CN114123855A - 振动型致动器、旋转驱动设备和摄像设备 - Google Patents

Abstract

一种振动型致动器，其包括：振动器，振动器包括突起部和压电元件，该振动器配置成响应于电压而振动；和接触构件，接触构件具有与突起部接触的接触面。振动器和接触构件围绕第一轴线相对于彼此旋转。振动器向接触面倾斜预定角度。

Description

振动型致动器、旋转驱动设备和摄像设备

技术领域

本发明涉及一种用于旋转驱动设备等的振动型致动器。

背景技术

日本特开(JP)2006-158054号专利公报公开了一种使用振动型致动器的旋转驱动设备，该振动型致动器使用压电元件激发振动器(振动构件)的振动并旋转驱动接触振动器的被驱动构件。JP2006-158054中公开的旋转驱动设备使振动器从平行于其旋转中心轴线的方向与被驱动构件压力接触，将振动器的突起部的椭圆运动传递到被驱动构件，从而旋转驱动被驱动构件。

然而，在JP2006-158054中公开的旋转驱动设备中，振动器在以旋转中心轴线为中心的圆的切线方向上产生驱动力(或突起部在包括该方向的平面内椭圆形移动)，而被驱动构件在与驱动力产生方向不同的方向上侧滑的同时旋转。结果，振动器(突起部)的与被驱动构件压力接触的磨耗增大，旋转驱动设备的寿命缩短，并且容易产生磨耗粉末。

发明内容

本发明提供一种振动型致动器、使用该致动器的旋转驱动设备等，其中的每一者都能够减小被驱动构件相对于振动器的侧滑。

根据本发明的一方面的振动型致动器包括：振动器，该振动器包括突起部和压电元件，该振动器配置成响应于电压而振动；以及接触构件，其具有与该突起部接触的接触面。振动器和接触构件围绕第一轴线相对于彼此旋转。该振动器与接触面倾斜预定角度。具有上述振动型致动器的旋转驱动设备和摄像设备也构成了本发明的另一方面。

通过参照附图对示例性实施方式的以下说明，本发明的进一步特征将变得明显。

附图说明

图1是根据第一实施方式的振动型马达的截面图。

图2A至图2D是示出根据第一实施方式的振动型马达的外观的立体图、平面图和侧视图。

图3A和图3B是使用根据第一实施方式的振动型马达的旋转驱动设备的分解立体图。

图4A至图4C说明了由于在第一实施方式中的振动器的振动而产生驱动力的原理。

图5A和图5B是说明侧滑的平面图和截面图。

图6A至图6E示出了不发生侧滑的振动型马达。

图7A至图7D示出了第一实施方式中的振动器和接触面(摩擦面)之间的关系。

图8是根据第一实施方式的小基台(base)的立体图。

图9是沿着图2C中的线F-F截取的截面图。

图10是根据第二实施方式的振动型马达的截面图。

图11是根据第三实施方式的振动型马达的截面图。

图12示出了根据第四实施方式的振动器的详细形状。

图13示出了第一实施方式和第四实施方式中的振动器的各种姿势。

图14示出了第一实施方式中振动器和摩擦构件之间的接触区域。

图15是示出在第四实施方式中振动器和摩擦构件之间的接触区域的另一图。

图16图示了根据第四实施方式的振动型马达的旋转方向和驱动力。

图17示出了根据第五实施方式的振动型马达中的振动器和摩擦构件之间的接触区域和驱动力。

图18是根据第六实施方式的摄像设备的分解立体图。

图19是根据第六实施方式的摄像设备的截面图。

图20A至图20F示出了振动器的振动、振动器和接触面之间的倾斜角度以及产生的驱动力之间的关系。

具体实施方式

现在参照附图，将给出根据本发明的实施方式的说明。

第一实施方式

图2A至图2D示出了作为根据本发明的第一实施方式的振动型致动器的振动型马达100的外观。图2A是从前(振动器单元)侧观察的振动型马达100的立体图。图2B是从背侧观察的振动型马达100的立体图。图2C是从前侧观察的振动型马达100的平面图。图2D是振动型马达100的侧视图。图3A和图3B以分解方式示出了振动型马达100。图1示出了沿着图2C中的线A-A截取的振动型马达100的截面(XY截面)。

