JP2598490B2 - 電機子が超音波振動によって駆動される回転又は線形電動機 - Google Patents

電機子が超音波振動によって駆動される回転又は線形電動機

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JP2598490B2 JP63260688A JP26068888A JP2598490B2 JP 2598490 B2 JP2598490 B2 JP 2598490B2 JP 63260688 A JP63260688 A JP 63260688A JP 26068888 A JP26068888 A JP 26068888A JP 2598490 B2 JP2598490 B2 JP 2598490B2
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、電機子が圧電振動素子によって駆動される
回転（ロータリー）又は線形（リニアー）電動機に関
し、その圧電伝導素子は超音波振動を発生するために高
周波電気振動によって共振せしめられ、その超音波振動
は刷子のように配置されてその自由端に対して電機子の
摩擦面が押し付けられている複数の駆動ピンへ伝達さ
れ、個々の駆動ピンは摩擦面の接触部分への垂線に対し
て角αで配置されている。
このような圧電電動機は米国特許第4453103号に開示
されている。高周波交流電圧を圧電振動素子へ印加する
ことにより、機械的振動がこの素子内に高められ、この
振動は伝達ピンを介入して電機子へ伝達される。機械的
振動の振幅は数μｍである。刷子と同じ方法で振動素子
上に配置された伝達ピンは振動素子の機械的振動を電機
子へ伝達し、各振動が電機子をμｍの相当する数だけ進
ませる。各個々の伝達ピンは電機子の摩擦面へわずかな
移転的又は回転的な力のみしか及ぼし得ない。回転子と
伝達ピンとの間の摩擦面積はほんの数mm2である。この
ような小さい摩擦面積は多大な機械的負荷を受ける伝達
ピンに急速な消耗を起こす結果となる。
米国特許第4453103号に記載された構成では、伝達ピ
ンは電機子の摩擦面への垂線に対して角αで設定され
る。設定角は40゜と50゜との間の値を持たねばならな
い。然し乍ら、電動機の低効率をもたらす。
伝達ピンが非常に切り立って例えば５゜で設定される
角にすることが更に米国特許第4325264号から既知であ
る。この電動機も効率が低い。更に、比較的小さいトル
クしか発生せず、機械的負荷がかかると多大な量の騒音
を発生する傾向がある。
最小限の消耗と高効率を特徴とする最初に定義した形
式の電動機を提供することが本発明の目的である。
本発明に従ってこの目的は設定角αが静止摩擦角に等
しいか又は少しだけ大きく選ばれることにより達成さ
れ、その静止摩擦角は次式により定義される。
静止摩擦角＝tan-1μ ここでμは駆動ピンと電機子の摩擦面との間の摩擦係
数である。典型的な摩擦対の摩擦係数はぼぼ0.2と0.7と
の間に存在する。従って、伝達ピンの最良設定角は10゜
と35゜との間である。
そのような電動機は高効率，低消耗及び一様な静かな
運転を示す。この構成は圧電電動機の使用を興味あるも
のにし、応用の新しい分野を開く。その好適な自然な起
動特性と拘束状態での最大トルク伝達のような圧電電動
機の利点が、電気的パラメータにのみ依存するステップ
動作を得ることを可能にする。従って、ステップモータ
のステップが進路長内の機械的極配置に無関係に自由に
選ばれ得る。これが調節装置や把握腕運動を今迄に達せ
られ得たより相当高い感度で実現することを可能にし
た。
本発明の更に別の実施例では、設定角が15゜と25゜と
の間にあるように選ばれる。そのような角は多くの摩擦
対に対する入力と出力との間の申し分ない比率を生じる
ことが見出された。
