JP4613006B2

JP4613006B2 - 圧電駆動装置

Info

Publication number: JP4613006B2
Application number: JP2003502859A
Authority: JP
Inventors: ウィッテビーン，ボニー
Original assignee: Miniswys SA
Current assignee: Miniswys SA
Priority date: 2001-06-06
Filing date: 2002-06-05
Publication date: 2011-01-12
Anticipated expiration: 2022-06-05
Also published as: WO2002099844A2; WO2002099844A3; DE50204033D1; EP1396012A2; EP1396012B1; JP2004531188A; US20040150294A1; ATE302995T1; EP1396012B2; AU2002304947A1; US7187103B2

Description

この発明は、第１の独立特許請求項のプリアンブルに従った圧電駆動装置に関する。

圧電駆動装置は、いわゆる、電界によって機械的に変化し得る圧電セラミック材料による駆動装置であって、特に小型の適用例、たとえば数立方センチメートルの大きさのモータ体積を有するモータか、または１立方センチメートルよりも小さな体積しか有さないモータに適切である。さらに、これらの駆動装置の利点は、低速での高トルク、制御しやすさ、円滑な駆動、比較的単純な構成、外部磁界の影響を受けないこと、および、これらの駆動装置自体が磁界を形成しないことである。

いわゆる定在波型の圧電駆動装置は、少なくとも１つの共振子を駆動素子として含み、この共振子は、通常、圧電素子と、圧電素子に機械的に結合された共振体（ホーン）とを含む。圧電素子および共振体は、互いに組合わされ、圧電素子は、共振子が定在波で振動するように駆動される。ホーンは、圧電素子から離れた方向を向き、かつ、有利にも振動振幅が最大の地点に位置する、テーパ形状の自由端を含む。このようなホーンの先端が、適切な態様で可動体に押付けられると、方向性を有した態様でこの可動体を駆動することができ、力の伝導が、本質的に摩擦嵌合に基づくことが分かっている。

このような駆動装置は、ケンジ・ウチノ（Kenji Uchino）による「圧電アクチュエータおよび超音波モータ（Piezoelectric Actuators and Ultrasonic motors）」（クルワー・アカデミック・パブリッシャーズ（Kluwer Academic publishers）、ボストン（Boston）、ドルドレヒト（Dordrecht）、ロンドン（London）、１９９７年）に記載されている。この駆動装置は、互いが同軸に配置された１対のディスク様圧電素子を含み、この１対のディスク様圧電素子は、３，３モードで反対方向に分極されて作動する。ホーンは、実質的に同軸で圧電素子に接続する。本体の表面にホーンの先端が押付けられ、ホーンの先端は、この表面に対して平行に可動する態様で配置される。ホーンの軸がこの表面に対して厳密に垂直には方向付けられず、この表面に対する垂線と小さな鋭角を生じる場合に、方向性を有した態様で、本体がホーンによって駆動され得ることが分かっている。このような態様で配置された共振子が固有振動数で作動すると、共振子は、わずかに傾斜したホーンの先端が指す方向に、本体を駆動する。駆動される本体の、誘発されかつ方向付けられた動作は、本体表面に対して垂直な面における、ホーン先端の楕円振動によって説明される。逆の動作方向は、共振子の軸を再配向することによって得られる。

同様の圧電モータが、公報ＤＥ−３９２０７２６（オリンパス・オプティカル（Olympus Optical））に記載されている。上で簡潔に説明した、軸対称であるモータの共振子の代わりに、ＤＥ−３９２０７２６に従ったモータは、そのテーパ形状の端部が共振子の軸上に位置しない非対称形のホーンを含む。共振子は、駆動される本体の表面に垂直に方向付けられた軸を有して、かつ、ホーンの先端に向かってテーパ形状にされた適切なホーン形状を有して構成されて、同様に、このホーン先端の楕円形の動作によって生じる、方向性を有した本体動作を生じる。それと同時に、反対方向の動作を生じる、互いに異なる周波数での振動条件も存在する。したがって、動作方向は、圧電素子を駆動する周波数によって設定することができる。この駆動装置は、線形駆動装置または回転駆動装置としての適用例に勧められ、共振子の軸が回転子の端面に対して垂直に（軸方向に）、または回転子の外面に対して垂直に（半径方向に）アライメントされる。

