JP7397796B2

JP7397796B2 - 移動がより長い線形圧電モータ

Info

Publication number: JP7397796B2
Application number: JP2020542294A
Authority: JP
Inventors: ラゴルゲット，パスカル; メイエ，パスカル
Original assignee: ウーテーアー・エス・アー・マニファクチュール・オロロジェール・スイス
Priority date: 2018-03-09
Filing date: 2019-02-14
Publication date: 2023-12-13
Anticipated expiration: 2039-02-14
Also published as: CN111837328A; WO2019170385A1; US20210058009A1; CN111837328B; KR20200111260A; KR102559146B1; EP3537595A1; JP2021513829A; EP3763030A1; US11581826B2

Description

本発明は、線形圧電モータの技術分野に関する。

線形圧電モータは、従来、受動要素と、圧電効果を使用することによって受動要素を線形移動させることができるアクチュエータとを含む。図１を参照すると、線形圧電モータ１０に関して、受動要素は細長い要素２０（例えば長方形の断面を有するバー）であり、また、圧電アクチュエータは、接続ゾーン３３で互いに接続された一対のアーム３１、３２によって形成された、実質的に音叉すなわちＵ字の形がとりわけ知られている共振器３０を含む。アクチュエータは、それぞれアーム３１、３２のうちの１つに取り付けられた、アームを励起してその上に振動を課すための手段として作用する２つの圧電素子（図示せず）をさらに含む。さらに、受動要素２０は、共振器３０のアーム３１、３２の間を実質的に平行になるように延びており、その軸方向の案内は、共振器から一定の距離を隔てて位置している案内手段５０によって保証されている。また、受動要素２０は、共振器３０のアーム３１、３２の自由端３１０、３２０と局所接触しており、したがって受動要素２０は、接触領域上のアーム３１、３２の自由端３１０、３２０の摩擦によって軸方向に動かされる。したがって受動要素２０は、自由端３１０、３２０の間を移動する。

とりわけ時計学の分野においては、圧電モータの容積を小さくすることが重要である使用中においては、共振器３０のアーム３１、３２は、受動要素２０の最大線形移動を制限する短い長さを有していなければならない。接続ゾーン３３の方向における受動要素２０の軸方向の並進は、停止として作用する前記接続ゾーン３３の存在によって制限され、また、他の方向における受動要素２０の軸方向のムーブメントは、アーム３１、３２の長さによって制限される。この制限された移動は、それにより車６０の回転が限定されるため、とりわけ受動要素２０が例えばトラメル・システム７０を介して車６０とかみ合う場合、特定の状況においては問題である。例えば受動要素２０の移動が約１ミリメートルに制限される場合、移動中に車６０が完全な回転を実施することができるようにするためには、車６０の直径は最大約０．３ミリメートルでなければならない。この寸法は、技術的に実行可能であるためには短すぎる。

ピニオンを技術的に実行可能であるようにするためには、受動要素の少なくとも３ミリメートルの線形移動が必要であり、このような移動の場合、完全な回転を実施するためにはピニオンの直径は約１ミリメートルでなければならない。

したがって本発明の目的は、受動要素の最大線形移動を長くすることである。

この目的のために、第１の態様によれば、本発明は、
－細長い形を有する受動要素と、
－一対のアームであって、接続ゾーンでそれらの端部のうちの一方で接続され、２つの他の端部が自由と呼ばれる、一対のアームを備える共振器を含む圧電アクチュエータと
を備え、
受動要素および共振器が９０度未満の非ゼロ角度によって互いに対して傾斜が付けられ、受動要素が受動要素に対する自由端の摩擦によって自由端の間を線形的に移動することができる線形圧電モータに関している。

共振器に対して受動要素を傾斜させることにより、アーム間の接続部分によって停止されている受動要素の軸方向のムーブメントを回避することができる。当然、受動要素が共振器のアームの交点のゾーンによって停止され得るのを回避するためには、傾斜の角度を十分に大きくしなければならない。

好ましい実施形態では、傾斜の角度は５度と２５度の間である。

角度が大きくなるにつれて総容積が小さくなり、また、受動要素と共振器の間の界面における性能損失が大きくなるため、傾斜の角度は小さいことが好ましい。

第２の態様によれば、本発明は、
－細長い形を有する受動要素と、
－一対のアームであって、接続ゾーンでそれらの端部のうちの一方で接続され、２つの他の端部が自由と呼ばれる、一対のアームを備え、受動要素が受動要素に対する自由端の摩擦によって自由端の間を線形的に移動することができる共振器を含む圧電アクチュエータと
を備え、
個々のアームは、コネクタ・ゾーンによって自由端に接続された主分岐を備え、コネクタ・ゾーンは、自由端が主分岐の高さとは異なる高さにもたらされるように配置される線形圧電モータに関している。

