HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft einen vibrationsangetriebenen
Motor gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Beschreibung des Stands der Technik
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In Fig. 2 ist eine Stapelanordnung piezoelektrischer
Elemente und ein elektrisches Polarisationsmuster der
piezoelektrischen Elemente dargestellt, die bei einem
stabförmigen durch Ultraschallschwingungen angetriebenen
Motor (nachstehend als "stabförmiger
vibrationsangetriebener Motor" bezeichnet) verwendet werden. Wie in
Fig. 2 angegeben ist, ist jedes piezoelektrische Element
durch einen an einer Mittellinie gelegenen Abschnitt in
zwei Hälften geteilt, wobei die zwei Hälften
entgegengesetzt polarisiert sind.
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Die fünf piezoelektrischen Elemente bestehen aus zwei A-
Phasen-Elementen, zwei B-Phasen-Elementen und einem S-
Phasen-Element. Die piezoelektrischen A-Phasen- und B-
Phasen-Elemente sind derart angeordnet, daß sie eine
Phasendifferenz von 90º aufweisen. Das piezoelektrische
S-Phasen-Element ist am Boden des Stapels angeordnet und
wird zur Erfassung einer Resonanzschwingung verwendet.
Auch wenn es nicht in Fig. 2 gezeigt ist, werden beim
Zusammenbau zwischen die piezoelektrischen Elemente
Elektrodenplatten gesetzt.
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Unter Bezugnahme auf Fig. 3 wird nun die Arbeitsweise des
stabförmigen vibrationsangetriebenen Motors beschrieben.
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Wenn lediglich die piezoelektrischen A-Phasen-Elemente
mit einer Wechselspannung versorgt werden, ziehen sie
sich wiederholt zusammen und dehnen sich aus, weshalb
sich (wie in Fig. 3 gezeigt) bei einem
Vibrationsbauteilkomponenten 1c, 1d aufweisenden Vibrationsbauteil 1 in
Rechts/Links-Richtung eine primäre Biegehauptschwingung
einstellt. Wenn lediglich die piezoelektrischen B-Phasen-
Elemente mit einer Wechselspannung versorgt werden,
schwingt das Vibrationsbauteil 1 entsprechend in einer
Ebene senkrecht zu der Ebene der Zeichnung. Falls die
Schwingung durch die A-Phase und die Schwingung durch die
B-Phase eine Phasendifferenz von 90º aufweisen, dann
stellt sich bei dem Vibrationsbauteil 1 eine im
Uhrzeigersinn oder gegen den Uhrzeigersinn verlaufende
kreisförmige Bewegung um die Längsachse des
Vibrationsbauteils herum ein.
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Das Vibrationsbauteil 1 weist eine Umfangsnut 1a zur
Verstärkung einer durch die Schwingung hervorgerufenen
Verschiebung auf, derart daß der Endabschnitt des
Vibrationsbauteils wie in Fig. 3 angegeben in einer
kreisförmigen Bewegung oszilliert. Von oberhalb der
Kontaktfläche (der Oberseite des Vibrationsbauteils 1)
aus gesehen erscheint diese oszillierende Schwingung als
eine einzelne fortschreitende Welle. Wenn ein Rotor 2 mit
einem Kontaktfederabschnitt mit dem Vibrationsbauteil 1
an dessen oberem Ende in Preßkontakt gebracht wird, steht
der Rotor dann mit einem Abschnitt an dem oberen Ende in
Kontakt, der dem Scheitel der fortschreitenden Welle
entspricht, wodurch er so angetrieben wird, daß er sich
in einer zu der Richtung der kreisförmigen Oszillation
des Vibrationsbauteils 1 entgegengesetzten Richtung
dreht. Durch ein Zahnrad 4, das um ein an einem oberen
Abschnitt des Rotors 2 bereitgestelltes Kugellager 3
herum vorgesehen ist, wird ein Antriebsleistung
entnommen.