ＤＥ−３９２０７２６に従った圧電駆動装置は、端面の駆動装置を備えた回転モータと
して、比較的単純な手段によって実現することができる。端面の駆動装置を備えた実施例では、回転子および共振子に互いに予め張力をかける単純な手段を備えることもできる。実際に、小型化の点で限界を有する、軸方向に方向付けられた共振子の軸を有して特に形成されているのが、特にこれらの実施例であり、このような限界を克服することが望まれる。

したがって、特に軸方向に極めて平坦であるべきモータに対しては、平面のモードで駆動され得る、中心に向けて配置された円形ディスク形状の圧電素子を用いることが勧められる（ＥＰ−０５０５８４８、ＥＤＡＳＡ等）。この圧電素子は、平坦な共振体に結合され、この共振体は、圧電素子と同軸に配置されており、外輪に向かって半径方向に延びる、複数の非対称形のホーンの先端を含む。圧電素子によって駆動されることにより、ホーンの先端は、ここでもまた楕円の動作で振動し、これによって外輪が方向性を有して共振子の周囲を回転して動く。記載された駆動装置は、軸方向に極めて薄く設計することができるが、常に外側回転子を有する。共振体と外輪との間に予め張力をかけることができないために、駆動装置は、ホーン先端の摩耗に対して極めて敏感に反応し、摩擦によって伝達され得る力は限られたままである。

したがって、この発明の目的は、特に、その軸方向の広がりが（または、一般に、生じる動作の面に対して垂直な広がりが）１ミリメートル以下の範囲内にある場合に、最も簡単な手段で実現することのできる圧電駆動装置を提供することである。この発明に従った圧電駆動装置は、特に内側回転子として、線形駆動装置または回転駆動装置として適用することができる。

この目的は、特許請求項によって規定された圧電駆動装置によって達成される。

この発明に従った圧電駆動装置は、２つの本体（物体）間に、方向性を有した相対動作を生じるように働く。この圧電駆動装置は、平坦な駆動板を含み、この駆動板は、２つの本体の一方を形成するか、または、この本体に強固に接続されており、生じる動作の面に対して（駆動板が回転軸に対して垂直にアライメントされた回転動作に対して）平行な１つの面に完全に平坦に広がる。この駆動板は、その上で少なくとも１つの共振子領域が一体的に形成された台座領域を形成し、台座領域と共振子領域との間には、狭いばね領域が存在する。このばね領域は、駆動板の面が広がる方向に弾性を有し、駆動板との一体的な構成要素を示す。駆動板は、有利にも、ばね領域を備えた複数の共振子領域を含む。

駆動板の少なくとも一方側の共振子領域に、駆動板に対して平行に延びて好ましくは３，１モードで作動することが可能な、薄く矩形の圧電素子が結合され、好ましくは取付けられる。この圧電素子は、その幅よりも大きな長さを有し、その長さおよび幅は、その厚さよりも著しく大きい。厚さを横切って延びる、圧電素子の２つの表面は、接触面として設計される。圧電素子の長手方向軸または横方向軸は、実質的に共振子領域の１つの軸上に位置する。共振子領域は、軸に対して非対称なテーパ形状にされたホーンまたはダブルホーンを形成する少なくともその一方側において、これらの軸の少なくとも１つの方向に、圧電素子を超えて突出する。圧電素子および共振子領域は、高周波交流電圧による圧電素子の分極によって、定在波で振動する状態になり得る共振子をともに形成するように、互いに組合わされる。

この発明に従った圧電駆動装置によって互いに相対的に動かされる２つの本体は、それらのうち第１のものが駆動板であるか、または駆動板の台座領域に強固に接続されており
、これらの２つの本体は、共振子領域のホーンまたはダブルホーンが第２の本体の表面と接触するように配置され、上述の表面は、駆動板を実質的に横切る態様でアライメントされ、特に、わずかに予め張力をかけたばね領域が共振子領域を第２の本体に押付けるようにし、有利にも、圧電素子および共振子領域の長手方向軸が、生じる動作に対して実質的に平行にまたは接線方向にアライメントされるようにする。駆動板の端部領域は、（駆動される）第２の本体と接触しており、ホーンの先端に直接配置されるか、または、ダブルホーンの先端と先端との間に配置され、有利にも、圧電素子および共振子領域の長手方向軸に対して実質的に平行にアライメントされる。

