JP4201407B2 - 圧電駆動要素を有する駆動装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、少なくとも２個の回転要素のための少なくとも１個の圧電駆動要素を有する駆動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の駆動装置は、例えば、DE 35 00 607 C2により公知である。この既知の駆動装置は、その厚み振動がひねり結合器によってにねじれ共振器のねじれ振動に変換される圧電厚み共振器を有する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このような構成には、ピエゾ体積が励起されるねじり共振器の体積よりも実質的に小さいので、効率が低いと言う問題がある。この既知の駆動装置における個々の回転要素の間の軸方向の距離は、ねじれ共振器の寸法によって決まってしまう。回転方向は、モーターユニットを軸に対して置き換えない限り反転できない。
【０００４】
本発明の目的は、より高い効率を持ちかつ回転要素の位置決めの自由度が大きい第一パラグラフに定義されるタイプの新たな駆動装置を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明によると、この目的は、少なくとも２個の回転要素のための少なくとも１個の圧電駆動要素を有する駆動装置において、前記圧電駆動装置が圧電共振器と前記圧電共振器上に配置されかつ互いに対向して配置されている少なくとも２個の摩擦要素とを有し、前記摩擦要素を有する前記圧電共振器が、前記２個の回転要素間に配置されかつプレローディング力により押さえられていて、前記摩擦要素の各々が前記回転要素の一方に作用し、かつ前記圧電共振器の振動モードを励起させる電気的手段が設けられていることにより達成されている。
【０００６】
この電気的な手段により、圧電共振器と圧電共振器に固定されている摩擦要素とが、共に振動状態にセットされる。振動摩擦要素が、定期的に回転要素の１つに作用し、その結果、摩擦力が回転要素と摩擦要素の間に発生する。この摩擦力は、回転要素を回転させる。このプレロード力により、回転要素と摩擦要素との間の確実な係合が得られる。
【０００７】
この駆動装置の場合、圧電共振器は摩擦要素によって直接回転要素に作用する。共振器を追加する必要はない。したがって、圧電駆動要素に必要な体積は、DE 35 00 607 C2の構成のそれよりも実質上小さい。得られる効率はかなり高く、１０％程度にもなる。圧電共振器の形状は、長方形が望ましい。この形状により、圧電共振器を回転要素の間の軸方向の異なった距離に適合させることができる。この駆動装置の設計自由度は、大きい。使用される圧電駆動素子の数を変えることにより、ほとんど任意に回転要素の数を増加または減小させることができる。
【０００８】
回転要素とは、回転可能な要素、例えば駆動軸または駆動ホイールを意味するものとする。
【０００９】
本発明の有利な実施例の場合、圧電共振器は単一モード共振器である。単一モード共振器には、拡張モード共振器とたわみモード共振器の何れも使用できる。単一モード共振器が拡張モード共振器の形態を取りかつ２つの回転要素の間に挿入されている場合、回転要素が安定して回転するように２つの回転要素の間の結合線に対して拡張モード共振器の振動軸をわずか傾けておくのが望ましい。２つの回転要素は、同じ方向に回転する。
【００１０】
これに代えて、単一モード共振器をたわみモード共振器にしても良い。２つの回転要素の安定した回転を確実にするために、たわみモード共振器は、２つの回転要素の間の結合線に平行にわずか位置をずらして配置させる。２つの回転要素は、たわみモード共振器の対向する摩擦要素により反対の方向に駆動される。
【００１１】
請求項３に記載される本発明の有利な実施例の場合、圧電共振器はデュアルモード共振器である。デュアルモード共振器の各々の点は、二次元円形運動か楕円の回転運動を行うことができる。回転運動の方向は、電気的励起手段により励起を変えることによって変更させることができる。これにより、デュアルモード共振器によって簡単に２つの回転要素の回転方向を逆にすることが可能になる。デュアルモード共振器は、デュアルモード共振器の拡張モードの軸を２つの回転要素の間の結合線に実質的に一致させて、２つの回転要素の間に正確に対称的に配置させることが望ましい。デュアルモード共振器の摩擦要素は、楕円運動か円形運動を行い、次に、各々回転要素に単一方向の摩擦力を与える。この結果，２つの回転要素は、同じ回転方向に回転する。
【００１２】
請求項６によると、２つの摩擦要素が楕円運動を行う様に駆動装置を設計するのが望ましい。楕円運動により、摩擦要素と回転要素の間に特に満足できる摩擦力を得ることが可能になる。楕円の縦軸が２つの回転要素の間の結合線に対して傾けられているときに、特にこれが顕著である。摩擦要素の動きの主方向を縦方向の対称軸に対して調整することができる。このようにして、請求項７に定義される本発明の有利な実施例を実現することが可能となる。本発明のこの有利な実施例の場合、摩擦要素の動きの主方向、すなわち、楕円の縦対称軸方向の動きの方向は、本質的には、当該回転要素の材料と当該摩擦要素の材料の摩擦角に対応している。このようにして、摩擦要素と回転要素の間の静摩擦を得、その結果駆動装置の最適効率を得ることが可能となる。最も大きい静摩擦力が、請求項８に定義される有利な実施例により得られる。請求項９に記載されている様に、２８．８°の摩擦角を有する特に適切な材料は、酸化アルミニウムである。
【００１３】
