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Dokumentenidentifikation DE69125525T2 04.09.1997
EP-Veröffentlichungsnummer 0458638
Titel Schwingungswellenmotor
Anmelder Canon K.K., Tokio/Tokyo, JP
Erfinder Maeno, Takashi, c/o Canon Kabushiki Kaisha, Ohta-ku, Tokyo, JP;
Tsukimoto, Takayuki, c/o Canon Kabushiki Kaish, Ohta-ku, Tokyo, JP;
Tamai, Jun, c/o Canon Kabushiki Kaisha, Ohta-ku, Tokyo, JP;
Maruyama, Yutaka, c/o Canon Kabushiki Kaisha, Ohta-ku, Tokyo, JP
Vertreter Tiedtke, Bühling, Kinne & Partner, 80336 München
DE-Aktenzeichen 69125525
Vertragsstaaten DE, FR, GB
Sprache des Dokument En
EP-Anmeldetag 23.05.1991
EP-Aktenzeichen 913046843
EP-Offenlegungsdatum 27.11.1991
EP date of grant 09.04.1997
Veröffentlichungstag im Patentblatt 04.09.1997
IPC-Hauptklasse H01L 41/08
IPC-Nebenklasse H01L 41/04   

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft einen durch Schwingungswellen angetriebenen Motor bzw. einen Schwingungswellenmotor oder Schwingungsmotor, um elektrische Energie einem elektromechanischen Energieumwandlungselement, wie einem piezo-elektrischen Element, zuzuführen, das an einem elastischen Bauteil angeordnet ist, um ein Schwingungsbauteil in Schwingung zu versetzen, das durch das elastische Bauteil und das Umwandlungselement gebildet wird, und um es zu veranlassen, eine kreisförmige oder elliptische Bewegung um den Massenpunkt des Schwingungsbauteils auszuführen, wodurch mittels Reibung ein gegen das Schwingungsbauteii gepreßtes, bewegliches Bauteil angetrieben wird, und im speziellen betrifft die Erfindung einen Aufbau des Schwingungswellenmotors.

Bei einem herkömmlichen Schwingungswellenmotor, wird ein Motor nach einer Bauart, bei der Biegeschwingungen in einem ringförmigen Schwingungsbauteil verursacht werden, das durch ein bewegliches Bauteil angetrieben wird, das mittels Reibung mit dem Schwingungsbauteil relativ zueinander in Eingriff steht, praktisch angewendet, z.B. in einem AF-Mechanismus eines Fotoapperats. Da jedoch der Motor einen ringformigen Aufbau hat, sind die Kosten einer Einheit mit einem Druckmechanismus unerwartet hoch. Somit ist ein derartiger Motor nachteilhaft bezüglich der Kosten bei der Anwendung der Motoren, bei denen kein ringförmiger Aufbau erforderlich ist, mit anderen Worten, ein hohler Aufbau. Aus diesem Grund wurde vor kurzem ein stabförmiger Schwingungswellenmotor nach der Festkörperbauart mit einem einfachen Aufbau, z.B. eines Drucksystems, wie in den Fig. 4 und 5 dargestellt ist, vorgeschlagen.

Der herkömmliche stabförmige Schwingungswellenmotor wird nachstehend kurz beschrieben.

Gemäß den Fig. 4 und 5 hat ein hohles oberes Schwingungsbauteil 1 einen runden Metallstab, der durch Ausbilden eines homförmigen Hornabschnitts 1c zwischen einem Schaftabschnitt mit kleinem Durchmesser 1a als einem fernen Endabschnitt und einem Schaftabschnitt mit großem Durchmesser lb als einem hinteren Endabschnitt aufgebaut ist. Ein Gewindeabschnitt 1d ist auf der Innenumfangsfläche eines axialen Lochs des Bauteils 1 ausgebildet. Ein unteres Schwingungsbauteil 2 hat einen runden Metallstab, der mit dem gleichen äußeren Durchmesser versehen ist, wie der Schaftabschnitt mit großem Durchmesser 1b des Schwingungsbauteils 1. Ein Schraubenbolzeneinsatzloch 2a ist derart ausgebildet, daß es mit der Achse des Schwingungsbauteils 2 übereinstimmt. Jede der zwei ringförmigen piezo-elektrischen Elementscheiben 3 und 4 sind derart ausgebildet, daß sie den gleichen Außendurchmesser haben, wie den des Schaftabschnitts mit großem Durchmesser 1b. Diese Scheiben 3 und 4 sind zwischen den Schwingungsbauteilen 1 und 2 via eine Elektrodenscheibe (nicht dargestellt) angeordnet. Jede dieser piezo-elektrischen Elementscheiben 3 und 4 ist in zwei Regionen aufgeteilt, wobei diese zwei Regionen in Richtung der Dickenerstreckung in unterschiedliche Polaritäten polarisiert sind. Mittels eines Schraubenbolzens 6 werden die Schwingungsbauteile 1 und 2 befestigt, wobei er sich über das Schraubenbolzeneinsatzloch 2a des Schwingungsbauteils 2 mit dem Gewindeabschnitt lb des Schwingungsbauteils 1 in Schraubeingriff befindet, wodurch die piezo-elektrischen Elementscheiben 3 und 4 zwischen dem unteren und dem oberen Schwingungsbauteil 2 und 1 geklemmt und fixiert werden. Eine piezo-elektrische Elementscheibe 3 ist gegenüber der anderen piezo-elektrischen Elementscheibe 4 um versetzt positioniert, wobei diese Scheiben 3 und 4 in der gleichen Richtung angeordnet sind. Die zweigeteilte Elektrodenfläche einer piezo-elektrischen Elementscheibe 3 steht der hinteren Endfläche des Schwingungsbauteils 1 gegenüber, wobei die Elektrodenfläche der anderen piezoelektrischen Elementscheibe 4 via die Elektrodenscheibe (nicht dargestellt) der gemeinsamen Elektrodenfläche der piezoelektrischen Elementscheibe 3 gegenübersteht. Die gemeinsame Elektrodenfläche der anderen piezo-elektrischen Elementscheibe 4 kontaktiert die vordere Endfläche des unteren Schwingungsbauteils 2. Wenn eine Wechselspannung V&sub1; und V&sub2; kreuzweise an die Zwei-Endabschnitte der piezo-elektrischen Elementscheiben 3 und 4 via die Elektrodenscheibe angelegt wird, tritt eine Schwingung, die durch einen Expansions/Kontraktions-Versatz in der Dickenerstreckung der piezo-elektrischen Elementscheibe 3 verursacht wird und eine Schwingung, die durch einen Expansions/Kontraktions-Versatz in der Dickenerstreckung der piezo-elektrischen Elementscheibe 4 verursacht wird, auf. Infolge der Zusammensetzung dieser Schwingungen, wird ein stabförmiges Schwingungsbauteil A, das sich aus den Schwingungsbauteilen 1 und 2 und den piezoelektrischen Elementscheiben 3 und 4 zusammensetzt, in Schwingung versetzt.

Die Wechselspannungen V&sub1; und V&sub2; haben die gleiche Amplitude und Frequenz, wobei sie eine Zeitphasendifferenz von 90º aufweisen. Die piezo-elektrischen Elementscheiben 3 und 4 sind derart angeordnet, daß sie gegenüber einander um 90º versetzt positioniert sind.