したがって共振器は、主として２つの高さに存在しており、第１の高さには主分岐が存在し、第２の高さには自由端が存在し、また、コネクタ・ゾーンを使用して２つの高さが接続される。したがって受動要素は、主分岐に対して持ち上げられ、受動要素がアームの接続ゾーンに対して停止される危険を低減し、さらには除去する（受動要素に与えられた傾斜に応じて）。

一実施形態では、受動要素は主分岐に対して実質的に平行に延びている。

この実施形態は、自由端と受動要素の間に傾斜が存在しないため、受動要素と共振器の間の界面における性能損失がより小さい点で、本発明の第１の態様に対して有利である。

また、本発明は、上で詳細に説明した圧電モータを含む時計に関している。

非制限の実施形態では、時計は、受動要素の歯とかみ合うピニオンを含み、ピニオンは、時計のハンドと共に回転するように強制される。

他の特徴および利点は、添付の図面を参照して以下でなされる、情報目的のための、また、何ら制限することのない説明から明らかになるであろう。

既に説明した、従来技術による線形圧電モータを示す略図である。本発明の第１の実施形態による線形圧電モータを示す略図である。本発明の第２の実施形態による線形圧電モータを示す略図である。図３の圧電モータの圧電アクチュエータを示す略図である。

図２は、車６０を回転させるためのデバイス１００を示したものであり、前記デバイスは、本発明の第１の実施形態による圧電モータを備えており、また、図３は、本発明の第２の実施形態による圧電モータを備える、前記車６０を回転させるためのデバイス１０１を示したものである。いずれの場合においても、圧電モータは、細長い形を有する受動要素２０、および圧電効果を使用することによって受動要素２０を並進（すなわち線形的に／軸方向に移動）させることができる圧電アクチュエータを備えている。受動要素２０は、図２および図３では円筒状の形で示されているが、総合的に別の輪郭（例えば長方形）を有することも可能であることに留意されたい。また、回転デバイス１００、１０１は、受動要素２０を軸方向に案内して、その並進中、その配向の維持を許容するための手段５０を同じく含む。案内手段５０は、圧電アクチュエータから一定の距離を隔てて置かれている。これらは例えばレールである。さらに、回転デバイス１００、１０１は、受動要素２０の端部に配置された、車６０の歯とかみ合う歯７０を含む。回転Ｒ１の第１の方向における車６０の回転は、受動要素２０がムーブメントＴ１の第１の方向に並進されると、歯７０を介して可能である。回転Ｒ１の第１の方向とは逆である回転Ｒ２の第２の方向における車６０の回転は、受動要素２０がムーブメントＴ１の第１の方向とは逆であるムーブメントＴ２の第２の方向に並進されると、歯７０を介して可能である。

図２に示されている第１の実施形態では、圧電アクチュエータは、図には示されていない圧電励起手段、および発振することができる２つのアーム３１、３２を備える共振器３０を含む。励起手段は、それぞれ異なるアームに取り付けられた２つの部品からなっていることが有利である。しかしながら励起手段の他の実施形態も可能であり、それらは、例えばアーム間の継目に配置された単一の部品からなっていてもよい。適合された電圧を励起手段に印可している間、励起手段が変形し、機械的応力がアーム３１、３２に伝達され、したがってアーム３１、３２は発振を開始する。励起手段を適切に設計し、かつ、それらをアームの上に適切に取り付けることにより、所望の形状を有する多次元発振を達成することができる。

アーム３１、３２は接続ゾーン３３で接続されており、また、前記接続ゾーン３３から互いに実質的に平行に延びている。したがって共振器３０は、通常、音叉の形すなわちＵ字の形を有している。しかしながらこの形は非制限である。接続ゾーン３３で接続されていないアームの端部は、自由端３１０、３２０と呼ばれている。アーム３１、３２の発振の振幅は、これらの端部３１０、３２０で最大である。受動要素２０は、前記アーム３１、３２の自由端３１０、３２０の間を通っている。したがってアーム３１、３２の自由端３１０、３２０の多次元発振は、受動要素２０に対する前記端部３１０、３２０の摩擦による受動要素２０上への軸方向の並進を強制することができる。したがって受動要素２０は、自由端３１０、３２０の間を線形的に移動することができる。

