DE69307212T2

DE69307212T2 - Ultraschallmotor

Info

Publication number: DE69307212T2
Application number: DE69307212T
Authority: DE
Inventors: Ryoichi Suganuma
Original assignee: Nikon Corp; Nippon Kogaku KK
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1992-08-04
Filing date: 1993-07-30
Publication date: 1997-07-10
Anticipated expiration: 2013-07-31
Also published as: JPH0662587A; EP0582230B1; DE69307212D1; US5596240A; US5637948A; EP0582230A1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft einen Ultraschallmotor der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art, insbesondere eine Verbesserung im Aufbau eines Stators sowie dessen Trägermechanismus.

Zugehöriger Stand der Technik

Ultraschallmotoren, die eine beträchtliche Leistungsmenge bei niedriger Drehzahl abgeben können, waren auf zahlreichen industriellen Gebieten als bevorzugte Aktuatoren begehrt. Ihr Aufbau und ihre Betriebsweise sind in zahlreichen Artikeln in Zeitschriften, offengelegten Patenten und dergleichen offenbart.
Zunächst sollen Aufbau und Betriebsweise eines konventionellen Ultraschallmotors beschrieben werden, wie er aus der US-A-5 034 646 bekannt ist, und der dem Oberbegriff des Anspruchs 1 entspricht.
Fig. 1 ist eine Schnittansicht eines Beispiels für den konventionellen ringförmigen Ultraschallmotor.
Ein Rotor R besteht aus einem angetriebenen Element 1 und einem Gleitstück 2, welches mit der Bodenseite des angetriebenen Elements 1 verbunden ist. Ein Stator S besteht aus einem elastischen Glied 3 und einem elektromechanischen Energiewandlerelement 4, beispielsweise einem piezoelektrischen Element, welches auf die Bodenfläche des elastischen Gliedes 3 gebondet ist. Der Umfang des elastischen Glieds 3 ist an Trägerelementen 100 und 102 über einen Flanschabschnitt 3a befestigt, der sich in der Nähe einer neutralen Achse befindet, während der Rotor R mit dem Stator S durch einen (nicht gezeigten) Druckmechanismus in Berührung gedrückt wird.
Fig. 2 ist eine vergrösserte Ansicht des Querschnitts des Stators 5 des in Figur 1 gezeigten Ultraschallmotors.
An dem piezoelektrischen Element 4 sind Elektroden aus Silber oder dergleichen durch Aufdrucken und anschliessendes Sintern oder durch Niederschlagen aufgebracht. Das piezoelektrische Element 4 wird mit dem elastischen Glied 3 über eine Klebstoffschicht 6' verbunden.
Fig. 3 ist eine Ansicht, die die Anordnung der an dem piezoelektrischen Element 4 nach Fig. 1 gebildeten Elektrode veranschaulicht.
Elektroden 4A, 4B, 4C und 4M polarisieren das piezoelektrische Element 4 und legen auch elektrische Leistung zum Antreiben des Ultraschallmotors an. Die Vorzeichen "+" und "-" in dieser Fig. geben die Polarisationsrichtungen der jeweiligen Elektroden 4A, 48, 4C und 4M an.
Die Eingangselektroden 4A und 4B sind Elektrodengruppen, die aus Elektroden bestehen, die eine Umfangslänge von λ/2 aufweisen und voneinander um λ/4 abweichende räumliche Phasen aufweisen. Die Monitorelektrode 4M mit einer Länge von λ/4 wird allgemein dazu benutzt, den Zustand einer oszillierenden Wanderwelle (diese wird später noch beschrieben) nachzuweisen, die in dem elastischen Glied 3 erzeugt wird. Die Elektrode 4C, die allgemein als gemeinsame Elektrode bezeichnet wird, wird zur Erdung verwendet.
Das piezoelektrische Element 4 ist in der oben beschriebenen Weise mit dem elastischen Glied 3 verbunden. Durch Anlegen von Wechselspannungssignalen mit Phasendifferenzen von π/2 an entsprechende Elektrodengruppen 4A und 4B auf dem piezoelektrischen Element 4 wird die oszillierende Wanderwelle in dem elastischen Glied 3 erzeugt, um dadurch den mit dem Stator S in Druckkontakt stehenden Rotor R anzutreiben.
Wenngleich der oben erläuterte, konventionelle Ultraschallmotor eine beträchtliche Leistungsmenge bei niedriger Antriebsdrehzahl zu liefern vermag, und in vielfältiger Weise einsetzbar ist, ist jedoch der Antriebswirkungsgrad gering. Genauer gesagt, während der Antriebswirkungsgrad eines Gleichstrommotors typischerweise etwa 80 % beträgt, liegt der maximale Antriebswirkungsgrad eines Ultraschallmotors immer noch bei etwa 30 - 40 %.
Ein schlechter Antriebswirkungsgrad beschränkt die zulässige Betriebszeit beträchtlich, beispielsweise bei zahlreichen Gerätetypen, die Batterien als Energiequellen benutzen.
Ausserdem wird an den Ultraschallmotor gegebene elektrische Leistung, die nicht als Antriebskraft entnommen werden kann, unter Wärmeerzeugung verbraucht, wodurch die Temperatur des Stators ansteigt. Folglich ist der Betrieb des Ultraschallmotors begrenzt, wenn Temperaturanstiege über einen zulässigen Punkt hinaus stattfinden. Als Ergebnis ist die Anwendungsmöglichkeit für den Ultraschallmotor beschränkt.
Ausserdem können Temperaturanstiege des Stators die Kennlinien des Ultraschallmotors ändern.