振动型马达100包括作为基部的基部构件122、由基部构件122保持的振动器单元、以及作为接触构件的摩擦构件121。振动器单元具有振动器101和加压机构。摩擦构件121能够围绕旋转中心轴线(第一轴线)P旋转，并且具有与和旋转中心轴线P正交的平面(在作为第一平面的XZ平面内)平行的接触面(摩擦面)121s。

在本实施方式中，将Y方向定义为平行于摩擦构件121的旋转中心轴线P的方向，将Z方向定义为振动器101的纵向，并将X方向定义为与Y方向和Z方向正交的方向。将沿Z方向延伸的轴定义为Z轴。振动器单元和摩擦构件121的接触面121s布置于Y方向。将+Y方向定义为振动器101移动远离接触面121s的方向，并将-Y方向定义为振动器101靠近摩擦构件121的方向。另外，在本实施方式中的“平行”和“正交”包含完美的“平行”和“正交”，并允许振动型马达的制造误差和机械齿隙(backlash)的余量，这能够被认为是“平行”和“正交”。

振动器101包括弹性构件102和压电元件103。压电元件103是锆钛酸铅(PZT)等，并且将弹性构件102形成为不锈钢板等。弹性构件102在Z方向上具有两个突起部102a和两个被保持构件102b。两个突起部102a的末端具有半球(曲面)102c。通过粘合剂固定弹性构件102和压电元件103。摩擦构件121是以振动型马达100的旋转中心轴线P为中心的圆盘状构件，并在其表面具有接触面121s。通过加压机构在-Y方向上对振动器101加压，由此使每个突起部102a的半球102c与摩擦构件121的接触面121s上的接触点(接触位置或部分)102d压力接触。

摩擦构件121具有轴构件121a，该轴构件121a可旋转地插入并被保持在设置于基部构件122中的旋转支撑孔122a中。滚球108在设置于摩擦构件121的辊接收件121b和设置于基部构件122的辊接收件122b之间布置于振动型马达100的圆周方向上的多个位置处。

因为被保持构件102b由第一保持构件104保持，所以弹性构件102与第一保持构件104一体化。第一保持构件104经由弹性连接构件114由框架构件113保持。利用螺钉115将框架构件113固定到底盘122d，该底盘122d固定在基部构件122上。由此，弹性构件和第一保持构件104相对于摩擦构件121定位和固定。

振动型马达100包括阻挡构件105。阻挡构件105是限制压电元件103的振动传播到小基台106的构件，这将在后面说明。阻挡构件105由毡布等制成。

小基台106是压力传递构件，其经由阻挡构件105与压电元件103面接触并将来自加压机构(稍后说明的加压构件110)的压力传递到振动器101。加压机构被第二保持构件107保持。通过螺钉115将第二保持构件107与上述框架构件113一起固定到底盘122d。

加压机构包括加压构件110、压力弹簧111和压力接收构件112。加压构件(可动构件)110由压力接收构件112保持并且在将装配轴构件110a装配到压力接收构件112中的装配孔112a中时仅在Y方向上可移动。当形成在压力接收构件112的外周表面上的螺纹构件112b被紧固到第二保持构件107的螺纹孔构件107a中时，将压力接收构件112固定到第二保持构件107。

压力弹簧111为压缩螺旋弹簧，其一端固定到压力接收构件112，并且其另一端与加压构件110接触。加压构件110将来自布置于加压构件110和压力接收构件112的之间的压力弹簧111的压力传递到小基台106。小基台106经由阻挡构件105将压力F1传递至振动器101，并使振动器101与摩擦构件121压力接触。将压力F1从加压机构施加到振动器100的位置设定为弹性构件102的两个突起部102a在Z方向上的中间附近的位置，能够使两个突起部102a与摩擦构件121以良好平衡的方式压力接触。

