DE69224341T2

DE69224341T2 - Ultraschallmotor

Info

Publication number: DE69224341T2
Application number: DE69224341T
Authority: DE
Inventors: Masao Kasuga; Shuji Otawa; Fujio Ozawa; Takashi Sato
Original assignee: Seiko Instruments Inc
Current assignee: Seiko Instruments Inc
Priority date: 1991-04-26
Filing date: 1992-03-27
Publication date: 1998-05-28
Anticipated expiration: 2012-03-28
Also published as: EP0536409B1; DE69224341D1; EP0536409A1; WO1992020141A1; EP0536409A4; US6064139A

Description

[GEBIET DER ERFINDUNG]

Diese Erfindung betrifft einen Ultraschallmotor, der durch Reibung ein bewegbares Teil durch eine Ultraschallschwingung unter Verwendung einer Dehnungsbewegung einer piezoelektrischen Schwingungseinrichtung antreibt.

[HINTERGRUND DER ERFINDUNG]

Fig. 28 zeigt einen herkömmlichen Ultraschallmotor.
Ein Schwingteil 3 ist an einer Zentralwelle 9 gehaltert, die auf einer Unterlage 7 befestigt ist. Eine piezoelektrische Schwingungseinrichtung 4 ist an die Bodenfläche des Schwingtelis 3 gebondet. Die piezoelektrische Schwingungseinrichtung 4 hat eine Mehrzahl von Elektrodenmustern und ist zur Polarisation ausgeführt. Die piezoelektrische Schwingungseinrichtung 4 und eine (in der Figur nicht gezeigte) Steuerschaltung sind mittels einer Anschlußleitung 10 verdrahtet. Die Vorsprünge 3a des Schwingteils 3 kommen über Reibungsmaterialien 8 in Kontakt mit einem bewegbaren Teil 2. Das bewegbare Teil 2 ist in die Zentralwelle 9 angebaut und kann mittels eines Lagers gedreht werden. Das bewegbare Teil 2 ist durch eine Druckfeder 1 nach unten gedrückt. Wenn eine Hochfrequenzspannung an die piezoelektrische Schwingungseinrichtung 4 angelegt wird, wird eine Ultraschallschwingung an dem Schwingteil 3 erzeugt und das bewegbare Teil 2 dreht sich durch eine Reibungskraft der Reibungsmaterialien 8.
Fig. 29 ist eine perspektivische Ansicht, die einen Ultraschallmotor des Typs mit fortschreitender Welle zeigt. Ein Schwingteil 3 hat eine Mehrzahl von Vorsprüngen in gleichen Abständen. Wenn eine piezoelektrische Schwingungseinrichtung 4 mit einer Mehrzahl von Hochfrequenzspannungen mit unterschiedlichen Phasen eingesetzt wird, so wird eine fortschreitende Welle an dem Schwingteil 3 erzeugt, was ein bewegbares Teil 2 dreht. Ein derartiger Aufbau ist in derjapanischen Kokai-Schrift (vorläufige Patentveröffentlichung) JP- A-Nr. 177874/1989 offenbart.
Fig. 30 ist eine perspektivische Ansicht, die einen Ultraschallmotor des Typs mit stehender Welle zeigt. Ein Schwingteil 3 hat Vorsprünge, deren Anzahl der Anzahl von Bäuchen der stehenden Welle entspricht. Wenn eine Hochfrequenzspannung an eine piezoelektrische Schwingungseinrichtung 4 angelegt wird, so wird eine stehende Welle an einem Schwingteil 3 erzeugt, was ein bewegbares Teil 2 dreht. Ein derartiger Aufbau ist in der japanischen Kokai-Schrift JP-A-Nr. 107472/88 offenbart.
Wie es oben erklärt ist und im Hinblick auf eine piezoelektrische Schwingungseinrichtung eines herkömmlichen Ultraschallmotors hat ein eine stehende Welle verwendender Ultraschallmotor lediglich eine piezoelektrische Schwingungseinrichtung, die eine stehende Welle in der Richtung eines Umfangs des Schwingteus erzeugt. Andererseits hat ein eine fortschreitende Welle verwendender Ultraschallmotor lediglich eine piezoelektrische Schwingungseinrichtung, die eine fortschreitende Welle in der Richtung eines Umfangs des Schwingteus erzeugt. Die Drehung des bewegbaren Teils wird gesteuert durch die Stellspannung, die Anwendungsperiode und die Frequenz eines Hochfrequenzsignals, das an die piezoelektrische Schwingungseinrichtung angelegt wird.
In beiden obigen Fällen sind Querschnitte senkrecht zur Richtung der Drehung der bewegbaren Teile gleichförmig.
Um jedoch eine genaue Schrittansteuerung wie bei einer Analoguhr zu vollbringen, benötigt ein herkömmlicher Ultraschallmotor Drehungserfassungsmittel, wie eine Codiereinrichtung zum Lesen der Stellung des bewegbaren Teils. Dies hat den Grund, daß ein Vorschub des bewegbaren Teils nicht festgelegt ist, wenn die Anwendungsperiode eines Hochfrequenzsignals einfach durch Anschalten, Ausschalten usw. gesteuert wird, da ein Ultraschallmotor durch Reibung angetrieben wird. Um das bewegbare Teil präzise schrittweise anzutreiben, ist es deshalb erforderlich, die ganze Zeit zu überwachen, wie weit das bewegbare Teil bewegt wurde, um eine Haltanweisung in dem Moment zu geben, wenn das bewegbare Teil eine gewünschte Stellung erreicht. Dementsprechend ist bei dem herkömmlichen Ultraschallmotor eine präzise Codiereinrichtung erforderlich und es besteht das Problem, daß das bewegbare Teil aufgrund einer Restschwingung des Schwingteus eine gewünschte Stellung überschreitet, selbst nachdem eine Haltanweisung gegeben ist.
Daher ist es die Aufgabe dieser Erfindung, die oben beschriebenen herkömmlichen Probleme zu lösen, indem ein Ultraschallmotor geschaffen wird, der das bewegbare Teil durch eine einfache Funktionsweise ohne Codiereinrichtungen präzise schrittweise antreibt.
Die EP-A-04241 39 offenbart einen Ultraschallmotor, der schrittweise angetrieben werden kann und in der Folge einfach anzusteuern ist. Der Motor umfaßt einen Stator, eine Schwingungseinrichtung, um den Stator in Schwingung zu versetzen, und einen Rotor, der angeordnet ist, um mit dem Stator derart in Kontakt zu treten, daß er dadurch mittels einer Reibungskraft angetrieben wird, wobei der Rotor eine Mehrzahl von Vorsprüngen im Abstand zueinander umfaßt, die im Betrieb mit dem Stator in Kontakt treten.