Daher führt das Schwingungsbauteil A eine Kreisbewegung um seine Achse ähnlich einem Seil-zu-Seil-Hüpfen bzw. einem "rope of rope skipping" aus. Wenn die Phase der Spannungen V&sub1; und V&sub2; umgekehrt werden, kehrt sich die Drehung der Kreisbewegung um. Es wird angemerkt, daß das Prinzip der Erzeugung der kreisförmigen oder elliptischen Bewegung gemäß z.B. der Japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. 62-141980 den Fachleuten bekannt ist, so daß ihre detaillierte Beschreibung weggelassen wird.

In diesem Fall wird ein Schwingungsmodus derart eingestellt&sub1; daß der Bauch der Schwingung an einer vorbestimmten Position des Hornabschnitts 1c positioniert ist.

Ein Rotor R wird durch Reibkontakt zwischen dem entfernten Endabschnitt des Rotors R, der in Reibeingriff mit dem entfernten Endabschnitt des oberen Schwingungsbauteils 1 steht, und einem Schwingungsbauchabschnitt der im Hornabschnitt 1c ausgebildeten Schwingung gedreht. Eine Feder 5 spannt den Rotor R gegen das Schwingungsbauteil 1, wobei sie zwischen dem entfernten Endabschnitt des Schraubenbolzens 6 und dem entfernten Endabschnitt eines Hakenstifts 7 eingehängt ist. Der Hakenstift 7 ist an einem Innenlaufringabschnitt eines Axiallagers 8 befestigt, das widerum an einem Endabschnitt des Rotors R angebracht ist, wobei es die Vorspannkraft der Feder 5 auf den Rotor R aufbringt.

Wenn jedoch beim herkömmlichen stabartigen Schwingungswellenmotor die piezo-elektrischen Elementscheiben 3 und 4 zwischen den zwei Schwingungsbauteilen 1 und 2 durch den Schraubenbolzen 6 befestigt werden, tritt der nachfolgende, in Fig. 6 dargestellte Zustand auf. Das heißt, eine Druckbelastungsverteilung in Richtung senkrecht zur Achse des Schwingungsbauteils A ist nicht einheitlich, mit anderen Worten, eine Spannung in axialer Richtung des Schwingungsbauteils A in den piezo-elektrischen Elementscheiben 3 und 4 ist an der inneren Umfangsseite groß und an der äußeren Umfangsseite klein.

Dieser Zustand ereignet sich aus dem nachfolgenden Grund. Das heißt, wenn die piezo-elektrischen Elementscheiben 3 und 4 geklemmt werden, werden die oberen und unteren Schwingungsbauteile 1 und 2 elastisch verformt, wobei sich eine Belastung auf der inneren Umfangsseite in der Nähe des Gewindeabschnitts des Schraubenbolzens 6, und im speziellen auf der inneren Umfangsseite des oberen Schwingungsbauteils 1 konzentriert.

Wenn aus diesem Grund die piezo-elektrischen Elementscheiben 3 und 4 durch Anziehen des Schraubenbolzens 6 geklemmt werden, können die piezo-elektrischen Elementscheiben 3 und 4, die aus einer piezo-elektrischen Keramik bestehen, leicht zerbrochen weden, wobei die piezo-elektrischen Elementscheiben 3 und 4 sich nicht in einheitlichen Kontakt mit den Schwingungsbauteilen 1 und 2 befinden können. Infolgedessen verändern sich leicht die Schwingungseigenschaften, was zu einer schlechten Leistungsfähigkeit des Motors führt.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Schwingungswellenmotor zur Verfügung zu stellen, bei dem die piezo-elektrischen Elementscheiben geklemmt werden, ohne Spannungsunterschiede zu verursachen, d.h. die Belastungsverteilung der piezo-elektrischen Elementscheibe ist einheitlich, so daß ein Bruch der Scheiben und eine Verringerung der Schwingungseigenschaften verhindert werden kann.

US-A-4652786 zeigt eine Torsionsschwingungsvorrichtung, bei der eine Vielzahl von Elektroden auf den zwei Flächen eines Kreisbauteils aus elektrostriktivem bzw. dielektrischem Material ausgebildet ist, wobei die benachbarten Elektroden in Umfangsrichtung zueinander umgekehrt polarisiert sind.

Gemäß einem Aspekt dieser Erfindung ist ein Schwingungsmotor vorgesehen, der die in Anspruch 1 genannten Merkmale aufweist.

Beiliegende Zeichnungen:

Fig. 1 ist eine geschnittene Explosionsansicht eines Schwingungsbauteils eines stabartigen Schwingungswellenmotors gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 und 3 sind Schnittansichten von Schwingungsbauteilen gemäß anderen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung;

Fig. 4 ist eine perspektivische Ansicht eines herkömmlichen stabartigen Schwingungswellenmotors;

Fig. 5 ist eine Schnittansicht eines in Fig. 4 dargestellten Motors;

Fig. 6 ist eine grafische Darstellung, die die Spannung in einer Z-Richtung einer piezo-elektrischen Elementscheibe des in Fig. 4 dargestellten Motors zeigt;

Fig. 7 ist eine Schnittansicht, die einen Objektivtubus- Antriebsmechanismus eines optischen Objektivs zeigt;

Fig. 8 ist eine geschnittene Explosionsansicht eines Schwingungsbauteils eines stabartigen Schwingungswellenmotors gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;

Fig. 9, 11, 12, 13, 14 und 15 sind Schnittansichten von Schwingungsbauteilen der Schwingungswellenmotoren, die lediglich zum Zweck der Bezugnahme aufgenommen wurden;

Fig. 10 ist eine grafische Darstellung, die die Spannung in axialer Richtung einer piezo-elektrischen Elementscheibe gemäß dem in Fig. 9 dargestellten Ausführungsbeispiel zeigt;

Fig. 16 ist eine Schnittansicht, die einen Objektivtubus Antriebsmechanismus eines optischen Objektivs darstellt;

Fig. 17 ist eine Schnittansicht eines stabartigen Schwingungswellenmotors, der zum Zweck der Bezugnahme aufgenommen wurde;

Fig. 18 ist eine grafische Darstellung, die die Spannungseigenschaft eines PZT als eines piezo-elektrischen Elements eines in Fig. 17 dargestellten Motors zeigt;

Fig. 19 bis 23 sind Schnittansichten von weiteren Ausführungsbeispielen, die zum Zweck der Bezugnahme aufgenommen wurden;

Fig. 24A und 24B ist zum einen eine axiale Ansicht, die ein piezo-elektrisches Element zeigt und zum anderen eine quasi Schnittansicht entlang der in Fig. 24A dargestellten Linie A-A, die zum Zweck der Bezugnahme aufgenommen ist;

Fig. 25 ist eine Schnittansicht, die eine Modifikation des in den Fig. 24A und 24B dargestellten Ausführungsbeispiels zeigt;

Die Fig. 26A und 26B ist zum einen eine Draufsicht, die ein piezo-elektrisches Element gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt, und zum anderen eine quasi Schnittansicht entlang der in Fig. 26A dargestellten Linie A-A;

Fig. 27 und 28 sind Ansichten zum Erklären eines Verfahrens zum Ausbilden eines piezo-elektrischen Elements gemäß dem in den Fig. 26A und 26B dargestellten Ausführungsbeispiel;

Fig. 29A und 29B sind Schnittansichten, die Modifikationen des in den. Fig. 26A und 26B dargestellten Ausführungsbeispiels zeigen; und

Fig. 30 ist eine für Bezugszwecke aufgenommene Schnittansicht, die einen Zustand zeigt, bei dem das in den Fig. 24A und 24B dargestellte piezo-elektrische Element in einem Schwingungsbauteil eines Schwingungswellenmotors montiert ist.

