JP2019162018A - 軸方向のプリロードがある自己回転式圧電モーター - Google Patents

Abstract

【課題】プリロードシステムが取り付けられた自己回転式圧電モーターを提供する。【解決手段】自己回転式圧電モーター１００は、１対のアーム３１、３２を有する共振器３０を有しており、アームの一端どうしが接続領域において接続しており、アームの２つの他端３１０、３２０が自由端であるような圧電アクチュエーターと、共振器３０に対して実質的に垂直に延在している円筒状部品２０を有している受動性要素とを有する。受動性要素は、下側円錐台５０と上側円錐台４０を有しており、下側円錐台と上側円錐台の小さい方の台部分５１、４１は、互いに対向しており、共振器の両側にある。受動性要素は、共振器のアームの自由端のそれぞれと接触している下側及び上側円錐台の側面５２、４２を保持する弾性要素７０、止め７１を有する。【選択図】図３

Description

本発明は、自己回転式圧電モーターの技術分野に関する。

自己回転式圧電モーターは、伝統的に、受動性要素と、及び圧電効果を用いて受動性要素を回転させるアクチュエーターとを有する。図１を参照すると、具体的には、受動性要素２０がシリンダーであり圧電アクチュエーターが実質的に音叉形又はＵ字形の接続領域３３において互いに接続された１対のアーム３１、３２を有する共振器３０を有するような自己回転式圧電モーター１０が知られている。この圧電アクチュエーターは、さらに、２つの圧電素子（図示せず）を有しており、その各圧電素子は、アーム３１、３２の一方に取り付けられており、アームが振動を与えるようにするための励起手段としてはたらく。受動性要素２０は共振器のアーム３１、３２の間を通る。具体的には、受動性要素２０の側面の１つの領域が、両方の側にてアーム３１、３２の自由端３１０、３２０と接触しており、これによって、その接触領域に対するアーム３１、３２の自由端３１０、３２０の摩擦によって受動性要素２０が回転する。

この種のモーターは、共振器と受動性要素の間の境界においてプリロードが作られていなければならず、モーターにパワー供給せずに、すなわち、アームを励起せずに、保持トルクをセットする。

本発明は、プリロードシステムが取り付けられた自己回転式圧電モーターを提案することを目的とする。

このために、本発明は、
１対のアームを有する共振器を有しており、前記アームの一端どうしが接続領域において接続しており、前記アームの２つの他端が自由端であるような圧電アクチュエーターと、及び
前記共振器に対して実質的に垂直に延在している円筒状部品を有しており前記アームの前記自由端の間を通る受動性要素と
を有する自己回転式圧電モーターに関する。

本発明によると、前記受動性要素は、さらに、下側円錐台と上側円錐台を有しており、
前記下側円錐台と前記上側円錐台の小さい方の台部分は、互いに対向しており前記共振器の両側にあり、
前記受動性要素の前記円筒状部品は、前記下側円錐台と前記上側円錐台に少なくとも部分的に軸方向にて入り込んでおり、
前記上側円錐台は、前記円筒状部品の一部に沿って動くことができ、
前記下側円錐台と前記上側円錐台の少なくとも一方は、前記円筒状部品とともに回転するように前記円筒状部品と一体化されており、
前記受動性要素は、前記共振器の前記アームの前記自由端のそれぞれと接触している前記下側及び上側円錐台の側面を保持する保持デバイスを有する。

したがって、圧電アクチュエーターと受動性要素の間で軸方向のプリロードが作られる。アームの自由端にて上側円錐台によって第１の軸方向の力が与えられ、アームの自由端に下側円錐台によって第２の軸方向の力が与えられ、第１の力と第２の力が反対方向を向いている。用語「軸方向」は、円筒状部品の軸に対するものを意味しており、この軸は、下側円錐台の軸及び上側円錐台の軸でもある。

このように、プリロードシステムは、円錐台及び保持デバイスを有している。なお、本発明の１つの利点は、プリロードシステムが自立していることである。

円錐台の少なくとも一方が円筒状部品とともに回転するように円筒状部品と一体化されており、その円錐台が２つの共振器アームの自由端と接触しているために、これらのアームは円筒状部品を回転させることができる。好ましくは、両方の円錐台は、円筒状部品とともに回転するように円筒状部品と一体化されており、これによって、トルクがすべて円筒状部品に伝達される。

好ましくは、第１及び第２の力の大きさが等しいようにプリロードが平衡化される。したがって、圧電モーターにて軸方向の力は発生していない。このような軸方向の力は共振器を変形させてモーターの動作を妨げる。