[OFFENBARUNG DER ERFINDUNG]

Diese Erfindung ist gebildet von piezoelektrischen Schwingungsmitteln zum Erzeugen einer fortschreitenden Welle zum Antrieb und einer stehenden Welle zum Anhalten, oder solchen zum Erzeugen einer stehenden Welle zum Antrieb und einer stehenden Welle zum Anhalten, einer Ultraschallschwingungserzeugungsschaltung, einer Umschaltschaltung zum Ändern der Welle zum Antrieb und der Welle zum Anhalten, und einem bewegbaren Teil mit, längs einer Richtung des Umfangs betrachtet ungleichförmigen Abschnitten. Ein Ziel dieser Erfindung ist es, das bewegbare Teil ohne Codiereinrichtungen durch Ändern einer Ultraschallschwingung zum Antrieb (die fortschreitende Welle oder die stehende Welle) und der Schwingung der stehenden Welle zum Anhalten mit der Umschaltschaltung.
Entsprechend der vorliegenden Erfindung wird ein Ultraschallmotor bereitgestellt, umfassend:
eine Ultraschallschwingungserzeugungsschaltung zum Erzeugen einer Welle zum Antreiben eines bewegbaren Teils;
eine Umschaltschaltung zum Ändern des Betriebs der Welle zum Antreiben eines bewegbaren Teils;
wenigstens eine piezoelektrische Schwingungseinrichtung, die durch die Ultraschallschwingungserzeugungsschaltung schrittweise angetrieben wird;
ein Schwingteil, an dem die piezoelektrische Schwingungseinrichtung befestigt ist und Vorsprünge aufweist;
ein bewegbares Teil, welches durch Reibung durch eine Ultraschallschwingung angetrieben wird, wobei eine Dehnungsbewegung der piezoelektrischen Schwingungseinrichtung verwendet ist, und welches eine Mehrzahl von ungleichförmigen Abschnitten in einem Querschnitt in der Richtung seines Umfangs aufweist; und
Druckmittel, um das bewegbare Teil mit dem Schwingteil unter Druck in Kontakt zu bringen;
dadurch gekennzeichnet, daß:
die Ultraschallschwingungserzeugungsschaltung dazu eingerichtet ist, eine fortschreitende Welle zum Antreiben des bewegbaren Teils und wenigstens eine Art von stehender Welle zum Anhalten des bewegbaren Teils, oder zum Erzeugen einer ersten stehenden Welle zum Antreiben des bewegbaren Teils und einer zweiten stehenden Welle zum Anhalten des bewegbaren Teils zu erzeugen; und
die Umschaltschaltung dazu eingerichtet ist, den Betrieb der fortschreitenden Welle zum Antreiben des bewegbaren Teils und einer stehenden Welle zum Anhalten des bewegbaren Teils zu ändern, oder den Betrieb einer ersten stehenden Welle zum Antreiben des bewegbaren Teils und einer zweiten stehenden Welle zum Anhalten des bewegbaren Teils zu ändern.
Bei dem erfindungsgemäßen Ultraschallmotor einer Ausführungsform dreht sich das bewegbare Teil, während lediglich eine fortschreitende Welle erzeugt wird. Wenn dann lediglich eine stehende Welle erzeugt wird, werden Abschnitte mit konzentrierter Belastung an dem bewegbaren Teil ausgebildet, welches aufgrund des ungleichförmigen Querschnitts ungleichförmige Abschnitte in einem Querschnitt in der Richtung des Umfangs aufweist. Es bleibt dann jeder der konzentrierten Belastungsabschnitte an jeweiligen Knotenabschnitten der stehenden Welle. Dies geschieht, weil, während nur die stehende Welle erzeugt wird, die konzentrierten Belastungsabschnitte an den stabilsten Abschnitten, d.h. den Knotenabschnitten der stehenden Welle bleiben.
Andererseits und in einer alternativen Ausführungsform ist vorgesehen, daß, während eine derartige erste Art von stehender Welle erzeugt wird - da jeder Vorsprung eines bewegbaren Teils zwischen einem Abschnitt maximaler Amplitude und einem Knotenabschnitt der stehenden Welle angeordnet ist - ein bewegbares Teil sich dreht, da eine Kraft in der Richtung der Drehung auf das bewegbare Teil wirkt. Während dann eine derartige zweite Art von stehender Welle erzeugt wird, werden Abschnitte mit konzentrierter Belastung aufgrund des ungleichförmigen Querschnitts in einem Querschnitt in der Richtung des Umfangs des bewegbaren Teils mit ungleichförmigen Abschnitten ausgebildet, da jeder hervorstehende Abschnitt des bewegbaren Teils an einem Knotenabschnitt der Welle angeordnet ist. Die jeweiligen Abschnitte mit konzentrierter Belastung bleiben dann an jedem der Knotenabschnitte der zweiten Art von stehender Welle.
Wenn die Anzahl von gleichförmigen Abschnitten des bewegbaren Teils die gleiche wie die der Knotenabschnitte der an dem Schwingteil erzeugten stehenden Welle ist, ist es auch möglich, eine an dem Schwingteil erregte stehende Welle zu dem bewegbaren Teil zu übertragen. Deshalb entsprechen Abschnitte mit konzentrierter Belastung des bewegbaren Teils jeweiligen Schwingungsbauchabschnitten der übertragenen stehenden Welle und gleichzeitig entsprechen ungleichförmige Abschnitte des bewegbaren Teils jeweiligen Knotenabschnitten der stehenden Welle. Es ist dann möglich, daß die angenähert mittlere Stelle des ungleichförmigen Bereichs sich an dem Knotenabschnitt des Schwingteus setzt.
Wie es oben erklärt ist, kann ein präziser schrittweiser Antrieb durchgefiihrt werden, ohne Drehungserfassungsmittel wie Codiereinrichtungen zu verwenden, wenn eine Schwingung mit fortschreitender Welle oder mit stehender Welle zum Antrieb und eine Schwingung mit stehender Welle zum Anhalten geeignet gewechselt werden.

[KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG]

Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Fig. 2(a) und (b) sind geschnittene Ansichten, die einen Antriebszustand bzw. eine Schwingungsphase der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen. Fig. 3(a) und (b) sind geschnittene Ansichten, die einen Anhaltezustand bzw. eine Schwingungsphase der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen. Fig. 4 ist ein Funktionsblockdiagramm der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Fig. 5 ist eine perspektivische Ansicht der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Fig. 6(a) und (b) sind geschnittene Ansichten, die einen Antriebszustand bzw. eine Schwingungsphase der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen. Fig. 7(a) und (b) sind geschnittene Ansichten, die einen Anhaltezustand bzw. eine Schwingungsphase der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen. Fig. 8 ist ein Funktionsblockdiagramm der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Fig. 9 ist eine geschnittene Ansicht, die die dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Fig. 10 ist eine die Bewegung erläuternde Darstellung der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Fig. 11 ist eine Draufsicht, die ein Elektrodenmuster einer piezoelektrischen Schwingungseinrichtung der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Fig. 12 ist ein Funktionsblockdiagramm der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Fig. 1 3 ist ein Schaltungsdiagramm, das eine Ultraschallschwingungserzeugungschaltung der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Fig. 14(a), Fig. 14(b) und Fig. 14(c) sind eine Schnittansicht bzw. die Bewegung erläuternde Darstellungen der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Fig. 15(a) und die Fig. 15(b) und (c) sind eine Schnittansicht bzw. die Bewegung erläuternde Darstellungen der fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Fig. 16(a) und die Fig. 16(b) und (c) sind eine Schnittansicht bzw. die Bewegung erläuternde Darstellungen der sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Fig. 17(a) und die Fig. 17(b), (c), (d) und (e) sind eine Schnittansicht bzw. die Bewegung erläuternde Darstellungen der siebten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Fig. 18(a) und die Fig. 18(b), (c), (d) und (e) sind eine Schnittansicht bzw. die Bewegung erläuternde Darstellungen der achten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Fig. 19(a) und die Fig. 19(b), (c), (d) und (e) sind eine Schnittansicht bzw. die Bewegung erläuternde Darstellungen der neunten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Fig. 20 ist eine perspektivische Ansicht der zehnten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Fig. 21 ist eine perspektivische Ansicht der ersten Ausführungsform eines bei der vorliegenden Erfindung verwendeten bewegbaren Teils. Fig. 22 ist eine perspektivische Ansicht der zweiten Ausführungsform des bei der vorliegenden Erfindung verwendeten bewegbaren Teils. Fig. 23 ist eine perspektivische Ansicht der dritten Ausführungsform des bei der vorliegenden Erfindung verwendeten bewegbaren Teils. Fig. 24 ist eine perspektivische Ansicht der vierten Ausführungsform des bei der vorliegenden Erfindung verwendeten bewegbaren Teils. Fig. 25 ist eine perspektivische Ansicht der fünften Ausführungsform des bei der vorliegenden Erfindung verwendeten bewegbaren Teils. Fig. 26 ist eine perspektivische Ansicht der sechsten Ausführungsform des bei der vorliegenden Erfindung verwendeten bewegbaren Teils. Fig. 27 ist eine perspektivische Ansicht der siebten Ausführungsform des bei der vorliegenden Erfindung verwendeten bewegbaren Teils. Fig. 28 ist eine Schnittansicht, die einen Aufbau eines herkömmlichen Ultraschallmotors zeigt. Fig. 29 ist eine perspektivische Ansicht des herkömmlichen Ultraschallmotors. Fig. 30 ist eine perspektivische Ansicht eines weiteren herkömmlichen Ultraschallmotors.

