DE69026130T2

DE69026130T2 - Ultraschallmotor mit stehender Welle

Info

Publication number: DE69026130T2
Application number: DE69026130T
Authority: DE
Inventors: Masao C O Seiko Instrum Kasuga; Hiroshi C O Seiko Ins Kitamura; Nobuo C O Seiko Instru Tsukada
Original assignee: Seiko Instruments Inc
Current assignee: Seiko Instruments Inc
Priority date: 1989-04-28
Filing date: 1990-04-19
Publication date: 1996-08-14
Anticipated expiration: 2010-04-20
Also published as: JP2764123B2; JPH02287281A; EP0395298A3; DE69026130D1; US5079470A; EP0395298A2; EP0395298B1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Ultraschalimotor, welcher eine Antriebskraft unter Verwendung der piezoelektrischen Wirkung oder der elektrostriktiven Wirkung eines piezoelektrischen Elements oder eines elektrostriktiven Elements erzeugt. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf einen Ultraschallmotor, welcher stehende Wellen verwendet, sowie auf einen elektronischen Zeitmesser des Analogtyps, welcher den Ultraschallmotor verwendet.
Es ist ein Ultraschallmotor des Typs mit stehender Welle bekannt, welcher einen Langevin-Oszillator als eine Antriebsquelle verwendet. Ein derartiger Motor ist in dem US- Patent Nr. 4 019 037 offenbart. Ein Wanderwellenmotor ist ebenso bekannt, welcher eine an einem Stator erzeugte Wanderwelle zum Antreiben eines an dem Stator vorgesehenen Rotors verwendet.
Ein derartiger Wanderwellenmotor ist in dem US-Patent Nr. 4 513 219 von Katsuma et al., dem US-Patent Nr. 4 562 374 von Sashida und der europäischen Patentanmeldung 169 297 von Tokushima offenbart. Katsuma et al. und Sashida offenbaren einen Wanderwellenmotor, welcher ein piezoelektrisches Element des Ringtyps verwendet. Dieser Typ eines Wanderwellenmotors besteht im wesentlichen aus einem ringartigen Schwingungselement und einem daran vorgesehenen bewegbaren Element. Das Prinzip eines bekannten Ultraschallmotors des Wellentyps ist diagrammartig in Fig. 2 gezeigt, worin ein Schwingungselement 1 ein ringförmiges piezoelektrisches Element darauf aufweist. Das Schwingungselement 1 ist an einer Basis (nicht gezeigt) durch ein Tragemittel (nicht gezeigt) festgelegt. An dem piezoelektrischen Element des Ringtyps ist zwischen zwei Elektrodengruppen ein Zwischenraum mit der Länge der Hälfte des Bogens einer Elektrode vorgesehen. Eine Wanderwelle wird durch Anlegen von Wechselstromsignalen an die beiden Gruppen erzeugt, welche eine Phasendifferenz von 90º aufweisen.
Ein Druckregulierelement ist an einer zentralen Welle vorgesehen zum Einrichten eines geeigneten Kontaktdrucks zwischen dem Schwingungselement und dem bewegbaren Element, um die Wanderwellenkomponente effizient auf das bewegbare Element zu übertragen. Das Schwingungselement ist an zwei kreisartigen Vorsprüngen, die an einer Basis gebildet sind, getragen und festgelegt. Das scheibenförmige piezoelektrische Element besteht aus einer Mehrzahl von Teilen, welche derart zwischengelagert sind, daß das piezoelektrische Element sich um eine halbe Bogenlänge verschiebt, wobei das piezoelektrische Element eine gerade Anzahl an Elektroden in Umfangsrichtung aufweist, so daß jede Elektrode die gleiche Bogenlänge aufweist.
Andere bekannte Konstruktionen sind beispielsweise in den offengelegten japanischen Patentanmeldungen Nrn. 148682/1983, 183981/1985, 207466/1985 und 207069/1985 und in "Ultrasonic Motor Utilizing Standing Waves of Bent Ring", Treatise of the Japanese Association of Acoustics, Tomikawa et al., Yamagata University, März 1988 offenbart worden.
Ein ringförmiges Schwingungselement kann eine Mehrzahl von Vorsprüngen an einer Seite aufweisen. Ein piezoelektrisches Element wird an der anderen Seite des Schwingungselements angebracht. Wenn eine Hochfrequenzspannung an das piezoelektrische Element angelegt wird, dann schwingt das Schwingungselement derart, daß der Schwingungsknoten am Boden der Vorsprünge des Schwingungselements zu liegen kommt. Daher erhebt sich eine von zwei Spitzen eines Vorsprungs höher als die andere Spitze.
Ein bewegbares Element berührt die Vorsprünge des Schwingungselements mit einem geeigneten Kontaktdruck. Das Schwingungselement verformt sich zum Drehen des bewegbaren Elements. Dieser Typ eines Ultraschallmotors kann das bewegbare Element nur in einer Richtung drehen.
In dem Falle eines Ultraschallmotors des Wanderwellentyps, welcher in Fig. 2 beruhend auf dem vorangehend erwähnten Ultraschallmotoraufbau gezeigt ist, sind zwei Hochfrequenzspannungen verschiedener Phasen erforderlich, um sich in dem Schwingungselement 1 auszubreitende Wellen zu erzeugen. Für diesen Zweck sind zwei Verstärkerschaltungen erforderlich sowie zwei Antriebsschaltungen, wodurch es schwierig wird, die Vorrichtung mit kleiner Größe herzustellen, da die Vorrichtung ebenso die Steuerschaltungen umfassen muß. Ferner wird, da das Schwingungselement 1 an den Wellenfrontabschnitten, welche die größten vertikalen Amplitudenkomponenten aufweisen, immer in Kontakt mit dem bewegbaren Element 6 kommt, die Vorrichtung leicht durch eine Änderung des Drucks zwischen dem Schwingungselement 1 und dem bewegbaren Element 6 beeinträchtigt.
Darüber hinaus besteht im Falle des Ultraschallmotors des Typs mit stehender Welle, welcher in Fig. 3 gezeigt ist, der Vorteil, daß an den Knotenpunkten der stehenden Wellen, welche in dem Schwingungselement 1 und dem piezoelektrischen Element 2 erzeugt werden, ein Halt erhalten wird. Die Bewegung wird jedoch nur in einer Richtung erhalten. Selbst in dem Falle des Schwingungselements 1 des Ringtyps, welches in Fig. 3 gezeigt ist, wird keine Antriebskraft sowohl in Vorwärtsrichtung als auch in Rückwärtsrichtung erhalten.
Die japanischen Patentveröffentlichungen Nrn. 183981/1985, 207466/1985 und 207469/1985 offenbaren Ultraschallmotoren des Typs mit stehender Welle ohne, jedoch mit Klarstellung der Positionen der Vorsprünge 1a, welche an den Kontaktabschnitten des Schwingungselements 1 und des bewegbaren Elements 6 vorgesehen sind. Darüber hinaus werden keine stabilen Motorcharakteristiken erhalten, und die Antriebskraft wird nicht in der Vorwärts- und in der Rückwärtsrichtung erhalten.
Der Artikel Japanese Journal of Applied Physics, Ausgabe 28, März 1989, Supplement 28-1, Seiten 3-6, S. UEHA: "Present state of the art of ultrasonic motors" zeigt in Fig. 2 einen Ultraschallmotor mit stehender Welle, welcher mit Vorsprüngen versehen ist und welcher in einer einzigen Richtung angetrieben werden kann.
