DE4228312A1

DE4228312A1 - Ultraschallmotor mit einem metallischen Schwingkörper als Stator

Info

Publication number: DE4228312A1
Application number: DE4228312A
Authority: DE
Inventors: Manfred Dipl Ing Altmann
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: FHP Motors GmbH
Priority date: 1992-08-26
Filing date: 1992-08-26
Publication date: 1994-03-10
Also published as: JPH06165538A

Description

Die Erfindung betrifft einen Ultraschallmotor mit einem metalli schen Schwingkörper als Stator der im Oberbegriff des Patent anspruchs 1 angegebenen Art.

Bei bekannten Ultraschallmotoren ist der aus einem elastischen Material bestehende Stator mit mindestens einem z. B. aus Piezo keramik gefertigten Ultraschalloszillator mittels einer Klebe verbindung fest verbunden. Um hierbei eine gute elektrische Kon taktierung zwischen dem Stator und dem Ultraschalloszillator zu bekommen, weist der Kleber Beimischungen aus leitfähigen Teilchen z. B. aus Gold auf. Hierbei ist aber erforderlich, daß eine gewisse Anzahl von Goldteilchen aus dem Klebefilm herausragen. Dieses ist aber wegen der Positionierung und dem Auftragen des Klebers von Hand auf den Stator und auf den Ultraschalloszillator nicht immer gewährleistet. Außerdem muß die Klebung blasenfrei, dauerhaft und temperaturbeständig in einem Temperaturbereich von minus 40 bis plus 100 Grad Celsius sein. Auch diese Forderungen sind bei einem Handauftrag des Klebers nur schwer zu erfüllen, da hierzu eine gleichmäßig dünne Schichtdicke des Klebers erforder lich ist. Dieses zeitaufwendige Handauftragen des Klebers ver teuert die Herstellung des Ultraschallmotors erheblich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Ultraschallmotor mit einem Stator aus einem elastischen Material zu schaffen, mit welchem mindestens ein Ultraschalloszillator mittels einer bla senfreien und temperaturbeständigen Klebeverbindung dauerhaft und gegenüber dem Stand der Technik rationeller verbindbar ist. Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 gekennzeichnete Er findung gelöst.

Die doppelseitig klebende Klebefolie garantiert durch ihre gleichmäßige Dicke eine blasenfreie und sichere Klebeverbindung zwischen dem Stator und dem Ultraschalloszillator. Beim Fügen und Pressen entsteht auch vor dem Ausheizen keine Schiebewulst zwi schen dem z. B. aus Piezokeramik bestehenden Ultraschalloszilla tor und dem Metallstator. Außerdem ist die Abhängigkeit der Güte der Klebeverbindung nicht mehr von der Geschicklichkeit der die Klebeverbindung ausführenden Person abhängig.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Erfindungsgegenstandes sind den weiteren Unteransprüchen zu entnehmen.

Die Erfindung wird anhand eines in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispieles im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 einen Schnitt durch einen Ultraschallmotor und

Fig. 2 Klebefolie vor dem Einsetzen im Schnitt.

Die Fig. 1 zeigt einen Ultraschallmotor mit einem metallischen Schwingkörper als Stator 1, mit dem eine kreisringförmige Piezo keramikscheibe 3 als Ultraschalloszillator zur Anregung von Wanderwellen in dem Stator 1 verklebt ist. Beiderseits der Piezo keramikscheibe 3 angeordnete Arbeitselektroden 5/7 und 9/11 bilden mit dem Stator 1, der als Gegenelektrode wirkt, zusammen ein Anregesystem.

Der Stator 1 ist als Metallring, z. B. aus Messing als kreis förmige Metallscheibe ausgebildet. Die Schwingerregung über den umgekehrten piezoelektrischen Effekt, wonach beim Anlegen einer elektrischen Spannung in polaren Ionenkristallen der Kristall eine Formänderung erfährt. Über die Arbeitselektroden 5/7 und 9/11 wird die Piezokeramikscheibe 3 mit hochfrequenter Wechsel spannung so angeregt, daß im Stator 1 mechanische Wanderwellen erzeugt werden. Die Oberflächenelemente des Stators 1 in der Kontaktfläche mit dem Rotor 13 bewegen sich dabei näherungsweise auf elliptischen Bahnen, so daß aufgrund der Reibung zwischen Stator 1 und der Oberfläche des durch Federn 14 beaufschlagten Rotors 13 in der Kontaktzone zwischen den beiden Oberflächen tangentiale Kräfte entstehen, die zur Ausbildung der Rotorbewe gungen führen.

Die für die Erzeugung der Wanderwellen im Stator 1 erforderliche Kopplung zwischen Stator 1 und der Piezokeramikscheibe 3 erfolgt durch eine Klebeverbindung. Diese Klebeverbindung besteht aus einer doppelseitig klebenden, elektrisch leitenden Klebefolie 15, deren eine Seite 17 an der Piezokeramikscheibe 3 und deren andere Seite 19 an dem Stator 1 angeklebt ist. Die Klebefolie 15 weist eine Dicke von 0,1 mm plus/minus 0,02 mm auf.

