CN102739102B - 环形振动波致动器 - Google Patents
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Abstract
提供一种环形振动波致动器，其能将接触部处的接触表面压力分布在整个接触面上，并能减小在与驱动方向垂直的方向的滑动，从而提高耐用性。该环形振动波致动器包括：环形振动部，其设置有机电能量转换元件并配置成在向机电能量转换元件施加驱动电压时振动；和环形被驱动部，其与振动部摩擦接触并在振动部振动时相对振动部移动；环形被驱动部包括接触部，其与振动部接触并由用具有弹簧特性的材料制成的两个支撑部支撑，这两个支撑部包括从环形被驱动部内周侧向振动部侧突出的内周侧支撑部和从环形被驱动部外周侧向振动部侧突出的外周侧支撑部；外周侧支撑部和内周侧支撑部具有不同形状和不同刚性，使得外周侧支撑部变形量比内周侧支撑部变形量大。
Description
技术领域
本发明涉及环形振动波致动器，其包括振动子和移动体并构造成驱动移动体，特别地涉及这种移动体的形状。
背景技术
传统地，已知构造成通过振动部的振动来驱动移动体的振动波致动器。
在这类振动波致动器中，振动子通常包括弹性体和布置在弹性体上作为机电能量转换元件的压电元件。
在弹性体上布置的压电元件具有在彼此之间存在90°空间相位差的位置的两个驱动相位，并且向这两个驱动相位施加彼此之间相位差为90°的两个交流信号，从而在弹性体上产生两种弯曲振动。
然后，通过合成这两种弯曲振动得到的驱动信号使移动体相对振动部移动。
振动部和移动体中的至少一个包括在其接触面处粘结、施加或形成的摩擦构件，以产生足够的摩擦力。
当反复进行致动器的驱动时，该摩擦构件由于移动体在振动部上滑动而变得磨损。因此，通过减慢这种磨损能够延长振动波致动器的寿命。
接触表面压力被证实为是决定磨损速率的因素之一，较小的接触表面压力能够延长振动波致动器的寿命。
一种减小这种接触表面压力的方法是增大接触部的面积。
同时，为了避免驱动时的噪音，接触部必须具有弹性。
为了解决这两个问题，日本专利No.03049931提出了一种振动波致动器，其包括形成有梁形构件的接触部，以用于支撑接触部的两端。
发明内容
为了提高振动波致动器的耐用性，简单地增大移动体和振动部之间的接触面积是不够的，期望的是将接触表面压力分布在接触面上。
在环形振动波致动器的情况下，当从穿过中心轴的剖面来看驱动过程中的振动部时，振动部在围绕某一点旋转的同时振动，期望的是被驱动部的与振动部接触的接触部跟随这种旋转振动。
在这种情况下，通过把接触部构造成不在与驱动方向垂直的径向方向滑动能够减小接触部的磨损，从而能提高耐用性。
考虑到这些问题，本发明的目的是提供一种环形振动波致动器，其能够将接触部处的接触表面压力分布在整个接触面上，以及能够减小在与驱动方向垂直的方向的滑动，从而提高耐用性。
本发明的环形振动波致动器包括：环形振动部，其设置有机电能量转换元件并配置成在向机电能量转换元件施加驱动电压时振动；和环形被驱动部，其与振动部摩擦接触并在振动部振动时相对振动部移动；环形被驱动部包括接触部，其与振动部接触并由用具有弹簧特性的材料制成的两个支撑部支撑，这两个支撑部包括从环形被驱动部内周侧向振动部侧突出的内周侧支撑部和从环形被驱动部外周侧向振动部侧突出的外周侧支撑部；外周侧支撑部和内周侧支撑部具有不同形状和不同刚性，使得外周侧支撑部变形量比内周侧支撑部变形量大。
根据本发明，能够实现一种环形振动波致动器，其能够将接触部处的接触表面压力分布在整个接触面上，以及能够通过减小在与驱动方向垂直的方向的滑动而提高耐用性。