Fig. 1 ist eine geschnittene Explosionsansicht eines Schwingungsbauteils eines stabartigen Schwingungswellenmotors (der nachfolgend einfach als Schwingungswellenmotor bezeichnet wird).

Bei den Strukturen der Motoren gemäß den nachfolgend zu beschreibenden Ausführungsbeispielen bezeichnen die gleichen Bezugsziffern die gleichen Teile, wie sie im Stand der Technik beschrieben wurden, so daß ihre detaillierte Beschreibung ausgelassen wird.

Zum Zweck des leichteren Verstehens bezeichnen bei einem Schwingungsbauteil gemäß diesem Ausführungsbeispiel die gleichen Bezugszeichen die gleichen Teile, wie im Stand der Technik. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Klemmfläche 1e eines oberen Schwingungsbauteils 1 für eine piezo-elektrische Elementscheibe 3 als eine kegelige Fläche ausgebildet (Winkel a), die eine konkave Fläche hat, und weiterhin ist eine Klemmfläche 2b des unteren Schwingungsbauteils 2 für eine piezo-elektrische Elementscheibe 4 als eine kegelige Fläche ausgebildet (Winkel αA), die eine konkave Fläche hat.

Wenn beim Schwingungsbauteil gemäß diesem Aufbau die piezo-elektrischen Elementscheiben 3 und 4, die beispielsweise aus PZT bestehen, zwischen dem oberen und dem unteren Schwingungsbauteil 1 und 2 mittels eines Schraubenbolzens 6 (nicht dargestellt), wie beim Stand der Technik geklemmt und fixiert werden, beginnen die piezo-elektrischen Elementscheiben 3 und 4 nach und nach die Bauteile 1 und 2 von den äußeren Umfangsabs.chnitten der Klemmflächen 1e und 2b her zu kontaktieren. Wenn der Schraubenbolzen 6 in der Funktion eines Befestigungsbauteils auf einen vorbestimmten Wert angezogen wird, leiden die Klemmfläche le in der Nähe eines Gewindeloches ld des oberen Schwingungsbauteils 1 und die Klemmfläche 2b in der Nähe eines Schraubenlochs 2a des unteren Schwingungsbauteils 2 unter einer vergrößerten Spannung. Da jedoch diese Abschnitte gegenüber den äußeren Umf angskanten ausgespart sind, kann ein auf die piezo-elektrischen Elementscheiben 3 und 4 wirkender Druck vereinheitlicht werden oder er kann zumindest durch eine Druckkraft an anderen Flächenabschnitten vereinheitlicht werden, oder eine auf die äußeren Umfangsabschnitte wirkende Druckkraft kann durch die Abschnitte mit vergrößerter Spannung leicht erhöht werden.

Da ein Druck allmählich auf die piezo-elektrischen Elementscheiben 3 und 4 von ihrer äußeren Umfangsseite her infolge der Befestigung einwirkt, wobei kein übermäßiger Druck auf sie einwirkt, gehen die piezo-elektrischen Elementscheiben 3 und 4 nicht leicht zu Bruch.

Die Gesamtfläche der piezo-elektrischen Elementscheiben 3 und 4 können mit einem nahezu einheitlichen Druck zusammengepreßt werden, oder ein Druck kann auf der äußeren Umfangsseite etwas größer als der auf der inneren Umfangsseite sein. Daher können die piezo-elektrischen Elementscheiben 3 und 4 nicht schwimmen und sie weisen keine übermäßigen Druckabschnitte in einem Antriebszustand auf, somit werden die Schwingungseigenschaften und die Leistungsfähigkeit verbessert.

Eine Aufbringungsposition der Befestigungskraft des Schraubenbolzens 6 auf das untere Schwingungsbauteil 2 ist um einen Abstand D von der piezo-elektrischen Elementscheibe 4 beabstandet. Daher ist der Winkel αA der kegeligen Fläche kleiner als der Winkel α entsprechend der kegeligen Fläche des Schwingungsbauteils 1.

In dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Klemmf lächen der oberen und unteren Schwingungsbauteile 1 und 2 für die piezo-elektrischen Elementscheiben als kegelige Flächen ausgebildet, die konkave Flächen aufweisen. Jedoch kann die Klemmfläche auch eine sphärische Form, wie in Fig. 2 dargestellt, oder eine gekrümmte Flächenform haben, um eine Spannung d.h. eine Belastungsverteilung der piezo-elektrischen Elementscheiben 3 und 4 konstant zu machen, wie in Fig. 3 dargestellt ist. In diesen Fällen kann die Spannung der piezoelektrischen Elementscheiben einheitlicher sein, oder eine Spannung an ihren äußeren Umfangsabschnitten kann etwas größer als die an ihren inneren Umfangsabschnitten sein.

Im in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die konkave Fläche der Klemmfläche als eine Krümmung bzw. Kurve f(r) ausgebildet, die eine konstante Spannung der piezoelektrischen Elementscheiben 3 und 4 erzeugt, oder sie ist als eine Krümmung f(r) ausgebildet, die derart erhalten wird, daß eine Spannung an einer äußeren Umfangsseite etwas größer als an einer inneren Umfangsseite ausgebildet wird. Beide Kurven werden durch theoretische Berechnungen erhalten.

Die Kurve f(r) wird durch einen Kurvenabschnitt mit einer großen Krümmung an einer äußeren Umfangsseite und einem Kurvenabschnitt mit einer kleinen Krümmung an einem inneren Umfangsabschnitt ausgebildet.

Fig. 7 zeigt einen Aufbau, bei dem ein Objektivtubus mit einem photograf ischen Objektiv durch Verwendung des Motors gemäß der vorliegenden Erfindung angetrieben wird.

Ein Zahnrad 12 ist koaxial auf einem beweglichen Bauteil 8 montiert und überträgt einen Drehbewegungsausgang an ein Zahnrad 13, wodurch ein Objektivtubus 14 mit einem mit dem Zahnrad 13 zusammenlaufenden Zahnrad gedreht wird.

Um die Drehposition und die Drehgeschwindigkeit des beweglichen Bauteils 18 und des Objektivtubus 14 zu erfassen, ist eine optische Encoderschlitzscheibe 15 koaxial im Zahnrad 13 angeordnet, wobei die Position und die Geschwindigkeit durch einen Fotokoppler 16 erfaßt wird.

Dieser Mechanismus hat weiterhin einen Federpfosten 91 ein Lager 10 und eine Feder 11, um das Schwingungsbauteil gegen das bewegliche Bauteil zu drücken. Es wird angemerkt, daß zwei piezo-elektrische Elementscheiben übereinander gestapelt sind, um die Schwingungsamplitude zu erhöhen.

Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist eine durch Klemmung verursachte axiale Spannung eines elektromechanischen Energieumwandlungselements, wie einer piezo-elektrischen Elementscheibe, an einer äußeren Umfangsseite im wesentlichen einheitlich ausgebildet, oder eine willkürliche Spannungsverteilung kann erhalten werden. Daher kann die piezo-elektrische Elementscheibe infolge der Klemmung nicht leicht brechen, wobei ein Motor mit einer verbesserten Schwingungseigenschaft und Leistungsfähigkeit erhalten werden kann.

Wenn ein derartiger Motor als Antriebsquelle verwendet wird, kann eine kompakte hochprazise Antriebsbetätigung erhalten werden.

Bei jedem der vorstehenden Ausführungsbeispiele sind die Kontaktflächen der Schwingungsbauteile 1 und 2, die in Kontakt mit den piezo-elektrischen Elementscheiben 3 und 4 sind, als konkave Kontaktflächen ausgebildet, um die Steifigkeit eines jeden Schwingungsbauteils zu verändern, wodurch demzufolge eine Spannung in axialer Richtung des Schwingungsbauteils in den piezo-elektrischen Elementscheiben 3 und 4 im wesentlichen gleichmäßig ist. Wie in Fig. 8 dargestellt ist, kann jedoch ein Kunststoffabstandhalter 20 zwischen dem unteren Schwingungsbauteil 2 und der piezo-elektrischen Elementscheibe 4 oder zwischen dem oberen Schwingungsbauteil 1 und der piezoelektrischen Elementscheibe 3 und auch in der ersten Position eingesetzt werden, womit die gleiche Wirkungsweise wie bei jedem der vorstehenden Ausführungsbeispiele erhalten wird.

Es wird angemerkt, daß der Abstandhalter 20 ein hohler Abstandhalter ist, der den gleichen Durchmesser wie der der piezo-elektrischen Elementscheiben 3 und 4 und den gleichen inneren Durchmesser wie die der Scheiben 3 und 4 hat, wobei sein äußerer Umfangsabschnitt dicker als der innere Umfangsabschnitt ausgebildet ist.

Fig. 9 ist eine Längsschnittansicht eines Schwingungsbauteils eines Schwingungswellenmotors gemäß einem noch weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.

In einem oberen Schwingungsbauteil 10 ist ein Aussparungsabschnitt 10b in einem inneren Abschnitt einer Endfläche 10a ausgebildet, die die piezo-elektrische Elementscheibe 3 kontaktiert. Ein innerer Gewindeabschnitt 10c der gewindemäßig mit einem Gewindeabschnitt eines Schraubenbolzens 6 in Eingriff ist, ist im Schwingungsbauteil an der entfernten Endseite des Aussparungsabschnitts 10b ausgebildet. Beim in den Fig. 4 und 5 dargestellten Stand der Technik trifft die Endfläche des Schwingungsbauteils 1, die die piezo-elektrische Elementscheibe 3 kontaktiert, in der gleichen Ebene mit einer Schraubenendfläche 1d des inneren Gewindeabschnitts des Schwingungsbauteils 1 zusammen, wobei dieser Abschnitt gewindemäßig mit dem Schraubenbolzen 6 in Eingriff ist. Jedoch wird in diesem Ausführungsbeispiel die Endfläche des inneren Gewindeabschnitts 10c gegenüber der die piezo-elektrische Elementscheibe 3 kontaktierenden Endfläche um einen Abstand, der der Tiefe des Aussparungsabschnitts lob entspricht, getrennt, wodurch ein Spalt 10e zwischen der inneren Wandfläche des Aussparungsabschnitts 10b und der äußeren Umfangsfläche des Schraubenbolzens 6 ausgebildet wird, der nicht schraubenmäßig mit dem Schraubenbolzen 6 in Eingriff ist.

Die piezo-elektrischen Elementscheiben 3 und 4 sind zwischen der Endfläche eines unteren Schwingungsbauteils 2 und der Endfläche des Schwingungsbauteils 10 angeordnet, wobei sie durch einen Schraubenbolzen 6 wie beim Stand der Technik geklemmt und fixiert sind.

Im einzelnen ist ein Abschnitt des Schwingungsbauteils 10, an dem durch das Anziehen des Schraubenbolzens 6 eine Spannungskonzentration am ehesten auftritt, als ein Eckabschnitt 10f des Bodenabschnitts des Aussparungsabschnitts 10b ausgebildet. Da jedoch der Eckabschnitt lof gegenüber der Endfläche 10a des Schwingungsbauteils 10 getrennt ist, das die piezo-elektrische Elementscheibe 3 kontaktiert, kann ein Klemmdruck, der auf die piezo-elektrischen Elementscheiben 3 und 4 aufgebracht wird, nahezu gleichmäßig ausgebildet sein.

Somit können, wie in Fig. 10 dargestellt ist, die Druckverformungsbeträge an den inneren und äußeren Umfangsseiten der piezo-elektrischen Elementscheiben 3 und 4 gleichmäßig ausgebildet sein, wobei der Kontaktdruck ebenso einheitlich ausgebildet werden kann. Damit können die piezoelektrischen Elementscheiben 3 und 4 nicht leicht brechen, wobei ein Schwingungsbauteil mit einer guten Schwingungseigenschaft erhalten werden kann.

Beim vorstehend beschriebenen in Fig. 9 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Kontaktendfläche der piezoelektrischen Elementscheibe und die Endfläche des inneren Gewindeabschnitts des Schwingungsbauteils 10 für den Schraubenbolzen 6 um den Spalt 10e in axialer Richtung voneinander getrennt, wodurch der Abschnitt 10f, an dem durch den Schraubenbolzen 6 eine Belastungskonzentration am ehesten auftritt, gegenüber der piezo-elektrischen Elementscheibe getrennt ist, so daß der auf die piezo-elektrischen Elementscheiben 3 und 4 aufgebrachte Klemmdruck gemittelt wird.

Zusätzlich zum in Fig. 9 dargestellten Ausführungsbeispiel werden als ein Aufbau zum Trennen eines Abschnitts, an dem durch Anziehen eines Schraubenbolzens eine Belastungskonzentration am ehesten auftritt, gegenüber einer piezo-elektrischen Elementscheibe in axialer Richtung Aufbauten, wie sie in den Fig. 11, 12, 13, 14 und 15 dargestellt sind, weiterhin zur Verfügung gestellt.

Im in Fig. 11 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die piezo-elektrischen Elementscheiben 3 und 4 zwischen dem oberen und dem unteren Schwingungsbauteil 1 und 2 unter Verwendung eines Schraubenbolzens 6A anstelle des Schraubenbolzens 6 gemäß dem in Fig. 4 dargestellten Stand der Technik geklemmt und fixiert.

Der Schraubenbolzen 6A hat einen Gewindeabschnitt 6Aa lediglich an seinem entfernten Endabschnitt ausgebildet, wodurch ein Spalt um einen Schaftabschnitt 6Ac zwischen dem Gewindeabschnitt 6Aa und einem Kopfabschnitt 6Ab ausgebildet wird.