本発明の更に別の実施例では、振動の方向が本質的に
知られた方法で摩擦面に対して垂直であるかあるいは摩
擦面に対して平行であり得る。振動の方向は本質的に知
られた方法で摩擦面に垂直であり得る。然し乍ら、摩擦
面に平行な振動方向であっても同様に電動機を正常に運
転することが可能であることがわかった。摩擦面の方向
は従って構成を希望される機械的仕様に合致させること
ができる。
振動素子は傾斜角αで互いに平行に延びる複数のピン
として配置され得る。ピンの自由端に対して質量が例え
ば平らな板の形で押し付けられる。
ピンは細糸状の素子としてあるいは偏平な素子として
構成され得る。それらの自由端において、それらは電機
子との接触面積を増すために頭部を具えてもよい。
駆動ピンは平らな振動素子に固定される必要はなく、
例えばリングの円周面に固定されてもよい。リングの軸
と組み合わせて各個別のピンの軸はそのとき一平面を決
定し、ピンの根元を通りリングに垂直な方向と角αで傾
斜する。摩擦面がリング又は分割リングの形をした質量
がピンの自由端に対向して駆動される。環状の振動素子
が高調波交流電圧の印加によって放射共振振動を生じる
ように励振される。これが質量をリング軸の方向に動か
す。
本発明の更に別の実施例においては、共働摩擦対がバ
ネ鋼製のピンと鋼あるいはセラミック材料（Al2O3）で
作られた電機子とを具える。本発明の更に別の実施例で
は、共働摩擦対が鋼より軟らかい材料製の電機子と、少
なくともピンの自由端で電機子との接触面積が低減され
た硬さに比例して拡大された頭部を有するピンとを具え
た場合に有効である。接触面積を拡大することにより電
機子及び駆動ピンへの表面負荷が低減できる。
然し乍ら、その他の摩擦対を用いることも可能であ
る。本発明の更に別の実施例では、ピンは鋼又は硬質合
成樹脂で作られ、電機子はガラス繊維又は炭素繊維強化
樹脂のような硬質合成樹脂で作られる。他方、バネ鋼の
ピンとセラミックの電機子とは低消耗を示し、電動機が
電機子を交換されるまでの長期間運転されることを可能
にする。
本発明の更に別の実施例では、円形平形電機子を具え
る回転電動機における駆動ピンの設定角αは、電機子軸
から電機子円板の周辺に向かって減少する。この方法で
全ての伝達ピンは、内側に配置されたピンでも、外側に
配置されたピンでもどちらでも最高の駆動力を与えるの
を助ける。
回転電動機として使用できる特殊の実施例では、放射
方向には弾性的に支持され、円周方向には捩れを固定す
るように支持された圧電環状振動素子がその外壁に突き
出した駆動ピンを支え、そのピンが電機子の内壁と共働
する。そのような同軸圧電回転電動機は小形で軸方向に
短かい構成を得ることを可能にする。
本発明の更に別の実施例では、カップ形の電機子の内
壁が円錐状で、駆動ピンが前記円錐形状に適合する長さ
を有し、従ってピン又は内壁の消耗が生じた場合におい
てさえも、ピンはほぼ一定の力で内壁に対して常に押し
付けられることにより、電動機性能における消耗の影響
はほぼ除去され得る。摩擦面の円錐形状はカップ形の電
機子をピンに対して推進する加圧素子により軸方向に隣
り合うピンがほぼ同じ大きさで負荷されることを保証す
る。
本発明の更に別の実施例では、電機子が駆動ピンに対
して別々にバネ負荷される２個の部分に分割される。回
転子を駆動ピンに向かって別々にバネ負荷される２個の
部分に分割することにより、電機子により駆動ピンへ及
ぼされる圧力はより有効に制御される。
本発明の更に別の実施例では、線形電動機の形で、振
動素子は軸が貫通する圧電中空円筒として構成され、軸
が電機子となって静止した圧電中空円筒に対し可動であ
るか、又は圧電中空円筒が移動子となって軸に対して可
動であるかのいずれかであって、軸は長円形の断面を有
する。本発明のこの実施例の変形において、圧電中空円