第１の実施形態において、保持デバイスは、上側円錐台上にて弾性力を発生させることができる。例えば、保持デバイスは、円筒状部品に固定される止めと、及びこの止め及び上側円錐台の大きい方の台部分を支える弾性要素、例えば、ばね、細長材、ゴム要素、を有する。

第２の実施形態において、保持デバイスは、上側円錐台上にて磁力を発生させることができる。例えば、保持デバイスは、下側円錐台の大きい方の台部分に固定される磁石を有し、上側円錐台は、磁性材料、例えば、強磁性体、を有し、これによって、上側円錐台と磁石の間に引力が発生する。

前記の２つの実施形態は、第１の軸方向の力の発生の例である。第１の変種において、下側円錐台は、その大きい方の台部分にて、支持体上に又は支持体上に配置された要素又は要素群上に配置される。そして、第２の軸方向の力は、下側円錐台に対するアームの自由端の推進力に反応して与えられる力であり、前記推進力は、第１の軸方向の力によって発生する。第２の実施形態において、保持デバイスは、さらに、円筒状部品に固定される第２の止めと、及び第２の止め及び下側円錐台の大きい方の台部分を支える第２の弾性要素を有し、あるいは保持デバイスは、さらに、上側円錐台の大きい方の台部分に固定される第２の磁石を有し、下側円錐台は、磁性材料、例えば、強磁性体、を含有しており、これによって、下側円錐台と第２の磁石の間の引力を発生させる。

１つの実施形態において、円筒状部品には、少なくとも１つの溝があり、下側及び上側円錐台のそれぞれには、溝内にて滑ることができる少なくとも１つの舌部があり、これによって、下側円錐台及び上側円錐台は、円筒状部品の軸に沿って溝内を動くことができるが円筒状部品とともに回転するように円筒状部品と一体化されている。

本発明は、さらに、上にて詳細に説明しているような圧電モーターを有する計時器に関する。

非限定的な１つの実施形態において、計時器は、円筒状部品の一端に固定された針を有する。

添付の図面を参照しながら非限定的な例として与えられる以下の説明を読むことで、他の特徴や利点が明確になるであろう。

既に説明しており、従来技術に係る自己回転式圧電モーターの一部を概略的に示している上方から見た図である。 本発明の第１の実施形態に係る自己回転式圧電モーターの一部を概略的に示している上方から見た図である。 図２の自己回転式圧電モーターの一部を概略的に示している軸断面図である。 本発明の第２の実施形態に係る自己回転式圧電モーターの一部を概略的に示している軸断面図である。 図２の自己回転式圧電モーターの一部及び前記モーターに固定された針を有する計時器の一部を概略的に示している。

図２及び３は、本発明の第１の実施形態に係る圧電モーター１００の一部を示しており、図４は、本発明の第２の実施形態に係る圧電モーター１０１を示している。両方の場合において、モーター１００、１０１は、円筒状部品２０を有する受動性要素と、及び圧電効果を用いて円筒状部品２０を回転させる圧電アクチュエーターとを有する。

圧電アクチュエーターは、圧電励起手段（図示せず）と、及び振動することができる２つのアーム３、３２を有する共振器３０とを有する。励起手段は、好ましいことに、２つの部分によって形成されており、その各部分は異なるアームに取り付けられている。しかし、他の形態の励起手段も可能である。励起手段は、例えば、アームの間の接合部に配置された単一の部品によって形成されていることができる。励起手段に適切な電圧が与えられると、励起手段は変形して、機械的応力がアーム３１、３２に伝達され、このアーム３１、３２が振動し始める。励起手段がアーム上にて適切な形態となるように設計されマウントされていれば、所望の形態の多次元的な振動を達成することができる。

アーム３１、３２は、互いに接続領域３３において接続され、この接続領域３３から互いに実質的に平行に延在している。したがって、共振器は、全体として見ると、音叉の形、すなわち、Ｕ字形である。しかし、この形には限定されない。接続領域３３に接続されていない方のアームの端は、自由端３１０、３２０と呼ばれる。アーム３１、３２の振動の振幅は、これらの端３１０、３２０において最大である。

円筒状部品２０は、共振器３０に対して実質的に垂直であるように延在している。すなわち、共振器３０のアーム３１、３２の軸を含む平面に対して垂直であり、２つの自由端３１０、３２０の間を通る。

受動性要素は、さらに、２つの円錐台を有しており、これは、上側円錐台４０と下側円錐台５０と呼ばれ、これらは円筒状部品２０と同軸である。好ましい実施形態において、これらの２つの円錐台４０、５０は、円筒状部品２０の部分に沿って並進運動をするように動くことができ、円筒状部品２０とともに回転するように円筒状部品２０と一体化されている。しかし、上側円錐台４０のみを円筒状部品２０の一部に沿って並進運動するように動くことができるようにし、２つの円錐台４０、５０の一方のみが円筒状部品２０とともに回転するように円筒状部品２０と一体化されているようにすることができる。２つの円錐台４０、５０の小さい方の台部分４１、５１どうしは、互いに対向している。

