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Technisches Gebiet
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Schwingungsaktuator
und insbesondere auf einen Schwingungsaktuator, in dem bewirkt wird,
dass ein Stator durch eine Schwingungseinrichtung schwingt, wodurch
sich ein Rotor dreht, der in Kontakt mit dem Stator ist.
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Stand der Technik
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Zum
Beispiel offenbart Patentdokument 1 einen Schwingungsaktuator, der
eine Ultraschallschwingung anwendet, um einen Rotor zu drehen. Der
Schwingungsaktuator hat einen zusammengesetzten Vibrator als eine
Schwingungseinrichtung, wobei der Vibrator eine Vielzahl von piezoelektrischen
Elementplatten hat, die einander überlappen. Ein Stator
ist an einem Endabschnitt des zusammengesetzten Vibrators angeordnet,
und ein einzelner Rotor ist durch den Stator gestützt,
um mit dem Stator in Kontakt zu sein. Durch Anlegen von Antriebsspannungen
an die Vielzahl von piezoelektrischen Elementplatten des zusammengesetzten
Vibrators wird eine Vielzahl von Schwingungen verschiedener Richtungen
erzeugt und miteinander kombiniert, um eine zusammengesetzte Schwingung
zu bilden. Dann bewirkt die zusammengesetzte Schwingung, dass der
Stator schwingt, wodurch sich der Rotor dreht.
Patentdokument
1:
JP 11-220892 A -
Offenbarung der Erfindung
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Probleme, die durch die Erfindung gelöst
werden
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Jedoch
dreht in dem Vibrationsaktuator des Patentdokuments 1 ein einzelner
zusammengesetzter Vibrator einen einzelnen Rotor. Daher ist, wenn
es beabsichtigt ist, eine Vielzahl von Rotoren zu drehen, es jeweils
notwendig, eine Vielzahl von entsprechenden zusammengesetzten Vibratoren
entsprechend den Rotoren vorzusehen und einen Antrieb der Vielzahl
von zusammengesetzten Vibratoren unabhängig voneinander
zu steuern, wodurch der Vibrationsaktuator kompliziert aufgebaut
ist.
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Die
vorliegende Erfindung ist bereitgestellt, um die vorstehend erwähnten
Probleme zu lösen. Es ist eine Aufgabe der vorliegenden
Erfindung, einen Schwingungsaktuator bereitzustellen, in dem eine Vielzahl
von Rotoren durch eine einzelne Schwingungseinrichtung angetrieben
werden kann.
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Einrichtungen zum Lösen der Probleme
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Ein
Schwingungsaktuator gemäß der vorliegenden Erfindung
hat zwei Statoren; zwei Rotoren, die angeordnet sind, um mit den
zwei Statoren in Kontakt zu sein; eine einzelne zwischen den zwei Statoren
angeordnete Schwingungseinrichtung zum Erzeugen einer zusammengesetzten
Schwingung, die eine Vielzahl von Schwingungen verschiedener Richtungen
zusammenfasst, um die zwei Statoren in Schwingung zu versetzen,
wodurch sich die Rotoren zur gleichen Zeit drehen; und eine Vorspanneinrichtung
mit zumindest einem Anziehungsbauteil, das durch Drehmitten der
zwei Rotoren unabhängig der Drehwinkel der zwei Rotoren
hindurch tritt und eine Flexibilität bzw. Biegsamkeit aufweist,
wobei die Vorspanneinrichtung die zwei Rotoren durch eine Spannkraft
gegen die entsprechenden Statoren des Anziehungsbauteils drängt.
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Es
ist anzumerken, dass in der vorliegenden Erfindung der Begriff "Vorspann-"
sich auf einen Druck zum Drängen des Rotors gegen den Stator
bezieht.
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Effekt der Erfindung
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Gemäß der
vorliegenden Erfindung ist es möglich einen Schwingungsaktuator
zu erhalten, der in der Lage ist, eine Vielzahl von Rotoren mit
einer einzelnen Schwingungseinrichtung anzutreiben.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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1 ist
eine Schnittansicht, die einen Schwingungsaktuator gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt.
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2 ist
eine Perspektivteilansicht, die eine Struktur in der Umgebung eines
kugelförmigen Abschnitts eines Rotors in dem ersten Ausführungsbeispiel
zeigt.
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3 ist
eine vergrößerte Schnittteilansicht, die eine
Struktur eines zusammengesetzten Vibrators in einem ersten Ausführungsbeispiel
zeigt.
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4 ist
eine Perspektivansicht, die eine Polarisationsrichtung von zwei
Paaren von piezoelektrischen Elementplatten des zusammengesetzten
Vibrators zeigt, der in dem ersten Ausführungsbeispiel verwendet
wird.
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5 ist
eine Schnittansicht, die einen Betriebszustand des Schwingungsaktuators
gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung zeigt.
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6 ist
eine Schnittansicht, die einen weiteren Betriebszustand des Schwingungsaktuators gemäß dem
ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt.
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7 ist
eine Schnittansicht, die einen Schwingungsaktuator gemäß einem
zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung
zeigt.
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8 ist
eine Perspektivteilansicht, die eine Struktur in der Umgebung eines
kugelförmigen Abschnitts eines Rotors in dem zweiten Ausführungsbeispiel
zeigt.
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9a ist
eine Ansicht, die einen Zustand zeigt, in dem der Aktuatorhauptkörper
in einer primären Form einer Biegeschwingung in einer Richtung einer
Y-Achse schwingt.
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9b ist
eine Ansicht, die eine Auslenkung in der Richtung einer Y-Achse
jedes Abschnitts des Aktuatorhauptkörpers zeigt, der in 9a gezeigt
ist.
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10a ist eine Ansicht, die einen Zustand zeigt,
in dem der Aktuatorhauptkörper in einer primären
Form einer Längsschwingung in einer Richtung einer Z-Achse
schwingt.
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10b ist eine Ansicht, die eine Auslenkung in der
Richtung einer Z-Achse jedes Abschnitts des Aktuatorhauptkörpers
zeigt, der in 10a gezeigt ist, wobei die Auslenkung
in jene in der Richtung einer Y-Achse umgewandelt ist.
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11 ist
eine Ansicht, die einen Zustand zeigt, in dem zwei Rotoren in dem
zweiten Ausführungsbeispiel in zueinander entgegengesetzten Richtungen
gedreht werden.
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12 ist
eine Ansicht, die eine Auslenkung in der Richtung einer Y-Achse
jedes Abschnitts des Aktuatorhauptkörpers zeigt, der in
einer sekundären Form einer Biegeschwingung in der Richtung
einer Y-Achse schwingt.
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13 ist
eine Ansicht, die einen Zustand zeigt, in dem die zwei Rotoren in
dem zweiten Ausführungsbeispiel in die gleiche Richtung
gedreht werden.
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14 ist
eine Ansicht, die eine Auslenkung in der Richtung einer Z-Achse
jedes Abschnitts des Aktuatorhauptkörpers zeigt, der in
einer sekundären Form einer Längsschwingung in
der Richtung einer Z-Achse schwingt, wobei die Auslenkung in jene
in der Richtung einer Y-Achse umgewandelt ist.
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15 ist
eine Schnittansicht, die einen Schwingungsaktuator gemäß einem
dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung
zeigt.
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16 ist
eine Schnittansicht, die einen Schwingungsaktuator gemäß einem
vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung
zeigt.
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17 ist
eine Schnittansicht, die einen Schwingungsaktuator gemäß einem
fünften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung
zeigt.
