CN102291042B - 振动型驱动装置 - Google Patents

Abstract

一种振动型驱动装置，包括：振动器保持器，其中多个振动器与振动器保持部件连接，每个振动器至少具有机电能量转换元件和具有形成于其中的接触部分的弹性部件，所述振动器保持器用于产生所述接触部分的椭圆运动，以便使得与所述接触部分接触的被驱动部件相对于振动器运动，其中，所述多个振动器在所述接触部分接触所述被驱动部件的一侧与所述振动器保持部件的表面连接，以及在所述振动器保持部件的、与所述接触部分接触被驱动部件的所述一侧相反的相对表面上，布置挤压部件以将所述接触部分设置成挤压至并接触所述被驱动部件。

Description

振动型驱动装置

技术领域

本发明涉及一种振动型驱动装置，更特别地涉及具有这样一种结构的振动型驱动装置，在所述结构中，振动器被挤压并与被驱动部件接触。

背景技术

振动型驱动装置（振动波马达）被调配使得振动器激发多种振动模式的振动，每个振动器具有机电能量转换元件（例如压电元件）和与该机电能量转换元件连接的弹性部件（主要是金属的）。

将多种振动模式的振动进行合成，以便产生弹性部件的表面的椭圆运动，并相关地驱动与该弹性部件接触的被驱动部件。已经提出了各种这样的振动型驱动装置，特别是，已经提出了很多振动型驱动装置，作为旋转地驱动照相机的透镜镜筒的致动器。

在这些装置中，最近已经提出的很多致动器具有这种结构，该结构带有多种具有矩形振动部分的板形振动器（芯片形振动器）的组合，这种结构能够节省空间和降低成本，并在透镜镜筒的尺寸或形状的设计方面具有很高的灵活性。

对于包括这种芯片形振动器的组合的振动型驱动装置，美国专利No.6078438提出了一种如下文所述的振动型驱动装置。

这种装置包括：芯片形振动器，该芯片形振动器具有至少一个振动波节；支撑部件，该支撑部件支撑振动器；以及可旋转转子（被驱动部件），支撑部件还用作在转子和振动器之间施加挤压力的挤压弹簧。

将支撑部件和挤压弹簧调配成使得环形基部的一部分通过以悬臂方式弯曲而沿旋转轴线方向（挤压方向）弯曲，振动器在其端部被独立地支撑。

美国专利No.7466062提出了具有这样一种结构的振动型驱动装置，在该结构中，振动器为具有沿挤压方向的厚度的形状（块形），且与美国专利No.6078438中相同，振动器被独立地支撑和挤压。

在美国专利No.6078438和美国专利No.7466062的装置中，用于支撑振动器的部件和挤压弹簧被共享。这降低了支撑刚性，但是这样的结构具有下面所述的问题。

具体地，当转子处于非驱动状态，且没有驱动反作用力施加于振动器时，在振动器和转子之间保持令人满意的接触状态。

不过，当在振动器中产生驱动力时，在振动器中的支撑部分和与转子接触的接触部分之间产生旋转力矩。因此，如果振动器的支撑刚性（旋转刚性）较低，则振动器容易相对于转子的滑动表面倾斜。

这引起振动器的非均匀接触平面压力，从而使得振动器与转子的接触状态变差，这会降低输出或引起异常噪音，例如嘎吱嘎吱声。

考虑到上述问题，本发明提供一种振动型驱动装置，该振动型驱动装置能够构造有一种振动器保持器，这种振动器保持器维持振动器沿挤压方向的低刚性并对于由于驱动而施加于振动器的旋转力矩具有高刚性，并且该振动型驱动装置能够稳定地维持振动器和被驱动部件之间的接触状态。

发明内容

根据本发明，可以实现一种振动型驱动装置，它能够构造一种保持结构，这种保持结构维持振动器的沿挤压方向的低刚性并对于由于驱动而施加至振动器的旋转力矩具有高刚性，该振动型驱动装置能够稳定地维持振动器和被驱动部件之间的接触状态。

