DE102004015638A1

DE102004015638A1 - Betätigungsvorrichtung und elektrisches Gerät

Info

Publication number: DE102004015638A1
Application number: DE102004015638A
Authority: DE
Inventors: Osamu Suwa Miyazawa
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2003-04-03
Filing date: 2004-03-31
Publication date: 2004-12-02
Also published as: TWI271025B; TW200427206A; US20040256957A1; CN1543050B; US7193353B2; CN1543050A; JP2004320980A

Abstract

Eine Betätigungsvorrichtung (1) der vorliegenden Erfindung enthält ein angetriebenes Element (5) mit einem Bildaufnahmeelement und einem berührten Element, einen Rahmen (4), der das angetriebene Element (5) drehbar haltert, und einen Ultraschallmotor. Der Ultraschallmotor enthält ein Vibrationselement (6). Das Vibrationselement (6) enthält ein erstes piezoelektronisches Element, das sich bei Anlegen einer Wechselspannung ausdehnt und zusammenzieht, eine Verstärkungsplatte, welche einen Berührungsteil (66) und einen Armteil aufweist, und ein zweites piezoelektrisches Element, das sich bei Anlegen einer Wechselspannung ausdehnt und zusammenzieht. Das erste piezoelektrische Element, die Verstärkungsplatte und das zweite piezoelektrische Element sind in dieser Reihenfolge geschichtet. Das Vibrationselement (6) ist in einem Zustand, in welchem der Berührungsteil (66) an das berührte Element (51) stößt, fest am Rahmen (4) angebracht. Ferner wird bei der Betätigungsvorrichtung (1) das angetriebene Element (5) durch eine Schwingung des Vibrationselements (6) über das berührte Element (51) angetrieben, so dass es sich bezüglich des Rahmens (4) dreht.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Betätigungsvorrichtung und ein elektrisches Instrument.
STAND DER TECHNIK
Bisher sind Betätigungsvorrichtungen, die ein angetriebenes Element wie eine schwenk- und kippbare Zoom-Kamera oder dergleichen antreiben, bekannt. In einem solchen Ultraschallmotor ist eine in einer Website (URL: httpa/www.viwemedia.co.ip/kikilvcc4.htm (nur japanisch)) beschriebene Technologie als die obenerwähnte Technologie bekannt.
In herkömmlichen Betätigungsvorrichtungen besteht jedoch ein Problem darin, dass die gesamte Vorrichtung recht groß wird, da ein Antriebsmechanismus des angetriebenen Elements aus einem großen Motor wie einem elektromagnetischen Motor aufgebaut ist.
KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, eine Betätigungsvorrichtung und ein elektrisches Instrument zu schaffen, die eine Größe der gesamten Vorrichtung minimieren können.
Zur Lösung der vorstehend genannten Aufgabe ist die vorliegende Erfindung in einem Aspekt der Erfindung auf eine Betätigungsvorrichtung gerichtet. In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält die Betätigungsvorrichtung:
ein angetriebenes Element (insbesondere ein angetriebenes Element mit einem Bildaufnahmeelement);
einen Rahmen, der das angetriebene Element drehbar haltert;
ein berührtes Element, welches bezüglich des angetriebenen Elements feststehend ist; und
ein Vibrationselement, welches ein erstes piezoelektrisches Element, das sich bei Anlegen einer Wechselspannung ausdehnt und zusammenzieht, eine Verstärkungsplatte, welche einen Berührungsteil und einen Armteil aufweist, und ein zweites piezoelektrisches Element, das sich bei Anlegen einer Wechselspannung ausdehnt und zusammenzieht, enthält, wobei das erste piezoelektrische Element, die Verstärkungsplatte und das zweite piezoelektrische Element in dieser Reihenfolge geschichtet sind und der Berührungsteil des Vibrationselements an das berührte Element stößt;
wobei das Vibrationselement über das berührte Element Leistung auf das angetriebene Element überträgt, um das angetriebene Element zu drehen.
Gemäß dieser Erfindung ist es, da ein Betätigungsmechanismus für das angetriebene Element, insbesondere ein Betätigungsmechanismus für ein angetriebenes Element, das eine Bildaufnahmeeinrichtung (Bildaufnahmeeinheit) ist, unter Verwendung eines Ultraschallmotors mit einem geschichteten Aufbau ausgeführt ist, möglich, die gesamte Vorrichtung kleiner und dünner zu machen.
Insbesondere ist es, da das Vibrationselement so ausgeführt ist, dass das erste piezoelektrische Element, das sich bei Anlegen einer Wechselspannung ausdehnt und zusammenzieht, die Verstärkungsplatte, welche einen Berührungsteil und einen Armteil aufweist, und das zweite piezoelektrische Element, das sich bei Anlegen einer Wechselspannung ausdehnt und zusammenzieht, in dieser Reihenfolge geschichtet sind, möglich, durch Anlegen einer niedrigen Spannung an das Vibrationselement eine große Antriebskraft und eine hohe Antriebsgeschwindigkeit zu erzielen. Ferner ist es, da das Vibrationselement mittels der Ausdehnung und Zusammenziehung seiner in derselben Ebene liegenden Richtung antreibt, möglich, den Antriebswirkungsgrad extrem zu steigern (zu erhöhen).
Bei der Betätigungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung ist es vorzuziehen, dass das berührte Element fest am angetriebenen Element angebracht ist.
Ferner ist es der Betätigungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung vorzuziehen, dass das Vibrationselement fest am Rahmen angebracht ist.
Bei der Betätigungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung enthält die Betätigungsvorrichtung vorzugsweise ferner eine Einrichtung zum Stoßen entweder des berührten Elements oder des Vibrationselements zum jeweils anderen Element hin.
Dies gestattet es, eine größere (höhere) Antriebskraft zu erzielen, und deshalb ist es möglich, das angetriebene Element sicherer zu drehen (anzutreiben).
Bei der Betätigungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung ist die Stoßeinrichtung vorzugsweise dafür ausgelegt, das berührte Element zum Vibrationselement hin zu stoßen.
Ferner ist es bei der Betätigungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung vorzuziehen, dass das Vibrationselement einen dünnen, plattenförmigen Aufbau aufweist und dass das berührte Element und das Vibrationselement im wesentlichen in derselben Ebene angeordnet sind.
Bei dieser Erfindung ist es, da das berührte Element und das Vibrationselement im wesentlichen in derselben Ebene angeordnet sind, möglich, den Antriebsmechanismus des angetriebenen Elements in einer Ebene zu bilden. Insbesondere in dem Fall, in welchem das Vibrationselement einen ebenen Aufbau aufweist, ist es möglich, die gesamte Vorrichtung dünner zu machen, weil der Antriebsmechanismus noch dünner gemacht werden kann.
Bei der Betätigungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung ist es vorzuziehen, dass das angetriebene Element eine Seitenfläche aufweist und dass der Rahmen eine der Seitenfläche des angetriebenen Elements über einen dazwischenliegenden Spalt hinweg gegenüberliegende Wandinnenfläche aufweist und dass das berührte Element und das Vibrationselement innerhalb des Spalts angeordnet sind.
Gemäß dieser Erfindung ist es möglich, den Antriebsmechanismus des angetriebenen Elements innerhalb des Spalts zwischen dem berührten Element und dem Rahmen zu bilden. Dies gestattet es, die Breite der Betätigungsvorrichtung zu minimieren.
Bei der Betätigungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung ist vorzugsweise das Vibrationselement so, dass seine Längsrichtung parallel zur Querrichtung des Rahmens liegt, angeordnet und das berührte Element auf einer Linie in Verlängerung der Längsrichtung des Vibrationselements angeordnet.
Somit ist es möglich, eine Dicke der Betätigungsvorrichtung zu minimieren, da die Längsrichtung des Vibrationselements auf die Querrichtung der Betätigungsvorrichtung gerichtet ist und das Vibrationselement und das berührte Element in einer Linie angeordnet sind.
Bei der Betätigungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung sind das berührte Element und das Vibrationselement vorzugsweise so angeordnet, dass sie, in der Draufsicht der Betätigungsvorrichtung gesehen, einander überlappen.
Dies gestattet es, die Breite der Betätigungsvorrichtung zu minimieren.
Ferner weist die Betätigungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung vorzugsweise einen Verlangsamungsmechanismus zwischen dem berührten Element und dem angetriebenen Element auf.
Dies gestattet es, das angetriebene Element mit einem großen Drehmoment anzutreiben.
In einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält die Betätigungsvorrichtung:
ein angetriebenes Element (insbesondere ein angetriebenes Element mit einem Bildaufnahmeelement);
einen ersten Rahmen, in welchem das angetriebene Element untergebracht ist;
einen zweiten Rahmen, der den ersten Rahmen drehbar haltert;
ein berührtes Element, welches bezüglich des ersten Rahmens feststehend ist; und
ein Vibrationselement, welches ein erstes piezoelektrisches Element, das sich bei Anlegen einer Wechselspannung ausdehnt und zusammenzieht, eine Verstärkungsplatte, welche einen Berührungsteil und einen Armteil aufweist, und ein zweites piezoelektrisches Element, das sich bei Anlegen einer Wechselspannung ausdehnt und zusammenzieht, enthält, wobei das erste piezoelektrische Element, die Verstärkungsplatte und das zweite piezoelektrische Element in dieser Reihenfolge geschichtet sind und der Berührungsteil des Vibrationselements an das berührte Element stößt;
wobei das Vibrationselement über das berührte Element Leistung auf den ersten Rahmen überträgt, um den ersten Rahmen zu drehen.
Gemäß dieser Erfindung ist es, da ein Betätigungsmechanismus für das angetriebene Element (insbesondere für eine Bildaufnahmeeinrichtung (Bildaufnahmeeinheit)) unter Verwendung eines Ultraschallmotors mit einem geschichteten Aufbau ausgeführt ist, möglich, die gesamte Vorrichtung kleiner und dünner zu machen.
Insbesondere ist es, da das Vibrationselement so ausgeführt ist, dass das erste piezoelektrische Element, das sich bei Anlegen einer Wechselspannung ausdehnt und zusammenzieht, die Verstärkungsplatte, welche einen Berührungsteil und einen Armteil aufweist, und das zweite piezoelektrische Element, das sich bei Anlegen einer Wechselspannung ausdehnt und zusammenzieht, in dieser Reihenfolge geschichtet sind, möglich, durch Anlegen einer niedrigen Spannung an das Vibrationselement eine große Antriebskraft und eine hohe Antriebsgeschwindigkeit zu erzielen. Ferner ist es, da das Vibrationselement mittels der Ausdehnung und Zusammenziehung seiner in derselben Ebene liegenden Richtung antreibt, möglich, den Antriebswirkungsgrad extrem zu steigern (zu erhöhen).
Bei der Betätigungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung ist es vorzuziehen, dass das angetriebene Element drehbar im ersten Rahmen gelagert ist und daß das angetriebene Element und der erste Rahmen jeweils Drehachsen haben, bei welchen eine Axialrichtung der Drehachse des angetriebenen Elements bezüglich des ersten Rahmens von derjenigen des ersten Rahmens bezüglich des zweiten Rahmens verschieden ist.
Somit ist es, da das angetriebene Element sich bezüglich des ersten Rahmens dreht und der erste Rahmen sich bezüglich des zweiten Rahmens dreht, möglich, einen schwenk- und kippbaren Mechanismus zu schaffen, in welchem das angetriebene Element sich in einer gewünschten Richtung bezüglich des zweiten Rahmens bewegt (gegenüberliegt).
Bei der Betätigungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung steht die Drehachse des angetriebenen Elements bezüglich des ersten Rahmens vorzugsweise im wesentlichen senkrecht zu derjenigen des ersten Rahmens bezüglich des zweiten Rahmens.
Somit ist es, da das angetriebene Element sich bezüglich des ersten Rahmens dreht und der erste Rahmen sich bezüglich des zweiten Rahmens dreht, möglich, einen schwenk- und kippbaren Mechanismus zu schaffen, bei welchem das angetriebene Element sich in einer gewünschten Richtung bezüglich des zweiten Rahmens bewegt (gegenüberliegt).
Bei der Betätigungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung ist es vorzuziehen, dass das Vibrationselement einen dünnen, plattenförmigen Aufbau aufweist und dass das berührte Element und das Vibrationselement im wesentlichen in derselben Ebene angeordnet sind.
Bei dieser Erfindung ist es, da das berührte Element und das Vibrationselement im wesentlichen in derselben Ebene angeordnet sind, möglich, den Antriebsmechanismus des angetriebenen Elements in einer Ebene zu bilden. Insbesondere in dem Fall, in welchem das Vibrationselement einen ebenen Aufbau aufweist, ist es möglich, die gesamte Vorrichtung dünner zu machen, weil der Antriebsmechanismus noch dünner gemacht werden kann.
Bei der Betätigungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung ist es vorzuziehen, dass das erste Rahmen eine Seitenfläche aufweist und dass der zweite Rahmen eine der Seitenfläche des ersten Rahmens über einen dazwischenliegenden Spalt hinweg gegenüberliegende Wandinnenfläche aufweist und dass das berührte Element und das Vibrationselement innerhalb des Spalts angeordnet sind.
Dies gestattet es, die Breite der Betätigungsvorrichtung zu minimieren.
Bei der Betätigungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung ist es vorzuziehen, dass der erste Rahmen einen Unterteil aufweist und dass der zweite Rahmen eine Wandinnenfläche und eine Bodeninnenfläche aufweist, dass das berührte Element und das Vibrationselement innerhalb eines durch den Unterteil des ersten Rahmens und die Wandinnenfläche und die Bodeninnenfläche des zweiten Rahmens definierten Raums angeordnet sind und dass das Vibrationselement und das berührte Element über den Unterteil des ersten Rahmens Leistung auf den ersten Rahmen übertragen.
Vorzugsweise weist die Betätigungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung einen Verlangsamungsmechanismus zwischen dem berührten Element und dem ersten Rahmen auf.
Dies gestattet es, den ersten Rahmen mit einem großen Drehmoment anzutreiben.
Bei der Betätigungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung ist es vorzuziehen, dass das berührte Element ein Zahnrad aufweist und dass der erste Rahmen Zahnnuten aufweist, so dass die Zahnnuten mit dem Zahnrad in Eingriff stehen, so dass das berührte Element die Leistung des Vibrationselements über das Zahnrad und die Zahnnuten auf den ersten Rahmen überträgt.
Bei der Betätigungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung ist es vorzuziehen, dass das berührte Element fest am ersten Rahmen angebracht ist.
Bei der Betätigungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung ist es vorzuziehen, dass das berührte Element fest am zweiten Rahmen angebracht ist.
Bei der Betätigungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung ist das Vibrationselement vorzugsweise fest am ersten Rahmen angebracht, so dass es sich zusammen mit dem ersten Rahmen dreht.
Bei der Betätigungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung ist es vorzuziehen, dass die Wandinnenfläche des zweiten Rahmens das berührte Element bildet und dass das Vibrationselement an die Wandinnenfläche des zweiten Rahmens stößt, um seine Schwingung auf die Wandinnenfläche zu übertragen und eine Reaktionskraft von der Wandinnenfläche zu erfahren, so dass der erste Rahmen zusammen mit dem Vibrationselement durch die Reaktionskraft gedreht wird.
In noch einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält die Betätigungsvorrichtung:
ein angetriebenes Element (insbesondere ein angetriebenes Element mit einem Bildaufnahmeelement);
einen ersten Rahmen, der das angetriebene Element drehbar haltert;
ein erstes berührtes Element, welches bezüglich des angetriebenen Elements feststehend ist;
ein erstes Vibrationselement, welches ein erstes piezoelektrisches Element, das sich bei Anlegen einer Wechselspannung ausdehnt und zusammenzieht, eine Verstärkungsplatte, welche einen Berührungsteil und einen Armteil aufweist, und ein zweites piezoelektrisches Element, das sich bei Anlegen einer Wechselspannung ausdehnt und zusammenzieht, enthält, wobei das erste piezoelektrische Element, die Verstärkungsplatte und das zweite piezoelektrische Element des ersten Vibrationselements in dieser Reihenfolge geschichtet sind und der Berührungsteil des ersten Vibrationselements an das erste berührte Element stößt;
einen zweiten Rahmen, der den ersten Rahmen drehbar haltert;
ein zweites berührtes Element, welches bezüglich des ersten Rahmens feststehend ist; und
ein zweites Vibrationselement, welches ein erstes piezoelektrisches Element, das sich bei Anlegen einer Wechselspannung ausdehnt und zusammenzieht, eine Verstärkungsplatte, welche einen Berührungsteil und einen Armteil aufweist, und ein zweites piezoelektrisches Element, das sich bei Anlegen einer Wechselspannung ausdehnt und zusammenzieht, enthält, wobei das erste piezoelektrische Element, die Verstärkungsplatte und das zweite piezoelektrische Element des zweiten Vibrationselements in dieser Reihenfolge geschichtet sind und der Berührungsteil des zweiten Vibrationselements an das zweite berührte Element stößt;
wobei das erste Vibrationselement über das erste berührte Element Leistung auf das angetriebene Element überträgt, um das angetriebene Element bezüglich des ersten Rahmens zu drehen, und das zweite Vibrationselement über das zweite berührte Element Leistung auf den ersten Rahmen überträgt, um den ersten Rahmen bezüglich des zweiten Rahmens zu drehen.
Gemäß dieser Erfindung ist es, da ein Betätigungsmechanismus für das angetriebene Element (insbesondere für eine Bildaufnahmeeinrichtung (Bildaufnahmeeinheit)) unter Verwendung eines Ultraschallmotors mit einem geschichteten Aufbau ausgeführt ist, möglich, die gesamte Vorrichtung kleiner und dünner zu machen.
Ferner ist es, da das angetriebene Element sich bezüglich des ersten Rahmens dreht und der erste Rahmen sich bezüglich des zweiten Rahmens dreht, möglich, einen schwenk- und kippbaren Mechanismus zu schaffen, in welchem das angetriebene Element sich in einer gewünschten Richtung bezüglich des zweiten Rahmens bewegt (gegenüberliegt).
Insbesondere ist es, da jedes der Vibrationselemente so ausgeführt ist, dass das erste piezoelektrische Element, das sich bei Anlegen einer Wechselspannung ausdehnt und zusammenzieht, die Verstärkungsplatte, welche einen Berührungsteil und einen Armteil aufweist, und das zweite piezoelektrische Element, das sich bei Anlegen einer Wechselspannung ausdehnt und zusammenzieht, in dieser Reihenfolge geschichtet sind, möglich, durch Anlegen einer niedrigen Spannung an das Vibrationsele ment eine große Antriebskraft und eine hohe Antriebsgeschwindigkeit zu erzielen. Ferner ist es, da das Vibrationselement mittels der Ausdehnung und Zusammenziehung seiner in derselben Ebene liegenden Richtung antreibt, möglich, den Antriebswirkungsgrad extrem zu steigern (zu erhöhen).
Bei der Betätigungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung ist es vorzuziehen, dass das erste berührte Element fest am angetriebenen Element angebracht ist.
Bei der Betätigungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung ist es vorzuziehen, dass das erste Vibrationselement fest am ersten Rahmen angebracht ist.
Bei der Betätigungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung ist es vorzuziehen, dass das zweite berührte Element fest am ersten Rahmen angebracht ist.
Bei der Betätigungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung ist es vorzuziehen, dass das zweite Vibrationselement fest am zweiten Rahmen angebracht ist.
Bei der Betätigungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung ist es vorzuziehen, dass das zweite berührte Element fest am zweiten Rahmen angebracht ist.
Bei der Betätigungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung ist es vorzuziehen, dass das zweite Vibrationselement fest am ersten Rahmen angebracht ist.
Vorzugsweise weisen bei der Betätigungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung das angetriebene Element und der erste Rahmen jeweils Drehachsen auf, bei welchen eine Axialrichtung der Drehachse des angetriebenen Elements bezüglich des ersten Rahmens verschieden von derjenigen des ersten Rahmens bezüglich des zweiten Rahmens ist.
Bei der Betätigungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung ist vorzugsweise die Drehachse des angetriebenen Elements bezüglich des ersten Rahmens im wesentlichen senkrecht zu derjenigen des ersten Rahmens bezüglich des zweiten Rahmens.
In einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die vorliegende Erfindung auf ein elektrisches Instrument gerichtet. In einer Ausführungsform verfügt das elektrische Instrument über eine Betätigungsvorrichtung. Die Betätigungsvorrichtung enthält:
ein angetriebenes Element;
einen Rahmen, der das angetriebene Element drehbar haltert;
ein berührtes Element, welches bezüglich des angetriebenen Elements feststehend ist; und
ein Vibrationselement, welches ein erstes piezoelektrisches Element, das sich bei Anlegen einer Wechselspannung ausdehnt und zusammenzieht, eine Verstärkungsplatte, welche einen Berührungsteil und einen Armteil aufweist, und ein zweites piezoelektrisches Element, das sich bei Anlegen einer Wechselspannung ausdehnt und zusammenzieht, enthält, wobei das erste piezoelektrische Element, die Verstärkungsplatte und das zweite piezoelektrische Element in dieser Reihenfolge geschichtet sind und der Berührungsteil des Vibrationselements an das berührte Element stößt;
wobei das Vibrationselement über das berührte Element Leistung auf das angetriebene Element überträgt, um das angetriebene Element zu drehen.
In einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein elektrisches Instrument mit einer Betätigungsvorrichtung ausgestattet. Die Betätigungsvorrichtung enthält:
ein angetriebenes Element;
einen ersten Rahmen, in welchem das angetriebene Element untergebracht ist;
einen zweiten Rahmen, der den ersten Rahmen drehbar haltert;
ein berührtes Element, welches bezüglich des ersten Rahmens feststehend ist; und
ein Vibrationselement, welches ein erstes piezoelektrisches Element, das sich bei Anlegen einer Wechselspannung ausdehnt und zusammenzieht, eine Verstärkungsplatte, welche einen Berührungsteil und einen Armteil aufweist, und ein zweites piezoelektrisches Element, das sich bei Anlegen einer Wechselspannung ausdehnt und zusammenzieht, enthält, wobei das erste piezoelektrische Element, die Verstärkungsplatte und das zweite piezoelektrische Element in dieser Reihenfolge geschichtet sind und der Berührungsteil des Vibrationselements an das berührte Element stößt;
wobei das Vibrationselement über das berührte Element Leistung auf den ersten Rahmen überträgt, um den ersten Rahmen zu drehen.
