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Diese
Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung, die mit einem Ultraschallmotor
und einem Vibrationsdetektorelement versehen ist.
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Als
eine mit einem Ultraschallmotor versehene Vorrichtung ist beispielsweise
eine Linsenantriebsvorrichtung bekannt, die einen Schwingungswellenmotor
(einen Ultraschallmotor) mit einem Stator, einem mit dem Stator
im Reibschluß stehenden Beweger
und einer elektromechanischen Energieumwandlungseinrichtung, die
entweder im Stator oder im Beweger vorgesehen ist und eine fortschreitende
Vibrationswelle erzeugt, verwendet (
offengelegte
japanische Patentanmeldung Nr. 59-107309 , etc.).
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Außerdem ist
als eine mit einem Vibrationsdetektorelement versehene Vorrichtung
beispielsweise eine Kamera bekannt, die ein optisches Korrektursystem
zur Verhinderung einer Bildverwacklung, eine Antriebseinrichtung
zum Antrieb des optischen Korrektursystem und eine Objektgeschwindigkeitsinformations-Erzeugungseinrichtung
(ein Vibrationsdetektorelement) zur Erzeugung der Bewegungsgeschwindigkeitsinformation
eines Objekts als Ausgabe umfasst (
offengelegte
japanische Patentanmeldung Nr. 2-154214 , etc.).
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Weiter
ist aus der
DE 40 42
241 A1 ein Fernrohr bekannt, dessen Bild gegen Zitterbewegungen der
Unterlage stabilisiert ist. Dabei steuert ein mit dem optischen
System verbundener Sensor über
einen elektrischen Verstärker
eine Ausgleichsbewegung der Vorrichtung, die einen Servomotor aufweist, der
diese Ausgleichsbewegungen erzeugt.
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Die
WO 92/12605 A1 betrifft
ein Hörgerät, das erhaltene
herkömmliche
Audiofrequenzen in Ultraschallfrequenzen umwandelt, wobei ein Resonanzfrequenzband
eines Vibrationsdetektorelements nicht mit dem Resonanzfrequenzband
eines Ultraschallwandlers zusammenfällt.
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Beim
Einbau eines Ultraschallmotors und eines Vibrationsdetektorelements
der oben beschriebenen Art in eine eine Bildverwacklung verhindernde Kamera
oder dergleichen tritt beispielsweise ein Problem dahingehend auf,
dass das Vibrationsdetektorelement aufgrund der Schwingung des Ultraschallmotors
in Resonanz gerät
und eine genaue Vibrationsdetektion unmöglich wird.
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Es
ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine mit einem Ultraschallmotor
und einem Vibrationsdetektorelement versehene Vorrichtung zu schaffen,
die eine Detektion durch das Vibrationsdetektorelement genau ausführen kann,
wenn die Vorrichtung mit einem Ultraschallmotor und einem Vibrationsdetektorelement
versehen ist.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine
Antriebsvorrichtung mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst.
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In
der vorliegenden Erfindung sind das Resonanzfrequenz-Band und/oder
der Antriebssteuerungsbereich des Ultraschallmotors und das primäre oder
sekundäre
Resonanzfrequenz-Band und/oder das Halbwertsbreite-Band der primären oder
sekundären
Resonanz des Vibrationsdetektorelements so eingestellt, dass das
Halbwertsbreite-Band der Sekundär-Resonanz
ein getrenntes Band ist, und deshalb der Fall nicht eintreten kann,
in dem das Vibrationsdetektorelement aufgrund der Schwingung des Ultraschallmotors
in Resonanz gerät,
und eine genaue Vibrationsdetektion möglich wird.
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Im
folgenden wird die vorliegende Erfindung anhand einiger Ausführungsformen
beispielhaft und unter Bezugnahme auf die Zeichnungen im Detail
beschrieben. Es zeigen:
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1 einen
Graph mit den Beziehungen der Resonanzcharakteristika einer Ausführungsform
einer mit einem Ultraschallmotor und einem Vibrationsdetektorelement
versehenen Vorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung,
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2 den
Aufbau einer Ausführungsform der
mit einem Ultraschallmotor und einem Vibrationsdetektorelement versehenen
Vorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung,
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3 eine
Schrägansicht
eines in der Vorrichtung der Ausführungsform in 2 verwendeten Ultraschallmotors,
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4 eine
Schrägansicht
eines in der Vorrichtung der Ausführungsform in 2 verwendeten Vibrationsdetektorelements,
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5 eine
fragmentarische Explosionsschrägansicht
eines Motors vom Schwingungstyp einer anderen Ausführungsform,
und
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6 eine
Schrägansicht
des Aufbaus eines piezoelektrischen Keramikzylinders, der in einem
piezoelektrischen Vibrationsgyrometer, einer anderen Ausführungsform
des Vibrationsdetektorelements, verwendet wird.