Beim in Fig. 12 dargestellten Ausführungsbeispiel wird eine ringförmige Abstandsplatte 40 zwischen dem Schwingungsbauteil 1 und der piezo-elektrischen Elementscheibe 3 eingesetzt, wodurch die Endfläche des Schwingungsbauteils 1 und die piezo-elektrische Elementscheibe 3 in axialer Richtung getrennt werden.

Beim in Fig. 13 dargestellten Ausführungsbeispiel ist ein Gewindeabschnitt 53, der gewindemäßig mit einem unteren Schwingungsbauteil 52 in Eingriff ist, einstückig an einem oberen Schwingungsbauteil 51 ausgebildet, wobei eine Umfangsnut 54 um den Wurzelabschnitt des Gewindeabschnitts 53 herum ausgebildet ist, wodurch die Endfläche des Schwingungsbauteils 51 und das nahegelegene Ende des Gewindeabschnitts 53 in axialer Richtung getrennt werden. Um die Endfläche des unteren Schwingungsbauteils 52 gegenüber der Endfläche eines Gewindelochs 55, das gewindemäßig mit den Gewindeabschnitt 53 in Eingriff ist, zu trennen, wird ein Aussparungsabschnitt 56 im unteren Schwingungsbauteil 52 ausgebildet.

Beim in Fig. 14 dargestellten Ausführungsbeispiel wird im Gegensatz zum in Fig. 13 dargestellten Ausführungsbeispiel ein Gewindeabschnitt 63, der gewindemäßig mit einem oberen Schwingungsbauteil 61 in Eingriff ist, einstückig an einem unteren Schwingungsbauteil 52 ausgebildet.

Bei diesem Ausführungsbeispiel wird, um das nahegelegene Ende des Gewindeabschnitts 63 gegenüber der Endfläche des unteren Schwingungsbauteils 62 axial nach innen anzuordnen, wie beim in Fig. 13 dargestellten Ausführungsbeispiel, eine Umfangsnut 64 ausgebildet. Ein Aussparungsabschnitt 65 ist im oberen Schwingungsbauteil 61 ausgebildet, wodurch in axialer Richtung die Endfläche des Schwingungsbauteils 61 und die Endfläche des Gewindelochs 66, das gewindemäßig mit dem Gewindeabschnitt 63 in Eingriff ist, getrennt.

Beim in Fig. 15 dargestellten Ausführungsbeispiel ist ein Bauteil 70 mit einer geringen Steifigkeit, wie z.B. Filz, Gummi, Kunststoff, ein flexibles Substrat oder ähnliches im Spalt be gemäß dem in Fig. 9 dargestellten Ausführungsbeispiel angeordnet.

Da das Bauteil 70 eine niedrige Steifigkeit hat, wird eine Belastung auch dann nicht erhöht, wenn eine Spannung infolge des Festziehens des Schraubensbolzens 6 erzeugt wird, womit die gleiche Wirkungsweise wie beim in Fig. 9 dargestellten Ausführungsbeispiel erhalten wird.

Fig. 16 zeigt einen Aufbau, bei dem ein Objektivtubus eines optischen Objektivs angetrieben wird, indem ein Motor gemäß dem in Fig. 11 dargestellten Ausführungsbeispiel verwendet wird.

Fig. 17 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Schwingungswellenmotors gemäß der vorliegenden Erfindung. Ein Metallschwingungsbauteil B, das ähnlich zum unteren Schwingungsbauteil in einem herkömmlichen Motor ausgebildet ist, hat einen Gewindeabschnitt BB, der gewindemäßig mit einem sich von einem oberen Abschnitt ab eines oberen Schwingungsbauteils a erstreckenden Schraubenbolzen B in Eingriff ist, und er hat einen Nutabschnitt d, um den auf der inneren Umfangsseite des Schwingungsbauteils b befindlichen Durchmesser zu vergrößern. Ein unterer Abschnitt BA des unteren Schwingungsbauteils B ist an einem Abschnitt, z.B. einer Kamera oder eines Druckers, befestigt und sein oberer Abschnitt BC liegt einem piezo-elektrischen Element C, das als ein elektro-mechanisches Energieumwandlungselement dient, z.B. ein PZT, gegenüber. Das piezo-elektrische Element C entspricht einem piezo-elektrischen Element eines bekannten Schwingungswellenmotors, wobei es mit zwei piezo-elektrischen Elementen C1 und C2 versehen ist.

Das Schwingungsbauteil a entspricht einem oberen Schwingungsbauteil eines herkömmlichen Motors. Der Schraubenbolzen E zum Klemmen des piezo-elektrischen Elements C mittels des oberen und unteren Schwingungsbauteils entspricht im wesentlichen einem Schraubenbolzen des herkömmlichen Motors. Eine Feder (nicht dargestellt), die der in Fig. 5 dargestellten Feder 5 entspricht ist mit dem Schraubenbolzen E verbunden, wie in Fig. 5 dargestellt ist. Mit dieser Feder wird ein Rotor R (nicht dargestellt; siehe Fig. 5) gegen einen Abschnitt des Schwingungsbauteils a gedrückt. Weitere Bauelemente des Motors entsprechen dem in den Fig. 4 und 5 dargestellten Stand der Technik, wobei ihre detaillierte Beschreibung entfällt.

Fig. 18 zeigt eine radiale Verteilung der Spannung in einer Z-Richtung des piezo-elektrischen Elements, wenn das piezo-elektrische Element C durch Einsetzen des Schraubenbolzens E in die Mitte der Schwingungsbauteile a und B geklemmt wird, wobei jedes einen Außendurchmesser von 8 mm und einen Innendurchmesser von 3 mm aufweist. Gemäß Fig. 18 zeigt eine Kurve c eine Charakteristik, wenn der Durchmesser der Nut des Nutabschnitts d 5,5 mm beträgt und eine Kurve b zeigt die Charakteristik, wenn der Durchmesser der Nut 6,0 mm beträgt. Wie aus Fig. 18 ersichtlich ist, wenn die Schwingungsbauteile a und B den vorstehend beschriebenen inneren und äußeren Durchmesser haben, ist eine Anderung der Belastung des piezo-elektrischen Elements C am kleinsten, wenn der Durchmesser der Nut 5.5 mm beträgt. Der Betrieb des in Fig. 17 dargestellten Schwingungswellenmotors entspricht dem des herkömmlichen Motors, so daß eine detaillierte Beschreibung darüber entfällt.

Fig. 19 ist eine Schnittansicht, die ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt. Gemäß Fig. 19 ist ein Nutabschnitt d1, der dem Nutabschnitt d gemäß Fig. 17 entspricht, ebenso in einem oberen Schwingungsbauteil ausgebildet.

Bei dem in Fig. 17 dargestellten Ausführungsbeispiel ist, da der Nutabschnitt lediglich auf der Seite des unteren Schwingungsbauteils B ausgebildet ist, die Spannung des als das piezo-elektrische Element dienende PZT nahezu konstant. Jedoch ist das PZT in einer Z-Richtung (siehe Fig. 4) verwunden.

Bei diesem Ausführungsbeispiel kann, da die Nutabschnitte d und d1 im oberen und unteren Schwingungsbauteil ausgebildet sind, die Verwindung des piezo-elektrischen Elements eliminiert werden, wobei eine nahezu gleichförmige Deformation erhalten werden kann.