筒の内壁の上半部と下半部との駆動ピンは、一方のピン
が摩擦面に押し付けられた場合には軸に関して一方向の
相対運動を生じ、他方のピンが摩擦面に押し付けられた
場合には反対方向の相対運動を生じるように配置され
る。このような線形電動機によって、例えばプリンタの
ような可逆運動を達成することが簡単にできる。
米国特許第4325264号に記載された構成は一方向にの
み運動を与える。運動の方向を可逆にするために、所定
の動程を経る可逆運動を達成するために、本発明の更に
別の実施例における駆動機構は、例えば別々に付勢され
得る２個の振動素子を具える。本発明の更に別の実施例
では、Ｕ字形構成の電機子を具え、一方の振動素子のピ
ンが電機子の摩擦面に対して押し付けられた場合には一
方向へ電機子が動かされ、他方の振動素子のピンが電機
子の摩擦面に対して押し付けられた場合には反対方向へ
電機子が動かされるように、振動素子の表面に駆動ピン
が配設される。
第１又は第２の振動素子のピンが例えば偏心器，ロッ
カ，てこ又はウォームギヤによって電機子に対して押し
付けられ、これらの手段は機械的，電気的，圧電的又は
磁気的に実行される。
反対方向の運動は単一の振動素子によっても発生でき
る。この目的に対して振動素子の面が２個の折半部分に
分割される。電機子が一方の折半分のピンに対して押し
付けられた場合には一方向の動きが得られ、他方の折半
部分のピンに対して押し付けられた場合には反対方向の
動きが得られるように、駆動ピンが２個の折半部分に固
定される。
本発明を実例によって図面を参照しつつ以下に詳細に
説明する。
第１図に図解された圧電電動機の構成原理は、線形電
動機にも回転電動機にも適用され得る。駆動ピン２が第
１図に単に図式的に示したように圧電振動素子１の穴2a
内に固着される。駆動ピン２は軸4aの周りを回転できる
電機子４への垂線３に対して角αで傾斜している。電機
子４は矢印Ｆにより表現される圧力によって駆動ピン２
の自由端に対して押し付けられる。この結果として駆動
ピン２の接触面が電機子４の摩擦面６と接触する。圧電
振動素子１は第１図で二重矢印７により指示されたよう
に、電機子４の摩擦面６に垂直な方向に振動せしめられ
る。この振動が衝撃的な方法で電機子４の摩擦面６へ駆
動ピン２の接触面５が当てられるようにし、電機子は振
動素子１の表面９が電機子４の摩擦面６へ近付く度毎に
矢印８で指示された方向に右へ動かされる。駆動ピン２
の接触面５はこのとき二重矢印10の右側部分により指示
された方向に右方向への動きをする。振動素子１の表面
９が電機子４から動き去った場合には、ピンの端は二重
矢印10の左側部分により指示された方向に左に動く。電
機子４に働く正常な力及び従って振動素子１の表面９が
電機子４へ近付く場合の駆動ピン２と電機子４との間の
摩擦力は、これらの部分が互いに離れ去る場合に比べて
大きい。更に、接触面５が摩擦面６に対して左方向へ動
く場合には、摩擦はそれ自身で減衰する。電機子４は結
果として右方向へ力を受け、矢印８により指示された方
向へ動かされる。
その代わりに、振動素子１は二重矢印7aにより指示し
たように電機子の摩擦面６と平行な方向に振動してもよ
い。摩擦面６に対する右方向への接触面５の動きの間に
自己振幅する摩擦効果と、前記摩擦面に対する左方向へ
の動きの間に自己減衰する効果とは、結果として右方向
への力を再び生じ、従って矢印８により指示された方向
への電機子運動を生じる。ピン２は機械的整流器として
作用し、その整流器は垂直あるいは水平方向に振動素子
１が振動する場合に、第１図に矢印８により指示された
方向に右方向へ電機子が動くようにする。
設定角αは次式により提起される静止摩擦角αＨとほ
ぼ等しいか又は少しだけ大きいように選ばれる。
αＨ＝tan-1μ ここで、μは駆動ピン２と摩擦面６とも間の摩擦係数
である。
