JP2000201488A - 駆動装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 駆動される部分の圧着圧が低い場合でも損失
ファクタを良好にすることができる駆動装置を提供す
る。 【解決手段】 ピエゾ素子と駆動される部分とを備えた
駆動装置であって、ピエゾ素子に対してプレロードが加
えられるようになっている形式のものにおいて、ピエゾ
素子２の、駆動される部分１０に向いた駆動側に、駆動
される部分１０とは異なった押圧エレメント４が、ピエ
ゾ素子２にプレロードを加えるために設けられている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ピエゾ素子と駆動
される部分とを備えた駆動装置であって、ピエゾ素子に
対してプレロードが加えられるようになっている形式の
ものに関する。

【０００２】

【従来の技術】種々異なった目的のための駆動装置とし
て、今日、電気モータ式の駆動装置の他に、ピエゾ素子
を使用した駆動装置もしばしば利用される。このような
形式の駆動装置は直線的な調節の場合には、例えば磁気
カード又はチップカード用の引込み装置又はスライドル
ーフ駆動装置として、又は回転式の駆動装置としても使
用される。このような駆動エレメントではピエゾクリス
タルが使用され、ピエゾクリスタルはその内部構造に基
づいて、相応な電気制御によって、プランジャ運動（St
oesselbewegung）、例えば円形運動又は楕円形運動を実
施することができる。駆動される部分にこのような駆動
エレメントを圧着させると、駆動される部分は相応に運
動させられる。

【０００３】原則的に、ピエゾ素子によっては、もたら
されるエネルギのうちの一部分しか機械的なエネルギに
変換することができない。そのための重要な損失ファク
タは、ピエゾ素子に機械的なプレロードをかけることに
よって減じられ得る。プレロードが増大するに連れて、
損失ファクタは小さくなる。このことには、運転中にお
けるピエゾ素子の加熱を減じることが関連しており、こ
の場合、得られるピエゾ素子の最大変位はこれによって
ほとんど影響されない。

【０００４】上記形式の従来の駆動エレメントは、駆動
される部分へのピエゾ駆動エレメントの圧着によってプ
レロードを生ぜしめている。これによって一方では駆動
エレメントのプレロードが得られ、かつ他方では、駆動
される部分の連行のために必要な摩擦が、駆動される部
分への駆動エレメントの圧着によって生ぜしめられる。
しかしながら駆動される部分への高い圧着圧は望まれて
いない。低い圧着圧が選択されると、従来は、相応に不
良の損失ファクタを甘受しなくてはならない。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ゆえに本発明の課題
は、冒頭に述べた形式の駆動装置を改良して、駆動され
る部分の圧着圧が低い場合でも損失ファクタを良好にす
ることができる駆動装置を提供することである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
に本発明の構成では、少なくともピエゾ素子の、駆動さ
れる部分に向いた駆動側に、駆動される部分とは異なっ
た押圧エレメントが、ピエゾ素子にプレロードを加える
ために設けられているようにした。

【０００７】本発明のその他の有利な構成は、請求項２
以下に記載されている。

【０００８】

【発明の効果】本発明による構成の背景を成す思想は、
ピエゾ素子のプレロードの機能と、駆動される部分への
駆動エレメントの圧着とを切り離すことにある。これに
よって、駆動される部分への駆動エレメントの圧着、つ
まり最大推進力もしくは駆動装置の速度にも作用する圧
着は、損失ファクタに影響するプレロードとは無関係に
変化可能になる。

【０００９】ピエゾ素子にプレロードをかけるために本
発明の有利な構成では、ピエゾ素子の、第１の押圧エレ
メントとは反対の側に、別の第２の押圧エレメントが設
けられており、このように構成されていると、ピエゾ素
子には両方の押圧エレメントの引き縮め又は押し縮めに
よってプレロードがかけられる。そのために、少なくと
も１つの緊張エレメントが押圧エレメントを緊張させる
ために設けられている。

【００１０】押圧エレメント及び緊張エレメントは、ピ
エゾ素子の可動性特にプレロード方向に対して横方向の
可動性をほとんど損なうことなしに、高いプレロードを
もって働く必要がある。撓み方向においてピエゾ素子は
完全に自由な可動性を維持することが望まれている。