从下面参考附图对示例性实施例的描述，本发明的进一步特征将变得明显。
附图说明
图1A示出了根据本发明实施例1的振动波致动器的示例性结构。
图1B示出了根据本发明实施例1的振动波致动器的示例性结构。
图2示出了根据本发明实施例1的振动波致动器的被驱动部的结构。
图3示出了在驱动根据本发明实施例1的振动波致动器的过程中被驱动部和振动部在不同时刻的状态。
图4示出了在驱动根据本发明实施例1的振动波致动器的过程中在某一时刻接触面上的表面压力分布。
图5A示出了根据本发明实施例2的振动波致动器的示例性结构。
图5B示出了根据本发明实施例2的振动波致动器的示例性结构。
图6示出了根据本发明实施例2的振动波致动器的被驱动部的结构。
图7示出了在驱动根据本发明实施例2的振动波致动器的过程中被驱动部和振动部在不同时刻的状态。
图8示出了在驱动根据本发明实施例2的振动波致动器的过程中在某一时刻接触面上的表面压力分布。
图9示出了本发明的环形振动波致动器的振动状态。
图10示出了在驱动一结构不同于本发明实施例的振动波致动器的过程中被驱动部和振动部在不同时刻的状态。
图11示出了在驱动一结构不同于本发明实施例的振动波致动器的过程中在某一时刻接触面上的表面压力分布。
图12说明了本发明的振动波致动器的驱动原理。
图13示出了根据本发明实施例1的振动波致动器的另一种结构。
图14示出了根据本发明实施例1的振动波致动器的另一种结构。
图15示出了根据本发明实施例2的振动波致动器的另一种结构。
具体实施方式
现在将参考附图详细地描述本发明的优选实施例。
[实施例1]
下面描述作为实施例1的应用了本发明的环形振动波致动器的示例性结构。
首先，描述本实施例的环形振动波致动器的驱动原理。
本实施例的环形振动波致动器包括设置有机电能量转换元件的环形振动部，并配置成使得在向机电能量转换元件施加驱动电压时环形振动部振动。
环形振动波致动器还包括环形被驱动部，该环形被驱动部与振动部摩擦接触并在振动部振动时相对于振动部移动。
参考图1A至1B，下面具体描述原理。图1A是本实施例的振动波致动器的透视图，图1B是本实施例的振动波致动器的剖面图。
在图1A和1B中，参考数字1表示被驱动部，2表示振动部，3表示机电能量转换元件，11表示使被驱动部与振动部压接触的加压弹簧，13表示驱动轴，12表示支撑振动部的振动部支撑部。
加压弹簧11为薄板状。加压弹簧11在弹性变形的同时紧固在驱动轴13上，以便沿接触方向施加反作用力，从而使被驱动部1与振动部2压接触。
两个具有预定相位差的交流电压被施加给粘结在振动部2上的机电能量转换元件3上，从而在由振动部2和机电能量转换元件3组成的振动子上激发出行进的振动波。
如图12所示，这些振动波产生了沿着在振动部2顶面的椭圆轨道的进给运动。
这种进给运动把在加压弹簧11的压力下与振动部2压接触的被驱动部1相对于振动部2驱动。
此时，如图9所示，当从穿过中心轴的横截面来看时，振动部2在围绕某一点旋转的同时振动。
本实施例的环形振动波致动器的环形被驱动部包括由两个用具有弹簧特性的材料制成的支撑部支撑的接触部，这两个支撑部包括：从环形被驱动部的内周侧向振动部侧突出的内周侧支撑部，和从环形被驱动部的外周侧向振动部侧突出的外周侧支撑部。
此外，外周侧支撑部和内周侧支撑部具有不同的形状和不同的刚性，使得外周侧支撑部的变形量比内周侧支撑部的变形量更大。
参考图2，下面描述本实施例的具有不同形状的外周侧支撑部和内周侧支撑部的示例性结构。