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Im allgemeinen wird ein stabförmiger
vibrationsangetriebener Motor auf der Grundlage einer FEM-Analyse der
charakteristischen Mode eines zusammengesetzten
Zusammenbaus des Vibrationsbauteils 1, eines tragenden
Stiftschafts 5 (des Schaftendes) und eines Flanschabschnitts 6
konstruiert, um so die Schwingungsamplitude des
Flanschabschnitts 6 zu reduzieren. Verglichen mit ringförmigen
vibrationsangetriebenen Motoren erfahren daher
stabförmige vibrationsangetriebene Motoren einen deutlich
geringeren Stützverlust.
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In einem unteren Abschnitt eines Rotorhauptrings 2a des
Rotors 2 des stabförmigen vibrationsangetriebenen Motors
ist eine Rotorkontaktfeder 7 ausgebildet. Die Form der
Rotorkontaktfeder 7 sorgt für Elastizität. Wie auch die
Rotorkontaktfeder eines ringförmigen
vibrationsangetriebenen Motors ist die Rotorkontaktfeder des
stabförmigen vibrationsangetriebenen Motors so konstruiert,
daß sie eine Eigenfrequenz aufweist, die wesentlich höher
als die Erregungsfrequenz des Vibrationsbauteils 1 ist,
weswegen sie der Schwingung folgt. Der Rotorhauptring 2a
weist außerdem eine große Trägheitsmasse auf und
verbleibt daher selbst dann in einem nicht erregten
Zustand, wenn das Vibrationsbauteil 1 erregt wird.
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Die Vorteile eines vibrationsangetriebenen Motors
schließen einen Körper kleiner Abmessung und eine hohe
Drehmomentleistung ein. Außerdem erfordert ein
vibrationsangetriebener Motor normalerweise kein
Untersetzungszahnrad oder lediglich ein im allgemeinen kleines
Untersetzungsverhältnis, falls dennoch ein derartiges
Zahnrad erforderlich ist. Ein derartiger Motor ist daher
von besonderem Nutzen bei einem Gerät kleiner Abmessung,
bei dem ein leiser Betrieb erzielt werden muß. Bei
derartigen Anwendungen sind jedoch in bezug auf die
vibrationsangetriebenen Motoren eine weitere
Größenverringerung und Drehmomentsteigerung gewünscht.
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Um eine hohe Drehmomentleistung zu erzielen, ist es
wünschenswert, den Rotor und das Vibrationsbauteil mit
großen Schwingdurchmessern zu versehen.
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Zur Ausgabe eines großen Drehmoments kann darüber hinaus
der Kontaktdruck erhöht werden. Da die Komponententeile
des Rotortragesystems und dergleichen infolge der
Größenverringerung des Motors zwangsläufig kleiner und dünner
werden, führt ein großer Kontaktdruck zwischen dem Rotor
und dem Vibrationsbauteil leicht zu einer Verformung
derartiger Komponententeile. Die Verformung derartiger
Komponententeile führt dann zu einer Verschlechterung des
Leistungsvermögens des Motors wie beispielsweise einer
Schwankung des Kontaktdrucks dazwischen. Zudem kann eine
Erhöhung des Kontaktdrucks die Betriebslebensdauer des
Lagers um einiges verkürzen.
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Um sowohl eine Größenverringerung als auch eine
Drehmomentsteigerung zu erzielen, ist es daher vorzuziehen,
daß der Kontaktabschnitt des Rotors an den äußersten Rand
des Rotors angrenzt.
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Zur Verringerung von Schlupfverlusten muß die
Rotorkontaktfeder 7 so konstruiert sein, daß ein unerwünschter
Schlupf, d. h. ein nicht zum Antrieb benötigter Schlupf,
weitestgehend vermieden wird.
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Einen Teil eines derartigen unerwünschten Schlupfs stellt
ein radialer Schlupf dar. Wie in Fig. 4 gezeigt ist,
zeigt das Vibrationsbauteil 1 an einem
Rotorkontaktabschnitt eine Verschiebung Δz in Axialrichtung und eine
Verschiebung Δr in Radialrichtung.