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18 ist
eine Perspektivansicht, die eine Polarisationsrichtung von drei
Paaren von piezoelektrischen Elementplatten eines zusammengesetzten Vibrators
zeigt, der in dem fünften Ausführungsbeispiel
verwendet wird.
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Beste Formen zum Ausführen
der Erfindung
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Nachstehend
sind Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung mit
Bezug auf die Zeichnungen beschrieben.
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Erstes Ausführungsbeispiel
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1 zeigt
einen Schwingungsaktuator gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung. Der Schwingungsaktuator ist ein Ultraschallaktuator,
in dem ein Rotor durch Anwenden eines Ultraschalls gedreht wird.
Der Schwingungsaktuator hat einen Aktuatorhauptkörper 1 und zwei
Rotoren A und B, die durch den Aktuatorhauptkörper 1 gedreht
werden. Der Aktuatorhauptkörper 1 hat einen einzelnen
zylindrischen zusammengesetzten Vibrator 2 und einen ersten
Stator 3 und einen zweiten Stator 4, die entsprechend
an beiden Endabschnitten des zusammengesetzten Vibrators 2 angeordnet
sind. Zwischen dem ersten Stator 3 und dem zweiten Stator 4 ist
der zusammengesetzte Vibrator 2 angeordnet und die beiden
Statoren sind miteinander durch eine Verbindungsschraube 5 verbunden,
die durch den zusammengesetzten Vibrator 2 hindurch tritt,
wodurch der Aktuatorhauptkörper 1 mit einer im
Wesentlichen säulenartigen äußeren Gestalt ausgebildet
ist. Der Aktuatorhauptkörper 1 ist mit einem Durchgangsloch 1a versehen,
das entlang seiner Mittelachse ausgebildet ist. Weiter ist ein Antriebskreis 30 zum
Antreiben des zusammengesetzten Vibrators 2 mit dem zusammengesetzten
Vibrator 2 verbunden.
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Für
die weitere Beschreibung wird angenommen, dass eine Mittelachse
des Aktuatorhauptkörpers 1, die sich von dem zweiten
Stator 4 zu dem ersten Stator 3 erstreckt, als
eine Z-Achse definiert ist, sich eine X-Achse senkrecht zu der Z-Achse
erstreckt, und sich eine Y-Achse senkrecht sowohl zu der Z-Achse
als auch zu der X-Achse erstreckt.
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Der
erste Stator 3 und der zweite Stator 4 sind mit
Vertiefungen 6 bzw. 7 ausgebildet, die an den
gegenüberliegenden Seiten an deren Flächen ausgebildet
sind, die in Kontakt mit dem zusammengesetzten Vibrator 2 sind. Öffnungsendumfangsabschnitte
der Vertiefungen 6 und 7 sind mit ringförmigen
Randabschnitten ausgebildet, die in XY-Ebenen positioniert sind.
Ein erster Rotor A ist angeordnet, so dass er in Kontakt mit dem
Randabschnitt des ersten Stators 3 ist, und ein zweiter
Rotor B ist angeordnet, so dass er in Kontakt mit dem Randabschnitt
des zweiten Stators 4 ist. In diesem Zustand sind der erste
Rotor A und der zweite Rotor B miteinander durch ein flexibles Kabelbauteil 8 verbunden,
das durch das Durchgangsloch 1a des Aktuatorhauptkörpers 1 hindurch
tritt.
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Der
erste Rotor A hat eine kugelförmigen Abschnitt 9 mit
einer Kugelfläche als eine Kontaktfläche mit Bezug
auf den ersten Stator 3, wobei die Kugelfläche
einen Durchmesser hat, der größer als ein Innendurchmesser
der Vertiefung 6 des ersten Stators 3 ist. Der
erste Rotor A hat auch einen zylindrischen Abschnitt 10,
der einstückig mit dem kugelförmigen Abschnitt 9 ausgebildet
ist. Der kugelförmige Abschnitt 9 liegt an dem
Randabschnitt des ersten Stators 3 an, um um eine Drehmitte
C1 drehbar gestützt zu sein. Der zweite Rotor B hat einen
kugelförmigen Abschnitt 11 mit einer Kugelfläche
als eine Kontaktfläche mit Bezug auf den zweiten Stator 4,
wobei die Kugelfläche einen Durchmesser hat, der größer
als ein Innendurchmesser der Vertiefung 7 des zweiten Stators 4 ist.
Der zweite Rotor B hat ferner einen zylindrischen Abschnitt 12,
der einstückig mit dem kugelförmigen Abschnitt 11 ausgebildet
ist. Der kugelförmige Abschnitt 11 liegt an dem
Randabschnitt des zweiten Stators 4 an, um um eine Drehmitte
C2 drehbar gestützt zu sein.
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Ein
Stützbauteil 14 ist an einer Innenfläche einer
Aufnahmevertiefung 13 fixiert, die in dem zylindrischen
Abschnitt 10 des ersten Rotors A ausgebildet ist, und eine
Einstellschraube 15 ist in ein Schraubenloch (nicht gezeigt)
geschraubt, das in dem Stützbauteil 14 ausgebildet
ist. Der kugelförmige Abschnitt 9 des ersten Rotors
A ist mit einem Durchgangsausbildungsraum 16 versehen,
der darin ausgebildet ist, wobei der Durchgangsausbildungsraum 16 mit
der Aufnahmevertiefung 13 verbunden ist, so dass das Kabelbauteil 8 durch
den kugelförmigen Abschnitt 9 hindurch treten
kann.
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Weiter
ist ein Federaufnahmebauteil 18 in einer Aufnahmevertiefung 17 aufgenommen,
die in dem zylindrischen Abschnitt 12 des zweiten Rotors
B ausgebildet ist, um in Bezug auf die Aufnahmevertiefung 17 gleitbar
geführt zu sein, und ein Federbauteil 19 ist zwischen
dem Federaufnahmebauteil 18 und einer Bodenfläche
der Aufnahmevertiefung 17 aufgenommen. Der kugelförmige
Abschnitt 11 des zweiten Rotors B ist ferner mit einem
Durchgangsausbildungsraum 20 versehen, der darin ausgebildet
ist, wobei der Durchgangsausbildungsraum 20 mit der Aufnahmevertiefung 17 verbunden
ist, so dass das Kabelbauteil 8 durch den kugelförmigen
Abschnitt 11 hindurch treten kann.
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Ein
Endabschnitt des Kabelbauteils 8 ist an der Einstellschraube 15 in
der Aufnahmevertiefung 13 des ersten Rotors A fixiert.
Das Kabelbauteil 8 tritt durch den Durchgangsausbildungsraum 16 in
dem kugelförmigen Abschnitt 9 des ersten Rotors
A, das Durchgangsloch 1a des Aktuatorhauptkörpers 1 und den
Durchgangsausbildungsraum 20 in dem kugelförmigen
Abschnitt 11 des zweiten Rotors B hindurch, wobei der andere
Endabschnitt des Kabelbauteils 8 an dem Federaufnahmebauteil 18 in
der Aufnahmevertiefung 17 des zweiten Rotors B fixiert
ist. Somit sind der erste Rotor A und der zweite Rotor B miteinander
durch das Kabelbauteil 8 verbunden.