OFFENBARUNG DER ERFINDUNG

Ein erstes Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, die oben erläuterten Probleme zu lösen und einen Ultraschallmotor der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art anzugeben, der den Antriebswirkungsgrad verbessern und Temperaturanstiege des Stators verhindern kann.
Ein zweites Ziel der Erfindung besteht darin, einen Ultraschallmotor der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art anzugeben, der einen Trägermechanismus aufweist, welcher den Antriebswirkungsgrad verbessert.
Um die obigen Probleme zu lösen, enthält der erfindungsgemässe Ultraschallmotor die Kennzeichnungsmerkmale des Anspruchs 1.
Bei einem solchen Aufbau kann die dritte Schicht als Pufferschicht gekennzeichnet sein, die verhindert, dass die oszillierende Wanderwelle aus der ersten Schicht in die zweite Schicht zurückkehrt.
Die dritte Schicht kann auch als Energiespeicherschicht fungieren, die Vibrationsenergie überträgt, selbst jedoch nicht vibriert.
Ausserdem kann die dritte Schicht eine Klebstoffschicht enthalten, deren Dicke 3 µm oder mehr beträgt.
Ausserdem kann die dritte Schicht ein Distanzglied zur Dicken-Beibehaltung aufweisen.
Schliesslich kann die dritte Schicht nach aussen verlängert sein, um den Stator zu tragen.
Da erfindungsgemäss die dritte Schicht zwischen dem elastischen Körper (der ersten Schicht) und dem elektromechanischen Energiewandlerelement (der zweiten Schicht) vorgesehen ist, welche den Stator bilden, lässt sich der Antriebswirkungsgrad des Ultraschallmotors verbessern, und ein Temperaturanstieg des Stators lässt sich verringern.
Da ausserdem die nicht vibrierende dritte Schicht nach aussen verlängert ist, um den Stator abzustützen, lässt sich der Trägermechanismus mit hervorragendem Antriebswirkungsgrad realisieren.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist eine Querschnittansicht eines Beispiels für den konventionellen ringförmigen Ultraschallmotor.
Fig. 2 ist eine vergrösserte Schnittansicht des Stators des in Fig. 1 gezeigten Ultraschallmotors.
Fig. 3 ist eine Ansicht, die die Ausgestaltung von Elektroden zeigt, die an dem in Fig. 1 gezeigten piezoelektrischen Element ausgebildet sind.
Fig. 4 ist eine vergrösserte Schnittansicht, die einen Teil der ersten Ausführungsform des erfindungsgemässen Ultraschallmotors zeigt.
Fig. 5 ist eine Ansicht, die die Krümmungsbewegung des piezoelektrischen Elements gemäss der Erfindung erläutert.
Fig. 6 ist eine anschauliche Darstellung eines Modells der ersten bis dritten Schicht des erfindungsgemässen Ultraschallmotors.
Fig. 7 ist eine graphische Darstellung, welche die Beziehung zwischen dem Drehmoment (der Drehzahl) und dem Antriebswirkungsgrad der ersten Ausführungsform im Vergleich zu dem konventionellen Beispiel darstellt.
Fig. 8 ist ein Diagramm, welches in Relation zwischen der dritten Schicht und der Stromaufnahme der ersten Ausführungsform veranschaulicht.
Fig. 9 ist ein Diagramm, welches die Beziehung zwischen dem Längs- Elastizitätsmodul der dritten Schicht und der Stromaufnahme der ersten Ausführungsform darstellt.
Fig. 10 ist eine vergrösserte Schnittansicht, die einen Teil der zweiten Ausführungsform des erfindungsgemässen Ultraschallmotors zeigt.
Fig. 11 ist eine vergrösserte Schnittansicht, die einen Teil der dritten Ausführungsform des erfindungsgemässen Ultraschallmotors zeigt.