互いに相対的に動かされる２つの本体間に予め張力を生じる機能に加え、駆動板のばね領域は、駆動された圧電素子によって生じる振動を、駆動板の台座領域から緩和する働きも有する。

共振周波数で圧電素子によって励振を受けるこのような平坦な共振子領域のホーンの先端が、駆動板の面に楕円の動作を生じ、それによって２つの本体間に方向性を有する相対動作を生じることが分かっている。また、第１の動作方向を有する共振状態と、第１の動作方向とは反対の第２の動作方向を有する他の共振状態とが存在することが分かっている。

ホーン先端の楕円の動作は、圧電素子および共振子領域の長手方向軸の方向への長手方向の振動と、圧電素子の幅の方向への横方向の振動との重ね合わせとして理解することができ、横方向の振動は、曲げ振動としてホーン内に伝搬する。その一方で、方向性を有する曲げ振動が、非対称な設計のホーンによって生じるものと期待され得る。

長手方向の振動が動作方向に対して実質的に平行に伝わるか、または、動かされる面に対して平行にもしくは接線方向に伝わる構成の方が、実質的に垂直な構成よりも円滑に高効率で作動することが分かっており、このことは、駆動される面に垂直な衝撃が、より弱いことによって説明することができる。

同等の圧電素子がそれぞれ共振子領域の両側に結合されて、これらの２つの圧電素子が互いに反対に分極されている場合、圧電素子の厚さ方向の振動が共振子領域にほとんど影響を及ぼさないために、動作方向に対して横方向の、ホーン先端の動作による摩擦によってエネルギが失われない。

この発明に従った駆動装置は、線形動作だけではなく、回転動作用の駆動装置として用いることができる。有利にも、それぞれ１つの圧電素子または複数の圧電素子と平行に作動する複数の共振子領域が、１つの駆動板上に一体的に形成される。回転動作を生じるために、駆動板は、回転軸に対して横方向に配置され、その台座領域は、たとえば、その上で共振子領域が内側（内側回転子）または外側（外側回転子）に規則的な間隔で一体的に形成されるリングの形を有する。直線動作の駆動装置に関しては、駆動板の台座領域が、本質的に動作方向に、複数の共振子領域とともに延びる。

駆動板上に配置されたすべての圧電素子の電気的分極に関しては、駆動板が導電性材料からなっており、圧電素子がその上で導電接着剤によって組合されている場合、駆動板を２つの電気端子のうちの１つとして用いることができる。同一の２つの駆動板が用いられ、圧電素子がそれらの間に配置されて２つの駆動板を介して給電される場合、極めて単純な電源が生じる。このような実施形態により、２つの導電性駆動板に対するわずか２つの電気的な接続によって、圧電素子のすべてに給電することができ、このことは、特に、最小設計の圧電駆動装置には有利である。２つの駆動板を有する実施例を用いて、駆動板の厚さ方向にホーン先端が振動することを防ぐために、および／または、駆動装置に対する
振動を用いるために、２つの駆動板の共振子領域の各々のホーン先端を電気絶縁スペーサを介して接続するか、または、駆動される第２の本体に、ホーン先端が係合する溝を設けることが有利である。上述のスペーサもまた、駆動される本体との摩擦部の機能を果たし得る。

駆動板は、有利にも、熱伝導の良好な材料を含み、圧電素子の振動で生じる熱を逃がすのに十分な大きさである。

駆動板の材料およびその厚さは、圧電素子のばねの特性と共振子領域とができる限り互いに合致するように、圧電素子と適合させるべきである。圧電素子と共振子領域との幅が等しい場合、駆動板の厚さは、圧電素子および共振子領域に対する厚さと弾性率との積が、同等に大きくなるように選択されるべきである。