In noch einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein elektrisches Instrument mit einer Betätigungsvorrichtung ausgestattet. Die Betätigungsvorrichtung enthält:
ein angetriebenes Element;
einen ersten Rahmen, der das angetriebene Element drehbar haltert;
ein erstes berührtes Element, welches bezüglich des angetriebenen Elements feststehend ist;
ein erstes Vibrationselement, welches ein erstes piezoelektrisches Element, das sich bei Anlegen einer Wechselspannung ausdehnt und zusammenzieht, eine Verstärkungsplatte, welche einen Berührungsteil und einen Armteil aufweist, und ein zweites piezoelektrisches Element, das sich bei Anlegen einer Wechselspannung ausdehnt und zusammenzieht, enthält, wobei das erste piezoelektrische Element, die Verstärkungsplatte und das zweite piezoelektrische Element des ersten Vibrationselements in dieser Reihenfolge geschichtet sind und der Berührungsteil des ersten Vibrationselements an das erste berührte Element stößt;
einen zweiten Rahmen, der den ersten Rahmen drehbar haltert;
ein zweites berührtes Element, welches bezüglich des ersten Rahmens feststehend ist; und
ein zweites Vibrationselement, welches ein erstes piezoelektrisches Element, das sich bei Anlegen einer Wechselspannung ausdehnt und zusammenzieht, eine Verstärkungsplatte, welche einen Berührungsteil und einen Armteil aufweist, und ein zweites piezoelektrisches Element, das sich bei Anlegen einer Wechselspannung ausdehnt und zusammenzieht, enthält, wobei das erste piezoelektrische Element, die Verstärkungsplatte und das zweite piezoelektrische Element des zweiten Vibrationselements in dieser Reihenfolge geschichtet sind und der Berührungsteil des zweiten Vibrationselements an das zweite berührte Element stößt;
wobei das erste Vibrationselement über das erste berührte Element Leistung auf das angetriebene Element überträgt, um das angetriebene Element bezüglich des ersten Rahmens zu drehen, und das zweite Vibrationselement über das zweite berührte Element Leistung auf den ersten Rahmen überträgt, um den ersten Rahmen bezüglich des zweiten Rahmens zu drehen.
Gemäß diesen elektrischen Instrumenten ist es möglich, Effekte ähnlich demjenigen der obenerwähnten Betätigungsvorrichtungen zu erzielen.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die bevorzugten Ausführungsformen eines Ultraschallmotors, einer Betätigungsvorrichtung, einer optischen Vorrichtung und eines elektrischen Instruments sind im folgenden anhand der beigefügten Zeichnungen beschrieben.
1 ist eine perspektivische Ansicht, welche eine Betätigungsvorrichtung in einer ersten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
2 ist eine Draufsicht, welche die in 1 gezeigte Betätigungsvorrichtung veranschaulicht.
3 ist eine Schnittansicht entlang der Linie B-B der in 2 gezeigten Betätigungsvorrichtung.
4 ist eine Schnittansicht, welche ein in 1 gezeigtes optisches System und ein in 1 gezeigtes angetriebenes Element veranschaulicht.
5 ist eine erläuternde Zeichnung, welche eine Funktionsweise der Betätigungsvorrichtung in der ersten Ausführungsform zeigt.
6 ist eine perspektivische Ansicht des in 1 gezeigten Vibrationselements.
7 ist eine erläuternde Zeichnung, welche eine Funktionsweise des in 6 gezeigten Vibrationselements zeigt.
8 ist eine erläuternde Zeichnung, welche eine Funktionsweise des in 6 gezeigten Vibrationselements zeigt.
9 ist ein Blockschaltbild, welches eine Durchschaltschaltung des Vibrationselements veranschaulicht.
10 ist eine perspektivische Ansicht eines Vibrationselements einer Betätigungsvorrichtung in einer zweiten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung.
11 ist ein Blockschaltbild, welches die Schaltung der Betätigungsvorrichtung in der zweiten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
12 ist eine perspektivische Ansicht, welche ein Vibrationselement der Betätigungsvorrichtung in einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
13 ist eine Draufsicht, welche einen Schwingungszustand des in 12 gezeigten Vibrationselements zeigt.
14 ist eine Draufsicht, welche einen Schwingungszustand des in 12 gezeigten Vibrationselements zeigt.
15 ist eine perspektivische Ansicht, welche eine Variante des Vibrationselements veranschaulicht.
16 ist eine Draufsicht, welche einen Schwingungszustand des in 15 gezeigten Vibrationselements veranschaulicht.
17 ist ein Diagramm, welches elektrische Eigenschaften des Vibrationselements zeigt.
18 ist eine Draufsicht, welche eine Betätigungsvorrichtung in einer vierten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
19 ist eine perspektivische Ansicht, welche eine Variante des in 18 gezeigten Vibrationselements veranschaulicht.
20 ist eine perspektivische Ansicht, welche eine Variante des Vibrationselements veranschaulicht.
21 ist eine perspektivische Ansicht, welche eine Variante des Vibrationselements veranschaulicht.
22 ist eine Draufsicht, welche einen Ultraschallmotor in einer fünften Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
23 ist eine Schnittansicht eines Hauptteils einer Betätigungsvorrichtung in einer siebten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung.
24 ist eine Schnittansicht eines Hauptteils einer Betätigungsvorrichtung in einer achten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung.
25 ist eine erläuternde Zeichnung, welche eine Funktionsweise der in 24 gezeigten Betätigungsvorrichtung zeigt.
26 ist eine perspektivische Ansicht, welche eine Betätigungsvorrichtung in einer neunten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
27 ist eine Draufsicht, welche die in 26 gezeigte Betätigungsvorrichtung veranschaulicht.
28 ist eine Schnittansicht entlang der Linie B-B der in 27 gezeigten Betätigungsvorrichtung.
29 ist eine Schnittansicht, welche eine Variante der in 26 gezeigten Betätigungsvorrichtung veranschaulicht.
30 ist eine Draufsicht, welche eine Betätigungsvorrichtung in einer zehnten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
31 ist eine Schnittansicht entlang der Linie C-C der in 30 gezeigten Betätigungsvorrichtung.
32 ist eine erläuternde Zeichnung, welche eine Funktionsweise der in 30 gezeigten Betätigungsvorrichtung zeigt.
33 ist eine Schnittansicht einer Seitenfläche einer Betätigungsvorrichtung in einer elften Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung.
34 ist eine Schnittansicht entlang der Linie D-D der in 34 gezeigten Betätigungsvorrichtung.
35 ist eine Schnittansicht, welche eine Variante der in 33 gezeigten Betätigungsvorrichtung veranschaulicht.
36 ist eine Schnittansicht einer Seitenfläche einer Betätigungsvorrichtung in einer zwölften Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung.
37 ist eine Schnittansicht entlang der Linie E-E der in 36 gezeigten Betätigungsvorrichtung.
38 ist eine Schnittansicht einer Seitenfläche einer Betätigungsvorrichtung in einer dreizehnten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung.
39 ist eine Schnittansicht entlang der Linie F-F der in 38 gezeigten Betätigungsvorrichtung.
40 ist eine Schnittansicht einer Seitenfläche einer Betätigungsvorrichtung in einer vierzehnten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung.
41 ist eine Schnittansicht entlang der Linie G-G der in 40 gezeigten Betätigungsvorrichtung.
42 ist eine Schnittansicht, welche eine Variante der in 40 gezeigten Betätigungsvorrichtung veranschaulicht.
43 ist eine Schnittansicht einer Seitenfläche einer Betätigungsvorrichtung in einer fünfzehnten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung.
BEVORZUGTE AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG
Die bevorzugten Ausführungsformen einer Betätigungsvorrichtung und eines elektrischen Instruments der vorliegenden Erfindung sind im folgenden anhand der beigefügten Zeichnungen beschrieben. In dieser Hinsicht ist zu beachten, dass die Ausführungsformen (Offenbarung) als Beispiele anzusehen sind, und deshalb ist diese Struktur nicht dahingehend zu verstehen, dass sie die vorliegende Erfindung auf die veranschaulichten speziellen Ausführungsformen beschränkt. Ferner sind unter den Komponenten der später beschriebenen Ausführungsformen solche, die ein Durchschnittsfachmann ohne weiteres ersetzen kann, oder im wesentlichen identische Komponenten.
(Erste Ausführungsform)
1 ist eine perspektivische Ansicht, welche eine Betätigungsvorrichtung in einer ersten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. 2 ist eine Draufsicht, welche die in 1 gezeigte Betätigungsvorrichtung veranschaulicht. 3 ist eine Schnittansicht entlang der Linie B-B der in 2 gezeigten Betätigungsvorrichtung. 4 ist eine Schnittansicht, welche das in 1 gezeigte optische System und das in 1 gezeigte angetriebene Element veranschaulicht. Die Betätigungsvorrichtung 1 enthält ein optisches System 2, einen Rahmen 4, ein angetriebenes Element 5 und ein Vibrationselement 6. Das optische System 2 enthält ein Objektiv 21 und ein Bildaufnahmeelement (Festkörper-Bildaufnahmeelement) 22 und dient als Bildaufnahmeabschnitt der Betätigungsvorrichtung 1. In dieser Hinsicht kann das Objektiv 21 zum Beispiel ein nadelstichporenartiges Loch sein. Ferner ist das Bildaufnahmeelement 22 zum Beispiel ein Bildsensor oder ein ladungsgekoppeltes Element (CCD = charge-coupled device). Der Rahmen 4 ist aus einem kastenrahmenförmigen Teil gebildet. Die Betätigungsvorrichtung 1 ist durch den Rahmen 4 fest an einer vorbestimmten Position eines Gestells, einer Wandfläche oder dergleichen (in den Zeichnungen nicht dargestellt) angebracht.
Das angetriebene Element 5 weist einen kastenartigen Aufbau (Kastenteil) auf, und ein Zylinderteil ist an einer Oberseite des Kastenteils angebracht (siehe 1–4). Das Objektiv 21 ist im Zylinderteil angeordnet, und das Bildaufnahmeelement 22 ist im Kastenteil angeordnet. Somit dient das angetriebene Element 5 als Bildaufnahmeeinrichtung der Betätigungsvorrichtung 1 (Bildaufnahmeeinheit). Das angetriebene Element 5 ist mit Wellen 52, 52 versehen, die aus den beiden Seitenflächen des Kastenteils herausragen. Das angetriebene Element 5 ist innerhalb des Rahmens 4 untergebracht und über die Wellen 52, 52 drehbar im Rahmen 4 gelagert. Ferner weist das angetriebene Element 5 ein zylinderförmiges berührtes Element (einen Rotor) 51 an einer Seitenfläche des Kastenteils auf. Das berührte Element 51 ist auf derselben Achse wie die Drehachse des. angetriebenen Elements 5 angebracht. In dieser Hinsicht ist zu beachten, dass eine Gestalt des angetriebenen Elements 5 nicht auf dessen Gestalt in der ersten Ausführungsform beschränkt ist und seine Gestaltung je nach dem Zweck der Betätigungsvorrichtung 1 verändert werden kann. Überdies verfügt das angetriebene Element 5 über einen (in den Zeichnungen nicht dargestellten) IC-Chip zur Datenverarbeitung innerhalb des Kastenteils.
Das Vibrationselement 6 hat einen im wesentlichen rechteckigen und dünnen, plattenförmigen Aufbau und ist an einem Seitenteil einer seiner langen Seiten mit einem Armteil 68 versehen. Das Vibrationselement 6 ist in einem Zustand angeordnet, in welchem es auf einer Wandinnenfläche der Längsrichtung des Rahmens 4 in der Luft schwebt, so dass eine Hauptfläche des Vibrationselements 6 im wesentlichen parallel zur Wandinnenfläche des Rahmens 4 liegt (siehe 2). In diesem Fall sind das berührte Element 51 und das Vibrationselement 6 im wesentlichen in derselben Ebene angeordnet. Das Vibrationselement 6 ist so angeordnet, dass seine Längsrichtung auf eine Wandinnenfläche der Querrichtung des Rahmens 4 gerichtet ist. Das berührte Element 51 ist in Verlängerung der Längsrichtung des Vibrationselements 6 angeordnet. Ferner ist das Vibrationselement 6 an der Wandinnenfläche der Längsrichtung des Rahmens 4 über den Armteil 68 und eine Schraube 13 fest angebracht. Das Vibrationselement 6 weist an einem Seitenteil einer seiner kurzen Seiten einen Berührungsteil 66 auf. Der Berührungsteil 66 des Vibrationselements 6 ist in Kontakt mit einer Umfangsfläche des berührten Elements 51. In anderen Worten, eine Spitze des Berührungsteils 66 des Vibrationselements 6 stößt in einer zum berührten Element radialen Richtung an die Umfangsfläche des berührten Elements 51 an. Dabei ist der Berührungsteil 66 des Vibrationselements 6 durch die Elastizität des Armteils 68 und der Schraube 13 zur Seitenfläche des berührten Elements 51 hin federnd vorgespannt. Dies gestattet es, an der Kontaktfläche zwischen dem Berührungsteil 66 und dem berührten Element 51 genügend Reibungskraft zu erzielen. Deshalb wird die Schwingung des Vibrationselements 6 sicher auf das berührte Element 51 übertragen. Das Vibrationselement 6 ist mit einer (nicht dargestellten, aber später beschriebenen) externen Durchschaltschaltung zum Steuern des Antriebs des Vibrationselements 6 verbunden. Das Vibrationselement 6 und die Durchschaltschaltung dienen als ein Ultraschallmotor, der die Betätigungsvorrichtung 1 antreibt. Der Aufbau und die Funktionen des Vibrationselements 6 werden später ausführlich beschrieben.
5 ist eine erläuternde Zeichnung, welche eine Funktionsweise der Betätigungsvorrichtung in der ersten Ausführungsform zeigt. Bei dieser Betätigungsvorrichtung 1 erfolgt bei Anlegen eines hochfrequenten Wechselstroms von der externen Durchschaltschaltung das Ausdehnen und Zusammenziehen des Vibrationselements 6 mit einer hohen Geschwindigkeit, um mit dem Berührungsteil 66 wieder und wieder mit einer hohen Geschwindigkeit an die Umfangsfläche des berührten Elements 51 zu stoßen. Dann wird das berührte Element 51 aufgrund des Reibungskontakts mit dem Berührungsteil 66 gedreht und bewegt sich das angetriebene Element 5 zusammen mit dem berührten Element 51 drehend um die Welle 52. Somit wird eine Bildaufnahmerichtung des optischen Systems 2 entsprechend einer Drehrichtung des angetriebenen Elements 5 geändert. Auf diese Weise, da in dieser Betätigungsvorrichtung 1 die Richtung des optischen Systems 2 durch den Antrieb des Vibrationselements 6 willkürlich geändert werden kann, eignet sie sich insbesondere für ein elektrisches Instrument, das eine Änderung seiner Bildaufnahmerichtung erfordert. Die Drehrichtung des angetriebenen Elements 5 kann durch Auswählen eines der Eingangsmuster des Wechselstroms für das Vibrationselement 6 willkürlich geändert werden. Somit ist es möglich, das angetriebene Element 6 sowohl in Vorwärts- als auch in Rückwärtsrichtung zu drehen. In dieser Hinsicht wird das Antriebsmuster des Vibrationselements 6 später beschrieben.
Gemäß der Betätigungsvorrichtung 1 ist es, da das dünne, plattenförmige Vibrationselement 6 als Antriebseinheit des angetriebenen Elements 5 genutzt wird, möglich, die gesamte Vorrichtung dünner und kleiner zu machen. Ferner ist es, da das Vibrationselement 6 einen plattenförmigen Aufbau aufweist, möglich, die Antriebseinheit des angetriebenen Elements 5 (d.h., das Vibrationselement 6) mit einem dünnen und planaren Aufbau zu bilden. Ein solcher planarer Aufbau gestattet es, die Antriebseinheit in einem kleinen Spalt zwischen der Wandinnenfläche des Rahmens 4 und dem angetriebenen Element 5 anzuordnen (siehe 1–3).
In der ersten Ausführungsform ist das angetriebene Element 5 der Betätigungsvorrichtung 1 eine Bildaufnahmeeinrichtung (Bildaufnahmeeinheit) mit einem optischen System 2 (Bildaufnahmeelement 22). Die Betätigungsvorrichtung 1 ist nämlich eine Bildaufnahmevorrichtung mit dem optischen System 2 (Bildaufnahmeelement 22) und kann für ein elektro-optisches Instrument wie eine Überwachungskamera, eine Türkamera (Kamera zur Überwachung einer Tür), eine Kamera in einem Mobiltelefon (Zellularfunktelefon), ein Bildtelefon (Videotelefon), einen Personalcomputer mit einer Kamera und dergleichen verwendet werden. Insbesondere hat die Betätigungsvorrichtung 1 einen Vorteil darin, dass die Lage des angetriebenen Elements 5 mit einem winzigen Änderungsbetrag durch das Vibrationselement 6 und eine (später beschriebene) Durchschalteinrichtung 20 gesteuert werden kann. Deshalb eignet sich die Betätigungsvorrichtung 1 insbesondere für ein elektro-optisches Instrument, das zum Beispiel Feineinstellung zur Scharfstellung oder dergleichen bei Bildaufnahmen erfordert. Ferner ist es, da die Betätigungsvorrichtung 1 das dünne, plattenförmige Vibrationselement 6 als Antriebseinheit nutzt, möglich, die gesamte Vorrichtung dünner und kleiner zu machen. Somit ist es, zum Beispiel wenn die Betätigungsvorrichtung 1 für eine Überwachungskamera verwendet wird, möglich, die Flexibilität (den Freiheitsgrad) ihres Einbauorts zu erhöhen. In diesem Fall kann sie, da eine solche Überwachungskamera kleiner als eine herkömmliche große Überwachungskamera ist, verborgen sein. Somit ist es möglich, Effekte der Überwachung gegen abseits der Einbauorte von Überwachungskameras verübte Verbrechen zu steigern. Überdies kann bei der Betätigungsvorrichtung 1 eine Bildaufnahmerichtung derselben durch Drehen des angetriebenen Elements 5 in einer normalen oder entgegengesetzten Richtung geändert werden. Somit ist es zum Beispiel, wenn die Betätigungsvorrichtung 1 für eine Türkamera verwendet wird, möglich, ein Bild in einer anderen Richtung als der Richtung zur Türvorderseite hin aufzunehmen und ein Bild von einem kleinen Kind oder dergleichen aufzunehmen.
Ferner kann in der ersten Ausführungsform das angetriebene Element 5 gegen eine andere Einrichtung als die Bildaufnahmeeinrichtung (Bildaufnahmeeinheit) ausgetauscht werden.
Zum Beispiel kann in der ersten Ausführungsform das angetriebene Element 5 der Betätigungsvor richtung 1 gegen eine Einrichtung zum Erfassen von Schallwellen (Schallaufnahmevorrichtung) wie ein Mikrophon oder dergleichen ausgetauscht werden. Die Betätigungsvorrichtung 1 kann nämlich als Schallaufnahmevorrichtung mit der Einrichtung zum Erfassen von Schall ausgeführt sein. Insbesondere besitzt die Betätigungsvorrichtung 1 einen Vorteil darin, dass eine Schallerfassungsrichtung durch den Antriebsmechanismus des angetriebenen Elements 5 willkürlich geändert werden kann. Deshalb eignet sich die Betätigungsvorrichtung 1 insbesondere für eine Schallaufnahmevorrichtung, die mit einem Richtmikrophon oder dergleichen als Einrichtung zum Erfassen von Schall arbeitet. Ferner ist es, da die Betätigungsvorrichtung 1 die Lage des angetriebenen Elements 5 mit einem winzigen Änderungsbetrag durch das Vibrationselement 6 und die (später beschriebene) Durchschalteinrichtung 20 steuern kann, möglich, das Erfassen von Schall angemessener auszuführen.
Überdies kann in der ersten Ausführungsform das angetriebene Element 5 der Betätigungsvorrichtung 1 gegen eine Einrichtung zum Justieren des Schwerpunkts mit einem Gewicht ausgetauscht werden. Die Betätigungsvorrichtung 1 kann nämlich als ein Mechanismus zum Verschieben des Schwerpunkts mit der Einrichtung zum Justieren des Schwerpunkts ausgeführt sein. Insbesondere ist es, da die Betätigungsvorrichtung 1 das dünne, plattenförmige Vibrationselement 6 als Antriebsmechanismus für das angetriebene Element 5 nutzt, möglich, die gesamte Vorrichtung dünner und kleiner zu machen. Deshalb eignet sich die Betätigungsvorrichtung 1 für einen Mechanismus zum Verschieben des Schwerpunkts, der zur Lageregelung eines sehr kleinen Flugobjekts genutzt wird. Ferner ist es, da die Betätigungsvorrichtung 1 die Lage des angetriebenen Elements 5 mit einem winzigen Änderungsbetrag durch das Vibrationselement 6 und die (später beschriebene) Durchschalteinrichtung 20 steuern kann, möglich, die Lageregelung des sehr kleinen Flugobjekts genauer auszuführen.
Außerdem kann in der ersten Ausführungsform das angetriebene Element 5 der Betätigungsvorrichtung 1 gegen eine Funkwellen-Erfassungseinrichtung mit einem Teil zum Empfangen von Funkwellen wie einer Parabolantenne, einer Kommunikationssatelliten-Antenne, einer GPS-Antenne (Global Positioning System) oder dergleichen ausgetauscht werden. Die Betätigungsvorrichtung 1 kann nämlich als eine Funkwellen-Erfassungsvorrichtung mit der Funkwellen-Erfassungseinrichtung ausgeführt sein. Insbesondere besitzt die Betätigungsvorrichtung 1 einen Vorteil darin, dass eine Funkwellen-Erfassungsrichtung mittels eines Antriebsmechanismus des angetriebenen Elements 5 willkürlich geändert werden kann. Deshalb eignet sich die Betätigungsvorrichtung 1 insbesondere für eine Einrichtung zum Erfassen einer Funkwelle mit einer bestimmten Richtung. Ferner ist es, da die Betätigungsvorrichtung 1 die Lage des angetriebenen Elements 5 mit einem winzigen Änderungsbetrag durch das Vibrationselement 6 und die (später beschriebene) Durchschalteinrichtung 20 steuern kann, möglich, das Erfassen von Funkwellen angemessener auszuführen.
6 ist eine perspektivische Ansicht des in 1 gezeigten Vibrationselements. Die 7 und 8 sind erläuternde Zeichnungen, die jeweils eine Funktionsweise des in 6 gezeigten Vibrationselements veranschaulichen. Das Vibrationselement 6 ist durch Schichtung eines piezoelektrischen Elements 62, einer einzelnen Verstärkungsplatte 63 und eines piezoelektrischen Elements 64 in dieser Reihenfolge aufgebaut, so dass die Verstärkungsplatte 63 mittig angeordnet ist und zwischen den beiden piezoelektrischen Elementen 62, 64 liegt. Ferner sind im Vibrationselement 6 Elektroden 61a–61d und Elek troden 65a–65d (diese Elektroden 65a–65d sind in 7 nicht dargestellt, lediglich die Bezugszeichen dieser Elektroden sind in Klammern angegeben) an vorbestimmten Positionen auf beiden Seiten des Vibrationselements 6 angeordnet.