Die Fig. 20 ist eine Vertikalschnittansicht, welche einen bekannten elektronischen Zeitmesser des Analogtyps zeigt.
Ein Stator 53 ist auf einer oberen Oberfläche einer Hauptplatte 40 angeordnet, und ein Spulenkörper 52, welcher in Kontakt mit der oberen Oberfläche des Stators 53 ist, ist durch Schrauben an diesem festgelegt. Eine Spule aus Draht 51 ist auf den Spulenkörper 52 gewickelt und ist mit einer Antriebssteuerschaltung, welche nicht gezeigt ist, verbunden.
Ein Rotor 54 ist in einem Rotorloch 53a des Stators 53 angebracht, und eine Drehung des Rotors 54 wird auf ein fünftes Rad 55, ein viertes Rad 44, ein drittes Rad 43, ein Minutenrad 42, ein weiteres Minutenrad, welches nicht gezeigt ist, und auf ein Stundenrad 45 übertragen.
Wenn eine vorgegebene Spannung an die Spule 51 mit einem vorbestimmten Zyklus angelegt wird, dann wird der Rotor 54 durch die magnetische Kraft des Stators 53 gedreht, so daß ein an dem Stundenrad 45 angebrachter Stundenzeiger 32 die Stunden anzeigt, ein an dem Minutenrad angebrachter Minutenzeiger 33 die Minuten anzeigt und ein an dem vierten Rad angebrachter Sekundenzeiger 34 die Sekunden anzeigt.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Ultraschallmotor des Typs mit stehender Welle vorgesehen, umfassend: ein Schwingungselement mit Vorsprüngen, welche mit einem bewegbaren Element in Antriebsübertragungskontakt stehen, Tragemittel zum Tragen des Schwingungselements, ein piezoelektrisches oder elektrostriktives Element mit einer Mehrzahl von Elektrodenmustern, welche zum Erzeugen einer flexiblen stehenden Welle in dem Schwingungselement eingerichtet sind, und Verbindungsmittel zur elektrischen Verbindung von alternierenden Elektrodenmustern zum Bilden zweier Elektrodenmustergruppen, wobei die Elektrodenmuster in Mehrfachen von 4 angeordnet sind, in im wesentlichen gleichem Abstand zueinander angeordnet sind und derart polarisiert sind, daß die Polarisationsrichtung bei jedem Paar zweier benachbarter Elektrodenmuster alternierend umgekehrt ist. Die Vorsprünge sind an jeder zweiten Grenze der Elektrodenmuster derart angeordnet, daß sie an jeder zweiten der Zwischenpositionen zwischen den Schleifen und Knoten der flexiblen stehenden Welle erscheinen.
Ein Ultraschallmotor mit stehender Welle gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist in der GB-A-2 196 190 offenbart.
Die Tragemittel können einen Knotenabschnitt oder Abschnitte des Schwingungselements tragen.
Das Schwingungselement und das piezoelektrische, elektrostriktive Element können eine einheitliche Struktur bilden.
Die Tragemittel können aus einem elektrischen leitfähigen Material hergestellt sein.
Das Schwingungselement kann als eine Scheibe oder als ein Ring geformt sein.
Das Schwingungselement kann eine Mehrzahl von Vorsprüngen in der radialen Richtung aufweisen.
Die Vorsprünge können die gleiche Höhe oder verschiedene Höhen aufweisen.
Es können zwei piezoelektrische oder elektrostriktive Elemente vorhanden sein, von welchen jedes mit einer der Gruppen von Elektrodenmustern versehen ist, wobei die piezoelektrischen Elemente oder elektrostriktiven Elemente derart angeordnet sind, daß die Grenze von jedem Abschnitt von einem piezoelektrischen Element oder elektrostriktiven Element nahe der Mitte desjenigen des anderen angeordnet ist und daß die Vorsprünge auf den Grenzen der Abschnitte von einem der piezoelektrischen Elemente oder elektrostriktiven Elemente angeordnet sind.
Die Erfindung umfaßt ferner einen elektrischen Zeitmesser des Analogtyps, welcher mit einem Motor, wie er vorangehend angegeben ist, ausgestattet ist.
Die vorliegende Erfindung ermöglicht, daß ein Ultraschallmotor mit hohem Leistungsvermögen mit einem einfachen Aufbau, mit kleiner Größe trotz des Einschlusses einer Steuerschaltung hergestellt werden kann, welcher sowohl in der Vorwärts- als auch in der Rückwärtsrichtung angetrieben werden kann. Der Motor kann ferner ein stabilisiertes Leistungsvermögen und eine verbesserte Effizienz aufweisen.
In einer Ausführungsform ist das piezoelektrische Element oder das elektrostriktive Element in geeigneter Weise in Segmente unterteilt, oder Elektrodenmuster sind vorgesehen, so daß homogene stehende Wellen erzeugt werden, und Vorsprünge sind einfach nahe an jeder zweiten Zwischenposition der Schleifen und der Knoten der stehenden Wellen vorgesehen. Eine Hochfrequenzspannung kann an das piezoelektrische Element oder das elektrostriktive Element angelegt werden, und diese kann geschaltet werden, um zu verursachen, daß die Positionsbeziehung der Schleifen und der Knoten der stehenden Wellen sich um 90º in ihrer Phase unterscheiden. Dies ermöglicht, daß das bewegbare Element ebenso in der Rückwärtsrichtung angetrieben wird. Ferner ist es, da die Vorsprünge zum Antreiben des bewegbaren Elements im wesentlichen in Mittenpositionen zwischen den Schleifen und den Knoten der stehenden Wellen vorgesehen sind, offensichtlich, daß ein stabiles Motorleistungsvermögen selbst bei einer Änderung des Drucks zwischen dem Schwingungselement und dem bewegbaren Element erhalten wird, oder selbst bei einer Variation der Kontaktbereiche derselben, im Vergleich mit demjenigen eines Wanderwellenultraschallmotors, bei welchem das Schwingungselement an den Positionen der Schleifen immer in Kontakt mit dem bewegbaren Element ist.
Bei einem analogen Zeitmesser, welcher den Ultraschallmotor des Typs mit stehender Welle verwendet, kann eine vorbestimmte zyklische Spannung an das piezoelektrische Element von einer Antriebssteuerschaltung angelegt werden, so daß das Schwingungselement verformt wird und das bewegbare Element mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit gedreht wird. Das bewegbare Element dreht die Uhrräder mit vorbestimmten Geschwindigkeiten. Somit können Zeitdaten durch Anbringen von Zeigern direkt an das bewegbare Element oder an die Räder angezeigt werden.
Die Erfindung ist, lediglich anhand von Beispielen, in den beiliegenden Zeichnungen dargestellt, in welchen
Fig. 1(a) und 1(b) eine Schnittansicht bzw. eine Rückdraufsicht eines Schwingungselements eines Ultraschallmotors des Typs mit stehender Welle gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind,
Fig. 2 ein Diagramm ist, welches das Prinzip eines bekannten Wanderwellenultraschallmotors darstellt;
Fig. 3 ein Diagramm ist, welches das Prinzip eines bekannten Ultraschallmotors des Typs mit stehender Welle darstellt;
