CN110995054A - 包括振动元件的振动致动器和装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种包括振动元件的振动致动器和装置。该振动致动器，其减小了振动元件相对于接触体的姿势变化。振动元件单元和接触体可相对于彼此移动。振动元件单元包括：与接触体接触的振动元件；保持振动元件的第一保持构件；基座；第一支撑构件，其固定到基座，并且在与同振动元件滑动接触的接触体的摩擦滑动表面相交的方向上可移动地支撑第一保持构件，同时相对于接触体以预定姿势保持振动元件；以及推动单元，其独立于第一支撑构件布置在基座上，并且在与接触体的摩擦滑动表面相交的方向上按压振动元件。

Description

包括振动元件的振动致动器和装置

技术领域

本发明涉及一种振动致动器以及配备有该振动致动器的装置，该振动致动器包括振动元件并且用于线性驱动设备和旋转驱动设备。

背景技术

已知一种振动致动器，其使得振动元件产生预定的振动以将摩擦驱动力(推力)施加到与振动元件接触的接触体，从而使振动元件和接触体相对于彼此移动。在这种振动致动器中，在振动元件被固定的情况下，接触体通过摩擦驱动力相对于振动元件移动，而在接触体被固定的情况下，振动元件通过摩擦驱动力的反作用力相对于接触体移动。

对于振动致动器，作为获得期望输出的方法，已经提出了一种使多个振动元件与公共接触体接触并通过组合振动元件的摩擦驱动力将摩擦驱动力施加到接触体的方法。例如，日本特开2005-312264号公报(Kokai)中描述的振动致动器包括壳体，水平布置使得轴延伸穿过壳体的侧面的轴，以及将该轴垂直地夹在中间的两个振动元件。此外，在该振动致动器中，将轴垂直地夹在中间的两个振动元件进一步被两个推动接合构件垂直地夹在中间，并且拉伸盘簧附接到两个推动接合构件的相应纵向一端，由此两个推动接合构件相互垂直地拉扯。因此，通过从两个推动接合构件接收到的推动力使两个振动元件与轴压力接触，并且当在振动元件中激励振动时，沿轴向方向移动轴。

然而，在日本特开2005-312264号公报(Kokai)中描述的振动致动器中，推动接合构件的纵向方向和轴的轴向方向彼此平行，并且拉伸盘簧在纵向方向上附接到两个推动接合构件的相应一端。因此，即使在轴的移动量小的振动致动器中，其在作为轴的移动方向的轴向方向上的尺寸也变大。

作为该问题的解决方案的示例，已经提出了一种振动致动器80，其具有如图16中的横截面图所示的结构。注意，为了方便解释，如图16所示，定义相互正交的X轴、Y轴和Z轴。振动致动器80包括第一支撑体86、第二支撑体81、接触体82、振动元件83、螺旋弹簧84、支撑轴85、旋转轴87、辊88、缓冲构件89和压力传递构件90。第一支撑体86可移动地装配在沿X轴方向延伸的支撑轴85上。接触体82是从振动元件83接收摩擦驱动力并沿X轴方向延伸的构件。支撑轴85和接触体82在X轴方向上的相对的两端固定到未示出的固定装置。振动元件83经由压力传递构件90和缓冲构件89支撑在第一支撑体86上，使得振动元件83与接触体82接触。

第二支撑体81以可绕平行于X轴设置的旋转轴87旋转的状态安装在第一支撑体86上。辊88设置在第二支撑体81上，使得辊88可绕平行于Y轴的轴线旋转，并且与接触体82接触。第二支撑体81在正Y轴方向侧的一端(右侧端，如从图16所观察的)和第一支撑体86在正Y轴方向侧的一端(右侧端，如从图16所观察的)通过螺旋弹簧84沿Z轴方向相互拉扯。这使得可以利用从第一支撑体86经由压力传递构件90和缓冲构件89施加的预定压力来使振动元件83与接触体82接触。这里，对于缓冲构件89，例如，使用毛毡，缓冲构件89用于将压力均匀地施加到振动元件83。

当在振动元件83中激励振动从而产生沿X轴方向作用在振动元件83和接触体82之间的摩擦驱动力时，支撑轴85和接触体82不移动，但是其他构件一致地沿X轴方向移动。根据振动致动器80，螺旋弹簧84设置在Y轴方向的端部，因此除了支撑轴85和接触体82之外，可以减小结构在X轴方向上的长度。

然而，在振动致动器80中，由于缓冲构件89通过接收压力而被压缩，因此缓冲构件89的厚度可以改变。此外，振动致动器80具有振动元件83可绕支撑轴85旋转的结构。因此，如果缓冲构件89被压缩使得其厚度在Y轴方向上变化，则振动元件83相对于接触体82倾斜(所谓的滚动方向上的旋转)，因此可能无法获得期望的驱动性能。

发明内容

本发明提供一种振动致动器，其减小了振动元件相对于接触体的姿势(角度)变化。

在本发明的第一方面，提供了一种振动致动器，所述振动致动器包括可相对于彼此移动的振动元件单元和接触体，其中，振动元件单元包括：与接触体接触的第一振动元件；保持第一振动元件的第一保持构件；基座；第一支撑构件，其固定到基座，并且在与同第一振动元件滑动接触的接触体的摩擦滑动表面相交的方向上可移动地支撑第一保持构件，同时相对于接触体以预定姿势保持第一振动元件；以及推动单元，其独立于第一支撑构件布置在基座上，并且在与接触体的摩擦滑动表面相交的方向上按压第一振动元件。

