DE3852224T2

DE3852224T2 - Ultraschalltreiberanordnung.

Info

Publication number: DE3852224T2
Application number: DE3852224T
Authority: DE
Inventors: Keisuke Honda
Original assignee: Honda Electronics Co Ltd
Current assignee: Honda Electronics Co Ltd
Priority date: 1987-07-14
Filing date: 1988-07-11
Publication date: 1995-04-06
Anticipated expiration: 2008-07-12
Also published as: EP0299415A3; DE3852224D1; EP0299415A2; US4893045A; CA1289999C; EP0299415B1

Description

Hintergrund der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ultraschalltreiberanordnung, die einen Stator, der eine piezoelektrischen Vibrator des Ring-Typs oder Vibratoren und Metallblöcke enthält, aufweist.
Bei einem aus der US-A-4 645 964 bekannten Ultraschallmotor, der einen piezoelektrischen Vibrator verwendet, sind zwei Gruppen von Elektroden an einer Seite einer piezoelektrischen Keramik des Ring-Typs angebracht, wobei die Elektroden so angeordnet sind, daß jeweils durch die beiden Gruppen von Elektroden erzeugte stehende Wellen in jeder Position jeweils um π/2 verschoben sind. Die Teile des piezoelektrischen Vibrators des Ring-Typs, die der Elektrode entsprechen, sind wechselweise umgekehrt polarisiert. Die zwei Gruppen von Elektroden sind auch entsprechend mit zwei Oszillatoren zur entsprechenden Erzeugung von Wechselstromspannungen mit einer Phasenverschiebung von π/2 zueinander verbunden. Wenn die Wechselstromspannungen von den beiden Oszillatoren jeweils an die zwei Gruppen von Elektroden angelegt werden, entstehen auf den Oberflächen des piezoelektrischen Vibrators des Ring-Typs zwei stehende Wellen mit einer Phasenverschiebung von π/2 zueinander und dann entstehen an den Oberflächen des piezoelektrischen Vibrators des Ring- Typs aufgrund eines Bestandteils der beiden stehenden Wellen fortschreitende Wellen. Deshalb wird, wenn ein Drehteil auf den piezoelektrischen Vibrator des Ring-Typs gesetzt wird und das Drehteil fest an den piezoelektrischen Vibrator des Ring- Typs gepreßt wird, das Drehteil durch die fortschreitenden Wellen gedreht.
Bei der herkömmlichen Ultraschallmotor ist, da der piezoelektrische Vibrator des Ring-Typs in vielen seinen Bereichen polarisiert werden muß und die zwei Oszillatoren mit den Elektroden verbunden werden müssen, der Aufbau des piezoelektrischen Vibrators des Ring-Typs kompliziert und die Kosten für den Ultraschallmotor werden sehr hoch.
Aus der EP-A-0 198 183 ist ein Ultraschallmotor bekannt, der einen Vibrator des Langevin-Typs mit zwei piezoelektrischen Vibratoren des Ring-Typs, die zwischen zwei Metallblöcken angebracht sind, aufweist. Bei diesem Ultraschallmotor ist ein Drehverbindungskörper durch eine Schraube zum Fixieren der Metallblöcke und der piezoelektrischen Vibratoren mit dem einen Ende des einen Metallblocks verbunden und ein Drehteil wird mittels einer Feder auf den Drehverbindungskörper gepreßt.
Der Aufbau des Ultraschallmotors ist jedoch kompliziert und die Kosten hierfür werden hoch.