請求項４に定義される本発明の有利な実施例は、非常に簡単にかつ廉価に実現することができる。圧電板から突出している駆動部材によって、摩擦要素の振動の振幅が得られる。分極方向は、第一表面のすべての４つの電極で同一である。請求項５に記載されているように、デュアルモード共振器の２つの直交した振動の共振周波数は、互いに近接しているので、電気的に動作周波数を与えることによって２つの直交した振動を満足できる振幅と必要な位相で発生させることができる。この有利な実施例の場合、請求項４に記載される４つの電極のうちの２つと共通接地電極しか、電子制御回路に結合する必要が無い。そのため、電子制御回路が全体として必要とする部品が少なくなる。
【００１４】
請求項１０に記載される本発明の有利な実施例と請求項１１に記載される本発明の有利な実施例とは、特にシェーバーの使用に適している。請求項１０に記載される駆動装置は、３つの圧電駆動要素とそれらの駆動力が、３つの回転要素に対して対称的に配列されているという利点を有している。この結果、３つの回転要素のトルクも同じになる。
【００１５】
請求項１１の駆動装置は、３つの回転要素が２つの圧電駆動要素のみによって駆動される利点を有している。これにより、１つの圧電駆動要素を請求項１０に記載される駆動装置から省略することが出来る。圧電駆動要素の両方に結合されている回転要素は、他の２つの回転要素より高いトルクを有している。しかしながら、シェーバーに関しては３つの回転要素は回転数が同一でありさえすれば良いので、このことがシェーバーでの使用に不利にはなることはない。請求項１１に記載される駆動装置の場合、このことが確実に行われるように構成されている。請求項１２の駆動装置の場合、３つの回転要素の１つが固定ベアリングでマウントされかつ他の２つの回転要素が浮動ベアリングでマウントされることが望ましい。固定ベアリングとは、駆動装置のハウジングに非可動にマウントされているベアリングを意味する。一方、浮動ベアリングは、駆動装置のハウジングに、例えば、スロットに移動可能な状態で設けられる。これにより、例えば、ハウジングと浮動ベアリングの間に配置されかつそのスプリング力が浮動ベアリングを介して当該圧電駆動要素に伝えられるスプリングを用いて、圧電駆動要素に対して浮動ベアリングを保持することが可能になる。
【００１６】
請求項１３に記載されるように、回転要素が２つの場合のベアリング構造も同様に実現することができる。
【００１７】
【実施例】
本発明のいくつかの実施例が、図１〜７に関連した具体例によりより詳細に記述される。
【００１８】
図１は、回転要素が２つの場合の駆動装置を示す。第一回転要素は第一駆動軸１であり、第二回転要素は第二駆動軸２である。第一駆動軸１と第二駆動軸２とは、互いに離れて配置されている。圧電駆動要素３は、第一駆動軸１と第二駆動軸２の間に配置されている。圧電駆動要素３は、第一側面４ａ、第二側面４ｂ、第三側面４ｃおよび第四側面４ｄを有する長方形のデュアルモード圧電共振器４を備えている。この圧電共振器は、第一電極５ａ、第二電極５ｂ、第三電極５ｃと第四電極５ｄを有している。４つの電極の５ａ、５ｂ、５ｃおよび５ｄは、例えば、スクリーン印刷法により、圧電共振器の第一主表面６に設けられる。第一電極５ａと第四電極５ｄは、第一ボンディングワイヤ７によって互いに電気的に接続され、第二電極５ｂと第三電極５ｃは、第二ボンディングワイヤワイヤ８によって電気的に互いに接続される。第一電極５ａと第二電極５ｂは、圧電共振器４での振動を励起する電気信号を発生させる電気的制御ユニット９に結合される。第一駆動部材１０は、例えば、粘着材によって、第三側面４ｃに中央で結合される。第二駆動部材１１は、例えば、第四側面４ｄに、例えば粘着材によって中央で結合される。第一駆動部材１０と第二駆動部材１１は、酸化アルミニウムにより作られることが望ましい。
【００１９】
図２は、圧電共振器４の側面を示す。圧電共振器４は、第一主表面６と第二主表面１３とを有する第一圧電本体１２を有する。第二主表面１３は、接地電極５ｅで完全に覆われている。接地電極５ｅは、図示されない方法で同様に制御ユニット９に結合されている。圧電本体１２の分極方向は、第一主表面６上の４つの電極５ａ、５ｂ、５ｃおよび５ｄの下で同一である。分極の方向は、図２の２本の矢印によって示されている。
【００２０】
図１で示されるように、第一駆動部材１０と第二駆動部材１１とを有する圧電共振器４は、第一駆動軸１と第二駆動軸２の間でプレロード力Ｆの下に保持されている。このプレロード力Ｆの結果、第一駆動部材１０は、第一駆動軸１に押し付けられ、第二駆動部材１１は第二駆動軸２に押し付けられている。第一駆動軸１と第二駆動軸２は、酸化アルミニウムの層でコーティングされている。電気信号を第一電極５ａと接地電極５ｅに供給する制御ユニット９によって、デュアルモード振動を発生させるように圧電共振器４を励起させることが出来る。プレロード力Ｆ、圧電共振器４の幾可学的形状および第一駆動部材１０と第一駆動軸１との間かつ第二駆動部材１１と第二駆動軸２との間の摩擦係数は、圧電共振器４、第一駆動部材１０と第二駆動部材１１が楕円の回転運動を行なうように選択される。第一駆動部材１０と第二駆動部材１１は、摩擦力を各々第一駆動軸１と第二駆動軸２に与え、その結果第一駆動軸１と第二駆動軸２が回転する。第一駆動部材１０と第二駆動部材１１の楕円回転運動の回転方向が、同じなので、第一駆動軸１と第二駆動軸２は振動圧電共振器４によって同じ回転方向に駆動される。図１には、第一回転方向１５が示されている。
【００２１】
第一制御ユニット９から制御信号を第二電極５ｂと接地電極５ｅに与えることによって、圧電共振器４もまた図１で示される振動モードと反対に向く楕円振動モードを発生させることが出来る。この結果、図１に示される構成は、駆動軸を第一回転方向１５と逆方向にも回転させることが出来る。このようにして、制御ユニット９からの制御信号を変えることのみで第一駆動軸１と第二駆動軸２の回転方向を反転させることができる。
【００２２】