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In
diesem Fall spannt das Federbauteil 19 in dem zweiten Rotor
B das Federaufnahmebauteil 18 in eine Richtung entgegengesetzt
zu der Bodenfläche der Aufnahmevertiefung 17 vor,
wodurch der andere Endabschnitt des Kabelbauteils 8 gezogen
wird, um eine Spannkraft bzw. Zugkraft in dem Kabelbauteil 8 zu
erzeugen. Aufgrund dieser Spannkraft werden die zwei Rotoren A und
B in Richtung der entsprechenden Statoren 3 und 4 des
Aktuatorhauptkörpers 1 gezogen, um mit den Statoren 3 bzw. 4 in
Kontakt zu sein und gegen diese gedrängt zu werden.
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Weiter
wird durch Drehen der Einstellschraube 15 in dem ersten
Rotor A, um eine Position der Einstellschraube 18 in ihrer
Achsrichtung mit Bezug auf das Stützbauteil 14 zu
verändern, das Federbauteil 19 durch das Kabelbauteil 8 und
das Federaufnahmebauteil 18 gedehnt oder zusammengedrückt, wodurch
es möglich ist, ein Ausmaß der Spannkraft einzustellen,
die in dem Kabelbauteil 8 erzeugt wird. Es ist anzumerken,
dass die Einstellschraube 15 und das Stützbauteil 14 eine
Spannkrafteinstelleinrichtung in der vorliegenden Erfindung bilden.
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Wie
in 2 gezeigt ist, hat der Durchgangsausbildungsraum 20,
der in dem kugelförmigen Abschnitt 11 des zweiten
Rotors B ausgebildet ist, eine schlitzartige Öffnung 21,
die ausgebildet ist, um sich von einer Fläche des kugelförmigen
Abschnitts 11 zu dessen Drehmitte C2 zu erstrecken. Der
Durchgangsausbildungsraum 20 hat auch einen Verbindungsdurchgang 22 zur
Verbindung zwischen der Öffnung 21 und der Aufnahmevertiefung 17 in
dem zylindrischen Abschnitt 12. Die Öffnung 21 ist
derart ausgebildet, so dass sie sich von der Drehmitte C2 in Richtung
der Fläche des kugelförmigen Abschnitts 11 in
einer fächerartigen Form mit einem Mittenwinkel von 90° aufweitet,
und ein Endabschnitt des Verbindungsdurchgangs 22 ist mit
der Öffnung 21 in der Umgebung der Drehmitte C2
verbunden. Mit Bezug auf ein Paar Innenwände 21a und 21b,
die an beiden Enden in einer Aufweitungsrichtung der fächerartigen Form
in der Öffnung 21 positioniert sind, erstreckt sich
der Verbindungsdurchgang 22 nicht nur in einer Richtung
senkrecht zu der einen Innenwand 21a sondern erstreckt
sich auch in die gleiche Richtung wie die andere Innenwand 21b,
und der andere Endabschnitt des Verbindungsdurchgangs 22 ist
mit der Aufnahmevertiefung 17 verbunden. In der Umgebung
der Drehmitte C2 ist ein Grenzabschnitt zwischen der einen Innenwand 21a der Öffnung 21 und einer
Innenwand des Verbindungsdurchgangs 22 mit einem Eingriffsabschnitt 23 versehen,
der im Wesentlichen in einem Winkel von 90° abgewinkelt
ist.
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Der
kugelförmige Abschnitt 11 des zweiten Rotors B
ist so angeordnet, dass zumindest ein Teil der Öffnung 21 des
Durchgangsausbildungsraums 20 gegenüberliegend
zu der Vertiefung 7 des zweiten Stators 4 ist.
Das Kabelbauteil 8 ist angeordnet, so dass es durch den
Verbindungsdurchgang 22 von der Innenseite der Aufnahmevertiefung 17 des
zweiten Rotors B hindurch tritt, mit dem Eingriffsabschnitt 23 in
Kontakt ist, um dort abgelenkt zu werden, und durch die Öffnung 21 hindurch
tritt, um den zweiten Stator 4 zu erreichen.
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Es
ist anzumerken, dass, wie in 1 gezeigt
ist, auch in dem kugelförmigen Abschnitt 9 des ersten
Rotors A der Durchgangsausbildungsraum 16 mit einer Struktur
ausgebildet ist, die symmetrisch zu dem Durchgangsausbildungsraum 20 des
zweiten Rotors B ist. Das Kabelbauteil 8 ist angeordnet,
so dass es durch den Verbindungsdurchgang des Durchgangsausbildungsraums 16 von
der Innenseite der Aufnahmevertiefung 13 in dem ersten
Rotor A hindurch tritt, mit einem Eingriffsabschnitt in Kontakt ist,
der in der Umgebung der Drehmitte C2 positioniert ist, um dort abgelenkt
zu werden, und durch die Öffnung hindurch tritt, um den
ersten Stator 3 zu erreichen.
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Wie
in 3 gezeigt ist, hat der zusammengesetzte Vibrator 2 einen
ersten piezoelektrischen Elementabschnitt 31 aus flachen
Platten und eine zweiten piezoelektrischen Elementabschnitt 32 aus flachen
Platten, die in XY-Ebenen positioniert sind und übereinander
gestapelt sind. Die piezoelektrischen Elementabschnitte 31 und 32 sind
angeordnet, um von dem ersten Stator 3 bzw. dem zweiten Stator 4 elektrisch
isoliert zu sein, und um voneinander durch Einlegen von Isolierplatten 33 bis 35 elektrisch isoliert
zu sein.
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Der
erste piezoelektrische Elementabschnitt 31 des zusammengesetzten
Vibrators 2 hat eine Struktur, in der eine Elektrodenplatte 31a,
eine piezoelektrische Elementplatte 31b, eine Elektrodenplatte 31c,
eine piezoelektrische Elementplatte 31d und eine Elektrodenplatte 31a,
die jeweils eine scheibenartige Form aufweisen, in der genannten
Reihenfolge miteinander überlagert sind. Der zweite piezoelektrische
Elementabschnitt 32 hat eine Struktur, in der eine Elektrodenplatte 32a,
eine piezoelektrische Elementplatte 32b, eine Elektrodenplatte 32c,
eine piezoelektrische Elementplatte 32d und eine Elektrodenplatte 32e,
die jeweils eine scheibenartige Form aufweisen, in der genannten
Reihenfolge miteinander überlagert sind.
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Die
Elektrodenplatte 31a und die Elektrodenplatte 31e,
die an beiden Flächenseiten des ersten piezoelektrischen
Elementabschnitts 31 angeordnet sind, und die Elektrodenplatte 32a und
die Elektrodenplatte 32e, die an beiden Flächenseiten
des zweiten piezoelektrischen Elementabschnitts 32 angeordnet
sind, sind entsprechend elektrisch geerdet. Weiter ist ein Anschluss,
der aus der Elektrodenplatte 31c führt, die zwischen
dem Paar von piezoelektrischen Elementplatten 31b und 31d des
ersten piezoelektrischen Elementabschnitts 31 angeordnet
ist, mit dem Antriebskreis 36 verbunden, und ein Anschluss,
der von der Elektrodenplatte 32c herausführt,
die zwischen dem Paar von piezoelektrischen Elementplatten 32b und 32d des
zweiten piezoelektrischen Elementabschnitts 32 angeordnet
ist, ist auch mit dem Antriebkreis 30 verbunden.
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Wie
in 4 gezeigt ist, ist jede der piezoelektrischen
Elementplatten 31b und 31d des ersten piezoelektrischen
Elementabschnitts 31 in zwei Abschnitte in der Richtung
einer Y-Achse unterteilt und ist so polarisiert, dass ihre zwei
Abschnitte entgegengesetzte Polaritäten aufweisen, um zueinander
entgegengesetzte Verformungsverhalten aufzuweisen, d. h., ein Ausdehnen
und ein Zusammenziehen in der Richtung einer Z-Achse (Dickenrichtung).