Die Verstärkungsplatte 63 weist einen im wesentlichen rechteckigen plattenförmigen Aufbau auf, und eine Dicke der Verstärkungsplatte 63 ist dünner als diejenige jedes einzelnen der piezoelektrischen Elemente 62, 64. Somit besteht ein Vorteil darin, dass das Vibrationselement 6 eine Schwingung mit hohem Wirkungsgrad ausführen kann. Der Werkstoff zum Bilden der Verstärkungsplate 63 unterliegt keiner besonderen Beschränkung. Der Werkstoff ist aber vorzugsweise eine Art von Metallwerkstoff wie Edelstahl, Aluminium oder Aluminiumlegierung, Titan oder Titanlegierung, Kupfer oder Kupfersystemlegierung oder dergleichen. Die Verstärkungsplatte 63 hat einen Zweck, das gesamte Vibrationselement 6 zu verstärken, wodurch sie verhindert, dass das Vibrationselement 6 aufgrund einer Überschwingung des Vibrationselements 6, einer äußeren Kraft oder dergleichen beschädigt wird. Ferner hat das Verstärkungselement 63 einen Zweck als gemeinsame Elektrode für die piezoelektrischen Elemente 62, 64, um diese piezoelektrischen Elemente leitend zu verbinden.
Die piezoelektrischen Elemente 62, 64 weisen genau wie die Verstärkungsplatte 63 jeweils einen im wesentlichen rechteckigen plattenförmigen Aufbau auf. Die piezoelektrischen Elemente 62, 64 liegen einander gegenüber, so dass sie die Verstärkungsplatte 63 von ihren beiden Seiten sandwichartig umgeben, und sind so geschichtet, dass sie mit diesen ebenen Positionen gegenüber der Verstärkungsplatte 63 ausgerichtet sind. Ferner sind die piezoelektrischen Elemente 62, 64 so an der Verstärkungsplatte 63 befestigt, dass sie zu einem einzigen Aufbau vereinigt sind. Dies gestattet es, die Festigkeit des Vibrationselements 6 zu verbessern. Die piezoelektrischen Elemente 62, 64 bestehen aus einem Werkstoff, der sich bei Anlegen einer Wechselspannung an die Elemente 62, 64 ausdehnen und zusammenziehen kann. Der Werkstoff zum Bilden der piezoelektrischen Elemente 62, 64 unterliegt keiner besonderen Beschränkung. Zum Beispiel ist es möglich, verschiedene Arten von Werkstoffen wie Bleizirkonattitanat (PZT), Quarzkristall, Lithiumniobat, Bariumtitanat, Bleititanat, Bleimetaniobat, Polyvinylidenfluorid, Zinkbleiniobat, Scandiumbleiniobat und dergleichen zu verwenden.
Die Elektroden 61a–61d und 65a–65d sind aus rechteckigen Metallteilen gefertigt und sind an vorbestimmten Positionen auf den piezoelektrischen Elementen 62 beziehungsweise 64 angeordnet. In diesem Fall haben diese Elektroden ein Länge von im wesentlichen der Hälfte der langen Seite der piezoelektrischen Elemente und sind so angeordnet, dass zwei der Elektroden in ihrer Längsrichtung entlang des Endteils der langen Seite auf jedem der piezoelektrischen Elemente 62, 64 ausgerichtet sind. Somit sind die Elektroden 61a–61d, 65a–65d auf den piezoelektrischen Elementen 62 beziehungsweise 64 angeordnet und symmetrisch zu den beiden Mittellinien der Längs- und der Querrichtung auf den piezoelektrischen Elementen 62 beziehungsweise 64 positioniert (siehe 6).
In dieser Hinsicht sind die Elektroden 61a–61d und 65a–65d auf den beiden Seiten des Vibrationselements 6 so angeordnet, dass sie einander gegenüberliegen. Die in 6 in Klammern angegebenen Bezugszeichen bereichnen die Elektroden 65a–65d, welche am Vibrationselement 6 den jeweiligen Elektroden 61a–61d gegenüberliegen. Die auf der Vorderseite des piezoelektrischen Elements 62 auf einer Diagonale liegenden Elektroden 61a, 61c sind mit den auf der Rückseite des piezoelektrischen Elements 64 auf der entsprechenden Diagonale liegenden Elektroden 65a, 65c elektrisch verbunden, und diese Elektroden 61a, 61c, 65a und 65c sind mit der externen Durchschaltschaltung verbunden. Auf die gleiche Weise sind die auf der Vorderseite des piezoelektrischen Elements 62 auf der anderen Diagonale liegenden Elektroden 61b, 61d mit den auf der Rückseite des piezoelektrischen Elements 64 auf der entsprechenden Diagonale liegenden Elektroden 65b, 65d elektrisch verbunden, und diese Elektroden 61b, 61d, 65b und 65d sind mit der externen Durchschaltschaltung verbunden. Auf diese Weise werden die Elektroden 61a–61d und 65a–65d durch Anlegen der Spannung aus der Durchschaltschaltung in diesen Kombinationen durchgeschaltet. In dieser Hinsicht kann auf Grundlage des Aufbaus der später beschriebenen Durchschaltschaltung willkürlich ausgewählt werden, die Elektroden in irgendeiner Kombination durchzuschalten.
Ferner weist das Vibrationselement 6 den Berührungsteil 66 in der Mitte einer kurzen Seite, d.h., in der Mitte des Spitzenteils in Längsrichtung, auf. Der Berührungsteil 66 ist einstückig mit der Verstärkungsplatte (Vibrationsplatte) 63 aus einem einzigen Teil gebildet. In dieser Ausführungsform ist nämlich der Berührungsteil 66 als ein herausragender Teil gebildet, der aus einem Teil der kurzen Seite des Vibrationselements 6 herausragt. Somit besteht ein Vorteil darin, dass der Berührungsteil 66 eng am Vibrationselement 6 angeordnet werden kann. Insbesondere stößt der Berührungsteil 66, durch die Schwingung des Vibrationselements 6 während des Betriebs der Betätigungsvorrichtung 1, wieder und wieder mit einer hohen Geschwindigkeit mit hoher Stoßkraft (Druckkraft) an das berührte Element 51. Deshalb gestattet dieser Aufbau, den Berührungsteil 66 unempfindlich gegen rauhe Behandlung zu machen (seine Lebensdauer zu erhöhen). Der Berührungsteil 66 hat einen halbkreisförmigen (gebogenen) Spitzenteil (siehe 6). Der Berührungsteil 66 kann, im Vergleich mit dem Fall, in welchem der Berührungsteil 66 einen rechteckigen Spitzenteil aufweist, dauerhaft in Reibungskontakt mit der Seitenfläche des berührten Elements 51 kommen. Somit besteht ein Vorteil darin, dass in dem Fall, in welchem die Wirkrichtung des Vibrationselements 6 mehr oder weniger versetzt ist, die Stoßkraft vom Vibrationselement 6 sicher auf das berührte Element 51 übertragen werden kann.
Ferner weist das Vibrationselement 6 den im wesentlichen senkrecht zu seiner langen Seite herausragenden Armteil 68 in der Mitte einer langen Seite, d.h., in der Mitte der Seitenfläche in Längsrichtung, auf. Der Armteil 68 ist einstückig mit der Verstärkungsplatte 63 aus einem einzigen Teil gebildet. Somit besteht ein Vorteil darin, dass der Armteil 68 eng am Vibrationselement 6 angeordnet werden kann. Das Vibrationselement 6 ist mittels der Schraube 13 fest am Rahmen 4 angebracht, so dass die Schraube 13 durch das im Spitzenteil des Armteils 68 angebrachte Loch 681 eingeführt wird. Das Vibrationselement 6 ist mittels des Armteils 68 in einem in der Luft schwebenden Zustand bezüglich einer Wandinnenfläche des Rahmens 4 angebracht (gehaltert) (siehe 2). Da es zwischen dem Vibrationselement 6 und dem Rahmen 4 in diesem Aufbau keine Reibung gibt, ist es schwierig, die Schwingung des Vibrationselements 6 zu begrenzen, wodurch ein Vorteil darin besteht, dass das Vibrationselement 6 eine unbegrenzte Schwingung ausführen kann. Ferner verfügt der Armteil 68 über Elastizität, da die Verstärkungsplatte 63 aus Metallwerkstoff gefertigt ist. Das Vibrationselement 6 ist mittels des Armteils 68 in einem Zustand, in welchem der Berührungsteil 66 aufgrund der Elastizität zur Seitenfläche des berührten Elements 51 hin vorgespannt ist, gelagert. Überdies ist die Verstärkungs platte 63 des Vibrationselements 6 über den Armteil 68 mit Erde verbunden.
Hier ist ein Armteil 68 an einer Position eines Schwingungsknotens des Vibrationselements 6 auf der Seitenfläche des Vibrationselements 6 angeordnet. Die Position des Schwingungsknotens kann von einem Durchschnittsfachmann unter Anwendung bekannter Verfahren wie der Schwingungsanalyse angemessen ermittelt werden. Zum Beispiel in einem Fall, in welchem die Elektroden 61a–61d und die Elektroden 65a–65d symmetrisch in Längsrichtung und in Querrichtung des Vibrationselements 6 der Betätigungsvorrichtung 1 angeordnet sind, kann der Schwingungsknoten sich in im wesentlichen der Mitte der Längsrichtung des Vibrationselements 6 befinden. Deshalb ist der Armteil 68 in im wesentlichen der Mitte der langen Seite des Vibrationselements 6 in der Betätigungsvorrichtung 1 angebracht. In diesem Fall ist es, da der Armteil 68 die Schwingung des Vibrationselements 6 nicht verhindert, möglich, einen Schwingungsschwund (Vernichtung von Schwingungsenergie) vom Armteil 68 zu einem äußeren Teil zu reduzieren. Dies gestattet es, das berührte Element 51 effizient zu drehen (anzutreiben).
Die 7 und 8 sind erläuternde Zeichnungen, die jeweils eine Funktionsweise des in 6 gezeigten Vibrationselements veranschaulichen. 7 zeigt einen Fall, in welchem das berührte Element 51 sich in der Zeichnung entgegen dem Uhrzeigersinn dreht (das angetriebene Element 5 dreht sich in dieser Ausführungsform im Uhrzeigersinn), während 8 einen Fall zeigt, in welchem das berührte Element 51 sich in einer zur in 7 gezeigten Richtung entgegengesetzten Richtung (d.h., im Uhrzeigersinn) dreht (das angetriebene Element 5 dreht sich in dieser Ausführungsform entgegen dem Uhrzeigersinn).
In einem in 7 gezeigten Zustand wird zuerst eine Wechselspannung aus einer (nicht dargestellten) externen Durchschaltschaltung an das Vibrationselement 6 angelegt. Dann werden die auf beiden Seiten des Vibrationselements 6 auf einer Diagonale liegenden Elektroden 61a, 61e, 65a und 65e durchgeschaltet, wodurch die Wechselspannung zwischen diesen Elektroden und der Verstärkungsplatte 63 angelegt wird. Die Bereiche, in welchen diese Elektroden auf den piezoelektrischen Elementen 62, 64 angebracht sind, unterliegen wieder und wieder mit einer hohen Geschwindigkeit der Ausdehnung und Zusammenziehung. In diesem Fall unterliegen die den Elektroden 61a, 61e, 65a und 65e entsprechenden Bereiche wieder und wieder der Ausdehnung und Zusammenziehung in einer durch die Pfeile a dargestellten Richtung, wie in 8 gezeigt. Somit unterliegt das Vibrationselement 6 als Ganzes einer im wesentlichen S-förmigen Mikro-Biegeschwingung. Durch diese Schwingung schwingt (bewegt sich hin und her) der Berührungsteil 66 des Vibrationselements 6 in einer durch einen Pfeil b dargestellten schrägen Richtung oder bewegt sich der Berührungsteil 66 entlang einer im wesentlichen elliptischen Bahn, d.h., er schwingt (bewegt sich) auf elliptische Weise wie durch einen Pfeil e dargestellt. Durch diese Bewegung erfährt das berührte Element 51 Reibungskraft (oder Stoßkraft) vom Berührungsteil 66. In anderen Worten, zwischen dem Berührungsteil 66 und der Außenumfangsfläche 511 wird durch eine der radialen Richtung einer schwingenden Bewegung S des Berührungsteils 66 (Bewegung in einer radialen Richtung des berührten Elements 51) entsprechende Komponente S1 eine große Reibungskraft geschaffen, und ferner wird dem berührten Element 51 in 7 durch eine der Umfangsrichtung der schwingenden Bewegung S (Bewegung in einer Umfangsrichtung des berührten Elements 51) entsprechende Komponente S2 eine in der dem Uhrzeigersinn entgegengesetzten Richtung erzeugte Drehkraft zugeführt. Das berührte Element 51 dreht sich dadurch, dass es vom Berührungsteil 66 wieder und wieder mit einer hohen Geschwindigkeit die Stoßkraft erfährt, entgegen dem Uhrzeigersinn.
Andererseits sind in einem in 8 gezeigten Zustand die Elektroden 61b, 61d, 65b und 65d durchgeschaltet. Diese Elektroden sind symmetrisch zum in 7 gezeigten Zustand durchgeschaltet. Dann schwingt das Vibrationselement 6 symmetrisch zum in 7 gezeigten Zustand, wodurch das berührte Element 51 sich dadurch, dass es vom Berührungsteil 66 die Stoßkraft erfährt, in der Zeichnung im Uhrzeigersinn dreht. Auf diese Weise besteht bei der Betätigungsvorrichtung 1 ein Vorteil darin, dass das berührte Element 51 durch Auswählen eines Durchschaltmusters entweder im Uhrzeigersinn oder entgegen dem Uhrzeigersinn gedreht (angetrieben) werden kann. In dieser Hinsicht bilden im in 8 gezeigten Zustand die Elektroden 61a, 61c, 65a und 65c, welchen keine Leistung zugeführt wird (nicht aktiviert), eine Schwingungserfassungseinrichtung zum Erfassen der Schwingung des Vibrationselements 6.
9 ist ein Blockschaltbild, welches eine Durchschaltschaltung des in den 1–8 beschriebenen Vibrationselements veranschaulicht. Wie in 9 gezeigt, verfügt die Durchschaltschaltung 20 über eine Steuerschaltung 8 und einen Schalter 9. Die Durchschaltschaltung 20 legt eine Wechselspannung an das Vibrationselement 6 an, um das Vibrationselement 6 anzuregen. Ferner verfügt die Durchschaltschaltung 20 über eine Funktion zum Umschalten der Schwingungsmodi des Vibrationselements 6 durch Auswählen des Durchschaltmusters sowie eine Funktion zur Rückführungsregelung der Schwingung des Vibrationselements 6 durch Erfassen des Spannungswerts des Vibrationselements 6.
Die Steuerschaltung 8 enthält eine Schwingkreis-Schaltung 81, eine Verstärkungsschaltung 82 und eine Drehbetragsteuerungs-Schaltung 83. In der Steuerschaltung 8 erzeugt die Schwingkreis-Schaltung 81 eine Wechselspannung zur Ausgabe an die Verstärkungsschaltung 82, und die Verstärkungsschaltung 82 verstärkt die Wechselspannung, um die verstärkte Wechselspannung an das Vibrationselement 6 anzulegen. Die Drehbetragsteuerungs-Schaltung 83 steuert sowohl die Schwingkreis-Schaltung 81 als auch die Verstärkungsschaltung 82 und regelt die an das Vibrationselement 6 angelegte Wechselspannung so, dass der Drehbetrag des berührten Elements 51 gleich einem befohlenen Sollwert wird.
Der Schalter 9 schaltet zwischen Durchschaltelektroden, an welche die Wechselspannung angelegt ist, und als Schwingungserfassungseinrichtung zu verwendenden Elektroden um, wodurch er eine Drehrichtung des berührten Elements 51 umschaltet. Der Schalter 9 hat zwei Schaltabschnitte 91, 92, die gleichzeitig nebeneinander arbeiten. Die Elektrode 61d des Vibrationselements 6 ist mit einer Anschlussklemme 97 des Schaltabschnitts 91 verbunden. Die Elektrode 61a ist mit einer Anschlussklemme 98 des Schaltabschnitts 92 verbunden. Ferner sind eine Anschlussklemme 93 des Schaltabschnitts 91 und eine Anschlussklemme 96 des Schaltabschnitts 92 beide mit einer Ausgangsseite der Verstärkungsschaltung 82 der Steuerschaltung 8 verbunden, und eine Wechselspannung aus der Verstärkungsschaltung 82 wird über jede der Anschlussklemmen 93, 96 an das Vibrationselement 6 angelegt. Überdies sind eine Anschlussklemme 94 des Schaltabschnitts 91 und eine Anschlussklemme 95 des Schaltabschnitts 92 beide mit einer Eingangsseite der Schwingkreis-Schaltung 81 der Steuer schaltung 8 verbunden.
Nun wird anhand von 10 eine Funktionsweise der Betätigungsvorrichtung 1 beschrieben.
Zuerst werden Befehle bezüglich der Drehrichtung und des Drehbetrags (zum Beispiel Drehungszahl, Drehwinkel oder dergleichen) für das berührte Element 51 in die Drehbetragsteuerungs-Schaltung 83 in der Durchschaltschaltung 20 eingegeben, wenn das berührte Element 51 angetrieben (gedreht) wird. In einem Fall der Befehle, dass das berührte Element 51 in 9 entgegen dem Uhrzeigersinn (in Vorwärtsrichtung) gedreht wird, ist der Schalter 9 so geschaltet, dass die Anschlussklemme 94 des Schaltabschnitts 91 mit der Anschlussklemme 97 verbunden ist und dass die Anschlussklemme 96 des Schaltabschnitts 92 mit der Anschlussklemme 98 verbunden ist. Somit ist die Ausgangsseite der Verstärkungsschaltung 82 der Steuerschaltung 8 zu den Elektroden 61a, 61e, 65a und 65e des Vibrationselements 6 durchgeschaltet. Wenn an die piezoelektrischen Elemente 62, 64 des Vibrationselements 6 eine Wechselspannung angelegt wird, unterliegt das Vibrationselement 6 einer Longitudinalschwingung und einer Biegeschwingung, wodurch der Berührungsteil 66 an die Außenumfangsfläche 511 des berührten Elements 51 stößt, so dass in 9 das berührte Element 51 sich entgegen dem Uhrzeigersinn dreht.
Ferner sind in diesem Zustand die Elektroden 61b, 61d, 65b und 65d des Vibrationselements 6 zur Eingangsseite der Schwingkreis-Schaltung 81 der Steuerschaltung 8 durchgeschaltet. Diese Elektroden bilden während des Ansteuerns des Vibrationselements 6 Messelektroden, welche zum Erfassen einer zwischen der Verstärkungsplatte 63 und jeder der Elektroden 61b, 61d, 65b und 65d zu induzierenden Spannung (d.h., induzierten Spannung) verwendet werden. Auf Grundlage der erfassten Spannung gibt die Schwingkreis-Schaltung 81 eine Wechselspannung mit einer Frequenz (Resonanzfrequenz), bei welcher die Amplitude des Vibrationselements 6 maximal wird, d.h., die erfasste Spannung maximal wird, aus. Somit besteht ein Vorteil darin, dass das berührte Element 51 effizient gedreht werden kann. Ferner betätigt (steuert) die Drehbetragsteuerungs-Schaltung 83 die Schwingkreis-Schaltung 81 und die Verstärkungsschaltung 82, bis der Drehbetrag des berührten Elements 51 gleich dem befohlenen Sollwert wird, wodurch das Vibrationselement 6 angesteuert wird, um das berührte Element 51 zu drehen.
Andererseits wird in einem Fall der Befehle, dass das berührte Element 51 in 9 im Uhrzeigersinn (in Rückwärtsrichtung) gedreht wird, der Schalter 9 so geschaltet, dass die Anschlussklemme 93 des Schaltabschnitts 91 mit der Anschlussklemme 97 verbunden ist und dass die Anschlussklemme 95 des Schaltabschnitts 92 mit der Anschlussklemme 98 verbunden ist. Somit ist die Ausgangsseite der Verstärkungsschaltung 82 der Steuerschaltung 8 zu den Elektroden 61b, 61d, 65b und 65d des Vibrationselements 6 durchgeschaltet. Wenn an die piezoelektrischen Elemente 62, 64 des Vibrationselements 6 eine Wechselspannung angelegt wird, unterliegt das Vibrationselement 6 einer Longitudinalschwingung und einer Biegeschwingung, wodurch der Berührungsteil 66 an das berührte Element 51 stößt, so dass in 9 das berührte Element 51 sich im Uhrzeigersinn dreht. Ferner sind in diesem Zustand die Elektroden 61a, 61e, 65a und 65e des Vibrationselements 6 zur Eingangsseite der Schwingkreis-Schaltung 81 der Steuerschaltung 8 durchgeschaltet. Diese Elektroden arbeiten während des Ansteuerns des Vibrationselements 6 als Messelektroden. Die Erläuterungen der folgenden Vorgänge werden weggelassen, weil die folgenden Vorgänge die gleichen sind wie die Vorgänge im Fall der Befehle zum Drehen des berührten Elements 51 entgegen dem Uhrzeigersinn in 9.
Gemäß der Betätigungsvorrichtung 1 ist es, da das Vibrationselement 6 einen dünnen, plattenförmigen Aufbau aufweist, möglich, die gesamte Vorrichtung 1 dünner zu machen und die gesamte Vorrichtung 1 zu miniaturisieren. Da es in letzter Zeit, insbesondere auf dem Gebiet elektro-optischer Instrumente, eine große Zahl von Anfragen gibt, eine solche Vorrichtung dünner zu machen und zu miniaturisieren, neigt ein Durchschnittsfachmann dazu, hierfür einen hohen Betrag an Entwicklungskosten aufzuwenden. Deshalb erweist sich die Betätigungsvorrichtung 1, bei welcher ein Antriebsteil aus dem Vibrationselement 6 besteht, als sehr nützlich. Ferner ist es, da das Vibrationselement 6 das berührte Element 51 durch Reibungskraft (Stoßkraft) antreibt, möglich, im Vergleich mit dem durch magnetische Kraft angetriebenen Motor ein hohes Antriebsmoment und einen hohen Wirkungsgrad zu erzielen. Deshalb besteht ein Vorteil darin, dass das berührte Element 51 ohne einen Umwandlungsmechanismus (Verlangsamungsmechanismus) mit genügend Kraft angetrieben werden kann.
Ferner ist es, da die elektromagnetische Störstrahlung des Vibrationselements 6 extrem viel kleiner als diejenige des durch Magnetkraft angetriebenen Motors ist, gemäß der Betätigungsvorrichtung 1 möglich, auf Peripheriegeräte einwirkende Effekte elektromagnetischer Störstrahlung zu reduzieren. Überdies ist es, da kein Umwandlungsmechanismus erforderlich ist, möglich, Energieverluste zu senken (zu reduzieren). Außerdem ist es, da das berührte Element 51 vom Vibrationselement 6 direkt angetrieben wird und deshalb kein Verlangsamungsmechanismus erforderlich ist, möglich, die Vorrichtung leichter und dünner zu machen und die Vorrichtung zu miniaturisieren. Somit besteht, da der Aufbau der Vorrichtung extrem vereinfacht werden kann und die Vorrichtungen leicht hergestellt werden können, ein Vorteil darin, dass die Herstellungskosten reduziert werden können.