酸化アルミニウムの摩擦角は、２８．８°である。プレロード力Ｆと圧電共振器４の幾可学的形状とは、楕円回転運動の間第一駆動部材１０と第二駆動部材１１がそれぞれ第一駆動軸１と第二駆動軸２に実質上２８．８°の角度で接するように選択される。したがって、第一駆動部材１０と第二駆動部材１１の接触角は、実質上摩擦角に対応している。制御電圧が適切な場合には、静摩擦が、第一駆動部材１０と第一駆動軸１との間かつ第二駆動軸２と第二駆動部材１１との間に発生し、これにより最適速度が得られる。この結果、駆動装置の良好な効率が確実に実現される。
【００２３】
第一駆動軸１と第二駆動軸２の速度とトルクは、第一制御ユニット９によって供給される電圧の振幅とプレロード力Ｆによって変化または調整させることが出来る。
【００２４】
圧電共振器４の正確な構造と電気的制御の様々な可能性は、EP 633 616 A2に記載されているので、必要に応じ参照されたい。
【００２５】
図３は、第一駆動軸２０と第二駆動軸２１を有する駆動装置を示す。単一モード圧電共振器２２は、第一駆動軸２０と第二駆動軸２１の間に配置されている。圧電共振器２２は、長方形でかつ第一電極２３をその上面に有しかつ接地電極（図示せず）をその背面に有する。第一拡張モード２３は、拡張振動の励起を可能にする形状を有している。圧電共振器２２は、拡張モード共振器として構成されている。圧電共振器２２は、その端面２４ａに第一駆動部材２５を、その対向する端面２４ｂに第二駆動部材２６を有している。第一駆動部材２５と第二駆動部材２６は、粘着材によって圧電共振器２２に固定されている。圧電共振器２２は、電気的制御ユニット（図示せず）によって、二重矢２７によって示される方向に拡張振動を発生させるように駆動される。圧電共振器２２の縦対称軸２８は、第一駆動軸２０と第二駆動軸２１の中心２０ａと２１ａとを結合する結合線２９に対して角度α傾いている。第一駆動部材２５と第二駆動部材２６とを有する圧電共振器２２は、第一駆動軸２０と第二駆動軸２１との間にプレロード力のＦにより保持されている。振動モードの場合、第一駆動部材２５と第二駆動部材２６は、二重矢印２７によって示される方向に第一駆動軸２０と第二駆動軸２１に微少の衝動を与える。この結果、これらの２つの回転軸は、同じ回転方向３０に駆動される。
【００２６】
図４は、第一駆動軸３１と第二駆動軸３２とを有する駆動装置を示す。第一回転軸３１は中心３ｌａを有し、第二回転軸３２は中心３２ａを有している。長方形の圧電共振器３３は、第一駆動軸３１と第二駆動軸３２の間に配置されている。圧電共振器３３は、その上面に第一電極３５を有し、その下側表面に接地電極（図示せず）を有する。第一電極３５は、曲げ振動の励起を可能にする形状を有している。圧電共振器３３は、電気的制御ユニット（図示せず）によって二重矢３６によって示される方向に曲げ振動を発生させるように作動させることができる。圧電共振器３３は、その端面３３ａに第一駆動部材３７を、その端面３３ｂに第二駆動部材３８を有する。圧電共振器３３の縦対称軸３９は、第一駆動軸３１の中心３ｌａと第二駆動軸３２の中心３２ａの結合線４０に平行に配置される。
【００２７】
振動モードの場合、圧電共振器３３は、第一駆動部材３７と第二駆動部材３８と共に二重矢３６によって示される方向に振動する。その結果、第一駆動部材３７は微少の衝動を第一駆動軸３１に与え、第二駆動部材３８は微少の衝動を第二駆動軸３２に与える。これにより、第一駆動軸３１が第一回転方向４１に回転し、第二駆動軸３２が逆回転方向４２に回転する。
【００２８】
プレロード力Ｆが、圧電共振器３３を第一駆動軸３１と第二駆動軸３２に矢印４３の方向に押し付ける。
【００２９】
図５は、第一駆動軸４５、第二駆動軸４６と第三駆動軸４７を有しそれらが三角形に配置されている駆動装置を示す。第一圧電共振器４８は、第一駆動軸４５と第三駆動軸４７との間に配置されていて、第二圧電共振器４９は第二駆動軸と第三駆動軸４７との間に配置されている。第一圧電共振器４８と第二圧電共振器４９は、図１に関して記述される構造のデュアルモード圧電共振器である。第一駆動軸４５は浮動ベアリング５０内に、第二駆動軸４６ｂは第二浮動ベアリング５１内に、そして第三駆動軸４７は固定ベアリング５２内に、各々マウントされている。第一浮動ベアリング５０は、スロット５３内で可動でかつスプリングによって第一圧電共振器４８の方向に押し付けられている。スロット５３は、駆動装置のハウジング（図示せず）内に形成されている。第二浮動ベアリング５１は、スロット５５内で可動でかつスプリング５６によって第二圧電共振器４９の方向に押されている。固定ベアリング５２は、ハウジング(図示せず）にしっかり固定されている。第一圧電共振器４８は、第一駆動軸４５と勘合する第一駆動部材４８ａと、第三駆動軸４７と勘合する第二駆動部材４８ｂとを有する。第二圧電共振器４９は、第二駆動軸４６と勘合する第一駆動部材４９ａと、第三駆動軸４７と勘合する第二駆動部材４９ｂとを有する。
【００３０】
第一駆動軸４５は、このようにして、スプリング５４のスプリング力によって第一圧電共振器４８に対して弾力的に押し付けられている。この結果、第一圧電共振器４８は、第一駆動軸４５と第三駆動軸４７との間に弾力的に保持されている。同様に、第二圧電共振器４９は、第二駆動軸４６と第三駆動軸４７との間でスプリング５６により弾力的に保持されている。
【００３１】
第一圧電共振器４８と第二圧電共振器４９は、楕円振動するように制御ユニット（図示せず）によって励起させることが出来る。この結果、駆動部材４８ａ、４８ｂ、４９ａおよび４９ｂが、摩擦力を第一駆動軸４５と第二駆動軸４６と第三駆動軸４７とに与える。３本の駆動軸４５、４６および４７の回転方向は、図１に記述されるように、制御ユニット（図５では図示されていない）によって同一方向と逆方向にさせることが出来る。
【００３２】
３本の駆動軸４５、４６および４７の回転スピードは、実質的に等しい。第三駆動軸４７が、第一圧電共振器４８と第二圧電共振器４９と協働するので、第三駆動軸４７の利用可能なトルクは、第三駆動軸４５と第二駆動軸４６の利用可能なトルクよりも大となる。
【００３３】