在本发明的第二方面，提供了一种装置，所述装置包括根据本发明第一方面的振动致动器，以及由振动致动器驱动的部件。

根据本发明，可以提供一种振动致动器，其减小了振动元件相对于接触体的姿态(角度)的变化。

根据下面(参照附图)对示例性实施例的描述，本发明的另外的特征将变得清楚。

附图说明

图1是示出根据第一实施例的振动致动器的总体布置的立体图。

图2A和图2B分别是第一实施例中的振动元件单元的立体图和俯视图。

图3A和图3B是第一实施例中的振动元件单元的横截面图。

图4是第一实施例中的振动元件单元的局部分解立体图。

图5A至图5C是用于说明包括在振动元件单元中的振动元件的振动模式的视图。

图6是示出作为第一实施例的变形例的振动致动器的总体布置的立体图。

图7是示出根据第二实施例的振动致动器的总体布置的立体图。

图8A和图8B分别是第二实施例中的振动元件单元的立体图和横截面图。

图9是第二实施例中的振动元件单元的局部分解立体图。

图10是示出根据第三实施例的振动致动器的总体布置的立体图。

图11A和图11B分别是第三实施例中的振动元件单元的立体图和局部分解立体图。

图12A和图12B是分别用于说明用于限制第三实施例中的振动元件单元的保持构件的移动的结构的示意图。

图13A和图13B分别是第四实施例中的振动元件单元的横截面图和分解立体图。

图14是示出配备有振动致动器的摄像装置的总体布置的俯视图。

图15是示出配备有振动致动器的机械手的示意性布置的图。

图16是示出已知的振动致动器的结构的侧视图。

具体实施方式

下面将参照示出本发明的实施例的附图详细地描述本发明。

图1是示出根据第一实施例的振动致动器100的总体布置的立体图。为了方便解释，如图1所示，定义相互正交的X轴、Y轴和Z轴。如下所述，X轴方向是振动元件单元25的驱动方向。Z轴方向是分别与两个振动元件2滑动接触的接触体1的摩擦滑动表面正交(相交)的方向。Y轴方向是与X轴方向和Z轴方向正交(相交)的方向。

“接触体”指的是与振动元件接触的构件，并且通过振动元件中激励的振动而相对于振动元件移动。接触体和振动元件之间的接触不限于在没有任何其他构件介于接触体和振动元件之间的情况下的直接接触。接触体和振动元件之间的接触可以与介于接触体和振动元件之间的另一个构件间接接触，只要接触体通过振动元件中激励的振动相对于振动元件移动即可。“其他构件”不限于与接触体和振动元件分开的构件(例如由烧结体形成的高摩擦材料)。“其他构件”可以是接触体或振动元件的例如通过电镀或氮化形成的表面处理部分。

振动致动器100包括振动元件单元25、接触体1、支撑轴9、底板13、顶板14和侧壁构件15和16。侧壁构件15和16分别被竖立并固定到底板13的X轴方向上的相对端。支撑轴9和接触体1的相应的相对端固定到侧壁构件15和16，使得支撑轴9和接触体1的纵向方向平行于X轴。顶板14固定到侧壁构件15和16上，使得顶板14和底板13将侧壁构件15和16夹在中间。振动元件单元25被支撑在支撑轴9上，使得振动元件单元25可沿X轴方向移动。振动致动器100具有这样的结构，其中振动元件单元25沿着支撑轴9在X轴方向上相对于接触体1移动。

图2A是示出振动元件单元25的总体布置的立体图。图2B是振动元件单元25的俯视图。图3A是沿图2B中的A-A截取的横截面图。图3B是沿图2B中的B-B截取的横截面图。

振动元件单元25包括两个振动元件2、两个压力传递构件6、两个保持构件18、第一支撑构件7、第二支撑构件8、单元基座10(基座)、压缩螺旋弹簧12以及压力杆20和21。

尽管在下文中将描述每个振动元件2的结构的细节，但是振动元件2包括形成有突起5的弹性体3，以及作为结合到弹性体3的机电能量转换元件的压电元件4。在振动元件单元25中，两个振动元件2将接触体1沿Z轴方向夹在中间，并且接触体1的与Z轴正交的表面形成与两个振动元件2的相应突起5滑动接触的摩擦滑动表面。

两个保持构件18各自保持一个振动元件2，第一支撑构件7支撑一个保持构件18，第二支撑构件8支撑另一个保持构件18。第一支撑构件7和第二支撑构件8用螺钉22固定到单元基座10。单元基座10具有在X轴方向上穿过其形成的圆形孔10c，并且支撑轴9可滑动地插入穿过圆形孔10c，从而该单元基座10可沿X轴方向沿支撑轴9移动。

压力杆20和21独立于第一支撑构件7和第二支撑构件8可旋转地安装在单元基座10上。更具体地，压力杆20和21的相应X轴方向侧表面被形成有旋转轴20a和21a，各旋转轴具有平行于X轴的中心轴线，并且旋转轴20a和21a分别可滑动地插入通过形成在单元基座10中的圆形孔10a和10b。由此，压力杆20和21各自支撑在单元基座10上，使得它们可绕平行于X轴的中心轴线旋转。

压力杆20和21具有朝向接触体1突起的相应球形突起20c和21c，球形突起20c和21c形成在其Y轴方向上的一个端部上(如图3A所观察的右端部(在负Y轴方向侧上))。压力杆20和21分别经由其球形突起20c和21c的球形表面与压力传递构件6的平坦表面接触。球形突起20c和21c在相应位置处与压力传递构件6接触，各位置恰好位于振动元件2的振动部分V(下文中参照图4描述的)的中心(各相关振动元件2的两个突起5之间的中点位置)的反向侧。

在压力杆20和21的Y轴方向的另一端部(如图3所示的左端部(在正Y轴方向侧))，压力杆20形成有朝向压力杆21突起的圆柱形突起20b，并且压力杆21形成有朝向压力杆20突起的圆柱形突起21b。压缩螺旋弹簧12是以将这些插入其中的状态保持在圆柱形突起20b和21b上的推动构件。压缩螺旋弹簧12推动压力杆20，以使压力杆20绕旋转轴20a沿逆时针方向旋转，如图3B所示。此外，压缩螺旋弹簧12推动压力杆21，以使压力杆21绕旋转轴21a沿顺时针方向旋转，如图3B所示。因此，球形突起20c和21c分别经由压力传递构件6将由第一支撑构件7支撑的振动元件2和由第二支撑构件8支撑的振动元件2压向接触体1，并且两个振动元件2保持在压靠接触体1的状态下。