根据本发明的一个方面的振动型驱动装置包括：振动器保持器，其中多个振动器与振动器保持部件连接，每个振动器至少具有机电能量转换元件和具有形成于其中的接触部分的弹性部件，所述振动器保持器用于产生接触部分的椭圆运动，以便使得与接触部分接触的被驱动部件相对于振动器运动，其中，所述多个振动器在接触部分接触被驱动部件的一侧与振动器保持部件的表面连接，并且在振动器保持部件的、与接触部分接触被驱动部件的一侧相反的相对表面上，布置挤压部件用以将接触部分设置成被挤压至并接触被驱动部件。

通过下面参考附图对示例性实施例的说明，将清楚本发明的其它特征。

附图说明

图1是表示根据本发明的实施例1的振动型驱动装置的构造的立体图。

图2A和2B表示根据本发明的实施例1的振动型驱动装置的振动器的构造，图2A是振动器的俯视图，图2B是振动器的侧视图。

图3是表示根据本发明的实施例1的振动型驱动装置的振动器保持器的构造的剖视图。

图4是根据本发明的实施例1的透镜镜筒安装状态的剖视图。

图5是根据本发明的实施例2的振动型驱动装置的振动器保持器的立体图。

图6是根据本发明的实施例3的振动型驱动装置的振动器保持器的立体图。

图7是根据本发明的实施例4的振动型驱动装置的振动器保持器的剖视图。

图8A、8B和8C是根据本发明的实施例5的振动型驱动装置的振动器保持器的立体图。

图9是根据本发明的实施例6的振动型驱动装置的振动器保持器的立体图。

图10A和10B是根据本发明的实施例7的振动型驱动装置的振动器保持器的立体图。

具体实施方式

下面将根据附图详细介绍本发明的优选实施例。

将通过下面的实施例介绍实施本发明的方式。

实施例

实施例1

对于实施例1，将参考图1至4介绍可以应用本发明的振动型驱动装置的示例性构造。

该实施例的振动型驱动装置包括：振动器，该振动器至少具有机电能量转换元件和弹性部件，该弹性部件具有形成于其中的接触部分；以及振动器保持部件，多个振动器与该振动器保持部件连接。振动器和振动器保持部件构成振动器保持器。将驱动电压施加给机电能量转换元件，以便产生弹性部件的接触部分的椭圆运动，与弹性部件的接触部分接触的被驱动部件由于所述椭圆运动而相对于振动器运动。

对于振动器，在本实施例中使用具有由矩形板形成的弹性部件的板形振动器（芯片形振动器）。在下面的说明中，芯片形振动器称为振动器。

如图1中所示，振动器1与振动器保持部件5连接，以便构成振动器保持器6。

在图1中，参考标号7表示转子（被驱动部件），8表示转子橡胶，10表示挤压弹簧，11表示挤压环。

如图2A和2B中所示，振动器1包括弹性部件2、压电元件（机电能量转换元件）3和柔性印刷电路（FPC）4，该柔性印刷电路向压电元件供电。

构成振动器1的弹性部件2包括振动部分2-3，该振动部分由具有低振动阻尼并与压电元件一起振动的部件形成。

弹性部件2还包括：固定部分2-5，用于将弹性部件固定至不同部件；以及支撑部分2-4，该支撑部分连接振动部分2-3和固定部分2-5，该支撑部分的一端跟随振动部分2-3的振动，另一端并不将振动传递给固定部分2-5。

这样构造的多个振动器的固定部分2-5一体地连接至振动器保持部件5中的、振动器1的接触部分2-1和2-2接触转子7的一侧的表面（也就是振动器保持部件5的在转子侧的表面）的一部分（图3）。

振动器保持部件可以由质量比振动器的振动部分和支撑部分的总质量更大的部件来形成。

振动器保持器6包括形成于一个表面（图3中的上表面）上的振动器的多个接触部分（图2A和2B中的接触部分2-1和2-2的上表面），且这些接触部分布置在相同平面中。

如图4中所示，转子7具有在一个表面中的耐磨滑动部分7-1，该滑动部分7-1被布置成面向并接触振动器保持器的接触部分。

在转子7的、与滑动部分相反的一侧，输出传递部件9设有在转子与输入传递部件之间的转子橡胶（防振橡胶）8。

另一方面，在振动器保持器6的、与转子7相反的一侧，如图1和4中所示，设置板簧10作为挤压部件，用于将振动器保持器6压靠在转子7上。

为了压缩板簧10并产生挤压力，提供了控制板簧10的弯曲量的挤压环11，挤压环11和振动器保持器6将板簧10保持在挤压环与振动器保持器之间。因此，在振动器保持器6和转子7之间施加合适的挤压力。