图2是本实施例的环形振动波致动器的被驱动部的剖面图。
内周侧支撑部包括薄板部，该薄板部通过把将接触部和被驱动部连接在一起的薄板以直角弯曲而形成(或形成为以直角弯曲)。在本发明中，“直角”不仅表示90°的精确角度，而且还表示从加工误差等观点来说能够获得本发明效果的大致90°的范围。基于本发明人的知识，该范围可以是90°±3°，优选地是90°±1°。在本发明中，薄板加工方法的实例包括通过压力加工来弯曲以及通过切削加工来机加工。更加具体地，如图2所示，内周侧支撑部包括：与主环形部8相连的薄板部6；和与薄板部6以直角联接而作为第一支撑部5的薄板部。
外周侧支撑部包括作为第二支撑部7的弧形薄板部，它把接触部和被驱动部连接起来。
然后，这样形成的包括内周侧支撑部和外周侧支撑部的两个支撑部支撑梁形构件，该梁形构件是接触部4。
在这两个支撑部和主环形部内设置空间部9，以释放这两个支撑部的变形。
通过这种方式，在本实施例中，内周侧支撑部和外周侧支撑部具有不同的形状。
这种结构在振动波致动器驱动时能够使振动部的外周侧支撑部和内周侧支撑部之间有刚性差，从而能够使被驱动部在外周侧支撑部比在内周侧支撑部更大地变形。
图3示出了在这种情况下的变形状态。
图3中，虚线表示在振动部的位移为0的时刻振动波致动器的被驱动部和振动部之间的关系。实线表示在振动部上升到最高的时刻被驱动部和振动部的变形状态。在驱动过程中，虚线的状态和实线的状态反复出现。
在这两个支撑部之间，外周侧支撑部更大地变形，为了允许外周侧支撑部沿除被振动部顶起的方向以外的方向移动，如图3所示第一支撑部沿箭头A的方向移动并且第二支撑部沿箭头B的方向移动。
即使在振动过程中，这种变形也允许被驱动部和振动部之间的接触部保持在同一位置。
这里，下面将描述在接触部30由如图10所示具有相同形状的第一支撑部31和第二支撑部32支撑的情况下被驱动部的变形。
在图10中，与图3一样，虚线表示在振动部的位移为0的时刻振动波致动器的被驱动部和振动部之间的关系，实线表示在振动部上升到最高的时刻被驱动部和振动部的变形状态。
在这种情况下，如图10所示，由于接触部30沿箭头A的方向移动，因此不会出现向内径侧的移动，这意味着接触状态在振动部的零位移状态和上升最高状态之间不同。另外如图11所示，接触表面压力集中在接触部的两端。
另一方面，如图4所示，根据本实施例的结构，在被驱动部1和振动部2之间的接触部上的表面压力分布不仅延伸到接触部的端部，而且延伸到接触部的中央部。从而，表面压力能够分布在接触部4的表面上。
在另一种结构中，内周侧支撑部可布置成与图2一样，外周侧支撑部可包括把连接接触部和被驱动部的薄板以比内周侧薄板部的直角更大的角度弯曲而形成的薄板部。
更加具体地，如图13所示，内周侧支撑部包括：与主环形部38相连的薄板部35；和与薄板部35以直角联接而作为第一支撑部34的薄板部。
然后，外周侧支撑部包括：与主环形部相连的薄板部37；和与薄板部37以比直角更大的角度联接而作为第二支撑部36的薄板部。
然后，这样形成的包括内周侧支撑部和外周侧支撑部的两个支撑部支撑梁形构件，该梁形构件是接触部33。
在这两个支撑部和主环形部内设置空间部39，以释放这两个支撑部的变形。
这种结构也可以获得相似的效果。
在另一种结构中，如图14所示，作为外周侧支撑部的薄板部形成为弧形形状，使得在该弧形形状中形成的区域40位于接触部端部的内周侧。
这种结构也能够实现相似的功能。
[实施例2]
下面描述作为实施例2与实施例1不同的环形振动波致动器的示例性结构。