図６は、三角形に配置されている第一駆動軸６０と第二駆動軸６１と第三駆動軸６２とを有する駆動装置を示す。第一駆動軸６０は浮動ベアリング６３に、第二駆動軸６１は浮動ベアリング６４に、そして第三駆動軸６２は浮動ベアリング６５に、各々マウントされている。第一圧電共振器６６は、第一駆動軸６０と第二駆動軸６１の間に配置されている。第二圧電共振器６７は、第一駆動軸６０と第三駆動軸６２の間に配置されている。第三圧電共振器６８は、第二駆動軸６１と第三駆動軸６２の間に配置されている。第一圧電共振器６６、第二圧電共振器６７および第三圧電共振器６８は、それぞれ、図１に示される構成のものである。浮動ベアリング６３は、スプリング６９によりハウジング(図示せず）に押し付けられている。浮動ベアリング６４は、スプリング７０によってハウジング（図示せず）に押し付けられていて、浮動ベアリング６５は、スプリング７１によってハウジング（図示せず）に押し付けられている。このようにして、第一圧電共振器６６は、第一駆動軸６０と第二駆動軸６１の間に弾力的に保持されている。第二圧電共振器６７は、第一駆動軸６０と第三駆動軸６２の間に弾力的に保持されている。第三圧電共振器６８は、第二駆動軸６１と第三駆動軸６２の間に弾力的に保持されている。３個の圧電共振器６６、６７および６８は、制御ユニット（図示せず）によって楕円振動をするように励起させることが出来る。これにより、第一駆動軸６０、第二駆動軸６１および第三駆動軸６２は同じ回転方向に回転する。電気的制御ユニットによって簡単に回転方向を反転させることが出来る。図６に示されるように、駆動装置が完全に対称型の構成を持つので、利用可能なトルクと回転数は３本の駆動軸６０、６１および６２について全て同一である。
【００３４】
図７は、第一シェービングヘッド７３と第二シェービングヘッド７４と第三シェービングヘッド７５とを有するシェーバーを示す。第一シェービングヘッド７３と第二シェービングヘッド７４と第三シェービングヘッド７５とは、図５に示される駆動装置か図６で示される駆動装置により駆動される。
【図面の簡単な説明】
【図１】デュアルモード圧電共振器がプレロード力下の２本の駆動軸の間に保持されている２本の駆動軸のための駆動装置を線図的に示す。
【図２】図１の圧電共振器の側面図である。
【図３】拡張モード圧電単一モード共振器が２本の駆動軸の間に配置されている２本の駆動軸のための駆動装置を線図的に示す。
【図４】たわみモードの圧電モノラルモード共振器がプレロード力の下で２本の駆動軸の間に配置されている２本の駆動軸のための駆動装置を示す。
【図５】２個の圧電共振器が各々プレロード力の下で３本の駆動軸のうちの２本の駆動軸の間に配置されている３本の駆動軸のための駆動装置を示す。
【図６】３個の圧電共振器が各々プレロード力の下で３本の駆動軸のうちの２本の駆動軸の間に配置されている３本の駆動軸のための駆動装置を示す。
【図７】図５または図６に示される駆動装置が３本の駆動軸のために設けられていて、三角形の構成に配置されていてかつ各々が駆動軸により駆動される３個のカッターを備えたシェーバーを示す。
【符号の説明】
１ 第一駆動軸
２ 第二駆動軸
３ 圧電駆動要素
４ デュアルモード圧電共振器
９ 電気的制御ユニット
１０ 第一駆動部材
１１ 第二駆動部材
２２ 圧電共振器
２０ 第一駆動軸
２１ 第二駆動軸
２５ 第一駆動部材
２６ 第二駆動部材
３３ 圧電共振器
３１ 第一駆動軸
３２ 第二駆動軸
３７ 第一駆動部材
３８ 第二駆動部材
４５ 第一駆動軸
４６ 第二駆動軸
４７ 第三駆動軸
４８ 第一圧電共振器
４９ 第二圧電共振器
５０ 第一浮動ベアリング
５１ 第二浮動ベアリング
５２ 固定ベアリング
６０ 第一駆動軸
６１ 第二駆動軸
６２ 第三駆動軸
６６ 第一圧電共振器
６７ 第二圧電共振器
６３ 浮動ベアリング
６４ 浮動ベアリング
６５ 浮動ベアリング
【産業上の利用分野】
本発明は、少なくとも２個の回転要素のための少なくとも１個の圧電駆動要素を有する駆動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の駆動装置は、例えば、DE 35 00 607 C2により公知である。この既知の駆動装置は、その厚み振動がひねり結合器によってにねじれ共振器のねじれ振動に変換される圧電厚み共振器を有する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このような構成には、ピエゾ体積が励起されるねじり共振器の体積よりも実質的に小さいので、効率が低いと言う問題がある。この既知の駆動装置における個々の回転要素の間の軸方向の距離は、ねじれ共振器の寸法によって決まってしまう。回転方向は、モーターユニットを軸に対して置き換えない限り反転できない。
【０００４】
本発明の目的は、より高い効率を持ちかつ回転要素の位置決めの自由度が大きい第一パラグラフに定義されるタイプの新たな駆動装置を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明によると、この目的は、少なくとも２個の回転要素のための少なくとも１個の圧電駆動要素を有する駆動装置において、前記圧電駆動装置が圧電共振器と前記圧電共振器上に配置されかつ互いに対向して配置されている少なくとも２個の摩擦要素とを有し、前記摩擦要素を有する前記圧電共振器が、前記２個の回転要素間に配置されかつプレローディング力により押さえられていて、前記摩擦要素の各々が前記回転要素の一方に作用し、かつ前記圧電共振器の振動モードを励起させる電気的手段が設けられていることにより達成されている。
【０００６】
この電気的な手段により、圧電共振器と圧電共振器に固定されている摩擦要素とが、共に振動状態にセットされる。振動摩擦要素が、定期的に回転要素の１つに作用し、その結果、摩擦力が回転要素と摩擦要素の間に発生する。この摩擦力は、回転要素を回転させる。このプレロード力により、回転要素と摩擦要素との間の確実な係合が得られる。
