JP2019158872A - ディスク用の自己回転式圧電モーター - Google Patents

Abstract

【課題】受動性要素がアクチュエータによって回転駆動されることができるディスクを有しているような自己回転式圧電モーターを提供する。【解決手段】自己回転式圧電モーター１００に関し、１対のアーム３１、３２を有する共振器３０を有しており、アーム３１、３２の一端どうしが接続領域において接続しており、アーム３１、３２の２つの他端３１０、３２０が自由端であるような圧電アクチュエーターと、及び受動性要素に対する自由端３１０、３２０の摩擦によって回転駆動されることができる受動性要素とを有し、受動性要素は、ディスク４０及びこのディスク４０の周部から延在しているリム５０があり、リム５０は、アーム３１、３２の自由端３１０、３２０の間を通る。【選択図】図２

Description

本発明は、自己回転式圧電モーターの技術分野に関する。

自己回転式圧電モーターは、伝統的に、受動性要素と、及び圧電効果を用いて受動性要素を回転させるアクチュエーターとを有する。図１を参照すると、具体的には、受動性要素２０がシリンダーを有しており、圧電アクチュエーターが接続領域３３において互いに接続された１対のアーム３１、３２を有し実質的に音叉形又はＵ字形であるような共振器３０を有するような自己回転式圧電モーター１０が知られている。この圧電アクチュエーターは、さらに、２つの圧電素子（図示せず）を有しており、その各圧電素子は、アーム３１、３２の一方に取り付けられており、アームが振動を与えるようにするための励起手段としてはたらく。受動性要素２０は共振器のアーム３１、３２の間を通る。具体的には、受動性要素２０の側面の１つの領域が、両方の側にてアーム３１、３２の自由端３１０、３２０と接触しており、これによって、その接触領域に対するアーム３１、３２の自由端３１０、３２０の摩擦によって受動性要素２０が回転する。

一部の用途、特に、計時器における用途においては、前記のような圧電アクチュエーターがシリンダーではなくディスクを駆動することができることが望ましい場合がある。

本発明は、圧電アクチュエーターが１対のアームを有している共振器を有しており、受動性要素が前記アクチュエータによって回転駆動されることができるディスクを有しているような自己回転式圧電モーターを提案することを目的とする。

このために、本発明の第１の態様によると、本発明は、自己回転式圧電モーターに関し、
１対のアームを有する共振器を有しており、前記アームの一端どうしが接続領域において接続しており、前記アームの２つの他端が自由端であるような圧電アクチュエーターと、及び
前記受動性要素に対する前記自由端の摩擦によって回転駆動されることができる受動性要素とを有し、
前記受動性要素は、ディスク及びこのディスクの周部から延在しているリムがあり、前記リムは、前記アームの前記自由端の間を通る。

「ディスク」とは、堅固であったり空欠部分があったりするような丸い要素を意味している。例えば、日付ディスク、月の相ディスクなどであることができる。

このようなモーターは、部品の数が少なく、コンパクトであり、大きなトルクを利用することができるのでディスクの回転速度を大きくすることができる。

１つの実施形態において、前記リムは、半径方向に沿った面において実質的にＵ字形の断面があり、このＵ字の両方の分岐部がアームの前記自由端上に載る。すなわち、リムには、曲げられて返される部分がある。

このことによって、圧電アクチュエーターと受動性要素の間の境界においてプリロードを作って、モーターにパワー供給せずに、すなわち、アームを励起せずに、保持トルクをセットすることができる。

第２の態様によると、本発明は、第１の態様に係る圧電モーターを少なくとも２つ有しているアセンブリーに関する。前記圧電モーターの前記受動性要素の前記ディスクは、互いに同心的であり、重なり合っており、異なる直径を有する。直径が最小のディスクを除く各ディスクは、前記ディスクのうちの直径がより小さいディスクを覆う。

なお、能動的要素の共振器どうしが、同じ平面内にあるが、ディスクの軸から異なる距離に位置していることがわかるであろう。したがって、空間をあまり占有せずにいくつかのディスクを回転駆動することができる。これらのいくつかのディスクの同期を常に確実にするような位置検出システムを容易に搭載することができる。