駆動板の材料は、さらに、減衰するようにはほとんど作用せず、十分な機械的強度を有するべきである。この発明に従った駆動装置の力が、動かされる本体に摩擦を介して伝わるため、動かされる本体と駆動板との材料の組合せは、それに応じて選択されるべきである。適切であれば、駆動される本体と摩擦接触する共振子領域の端部領域が、駆動板のそれ以外の部分よりも摩擦を介した力の伝達に適した材料を含み得、または、２つの駆動板の間において、このような材料からなるスペーサが、摩擦機能を果たし得る。

駆動板の材料として、リン青銅が特に適していることが分かった。リン青銅は、市販の圧電素子の弾性率の約２倍の弾性率を有する。圧電素子が０．５ｍｍの厚さを有する場合、厚さが０．２５ｍｍのリン青銅板の共振子領域、または、圧電素子の両側に配置された、各々の厚さが０．１２５ｍｍのこのような２つの共振子領域を駆動することができる。または、２つのこのような圧電素子が両側に配置されている場合、厚さが０．５ｍｍの共振子領域を駆動することができる。

したがって、この発明は、第１の本体と第２の本体との間の動作面に相対動作を生じるための圧電駆動装置に関する。この駆動装置は、高周波交流電圧で駆動することのできる少なくとも１つの圧電素子と、ホーンまたはダブルホーンを有する共振子とを含み、上述の共振子は、圧電素子に機械的に結合されて、圧電素子による定在波での励振が可能である。共振子は、活性化する態様で第１の本体に接続される。方向性を有する駆動を得るために、ホーンまたはダブルホーンの領域を第２の本体の表面に押付けることができる。

駆動装置は、第１の本体を形成するか、または、第１の本体に固定されて、動作面に対して実質的に平行に配置される駆動板を含む。駆動板は、台座領域と少なくとも１つの共振子領域とを含み、台座領域と共振子領域との間には、駆動板の面に対して実質的に平行に弾性を有するばね領域（駆動板と一体化した部分）が構成される。少なくとも１つの共振子領域に、圧電素子が横方向に結合される。第２の本体は、ホーンまたはダブルホーンに位置する端部領域を有する少なくとも１つの共振子領域が、接触領域のばね領域に予め張力をかけることによって第２の本体の面に押付けられるように、駆動板に対して位置付けられ得る。上述の面は、駆動素子の面に対して実質的に横方向にアライメントされるため、この第２の本体は、この面に対して実質的に平行に駆動され得る。

この発明に従った圧電駆動装置の有利な実施形態を、以下の図面とともに、より詳細に説明する。

図１は、線形駆動装置として設計される、この発明に従った圧電駆動装置の例示的な実施形態を示す（視角は、動作方向および駆動板に対して垂直である）。この図は、第１の
本体を表わすか、または、第１の本体上に固定された駆動板１と、この駆動装置によって矢印方向の一方または他方に第１の本体１に対して動かされる第２の本体２とを示す。駆動板１は、台座領域３と２つの共振子領域４とを含み、共振子領域４は、それぞれ１つのばね領域５を介して台座領域３に接続する。

矩形で平坦な、１つ（適切であれば２つ）の圧電素子６がそれぞれ共振子領域に固定され、共振子領域および圧電素子の長手方向軸は、互いに重なる（長手方向軸Ａ）。共振子領域４は、圧電素子６とほぼ同じ幅（長手方向軸Ａに対する横方向の広がり）を有し、それが長手方向軸に対して非対称なテーパ形状にされたホーン７を形成する一方側において、長手方向軸Ａの方向に圧電素子６を超えて突出する。

共振子領域４は、長手方向軸Ａが動作方向（双方向の矢印）に対して実質的に平行にアライメントされて、かつ、ホーン７の先端に直接存在する接触端部領域８が、第２の本体２の表面１０に押付けられるように配置され、上述の表面は、駆動板１に対して実質的に垂直にアライメントされる。駆動板１の面におけるばね領域５の弾性変形によって、押し込み力が生じる。

ばね領域５は、長手方向軸Ａに対して平行な成分と、それに対して垂直な成分とを含むようにアライメントされる、狭いストリップとして設計される。ばね領域５は、有利にも、駆動装置が作動する周波数に対して波の節が位置づけられた場所において共振子領域に達する。