【０００７】
この駆動装置の場合、圧電共振器は摩擦要素によって直接回転要素に作用する。共振器を追加する必要はない。したがって、圧電駆動要素に必要な体積は、DE 35 00 607 C2の構成のそれよりも実質上小さい。得られる効率はかなり高く、１０％程度にもなる。圧電共振器の形状は、長方形が望ましい。この形状により、圧電共振器を回転要素の間の軸方向の異なった距離に適合させることができる。この駆動装置の設計自由度は、大きい。使用される圧電駆動素子の数を変えることにより、ほとんど任意に回転要素の数を増加または減小させることができる。
【０００８】
回転要素とは、回転可能な要素、例えば駆動軸または駆動ホイールを意味するものとする。
【０００９】
本発明の有利な実施例の場合、圧電共振器は単一モード共振器である。単一モード共振器には、拡張モード共振器とたわみモード共振器の何れも使用できる。単一モード共振器が拡張モード共振器の形態を取りかつ２つの回転要素の間に挿入されている場合、回転要素が安定して回転するように２つの回転要素の間の結合線に対して拡張モード共振器の振動軸をわずか傾けておくのが望ましい。２つの回転要素は、同じ方向に回転する。
【００１０】
これに代えて、単一モード共振器をたわみモード共振器にしても良い。２つの回転要素の安定した回転を確実にするために、たわみモード共振器は、２つの回転要素の間の結合線に平行にわずか位置をずらして配置させる。２つの回転要素は、たわみモード共振器の対向する摩擦要素により反対の方向に駆動される。
【００１１】
請求項３に記載される本発明の有利な実施例の場合、圧電共振器はデュアルモード共振器である。デュアルモード共振器の各々の点は、二次元円形運動か楕円の回転運動を行うことができる。回転運動の方向は、電気的励起手段により励起を変えることによって変更させることができる。これにより、デュアルモード共振器によって簡単に２つの回転要素の回転方向を逆にすることが可能になる。デュアルモード共振器は、デュアルモード共振器の拡張モードの軸を２つの回転要素の間の結合線に実質的に一致させて、２つの回転要素の間に正確に対称的に配置させることが望ましい。デュアルモード共振器の摩擦要素は、楕円運動か円形運動を行い、次に、各々回転要素に単一方向の摩擦力を与える。この結果，２つの回転要素は、同じ回転方向に回転する。
【００１２】
請求項６によると、２つの摩擦要素が楕円運動を行う様に駆動装置を設計するのが望ましい。楕円運動により、摩擦要素と回転要素の間に特に満足できる摩擦力を得ることが可能になる。楕円の縦軸が２つの回転要素の間の結合線に対して傾けられているときに、特にこれが顕著である。摩擦要素の動きの主方向を縦方向の対称軸に対して調整することができる。このようにして、請求項７に定義される本発明の有利な実施例を実現することが可能となる。本発明のこの有利な実施例の場合、摩擦要素の動きの主方向、すなわち、楕円の縦対称軸方向の動きの方向は、本質的には、当該回転要素の材料と当該摩擦要素の材料の摩擦角に対応している。このようにして、摩擦要素と回転要素の間の静摩擦を得、その結果駆動装置の最適効率を得ることが可能となる。最も大きい静摩擦力が、請求項８に定義される有利な実施例により得られる。請求項９に記載されている様に、２８．８°の摩擦角を有する特に適切な材料は、酸化アルミニウムである。
【００１３】
請求項４に定義される本発明の有利な実施例は、非常に簡単にかつ廉価に実現することができる。圧電板から突出している駆動部材によって、摩擦要素の振動の振幅が得られる。分極方向は、第一表面のすべての４つの電極で同一である。請求項５に記載されているように、デュアルモード共振器の２つの直交した振動の共振周波数は、互いに近接しているので、電気的に動作周波数を与えることによって２つの直交した振動を満足できる振幅と必要な位相で発生させることができる。この有利な実施例の場合、請求項４に記載される４つの電極のうちの２つと共通接地電極しか、電子制御回路に結合する必要が無い。そのため、電子制御回路が全体として必要とする部品が少なくなる。
【００１４】
請求項１０に記載される本発明の有利な実施例と請求項１１に記載される本発明の有利な実施例とは、特にシェーバーの使用に適している。請求項１０に記載される駆動装置は、３つの圧電駆動要素とそれらの駆動力が、３つの回転要素に対して対称的に配列されているという利点を有している。この結果、３つの回転要素のトルクも同じになる。
【００１５】
請求項１１の駆動装置は、３つの回転要素が２つの圧電駆動要素のみによって駆動される利点を有している。これにより、１つの圧電駆動要素を請求項１０に記載される駆動装置から省略することが出来る。圧電駆動要素の両方に結合されている回転要素は、他の２つの回転要素より高いトルクを有している。しかしながら、シェーバーに関しては３つの回転要素は回転数が同一でありさえすれば良いので、このことがシェーバーでの使用に不利にはなることはない。請求項１１に記載される駆動装置の場合、このことが確実に行われるように構成されている。請求項１２の駆動装置の場合、３つの回転要素の１つが固定ベアリングでマウントされかつ他の２つの回転要素が浮動ベアリングでマウントされることが望ましい。固定ベアリングとは、駆動装置のハウジングに非可動にマウントされているベアリングを意味する。一方、浮動ベアリングは、駆動装置のハウジングに、例えば、スロットに移動可能な状態で設けられる。これにより、例えば、ハウジングと浮動ベアリングの間に配置されかつそのスプリング力が浮動ベアリングを介して当該圧電駆動要素に伝えられるスプリングを用いて、圧電駆動要素に対して浮動ベアリングを保持することが可能になる。
【００１６】
請求項１３に記載されるように、回転要素が２つの場合のベアリング構造も同様に実現することができる。
【００１７】
【実施例】
本発明のいくつかの実施例が、図１〜７に関連した具体例によりより詳細に記述される。
【００１８】