第３の態様によると、本発明は、上に詳細に説明したような圧電モーター又は少なくとも２つの圧電モーターのアセンブリーを有する計時器に関する。

非限定的な１つの実施形態において、計時器は、円筒状部品の一端に固定された針を有する。

図面を参照しながら下の詳細な説明を読むことによって、他の特徴や利点がわかるであろう。ただし、これに制限されない。

既に説明しており、回転駆動される要素がシリンダーであるような従来技術に係る自己回転式圧電モーターの一部を概略的に示している図である。 回転駆動される要素がディスクであるような本発明の第１の実施形態に係る自己回転式圧電モーターの一部を概略的に示している図である。 図２の自己回転式圧電モーターの１つの領域を概略的に示している半径方向に沿った面の縦断面図である。 本発明の第２の実施形態に係る自己回転式圧電モーターの共振器を概略的に示している図である。 図２に示しているものと同様な自己回転式圧電モーターのアセンブリーを概略的に示している半径方向に沿った面の縦断面図である。

本発明に係る自己回転式圧電モーターは、ディスク４０を有する受動性要素と、及び圧電効果を用いてディスク４０を回転させる圧電アクチュエーターとを有する。

図２及び３を参照しながら説明する本発明の第１の実施形態において、圧電アクチュエーターは、圧電励起手段（図示せず）と、及び振動することができる２つのアーム３１、３２を有する共振器３０とを有する。励起手段は、好ましいことに、２つの部分によって形成されており、その各部分は異なるアームに取り付けられている。しかし、他の形態の励起手段も可能である。励起手段は、例えば、アームの間の接合部に配置された単一の部品によって形成されていることができる。励起手段に適切な電圧が与えられると、励起手段は変形して、機械的応力がアーム３１、３２に伝達され、このアーム３１、３２が振動し始める。励起手段がアーム上にて適切な形態となるように設計されマウントされていれば、所望の形態の多次元的な振動を達成することができる。

アーム３１、３２は、互いに接続領域３３において接続され、この接続領域３３から互いに実質的に平行に延在している。したがって、共振器３０は、全体として見ると、音叉形、すなわち、Ｕ字形である。しかし、他の形も考えることができる。接続領域３３に接続されていない方のアームの端は、自由端３１０、３２０と呼ばれる。アーム３１、３２の振動の振幅は、これらの自由端３１０、３２０において最大である。

受動性要素には、さらに、ディスク４０の周部全体にわたって延在しているリム５０がある。リム５０は、以下の２つの部分によって形成されている。すなわち、ディスク４０に接続されている第１の部分と、その第１の部分にのみ接続されている第２の部分である。第１の部分と第２の部分は、一緒に、ディスク４０を包囲している環状の溝を形成している。すなわち、リム５０には、受動性要素の半径方向の縦断面においてＵ字形の断面があり、ディスク４０はこのＵ字の端の一方に接続されている。ディスク４０に接続されたＵ字の一方の分岐部は５１として示しており、Ｕ字の他方の分岐部は５２として示している。

リム５０は、局所的に、アーム３１、３２の自由端３１０、３２０の間を通る。具体的には、分岐部５１は、アーム３１の自由端３１０に載り、分岐部５２は、アーム３２の自由端３２０に載り、これによって、共振器３０と受動性要素の間に半径方向のプリロードを作る。用語「半径方向」は、ディスク４０の半径に対応するものである。

アーム３１、３２の自由端３１０、３２０の多次元的な振動によって、リム５０に対する前記自由端３１０、３２０の摩擦によってディスク４０をその軸のまわりに回転させることが可能になることがわかるであろう。

なお、図２に示した実施形態において、共振器３０がディスク４０に対して垂直に延在している。すなわち、共振器３０のアーム３１、３２の両軸を含む平面は、ディスク４０によって定められる平面と平行である。しかし、ディスク４０に対する共振器３０のいずれの技術的に可能な傾斜をも考えることができる。当然、傾斜が小さいほど、圧電モーターが薄くなる。このことは、計時器の分野において非常に重要なことである。