Zusammenfassung der Erfindung

Es ist deshalb eine vorrangige Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Ultraschallantriebsanordnung mit einfachem Aufbau zu schaffen.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Ultraschallantriebsanordnung zu schaffen, die zwei geteilte Elektroden zum Treiben eines Elements, das auf die eine oder andere Weise angetrieben werden muß, aufweist.
Es ist die weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Ultraschallantriebsanordnung zum Treiben eines Elements zu schaffen, das durch eine kreisförmig fortschreitende Welle angetrieben wird, die an Seitenendbereichen gemäß dem Ausdehnen und Kontrahieren eines piezoelektrischen Vibrators oder piezoelektrischer Vibratoren entstehen.
Um die obengenannten Aufgaben zu erreichen, schafft die vorliegende Erfindung eine Ultraschallantriebsanordnung nach Anspruch 1.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 zeigt eine Schnittdarstellung eines Ultraschallmotors des Standes der Technik.
Fig. 2 zeigt eine Draufsicht einer Form eines piezoelektrischen Vibrators und eine Zusammenstellung von Elektroden des piezoelektrischen Vibrators in dem Ultraschallmotor von Fig. 1.
Fig. 3 zeigt eine separierte perspektivische Darstellung des Stators eines Ultraschallmotors des anderen Standes der Technik.
Fig. 4 zeigt eine Seitenansicht mit einer teilweise geschnittenen Darstellung eines Ultraschallmotors des Standes der Technik von Fig. 3.
Fig. 5 zeigt eine perspektivische Darstellung eines piezoelektrischen Vibrators und von Elektroden gemäß der vorliegenden Erfindung.
Fig. 6 zeigt eine Draufsicht eines piezoelektrischen Elements und von Elektroden von Fig. 5.
Fig. 7 zeigt eine perspektivische Ansicht eine erfindungsgemäßen Ultraschallantriebsanordnung.
Fig. 8 zeigt eine separierte perspektivische Darstellung von piezoelektrischen Vibratoren und Elektroden der Ultraschallantriebsanordnung von Fig. 7.
Fig. 9 zeigt eine Seitenansicht der Ultraschallantriebsanordnung von Fig. 7.
Fig. 10 zeigt eine separierte perspektivische Ansicht eines Bereichs einer Ultraschallantriebsanordnung nach der anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Fig. 11 zeigt eine perspektivische Darstellung eines piezoelektrischen Vibrators und von Elektroden zur Erläuterung des Prinzips der Erzeugung der Rotationsschwingung in dem Ständer von Fig. 10.
Fig. 12 zeigt eine separierte perspektivische Darstellung eines Bereichs einer Ultraschallantriebsanordnung der anderen Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung.
Fig. 13 zeigt eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Ultraschallantriebsanordnung.
Fig. 14 zeigt eine perspektivische Darstellung piezoelektrischer Vibratoren und Elektroden der Ultraschallantriebsanordnung von Fig. 13.
Fig. 15 (a) zeigt eine Seitenansicht einer Ultraschallantriebsanordnung von Fig. 13. Fig. 15 (b) zeigt die Wellenform einer Längsschwingung. Fig. 15 (c) zeigt die Wellenform einer Torsionsschwingung.
Fig. 16 zeigt eine Seitenansicht einer Ultraschallantriebsanordnung einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Fig. 17 zeigt eine Seitenansicht einer Ultraschallantriebsanordnung nach einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Fig. 18 zeigt eine Seitenansicht einer Ultraschallantriebsanordnung einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Fig. 19 zeigt eine perspektivische Darstellung von piezoelektrischen Vibratoren und Elektroden der Ultraschallantriebsanordnung von Fig. 18.
Fig. 20 zeigt eine Seitenansicht einer Ultraschallantriebsanordnung nach einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Fig. 21 zeigt eine Seitenansicht einer Ultraschallantriebsanordnung einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