図１に示される共振子が、利用可能な約２０〜１０００ｋＨｚの共振周波数の適用に対して１ｍｍ未満の駆動板の厚さおよび圧電厚さと、１ｃｍ²未満の平面の広がりとを有し、異なる周波数で互いに反対方向の動作が生じることが分かっている。

図２ａ〜図２ｆは、この発明に従った圧電駆動装置の、共振子（圧電素子６に加え、共振子領域４および駆動板のばね領域５の一部）を介した例示的な断面（長手方向軸に対して垂直）に加え、極めて概略的に、圧電素子６に接触する可能性を示す。

図２ａおよび図２ｂは、圧電素子６が共振子領域４の一方側上に結合された共振子を示す。圧電素子は、共振子領域４を介してその一方側上で接触されており、共振子領域４に対して、たとえば導電接着剤を用いて固定される。同時に、ばね領域５が、圧電素子を電源または接地に接続するストリップ導体として働く。圧電素子６の他方側は、たとえばボンディングワイヤ２０またはボンディングフィルムを介して接触され、ボンディングワイヤ２０は、有利にも、定在波の節点を示す位置において、圧電素子の接触面に接続される。ボンディングワイヤ２０は、任意のさらなる導体（図２ａ）を介して、たとえば図２ｂに示されるようにストリップ導体２１を介して、電源または接地に接続され、ストリップ導体２１は、ばね領域５上に延びて、たとえば、絶縁する態様で駆動板上に固定されたフレックスプリントとして形成される。

図２ｃは、共振子領域４上で互いに対向して結合された２つの圧電素子を有する実施形態を示す。接触が、たとえば、一方ではばね領域５および共振子領域４を介して行なわれ、他方では図２ｂに関して上述のように、ストリップ導体２１およびばね領域５の両側上に位置するボンドワイヤ２０を介して行なわれる。

図２ｄおよび図２ｅは、別個の、有利にも同様に合同の駆動板からなる、実質的に合致した態様で配置された複数の共振子領域４を備えた共振子を示す。これにより、どの場合においても、１つの圧電素子６が２つの共振子領域４の間に配置される。各圧電素子６の接触は、それぞれ圧電素子に結合された共振子領域を介して有利にも行なわれる。互いを
覆った状態で配置されて、圧電素子６が共振子領域４の間に配置されている、いくつかの共振子領域または駆動板を有する共振子の実施形態は、有利にも完全に導電性材料からなる駆動板に対する垂直な方向に、高い安定性の利点を有する。これらの駆動板を介して、駆動板の台座領域へのそれぞれ１つの接続のみにより、別個の共振子の、複数の圧電素子が接触され得る。

図２ｆは、２つの共振子領域４と、共振子領域４の間に配置された１つの圧電素子６とを含む、図２ｄにおけるような共振子を示す。圧電素子６は、電源および接地への接続のために、２つのばね領域５および共振子領域４を介して接触される。接地に接続されていない圧電素子の一方側では、電源電圧および／または電源周波数に対する制御の測定要素として働くことが可能な電圧（測定接続点２２）を利用する。これにより、測定接続点は、電源から電気的に絶縁され得、このことは、圧電素子６の接触層が測定接続点の周囲でとぎれ得ることを意味する。

図３ａおよび図３ｂは、実質的に合致した態様で配置された２つの共振子領域４または駆動板と、それらの間に配置された圧電素子６とを含む、図２ｄに従った共振子の、接触端部領域８を介した断面を示す。接触端部領域８は、駆動される本体２と直接的または間接的に接触する、駆動板の共振子領域４の端部領域である。

図３ａは、駆動される本体２と直接接触しているのが共振子領域の端部ではなく離隔要素８’であるように、離隔要素８’が共振子領域４の間に配置された接触端部領域８を示す。離隔要素８’は、駆動される本体上に十分な摩擦がかかるように、かつ、２つの共振子領域４が互いに電気的に絶縁されるように、設計されるべきである。この離隔要素８’によって、駆動板に対して横方向の、共振子領域４の振動と、これを含む駆動装置に使用しない摩擦とが防止される。

合同の３つ以上の共振子領域と、それらの間に配置された圧電素子（図２ｅ）とを有する共振子に関し、離隔要素は、有利にも、隣接する２つの共振子領域の間にそれぞれ配置される。