如上所述，支撑轴9可滑动地插入通过单元基座10的圆形孔10c。此外，单元基座10形成有具有稍微大于接触体1的厚度(Z轴方向上的厚度)的凹槽宽度(沿Z轴方向的宽度)的凹槽10d，并且接触体1可滑动地接合在凹槽10d中。因此，单元基座10保持在其围绕支撑轴9的旋转受到限制的状态下，此外，当振动元件单元25沿支撑轴9移动时施加的负载(摩擦阻力)保持较低。因此，振动元件单元25可以沿支撑轴9平滑地移动而不改变其相对于接触体1的姿势。

注意，第一支撑构件7形成有连接部分7f，连接部分7f形成为半球形，用于将其连接到未被示出的待驱动体(例如，在下文中参照图14描述的未示出的保持摄像装置的焦点调节透镜64的透镜保持框架)。连接部分7f的形状不限于半球形，而是可以设计成可以连接到待驱动体的形状。该连接部分可以设置在第二支撑构件8上。

接下来，将描述用于支撑各振动元件2的结构。图4是振动元件单元25的局部分解立体图，其示出了第一支撑构件7支撑振动元件2和保持构件18的布置。形成振动元件2的弹性体3具有平板形状，其纵向方向是X轴方向，并且在X轴方向上具有矩形部分作为其中心部分。弹性体3的矩形部分的一个表面设置有沿X轴方向以预定间隔布置的两个突起5，并且压电元件4结合到弹性体3的矩形部分的另一个表面上。在下面的描述中，振动元件2的包括弹性体3的矩形部分、突起5和压电元件4的部分被称为振动元件2的振动部分V。

这里，将参照图5A至图5C描述振动元件2的驱动原理。图5A仅示出了振动元件2的振动部分V。图5A是以简化方式示出振动元件2的立体图。图5B是用于说明在振动元件2中激励的两个弯曲振动模式当中的第一振动模式(下文中称为“A模式”)的视图。A模式是振动元件2的纵向方向(X轴方向)上的二次弯曲振动的模式，并且具有与振动元件2的横向方向(Y轴方向)大致平行的三条节线(node lines)。各突起5被设置在与A振动模式中的节点相对应的位置附近，并且在振动元件2中激励A振动模式时在X轴方向上进行往复运动。

图5C是用于说明在振动元件2中激励的两个弯曲振动模式中的第二振动模式(下文中称为“B模式”)的图。B模式是振动元件2的横向方向(Y轴方向)的主要弯曲振动的模式，并且具有与振动元件2的长度方向(X轴方向)大致平行的两个节点线。各个突起5被布置在与B振动模式中的腹点相对应的位置附近，并且当在振动元件2中激励B振动模式时，在突起5的轴向方向(Z轴方向)上进行往复运动。

这里，振动元件2被构造为使得A振动模式中的节点线和B振动模式中的节点线在X-Y平面内基本上彼此正交。因此，通过以预定的相位差激励A振动模式和B振动模式，可以使突起5的前端在Z-X平面内进行椭圆运动，从而向接触体1施加X轴方向上的摩擦驱动力(推力)(图5中未示出，参见例如图2B)。注意，未示出的柔性电路板结合并连接到压电元件4，并且通过经由柔性电路板向压电元件4供应AC电流，可以在振动元件2中同时激励A振动模式和B振动模式。振动元件单元25组装在振动致动器100中，使得振动元件2的X轴、Y轴、Z轴的方向分别与振动致动器100的X轴、Y轴、Z轴的方向一致。

继续参照图4的描述。弹性体3形成有两个臂部，这两个臂部分别从振动元件2的振动部分V沿正X轴方向和负X轴方向延伸，并且其中一个臂部形成有配合孔3a，它们中的另一个形成有配合孔3b。形成在保持构件18f的沿X轴方向的相对端上的突起18a和18b分别装配并结合到形成在弹性体3中的配合孔3a和3b中，由此振动元件2以处于相对于保持构件18定位的状态保持在保持构件18上。注意，将振动元件2固定到保持构件18的方法不限于上述装配和结合方法，而且可以使用任何其他合适的方法，例如焊接。

保持构件18在Z轴方向上形成有穿过它的滑动孔18c和18d，并且第一支撑构件7形成有沿Z轴方向突起的柱状突起部分7a和7b。突起部分7a和7b分别可滑动地插入滑动孔18c和18d中。由此，保持构件18相对于第一支撑构件7位于X轴方向和Y轴方向上。

第一支撑构件7通过螺钉22固定到单元基座10，使得上表面7e(第一支撑构件7的与接触体1相对的表面)与Z轴正交。此外，突起部分7a和7b形成为与第一支撑构件7的上表面7e正交地突起。因此，保持构件18的与Z轴正交的表面(上表面和下表面)保持在与第一支撑构件7的包括上表面7e的表面平行的状态下。注意，在本说明书中使用的“平行状态”是指可被视为基本上平行且不需要严格平行的状态。此外，“保持在平行状态”表示该状态可以被视为是继续基本上平行的状态。

第一支撑构件7的上表面7e与Z轴正交的状态意味着上表面7e保持在与接触体1的摩擦滑动表面平行的状态。因此，保持构件18由第一支撑构件7支撑，使得保持构件18可在Z轴方向上移动，同时保持其上表面和下表面处于与接触体1的摩擦滑动表面平行的状态下。

压力传递构件6和用于将从压力传递构件6施加的压力分散到振动元件2的缓冲构件17设置在振动元件2和第一支撑构件7之间。作为缓冲构件17，例如，可以使用毛毡，并且通过使用例如粘结剂或双面胶带，将缓冲构件17朝向压电元件4附接到压力传递构件6的表面。压力传递构件6设置有沿Z轴方向朝向第一支撑构件7突起的突起部分6a和6b，并且突起部分6a和6b可滑动地插入沿Z轴方向穿过第一支撑构件7形成的滑动孔7c和7d中。因此，类似于保持构件18，压力传递构件6相对于第一支撑构件7定位在X轴方向和Y轴方向上，并且布置成使得压力传递构件6可沿Z轴方向移动。

使压力杆20的球形突起20c与压力传递构件6的表面的中央部分接触，以朝向振动元件2按压压力传递构件6，该表面与缓冲构件17附接到其上的表面相对。由此，振动元件2以预定的压力被推向接触体1(进入加压状态)，由此压力传递构件6定位在Z轴方向上。因此，保持振动元件2的保持构件18在X轴方向和Y轴方向上的位置和姿势由两个突起部分7a和7b确定，并且该保持构件18在Z轴方向中的位置根据振动元件2的位置确定，该振动元件2被压力传递构件6压向接触体1，从而使其与接触体1接触。