[DIE BESTE AUSFÜHRUNGSART ZUM AUSFÜHREN DER ERFINDUNG]

Diese Erfindung wird mit Bezug auf die beigefügte Zeichnung detaillierter beschrieben.
Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht, die die erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Herkömmlicherweise hat ein Ultraschallmotor nur eine piezoelektrische Schwingungseinrichtung zum Antrieb. Die vorliegende Erfindung hat jedoch sowohl eine piezoelektrische Schwingungseinrichtung (A) 5 zum Erzeugen einer fortschreitenden Welle zum Antrieb als auch eine piezoelektrische Schwingungseinrichtung (B) 6 zum Erzeugen einer stehenden Welle zum Anhalten. Ferner ist ein bewegbares Teil 2 mit Schlitzen 2a versehen, deren Anzahl geeignet für die Anzahl von Bäuchen einer durch die piezoelektrische Schwingungseinrichtung (B) 6 erzeugten stehenden Welle ist.
Die Fig. 2(a) und (b) sind Schnittansichten, die einen Antriebszustand bzw. eine Schwingungsphase der ersten, in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform zeigen. Während die piezoelektrische Schwingungseinrichtung (A) 5 die fortschreitende Welle zum Antrieb erzeugt, wird an einem Schwingteil eine fortschreitende Welle erzeugt, wobei ein Punkt derselben in einer derartigen Weise von a 1 nach a2 und von b1 nach b2 fortschreitet. Daher wird das bewegbare Teil 2 in der Richtung angetrieben, die zu der Richtung entgegengesetzt ist, in welcher die Welle fortschreitet.
Die Fig. 3(a) und (b) sind Schnittansichten, die einen Anhaltezustand bzw. eine Schwingungsphase der ersten, in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform zeigen. Wenn die piezoelektrische Schwingungseinrichtung zum Antrieb (A) 5 in ihrem Betrieb gestoppt wird und die piezoelektrische Schwingungseinrichtung zum Anhalten (B) 6 betrieben wird, halten Abschnitte mit konzentrierter Belastung des bewegbaren Teils 2 mit Schlitzen 2a, d.h. die Mitte der zwei Schlitze an jeweiligen Knotenabschnitten wie c1 - c4 der stehenden Welle an, die durch die piezoelektrische Schwingungseinrichtung (B) 6 erzeugt wird. Wie es oben erwähnt ist, kenn das bewegbare Teil 2 an einer präzisen Aufteilungsstelle anhalten, wenn die Abschnitte des bewegbaren Teils mit konzentrierter Belastung durch die fortschreitende Welle zum Antrieb in eine nächste Nähe zu den jeweiligen Knotenabschnitten der stehenden Welle zum Anhalten angetrieben werden und dann in einem Moment die fortschreitende Welle auf die stehende Welle umgeschaltet wird. Eine bevorzugte zeitliche Abstimmung zum Umschalten der fortschreitenden Welle zum Antrieb auf die stehende Welle zum Anhalten ist der Moment, in dem die Abschnitte konzentrierter Belastung (die mittlere Stelle zwischen einem Schlitz und einem weiteren Schlitz) jeweilige Schwingungsbauchabschnitte der zum Anhalten erzeugten stehenden Welle passieren. Obgleich die obige erste Ausführungsform unter der Annahme erklärt ist, daß die piezoelektrische Schwingung zum Antrieb und die piezoelektrische Schwingungseinrichtung zum Anhalten separat vorgesehen sind, ist außerdem ein schrittweiser Antrieb mit einer einer piezoelektrischen Schwingungseinrichtung auch möglich, indem Polarisationsmuster und die Positionen zum Anlegen von Spannung umgeschaltet werden.
Fig. 4 ist ein Funktionsblockdiagramm der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Eine Ultraschallschwingungserzeugungsschaltung 11 mit einer eine fortschreitende Welle erzeugenden Schaltung 12 und einer eine stehende Welle erzeugende Schaltung 13 wird durch eine Umschaltschaltung 14 umgeschaltet, die aus einer Zeitgeberschaltung 15, einer Zeitgeberspeicherschaltung 16 und einer Auswahlschaltung 17 gebildet ist, und entweder die piezoelektrische Schwingungseinrichtung (A) 5 oder die piezoelektrische Schwingungseinrichtung (B) 6 wird betrieben. Dann wird die Schwingung der piezoelektrischen Schwingungseinrichtung durch die Schwingungseinrichtung 3 vergrößert und das bewegbare Teil 2 wird schrittweise angetrieben.
Fig. 5 ist eine perspektivische Ansicht, die die zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Diese Ausführunsgform offenbart ebenfalls eine piezoelektrische Schwingungseinrichtung zum Antrieb (A) 5 und eine piezoelektrische Schwingungseinrichtung zum Anhalten (B) 6. Jedoch erzeugen beide piezoelektrischen Schwingungseinrichtungen (A) 5 und (B) 6 eine stehende Welle. Die Phasen der ersten Art von stehender Welle und der zweiten Art von stehender Welle weisen eine Abweichung von π/4 auf.
Die Fig. 6(a) und (b) sind Schnittansichten, die einen Antriebszustand bzw. eine Schwingungsphase der zweiten, in Fig. 5 gezeigten Ausführungsform zeigen. Während die piezoelektrische Schwingungseinrichtung (A) 5 eine stehende Welle zum Antrieb erzeugt, bleiben Vorsprünge 3a eines Schwingteils 3 zwischen einem Abschnitt maximaler Amplitude und einem Knotenabschniff, beispielsweise d1 und d2. Deshalb wirkt eine Kraft in der Drehrichtung und ein bewegbares Teil 2 wird angetrieben.
Die Fig. 7(a) und (b) sind Schnittansichten, die einen Anhaltezustand bzw. eine Schwingungsphase der zweiten, in Fig. 5 gezeigten Ausführungsform zeigen. Die piezoelektrische Schwingungseinrichtung zum Antrieb (A) 5 wird in ihrem Betrieb gestoppt und die piezoelektrische Schwingungseinrichtung zum Anhalten (B) 6 wird betrieben. In diesem Fall entsprechen Knotenabschnitte der stehenden Welle jeweiligen Vorsprüngen 3a des Schwingteils 3. Dann halten Abschnitte mit konzentrierter Belastung des bewegbaren Teils 2 mit Schlitzen 2a, d.h. die Mitte der zwei Schlitze, an jeweiligen Knotenabschnitten e1 - e4 einer stehenden Welle an, die durch die piezoelektrische Schwingungseinrichtung (B) 6 erzeugt wird. Wie es oben erwähnt ist, kann das bewegbare Teil 2 an einer genauen Aufteilungsstelle anhalten, wenn die Abschnitte mit konzentrierter Belastung durch die stehende Welle zum Antrieb in eine nächste Nähe zu den jeweiligen Knotenabschnitten der stehenden Welle zum Anhalten angetrieben werden, und in einem Moment die stehende Welle zum Antrieb auf die stehende Welle zum Anhalten umgeschaltet wird. Obgleich die obige zweite Ausführungsform unter der Annahme erklärt ist, daß die piezoelektrische Schwingungseinrichtung zum Antrieb und die piezoelektrische Schwingungseinrichtung zum Anhalten separat vorgesehen sind, ist außerdem ein schrittweiser Antrieb mit einer piezoelektrischen Schwingungseinrichtung möglich, indem Polarisationsmuster und die Positionen zum Anlegen von Spannung umgeschaltet werden.
Fig. 8 ist ein Funktionsblockdiagramm der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Eine Ultraschallschwingungserzeugungsschaltung 11 mit einer Schaltung zum Erzeugen der ersten Art von stehender Welle (A) 18 und einer Schaltung zum Erzeugen der zweiten Art von stehender Welle (B) 19 wird durch eine Umschaltschaltung 14 umgeschaltet, die von einer Zeitgeberschaltung 15, einer Zeitgeberspeicherschaltung 16 und einer Auswahlschaltung 17 gebildet ist, und entweder die piezoelektrische Schwingungseinrichtung (A) 5 oder die piezoelektrische Schwingungseinrichtung (B) 6 wird betrieben. Dann wird die Schwingung durch das Schwingteil 3 vergrößert und das bewegbare Teil wird schrittweise angetrieben.
Fig. 9 ist eine Schnittansicht der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Ein bewegbares Teil 2 ist mit einem Getriebeteil 20 als ein Ausgangsableitungsteil versehen. Was die Mittel zum Unterdrucksetzen anbetrifft, so setzt diese Ausführungsform der vorliegenden Erfindung nicht die Weise des Unterdrucksetzens der oberen Seite des Zentrums eines bewegbaren Teils 2 mittels einer flachen Feder ein. Ein Außenring eines Lagers 21 ist an dem bewegbaren Teil 2 befestigt und auch die obere Seite eines lnnenrings des Lagers 21 wird durch eine Druckfeder 1 unter Druck gesetzt, während der Innenring des Lagers 21 durch eine Zen alwelle drehbar geführt ist. Was diese Ausführungsform am meisten von der obigen ersten und zweiten Ausführungsform unterscheidet, ist, daß ein schrittweiser Antrieb mit nur einer piezoelektrischen Schwingungseinrichtung 4 realisiert ist. Details sind unten beschrieben. Ferner kann das bewegbare Teil sowohl im ersten Modus, der keine Knotenabschnitte enthält, als auch im zweiten Modus, der Knotenabschnitte in einer radialen Richtung enthält, angetrieben werden.