图5A是本实施例的环形振动波致动器的透视图，图5B是本实施例的环形振动波致动器的剖面图。图6示出了本实施例的环形振动波致动器的被驱动部的结构。
在图5中，参考数字14表示被驱动部，2表示振动部，3表示机电能量转换元件，24表示使振动部与被驱动部压接触的加压弹簧。参考数字25表示支撑振动部的振动部支撑部，26表示旋转部，该旋转部通过轴承27支撑在振动部支撑部25上，以便能在被驱动部14的控制下相对于振动部支撑部25旋转。
尽管在本实施例中使用的加压部是波形垫圈，但其也可以是弹簧例如盘簧。
参考图6，下面描述本实施例的具有不同形状的外周侧支撑部和内周侧支撑部的示例性结构。
外周侧支撑部包括通过把连接接触部和被驱动部的薄板以直角弯曲两次而形成的薄板部。在本发明中，“直角”不仅表示90°的精确角度，而且还表示从加工误差等观点来说能够获得本发明效果的大致90°的范围。基于本发明人的知识，该范围可以是90°±3°，优选地是90°±1°。在本发明中，薄板的加工方法的实例包括通过压力加工来弯曲以及通过切削加工来机加工。
更加具体地，如图6所示，外周侧支撑部包括：与接触部15相连而作为第三支撑部16的薄板部；和以直角与作为第三支撑部16的薄板部联接的第一支撑部17。
外周侧支撑部还包括：以直角与第一薄板部17联接而作为第四支撑部18的薄板部；和以直角与第四支撑部18联接并与主环形部22相连的第二薄板部19。通过这种方式，构成外周侧支撑部。
内周侧支撑部包括：与接触部15相连而作为第一支撑部20的薄板部；和以直角与作为第一支撑部20的薄板部联接并与主环形部22相连的薄板部21。
于是，这样形成的包括内周侧支撑部和外周侧支撑部的两个支撑部支撑梁形构件，该梁形构件是接触部15。
在这两个支撑部和主环形部内设置空间部23，以释放这两个支撑部的变形。
这种结构在振动波致动器驱动时能够使振动部的外周侧支撑部和内周侧支撑部之间有刚性差，从而能够使被驱动部在外周侧支撑部比在内周侧支撑部更大地变形。
图7示出了在这种情况下的变形状态。
在图7中，虚线表示在振动部的位移为0的时刻振动波致动器的被驱动部和振动部之间的关系。实线表示在振动部上升到最高的时刻被驱动部和振动部的变形状态。在驱动过程中，虚线的状态和实线的状态反复出现。
在这两个支撑部之间，外周侧支撑部更大地变形，并且外周侧支撑部可沿除被振动部顶起的方向以外的方向移动。因此，如图7所示，第一支撑部(图6的支撑部20)沿箭头A的方向移动，第三和第四支撑部(图6的支撑部16和18)沿箭头B的方向移动。
即使在振动过程中，这种变形也允许被驱动部和振动部之间的接触部保持在同一位置。
此时，如图8所示，在被驱动部14和振动部2之间的接触部上的表面压力分布不仅延伸到接触部的端部，而且延伸到接触部的中央部。因此，表面压力能够分布在接触部15的表面上。
这种具有双台阶结构的支撑部比实施例1更适合于加工，并能够获得相似的效果。
此外，由于加压部设置在振动部侧，因此能够在马达的中央部提供空间。这种结构适合于驱动光学构件如透镜。
在另一种结构中，内周侧支撑部可构造成与图6一样，外周侧支撑部可构造成具有这样的薄板部，该薄板部是通过把连接接触部和被驱动部的薄板以比内周侧薄板部的直角更大的角度弯曲两次而形成的。在本发明中，“直角”不仅表示90°的精确角度，而且还表示从加工误差等观点来看能够获得本发明效果的大致90°的范围。基于本发明人的知识，该范围可以是90°±3°，优选地是90°±1°。然后，“比直角更大的角度”是指比上述容许范围中的“直角”相对更大的角度。在本发明中，薄板的加工方法的实例包括通过压力加工来弯曲以及通过切削加工来机加工。