然し乍ら、ただ１個の駆動ピン２が具えられるのでは
ない。代わりに角αで刷子のように配置されたそのよう
な複数のピン２が存在し、その角は15゜と25゜とのほぼ
中間にあるように選ばれる。ほぼ20゜の大きさのオーダ
ーの設置角αが非常に高い電動機効率を与える。
個々の駆動ピン２は異なった構成であってもよい。ピ
ンと電機子とが適当な摩擦体を構成することが常に重要
である。申し分ない摩擦対は、例えばピンがバネ鋼で作
られ、電機子が鋼あるいは酸化アルミニウム（セラミッ
ク）で作られた場合に得られる。然し乍ら、鋼より軟ら
かい電機子の場合には、ピンは少なくとも接触面におい
て電機子４との接触面積５′が低減された硬さに順応し
て拡大された頭部11を具えるように構成され得る。第1a
図は駆動ピン２が頭部11を具えたそのような摩擦対を示
す。この頭部11はモールドして作られるか又はピン２に
組み付けられ得る。
ピン２が鋼あるいは硬質樹脂で作られ、電機子４の摩
擦面６がガラス繊維又は炭素繊維強化樹脂のような硬質
樹脂で作られてもよい。ピンが鋼で作られた場合にはピ
ンは再び頭部11を具え、ピン２が合成樹脂で作られた場
合にはピンは頭部11とほぼ同じ太さを有さねばならな
い。
圧電振動素子１の振動の方向は圧電電動機の正しい運
転に対してはそれほど重要ではないことがわかった。電
機子４の摩擦面６に平行な二重矢印7aにより指示された
ような振動方向でも満足のいく性能を生じる。
圧電電動機の第１の実施例を第２図を参照して詳細に
説明する。この圧電電動機では絶縁スリーブ13が静止軸
12に回らないように固定される。金属リング14も前記ス
リーブ13に回らないように固定される。この金属リング
14は環状圧電振動素子15に取り囲まれ、その環状圧電振
動素子15は箔16を介して金属リング14に弾性的に結合さ
れる。外壁17の側面から駆動ピン２が圧電振動素子15に
例えば第１図を参照して説明したような方法で取り付け
られる。駆動ピン２はカップ形の電機子18の内壁19の円
錐形状に順応して異なる長さを有する。この内壁19は第
１図に示したような摩擦面として構成される。カップ形
の電機子18はボールベアリング20に回転可能に支承され
る。電機子18は加圧ナット21と前記ナットにより押さえ
られるバネ22とによって駆動ピン２に対して押し進めら
れる。ピン２の異なる長さと摩擦面の円錐形状とが、ピ
ン又は摩擦面の消耗が生じた場合でさえも、ピンと電機
子18の摩擦面19との間の安定した感触を保証する。
第３図は第２図の環状圧電振動素子15がどのようにそ
の外壁17に駆動ピン２を具えるか、又これらのピン２は
電機子18の摩擦面19に対してどのようにほぼ20゜の角α
で傾斜するかを示す。
数μｍの大きさのオーダーの振動振幅を得るために、
第２図の振動素子15は例えば図示されない電極を介して
34kHzの周波数を有する正弦波電圧で付勢される。
第４図に示した一実施例では環状圧電振動素子15は２
個の電機子部分23,24によって取り囲まれる。これらの
電機子部分は箔26によって強固な外部リング25に対して
支持される。これに加えて、バネ27がバネ受け28によっ
て電機子部分23,24に対して働く。電機子部分23,24によ
り駆動ピン２へ及ぼされる緊張又は圧縮が軸に垂直なバ
ネ受け28を回すことにより調整できる。電機子部分23,2
4がリング25に対して回らないように固定することを箔2
6が保証する。
第５図に示した実施例は第２〜４図に示した放射電動
機の軸方向版である。この場合には複数の圧電円板29が
端子30を介して交流電圧源へ接続されて、これらの圧電
円板29は軸方向に振動する。第５図に示した構成は亜鈴
（ダンベル）振動器の構成とほぼ一致する。圧電円板は
２個の金属円筒31,32により両側で保持される。亜鈴状
の軸33が金属円筒31へ螺旋ネジ33bを具えた頭部33aによ
