DE112007001099T5

DE112007001099T5 - Schwingungsaktuator

Info

Publication number: DE112007001099T5
Application number: DE112007001099T
Authority: DE
Inventors: Masaki Takasan; Hirohiko Ishikawa; Kazuo Seiki; Kentaro Nakamura; Sadayuki Ueha
Original assignee: Toyota Industries Corp; Tokyo Institute of Technology NUC
Current assignee: Toyota Industries Corp; Tokyo Institute of Technology NUC
Priority date: 2006-04-10
Filing date: 2007-02-21
Publication date: 2009-04-02
Also published as: TWI330929B; JP2007282424A; KR101053805B1; US20090267450A1; CN101361258A; CN101361258B; WO2007129497A1; US7851972B2; KR20080108077A; TW200740101A; JP4780770B2

Abstract

Schwingungsaktuator mit
zwei Staturen;
zwei Rotoren, die angeordnet sind, um mit den zwei Staturen entsprechend in Kontakt zu sein; und
einer einzelnen Schwingungseinrichtung, die zwischen den zwei Staturen angeordnet ist, zum Erzeugen einer zusammengesetzten Schwingung, die eine Vielzahl von Schwingungen verschiedener Richtungen zusammenfasst, um die zwei Staturen in Schwingung zu versetzen, um dadurch die zwei Rotoren zur gleichen Zeit drehen zu lassen.

Description

Technisches Gebiet
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.
Stand der Technik
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
Probleme, die durch die Erfindung gelöst werden
Jedoch dreht in dem Schwingungsaktuator des Patentdokuments 1 ein einzelner zusammengesetzter Vibrator einen einzelnen Rotor. Daher ist es, wenn beabsichtigt ist, eine Vielzahl von Rotoren zu drehen, 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 Schwingungsaktuator kompliziert aufgebaut ist.
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.
Einrichtungen zum Lösen der Probleme
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 Schwingungseinrichtung, die zwischen den zwei Statoren angeordnet ist, zum Erzeugen einer zusammengesetzten Schwingung, die eine Vielzahl von Schwingungen verschiedener Richtungen zusammenfasst, um die zwei Statoren in Schwingung zu versetzen, um dadurch die zwei Rotoren zur gleichen Zeit zu drehen.
Effekt der Erfindung
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.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 ist eine Schnittansicht, die einen Schwingungsaktuator gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt.
2 ist eine Schnittteilansicht, die eine Struktur eines zusammengesetzten Vibrators zeigt, der in dem ersten Ausführungsbeispiel verwendet wird.
3 ist eine Perspektivansicht, die eine Polarisationsrichtung von zwei Paaren von piezoelektrischen Elementplatten des zusammengesetzten Vibrators zeigt, der in dem ersten Ausführungsbeispiel verwendet wird.
4a ist eine Ansicht, die einen Zustand zeigt, in dem der Aktuatorhauptkörper in einer primären Form einer Biegeschwingung in einer Richtung einer Y-Achse schwingt.
4b ist eine Ansicht, die eine Auslenkung in der Richtung einer Y-Achse jedes Abschnitts des Aktuatorhauptkörpers zeigt, der in 4a gezeigt ist.
5a ist eine Ansicht, die einen Zustand zeigt, in dem der Aktuatorhauptkörper in einer primären Form einer Längsschwingung in einer Richtung einer Z-Achse schwingt.
5b ist eine Ansicht, die eine Auslenkung in der Richtung einer Z-Achse jedes Abschnitts des Aktuatorhauptkörpers zeigt, der in 5a gezeigt ist, wobei die Auslenkung in jene in der Richtung einer Y-Achse umgewandelt ist.
6 ist eine Ansicht, die einen Zustand zeigt, in dem zwei Rotoren in dem ersten Ausführungsbeispiel in zueinander entgegengesetzten Richtungen gedreht werden.
7 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.
8 ist eine Ansicht, die einen Zustand zeigt, in dem die zwei Rotoren in dem ersten Ausführungsbeispiel in die gleiche Richtung gedreht werden.