Die Klebefolie 15 besteht gemäß Fig. 2 aus einer elektrisch leitenden Trägerfolie 21 mit auf deren Oberseite 23 und Unter seite 25 dünn aufgetragenen Klebefilmen 27, 29, in deren Ober flächen 31, 33 sich Erhebungen 35 von in der Trägerfolie 21 angeordneten, elektrisch leitenden Teilchen 37 aus Silber oder Gold zur elektrischen Kontaktierung mit dem Stator 1 und dem Ultraschalloszillator 3 befinden. Die Trägerfolie 21 weist eine Beimischung von Gold- und/oder Silberteilchen auf, derart, daß der elektrische Widerstand zwischen ihrer Oberseite 23 und ihrer Unterseite 25 einen Wert von 0,001 Ohm/cm² aufweist.

Als Ultraschalloszillatoren werden piezokeramische oder magneto striktive Elemente verwendet. Gemäß den Figuren bestehen die Ultraschalloszillatoren aus kreisringförmigen Piezokeramikschei ben 3. Aus diesem Grunde haben die Klebefolien 15 ebenfalls eine kreisringförmige Ausbildung. Die Klebefolien 15 haben vor dem Einsetzen noch keine klebende Wirkung. Die Klebeverbindung der Klebefolien 15 mit dem Stator 1 und mit der Piezokeramikscheibe 3 erfolgt unter Druck und eine Temperatur vorzugsweise von 150 Grad Celsius bei einer Aushärtezeit von 30 Minuten. Nach diesem Vorgang wird erst die feste und elektrisch leitende Verbindung zwischen dem Stator 1 und der Piezokeramikscheibe 3 erzielt. Die kreisringförmig vorgestanzten Klebefolien 15 sind z. B. von einer Trägertrommel abwickelbar und sind zum Verbinden mit dem Stator 1 oder dem Ultraschalloszillator 3 mittels eines Saughebers genau positionierbar. Hierdurch wird auch eine automatische Fertigung des Stators 1 mit der Piezokeramikscheibe 3 ermöglicht. Im ausge härteten Zustand weist die Klebefolie 15 eine Elastizität auf, um den Schwingungen von 40 kHz zu widerstehen.

Der erfindungsgemäße Ultraschallmotor ist also einfach herzu stellen und weist eine gleichmäßige Güte der Klebeschicht zum Verbinden des Stators 1 mit der Piezokeramikscheibe 3 auf, der art, daß zur Erzeugung der Wanderwellen in dem Stator keine stö renden Übertragungsverluste mehr auftreten.

Claims

1. Ultraschallmotor mit einem metallischen Schwingkörper als Stator, mit dem mindestens ein Ultraschalloszillator zur Anregung von Wanderwellen in dem Stator mittels einer Klebe verbindung fest verbunden ist, und mit einem Rotor, der unter Druck in Reibkontakt mit einem Oberflächenbereich des Stators steht, dadurch gekennzeichnet, daß die Klebeverbindung aus einer dünnen, doppelseitig klebenden und elektrisch leitenden Klebefolie (15) besteht, deren eine Seite (17) an dem Ultraschalloszillator (3) und deren andere Seite (19) an dem Stator (1) angeklebt ist.

2. Ultraschallmotor nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß die Klebefolie (15) eine Dicke von 0,10 mm plus/minus 0,02 mm aufweist.

3. Ultraschallmotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge kennzeichnet, daß die Klebefolie (15) aus einer elektrisch leitenden Trägerfolie (21) mit auf deren beiden Seiten (23, 25) dünn aufgetragenen Klebefilmen (27, 29) besteht, in deren Oberflächen (31, 33) sich Erhebungen (35) von in der Trägerfolie (21) angeordneten, elektrisch leiten den Teilchen (37) wie aus Silber oder Gold zur elektrischen Kontaktierung des Stators (1) mit dem Ultraschalloszillator (3) befinden.

4. Ultraschallmotor nach Anspruch 3, dadurch gekenn zeichnet, daß die Trägerfolie (21) eine Beimischung von Gold- und/oder Silberteilchen aufweist, derart, daß der elektrische Widerstand zwischen ihrer Oberseite (23) und ihrer Unterseite (25) einen Wert von 0,001 Ohm/cm² aufweist.

5. Ultraschallmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Ultraschall oszillatoren piezokeramische oder magnetosektive Elemente verwendet werden.

6. Ultraschallmotor nach Anspruch 5, dadurch gekenn zeichnet, daß die Ultraschalloszillatoren aus kreis ringförmigen Piezokeramikscheiben (3) bestehen.

7. Ultraschallmotor nach Anspruch 6, dadurch gekenn zeichnet, daß die Klebefolien (15) kreisringförmig ausgebildet sind.

8. Ultraschallmotor nach Anspruch 7, dadurch gekenn zeichnet, daß die Klebefolie (15) im ausgehärteten Zustand eine Elastizität aufweist, um den Schwingungen von 40 kHz zu widerstehen.

9. Verfahren zum Verbinden der Klebefolien (15) mit dem Stator (1) und der Piezokeramikscheibe (3) für einen Ultraschall motor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch ge kennzeichnet, daß die Verbindung der Klebefolien (15) mit dem Stator (1) und der Piezokeramikscheibe (3) unter Druck und einer Temperatur vorzugsweise von 150 Grad Celsius bei einer Aushärtezeit von 30 Minuten erfolgt.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeich net, daß die kreisringförmig vorgestanzten Klebefolien (15) von einer Trägertrommel abwickelbar und zum Verbinden mit dem Stator (1) oder der Piezokeramikscheibe (3) mittels eines Saughebers positionierbar sind.