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2 zeigt
den Aufbau einer Ausführungsform
einer mit einem Ultraschallmotor und einem Vibrationsdetektorelement
versehenen Vorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung. Ein Kamerakörper 1,
ein daran montiertes photographisches Aufnahmeobjektiv 3 und
ein Sucher 2 bilden zusammen ein Kamerasystem. Das photographische
Aufnahmeobjektiv 3 umfaßt eine Fokussierlinse 4,
einen Ultraschallmotor 5 zum Antrieb der Fokussierlinse 4,
ein optisches Korrektursystem 6 zur Kor rektion einer Bildverwacklung,
ein Stellglied 7 zum Antreiben des optischen Korrektursystems 6,
ein Vibrationsdetektorelement 8 zum Detektieren der Vibration
des photographischen Aufnahmeobjektivs 3 und eine Einstellschaltung
zum Einstellen des Antriebssteuerungsbereichs des Ultraschallmotors 5.
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3 ist
eine Schrägansicht,
die den in der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung verwendeten Ultraschallmotor
zeigt. Der Ultraschallmotor 5 umfaßt einen Stator 5a und
einen Rotor 5b. Der Typ des Ultraschallmotors, den die
vorliegende Erfindung betrifft, ist nicht auf den in dieser Ausführungsform
gezeigten kreisförmigen
Ringtyp beschränkt.
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4 ist
eine Schrägansicht,
die das in der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung verwendete Vibrationsdetektorelement
zeigt. Das Vibrationsdetektorelement 8 ist vom sogenanten
piezoelektrischen Vibrationsgyrometer-Typ und ist derart ausgebildet,
daß ein
piezoelektrisches Erregerelement 8a einen Dreikantstab 8c anregt
und die Fluktuation eines zu detektierenden Objekts durch ein piezoelektrisches
Detektorelement 8b unter Ausnützung der Coriolis-Kraft detektiert
wird. Der detaillierte Aufbau des Vibrationsdetektorelements 8 ist
in "Nikkei Electronics", 26. November 1990,
Seiten 183–191
beschrieben und braucht deshalb an dieser Stelle nicht beschrieben
werden. Der Typ von Vibrationsdetektorelement, den die vorliegende
Erfindung betrifft, ist nicht auf den in dieser Ausführungsform
gezeigten piezoelektrischen Vibrationsgyrometer-Typ beschränkt.
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1 ist
ein Graph, der die Beziehungen der Resonanzcharakteristika einer
Ausführungsform
der mit einem Ultraschallmotor und einem Vibrationsdetektorelement
versehenen Ausführungsform
der Vorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung darstellt.
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In 1 stellt
die Abszisse die Frequenz und die Ordinate den Absolutwert der Vibrationsamplitude
des Ultraschallmotors 5 sowie des Vibrationsdetektorelements 8 dar.
Die jeweiligen Symbole im Graph von 1 haben
die folgende Bedeutung:
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- L1:
- die
Primär-(Grundschwingungsmoden-)Resonanzcharakteristik
des Vibrationsdetektorelements 8
- L2:
- die
Resonanzcharakteristik des Ultraschallmotors 5
- L3:
- die
Sekundär-Resonanzcharakteristik
des Vibrationsdetektorelements 8
- f1:
- die
Primär-(Grundschwingungsmoden-)Resonanzfrequenz
des Vibrationsdetektorelements 8
- f2:
- die
Sekundär-Resonanzfrequenz
des Ultraschallmotors 5
- f3:
- die
Sekundär-Resonanzfrequenz
des Vibrationsdetektorelements 8
- Δf1:
- das
Halbwertsbreite-Band (X3/X1 = 1/2) der Primär-(Grundschwingungsmoden-)Resonanz des
Vibrationsdetektorelements 8
- Δf2:
- der
Frequenzsteuerungsbereich des Ultraschallmotors 5
- Δf3:
- das
Halbwertsbreite-Band (X4/X2 = 1/2) der Sekundär-Resonanz des Vibrationsdetektorelements 8
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Beim
Einbau des Ultraschallmotors 5 und des Vibrationsdetektorelements 8 in
eine Vorrichtung sind diese Größen vorzugsweise
entsprechend wenigstens einer der folgenden Bedingungen einzustellen,
um zu verhindern, daß das
Vibrationsdetek torelement 8 aufgrund der Vibration des
Ultraschallmotors 5 in Resonanz gerät.