9 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.
10 ist eine Ansicht, die einen Zustand zeigt, in dem sich der Aktuatorhauptkörper und ein Rotor in dieselbe Richtung drehen, während der andere Rotor an einem ortsfesten Objekt fixiert ist.
11 ist eine Ansicht, die einen Zustand zeigt, in dem sich der Aktuatorhauptkörper und ein Rotor mit Bezug zueinander in entgegengesetzte Richtungen drehen, während der andere Rotor an einem ortsfesten Objekt fixiert ist.
12 ist eine Schnittansicht, die einen Schwingungsaktuator gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt.
13 ist eine Perspektivansicht, die eine Polarisationsrichtung von drei Paaren von piezoelektrischen Elementplatten des zusammengesetzten Vibrators zeigt, der in dem zweiten Ausführungsbeispiel verwendet wird.
14 ist eine Schnittansicht, die einen Schwingungsaktuator gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt.
15 ist eine Schnittansicht, die einen Schwingungsaktuator gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt.
16 ist eine Schnittansicht, die einen Schwingungsaktuator gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt.
17 ist eine Seitenansicht, die einen Aktuatorhauptkörper in einem modifizierten Beispiel des fünften Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung zeigt.
18 ist eine Seitenansicht, die einen Aktuatorhauptkörper in einem weiteren modifizierten Beispiel des fünften Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung zeigt.
Beste Formen zum Ausführen der Erfindung
Nachstehend sind Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben.
Erstes Ausführungsbeispiel
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 (eine Schwingungseinheit) 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 in einer im Wesentlichen säulenartigen äußeren Gestalt ausgebildet ist. 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 sowohl senkrecht zu der Z-Achse als auch zu der X-Achse erstreckt.
Der zusammengesetzte Vibrator 2 hat einen ersten piezoelektrischen Elementabschnitt 31 aus flachen Platten und einen 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. Weiter hat der Schwingungsaktuator einen Antriebskreis (eine Antriebsschaltung) 36, der (die) Antriebsspannungen an den ersten piezoelektrischen Elementabschnitt 31 und den zweiten piezoelektrischen Elementabschnitt 32 anlegt, um diese dadurch anzutreiben.
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 8 bzw. 9 ausgebildet, die in XY-Ebenen positioniert sind. Der erste Rotor A hat einen halbkugelförmig gewölbten Abschnitt 10, der zu der Vertiefung 6 des ersten Stators 3 gegenüberliegend ist, und der einen Durchmesser hat, der größer als ein Innendurchmesser der Vertiefung 6 ist. Der gewölbte Abschnitt 10 liegt an dem Randabschnitt 8 des ersten Stators 3 an, um drehbar gestützt zu sein. Der zweite Rotor B hat einen halbkugelförmig gewölbten Abschnitt 11, der zu der Vertiefung 7 des zweiten Stators 4 gegenüberliegend ist, und der einen Durchmesser hat, der größer als ein Innendurchmesser der Vertiefung 7 ist. Der gewölbte Abschnitt 11 liegt an dem Randabschnitt 9 des zweiten Stators 4 an, um drehbar gestützt zu sein. Weiter sind die Rotoren A und B durch Federn 12 bzw. 13 in Kontakt mit den entsprechenden Statoren 3 und 4 und sind gegen diese gedrückt.
Wie in 2 gezeigt ist, hat der erste piezoelektrische Elementabschnitt 31 des zusammengesetzten Vibrators 2 eine Struktur, in der eine Elektrodenplatte 31a, eine piezoelektrische Elementplatte 31b, eine Elektrodenplatte 31c, eine piezoelektrische Elementplatte 31d und eine Elektrodenplatte 31e, die jeweils eine scheibenartige Form aufweisen, in der genannten Reihenfolge miteinander überlappend angeordnet 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 überlappend angeordnet sind.
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 aus der Elektrodenplatte 32c führt, die zwischen dem Paar von piezoelektrischen Elementplatten 32b und 32d des zweiten piezoelektrischen Elementabschnitts 32 angeordnet ist, ist auch mit dem Antriebkreis 30 verbunden.