Gemäß Fig. 20 ist ein Nutabschnitt ähnlich zu dem im vorstehenden Ausführungsbeispiel durch einen Kerbabschnitt d2 und eine Unterlegscheibe K ausgebildet. Durch diese Methode kann ein Arbeitsvorgang ebenso erleichtert werden.

Beim in Fig. 21 dargestellten Ausführungsbeispiel wird die gleiche Wirkungsweise wie im in Fig. 20 dargestellten Ausführungsbeispiel durch eine zweite Unterlegscheibe L und einen zweiten Kerbabschnitt d3 erhalten.

Gemäß Fig. 22 ist ein Abschnitt eines oberen Schwingungsbauteils A verlängert, um einen Schraubenbolzen E1 auszubilden, der gewindemäßig mit dem oberen Schwingungsbauteil B in Eingriff ist. Der weitere Aufbau entspricht im wesentlichen dem in Fig. 17 dargestellten Ausführungsbeispiel.

Gemäß Fig. 23 ist ein Abschnitt eines unteren Schwingungsbauteils B2 verlängert, um einen Schraubenbolzen E2 auszubilden, der im Gegensatz zum in Fig. 22 dargestellten Ausführungsbeispiel gewindemäßig mit dem oberen Schwingungsbauteil a in Eingriff ist. Der weitere Aufbau entspricht im wesentlichen dem in Fig. 19 dargestellten Ausführungsbeispiel, so daß eine detaillierte Beschreibung darüber entfällt.

Es ist unnötig, darzustellen, daß eine willkürliche Spannungsverteilung des piezo-elektrischen Elements erhalten werden kann, wenn die Länge des vorstehend erwähnten Nutabschnitts oder die Tiefe des Kerbabschnitts in geeigneter Weise eingestellt wird.

Weitere Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachstehend beschrieben. Bei den nachstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen ist die Form des piezoelektrischen Elements gegenüber der eines herkömmlichen verändert, wodurch die Aufgabe der Erfindung gelöst wird.

Beim in den Fig. 24A und 24B dargestellten Ausführungsbeispiel sind Silberelektrodenfilme 107 mit einer Dicke von 2 bis 3 µm jeweils auf den zwei Flächen einer piezoelektrischen Keramik 106 mit z.B. einem Außendurchmesser von 15 mm, einem Innendurchmesser von 6.2 mm und einer Dicke von 0,5 mm ausgebildet. Die piezo-elektrische Keramik 106 hat ein Drei-Komponenten-basierendes PZT, das durch Hinzufügen der dritten Komponente zu einem Titanat-Zirkonat bereitet wird, wobei es eine Charakteristik hat, die einen hohen mechanischen Beschaffenheitskoeffizienten aufweist, der für ein Schwingungswellen getriebenes Schwingungsbauteil geeignet ist. Die piezo-elektrische Keramik 106 ist eine ganz herkömmliche, handelsüblich erhältliche, die durch Formen und Sintern eines Pulvers bereitet wird. Die zwei Flächen der Keramik 106 werden einer Feinschleifbehandlung unterzogen und ihr innerer und äußerer Durchmesser wird durch ein Schleifverfahren fertigbearbeitet.

Jeder Elektrodenfilm 107 verwendet Silber als eine Hauptkomponente und eine handelsüblich erhältliche Paste bestehend aus Fritten und einem Lösungsmittel. Diese Materialien werden mittels eines Siebdruckverfahrens auf die piezo-elektrische Keramik 106 aufgebracht und bei einer Temperatur von ungefähr 800 ºC gebrannt.

Wenn ein Elektrodenfilm durch ein Siebdruckverfahren oder ein Ablagerungsverfahren (wird später beschrieben) ausgebildet wird, so daß der Elektrodenfilm auf der ganzen Fläche des piezo-elektrischen Elements ausgebildet wird, kann sich der Elektrodenfilm auf die Endflächen des piezo-elektrischen Elements erstrecken. Wenn in diesem Fall eine Spannung an das piezo-elektrische Element angelegt wird, ist es durch den erstreckten Elektrodenfilm kurzgeschlossen, wobei das piezoelektrische Element nicht mehr benutzt werden kann.

Aus diesem Grund wird bei diesem Ausführungsbeispiel ein Abschnitt 108 mit einer Breite von 0,1 bis 0,25 mm vorgesehen, an dem kein Elektrodenfilm ausgebildet ist, wodurch ein Kurzschluß verhindert wird. Wenn der Abschnitt, an dem kein Elektrodenfilm ausgebildet ist, an einem Umfangsabschnitt ausgebildet ist, falls die Leistungsfähigkeit des Schwingungsbauteils beeinträchtigt ist, und falls irgendwelche weiteren Probleme sich stellen, kann ein Nicht- Bildungsabschnitt des Elektrodenfilms auf dem inneren oder äußeren Umfangsabschnitt durch mechanische Bearbeitung entfernt werden, womit die vorstehenden Probleme gelöst werden.

Fig 30 ist eine Schnittansicht, die ein Ausführungsbeispiel zeigt, bei dem ein Schwingungsbauteil 500 für einen Schwingungswellenmotor durch Verwenden eines piezoelektrischen Elements 100 im gemäß Fig. 24A und 24B dargestellten Ausführungsbeispiel ausgebildet wird. Aus Messing ausgebildete Metallbauteile 2-1 und 2-2 haben den gleichen äußeren Durchmesser, jedoch unterschiedliche innere Durchmesser. Zum Beispiel ist ein Innengewindeabschnitt im Zentrum des einen Metallbauteils 2-1 ausgebildet, während ein hohler Abschnitt mit einem größeren Durchmesser (z.B., 6,2 mm) als der des Innengewindeabschnitts im Zentrum des anderen Metallbauteils 2-2 ausgebildet ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird die Gesamtlänge des einen Metallbauteils 2-1 auf 25 mm und die des anderen Metallbauteils 2-2 auf 15 mm festgelegt. Ein Stirnsenkungsabschnitt für eine M6 Innensechskantkopfschraube 6 ist im anderen Metallbauteil 2-1 ausgebildet.

Zwei aus Kupferplatten hergestellte Elektrodenplatten 300 sind zwischen die zwei piezo-elektrischen Elemente 100 und das Metallbauteil 2-1 eingesetzt, und werden durch die M6 Innensechskantschraube 6 via des Metallbauteils 2-1 und 2-2 befestigt, womit das Schwingungsbauteil 500 ausgebildet wird. Jede Elektrodenplatte 300 in diesem Ausführungsbeispiel hat einen Außendurchmesser von 17,5 mm, einen Innendurchmesser von 6,2 mm und eine Dicke von 0,2 mm.

Gemäß den Fig. 24A und 24B ist im Vergleich zum in Fig. 4 dargestellten Stand der Technik der Nicht- Elektrodenbildungsabschnitt 108, an dem kein Elektrodenfilm ausgebildet ist, auch oder in der Nähe des inneren Umfangsabschnitt der piezo-elektrischen Keramik vorhanden und seine radiale Länge ist gleich oder größer als die Hälfte der Dicke der piezo-elektrischen Keramik.