- (1)
Trennung der Resonanzfrequenz f2 des Ultraschallmotors 5 von
der Primär-(Grundschwingungsmoden-)Resonanzfrequenz
f1 des Vibrationsdetektorelements 8;
- (2) Trennung des Frequenzsteuerungsbereichs Δf2 des Ultraschallmotors 5 von
der Primär-(Grundschwingungsmoden-)Resonanzfrequenz
f1 des Vibrationsdetektorelements 8;
- (3) Trennung des Frequenzsteuerungsbereichs Δf2 des Ultraschallmotors 5 von
dem Halbwertsbreite-Band Δf1
der Primär-(Grundschwingungsmoden-)Resonanz
des Vibrationsdetektorelements 8;
- (4) Trennung der Resonanzfrequenz f2 des Ultraschallmotors 5 von
der Sekundär-Resonanzfrequenz
f3 des Vibrationsdetektorelements 8;
- (5) Trennung des Frequenzsteuerungsbereichs Δf2 des Ultraschallmotors 5 von
der Sekundär-Resonanzfrequenz
f3 des Vibrationsdetektorelements 8; und
- (6) Trennung des Frequenzsteuerungsbereichs Δf2 des Ultraschallmotors 5 von
dem Halbwertsbreite-Band Δf3
der Sekundär-Resonanz
des Vibrationsdetektorelements 8.
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Eine
derartige Einstellung wird durch Justieren der Einstellschaltung 9 in 2 durchgeführt. Wenn
das photographische Aufnahmeobjektiv 3 ein Wechselobjektiv
ist und das Vibrationsdetektorelement 8 auf der Seite des
Kamerakörpers 1 vorgesehen
ist, kann die Justierung durch die Einstellschaltung 9 automatisch
oder manuell durchgeführt
werden, jedes Mal, wenn ein anderes photographisches Aufnahmeobjek tiv 3 an
dem Kamerakörper 1 montiert
wird. Ebenso kann die Justierung eine Festeinstellung sein, die
im Konstruktionsstadium gewählt wird.
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Obwohl
die obige Ausführungsform
unter Bezugnahme auf ein Beispiel beschrieben wurde, indem die Resonanzfrequenz
f2 und der Frequenzsteuerungsbereich Δf2 des Ultraschallmotors 5 auf zur
Primär-
oder Sekundär-Resonanzfrequenz
f1 und zum Halbwertsbreite-Band Δf1
der Primär-
oder Sekundär-Resonanz
des Vibrationsdetektorelements 8 getrennte Bänder eingestellt
sind, können
alternativ die Resonanzfrequenz f2 des Ultraschallmotors 5 auf ein
zum Halbwertsbreite-Band Δf1
der Primär-
oder Sekundär-Resonanz
des Vibrationsdetektorelements diskretes Band oder der Frequenzsteuerungsbereich Δf2 des Ultraschallmotors
auf ein zur Primär-
oder Sekundär-Resonanzfrequenz
f1 des Vibrationsdetektorelements 8 getrenntes Band eingestellt
werden. Es können
ebenfalls einige Justierungen auf der Seite des Vibrationsdetektorelements 8 durchgeführt werden,
wobei der Ultraschallmotor 5 als Referenz dient.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird, wie oben beschrieben, die Konstruktion so ausgeführt, dass
das Resonanzfrequenz-Band und/oder der Frequenzsteuerungsbereich
des Ultraschallmotors nicht mit dem Primär- oder Sekundär-Resonanzfrequenz-Band
und/oder dem Halbwertbreite-Band der Resonanz des Vibrationsdetektorelements
zusammenfällt,
was zu dem Effekt führt,
dass das Vibrationsdetektorelement aufgrund der Schwingung des Ultraschallmotors
nicht in Resonanz gerät,
und eine genaue Vibrationsdetektion möglich wird.
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Außerdem wird
für die
Vorrichtung, bei der der Ultraschallmotor die Fokussierlinse antreibt
und das Vibrationsdetektorelement die Vibration des photographischen
Aufnahmeobjek tivs detektiert, eine genaue Verhinderung der Vibration
möglich.
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5 ist
eine Explosionsschrägansicht
einer Ausführungsform
eines Motors vom Schwingungstyp.
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In 5 wird
von einem aus einer Vielzahl piezoelektrischer Elemente als mechanisch-elektrischem
Energieumwandlungselement, das aus PZT oder dergleichen besteht,
abgesehen. An seiner Stelle wird eine Isolierscheibe 131 als
Isolierelement zwischen einen elektrisch leitenden Bolzen 105 und
einen Block 103 eingesetzt, um einen oberen Metallblock 101 und
den unteren Metallblock 103 voneinander elektrisch zu isolieren.