しかしながら受動要素は、アーム３１、３２に対して平行に延びていない。受動要素２０の軸は、９０度未満の非ゼロの傾斜角αを有するアーム３１、３２の軸を含む平面に対して延びている。角度が大きくなるにつれて圧電モータの容積が大きくなり、また、共振器／受動要素界面における性能損失が大きくなる。したがって傾斜の角度αを制限することが重要である。しかしながら傾斜の角度αは十分に大きくしなければならず、すなわち共振器３０は、接続ゾーン３３によって邪魔されないような受動要素２０の移動のためには、受動要素２０に対して十分に傾斜していなければならない。

図３に示されている第２の実施形態では、圧電アクチュエータは、第１の実施形態の共振器３０の形とは異なる形を有する共振器３０’を含む。共振器３０’は、２つのアーム３１’、３２’を備えている。前記アーム３１’、３２’は接続ゾーン３３’で接続されている。個々のアーム３１’、３２’は、主分岐３１１’、３２１’、自由端３１０’、３２０’、および主分岐３１１’、３２１’と自由端３１０’、３２０’を接続することができるコネクタ・ゾーン３１２’、３２２’を備えている。

主分岐３１１’、３２１’は、前記接続ゾーン３３’から互いに実質的に平行に延びている。接続ゾーン３３’および２つの主分岐３１１’、３２１’は同じ高さに存在しており、すなわち接続ゾーン３３’の軸および２つの主分岐３１１’、３２１’の軸は同じ平面内に含まれている。

一方、自由端３１０’、３２０’は異なる高さで延びており、自由端３１０’、３２０’の軸を含む平面は、上の段落で言及した主分岐３１１’、３２１’の平面に対して平行である。図３に示されている実施形態では、コネクタ・ゾーン３１２’、３２２’は、それぞれ主分岐３１１’、３２１’に対して直角に延びている部分を備えており、したがって自由端３１０’、３２０’を主分岐３１１’、３２１’の高さとは異なる高さにもたらしている。しかしながらコネクタ・ゾーン３１２’、３２２’は、実際、別の形を有することも可能であり、重要なことは、共振器が２つの段を備えていることである。

自由端３１０’、３２０’は、互いに逆方向に延びて互いに対向しており、また、受動要素２０は、前記自由端３１０’、３２０’の間を主分岐３１１’、３２１’に対して平行に通っている。圧電アクチュエータは、図には示されていない圧電励起手段を含む。励起手段は、それぞれ自由端３１０’、３２０’のうちの一方に取り付けられた２つの部品からなっていることが有利である。適合された電圧を励起手段に印可している間、励起手段が変形し、機械的応力が自由端３１０’、３２０’に伝達され、したがって自由端３１０’、３２０’は発振を開始する。励起手段を適切に設計し、かつ、それらをアームの上に適切に取り付けることにより、所望の形状を有する多次元発振を達成することができる。アーム３１’、３２’の自由端３１０’、３２０’の多次元発振は、受動要素２０に対する前記端部３１０’、３２０’の摩擦による受動要素２０上への軸方向の並進を強制することができる。したがって受動要素２０は、自由端３１０’、３２０’の間を線形的に移動することができる。

２つの高さを有するこのような共振器によれば、受動要素２０の移動が接続ゾーン３３’によって邪魔されるのを回避することができる。第２の実施形態では、受動要素２０は必ずしも主分岐３１１’、３２１’に対して平行に延びている必要はなく、主分岐３１１’、３２１’の軸を含む平面に対してわずかに傾斜していてもよいことに留意されたい。しかしながら共振器／受動要素界面における性能は、そのために低下することになる。さらに、傾斜が大きすぎる場合、受動要素２０は接続ゾーン３３’で停止することになり得る。

第１の実施形態に対する第２の実施形態の１つの利点は、自由端が受動要素に対して傾斜していないため、共振器／受動要素界面における性能損失が小さいことであることに留意されたい。しかしながら第１の実施形態の共振器の製造は、第２の実施形態の共振器の製造より単純である。