また、共振器は、Ｕ字や音叉の形に限定されない。具体的には、図４を参照しながら説明する第２の実施形態において、アームはまっすぐでないことができる。その共振器３０°は、２つのアーム３１°、３２°を有する。このアーム３１°、３２°は、接続領域３３°において接続されている。各アーム３１°、３２°には、メイン分岐部３１１°、３２１°と、自由端３１０°、３２０°と、及びこれらのメイン分岐部３１１°、３２１°と自由端３１０°、３２０°を接続する接続領域３１２°、３２２°とがある。

メイン分岐部３１１°、３２１°は、前記接続領域３３°から互いに実質的に平行に延在している。接続領域３３°と２つのメイン分岐部３１１°、３２１°は同じ高さレベルにある。すなわち、接続領域３３°の軸と２つのメイン分岐部３１１°、３２１°の両軸は同じ平面内にある。

しかし、自由端３１０°、３２０°は異なる高さレベルにて延在しており、自由端３１０°、３２０°の両軸を包含する平面は、前の段落で言及したメイン分岐部３２１°、３２１°の平面と平行である。図３に示している実施形態において、接続領域３１２°、３２２°はそれぞれ、メイン分岐部３１１°、３２１°に垂直に延在している部分を有しており、これによって、自由端３１０°、３２０°がメイン分岐部３１１°、３２１°の高さレベルとは異なる高さレベルにされる。しかし、接続領域３１２°、３２２°は、他のいずれの形であることができ、重要なことは、共振器に２つの高さレベルがあることである。

自由端３１０°、３２０°は、互いの方に向かって延在しており、互いに対向しており、リム５０がこれらの自由端３１０°、３２０°の間を通る。正確には、分岐部５１は、アーム３１°の自由端３１０°に載っており、分岐部５２は、アーム３２°の自由端３２０°に載っている。圧電アクチュエーターは、圧電励起手段（図示せず）を有する。励起手段は、好ましいことに、２つの部分によって形成されており、その各部分が自由端３１０°、３２０°の一方に取り付けられている。励起手段に適切な電圧が与えられると、励起手段は変形して、機械的応力が自由端３１０°、３２０°に伝達され、この自由端３１０°、３２０°が振動し始める。励起手段がアーム上にて適切な形態となるように設計されマウントされていれば、所望の形態の多次元的な振動を達成することができる。アーム３１°、３２°の自由端３１０°、３２０°の多次元的な振動によって、リム５０に対する前記自由端３１０°、３２０°の摩擦によってディスク４０をその軸のまわりに回転させることが可能になる。

例えば、図２に示している例におけるように、ディスク４０は、例えば、針９０とともに回転するように針９０と一体化されており、このことによって、本発明に係る圧電モーターは、その単純性とコンパクト性のために、計時器に対して特に適しているようになる。代わりに、ディスクは、日付ディスク、月の相ディスク、又は計時器の分野において用いられる他のいずれのタイプのディスクであることができる。

図５は、図２及び３を参照しながら説明したもののような圧電モーターのアセンブリー１０１を示しているが、このような圧電モーターの共振器は、図４を参照しながら説明したタイプのものであることができる。各モーターは、共振器３０、３０’、３０”と受動性要素を有する。各共振器３０、３０’、３０”は、第１のアーム３１０、３１０’、３１０”と第２のアーム３２０、３２０’、３２０”を有する。各受動性要素は、ディスク４０、４０’、４０”とリム５０、５０’、５０”を有する。

ディスク４０、４０’、４０”は同心的であり重なり合っている。ディスク４０、４０’、４０”は互いに異なる直径を有し、これによって、直径が最小のディスク４０を除くディスク４０’、４０”はそれぞれ、直径がより小さいディスク４０、４０’を覆う。直径が最大のディスク４０”に接合するリム５０”を除く各リム５０、５０’は、そのリム５０、５０’が接合するディスク４０、４０’よりも直径が大きいディスク４０’、４０”によってそれぞれカバーされ、これによって、各リム５０、５０’が形成する溝は、前記直径がより大きいディスク４０’、４０”によってそれぞれ覆われる。この構成において、リム５０、５０’、５０”が互いに干渉しないことがわかるであろう。