図３の表示と同様の図３ｂは、合同の２つの共振子領域４を有する共振子の接触端部領域８を介した断面を示し、共振子領域４が、駆動される本体の溝８．１と係合して、溝の底部に押付けられている。溝の壁面は、静止した状態の共振子領域に接触するように寸法が決定される。このような実施形態では、溝のない実施形態よりも多くの力を伝達し得ることが分かっている。これは、明らかに、共振子領域に対して横方向に方向付けられる振動が方向付けられて、駆動装置用に用いられ得るということによる。

図４は、回転駆動装置として、特に内側回転子として設計された、この発明に従った圧電駆動装置のさらなる例示的な実施形態を示す。適切な手段によって固定子上に固定された駆動板１（または、適切であれば、実質的に合同な複数の駆動板）は、環状の台座領域３と、４つの共振子領域４とを含み、４つの共振子領域は、リングの内側に向かって方向付けられて、ばね領域５を介して台座領域３上に一体的に形成される。駆動板１は、回転子（第２の本体２）の回転軸Ｂに対して垂直に配置される。共振子領域４は、図１に示されたものと実質的に同一である。共振子領域４の各々は、回転子に向かって方向付けられた、実質的に直線の１つの周縁を含み、そのうち、ホーン先端の領域の一部（接触端部領域８）が、回転子と接触する（適切であれば、離隔要素を介して）。ばね領域５は、たとえば、接線方向および半径方向の成分を有する一方向にアライメントされた、一様に狭く、直線のストリップである。

回転子２は、駆動板１の共振子領域４によって駆動されるだけでなく、その半径方向の
位置にも保持される。特定の適用例について、半径方向の旋回ピンは、さらに必要とされない。

図５は、この発明に従った圧電駆動装置が、図４の内側回転子よりも半径方向に大きな寸法を有する外側回転子としても適用できることを示す。図示された駆動装置は、図１および図４に示された駆動装置とは、原理の面では同じである。同一の部分には、同一の参照番号が与えられる。

図６は、駆動板１（または合同に構成された複数の駆動板）のばね領域および共振子領域４の、さらなる実施形態を示す。これらは、両側で圧電素子６を超えて等しく突出する形（２つのホーン７）およびばね領域５の形が、これまでの図面の実施形態とは異なる。

圧電素子６を両側で超えて突出することにより、共振子領域４には、奇数個の波の節を有する長手方向の定在波が厳密に中央の波の節を有するように、横方向軸Ｂに対して対称な形状が与えられる。共振子領域４内のばね領域５の中央開口部は、この波の節に方向付けられる。

ここでもまた、駆動板の狭いストリップとして設計されたばね領域５は、２つの湾曲部と、これらの間に、長手方向軸Ａに対して実質的に平行にアライメントされた領域とを有する。

図７は、この発明に従った圧電駆動装置のさらなる例示的な実施形態を概略的にかつ極めて簡略化して示し、これは、回転軸１２の周囲に回転する態様で取付けられた回転子２のための駆動装置として設計される（視角は、動作方向に対して垂直であり、かつ、軸１２の方向に、駆動板に対して垂直である）。この図面は、第１の駆動体を示すか、または、第１の駆動体に固定された駆動板と、駆動装置によって第１の本体１に対して矢印方向の一方または他方に駆動される第２の本体（回転子）とを示す。この明細書において、駆動板１は、台座領域３と共振子領域４とを含み、上述の共振子領域４は、くびれ部を介して互いに機能上接続された主共振子領域４．１および副共振子領域４．２を形成する。副共振子領域４．２は、横方向軸Ｂに対して非対称のダブルホーン１３として設計される。これらのホーンの間の樋部１４に、接触端部領域８が位置する。駆動される本体２の、対応するたとえば非対称な構成を用いて、ダブルホーン１３の対称的な設計も可能である。

活性化する態様で接続されたいくつかの主共振子領域および副共振子領域を有する設計も可能である。

ばね領域５は、そのアライメントが横方向軸Ｂに対して横方向の成分を有する狭いストリップとして設計される。ばね領域５は、有利にも、駆動装置が作動すべき周波数に対する波の節が位置する場所において共振子領域４に接続される。