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Bei einem herkömmlichen vibrationsangetriebenen Motor ist
eine an dem Rotor 2 bereitgestellte Kontaktfeder 7 in
Form des Buchstabens "L" ausgebildet, wie in Fig. 5
gezeigt ist. Die "L"-förmige Kontaktfeder 7 biegt sich
drehend im wesentlichen um einen Punkt A&sub0;, um so
Verschiebungen Δz und Δr des Kontaktabschnitts P&sub0; zu
erzielen, wodurch ein radialer Schlupf verhindert wird.
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Da der Kontaktabschnitt jedoch an einer Stelle radial
innen von dem äußersten Rand des Rotors 2 gelegen ist,
weist dieser Aufbau den Nachteil auf, daß sich die Größe
des Durchmessers des Rotors 2 nur begrenzt verringern
läßt.
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Um diesem Nachteil zu begegnen, kann sich wie in Fig. 6
gezeigt eine Rotorkontaktfeder 7 von dem Rotorhauptring
2a aus nach außen erstrecken. Da sich die Richtung der
drehenden Verbiegung der Kontaktfeder 7 um einen Punkt A&sub1;
und genauer die Richtung der Verschiebung des
Kontaktpunkts P&sub1; stark von der Richtung der Verschiebung des
Vibrationsbauteils unterscheidet, gestaltet es sich
jedoch bei diesem Aufbau als schwierig, eine Kontaktfeder
bereitzustellen, die einen radialen Schlupf verhindert
und in bezug auf die Axialrichtung eine geeignete
Federhärte aufweist.
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Es wurde ein wie in Fig. 7 gezeigter Aufbau
vorgeschlagen, bei dem ein Vibrationsbauteil eine Kontaktfeder
1b aufweist. Dieser Aufbau erleichtert es, eine
Übereinstimmung der Verschiebungsrichtung des einen Randpunkt P&sub2;
aufweisenden Kontaktabschnitts, der sich drehend um einen
Punkt A&sub2; bewegt, mit der Verschiebungsrichtung des
Vibrationsbauteils zu erreichen, wodurch ein radialer
Schlupf ausgeschlossen wird.
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Dieser Aufbau weist jedoch die folgenden Nachteile auf.
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Die Kontaktfeder 1b steht dann mit dem Vibrationsbauteil
gleichmäßig in Kontakt, wenn ein Randpunkt wie
beispielsweise der Punkt P&sub2; auf der Kontaktfeder 1b so verschoben
wird, wie durch das Diagramm in Fig. 8 angegeben ist,
wobei. fr die Ansteuerungsfrequenz ist. Um eine derartige
Verschiebung zu erreichen, muß die Kontaktfeder 1b auf
eine Frequenz ansprechen, die zumindest den Zweifachen
der Motoransteuerungsfrequenz entspricht, und
vorzugsweise auf eine noch höhere Frequenz.
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In Hinblick auf eine Größenverringerung weist das
Vibrationsbauteil vorzugsweise eine verkleinerte
Axiallänge auf. Eine Verkleinerung der Axiallänge erhöht
jedoch die Ansteuerungsfrequenz. Damit die Drehung des
vibrationsangetriebenen Motors mit geringer
Geschwindigkeit aufrechterhalten wird, die eines seiner Merkmale
darstellt, muß daher trotz der verkleinerten Axiallänge
die Amplitude auf einen kleinen Bereich begrenzt werden,
was bezüglich der maschinellen Bearbeitungsbedingungen zu
strengen Toleranzerfordernissen wie etwa bei der
Oberflächenpräzision führt.
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Um die charakteristische Frequenz des Vibrationsbauteils
zu verringern und dadurch die obengenannten Nachteile zu
überwinden, wird für ein Vibrationsbauteil einschließlich
einer Kontaktfeder herkömmlicherweise ein Material wie
etwa Messing verwendet, das Schall mit geringer
Geschwindigkeit überträgt. Ein derartiges Material verschlechtert
jedoch das Frequenzansprechverhalten der Kontaktfeder,
weshalb sich kein gleichmäßiger Kontakt mit dem Rotor
erzielen läßt. Fig. 9 zeigt das experimentell bestimmte
Verschiebungsmuster eines Kontaktpunktes P2 auf der
Kontaktfeder. Das Verschiebungsmuster unterscheidet sich
erheblich von dem in Fig. 8 gezeigten gewünschten Muster.