Fig. 4 ein Diagramm ist, welches ein Schwingungselement einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
Fig. 5 ein Diagramm ist, welches im Querschnitt das Schwingungselement der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und die Verdrahtung desselben zeigt;
Fig. 6(a) und (b) Diagramme sind, welche das Verformungsprinzip des Schwingungselements der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen;
Fig. 7 ein Diagramm von Elektrodenmustern eines piezoelektrischen Elements ist, welches in der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird;
Fig. 8(a) und 8(b) eine Frontdraufsicht bzw. eine Schnittansicht eines Schwingungselements einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind;
Fig. 9(a) und 9(b) eine Frontdraufsicht bzw. eine Schnittansicht eines Schwingungselements einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind;
Fig. 10(a) und 10(b) eine Frontdraufsicht bzw. eine Schnittansicht eines Schwingungselements einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind;
Fig. 11 ein Diagramm ist, welches im Querschnitt das Schwingungselement der fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und dessen Verdrahtung darstellt;
Fig. 12 ein Diagramm ist, welches das Verformungsprinzip des Schwingungselements der fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
Fig. 13 eine Schnittansicht eines Ultraschallmotors des Typs mit stehender Welle gemäß der vorliegenden Erfindung ist,
Fig. 14(a) und 14(b) eine Schnittansicht bzw. eine Rückdraufsicht eines Schwingungselements einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind;
Fig. 15(a) und 15(b) eine Frontdraufsicht bzw. eine Schnittansicht eines Schwingungselements einer siebten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind;
Fig. 16(a) und 16(b) eine Frontdraufsicht bzw. eine Schnittansicht eines Schwingungselements eines Ultraschallmotors des Lineartyps gemäß einer achten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sowie von dessen Verdrahtung sind,
Fig. 17(a), 17(b) und 17(c) eine Frontdraufsicht, eine Schnittansicht und eine Ansicht von links eines Schwingungselements einer neunten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sowie von dessen Verdrahtung sind;
Fig. 18 eine Vertikalschnittansicht eines analogen elektronischen Zeitmessers mit drei Zeigern ist, welcher den Ultraschallmotor des Typs mit stehender Welle der vorliegenden Erfindung verwendet;
Fig. 19 eine Vertikalschnittansicht eines analogen elektronischen Zeitmessers mit zwei Zeigern ist, welcher den Ultraschallmotor des Typs mit stehender Welle der vorliegenden Erfindung verwendet; und
Fig. 20 eine Vertikalschnittansicht ist, welche einen bekannten analogen elektronischen Zeitmesser zeigt.
Ausdrücke wie "links" und "rechts", wie sie hier verwendet werden, sind derart zu verstehen, daß sie sich auf Richtungen beziehen, wie sie in den beiliegenden Zeichnungen zu sehen sind.
Die Figur 1 ist ein Diagramm eines Schwingungselements eines Ultraschallmotors des Typs mit stehender Welle gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, worin (a) eine Schnittansicht ist und (b) eine Rückdraufsicht ist. Um gemäß dieser Ausführungsform stehende Wellen anzuregen, ist ein piezoelektrisches Element 2 an einer Oberfläche eines scheibenartigen Schwingungselements 1 angebracht und daran anhaftend festgelegt und kann beispielsweise mit diesem durch Mittel, welche einen dünnen Film bilden, verbunden werden. Als ein Ergebnis daraus wird die Expansions-Kontraktions-Bewegung in der Umfangsrichtung des piezoelektrischen Elements 2 in eine Biegebewegung umgewandelt, wobei das Schwingungselement 1 und das piezoelektrische Element 2 als eine einheitliche Struktur wirken.
Das piezoelektrische Element 2 ist in zwölf Segmente in der Umfangsrichtung unterteilt, und ein Elektrodenmuster 2a ist auf jedem zweiten Segment gebildet, um die in Fig. 1(b) gezeigte Polarisation zu bewirken, um drei Wellen in der Umfangsrichtung anzuregen. In Fig. 1(b) bezeichnen die Zeichen (+) und (-) die Polarisationsrichtungen, d.h. (+) bezeichnet die Polarisation, wenn ein positives elektrisches Feld an die Seite angelegt wird, an welcher das piezoelektrische Element 2 mit dem Schwingungselement 1 verbunden ist, und (-) bezeichnet die Polarisation, wenn ein negatives elektrisches Feld an diese angelegt wird.
Das piezoelektrische Element 2 kann entweder von dem Typ sein, der durch Bilden von Elektrodenmustern 2a, die in zwölf Segmente unterteilt sind, auf einer Scheibe erhalten wird, oder kann von dem Typ sein, welcher durch Anordnen von zwölfflügelförmigen piezoelektrischen Elementen auf einer Scheibe erhalten wird.
Ein Vorsprung la ist auf jedem der Elektrodenmuster 2a gebildet, und das letztere ist durch einen Leitungsdraht 3 zum Empfang einer Hochfrequenzspannung von einer Erzeugungseinheit für eine zyklische Spannung mit dieser verbunden, um einen Ultraschallmotor des Typs mit stehender Welle zu bilden. Ferner sind die gleichen Muster wie die Elektrodenmuster 2a an den Abschnitten des piezoelektrischen Elements 2 gebildet, die nicht schraffiert sind, und sind elektrisch miteinander verbunden, und die Anlegung der zyklischen Spannung an diese wird durch Schaltmittel (nicht gezeigt) umgeschaltet, um den Motor in der Rückwärtsrichtung anzutreiben. Das Antriebsprinzip wird später beschrieben.
Das Schwingungselement 1 ist aus einem elastischen Material hergestellt, wie z.B. einer Aluminiumlegierung, rostfreiem Stahl, Messing oder einem derartigen Material, und die Vorsprünge 1a können als eine einheitliche Struktur oder separat ausgebildet sein. Die Positionen zum Vorsehen der Vorsprünge 1a in der radialen Richtung des Schwingungselements werden durch die Mode bestimmt, in welcher das Schwingungselement in der radialen Richtung zur Schwingung angeregt wird. Im Falle der sekundären Mode sollten die Vorsprünge an den Positionen einer maximalen Verschiebung des inneren Umfangsabschnitts angeordnet sein, und im Falle der primären Mode sollten die Vorsprünge an der Innenseite anstelle der Positionen der maximalen Verschiebung des äußeren umfangsabschnitts angeordnet sein, um gute Motorcharakteristiken zu erhalten.
Die Fig. 4 stellt ein Schwingungselement einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar, und die Fig. 5 und 6 erklären das Betriebsprinzip der zweiten Ausführungsform.