各共振器３０、３０’、３０”は、その関連づけられたリム５０、５０’、５０”を局所的にクランプする。なお、図４に示した実施形態において、共振器３０、３０’、３０”は、サイドバイサイド構成で、すなわち、ディスク４０、４０’、４０”に対して同じ角位置を形成するように、配置されている。しかし、これらの共振器３０、３０’、３０”が互いに異なる角位置を形成するように配置されていることを妨げることは何もない。

添付の請求の範囲によって定められる本発明の範囲から逸脱せずに、上記の本発明の様々な実施形態に当業者に明らかな様々な改変、改善及び／又は組み合わせを行うことができることは明らかである。

１０、１００ 自己回転式圧電モーター
３０ 共振器
３１、３２ アーム
３３ 接続領域
４０、４０’、４０” ディスク
５０ リム
５１、５２ 分岐部
９０ 針
１０１ アセンブリー
３１０，３２０ 自由端

しかし、自由端３１０°、３２０°は異なる高さレベルにて延在しており、自由端３１０°、３２０°の両軸を包含する平面は、前の段落で言及したメイン分岐部３２１°、３２１°の平面と平行である。図４に示している実施形態において、接続領域３１２°、３２２°はそれぞれ、メイン分岐部３１１°、３２１°に垂直に延在している部分を有しており、これによって、自由端３１０°、３２０°がメイン分岐部３１１°、３２１°の高さレベルとは異なる高さレベルにされる。しかし、接続領域３１２°、３２２°は、他のいずれの形であることができ、重要なことは、共振器に２つの高さレベルがあることである。

各共振器３０、３０’、３０”は、その関連づけられたリム５０、５０’、５０”を局所的にクランプする。なお、図５に示した実施形態において、共振器３０、３０’、３０”は、サイドバイサイド構成で、すなわち、ディスク４０、４０’、４０”に対して同じ角位置を形成するように、配置されている。しかし、これらの共振器３０、３０’、３０”が互いに異なる角位置を形成するように配置されていることを妨げることは何もない。

Claims (7)

1. 自己回転式圧電モーター（１００）であって、
   １対のアーム（３１、３２）を有する共振器（３０）を有しており、前記アームの一端どうしが接続領域（３３）において接続しており、前記アームの２つの他端（３１０、３２０）が自由端であるような圧電アクチュエーターと、及び
   前記受動性要素に対する前記自由端（３１０、３２０）の摩擦によって回転駆動されることができる受動性要素とを有し、
   前記受動性要素は、ディスク（４０）及びこのディスク（４０）の周部から延在しているリム（５０）があり、
   前記リム（５０）は、前記アーム（３１、３２）の前記自由端（３１０、３２０）の間を通る、
   圧電モーター（１００）。
2. 前記リム（５０）は、半径方向に沿った面において実質的にＵ字形の断面があり、このＵ字の２つの分岐部（５１、５２）のそれぞれは、アーム（３１、３２）の前記自由端（３１０、３２０）上に載る
   請求項１に記載の圧電モーター（１００）。
3. 請求項１又は２に記載の圧電モーター（１００）を有する計時器。
4. ディスク（４０）とともに回転するようにディスク（４０）と一体化されている針（９０）を有する
   請求項３に記載の計時器。
5. 請求項１又は２に記載の圧電モーターを少なくとも２つ有するアセンブリー（１０１）であって、
   前記圧電モーターの前記受動性要素の前記ディスク（４０、４０’、４０”）は、互いに同心的であり、重なり合っており、異なる直径を有しており、
   直径が最小のディスクを除く各ディスク（４０、４０’、４０”）は、前記ディスクのうちの直径がより小さいディスク（４０、４０’）を覆う、
   アセンブリー（１０１）。
6. 請求項５に記載のアセンブリーを有する計時器。
7. 少なくとも２つの針を有しており、これによって、各ディスク（４０、４０’、４０”）が前記針のうちの１つとともに回転するようにこれと一体化されている
   請求項６に記載の計時器。

Images