Verschiedene Längen des Nicht-Elektrodenbildungsabschnitts 108 sind untersucht worden. Als Ergebnis wurde bestätigt, daß sie keinen Einfluß hat, es sei denn, daß die Länge gleich oder größer als eine S der Dicke der piezoelektrischen Keramik beträgt.

Wenn jedoch die Länge dieses Abschnitts zu groß ist, wird der Bereich des Elektrodenfilms 107 verringert und die Charakteristik des piezo-elektrischen Elements 100 wird beeinträchtigt. Daher ist die Länge des Nicht-Elektrodenbildungsabschnitts bevorzugterweise so klein wie möglich.

Wie in Fig. 30 dargestellt ist, wenn das in den Fig. 24A und 24B dargestellte piezo-elektrische Element 100 im Schwingungsbauteil 500 montiert wird, kontaktiert der Abschnitt, an dem kein Elektrodenfilm 107 ausgebildet ist, nicht direkt die Metallbauteile 2-1 und 2-2 und die Elektrodenplatten 300, und er erfährt keine Druckbelastung. Infolgedessen wird die Druckbelastung lediglich auf den Abschnitt aufgebracht, an dem kein Elektrodenfilm ausgebildet ist.

Aus diesem Grund wird eine übermäßige Druckbelastung an oder in der Nähe des inneren Umfangsabschnitts auf den Abschnitt verteilt, an dem der Elektrodenfilm 107 ausgebildet ist, wobei eine Druckbelastungsverteilung gleichmäßig erfolgt. Da weiterhin der vom Innendurchmesserende des piezoelektrischen Elements 100 getrennte Elektrodenfilm 107 einen Druck aufnimmt, können Risse und Zerstörung unter Druckeinwirkung an der piezo-elektrischen Keramik 106 eliminiert werden. Infolgedessen kann die Bildung von Rissen minimiert werden, wobei die Leistungsfähigkeit des Schwingbauteils 500 nicht beeinträchtigt wird.

Die minimale Dicke des Elektrodenfilms 107 ist auf 1 bis 3 µm begrenzt, auch wenn der Inhalt der Fritten und ein Lösungsmittel in der Paste derart angepaßt sind, daß verschiedene feine Siebe beim herkömmlichen Siebdruck verwendet werden. Wenn die Dicke des Elektrodenfilms vergrößert wird, kontaktieren die Metallbauteile 2-1 und 2-2 und die piezo-elektrische Keramik 106 nicht direkt miteinander. Daher kann die gleiche Wirkung wie vorstehend beschrieben erhalten werden.

Weiterhin kann infolge der Ausbildung des Elektrodenfilm ein dünnerer Film durch ein Metallablagerungsverfahren ausgebildet werden. Jedoch erfordert in der Praxis die Wirkung dieses Ausführungsbeispiels eine Dicke von 0,5 µm oder mehr bezüglich des Elektrodenfilms.

Um eine an oder nahe des inneren Umfangsabschnitts des piezo-elektrischen Elements einwirkende Druckbelastung auf den äußeren Umfangsabschnitt zu verteilen, und um Risse zu vermeiden, auch wenn der Elektrodenfilm etwas auf dem Abschnitt 108, an dem kein Elektrodenfilm ausgebildet ist, ausgebildet wird, kann die vorstehend beschriebene Wirkung erwartet werden, wenn ein Unterschied zwischen der Filmdicke des Abschnitts 107, an dem der Elektrodenfilm am äußeren Umfangsabschnitt ausgebildet ist, und dem Elektrodenfilm auf dem inneren Umfangsabschnitt 0,5 µm oder hinreichend mehr beträgt, um die Druckbelastung auf den äußeren Umfangsabschnitt zu verteilen.

Das Material des Elektrodenfilms 107 ist nicht auf Silber begrenzt. Zum Beispiel kann Platin, Silberpalladium, Kupfer, Nickel und ähnliches verwendet werden.

In diesem Ausführungsbeispiel werden die Elektrodenfilme 107 auf zwei Flächen der piezo-elektrischen Keramik 106 ausgebildet, so daß sie Nicht-Elektrodenbildungsabschnitte 108 haben. Wie in Fig. 25 dargestellt ist, können die Elektrodenfilme 107 derart ausgebildet sein, daß der Nicht- Elektrodenbildungsabschnitt 108 lediglich auf einer Fläche der Keramik 106 vorhanden ist.

Fig. 268 ist eine Schnittansicht eines Hauptteils eines piezo-elektrischen Elements gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.

Beim in Fig. 26B dargestellten Ausführungsbeispiel wächst die Dicke eines jeden der Elektrodenfilme 107, die auf den zwei Flächen einer piezo-elektrischen Keramik 106 ausgebildet ist von der inneren Umfangsseite zur äußeren Umfangsseite hin an. Zum Beispiel ist ein Elektrodenfilm 107 mit einer Dicke von 2 bis 3 µm auf dem inneren Umfangsabschnitt und mit einer Dicke von 6 bis 9 µm auf dem äußeren Umfangsabschnitt auf jeder Fläche der piezo-elektrischen Keramik 106 ausgebildet, die beispielsweise einen Außendurchmesser von 15 mm, einen Innendurchmesser von 6.2 mm und eine Dicke von 0.5 mm hat.

Die piezo-elektrische Keramik 106 hat ein Drei- Komponenten-basierendes PZT, das bereitet wird, indem die dritte Komponente einem Titan-Zirkonat hinzugefügt wird, und es hat eine Charakteristik mit einem hohen mechanischen Beschaffenheits-Koeffizient, der geeignet für ein Schwingungswellen getriebenes Schwingungsbauteil ist. Die piezo-elektrische Keramik 106 ist eine ganz herkömmliche handelsüblich erhältliche, die durch ein Formverfahren und durch Sintern von Pulver bereitet wird. Die zwei Flächen der Keramik 106 werden einer Feinschleifbehandlung ausgesetzt und ihr innerer und äußerer Durchmesser wird durch ein Schleifverfahren fertigbearbeitet. Jeder Elektronenfilm 107 verwendet Silber als eine Hauptkomponente und eine handelsüblich erhältliche Paste, die aus Fritten und einem Lösungsmittel besteht. Diese Materialien werden mittels Siebdruck verarbeitet und auf der piezo-elektrischen Keramik 106 mehrere Male gestapelt. Die Fig. 27 zeigt einen Fall, bei dem die Elektrodenfilme in drei Bildungsvorgängen gestapelt werden. Gemäß Fig. 27 wird beim ersten Elektrodenfilmbildungsvorgang ein Elektrodenfilm 107-1 mittels Siebdruck auf der ganzen Fläche vom inneren Umfang zum äußeren Umfang hin ausgebildet. Beim zweiten Elektrodenfilmbildungsvorgang wird ein Elektrodenfilm 107-2 mittels Siebdruck auf den Elektrodenfilm 107-1 von einer Position, die um 3 mm vom inneren Umfang gegenüber dem äußeren Umfang zur äußeren Umfangskante hin versetzt ist. Beim dritten Elektrodenfilmbildungsvorgang wird ein Elektrodenfilm 107-3 mittels Siebdruck auf den Elektrodenfilm 107-2 an einer Position, die um 3 mm gegenüber der vorstehend beschriebenen Versatzposition zur äußeren Umfangskante hin versetzt ist. Nach dem Druckvorgang werden die ausgebildeten Filme bei einer Temperatur von ungefährt 800 ºC gebrannt. Infolgedessen können die Elektrodenfilme 107 erhalten werden, deren Gesamtdicke von der inneren Umfangsseite zur äußeren Umfangsseite hin sanft anwächst, wie in der Schnittansicht des piezo-elektrischen Elements gemäß Fig. 28 dargestellt ist.