Wie in 3 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, das heißt eine Ausdehnung und ein Zusammenziehen in der Richtung einer Z-Achse (Dickenrichtung) erfahren. Die piezoelektrische Elementplatte 31b und die piezoelektrische Elementplatte 31d sind in umgekehrten Ausrichtungen zueinander angeordnet.
Jede der piezoelektrischen Elementplatten 32b und 32d 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 das heißt eine Ausdehnung oder ein Zusammenziehen in der Richtung einer Z-Achse (Dickenrichtung) aufweist. Die piezoelektrische Elementplatte 32b und die piezoelektrische Elementplatte 32d sind in umgekehrten Ausrichtungen zueinander angeordnet.
Nachstehend ist ein Betrieb des Schwingungsaktuators gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben. Wenn eine Wechselstromspannung an der Elektrodenplatte 31c des ersten piezoelektrischen Elementabschnitts 31 durch den Antriebskreis 36 angelegt wird, um in dem ersten piezoelektrischen Elementabschnitt 31 die Biegespannung der primären Form in der Richtung einer Y-Achse zu erzeugen, wiederholen die zwei Abschnitte, die gegenseitig von jeder piezoelektrischen Elementplatte 31b und 31d 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 4a gezeigt ist. Eine Auslenkung in Richtung einer Y-Achse jedes Abschnitts des Aktuatorhauptkörpers 1 von 4a ist in 4b gezeigt. Mit Bezug auf 4b ist es selbstverständlich, dass beide Endabschnitte des Aktuatorhauptkörpers 1, nämlich der Randabschnitt 8 des ersten Aktuators 3 und der Randabschnitt 9 des zweiten Aktuators 4 mit derselben Phase schwingen.
Weiter wiederholen, wenn eine Wechselstromspannung an der Elektrodenplatte 32c des zweiten piezoelektrischen Elementabschnitts 32 durch den Antriebskreis 36 angelegt wird, um in dem zweiten piezoelektrischen Elementabschnitt 32 die Längsschwingung der primären Form in Richtung einer Z-Achse zu erzeugen, beide piezolelektrischen 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 5a gezeigt ist. Eine Auslenkung in Richtung der Z-Achse jedes Abschnitts des Aktuatorhauptkörpers 1 von 5a ist in 5b gezeigt, wobei die Auslenkung in Richtung der Z-Achse in jene in der Richtung einer Y-Achse umgewandelt ist. Mit Bezug auf 5b ist es selbstverständlich, dass beide Endabschnitte des Aktuatorhauptkörpers 1, nämlich der Randabschnitt 8 des ersten Stators 3 und der Randabschnitt 9 des zweiten Stators 4 in entgegengesetzte Phasen in Bezug zueinander schwingen.
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 8 des ersten Stators 3 und der Randabschnitt 9 des zweiten Stators 4 in die gleiche Phase in die 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 6 gezeigt ist, in dem Randabschnitt 8 des ersten Stators 3 und dem Randabschnitt 9 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 8 des ersten Stators 3 anliegt und gegen diesen gedrängt ist, und der zweite Rotor B, der an dem Randabschnitt 9 des zweiten Stators 4 anliegt und gegen diesen gedrängt ist, in die entgegengesetzten Richtungen mit Bezug zueinander zur gleichen Zeit um die X-Achse.
Weiter zeigt 7 die Auslenkung in der Richtung einer Y-Achse jedes Abschnitts 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 7 ist es selbstverständlich, dass beide Endabschnitte des Aktuatorhauptkörpers 1, nämlich der Randabschnitt 8 des ersten Stators 3 und der Randabschnitt 9 des zweiten Stators 4, in entgegengesetzte Phasen mit Bezug zueinander schwingen.