Fig. 12 ist eine vergrösserte Schnittansicht, die einen Teil der vierten Ausführungsform des erfindungsgemässen Ultraschallmotors zeigt.
Fig. 13 ist eine vergrösserte Schnittansicht, die einen Teil der fünften Ausführungsform des erfindungsgemässen Ultraschallmotors zeigt.
Fig. 14 ist eine vergrösserte Schnittansicht, die einen Teil der sechsten Ausführungsform des erfindungsgemässen Ultraschallmotors zeigt.
Fig. 15 ist eine vergrösserte Schnittansicht, die einen Teil der siebten Ausführungsform des erfindungsgemässen Ultraschallmotors zeigt.
Fig. 16 ist eine vergrösserte Schnittansicht, die einen Teil der achten Ausführungsform des erfindungsgemässen Ultraschallmotors zeigt.
Fig. 17 ist eine vergrösserte Schnittansicht, die einen Teil der neunten Ausführungsform des erfindungsgemässen Ultraschallmotors zeigt.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Im folgenden werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung im einzelnen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
Fig. 4 ist eine vergrösserte Schnittansicht, die einen Teil der ersten Ausführungsform des erfindungsgemässen Ultraschallwandlers zeigt. Bei der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele sind solche Komponenten, die denjenigen des oben erläuterten konventionellen Beispiels entsprechen, mit gleichen Bezugszeichen und Symbolen versehen, ihre Beschreibung wird nicht wiederholt.
Bei der ersten Ausführungsform, die in Fig. 4 in vergrösserter Darstellung gezeigt ist, sind Elektroden 5 aus Silber oder dergleichen an dem elektromechanischen Energiewandlerelement 4, beispielsweise einem piezoelektrischen Element, ausgebildet, und das elastische Glied 3 und das piezoelektrische Element 4 sind miteinander über die dritte Schicht III verbunden.
Für die dritte Schicht III wird vorzugsweise ein Material verwendet, dessen interner Verlust klein ist, und welches weicher als das elastische Glied 3 und das piezoelektrische Element 4 ist. Beispielsweise kann die dritte Schicht III als Klebstoffschicht 6 aus Epoxi-, Urethan- oder Acrylat-Material gebildet sein. Anstatt die dritte Schicht III als Klebstoffschicht auszubilden, kann sie durch Füllen von bevorzugtem Material wie zum Beispiel Harzmaterial hergestellt werden.
Klebstoffe, die für die dritte Schicht III verwendet werden, sind häufig elektrisch nicht-leitend. In diesem Fall werden zum Anlegen eines Treibersignals an Elektroden 5 diese Elektroden 5 elektrisch angeschlossen und zu der Seitenfläche des piezoelektrischen Elements 4 mit Hilfe von leitendem Überzugmaterial herausgeführt. Die Elektroden 5 können mit nicht benutzten Elektroden auf der abgewandten Fläche (der dem elastischen Glied 3 abgewandten Fläche) des piezoelektrischen Glieds 4 verbunden sein, oder sie können zu der nicht benutzten abgewandten Oberfläche herausgeführt sein. Hierzu lässt sich das Treibersignal an die Elektroden 5 anlegen.
Im folgenden wird ein Vergleich bezüglich des Aufbaus des Stators des konventionellen Ultraschallmotors angestellt. Die in Figur 2 dargestellte Klebstoffschicht 6' besitzt etwa eine Dicke von 0,1 bis 3 µm, ausgenommen die Intervalle zwischen den Elektroden 5.
Bei dieser Ausführungsform gemäss Fig. 4 verbessert die dritte Schicht III, die zwischen dem elastischen Glied 3 (der ersten Schicht 1) und dem piezoelektrischen Element 4 (der zweiten Schicht II) gebildet ist, den Antriebswirkungsgrad des Ultraschallmotors. Das elastische Glied 3, das piezoelektrische Element 4 und die darauf befindlichen Elektroden 5 sind die gleichen wie in Fig. 2. Die Klebstoffschicht 6 ist dicker als die in Fig. 2 dargestellte Klebstoffschicht 6', wobei bei dieser Ausführungsform die Dicke 3 µm und mehr beträgt.