Fig. 10 ist eine die Bewegung erläuternde Darstellung der dritten Ausführungsform Eine piezoelektrische Schwingungseinrichtung 4 mit Elektrodenmustern 4a, 4b, die in eine Mehrzahl aufgeteilt sind, ist an ein Schwingteil 3 durch Mittel wie Verklebungsmittel gebondet. "+" und "-", wie in der Figur verwendet, bezeichnen Richtungen der Polarisation entsprechender Elektrodenmusterabschnitte. Wie es in der Figur gezeigt ist, sind bei dieser Ausführungsform die Elektrodenmuster von 4a und 4b hinsichtlich der Polarisation zu zweien in der gleichen Richtung in einer Sequenzfolge "+, +, -, -..." verarbeitet. Anschlußleitungen (A) und (B), 10a und 10b schließen 4a bzw. 4b wechselweise an. Bei dieser Ausführungsform ist die Elektrodengestaltung derart, daß eine Wellenlänge aus vier Elektrodenmustern besteht. In diesem Zustand wird ein Hochfrequenzspannungssignal der gleichen Phase an die Anschlußleitungen (A) loa und (B) 10b (d.h. die Elektrodenmuster 4a und 4b) angelegt. Das Schwingteil 3 wird dann mit einer stehenden Welle erregt, die Knotenabschnitte b1, b2 und b3, wie in Fig. 10(b) gezeigt, aufweist. Folglich halten Abschnitte mit konzentrierter Belastung a1, a2 und a3 des bewegbaren Teils 2 mit in Fig. 10(a) gezeigten Schlitzen 2a jeweils an den Abschnitten an, die jeweils b1, b2 und b3 entsprechen.
Als nächstes wird an die Anschlußleitung (A) 10a und die Anschlußleitung (B) 10b (d.h. die Elektrodenmuster 4a und 4b) jeweils eine der beiden Hochfrequenzspannungssignale angelegt, die sich um 90º in der Phase unterscheiden. Dann wird das Schwingteil 3 mit einer derartigen fortschreitenden Welle erregt, daß ein Punkt der Welle, wie in Fig. 10(c) gezeigt, von c1 nach c2 fortschreitet. Folglich schreitet das bewegbare Teil 2 mit den in Fig. 10(a) gezeigten Schlitzen 2a in der zur Welle entgegengesetzten Richtung fort. Die Wiederholung der obigen Bewegungen erlaubt dem bewegbaren Teil 2 den Schrittantrieb zu jedem anderen Schlitz 2a, der an dem bewegbaren Teil 2 vorgesehen ist. Allerdings ist diese Ausführungsform in folgender Hinsicht ganz verschieden von der obigen ersten und zweiten Ausführungsform Wenn an die Anschlußleitung (A) 10a und die Anschlußleitung (B) 10b, d.h. die Elektrodenmuster 4a und 4b jeweils eine der beiden Hochfrequenzspannungssignale angelegt wird, die gegenphasig sind (d.h. in der Phase um 180º verschieden sind), wird das bewegbare Teil 3 mit einer stehenden Welle erregt, die d1, d2 und d3 als Knotenabschnitte aufweist, wie es in Fig. 10(d) gezeigt ist. Folglich halten die Abschnitte konzentrierter Belastung al, a2 und a3 des bewegbaren Teils 2 mit den in Fig. 10(a) gezeigten Schlitzen 2a jeweils an den Stellen an, die d1, d2 bzw. d3 entsprechen. Außerdem, wenn an die Anschlußleitung (A) 10a und die Anschlußleitung (B) 10b, d.h. die Elektrodenmuster 4a und 4b wieder jeweils eine der beiden Hochfrequenzspannungssignale angelegt wird, die in der Phase um 90º verschieden sind, wird das Schwingteil 3 mit einer fortschreitenden Welle erregt, wobei ein Punkt derselben von ei nach e2 fortschreitet, wie es in Fig. 10(e) gezeigt ist. Folglich schreitet das bewegbare Teil 2 mit den in Fig. 10(a) gezeigten Schlitzen 2a in der zur Welle entgegengesetzten Richtung fort. Die Wiederholung der obigen Bewegungen ermöglicht dem bewegbaren Teil 3 den schrittweisen Antrieb zu jeder Hälfte des Schlitzes 2a, der an dem bewegbaren Teil 2 vorgesehen ist. Deshalb ist es möglich, einen sehr kleinen Schrittwinkel mit einer kleinen Anzahl von Schlitzen zu kontrollieren, selbst wenn ein Durchmesser des bewegbaren Teils verkleinert ist. Bei dieser Ausführungsform wird eine Wellenlänge von vier aufgetrennten Elektrodenmustern gebildet. Allerdings kann ein noch winzigerer Schrittwinkel kontrolliert werden, wenn eine Wellenlänge aus einer kleineren geraden Anzahl von aufgetrennten Elektrodenmustern gebildet wird.
Fig. 11 ist eine Draufsicht, die ein Elektrodenmuster einer piezoelektrischen Schwingungseinrichtung bei der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Bei dieser Ausführungsform wird eine Wellenlänge aus vier aufgetrennten Elektrodenmustern gebildet und drei Wellen können in der Richtung des Umfangs angeregt werden, so daß die piezoelektrische Schwingungseinrichtung 12 aufgetrennte Elektrodenmuster aufweist. Deshalb ist es grundsätzlich notwendig, zwölf Anschlußleitungen an den Motor anzuschließen. Allerdings ist es ein Nachteil, daß die Schwingung eingeschränkt wird und die Effizienz nachläßt, wenn viele Anschlußleitungen an einen so kleinen Ultraschallmotor angeschlossen werden, wie in dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung offenbart. Bei dieser Ausführungsform ist die piezoelektrische Schwingungseinrichtung 4 hinsichtlich der Polarisation in einer Sequenzfolge von +, +, -, - verarbeitet. Ein Kurzschlußelektrodenmuster ist durch wechselweises Verbinden der inneren Peripherie und der äußeren Peripherie der piezoelektrischen Schwingungseinrichtung ausgebildet, um lediglich zwei Anschlußleitungen anzuschließen.
Fig. 12 ist ein Funktionsblockdiagramm für die dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Eine Ultraschallschwingungserzeugungsschaltung 11 mit einer eine fortschreitende Welle erzeugenden Schaltung 12, einer eine erste Art von stehender Welle erzeugenden Schaltung (A) 18 und einer eine zweite Art von stehender Welle erzeugende Schaltung (B) 19 wird durch eine Umschaltschaltung 14 umgeschaltet, die gebildet ist aus einer Zeitgeberschaltung 15, einer Zeitgeberspeicherschaltung 16 und einer Auswahlschaltung 17. Entweder das Elektrodenmuster (A) 4a oder das Elektrodenmuster (B) 4b wird selektiv betrieben. Dann wird die Schwingung durch das Schwingteil 3 vergrößert und das bewegbare Teil 2 schrittweise angetrieben.
Fig. 13 ist ein Schaltungsdiagramm, das die Ultraschallschwingungserzeugungsschaltung für die dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Wenn die fortschreitende Welle ausgewählt ist, verwendet die eine fortschreitende Welle erzeugende Schaltung 12 das Ausgangssignal von der Umschaltschaltung 14, um ein Q-Ausgangssignal an das Elektroden muster 4a anzulegen und an das Elektroden muster 4b ein M-Ausgangssignal anzulegen, welches sich von dem Q- Ausgangssignal in der Phase um 90º unterscheidet. Wenn die erste Art von stehender Welle ausgewählt ist, verwendet die die erste Art von stehender Welle erzeugende Schaltung (A) 18 das Ausgangssignal von der Umschaltschaltung 14, um das Q-Ausgangssignal der gleichen Phase an die Elektroden muster 4a und 4b anzulegen. Ferner, wenn die zweite Art von stehender Welle ausgewählt ist, verwendet die die zweite Art von stehender Welle erzeugende Schaltung (B) 19 das Ausgangssignal von der Auswahischaltung 17, um das Q-Ausgangssignal an die Elektrodenmuster 4a anzulegen und an die Elektrodenmuster 4b ein - Ausgangssignal anzulegen, das sich von dem Q-Ausgangssignal in der Phase um 180º unterscheidet.
Die Fig. 14 - 20 zeigen die Ausführungsformen, welche die vorliegende Erfindung durch Wechseln einer stehenden Welle zum Antrieb und einer stehenden Welle zum Anhalten ausführt.