压力杆20和压力传递构件6之间在Z轴方向上的距离受到诸如振动元件2、缓冲构件17、压力传递构件6、第一支撑构件7、接触体1及侧壁构件15和16的部件的尺寸的影响，因此产生由于各部件的尺寸精度引起的累积误差。结果，压力杆20有可能从形成有球形突起20c的上表面20d与X-Y平面的平行状态倾斜几度(参见图3A)。然而，压力杆20可绕旋转轴20a旋转，此外，球形突起20c在对应于恰好位于相关振动元件2的两个突起5之间的中间位置的反向侧的位置处与压力传递构件6的一部分接触。因此，即使当压力杆20如上所述地倾斜时，也防止使压力传递构件6绕平行于X轴的轴线倾斜的力从压力杆20作用于压力传递构件6上。

在上述布置中，应当理解，振动元件单元25在朝向第一支撑构件7的一侧上的部件，具有布置在与接触体1的摩擦滑动表面正交并且平行于支撑轴9的图4中出现的平面P内的以下第一至第四部分。第一部分指的是第一支撑构件7的突起部分7a和7b，并且第二部分指的是保持构件18的滑动孔18c和18d。第三部分指的是与接触体1接触的振动元件2的突起5的接触部分，并且第四部分指的是压力传递构件6和压力杆20的球形突起20c之间的接触部分。换句话说，第一支撑构件7和保持构件18之间在Z轴方向上的滑动部分，振动元件2的与接触体1接触的接触部分，以及将振动元件2压靠在接触体1上的压力施加部分布置在同一平面P上，因此不太可能产生绕平行于X轴的轴线作用在振动元件2上的力矩。因此，振动元件2难以绕平行于X轴的轴线旋转而进入相对于接触体1的倾斜状态，并且可以保持振动元件2的振动部分V中的弹性体3的表面(弹性体3的矩形部分的表面)和接触体1的摩擦滑动表面处于平行状态。

振动元件单元25的朝向第二支撑构件8的一侧的部件相对于Z轴方向与朝向第一支撑构件7的一侧的部件对称地布置。因此，尽管省略了详细描述，但是防止了使压力传递构件6绕平行于X轴的轴线倾斜的力从压力杆21作用于压力传递构件6上。此外，同样在朝向第二支撑构件8的一侧的布置中，保持构件18的Z轴方向的滑动部分，振动元件2的与接触体1接触的接触部分，以及使振动元件2压靠接触体1的压力施加部分布置在同一平面P上。因此，同样在朝向第二支撑构件8的一侧的布置中，类似于朝向第一支撑构件7的一侧，不易产生绕平行于X轴的轴线作用在振动元件2上的力矩。换句话说，同样在朝向第二支撑构件8的一侧的布置中，振动元件2难以绕平行于X轴的轴线旋转以进入相对于接触体1的倾斜状态，因此，可以将振动元件2的振动部分V中的弹性体3的表面和接触体1的摩擦滑动表面保持在平行状态下。

现在，将本实施例的振动元件单元25的结构与图16所示的传统振动致动器80的结构进行比较。在振动致动器80中，当由于长期使用而由于压力而对缓冲构件89的压缩导致其厚度减小时，缓冲构件89由于拉伸螺旋弹簧84施加的推力而可能使得在正Y轴方向侧和负Y轴方向侧之间的厚度变得不同。在这种情况下，由振动元件83施加到接触体82的摩擦驱动力包含Y轴方向分量，并且，有助于振动元件83和接触体1之间的相对运动的Z轴方向分量减小，这例如导致降低摩擦驱动力的使用效率。另一方面，在振动致动器100中，可以将振动元件2的振动部分V中的弹性体3的表面保持在与接触体1的摩擦滑动表面平行的状态。因此，即使当缓冲构件17被压缩时，在正Y轴方向侧和负Y轴方向侧之间也不易产生厚度差异，结果，减少了长时间使用中的使用效率的降低。

如上所述，在振动致动器100中，可以将振动元件单元25的两个振动元件2中的各振动元件的振动部分V中的弹性体3的表面和接触体1的摩擦滑动表面保持在平行状态下。这使得振动致动器100能够在长期利用其全部电势的同时被驱动。

尽管已经给出了接触体1被固定并且振动元件单元25可移动的布置的上述描述，但是振动致动器100可以被构造成使得振动元件单元25被固定并且接触体1可移动。此外，尽管振动元件单元25与具有线性形状的接触体1组合，但是接触体1的形状不限于线性形状。

图6是示出作为第一实施例的变形例的振动致动器100A的总体布置的立体图，其通过组合具有环形形状的接触体1A与振动元件单元25而形成。具有环形形状的接触体1A布置成使得接触体1A可相对于未示出的引导件在圆周方向上旋转。振动元件单元25固定到设备框架19等，使得接触体1A的平行于径向方向的两个表面各自形成相对于振动元件单元25的摩擦滑动表面。在振动致动器100A中，可以通过驱动两个振动元件2使接触体1A在圆周方向上旋转，以使摩擦驱动力作用在接触体1A的圆周方向(圆周的切线方向)上。注意，该结构可以被构造成使得接触体1A被固定并且振动元件单元25可沿着接触体1A的圆周移动。

接下来，将给出本发明第二实施例的描述。图7是示出根据第二实施例的振动致动器200的总体布置的立体图。注意，功能上与振动致动器100的部件元件基本相同的振动致动器200的一些部件元件由相同的附图标记表示，并且省略赘述。

振动致动器200包括振动元件单元30、接触体1、支撑轴9、底板13、顶板14及侧壁构件15和16。振动元件单元30被支撑在支撑轴9上，使得振动元件单元30可沿X轴方向移动。振动致动器200具有振动元件单元30在X轴方向上沿支撑轴9相对于接触体1移动的结构。