Bezugnehmend auf den Stand der Technik von Fig. 1 ist ein piezoelektrischer Vibrator des Ring-Typs B an einem Federelement des Ring-Typs A befestigt und der piezoelektrische Vibrator B schwingt mit dem Federelement. Der piezoelektrische Vibrator ist im Verhältnis von beispielsweise 22,5º oder 11,25º in 17 Teile unterteilt. Die entsprechenden benachbarten Bereiche in den 17 Teilen des piezoelektrischen Vibrators B sind mit zueinander entgegengesetzter Polarität polarisiert, wie in Fig. 2 gezeigt ist. Die zwei Bereiche C und D an der einen Seite des piezoelektrischen Vibrators B sind jeweils als eine Elektrode durch leitenden Anstrich befestigt, wie in Fig. 2 gezeigt ist. Der Bereich G in Fig. 2 zeigt eine Erdungselektrode. Das anzutreibende Element F, an dem der Schieber E befestigt ist, ist auf dem Federelement A angebracht.
Bei dem Ultraschallmotor aus dem Stand der Technik wird eine Wechselstromspannung von V&sub0;sinωt an eine Elektrode C angelegt und die Wechselstromspannung V&sub0;cosωt wird an der anderen Elektrode D angelegt, wobei V&sub0; ein Momentanwert, ω die Kreisfrequenz und t die Zeit ist. Die Phasen dieser Spannungen sind um π/2 zueinander verschoben. Dadurch verursachen die unterteilten Bereiche des piezoelektrischen Vibrators B wechselweise Ausdehnung und Kontraktion und auf diese Weise entsteht an dem Federelement A eine Biegeschwingung. Deshalb entsteht in dem Federelement A eine stehende Welle und an dem Federelement A entsteht eine fortschreitende Welle. So wird das angetriebene Teil F mit dem Schieber E auf dem Federelement A gedreht.
Bei dem Motor nach dem Stand der Technik ist jedoch, da die unterteilten Bereiche des piezoelektrischen Vibrators des Ring-Typs wechselweise polarisiert sein müssen und die unterteilten Elektroden auf den unterteilten Bereichen des piezoelektrischen Vibrators B gebildet werden müssen, die Zusammensetzung des herkömmlichen Ultraschallmotors kompliziert.
Bezugnehmend auf den Stand der Technik von Fig. 3 werden ein piezoelektrischer Vibrator 3, eine Endplatte 4, ein piezoelektrischer Vibrator 5, eine Endplatte 6 und eine Aluminiumscheibe 7 auf eine Unterlegscheibe 1 aufgesetzt und ein Schraubenbolzen 2 wird in die Mittellöcher dieser Teile eingeschoben. Die Schraube 2a des Bolzens 2 kooperiert mit dem Schraubenloch 8a eines Drehverbindungskörpers 8. Eine Ableitung 8b ist an der unteren Oberfläche des Drehverbindungskörpers 8 gebildet, exakte Vorsprünge 8c sind in beiden Seiten der Ableitung 8b ausgebildet und ein Querbalken 8d ist so in dem oberen Bereich des Drehverbindungskörpers 8 gebildet, daß ein Winkel zwischen dem Querbalken 8d und der Ableitung 8b einen vorgegebenen Wert annimmt.
Bei dieser herkömmlichen Ultraschalltreiberanordnung werden, wenn eine Wechselstromspannung über die Endplatten 4 und 6 an die piezoelektrischen Vibratoren 3 und 5 angelegt wird und die piezoelektrischen Vibratoren in Richtung ihrer Dicke schwingen, die exakten Vorsprünge 8c des Drehverbindungskörpers 8 angestoßen und durch die Schwingung der piezoelektrischen Vibratoren 3 und 5 gedreht. Deshalb wird der Drehverbindungskörper in Schwingung versetzt, um sich zu drehen. Wenn sich die Erregungsfrequenz der Wechselstromspannung an eine Resonanzfrequenz annähert, entsteht an dem Querbalken 8d des Drehverbindungskörpers eine elliptische Schwingung.
Deshalb wird, wie in Fig. 4 gezeigt ist, ein Drehteil 9 auf den Drehverbindungskörper 8 aufgebracht, ein durch ein Lager 11 des Drehteils 9 hindurchgehender Mittelbolzen 10 fixiert den Drehverbindungskörper 8 und eine Feder 12 ist zwischen dem oberen Ende des Bolzens 10 und dem Lager 11 befestigt, wodurch das Drehteil 9 fest an dem Querbalken 8d des Drehverbindungskörpers 8 anliegt und durch die elliptische Schwingung an dem Querbalken 8d gedreht wird.