Obschon in den Fig. 2 und 4 die Oberflächen der Elektroden gemäss Fig. 3 auf die Oberfläche des elastischen Glieds 3 aufgebondet sind, können die Rückseiten dieser Elektrodenflächen als ringförmige, gemeinsame Elektroden ausgebildet sein, die aufgebondet wird. In diesem Fall gibt es nicht die in den Fig. 2 und 4 dargestellten Intervalle, und man erhält eine gleichförmige Klebstoffschicht.
Als nächstes werden die allgemeinen Prinzipien des erfindungsgemässen Ultraschallmotors beschrieben. Indem die oben erläuterte dritte Schicht III zwischen dem piezoelektrischen Element 4 und dem elastischen Glied 3 vorhanden ist, wie es bei dieser Ausführungsform der Fall ist, können die Vibrationsverluste in dem Stator verringert werden.
Dies lässt sich folgendermassen erklären. Wenn die Treibersignale an das piezoelektrische Element 4 gelegt werden, beginnt das piezoelektrische Element 4 mit einer Krümmungsbewegung, wie sie in Fig. 5 dargestellt ist, bei der die Vibrationsrichtung durch den Pfeil dargestellt ist. Die auf das elastische Glied 3 übertragene Vibration erzeugt die oszillierende Wanderwelle in dem elastischen Glied 3, weil an die oben erläuterten Elektroden 4A und 4B angelegte Treibersignale einen Phasenunterschied von π/2 aufweisen.
In diesem Fall verhält sich das piezoelektrische Element 4 bezüglich der Schwingung der oszillierenden Wanderwelle, die in dem elastischen Glied 3 erzeugt wird, behindernd. Genauer gesagt, wenn die oszillierende Wanderwelle konstant über das elastische Glied 3 wandert, verschieben sich mit der Zeit auch die Stellen der Wellenkämme. Andererseits wird die Schwingung des piezoelektrischen Elements 4 als stehende Welle bezeichnet, die konstant an ein und derselben Stelle schwingt. Deshalb ist die Beziehung zwischen den Phasen dieser beiden Wellen nicht fest. Das piezoelektrische Element 4, welches die Quelle für die Schwingung ist, verhält sich auch behindernd in Bezug auf die Schwingung der oszillierenden Wanderwelle. In einigen Fällen, in denen die Phasen der zwei Wellen eine gewisse Beziehung zueinander haben, kann das piezoelektrische Element 4 die Schwingung nicht wirksam auf das elastische Glied 3 übertragen.
Um das oben erläuterte Problem zu lösen, ist erfindungsgemäss die beispielsweise als Klebstoffschicht 6 ausgebildete dritte Schicht III zwischen dem piezo-elektrischen Element 4 und dem elastischen Glied 3 eingefügt. Die elastische Klebstoffschicht 6 unterdrückt die behindernde Einwirkung auf die oszillierende Wanderwelle aufgrund der Vibration des piezoelektrischen Elements 4 und überträgt aüsserdem wirksam Vibrationsenergie von dem piezoelektrischen Element 4 auf das elastische Glied 3, wodurch sich der Antriebswirkungsgrad verbessert.
Die oben erläuterte Funktion der Klebstoffschicht unterscheidet sich vollständig von derjenigen der herkömmlichen Klebstoffschicht 6', die lediglich dazu dient, das piezoelektrische Element 4 mit dem elastischen Glied 3 zu verbinden. Der Unterschied wird anhand der Fig. 6 kurz erläutert.