更加具体地，如图15所示，外周侧支撑部包括：与接触部41相连而作为第五支撑部42的薄板部；和以比直角更大的角度与作为第五支撑部42的薄板部联接的第三薄板部43。
外周侧支撑部还包括：以比直角更大的角度与第三薄板部43联接而作为第六支撑部44的薄板部；和以比直角更大的角度与第六支撑部44联接并与主环形部相连的第四薄板部45。通过这种方式，构成外周侧支撑部。这种结构也能够实现相似的功能。
第五支撑部42和第六支撑部44中的任何一个可以竖直地布置。
尽管已经参考示例性实施例描述了本发明，但是应该理解，本发明不限于所公开的示例性实施例。随附权利要求的范围应给予最宽泛的解释，以涵盖所有这类修改以及等同的结构和功能。
Claims (4)
1.一种环形振动波致动器，包括：环形振动部，其设置有机电能量转换元件并配置成在向机电能量转换元件施加驱动电压时振动；和环形被驱动部，其与振动部摩擦接触并在振动部振动时相对于振动部移动，
其中，环形被驱动部包括接触部，该接触部与振动部接触并由用具有弹簧特性的材料制成的两个支撑部支撑，这两个支撑部包括从环形被驱动部的内周侧向振动部侧突出的内周侧支撑部和从环形被驱动部的外周侧向振动部侧突出的外周侧支撑部，以及
外周侧支撑部和内周侧支撑部具有不同的形状和不同的刚性，使得外周侧支撑部的变形量比内周侧支撑部的变形量更大，
其中，内周侧支撑部包括薄板部，该薄板部是连接接触部和被驱动部并以直角弯曲的薄板，以及
外周侧支撑部包括弧形薄板部，该弧形薄板部是连接接触部和被驱动部的薄板。
2.根据权利要求1所述的环形振动波致动器，其中，
外周侧支撑部的弧形薄板部构造成使得限定在弧形形状中的区域位于接触部端部的内周侧上。
3.一种环形振动波致动器，包括：环形振动部，其设置有机电能量转换元件并配置成在向机电能量转换元件施加驱动电压时振动；和环形被驱动部，其与振动部摩擦接触并在振动部振动时相对于振动部移动，
其中，环形被驱动部包括接触部，该接触部与振动部接触并由用具有弹簧特性的材料制成的两个支撑部支撑，这两个支撑部包括从环形被驱动部的内周侧向振动部侧突出的内周侧支撑部和从环形被驱动部的外周侧向振动部侧突出的外周侧支撑部，以及
外周侧支撑部和内周侧支撑部具有不同的形状和不同的刚性，使得外周侧支撑部的变形量比内周侧支撑部的变形量更大，并且其中，
内周侧支撑部包括薄板部，该薄板部是连接接触部和被驱动部并以直角弯曲的薄板，以及
外周侧支撑部包括薄板部，该薄板部是连接接触部和被驱动部并以直角弯曲两次的薄板。
4.一种环形振动波致动器，包括：环形振动部，其设置有机电能量转换元件并配置成在向机电能量转换元件施加驱动电压时振动；和环形被驱动部，其与振动部摩擦接触并在振动部振动时相对于振动部移动，
其中，环形被驱动部包括接触部，该接触部与振动部接触并由用具有弹簧特性的材料制成的两个支撑部支撑，这两个支撑部包括从环形被驱动部的内周侧向振动部侧突出的内周侧支撑部和从环形被驱动部的外周侧向振动部侧突出的外周侧支撑部，以及
外周侧支撑部和内周侧支撑部具有不同的形状和不同的刚性，使得外周侧支撑部的变形量比内周侧支撑部的变形量更大，并且其中，
内周侧支撑部包括薄板部，该薄板部是连接接触部和被驱动部并以直角弯曲的薄板，以及
外周侧支撑部包括薄板部，该薄板部是连接接触部和被驱动部并以比内周侧上薄板部的直角更大的角度弯曲两次的薄板。
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