【００１１】今日利用可能な材料選択に際しては、金属
製のエレメントが高いプレロードを得るために有利であ
り、この場合基本的には、必要な機械的な特性を有する
その他の形式の材料も、使用可能である。

【００１２】ピエゾ素子の、駆動側とは反対側に配置さ
れた第２の押圧エレメントは、例えば支承部によって形
成することができる。ピエゾ素子は、この支承部に組み
付けられ、そして押圧エレメントと緊張エレメントとに
よってこの支承部に押圧され、この場合支承部は、プレ
ロードのために必要な対抗圧をもたらす。

【００１３】本発明の別の有利な構成では、支承部とは
異なった押圧エレメントが使用される。これによって駆
動装置の支承部は、プレロードの形成とは無関係にな
り、したがって高いプレロードを受け止める必要もな
い。ゆえに支承台の構造は、押圧エレメントとしての機
能によって損なわれることはない。

【００１４】有利には単数又は複数の押圧エレメントが
押圧プレートとして形成されており、このようになって
いると、ピエゾ素子におけるプレロードを面で作用させ
ることができる。

【００１５】さらに別の有利な構成では、少なくとも１
つの緊張エレメントが、押圧エレメントの間において作
用する抗張エレメントとして形成されている。このよう
な抗張エレメントは、ピエゾ素子の両側に配置された押
圧エレメントに直接作用し、ゆえに、例えば押圧力を加
えかつ付加的に別の対応支承部を必要とする緊張エレメ
ントに比べて、構造的に著しく簡単に形成することがで
きる。

【００１６】本発明の別の構成では、このような緊張エ
レメントがピエゾ素子の相応な貫通部内に配置されてい
る。このような配置形式は、一方では、押圧エレメント
に緊張エレメントが中央で作用することによってプレロ
ードの均一な圧力分布を可能にし、かつ他方ではピエゾ
素子の外側におけるスペースを必要としない。

【００１７】駆動装置の別の構成では、押圧エレメント
がピエゾ素子を越えて側方に突出するように構成されて
おり、このように構成されていると、この突出部の領域
に押圧エレメントを引き縮めるための緊張エレメントを
配置することができる。

【００１８】本発明の別の有利な構成では、２つ又はそ
れ以上のピエゾ素子が、共通の１つ又は複数の押圧エレ
メントを備えている。例えば１つの共通の押圧プレート
は、互いに隣接して配置された複数のピエゾ素子の駆動
側にわたって延在している。この場合別の構成では、プ
レロードをもたらすための緊張エレメントが、２つのピ
エゾ素子の間に配置されており、２つ又はそれ以上のピ
エゾ素子のために１つの押圧エレメントを使用する場合
には、これら複数のピエゾ素子のために同時にプレロー
ドを生ぜしめることができる。

【００１９】また、プレロードをもたらすための緊張エ
レメントが、ピエゾ素子の撓み方向においてフレキシブ
ルな材料から製造されていると有利である。

【００２０】

【発明の実施の形態】次に図面を参照しながら本発明の
実施の形態を説明する。

【００２１】図１に示された駆動装置１は、支承台３に
載設されているピエゾ素子２を有している。このピエゾ
素子２には押圧プレート４が載設されている。支承台３
の雌ねじ山７には、抗張棒５がねじ山区分６で螺合され
ている。この抗張棒５は、ピエゾ素子２の内部に設けら
れた相応な孔を貫通している。抗張棒５には、ねじ山区
分６とは反対側において、ナット８が螺合されており、
このナット８は押圧プレート４を介して必要なプレロー
ド（Vorapannkraft）を生ぜしめる。さらに、推進力（V
ortriebskraft）を摩擦によって駆動すべき部分１０に
もたらすために、摩擦エレメント９が設けられている。

【００２２】ピエゾ素子２の内部構造によって、図示さ
れていないコンタクトエレメントにおける電流負荷を用
いてピエゾ素子２は、二重矢印Ｖの方向において往復運
動させられ、かつ摩擦エレメント９の領域で二重矢印Ｈ
の方向において撓み運動させられ得る。相応なモード同
期（Phasenkopplung）によって両方の運動Ｈ，Ｖを重畳
させることによって、例えば摩擦エレメント９の楕円形
の運動を生ぜしめることができ、この場合上死点の領域
において摩擦エレメント９は、運動させられる部分１０
に押し付けられ、この部分１０を連行して横方向運動さ
せる。この運動を繰り返すことによって、運動させられ
る部分１０のための直線的な運動が得られる。