下面，将参考图4介绍当振动型驱动装置被构造作为透镜镜筒的驱动单元时的结构。

透镜镜筒单元本体16具有沿着垂直于光学轴线L的方向伸出的凸缘16-1，且手动环15布置在凸缘的一个表面上。

还提供了：多个辊轴13，这些辊轴被形成为从辊环12径向延伸；以及辊14，这些辊14接合辊轴13，并环绕辊轴可旋转地安装。输出传递部件9和手动环15沿光学轴线L的方向叠置，且辊14在它们之间。

挤压环11的内周侧通过螺钉或卡口结构接合透镜镜筒本体16。使挤压环旋转并沿光学轴线L的方向运动以便压缩挤压弹簧10，并通过手动环15而将振动器保持器6的一部分挤压和保持至本体凸缘16-1。

频率为f0的AC电场从未示出的电源施加给振动器1，以便将频率逐渐扫描至低侧。于是，在振动器中激发振动，振动幅值随着频率接近振动器的谐振频率而逐渐增大。

这时，产生振动器1的接触部分的椭圆运动，并在与所述接触部分接触的转子7中产生摩擦驱动力。因此，转子7、转子橡胶8和输出传递部件9环绕光学轴线L旋转。

接触输出传递部件9的辊14与辊环12一起环绕光学轴线L旋转，并同时在手动环15的表面上滚动，布置在辊环12上的输出键17使得未示出的凸轮环旋转，以便进行自动对焦操作。

这时，转子包括未示出的rpm检测单元，因此，当转子达到目标rpm时，停止频率的扫描，以便获得合适的输出。当频率被降低但是没有达到目标rpm时，频率被扫描至下面所述的fr_max，以停止扫描。具体地，用于驱动的频率范围是fr_max至f0。

这是因为在fr_max或更小的频率下进行驱动会将以fr_max作为谐振频率的振动模式的振动幅值极大地降低以至于阻止转子的正常驱动。

这里，fr_max表示有助于驱动的、振动器的振动模式中的最大谐振频率。

下面，将介绍作为本发明的特征的、振动器保持器的构造。

在本实施例中，多个振动器布置在一体地形成为环形（圆环形状）的振动器保持部件的圆周表面（转子侧表面）上，振动器和振动器保持部件通过粘接剂而直接连接，以便构成振动器保持器。

因此，各振动器具有非常高的支撑刚性，且各振动器不能独立地跟随转子的滑动表面（滑动部分的表面）。

不过，在整个振动器保持器中，由于各振动器的摩擦反作用力（由驱动产生）而产生的力矩被抵消。这防止由于摩擦反作用力而导致的振动器保持器的倾斜或局部接触，并能够保持令人满意的接触状态。

另一方面，连接至振动器保持部件的振动器的的接触部分形成于相同平面中。

采用这样的振动器保持器使得整个圆周由具有小的弹簧常数的挤压弹簧从后表面（与转子相反的表面）均匀挤压，因此，各振动器能够在没有非均匀挤压的情况下被挤压至并接触转子。

根据本实施例的结构，振动器保持器可以被构造成沿挤压方向维持振动器的低刚性，对于由于通过施加扭矩来驱动而施加于振动器的旋转力矩具有高刚性。

这可以稳定地维持振动器和被驱动部件之间的接触状态，提供稳定的输出特性，并降低由于不稳定接触状态而引起的噪音，例如嘎吱嘎吱声。

在本实施例中，改进夹具，使得当振动器和振动器保持部件相互粘接以便维持转子和滑动部分之间的稳定接触时，振动器保持部件可以与保持在相同平面中的、多个振动器的接触部分粘接。