图8A是示出振动元件单元30的总体布置的立体图。图8B是振动元件单元30的横截面图，其示出了与X轴正交的横截面，该横截面截取于振动元件单元30的沿X轴方向的中心处。图9是振动元件单元30的局部分解立体图，其示出了第一支撑构件37支撑振动元件2和保持构件18中的相关联的一个的布置。

振动元件单元30包括两个振动元件2、两个压力传递构件6、两个保持构件18、第一支撑构件37、第二支撑构件38、压力杆31和32、单元基座33(基座)及拉伸螺旋弹簧34。尽管在第一实施例的振动元件单元25中，使用压缩螺旋弹簧12推动压力杆20和21，但是在振动元件单元30中，使用拉伸螺旋弹簧34推动压力杆31和32。注意，也可以使用诸如橡胶的弹性构件代替拉伸螺旋弹簧34。

支撑轴9可滑动地插入通过沿X轴方向穿过单元基座33形成的圆形孔33c。此外，接触体1可滑动地接合形成在单元基座33中的凹槽33d。由此，单元基座33可在其围绕支撑轴9的旋转受限的状态下在X轴方向上沿着支撑轴9移动。

振动元件2、压力传递构件6、缓冲构件17和保持构件18的结构以及这些构件的布置与第一实施例中描述的那些相同，因此省略其描述。第一支撑构件37将保持构件18定位在X轴方向和Y轴方向上并且支撑该保持构件18使得其在Z轴方向上可滑动。与作为第一实施例中描述的振动元件单元25的部件的第一支撑构件7相比，第一支撑构件37的结构由于压力杆31和拉伸螺旋弹簧34的布置而在形状上不同，但基本相同。更具体地，第一支撑构件37利用螺钉22固定到单元基座33，使得上表面37e(参见图9)与Z轴正交(平行于接触体1的摩擦滑动表面)。设置在第一支撑构件37的上表面37e上使得突起部分37a和37b在Z轴方向上突起的突起部分37a和37b，分别可滑动地插入通过在Z轴方向上保持与其相关联的振动元件2的保持构件18形成的滑动孔18c和18d中。第二支撑构件38在X轴方向和Y轴方向上定位保持构件18并且还支撑该保持构件18使得其在Z轴方向上可滑动的结构，对应于第一支撑构件37支撑保持构件18的结构，因此省略其描述。

压力杆31和32分别形成有平行于X轴的旋转轴31a和32a，并且单元基座33形成有圆形孔33a(未示出)和33b(参见图8A)，旋转轴31a和32a可以分别插入和装配圆形孔33a和33b。通过分别将旋转轴31a和32a插入圆形孔33a和33b，压力杆31和32可旋转地支撑在单元基座33上。此外，压力杆31和32分别在与Y轴方向上的振动元件2的突起5对应的相应位置处形成有球形突起31c和32c，并且球形突起31c和32c与压力传递构件6接触。此外，拉伸螺旋弹簧34悬挂在压力杆31和32的端部31b和32b之间，与压力杆31和32的Y轴方向上的端部相对，旋转轴31a和32a分别延伸穿过该端部31b和32b。拉伸螺旋弹簧34的弹簧力产生沿逆时针方向围绕旋转轴31a作用在压力杆31上的力矩，如图8B所示，并且球形突起31c向一个压力传递构件6施加压力。类似地，拉伸螺旋弹簧34的弹簧力产生沿顺时针方向围绕旋转轴32a作用在压力杆32上的力矩，如图8B所示，并且球形突起32c向另一个压力传递构件6施加压力。

压力传递构件6沿X轴方向和Y轴方向定位并且由第一支撑构件37支撑使得压力传递构件6在Z轴方向上可滑动的结构，与第一支撑构件7支撑第一实施例中描述的振动元件单元25的压力传递构件6的结构相同。也就是说，形成在压力传递构件6上使得它们朝向第一支撑构件37突起的突起部分6a和6b可滑动地插入沿Z轴方向穿过第一支撑构件37形成的滑动孔37c和37d中。注意，第二支撑构件38在X轴方向和Y轴方向上定位压力传递构件6并且支撑该压力传递构件6使得它可在Z轴方向上滑动的结构，对应于第一支撑构件37支撑压力传递构件6的结构，因此省略其描述。

因此，振动元件2的振动部分V分别经由保持构件18由第一支撑构件37和第二支撑构件38支撑，接收从压力杆31和32施加到压力传递构件6的压力，并保持在压靠在接触体1上的状态下。此时，从压力杆31和32的旋转轴31a和32a到拉伸螺旋弹簧34的距离必然长于从压力杆31和32的相应旋转轴31a和32a到相应的振动元件2的距离，因此不需要拉伸螺旋弹簧34的弹簧力等于或大于施加到振动元件2的压力。此外，类似于第一实施例，压力传递构件6在恰好位于各相关振动元件2的两个突起5之间的中点位置的反向侧的相应位置处与球形突起31c和32c接触，因此各压力传递构件6在Z轴方向上的位置由压力杆31和32确定。由此确定各压力传递构件6在Z轴方向上的位置，从而确定振动元件2在Z轴方向上的位置，使得还确定保持构件18在Z轴方向上的位置。

此外，类似于第一实施例中描述的振动元件单元25，在振动元件单元30中，如图9所示，保持构件18在Z轴方向上的滑动部分，振动元件2的与接触体1接触的接触部分，以及将振动元件2压靠在接触体1上的压力施加部分布置在同一平面P上。由此，不易产生绕平行于X轴的轴线作用在振动元件2上的力矩。因此，振动元件2难以绕平行于X轴的轴线旋转而进入相对于接触体1的倾斜状态，结果可以保持振动元件2的振动部分V中的弹性体3的表面和接触体1的摩擦滑动表面处于平行状态。类似于根据第一实施例的振动致动器100，可以在长期利用其全部电势的同时驱动振动致动器200。

接下来，将给出本发明第三实施例的描述。图10是示出根据第三实施例的振动致动器300的总体布置的立体图。注意，功能上与振动致动器100的部件元件基本相同的振动致动器300的一些部件元件由相同的附图标记表示，并且省略赘述。振动致动器300包括振动元件单元40、接触体1、支撑轴9、底板13、顶板14以及侧壁构件15和16。振动致动器300具有这样的结构，其中振动元件单元40支撑在支撑轴9上，使得振动元件单元40可在X轴方向上滑动，由此振动元件单元40可在X轴方向上沿支撑轴9相对于接触体1移动。