【００２３】この直線駆動装置の速度は、一方ではもち
ろんこの周期的な運動の振動数もしくは周波数に関連し
ている。しかしながらまた他方では最大の推進速度（Vo
rtriebsgeschwindigkeit）は、摩擦エレメント９と駆動
すべき部分１０との間における接触時間に関連してい
る。運動方向Ｖに関した上死点の領域において、横方向
Ｈにおける推進速度は最大である。摩擦エレメント９に
対する駆動すべき部分１０の圧着力が小さい場合には、
上死点を中心にしたこの接触モード（Kontaktphase）の
角度領域は、圧着力が大きい場合に比べて小さい。これ
によって小さな圧着力の場合における最大推進速度は大
きくなるが、最大推進力は、摩擦が小さいことに基づい
て小さくなる。逆に圧着力が大きい場合では最大推進力
は大きくなるが、最大推進速度は減じられる。

【００２４】そしてこの調節は、摩擦エレメント９に対
する運動させられる部分１０の圧着圧とは無関係な、ピ
エゾ素子２のプレロードに基づいて、押圧プレート４及
び抗張棒５を用いて任意に調節可能である。駆動系にお
けるエネルギ損失を減じるために、圧着力の調節とは無
関係にプレロードは可能な限り高く選択することができ
る。

【００２５】図２に示された実施例はほぼ図１に示され
た実施例に相当しているが、図２の実施例では第２の押
圧プレート１１が支承台３とピエゾ素子２との間に配置
されている。したがってこの実施例における抗張棒５は
両押圧プレート４，１１の間に張設されている。この実
施例では支承台２はもはやピエゾ素子２のための押圧エ
レメントとしては働かない。この場合一方では、支承台
３の構造的な構成に関して大きな自由度が得られる。そ
れというのはこの場合、加えられるプレロードをもはや
考慮する必要がないからである。他方ではこの場合駆動
装置１は、組付け箇所である支承台３とは無関係であ
り、つまり支承台３から独立しており、かつプレロード
をかけられた別体のユニットとして扱うことができる。

【００２６】図３に示された実施例では、ピエゾ素子２
を越えて横方向に突出する突出部１３，１４を有する押
圧プレート１２が設けられている。ピエゾ素子２の両側
における２つの抗張棒１５，１６は、図１に示された実
施例同様、支承ブロック３に対して押圧プレート１２を
緊締させるために働き、この場合両抗張棒１５，１６は
対応する雌ねじ山１７，１８にねじ込まれている。緊締
のためにこの実施例でもそれぞれ１つのナット１９，２
０が設けられている。

【００２７】図４に示された実施例では第２の押圧プレ
ート２１が、支承ブロック３とピエゾクリスタル２との
間に配置されており、このピエゾクリスタル２はこの実
施例においても横方向に突出した突出部２２，２３を有
している。押圧プレート１２，２１は抗張棒１５，１６
を介して突出部１３，１４，２２，２３の領域において
緊締されている。この実施例では、図３に示された実施
例同様、ピエゾ素子２の側部において緊締が行われてお
り、この実施例でも、図２に示された実施例と同様に、
支承台３とは無関係な変化実施例が可能である。

【００２８】図５に示された実施例では２つのピエゾ素
子２４，２５が、押圧プレート２６及び抗張棒２７を用
いて支承台３に緊締されている。抗張棒２７はこの場合
ピエゾ素子２４，２５の間に位置しており、これによっ
て押圧プレート２６との関連において、ただ１つの抗張
棒２７によって２つのピエゾ素子に対して均等な圧力配
分を可能にしている。プレロードはこの実施例でも、抗
張棒２７に螺合されたナット２８を介して生ぜしめられ
る。図６に示された実施例は図５に示された駆動ユニッ
トとは異なり、第２の押圧プレート２９を有しており、
その結果この実施例においても、複数のピエゾ素子２
４，２５とただ１つの抗張棒２７とを備えた装置を、支
承台３とは無関係に緊締すること及び取り扱うことがで
きる。

【００２９】図５及び図６に示された実施例では両ピエ
ゾ素子２４，２５は摩擦エレメント３０，３１を有して
おり、これによって駆動される部分１０に対してもたら
される最大推進力が相応に何倍にも増される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による駆動装置の第１実施例を示す図で
ある。