Die piezoelektrische Elementplatte 31b und die piezoelektrische
Elementplatte 31d sind in umgekehrten Ausrichtungen zueinander
angeordnet.
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Jede
der piezoelektrischen Elementplatten 32b und 32c des
zweiten piezoelektrischen Elementabschnitts 32 ist nicht
in zwei Abschnitte unterteilt und ist derart polarisiert, dass jede
Platte 32b und 32d als Ganzes ein Verformungsverhalten
aufweist, d. h., eine Ausdehnung oder ein Zusammenziehen in der
Richtung einer Z-Achse (Dickenrichtung). Die piezoelektrische Elementplatte 32b und
die piezoelektrische Elementplatte 32d sind in umgekehrten
Ausrichtungen zueinander angeordnet.
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Nachstehend
ist ein Betrieb des Schwingungsaktuators gemäß dem
ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Durch Anlegen der Wechselstromspannungen mit Phasen, die um 90° in
Bezug zueinander verlagert sind, von dem Antriebskreis 30 an
die Elektrodenplatte 31c des ersten piezoelektrischen Elementabschnitts 31 und an
die Elektronenplatte 32c des zweiten piezoelektrischen
Elementabschnitts 32 wird eine zusammengesetzte Schwingung,
die die Biegeschwingung in der Richtung einer Y-Achse und die Längsschwingung
in der Richtung einer Z-Achse zusammenfasst, durch den zusammengesetzten
Vibrator 2 erzeugt. In diesem Fall werden in dem Randabschnitt
des ersten Stators 3 und in dem Randabschnitt des zweiten Stators 4 ellipsenförmige
Bewegungen in einer YZ-Ebene verursacht. Demgemäß werden,
wie in den 5 und 6 gezeigt
ist, der erste Rotor A, der an dem Randabschnitt des ersten Stators 3 anliegt
und gegen diesen gedrängt ist, und der zweite Rotor B,
der an dem Randabschnitt des zweiten Stators 4 anliegt und
gegen diesen gedrängt ist, zur gleichen Zeit um die X-Achse
um die Drehmitte C1 bzw. C2 gedreht.
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Wie
vorstehend beschrieben ist, können durch Erzeugen der zusammengesetzten
Schwingung mit dem einzelnen zusammengesetzten Vibrator 2,
um dadurch die ellipsenförmigen Bewegungen in den Kontaktabschnitten
des Paares Statoren 3 und 4 zu verursachen, die
an dem entsprechenden Rotor A bzw. B anliegen, die zwei Rotoren
A bzw. B zur gleichen Zeit gedreht werden. Demgemäß kann
durch Anwenden des Schwingungsaktuators der vorliegenden Erfindung
ein Gelenkmechanismus oder dergleichen mit einer Vielzahl von Gelenkabschnitten,
die gedreht werden sollen, mit einer einfachen Struktur erreicht
werden, wodurch es möglich ist, eine Größen-
und Gewichtsreduktion zu erreichen.
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Weiter
können, da die zwei Rotoren A und B durch das gemeinsame
einzelne Kabelbauteil A in Richtung der entsprechenden Statoren 3 und 4 gezogen
werden, gleichmäßige Vorspannungen auf die zwei
Rotoren A und B aufgebracht werden, um dadurch zu verursachen, dass
die zwei Rotoren A und B mit den entsprechenden Statoren 3 bzw. 4 in
Kontakt sind und gegen diese gedrängt werden.
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Weiter
hat das Kabelbauteil 8 eine Flexibilität (z. B.
Biegsamkeit) und wird durch einen Kontakt mit dem Eingriffsabschnitt
an der Drehmitte C1 des ersten Rotors A und dem Eingriffsabschnitt 23 an
der Drehmitte C2 des zweiten Rotors B abgelenkt. Daher tritt das
Kabelbauteil 8 immer durch die Drehmitten C1 und C2 der
zwei Rotoren A bzw. B hindurch, unabhängig von den Drehwinkeln
der zwei Rotoren A und B, und das Kabelbauteil bewegt sich nicht
entlang seiner Längsrichtung. Als Ergebnis bewegt sich eine
Position des Federaufnahmebauteils 18 nicht in einer Gleitrichtung
mit Bezug auf die Aufnahmevertiefung 17 und eine gesamte
Länge des Federbauteils 18 wird immer konstant
gehalten, wodurch eine konstante Spannkraft in dem Kabelbauteil 8 erzeugt wird.
Somit kann die Vorspannung, die auf jeden Rotor A und B aufgebracht
wird, unabhängig von der Drehung des Rotors konstant sein.
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Als
Ergebnis können Momente, die in den Rotoren A und B durch
die entsprechenden Statoren 3 bzw. 4 des Aktuatorhauptkörpers 1 verursacht
werden, konstant gehalten werden, und es kann jeder der zwei Rotoren
A und B gleichmäßig und in einer stabilen Art
und Weise gedreht werden.
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Weiterhin
tritt das Kabelbauteil 8 durch das Innere des Aktuatorhauptkörpers 1 bzw.
durch die Rotoren A und B hindurch, und das Federbauteil 18 ist
in dem zweiten Rotor B aufgenommen, so dass ein kleiner Schwingungsaktuator
erzeugt wird.
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Weiterhin
kann durch Betätigen der Einstellschraube 15 in
dem ersten Rotor A ein Ausmaß der Spannkraft, die in dem
Kabelbauteil 8 erzeugt wird, eingestellt werden, und daher
können die Vorspannungen, die auf die zwei Rotoren A und
B aufgebracht werden, einfach eingestellt werden.
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Da
der Schwingungsaktuator ein Ultraschallaktuator ist, der eine Ultraschallschwingung
anwendet, hat der Schwingungsaktuator eine hohe Momentleistungsfähigkeit
und kann ohne Getriebe angetrieben werden.
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Weiterhin
kann, wenn Drähte zum Verbinden der piezoelektrischen Elementabschnitte 31 und 32 mit
dem Antriebskreis 30 und ähnliche Bauteile in dem
Inneren des Aktuatorhauptkörpers 1 und der Rotoren
A und B aufgenommen sind, der Schwingungsaktuator als Ganzes verkleinert
werden.
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Zweites Ausführungsbeispiel
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Nachstehend
ist mit Bezug auf 7 ein Schwingungsaktuator gemäß einem
zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben.
Verglichen zu dem ersten Ausführungsbeispiel haben in dem zweiten
Ausführungsbeispiel die Durchgangsausbildungsräume 16 und 20,
die in den kugelförmigen Abschnitten 9 und 11 der
Rotoren A und B ausgebildet sind, halbkreisförmige Öffnungen 51 bzw. 52 anstelle der
fächerförmigen Öffnungen.