Kurz gesagt, kann man sich ein Modell vorstellen, bei dem die dritte Schicht III zwischen der ersten Schicht I (dem elastischen Glied 3) und der zweiten Schicht II (dem piezoelektrischen Element 4, welches als Vibrationsquelle dient) vorgesehen ist und mit den jeweiligen Schichten verbunden ist. In diesem Modell wird die Vibration des piezoelektrischen Elements 4 über die dritte Schicht III auf das elastische Glied 3 übertragen. Ausserdem regt die an das elastische Glied 3 über die dritte Schicht III angelegte Vibrationsenergie die Schwingung des elastischen Glieds 3 an.
Die Vibrationsbewegung der jeweiligen Schichten I - III, die in der mit dem obigen Modell beschriebenen Weise verbunden sind, soll im folgenden betrachtet werden. Die Schwingungsbedingung für die jeweiligen Schichten I - III ändert sich entsprechend den natürlichen Frequenzen und der Nachgiebigkeit der jeweiligen Schichten. Wenn daher die Nachgiebigkeit der dritten Schicht III, die zwischengeschaltet ist, richtig festgelegt wird, besteht die Möglichkeit, in dem Modell einen Zustand zu erreichen, in welchem die Schichten I und II, die an den jeweiligen Seiten der dritten Schicht III angeordnet sind, mit starker Amplitude schwingen, während die dritte oder Zwischen-Schicht III nur wenig schwingt.
Selbst wenn Energie aus der Schwingungsquelle gering ist, lässt sich eine starke Schwingung der ersten Schicht I (des elastischen Glieds 3) erzielen. In diesem Fall schwingt die dritte oder Zwischen-Schicht III selbst nur wenig, sie überträgt praktisch sämtliche Schwingungsenergie, indem sie als Energiespeicherschicht fungiert.
Wenn der Stator S des Ultraschallmotors in den oben erläuterten Zustand gebracht wird, lassen sich die oben erläuterten Probleme lösen.
Indem man ausserdem die Nachgiebigkeit der dritten Zwischen-Schicht III variiert, kann der Schwingungszustand der ersten und der zweiten Schicht I und II an den beiden Seiten der dritten Schicht III stark geändert werden, so dass der Schwingungszustand des elastischen Glieds 3 sich beträchtlich von demjenigen des piezoelektrischen Elements 4 unterscheiden kann.
Wie aus der obigen Erläuterung ersichtlich ist, ist es durch geeignetes Festlegen der Nachgiebigkeit der ersten Schicht 1 (des elastischen Glieds 3), der zweiten Schicht II (der piezoelektrischen Schicht 4) und der dritten Schicht III möglich, bei effizientem Aufbringen von Schwingungsenergie von dem piezoelektrischen Element 4 auf das elastische Glied 3 bei geeignet festgelegter Federelastizität der dritten Schicht III den abträglichen Einfluss des piezoelektrischen Elements 4 auf die Schwingung der oszillierenden Wanderwelle, die in dem elastischen Glied 3 erzeugt wird, zu vermeiden. In ähnlicher Weise lässt sich der hinderliche Einfluss des elastischen Glieds 3 auf das piezoelektrische Element 4 verringern.
Die dritte Schicht III sammelt von dem piezoelektrischen Element 4 erzeugte Energie und überträgt sie auf das elastische Glied 3. Ausserdem sammelt die dritte Schicht III Energie der oszillierenden Wanderwelle, die in dem elastischen Glied 3 erzeugt wird, und überträgt sie auf das piezoelektrische Element 4. Damit lassen sich die der Schwingung entgegengesetzten Faktoren unterdrücken, und ein Temperaturanstieg des Stators 5 lässt sich verringern.
Wie oben beschrieben, lässt sich der Schwingungsverlust in dem Stator 5 dadurch reduzieren, dass man die dritte Schicht III zwischen dem piezoelektrischen Element 4 und dem elastischen Glied 3 vorsieht, und man kann den Antriebs-wirkungsgrad des Ultraschallmotors steigern.