Das in Fig. 9 gezeigte Muster deutet darauf hin, daß der
Rotor während des Betriebs springt und Geräusche erzeugt.
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Um diesem Nachteil zu begegnen, ist eine herkömmliche
Kontaktfeder aus einem Material ausgebildet, das Schall
mit hoher Geschwindigkeit überträgt. Wenn jedoch wie in
Fig. 10 gezeigt mit dem Vibrationsbauteil 1 eine
Kontaktfeder 1b verbunden ist, die aus einem schnell Schall
übertragenden Material wie etwa Aluminium ausgebildet
ist, dann wird die Schwingung an dem Verbindungsabschnitt
erheblich gedämpft. Daher unterliegt dieser Aufbau einer
Verschlechterung der Motoreffizienz sowie einer Erhöhung
der Herstellungskosten. Bei einem anderen herkömmlichen
Aufbau, wie er in Fig. 7 gezeigt ist, wird Aluminium oder
dergleichen verwendet, um eine Komponente 1c des
Vibrationsbauteils 1 auszubilden. Da bei diesem Aufbau
die Ansteuerungsfrequenz des Vibrationsbauteils erhöht
ist, sind jedoch die Anforderungen an das
Frequenzansprechverhalten der Kontaktfeder strenger und daher
schwer zu erreichen. Mit diesem Aufbau lassen sich daher
keine wesentlichen Verbesserungen oder Vorteile erzielen.
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In der EP-A-0473423 ist ein vibrationsangetriebener
Motor dieser Art offenbart.
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Gemäß dieser Druckschrift hat ein Rotor einen
Federkontaktabschnitt, der mit einem Kontaktabschnitt eines
Vibrationsbauteils in Kontakt steht. Der
Federkontaktabschnitt des Rotors besitzt in sowohl der axialen als
auch der radialen Richtung des Motors Elastizität. Zu
diesem Zweck ist der Federkontaktabschnitt U-förmig
ausgebildet, wobei der Kontaktabschnitt des
Vibrationsmotors in bezug auf dessen Längsachse unter Ausbildung
eines Winkel ausgerichtet ist.
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Durch diese besondere Konstruktion wird ein radialer
Schlupf vermieden. Der Aufbau insbesondere des
Federkontaktabschnitts ist jedoch äußerst kompliziert und
daher teuer. Abgesehen davon befindet sich der
Kontaktpunkt zwischen dem Federkontaktabschnitt des Rotors und
dem Kontaktabschnitt des Vibrationsbauteils nicht an
dessen Außenrand, so daß auch bei diesem Stand der
Technik eine weitere Verringerung der konstruktiven Größe
des vibrationsangetriebenen Motors begrenzt ist.
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In der EP-A-0469881 ist als weiterer Stand der Technik
ein vibrationsangetriebenes Stellglied gezeigt, das ein
Vibrationsbauteil umfaßt, das mittels eines
Kontaktabschnitts in Kontakt mit einem elastischen
Kontaktabschnitt eines Rotors steht. Der elastische
Kontaktabschnitt erfüllt dieselbe Aufgabe wie zum Beispiel der
vorstehend beschriebene Federkontaktabschnitt gemäß der
EP-A-0473423. Jedoch ist gemäß der EP-A-0469881 der
Kontaktpunkt zwischen den zwei Kontaktabschnitten am
Außenrand des Vibrationsbauteils vorgesehen.
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Insofern können die Abmessungen des
vibrationsangetriebenen Stellglieds bei dieser Konstruktion weiter
verkleinert werden, doch ist der Aufbau des elastischen
Kontaktabschnitts äußerst kompliziert.
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In der EP-A-0553827, die in bezug auf diese Erfindung
nachveröffentlicht ist, ist ein vibrationsangetriebener
Motor offenbart, dessen Aufbau ähnlich dem des
Stellglieds gemäß der EP-A-0469881 ist.
