der Motor befestigt wird.

13. Schwingungsgetriebener Motor gemäß Anspruch 12, wobei der Streifen (12) aus Polytetrafluorethylen gefertigt ist.

14. Schwingungsgetriebener Motor gemäß Anspruch 1, wobei das Schwingungselement (1) in eine erste Richtung verlängert ist.

15. Schwingungsgetriebener Motor gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das zweite zugeführte elektrische Signal eine Phasendifferenz in der Zeit zu dem ersten zugeführten elektrischen Signal hat.

16. Schwingungsgetriebener Motor gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Phasendifferenz in der Zeit 90 Grad ist.

17. Schwingungsgetriebener Motor gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der zweite Energiewandler (4) mit einer räumlichen Phasenverschiebung zu dem ersten Energiewandler (3) angeordnet ist.

18. Schwingungsgetriebener Motor gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die räumliche Differenz 90 Grad ist.

19. Schwingungsgetriebener Motor gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der erste Energiewandler (3) einen linearen Isolierungsabschnitt (3d) zur Isolierung des ersten Teilabschnitts (3a) und des zweiten Teilabschnitts (3b) aufweist.

20. Schwingungsgetriebener Motor gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der zweite Energiewandler (4) einen linearen Isolierungsabschnitt (4d) zur Isolierung des ersten Teilabschnitts (4a) und des zweiten Teilabschnitts (4b) aufweist