Bei dem herkömmlichen Ultraschallmotor ist die Zusammensetzung des Drehverbindungskörpers 8 jedoch kompliziert und man kann mit diesem Aufbau des Ultraschallmotors keine großen Drehmomente erhalten.
Bezugnehmend auf Fig. 5 wird ein piezoelektrischer Vibrator 13 des Ring-typs aus piezoelektrischer Keramik zwischen einem Paar zweigeteilter Elektroden 14a und 14b und einer Elektrode 15 angebracht. Die Kontaktpunkte eines Schalters 16 sind mit den Elektroden 14a und 14b verbunden und der bewegliche Kontakt von Schalter 16 ist mit einem Anschluß einer Wechselstromquelle 17 verbunden und der andere Anschluß der Wechselstromquelle 17 ist über die Elektrode 15 mit Erde verbunden.
Wenn der Schalter 16 mit der Elektrode 14a verbunden ist und eine Wechselstromspannung von der Wechselstromquelle 17 und die Elektrode 14a angelegt wird, entsteht an dem Endbereich und dem Seitenbereich des piezoelektrischen Vibrators 13 eine fortschreitende Welle, wie durch den Pfeil 1 gezeigt ist. Wenn der Schalter 16 mit der Elektrode 14b verbunden wird, entsteht auch an dem Endbereich und dem Seitenbereich des piezoelektrischen Vibrators 13 eine fortschreitende Welle, wie durch Pfeil B gezeigt ist.
Bei der Erklärung des Prinzips zum Erzeugen der fortschreitenden Welle in dem piezoelektrischen Vibrator 13 wird, wenn der eine Seitenbereich des piezoelektrischen Vibrators 13 durch Einspeisen der Spannung angetrieben wird, in dem anderen Seitenbereich des piezoelektrischen Vibrators 13 gemäß des Ausdehnens und Kontrahierens in dem einen Seitenbereich des piezoelektrischen Vibrators 13 eine Spannung erzeugt. Die Phase der in dem anderen Seitenbereich erzeugten Spannung liegt später als die der an dem einen Seitenbereich angelegten Spannung. Deshalb entstehen das Ausdehnen und Kontrahieren teilweise in dem piezoelektrischen Vibrator 13 und die fortschreitenden Wellen der Pfeile A und B entstehen in dem Endbereich und Seitenbereich.
Bezugnehmend auf Fig. 7, Fig. 8 und Fig. 9 werden piezoelektrische Vibratoren 20 und 21 von keramischen Vibratoren zwischen zwei Metallblöcke 18 und 19 gesetzt, Elektroden 22 und 13 werden zwischen den Metallblock 18 und den piezoelektrischen Vibrator 20 und die piezoelektrischen Vibratoren 20 und 21 gesetzt und ein Bolzen 24 wird durch die Mittelbohrungen der piezoelektrischen Vibratoren 20 und 21 und die Elektroden 23 und 23 hindurchgeführt und beide Seitenschrauben 24a und 24b des Bolzens 24 werden in die Schrauben 18a und 19a der Metallblöcke 18 und 19 eingesetzt und die Metallblöcke 18 und 19 sind fixiert. Die Elektrode 23 zwischen den piezoelektrischen Vibratoren 20 und 21 wird in zwei unterteilt und ein Zwischenraum 25 wird zwischen diesen unterteilten Elektroden 23a und 23b gebildet. Ein Stator 26 wird durch diesen Aufbau gebildet.
Bei der Ultraschalltreiberanordnung dieser Ausführungsform schwingt, wenn die Wechselstromspannung an einen der Anschlüsse 23c und 23d und die Elektrode 22 angelegt wird, ein Seitenbereich der piezoelektrischen Vibratoren 20 und 21 in Richtung der Dicke und schwingt in Radius-Richtung gemäß der Richtung der Dicke. Wenn eine gemäß der Längsrichtungsschwingung und der Radius-Richtungsschwingung erzeugte Torsionsschwingung zu den beiden Metallblöcken 18 und 19 übertragen wird, entsteht im Endbereich und den Seitenbereichen des Stators 26 eine fortschreitende Welle. Ein am Endbereich und dem Seitenbereich des Stators 26 befindliches anzutreibendes Teil wird durch die fortschreitende Welle angetrieben.