In Fig. 4 ist das scheibenartige piezoelektrische Element 2 gleichmäßig in acht Segmente unterteilt, wobei die separaten Segmente der Reihe nach durch a1, b1, a2, --- b4 bezeichnet sind und wie gezeigt polarisiert sind, wobei das piezoelektrische Element mit einem Schwingungselement 1 verbunden ist, das nicht gezeigt ist. Zum Vereinfachen der Erklärung sind darüber hinaus die Grenzen der separaten Segmente durch , , --- der Reihe nach bezeichnet und Vorsprünge 1a sind an , , und vorgesehen. In dieser Ausführungsform werden zwei Wellen in der umfangsrichtung angeregt.
Die Fig. 5 ist ein Diagramm, welches im Querschnitt die zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und die Verdrahtung derselben zeigt.
Ein Leitungsdraht 3a verbindet die somit getrennten piezoelektrischen Elemente a1, a2, a3, a4 miteinander, und ein Leitungsdraht 3b verbindet die piezoelektrischen Elemente b1, b2, b3, b4 miteinander. Eine zyklische Spannung wird von einer Erzeugereinheit für eine zyklische Spannung an den Leitungsdraht 3a oder an den Leitungsdraht 3b durch Schaltmittel (nicht gezeigt) angelegt, so daß die angeregten stehenden Wellen in dem Schwingungselement 1 Phasen aufweisen, die sich um 90º unterscheiden, wodurch es ermöglicht wird, die Antriebsrichtung eines Bewegungselements (nicht gezeigt) umzuschalten.
Die Fig. 6 ist ein Diagramm, welches die Verformung des Schwingungselements der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt, worin (a) den Fall zeigt, in dem die zyklische Spannung an den Leitungsdraht 3a der Fig. 5 angelegt wird, um die piezoelektrischen Elemente a1, a2, a3, a4 anzuregen, und wobei das Bewegungselement nach rechts angetrieben wird. Das Diagramm (b) zeigt den Fall, in dem die zyklische Spannung an den Leitungsdraht 3b angelegt wird, um die piezoelektrischen Elemente b1, b2, b3 und b4 anzuregen, und das Bewegungselement wird nach links angetrieben. D.h., in den Diagrammen (a) und (b) weisen die angeregten stehenden Wellen Schleifen und Knoten auf, deren Phasen sich bezüglich einander um 90º unterscheiden. Daher kann der Bewegungsort der Vorsprünge 1 umgedreht werden, wodurch es möglich wird, die Antriebsrichtung des Bewegungselements umzuschalten. Hier beruht die Drehung auf dem Prinzip, daß die Spitze eines Vorsprungs 1a in Richtung nach oben einer Hin- und Herbewegung unterliegt, eine große Beschleunigung in dem Moment erhalten wird, in dem die Vorsprünge 1a zur Anlage an dem bewegbaren Element (nicht gezeigt) kommen, und die Komponenten, welche zum Antreiben des bewegbaren Elements beitragen, effektiv werden. Die Vorsprünge 1a, welche in Kontakt mit dem bewegbaren Element kommen, sind an Zwischenpositionen zwischen den Schleifen und den Knoten der Wellen gesetzt, wodurch die bei den bekannten Wanderwellenultraschallmotoren eigentümlichen Probleme, wie z.B. eine Anderung des Drucks zwischen dem Schwingungselement und dem Bewegungselement und eine geringe Leistungsstabilität beim Antrieb durch eine kleine Leistung, da das Schwingungselement an Schleifenabschnitten der Wellen in Kontakt mit dem bewegbaren Element ist, beseitigt werden.
Die Fig. 7 ist ein Diagramm eines Elektrodenmusters, welches in Verbindung mit dem piezoelektrischen Element der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann. Das in Fig. 7 gezeigte Muster ist eine konkrete Ausführungsform, welche an die verschiedenen Ausführungsformen, welche in den Fig. 1 und 4 gezeigt sind, angepaßt werden kann. D.h., in der in Fig. 7 gezeigten Anordnung ist die Anzahl der getrennten Elektrodenmuster 2a zweimal so groß wie die gewünschte Anzahl der anzuregenden Wellen in der Umfangsrichtung, und Verbindungen müssen mit jedem zweiten separaten Elektrodenmuster 2a hergestellt werden. Die Leitungsdrähte werden im allgemeinen durch Löten oder Schweißen angebracht. Wenn die Leitungsdrähte von all den separaten Elektrodenmustern nach außen gezogen werden, ist es jedoch unvermeidbar, daß es Vibrationsleckagen gibt, daß Verluste zunehmen und daß es Herstellungsschwierigkeiten gibt. In dieser Ausführungsform wird daher das in zwölf Segmente unterteilte Elektrodenmuster auf dem piezoelektrischen Element 2 durch Dünnfilm-Erzeugungsmittel, wie z.B. Gasphasenabscheidung, Zerstäuben oder Aufdrucken, gebildet und wird dann, wie in Fig. 7 gezeigt, polarisiert. Danach wird eine Verbindung mit jedem zweiten segmentartigen Elektrodenmuster 2a durch die Dünnfilm-Erzeugungsmittel hergestellt, um aus dem Gesichtspunkt des Motorleistungsvermögens und der Produktionseffizienz einen Vorteil zu erhalten. Gemäß dieser Ausführungsform müssen immer zwei Leitungsdrähte unabhängig von der Anzahl an Wellen nach außen gezogen werden.
Die Fig. 8 stellt ein Schwingungselement dar, welches in einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird, worin (a) eine Frontdraufsicht ist und (b) eine Schnittansicht ist. In dieser Ausführungsform sind ein piezoelektrisches Element 21 und ein piezoelektrisches Element 22 in gleicher Weise in 6 Segmente unterteilt, von welchen benachbarte entgegengesetzt polarisiert sind. Die Segmente der Elemente 21, 22 sind miteinander über das Schwingungselement 1 derart verbunden, daß sie zueinander um einen halben Teilungsabstand verschoben sind. In dieser Anordnung sind die Vorsprünge 1a an den zentralen Abschnitten der Segmente des piezoelektrischen Elements 21 und an den Grenzen der Segmente des piezoelektrischen Elements 22 angeordnet, um die gleichen Effekte wie diejenigen der vorangehenden Ausführungsform zu erhalten. Diesbezügliche Details werden in Verbindung mit den Fig. 10 und 12 beschrieben.
Die Fig. 9 stellt ein Schwingungselement dar, welches in einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird, worin (a) eine Frontdraufsicht ist und (b) eine Schnittansicht ist, wie bei Fig. 8. In dieser Ausführungsform sind das piezoelektrische Element 21 und das piezoelektrische Element 22 in der gleichen Art und Weise wie diejenigen der Fig. 8 aufgebaut. Im Gegensatz zu letzteren ist jedoch das piezoelektrische Element 22 nicht an der Seite der Vorsprünge 1a des Schwingungselements 1 vorgesehen, sondern ist auf das piezoelektrische Element 21 laminiert. Das Schwingungselement 1 arbeitet im wesentlichen beruhend auf dem gleichen Prinzip wie demjenigen des Schwingungselements 1 der dritten Ausführungsform. Die Fig. 8 und 9 stellen Fälle dar, in welchen die Anzahl an angeregten Wellen in Umfangsrichtung drei ist.