Außerdem ist es gemäß der Betätigungsvorrichtung 1, da eine in der Ebene liegende Schwingung des Vibrationselements 6 in eine Drehung des berührten Elements 51 umgewandelt werden kann, möglich, durch diese Umwandlung verursachte Energieverluste zu reduzieren und einen hohen Antriebswirkungsgrad zu erzielen. Ferner ist es, da der Berührungsteil 66 des Vibrationselements 6 in einem Reibungskontakt-Zustand zum berührten Element 51 hin vorgespannt ist, während das berührte Element 51 sich in einem Blockierzustand befindet, möglich, die Drehung des berührten Elements 51 zu verhindern und das berührte Element 51 dauerhaft auf einer Blockierposition zu halten. Überdies kann, da das berührte Element 51 mittels eines Signals an das Vibrationselement 6 alternativ in Vorwärts- und in Rückwärtsrichtung gedreht werden kann, eine Anzahl von Komponenten der Betätigungsvorrichtung 1 im Vergleich mit einem Fall, in welchem zwei dedizierte Vibrationselemente für die Bewegungs-(Antriebs-)richtungen vorgesehen sind, reduziert werden.
In dieser Hinsicht ist die Betätigungsvorrichtung 1 in dieser Ausführungsform so ausgeführt, dass das angetriebene Element 5 sich drehend um eine Achse (d.h., um die Welle 52) bewegt (dreht), jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht auf diesen Aufbau beschränkt. Zum Beispiel kann die Betätigungsvorrichtung 1 so ausgeführt sein, dass das angetriebene Element 5 sich drehend um zwei Achsen, deren Richtungen voneinander verschieden sind, insbesondere um zwei Achsen, die sich in rechten Winkeln kreuzen, bewegt (dreht). Eine Betätigungsvorrichtung 1 in jeder der später beschriebenen Ausführungsformen kann auf ähnliche Weise wie in der ersten Ausführungsform ausgeführt sein.
(Zweite Ausführungsform)
Nun folgt eine Beschreibung einer zweiten Ausführungsform der Betätigungsvorrichtung 1.
10 ist eine perspektivische Ansicht eines Vibrationselements einer Betätigungsvorrichtung in der zweiten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung. 11 ist ein Blockschaltbild, welches die Schaltung der Betätigungsvorrichtung in der zweiten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
Im folgenden wird die Betätigungsvorrichtung 1 in der zweiten Ausführungsform beschrieben, wobei der Schwerpunkt auf den Aspekten, in welchen sich die obenerwähnte erste Ausführungsform und die zweite Ausführungsform unterscheiden, liegt. In dieser Hinsicht wird die Erläuterung von Aspekten, welche gleiche Themen und dergleichen beinhalten, weggelassen.
Die Betätigungsvorrichtung 1 in der zweiten Ausführungsform verfügt über vier Modi einschließlich eines ersten Modus, in welchem ein berührtes Element 51 in einem Blockierzustand gehalten wird; eines zweiten Modus, in welchem das berührte Element 51 gedreht (bewegt) werden kann (d.h., in welchem das berührte Element 51 sich in einem freien Zustand befindet); eines dritten Modus, in welchem das berührte Element 51 in Vorwärtsrichtung gedreht wird; und eines vierten Modus, in welchem das berührte Element 51 in Rückwärtsrichtung gedreht wird. Die Betätigungsvorrichtung 1 ist dafür ausgelegt, durch Auswählen eines der Durchschaltmuster für jede der Elektroden einen Modus aus den Modi eins, zwei, drei und vier auszuwählen, um ein Schwingungsmuster eines Vibrationselements 6 zu ändern. Es folgen nun speziellere Erläuterungen.
Wie in 10 gezeigt, sind im Vibrationselement 6 fünf plattenförmige Elektroden 61a, 61b, 61e, 61d und 61e an der Oberseite eines piezoelektrischen Elements 62 in 10 angeordnet, während fünf plattenförmige Elektroden 65a, 65b, 65e, 65d und 65e an der Unterseite eines piezoelektrischen Elements 64 in 10 angeordnet sind. (Die Elektroden 65a, 65b, 65e, 65d und 65e sind in 10 nicht dargestellt, lediglich die Bezugszeichen dieser Elektroden sind in Klammern angegeben.) In anderen Worten, das piezoelektrische Element 62 ist im wesentlichen gleichmäßig in vier rechteckige Bereiche unterteilt (aufgeteilt). Die rechteckigen Elektroden 61a, 61b, 61c und 61d sind in den jeweiligen Unterteilungsbereichen angeordnet. Auf die gleiche Weise ist das piezoelektrische Element 64 in vier rechteckige Bereiche unterteilt (aufgeteilt). Die rechteckigen Elektroden 65a, 65b, 65e und 65d sind in den jeweiligen Unterteilungsbereichen angeordnet.
Ferner ist die rechteckige Elektrode 61e in einem zentralen Bereich des piezoelektrischen Elements 62 angeordnet, während die rechteckige Elektrode 65e in einem zentralen Bereich des piezoelektrischen Elements 64 angeordnet ist. Die Längsrichtung jeder einzelnen der Elektroden 61e, 65e entspricht im wesentlichen derjenigen (der Richtung der langen Seite) des Vibrationselements 6. Die Elektroden 61e und 65e sind Messelektroden, die zum Erfassen einer zwischen einer Verstärkungsplatte 63 und jeder der Elektroden 61e, 65e zu induzierenden Spannung, d.h., einer in Reaktion auf eine Komponente in einer Längsrichtung der Schwingung des Vibrationselements 6 (d.h., auf eine Komponente der Longitudinalschwingung) zu induzierenden Spannung (induzierten Spannung) verwendet werden. Ferner werden die Elektroden 61e, 65e im zweiten Modus verwendet.
In diesem Fall sind die Elektroden 65a, 65b, 65c, 65d und 65e auf den Rückseiten der Elektroden 61a, 61b, 61c, 61d beziehungsweise 61e angeordnet.
Die auf einer Vorderseite auf einer Diagonale liegenden Elektroden 61a, 61c sind mit den auf einer Rückseite auf einer entsprechenden Diagonale liegenden Elektroden 65a, 65c elektrisch verbunden. Auf die gleiche Weise sind die auf der Vorderseite auf der anderen Diagonale liegenden Elektroden 61b, 61d mit den auf der Rückseite auf der entsprechenden Diagonale liegenden Elektroden 65b, 65d elektrisch verbunden. (Im folgenden wird „elektrisch verbunden" einfach als „verbunden" bezeichnet.)
Wie in 11 gezeigt, enthält die Durchschaltschaltung 20 der Betätigungsvorrichtung 1 in der zweiten Ausführungsform: einen Schalter 9; einen Schalter 16, und eine Steuerschaltung 8, welche eine Schwingkreis-Schaltung 81, eine Verstärkungsschaltung 82 und eine Drehbetragsteuerungs-Schaltung 83 enthält.
Der Schalter 9 ist die Schalteinrichtung zum Umschalten zwischen Durchschaltelektroden und als Schwingungserfassungseinrichtung zu verwendenden Elektroden. Wenn der Schalter 9 umgeschaltet wird, kann eine Drehrichtung des berührten Elements 51 geändert werden.
Der Schalter 9 hat zwei Schaltabschnitte 91, 92, die gleichzeitig nebeneinander arbeiten. Die Elektrode 61d des Vibrationselements 6 ist mit einer Anschlussklemme 97 des Schaltabschnitts 91 verbunden. Die Elektrode 61a ist mit einer Anschlussklemme 98 des Schaltabschnitts 92 verbunden.
Ferner sind eine Anschlussklemme 93 des Schaltabschnitts 91 und eine Anschlussklemme 96 des Schaltabschnitts 92 beide mit einer Ausgangsseite der Verstärkungsschaltung 82 in der Steuerschaltung 8 verbunden. Eine Wechselspannung aus der Verstärkungsschaltung 82 ist an jede der Anschlussklemmen 93, 96 angelegt.
Die Verstärkungsplatte 63 des Vibrationselements 6 ist mit Erde verbunden.
Ferner sind eine Anschlussklemme 94 des Schaltabschnitts 91 und eine Anschlussklemme 95 des Schaltabschnitts 92 beide mit einer Eingangsseite der Schwingkreis-Schaltung 81 in der Steuerschaltung 8 verbunden.
Der Schalter 16 hat zwei Schaltabschnitte 161, 162, die gleichzeitig nebeneinander arbeiten.
Eine Anschlussklemme 163 des Schaltabschnitts 161 ist mit den Anschlussklemmen 94, 95 des Schalters 9 verbunden. Eine Anschlussklemme 164 des Schaltabschnitts 161 ist mit der Elektrode 61e des Vibrationselements 6 verbunden.
Ferner ist eine Anschlussklemme 167 des Schaltabschnitts 161 mit der Eingangsseite der Schwingkreis-Schaltung 81 in der Steuerschaltung 8 verbunden.
Eine Anschlussklemme 166 des Schaltabschnitts 162 ist mit der Anschlussklemme 98 des Schalters 9 und der Elektrode 61a des Vibrationselements 6 verbunden. Eine Anschlussklemme 168 des Schaltabschnitts 162 ist mit der Anschlussklemme 97 des Schalters 9 und der Elektrode 61d des Vibrationselements 6 verbunden.
In dieser Hinsicht wird die Erläuterung der Steuerschaltung 8 weggelassen, weil diese die gleiche ist wie in der oben beschriebenen ersten Ausführungsform.
Nun wird jeder der obenerwähnten Modi beschrieben.
Im ersten Modus erfolgt keine Anregung des Vibrationselements 6. In anderen Worten, es wird keiner der obenerwähnten Elektroden elektrische Leistung zugeführt. In diesem Fall wird, da der Berührungsteil 66 des Vibrationselements 6 an das berührte Element 51 anstößt (gedrückt wird), das berührte Element 51 durch Reibungskraft zwischen dem Berührungsteil 66 und dem berührten Element 51 in einem Blockierzustand gehalten. Dies gestattet es, das angetriebene Element 5 in einem Blockierzustand zu halten. Es ist nämlich möglich, das berührte Element 51 daran zu hindern, sich zu bewegen (zu drehen), und das angetriebene Element 5 auf einer gewünschten Position zu halten.
Im zweiten Modus wird eine Schwingung in einer zu einer Tangente in einem Bereich, in welchem der Berührungsteil 66 an eine Außenumfangsfläche 511 des berührten Elements 51 anstößt, im wesentlichen senkrechten Richtung angeregt. In anderen Worten, den Elektroden 61a, 61b, 61c, 61d, 65a, 65b, 65e und 65d, welche auf beiden Seiten des Vibrationselements 6 auf beiden Diagonalen liegen, wird eine elektrische Leistung zugeführt, wozu zwischen der Verstärkungsplatte 63 und jeder einzelnen der Elektroden 61a, 61b, 61e, 61d, 65a, 65b, 65c und 65d eine Wechselspannung angelegt wird. Dies veranlasst das Vibrationselement 6, sich wieder und wieder in seiner Längsrichtung (in Richtung seiner langen Seite) auszudehnen und zusammenzuziehen, d.h., mit einer winzigen Amplitude in seiner Längsrichtung zu schwingen (longitudinal zu schwingen). In anderen Worten, der Berührungsteil 66 des Vibrationselements 6 schwingt (bewegt sich hin und her) in seiner Längsrichtung (in Richtung seiner langen Seite).
Wenn das Vibrationselement 6 sich zusammenzieht, hat das berührte Element 51 einen gewissen Abstand vom Berührungsteil 66, so dass die Reibungskraft zwischen dem berührten Element 51 und dem Berührungsteil 66 verschwindet oder nachlässt und deshalb in 11 das angetriebene Element 5 sich in einem freien Zustand befindet. Somit kann das angetriebene Element 5 sowohl entgegen dem Uhrzeigersinn als auch im Uhrzeigersinn frei gedreht werden. Dies gestattet es, das angetriebene Element 5 frei zu bewegen. Wenn andererseits das Vibrationselement 6 sich ausdehnt, erfährt das berührte Element 51 eine Stoßkraft vom Berührungsteil 66. Da jedoch die Richtung der Stoßkraft im wesentlichen senkrecht zur Tangente ist, dreht sich in 11 das berührte Element 51 weder entgegen dem Uhrzeigersinn noch im Uhrzeigersinn, und deshalb bewegt sich das angetriebene Element 5 nicht.
Somit befindet sich das berührte Element 51, d.h., das angetriebene Element 5, durch die Schwingung des Vibrationselements 6 in einem freien Zustand und kann sich in beide Richtungen frei bewegen.
Im dritten Modus wird eine Schwingung angeregt, welche mindestens eine Bewegungskomponente der Schwingung in der Vorwärts-Drehrichtung des berührten Elements 51 (die in 7 gezeigte Umfangsrichtungs-Komponente S2) aufweist. In anderen Worten, den Elektroden 61a, 61c, 65a und 65c, welche auf beiden Seiten des Vibrationselements 6 auf einer Diagonale liegen, wird eine elektrische Leistung zugeführt, wozu zwischen der Verstärkungsplatte 63 und jeder der Elektroden 61a, 61c, 65a und 65c eine Wechselspannung angelegt wird. Wie in der ersten Ausführungsform erwähnt, veranlasst dies in 11 das berührte Element 51, sich entgegen dem Uhrzeigersinn (in Vorwärtsrichtung) zu drehen. Gleichzeitig werden die Elektroden 61b, 61d, 65b und 65d, welche auf beiden Seiten des Vibrationselements 6 auf der anderen Diagonale liegen und welchen keine elektrische Leistung zugeführt wird, als Schwingungserfassungseinrichtung zum Erfassen der Schwingung des Vibrationselements 6 verwendet.
Im vierten Modus wird eine Schwingung angeregt, welche mindestens eine Bewegungskomponente der Schwingung in der Rückwärts-Drehrichtung des berührten Elements 51 (die in 8 gezeigte Umfangsrichtungs-Komponente S2) aufweist. In anderen Worten, den Elektroden 61b, 61d, 65b und 65d, welche auf beiden Seiten des Vibrationselements 6 auf einer Diagonale liegen, wird eine elektrische Leistung zugeführt, wozu zwischen der Verstärkungsplatte 63 und jeder einzelnen der Elektroden 61b, 61d, 65b und 65d eine Wechselspannung angelegt wird. Wie in der ersten Ausführungsform erwähnt, veranlasst dies in 11 das berührte Element 51, sich im Uhrzeigersinn (in Rückwärtsrichtung) zu drehen. Gleichzeitig werden die Elektroden 61a, 61c, 65a und 65c, welche auf beiden Seiten des Vibrationselements 6 auf der anderen Diagonale liegen und welchen keine elektrische Leistung zugeführt wird, als Schwingungserfassungseinrichtung zum Erfassen der Schwingung des Vibrationselements 6 verwendet.
Nun wird anhand von 11 die Funktionsweise der Betätigungsvorrichtung 1 erläutert.
In einem Zustand, in welchem der Hauptschalter auf EIN steht, werden, wenn Befehle zum Blockieren/Freigeben des berührten Elements 51 (d.h., des angetriebenen Elements 5) oder Befehle für eine Drehrichtung und einen Drehbetrag (zum Beispiel Drehungszahl und/oder Drehwinkel) des berührten Elements 51 erteilt werden, der Schalter 9, der Schalter 16 und die Drehbetragsteuerungs-Schaltung 83 der Steuerschaltung 8 auf Grundlage solcher Befehle betätigt. Es wird nämlich einer der oben beschriebenen Modi eins, zwei, drei und vier eingerichtet.
In dem Fall (des dritten Modus), in welchem die Befehle besagen, dass in 11 das berührte Element 51 entgegen dem Uhrzeigersinn (in Vorwärtsrichtung) gedreht werden soll, ist der Schalter 16 so geschaltet, dass die Anschlussklemme 163 und die Anschlussklemme 167 des Schalters 16 verbunden sind und die Anschlussklemme 165 und die Anschlussklemme 168 des Schalters 16 verbunden sind, während der Schalter 9 so geschaltet ist, dass die Anschlussklemme 94 und die Anschlussklemme 97 des Schalters 9 verbunden sind und die Anschlussklemme 96 und die Anschlussklemme 98 des Schalters 9 verbunden sind. Somit ist die Ausgangsseite der Verstärkungsschaltung 82 in der Steuerschaltung 8 zu den Elektroden 61a, 61e, 65a und 65e des Vibrationselements 6 durchgeschaltet und ist die Eingangsseite der Schwingkreis-Schaltung 81 in der Steuerschaltung 8 zu den Elektroden 61b, 61d, 65b und 65d des Vibrationselements 6 durchgeschaltet.
Sowohl die Schwingkreis-Schaltung 81 als auch die Verstärkungsschaltung 82 der Steuerschaltung 8 wird von der Drehbetragsteuerungs-Schaltung 83 gesteuert.
Eine aus der Schwingkreis-Schaltung 81 ausgegebene Wechselspannung wird von der Verstärkungsschaltung 82 verstärkt und dann zwischen der Verstärkungsplatte 63 und jeder der Elektroden 61a, 61e, 65a und 65e angelegt. Somit unterliegt, wie oben erwähnt, jeder der den Elektroden 61a, 61e, 65a und 65e des Vibrationselements 6 entsprechenden Bereiche wieder und wieder der Ausdehnung und Zusammenziehung, und der Berührungsteil 66 des Vibrationselements 6 schwingt (bewegt sich hin und her) in einer schrägen Richtung, wie durch den in 7 gezeigten Pfeil b dargestellt, und er schwingt (bewegt sich) auf elliptische Weise, wie durch den in 7 gezeigten Pfeil e dargestellt. Das berührte Element 51 erfährt die Reibungskraft (Stoßkraft) vom Berührungsteil 66, wenn die den Elektroden 61a, 61e, 65a und 65c des Vibrationselements 6 entsprechenden Bereiche sich ausdehnen, und diese sich wiederholende Reibungskraft (Stoßkraft) veranlasst in 1 das berührte Element 51, sich entgegen dem Uhrzeigersinn (in Vorwärtsrichtung) zu bewegen (zu drehen).
Wenn in 1 das berührte Element 51 sich entgegen dem Uhrzeigersinn (in Vorwärtsrichtung) dreht, bewegt (dreht) sich das angetriebene Element 5 zusammen mit dem berührten Element 51 in die gleiche Richtung.
Gleichzeitig arbeiten die Elektroden 61b, 61d, 65b und 65d, an welche keine Wechselspannung angelegt ist (nicht aktiviert), als Messelektroden, die zum Erfassen einer zwischen der Verstärkungsplatte 63 und jeder der Elektroden 61b, 61d, 65b und 65d zu induzierenden Spannung (induzierten Spannung) verwendet werden.
Die erfasste induzierte Spannung (erfasste Spannung) wird in die Schwingkreis-Schaltung 81 eingegeben, und dann gibt die Schwingkreis-Schaltung 81 auf Grundlage einer solchen erfassten Spannung eine Wechselspannung mit einer Frequenz (Resonanzfrequenz), bei welcher die Amplitude des Vibrationselements 6 maximal wird, nämlich die erfasste Spannung maximal wird, aus. Dies gestattet es, das angetriebene Element 5 effizient zu bewegen (zu drehen).
Ferner steuert die Drehbetragsteuerungs-Schaltung 83 den Vorgang des Durchschaltens zu jeder dieser Elektroden auf Grundlage des befohlenen Drehbetrags (Sollwerts) des berührten Elements 51.
Die Drehbetragsteuerungs-Schaltung 83 gestattet nämlich der Schwingkreis-Schaltung 81 und der Verstärkungsschaltung 82, sich zu aktivieren, bis der Drehbetrag des berührten Elements 51 den befohlenen Drehbetrag (Sollwert) des berührten Elements 51 erreicht, wodurch das Vibrationselement 6 angesteuert und das angetriebene Element 5 zusammen mit dem berührten Element 51 gedreht wird.
Im Gegensatz dazu, im Fall (des vierten Modus), in welchem die Befehle besagen, dass in 11 das berührte Element 51 im Uhrzeigersinn (in Rückwärtsrichtung) gedreht werden soll, ist der Schalter 16 so geschaltet, dass die Anschlussklemme 163 und die Anschlussklemme 167 des Schalters 16 verbunden sind und die Anschlussklemme 165 und die Anschlussklemme 168 des Schalters 16 verbunden sind, während der Schalter 9 so geschaltet ist, dass die Anschlussklemme 93 und die Anschlussklemme 97 des Schalters 9 verbunden sind und die Anschlussklemme 95 und die Anschlussklemme 98 des Schalters 9 verbunden sind. Somit ist die Ausgangsseite der Verstärkungsschaltung 82 in der Steuerschaltung 8 zu den Elektroden 61b, 61d, 65b und 65d des Vibrationselements 6 durchgeschaltet und ist die Eingangsseite der Schwingkreis-Schaltung 81 in der Steuerschaltung 8 zu den Elektroden 61a, 61c, 65a und 65c des Vibrationselements 6 durchgeschaltet. Da die folgenden Vorgänge die gleichen sind wie diejenigen des Falls, in welchem die Befehle besagen, dass in 11 das berührte Element 51 entgegen dem Uhrzeigersinn gedreht werden soll, wird deren Beschreibung weggelassen.
Im Fall (des ersten Modus), in welchem die Befehle besagen, dass das berührte Element 51, d.h., das angetriebene Element 5 im Blockierzustand zu halten ist, wie in 11 gezeigt, ist der Schalter 16 so geschaltet, dass die Anschlussklemme 163 und die Anschlussklemme 167 des Schalters 16 verbunden sind und die Anschlussklemme 165 und die Anschlussklemme 168 des Schalters 16 verbunden sind.
Die Drehbetragsteuerungs-Schaltung 83 gestattet der Schwingkreis-Schaltung 81 und der Verstärkungsschaltung 82 nicht, sich zu aktivieren. Es ist nämlich an keine der Elektroden des Vibrationselements 6 eine Wechselspannung angelegt.
Der Berührungsteil 66 des Vibrationselements 6 ist in Stoßkontakt mit dem berührten Element 51 (stößt daran an), und die Reibungskraft zwischen dem Berührungsteil 66 und dem berührten Element 51 hält das berührte Element 51 im Blockierzustand. Dies gestattet es, das angetriebene Element 5 im Blockierzustand zu halten. Das angetriebene Element 5 wird nämlich daran gehindert, sich zu bewegen, wodurch das angetriebene Element 5 auf einer gewünschten Position gehalten wird.
In dieser Hinsicht können im Fall des ersten Modus die Schalter 9 und 16 auf beliebige Weise geschaltet werden, solange an keine der Elektroden des Vibrationselements 6 eine Wechselspannung angelegt ist.