Bezugnehmend auf Fig. 10 werden ein Stator 26 mit einem piezoelektrischen Vibrator 20 und Elektroden 22 und 23, die zweigeteilt sind, und Zwischenräume 25 und 27 zwischen den entsprechend geteilten Elektroden 22a und 22b und 23a und 23b der Elektroden 22 und 23 um 90º zueinander verschoben. Isolationsteile 28 und 29 sind zwischen den Elektroden 22 und 23 und den Metallblöcken 18 und 19 eingeschoben und sind gegen elektrische Leitung geschützt.
Bei einer wie oben zusammengesetzten Ultraschalltreiberanordnung wird, wenn die Wechselstromspannung an die Elektroden 22a und 23b angelegt wird, die Wechselstromspannung schräg an den piezoelektrischen Vibrator 20 angelegt, wie in Fig. 11 bei Pfeil A gezeigt ist, der piezoelektrische Vibrator 20 erzeugt eine Torsionsschwingung durch die Dickenschwingung und die Radiusschwingung und die Torsionsschwingung wird durch die Metallblöcke 18 und 19 verstärkt. Wenn die Wechselstromspannung zwischen den Elektroden 22b und 23b angelegt wird, wird durch die Längsschwingung und die Torsionsschwingung von Pfeil A in Fig. 11 eine Verbundschwingung erzeugt und die fortschreitende Welle (der Pfeil C von Fig. 10) entsteht durch die Verbundschwingung im Endbereich und dem Seitenbereich des Stators 26. Wenn die Wechselstromspannung an die Elektroden 22a und 23b angelegt wird, entsteht die fortschreitende Welle in Richtung des Pfeils B in Fig. 10. Wenn die Wechselstromspannung an die Elektroden 22a und 23a angelegt wird, entsteht die fortschreitende Welle in Richtung von Pfeil C in Fig. 10. Wenn die Wechselstromspannung an die Elektroden 22b und 23a angelegt wird, entsteht die fortschreitende Welle in Richtung von Pfeil B in Fig. 10.
Wenn das anzutreibende Teil mit dem Stator 26 in Verbindung steht, wird das Teil gedreht.
Bezugnehmend auf Fig. 12 werden zwei piezoelektrische Vibratoren 20 und 21 zwischen die Elektroden 22, 23 bzw. 24 gesetzt und die Elektroden 22, 23 und 30 sind jeweils zweigeteilt. Der Zwischenraum 25 zwischen der Elektrode 22a und 22b wird um 90º zu dem Zwischenraum 27 zwischen der Elektroden 23a und 23b verschoben. Der Zwischenraum 31 zwischen den Elektroden 30a und 30b ist in derselben Richtung wie der Zwischenraum 25 der Elektroden 22a und 22b ausgebildet. Isolierteile 28 und 29 werden zwischen die Elektrode 22 und den Metallblock 18 und die Elektroden 30 und den Metallblock 19 eingeschoben.
Bei dem wie oben beschrieben aufgebauten Ausführungsform wird die durch Anlegen der Wechselstromspannung an die Elektroden 22a, 30a und 23b erzeugte fortschreitende Welle bezüglich der, die durch das Anlegen der Wechselstromspannung an die Elektroden 22a, 30a und 23b erzeugt wurde, umgekehrt. Die durch Anlegen der Wechselstromspannung an die Elektroden 22b, 30b und 23a erzeugte fortschreitende Welle wird bezüglich der, die durch Anlegen der Wechselstromspannung an die Elektroden 22b, 30b und 23b erzeugt wurde, umgekehrt.
Bei der obigen Ausführungsform sind der Zwischenraum 25 zwischen den Elektroden 22a und 22b, der Zwischenraum 27 zwischen den Elektroden 22a und 22b und der Zwischenraum 31 zwischen den Elektroden 30a und 39b um 90º zueinander verschoben, aber die Verschiebungen zwischen den Zwischenräumen 25, 27 und 28 können weniger als 90º betragen. Bei der obigen Ausführungsform können, obwohl die Metallblöcke 18 und 19 die gleichen sind, die Metallblöcke 18 und 19 asymmetrisch zueinander sein.
Bezugnehmend auf Fig. 13 enthält eine erfindungsgemäße Ultraschalltreiberanordnung Metallblöcke 18 und 19, zwei piezoelektrische Vibratoren 20 und 21 und unterteilte Elektroden 22a und 22b (siehe Fig. 14) und eine Elektrode 23. Das Schraubenaußengewinde 24b des Bolzens 24 wirkt mit dem Innenschraubengewinde des Metallblocks 19 zusammen. Der Bolzen 24 wird durch die Mittelbohrungen des piezoelektrischen Vibratoren 20 und 21 hindurchgeführt, die Elektrode 23 und der Metallblock 18 und das Schraubenaußengewinde 24a des Bolzens 24 wirkt mit einer Mutter 32 zusammen, wodurch ein Stator 26 gebildet wird. Die unterteilten Elektroden 22a und 22b sind mit den Kontakten 16a und 16b verbunden und die Wechselstromspannungsquelle 17 ist zwischen dem beweglichen Kontakt des Schalters 16 und der mit Erde verbundenen Elektrode 23 angeschlossen.