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Der grundlegende Unterschied gegenüber der EP-A-0473423
besteht darin, daß bei dem beanspruchten Gegenstand
dieser Erfindung sowohl der Kontaktabschnitt des Rotors
als auch der Kontaktabschnitt des Vibrationsbauteils
elastisch sind, wobei der Kontaktabschnitt des
Vibrationsbauteils im wesentlichen nur in einer ersten
Richtung elastisch verschoben und der Kontaktabschnitt
des Rotors im wesentlichen nur in einer von der ersten
Richtung unterschiedlichen zweiten Richtung verschoben
wird. Durch Aufteilung des elastischen Kontaktabschnitts
in eine Feder, die in Axialrichtung elastisch ist, und in
eine Feder, die bloß in Radialrichtung elastisch ist,
kann selbst dann ein radialer Schlupf vermieden werden,
falls die konstruktive Größe des vibrationsangetriebenen
Motors weiter verkleinert wird, wobei der Aufbau der
einzelnen Elemente so einfach ist, daß sie zu geringen
Kosten hergestellt werden können.
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Die beanspruchte Erfindung besteht daher darin, daß
sowohl der Kontaktabschnitt des Rotors als auch der
Kontaktabschnitt des Vibrationsbauteils elastisch sind,
wobei der Kontaktabschnitt des Vibrationsbauteils im
wesentlichen in einer ersten Richtung elastisch
verschoben und der Kontaktabschnitt des Rotors im wesentlichen
in einer von der ersten Richtung unterschiedlichen
zweiten Richtung elastisch verschoben wird. Durch
Aufteilung der elastischen Kontaktabschnitte in eine Feder,
die in Axialrichtung elastisch ist, und in eine Feder,
die bloß in Radialrichtung elastisch ist, kann selbst
dann ein radialer Schlupf vermieden werden, falls die
konstruktive Größe des vibrationsangetriebenen Motors
weiter verkleinert wird, wobei der Aufbau der einzelnen
Elemente so einfach ist, daß sie zu geringen Kosten
hergestellt werden können.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen
vibrationsangetriebenen Motor einfachen Aufbaus
bereitzustellen, um die Herstellungskosten zu senken.
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Diese Aufgabe wird durch die technischen Merkmale gemäß
Patentanspruch 1 gelöst.
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Mit der Ausgestaltung der Erfindung gemäß Anspruch 6 wird
ein Objektivtubus bereitgestellt, der als Antriebsquelle
den erfindungsgemäßen vibrationsangetriebenen Motor
verwendet.
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Weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung
gehen unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung aus
der folgenden Beschreibung der bevorzugten
Ausführungsbeispiele hervor.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
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Fig. 1 stellt ein erstes Ausführungsbeispiel des
erfindungsgemäßen Vibrationsmotors dar.
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Fig. 2 ist eine auseinandergezogene Perspektivansicht
piezoelektrischer Elemente, die deren Polarisationsmuster
veranschaulicht.
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Fig. 3 stellt einen herkömmlichen vibrationsangetriebenen
Motor dar.
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Fig. 4 stellt die Antriebsschwingungsmode eines
stabförmigen vibrationsangetriebenen Motors dar.
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Fig. 5 stellt die Verformung der Kontaktfeder des Rotors
bei einem herkömmlichen vibrationsangetriebenen Motor
dar.
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Fig. 6 stellt einen Rotor eines anderen herkömmlichen
vibrationsangetriebenen Motors dar.
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Fig. 7 zeigt eine Schnittansicht eines herkömmlichen
stabförmigen vibrationsangetriebenen Motors.
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Fig. 8 zeigt ein Diagramm, das den Kontaktzustand eines
Rotors eines herkömmlichen vibrationsangetriebenen Motors
zeigt.
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Fig. 9 zeigt ein Diagramm, das die tatsächliche Messung
des Kontaktzustand angibt.
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Fig. 10 stellt einen herkömmlichen Aufbau eines
Vibrationsbauteils dar, bei dem ein Vibrationsbauteil mit
einer Kontaktfeder verbunden ist.