本発明の実施形態のうちの１つによる回転デバイス１００、１０１は、腕時計タイプの時計、とりわけ、車６０と同軸で、かつ、車６０と共に回転するように強制されるハンド４０を備える時計に絶対的に統合することができる。しかしながら本発明の実施形態のうちの１つによる回転デバイスは、ハンドではなく、ディスク（例えば時刻ディスクまたは月相ディスク）、車または回転リングを駆動するために使用することができる。

また、本発明は、上の段落で説明した時計のハンド（またはディスク、車、リング、等々）を動作させるための方法に同じく関しており、方法は、
－圧電モータの受動要素を第１の方向に並進させるステップであって、それによりピニオン、延いてはハンドを完全に回転させるステップと、
－受動要素を第１の方向とは逆の第２の方向に、目によって検出されないようなそのムーブメントのために十分に速い速度で並進させるステップと
を含むことを理解されたい。

上で開示された本発明の様々な実施形態のために、添付の特許請求の範囲によって定義されている本発明の文脈を越えることなく、当業者には明らかである様々な修正および／または改善および／または組合せを提供することができることを理解されたい。

１０線形圧電モータ
２０受動要素
３０共振器
３０’ 共振器
３１アーム
３１’ アーム
３２アーム
３２’ アーム
３３接続ゾーン
３３’ 接続ゾーン
４０ハンド
５０案内手段
６０車
７０トラメル・システム（歯）
１００車６０を回転させるためのデバイス（回転デバイス）
１０１車６０を回転させるためのデバイス（回転デバイス）
３１０自由端
３１０’ 自由端
３１１’ 主分岐
３１２’ コネクタ・ゾーン
３２０自由端
３２０’ 自由端
３２１’ 主分岐
３２２’ コネクタ・ゾーン

Claims

線形圧電モータであって、
細長い形を有する受動要素（２０）と、
互いに平行な一対のアーム（３１、３２）であって、接続ゾーン（３３）でそれらの端部のうちの一方で接続され、２つの他の端部（３１０、３２０）は自由端である、一対のアーム（３１、３２）を備え、前記受動要素（２０）は、前記受動要素（２０）に対する前記自由端（３１０、３２０）の摩擦によって前記自由端（３１０、３２０）の間で線形的に移動することができる音叉形の共振器（３０）を含む圧電アクチュエータと
を備え、前記受動要素（２０）の移動方向軸と、前記共振器（３０）の前記一対のアーム（３１、３２）の両方の長手方向軸を含む平面とは、前記受動要素（２０）の前記移動方向軸に沿った移動が、前記接続ゾーン（３３）によって停止されないように、９０度未満の非ゼロ角度（α）によって互いに対して傾斜が付けられる、線形圧電モータ。
前記傾斜の角度は５度と２５度の間である、請求項１に記載の圧電モータ。
線形圧電モータであって、
細長い形を有する受動要素（２０）と、
互いに平行な一対のアーム（３１’、３２’）であって、接続ゾーン（３３’）でそれらの端部のうちの一方で接続され、２つの他の端部（３１０’、３２０’）は自由端である、一対のアーム（３１’、３２’）を備え、前記受動要素（２０）は、前記受動要素（２０）に対する前記自由端（３１０’、３２０’）の摩擦によって前記自由端（３１０’、３２０’）の間を線形的に移動することができる共振器（３０’）を含む圧電アクチュエータと
を備え、個々のアーム（３１’、３２’）は、コネクタ・ゾーン（３１２’、３２２’）によって前記自由端（３１０’、３２０’）に接続された主分岐（３１１’；３２１’）を備え、２つの前記主分岐（３１１’；３２１’）は互いに平行であり、前記コネクタ・ゾーン（３１２’、３２２’）は、前記自由端（３１０’、３２０’）が前記主分岐（３１１、３２１）の高さとは異なる高さにもたらされるように配置され、前記受動要素（２０）は、前記受動要素（２０）の移動方向軸に沿った移動が、前記接続ゾーン（３３’）によって停止されないように、両方の前記主分岐の前記高さに対して上側に持ち上げられて配置されている、線形圧電モータ。
前記受動要素（２０）は、前記主分岐（３１１、３２１）に対して実質的に平行に延びる、請求項３に記載の圧電モータ（１０）。
請求項１～４のいずれか一項に記載の圧電モータ（１０）を含む時計。
前記受動要素の歯とかみ合うピニオンを含み、前記ピニオンは、前記時計のハンドと共に回転するように強制される、請求項５に記載の時計。