图11A是示出振动元件单元40的总体布置的立体图。图11B是振动元件单元40的局部分解立体图，其示出了第一支撑构件47保持保持构件42和与其相关联的振动元件2的布置。振动元件单元40包括两个振动元件2、各自附接有缓冲构件17的两个压力传递构件6、两个保持构件42、第一支撑构件47、第二支撑构件48、单元基座10、压力杆20和21以及压缩螺旋弹簧12。振动元件单元40在振动元件2和压力传递构件6的结构中以及如何将压力杆20和21及压缩螺旋弹簧12布置在单元基座10上与第一实施例的振动元件单元25相同，因此省略其描述。

第一支撑构件47和第二支撑构件48通过螺钉22固定到单元基座10。第一支撑构件47和第二支撑构件48各自支撑一个保持构件42。形成在保持构件42上的突起42a和42b分别装配并结合到形成在弹性体3中的配合孔3a和3b中，由此振动元件2以相对于保持构件42定位的状态保持在保持构件42上。形成在压力传递构件6上的突起部分6a和6b可滑动地插入形成在第一支撑构件47的上表面47e中的滑动孔47c和47d(未示出)中，使得滑动孔47c和47d沿Z轴方向延伸穿过第一支撑构件47。由此，压力传递构件6相对于第一支撑构件47定位在X轴方向和Y轴方向上，并且可沿Z轴方向移动。此外，使压力杆20的球形突起20c与压力传递构件6的表面的中央部分接触，与附接有缓冲构件17的表面相对，由此压力传递构件6被压力杆20推动，并定位在Z轴方向上。

在第一实施例中，形成在第一支撑构件7上的突起部分7a和7b分别可滑动地插入穿过保持构件18形成的滑动孔18c和18d中，由此保持构件18定位在X轴方向和Y轴方向上并且可移动地保持在Z轴方向上。相反，在振动元件单元40中，在其在X轴方向上的相对端处，彼此平行地布置的各具有矩形形状的两个片弹簧43连接在第一支撑构件47和与其相关联的保持构件42之间，从而使保持构件42可在Z轴方向上移动。利用与上述相同的布置，第二支撑构件48还支撑与其相关联的保持构件42，使得保持构件可在Z轴方向上移动。

下面将详细描述第一支撑构件47支撑振动元件2和与其相关联的保持构件42的结构。保持构件42在X轴方向上的相对端分别形成有各具有方形棱柱形状的连接部分42c和42d，并且第一支撑构件47在X轴方向上的相对端也形成有各具有方形棱柱形状的连接部分47a和47b，连接部分47a和47b被构造成在Z方向上具有与连接部分42c和42d相同的厚度。具有矩形形状的相关联的两个片弹簧43中的一个通过结合、双面胶带、焊接等固定到连接部分42c的上表面和连接部分47a的上表面。类似地，相关联的两个片弹簧43中的另一个也固定到连接部分42c的下表面和连接部分47a的下表面。这两个片弹簧43的形状、厚度和材料(原始工件)基本相同。作为片弹簧43的材料，用于片弹簧的金属材料，例如用于弹簧的磷青铜板和用于弹簧的不锈钢带是合适的。

由于连接部分42c和连接部分47a在Z轴方向上的厚度彼此相等，所以两个片弹簧43彼此平行布置。此外，连接部分42c和连接部分47a的在Y轴方向上彼此相对的表面彼此平行并且还与Y轴正交。因此，两个片弹簧43在连接部分42c和连接部分47a之间桥接的部分的长度上彼此相等。

图12A是示意性地示出保持构件42的连接部分42c、第一支撑构件47的连接部分47a和片弹簧34的移动的视图。类似于保持构件42的连接部分42c和第一支撑构件47的连接部分47a，保持构件42的连接部分42d和第一支撑构件47的连接部分47b也通过相同的两个片弹簧43连接。因此，保持构件42和第一支撑构件47通过四个片弹簧43连接的连接结构在X轴方向上对称。

通过使用如上所述的一对“平行的片弹簧机构”连接保持构件42和第一支撑构件47，增加了除Z轴方向之外的方向上的刚性。结果，当接收到外力时，保持构件42能够仅在Z轴方向上平行移动而不绕平行于X轴的轴线和平行于Y轴的轴线旋转。因此，即使当保持构件42沿Z轴方向移动时，振动元件2的振动部分V中的弹性体3的表面和接触体1的摩擦滑动表面也保持在平行状态下。

此外，在振动元件单元40中，振动元件2的与接触体1接触的接触部分和将振动元件2压靠在接触体1上的压力施加部分布置在与接触体1的摩擦滑动表面正交且还平行于支撑轴9的平面内，因此不易产生围绕平行于X轴的轴线作用在振动元件2上的力矩。因此，振动元件2难以绕平行于X轴的轴线旋转而进入相对于接触体1的倾斜状态，并且可以保持振动元件2的振动部分V中的弹性体3的表面和接触体1的摩擦滑动表面处于平行状态。注意，第二支撑构件48在Z轴方向上具有与第一支撑构件47对称的结构，因此，第二支撑构件48支撑振动元件2和与其相关联的保持构件42的结构，与第一支撑构件47支撑振动元件2和与其相关联的保持构件42的结构相同，因此省略其描述。

如上所述，类似于振动元件单元25，振动元件单元40还使得可以将振动元件2的振动部分V中的弹性体3的表面和接触体1的摩擦滑动表面保持在平行状态下。由此，包括振动元件单元40的振动致动器300可以提供与根据第一实施例的振动致动器100所提供的相同的有益效果。

顺便提及，在振动元件单元40中，已经描述了这样的结构，其中第一支撑构件47和第二支撑构件48均通过使用平行的片弹簧机构支撑与其相关联的保持构件42。然而，这不是限制性的。连接方法没有特别限制，只要第一支撑构件47和第二支撑构件48可以各自保持保持构件42使得保持构件42仅在Z轴方向上可移动即可。作为连接方法的示例，将参照图12B描述平行连杆机制。