Die Fig. 10 stellt ein Schwingungselement einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar, und die Fig. 11 und 12 erklären das Betriebsprinzip der fünften Ausführungsform. Was das Betriebsprinzip der fünften Ausführungsform betrifft, sollte darauf hingewiesen werden, daß dieses demjenigen der Fig. 8 und 9 gleich ist mit Ausnahme der Anzahl an in der Umfangsrichtung angeregten Wellen.
In Fig. 10 sind ein piezoelektrisches Element 21 und ein piezoelektrisches Element 22 in der Form einer Scheibe in vier gleiche Segmente unterteilt. Die benachbarten Segmente jedes Elements sind entgegengesetzt polarisiert und miteinander über das Schwingungselement 1 verbunden. Die Segmente der Elemente 21 und 22 weisen jeweils einen Abstand einer halben Teilung zueinander auf. Zum Vereinfachen der Erklärung sind die Grenzen der Segmente des piezoelektrischen Elements 21 und mit , , , der Reihe nach bezeichnet, und die Grenzen der Segmente des piezoelektrischen Elements 22 sind durch , , , der Reihe nach bezeichnet. In diesem Falle sind die Vorsprünge 1a bei , , , gebildet. In dieser Ausführungsform werden zwei stehende Wellen in der Umfangsrichtung des Schwingungselements 1 angeregt. Die piezoelektrischen Elemente 21, 22 in der vorliegenden Ausführungsform bilden Elektrodenmuster in einem Vielfachen von 4 und mit einem nahezu gleichen Abstand.
Die Fig. 11 ist ein Diagramm, welches im Querschnitt das in der fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendete Schwingungselement sowie dessen Verdrahtung zeigt. In der nachfolgend gegebenen Erklärung der Fig. 11 wird ebenso Bezug auf die Querschnittsansicht der Fig. 10(b) genommen. Die separaten Elektrodensegmente a1, a2, a3 und a4 des piezoelektrischen Elements 21, welches mit der unteren Oberfläche des Schwingungselements 1 in diesem Zustand verbunden ist, sind miteinander durch einen Leitungsdraht 3a verbunden, und die separaten Elektrodensegmente b1, b2, b3 und b4 des piezoelektrischen Elements 22, welches mit der oberen Oberfläche des Schwingungselements 1 verbunden ist, sind miteinander durch einen Leitungsdraht 3b verbunden. Die zyklische Spannung von der Erzeugungseinheit für eine zyklische Spannung (nicht gezeigt) wird durch Schaltmittel (nicht gezeigt) an den Leitungsdraht 3b in Phase mit oder entgegengesetzt der Phase bezüglich des Leitungsdrahts 3a angelegt. Daher weisen die in dem Schwingungselement 1 angeregten stehenden Wellen Phasen auf, die sich um 90º bezüglich einander unterscheiden, wodurch es möglich wird, die Antriebsrichtung des Bewegungselements (nicht gezeigt) umzuschalten.
Die Fig. 12 ist ein Diagramm, welches das Verformungsprinzip des Schwingungselements der fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt, worin (a) den Fall darstellt, in dem eine zyklische Spannung an den Leitungsdraht 3a der Fig. 11 angelegt wird, um die piezoelektrischen Elemente a1, a2, a3 und a4 anzuregen. Ein Vorsprung la ist derart dargestellt, daß er eine Verschiebung in der vertikalen Richtung entwickelt. Das Diagramm (b) stellt den Fall dar, in welchem die zyklische Spannung an den Leitungsdraht 3b der Fig. 11 angelegt wird, um die piezoelektrischen Elemente b1, b2, b3 und b4 anzuregen. Der Vorsprung 1a ist derart gezeigt, daß er eine Verschiebung in der seitlichen Richtung entwickelt. Das Diagramm (c) stellt den Fall dar, in welchem die an den Leitungsdraht 3a angelegte zyklische Spannung in Phase mit der an den Leitungsdraht 3b angelegten zyklischen Spannung ist, und das Diagramm (d) stellt den Fall dar, in dem diese Spannungen bezüglich einander entgegengesetzte Phasen aufweisen. Die Diagramme (c) und (d) sind Fälle, in welchen die Diagramme (a) und (b) synthetisiert sind, während eine Phasendifferenz beibehalten bleibt, wobei die Vorsprünge 1a an jeder zweiten Zwischenposition zwischen den Schleifen und den Knoten der angeregten stehenden Wellen angeordnet sind. Daher wird beruhend auf im wesentlichen dem gleichen Prinzip wie demjenigen der Fig. 6 ein Ultraschallmotor des Typs mit stehender Welle erzeugt. In dem Diagramm (c) wird das Bewegungselement in Richtung nach links angetrieben, und in dem Diagramm (d) wird das Bewegungselement in Richtung nach rechts angetrieben.
Die Fig. 13 ist eine Schnittansicht eines Ultraschallmotors des Typs mit stehender Welle gemäß der vorliegenden Erfindung, welcher eines der vorangehend erwähnten Schwingungselemente enthält. Eine zentrale Welle 16 ist in eine Trageplatte 15 geschraubt oder in diese in antreibender Weise eingepaßt, und ein Schwingungselement 1, welches die Form einer Scheibe aufweist, ist an seinem zentralen Abschnitt an der zentralen Welle 16 als eine einheitliche Struktur festgelegt. Das Schwingungselement 1 ist aus einem elastischen Material, wie z.B. einer Aluminiumlegierung, rostfreiem Stahl oder Messing, hergestellt und ist im wesentlichen an seinem zentralen Abschnitt durch die zentrale Welle 16 getragen. Die zentrale Welle 16 muß nicht notwendigerweise eine einheitliche Struktur sein, sondern sie kann eine zweiteilige Struktur sein, vorausgesetzt, daß dies mit Rücksicht auf das Erfordernis, das piezoelektrische Element 2 an dem Schwingungselement 1 anzukleben, möglich ist. Wenn die zentrale Welle 16 aus einem elektrisch leitfähigem Material hergestellt ist, kann ferner das Potential im wesentlichen gleich zu demjenigen der Haftoberfläche gemacht werden, so daß es ermöglicht wird, daß die Verdrahtung leicht erhalten wird. Das piezoelektrische Element 2 ist dasjenige, welches für das Schwingungselement der ersten bis fünften Ausführungsform in der vorliegenden Erfindung verwendet wird, und es ist mit wenigstens einer der Oberflächen des Schwingungselements 1 verbunden.
Ein bewegbares Element 6 ist zur Drehung um die zentrale Welle 16 angebracht, und es ist derart eingerichtet, daß es, aufgrund einer Druckfeder 7, in Kontakt mit den Vorsprüngen 1a, welche an dem Schwingungselement 1 ausgebildet sind, gedrückt wird. In diesem Falle sollten die Vorsprünge 1a aus dem Gesichtspunkt der Schwingungsübertragung zusammen mit dem Schwingungselement 1 als eine einheitliche Struktur ausgebildet sein, sie können jedoch voneinander getrennt unter Verwendung verschiedener Materialien ausgebildet sein. Ferner kann das bewegbare Element 6 eine einheitliche Struktur aufweisen. Im allgemeinen dient jedoch ein Reibungsgleitabschnitt 6a, welcher an den Vorsprüngen 1a angreift, als ein wichtiges Element, aus dem Gesichtspunkt der Motorcharakteristiken, und sollte daher aus einem speziellen Material bestehen, welches einen hohen Reibungskoeffizienten aufweist, welches sich nur gering abnutzt und welches eine Steifigkeit für die Schwingungsabsorption aufweist.