図８は、実質的に、図７に従った３つの駆動装置を含むモータを示す。これらの駆動装置の駆動板１は、必ずしも外付けを必要としないように、駆動される本体２の周囲を一平面上において中心に向かって配置される。図示されるこれらの３つの駆動板１は、３つの共振子領域４とともに、１つの駆動板に一体化されてもよい。

図９は、単純かつ平坦な構成を有する駆動装置を概略的にかつ極めて簡略化して示す。駆動板１の各々は、２つの共振子領域４を含み、２つの共振子領域４は、ばね領域５を介して台座領域３にそれぞれ接続され、図７および図８に示された共振子領域４と同じ態様で設計される。

図７、図８および図９に示された駆動装置は、１つの駆動板１、または、有利にも合同に構成されたいくつかの駆動板１によってすべて実現することができ、このことは、これらの駆動装置が、断面図で示されると、図２ａから図２ｆに示された形状を有し得ることを意味する。

当然ながら、この発明に従った圧電駆動装置の共振子を、互いに組み合せた状態ではなく、別個の図面において示された特徴を有して設計することもできる。

図１０は、この発明に従った駆動装置に対する動作曲線を極めて概略的に示す。ここでは、トルクＭおよびインピーダンスＺが駆動周波数ｖの関数として示される。このような動作曲線は、たとえば、電圧測定（電源電圧に位置する圧電素子の側において、電源から絶縁された測定接続点、図２ｆ参照）を介して、圧電素子において直接測定することができる。これらの測定は、所望の動作方向用にまたは電源周波数および／または電源電圧のオンライン制御用に選択されるべき周波数をオフラインで決定する働きをすることができる。動作曲線の下に、本体２と接触している、共振子の接触端部領域の振動が示される。

図示される動作曲線において、２つの異なる周波数ｖ¹およびｖ²を見ることができ、これらに対し、駆動される本体の表面に沿って互いに反対方向にアライメントされる楕円振動が決定される。これらの２つの周波数ｖ¹、ｖ²は、最大トルクおよび最大インピーダンスによって特徴付けられる。周波数ｖ＝０（停止）である場合に、接触端部領域は、ばね領域に予め張力をかけることによって、駆動される本体に押付けられる（保持モーメントＭ０）。２つの異なる周波数間で、駆動される本体２の表面に対して実質的に横方向に方向付けられた振動が確保され、この振動は、駆動への影響は有さないが、それに関連して、保持動作に関してモーメントを減じる（自由継続）。

台座領域と２つの共振子領域とを有する駆動板を備えた線形駆動装置を概略的に示す図である（見る方向は、駆動板に対して垂直である）。圧電素子の接触を概略的に示した、この発明に従った装置の共振子の例を介した断面図である。圧電素子の接触を概略的に示した、この発明に従った装置の共振子の例を介した断面図である。圧電素子の接触を概略的に示した、この発明に従った装置の共振子の例を介した断面図である。圧電素子の接触を概略的に示した、この発明に従った装置の共振子の例を介した断面図である。圧電素子の接触を概略的に示した、この発明に従った装置の共振子の例を介した断面図である。圧電素子の接触を概略的に示した、この発明に従った装置の共振子の例を介した断面図である。駆動される本体を備えた、図２ｄに従った共振子の例示的な接触領域を介した断面図である。駆動される本体を備えた、図２ｄに従った共振子の例示的な接触領域を介した断面図である。この発明に従った回転駆動装置の例示的な実施形態を示す図である（図３：内側回転子、図４：外側回転子）。この発明に従った回転駆動装置の例示的な実施形態を示す図である（図３：内側回転子、図４：外側回転子）。駆動板の共振子領域の、さらなる実施形態を示す図である。ダブルホーンを備えた共振子を有する、この発明に従った駆動装置のさらなる実施形態を示す図である。図６に従った、２つ以上の駆動装置を各々が有する２つの例示的なモータを示す図である。図６に従った、２つ以上の駆動装置を各々が有する２つの例示的なモータを示す図である。この発明に従った駆動装置の概略的な動作曲線を示す図である。