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 8 des ersten Stators 3 und der Randabschnitt 9 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 8 gezeigt ist, in dem Randabschnitt 8 des ersten Stators 3 und dem Randabschnitt 9 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 8 des Stators 4 anliegt und gegen diesen gedrängt ist, und der zweite Rotor B, der an dem Randabschnitt 9 des zweiten Stators 4 anliegt und gegen diesen gedrängt ist, zur gleichen Zeit um die X-Achse in dieselbe Richtung.
Wie vorstehend beschrieben ist, können durch Erzeugen der zusammengesetzten Schwingung mit dem einzelnen zusammengesetzten Vibrator 2, um dadurch die ellipsenförmigen Bewegungen in Kontaktabschnitten der Statoren 3 bzw. 4 zu verursachen, die an den entsprechenden Rotoren A und B anliegen, die zwei Rotoren A und B zur gleichen Zeit gedreht werden. Demgemäß kann durch Verwenden des Schwingungsaktuators der vorliegenden Erfindung ein Verbindungsmechanismus oder dergleichen mit einer Vielzahl von Verbindungsabschnitten, die gedreht werden sollen, in einer einfachen Struktur realisiert werden, wodurch es möglich ist, eine Reduktion der Größe und des Gewichts zu erreichen.
Weiter können 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.
Da der Schwingungsaktuator ein Ultraschallaktuator ist, der eine Ultraschallschwingung verwendet, hat der Schwingungsaktuator eine Hochmomentleistungscharakteristik (engl. "high torque performance") und kann ohne die Verwendung eines Getriebes angetrieben werden.
Weiter kann, wenn die Federn 12 und 13, Drähte zum Verbinden der piezoelektrischen Elementabschnitte 31 und 32 mit dem Antriebskreis 36 und ähnliche Bauteile in dem Inneren des Aktuatorhauptkörpers 1 und der Rotoren A und B aufgenommen sind, der Schwingungsaktuator als Ganzes verkleinert werden.
Es ist anzumerken, dass 9 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 in dem 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 9 ist es selbstverständlich, dass die beiden Endabschnitte des Aktuatorhauptkörpers 1, nämlich der Randabschnitt 8 des ersten Stators 3 und der Randabschnitt 9 des zweiten Stators 4, mit derselben Phase schwingen.
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 um die X-Achse gedreht werden.
Weiter kann der Schwingungsaktuator mit dem Schwingungsaktuatorhauptkörper 1, der an einem ortsfesten Objekt fixiert ist, oder mit einem von dem ersten Rotor A und dem zweiten Rotor B verwendet werden, der an dem ortsfesten Objekt fixiert ist.
Zum Beispiel dreht sich in einem Fall, in dem der zweite Rotor B an dem ortsfesten Objekt fixiert ist, wenn die zusammengesetzte Schwingung, die die Längsschwingung der primären Form in der Richtung einer Z-Achse und die Biegeschwingung der primären Form in der Richtung einer Y-Achse zusammenfasst, durch den zusammengesetzten Vibrator 2 erzeugt wird, wie in 10 gezeigt ist, der Aktuatorhauptkörper 1 relativ in Bezug zu dem zweiten Rotor B und dreht sich der erste Rotor A in Bezug zu dem Aktuatorhauptkörper 1 in dieselbe Richtung als die Drehrichtung des Aktuatorhauptkörpers 1.
Weiter dreht sich, wenn zum Beispiel die zusammengesetzte Schwingung, die die Längsschwingung in der primären Form in der Richtung einer Z-Achse und die Biegeschwingung der sekundären Form in der Richtung einer Y-Achse zusammenfasst, durch den zusammengesetzten Vibrator 2 erzeugt wird, wie in 11 gezeigt ist, der Aktuatorhauptkörper 1 relativ in Bezug zu dem zweiten Rotor B und dreht sich der erste Rotor A in Bezug zu dem Aktuatorhauptkörper 1 in einer Richtung, die zu der Drehrichtung des Aktuatorhauptkörpers 1 entgegengesetzt ist.