如图1所示，本实施方式使振动器101向摩擦构件121的接触面121s从与旋转中心轴线P平行的Y方向倾斜角度θ1。其原因将在后面说明。

现在参照图4A至图4C，将给出振动型马达100的驱动原理的说明。图4A和图4B是示出振动器101的振动模式的示意图。图4C示出了沿着图2C中的线F-F截取的振动型马达100的简化截面图(YZ截面)，并且是提供由稍后说明的箭头E指示的椭圆运动的突起部102a的周边的示意图。当交流电压施加于压电元件103时，压电元件103膨胀和收缩，而弹性构件102不太可能膨胀或收缩。由此，压电元件103和弹性构件102接合在一起的振动器101提供了弯曲变形。因此，当高频交流电压施加于压电元件103时，能够在振动器101中产生高频弯曲振动模式。

振动器101的振动模式涉及包括第一振动和第二振动的复杂振动。如图4A所示，第一振动是在振动器101的突起部102a中引起由双侧箭头指示的往复运动M1并且使突起部102a主要在接触面121s的切线方向上位移的振动。在第一振动中，产生了多个节点N1。振动器101具有虚线所示的三个节点N1，并且振动器101的纵向上的两端附近的节点N1位于突起部102a附近。

如图4B所示，第二振动是在突起部102a中引起由双侧箭头指示的往复运动M2并且主要在接近和远离接触面121s的方向上使突起部102a位移的振动。在第二振动中，产生了多个节点N2。振动器101具有虚线所示的两个节点N2。

如图4C所示，通过以相同的频率产生第一振动和第二振动，在每个突起部102a与接触面121s的接触点102d处能够产生由箭头E指示的椭圆运动。振动器101具有多个(两个)接触点102d以产生更大的驱动力，但多个接触点102d并非总是必需的。当通过压力F1使突起部102a的半球102c与摩擦构件121的接触面121s压力接触的同时在突起部102a中产生椭圆运动时，在半球102c和接触面121s之间产生了驱动力F2，并且围绕图1至图3所示的旋转中心轴线P旋转驱动摩擦构件121。

在本实施方式中，如图3A和图3B所示，Rd是驱动半径，是从旋转中心轴线P到突起部102a与接触面121s接触的接触点102d的距离。驱动力F2的产生方向是围绕旋转中心轴线P具有半径Rd的圆(通过接触点102d的圆)的切线延伸的切线方向(Z方向：第一方向)。当两种振动模式的振动相位符号发生变化时，突起部102a的椭圆运动方向发生变化，从而驱动力F2的产生方向在正(+)方向和负(-)方向之间切换。

现在参照图5A和图5B，将说明当在传统振动型马达中旋转驱动摩擦构件121时发生的摩擦构件121相对于振动器101的侧滑。图5A示出了从Y方向观察的传统的振动型马达，并且图5B示出了沿着图5A中的线B-B截取的传统的振动型马达的截面(XY截面)。将用与本实施方式相同的附图标记表示与根据本实施方式的振动型马达对应的传统振动型马达中的那些元件。

在传统的振动型马达中，布置于与旋转中心轴线P正交的XZ平面的振动器101在平行于旋转中心轴线P的Y方向上压靠摩擦构件121。如上所述，振动器101的两个突起部102a的椭圆运动产生以旋转中心轴线P为中心的驱动半径Rd的切线方向(突起部102a椭圆运动的平面方向)的驱动力F2，并沿图5A所示的Q方向旋转驱动摩擦构件121。图5A中所示的点R是由两个突起部102a的椭圆运动产生的驱动力F2的产生中心位置，并且其位于接触面121s上。在图5A中，为了便于说明，驱动力F2的箭头并未以R点为起点绘制，而实际上是以R点为起点沿Z轴方向产生的力。