Bei der Ausführungsform entsteht, wenn die Wechselstromspannung durch Verbinden des beweglichen Kontakts 16c mit dem Kontakt 16a an die unterteilte Elektrode 22a und die Elektrode 23 angelegt wird, die fortschreitende Welle am Ende und an Seitenbereichen der Metallblöcke 18 und 19, am Ende und Seitenbereichen der Mutter 32 und den Seitenbereichen der piezoelektrischen Vibratoren 20 und 21, wie durch Pfeil A gezeigt ist. Wein die Wechselstromspannung durch Verbinden des beweglichen Kontakts 16c mit dem Kontakt 16b an die unterteilte Elektrode 22b und die Elektrode 23 angelegt wird, entsteht die fortschreitende Welle am Ende und den Seitenbereichen der Metallblöcke 18 und 19, dem Ende und Seitenbereichen der Mutter 32 und den Seitenbereichen der piezoelektrischen Vibratoren 20 und 21, wie durch Pfeil B gezeigt ist. Deshalb wird ein anzutreibendes Teil 33, das an die Mutter 32 gedrückt wird, zur Richtung von Pfeil B gedreht.
Im dem Stator 26 sind tote Bereiche, in denen keine Torsionsschwingung entsteht, an dem Mittelbereichen 18a und 19a der Metallblöcke 18 und 19 vorgesehen.
Bei der obigen Ausführungsform wird, wenn der bewegliche Kontakt 16c des Schalters 16 mit dem Kontakt 16a oder 16b verbunden wird, das Teil 22 mit starkem Moment zur Richtung des Pfeils A oder B gedreht.
Zur Erläuterung des Treiberprinzips dieser Ausführungsform: Wenn die gesamte Länge der Metallblöcke 18 und 19 und die piezoelektrischen Vibratoren 20 und 21 in dem Stator 26, wie in Fig. 15(a) gezeigt, gleich der halben Welle der Resonanzfrequenz der Längsschwingung aufgrund der Längsschwingung der piezoelektrischen Vibratoren 20 und 21 ist, wie in Fig. 15(b) gezeigt, ist und wenn auch die gesamte Länge des Stators 26 zwischen der Endfläche der Mutter 32 und der Endfläche des Metallblocks 19 gleich einer Welle der Resonanzfrequenz der Torsionsschwingung der piezoelektrischen Vibratoren 20 und 21, wie in Fig. 15(c) gezeigt, ist, entsteht an dem Endbereich der Mutter 32 und den Metallblöcken 18 und 29 aufgrund der Verbundschwingung aus der Längsschwingung und der Torsionsschwingung eine starke fortschreitende Welle. Deshalb wird das anzutreibende Teil 33 an den Stator 26 gepreßt und stark gedreht.
Bezugnehmend auf Fig. 16 ist bei der Ultraschalltreiberanordnung der Ausführungsform nach obigem Prinzip die gesamte Länge der Metallblöcke 18 und 19 und der piezoelektrischen Vibratoren 20 und 21 gleich einer Welle der Längsschwingung, die Außenschraubenbereiche 24a und 24b des Bolzens 24 werden auf die toten Bereiche 18a und 19a der Metallblöcke 18 bzw. 19 gesetzt, die unterteilten Elektroden 22a und 22b werden zwischen die piezoelektrischen Vibratoren 20 und 21 gesetzt und die Elektrode 23 wird zwischen den piezoelektrischen Vibrator 21 und den Metallblock 19 gesetzt. Wenn die Wechselstromspannung an jede der unterteilten Elektroden 22a und 22b angelegt wird, entsteht die fortschreitende Drehwelle an den Endbereichen der Metallblöcke 18 und 19 und den Seitenbereichen der piezoelektrischen Vibratoren 20 und 21.
Deshalb wird, wenn das anzutreibende Teil 33 an den Bereich, in dem die Torsionsschwingung entsteht (z. B. am Endbereich des Metallblocks 18), gepreßt wird und die Wechselstromspannung jeweils an die unterteilten Elektroden 22a und 22b angelegt, das Teil 33 stark zur Richtung A oder B gedreht.