另外，在粘接后，对包括各接触部分（表面）的假想平面进行平滑处理（例如抛光）和精加工，以便具有10μm或更小的平坦度。

另外，对于转子7，对将成为滑动部分的表面进行平滑处理（例如抛光）和精加工，以便具有Ra0.5μm或更小的表面粗糙度和10μm或更小的平坦度。

环形振动器保持部件与振动器直接连接，因此从振动器泄漏的轻微驱动振动可以作为激发源来激发保持部件的谐振模式。特别地，很容易激发阶数等于波长为振动器的、连接至振动器保持部件的连接部分之间的间隔的振动模式的阶数（波的波峰数）的整数倍（一倍、两倍、三倍……）的振动模式。

来自多个振动器的接触部分的激发力输入至本实施例的振动器保持器，因此很容易激发阶数等于波长为输入点之间的节距（也就是振动器之间的节距（振动器之间的间隔））的振动模式的阶数（波的波峰数）的整数倍的振动模式。在本实施例中，三个振动器以规则间隔布置在振动器保持部件中以便构成振动器保持器。因此，当转子被驱动时，激发力从振动器的接触部分以120°的间隔来施加。因此，对于振动器保持器，很容易激发在一圈（on one round）具有三个波峰的振动模式（三阶弯曲振动模式），这可能引起噪音。还有，在该实施例中，可以激发阶数等于三的整数倍（也就是，三阶、六阶、九阶、十二阶……）的振动模式。

因此，在本实施例中，振动器保持器设计成使得振动器保持器的振动模式（振动模式的阶数等于波长为振动器的连接部分之间的间隔的振动模式的阶数的整数倍，或者振动模式的阶数等于波长为振动器之间的间隔的振动模式的阶数的整数倍）的谐振频率并不在用于上述驱动的频率范围内。

实施例2

对于实施例2，将参考图5介绍具有与实施例1中不同构造的振动器保持部件的振动型驱动装置的示例性构造。

与实施例1中一体地形成为环形的振动器保持部件不同，在本实施例中，振动器保持部件5通过三个圆弧形部件而形成环形。多个圆弧形部件通过振动器1来连接，以便构成振动器保持器6。

这是因为与实施例1中将振动器保持部件5一体地机械加工成环形相比，将振动器保持部件5分成多个圆弧形部件能够有效地使用材料，并能够降低机械加工成本。

还有，当将振动器与振动器保持部件5连接时，振动器的接触部分能够很容易地布置在相同平面中。

例如，在实施例1中，有时要求在振动器1和振动器保持部件5之间的连接之后插入抛光（磨光）或研磨步骤以进行平坦度精加工，以便获得振动器的接触部分的平坦度。

这是因为在振动器连接之后接触部分的平坦度取决于在连接之前振动器保持部件的平坦度。

另一方面，如在本实施例中，当振动器保持部件5由多个分割部件构成时，振动器的接触部分在连接中可以与基准平面对齐，振动器保持部件可以与振动器对齐地进行连接。

这可以通过例如将连接夹具的基准表面精加工成具有0.1至0.5μm的平坦度、参考该基准表面而抵接振动器的接触部分以将振动器保持就位、以及以与之对齐的方式连接被分割的振动器保持部件。这将不需要在振动器的连接后进行提供平坦度的机械加工。

还有，在本实施例中，使振动型驱动装置调配成使得圆周由板簧（该板簧是挤压部件，与实施例1中相同）从振动器保持部件的后表面挤压。可以使用具有与实施例1中相同构造的振动器。振动器和振动器保持部件可以通过激光焊而连接和牢固固定。

实施例3

对于实施例3，将参考图6介绍与上述实施例中不同的振动型驱动装置的示例性结构。

在本实施例中，振动器的支撑部分2-4（见图2A和2B）具有形成为朝着振动器保持部件的表面（振动器通过该表面来连接）外部弯曲的弯曲形状，振动器保持部件5和振动器1的固定部分通过紧固螺钉18而连接。