图12B是示出其中保持构件44和支撑构件45通过平行连杆机构连接的结构的示意图，其对应于图12A中所示的结构。保持构件44和支撑构件45通过具有相同长度的两个连接构件46连接。各连接构件46的相对端通过连接销49可旋转地安装在保持构件44和支撑构件45上。保持构件44上的两个连接销49之间的距离和支撑构件45上的两个连接销49之间的距离设置为彼此相等。

类似于使用平行片弹簧的连接结构，该平行连杆设置为一对平行连杆，这对平行连杆布置在沿X轴方向彼此间隔开的位置处，以便在X轴方向上形成对称结构。由此，当保持构件44在Z轴方向上垂直移动时，保持构件44、支撑构件45和两个连接构件46在Y-Z平面内绘制变化的平行四边形。也就是说，保持构件44可以仅在Z轴方向上平行移动，而不绕平行于X轴的轴线和平行于Y轴的轴线旋转。因此，通过使用图12B所示的并联连杆机构，尽管省略了整个布置的图示，但是可以保持由保持构件44保持的振动元件2的振动部分V中的弹性体3的表面和接触体1的摩擦滑动表面处于平行状态下。

接下来，将给出本发明的第四实施例的描述。图13A是示出振动元件单元50的总体布置的横截面图，并且示出了在X轴方向上在振动元件单元50的中心处截取的与X轴正交的横截面。图13B是振动元件单元50的分解立体图。包括振动元件单元50的振动致动器通过用振动元件单元50替换第一实施例中描述的振动致动器100的振动元件单元25来实现。因此，省略了包括振动元件单元50的振动致动器的整个布置的图示。此外，功能上与形成振动致动器100的振动元件单元25的部件元件基本相同的振动元件单元50的一些部件元件由相同的附图标记表示，并且省略赘述。

振动元件单元50包括振动元件2、压缩螺旋弹簧12、缓冲构件17、压力传递构件6、保持构件18、第一支撑构件7、单元基座52(基座)、压力杆20和板55。单元基座52具有沿X轴方向穿过其形成的圆形孔52c，并且支撑轴9可滑动地插入穿过圆形孔52c，由此单元基座52可在X轴方向上沿支撑轴9移动。此外，单元基座52形成有凹槽52d，并且接触体1可滑动地接合在凹槽52d中。

第一支撑构件7和板55均通过螺钉22固定到单元基座52上。板55是代替第一实施例的振动元件单元25的第二支撑构件8而设置的构件。然而，在振动元件单元50中，板55用作用于布置压缩螺旋弹簧12的构件，该压缩螺旋弹簧12向压力杆20施加用于使压力杆20绕旋转轴20a沿逆时针方向旋转的推力，如图13A所示。

将振动元件2固定到保持构件18的方法，通过第一支撑构件7支撑保持构件18的方法，以及用于将压力杆20的压力经由缓冲构件17和压力传递构件6传递到振动元件2的结构与第一实施例中的振动元件单元25所使用的那些相同，因此省略其描述。类似于具有两个振动元件2的振动元件单元25，具有一个振动元件2的振动元件单元50也可以保持振动元件2的振动部分V中的弹性体3的表面和接触体1的摩擦滑动表面处于平行状态下。

接下来，将给出应用振动致动器100的各种装置的描述。图14是示出配备有振动致动器100的摄像装置60的总体布置的俯视图。摄像装置60具有包括摄像设备(未示出)的摄像装置主体61和可附接到摄像装置主体61和从摄像装置主体61移除的镜筒62(摄影透镜)。镜筒62包括多个透镜组63、焦点调节透镜64和振动致动器100。振动致动器100的振动元件单元25连接到未示出的、用于保持焦点调节透镜64的透镜保持框架，使得振动元件单元25的驱动(移动)方向与光轴方向一致。通过驱动振动致动器100，可以通过沿光轴方向驱动连接到振动元件单元25的焦点调节透镜64来聚焦在物体上。

注意，在变焦透镜布置在镜筒62中的情况下，振动致动器100可以用作用于在光轴方向上移动变焦透镜的驱动源。此外，在图像模糊校正透镜布置在镜筒62中的情况下，振动致动器100可以用作用于在正交于光轴的平面内驱动图像模糊校正透镜的驱动源。

图15是示出配备有振动致动器100的机械手70的总体布置的俯视图。机械手70包括支撑部分71，布置在支撑部分71中的振动致动器100，以及相对于支撑部分71沿箭头S表示的方向可滑动地布置的手部分72。手部分72连接到振动致动器100的振动元件单元25。振动致动器100用作用于在方向S上驱动手部分72的驱动源S(用于在方向S上延伸和压缩手部分72)。注意，上述实施例中的振动致动器不仅可以广泛应用于摄像装置60和机械手70，还可以广泛应用于包括需要定位的部件的各种装置。

到目前为止，已经基于本发明的实施例描述了本发明。然而，本发明不限于这些实施例，但是应该理解，本发明包括在本发明的主旨范围内的各种形式。此外，仅通过示例的方式描述了本发明的实施例，并且可以根据需要组合这些实施例。

例如，在振动元件单元25中，压力杆20和21分别形成有球形突起20c和21c，并且使与球形突起20c和21c接触的压力传递构件6的表面各自都形成为平坦表面。这不是限制性的，而是相反，可以在各压力传递构件6上形成球形突起，并且使与球形突起接触的压力杆20和21的表面可以各自形成为平坦表面。在其他振动元件单元中也可以实现类似的修改。

此外，用于将部件相互可滑动地装配的孔和突起部分(突起)的布置不限于上述实施例中的那些，而是仅需要在其中一个部件中形成孔且在另一部件中形成突起部分(突起)。例如，尽管在上面的描述中，保持构件18形成有滑动孔18c和18d，并且第一支撑构件7形成有突起部分7a和7b，但是突起部分可以形成在保持构件18上，并且滑动孔可以形成在第一支撑构件7中。