与驱动力F2的产生方向(直线方向)相比，摩擦构件121被旋转驱动，因此驱动力产生方向和被驱动单元的驱动方向彼此不同。因此，由于该方向差量而发生驱动力的损失。当突起部102a将由椭圆运动引起的驱动力传递到接触面121s时，当突起部102a相对于摩擦构件121的接触面121s侧滑(横向滑动)时，会发生驱动力的损失。

更具体地，当摩擦构件121被每单位时间Δt产生的驱动力ΔF2旋转驱动Δθt时，摩擦构件121的点R的移动轨迹变为图5A所示的弧线段R_t。另一方面，如果被驱动构件121的驱动方向为与驱动力产生方向类似的Z方向，则R点的移动轨迹为图5A所示的线段Z_t。R_t和Z_t之间的差值D_t是驱动力的损失，并且如图5B所示，在X方向上产生了侧滑分量ΔDx_t。产生侧滑分量ΔDx_t是因为驱动力产生方向与被驱动构件的驱动方向之间存在差异。驱动半径Rd越小，则侧滑分量ΔDx_t变得越大，并且驱动半径Rd越大，侧滑分量ΔDx_t变得越小，因为被驱动构件的旋转驱动变得更接近线性驱动。由于该侧滑分量ΔDx_t，突起部102a相对于摩擦构件121过度滑动并导致磨耗。

图6A至图6D示出了防止由于如上所述的驱动力损失而发生的侧滑的振动型马达。在日本特开2019-126211号专利公报中公开了该专利权人的这些振动型马达。

图6A示出了从Y方向观察的外周安装模式的振动型马达，其中将振动器单元101安装于摩擦构件221的外周，并且图6B示出了沿着图6A中的线C-C截取的外周安装模式的振动型马达的截面。图6C示出了从X方向观察的外周安装模式的振动型马达。图6D示出了从Y方向观察的内周安装模式的振动型马达，其中振动器单元101安装于环形摩擦构件321的内周上。图6E示出了沿着图6D中的线D-D截取的内周安装模式的振动型马达的截面。

在图6A至图6C所示的外周安装模式的振动型马达中，振动器101被来自摩擦构件221的径向外侧的压力F1挤压，以通过接触点102d使振动器101的突起部102a与作为摩擦构件221的外周面的接触面(摩擦面)221s压力接触。由此，如图6C中所示，沿Z方向产生了驱动力F3。

另一方面，在图6D和图6E中所示的内圆周配置模式的振动型马达中，振动器101被来自摩擦构件321的径向内侧的压力F1挤压，以通过接触点102d使振动器101的突起部102a与作为摩擦构件321的内周面的接触面(摩擦面)321s压力接触。由此，和如图6C所示的外周安装模式中一样，在Z方向上产生了驱动力。

在这些振动型马达中，与本实施方式的摩擦构件121相似地，摩擦构件221和321通过在Z方向上产生的驱动力围绕旋转中心轴线P旋转。此时，摩擦构件221和321相对于椭圆移动的振动器101的突起部102a旋转而不会侧滑，并且产生的驱动力被完全用于旋转驱动摩擦构件221和321。

然而，在外周安装模式的振动型马达中，用于从径向外侧将振动器101压靠摩擦构件221的加压机构布置于振动器101的径向外侧，使得振动型马达的外径增大。在内周安装模式的振动型马达中，加压机构布置在振动器101的径向内侧，使得摩擦构件需要较大的内径，并且振动型马达的外径尺寸因此增大。

与图6A至图6E所示的振动型马达不同，本实施方式在不将振动器安装在摩擦构件的外周或内周上的情况下抑制了摩擦构件相对于振动器的侧滑。更具体地，振动器101围绕与驱动力的产生方向平行的轴线向摩擦构件121的接触面121s倾斜。

图7A至图7D使用与图5B中相同的截面示出了本实施方式中的振动器101和接触面121s之间的示例性关系。在图7A至图7D的每个示例中，当通过压力F1使振动器101与接触面121s压力接触时，在接触点102a处在与图的纸面正交的Z方向上产生了驱动力。