ってねじ込まれる。ナット34を締め付けることにより２
個の金属円筒31と32とが相互間の挿入電極35と共に圧電
円板29を保持できる。
圧電円板29は軸方向に分極され、端子30を介して正弦
波電圧を印加することにより付勢される。この交流電圧
の周波数は亜鈴の立て方向調和振動が励振されるように
選ばれる。第５図に示した実施例では、共振周波数は例
えば40kHzである。金属円筒31の表面36はこのとき第１
図の二重矢印７により指示された方向に数μｍの振幅で
振動する。駆動ピン２は振動器の表面36に固定される。
第６図は振動器の表面36上のピン２の配置を示す平面図
である。全てのピンは表面36への垂線に対して角αで傾
斜している。全てのピンは表面36の中心39とピンの根元
の点とを結ぶ線Ｒがピン軸と直角に交わるように固定さ
れる。第５図に示したように、電機子４は駆動ピンに対
してナット37と挿入バネ38とによって押し付けられ、電
機子はピンの環状配置の結果として回される。この実施
例では駆動ピン２は全て振動器の表面36への垂線に対し
て同じ角αで傾斜する。この設定角αはほぼ20゜であ
る。
本発明の更に別の実施例では、ピンの設定角は第７図
の（ａ）の平面図と（ｂ）の側面図で振動器の表面36を
示したように、ピンと電機子の中心39との間の距離が増
加するに従って減少する。駆動ピン２の傾斜角αを変化
させたことにより、これらのピンはほぼ等しい負荷を受
け、ほぼ等しく駆動に寄与する。
第８図は線形圧電電動機を示す。駆動部材はハウジン
グ40に取り付けられ、軸41を二重矢印42により指示され
るように水平に左あるいは右へと動かす。軸は滑動部材
43によって支持される。滑動部材はハウジング40に固定
されている。本実施例ではハウジング40は装置に支柱44
によって取り付けられる。然し乍ら、装置に軸を固定す
ることも同様に可能である。駆動部材はそのときランナ
ーとして軸41上を水平方向に右あるいは左へと動く。
第９図は第８図のIX−IX線で切断した断面図で駆動部
材を示す。軸41は滑動部材43に誘導される。これらの滑
動部材は中空円筒状のハウジング40に固定結合される。
ハウジング40は支柱44によって装置内に固定される。滑
動部材は軸41の動きを図面の平面に垂直な方向にのみ許
す。圧電中空円筒45はハウジング40に対して垂直に滑動
可能なように支持される。示された実施例ではこの移動
は電磁石46,47によって得られるが、これは機械的にも
例えばてこ，偏心器，カム円板，ウォームギヤその他に
よっても得られ、あるいは圧電的にも得られる。
圧電中空円筒45はハウジングの中で振動板48と金属板
49とによって誘導される。圧電中空円筒45が回転しない
ように固定され、軸方向にも動かなくされるが、放射方
向には振動できることをこの振動板48が保証する。下側
の磁石対46が付勢された場合には金属板49が、従って圧
電中空円筒45が下側へ引っ張られる。この結果として圧
電中空円筒の内壁の上半部に固定された駆動ピン２が軸
41の上側摩擦面50に対して押し付けられる。上側の磁石
対47が付勢された場合には金属板49が上側へ引っ張られ
る。この結果として圧電中空円筒45の下半部に固定され
た駆動ピン２′が軸の下側摩擦面51に対して押し付けら
れる。円筒軸と同一平面に置かれ、ピンの根元を通る圧
電中空円筒への垂線と角αをなすように、各ピンが圧電
中空円筒の内壁へ固定される。圧電中空円筒45の上半部
の駆動ピン２は図面の平面に対して上方向に傾斜し、駆
動ピン２′は図面の平面に対して下側へ傾斜する。
正弦波電圧は図示されない電極を介して圧電中空円筒
45へ印加される。この電圧の周波数は圧電中空円筒の放
射基本振動を励振するように選ばれる。下側の磁石対46
を付勢することにより駆動ピン２が軸41の上側摩擦面50