此外，在振动致动器100中，使用具有矩形横截面的关于一个圆棒形支撑轴9和接触体1的接合结构，使振动元件单元25能够线性地移动，同时限制振动元件单元25绕支撑轴9(绕X轴)的旋转。取而代之的是，例如，可以通过单元基座10插入多边形柱形支撑轴，由此也可以仅通过使用一个支撑轴来限制绕X轴的旋转的同时线性移动振动元件单元25。此外，可以通过单元基座10插入平行布置的两个圆棒形支撑轴，由此还可以在限制绕X轴的旋转的同时线性移动振动元件单元25。或者，振动元件单元25可以通过使用能够在线性轨道上平滑移动的机构(例如线性引导件)代替支撑轴9而线性移动。这种配置也可以应用于振动致动器200,300和400。

类似于将振动致动器100修改为振动致动器100A的上述修改，振动元件单元被固定并且接触体可移动的布置以及接触体的形状等的修改也可以应用于振动致动器200和300。

虽然针对示例性实施例描述了本发明，但是，应该理解，本发明不限于公开的示例性实施例。下述权利要求的范围应当被赋予最宽的解释，以便涵盖所有这类修改以及等同的结构和功能。

本申请要求于2018年10月3日提交的日本专利申请第2018-188432号的权益，在此通过引用将其全部并入本文。

Claims (17)

1.一种振动致动器，其包括可相对于彼此移动的振动元件单元和接触体，

其中，振动元件单元包括：

与接触体接触的第一振动元件；

保持第一振动元件的第一保持构件；

基座；

第一支撑构件，其固定到基座，并且在与同第一振动元件滑动接触的接触体的摩擦滑动表面相交的方向上可移动地支撑第一保持构件，同时相对于接触体以预定姿势保持第一振动元件；以及

推动单元，其独立于第一支撑构件布置在基座上，并且在与接触体的摩擦滑动表面相交的方向上按压第一振动元件。

2.根据权利要求1所述的振动致动器，其中，在与接触体的摩擦滑动表面相交的方向上，第一振动元件相对于接触体的位置由推动单元确定，由此确定第一保持构件的位置。

3.根据权利要求1所述的振动致动器，其中，第一振动元件包括：

具有平板形状的弹性体，

至少一个突起，其形成在弹性体的一个表面上并与接触体接触，以及

机电能量转换元件，其设置在弹性体的另一个表面上。

4.根据权利要求1所述的振动致动器，其中，第一保持构件通过在第一支撑构件和第一保持构件中的一个中形成的孔与在第一支撑构件和第一保持构件中的另一个上形成的突起部分之间的、在与接触体的摩擦滑动表面相交的方向上的可滑动配合由第一支撑构件支撑。

5.根据权利要求1所述的振动致动器，其中，第一保持构件通过平行的片弹簧机构或平行连杆机构连接到第一支撑构件，由此第一保持构件由第一支撑构件支撑。

6.根据权利要求1所述的振动致动器，其中，推动单元包括：

第一压力杆，其可旋转地布置在基座上，

第一压力传递构件，其布置在第一振动元件和第一压力杆之间，并且将从第一压力杆施加的压力传递到第一振动元件，以及

第一推动构件，其布置在第一压力杆的端部，并且将第一压力杆的与第一压力传递构件接触的接触部分压向第一振动元件。

7.根据权利要求6所述的振动致动器，其中，第一推动构件是压缩螺旋弹簧或拉伸螺旋弹簧。

8.根据权利要求6所述的振动致动器，其中，第一压力传递构件的与第一压力杆接触的表面和第一压力杆的与第一压力传递构件接触的表面中的一个是平坦表面，并且所述表面中的另一表面是球形表面。

9.根据权利要求6所述的振动致动器，其中，在第一支撑构件和第一保持构件之间的滑动部分，第一振动元件的与接触体接触的接触部分，以及第一压力杆和第一压力传递构件之间的接触部分，布置在与接触体的摩擦滑动表面相交且还平行于振动元件单元和接触体相对于彼此移动的方向的平面内。

10.根据权利要求1所述的振动致动器，其中，振动元件单元包括：

第二振动元件，其布置成使得第二振动元件与第一振动元件将接触体夹在中间，

第二保持构件，其保持第二振动元件，以及

第二支撑构件，其固定到基座，并且在与同第二振动元件滑动接触的接触体的摩擦滑动表面相交的方向上可移动地支撑第二保持构件，同时相对于接触体以预定姿势保持第二振动元件，并且

其中，推动单元包括：

第二压力杆，其可旋转地布置在基座上，

第二压力传递构件，其布置在第二振动元件和第二压力杆之间，并且将从第二压力杆施加的压力传递到第二振动元件，以及

第二推动构件，其布置在第二压力杆的端部，并且将第二压力杆的与第二压力传递构件接触的接触部分压向第二振动元件。

11.根据权利要求10所述的振动致动器，其中，第二推动构件是压缩螺旋弹簧或拉伸螺旋弹簧。

12.根据权利要求10所述的振动致动器，其中，第二振动元件包括：

具有平板形状的弹性体，

至少一个突起，其形成在弹性体的一个表面上并与接触体接触，以及

机电能量转换元件，其设置在弹性体的另一个表面上。

13.根据权利要求10所述的振动致动器，其中，第二压力传递构件的与第二压力杆接触的表面和第二压力杆的与第二压力传递构件接触的表面中的一个是平坦表面，并且所述表面中的另一表面是球形表面。

14.根据权利要求10所述的振动致动器，其中，第二保持构件通过在第二支撑构件和第二保持构件中的一个中形成的孔与在另一个上形成的突起部分之间的、在与接触体的摩擦滑动表面相交的方向上的可滑动配合由第二支撑构件支撑。

15.根据权利要求10所述的振动致动器，其中，第二保持构件通过平行的片弹簧机构或平行连杆机构连接到第二支撑构件，由此第二保持构件由第二支撑构件支撑。

16.根据权利要求10所述的振动致动器，其中，在第二支撑构件和第二保持构件之间的滑动部分，第二振动元件的与接触体接触的接触部分，以及第二压力杆和第二压力传递构件之间的接触部分，布置在与接触体的摩擦滑动表面相交且还平行于振动元件单元和接触体相对于彼此移动的方向的平面内。

17.一种装置，包括：

根据权利要求1所述的振动致动器，以及

由振动致动器驱动的部件。

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