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Wie
in 8 gezeigt ist, ist die Öffnung 52 in dem
kugelförmigen Abschnitt 11 des zweiten Rotors B
in einer schlitzartigen Form ausgebildet, die sich von der Fläche
des kugelförmigen Abschnitts 11 zu der Drehmitte
C erstreckt und eine Halbkreisform um die Drehmitte C2 hat. Ein
Endabschnitt des Verbindungsdurchgangs 22 ist mit der Öffnung 52 in
der Umgebung der Drehmitte C2 verbunden. Der Verbindungsdurchgang 22 erstreckt
sich in einer Richtung senkrecht zu einem Paar von Innenwänden 52a und 52b,
die in einem Durchmesserabschnitt der Halbkreisform der Öffnung 52 positioniert
sind, und der andere Endabschnitt des Verbindungsdurchgangs 22 ist
mit der Aufnahmevertiefung 17 verbunden. In der Umgebung
der Drehmitte C2 sind Grenzabschnitte zwischen dem Paar der Innenwände 52a und 52b der Öffnung 52 und
der Innenwände des Verbindungsdurchgangs 22 mit
Eingriffsabschnitten 52 bzw. 54 vorgesehen, von
denen jeder im Wesentlichen in einem 90° Winkel abgewinkelt
ausgebildet ist.
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Der
kugelförmige Abschnitt 11 des zweiten Rotors B
ist so angeordnet, dass zumindest ein Teil der Öffnung 52 gegenüber
der Vertiefung 7 des zweiten Stators 4 angeordnet
ist. Das Kabelbauteil 8 ist derart angeordnet, dass es
durch den Verbindungsdurchgang 22 von dem Inneren der Aufnahmevertiefung 17 des
zweiten Rotors B hindurch tritt, mit einem der zwei Eingriffsabschnitte 53 und 54 in
Kontakt ist, die abgelenkt werden sollen, und durch die Öffnung 52 hindurch
tritt, um den zweiten Stator 4 zu erreichen. Es ist anzumerken,
dass, wie in 7 gezeigt ist, auch in dem kugelförmigen
Abschnitt 9 des ersten Rotors A der Durchgangsausbildungsraum 16 mit
einer Struktur ausgebildet ist, die symmetrisch zu dem Durchgangsausbildungsabschnitt 20 des
zweiten Rotors B ausgebildet ist. Das Kabelbauteil 8 ist
derart angeordnet, dass es durch den Verbindungsdurchgang des Durchgangsausbildungsraums 16 von
dem Inneren der Aufnahmevertiefung 13 in dem ersten Rotor
A hindurch tritt, mit einem der zwei Eingriffsabschnitte in Kontakt
ist, die in der Umgebung der Drehmitte C2 positioniert sind und
abgelenkt werden sollen, und durch die Öffnung 51 hindurch
tritt, um den ersten Stator 3 zu erreichen.
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In
diesem Fall, wenn eine Wechselstromspannung an die Elektrodenplatte 31c des
ersten piezoelektrischen Elementabschnitts 31 durch den
Antriebskreis 30 angelegt wird, um in dem ersten piezoelektrischen
Elementabschnitt 31 die Biegeschwingung der primären
Form in der Richtung einer Y-Achse zu erzeugen, wiederholen die
zwei Abschnitte, die gegenseitig von jeder piezoelektrischen Elementplatte 31b des
ersten piezoelektrischen Elementabschnitts 31 unterteilt
sind, abwechselnd eine Ausdehnung und ein Zusammenziehen in der
Richtung einer Z-Achse, und daher schwingt der Aktuatorhauptkörper 1,
wie in 9a gezeigt ist. Eine Auslenkung
in Richtung einer Y-Achse jedes Abschnitts des Aktuatorhauptkörpers 1 von 9a ist
in 9b gezeigt. Mit Bezug auf 9b ist
es selbstverständlich, dass beide Abschnitte des Aktuatorhauptkörpers 1,
nämlich der Randabschnitt des ersten Stators 3 und
der Randabschnitt des zweiten Stators 4 mit derselben Phase
schwingen.
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Weiterhin
wiederholen, wenn eine Wechselstromspannung an der Elektrodenplatte 32c des zweiten
piezoelektrischen Elementabschnitts 32 durch den Antriebskreis
angelegt wird, um in dem zweiten piezoelektrischen Elementabschnitt 32 die Längsschwingung
der primären Form in Richtung einer Z-Achse zu erzeugen,
beide piezoelektrischen Elementplatten 32b und 32d des
zweiten piezoelektrischen Elementabschnitts 32 abwechselnd
eine Ausdehnung und ein Zusammenziehen in Richtung einer Z-Achse,
und daher schwingt der Aktuatorhauptkörper 1,
wie in 10a gezeigt ist. Eine Auslenkung
in Richtung der Z-Achse jedes Abschnitts des Aktuatorhauptkörpers 1 von 10a ist in 10b gezeigt,
wobei die Auslenkung in Richtung der Z-Achse in jene in der Richtung
einer Y-Achse umgewandelt ist. Mit Bezug auf 10b ist
es selbstverständlich, dass beide Endabschnitte des Aktuatorhauptkörpers 1,
nämlich der Randabschnitt des ersten Stators 3 und
der Randabschnitt des zweiten Stators 4, in entgegengesetzte
Phasen in Bezug zueinander schwingen.
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Durch
Anlegen der Wechselstromspannungen mit Phasen, die um 90° in
Bezug zueinander verlagert sind, an die Elektrodenplatte 31c des
ersten piezoelektrischen Elementabschnitts 31 und die Elektrodenplatte 32c des
zweiten piezoelektrischen Elementabschnitts 32 wird eine
zusammengesetzte Schwingung, die die Biegeschwingung der primären Form
in der Richtung einer Y-Achse und die Längsschwingung der
primären Form in der Richtung einer Z-Achse durch den zusammengesetzten
Vibrator 2 erzeugt. In diesem Fall werden der Randabschnitt des
ersten Stators 3 und der Randabschnitt des zweiten Stators 4 in
die gleiche Phase in der Richtung einer Y-Achse aufgrund der Biegeschwingung
der primären Form in der Richtung einer Y-Achse verlagert und
werden in entgegengesetzte Phasen mit Bezug zueinander in die Richtung
einer Z-Achse aufgrund der Längsschwingung der primären
Form in der Richtung einer Z-Achse verlagert. Somit werden, wie
in 11 gezeigt ist, in dem Randabschnitt des ersten Stators 3 und
dem Randabschnitt des zweiten Stators 4 ellipsenförmige
Bewegungen in entgegengesetzte Richtungen mit Bezug zueinander in
einer YZ-Ebene erzeugt. Demgemäß drehen sich der
erste Rotor A, der an dem Randabschnitt des ersten Stators 3 anliegt
und gegen diesen gedrängt wird, und der zweite Rotor B,
der an dem Randabschnitt des zweiten Stators 4 anliegt
und gegen diesen gedrängt wird, in die entgegengesetzten
Richtungen mit Bezug zueinander zur gleichen Zeit um die X-Achse,
wobei die Drehmitten C1 bzw. C2 als Mitten dienen.
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Weiterhin
zeigt 12 die Auslenkung in der Richtung
einer Y-Achse jedes Abschnitt des Aktuatorhauptkörpers 1 in
einem Fall, in dem die Biegeschwingung der sekundären Form
in der Richtung einer Y-Achse in dem ersten piezoelektrischen Elementabschnitt 31 verursacht
wird. Mit Bezug auf 12 ist es selbstverständlich,
dass beide Endabschnitte des Aktuatorhauptkörpers 1,
nämlich der Randabschnitt des ersten Stators 3 und
der Randabschnitt des zweiten Stators 4, in entgegengesetzte
Phasen mit Bezug zueinander schwingen.