Im Fall (des zweiten Modus), in welchem die Befehle besagen, dass das berührte Element 51 in den freien Zustand zu versetzen ist, in anderen Worten, in welchem die Befehle besagen, dass das angetriebene Element 5 in den freien Zustand zu versetzen ist, ist der Schalter 16 so geschaltet, dass die Anschlussklemme 164 und die Anschlussklemme 167 des Schalters 16 verbunden sind und die Anschlussklemme 166 und die Anschlussklemme 168 des Schalters 16 verbunden sind. Somit ist die Ausgangsseite der Verstärkungsschaltung 82 der Steuerschaltung 8 zu den Elektroden 61a, 61b, 61c, 61d, 65a, 65b, 65e und 65d des Vibrationselements 6 durchgeschaltet und sind die Elektroden 61e und 65e des Vibrationselements 6 zur Eingangsseite der Schwingkreis-Schaltung 81 der Steuerschaltung 8 durchgeschaltet.
Eine aus der Schwingkreis-Schaltung 81 ausgegebene Wechselspannung wird durch die Verstärkungsschaltung 82 verstärkt und dann zwischen der Verstärkungsplatte 63 und jeder der Elektroden 61a, 61b, 61e, 61d, 65a, 65b, 65e und 65d angelegt. Somit schwingt (bewegt sich hin und her), wie oben erwähnt, der Berührungsteil 66 des Vibrationselements 6 in seiner Längsrichtung, wodurch das berührte Element 51, d.h., das angetriebene Element 5, in einen freien Zustand gelangt und es möglich ist, in 1 das berührte Element 51 (d.h., das angetriebene Element 5) sowohl im Uhrzeigersinn als auch entgegen dem Uhrzeigersinn frei zu drehen.
Gleichzeitig wird die zwischen der Verstärkungsplatte 63 und jeder der Elektroden 61e und 65e induzierte Spannung (induzierte Spannung) von jeder der Elektroden 61e und 65e erfasst. Die erfasste induzierte Spannung (erfasste Spannung) wird in die Schwingkreis-Schaltung 81 eingegeben, und danach gibt die Schwingkreis-Schaltung 81 auf Grundlage der erfassten Spannung eine Wechselspannung mit einer Frequenz, bei welcher die Amplitude der Longitudinalschwingung des Vibrationselements 6 maximal wird, nämlich die erfasste -Spannung maximal wird, aus. Dies gestattet es, das berührte Element 51, d.h., das angetriebene Element 5 ruhiger zu drehen.
Hier, im Fall des zweiten Modus, kann der Schalter 9 auf beliebige Weise geschaltet werden.
Gemäß der Betätigungsvorrichtung 1 in der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist es möglich, Effekte ähnlich denjenigen der oben beschriebenen ersten Ausführungsform zu erzielen.
Bei dieser Betätigungsvorrichtung 1 bestehen breitgefächerte Anwendungsmöglichkeiten, da es möglich ist, irgendeinen Zustand aus den vier Zuständen, welche einen Zustand, in welchem das berührte Element 51 (das angetriebene Element 5) in einem Blockierzustand gehalten wird, d.h., einen Zustand hoher Reibung; einen Zustand, in welchem dem berührten Element 51 (dem angetriebenen Element 5) gestattet wird, gedreht (oder bewegt) zu werden (d.h., in welchem das berührte Element 51 und das angetriebene Element 5 in einen freien Zustand versetzt werden), d.h., einen Zustand geringer Reibung; einen Zustand, in welchem das berührte Element 51 in Vorwärtsrichtung gedreht wird; und einen Zustand, in welchem das berührte Element 51 in Rückwärtsrichtung gedreht wird, umfassen, auszuwählen.
Im obenerwähnten Vibrationselement 6 wurde der Fall, in welchem die Elektroden zum Ansteuern des Vibrationselements 6 in vier Abschnitte unterteilt sind, beschrieben. Dies ist jedoch nur ein Beispiel für das selektive Anregen der Longitudinalschwingung und der Biegeschwingung des Vibrationselements 6, und in der vorliegenden Erfindung sind der Aufbau und das Verfahren zum Ansteuern des Vibrationselements 6 nicht auf die obenerwähnten Beispiele beschränkt.
Zusätzlich ist in der vorliegenden Erfindung die Betätigungsvorrichtung 1 so ausgelegt, dass der dritte Modus oder der vierte Modus weggelassen werden kann und das berührte Element 51 nur in eine Richtung gedreht werden kann. Selbst in diesem Fall kann in 1 das angetriebene Element 5 mittels des alleinigen Vibrationselements 6 in jede der beiden Richtungen bewegt (d.h. gedreht) werden.
(Dritte Ausführungsform)
Nun folgt eine Beschreibung einer dritten Ausführungsform der Betätigungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung.
12 ist eine perspektivische Ansicht, welche ein Vibrationselement der Betätigungsvorrichtung in einer dritten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. In den nun folgenden Erläuterungen anhand von 12 wird eine Oberseite als „oben", eine Unterseite als „unten", eine rechte Seite als „rechts" und eine linke Seite als „links" bezeichnet.
Im folgenden wird eine Betätigungsvorrichtung 1 in der dritten Ausführungsform beschrieben, wobei der Schwerpunkt auf den Aspekten, in welchen sich die obenerwähnte erste oder zweite Ausführungsform und die dritte Ausführungsform unterscheiden, liegt. In dieser Hinsicht wird die Erläuterung von Aspekten, welche gleiche Themen und dergleichen beinhalten, weggelassen.
Die Betätigungsvorrichtung 1 in der dritten Ausführungsform weist Besonderheiten hinsichtlich der Tatsache auf, dass die Betätigungsvorrichtung 1 ferner einen fünften Modus und einen sechsten Modus, in welchen Longitudinalschwingung und Biegeschwingung kombiniert werden, zusätzlich zu den in der zweiten Ausführungsform beschriebenen Modi eins bis vier anwenden kann. Der fünfte Modus und der sechste Modus können durch Wechseln eines Durchschaltmusters für jede der Elektroden 61a–61d, 61f, 65a–65d und 65f auf die gleiche Weise wie die Modi eins bis vier willkürlich ausgewählt werden.
Das Vibrationselement 6 der Betätigungsvorrichtung 1 hat, anstelle der Messelektroden 61e und 65e in der zweiten Ausführungsform, in 12 eine Elektrode 61f an der Oberseite eines piezoelektrischen Elements 62 und eine Elektrode 65f an dessen Unterseite. Die Elektroden 61f und 65f sind rechteckig und plattenförmig und haben im wesentlichen die gleiche Länge wie die Länge in Längsrichtung des Vibrationselements 6. Die Elektroden 61f und 65f befinden sich in einem zentralen Bereich des Vibrationselements 6 entlang seiner Längsrichtung. Ferner sind die Elektrode 61f und die Elektrode 65f zwischen der Vorderseite und der Rückseite des Vibrationselements 6 elektrisch verbunden. Die Elektroden 61f und 65f sind außerdem auf die gleiche Weise wie die anderen Elektroden 61a–61d und 65a–65d mit einer (nicht dargestellten) Durchschaltschaltung 20 elektrisch verbunden (die Elektroden 65a–65d sind in 12 nicht dargestellt).
13 ist eine Draufsicht, welche einen Schwingungszustand des Vibrationselements der in 12 gezeigten Betätigungsvorrichtung zeigt.
Im fünften Modus der Betätigungsvorrichtung 1 wird den Elektroden 61a, 61c, 65a und 65e, welche auf beiden Seiten des Vibrationselements 6 auf einer Diagonale liegen, elektrische Leistung zugeführt, wozu eine Wechselspannung zwischen der Verstärkungsplatte 63 und jeder der Elektroden 61a, 61e, 65a und 65e angelegt wird. Dann unterliegt jeder der diesen Elektroden entsprechenden Bereiche des Vibrationselements 6 wieder und wieder der Ausdehnung und Zusammenziehung, so dass das gesamte Vibrationselement 6 einer Biege-Sekundärschwingung unterliegt. Durch die Biege-Sekundärschwingung schwingt (bewegt sich hin und her) der Berührungsteil 66 des Vibrationselements 6 in einer schrägen Richtung, wie in 13 durch einen Pfeil b dargestellt, oder er schwingt (bewegt sich) auf elliptische Weise wie in 13 durch einen Pfeil e dargestellt. Somit erfährt das berührte Element 51 wieder und wieder eine Reibungskraft (Stoßkraft) vom Berührungsteil 66, so dass in 13 das berührte Element 51 entgegen dem Uhrzeigersinn (in Vorwärtsrichtung) gedreht wird.
Im fünften Modus wird ferner den Elektroden 61f und 65f im zentralen Bereich des Vibrationselements 6 elektrische Leistung zugeführt, wodurch die den Elektroden 61f und 65f entsprechenden Bereiche der piezoelektrischen Elemente 62, 64 wieder und wieder teilweise der Ausdehnung und Zusammenziehung mit einer hohen Geschwindigkeit unterliegen. Dann unterliegen die Bereiche an der Mittellinie in Längsrichtung des Vibrationselements 6 einer Longitudinalschwingung mit winziger Amplitude entlang ihrer Längsrichtung. Dies wird als Longitudinal-Primärschwingung bezeichnet. Durch die Longitudinal-Primärschwingung erhöht der Berührungsteil 66 die Stoßkraft in Längsrichtung des Vibrationselements 6, um das berührte Element 51 mit der erhöhten (stärkeren) Stoßkraft vorzuspannen. Dies gestattet es, eine im Vergleich mit dem Fall, in welchem das Vibrationselement 6 nur von der Biege-Sekundärschwingung angetrieben wird, hohe Antriebskraft zu erzielen.
Im fünften Modus dienen die Elektroden 61b, 61d, 65b und 65d, welchen keine elektrische Leistung zugeführt wird, als Schwingungserfassungseinrichtung zum Erfassen der Schwingung des Vibrationselements 6. Die Elektroden 61b, 61d, 65b und 65d erfassen eine zwischen der Verstärkungsplatte 63 und jeder der Elektroden 61b, 61d, 65b und 65d, welchen keine elektrische Leistung zugeführt wird, wenn das Vibrationselement 6 angetrieben wird, zu induzierende Spannung (induzierte Spannung), und danach wird die induzierte Spannung in eine Schwingkreis-Schaltung 81 eingegeben. Auf Grundlage der erfassten induzierten Spannung gibt die Schwingkreis-Schaltung 81 eine Wechselspannung mit einer vorbestimmten Frequenz (Resonanzfrequenz), bei welcher die Amplitude des Vibrationselements 6 maximal wird, d.h., die induzierte Spannung maximal wird, aus. Dies gestattet es, das berührte Element 51, d.h., das angetriebene Element 5 effizient zu drehen. In dieser Hinsicht arbeiten die Elektroden 61b, 61d, 65b und 65d, welchen keine elektrische Leistung zugeführt wird, auf dieselbe Weise wie diejenigen in der ersten Ausführungsform.
14 ist eine Draufsicht, welche einen Schwingungszustand des in 12 gezeigten Vibrationselements zeigt.
Im sechsten Modus der Betätigungsvorrichtung 1 wird den Elektroden 61b, 61d, 65b und 65d, welche auf beiden Seiten des Vibrationselements 6 auf der anderen Diagonale liegen, und den Elektroden 61f und 65f, die im zentralen Bereich des Vibrationselements 6 liegen, elektrische Leistung zugeführt. Das Vibrationselement 6 schwingt mit einer zu der Bewegung im Fall des fünften Modus symmetrischen Bewegung, wodurch es in 14 das berührte Element 51 veranlasst, sich im Uhrzeigersinn (in Rückwärtsrichtung) zu drehen. Dies gestattet es auch, eine stärkere Antriebskraft in Rückwärtsrichtung zu erzielen.
Im sechsten Modus dienen die Elektroden 61a, 61e, 65a und 65e, welchen keine elektrische Leistung zugeführt wird, als Schwingungserfassungseinrichtung zum Erfassen der Schwingung des Vibrationselements 6. Die Elektroden 61a, 61e, 65a und 65c erfassen eine zwischen der Verstärkungsplatte 63 und jeder der Elektroden 61a, 61e, 65a und 65e, welchen keine elektrische Leistung zugeführt wird, wenn das Vibrationselement 6 angetrieben wird, zu induzierende Spannung (induzierte Spannung), und danach wird die induzierte Spannung in eine Schwingkreis-Schaltung 81 eingegeben. Auf Grundlage der erfassten induzierten Spannung gibt die Schwingkreis-Schaltung 81 eine Wechselspannung mit einer vorbestimmten Frequenz (Resonanzfrequenz), bei welcher die Amplitude des Vibrationselements 6 maximal wird, d.h., die induzierte Spannung maximal wird, aus. Dies gestattet es, das berührte Element 51, d.h., das angetriebene Element 5 effizient zu drehen. In dieser Hinsicht arbeiten die Elektroden 61b, 61d, 65b und 65d, welchen keine elektrische Leistung zugeführt wird, auf dieselbe Weise wie diejenigen in der ersten Ausführungsform.
Hier, in dem Fall, in welchem eine Länge eines Basisteils des Vibrationselements 6 in Längsrichtung (in der Richtung, in welcher das Vibrationselement 6 sich beim Anlegen der Wechselspannung ausdehnt und zusammenzieht), d.h., eine Länge der langen Seite des Vibrationselements 6, als eine Länge L ermittelt wird, und in welchem eine Länge des Basisteils des Vibrationselements 6 in einer zur Längsrichtung im wesentlichen senkrechten Richtung (die Länge des Basisteils in der zu der Richtung, in welcher der Berührungsteil 66 herausragt, im wesentlichen senkrechten Richtung), d.h., eine Länge der kurzen Seite des Vibrationselements 6, als eine Breite A ermittelt wird, wie in 12 gezeigt, unterliegt ein Verhältnis zwischen der Breite A und der Länge L keiner besonderen Beschränkung. Vorzugsweise jedoch sollte das Verhältnis etwa 2 bis 5 betragen. Mehr vorzuziehen ist ein Verhältnis, das etwa 3 bis 4 beträgt. Am meisten vorzuziehen ist ein Verhältnis, das etwa 3,54 beträgt. Die Beziehung zwischen den Resonanzfrequenzen der Longitudinal-Primärschwingung und der Biege-Sekundärschwingung wird unter den obenerwähnten Bedingungen angemessen, und es ist möglich, einen zufriedenstellenden Antriebswirkungsgrad zu erzielen.
In dieser Hinsicht sind bei der Betätigungsvorrichtung 1 die Schwingungsmodi des Vibrationselements 6 nicht auf die obenerwähnten Modi eins bis sechs beschränkt, und ein Durchschnittsfachmann kann jeden gewünschten Schwingungsmodus anwenden. Zum Beispiel kann im in 12 beschriebenen Vibrationselement 6 durch Anlegen der Wechselspannung nur an die Elektroden 61f, 65f eine Longitudinal-Primärschwingung im Vibrationselement 6 angeregt werden oder kann durch Anlegen der Wechselspannung an alle Elektroden 61a–61f und 65a–65f und Verzögern des Anlegezeitpunkts bei vorbestimmten Elektroden eine aus einer Kombination von Longitudinal-Primärschwingung und Biege-Tertiärschwingung bestehende komplexe Schwingung im Vibrationselement 6 angeregt werden.
17 ist ein Diagramm, welches elektrische Eigenschaften des in 12 dargestellten Vibrationselements zeigt. In diesem in 17 gezeigten Diagramm stellt die horizontale Achse die Schwingungsfrequenz (Hz) des Vibrationselements 6 während des Ansteuerns dar und stellt die vertikale Achse die Impedanz (Ω) der piezoelektrischen Elemente 62, 64, während das Vibrationselement 6 nicht in Stoßkontakt mit dem berührten Element 51 ist (nicht daran anstößt), dar.
Wie in 17 gezeigt, weist das Vibrationselement 6 eine Resonanzfrequenz f1 der Longitudinal-Primärschwingung und eine Resonanzfrequenz f2 der Biege-Sekundärschwingung auf. Bei diesen Resonanzfrequenzen f1, f2 nimmt die Impedanz Minimalwerte an. Hier sind diese Resonanzfrequenzen f1, f2 für das Vibrationselement 6 eigentümliche Frequenzen. Die Resonanzfrequenzen f1, f2 können durch Auswählen einer Form oder einer Größe des Vibrationselements 6, einer Position des Berührungsteils 66 oder dergleichen willkürlich geändert werden. In diesem Vibrationselement 6 der vorliegenden Erfindung sind die Resonanzfrequenzen f1, f2 so eingestellt, dass sie nah beieinander liegen. Zum Beispiel ist in diesem Vibrationselement 6 die Resonanzfrequenz f2 der Biege-Sekundärschwingung um etwa 1 bis 2% höher als die Resonanzfrequenz f1 der Longitudinal-Primärschwingung. Beim Aufbau des Vibrationselements 6 kann, wenn das Vibrationselement 6 mit einer Frequenz in der Nähe der Resonanzfrequenzen f1, f2, insbesondere mit einer Frequenz zwischen den Resonanzfrequenzen f1 und f2, angesteuert wird, eine aus einer Kombination von Longitudinal-Primärschwingung und Biege-Sekundärschwingung bestehende komplexe Schwingung erzielt werden. Ferner weist die komplexe Schwingung merklich die Ansteuereigenschaften sowohl der Longitudinal-Primärschwingung als auch der Biege-Sekundärschwingung auf, weil die Ansteuerfrequenz in der Nähe sowohl der Resonanzfrequenz f1 der Longitudinal-Primärschwingung als auch der Resonanzfrequenz f2 der Biege-Sekundärschwingung liegt. Dies gestattet es, effizient die Ansteuereigenschaften sowohl der Longitudinal-Primärschwingung als auch der Biege-Sekundärschwingung zu erzielen, wenn das Vibrationselement 6 angetrieben wird.
Ferner sind im Vibrationselement 6 diese Resonanzfrequenzen f1, f2 so eingestellt, dass sie voneinander verschiedene vorbestimmte Werte sind (siehe 17). Somit wird eine Änderung der Impedanz der piezoelektrischen Elemente 62, 64 in der Nähe des Resonanzpunkts im Stoßzustand träge, wodurch die Grenze zwischen der Resonanzfrequenz f1 der Longitudinal-Primärschwingung und der Resonanzfrequenz f2 der Biege-Sekundärschwingung undeutlich wird. Überdies ist es möglich, ein breites Frequenzband zu bilden, in welchem der Wert der Impedanz in der Nähe der Resonanzfrequenzen f1, f2, insbesondere bei einer Frequenz zwischen den Resonanzfrequenzen f1 und f2, niedriger wird. Dies gestattet es, die Anregung, welche Longitudinal-Primärschwingung und Biege-Sekundärschwingung kombiniert, in einem breiten Frequenzband auszuführen und eine während des Ansteuerns dem Vibrationselement 6 zugeführte Eingangsleistung zu stabilisieren.
In der Betätigungsvorrichtung 1 wird das Vibrationselement 6 mit einer zwischen der Resonanzfrequenz f1 der Longitudinal-Primärschwingung und der Resonanzfrequenz f2 der Biege-Sekundärschwingung liegenden Schwingungsfrequenz (Ansteuerfrequenz) angesteuert. In diesem Fall wird, wenn die Ansteuerfrequenz des Vibrationselements 6 in die Nähe der Resonanzfrequenz f1 der Longitudinal-Primärschwingung gebracht wird, die Amplitude der Longitudinalschwingung in der Richtung, in welcher die Stoßkraft erhöht wird, größer. Somit nimmt die Reibungskraft zwischen dem Berührungsteil 66 des Vibrationselements 6 und dem berührten Element 51 zu, und deshalb wird die Antriebskraft des Vibrationselements 6 erhöht (d.h., es wird ein Typ mit hoher Antriebskraft). Wenn andererseits die Ansteuerfrequenz des Vibrationselements 6 in die Nähe der Resonanzfrequenz f2 der Biege-Sekundärschwingung gebracht wird, wird die Komponente in Drehrichtung des berührten Elements 51 (d.h., des angetriebenen Elements 5) innerhalb der Schwingungsbewegung des Vibrationselements 6 größer. Somit nimmt der Drehbetrag des berührten Elements 51 pro Schwingungseinheit zu, und deshalb wird die Antriebsgeschwindigkeit (Drehgeschwindigkeit) des angetriebenen Elements 5 erhöht (d.h., es wird ein Typ mit hoher Geschwindigkeit). Auf diese Weise ist es durch Verschieben der Resonanzfrequenz f1 der Longitudinal-Primärschwingung hin zur Resonanzfrequenz f2 der Biege-Sekundärschwingung und durch angemessenes Einstellen (Auswählen) der Ansteuerfrequenz des Vibrationselements 6 innerhalb des Frequenzbands zwischen den Resonanzfrequenzen f1 und f2 möglich, beliebige Antriebseigenschaften zum Beispiel bezüglich Antriebskraft, Antriebsgeschwindigkeit oder dergleichen zu erzielen.
In dieser Hinsicht sollte in diesem Vibrationselement 6 die Resonanzfrequenz f2 der Biege-Sekundärschwingung vorzugsweise um etwa 0,5 bis 3,0% höher als die Resonanzfrequenz f1 der Longitudinal-Primärschwingung sein. Mehr vorzuziehen ist eine Resonanzfrequenz f2, die um etwa 1,0 bis 2,0% höher ist als die Resonanzfrequenz f1.
Durch Einstellen einer Differenz zwischen den Resonanzfrequenzen f1 und f2 innerhalb des obenerwähnten Bereichs ist es, da die Longitudinal-Primärschwingung und die Biege-Sekundärschwingung gleichzeitig auftreten (d.h., da die beiden Schwingungen kombiniert sind), möglich, die Reibungskraft und die Antriebskraft gleichzeitig zu erzielen, wodurch sich zufriedenstellende Antriebseigenschaften erzielen lassen.
In dieser Hinsicht ist die vorliegende Erfindung nicht auf diesen Aufbau beschränkt. Die Resonanzfrequenz f1 der Longitudinal-Primärschwingung kann höher als die Resonanzfrequenz f2 der Biege-Sekundärschwingung sein. In diesem Fall sollte die Resonanzfrequenz f1 der Longitudinal-Primärschwingung vorzugsweise um etwa 0,5 bis 3,0% höher als die Resonanzfrequenz f2 der Biege-Sekundärschwingung sein. Mehr vorzuziehen ist eine Resonanzfrequenz f1, die um etwa 1,0 bis 2,0% höher als die Resonanzfrequenz f2 ist. Um durch Zuführen höherer elektrischer Leistung zur (durch Einspeisen höherer elektrischer Leistung in die) Betätigungsvorrichtung 1 eine höhere mechanische Leistung zu erzielen, ist es außerdem vorzuziehen, dass die Impedanz bei der Ansteuerfrequenz reduziert wird.