図示している２つの非限定的な実施形態において、円筒状部品２０は（地球の基準フレームにおいて）鉛直方向に延在しており、下側円錐台５０は、円筒状部品２０の下側の端に位置している（並進運動をすることができる場合は重力の影響のため、あるいは固定されているため）。

共振器３０のアーム３１、３２の自由端３１０、３２０は、２つの円錐台４０、５０の間にある。より詳細には、自由端３１０、３２０のそれぞれは、２つの円錐台４０、５０の側面４２、５２と接触している。

少なくとも一方の円錐台４０、５０が円筒状部品２０とともに回転するように円筒状部品２０と一体化されているので、アーム３１、３２の自由端３１０、３２０の多次元的な振動によって、前記少なくとも一方の円錐台４０、５０に対する前記自由端３１０、３２０の摩擦によって円筒状部品２０をその軸のまわりに回転させることが可能になる。

上側円錐台４０に対して、その重さに加えて、受動性要素の保持デバイスを介して第２の半径方向の力が与えられる。これらの２種類の力によって、２つの円錐台４０、５０の側面４２、５２がアーム３１、３２の自由端３１０、３２０上に半径方向にて載るようにすることが可能になって、前記自由端３１０、３２０が互いに離れさせられ、このことによって、共振器３０と受動性要素の間のプリロードが作られる。

第１の実施形態において、前記保持デバイスは、ここではばね７０である弾性要素と、止め７１とを有する。止め７１は、円筒状部品２０と一体化されており、ばね７０は、その一方の側が上側円錐台４０の大きい方の台部分上に載り、他方の側が止め７１上に載り、これによって、ばね７０が上側円錐台４０を下側円錐台５０の方に押す。

第２の実施形態において、保持デバイスは、下側円錐台５０の側に配置された磁石６０を有し、上側円錐台４０は、磁性材料を含有しており、これによって、上側円錐台４０を磁石６０の方に引きつけ、結果的に、下側円錐台５０の方に引きつける。磁石６０は、例えば、下側円錐台５０の大きい方の台部分５３に取り付けられる。磁石６０は、代わりに、下側円錐台５０の小さい方の台部分５１に取り付けられることができる。また、磁性材料を含有させる代わりに、磁石６０によって引きつけられるように構成している別の磁石を上側円錐台４０に取り付けることができ、特に、上側円錐台４０の小さい方の台部分４１に取り付けることができる。

なお、少なくとも、円筒状部品２０の軸が鉛直方向に配置されておらず下側円錐台５０が円筒状部品２０の部分に沿って並進運動をすることができるような実施形態において、第２の保持デバイスにおいて、下側円錐台５０が共振器３０のアーム３１、３２の自由端３１０、３２０を押し続けるようにすることが必要とされる。

１つの実施形態において、前記第２の保持デバイスは、第２の弾性要素（ばね、細長材又はゴム要素）及び第２の止めを有する。第２の止めは、円筒状部品２０と一体化されており、第２の弾性要素は、一方の側において下側円錐台５０の大きい方の台部分５０を押し、他方の側において第２の止めを押し、これによって、上側円錐台４０の方に下側円錐台５０を押すようにされる。別の実施形態において、第２の保持デバイスは、上側円錐台４０の側に配置された第２の磁石と呼ばれる磁石を有しており、下側円錐台５０は、下側円錐台５０を第２の磁石の方に引きつけ、結果的に、上側円錐台４０の方に引きつけるように磁性材料を含有する。第２の磁石は、例えば、上側円錐台４０の大きい方の台部分４３に取り付けられる。第２の磁石は、代わりに、上側円錐台４０の小さい方の台部分４１に取り付けることができる。また、磁性材料を含有する代わりに、第２の磁石によって引きつけられるように構成している別の磁石を、下側円錐台５０に、特に、下側円錐台５０の小さい方の台部分５１に、取り付けることができる。

最後に、図５は、第１の実施形態に係る圧電モーター１００の円筒状部品２０の上端に固定された針９０を有する腕時計タイプの計時器８０を示している。しかし、本発明の実施形態の１つに係る圧電モーターを針ではなくディスク（例えば、日付ディスクや月の相ディスク）、車又はリングを回転駆動するように用いることができる。

添付の請求の範囲によって定められる本発明の範囲から逸脱せずに、上記の本発明の様々な実施形態に当業者に明らかな様々な改変、改善及び／又は組み合わせを行うことができることは明らかである。