Die Dicke des Elektrodenfilms ist wie vorstehend beschrieben. Um die Dicke des Elektrodenfilms zu ändern, muß lediglich das Siebdruckverfahren mehrmals ausgeführt werden. Wenn die Anzahl der Siebdruckvorgänge erhöht wird, erfordert dies beschwerliche Operationen, wobei Eckabschnitte der durch den Druckvorgang gebildeten Elektrodenfilme infolge des Brennvorgangs dazu neigen, gerundet zu werden. Wenn unter Verwendung von drei verschiedenen Sieben der Druckvorgang dreimal ausgeführt wurde, können feine Änderungen in der Dicke erhalten werden.

Zusätzlich zum vorstehenden Verfahren kann um die Dicke des Elektrodenfilms 107 zu ändern, die Dicke eines Kunststofffilms eines Siebs kontinuierlich geändert werden, um den Film mit einem einzigen Siebdruckvorgang auszubilden.

Die Erfinder untersuchten verschiedene Änderungen der Dicke zusätzlich zu diesem Ausführungsbeispiel. Jedoch ist die Dicke des Elektrodenfilms, der mittels Siebdruck ausgebildet wird, auf ein Minimum von 2 bis 3 µm begrenzt, wobei um eine feine Änderung in der Dicke vom inneren Umfangsabschnitt zum äußeren Umfangsabschnitt hin zur Verfügung zu stellen, muß der Siebdruckvorgang ungefähr dreimal ausgeführt werden. Aus diesem Grund ist die Dicke gemäß diesem Ausführungsbeispiel eine minimale Dicke des Elektrodenfilms 107, der durch ein Siebdruckverfahren ausgebildet werden kann.

Als ein Bildungsverfahren für den Elektrodenfilm 107 kann ein Metallablagerungsverfahren mehrere Male ausgeführt werden, indem Masken mit unterschiedlichen Größen wie beim Siebdruckverfahren verwendet werden.

Natürlich kann das piezo-elektrische Element 100, das auf diese Art ausgebildet wurde, im in Fig. 30 dargestellten Schwingungsbauteil verwendet werden.

Gemäß Fig. 29A kann ein geneigter Elektrodenfilm lediglich auf einer Seite ausgebildet werden oder, wie in Fig. 298 dargestellt ist, kann die piezo-elektrische Keramik 106 durch einen Bearbeitungsvorgang, einen Schleifvorgang oder einen Poliervorgang kegelförmig ausgebildet werden, wobei ein Elektrodenfilm mit einer gleichmäßigen Dicke derart ausgebildet werden kann, daß die Dicke des piezo-elektrischen Elements an sich von der inneren Umfangsseite zur äußeren Umfangsseite hin offensichtlich erhöht werden kann.

Wie vorstehend beschrieben kann gemäß der vorliegenden Erfindung eine auf das piezo-elektrische Element wirkende Druckbelastung gleichmäßig ausgebildet werden, wobei Risse, die sich im piezo-elektrischen Element bilden könnten, verhindert werden können.

Da die Druckbelastung gleichmäßig aufgebracht wird, kann das piezo-elektrische Element mit einer größeren Befestigungskraft befestigt werden.


Anspruch[de]

1. Schwingungsmotor mit einem ersten Schwingungsbauteil (2, 20) mit einer Bohrung, die auf der Längsachse des Motors angeordnet ist, einem zweiten Schwingungsbauteil (1) mit einer Bohrung, die auf dieser Achse angeordnet ist, wenigstens einem elektro-mechanischen Energieumwandlungsbauteil (3, 4; 106) mit einer Bohrung, die auf der Achse angeordnet und zwischen dem ersten und dem zweiten Schwingungsbauteil vorgesehen ist, und einer Befestigungseinrichtung (6) zum Befestigen des Umwandlungsbauteils unter Kompressionsdruck zwischen dem ersten Schwingungsbauteil und dem zweiten Schwingungsbauteil;

wobei das Umwandlungsbauteil zum Erzeugen einer Schwingungswelle im ersten und zweiten Schwingungsbauteil abhängig von einem dem Umwandlungsbauteil zugeführten elektrischen Signal dient, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine der Kontaktflächen zwischen dem ersten Schwingungsbauteil und dem Umwandlungsbauteil und zwischen dem Umwandlungsbauteil und dem zweiten Schwingungsbauteil als eine konkave Aussparung ausgebildet ist.

2. Schwingungsmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Umwandlungselemente (3, 4) mit flachen Kontaktflächen zwischen dem ersten und dem zweiten Schwingungsbauteil vorgesehen sind, wobei jedes Schwingungsbauteil eine konkave Kontaktfläche hat.

3. Schwingungsrnotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erste oder zweite Schwingungsbauteil zweigeteilt ausgebidet ist, von denen ein Teil deformierbar und mit der konkaven Aussparung versehen ist.

4. Schwingungsmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein einziges Umwandlungselement vorgesehen ist, das eine scheibenförmige piezo-elektrische Keramikschicht hat, die auf jeder Kontaktfläche mit einem Elektrodenfilm (107) versehen ist, wobei jeder Film die konkave Aussparung definiert.

5. Schwingungsmotor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die konkave Aussparung kegelsturnpfförrnig (107), gestuft (107- 1, 107-2, 107-3) ist, oder einen gewundenen Abschnitt (7) hat.

6. Schwingungsmotor nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Aussparung im ersten Schwingungsbauteil vorgesehen ist.

7. Schwingungsmotor nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Aussparung im zweiten Schwingungsbauteil vorgesehen ist.

8. Schwingungsmotor nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Aussparung im Umwandlungsbauteil vorgesehen ist.

9. Schwingungsmotor nach Anspruch 6, 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Aussparung eine Sphärenstumpfform hat.

10. Schwingungsmotor nach Anspruch 6, 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Aussparung eine gekrümmte Oberflächenform hat.

11. Schwingungsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigungseinrichtung zum Befestigen des ersten und zweiten Schwingungsbauteils und des wenigstens einen Umwandlungselements einen Schraubenbolzen (6) umfaßt, der sich durch eines der Schwingungsbauteile erstreckt und mit einem Gewinde in Eingriff ist, das in der Bohrung des anderen Schwingungselements vorgesehen ist.

12. Motor nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß ein Schwingungsbauteil ein elastisches Bauteil ist.

13. Motor nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß eines der Schwingungsbauteile (1) eine kegelstumpfförmige Fläche hat, die mit einer komplementären kegelstumpfförmigen Fläche eines Drehausgangsbauteils in Eingriff ist, wobei das Ausgangsbauteil durch die Wellenbewegung des einen Schwingungsbauteils antreibbar ist.

14. Objektivantriebssystem mit einem Motor nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei ein Objektivtubus über Zahnräder mittels des Motors angetrieben wird.

15. Fotoapparat mit einem Objektivantriebssystern nach Anspruch 14.







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