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Fig. 11 stellt ein zweites Ausführungsbeispiel des
erfindungsgemäßen vibrationsangetriebenen Motors dar.
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Fig. 12 stellt ein Beispiel dar, das kein
Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen vibrationsangetriebenen
Motors ist.
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Fig. 13 stellt ein drittes Ausführungsbeispiel des
erfindungsgemäßen vibrationsangetriebenen Motors dar.
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Fig. 14(a) bis Fig. 14(c) stellen ein viertes
Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen
vibrationsangetriebenen Motors dar.
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Fig. 15 stellt ein fünftes Ausführungsbeispiel des
erfindungsgemäßen vibrationsangetriebenen Motors dar.
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Fig. 16 zeigt eine Schnittansicht eines Objektivtubus als
Beispiel für ein System, das als Antriebsquelle den
vibrationsangetriebenen Motor gemäß dem fünften
Ausführungsbeispiel einsetzt.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
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Die bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung sind
nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnung
beschrieben. Die folgende Beschreibung bezieht sich vor allem auf
die Unterschiede zwischen diesen Ausführungsbeispielen
und herkömmlichen vibrationsangetriebenen Motoren.
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Gemäß Fig. 1 ist bei dem ersten Ausführungsbeispiel ein
hohles zylinderförmiges Vibrationsbauteil 1 aus Messing
hergestellt und mit einer ringförmigen Kontaktfeder 1b
versehen, die um dessen Umfang herum ausgebildet ist. Ein
Rotor 2 ist aus Aluminium hergestellt und mit einer
flanschähnlichen Feder 7c versehen. Die Kontaktfeder 1b
weist eine hohe Steifigkeit in Axialrichtung des
Vibrationsbauteils 1 und die Feder 7c eine hohe
Steifigkeit in Radialrichtung des Vibrationsbauteils 1 auf.
Daher bestimmen die Kontaktfeder 1b und die Kontaktfeder
7c einzeln und unabhängig das radiale und axiale
Federverhalten des Kontaktabschnitts.
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Da die Axiallänge der Feder 1b und die Radiallänge der
Feder 7c verkleinert werden können, läßt sich das
Frequenzansprechverhalten verbessern.
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Da die Federn 1b, 7c einfache Formen aufweisen, lassen
sie sich einfach konstruieren und maschinell bearbeiten.
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Ein zweites Ausführungsbeispiel wird unter Bezugnahme auf
Fig. 11 beschrieben. Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel
weist ein Vibrationsbauteil 1 eine Feder 1e mit
Elastizität in Axialrichtung des Vibrationsbauteils 1 und ein
Rotor 2 eine Feder 7d mit Elastizität in Radialrichtung
des Vibrationsbauteils 1 auf. Der Rotor 2 ist
vorzugsweise aus Harz geformt, und zwar zusammen mit einem an
seiner Seite vorgesehen Zahnrad 2 G. Der Innenrand des
Rotors 2 ist lose, aber direkt auf einen Tragestift 5
aufgesetzt, der demgemäß ein Gleitlager ausbildet. Der
Rotor 2 wird von einer konusförmigen Scheibenfeder 8 auf
das Vibrationsbauteil 1 gedrängt.
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Die Federn gemäß diesem Ausführungsbeispiel haben eine
Anordnung, die zu der Anordnung der Federn bei dem ersten
Ausführungsbeispiel entgegengesetzt ist. Das heißt, daß
die Feder 1e des Vibrationsbauteils 1 und die Feder 7c
des Rotors 2 bei dem zweiten Ausführungsbeispiel
bezüglich der Form der Feder 7c des Rotors 2 beziehungsweise
der Feder 1b des Vibrationsbauteils bei dem ersten
Ausführungsbeispiel entsprechen. Jedoch werden durch das
zweite Ausführungsbeispiel allgemein die gleichen
Vorteile erzielt, wie durch das erste Ausführungsbeispiel
erzielt werden.