Ferner ist im Vibrationselement 6 die Impedanz bei der Resonanzfrequenz f2 der Biege-Sekundärschwingung höher als diejenige bei der Resonanzfrequenz f1 der Longitudinal-Primärschwingung. Überdies gibt es, wie in 17 gezeigt, zwischen den Resonanzfrequenzen f1 und f2 eine Frequenz f3, bei welcher die Impedanz einen Maximalwert annimmt. Vorzugsweise ist das Vibrationselement 6 mit einer vorbestimmten Ansteuerfrequenz zwischen der Resonanzfrequenz f1 der Longitudinal-Primärschwingung und der Resonanzfrequenz f2 der Biege-Sekundärschwingung anzusteuern. Mehr vorzuziehen ist das Ansteuern des Vibrationselements 6 mit einer vorbestimmten Ansteuerfrequenz zwischen der Resonanzfrequenz f2 und der Frequenz f3. Dies gestattet es, das Vibrationselement 6 bei Ansteuerung mit einer Schwingungsphasenverschiebung zwischen der Longitudinalschwingung und der Biegeschwingung anzuregen. Deshalb ist es möglich, den Berührungsteil 66 entlang einer elliptischen Bahn e (siehe 7 und 8) schwingen (sich bewegen) zu lassen, und ist es möglich, Kraft effizient vom Vibrationselement 6 auf das berührte Element 51 zu übertragen, ohne eine das berührte Element 51 zurückziehende Kraft zu erzeugen.
In dieser Hinsicht kann dieser Aufbau, bei welchem die Resonanzfrequenzen f1, f2 voneinander verschieden sind und/oder nahe beieinander liegen, wie oben beschrieben, für die erste und zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Dies gestattet es, Effekte ähnlich demjenigen der oben beschriebenen dritten Ausführungsform zu erzielen.
Bei der Betätigungsvorrichtung 1 der dritten Ausführungsform sind fünf Elektroden 61a–61d und 61f beziehungsweise 65a–65d und 65f auf den piezoelektrischen Elementen 62, 64 angeordnet, um einen bidirektionalen Antrieb des berührten Elements 51 einschließlich Vorwärts- und Rückwärtsrichtung zu realisieren (siehe 13 und 14). Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf diesen Aufbau beschränkt. Zum Beispiel in dem Fall, in welchem das berührte Element 51 in eine einzige Richtung gedreht werden soll, kann das Vibrationselement 6 einfacher aufgebaut sein.
15 ist eine perspektivische Ansicht, welche eine Variante des in 12 gezeigten Vibrationselements veranschaulicht. Das Vibrationselement 6 weist, im Vergleich mit dem in 12 beschriebenen Vibrationselement 6, eine einzige, die Elektroden 61a, 61c und 61f zusammenfassende Elektrode 61g anstelle dieser Elektroden 61a, 61c und 61f auf den gleichen Positionen wie denjenigen dieser Elektroden auf. Entsprechend weist das Vibrationselement 6 eine einzige, die Elektroden 65a, 65c und 65f zusammenfassende Elektrode 65g anstelle dieser Elektroden 65a, 65c und 65f auf den gleichen Positionen wie denjenigen dieser Elektroden auf. Die Elektrode 65g ist in 24 nicht dargestellt, lediglich das Bezugszeichen der Elektrode ist in Klammern angegeben. Ferner ist die Elektrode 61d unabhängig von der Elektrode 65d angebracht. Außerdem sind bei diesem Vibrationselement 6 die Elektroden 61b, 65b und 65d weggelassen.
16 ist eine Draufsicht, welche einen Schwingungszustand des in 15 gezeigten Vibrationselements veranschaulicht. Diesen einzigen Elektroden 61g, 65g des Vibrationselements 6 wird elektrische Leistung zugeführt. Die den Elektroden 61g, 65g entsprechenden Bereiche der piezoelektrischen Elemente 62, 64 unterliegen wieder und wieder mit einer hohen Geschwindigkeit der Ausdehnung und Zusammenziehung (siehe 16). Dann wird durch die Ausdehnung und Zusammenziehung der den Elektroden 61a, 61c, 65a und 65c entsprechenden Bereiche innerhalb der den Elektroden 61g, 65g entsprechenden Bereiche eine Biege-Sekundärschwingung erzeugt sowie die Funktion des obenerwähnten fünften Modus. Ferner wird durch die Ausdehnung und Zusammenziehung der den Elektroden 61f und 65f entsprechenden Bereiche innerhalb der den Elektroden 61g, 65g entsprechenden Bereiche eine Longitudinal-Primärschwingung erzeugt sowie die Funktion des fünften Modus. Somit wird eine aus einer Kombination von Longitudinal-Primärschwingung und Biege-Sekundärschwingung bestehende komplexe Schwingung erzeugt, und durch die gleiche Funktion wie diejenige des fünften Modus wird in 16 das berührte Element 51 entgegen dem Uhrzeigersinn gedreht.
Die Elektrode 61d ist mit der Schwingkreis-Schaltung 81 der (nicht dargestellten) Steuerschaltung 8 verbunden und dient dazu, deren Schwingungsfrequenz auf einem geeigneten Wert zu halten.
In dieser Hinsicht ist die Drehrichtung des berührten Elements 51 nur eine Richtung in diesem Vibrationselement 6. Gemäß diesem Vibrationselement 6 ist es, da die Anzahl der Elektroden im Vergleich mit dem in 12 beschriebenen Vibrationselement 6 reduziert ist, möglich, die Struktur der Produktion (Vibrationselement) zu vereinfachen und die Fertigungsschritte der Produktion zu verkürzen (zu beschränken). Außerdem kann, da das angetriebene Element 5 nur in einer Richtung angetrieben (gedreht) wird, der Schalter 9 der Durchschaltschaltung 20 weggelassen werden. Dies gestattet es, die Produktion weiter zu vereinfachen.
Andererseits kann eine (nicht dargestellte) einzige, die Elektroden 61b, 61d und 61f zusammenfassende Elektrode 61h anstelle der Elektroden 61b, 61d und 61f auf den gleichen Positionen wie denjenigen dieser Elektroden angeordnet sein und kann eine (nicht dargestellte) einzige, die Elektroden 65b, 65d, und 65f zusammenfassende Elektrode 65h anstelle der Elektroden 65b, 65d und 65f auf den gleichen Positionen wie denjenigen dieser Elektroden angeordnet sein. Ferner können die anderen Elektroden 61a, 61c, 65a und 65c weggelassen werden. In diesem Fall kann das berührte Element 51 in der zur obenerwähnten Richtung (in 16 im Uhrzeigersinn) entgegengesetzten Richtung gedreht werden, in 1 nämlich kann das angetriebene Element 5 entgegen dem Uhrzeigersinn gedreht werden.
(Vierte Ausführungsform)
Nun folgt eine Beschreibung einer Betätigungsvorrichtung 1 einer vierten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung.
18 ist eine Draufsicht, welche eine Betätigungsvorrichtung in der vierten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
Im folgenden wird eine Betätigungsvorrichtung 1 in der vierten Ausführungsform beschrieben, wobei der Schwerpunkt auf den Aspekten, in welchen sich die obenerwähnte erste Ausführungsform und die vierte Ausführungsform unterscheiden, liegt. In dieser Hinsicht wird die Erläuterung von Aspekten, welche gleiche Themen und dergleichen beinhalten, weggelassen.
Bei der Betätigungsvorrichtung 1 der oben beschriebenen ersten Ausführungsform war der Berührungsteil 66 in der Mitte der kurzen Seite des Vibrationselements 6 angeordnet. Die Position des Berührungsteils 66 ist jedoch nicht auf diese Position beschränkt. Zum Beispiel kann sich, wie in 18 gezeigt, der Berührungsteil 66 auf einer aus dem zentralen Bereich der kurzen Seite des Vibrationselements 6 versetzten Position, d.h., auf einer von der Mittellinie in Längsrichtung des Vibrationselements 6 versetzten Position, befinden. Gemäß einer solchen Konfiguration kommt es zu (1) einem Ungleichgewichtszustand des Gewichts des Vibrationselements 6 durch Versatz der Einstellposition des Berührungsteils 66; (2) einem Ungleichgewichtszustand der Anordnung der Elektroden 61a–61d und 65a–65f zum Ansteuern des Vibrationselements 6; (3) einem Ungleichgewichtszustand aufgrund des abseits der Mittellinie des Vibrationselements 6 erfolgenden Einwirkens der Reaktionskraft vom angetriebenen Element 5 auf das Vibrationselement 6; und dergleichen. In diesem Fall wird, wenn das Vibrationselement 6 sich aufgrund der Zufuhr elektrischer Leistung zum Vibrationselement 6 ausdehnt und zusammenzieht, ohne weiteres eine aus einer Kombination von Longitudinalschwingung und Biegeschwingung bestehende komplexe Schwingung herbeigeführt. Dies gestattet es, einen Antriebswirkungsgrad des Vibrationselements 6 zu erhöhen.
In dieser Hinsicht weist das Vibrationselement 6 hinsichtlich der Ursache für den obenerwähnten Punkt (3), wenn die Mitte des berührten Elements 51 abseits der Mittellinie des Vibrationselements 6 liegt, entsprechende Effekte auf, selbst wenn der Berührungsteil 66 wie in 10 gezeigt aus der gesamten kurzen Seite des Vibrationselements 6 herausragt. Deshalb ist auch ein solcher Aufbau in die vorliegende Erfindung eingeschlossen.
Auf die gleiche Weise weist das Vibrationselement 6, wenn die Mitte des berührten Elements 51 abseits der Mittellinie des Vibrationselements 6 liegt, entsprechende Effekte auf, selbst wenn der Berührungsteil 66 aus dem Mittelteil der kurzen Seite des Vibrationselements 6 herausragt, und kann die komplexe Schwingung herbeigeführt werden. Deshalb ist auch ein solcher Aufbau in die vorliegende Erfindung eingeschlossen.
Nun folgt eine weitere Erläuterung anhand der 20 und 21.
Da die Vorgänge der oben beschriebenen Punkte (1)–(3) voneinander unabhängig sind, lassen sie sich frei kombinieren. Zum Beispiel bewirken bei Verwendung des Aufbaus, bei welchem der Berührungsteil 66 über die gesamte kurze Seite des Vibrationselements 6 angeordnet ist und der Berührungsteil 66 an einem von der Mittellinie des Vibrationselements 6 versetzten Punkt mit dem berührten Element 51 in Kontakt steht, wie in 20 gezeigt, die Vorgänge der Punkte (2) und (3), dass die aus einer Kombination von Longitudinalschwingung und Biegeschwingung bestehende komplexe Schwingung herbeigeführt wird. Deshalb ist es möglich, den Antriebswirkungsgrad zu verbessern.
Ferner kann bei Verwendung des Aufbaus, bei welchem das Vibrationselement 6 einen trapezförmigen Basisteil aufweist und der Berührungsteil 66 auf einer Position abseits der Mittellinie in Längsrichtung des Vibrationselements 6 angebracht ist, um ihn mit dem berührten Element 51 in Kontakt zu bringen, wie in 21 gezeigt, die Reaktionskraft vom angetriebenen Element 5 abseits der Mittellinie des Vibrationselements 6 wirken und kann die Bewegung in einer Richtung senkrecht zur Längsrichtung des Vibrationselements 6 erzeugt werden. Somit ist es möglich, den Antriebswirkungsgrad zu verbessern.
Außerdem ist es in der vierten Ausführungsform möglich, den Aufbau zu verwenden, bei welchem einzige Elektroden 61, 65 über fast die gesamten Bereiche der piezoelektrischen Elemente 62, 64 angeordnet sind. 19 ist eine perspektivische Ansicht, welche eine Variante des in 18 gezeigten Vibrationselements veranschaulicht. Gemäß einem solchen Aufbau ist es, da durch Ungleichgewichtszustände des Vibrationselements 6 eine aus Longitudinalschwingung und Biegeschwingung bestehende komplexe Schwingung herbeigeführt wird, möglich, das berührte Element 51 mit einer vereinfachten Elektrodenanordnung effizient anzutreiben.
42 ist eine perspektivische Ansicht, welche eine Variante des in 19 gezeigten Vibrationselements veranschaulicht. Wie in 34 gezeigt, kann das Vibrationselement 6 so aufgebaut sein, dass ein piezoelektrisches Element 62 auf einer Fläche (auf einer Seite) einer Verstärkungsplatte 63 angebracht ist und eine einzelne Elektrode 61 auf dem gesamten piezoelektrischen Element 62 angebracht ist.
Gemäß einem solchen Aufbau ist es, da durch Ungleichgewichtszustände des Vibrationselements 6 eine aus Longitudinalschwingung und Biegeschwingung bestehende komplexe Schwingung herbeigeführt wird, möglich, das berührte Element 51 mit einer vereinfachten Elektrodenanordnung effizient anzutreiben.
Ferner ist es, da das piezoelektrische Element 62 und die Elektrode 61 auf einer Seite der Verstärkungsplatte 63 angeordnet sind, möglich, den Aufbau des Vibrationselements 6 zu vereinfachen und die Dicke des Vibrationselements 6 dünner zu machen. Deshalb ist es möglich, die Fertigungskosten der Betätigungsvorrichtung 1 zu senken.
Überdies kann der Aufbau, bei welchem das piezoelektrische Element 62 und die Elektrode 61 auf einer Seite der Verstärkungsplatte 63 angebracht sind, für die Vibrationselemente (Ultraschallmotoren), welche wie oben beschrieben und wie später beschrieben aufgebaut sind, verwendet werden. Eine Gestalt oder eine Größe des Vibrationselements 6, eine Position des Berührungsteils 66 oder dergleichen unterliegt keiner besonderen Beschränkung.
In anderen Worten, in der vorliegenden Erfindung kann das Vibrationselement 6 einen Aufbau (ebenen Aufbau) aufweisen, bei welchem das piezoelektrische Element 62, das sich bei Anlegen einer Wechselspannung ausdehnt und zusammenzieht, auf der Verstärkungsplatte 63 (einer Seite der Verstärkungsplatte 63), an welcher der Berührungsteil 66 und der Armteil 68 zusammen mit dieser als ein Teil gebildet sind, angebracht ist.
Ferner kann das Vibrationselement 6, bei welchem das piezoelektrische Element 62 lediglich auf einer Seite der Verstärkungsplatte 63 angebracht ist, für jede der oben beschriebenen oder später beschriebenen Ausführungsformen verwendet werden.
(Fünfte Ausführungsform)
Nun folgt eine Beschreibung einer Betätigungsvorrichtung in einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
22 ist eine Draufsicht, welche einen Ultraschallmotor einer Betätigungsvorrichtung in der fünften Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. In den nun folgenden Erläuterungen anhand von 29 wird eine Oberseite als „oben", eine Unterseite als „unten", eine rechte Seite als „rechts" und eine linke Seite als „links" bezeichnet.
Im folgenden wird eine Betätigungsvorrichtung 1 in der fünften Ausführungsform beschrieben, wobei der Schwerpunkt auf den Aspekten, in welchen sich die obenerwähnte erste Ausführungsform und die fünfte Ausführungsform unterscheiden, liegt. In dieser Hinsicht wird die Erläuterung von Aspekten, welche gleiche Themen und dergleichen beinhalten, weggelassen.
Wie in 22 gezeigt, ist bei der Betätigungsvorrichtung 1 (Ultraschallmotor) der fünften Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung ein Paar von zwei Armteilen 68, 68, die beide über Elastizität (Flexibilität) verfügen, an der Verstärkungsplatte 63 der Vibrationsplatte 6 zusammen mit dieser als ein Teil gebildet.
Die beiden Armteile 68, 68 sind jeweils in im wesentlichen zentralen Bereichen der beiden langen Seiten in Längsrichtung der Verstärkungsplatte 63 (Richtung von oben nach unten in 22) so angebracht, dass sie in der zu deren Längsrichtung im wesentlichen senkrecht stehenden Richtung und in entgegengesetzten Richtungen aus der Verstärkungsplatte 63 (dem Basisteil des Vibrationselements 6) herausragen (d.h., sie sind symmetrisch bezüglich einer vertikalen Richtung in 22).
Gemäß der Betätigungsvorrichtung 1 der fünften Ausführungsform ist es möglich, Effekte ähnlich demjenigen der oben beschriebenen ersten Ausführungsform zu erzielen.
Ferner kann, da bei dieser Betätigungsvorrichtung 1 die beiden Armteile 68, 68 am Vibrationselement 6 angebracht sind, die Steifigkeit gegenüber der Halterung erhöht werden, wodurch es möglich ist, das Vibrationselement 6 gegenüber äußeren Kräften wie der Reaktionskraft des Antriebs oder dergleichen standsicher zu lagern. Überdies kann, da die beiden Armteile 68, 68 symmetrisch sind, der Einfluss auf die Antriebseigenschaften in 22 sowohl im Uhrzeigersinn als auch entgegen dem Uhrzeigersinn (in Rechts- und Linksrichtung) vereinheitlicht werden. Deshalb kann der Aufbau, bei welchem die Antriebseigenschaften in Vorwärts- und Rückwärtsrichtung gleich sind, realisiert werden.
Außerdem kann jeder in den Ausführungsformen zwei bis vier beschriebene Aufbau für diesen Aufbau der fünften Ausführungsform verwendet werden. Vorzugsweise ist der Aufbau der dritten Ausführungsform für diesen Aufbau der fünften Ausführungsform zu verwenden.
(Sechste Ausführungsform)
Nun folgt eine Beschreibung einer Betätigungsvorrichtung in einer sechsten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung.
Im folgenden wird eine Betätigungsvorrichtung 1 in der sechsten Ausführungsform beschrieben, wobei der Schwerpunkt auf den Aspekten, in welchen sich die obenerwähnte erste Ausführungsform und die sechste Ausführungsform unterscheiden, liegt. In dieser Hinsicht wird die Erläuterung von Aspekten, welche gleiche Themen und dergleichen beinhalten, weggelassen.
In der Betätigungsvorrichtung 1 der oben beschriebenen ersten Ausführungsform wird ein angetriebenes Element 5 mit einem zylinderförmigen berührten Element 51 mittels eines Vibrationselements 6 angetrieben (bewegt). Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf diesen Aufbau beschränkt. Die Betätigungsvorrichtung 1 kann so ausgeführt sein, dass ein angetriebenes Element 5 mit anderer Gestalt und anderem Aufbau mittels des Vibrationselements 6 angetrieben wird. Zum Beispiel ist das berührte Element 51 dieser Betätigungsvorrichtung 1 das zylinderförmige berührte Element 51, die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf diesen Aufbau beschränkt. Das berührte Element 51 kann einen drehenden Aufbau mit einer Zylinderform, einer Form mit Kreissektor-Querschnitt, einer Kreisbogenform oder dergleichen (in den Zeichnungen nicht dargestellt) haben.
(Siebte Ausführungsform)
23 ist eine Schnittansicht eines Hauptteils einer Betätigungsvorrichtung in einer siebten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung. In 23 sind die gleichen Teile (Komponenten) wie diejenigen der Betätigungsvorrichtung 1 in den oben beschriebenen Ausführungsformen mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet, und deren Erläuterungen werden weggelassen. Die Betätigungsvorrichtung 1 weist eine Besonderheit hinsichtlich der Tatsache auf, dass Aufbau und Anordnung des Vibrationselements 6 im Vergleich mit der Betätigungsvorrichtung 1 in der ersten Ausführungsform verbessert sind (siehe 6). Das Vibrationselement 6 der Betätigungsvorrichtung 1 in der ersten Ausführungsform hat den Berührungsteil 66 in einem im wesentlichen zentralen Bereich seiner kurzen Seite. Ferner ist das berührte Element 51 in Verlängerung der Längsrichtung des Vibrationselements 6 angeordnet (siehe 3). Ein solcher Aufbau ist vorzuziehen, weil die Dicke der Betätigungsvorrichtung 1 minimiert werden kann. Andererseits weist bei dieser Betätigungsvorrichtung 1 der siebten Ausführungsform das Vibrationselement 6 an einem Endteil seiner langen Seite einen Berührungsteil 66 auf. Ferner ist das berührte Element 51 an einer von der Seite des Vibrationselements 6, d.h., der Verlängerung der Längsrichtung des Vibrationselements 6, versetzten Position angeordnet (siehe 23. Somit ist es möglich, die Breite der Betätigungsvorrichtung 1 zu minimieren, da das Vibrationselement 6 und das berührte Element 51 so angeordnet sein können, dass sie einander in derselben Ebene bezüglich einer Querrichtung der Betätigungsvorrichtung 1 überlappen (das Vibrationselement 6 und das berührte Element 51 sind nämlich so angeordnet, dass sie, in der Draufsicht der Betätigungsvorrichtung 1 gesehen, einander überlappen). In dieser Hinsicht kann ein Durchschnittsfachmann dem Einbauort der Betätigungsvorrichtung 1 oder ihrem Bestimmungszweck angemessen auswählen, ob die Konfiguration des Vibrationselements 6 und des berührten Elements 51 in der Betätigungsvorrichtung 1 von derjenigen der ersten Ausführungsform oder von derjenigen der siebten Ausführungsform übernommen wird.
(Achte Ausführungsform)
24 ist eine Schnittansicht eines Hauptteils einer Betätigungsvorrichtung in einer achten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung. In 24 sind die gleichen Teile (Komponenten) wie diejenigen der Betätigungsvorrichtung 1 in den oben beschriebenen Ausführungsformen mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet, und deren Erläuterungen werden weggelassen. Die Betätigungsvorrichtung 1 weist eine Besonderheit hinsichtlich der Tatsache auf, dass das berührte Element 5, im Vergleich mit der Betätigungsvorrichtung 1 in der ersten Ausführungsform, einen Verlangsamungsmechanismus besitzt (siehe 6). Der Verlangsamungsmechanismus besteht aus einem kleinen Zahnrad 53 und einem großen Zahnrad 54, welche sich zwischen dem berührten Element 51 und dem angetriebenen Element 5 befinden. Das kleine Zahnrad 53 ist auf derselben Achse wie eine Drehachse des berührten Elements 51 angeordnet und bezüglich des berührten Elements 51 fest angebracht. Das kleine Zahnrad 53 und das berührte Element 51 sind über die Welle 55 drehbar an der Wandinnenfläche des Rahmens 4 angebracht. Das kleine Zahnrad 53 steht mit dem großen Zahnrad 54 in Eingriff. Das große Zahnrad 54 ist auf derselben Achse wie eine Drehachse des angetriebenen Elements 5 angeordnet und an der Seitenfläche des Kastenteils des angetriebenen Elements 5 fest angebracht. Das große Zahnrad 54 und das angetriebene Element 5 sind über die Welle 52 drehbar an der Wandinnenfläche des Rahmens 4 angebracht.