Es ist anzumerken, dass anstelle des ersten piezoelektrischen Elementabschnitts 31, der die Biegeschwingung in der Richtung einer Y-Achse erzeugt, oder des zweiten piezoelektrischen Elementabschnitts 32, der die Längsschwingung in der Richtung einer Z-Achse erzeugt, ein piezoelektrischer Elementabschnitt verwendet werden kann, der eine Biegeschwingung in der X-Achse erzeugt. Das heißt, 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 zu der gleichen Zeit um die Y-Achse oder die Z-Achse drehen. Weiter können in beiden Fällen durch Auswählen einer Kombination der Schwingungsformen der zwei Schwingungen, die die zusammengesetzte Schwingung bilden, die zwei Rotoren A und B in dieselbe Richtung oder in entgegengesetzte Richtungen mit Bezug zueinander gedreht werden.
Zweites Ausführungsbeispiel
Nachstehend ist mit Bezug auf 12 ein Schwingungsaktuator gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben. Verglichen zu dem ersten Ausführungsbeispiel hat in dem zweiten Ausführungsbeispiel der zusammengesetzte Vibrator 2 einen dritten piezoelektrischen Elementabschnitt 41, 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 41 hat ein Paar piezoelektrischer Elementplatten 41b und 41d, wie in 13 gezeigt ist. Jede piezoelektrische Elementplatte 41b und 41d 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 Ausdehnung und ein Zusammenziehen in der Richtung einer Z-Achse (in einer Dickenrichtung). Die piezoelektrische Elementplatte 41b und die piezoelektrische Elementplatte 41d sind in umgekehrten Ausrichtungen zueinander angeordnet.
Es ist anzumerken, dass der dritte piezoelektrische Elementabschnitt 41 dieselbe Struktur wie die des ersten piezoelektrischen Elementabschnitts 31 oder des zweiten piezoelektrischen Elementabschnitts 32 bis auf das Paar piezoelektrischer Elementplatten 41b und 41d hat. Der dritte piezoelektrische Elementabschnitt 41 ist gemeinsam mit dem ersten piezoelektrischen Elementabschnitt 31 und dem zweiten piezoelektrischen Elementabschnitt 32 gestapelt. Ein Paar Elektrodenplatten, die an beiden Flächenseiten des dritten piezoelektrischen Elementabschnitts 41 angeordnet sind, sind entsprechend elektrisch geerdet, und eine Elektrodenplatte, die zwischen dem Paar piezoelektrischer Elementplatten 41b und 41d angeordnet ist, ist mit dem Antriebskreis 36 verbunden. Weiter sind die drei piezoelektrischen Elementabschnitte 31, 32 und 41 angeordnet, um durch das Einlegen von den Isolierplatten 33 bis 35 und einer Isolierplatte 42 von dem ersten Stator 3 und dem zweiten Stator 4 bzw. voneinander elektrisch isoliert zu sein.
Wenn eine Wechselstromspannung an der Elektrodenplatte des dritten piezoelektrischen Elementabschnitts 41 durch den Antriebskreis 36 zum Antreiben des dritten piezoelektrischen Elementabschnitts 41 angelegt wird, wiederholen die zwei Abschnitte, die gegenseitig von jeder piezoelektrischen Elementplatte 41b und 41d des dritten piezoelektrischen Elementabschnitts 41 unterteilt sind, abwechselnd eine Ausdehnung und ein Zusammenziehen in der Richtung einer Z-Achse. Daher wird die Biegeschwingung in der Richtung einer X-Achse in dem ersten Stator 3 und dem zweiten Stator 4 erzeugt.
Durch Antreiben des zusammengesetzten Vibrators 2 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 41 zusammenfasst, werden die ellipsenförmigen Bewegungen in dem Randabschnitt 8 des ersten Stators 3 bzw. dem Randabschnitt 9 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.