に対して押し付けられた場合には、軸は駆動ピンの傾斜
のせいで図面の平面に対して上方向へ動かされる。逆
に、上側の磁石対47が付勢された場合には軸は41は図面
の平面に対して下方向へ動かされる。
駆動ピン２と２′とは全て同じ長さを有する。摩擦面
50と51とは全てのピンが相当する摩擦面50又は51へ同じ
圧力を及ぼすように構成される。
第10図は圧電線形電動機の第２の実施例の断面図であ
る。Ｕ字形の電機子52がボールベアリング53によってハ
ウジング54で誘導され、図面の平面と垂直に上と下とに
動き得る。この電動機の駆動部材は図示されない電極を
介して付勢される２個の圧電共振器55,56を具える。駆
動ピン2,2′は共振器の表面57,58へ固定される。これら
のピンは表面57と58とへの垂線に対して角αで電動機軸
の方向に傾斜する。駆動ピンの軸は電機子52の動き方向
について一平面を定義する。ピン２の自由端は図面の平
面の下側へ伸び、ピン２′の自由端は図面の平面から上
側へ伸びる。
共振器は板59へ固定され、共振器はネジが施されたス
ピンドル60によって電機子52の摩擦面61,62と垂直に動
かされ得る。この板59はハウジング54へ固定結合された
素子63によって誘導される。この板の移動の結果として
駆動ピン２又は駆動ピン２′のいずれかが電機子52の摩
擦面61と62とのそれぞれに対して接触する。電機子への
ピンの圧力、従って電動機の駆動力はネジを施されたス
ピンドル60によって正確に調節できる。
共振器55,56は正弦波電圧によって共振状態へ別々に
励振される。このとき共振器の表面は二重矢印64により
指示された方向に摩擦面61,62へ垂直に、あるいは電動
機軸の方向に摩擦面と平行に振動できる。両方の場合共
に電機子52は駆動ピン2,2′の配置により、図面の平面
と垂直に往復運動させられる。駆動ピン２が摩擦面61に
対して押し付けられ、共振機55が付勢された場合に電機
子52は図面の平面に対して下方向に動く。逆に、駆動ピ
ン２′が摩擦面62に対して押し付けられ、共振機56が付
勢された場合に電機子52は図面の平面に対して上方向へ
動く。
駆動ピンの最良の傾斜角は10゜と30゜とのほぼ間にあ
る。駆動ピンの代わりに平らな素子を使用してもよく、
あるいは駆動面との接触面積を拡大するために、ピンに
頭部を具えてもよい。線形電動機の最高の効率と最低の
消耗を得るうために、適切な摩擦対が選ばれねばならな
い。満足のいく結果は、例えば硬化鋼製ピンとセラミッ
ク，鋼又は特殊の混ぜものをされた樹脂製の摩擦面とに
よって得られる。
第10図に示した実施例では、電機子の運動の方向はネ
ジを施されたスピンドルによって反転される。然し乍
ら、この反転は偏心器，トグル又はてこの助けにより磁
気的あるいは圧電的にも達成できる。
【図面の簡単な説明】
第１図は図式的に示した駆動ピンを具えた固定子と電機
子とを有する圧電電動機の原理を図解し、 第1a図はピンの自由端が電機子の摩擦面との接触面積を
増加させた頭部を具えた第１図に示した圧電電動機の原
理を図解し、 第２図は駆動ピンの放射配置と環状圧電振動素子を取り
囲むほぼカップ形の電機子とを有する圧電電動機の一実
施例を示し、 第３図は外壁に配設された駆動ピンを有する第２図の圧
電電動機の環状圧電振動素子を示し、 第４図は第２図に示した圧電電動機を変形した一実施例
を示し、２個の部分に分割された電機子を具えて、２個
の電機子部分は駆動ピンに対して放射方向に押し付けら
れるものであり、 第５図は軸方向版の圧電電動機の一実施例を示し、平ら
な円形面上の駆動ピンとこの駆動ピンに対して押し付け
られる電機子円板とを具え、 第６図は第５図に示した圧電電動機の駆動ピンを支える
平らな振動面の平面図で、 第７図は内側から外側へ向かって減少する傾斜角を有す
るピンを具えた第６図に示した振動面の一部を示す図