25 ist eine erläuternde Zeichnung, welche eine Funktionsweise der in 24 gezeigten Betätigungsvorrichtung veranschaulicht. Wenn bei dieser Betätigungsvorrichtung 1 das Vibrationselement 6 bei Anlegen eines hochfrequenten Wechselstroms aus einer (nicht dargestellten) externen Durchschaltschaltung 20 schwingt, dreht sich das berührte Element 51 infolge der Tatsache, dass es vom Berührungsteil 66 des Vibrationselements 6 angestoßen wird. Dann wird das kleine Zahnrad 53 zusammen mit dem berührten Element 51 gedreht, um dessen Leistung auf das große Zahnrad 54 zu übertragen, wobei das große Zahnrad 54 sich mit einer geringeren Drehzahl als derjenigen des kleinen Zahnrads 53 dreht. Das angetriebene Element 5 wird zusammen mit dem großen Zahnrad 54 gedreht, wodurch sich eine Bildaufnahmerichtung des optischen Systems 2 ändert. Gemäß der Betätigungsvorrichtung 1 ist es möglich, das angetriebene Element 5 durch den Verlangsamungsmechanismus mit einem großen Drehmoment anzutreiben. Ferner ist es möglich, die Anordnung des Vibrationselements 6 bezüglich des angetriebenen Elements 5 durch Ändern der Anordnung oder Größe der Zahnräder 53, 54, die sich zwischen dem angetriebenen Element 5 und dem berührten Element 51 befinden, willkürlich zu ändern. Dies gestattet es, die Flexibilität (den Freiheitsgrad) der Anordnung des Vibrationselements 6 frei zu erhöhen.
(Neunte Ausführungsform)
26 ist eine perspektivische Ansicht, welche eine Betätigungsvorrichtung in einer neunten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. 27 ist eine Draufsicht, welche die in 26 gezeigte Betätigungsvorrichtung veranschaulicht. 28 ist eine Schnittansicht entlang der Linie B-B der in 27 gezeigten Betätigungsvorrichtung. In diesen Zeichnungen sind die gleichen Teile (Komponenten) wie diejenigen der Betätigungsvorrichtung 1 in den oben beschriebenen Ausführungsformen mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet, und deren Erläuterungen werden weggelassen. Die Betätigungsvorrichtung 1 weist eine Besonderheit hinsichtlich der Tatsache auf, dass durch zwei Rahmen 4A, 4B, welche, im Vergleich mit der Betätigungsvorrichtung 1 in der ersten Ausführungsform, einen zweifachen Aufbau bilden, ein schwenk- und kippbarer Mechanismus geschaffen wird (siehe 6). Die Betätigungsvorrichtung 1 weist nämlich einen ersten Rahmen 4A, in welchem das berührte Element 51 untergebracht ist, und einen zweiten Rahmen 4B, in welchem der erste Rahmen 4A untergebracht ist, auf. Im folgenden ist an die Bezugszeichen aller mit dem ersten Rahmen zusammenhängenden Komponenten ein Symbol „A" angehängt und ist an die Bezugszeichen aller mit dem zweiten Rahmen zusammenhängenden Komponenten ein Symbol "B" angehängt.
Der erste Rahmen 4A der Betätigungsvorrichtung 1 weist ein berührtes Element 51 und zwei Wellen 52B, 52B an Außenumfangs-Wandflächen senkrecht zur Drehachse des angetriebenen Elements 5 auf (siehe 27). Der erste Rahmen 4a ist über diese Wellen 52B, 52B drehbar im zweiten Rahmen 4B gelagert. In dieser Hinsicht ist der Aufbau des ersten Rahmens 4A in der Betätigungsvorrichtung 1 der gleiche wie derjenige der Betätigungsvorrichtung 1 in der ersten Ausführungsform. Ferner kann der Aufbau des angetriebenen Elements 5, des ersten berührten Elements 51A und des ersten Vibrationselements 6A im ersten Rahmen 4A von demjenigen in einer beliebigen der oben beschriebenen Ausführungsformen übernommen werden. In der Betätigungsvorrichtung 1 befinden sich das angetriebene Element 5 und der erste Rahmen 4A in einem frei drehbaren Zustand und ist der zweite Rahmen 4B fest an einer vorbestimmten Position eines Gestells, einer Wandfläche oder dergleichen (in den Zeichnungen nicht dargestellt) angebracht.
Dann weist der zweite Rahmen 4B ein zweites Vibrationselement 6B an einer Wandfläche, an welcher das zweite berührte Element 51B angebracht ist, auf. Das zweite Vibrationselement 6B ist mittels einer zweiten Schraube 13B über den zweiten Armteil 68B fest an dieser Wandfläche angebracht. Ferner ist der zweite Berührungsteil 66B des zweiten Vibrationselements 6B durch die Elastizität des zweiten Armteils 68B zur Umfangsfläche des zweiten berührten Elements 51B hin federnd vorgespannt. In dieser Hinsicht ist eine Beziehung zwischen dem zweiten berührten Element 51B und dem zweiten Vibrationselement 6B im zweiten Rahmen 4B die gleiche wie diejenige zwischen dem berührten Element 51 und dem Vibrationselement 6 in der ersten Ausführungsform.
Bei dieser Betätigungsvorrichtung 1 dreht sich zuerst, wenn das zweite Vibrationselement 6B bei Anlegen eines hochfrequenten Wechselstroms aus einer (nicht dargestellten) externen Durchschaltschaltung schwingt, das zweite berührte Element 51B infolge der Tatsache, dass es vom zweiten Berührungsteil 66B des zweiten Vibrationselements 6B angestoßen wird. Dann wird der erste Rahmen 4A durch die Drehung des zweiten berührten Elements 51B um die Wellen 52B gedreht (siehe 28). Die Funktionsweise des ersten Rahmens 4A ist die gleiche wie in einem Fall, in welchem das angetriebene Element 5 und der Rahmen 4 die Stelle des ersten Rahmens 4A beziehungsweise des zweiten Rahmens 4B einnehmen. Andererseits dreht sich das angetriebene Element 5 im ersten Rahmen 4A bezüglich einer Drehachse (d.h., um die Welle 52A) senkrecht zur Drehachse des ersten Rahmens 4A (der erste Rahmen 4A dreht sich nämlich um die Welle 52B). Die Funktionsweise dieses angetriebenen Elements 5 ist die gleiche wie diejenige des angetriebenen Elements 5 der Betätigungsvorrichtung 1 in der ersten Ausführungsform. Ferner können Drehwinkel des ersten Rahmens 4A und des angetriebenen Elements 5 durch unabhängiges Ansteuern des ersten und des zweiten Vibrationselements 6A, 6B willkürlich eingestellt werden. Da dies es gestattet, das angetriebene Element 5 willkürlich um die Welle 52A und/oder um die Welle 52B, welche senkrecht zueinander stehen, anzutreiben, ist es möglich, die Bildaufnahmerichtung des angetriebenen Elements 5 frei einzustellen.
In diesem Fall kann ein Durchschnittsfachmann eine Variante der Beziehung zwischen dem angetriebenen Element 5, dem Rahmen 4 und dem Vibrationselement 6 in der Betätigungsvorrichtung 1 jeder der oben beschriebenen Ausführungsformen für die Beziehung zwischen dem ersten Rahmen 4A, dem zweiten Rahmen 4B und dem ersten und zweiten Vibrationselement 6A, 6B verwenden. 29 ist eine Schnittansicht, welche eine Variante der in 26 gezeigten Betätigungsvorrichtung veranschaulicht. Ein Beispiel, für welches die Variante der Betätigungsvorrichtung 1 in der achten Ausführungsform verwendet wird, ist in 29 dargestellt (siehe 24). Auf diese Weise kann ein Verlangsamungsmechanismus zwischen dem ersten Rahmen 4A und dem zweiten Vibrationselement 6B vorgesehen sein. Dies gestattet es, den ersten Rahmen 4A mit einem großen Drehmoment anzutreiben.
(Zehnte Ausführungsform)
30 ist eine Draufsicht, welche eine Betätigungsvorrichtung in einer zehnten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. 31 ist eine Schnittansicht entlang der Linie C-C der in 30 gezeigten Betätigungsvorrichtung. In diesen Zeichnungen sind die gleichen Teile (Komponenten) wie diejenigen der Betätigungsvorrichtung 1 in den oben beschriebenen Ausführungsformen mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet, und deren Erläuterungen werden weggelassen. In der Betätigungsvorrichtung 1 verfügt ein erster Rahmen 4A über Zahnnuten (oder Schlitze) 56 an der Wandfläche, an welcher ein zweites berührtes Element 51B angebracht ist. Ein Zahnrad 57 ist auf derselben Achse wie dasjenige des zweiten berührten Elements 51B fest angebracht. Ferner ist das zweite berührte Element 51B so angebracht, dass das Zahnrad 57 mit den Zahnnuten 56 des ersten Rahmens 4A in Eingriff steht.
32 ist eine erläuternde Zeichnung, welche eine Funktionsweise der in 30 gezeigten Betätigungsvorrichtung zeigt. Bei dieser Betätigungsvorrichtung 1 dreht sich zuerst, wenn das zweite Vibrationselement 6B bei Anlegen eines hochfrequenten Wechselstroms aus einer (nicht dargestellten) externen Durchschaltschaltung schwingt, das zweite berührte Element 51B infolge der Tatsache, dass es vom zweiten Berührungsteil 66B des zweiten Vibrationselements 6B angestoßen wird. Dann wird das Zahnrad 57 zusammen mit dem zweiten berührten Element 51B gedreht, und somit werden die Zahnnuten 56, die mit dem Zahnrad 57 in Eingriff stehen, weitergetrieben. Dies veranlasst den ersten Rahmen 4A, sich um die Welle 52B zu drehen, wodurch eine Bildaufnahmerichtung des angetriebenen Elements 5 drehend bewegt wird. Andererseits bewegt sich das angetriebene Element 5 im ersten Rahmen 4A aufgrund der Schwingung des ersten Vibrationselements 6A unabhängig drehend um die Welle 52A (siehe 30). Ferner können Drehwinkel des ersten Rahmens 4A und des angetriebenen Elements 5 durch unabhängiges Ansteuern des ersten und des zweiten Vibrationselements 6A, 6B willkürlich eingestellt werden. Da dies es gestattet, das angetriebene Element 5 willkürlich um die Welle 52A und/oder um die Welle 52B, welche senkrecht zueinander stehen, anzutreiben, ist es möglich, die Bildaufnahmerichtung des angetriebenen Elements 5 frei einzustellen.
(Elfte Ausführungsform)
33 ist eine Schnittansicht einer Seitenfläche einer Betätigungsvorrichtung in einer elften Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung. 34 ist eine Schnittansicht entlang der Linie D-D der in 34 gezeigten Betätigungsvorrichtung. In diesen Zeichnungen sind die gleichen Teile (Komponenten) wie diejenigen der Betätigungsvorrichtung 1 in den oben beschriebenen Ausführungsformen mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet, und deren Erläuterungen werden weggelassen. In der Betätigungsvorrichtung 1 hat ein zweiter Rahmen 4B einen zylindrischen Aufbau mit einem Unterteil, und eine ein angetriebenes Element 5 und einen ersten Rahmen 4A umfassende Einheit ist im zweiten Rahmen 4B angeordnet, so dass die Einheit in einem im wesentlichen zentralen Bereich des zweiten Rahmens 4B untergebracht ist. Der erste Rahmen 4A hat einen kastenförmigen Aufbau mit einem Unterteil, und ein zweites berührtes Element 52B und eine zweite Welle 52B sind am Unterteil desselben fest angebracht. Ferner ist der erste Rahmen 4A über die zweite Welle 52B drehbar im zweiten Rahmen 4B gelagert. Der erste Rahmen 4A, das zweite berührte Element 51B und die zweite Welle 52B haben alle dieselbe Drehachse, und die Drehachse (drehende Welle) ist im wesentlichen senkrecht zum Unterteil des zweiten Rahmens 4B angeordnet.
Das zweite Vibrationselement 6B ist in einem Zustand angeordnet, in welchem es auf einer Bodenfläche des zweiten Rahmens 4B leicht in der Luft schwebt, so dass eine Hauptfläche des zweiten Vibrationselements 6B im wesentlichen parallel zur Bodenfläche liegt, und mittels einer zweiten Schraube 13B über seinen zweiten Armteil 68 am zweiten Rahmen 4B fest angebracht ist. Ferner ist der zweite Berührungsteil 66B des zweiten Vibrationselements 6B durch die Elastizität des zweiten Armteils 68B zu einer Umfangsfläche des zweiten berührten Elements 51B hin federnd vorgespannt. Dies gestattet es, an der Kontaktfläche zwischen dem zweiten Berührungsteil 66B und dem zweiten berührten Element 51B genügend Reibungskraft zu erzielen. In dieser Hinsicht ist der Aufbau der Innenseite des ersten Rahmens 4A in der Betätigungsvorrichtung 1 der gleiche wie derjenige der Betätigungsvorrichtung 1 in der ersten Ausführungsform. Ferner kann der Aufbau des angetriebenen Elements 5, des ersten berührten Elements 51A und des ersten Vibrationselements 6A im ersten Rahmen 4A von demjenigen in einer beliebigen der oben beschriebenen Ausführungsformen übernommen werden. In der Betätigungsvorrichtung 1 befinden sich das angetriebene Element 5 und der erste Rahmen 4A in einem frei drehbaren Zustand und ist der zweite Rahmen 4B fest an einer vorbestimmten Position eines Gestells, einer Wandfläche oder dergleichen (in den Zeichnungen nicht dargestellt) angebracht.
Bei dieser Betätigungsvorrichtung 1 dreht sich zuerst, wenn das zweite Vibrationselement 6B bei Anlegen eines hochfrequenten Wechselstroms aus einer (nicht dargestellten) externen Durchschaltschaltung schwingt, das zweite berührte Element 51B infolge der Tatsache, dass es vom zweiten Berührungsteil 66B des zweiten Vibrationselements 6B angestoßen wird. Dann wird der erste Rahmen 4A zusammen mit dem zweiten berührten Element 51B um die zweite Welle 52B gedreht, wodurch sich das angetriebene Element 5 drehend bewegt. Ferner bewegt sich das angetriebene Element 5 unabhängig drehend um die erste Welle 52A im ersten Rahmen 4A, wodurch ein Kippwinkel des angetriebenen Elements 5 geändert wird (siehe 5). Die erste Welle 52A (d.h., eine Drehachse des angetriebenen Elements 5) steht senkrecht zur zweiten Welle 52B (d.h., einer Drehachse des ersten Rahmens 4A). Somit kann die Betätigungsvorrichtung 1 eine Bildaufnahmerichtung des angetriebenen Elements 5 willkürlich ändern, indem sie das angetriebene Element 5 um die erste Welle 52A und/oder um die zweite Welle 52B dreht.
In diesem Fall kann ein Durchschnittsfachmann eine Variante der Beziehung zwischen dem angetriebenen Element 5, dem Rahmen 4 und dem Vibrationselement 6 in der Betätigungsvorrichtung 1 jeder der oben beschriebenen Ausführungsformen für die Beziehung zwischen dem ersten Rahmen 4A, dem zweiten Rahmen 4B und dem ersten und zweiten Vibrationselement 6A, 6B verwenden. 35 ist eine Schnittansicht, welche eine Variante der in 33 gezeigten Betätigungsvorrichtung veranschaulicht. Ein Beispiel, für welches die Variante der Betätigungsvorrichtung 1 in der achten Ausführungsform verwendet wird, ist in 35 dargestellt (siehe 24). Auf diese Weise kann ein Verlangsamungsmechanismus zwischen dem ersten Rahmen 4A und dem zweiten Vibrationselement 6B vorgesehen sein. Dies gestattet es, den ersten Rahmen 4A mit einem großen Drehmoment anzutreiben.
(Zwölfte Ausführungsform)
36 ist eine Schnittansicht einer Seitenfläche einer Betätigungsvorrichtung in einer zwölften Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung. 37 ist eine Schnittansicht entlang der Linie E-E der in 36 gezeigten Betätigungsvorrichtung. In diesen Zeichnungen sind die gleichen Teile (Komponenten) wie diejenigen der Betätigungsvorrichtung 1 in den oben beschriebenen Ausführungsformen mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet, und deren Erläuterungen werden weggelassen. Die Betätigungsvorrichtung 1 weist eine Besonderheit hinsichtlich der Tatsache auf, dass, im Vergleich mit der Betätigungsvorrichtung 1 in der elften Ausführungsform, ein zweites berührtes Element 51B an einem zweiten Rahmen 4B angebracht ist und ein zweites Vibrationselement 6B an einem ersten Rahmen 4A angebracht ist. In dieser Hinsicht ist der Aufbau der Innenseite des ersten Rahmens 4A in der Betätigungsvorrichtung 1 der gleiche wie derjenige der Betätigungsvorrichtung 9 in der ersten Ausführungsform. Ferner kann der Aufbau des angetriebenen Elements 5, des ersten berührten Elements 51A und des ersten Vibrationselements 6A im ersten Rahmen 4A von demjenigen in einer beliebigen der oben beschriebenen Ausführungsformen übernommen werden. In der Betätigungsvorrichtung 1 befinden sich das angetriebene Element 5 und der erste Rahmen 4A in einem frei drehbaren Zustand und ist der zweite Rahmen 4B fest an einer vorbestimmten Position eines Gestells, einer Wandfläche oder dergleichen (in den Zeichnungen nicht dargestellt) angebracht.
Bei dieser Betätigungsvorrichtung 1 schwingt zuerst das zweite Vibrationselement 6B bei Anlegen eines hochfrequenten Wechselstroms aus einer (nicht dargestellten) externen Durchschaltschaltung, um mit dem zweiten Berührungsteil 66B des zweiten Vibrationselements 6B wieder und wieder an die Umfangsfläche des zweiten berührten Elements 51B zu stoßen. Da das zweite berührte Element 51B am zweiten Rahmen 4B befestigt ist, wird das zweite Vibrationselement 6B selbst durch seine Reaktionskraft aufgrund des Reibungskontakts zwischen dem zweiten Berührungsteil 66B des zweiten Vibrationselements 6B und dem zweiten berührten Element 51B bewegt. Da das zweite Vibrationselement 6B am ersten Rahmen 4A befestigt ist, bewegt sich der erste Rahmen 4A zusammen mit dem zweiten Vibrationselement 6B drehend um die zweite Welle 52B. In dieser Hinsicht ist das zweite Vibrationselement 6B an einer vorbestimmten Position am ersten Rahmen 4A so angeordnet, dass der Kontakt zwischen dem zweiten Berührungsteil 66B und dem zweiten berührten Element 51B sich nicht löst, wenn der erste Rahmen 4A sich um die zweite Welle 52B dreht. Ferner bewegt sich das angetriebene Element 5 unabhängig drehend um die erste Welle 52A im ersten Rahmen 4A, wodurch ein Kippwinkel des angetriebenen Elements 5 geändert wird (siehe 5). Die erste Welle 52A (d.h., eine Drehachse des angetriebenen Elements 5) steht senkrecht zur zweiten Welle 52B (d.h., einer Drehachse des ersten Rahmens 4A). Somit kann die Betätigungsvorrichtung 1 eine Bildaufnahmerichtung des angetriebenen Elements 5 willkürlich ändern, indem sie das angetriebene Element 5 um die erste Welle 52A und/oder um die zweite Welle 52B dreht.
(Dreizehnte Ausführungsform)
38 ist eine Schnittansicht einer Seitenfläche einer Betätigungsvorrichtung in einer dreizehnten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung. 39 ist eine Schnittansicht entlang der Linie F-F der in 38 gezeigten Betätigungsvorrichtung. In diesen Zeichnungen sind die gleichen Teile (Komponenten) wie diejenigen der Betätigungsvorrichtung 1 in den oben beschriebenen Ausführungsformen mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet, und deren Erläuterungen werden weggelassen. Im Vergleich mit der Betätigungsvorrichtung 1 in der zwölften Ausführungsform weist die Betätigungsvorrichtung 1 eine Besonderheit hinsichtlich der Tatsache auf, dass ein zweites Vibrationselement 6B an eine Umfangsfläche eines zweiten Rahmens 4B stößt. In der Betätigungsvorrichtung 1 ist nämlich das zweite Vibrationselement 6B an einer Bodenfläche des zweiten Rahmens 4B fest angebracht, so dass ein zweiter Berührungsteil 66B des zweiten Vibrationselements 6B von einer zweiten Welle 52B in einer radialen Richtung des zweiten Rahmens 4B zur Außenseite weist. Ferner entspricht eine Wandinnenfläche des zweiten Rahmens 4B einem zweiten berührten Element 51B und steht das zweite Vibrationselement 6B in Reibungskontakt mit der Wandinnenfläche des zweiten Rahmens 4B.
Bei dieser Betätigungsvorrichtung 1 schwingt zuerst das zweite Vibrationselement 6B bei Anlegen eines hochfrequenten Wechselstroms aus einer (nicht dargestellten) externen Durchschaltschaltung, um mit dem zweiten Berührungsteil 66B des zweiten Vibrationselements 6B wieder und wieder an das zweite berührte Element 51B (d.h., an die Wandinnenfläche des zweiten Rahmens 4B) zu stoßen. Da der zweite Rahmen 4B bezüglich eines ersten Rahmens 4A befestigt ist, wird das zweite Vibrationselement 6B selbst durch seine Reaktionskraft aufgrund des Reibungskontakts zwischen dem zweiten Berührungsteil 66B des zweiten Vibrationselements 6B und dem zweiten berührten Element 51B (d.h., der Wandinnenfläche des zweiten Rahmens 4B) bewegt. Da das zweite Vibrationselement 6B am ersten Rahmen 4A befestigt ist, bewegt sich der erste Rahmen 4A zusammen mit dem zweiten Vibrationselement 6B drehend um die zweite Welle 52B. In dieser Hinsicht ist das zweite Vibrationselement 6B an einer vorbestimmten Position am ersten Rahmen 4A so angeordnet, dass der Kontakt zwischen dem zweiten Berührungsteil 66B und dem zweiten berührten Element 51B sich nicht löst, wenn der erste Rahmen 4A sich um die zweite Welle 52B dreht. Ferner bewegt sich das angetriebene Element 5 unabhängig drehend um die erste Welle 52A im ersten Rahmen 4A, wodurch ein Kippwinkel des angetriebenen Elements 5 geändert wird (siehe 5). Die erste Welle 52A (d.h., eine Drehachse des angetriebenen Elements 5) steht senkrecht zur zweiten Welle 52B (d.h., einer Drehachse des ersten Rahmens 4A). Somit kann die Betätigungsvorrichtung 1 eine Bildaufnahmerichtung des angetriebenen Elements 5 willkürlich ändern, indem sie das angetriebene Element 5 um die erste Welle 52A und/oder um die zweite Welle 52B dreht.