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Durch
Anlegen der Wechselstromspannungen mit Phasen, die um 90° mit
Bezug zueinander verlagert sind, an die Elektrodenplatte 31c des
ersten piezoelektrischen Elementabschnitts 31 und die Elektrodenplatte 32c des
zweiten piezoelektrischen Elementabschnitts 32 wird eine
zusammengesetzte Schwingung, die die Biegeschwingung der sekundären
Form in der Richtung einer Y-Achse und die Längsschwingung
der primären Form in der Richtung einer Z-Achse zusammenfasst,
durch den zusammengesetzten Vibrator 2 erzeugt. In diesem
Fall werden der Randabschnitt des ersten Stators 3 und
der Randabschnitt des zweiten Stators 4 in die entgegengesetzten
Phasen mit Bezug zueinander in die Richtung einer Y-Achse aufgrund
der Biegeschwingung der sekundären Form in der Richtung
einer Y-Achse verlagert und werden in entgegengesetzte Phasen mit
Bezug zueinander in Richtung einer Z-Achse aufgrund der Längsschwingung
der primären Form in der Richtung einer Z-Achse verlagert.
Somit werden, wie in 13 gezeigt ist, in dem Randabschnitt
des ersten Stators 3 und dem Randabschnitt des zweiten Stators 4 ellipsenförmige
Bewegungen in derselben Richtung in der YZ-Ebene verursacht. Demgemäß drehen
sich der erste Rotor A, der an dem Randabschnitt des ersten Stators 3 anliegt
und gegen diesen gedrängt wird, und der zweite Rotor B, der
an dem Randabschnitt des zweiten Stators 4 anliegt und
gegen diesen gedrängt wird, zur gleichen Zeit um die X-Achse
in dieselbe Richtung, wobei die Drehmitten C1 bzw. C2 als Mitten
dienen.
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Demgemäß können,
wie in dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung durch
Erzeugen der zusammengesetzten Schwingung mit dem einzelnen zusammengesetzten
Vibrator 2, um dadurch die ellipsenförmigen Bewegungen
in Kontaktabschnitten des Stators 3 und 4 zu verursachen,
die an den entsprechenden Rotoren A bzw. B anliegen, die zwei Rotoren
A und B zur gleichen Zeit gedreht werden.
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Weiterhin
können, wie vorstehend beschrieben ist, durch Auswählen
einer Kombination einer Schwingungsform der Längsschwingung
in der Richtung einer Z-Achse und einer Schwingungsform der Biegeschwingung
in der Richtung einer Y-Achse der erste Rotor A und der zweite Rotor
B in dieselbe Richtung oder in entgegengesetzte Richtungen in Bezug
zueinander gedreht werden.
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Es
ist anzumerken, dass 14 die Auslenkung in der Richtung
einer Z-Achse jedes Abschnitts des Aktuatorhauptkörpers 1 in
einem Fall zeigt, in dem die Längsschwingung der sekundären
Form in der Richtung einer Z-Achse im zweiten piezoelektrischen
Elementabschnitt 32 verursacht wird, wobei die Auslenkung
in der Richtung einer Z-Achse in jene in der Richtung einer Y-Achse
umgewandelt ist. Mit Bezug auf 14 ist
es selbstverständlich, dass die beiden Endabschnitte des
Aktuatorhauptkörpers 1, nämlich der Randabschnitt
des ersten Stators 3 und der Randabschnitt des zweiten
Stators 4, mit derselben Phase schwingen.
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Demgemäß können,
wenn die zusammengesetzte Schwingung, die die Biegeschwingung der primären
Form in der Richtung einer Y-Achse und die Längsschwingung
der sekundären Form in der Richtung einer Z-Achse zusammenfasst,
erzeugt wird, ähnlich wie in dem Fall, in dem die zusammengesetzte
Schwingung, die die Biegeschwingung der sekundären Form
in der Richtung einer Y-Achse und die Längsschwingung der
primären Form in der Richtung einer Z-Achse zusammenfasst,
erzeugt wird, die zwei Rotoren A und B in dieselbe Richtung in die X-Achse
gedreht werden.
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Es
ist anzumerken, dass in dem ersten piezoelektrischen Elementabschnitt 31 und
dem zweiten piezoelektrischen Elementabschnitt 32 die Schwingungsform
von jeder Schwingung von der Biegeschwingung in der Richtung einer
Y-Achse und der Längsschwingung in der Richtung einer Z-Achse nicht
nur mit der primären Form oder der sekundären Form
festgelegt werden kann, wie vorstehend beschrieben ist, sondern
auch mit einer tertiären oder einer höheren Form
festgelegt werden kann. Z. B. ist es möglich, eine Schwingungsform
eines Grads anzuwenden, die für Formen, Materialien und
dergleichen der Rotoren A und B und der Statoren 3 und 4 geeignet
ist.
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Drittes Ausführungsbeispiel
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Nachstehend
ist mit Bezug auf 15 ein Schwingungsaktuator gemäß einem
dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung
beschrieben. Verglichen zu dem ersten Ausführungsbeispiel wird
in dem dritten Ausführungsbeispiel ein fadenartiges Gummibauteil 61,
das eine Elastizität aufweist, als eine Vorspanneinrichtung
für den Rotor A und B anstelle des Kabelbauteils 18 und
des Federbauteils 19 verwendet. In diesem Fall ist ein
Stützbauteil 62 an der Innenfläche der
Aufnahmevertiefung 17 in dem zweiten Rotor B fixiert. Ein
Endabschnitt des Gummibauteils 61 ist an der Einstellschraube 15 in der
Vertiefung 13 des ersten Rotors A fixiert. Das Gummibauteil 61 tritt
durch den Durchgangsausbildungsraum 16 des ersten Rotors
A, das Durchgangsloch 1a des Aktuatorhauptkörpers 1 und
den Durchgangsausbildungsraum 20 des zweiten Rotors B hindurch,
wobei der andere Endabschnitt des Gummibauteils 61 an dem
Stützbauteil 62 in der Aufnahmevertiefung 17 des
zweiten Rotors B fixiert ist. Auf diese Weise sind die zwei Rotoren
A und B miteinander durch das Gummibauteil 61 verbunden.
Es ist anzumerken, dass das Gummibauteil 61 in einem Zustand montiert
ist, in dem es auf eine Länge gestreckt ist, mit der es
eine vorbestimmte Spannkraft bewirkt.
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Durch
die Spannkraft des Gummibauteils 61 werden die zwei Rotoren
A und B in Richtung der entsprechenden Statoren 3 bzw. 4 des
Aktuatorhauptkörpers 1 gezogen, um mit den Statoren 3 und 4 in Kontakt
zu sein und gegen diese gedrängt zu werden. Demgemäß ist
es ähnlich wie in dem ersten Ausführungsbeispiel
der Erfindung möglich, dass sich die zwei Rotoren A und
B durch den einzelnen zusammengesetzten Vibrator 2 drehen.
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Da
die zwei Rotoren A und B durch das einzelne Gummibauteil 61 gezogen
werden, können gleichmäßige Vorspannungen
auf die zwei Rotoren A und B aufgebracht werden. Weiterhin tritt
das Gummibauteil 61 immer durch die Drehmitten C1 und C2 hindurch
und eine Position des Gummibauteils 61 bewegt sich nicht
entlang seiner Längsrichtung. Somit kann die Vorspannung,
die auf jeden Rotor A und B aufgebracht wird, unabhängig
von deren Drehung konstant gehalten werden.
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Weiterhin
kann durch Betätigen der Einstellschraube 15 in
dem ersten Rotor A ein Ausmaß der Spannkraft des Gummibauteils 61 eingestellt
werden, und daher kann das Ausmaß der Vorspannungen, die
auf die zwei Rotoren A und B aufgebracht werden, leicht eingestellt
werden.