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In 5 bezeichnet
das Bezugszeichen 101 einen elektrisch leitenden oberen
Metallblock, der mittig verjüngt
ist und in seinem Zentrum eine Gewindebohrung 101A aufweist,
in die ein Gewindeabschnitt 105A des elektrisch leitenden
Bolzens 105 über
ein Gewinde eingreift. Ein Gleitabschnitt 101E der an einem
Gleitabschnitt eines Rotors unter Druck anliegt, ist auf der oberen
Fläche
des oberen Metallblocks 101 vorgesehen.
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Das
Bezugszeichen 103 bezeichnet einen elektrisch leitenden
unteren Metallblock mit zwei Bohrungen 103A und 103B von
verschiedenen Durchmessern. Die Durchmesser dieser Bohrungen 103A und 103B sind
größer als
die Durchmesser des Basisabschnitts 105B bzw. des Mittelabschnitts 105C des
Bolzens 105, so daß der
Block 103 und der Bolzen 105 nicht in Kontakt
miteinander treten können.
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Der
Bolzen 105 umfaßt
die zuvor genannten Abschnitte 105A, 105B und 105C und
hat die in 5 gezeigte Form, die an ihrem
Endabschnitt einen Gewindeabschnitt 105D aufweist, der über das Gewinde
in eine Mutter (nicht gezeigt) eingreift.
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Die
Bezugszeichen 107 bis 113 bezeichnen hohle kreisförmige piezoelektrische
Elemente als elektromechanische Energieumwandlungselemente, die
beispielsweise aus PZT bestehen. Die piezoelektrischen Elemente 107 und 109 bilden
Phase A Elemente und die piezoelektrischen Elemente 111 und 113 bilden
Phase B Elemente. In der vorliegenden Ausführungsform sind Phase A und
Phase B jeweils aus zwei piezoelektrischen Elementen gebildet, alternativ
kann jede Phase allerdings aus einem einzelnen piezoelektrischen
Element gebildet werden.
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Der
Durchmesser des hohlen Abschnitts eines jeden Piezoelements 107 bis 113 ist
größer als der
Außendurchmesser
des Mittelabschnitts 105C des Bolzens 105. Jedes
Element ist, wie in 5 gezeigt, auf den den Mittellinien
gegenüberliegenden Seiten
mit einer Polarisationsrichtung in Richtung der Dicke polarisiert.
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Das
Bezugszeichen 115 bezeichnet einen Sensor, der durch ein
piezoelektrisches Element als mechanisch elektrisches Energieumwandlungselement
zum Detektieren des Schwingungszustands der einen Ultraschallvibrator
darstellenden Metallblöcke 101 und 103 gebildet
ist. Der Durchmesser des hohlen Abschnitts des Sensors 115 ist
ebenfalls größer als
der Außendurchmesser
des Mittelabschnitts 105C des Bolzens 105, so
daß der
Sensor 115 nicht in Kontakt mit dem Bolzen 105 tritt.
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Die
Bezugszeichen 119, 121 und 123 bezeichnen
Elektroden zum Zuführen
einer Wechselspannung von beispielsweise 20 kHz aus einer Spannungsquelle 143 zu
den piezoelektrischen Elementen 107 und 109. Die
Bezugszeichen 123, 125 und 127 bezeichnen
Elektroden zum Zuführen
einer Wechselspannung von ungefähr
20 kHz aus einer Spannungsquelle 145, zu den piezoelektrischen
Elementen 111 und 113, wobei die zugeführte Spannung eine
Phasendifferenz gegenüber
der von der Spannungsquelle 143 zugeführten Wechselspannung aufweist.
Eine Erdungselek trode 123 ist durch den Mittelabschnitt 105C des
Bolzens 105 mit einer Erdungselektrode 127 elektrisch
verbunden.
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Die
Bezugszeichen 127 und 129 bezeichnen Elektroden,
die ein der Schwingung der Metallblöcke 101 und 103 als
Schwingungselemente entsprechendes, elektrisches Signal aus dem
Sensor 115 an Ausgabeanschlüsse 127A bzw. 129A ausgeben.
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Die
Ausgabeanschlüsse 127A und 129A übertragen
das Ausgangssignal des Sensors 115 auf eine nicht gezeigte
Vibratorsteuerschaltung.