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Unter Bezugnahme auf Fig. 12 wird ein Beispiel
beschrieben, das kein Ausführungsbeispiel ist. Das Beispiel
umfaßt Federn, die in Übereinstimmung mit den
Verschiebungsrichtungen der Antriebsschwingungen
konstruiert sind.
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Ein Vibrationsbauteil weist eine flanschähnliche Feder 1f
auf, die sich in einer die Achse des Vibrationsbauteils 1
einschließenden Ebene im wesentlichen in Richtung der
Verschiebung des Vibrationsbauteils 1 erstreckt. Die
Feder 1f ist in der Verschiebungsrichtung steif und in
einer Richtung senkrecht zu der Verschiebungsrichtung
verhältnismäßig weich oder federnd.
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Ein Rotor 2 weist eine flanschähnliche Feder 7e auf, die
sich im wesentlichen senkrecht zu der flanschähnlichen
Feder 1f erstreckt. Daher ist die Feder 7e
verhältnismäßig weich in Richtung der Verschiebung des
Vibrationsbauteils 1 und steif in der zu der Verschiebungsrichtung
senkrechten Richtung.
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Bei diesem Beispiel kann die Resonanzfrequenz erheblich
erhöht werden, da die Verschiebung gering ist, der die
Feder 1f des Vibrationsbauteils 1 folgen muß.
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Da der Kontaktabschnitt geneigt ist beziehungsweise
konisch zuläuft, sorgt der Kontaktabschnitt darüber
hinaus für eine ausrichtende Wirkung.
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Der Rotor 2 ist auf ein Bauteil 9 aufgesetzt, das eine
Motorabtriebswelle 9a aufweist. Das Bauteil 9 ist mit dem
Vibrationsbauteil 1 durch eine Schraubenfeder 10
verbunden, durch die das Vibrationsbauteil auf den Rotor
2 gedrängt wird. Die Schraubenfeder 10 ist mit dem
Bauteil 9 durch ein Lager 9b verbunden, das eine Drehung
des Bauteils 9 zuläßt.
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Fig. 13 stellt ein drittes Ausführungsbeispiel der
Erfindung in Form eines ringförmigen
vibrationsangetriebenen Motors dar.
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Ähnlich dem stabförmigen Vibrationsbauteil verschiebt
sich ein Punkt auf der Oberfläche eines ringförmigen
Vibrationsbauteils 1 während der planaren Biegeschwingung
des ringförmigen Vibrationsbauteils 1 sowohl axial als
auch radial, wobei eine derartige radiale Verschiebung
für den Antriebsvorgang des Rotors unnötig ist. Um zu
verhindern, daß die radiale Verschiebung Schlupf
verursacht, ist das Vibrationsbauteil 1 mit einer Feder 1g
versehen.
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Der in Fig. 13 gezeigte Aufbau und die grundsätzliche
Arbeitsweise können auch auf einen Linearmotor angewendet
werden, wobei das Vibrationsbauteil in elliptischer Form
ausgebildet ist und einen linearen Abschnitt aufweist,
auf den ein Bauteil gepreßt wird.
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Fig. 14(a) bis Fig. 14(c) stellen ein viertes
Ausführungsbeispiel dar, bei dem ein erfindungsgemäßer
stabförmiger vibrationsangetriebener Motor bei einem
Linearmotor Anwendung findet. Ein Vibrationsbauteil 1 weist
eine federnde Spitze 1h auf, die sich radial von einem
Endabschnitt des Vibrationsbauteil 1 aus erstreckt. Die
federnde Spitze 1h ist auf einen federnden
Kantenabschnitt 11a gedrängt, der sich horizontal von einem
beweglichen Bauteil 11 eines linearen Gleitstücks aus
erstreckt. Da der Endabschnitt des Vibrationsbauteils 1
kreisförmig oszilliert, ergibt sich zwischen der
federnden Spitze 1h und dem federnden Kantenabschnitt 11a eine
lineare Bewegung zueinander, wodurch das bewegliche
Bauteil 11 linear bewegt wird. Auch wenn das
Vibrationsbauteil bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 14(b) als
an einem Befestigungsbauteil befestigt beschrieben ist,
kann das Vibrationsbauteil 1 auch an einem Abschnitt
eines linearen Gleitstücks wie beispielsweise dem
beweglichen Bauteil befestigt sein, wodurch das
Vibrationsbauteil 1 linear bewegt wird.