Drittes Ausführungsbeispiel
Nachstehend ist in Bezug auf 14 ein Schwingungsaktuator gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben. Verglichen zu dem ersten Ausführungsbeispiel sind in dem dritten Ausführungsbeispiel die zwei Rotoren A und B durch Verwendung einer elastischen Gummiabdeckung 51 anstelle der Verwendung der Federn 12 und 13 in Kontakt mit den entsprechenden Stator 3 bzw. 4 und sind gegen diese gedrängt. Die Gummiabdeckung 51 hat eine zylindrische Form und deckt eine gesamte äußere Umfangsfläche des Aktuatorhauptkörpers 1 ab. Beide Endabschnitte der Gummiabdeckung 51 sind an äußere Umfangsabschnitte des ersten Rotors A bzw. des zweiten Rotors B in einem Zustand fixiert, in dem sich die Gummiabdeckung 51 in einer Mittelachsrichtung erstreckt. Aufgrund einer Vorspannkraft der Gummiabdeckung 51 wird bewirkt, dass die zwei Rotoren A und B in Kontakt mit den Randabschnitten 8 bzw. 9 der entsprechenden Statoren 3 und 4 sind und gegen diese gedrückt werden. Demgemäß können ähnlich wie in dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung die zwei Rotoren A und B unter Verwendung des einzelnen zusammengesetzten Vibrators 2 gedreht werden.
Es ist anzumerken, dass auch in dem Schwingungsaktuator gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung bewirkt werden kann, dass unter Verwendung der Gummiabdeckung 51 anstelle der Federn 12 und 13 die Rotoren A und B mit den entsprechenden Statoren 3 bzw. 4 in Kontakt sind und gegen diese gedrückt werden.
Viertes Ausführungsbeispiel
Nachstehend ist mit Bezug auf 15 ein Schwingungsaktuator gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben. Verglichen zu dem ersten Ausführungsbeispiel sind in dem vierten Ausführungsbeispiel die Verhältnisse zwischen den Vertiefungen der Statoren 3 und 4 und der gewölbten Abschnitte der Rotoren A bzw. B zueinander umgekehrt. Das heißt, die Statoren 3 und 4 haben jeweils halbkugelförmig gewölbte Abschnitte 61 und 62 an den gegenüberliegenden Seiten zu ihren Flächen, die in Kontakt mit dem zusammengesetzten Vibrator 2 sind. Die Rotoren A und B sind mit Vertiefungen 63 und 64 vorgesehen, die in ihren Flächen ausgebildet sind, die zu den entsprechenden Statoren 3 bzw. 4 gegenüberliegend sind. Öffnungsendumfangsabschnitte der Vertiefungen 63 und 64 der Rotoren A und B sind mit ringförmigen Randabschnitten vorgesehen. Die Randabschnitte der Rotoren A und B liegen an den gewölbten Abschnitten 61 und 62 der entsprechenden Statoren 3 bzw. 4 an, um durch diese drehbar gestützt zu werden.
Es ist anzumerken, dass ähnlich wie in dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung bewirkt wird, dass die Rotoren A und B durch die Federn 12 und 13 mit den entsprechenden Statoren 3 bzw. 4 in Kontakt sind und gegen diese gedrückt werden.
Selbst mit dieser Struktur können durch Erzeugen einer zusammengesetzten Schwingung mit dem zusammengesetzten Vibrator 2, um ellipsenförmige Bewegungen in Kontaktabschnitten der Statoren 3 und 4 zu bewirken, die an den entsprechenden Rotoren A bzw. B anliegen, die zwei Rotoren A und B gedreht werden. Weiter können durch Auswählen einer Kombination der Schwingungsformen von zwei Schwingungen, die die zusammengesetzte Schwingung bilden, die zwei Rotoren A und B in dieselbe Richtung oder in entgegengesetzte Richtungen zueinander gedreht werden. Als Ergebnis kann der gleiche Effekt wie mit dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung erreicht werden.
Es ist anzumerken, dass auch in dem Schwingungsaktuator gemäß dem zweiten und dem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung die Statoren 3 und 4 mit den gewölbten Abschnitten vorgesehen werden können, und dass die Rotoren A und B mit den Vertiefungen vorgesehen werden können.