図１は、回転要素が２つの場合の駆動装置を示す。第一回転要素は第一駆動軸１であり、第二回転要素は第二駆動軸２である。第一駆動軸１と第二駆動軸２とは、互いに離れて配置されている。圧電駆動要素３は、第一駆動軸１と第二駆動軸２の間に配置されている。圧電駆動要素３は、第一側面４ａ、第二側面４ｂ、第三側面４ｃおよび第四側面４ｄを有する長方形のデュアルモード圧電共振器４を備えている。この圧電共振器は、第一電極５ａ、第二電極５ｂ、第三電極５ｃと第四電極５ｄを有している。４つの電極の５ａ、５ｂ、５ｃおよび５ｄは、例えば、スクリーン印刷法により、圧電共振器の第一主表面６に設けられる。第一電極５ａと第四電極５ｄは、第一ボンディングワイヤ７によって互いに電気的に接続され、第二電極５ｂと第三電極５ｃは、第二ボンディングワイヤワイヤ８によって電気的に互いに接続される。第一電極５ａと第二電極５ｂは、圧電共振器４での振動を励起する電気信号を発生させる電気的制御ユニット９に結合される。第一駆動部材１０は、例えば、粘着材によって、第三側面４ｃに中央で結合される。第二駆動部材１１は、例えば、第四側面４ｄに、例えば粘着材によって中央で結合される。第一駆動部材１０と第二駆動部材１１は、酸化アルミニウムにより作られることが望ましい。
【００１９】
図２は、圧電共振器４の側面を示す。圧電共振器４は、第一主表面６と第二主表面１３とを有する第一圧電本体１２を有する。第二主表面１３は、接地電極５ｅで完全に覆われている。接地電極５ｅは、図示されない方法で同様に制御ユニット９に結合されている。圧電本体１２の分極方向は、第一主表面６上の４つの電極５ａ、５ｂ、５ｃおよび５ｄの下で同一である。分極の方向は、図２の２本の矢印によって示されている。
【００２０】
図１で示されるように、第一駆動部材１０と第二駆動部材１１とを有する圧電共振器４は、第一駆動軸１と第二駆動軸２の間でプレロード力Ｆの下に保持されている。このプレロード力Ｆの結果、第一駆動部材１０は、第一駆動軸１に押し付けられ、第二駆動部材１１は第二駆動軸２に押し付けられている。第一駆動軸１と第二駆動軸２は、酸化アルミニウムの層でコーティングされている。電気信号を第一電極５ａと接地電極５ｅに供給する制御ユニット９によって、デュアルモード振動を発生させるように圧電共振器４を励起させることが出来る。プレロード力Ｆ、圧電共振器４の幾可学的形状および第一駆動部材１０と第一駆動軸１との間かつ第二駆動部材１１と第二駆動軸２との間の摩擦係数は、圧電共振器４、第一駆動部材１０と第二駆動部材１１が楕円の回転運動を行なうように選択される。第一駆動部材１０と第二駆動部材１１は、摩擦力を各々第一駆動軸１と第二駆動軸２に与え、その結果第一駆動軸１と第二駆動軸２が回転する。第一駆動部材１０と第二駆動部材１１の楕円回転運動の回転方向が、同じなので、第一駆動軸１と第二駆動軸２は振動圧電共振器４によって同じ回転方向に駆動される。図１には、第一回転方向１５が示されている。
【００２１】
第一制御ユニット９から制御信号を第二電極５ｂと接地電極５ｅに与えることによって、圧電共振器４もまた図１で示される振動モードと反対に向く楕円振動モードを発生させることが出来る。この結果、図１に示される構成は、駆動軸を第一回転方向１５と逆方向にも回転させることが出来る。このようにして、制御ユニット９からの制御信号を変えることのみで第一駆動軸１と第二駆動軸２の回転方向を反転させることができる。
【００２２】
酸化アルミニウムの摩擦角は、２８．８°である。プレロード力Ｆと圧電共振器４の幾可学的形状とは、楕円回転運動の間第一駆動部材１０と第二駆動部材１１がそれぞれ第一駆動軸１と第二駆動軸２に実質上２８．８°の角度で接するように選択される。したがって、第一駆動部材１０と第二駆動部材１１の接触角は、実質上摩擦角に対応している。制御電圧が適切な場合には、静摩擦が、第一駆動部材１０と第一駆動軸１との間かつ第二駆動軸２と第二駆動部材１１との間に発生し、これにより最適速度が得られる。この結果、駆動装置の良好な効率が確実に実現される。
【００２３】
第一駆動軸１と第二駆動軸２の速度とトルクは、第一制御ユニット９によって供給される電圧の振幅とプレロード力Ｆによって変化または調整させることが出来る。
【００２４】
圧電共振器４の正確な構造と電気的制御の様々な可能性は、EP 633 616 A2に記載されているので、必要に応じ参照されたい。
【００２５】
図３は、第一駆動軸２０と第二駆動軸２１を有する駆動装置を示す。単一モード圧電共振器２２は、第一駆動軸２０と第二駆動軸２１の間に配置されている。圧電共振器２２は、長方形でかつ第一電極２３をその上面に有しかつ接地電極（図示せず）をその背面に有する。第一拡張モード２３は、拡張振動の励起を可能にする形状を有している。圧電共振器２２は、拡張モード共振器として構成されている。圧電共振器２２は、その端面２４ａに第一駆動部材２５を、その対向する端面２４ｂに第二駆動部材２６を有している。第一駆動部材２５と第二駆動部材２６は、粘着材によって圧電共振器２２に固定されている。圧電共振器２２は、電気的制御ユニット（図示せず）によって、二重矢２７によって示される方向に拡張振動を発生させるように駆動される。圧電共振器２２の縦対称軸２８は、第一駆動軸２０と第二駆動軸２１の中心２０ａと２１ａとを結合する結合線２９に対して角度α傾いている。第一駆動部材２５と第二駆動部材２６とを有する圧電共振器２２は、第一駆動軸２０と第二駆動軸２１との間にプレロード力のＦにより保持されている。振動モードの場合、第一駆動部材２５と第二駆動部材２６は、二重矢印２７によって示される方向に第一駆動軸２０と第二駆動軸２１に微少の衝動を与える。この結果、これらの２つの回転軸は、同じ回転方向３０に駆動される。
【００２６】