Die Fig. 14(a) und die Fig. 14(b) und (c) sind eine Schnittansicht bzw. die Bewegung erläuternde Darstellungen der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Wie es in Fig. 14(a) gezeigt ist, sind Elektrodenmuster 4a und 4b hinsichtlich der Polarisation paarweise in einer Sequenzfolge von +, +, -, - verarbeitet. Eine Anschlußleitung (A) 10a und eine Anschlußleitung (B) lob verbinden jeweils abwechselnd 4a und 4b. Ferner besitzt die vorliegende Erfindung eine Elektrodenstruktur, bei der eine Wellenlänge von vier Elektrodenmustern gebildet wird. Wenn in diesem Zustand an die Anschlußleitung (A) 10a und die Anschlußleitung (B) 10b, d.h. die Elektrodenmuster 4a und 4b, ein Hochfrequenzsignal der gleichen Phase angelegt wird, wird das Schwingteil 3 mit einer stehenden Welle erregt, wie es in Fig. 14(b) gezeigt ist. Demzufolge wirkt eine Antriebskraft durch Vorsprünge 3a bei b1, b2 und b3 auf ein bewegbares Teil 2. Wenn als nächstes das Anlegen des Signais an die Anschlußleitung (B) 10b unterbrochen wird und ein Hochfrequenzsignal nur an die Anschlußleitung (A) 10a angelegt wird, so wird das Schwingteil 3 mit einer stehenden Welle erregt, die c1, c2 und c3 als Knoten abschnitte besitzt, wie es in Fig. 14(c) gezeigt ist. Dann halten Abschnitte mit konzentrierter Belastung des bewegbaren Teils mit ungleichförmigen Abschnitten an dem jeweiligen Knotenabschnitt an. Die Wiederholung der obigen Schritte ermöglicht den schrittweisen Antrieb des bewegbaren Teils. Außerdem kann das bewegbare Teil in die entgegengesetzte Richtung fortschreiten gelassen werden, wenn eine Differenz von 180º zwischen den Phasen der Hochfrequenzspannungssignale vorgesehen ist, die an die Anschlußleitung (A) 10a (das Elektrodenmuster 4a) bzw. die Anschlußleitung (B) 10b (das Elektrodenmuster 4b) während des Antriebs angelegt werden.
Die Fig. 15(a) und die Fig. 15(b) und (c) sind eine Schnittansicht bzw. die Bewegung erläuternde Darstellungen, welche die fünfte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen. Grundsätzlich ist diese Ausführungsform die gleiche wie die obige vierte Ausführungsform, wobei jedoch nur in folgender Hinsicht ein Unterschied besteht. Zum Antreiben wird das Anlegen eines Hochfrequenzspannungssignals an die Anschlußleitung (A) 10a unterbrochen und ein Hochfrequenzspannungssignal wird nur an die Anschlußleitung (B) 10b angelegt. Andererseits wird zum Anhalten ein Hochfrequenzspannungssignal der gleichen Phase sowohl an die Anschlußleitung (A) 10a als auch die Anschlußleitung (B) 10b (d.h. die Elektrodenmuster 4a und 4b) angelegt. Bei dieser Ausführungsform wird das Hochfrequenzspannungssignal nur an die Anschlußleitung (A) 10a zum Antreiben gelegt und es ist möglich, das bewegbare Teil in einer entgegengesetzten Richtung schrittweise anzutreiben.
Fig. 16(a) und die Fig. 16(b) und (c) sind eine Schnittansicht bzw. die Bewegung erläuternde Darstellungen, die die sechste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen. Wie es in Fig. 16(a) gezeigt ist, sind bei dieser Ausführungsform die Elektrodenmuster hinsichtlich der Polarisation sequentiell zu dreien in der gleichen Richtung in einer "+, +, +, -, -, -"-Weise verarbeitet. Die Elektroden muster 4a, 4b und 4c sind durch die Anschlußleitung (A) 10a bzw. die Anschlußleitung (B) 10b angeschlossen, wie es in der Figur gezeigt ist. Ferner weist die Elektrode bei dieser Ausführungsform einen Aufbau auf, bei dem eine Wellenlänge aus sechs Elektrodenmustern gebildet ist. Wenn in diesem Zustand ein Hochfrequenzspannungssignal der gleichen Phase an die Anschlußleitung (A) 10a und die Anschlußleitung (B) 10b (d.h. die Elektrodenmuster 4a, 4b und 4c) angelegt wird, wird ein Schwingteil 3 mit einer stehenden Welle angeregt, wie es in Fig. 16(b) gezeigt ist, und eine Antriebskraft wirkt durch die Vorsprünge 3a bei b1, b2 und b3 auf das bewegbare Teil. Wenn dann an die Anschlußleitung (A) 10a und den Anschluß (B) 10b (d.h. die Elektrodenmuster 4a und 4b) jeweils eine von den zwei Hochfrequenzspannungssignalen angelegt wird, die eine Differenz von 180º in der Phase aufweisen, wird das Schwingteil 3 mit einer stehenden Welle angeregt, die c1, c2 und c3 als Knotenabschnitte besitzt, wie es in Fig. 16(c) gezeigt ist. Dann halten Abschnitte mit konzentrierter Belastung des bewegbaren Teils mit ungleichförmigen Abschnitten an den entsprechenden Knotenabschnitten an. Die Wiederholung der obigen Bewegungen erlaubt es, das bewegbare Teil schrittweise anzutreiben.
Fig. 17(a) und die Fig. 17(b), (c) und (d) sind eine Schnittansicht bzw. die Bewegung erläuternde Darstellungen, die die siebte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen. Wie es in Fig. 17(a) gezeigt ist, sind bei dieser Ausführungsform Elektrodenmuster 4a, 4b, 4c hinsichtlich der Polarisation sequentiell zu dreien in der gleichen Richtung in einer "+ +, +, -, -, -"-Weise verarbeitet. Die Elektroden muster 4a, 4b und 4c sind durch eine Anschlußleitung (A) 10a bzw. eine Anschlußleitung (B) 10b angeschlossen, wie es in der Figur gezeigt ist. Ferner weist die Elektrode bei dieser Ausführungsform einen Aufbau auf, bei dem eine Wellenlänge aus sechs Elektrodenmustern gebildet ist. Wenn in diesem Zustand ein Hochfrequenzspannungssignal der gleichen Phase an die Anschlußleitung (A) 10a und die Anschlußleitung (B) 10b (d.h. die Elektrodenmuster 4a, 4b und 4c) angelegt wird, wird ein Schwingteil 3 mit einer in Fig. 17(b) gezeigten stehenden Welle angeregt und eine Antriebskraft wirkt durch die Vorsprünge 3a bei b1, b2 und b3 auf ein bewegbares Teil. Dann wird das Anlegen des Signals an die Anschlußleitung (A) 10a unterbrochen und ein Hochfrequenzspannungssignal wird nur an die Anschlußleitung (B) 10b angelegt und das Schwingteil 3 wird mit einer stehenden Welle angeregt, die c1, c2 und c3 als Schwingungsbauchabschnitte besitzt, wie es in Fig. 17(c) gezeigt ist. Dann halten Abschnitte mit konzentrierter Belastung des bewegbaren Teils mit ungleichförmigen Abschnitten an den jeweiligen Knotenabschnitten an. Die Wiederholung der obigen Bewegungen ermöglicht den schrittweisen Antrieb des bewegbaren Teils. Ferner kann das bewegbare Teil in der entgegengesetzten Richtung angetrieben werden, wenn an die Anschlußleitung (A) 10a und die Anschlußleitung (B) 10b (d.h. die Elektrodenmuster 4a, 4b und 4c) jeweils eines von zwei Hochfrequenzspannungssignalen angelegt wird, die in der Phase um 180º verschieden sind.
Fig. 18(a) und die Fig. 18(b), (c), (d) und (e) sind eine Schnittansicht bzw. die Bewegung erläuternde Darstellungen, die die achte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen. Obgleich diese Ausführungsform grundsätzlich die gleiche wie die obige siebte Ausführungsform ist, ist sie ganz verschieden in Hinsicht auf die Art des Anschlusses jeweiliger Elektrodenmuster und die relative Position zwischen hervorstehenden Abschnitten 3a und Elektrodenmustern 4a, 4b und 4c.
Fig. 19(a) und die Fig. 19(b), (c), (d) und (e) sind eine Schnittansicht bzw. die Bewegung erläuternde Darstellungen, die die neunte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen. Wie es in Fig. 19(a) gezeigt ist, sind die Elektrodenmuster 4a, 4b und 4c hinsichtlich der Polarisation sequentiell zu dreien in der gleichen Richtung in einer "+, +, +, -, -, -"-Weise verarbeitet. Die Elektrodenmuster 4a, 4b und 4c sind durch eine Anschlußleitung (A) 10a, eine Anschlußleitung (B) 10b bzw. eine Anschlußleitung (C) 10c angeschlossen, wie es in der Figur gezeigt ist. Ferner weist die Elektrode bei dieser Ausführungsform einen Aufbau auf, bei dem eine Wellenlänge aus sechs Elektrodenmustern gebildet ist. Wenn in diesem Zustand an die Anschlußleitung (A) 10a und die Anschlußleitungen (B) 10b und (C) 10c (d.h. die Elektrodenmuster 4a, 4b und 4c) jeweils eine von den zwei Hochfrequenzspannungssignalen angelegt wird, die eine Differenz von 180º in der Phase besitzen, so wird ein Schwingteil 3 mit einer stehenden Welle angeregt, wie es in Fig. 19(b) gezeigt ist. Dann wirkt eine Antriebskraft durch Vorsprünge 3a bei b1, b2 und b3 auf ein bewegbares Teil. Wenn als nächstes ein Hochfrequenzspannungssignal der gleichen Phase an die Anschlußleitung (A) 10a und die Anschlußleitungen (B) 10b und (C) 10c (d.h. die Elektrodenmuster 4a, 4b und 4c) angelegt wird, so wird das Schwingteil 3 mit einer stehenden Welle angeregt, die c1, c2 und c3 als Knotenabschnitte besitzt, wie es in Fig. 19(c) gezeigt ist. Dann halten Abschnitte mit konzentrierter Belastung mit ungleichförmigen Abschnitten an denjeweiligen Knotenabschnitten an. Die Wiederholung der obigen Bewegungen ermöglicht den schrittweisen Antrieb des bewegbaren Teils. Wie es in den Fig. 19(d) und (e) gezeigt ist, ist es ferner möglich, das bewegbare Teil in der entgegengesetzten Richtung anzutreiben, wenn die Phasen der Hochfrequenzspannungssignale, die an die Anschlußleitungen (A) 10a und (B) 10b bzw. die Anschlußleitung (C) 10c angelegt werden, um 180º verschieden sind.