(Vierzehnte Ausführungsform)
40 ist eine Schnittansicht einer Seitenfläche einer Betätigungsvorrichtung in einer vierzehnten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung. 41 ist eine Schnittansicht entlang der Linie G-G der in 40 gezeigten Betätigungsvorrichtung. In diesen Zeichnungen sind die gleichen Teile (Komponenten) wie diejenigen der Betätigungsvorrichtung 1 in den oben beschriebenen Ausführungsformen mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet, und deren Erläuterungen werden weggelassen. Die Betätigungsvorrichtung 1 weist eine Besonderheit hinsichtlich der Tatsache auf, dass, im Vergleich mit der Betätigungsvorrichtung 1 in der dreizehnten Ausführungsform, ein Verlangsamungsmechanismus zwischen einem zweiten Vibrationselement 6B und einem zweiten Rahmen 4B vorgesehen ist. Ähnlich der dreizehnten Ausführungsform ist in der Betätigungsvorrichtung 1 das zweite Vibrationselement 6B an einer Bodenfläche des zweiten Rahmens 4B fest angebracht, so dass ein zweiter Berührungsteil 66B des zweiten Vibrationselements 6B von einer zweiten Welle 52B in einer radialen Richtung des zweiten Rahmens 4B zur Außenseite weist. Ferner sind ein zweites berührtes Element und ein Zahnrad 58 über eine Welle 59 an einer Bodenfläche des zweiten Rahmens 4B angebracht. Das zweite berührte Element 51B und das Zahnrad 58 sind auf derselben Achse so angebracht, dass die Welle 59 eine Drehachse darstellt und dass sie relativ zueinander feststehen. Der zweite Berüh rungsteil 66B des zweiten Vibrationselements 6B steht in Reibungskontakt mit einer Umfangsfläche des zweiten berührten Elements 51B. Andererseits sind an der Wandinnenfläche des zweiten Rahmens 4B Zahnnuten 510 angebracht. Das Zahnrad 58 ist so angeordnet, dass es mit den Zahnnuten 510 in Eingriff steht.
Bei dieser Betätigungsvorrichtung 1 schwingt zuerst das zweite Vibrationselement 6B bei Anlegen eines hochfrequenten Wechselstroms aus einer (nicht dargestellten) externen Durchschaltschaltung, um mit dem zweiten Berührungsteil 66B des zweiten Vibrationselements 6B wieder und wieder an das zweite berührte Elements 51B zu stoßen. Dann wird das zweite berührte Element 51B um die Welle 59 gedreht und dreht sich das Zahnrad 58 zusammen mit dem zweiten berührten Element 51B. Da das Zahnrad 58 mit den Zahnnuten 510 in Eingriff steht und der zweite Rahmen 4B, an welchem die Zahnnuten 510 angebracht sind, befestigt ist, wird in diesem Fall das Zahnrad 58 selbst durch seine Reaktionskraft weitergetrieben, und deshalb bewegt sich der gesamte erste Rahmen 4A drehend um die zweite Welle 52B. In dieser Hinsicht ist das Zahnrad 58 an einer vorbestimmten Position am Boden des ersten Rahmens 4A so angeordnet, dass der Kontakt zwischen dem Zahnrad 58 und den Zahnnuten 510 sich nicht löst, wenn der erste Rahmen 4A sich um die zweite Welle 52B dreht. Ferner bewegt sich das angetriebene Element 5 unabhängig drehend um die erste Welle 52A im ersten Rahmen 4A, wodurch ein Kippwinkel des angetriebenen Elements 5 geändert wird (siehe 5). Die erste Welle 52A (d.h., eine Drehachse des angetriebenen Elements 5) steht senkrecht zur zweiten Welle 52B (d.h., einer Drehachse des ersten Rahmens 4A). Somit kann die Betätigungsvorrichtung 1 eine Bildaufnahmerichtung des angetriebenen Elements 5 willkürlich ändern, indem sie das angetriebene Element 5 um die erste Welle 52A und/oder um die zweite Welle 52B dreht.
(Fünfzehnte Ausführungsform)
43 ist eine Schnittansicht einer Seitenfläche einer Betätigungsvorrichtung in einer fünfzehnten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung. In 43 sind die gleichen Teile (Komponenten) wie diejenigen der Betätigungsvorrichtung 1 in den oben beschriebenen Ausführungsformen mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet, und deren Erläuterungen werden weggelassen. Im Vergleich mit der Betätigungsvorrichtung 1 in der oben beschriebenen ersten Ausführungsform weist die Betätigungsvorrichtung 1 eine Besonderheit hinsichtlich der Tatsache auf, dass sie mit einer Blattfeder (einem elastischen Teil) 7 als Stoßeinrichtung zum Stoßen entweder eines berührten Elements 51 oder eines Vibrationselements 6 zum jeweils anderen hin, d.h., als Stoßeinrichtung zum Stoßen des (später beschriebenen) berührten Elements 51 des angetriebenen Elements 5 hin zu einem Berührungsteil 66 des Vibrationselements 6 durch Stoßen des angetriebenen Elements 5, ausgestattet ist.
Das angetriebene Element 5 ist über Wellen 52, 52 im Rahmen 4 gelagert, so dass es um die Wellen 52, 52 gedreht und in axialer Richtung der Welle 52 verschoben werden kann. Ferner ragt eine Welle 52, die auf einer Seite des Berührungsteils 66 des Vibrationselements 6 angebracht ist, durch den Rahmen 4 zur Außenseite des Rahmens 4 heraus. Ein plattenförmiges berührtes Element 51 ist in 43 an einem Endteil des angetriebenen Elements 5, an welchen der Berührungsteil 66 des Vibrations elements 6 anstößt, und an der Unterseite des angetriebenen Elements 5 gebildet. Von einer Seite der Betätigungsvorrichtung 1 (d.h., in Axialrichtung der Welle 52) gesehen, besitzt das berührte Element 51 in 43 einen im wesentlichen halbkreisförmigen Aufbau.
Das Vibrationselement 6 ist nahe einer Bodenfläche 44 des Rahmens 4 angebracht. Insbesondere da das Vibrationselement 6 einen dünnen, plattenförmigen Aufbau besitzt, ist es für eine solche Konfiguration vorzuziehen. Ferner ist das Vibrationselement 6 so angeordnet, dass seine Längsrichtung in Axialrichtung der Welle 52 weist und der Berührungsteil 66 in 43 mit einer Oberfläche 512 auf der rechten Seite des berührten Elements 51 in Reibungskontakt steht.
Die Blattfeder 7 ist an einer Wandaußenfläche 43 des Rahmens 4 auf einer Seite des Berührungsteils 66 des Vibrationselements 6 fest angebracht, so dass eine Fuß-Endseite der Blattfeder 7 mittels einer Schraube (eines Befestigungsteils) 14 am Rahmen 4 befestigt ist. In diesem Fall ist die Blattfeder 7 in einem Zustand, in welchem ein Spitzenteil derselben an einen sich auf der Seite des Berührungsteils 66 des Vibrationselements 6 befindenden Spitzenteil (herausragenden Teil) 521 der Welle 52 anstößt, angeordnet, und deshalb verformt sich der entsprechende Teil der Blattfeder 7 elastisch (d.h., die Blattfeder 7 biegt sich). Die Welle 52 des angetriebenen Elements 5 wird durch die Federkraft (Rückstellkraft) der Blattfeder 7 in eine Richtung gestoßen, in welcher das berührte Element 51 dem Berührungsteil 66 des Vibrationselements 6 nahe kommt (in 43 eine Rechtsrichtung). Das angetriebene Element 5 (das berührte Element 51) in 43 ist nämlich durch die Federkraft der Blattfeder 7 in Rechtsrichtung vorgespannt, wodurch die Oberfläche 512 des berührten Elements 51 in Stoßkontakt mit dem Berührungsteil 66 des Vibrationselements 6 steht.
Ferner ist, ähnlich wie bei der Betätigungsvorrichtung 1 in der oben beschriebenen fünften Ausführungsform, ein Paar von zwei Armteilen 68, 68, die beide über Elastizität (Flexibilität) verfügen, an der Verstärkungsplatte 63 der Vibrationsplatte 6 zusammen mit dieser als ein Teil gebildet.
Wenn in der Betätigungsvorrichtung 1 das Vibrationselement 6 bei Anlegen eines hochfrequenten Wechselstroms aus einer (nicht dargestellten) externen Durchschaltschaltung schwingt, dreht sich das berührte Element 51 infolge der Tatsache, dass es vom Berührungsteil 66 des Vibrationselements 6 angestoßen wird, so, dass die Welle 52 seine Drehachse darstellt. Zusammen mit dem berührten Element 51 bewegt sich das angetriebene Element 5 drehend so, dass die Welle 52 seine Drehachse darstellt. Somit kann eine Bildaufnahmerichtung des optischen Systems 2 entsprechend einer Drehrichtung des angetriebenen Elements 5 geändert werden.
Gemäß der Betätigungsvorrichtung 1 ist es möglich, die Oberfläche 512 des berührten Elements 51 mit einem vereinfachten Aufbau (mittels eines einfachen Verfahrens) zum Berührungsteil 66 des Vibrationselements 6 hin zu stoßen. Da die Oberfläche 512 des berührten Elements 51 zum Berührungsteil 66 des Vibrationselements 6 hin gestoßen wird, ist es möglich, ein größeres Drehmoment (eine größere Antriebskraft) zu erzielen. Deshalb ist es möglich, das angetriebene Element 5 sicher drehend zu bewegen. Ferner ist es möglich, Spiel in radialer Richtung des angetriebenen Elements 5 zu unterbinden. Dies gestattet es, das angetriebene Element 5 ruhig drehend zu bewegen. Überdies ist es möglich, Effekte ähnlich demjenigen der oben beschriebenen fünften Ausführungsform zu erzielen.
In dieser Hinsicht ist die Betätigungsvorrichtung 1 in dieser Ausführungsform so ausgeführt, dass das angetriebene Element 5 sich drehend um eine Achse (d.h., um die Welle 52) bewegt (dreht), jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht auf diesen Aufbau beschränkt. Zum Beispiel kann bei Verwendung eines ähnlichen Aufbaus und Prinzips die Betätigungsvorrichtung 1 so ausgeführt sein, dass das angetriebene Element 5 sich drehend um zwei Achsen, deren Richtungen voneinander verschieden sind, insbesondere um zwei Achsen, die sich in rechten Winkeln kreuzen, bewegt (dreht).
Wie oben beschrieben, ist zu beachten, dass, selbst wenn die Betätigungsvorrichtung und das elektrische Instrument der vorliegenden Erfindung anhand der in den beiliegenden Zeichnungen veranschaulichten bevorzugten Ausführungsformen beschrieben wurden, die vorliegende Erfindung nicht auf diese Ausführungsformen beschränkt ist. Es ist natürlich möglich, an jedem Element der Betätigungsvorrichtung verschiedene Änderungen und Abwandlungen vorzunehmen. Das elektrische Instrument und verschiedene oben beschriebene Elemente können durch jedes andere Element, das in der Lage ist, die gleiche oder eine ähnliche Funktion auszuführen, ersetzt werden.
In dieser Hinsicht kann die vorliegende Erfindung beliebige zwei oder mehr Konfigurationen (Besonderheiten) in allen Ausführungsformen kombinieren.

Claims

Betätigungsvorrichtung, enthaltend: ein angetriebenes Element; einen Rahmen, der das angetriebene Element drehbar haltert; ein berührtes Element, welches bezüglich des angetriebenen Elements feststehend ist; und ein Vibrationselement, welches ein erstes piezoelektrisches Element, das sich bei Anlegen einer Wechselspannung ausdehnt und zusammenzieht, eine Verstärkungsplatte, welche einen Berührungsteil und einen Armteil aufweist, und ein zweites piezoelektrisches Element, das sich bei Anlegen einer Wechselspannung ausdehnt und zusammenzieht, enthält, wobei das erste piezoelektrische Element, die Verstärkungsplatte und das zweite piezoelektrische Element in dieser Reihenfolge aufeinander geschichtet sind und der Berührungsteil des Vibrationselements an das berührte Element stößt; wobei das Vibrationselement über das berührte Element Leistung auf das angetriebene Element überträgt, um das angetriebene Element zu drehen.
Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher das berührte Element fest am angetriebenen Element angebracht ist.
Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher das Vibrationselement fest am Rahmen angebracht ist.
Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher das Vibrationselement einen dünnen, plattenförmigen Aufbau aufweist und das berührte Element und das Vibrationselement im wesentlichen in derselben Ebene angeordnet sind.
Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher das angetriebene Element eine Seitenfläche aufweist und der Rahmen eine der Seitenfläche des angetriebenen Elements über einen dazwischenliegenden Spalt hinweg gegenüberliegende Wandinnenfläche aufweist und das berührte Element und das Vibrationselement innerhalb des Spalts angeordnet sind.
Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher das Vibrationselement so, dass seine Längsrichtung parallel zu einer Querrichtung des Rahmens liegt, angeordnet ist und das berührte Element in Verlängerung der Längsrichtung des Vibrationselements angeordnet ist.
Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher das berührte Element und das Vibrationselement so angeordnet sind, dass sie, in der Draufsicht der Betätigungsvorrichtung gesehen, einander überlappen.
Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 1, ferner enthaltend einen Verlangsamungsmechanismus zwischen dem berührten Element und dem angetriebenen Element.
Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 1, des weiteren enthaltend eine Einrichtung zum Stoßen entweder des berührten Elements oder des Vibrationselements zum jeweils anderen Element hin.
Betätigungsvorrichtung, enthaltend: ein angetriebenes Element; einen ersten Rahmen, in welchem das angetriebene Element untergebracht ist; einen zweiten Rahmen, der den ersten Rahmen drehbar haltert; ein berührtes Element, welches bezüglich des ersten Rahmens feststehend ist; und ein Vibrationselement, welches ein erstes piezoelektrisches Element, das sich bei Anlegen einer Wechselspannung ausdehnt und zusammenzieht, eine Verstärkungsplatte, welche einen Berührungsteil und einen Armteil aufweist, und ein zweites piezoelektrisches Element, das sich bei Anlegen einer Wechselspannung ausdehnt und zusammenzieht, enthält, wobei das erste piezoelektrische Element, die Verstärkungsplatte und das zweite piezoelektrische Element in dieser Reihenfolge geschichtet sind und der Berührungsteil des Vibrationselements an das berührte Element stößt; wobei das Vibrationselement über das berührte Element Leistung auf den ersten Rahmen überträgt, um den ersten Rahmen zu drehen.
Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 10, bei welcher das angetriebene Element im ersten Rahmen drehbar gelagert ist und das angetriebene Element und der erste Rahmen jeweils Drehachsen haben, bei welchen eine Axialrichtung der Drehachse des angetriebenen Elements bezüglich des ersten Rahmens verschieden von derjenigen des ersten Rahmens bezüglich des zweiten Rahmens ist.
Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 11, bei welcher die Drehachse des angetriebenen Elements bezüglich des ersten Rahmens im wesentlichen senkrecht zu derjenigen des ersten Rahmens bezüglich des zweiten Rahmens steht.
Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 10, bei welcher das Vibrationselement einen dünnen, plattenförmigen Aufbau aufweist und das berührte Element und das Vibrationselement im wesentlichen in derselben Ebene angeordnet sind.
Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 10, bei welcher der erste Rahmen eine Seitenfläche aufweist und der zweite Rahmen eine der Seitenfläche des ersten Rahmens über einen dazwischenliegenden Spalt hinweg gegenüberliegende Wandinnenfläche aufweist und das berührte Element und das Vibrationselement innerhalb des Spalts angeordnet sind.
Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 10, bei welcher der erste Rahmen einen Unterteil aufweist und der zweite Rahmen eine Wandinnenfläche und eine Bodeninnenfläche aufweist, das berührte Element und das Vibrationselement innerhalb eines durch den Unterteil des ersten Rahmens und die Wandinnenfläche und die Bodeninnenfläche des zweiten Rahmens definierten Raums angeordnet sind und das Vibrationselement und das berührte Element über den Unterteil des ersten Rahmens Leistung auf den ersten Rahmen übertragen.
Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 10, ferner enthaltend einen Verlangsamungsmechanismus zwischen dem berührten Element und dem ersten Rahmen.
Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 10, bei welcher das berührte Element ein Zahnrad aufweist und der erste Rahmen Zahnnuten aufweist, so dass die Zahnnuten mit dem Zahnrad in Eingriff stehen, so dass das berührte Element die Leistung des Vibrationselements über das Zahnrad und die Zahnnuten auf den ersten Rahmen überträgt.
Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 10, bei welcher das berührte Element fest am ersten Rahmen angebracht ist.
Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 10, bei welcher das berührte Element fest am zweiten Rahmen angebracht ist.
Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 19, bei welcher das Vibrationselement fest am ersten Rahmen angebracht ist, so dass es sich zusammen mit dem ersten Rahmen dreht.
Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 20, bei welcher die Wandinnenfläche des zweiten Rahmens das berührte Element bildet und das Vibrationselement an die Wandinnenfläche des zweiten Rahmens stößt, um seine Schwingung auf die Wandinnenfläche zu übertragen und eine Reaktionskraft von der Wandinnenfläche zu erfahren, so dass der erste Rahmen zusammen mit dem Vibrationselement durch die Reaktionskraft gedreht wird.
Betätigungsvorrichtung, enthaltend: ein angetriebenes Element; einen ersten Rahmen, der das angetriebene Element drehbar haltert; ein erstes berührtes Element, welches bezüglich des angetriebenen Elements feststehend ist; ein erstes Vibrationselement, welches ein erstes piezoelektrisches Element, das sich bei Anlegen einer Wechselspannung ausdehnt und zusammenzieht, eine Verstärkungsplatte, welche einen Berührungsteil und einen Armteil aufweist, und ein zweites piezoelektrisches Element, das sich bei Anlegen einer Wechselspannung ausdehnt und zusammenzieht, enthält, wobei das erste piezoelektrische Element, die Verstärkungsplatte und das zweite piezoelektrische Element des ersten Vibrationselements in dieser Reihenfolge geschichtet sind und der Berührungsteil des ersten Vibrationselements an das erste berührte Element stößt; einen zweiten Rahmen, der den ersten Rahmen drehbar haltert; ein zweites berührtes Element, welches bezüglich des ersten Rahmens feststehend ist; und ein zweites Vibrationselement, welches ein erstes piezoelektrisches Element, das sich bei Anlegen einer Wechselspannung ausdehnt und zusammenzieht, eine Verstärkungsplatte, welche einen Berührungsteil und einen Armteil aufweist, und ein zweites piezoelektrisches Element, das sich bei Anlegen einer Wechselspannung ausdehnt und zusammenzieht, enthält, wobei das erste piezoelektrische Element, die Verstärkungsplatte und das zweite piezoelektrische Element des zweiten Vibrationselements in dieser Reihenfolge geschichtet sind und der Berührungsteil des zweiten Vibrationselements an das zweite berührte Element stößt; wobei das erste Vibrationselement über das erste berührte Element Leistung auf das angetriebene Element überträgt, um das angetriebene Element bezüglich des ersten Rahmens zu drehen, und das zweite Vibrationselement über das zweite berührte Element Leistung auf den ersten Rahmen überträgt, um den ersten Rahmen bezüglich des zweiten Rahmens zu drehen.
Elektrisches Instrument, ausgestattet mit einer Betätigungsvorrichtung, welche Betätigungsvorrichtung enthält: ein angetriebenes Element; einen Rahmen, der das angetriebene Element drehbar haltert; ein berührtes Element, welches bezüglich des angetriebenen Elements feststehend ist; und ein Vibrationselement, welches ein erstes piezoelektrisches Element, das sich bei Anlegen einer Wechselspannung ausdehnt und zusammenzieht, eine Verstärkungsplatte, welche einen Berührungsteil und einen Armteil aufweist, und ein zweites piezoelektrisches Element, das sich bei Anlegen einer Wechselspannung ausdehnt und zusammenzieht, enthält, wobei das erste piezoelektrische Element, die Verstärkungsplatte und das zweite piezoelektrische Element in dieser Reihenfolge geschichtet sind und der Berührungsteil des Vibrationselements an das berührte Element stößt; wobei das Vibrationselement über das berührte Element Leistung auf das angetriebene Element überträgt, um das angetriebene Element zu drehen.
Elektrisches Instrument, ausgestattet mit einer Betätigungsvorrichtung, welche Betätigungsvorrichtung enthält: ein angetriebenes Element; einen ersten Rahmen, in welchem das angetriebene Element untergebracht ist; einen zweiten Rahmen, der den ersten Rahmen drehbar haltert; ein berührtes Element, welches bezüglich des ersten Rahmens feststehend ist; und ein Vibrationselement, welches ein erstes piezoelektrisches Element, das sich bei Anlegen einer Wechselspannung ausdehnt und zusammenzieht, eine Verstärkungsplatte, welche einen Berührungsteil und einen Armteil aufweist, und ein zweites piezoelektrisches Element, das sich bei Anlegen einer Wechselspannung ausdehnt und zusammenzieht, enthält, wobei das erste piezoelektrische Element, die Verstärkungsplatte und das zweite piezoelektrische Element in dieser Reihenfolge geschichtet sind und der Berührungsteil des Vibrationselements an das berührte Element stößt; wobei das Vibrationselement über das berührte Element Leistung auf den ersten Rahmen überträgt, um den ersten Rahmen zu drehen.
Elektrisches Instrument, ausgestattet mit einer Betätigungsvorrichtung, welche Betätigungsvorrichtung enthält: ein angetriebenes Element; einen ersten Rahmen, der das angetriebene Element drehbar haltert; ein erstes berührtes Element, welches bezüglich des angetriebenen Elements feststehend ist; ein erstes Vibrationselement, welches ein erstes piezoelektrisches Element, das sich bei Anlegen einer Wechselspannung ausdehnt und zusammenzieht, eine Verstärkungsplatte, welche einen Berührungsteil und einen Armteil aufweist, und ein zweites piezoelektrisches Element, das sich bei Anlegen einer Wechselspannung ausdehnt und zusammenzieht, enthält, wobei das erste piezoelektrische Element, die Verstärkungsplatte und das zweite piezoelektrische Element des ersten Vibrationselements in dieser Reihenfolge geschichtet sind und der Berührungsteil des ersten Vibrationselements an das erste berührte Element stößt; einen zweiten Rahmen, der den ersten Rahmen drehbar haltert; ein zweites berührtes Element, welches bezüglich des ersten Rahmens feststehend ist; und ein zweites Vibrationselement, welches ein erstes piezoelektrisches Element, das sich bei Anlegen einer Wechselspannung ausdehnt und zusammenzieht, eine Verstärkungsplatte, welche einen Berührungsteil und einen Armteil aufweist, und ein zweites piezoelektrisches Element, das sich bei Anlegen einer Wechselspannung ausdehnt und zusammenzieht, enthält, wobei das erste piezoelektrische Element, die Verstärkungsplatte und das zweite piezoelektrische Element des zweiten Vibrationselements in dieser Reihenfolge geschichtet sind und der Berührungsteil des zweiten Vibrationselements an das zweite berührte Element stößt; wobei das erste Vibrationselement über das erste berührte Element Leistung auf das angetriebene Element überträgt, um das angetriebene Element bezüglich des ersten Rahmens zu drehen, und das zweite Vibrationselement über das zweite berührte Element Leistung auf den ersten Rahmen überträgt, um den ersten Rahmen bezüglich des zweiten Rahmens zu drehen.