Bezugnehmend auf Fig. 17 ist bei einem Stator einer Ultraschalltreiberanordnung der anderen Ausführungsform der Bolzen 24 durch Öffnungen der Metallblöcke 18 und 19, die piezoelektrischen Vibratoren 20 und 21, die unterteilten Elektroden 22a und 22b und die Elektrode 23 hindurchgeführt und die Schrauben der beiden Enden des Bolzens 24 wirken mit den Muttern 32a und 32b zusammen, wodurch der Stator 26 gebildet wird. Die gesamte Länge der Metallblöcke 18 und 19 und der piezoelektrischen Vibratoren 20 und 21 ist identisch mit einer Welle der Resonanzfrequenz der Längsschwingung.
Bei dem Stator dieser Ausführungsform entsteht die fortschreitenden Welle am Ende und Seitenbereichen der Metallblöcke 18 und 19, an den Seitenbereich der piezoelektrischen Vibratoren 20 und 21 und dem Ende und Seitenbereichen der Muttern 32a und 32b und das anzutreibende Teil wird durch Anlegen der Wechselstromspannung an die unterteilte Elektrode 22a und 22b in umkehrbarer Richtung gedreht.
Bezugnehmend auf Fig. 18 bezeichnet 16 einen Schalter, 17 eine Wechselstromquelle, 18 und 19 Metallblöcke, 23 eine Elektrode, 24 einen Bolzen, 32 eine Mutter und 33 ein anzutreibendes Teil und diese Elemente sind dieselben wie die in der Ultraschalltreiberanordnung in Fig. 13. Bei dieser Ausführungsform sind piezoelektrische Vibratoren 20 und 21 jeweils zweigeteilt, wie in bei 20a, 20b, 21a und 21b in Fig. 19 gezeigt ist, und einen Elektrode ist durch 22a und 22b zweigeteilt.
Bei dieser Ultraschalltreiberanordnung entsteht die umkehrbare fortschreitende Welle aufgrund der Torsionsschwingung an dem Ende und Seitenbereichen des Stators 26 durch Verbinden des beweglichen Kontakts 16a mit dem Kontaktpunkt 16a oder 16b.
In Fig. 20 ist eine Vielzahl von von einer Drehscheibe 37 getragenen Kugeln 34 auf den Stator 26 gesetzt, wie in Fig. 13 oder Fig. 18 gezeigt ist, eine Drehachse ist mit einem Arm 36, der an der Seite der Scheibe 35, versehen und die Kugeln 34 werden durch eine Stützscheibe 38 gepreßt. Ein Bolzen 34 ist durch die Öffnungen einer Federscheibe 40 und des Bolzens 24 hindurchgeführt und wirkt mit einer Mutter 41 zusammen und die Scheibe 38 ist mit der Mutter 41 an der Mutter 32 befestigt.
Bei dieser Ausführungsform werden die Kugeln durch die fortschreitende Welle am Endbereich des Metallblocks 18 gedreht, wodurch die Drehscheibe 35 durch Anlegen der Wechselstromspannung an die unterteilte Elektrode 22a oder 22b in umkehrbarer Richtung gedreht wird und die Drehachse 37 wird in umkehrbarer Richtung gedreht. Deshalb kann die Ultraschalltreiberanordnung als Elektromotor verwendet werden.
Bei der Ausführungsform von Fig. 21 ist eine Drehachse 37 mit einer eine Vielzahl von Kugeln 34 tragenden Drehscheibe 35 fest verbunden, ist durch die Öffnung einer Stützscheibe 38 in einem Gehäuse 42 hindurchgeführt und wird durch ein am Endbereich des Gehäuses 42 vorgesehenes Lager 43 getragen. Die Kugeln 34 sind durch eine Feder 44, die von einem mit dem Ende des Gehäuses 42 zusammenwirkenden Deckel getragen wird, in starkem Kontakt mit dem Stator 44.
Bei diesem Stator 26 sind der piezoelektrische Vibrator 20, die unterteilten Elektroden 22a und 22b und die Elektrode 23 zwischen die Metallblöcke 18 und 19 gesetzt und sind jeweils durch Haftmittel aneinander befestigt.
Bei dieser Ausführungsform entsteht, wenn die Wechselstromspannung an jede der unterteilten Elektroden 22a und 22b angelegt wird, eine umkehrbare fortschreitende Welle am Ende und Seitenbereichen des Stators 26 und die Drehscheibe 35 und die Drehachse 37 werden durch die fortschreitenden Wellen in umgekehrten Richtungen gedreht. Deshalb kann die Ultraschalltreiberanordnung als Elektromotor verwendet werden.
Bei der Ultraschalltrieberanordnung nach der obigen Ausführungsform kann der Stator von Fig. 7 verwendet werden.