図４は、第一駆動軸３１と第二駆動軸３２とを有する駆動装置を示す。第一回転軸３１は中心３ｌａを有し、第二回転軸３２は中心３２ａを有している。長方形の圧電共振器３３は、第一駆動軸３１と第二駆動軸３２の間に配置されている。圧電共振器３３は、その上面に第一電極３５を有し、その下側表面に接地電極（図示せず）を有する。第一電極３５は、曲げ振動の励起を可能にする形状を有している。圧電共振器３３は、電気的制御ユニット（図示せず）によって二重矢３６によって示される方向に曲げ振動を発生させるように作動させることができる。圧電共振器３３は、その端面３３ａに第一駆動部材３７を、その端面３３ｂに第二駆動部材３８を有する。圧電共振器３３の縦対称軸３９は、第一駆動軸３１の中心３ｌａと第二駆動軸３２の中心３２ａの結合線４０に平行に配置される。
【００２７】
振動モードの場合、圧電共振器３３は、第一駆動部材３７と第二駆動部材３８と共に二重矢３６によって示される方向に振動する。その結果、第一駆動部材３７は微少の衝動を第一駆動軸３１に与え、第二駆動部材３８は微少の衝動を第二駆動軸３２に与える。これにより、第一駆動軸３１が第一回転方向４１に回転し、第二駆動軸３２が逆回転方向４２に回転する。
【００２８】
プレロード力Ｆが、圧電共振器３３を第一駆動軸３１と第二駆動軸３２に矢印４３の方向に押し付ける。
【００２９】
図５は、第一駆動軸４５、第二駆動軸４６と第三駆動軸４７を有しそれらが三角形に配置されている駆動装置を示す。第一圧電共振器４８は、第一駆動軸４５と第三駆動軸４７との間に配置されていて、第二圧電共振器４９は第二駆動軸と第三駆動軸４７との間に配置されている。第一圧電共振器４８と第二圧電共振器４９は、図１に関して記述される構造のデュアルモード圧電共振器である。第一駆動軸４５は浮動ベアリング５０内に、第二駆動軸４６ｂは第二浮動ベアリング５１内に、そして第三駆動軸４７は固定ベアリング５２内に、各々マウントされている。第一浮動ベアリング５０は、スロット５３内で可動でかつスプリングによって第一圧電共振器４８の方向に押し付けられている。スロット５３は、駆動装置のハウジング（図示せず）内に形成されている。第二浮動ベアリング５１は、スロット５５内で可動でかつスプリング５６によって第二圧電共振器４９の方向に押されている。固定ベアリング５２は、ハウジング(図示せず）にしっかり固定されている。第一圧電共振器４８は、第一駆動軸４５と勘合する第一駆動部材４８ａと、第三駆動軸４７と勘合する第二駆動部材４８ｂとを有する。第二圧電共振器４９は、第二駆動軸４６と勘合する第一駆動部材４９ａと、第三駆動軸４７と勘合する第二駆動部材４９ｂとを有する。
【００３０】
第一駆動軸４５は、このようにして、スプリング５４のスプリング力によって第一圧電共振器４８に対して弾力的に押し付けられている。この結果、第一圧電共振器４８は、第一駆動軸４５と第三駆動軸４７との間に弾力的に保持されている。同様に、第二圧電共振器４９は、第二駆動軸４６と第三駆動軸４７との間でスプリング５６により弾力的に保持されている。
【００３１】
第一圧電共振器４８と第二圧電共振器４９は、楕円振動するように制御ユニット（図示せず）によって励起させることが出来る。この結果、駆動部材４８ａ、４８ｂ、４９ａおよび４９ｂが、摩擦力を第一駆動軸４５と第二駆動軸４６と第三駆動軸４７とに与える。３本の駆動軸４５、４６および４７の回転方向は、図１に記述されるように、制御ユニット（図５では図示されていない）によって同一方向と逆方向にさせることが出来る。
【００３２】
３本の駆動軸４５、４６および４７の回転スピードは、実質的に等しい。第三駆動軸４７が、第一圧電共振器４８と第二圧電共振器４９と協働するので、第三駆動軸４７の利用可能なトルクは、第三駆動軸４５と第二駆動軸４６の利用可能なトルクよりも大となる。
【００３３】
図６は、三角形に配置されている第一駆動軸６０と第二駆動軸６１と第三駆動軸６２とを有する駆動装置を示す。第一駆動軸６０は浮動ベアリング６３に、第二駆動軸６１は浮動ベアリング６４に、そして第三駆動軸６２は浮動ベアリング６５に、各々マウントされている。第一圧電共振器６６は、第一駆動軸６０と第二駆動軸６１の間に配置されている。第二圧電共振器６７は、第一駆動軸６０と第三駆動軸６２の間に配置されている。第三圧電共振器６８は、第二駆動軸６１と第三駆動軸６２の間に配置されている。第一圧電共振器６６、第二圧電共振器６７および第三圧電共振器６８は、それぞれ、図１に示される構成のものである。浮動ベアリング６３は、スプリング６９によりハウジング(図示せず）に押し付けられている。浮動ベアリング６４は、スプリング７０によってハウジング（図示せず）に押し付けられていて、浮動ベアリング６５は、スプリング７１によってハウジング（図示せず）に押し付けられている。このようにして、第一圧電共振器６６は、第一駆動軸６０と第二駆動軸６１の間に弾力的に保持されている。第二圧電共振器６７は、第一駆動軸６０と第三駆動軸６２の間に弾力的に保持されている。第三圧電共振器６８は、第二駆動軸６１と第三駆動軸６２の間に弾力的に保持されている。３個の圧電共振器６６、６７および６８は、制御ユニット（図示せず）によって楕円振動をするように励起させることが出来る。これにより、第一駆動軸６０、第二駆動軸６１および第三駆動軸６２は同じ回転方向に回転する。電気的制御ユニットによって簡単に回転方向を反転させることが出来る。図６に示されるように、駆動装置が完全に対称型の構成を持つので、利用可能なトルクと回転数は３本の駆動軸６０、６１および６２について全て同一である。
【００３４】
図７は、第一シェービングヘッド７３と第二シェービングヘッド７４と第三シェービングヘッド７５とを有するシェーバーを示す。第一シェービングヘッド７３と第二シェービングヘッド７４と第三シェービングヘッド７５とは、図５に示される駆動装置か図６で示される駆動装置により駆動される。
【図面の簡単な説明】
【図１】デュアルモード圧電共振器がプレロード力下の２本の駆動軸の間に保持されている２本の駆動軸のための駆動装置を線図的に示す。
【図２】図１の圧電共振器の側面図である。