Fig. 20 ist eine perspektivische Ansicht, die die zehnte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Obwohl bei den oben erwähnten Ausführungsformen nur ein Ultraschalldrehmotor offenbart ist, so ist es bei der vorliegenden Erfindung auch möglich, einen Ultraschallinearmotor schrittweise anzutreiben. In Fig. 20 ist ein bewegbares Teil mit Schlitzen 2a in Druckkontakt mit einem rechtwinkligen Schwingteil mit Vorsprüngen 3a und das bewegbare Teil 2 wird derart schrittweise angetrieben, daß annähernd mittlere Teile jeweiliger, zwischen den zwei Schlitzen ausgebildeten konzentrierten Belastungsabschnitten über Knotenabschnitten anhalten, die an dem Schwingteil 3 durch die Wirkung einer piezoelektrischen Schwingeinrichtung 4 angeregt werden. Da es unmöglich ist, Schlitze auszubilden, die sich über den gesamten Querschnitt des bewegbaren Teils 2 ausbreiten, ist es bevorzugt, Schlitze wie Nuten auf dem bewegbaren Teil 2 vorzusehen, oder auf einer dünnen Schicht eines Reibungsmaterials 8 das bewegbare Teil 2 mit Schlitzen 2a an der oberen Oberfläche auszubilden, wie es in der Figur gezeigt ist.
Die Fig. 21 - 27 sind Ausführungsformen von in der vorliegenden Erfindung verwendeten, bewegbaren Teilen. Es gibt einige Wege zur Ausführung der bewegbaren Teile, die eine Mehrzahl von ungleichförmigen Abschnitten in den Querschnitten in der Umfangsrichtung aufweisen, wie es unten erklärt ist.
Fig. 21 zeigt die Ausführungsform, bei welcher Abschnitte mit konzentrierter Belastung durch Vorsehen von Schlitzen 2a an einem bewegbaren Teil 2 ausgebildet sind. Das bewegbare Teil ist derart schrittweise angetrieben, daß der mittlere Bereich der zwei Schlitze durch jeweilige Knotenabschnitte einer an dem Schwingteil angeregten stehenden Welle positioniert wird. Dabei ist die Anzahl der Schlitze 2a ein ganzzahliges Vielfaches der Anzahl von Bäuchen, welche die in der Umfangsrichtung des Schwingteus erzeugte stehende Welle bilden. Umso schmäler eine Breite des Schlitzes ist, umso präziser wird die Positionierung beim Antreiben. Allerdings werden die Breite und die Länge in einer radialen Richtung der Schlitze abhängig von der Form des Abschnitts, in dem das bewegbare Teil und das Schwingteil in Kontakt stehen, von der notwendigen Halteleistung, von dem Verarbeitungszustand usw. gewählt.
Fig. 22 zeigt den Fall, in dem die Breite der Schlitze an dem in der Ausführungsform von Fig. 21 gezeigten bewegbaren Teil extrem verbreitert ist. Bei dieser Ausführungsform wird ein bewegbares Teil derart schrittweise angetrieben, daß die Mitte der blattartigen flügelförmigen Bereiche des bewegbaren Teils durch Knotenabschnitte einer durch ein Schwingteil erzeugten stehenden Welle positioniert werden.
In Fig. 23 sind Abschnitte mit konzentrierter Belastung durch teilweise Vergrößerung der Dicke eines bewegbaren Teils ausgebildet. Da Nuten 2b an dem bewegbaren Teil vorgesehen sind, sind Abschnitte mit konzentrierter Belastung ausgebildet. Das bewegbare Teil wird derart schrittweise angetrieben, daß die mittlere Stelle jedes konzentrierten Belastungsabschnitts (die Mitte zwischen den zwei in der Figur gezeigten Nuten) durch jede der Knotenabschnitte einer am Schwingteil angeregten stehenden Welle positioniert wird. Dabei ist die Anzahl der Nuten ein ganzzahliges Vielfaches der Anzahl von Bäuchen, welche die in der Umfangsrichtung des Schwingteils erzeugte Welle bilden.
In Fig. 24 sind Abschnitte mit konzentrierter Belastung ausgebildet, indem wechselweise Nuten 2b an der Unterseite und Nuten 2c an der Oberseite eines bewegbaren Teils 2 vorgesehen sind. Das bewegbare Teil wird derart schrittweise angetrieben, daß die Mitte zwischen der an der Unterseite ausgebildeten Nut 2b und der an der Oberseite ausgebildeten Nut 2c durch jeden der Knotenabschnitte einer an einem Schwingteil angeregten stehenden Welle positioniert wird. Bei einem derartigen Aufbau ist es möglich, eine Anzahl von konzentrierten Belastungsabschnitten an dem bewegbaren Teil auszubilden und die Festigkeit des bewegbaren Teils aufrechtzuerhalten, selbst wem Durchmesser eines Ultraschallmotors und des bewegbaren Teils verkleinert sind. Deshalb kann ein schrittweiser Antrieb mit einem kleinen Winkel realisiert werden.
Fig. 25 zeigt die Ausführungsform, bei welcher Abschnitte mit konzentrierter Belastung ausgebildet sind, indem in gleichen Abständen Gewichte 2d, deren spezifisches Gewicht größer als das eines bewegbaren Teils ist, vergraben sind. Das bewegbare Teil wird derart schrittweise angetrieben, daß annähernd ein Schwerpunkt jedes Gewichts 2d durch jeweilige Knotenabschnitte einer stehenden Welle positioniert werden, die an einem Schwingteil angeregt wird. Wenn dabei anstelle der Gewichte 2d mit großem spezifischem Gewicht Lücken an dem bewegbaren Teil vorgesehen werden, so werden in gegenteiliger Weise die mittleren Abschnitte von jeweilige Lücken verbindenden Bereichen zu konzentrierten Belastungsabschnitten. Deshalb wird das bewegbare Teil derart schrittweise angetrieben, daß die mittleren Abschnitte durch jeweilige Knotenabschnitte einer stehenden Welle positioniert werden, die an dem Schwingteil angeregt ist. Die in den Fig. 21 bis 25 gezeigten Ausführungsformen zeigen die Fälle, in denen das bewegbare Teil ungleichförmige Abschnitte aufweist, die aus dem gleichen Material gebildet sind. Allerdings ist es auch möglich, den Kontaktbereich mit den bewegbaren Teilen mit Reibmaterial zu bonden oder zu beschichten, welches einen hohen Reibungskoeffizienten besitzt und keiner Abnutzung unterliegt.
in Fig. 26 ist ein Reibmaterial 8 in Form einer dünnen Scheibe ohne Schlitze, die auch als eine Gleitplatte wirkt, an das in der obigen Fig. 21 gezeigte bewegbare Teil gebondet, an welchem die konzentrierten Belastungsbereiche durch Vorsehen der Schlitze 2a ausgebildet sind. Obwohl ein Haltemoment dieser Ausführungsform etwas schwächer ist als das der obigen Ausführungsformen, so läst diese Ausführungsform Probleme wie dasjenige, daß die Kontaktstelle durch die Schlitze des bewegbaren Teils hängen bleibt, wenn ein Bereich mit Kontakt zu einem Schwingteil von einer "Kammzahnvorsprung"-Art vorgesehen ist.
Wie erwähnt, sind in Fig. 21 die konzentrierten Belastungsbereiche durch Vorsehen von Schlitzen 2a an dem bewegbaren Teil 2 ausgebildet. In Fig. 27 sind dem obigen bewegbaren Teil 2 Gewichte 2e zwischen den Schlitzen 2a hinzugefügt, welche aus einem anderen Material mit größerem spezifischem Gewicht, wie Wolfram, als das bewegbare Teil hergestellt ist, um die Halteleistung zu verbessern und den schrittweisen Antrieb des Schwingteils zu gewährleisten. Bei dieser Ausführungsform ist es bevorzugt, einen Bereich mit Schlitzen mit speziellem Gleitmaterial auszubilden, um Dreheigenschaften eines Motors zu verbessern.
Ferner ist bei den in den Fig. 21 bis 27 gezeigten Ausführungsformen die Anzahl von ungleichförmigen Bereichen an jedem bewegbaren Teil ein ganzzahliges Vielfaches der Anzahl von Knotenabschnitten der stehenden Welle, die in der Umfangsrichtung des Schwingteils erzeugt ist. Wenn beispielsweise eine aus drei Bäuchen gebildete stehende Welle in der Umfangsrichtung des Schwingteils erzeugt wird, so ist die Anzahl von ungleichförmigen Abschnitten des bewegbaren Teils ein ganzzahliges Vielfaches von drei. Es ist unnötig zu sagen, daß der Schrittwinkel umso kleiner gemacht werden kann, je größer die Anzahl von ungleichförmigen Abschnitten vorgesehen wird. Wenn die Anzahl der ungleichförmigen Abschnitte die gleiche wie die der Knotenabschnitte der in einer Umfangsrichtung des Schwingteils erzeugten stehenden Welle ist, so kann ferner die an dem Schwingteil angeregte stehende Welle auf das bewegbare Teil übertragen werden. Deshalb ist es auch möglich, daß die konzentrierten Belastungsbereiche des bewegbaren Teils mit den jeweiligen Schwingungsbauchabschnitten korrespondieren und daß angenähert mittlere Abschnitte der ungleichförmigen Abschnitte sich an die jeweiligen Knotenpositionen des Schwingteils setzen.