在图7A和图7B的示例中，振动器101围绕与Z轴平行的轴线向与XZ平面平行的接触面121s倾斜角度θ。在图7C和图7D的示例中，接触面121s围绕与Z轴平行的轴线向平行于XZ平面布置的振动器101倾斜角度θ。由此，与图5B所示的振动器101和接触面121s之间的关系相比，图7A和图7D的示例更接近于图6B所示的外周安装模式，并且图7B和图7C的示例更接近于图6E所示的内周安装模式。由此，能够减少在图5A和图5B中产生的驱动损失D_t，即能够减少侧滑分量ΔDt_x。倾斜角度θ需要设定为使得两个突起部102a通过压力F1稳定地与接触面121s压力接触并且突起部102a的半球102c仅在接触点102d处与接触面121s接触。

现在参照图20A至图20F，将说明倾斜角度θ与在图4C中所示的振动器101的振动模式下突起部102a的椭圆运动以及由振动型马达100产生的驱动力之间的关系。图20A至图20F示出了振动器的振动、振动器与接触面之间的倾斜角度以及产生的驱动力之间的关系。图20A至图20C说明倾斜角度θ为零的传统振动型马达，并且图20D至图20F说明诸如根据本实施方式的振动型马达100的振动型马达，其中振动器101围绕与驱动力产生方向平行的轴线倾斜θ。图20B对应于从Z轴方向观察的图20A，并且图20E对应于从Z轴方向观察的图20D。图20A和图20D对应于图4C所示的弹性构件102的一个突起部102a，并且作为纸面中的横向的Z轴方向为驱动力产生方向。图20C和图20F是从Z轴方向观察到的类似于图20B和图20E的视图，并且示出了在振动器101由于施加到振动器101的压力F1而与接触面121s接触的接触点102d处产生的力之间的关系。

图20A示出了传统的振动型马达，其中突起部102a在接触点102d处与接触面121s接触并进行由箭头E指示的椭圆运动，使得突起部102a在单位时间内沿Z轴方向产生驱动力ΔF2-1。另一方面，图20D示出了根据本实施方式的振动型马达，其中振动器围绕与Z轴平行的Z'轴倾斜θ。突起部102a'在接触点102d'处与接触面121s接触，并通过由箭头E'指示的椭圆运动在Z轴方向上每单位时间产生驱动力ΔF2-1'。由于箭头E和E'所指示的各个椭圆运动在接触点102d和102d'处仅在Z轴方向上产生驱动力，所以倾斜角度θ不会引起通过突起部102a'的椭圆运动产生的驱动力中的驱动损失。满足了ΔF2_1＝ΔF2_1'。

如果接触点102d'从接触面121s竖直接收的力F1s'由于倾斜角度θ小于压力F1，则在椭圆运动期间突起部102a按压接触面121s的力变小，因此驱动力变小。如图20C所示，当压力F1施加于振动器101并且振动器101和接触面121s平行时，接触点102d从接触面121s竖直接收的力F1s等于压力F1。另一方面，如图20F所示，当压力F1围绕与Z轴平行的轴线旋转θ时，压力F1在接触点102d'处被分成沿Y轴方向的F1s_y和沿X轴方向的F1s_x。由于接触点102d'从接触面121s竖直接收的力F1s'等于F1s_y并且F1s_y＝F1*cosθ，所以满足了F1s'＜F1。即，根据旋转角度θ，突起部102a'按压接触面121s的力可能变小，并且驱动力可能变小。为了避免驱动力的降低，需要根据旋转角度θ将压力F1设计得大，使得F1s'成为期望的力。

在X轴方向上施加于接触点102d'的力F1s_x被表示为F1s_x＝F1*sinθ，因此随着倾斜角度θ的增大而增大。其中μ是突起部102a和接触面121s之间的摩擦系数，N是法向力(＝F1s')，如果F1s_x变得大于μ*N，则接触点102d'开始在接触面121s上滑动并且不能产生驱动力。