Claims

第１の本体と第２の本体との間にまたがる動作面内に相対動作を生じるための圧電駆動装置であって、高周波交流電圧で駆動され得る少なくとも１つの圧電素子と、テーパ形状のホーン（７）を備えた共振子とを含み、前記共振子は、前記圧電素子（６）に機械的に結合されて、前記圧電素子によって定在波で励振され、前記共振子は、前記第１の本体の台座領域に接続され、前記ホーンの一部は、前記第２の本体（２）の表面（１０）方向に押付けられ、
前記駆動装置は、前記第１の本体を形成するか、または、前記第１の本体上に固定されて前記動作面に対して平行に配置される、互いに一致する形状で、かつ一致して重なり合うように配列された少なくとも２つの導電性の駆動板（１）を含み、前記駆動板（１）の各々は、前記台座領域（３）および少なくとも１つの共振子領域（４）を含み、前記共振子は、前記少なくとも１つの共振子領域（４）を含み、前記台座領域（３）と前記共振子領域（４）との間に、前記駆動板（１）の面に対して平行であってかつ弾性を有するばね領域（５）が存在し、前記圧電素子（６）は平坦で、前記圧電素子（６）の両側において駆動板（１）の共振子領域（４）がそれぞれの側に結合されて、前記第２の本体（２）は、前記ばね領域（５）に予め張力をかけることによって前記ホーンの一部として位置する接触端部領域（８）を備えた前記少なくとも２つの共振子領域（４）が、前記第２の本体（２）の表面（１０）方向に押付けられるように前記複数の駆動板（１）の前記台座領域（３）に対して位置付けられ、前記第２の本体（２）は、前記共振子領域の動作方向に駆動され得るように前記駆動板（１）の面に対して実質的に垂直な方向に延在するようにアライメントされており、
前記圧電素子（６）の両側に配置された２つの共振子領域（４）の間の前記接触端部領域（８）において、前記第２の本体（２）と前記２つの共振子領域（４）とを離隔し、かつ、前記共振子領域（４）同士を互いに離隔するための離隔要素（８’）が配置され、前記離隔要素（８’）は、前記第２の本体（２）に当接していることを特徴とする、圧電駆動装置。
少なくとも１つの圧電素子（６）は、平坦で矩形であって３，１モードで励振され、前記圧電素子（６）および前記共振子領域（４）の長手方向軸（Ａ）は、互いに重なって配置され、前記ホーン（７）は、この長手方向に延び、前記接触端部領域（８）は、動作方向に対して実質的に平行にまたは接線方向にアライメントされることを特徴とする、請求項１に記載の駆動装置。
前記少なくとも１つの共振子領域（４）の前記ホーン（７）は、前記共振子領域（４）の長手方向軸に対して非対称なテーパ形状にされることを特徴とする、請求項２に記載の
駆動装置。
前記共振子領域（４）は、圧電素子を有する主共振子領域（４．１）および圧電素子を有さず前記第２の本体（２）に作用する副共振子領域（４．２）を含み、共振子領域（４．１，４．２）はくびれ部を介して互いに接続されていることを特徴とする、請求項１に記載の駆動装置。
生じる動作は、回転動作であり、前記駆動板（１）の前記台座領域（３）は、実質的に環状であることを特徴とする、請求項１から４のいずれかに記載の駆動装置。
前記駆動板（１）は、複数の共振子領域（４）を含み、互いに一定間隔をあけて内側または外側に方向付けられたこれらの複数の共振子領域（４）は、前記台座領域（３）に接続されることを特徴とする、請求項５に記載の駆動装置。
前記ばね領域（５）は、前記長手方向軸（Ａ）に対して平行な成分を有するようにアライメントされ、かつ、長手方向の定在波が波の節を有する位置で前記共振子領域（４）に接続される狭いストリップであることを特徴とする、請求項１から６のいずれかに記載の駆動装置。
複数の圧電素子（６）を含み、前記駆動板（１）は導電性材料を含み、前記複数の圧電素子（６）は、導電接着剤を用いて前記共振子領域（４）上に固定され、前記台座領域（３）の前記駆動板（１）は、高周波交流電圧または接地に接続されることを特徴とする、請求項１から７のいずれかに記載の駆動装置。