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Es
ist anzumerken, dass auch in dem Schwingungsaktuator gemäß dem
zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung
die Rotoren A und B unter Verwendung des Gummibauteils 61 anstelle
des Kabelbauteils 8 und des Federbauteils 19 mit
den entsprechenden Statoren 3 bzw. 4 in Kontakt
sein können und gegen diese gedrängt werden können.
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Viertes Ausführungsbeispiel
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Nachstehend
ist mit Bezug auf 16 ein Schwingungsaktuator gemäß einem
vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung
beschrieben. Verglichen zu dem ersten Ausführungsbeispiel werden
in dem vierten Ausführungsbeispiel zwei Kabelbauteile 61 und 62 entsprechend
den Rotoren A bzw. B anstelle des einzelnen Kabelbauteils 8 verwendet.
In diesem Fall ist ähnlich wie an der Innenseite der Aufnahmevertiefung 17 des
zweiten Rotors B an der Innenseite der Aufnahmevertiefung 13 des ersten
Rotors A ein Federaufnahmebauteil 73 aufgenommen, um mit
Bezug zu der Aufnahmevertiefung 13 gleitbar zu sein, und
ein Federbauteil 14 ist zwischen dem Federaufnahmebauteil 73 und
einer Bodenfläche der Aufnahmevertiefung 13 aufgenommen.
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Ein
Endabschnitt des ersten Kabelbauteils 71 ist an dem Federaufnahmebauteil 73 in
der Aufnahmevertiefung 13 des ersten Rotors A fixiert.
Das erste Kabelbauteil 71 drängt durch den Durchgangsausbildungsraum 16 des
ersten Rotors A hindurch, wobei der andere Endabschnitt des ersten
Kabelbauteils 71 an dem ersten Stator 3 fixiert
ist. Der erste Rotor A ist aufgrund einer Spannkraft, die in dem
ersten Kabelbauteil 71 durch das Federbauteil 74 erzeugt
wird, mit dem ersten Stator 3 in Kontakt und wird gegen
diesen gedrängt. Ein Endabschnitt des zweiten Kabelbauteils 72 ist
an dem Federaufnahmebauteil 18 in der Aufnahmevertiefung 17 des
zweiten Rotors B fixiert. Das zweite Kabelbauteil 72 tritt
durch den Durchgangsausbildungsraum 20 des zweiten Rotors
B hindurch, wobei der andere Endabschnitt des zweiten Kabelbauteils 72 an
dem zweiten Stator 4 fixiert ist. Der zweite Rotor B ist
aufgrund einer Spannkraft, die in dem zweiten Kabelbauteil 72 durch das
Federbauteil 19 erzeugt wird, mit dem zweiten Stator 4 in
Kontakt und wird gegen diesen gedrängt.
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Auf
diese Weise sind die zwei Rotoren A und B mit den entsprechenden
Statoren 3 bzw. 4 in Kontakt und werden gegen
diese gedrängt. Demgemäß ist es ähnlich
wie in dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden
Erfindung möglich, dass die zwei Rotoren A und B durch
den einzelnen zusammengesetzten Vibrator 2 gedreht werden.
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Weiter
werden in dem vierten Ausführungsbeispiel die zwei Rotoren
A und B in Richtung der Statoren 3 bzw. 4 durch
die zwei entsprechenden Kabelbauteile 71 und 72 gezogen.
Daher können Vorspannungen, die auf die zwei Rotoren A
und B aufgebracht werden, unabhängig voneinander festgelegt werden.
Demgemäß können Drehmomente, die in den
zwei Rotoren A und b erzeugt werden, getrennt eingestellt werden.
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Auch
in dem Fall, in dem die zwei Kabelbauteile 71 und 72 auf
diese Weise verwendet werden, treten die zwei Kabelbauteile 71 und 72 immer
durch die Drehmitten C1 und C2 der entsprechenden Rotoren A bzw.
B hindurch und bewegen sich Positionen der Kabelbauteile 71 und 72 nicht
entlang deren Längsrichtung. Daher kann die Vorspannung,
die auf jeden der Rotoren A und B aufgebracht wird, unabhängig
seiner Drehung konstant gehalten werden.
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Es
ist anzumerken, dass durch Verwenden der zwei fadenartigen Gummibauteile,
die eine Elastizität aufweisen, die Rotoren A und B mit
den entsprechenden Statoren 3 bzw. 4 verbunden
sein können, wodurch die zwei Rotoren A und B mit den Statoren 3 und 4 anstelle
der Kabelbauteile 71 und 72 der Federbauteile 19 und 74 in
Kontakt sind und gegen diese gedrängt werden.
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Ferner
können in dem Schwingungsaktuator gemäß dem
zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung
durch Verwenden der zwei Kabelbauteile 71 und 72 die
zwei Rotoren A und B mit den entsprechenden Statoren 3 bzw. 4 verbunden
sein, wodurch die Rotoren A und B mit den Statoren 3 und 4 durch
die Spannkraft der Kabelbauteile 71 und 72 anstelle
des einzelnen Kabelbauteils 8 in Kontakt sind und gegen
diese gedrängt werden.
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Es
ist anzumerken, dass in dem zusammengesetzten Vibrator 2 gemäß dem
ersten bis vierten Ausführungsbeispiel der erste piezoelektrische
Elementabschnitt 31, der die Biegeschwingung in der Richtung
einer Y-Achse erzeugt, und der zweite piezoelektrische Elementabschnitt 32 verwendet
werden, der die Längsschwingung in der Richtung einer Z-Achse
erzeugt. Jedoch kann anstelle des ersten piezoelektrischen Elementabschnitts 31 oder
des zweiten piezoelektrischen Elementabschnitts 32 ein
piezoelektrischer Elementabschnitt verwendet werden, der die Biegeschwingung
in der Richtung einer X-Achse erzeugt. D. h., durch Erzeugen einer
zusammengesetzten Schwingung, die die Biegeschwingung in der Richtung
einer X-Achse und die Längsschwingung in der Richtung einer
Z-Achse zusammenfasst oder durch Erzeugen einer zusammengesetzten
Schwingung, die die Biegeschwingung in der Richtung einer X-Achse
und die Biegeschwingung in der Richtung einer Y-Achse zusammenfasst,
ist es möglich, dass sich die zwei Rotoren A und B zur
gleichen Zeit um die Y-Achse oder die Z-Achse drehen.
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Fünftes Ausführungsbeispiel
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Nachstehend
ist mit Bezug auf 17 ein Schwingungsaktuator gemäß einem
fünften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung
beschrieben. Verglichen zu dem ersten Ausführungsbeispiel hat
in dem fünften Ausführungsbeispiel der zusammengesetzte
Vibrator 2 einen dritten piezoelektrischen Elementabschnitt 81,
der die Biegeschwingung in der Richtung einer X-Achse erzeugt, zusätzlich
zu dem ersten piezoelektrischen Elementabschnitt 31, der
die Biegeschwingung in der Richtung einer Y-Achse erzeugt, und dem
zweiten piezoelektrischen Elementabschnitt 32, der die
Längsschwingung in der Richtung einer Z-Achse erzeugt.