Fig. 7 ist eine graphische Darstellung, die die Relation zwischen dem Drehmoment (der Drehzahl) und dem Antriebswirkungsgrad der ersten Ausführungsform des Ultraschallmotors im Vergleich zu dem des herkömmlichen Beispiels zeigt.
Sowohl die vorliegende Ausführungsform als auch das herkömmliche Beispiel verwenden als elastisches Glied 3 Invar und als piezoelektrisches Element 4 PZT. Allerdings unterscheidet sich die erste Ausführungsform von dem herkömmlichen Beispiel dadurch, dass eine Beschichtung aus Epoxid-Klebstoff mit einer Dicke von etwa 6 µm (die Klebstoffschicht 6) als dritte Schicht III ausgebildet ist.
In der Figur bedeuten gestrichelte Linien A und B die Drehzahl bzw. den Antriebswirkungsgrad des herkömmlichen Beispiels, und duchgezogene Linien A und B bedeuten Drehzahl und Antriebswirkungsgrad der ersten Ausführungsform.
Wie aus der graphischen Darstellung deutlich zu erkennen ist, lässt sich durch die vorliegende Erfindung der Antriebswirkungsgrad spürbar steigern. Durch Ändern der Nachgiebigkeit der dritten Schicht III ist es ausserdem möglich, Ultraschallmotoren herzustellen, die verschiedene Ausgangskennlinien aufweisen, bei denen aber gleiche Statoren und gleiche piezoelektrische Elemente verwendet sind.
Fig. 8 ist ein Diagramm, welches die Beziehung zwischen der Dicke der dritten Schicht und der Stromaufnahme des erfindungsgemässen Ultraschallmotors zeigt.
Das in Fig. 8 dargestellte Versuchsergebnis wurde unter folgenden Bedingungen erzielt: Dritte Schicht III; Epoxid-Klebstoff; Antriebsdrehzahl: 60 rpm; Last: 350 gfcm; Versorgungsspannung: 30 Veff; Längs-Elastizitätsmodul: ca. 240 kgf/mm.
Wie deutlich in Fig. 8 zu sehen ist, wird die Stromaufnahme am geringsten, wenn die Dicke der dritten Schicht III etwa 5 bis 9,5 pm beträgt.
Fig. 9 ist ein Diagramm, welches die Beziehung zwischen dem Längs-Elastizitätsmodul der dritten Schicht und der Stromaufnahme des Ultraschallmotors gemäss der Erfindung zeigt.
Das Versuchsergebnis nach Fig. 9 wurde erhalten bei Verwendung eines flüssigen Zweikomponenten-Epoxid-Klebstoffs, wobei die Änderung der Stromaufnahme gemessen wurde, während das Mischverhältnis der Hauptkomponente und des Härters ebenso variiert wurden wie unterschiedliche Gemische des Epoxid-Klebstoffs verwendet wurden, um den Längs-Elastizitätsmodul zu variieren. Die anderen Bedingungen waren: Antriebsdrehzahl: 60 rpm; Last: 350 gfcm; Versorgungsspannung: 30 Veff; Dicke der dritten Schicht III: 6 µm.
Wie deutlich in Fig. 9 zu sehen ist, wird die Stromaufnahme am geringsten, wenn der Längselastizitätsmodul etwa 200 kgf/mm beträgt.
Fig. 10 bis 15 sind vergrösserte Schnittansichten&sub1; die Teile der zweiten bis siebten Ausführungsform des erfindungsgemässen Ultraschallmotors zeigen. In der nachfolgenden Beschreibung jeder Ausführungsform sind das elastische Glied 3, das piezoelektrische Element 4, die Elektroden 5, etc. die gleichen wie bei der ersten Ausführungsform. Dieses zweite bis siebte Ausführungsbeispiel sieht vor, die Dicke der dritten Schicht III mit einfachen Verfahren gleichmässig zu machen.