１０、１００、１０１ 自己回転式圧電モーター
２０ 円筒状部品
３０ 共振器
３１、３２ アーム
３３ 接続領域
４０ 上側円錐台
４１、５１ 小さい方の台部分
４２、５２ 側面
４３、５３ 大きい方の台部分
５０ 下側円錐台
６０ 磁石
７０ 弾性要素
７１ 止め
８０ 計時器
９０ 針
３１０、３２０ 自由端

Claims (11)

1. １対のアーム（３１、３２）を有する共振器（３０）を有しており、前記アームの一端どうしが接続領域（３３）において接続しており、前記アームの２つの他端（３１０、３２０）が自由端であるような圧電アクチュエーターと、及び
   前記共振器（３０）に対して実質的に垂直に延在している円筒状部品（２０）を有している受動性要素と
   を有する自己回転式圧電モーター（１００、１０１）であって、
   前記円筒状部品は、前記アーム（３１、３２）の前記自由端（３１０、３２０）の間を通り、かつ、当該受動性要素に対する前記自由端（３１０、３２０）の摩擦によって回転することができ、
   前記受動性要素は、下側円錐台（５０）と上側円錐台（４０）を有しており、
   前記下側円錐台と前記上側円錐台の小さい方の台部分（５１、４１）は、互いに対向しており前記共振器（３０）の両側にあり、
   前記受動性要素の前記円筒状部品（２０）は、前記下側円錐台（５０）と前記上側円錐台（４０）に少なくとも部分的に軸方向にて入り込んでおり、
   前記上側円錐台（４０）は、前記円筒状部品（２０）の一部に沿って動くことができ、
   前記下側円錐台（５０）と前記上側円錐台（４０）の少なくとも一方は、前記円筒状部品（２０）とともに回転するように前記円筒状部品（２０）と一体化されており、
   前記受動性要素は、前記共振器（３０）の前記アームの前記自由端（３１、３２）のそれぞれと接触している前記下側及び上側円錐台（５０、４０）の側面（５２、４２）を保持する保持デバイス（７０、７１、６０）を有する
   圧電モーター。
2. 前記下側円錐台（５０）と前記上側円錐台（４０）は、前記円筒状部品（２０）とともに回転するように前記円筒状部品（２０）と一体化されている
   請求項１に記載の圧電モーター（１００、１０１）。
3. 前記保持デバイス（７０、７１）は、前記上側円錐台（４０）に対して弾性力を発生させることができる
   請求項１又は２に記載の圧電モーター（１００）。
4. 前記保持デバイス（７０、７１）は、前記円筒状部品（２０）に固定された止め（７１）と、及びこの止め（７１）及び前記上側円錐台（４０）の大きい方の台部分（４３）を支える弾性要素（７０）とを有する
   請求項３に記載の圧電モーター（１００）。
5. 前記保持デバイス（６０）は、前記上側円錐台（４０）にて磁力を発生させることができる
   請求項１又は２に記載の圧電モーター（１０１）。
6. 前記保持デバイス（６０）は、前記下側円錐台（５０）の大きい方の台部分（５３）に固定される磁石（６０）を有し、
   前記上側円錐台（４０）は、前記上側円錐台（４０）と前記磁石（６０）の間に引力を発生させるように磁性材料を含有している
   請求項５に記載の圧電モーター（１０１）。
7. 前記保持デバイス（７０、７１、６０）は、前記円筒状部品（２０）に固定された第２の止めと、及びこの第２の止め及び下側円錐台（５０）の前記大きい方の台部分（５３）を支える第２の弾性要素とを有する
   請求項３〜６のいずれかに記載の圧電モーター（１００、１０１）。
8. 前記保持デバイス（７０、７１、６０）は、前記上側円錐台（４０）の前記大きい方の台部分（４３）に固定された第２の磁石を有し、
   前記下側円錐台（５０）は、この下側円錐台（５０）と前記第２の磁石の間に引力を発生させるように磁性材料を含有している
   請求項３〜６のいずれかに記載の圧電モーター（１００、１０１）。
9. 前記円筒状部品（２０）には少なくとも１つの溝があり、
   前記下側及び上側円錐台（４０、５０）のそれぞれは、前記溝内にて滑ることができる少なくとも１つの舌部を有する
   請求項２〜８のいずれかに記載の圧電モーター（１００、１０１）。
10. 請求項１〜９のいずれかに記載の圧電モーター（１００、１０１）を有する計時器（８０）。
11. 前記円筒状部品（２０）の一端に固定された針（９０）を有する
    請求項１０に記載の計時器（８０）。

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