In dem Falle eines Ultraschallmotors des Typs mit stehender Welle mit diesem Aufbau kann die Schwingungsmode in der radialen Richtung eine primäre, eine sekundäre oder eine terziäre sein. Wenn die Schwingungsmode von sekundärer oder höherer Ordnung ist, entwickeln sich Schwingungsknoten konzentrisch, selbst in der radialen Richtung, und die Knoten können zusätzlich zum zentralen Wellenabschnitt an Positionen getragen sein. Wenn die Größe und der Durchmesser des Motors verringert werden, nimmt jedoch die Resonanzfrequenz mit einer Zunahme der Anzahl der Ordnung zu. Wenn der Motor einen Außendurchmesser von weniger als 10 mm aufweist, dann ist insbesondere die primäre Mode eine praktische zum effektiven Verwenden der Energiequelle. Im allgemeinen neigt die primäre Mode dazu, einen geringeren Koeffizient der elektromechanischen Kopplung aufzuweisen, als die sekundäre Mode. In dem Fall eines Ultraschallmotors des Typs mit stehender Welle mit diesem Aufbau werden jedoch insbesondere für Anwendungen mit geringer Last selbst dann gute Motorcharakteristiken erhalten, wenn die Größe und der Durchmesser verringert werden.
Die Fig. 14 stellt ein Schwingungselement einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar, worin (a) eine Schnittansicht ist und (b) eine Rückdraufsicht ist. Die Positionsbeziehung des piezoelektrischen Elements 2 und der Vorsprünge 1a für das Schwingungselement 1 und der Aufbau sind mit denjenigen der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, welche in Fig. 1 gezeigt sind, ziemlich gleich. Die Ausführungsform ist in diesem Falle jedoch von dem Typ, in welchem das Schwingungselement 1 anstelle von dem Scheibentyp von dem Ringtyp ist. Wenn das Schwingungselement 1 von dem Ringtyp ist, tritt eine Schwierigkeit bezüglich des Tragens des Schwingungselements auf, da es an dem zentralen Abschnitt keinen Knoten aufweist, wie es bei dem Scheibentyp-Element der Fall ist. In dem Falle der vorliegenden Erfindung, welche auf stehenden Wellen beruht, werden jedoch die mit einem Kreis markierten Abschnitte zu Knotenabschnitten, wenn das bewegbare Element nur in einer Richtung bewegt wird. Diese Abschnitte können fest durch ein Tragemittel 4 getragen werden, so daß die vorliegende Erfindung selbst im Falle eines Schwingungselements des Ringtyps verwendet werden kann.
Die Fig. 15 stellt ein Schwingungselement einer siebten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar, worin (a) eine Frontdraufsicht ist und (b) eine Schnittansicht ist. Gemäß dieser Ausführungsform sind die Positionsbeziehung des piezoelektrischen Elements 2 und der Vorsprünge 1h, 1l des Schwingungselements 1 und der Aufbau gleich zu denjenigen der vorangehenden Ausführungsform. In diesem Falle bildet jedoch das Vorsehen von hohen Vorsprüngen 1h und niederen Vorsprüngen 1l in der radialen Richtung des Schwingungselements 1 ein Merkmal dieser Erfindung. Dies macht es möglich, gleichzeitig zwei bewegbaren Elemente (nicht gezeigt) durch ein Schwingungselement 1 über zwei Arten von Vorsprüngen 1h und 1l anzutreiben. Hier können die Vorsprünge 1h, 1l die gleiche Höhe haben oder können in zwei oder mehreren Arten vorgesehen sein. In diesem Falle können viele bewegbare Elemente durch ein Schwingungselement 1 angetrieben werden. Durch Ändern der Position und der Höhe der Vorsprünge können ferner verschiedene Anzahlen an Umdrehungen für die verschiedenen bewegbaren Elemente erhalten werden.
Die Fig. 15 stellt die Verdrahtung eines Schwingungselements eines Ultraschallmotors des Lineartyps gemäß einer achten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar, worin (a) eine Frontdraufsicht ist und (b) eine Schnittansicht ist. Diese Ausführungsform stellt den Fall dar, in dem das scheibenartige Schwingungselement der zweiten Ausführungsform, welche in Fig. 4 gezeigt ist, an einen Linear-Typ angepaßt ist. Daher ist das Betriebsprinzip gleich demjenigen des Scheibentyps, und die Beschreibung der Fig. 5 und 6 kann direkt angewandt werden. In Fig. 16 wird ein piezoelektrisches Element verwendet, welches die Form einer flachen Platte aufweist, die mit dem Schwingungselement 1 verbunden ist, und es ist in acht gleichmäßig unterteilte Segmente aufgeteilt, welche mit a1, b1, a2, b2, --- b4 der Reihe nach bezeichnet sind und wie gezeigt polarisiert sind. Zum Vereinfachen des Erklärens sind ferner die Grenzen der Segmente durch , , --- bezeichnet, und Vorsprünge 1a sind bei , , , vorgesehen. Die derart getrennten piezoelektrischen Elemente a1, a2, a3 und a4 sind miteinander durch einen Leitungsdraht 3a verbunden, und die piezoelektrischen Elemente b1, b2, b3 und b4 sind miteinander durch einen Leitungsdraht 3b verbunden. Eine zyklische Spannung wird von einer Erzeugungseinheit für eine zyklische Spannung an den Leitungsdraht 3a oder an den Leitungsdraht 3b durch Schaltmittel (nicht gezeigt) angelegt, so daß stehende Wellen mit Phasen, die sich um 90º unterscheiden, in dem Schwingungselement 1 angeregt werden. Daher ist ein Ultraschallmotor des Typs mit stehender Welle vorgesehen, welcher ermöglicht, daß die Bewegungsrichtung des bewegbaren Elements nach rechts oder links umgeschaltet wird. Obwohl auf eine Ausführungsform des linearen Typs Bezug genommen worden ist, sollte zur Kenntnis genommen werden, daß die Erfindung ebenso leicht, zusätzlich zu einer linearen Ausführungsform, an einen Motor des Zick-Zack-Typs angepaßt werden kann.
Die Fig. 17 stellt ein Schwingungselement einer neunten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sowie dessen Verdrahtung dar, worin (a) eine Frontdraufsicht ist, (b) eine Schnittansicht ist und (c) eine Seitenansicht von links ist. Die Ausführungsform bezieht sich auf den Fall, in welchem eine Mehrzahl von verschiedenen Arten von Vorsprüngen 1h, 1l für das Schwingungselement 1 des in Fig. 16 gezeigten Ultraschallmotors des Lineartyps vorgesehen ist. Selbst in dem Falle des Schwingungselements des Lineartyps, wie bei dem in Verbindung mit Fig. 15 erwähnten, ist es möglich, eine Mehrzahl von bewegbaren Elementen unter Verwendung eines einzigen Schwingungselements anzutreiben. In diesem Falle können, wenn die hohen Vorsprünge 1h und die niederen Vorsprünge 1l vorgesehen sind, die bewegbaren Elemente in der gleichen Richtung, jedoch mit verschiedenen Geschwindigkeiten, angetrieben werden. Wenn darüber hinaus zwei Arten von Vorsprüngen an verschiedenen Abschnitten vorgesehen sind, z.B. wenn die Vorsprünge 1h bei , , , vorgesehen sind und die Vorsprünge 1l bei , , , vorgesehen sind, dann können die bewegbaren Elemente bezüglich einander in entgegengesetzter Richtung angetrieben werden.