【図３】拡張モード圧電単一モード共振器が２本の駆動軸の間に配置されている２本の駆動軸のための駆動装置を線図的に示す。
【図４】たわみモードの圧電モノラルモード共振器がプレロード力の下で２本の駆動軸の間に配置されている２本の駆動軸のための駆動装置を示す。
【図５】２個の圧電共振器が各々プレロード力の下で３本の駆動軸のうちの２本の駆動軸の間に配置されている３本の駆動軸のための駆動装置を示す。
【図６】３個の圧電共振器が各々プレロード力の下で３本の駆動軸のうちの２本の駆動軸の間に配置されている３本の駆動軸のための駆動装置を示す。
【図７】図５または図６に示される駆動装置が３本の駆動軸のために設けられていて、三角形の構成に配置されていてかつ各々が駆動軸により駆動される３個のカッターを備えたシェーバーを示す。
【符号の説明】
１ 第一駆動軸
２ 第二駆動軸
３ 圧電駆動要素
４ デュアルモード圧電共振器
９ 電気的制御ユニット
１０ 第一駆動部材
１１ 第二駆動部材
２２ 圧電共振器
２０ 第一駆動軸
２１ 第二駆動軸
２５ 第一駆動部材
２６ 第二駆動部材
３３ 圧電共振器
３１ 第一駆動軸
３２ 第二駆動軸
３７ 第一駆動部材
３８ 第二駆動部材
４５ 第一駆動軸
４６ 第二駆動軸
４７ 第三駆動軸
４８ 第一圧電共振器
４９ 第二圧電共振器
５０ 第一浮動ベアリング
５１ 第二浮動ベアリング
５２ 固定ベアリング
６０ 第一駆動軸
６１ 第二駆動軸
６２ 第三駆動軸
６６ 第一圧電共振器
６７ 第二圧電共振器
６３ 浮動ベアリング
６４ 浮動ベアリング
６５ 浮動ベアリング
Claims (13)
- 三角形に配置されている第１の回転要素、第２の回転要素、及び第３の回転要素を有する駆動装置であって、第１の圧電駆動要素が、前記第１の回転要素と前記第２の回転要素との間に配されていると共に、バイアス力によって弾力的に保持されており、前記第１の圧電駆動要素は、圧電共振器と、この圧電共振器上に設けられていると共に、相互に対向して配されている少なくとも２つの摩擦要素とを有しており、前記第１の圧電駆動要素の前記摩擦要素のうちの一方は、常に、前記第１の回転要素又は前記第２の回転要素の何れか一方に対して押し付けられており、前記圧電共振器の振動を生成する電気的手段が設けられている、駆動装置において、第２の圧電駆動要素が、前記第１の回転要素と前記第３の回転要素との間に配されていると共に、バイアス力によって弾力的に保持されており、前記第２の圧電駆動要素は、圧電共振器と、この圧電共振器上に設けられていると共に、相互に対向して配されている少なくとも２つの摩擦要素とを有しており、前記第２の圧電駆動要素の前記摩擦要素のうちの一方は、常に、前記第１の回転要素又は前記第３の回転要素の何れか一方に対して押し付けられていることを特徴とする、駆動装置。
- 第３の圧電駆動要素が、前記第２の回転要素と前記第３の回転要素との間に配されていると共に、バイアス力によって弾力的に保持されており、前記第３の圧電駆動要素は、圧電共振器と、この圧電共振器上に設けられていると共に、相互に対向して配されている少なくとも２つの摩擦要素とを有しており、前記第３の圧電駆動要素の前記摩擦要素のうちの一方は、常に、前記第１の回転要素又は前記第３の回転要素の何れか一方に対して押し付けられていることを特徴とする、請求項１に記載の駆動装置。
- 前記圧電共振器がデュアルモード共振器であることを特徴とする請求項１又は２に記載の駆動装置。
- 前記圧電駆動要素が、第一主面と第二主面とを有する実質上の圧電板を有し、前記第一主面が、少なくとも４個の電極を有し、かつ前記第二主面が少なくとも１個の電極を有し、１個の電極が前記第一主面の各四分円に配置されていて、かつ前記摩擦要素が前記圧電板から突出する駆動部材として構成されていることを特徴とする請求項３に記載の駆動装置。
- 前記圧電共振器の幾何学形状を、前記圧電共振器の２個の共振周波数が、一方の共振周波数が励起されると他方の共振周波数も同様に励起されるように互いに近接するように選択することを特徴とする請求項３に記載の駆動装置。
- 前記バイアス力と、前記圧電共振器の幾何学形状と、前記摩擦要素と前記回転要素との間の摩擦係数とが、前記２個の摩擦要素が実質上楕円回転運動を行うように選択され、前記楕円の対称の長軸が前記２個の回転要素間の前記結合線に対して傾けられていることを特徴とする請求項３に記載の駆動装置。
- 前記バイアス力と、前記圧電共振器の幾何学形状と、前記摩擦要素と前記回転要素との間の摩擦係数とが、前記摩擦要素の動きの主方向が回転要素と前記摩擦要素との間の摩擦角に実質上対応していることを特徴とする請求項６に記載の駆動装置。
- 前記摩擦角が１５°〜３５°の範囲にあるように、前記回転要素と前記摩擦要素の材料を選択することを特徴とする請求項７に記載の駆動装置。
- 前記摩擦要素および／または前記回転要素の前記表面が、酸化アルミニウムからなることを特徴とする請求項１又は２に記載の駆動装置。
- 前記３個の回転要素の内の１個が固定ベアリングにマウントされていて、他の２個の回転要素が其々浮動ベアリングにマウントされていて、前記２個の圧電駆動要素が、前記第一ベアリングにマウントされている前記回転要素と前記浮動ベアリングにマウントされている前記回転要素の一方との間に其々配置されていて、かつ前記浮動ベアリングが前記バイアス力によって各圧電駆動要素に対して弾力的に保持されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の駆動装置。
- 前記圧電板の長さと幅の比が、 1:3 と 1:4 の間にあることを特徴とする請求項４に記載の駆動装置。
- 請求項１又は２に記載の駆動装置を含むシェーバ。
- 請求項１又は２に記載の駆動装置を含む家庭電化製品。
Applications Claiming Priority (2)
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