Der dritte piezoelektrische Elementabschnitt 81 hat ein
Paar piezoelektrischer Elementplatten 81b und 81d,
wie in 18 gezeigt ist. Jede piezoelektrische
Elementplatte 81b und 81d ist in zwei Abschnitte
in der Richtung einer X-Achse unterteilt und ist so polarisiert, dass
ihre zwei Abschnitte entgegengesetzte Polaritäten aufweisen,
um entgegengesetzte Verformungsverhalten zueinander aufzuweisen,
nämlich eine Ausdehnen und ein Zusammenziehen in der Richtung
einer Z-Achse (Dickenrichtung). Die piezoelektrische Elementplatte 81b und
die piezoelektrische Elementplatte 81d sind in umgekehrten
Ausrichtungen zueinander angeordnet. Es ist anzumerken, dass der
dritte piezoelektrische Elementabschnitt 81 dieselbe Struktur
wie die des ersten piezoelektrischen Elementabschnitts 31 oder
des zweiten piezoelektrischen Elementabschnitts 32 bis
auf das Paar piezoelektrischer Elementplatten 81b und 81d hat.
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Durch
Antreiben des zusammengesetzten Vibrators 2 mit dem Antriebskreis 30 zum
Erzeugen einer zusammengesetzten Schwingung, die zumindest zwei
oder alle drei Schwingungen der Biegeschwingung in der Richtung
einer Y-Achse durch den ersten piezoelektrischen Elementabschnitt 31,
der Längsschwingung in der Richtung einer Z-Achse durch
den zweiten piezoelektrischen Elementabschnitt 32 und der
Biegeschwingung in der Richtung einer X-Achse durch den dritten
piezoelektrischen Elementabschnitt 81 zusammenfasst, werden
die ellipsenförmigen Bewegungen in dem Randabschnitt des
ersten Stators 3 bzw. dem Randabschnitt des zweiten Stators 4 verursacht.
Somit können der erste Rotor A und der zweite Rotor B in
drei Dimensionen zur gleichen Zeit frei gedreht werden. Weiter können auch
in diesem Fall durch Auswählen der Kombination der Schwingungsform
die zwei Rotoren A und B in die gleiche Richtung oder in entgegengesetzte
Richtungen mit Bezug zueinander gedreht werden.
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Es
ist anzumerken, dass auch in dem zweiten bis vierten Ausführungsbeispiel
der zusammengesetzte Vibrator 2 mit den drei piezoelektrischen Elementabschnitten 31, 32 und 81 angewandt
werden kann.
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Es
ist anzumerken, dass in dem vorstehenden ersten bis fünften
Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung die Vertiefungen 6 und 7 in
den Endabschnitten der zwei Statoren 3 bzw. 4 ausgebildet sind,
und da jeder der Endabschnitte der Rotoren A und B in einer gewölbten
Form ausgebildet ist. Im Gegensatz dazu kann jeder der Endabschnitt
der Statoren 3 und 4 in einer gewölbten
Form ausgebildet sein, und die Endabschnitte der Rotoren A und B können
mit Vertiefungen versehen sein.
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Weiter
können gemäß dem ersten bis vierten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung die Kontaktabschnitte der zwei Statoren 3 und 4,
die an den entsprechenden Rotoren A bzw. B anliegen, in unterschiedlichen
Formen oder unterschiedlichen Größen mit Bezug
zueinander ausgebildet sein. Als Ergebnis können Momente
in unterschiedlichen Ausmaßen in den Rotoren A und B erzeugt
werden.
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Weiter
können anstelle der Statoren die Kontaktabschnitte der
zwei Rotoren, die an den entsprechenden Statoren anliegen, in unterschiedlichen
Formen oder unterschiedlichen Größen mit Bezug
zueinander ausgebildet sein, wodurch es möglich ist, dass
die Momente, die in den Rotoren A und B erzeugt werden, voneinander
verschieden sein können.
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Es
ist anzumerken, das in dem vorstehenden ersten bis fünften
Ausführungsbeispiel die Phasen der Wechselstromspannungen,
die an den piezoelektrischen Elementabschnitten durch den Antriebskreis 30 angelegt
werden, um 90° mit Bezug zueinander verlagert sind, die
Phasen können aber in einem beliebigen Winkel verlagert
sein, der sich von dem 90° Winkel unterscheidet. Weiter
kann ein Spannungswert der angelegten Wechselstromspannung verändert
werden. Durch veränderliches Steuern der Wechselstromspannung
ist es möglich, die ellipsenförmigen Bewegungen
zu steuern, die in den Statoren 3 und 4 erzeugt
werden.
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Weiter
werden Kontakte zwischen den Statoren 3 und 4 und
den entsprechenden Rotoren A bzw. B in den Randabschnitten verursacht,
aber diese Struktur ist nicht vorgeschrieben. Sofern die ellipsenförmige
Bewegung übertragen werden kann, können die Kontakte
an Ebenen oder gekrümmten Flächen ausgeführt
werden bzw. ist es nicht erforderlich, dass sie in den ringförmigen
Abschnitten ausgeführt werden.
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Weiter
kann in dem vorstehenden ersten bis fünften Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung anstelle der Längsschwingung
in der Richtung einer Z-Achse und der Biegeschwingungen in der Richtung
einer Y-Achse und der Richtung einer X-Achse die zusammengesetzte
Schwingung, die die Vielzahl von Schwingungen zusammenfasst, welche nicht
senkrecht zueinander sind, erzeugt werden, um dadurch die Rotoren
A und B zu drehen.
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Weiter
werden in den vorstehenden Ausführungsbeispielen die Biegeschwingung
in der Richtung einer X-Achse, die Biegeschwingung in der Richtung
einer Y-Achse und die Längsschwingung in der Richtung einer
Z-Achse durch verschiedene piezoelektrische Elementabschnitte erzeugt
und wird die zusammengesetzte Schwingung durch Zusammenfassen der
Schwingungen erzeugt. Jedoch kann ein piezoelektrischer Elementabschnitt
in einer Vielzahl von Abschnitte unterteilt sein, jeder von denen ist
polarisiert, um Spannungen, die an Elektroden entsprechend der polarisierten
Abschnitte angelegt werden, separat zu steuern. D. h., die Spannungen, in
denen Wechselstromspannungen, die voneinander in Phase und Amplitude
oder dergleichen verschieden sind, gegenseitig zusammengefasst werden,
können an die Elektroden angelegt werden, um eine zusammengesetzte
Schwingung durch einen einzelnen piezoelektrischen Elementabschnitt
zu erzeugen.
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Weiter
wird in den vorstehenden Ausführungsbeispielen die ellipsenförmige
Bewegung in dem Kontaktabschnitt zwischen dem Stator und dem Rotor
erzeugt. Jedoch kann eine kreisförmige Bewegung in den
Kontaktabschnitten durch Steuern der Amplituden in zugehörigen
Achsrichtungen davon bewirkt werden.
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Zusammenfassung
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Es
ist ein Schwingungsaktuator bereitgestellt, in dem eine Vielzahl
von Rotoren durch eine einzelne Schwingungseinheit angetrieben werden kann.
Zwei Rotoren (A) und (B) werden durch eine Spannkraft eines Kabelbauteils
(8) in Richtung entsprechender Staturen gezogen, um mit
den entsprechenden Staturen (3) und (4) in Kontakt
zu sein bzw. gegen diese gedrängt zu werden. Eine zusammengesetzte
Schwingung, die eine Vielzahl von Schwingungen zusammenfasst, wird
durch einen zusammengesetzten Vibrator (2) zum Bewirken
von ellipsenförmigen Bewegungen in Randabschnitten der Staturen
(3) und (4) erzeugt. Als Ergebnis werden die zwei Rotoren
(A) und (B), die an den zwei Staturen (3) bzw. (4)
anliegen und gegen diese gedrängt werden, um Drehmitten
(C1) und (C2) zur gleichen Zeit gedreht.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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