で、第７図（ａ）は平面図、第７図（ｂ）は側面図であ
り、 第８図は所定の距離を経て線形の往復運動が可能な線形
電動機として構成された圧電電動機を示し、 第９図は第８図のIX−IX線で切断した断面図で、この圧
電電動機の駆動部分を示し、 第10図はＵ字形電機子と互いに別個に付勢され得る２個
の振動素子とを具えた圧電線形電動機の第２の実施例を
示す。 １……圧電振動素子、2,2′……駆動ピン 2a……穴、３……垂線 4,18……電機子、4a,41……軸 ５……接触面、５′……接触面積 6,61,62……摩擦面 7,7a,10,42,64……二重矢印 ８……矢印、9,36,57,58……表面 11,33a……頭部、12……静止軸 13……絶縁スリーブ、14……金属リング 15……環状圧電振動素子、16,26……箔 17……外壁、19……内壁 20,53……ボールベアリング 21……加圧ナット、22,27……バネ 23,24……電機子部分、25……外部リング 29……圧電円板、30……端子 31,32……金属円筒、33……亜鈴状の軸 33b……螺旋ネジ、34,37……ナット 35……挿入電極、38……挿入バネ 39……中心、40,54……ハウジング 43……滑動部材、44……支柱 45……圧電中空円筒、46,47……電磁石 48……振動板、49……金属板 50……上側摩擦面、51……下側摩擦面 52……Ｕ字形の電機子、55,56……圧電共振器 59……板、60……スピンドル 63……素子
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 アントン・ハンメルス ドイツ連邦共和国デー‐5100 アーヘン アムヤシュトラーセ32 (56)参考文献 特開 昭55−125052（ＪＰ，Ａ) 米国特許4453103（ＵＳ，Ａ) 米国特許4325264（ＵＳ，Ａ)

Claims (15)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】電機子が圧電振動素子によって駆動され、
    その圧電振動素子は超音波振動を発生するために高周波
    電気振動によって共振せしめられ、その超音波振動は刷
    子のように配置されてその自由端に対して電機子の摩擦
    面が押し付けられている複数の駆動ピンへ伝達され、個
    々の駆動ピンは摩擦面の接触部分に直角に対して角αで
    配置されている回転又は線形電動機において、 設定角αが静止摩擦角に等しいか又は少しだけ大きく選
    ばれ、その静止摩擦角は次式 静止摩擦角＝tan-1μ により定義され、ここでμは駆動ピンと電機子の摩擦面
    との間の摩擦係数であることを特徴とする電機子が超音
    波振動によって駆動される回転又は線形電動機。
  2. 【請求項２】設定角が10゜と30゜との間にあるように選
    ばれたことを特徴とする請求項１記載の電機子が超音波
    振動によって駆動される回転又は線形電動機。
  3. 【請求項３】振動の方向が本質的に知られた方法で摩擦
    面に対して垂直であるかあるいは摩擦面に対して平行で
    あることを特徴とする請求項１記載の電機子が超音波振
    動によって駆動される回転又は線形電動機。
  4. 【請求項４】共働摩擦対がバネ鋼製のピンと鋼あるいは
    セラミック材料（Al2O3）で作られた電機子とを含むこ
    とを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項記載の電機
    子が超音波振動によって駆動される回転又は線形電動
    機。
  5. 【請求項５】共働摩擦対が鋼より軟らかい材料製の電機
    子と、少なくともピンの自由端で電機子との接触面積が
    低減された硬さに比例して拡大された頭部を有するピン