[MÖGLICHKEIT ZUR ANWENDUNG DER ERFINDUNG]

Wie es oben erklärt ist, stellt diese Erfindung einen Ultraschallmotor bereit, der umfaßt: eine Ultraschallschwingungserzeugungsschaltung zum Erzeugen einer Welle zum Antreiben eines bewegbaren Teils, eine Umschaltschaltung zum Ändern des Betriebs der Welle zum Antreiben eines bewegbaren Teils, wenigstens eine piezoelektrische Schwingungseinrichtung, die durch die Ultraschallschwingungserzeugungsschaltung schrittweise angesteuert ist, ein Schwingteil, an welchem die piezoelektrische Schwingungseinrichtung befestigt ist und Vorsprünge aufweist, ein bewegbares Teil, das durch Reibung durch eine Ultraschallschwingung unter Verwendung einer Dehnungsbewegung der piezoelektrischen Schwingungseinrichtung angetrieben wird und eine Mehrzahl von nicht gleichförmigen Abschnitten in einem Querschnitt in der Richtung seines Umfangs aufweist, und Druckmittel zum Herstellen eines Kontakts des bewegbaren Teils mit dem Schwingteil unter Druck; dadurch gekennzeichnet, daß die Ultraschallschwingungserzeugungsschaltung dazu eingerichtet ist, eine fortschreitende Welle zum Antreiben des bewegbaren Teils und wenigstens eine Art von stehender Welle zum Anhalten des bewegbaren Teils zu erzeugen, oder eine erste stehende Welle zum Antreiben des bewegbaren Teils und eine zweite stehende Welle zum Anhalten des bewegbaren Teils zu erzeugen, und daß die Umschaltschaltung dazu eingerichtet ist, den Betrieb der fortschreitenden Welle zum Antreiben des bewegbaren Teils und einer stehenden Welle zum Anhalten des bewegbaren Teils zu ändern oder den Betrieb einer ersten stehenden Welle zum Antreiben des bewegbaren Teils und einer zweiten stehenden Welle zum Anhalten des bewegbaren Teils zu ändern. Die Ultraschallschwingung (die fortschreitende Welle oder die stehende Welle) und die Schwingung der stehenden Welle zum Anhalten werden durch die obigen Schaltmittel gewechselt. Deshalb ist diese Erfindung geeignet zum präzisen schrittweisen Antreiben des bewegbaren Teils ohne jegliche akkumulierte Ungenauigkeit, selbst wenn ein Drehungserfassungsmittel, wie eine Codiereinrichtung, nicht verwendet ist.