Fünftes Ausführungsbeispiel
Nachstehend ist mit Bezug auf 16 ein Schwingungsaktuator gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben. Verglichen zu dem ersten Ausführungsbeispiel wird in dem fünften Ausführungsbeispiel ein Stator 71, der ausgebildet ist, so dass sich dessen Durchmesser zu einem Kontaktabschnitt, der an dem Rotor A anliegt, allmählich verringert, als der erste Stator verwendet, während der zweite Stator 4 so wie er ist verwendet wird. Daher hat zu einer Zeit eines Antreibens des zusammengesetzten Vibrators 2 die ellipsenförmige Bewegung, die in dem Kontaktabschnitt des ersten Stators 71 verursacht wird, der an dem Rotor A anliegt, eine größere Amplitude als die der ellipsenförmigen Bewegung, die in dem Kontaktabschnitt des zweiten Stators 4 verursacht wird, der an dem Rotor B anliegt. Somit ist ein Moment, das mit dem ersten Rotor A erzeugt wird, größer als ein Moment, das mit dem zweiten Rotor B erzeugt wird. Wie vorstehend beschrieben ist, können durch Ausbilden der Kontaktabschnitte des ersten Rotors 71 und des zweiten Stators 4, die an entsprechenden Rotoren A bzw. B anliegen, in zueinander unterschiedlichen Formen Momente in unterschiedlichen Ausmaßen mit den zwei Rotoren A und B erzeugt werden.
Es ist anzumerken, dass in dem zweiten und dem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung durch Ausbilden der Kontaktabschnitte der zwei Statoren, die an den entsprechenden Rotoren A und B anliegen, in verschiedenen Formen mit Bezug zueinander die Momente in unterschiedlichen Ausmaßen mit den zwei Rotoren A bzw. B erzeugt werden können.
Weiter kann in dem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zum Beispiel ein Paar Statoren 83 und 84 mit halbkugelförmig gewölbten Abschnitten 81 und 82, die sich hinsichtlich eines Radius voneinander unterscheiden, wie in 17 gezeigt ist, oder ein Paar Statoren 93 und 94 mit einem kegelstumpfförmigen Abschnitt 91, dessen Durchmesser sich zu einer Spitze hin verringert, bzw. einem säulenförmigen Abschnitt 92 verwendet werden, wie in 18 gezeigt ist. In beiden Fällen können die Momente in unterschiedlichen Ausmaßen mit den zwei Rotoren A bzw. B erzeugt werden.
Es ist anzumerken, dass anstelle der Statoren die Kontaktabschnitte der zwei Rotoren, die an den entsprechenden Statoren anliegen, in unterschiedlichen Formen oder unterschiedlichen Größen mit Bezug zueinander ausgebildet werden können.
Weiter werden in dem vorstehenden Ausführungsbeispiel 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 eine Vielzahl von Abschnitten unterteilt sein, von denen jeder polarisiert ist, um Spannungen, die an Elektroden entsprechend der polarisierten Abschnitte angelegt werden, separat zu steuern. Das heißt, 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.
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.
Zusammenfassung
Es ist gemäß der vorliegenden Erfindung ein Schwingungsaktuator bereitgestellt, in dem eine Vielzahl von Rotoren durch eine einzelne Schwingungseinheit angetrieben werden können. Wenn ein zusammengesetzter Vibrator (2) angetrieben wird, um eine zusammengesetzte Schwingung, die eine Vielzahl von Schwingungen zusammenfasst, erzeugt, wird ein erster Stator (3) und ein zweiter Stator (4) in Schwingung versetzt, wodurch ellipsenförmige Bewegungen in Randabschnitten (8) und (9) des ersten Stators (3) bzw. des zweiten Stators (4) bewirkt werden. Als Ergebnis werden ein ersten Rotor (A), der an dem Randabschnitt (8) des ersten Stators (3) anliegt und gegen diesen gedrängt ist, und ein zweiter Rotor (B), der an dem Randabschnitt (9) des zweiten Stators (4) anliegt und gegen diesen gedrängt ist, zur gleichen Zeit gedreht. Weiter können in diesem Fall durch Auswählen von Schwingungsformen der Vielzahl von Schwingungen, die die zusammengesetzte Schwingung bilden, die zwei Rotoren (A) und (B) in die gleiche Richtung oder in entgegengesetzte Richtungen mit Bezug zueinander gedreht werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- JP 11-220892 A [0002]

Claims

Schwingungsaktuator mit zwei Staturen; zwei Rotoren, die angeordnet sind, um mit den zwei Staturen entsprechend in Kontakt zu sein; und einer einzelnen Schwingungseinrichtung, die zwischen den zwei Staturen angeordnet ist, zum Erzeugen einer zusammengesetzten Schwingung, die eine Vielzahl von Schwingungen verschiedener Richtungen zusammenfasst, um die zwei Staturen in Schwingung zu versetzen, um dadurch die zwei Rotoren zur gleichen Zeit drehen zu lassen.