作为振动传递抑制部件的橡胶片19保持在挤压弹簧10（波纹弹簧）和振动器保持部件5之间，以便构成振动器的下部结构。

根据本实施例的构造，由于从振动器泄漏的振动所引起的板簧和振动器保持部件之间颤动产生的噪声能够被降低。

在本实施例中，橡胶片保持在振动器保持部件和挤压弹簧之间，但是并不局限于此，例如也可以使用毡22，只要它抑制振动传递。

实施例4

对于实施例4，将参考图7介绍具有与上述实施例中不同构造的振动器的振动型驱动装置的示例性构造。

在本实施例中，将实施例1进行了局部改进，以便进一步改善振动器的泄漏振动降低功能。

在本实施例中，振动器的支撑部分2-4比其它实施例中的更薄。

因此，支撑部分2-4的弯曲刚性进一步降低，以便在并不增加支撑部分的尺寸的情况下进一步提高振动部分2-3的跟随振动的能力，并减少支撑损失。

本实施例的构造能够降低泄漏振动向固定部分2-5的传递，并能够消除激发振动器保持器的不需要的振动的起因。

在本实施例中，改变支撑部分的厚度以降低刚性，但是并不局限于此。

例如，可以降低支撑部分的宽度，或者可以增加支撑部分的长度，以便与振动部分相比降低静态弯曲刚性。

实施例5

对于实施例5，将参考图8A至8C介绍与上述实施例中不同的振动型驱动装置的示例性构造。

在本实施例中，振动器保持部件由薄板形成，且振动器保持部件的连接表面（振动器通过该连接表面来连接）是形成为朝着振动器保持部件的表面（振动器通过该表面来连接）外部弯曲的凸形部分。

如图8A至8C中所示，在板形振动器保持部件20中，六个凸形部分（台阶）20-1通过朝着振动器保持部件的一个表面（振动器通过该表面来连接）外部弯曲而沿周向方向形成。振动器的固定部分2-5与各凸形部分连接，以便形成振动器保持器。

与振动器1连接的压电元件3和柔性印刷电路4布置在形成于凸形部分之间的凹部20-3内，且具有离振动器保持部件20的合适间隙。

多个棘爪凸形部分20-4形成于振动器保持部件20的内周侧上，并接合对应于棘爪凸形部分20-4而形成于本体中的多个槽（未示出），且接收在驱动转子时产生的扭矩的反作用力，以便防止振动器保持器旋转。

对于作为挤压部件的挤压弹簧21，使用具有悬臂结构的板簧，其在环形薄板的圆周上具有三个弯曲部分。

板簧布置在各振动器的后侧（与接触部分相反的一侧），且板簧和弹性部件之间的接触部分设置成使得向被驱动部件上施加挤压接触力的地点几乎在悬臂的中部，被变形部分布置在该地点的相对两侧。

具体地，板簧具有两个朝向基板21-1外部的弯曲部分21-3，平行于基部部分的挤压部分21-2形成于中部部分中。

挤压部分21-2用于挤压布置在振动器后侧的振动器保持部件的弯曲部分20-2。

通过上述结构，整个振动器保持器的弯曲刚性被降低。因此，即使振动器中的弹性部件的接触部分的平坦度稍微较低，振动器保持器也弹性地变形，以便获得随着滑动部分的表面的令人满意的接触状态。

对于由于驱动反作用力引起的力矩，棘爪凸起20-4（用于在这些棘爪凸起之间保持振动器）之间的部分变形，从而降低由于驱动力而引起的摩擦表面倾斜。

实施例6

对于实施例6，将参考图9介绍具有与上述实施例中不同结构的保持部件的振动型驱动装置的示例性构造。

在本实施例中，振动器保持部件的弯曲刚性和扭转刚性进一步降低。

因此，在本实施例中，通过挤压使薄板在六个部位弯曲，以便形成如图9中的振动器保持部件23，且凹槽布置在振动器1的连接部分之间的中间部分中，凹槽通过窄梁23-1而连接。

通过本实施例的构造，整个振动器保持器在转子的滑动表面中具有令人满意的波的跟随能力（沿周向方向朝向平面外部的波分量，或者沿圆周环绕轴线的扭转分量）。

实施例7

对于实施例7，将参考图10A和10B介绍与上述实施例中不同的振动型驱动装置的示例性构造。

在上述实施例中，向着振动器的接触部分的挤压力经由振动器保持部件来施加，振动器1的支撑部分2-4用于传递挤压力。

另一方面，在本实施例中，挤压力直接施加在振动器1的振动部分（压电元件的后表面）上。

如图10A和10B中所示，振动器保持部件24由薄板的环部件形成，在振动器的振动部分和支撑部分相互干涉的部分中提供孔25，使得振动器的压电元件或者柔性印刷电路不与振动器保持部件24接触。