Claims

1. Ultraschalltreiberanordnung, die einen Stator (26) mit einem piezoelektrischen Vibrator oder eine Vielzahl von Vibratoren (20, 21), zwei Elektroden (22, 23) und zwei Metallblöcke (18, 19) aufweist, wobei

- die beiden Elektroden (22, 23) zwischen den Metallblöcken (18, 19) vorgesehen sind,

- der bzw. die Vibratoren (20, 21) neben den Elektroden (22, 23) angeordnet sind,

- ein Bolzen (24) die Metallblöcke, den piezoelektrischen Vibrator oder Vibratoren (20, 21) und die beiden Elektroden (22, 23) durch Fixiereinrichtungen fixiert, und

- ein anzutreibendes Teil (33) an einem Endbereich oder einem Seitenbereich des Stators (26) oder einem Bereich der Fixiereinrichtung angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine Elektrode (23) in wenigstens zwei Teile (23a, 23b) unterteilt ist, die in einer gemeinsamen Ebene angeordnet sind.

2. Ultraschalltreiberanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Teil aus einer Vielzahl von Kugeln (34), einer die Kugeln (34) tragenden Scheibe (35), einem Arm (36), der an dem Seitenbereich der Scheibe (35) befestigt ist, und einer Drehachse (37), die an dem Arm (36) befestigt ist, besteht und daß die Kugeln (34) durch die Stützscheibe (35) an den Endbereich des Ständers (26) gepreßt werden.

3. Ultraschalltreiberanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Teil aus einer Vielzahl von Kugeln (34), einer die Kugeln (34) tragenden Scheibe (35) und einer Drehachse (37), die an der Scheibe (35) fixiert ist und durch ein Lager (43) eines Gehäuses (42) getragen wird, besteht und daß die Kugeln (34) durch eine in das Gehäuse (42) eingefügte Feder (44) an den Endbereich des Stators (26) gepreßt werden.

4. Ultraschalltreiberanordnung nach Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Fixiereinrichtungen durch Schrauben (24a, 24b) auf beiden Seiten des Bolzens (24) vorgesehen sind.

5. Ultraschalltreiberanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die kombinierte Länge der beiden Metallblöcke (18, 19) plus des bzw. der piezoelektrischen Vibratoren (20, 21) und plus der beiden Elektroden (22, 23) gleich der Länge einer Welle der Längsschwingung bei der Resonanzfrequenz ist.

6. Ultraschalltreiberanordnung nach Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Fixiereinrichtungen durch eine Mutter (32) und eine Schraube (24b) an einer Seite des Bolzens (24) vorgesehen sind.

7. Ultraschalltreiberanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die kombinierte Länge der Metallblöcke (18, 19) plus des bzw. der piezoelektrischen Vibratoren (20, 21) und plus der beiden Elektroden (22, 23) gleich der Länge einer Halbwelle einer Längsschwingung bei der Resonanzfrequenz ist und daß die kombinierte Länge der Metallblöcke (18, 19) plus des bzw. der piezoelektrischen Vibratoren (20, 21) plus der beiden Elektroden (22, 23) und plus der Mutter (32) gleich der Länge einer Halbwelle einer Torsionsschwingung bei der Resonanzfrequenz ist.

8. Ultraschalltreiberanordnung nach Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Fixiereinrichtungen durch zwei Muttern (32a, 32b) und Schrauben (24a, 24b) auf beiden Seiten des Bolzens (24) vorgesehen sind.

9. Ultraschalltreiberanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die kombinierte Länge der Metallblöcke (18, 19) plus des bzw. der piezoelektrischen Vibratoren und plus der beiden Elektroden (22, 23) gleich der Länge einer Halbwelle einer Längsschwingung bei der Resonanzfrequenz ist und daß die kombinierte Länge der Metallblöcke (18, 19) plus des bzw. der piezoelektrischen Vibratoren (20, 21) plus der beiden Elektroden (22, 23) und plus der beiden Muttern (32a, 32b) gleich der Länge einer Halbwelle einer Torsionsschwingung bei der Resonanzfrequenz ist.

10. Ultraschalltreiberanordnung nach Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Fixiereinrichtungen durch Haftelemente vorgesehen sind.

11. Ultraschalltreiberanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß beide Elektroden (22, 23) in wenigstens zwei Teile (22a, 22b; 23a, 23b) unterteilt sind und die entsprechenden Zwischenräume bezüglich einander verdreht sind.