Schwingungsaktuator nach Anspruch 1, der weiter einen Antriebskreis zum Antreiben der Schwingungseinrichtung hat, wobei der Antriebskreis eine Kombination von Schwingungsformen der Vielzahl von Schwingungen auswählt, die die zusammengesetzte Schwingung bilden, die durch die Schwingungseinrichtung erzeugt wird, um dadurch die zwei Rotoren in dieselbe Richtung drehen zu lassen.
Schwingungsaktuator nach Anspruch 1, der weiter einen Antriebskreis zum Antreiben der Schwingungseinrichtung hat, wobei der Antriebskreis eine Kombination von Schwingungsformen der Vielzahl von Schwingungen auswählt, die die zusammengesetzte Schwingung bilden, die durch die Schwingungseinrichtung erzeugt wird, um dadurch die zwei Rotoren in entgegengesetzte Richtungen drehen zu lassen.
Schwingungsaktuator nach Anspruch 1, wobei die Schwingungseinrichtung einen zusammengesetzten Vibrator hat, der eine Vielzahl von piezoelektrischen Elementplatten aufweist, die übereinander gestapelt sind, wobei die zwei Statoren an beiden Endabschnitten in einer Stapelrichtung der piezoelektrischen Elementplatten angeordnet sind.
Schwingungsaktuator nach Anspruch 4, wobei die Vielzahl von piezoelektrischen Elementplatten zu der Vielzahl von Schwingungen verschiedener Richtungen korrespondiert.
Schwingungsaktuator nach Anspruch 1, wobei Kontaktabschnitte der zwei Statoren, die an den entsprechenden Rotoren anliegen, in Formen ausgebildet sind, die voneinander verschieden sind.
Schwingungsaktuator nach Anspruch 1, wobei Kontaktabschnitte der zwei Statoren, die an den entsprechenden Rotoren anliegen, in Größen ausgebildet sind, die voneinander verschieden sind.
Schwingungsaktuator nach Anspruch 7, wobei die Kontaktabschnitte der zwei Statoren, die an den entsprechenden Rotoren anliegen, derart ausgebildet sind, dass sie Kugelflächen mit Radien aufweisen, die voneinander verschieden sind.
Schwingungsaktuator nach Anspruch 7, wobei die Kontaktabschnitte der zwei Statoren, die an den entsprechenden Rotoren anliegen, derart ausgebildet sind, dass sie Umfangsflächen mit Radien aufweisen, die voneinander verschieden sind.
Schwingungsaktuator nach Anspruch 1, wobei die Schwingungseinrichtung die zusammengesetzte Schwingung zum Bewirken von ellipsenförmigen Bewegungen in Kontaktabschnitten der Statoren erzeugt, die an den entsprechenden Rotoren anliegen, so dass die zwei Rotoren zur gleichen Zeit gedreht werden.
Schwingungsaktuator nach Anspruch 1, wobei die Schwingungseinrichtung die zusammengesetzte Schwingung zum Bewirken von kreisförmigen Bewegungen in Kontaktabschnitten der Statoren erzeugt, die an den entsprechenden Rotoren anliegen, so dass die zwei Rotoren zur gleichen Zeit gedreht werden.