Claims

1. Ultraschallmotor, umfassend:

eine Ultraschallschwingungserzeugungsschaltung (11) zum Erzeugen einer Welle zum Antreiben eines bewegbaren Teils (2);

eine Umschaltschaltung (14) zum Ändern des Betriebs der Welle zum Antreiben eines bewegbaren Teils (2);

wenigstens eine piezoelektrische Schwingungseinrichtung (5; 6), die durch die Ultraschallschwingungserzeugungsschaltung (11) schrittweise angetrieben wird;

ein Schwingteil (3), welches die piezoelektrische Schwingungseinrichtung (5; 6) daran befestigt aufweist und Vorsprünge (3a) aufweist;

ein bewegbares Teil (2), welches durch Reibung durch eine Ultraschallschwingung unter Verwendung einer Dehnungsbewegung der piezoelektrischen Schwingungseinrichtung (5; 6) angetrieben wird und eine Mehrzahl von ungleichförmigen Abschnitten in einem Querschnitt in der Richtung seines Umfangs aufweist; und

Druckmittel (1) zum Herstellen eines Kontakts unter Druck des bewegbaren Teils (2) mit dem Schwingteil (3);

dadurch gekennzeichnet, daß

die Ultraschallschwingungserzeugungsschaltung (11) dazu eingerichtet ist, eine fortschreitende Welle zum Antreiben des bewegbaren Teils (2) und wenigstens eine Art von stehender Welle zum Anhalten des bewegbaren Teils (2) zu erzeugen oder eine erste stehende Welle zum Antreiben des bewegbaren Teils (2) und eine zweite stehende Welle zum Anhalten des bewegbaren Teils (2) zu erzeugen; und

die Umschaltschaltung (14) dazu eingerichtet ist, den Betrieb der fortschreitenden Welle zum Antreiben des bewegbaren Teils (2) und einer stehenden Welle zum Anhalten des bewegbaren Teils (2) zu ändern, oder um den Betrieb einer ersten stehenden Welle zum Antreiben des bewegbaren Teils (2) und einer zweiten stehenden Welle zum Anhalten des bewegbaren Teils (2) zu ändern.