    とを具えたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１
    項記載の電機子が超音波振動によって駆動される回転又
    は線形電動機。
  6. 【請求項６】ピンは鋼又は硬質合成樹脂で作られ、電機
    子はガラス繊維又は炭素繊維強化樹脂のような硬質合成
    樹脂で作られたことを特徴とする請求項５記載の電機子
    が超音波振動によって駆動される回転又は線形電動機。
  7. 【請求項７】円形平形電機子を具える回転電動機におけ
    る駆動ピンの設定角αは、電機子軸から電機子円板の周
    辺に向かって減少することを特徴とする請求項１〜６の
    いずれか１項記載の電機子が超音波振動によって駆動さ
    れる回転又は線形電動機。
  8. 【請求項８】放射方向には弾圧的に支持され、円周方向
    には捩れを固定するように支持された圧電環状振動素子
    が、その外壁に突き出した駆動ピンを支え、そのピンが
    電機子の内壁と共働することを特徴とする請求項１〜７
    のいずれか１項記載の電機子が超音波振動によって駆動
    される回転又は線形電動機。
  9. 【請求項９】カップ形の電機子の内壁が円錐状で、駆動
    ピンが前記円錐形状に適合する異なる長さを有し、従っ
    てピン又は内壁の消耗が生じた場合においてさえも、ピ
    ンはほぼ一定の力で内壁に対して常に押し付けられるこ
    とを特徴とする請求項８記載の電機子が超音波振動によ
    って駆動される回転又は線形電動機。
  10. 【請求項１０】電機子が駆動ピンに対して別々にバネ負
    荷される２個の部分に分割されたことを特徴とする請求
    項８記載の電機子が超音波振動によって駆動される回転
    又は線形電動機。
  11. 【請求項１１】線形電動機の場合に、振動素子は軸が貫
    通する圧電中空円筒として構成され、軸が電機子となっ
    て静止した圧電中空円筒に対して可動であるか、又は圧
    電中空円筒が移動子となって軸に対して可動であるかの
    いずれかであることを特徴とする請求項１〜７のいずれ
    か１項記載の電機子が超音波振動によって駆動される回
    転又は線形電動機。
  12. 【請求項１２】軸が長円形の断面を有することを特徴と
    する請求項11記載の電機子が超音波振動によって駆動さ
    れる回転又は線形電動機。
  13. 【請求項１３】圧電中空円筒の内壁の上半部の駆動ピン
    と下半部の駆動ピンとは、一方のピンが摩擦面に押し付
    けられた場合には軸に関して一方向の相対運動を生じ、
    他方のピンが摩擦面に押し付けられた場合には反対方向
    の相対運動を生じるようにして配置されることを特徴と
    する請求項11記載の電機子が超音波振動によって駆動さ
    れる回転又は線形電動機。
  14. 【請求項１４】線形電動機の場合に、駆動部材が互いに
    別々に付勢され得る２個の圧電振動素子を具えたことを
    特徴とする請求項１〜７のいずれか１項記載の電機子が
    超音波振動によって駆動される回転又は線形電動機。
  15. 【請求項１５】Ｕ字形構成の電機子を具え、一方の振動
    素子のピンが電機子の摩擦面に対して押し付けられた場
    合には一方向へ電機子が動かされ、他方の振動素子のピ
    ンが電機子の摩擦面に対して押し付けられた場合には反
    対方向へ電機子が動かされるように、伝導素子の表面に
    駆動ピンが配置されることを特徴とする請求項14記載の
    電機子が超音波振動によって駆動される回転又は線形電
    動機。
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