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Das
Bezugszeichen 131 bezeichnet eine Isolierscheibe, die als
Isolierelement zwischen der oberen Fläche 105E des elektrisch
leitenden Bolzens 105 und der unteren Fläche des
unteren Metallblocks 103 vorgesehen ist, um zu verhindern,
daß der
untere Metallblock 103 und der obere Metallblock 101 durch
den Bolzen 105 kurzgeschlossen werden, d. h. dasselbe Potential
annehmen. Die Isolierscheibe 131 weist eine Öffnung auf,
deren Durchmesser größer als
der Durchmesser des Mittelabschnitts 105C des Bolzens 105 ist.
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Im
folgenden wird der Betrieb des Motors vom Schwingungstyp gemäß dem oben
beschriebenen Aufbau beschrieben.
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Wenn
durch die Elektroden 119 bis 127 eine Wechselspannung
von den Spannungsquellen 143 und 145 an die piezoelektrischen
Elemente 107 bis 113 für die Phase A und die Phase
B angelegt werden, werden in den zwei Phasen Schwingungen der Vibratoren 101 und 103 durch
die in den piezoelektrischen Elementen 107 bis 113 erzeugten
Schwingungen generiert, und da diese Schwingungen aufgrund einer
Phasendifferenz zwischen den entsprechenden Wechselspannungen eine
vorbestimmte Phasendifferenz in der Zeit zwischen den Schwingungen
aufweisen, wird eine Rotationsbewegung der Oberflächen der
Vibratoren 101 und 103 erzeugt. Deshalb führt ein
Rotor (nicht gezeigt), der in Druckkontakt mit dem den Vibrator
bildenden Metallblock 101 steht, Rotationsbewegungen aus.
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Im
folgenden wird das Ausgangssignal des Sensors 115 beschrieben.
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Der
Metallblock 101, der in Kontakt mit der Erdungselektrode 119 steht,
nimmt Erdpotential an. Aufgrund der Isolierscheibe 131 nimmt
der untere Metallblock 103 nicht das Erdpotential, das
dem Potential der Elektrode 119 entspricht, an. Deshalb
ist die in Kontakt mit dem unteren Metallblock 103 stehende
Elektrode 129 nicht auf Erdpotential.
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Demgemäß wird ein
elektrisches Ausgangssignal von dem Sensor 115, das dem
Schwingungszustand des Vibrators 101, 103 entspricht, über die Elektroden 127 und 129 von
den Ausgangsanschlüssen 127A und 129A ausgegeben.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung werden, wie oben beschrieben, die Potentiale des oberen
und des unteren Metallblocks durch die Isolierscheibe 131 auf
verschiedene Werte gebracht. Deshalb kann der Vibrationszustand
des Vibrators des Motors vom Vibrations-Typ detektiert werden, sogar
wenn nur ein Sensor 115 verwendet wird.
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Der
in
5 gezeigte Ultraschallmotor selbst ist beispielsweise
aus der
US-A-5 231 325 , etc.
bekannt.
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6 ist
eine Schrägansicht,
die den Aufbau eines piezoelektrischen Keramikzylinders zeigt, der in
einem piezoelektrischen Vibrationsgyrometer, einer anderen Ausführungsform
des Vibrationsdetektorelements, verwendet wird.
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Um
ein piezoelektrisches Gyrometer zu schaffen, in dem eine Einwirkung
von Biegeschwingungen in rechtwinklige Richtungen verringert ist
und vielmehr die Art der Einwirkung symmetrisch bezüglich jeder
Schwingungsrichtung ist und die Ein wirkung der Charakteristik des
piezoelektrischen Vibrationsgyrometers gering ist, ist in einem
piezoelektrischen Vibrationsgyrometer, in dem eine gürtelförmige Elektrode 231 auf
der äußeren Umfangsfläche des
piezoelektrischen Keramikzylinders 220 parallel in Längsrichtung
gebildet ist und in dem ein Polarisierungsprozeß durch Verwendung dieser gürtelförmigen Elektrode 231 bewirkt
und der Antrieb und die Detektion unter Ausnützung der Biegeschwingungsmode
durch den piezoelektrischen Effekt des piezoelektrischen Keramikzylinders
bewirkt werden, der piezoelektrische Keramikzylinder 220 an
dem Knotenpunkt der Biegeschwingung desselben durch einen gürtelförmigen Ring 230,
der aus Fasern, wie Gewebe oder ungewobenem Material, oder aus einem
geschäumten
Material, wie geschäumtem
Styrol oder einem Schwamm, gebildet ist, gehaltert und befestigt.
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Der
in
6 gezeigte Aufbau selbst ist ebenfalls bekannt,
beispielsweise aus der offengelegten
japanischen
Gebrauchsmusteranmeldung Nr. 5-2016 , etc.