Die Fig. 18 ist eine Vertikalschnittansicht eines analogen elektrischen Zeitmessers, welcher einen Ultraschallmotor des Typs mit stehender Welle gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet.
Ein Schwingungselement 1 mit einem an der Rückoberfläche desselben angeklebten piezoelektrischen Elements 2 ist an einem Führungsstift 36 festgelegt, welcher durch eine Stoppschraube 35 an einer Hauptplatte 40 befestigt ist.
Eine Mehrzahl von Vorsprüngen 1a ist an der oberen Oberfläche des Schwingungselements 1 vorgesehen, und ein bewegbares Element 6, welches durch die Spitze 36a des Führungsstifts 36 geführt ist, ist drehbar auf den Vorsprüngen 1a angebracht und ist durch die Kraft einer Druckfeder 7 gegen diese gedrückt.
Eine vorbestimmte zyklische Spannung wird von einer Antriebssteuerschaltung (nicht gezeigt) über einen Leitungsdraht 3, welcher mit dem piezoelektrischen Element 2 verbunden ist, an das piezoelektrische Element 2 angelegt. Als ein Ergebnis daraus wird das Schwingungselement 1 verformt und das bewegbare Element 6 wird mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit aufgrund der Verformung der Vorsprünge 1a gedreht.
Ein Zahnrad 6b des bewegbaren Elements, welches entlang des Umfangs des bewegbaren Elements ausgebildet ist, dreht ein viertes Rad 44 und dreht ferner ein drittes Rad 43, ein Minutenrad 42, ein weiteres Minutenrad, welches nicht gezeigt ist, und ein Stundenrad 45 mit vorbestimmten Drehzahlen.
Wenn die Periode der an das piezoelektrische Element 2 angelegten zyklischen Spannung sowie die Anzahl der Zähne der Zahnräder geeignet ausgewählt sind, werden die Stunden durch einen Stundenzeiger 32 angezeigt, welcher an dem Stundenrad 45 angebracht ist, werden die Minuten durch einen Minutenzeiger 33 angezeigt, welcher an dem Minutenrad 42 angebracht ist, und werden die Sekunden durch einen Sekundenzeiger 34 angezeigt, welcher an dem vierten Rad 44 angebracht ist.
Zusätzlich zur Anzeige durch den Zug von Rädern und Zeigern, wie vorangehend beschrieben, können die Zeitdaten ebenso durch Anbringen von Zeigern oder dergleichen direkt an dem bewegbaren Element 6 angezeigt werden. Insbesondere kann die Zeit von der Seite des Ziffernblatts 31 in Fig. 18 ebenso wie von der Seite der Druckfeder 7 aus gesehen werden.
Durch Einstellen der Frequenz der an das piezoelektrische Element 2 angelegten zyklischen Spannung kann ferner der Sekundenzeiger 34 jede Sekunde stufenweise bewegt werden oder er kann kontinuierlich bewegt werden.
Die Fig. 19 ist eine Vertikalschnittansicht eines analogen elektronischen Zeitmessers mit zwei Zeigern, welcher einen Ultraschallmotor des Typs mit stehender Welle gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet. Die Drehung des Zahnrads 6b des bewegbaren Elements wird auf das vierte Rad 44, auf das dritte Rad 43 und das zweite Rad 45 übertragen, und die Minuten werden durch einen Minutenzeiger 33 angezeigt, welcher an dem vierten Rad 44 angebracht ist, und die Stunden werden durch einen Stundenzeiger 32 angezeigt, welcher an dem zweiten Rad 45 angebracht ist. Der Zeitmesser mit zwei Zeigern kann leicht durch einfaches Austauschen einiger Teile des Zeitmessers mit drei Zeigern der Fig. 18 mit einer verringerten Dicke erhalten werden.
In den Ausführungsformen der vorangehend beschriebenen vorliegenden Erfindung sind Vorsprünge an nahezu jedem zweiten Zwischenabschnitt der Schleifen und der Knoten der stehenden Wellen vorgesehen, welche in dem Schwingungselement durch den piezoelektrischen Effekt oder den elektrostriktiven Effekt des piezoelektrischen Elements oder des elektrostriktiven Elements erzeugt werden, und das bewegbare Element wird einfach in Druckkontakt mit den Vorsprüngen gebracht, so daß es durch Reibung angetrieben wird, um die nachfolgend beschriebenen Effekte zu erhalten.
(1) Der Motor kann vorwärts und rückwärts angetrieben werden.
(2) Aufgrund der Natur des piezoelektrischen Elements oder des elektrostriktiven Elements besteht kein Erfordernis zur Verwendung einer Mehrzahl piezoelektrischer Elemente oder elektrostriktiver Elemente. Durch einfaches Umschalten des piezoelektrischen Elements oder des elektrostriktiven Elements, an welches ein Hochfrequenzsignal anzulegen ist, kann der Motor vorwärts oder rückwärts angetrieben werden. Daher müssen nur eine Verstärkerschaltung und eine Antriebsschaltung verwendet werden und der Motor als Ganzes kann selbst dann mit kleiner Größe aufgebaut werden, wenn er die Steuerschaltung umfaßt.
(3) Das bewegbare Element wird durch Reibung durch die im wesentlichen in der Mitte zwischen den Schleifen und den Knoten der stehenden Wellen vorgesehenen Vorsprünge angetrieben. Daher wird selbst bei einer Änderung der Druckkraft im Vergleich zu dem Fall des Wanderwellenmotors, in welchem das bewegbare Element jederzeit im Kontakt mit den Schleifen ist, ein stabiles Motorleistungsvermögen erhalten.
(4) Zwei Vorsprünge kommen bei einer Wellenlänge der stehenden Welle in Kontakt mit dem bewegbaren Element. Daher wird die Bewegung der Vorsprünge effektiv in eine Antriebskraft umgewandelt, ohne daß diese als eine Bremse wirken, selbst im Falle einer groben oder gewellten Kontaktoberfläche des bewegbaren Elements, wodurch es möglich wird, ein stabiles Motorleistungsvermögen zu erhalten und eine hohe Effizienz beizubehalten.
(5) Da der Aufbau sehr einfach ist, kann der Motor eine verringerte Gesamtgröße und einen verringerten Durchmesser aufweisen.
Ferner erfordert ein analoger elektronischer Zeitmesser, welcher einen Ultraschallmotor des Typs mit stehender Welle gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet, keinen Spulenblock, Stator, Rotor, kein fünftes Rad und dergleichen, welche bisher verwendet worden sind. Daher kann ein analoger Zeitmesser vorgesehen werden, welcher klein und dünn ist. Durch Andern einiger Teile kann selbst ein Zeitmesser mit drei Zeigern oder ein Zeitmesser mit zwei Zeigern erhalten werden, und die Zeiger können kontinuierlich oder schrittweise bewegt werden.