【図２】図１に示された駆動装置の変化実施例を示す図
である。

【図３】本発明による駆動装置の別の実施例を示す図で
ある。

【図４】図３に示された駆動装置の変化実施例を示す図
である。

【図５】本発明による駆動装置のさらに別の実施例を示
す図である。

【図６】図５に示された駆動装置の変化実施例を示す図
である。

【符号の説明】

１ 駆動装置、 ２ ピエゾ素子、 ３ 支承台、 ４
押圧プレート、 ５抗張棒、 ６ ねじ山区分、 ７
雌ねじ山、 ８ ナット、 ９ 摩擦エレメント、
１０ 部分、 １２ 押圧プレート、 １５，１６ 抗
張棒、 １７，１８ 雌ねじ山、 １９，２０ ナッ
ト、 ２１ 押圧プレート、 ２２，２３ 突出部、
２４，２５ ピエゾ素子、 ２６ 押圧プレート、 ２
７ 抗張棒、 ２８ ナット、 ２９ 押圧プレート、
３０，３１ 摩擦エレメント

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 クラウス−ペーター シュモル ドイツ連邦共和国 レーレンシュタインス フェルト リヒャルト−ヴァーグナー−シ ュトラーセ ３ (72)発明者 ペーター レーバイン ドイツ連邦共和国 ディッツィンゲン イ ム ブレヒロッホ ５

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ピエゾ素子と駆動される部分とを備えた
   駆動装置であって、ピエゾ素子に対してプレロードが加
   えられるようになっている形式のものにおいて、ピエゾ
   素子（２）の、駆動される部分（１０）に向いた駆動側
   に、駆動される部分（１０）とは異なった押圧エレメン
   ト（４）が、ピエゾ素子（２）にプレロードを加えるた
   めに設けられていることを特徴とする駆動装置。
2. 【請求項２】 ピエゾ素子（２）の、第１の押圧エレメ
   ント（４）とは反対の側に、第２の押圧エレメント
   （３，１１）が配置されており、少なくとも１つの緊張
   エレメント（５）が押圧エレメント（３，４，１１）を
   緊張させるために設けられている、請求項１記載の駆動
   装置。
3. 【請求項３】 ピエゾ素子（２）の、第１の押圧エレメ
   ント（４）とは反対の側に配置された支承部（３）が、
   第２のプレロードエレメントとして働く、請求項１又は
   ２記載の駆動装置。
4. 【請求項４】 第２の押圧エレメント（１１）が支承部
   （３）とは異なっている、請求項１又は２記載の駆動装
   置。
5. 【請求項５】 少なくとも１つの押圧エレメント（４，
   １１）が押圧プレートとして形成されている、請求項１
   から４までのいずれか１項記載の駆動装置。
6. 【請求項６】 少なくとも１つの緊張エレメント（５）
   が、押圧エレメント（３，４，１１）の間において作用
   する抗張エレメントとして形成されている、請求項１か
   ら５までのいずれか１項記載の駆動装置。
7. 【請求項７】 少なくとも１つの緊張エレメント（５）
   がピエゾ素子（２）を貫通している、請求項１から６ま
   でのいずれか１項記載の駆動装置。
8. 【請求項８】 押圧エレメント（３，１２，２１）がピ
   エゾ素子を越えて側方に突出しており、かつ少なくとも
   １つの緊張エレメント（１５，１６）が突出部（１３，
   １４，２２，２３）の領域に設けられている、請求項１
   から７までのいずれか１項記載の駆動装置。
9. 【請求項９】 ２つ又はそれ以上のピエゾ素子（２４，
   ２５）が、共通の１つの押圧エレメント（２６）を備え
   ている、請求項１から８までのいずれか１項記載の駆動
   装置。
10. 【請求項１０】 少なくとも１つの緊張エレメント（２
    ７）が、２つのピエゾ素子（２４，２５）の間に配置さ
    れている、請求項１から９までのいずれか１項記載の駆
    動装置。
11. 【請求項１１】 横方向（Ｈ）においてフレキシブルな
    緊張エレメント（５，１５，１６，２７）が設けられて
    いる、請求項１から１０までのいずれか１項記載の駆動
    装置。