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Bei diesem Ausführungsbeispiel wird ein Kontaktpunkt P&sub3;
entsprechend dem Zusammenwirken der
Verschiebungskomponenten Δr und Δz verschoben. Die Komponente Δz, die
einen unnötigen Schlupf verursacht, wird durch die
federnde Spitze 1h des Vibrationsbauteil 1 absorbiert.
Fig. 14(c) stellt eine Abwandlung dar, bei der ein
bewegliches Bauteil 11 mit einem federnden
Kantenabschnitt 11b zur Absorption der Verschiebungskomponente
Δz versehen ist.
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Fig. 15 stellt ein fünftes Ausführungsbeispiel der
Erfindung dar, das ähnlich dem in Fig. 1 gezeigten ersten
Ausführungsbeispiel ist, das Frequenzansprechverhalten
der Kontaktfedern aber weiter verbessert. Die
Kontaktfedern 1i und 7f eines Vibrationsbauteils 1 und eines
Rotors 2 laufen jeweils spitz zu, so daß sie zu ihren
freien Enden hin schmaler werden. Bei gleichen statischen
Steifigkeiten stellt sich bei den Kontaktfedern 1i, 7f
eine höhere Resonanzfrequenz als bei den entsprechenden
Kontaktfedern gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel ein.
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Fig. 16 stellt ein weiteres Ausführungsbeispiel der
Erfindung dar, bei dem der vibrationsangetriebene Motor
gemäß Fig. 15 als Antriebsmotor für einen Objektivtubus
verwendet wird. Der vibrationsangetriebene Motor und eine
Untersetzungszahnradvorrichtung 22 sind mit einem
feststehenden Tubus 21 des Objektivtubus verbunden. Das
Abtriebszahnrad 4 des Vibrationsmotors steht mit dem
Antriebszahnrad 23 der Untersetzungszahnradvorrichtung 22
in Eingriff. Das Abtriebszahnrad 24 der
Untersetzungszahnradvorrichtung 22 steht mit einem Zahnradabschnitt
20a in Eingriff, der an dem Außenrand eines
Linsentragebauteils 20 ausgebildet ist. Bei Betätigung des
vibrationsangetriebenen Motors wird das
Linsentragebauteil 20 mittels der Untersetzungszahnradvorrichtung 22
unter Drehung um die optische Achse entlang dieser Achse
bewegt, wodurch beispielsweise ein Fokussierungsvorgang
durchgeführt wird.
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Wie vorstehend beschrieben ist, stellt sich bei dem
vibrationsangetriebenen Motor der beanspruchten Erfindung
zwischen dem Vibrationsbauteil und dem Rotor (oder dem
beweglichen Bauteil) ein gewünschter Kontakt ein, wodurch
sowohl eine Größenverringerung als auch eine
Drehmomentsteigerung eines vibrationsangetriebenen Motors
ermöglicht werden.
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Da der vibrationsangetriebene Motor der beanspruchten
Erfindung für unterschiedliche Aufgaben unterschiedliche
Kontaktfedern aufweist, kann darüber hinaus jede
Kontaktfeder so konstruiert werden, daß sie für ihre
individuelle Aufgabe eine optimale Federkraft ergibt, wodurch
die Konstruktion des Motors erleichtert und die
Motoreffizienz gesteigert wird.
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Obwohl die beanspruchte Erfindung unter Bezugnahme auf
derzeit als bevorzugt erachtete Ausführungsbeispiele
beschrieben wurde, ist die Erfindung als nicht auf die
offenbarten Ausführungsbeispiel beschränkt zu verstehen.
Die Erfindung soll dagegen verschiedene Abwandlungen und
äquivalente Anordnungen abdecken, die innerhalb des
Schutzumfangs der beigefügten Ansprüche fallen.