Claims

1. Ultraschallmotor des Typs mit stehender Welle, umfassend:

ein Schwingungselement (1) mit Vorsprüngen (1a), welche mit einem bewegbaren Element (6) in Antriebsübertragungskontakt stehen,

ein Tragemittel (16) zum Tragen des Schwingungselements,

ein piezoelektrisches oder elektrostriktives Element (2) mit einer Mehrzahl von Elektrodenmustern (2a) welche zum Erzeugen einer flexiblen stehenden Welle in dem Schwingungselement eingerichtet sind, und Verbindungsmittel zum elektrischen Verbinden von alternierenden Elektrodenmustern zum Bilden zweier Elektrodenmustergruppen,

wobei die Elektrodenmuster (2a) in Vielfachen von 4 angeordnet sind, im wesentlichen im gleichen Abstand zueinander angeordnet sind und polarisiert sind, derart, daß die Polarisationsrichtung für jedes Paar zweier benachbarter Elektrodenmuster alternierend umgekehrt ist, und dadurch gekennzeichnet, daß die Vorsprünge (1a) an jeder zweiten Grenze der Elektrodenmuster und derart angeordnet sind, daß sie an jeder zweiten der Zwischenpositionen zwischen den Schleifen und Knoten der flexiblen stehenden Welle sind.

2. Motor nach Anspruch 1, worin das piezoelektrische oder elektrostriktive Element (2) an dem Schwingungselement (1) anhaftend angebracht ist.

3. Motor nach Anspruch 1 oder 2, worin das Tragemittel (16) einen Knotenabschnitt oder Abschnitte des Schwingungselements (1) trägt.

4. Motor nach Anspruch 1 oder 2, worin das Schwingungselement (1) als ein Ring geformt ist.

5. Motor nach Anspruch 1 oder 2, worin das Schwingungselement (1) als eine Scheibe geformt ist.

6. Motor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin das Tragemittel (16) aus elektrisch leitfähigem Material hergestellt ist.

7. Motor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin das Schwingungselement (1) eine Mehrzahl von Vorsprüngen (1a) in der radialen Richtung aufweist.

8. Motor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin die Vorsprünge (1a) verschiedene Höhen aufweisen.

9. Motor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend Schaltmittel zum wahlweisen Anlegen einer zyklischen Spannung an jede der beiden Elektrodenmustergruppen.

10. Motor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin zwei piezoelektrische Elemente oder elektrostriktive Elemente (21, 22) vorgesehen sind, von welchen jedes mit einer Elektrodenmustergruppe versehen ist, wobei das piezoelektrische oder elektrostriktive Element derart eingerichtet ist, daß die Grenze von jeder Position eines piezoelektrischen Elements oder elektrostriktiven Elements nahe dem Zentrum desjenigen der anderen angeordnet ist, und worin die Vorsprünge an den Grenzen der Abschnitte von einem der piezoelektrischen Elemente oder elektrostriktiven Elemente angeordnet ist.

11. Elektrischer Zeitmesser des Analogtyps, umfassend einen Motor nach einem der vorangehenden Ansprüche.