Die in Fig. 10 dargestellte Ausführungsform verwendet eine Harzschicht 8 als dritte Schicht, die durch die Klebstoffschicht 6 verbunden ist. Die Harzschicht 8 kann nicht nur aus einer Harz-Art bestehen, sondern auch aus einem anderen Material. Die Klebstoffschicht 6 kann dicker gemacht werden, um zusammen mit der Harzschicht 8 die dritte Schicht III zu bilden.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 11 sind die Oberflächen der Elektroden 5 mit einer rauhen Endbearbeitung ausgestattet, und anschliessend ist die dritte Schicht III auf diese aufgerauhten Oberflächen aufgebracht. In diesem Fall ist der Korn-durchmesser der Silberpaste variiert worden, um die erwünschte Rauhigkeit zu erzielen. Die Silberpaste wird aufgedruckt und gebacken, um die Elektroden zu bilden. Die Bedingungen für das Drucken und das Backen der Silberpaste lassen sich in geeigneter Weise so festlegen, dass man kraterrandähnliche Vorsprünge erhält, die durch Gas entstehen (sogenannte "Lunker"), wobei das Gas beim Drucken und beim Backen entsteht.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 1 2 sind nach dem Drucken der Elektroden 5 vorstehende Teile 5a auf Bereiche der Elektroden 5 aufgedruckt, um die dritte Schicht III zu bilden.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 13 werden Distanzglieder 9 rechteckigen Quer-schnitts zur Bildung der dritten Schicht III verwendet. Dieses Verfahren lässt sich auch bei der zweiten Ausführungsform anwenden, bei der die Distanzstücke vorzugsweise zwischen benachbarten Elektroden angeordnet sind, um einen besseren Effekt zu erreichen.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 14 ist Mikropulver 10 aus Metall, Harz oder dergleichen dem Klebstoff beigemischt, aus dem die Klebstoffschicht 6 besteht. Das Mikropulver hat einen gewissen Korndurchmesser, der eine Beabstandung gewährleistet, wenn die dritte Schicht III gebildet wird.
Die in Fig. 15 gezeigte Ausführungsform verwendet ein stabförmiges Glied 11 mit kreisförmigen Querschnitten, beispielsweise Harzfasern, feine Metalldrähte und dergleichen.
Fig. 16 und 17 sind vergrösserte Schnittansichten, die Teile der achten bzw. der neunten Ausführungsform des erfindungsgemässen Ultraschallmotors zeigen. Diese Ausführungsformen sind aus den in den Figuren 10 und 15 dargestellten Ausführungsformen entwickelt und weisen verbesserte Stator-Trägersysteme auf. Genauer gesagt, die Nachgiebigkeit eines Distanzstücks 12 oder eines stabförmigen Glieds 13 ist in geeigneter Weise derart festgelegt, dass das Distanzstück 12 bzw. das stabförmige Glied 13 nicht schwingt. Das Distanzstück 12 oder das stabförmige Glied 13 ist auf die Aussenseite des Stators S hin verlängert, um von den Lagergliedern 100 und 101 abgestützt zu werden.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern beinhaltet zahlreiche Modifizierungen. Beispielsweise können Ultraschallmotoren mit gleichen elastischen Gliedern und gleichen piezoelektrischen Elementen unterschiedliche Kennlinien dadurch erhalten, dass man die Dicke der dritten Schicht variiert oder für die dritte Schicht Stoffe mit unterschiedlichen Eigenschaften verwendet.
Wie oben im einzelnen erläutert ist, lassen sich erfindungsgemäss dadurch, dass die dritte Schicht zwischen der ersten und der zweiten Schicht vorgesehen wird, der Antriebswirkungsgrad im Vergleich zu dem keine dritte Schicht aufweisenden konventionellen Ultraschallmotor spürbar verbessern und der Temperaturanstieg des Stators verringern.
Durch Verlängern der dritten Schicht nach ausserhalb des Stators zum Lagern des Stators ist die Verringerung des Antriebswirkungsgrads aufgrund der Stator- Lagerung deutlich verkleinert, so dass der Antriebswirkungsgrad gesteigert ist.