挤压弹簧是如图8A至8C中所示的板簧，挤压力经由板簧的挤压部分21-2和振动器的压电元件之间的隔振部件26（例如毡）而施加给振动器。

通过本实施例的结构，挤压力并不直接施加至振动器的支撑部分2-4，因此增大了在支撑部分的强度设计方面的灵活性。

尽管已经参考示例性实施例介绍了本发明，但是应当知道，本发明并不局限于所述示例性实施例。下面的权利要求的范围将根据最广义的解释，以便包含所有这些变化形式以及等效结构和功能。

Claims (12)

1.一种振动型驱动装置，包括：

振动器保持器，该振动器保持器包括振动器保持部件，多个振动器与所述振动器保持部件连接，其中所述多个振动器中的每个振动器至少包括机电能量转换元件和包括接触部分的弹性部件，用于产生所述接触部分的椭圆运动，以便使得与所述接触部分接触的被驱动部件相对于振动器运动，和

挤压部件，所述挤压部件被布置成将所述接触部分设置成被挤压至并接触所述被驱动部件；

其中所述弹性部件还包括：振动部分，所述接触部分设置在所述振动部分上；以及从振动部分延伸的第一支撑部分和第二支撑部分；

其中所述多个振动器的每个的振动部分沿驱动方向定位在第一支撑部分和第二支撑部分之间。

2.根据权利要求1的振动型驱动装置，其中：

所述振动器固定至所述振动器保持部件，以便形成于所述多个振动器中的接触部分处于相同平面中。

3.根据权利要求1的振动型驱动装置，其中：

所述第一支撑部分和第二支撑部分均包括使得弯曲刚性比所述振动部分的弯曲刚性小的形状。

4.根据权利要求3的振动型驱动装置，其中：

所述振动器保持部件由质量比所述振动部分和支撑部分的总质量大的部件来形成。

5.根据权利要求1的振动型驱动装置，其中：

所述第一支撑部分和第二支撑部分均包括弯曲的形状部分，该弯曲的形状部分通过朝着振动器保持部件的表面的外部弯曲而形成，所述振动部分通过该表面而与所述振动器保持部件连接。

6.根据权利要求1至5中任意一项的振动型驱动装置，其中：

所述振动器保持部件形成为圆环形形状。

7.根据权利要求6的振动型驱动装置，其中：

形成为圆环形形状的所述振动器保持部件包括通过振动器而连接在一起的多个部件。

8.根据权利要求6的振动型驱动装置，其中：

所述振动器保持部件包括薄板，所述振动器保持器具有凸形部分，该凸形部分通过朝着振动器保持部件的表面的外部弯曲而形成，所述振动部分通过该表面而与所述振动器保持部件连接，所述振动器与所述凸形部分连接。

9.根据权利要求1至5中任意一项的振动型驱动装置，其中：

所述挤压部件包括板簧，该板簧以悬臂形式形成并布置在与形成所述振动器的接触部分的一侧相反的一侧；并且

所述弹性部件的板簧接触部分被设置成使得所述被驱动部件上挤压接触力的施加地点几乎在悬臂的中部。

10.根据权利要求9的振动型驱动装置，还包括：

振动传递抑制部件，用于抑制振动器的振动的传递。

11.根据权利要求1至5中任意一项的振动型驱动装置，其中：

所述振动器保持器被形成为使得阶数等于波长为所述振动器与振所述动器保持部件的连接部分之间的间隔的振动模式的阶数的整数倍的振动模式的谐振频率并不在用于驱动所述被驱动部件的频率范围内。

12.根据权利要求1至5中任意一项的振动型驱动装置，其中：

所述振动器保持器被形成为使得阶数等于波长为振动器之间的间隔的振动模式的阶数的整数倍的振动模式的谐振频率并不在用于驱动所述被驱动部件的频率范围内。