Claims

1. Ultraschallmotor, umfassend:

- einen Stator (S) mit einem elektromechanischen Energiewandlerelement (4) und einem elastischen Glied (3) zum Anregen des elektromechanischen Energiewandlerelements, damit es eine oszillierende Wanderwelle erzeugt, und

- ein angetriebenes Element (R), welches in Druckkontakt gehalten wird, um in Berührung mit dem Stator zu stehen, und welches von der oszillierenden Wanderwelle angetrieben wird,

wobei der Stator enthält:

- eine erste Schicht (I) mit dem elastischen Glied (3),

- eine zweite Schicht (II), die das elektromechanische Energiewandlerelement (4) aufweist,

gekennzeichnet durch

eine ein- oder mehrlagige dritte Schicht (III) zwischen der ersten und der zweiten Schicht, deren Längselastizitätsmodul kleiner ist als derjenige der ersten und der zweiten Schicht, und die aus dem gleichen oder aus einem anderen Stoff hergestellt ist als die zwei Schichten.

2. Ultraschallmotor nach Anspruch 1, bei dem die dritte Schicht (III) eine Pufferschicht ist, die verhindert, daß die oszillierende Wanderwelle von der ersten Schicht (I) zu der zweiten Schicht (II) zurückkehrt.

3. Ultraschallmotor nach Anspruch 1, bei dem die dritte Schicht eine Energiespeicherschicht ist, die Vibrationsenergie durchläßt, selbst jedoch nicht vibriert.

4. Ultraschallmotor nach Anspruch 1, 2 oder 3, bei dem die dritte Schicht (III) eine Klebstoffschicht (6) mit einer Dicke von 3 pm oder darüber enthält.

5. Ultraschallmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem die dritte Schicht (III) Distanzglieder (9) enthält, um die Dicke der dritten Schicht zu gewährleisten.

6. Ultraschallmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem die dritte Schicht nach außen verlängert ist, um den Stator (5) zu lagern.

7. Ultraschallmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem das elektromechanische Energiewandlerelement (4) ein piezoelektrisches Glied ist.

8. Ultraschallmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem die dritte Schicht (III) eine Dicke von 3 µm oder darüber aufweist.

9. Ultraschallmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem die Kennlinien des Ultraschallmotors eingestellt sind durch Wahl des Materials der dritten Schicht (III), durch Wahl der Dicke der dritten Schicht, oder durch Wahl sowohl des Material als auch der Dicke der dritten Schicht, ohne die Kennlinien des elektromechanischen Energiewandlerelements (4) oder des elastischen Gliedes (3) zu verändern.

10. Ultraschallmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem der Längs-Elastizitätsmodul der dritten Schicht (III) etwa 200 Kgf/mm beträgt.

11. Ultraschallmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei dem das angetriebene Element (R) ein Rotor ist.