如所讨论的，倾斜角度θ能够减小如上所述的侧滑分量ΔDt_x，可以减小接触点102d'从接触面121s竖直接收的力并因此减小驱动力。过大的θ可能导致接触点102d'在接触面121s上滑动，并且可能不能产生无驱动力。在这种情况下，压力F1可以通过接触点102d'从接触面121s竖直接收的力的减少量而设置为更大，并且可以调整θ使得接触点102d'不会在接触面121s上滑动，并且能够稳定地接触接触面121s。

如图1和图7A所示，在本实施方式中，振动器101向接触面121s向摩擦构件121的径向外侧(沿顺时针方向)倾斜角度θ1。振动器101的倾斜意味着设置有突起部102a的振动器101(弹性构件102)的平面部分的倾斜。

在图1中，T(第二轴线)是与作为驱动力的产生方向的Z轴平行的轴线，并且通过突起部102a与接触面121s接触的接触点102d。S是通过接触点102d并且与旋转中心轴线P平行(即，与接触面121s正交)的直线。

本实施方式将振动器101保持在围绕轴线T的倾斜姿势，以与线S形成角度θ1，并由此使振动器101向摩擦构件121的接触面121s以相同的角度θ1倾斜。通过使经由第一保持构件104在Y方向上保持振动器101的框架构件(姿势确定构件)113的径向外侧部分的厚度小于框架构件113的径向内侧部分的厚度，并由此通过在第一保持构件104和底盘122d之间形成角度θ1来保持该姿势。将保持加压机构的第二保持构件107固定至框架构件113。因此，振动器101和包括加压机构的振动器单元一体地向可旋转地保持在基部构件122上的摩擦构件121围绕轴线T倾斜角度θ1。

本实施方式将振动器101布置于摩擦构件121的接触面121s，并且实现了抑制摩擦构件121相对于振动器101侧滑同时避免径向上尺寸增大的构造。由此，能够抑制驱动力的损失、振动器101的磨耗以及磨耗粉末的产生。

如图7B所示，振动器101可以向摩擦构件121向径向内侧(逆时针方向)倾斜。即使在这种情况下，也能够获得相同的侧滑抑制效果。然而，为了在产生了磨耗粉末时防止磨耗粉末粘附至部分滚球108和轴构件121a或附近，如在本实施方式中那样，振动器101可以向摩擦构件121向径向外侧(顺时针方向)倾斜。

第二实施方式

现在将说明根据本发明的第二实施方式的振动型马达200。第二实施方式采用了类似于第一实施方式的图7A中所示的构造，但使用与第一实施方式不同的方法来实现该构造。第二实施方式将省略对与第一实施方式共同的部件的说明。

第一实施方式使振动器单元向摩擦构件121围绕轴线T倾斜角度θ1。另一方面，第二实施方式使用作为加压机构的一部分的小基台106仅使振动器101围绕轴线T倾斜角度θ2。

现在参照图8和图9，将给出对本实施方式中的小基台106的说明。图8中所示的小基台106具有在Y方向上具有厚度(高度)的两个凸部构件(接触构件)106a和106b。图9示出了对应于沿着图2C中的线F-F截取的截面的振动型马达200的截面，并且图10示出了对应于沿着图2C的线A-A截取的截面的振动型马达200的截面。

如第一实施方式中所述，小基台106是将压力Fl从加压构件110传递至振动器101的压力传递构件。压力Fl的传递路径如下。在图9中，未示出的压力弹簧111接触加压构件110，并且加压构件110接触小基台106的凸部构件106a和106b。小基台106经由阻挡构件105与压电元件103面接触。通过这种传递路径，由压力弹簧111产生的压力F1被传递至振动器101。

此时，小基台106在凸部构件106a和106b处接触加压构件110，从而相对于加压构件110具有沿图9中的箭头R的方向(围绕平行于X轴的轴线)旋转的自由度。这旨在通过经由小基台106向整个振动器101均匀地施加压力F1并且通过始终经由两个接触点102d将椭圆运动传递至接触面121s而平滑地旋转驱动摩擦构件121。除椭圆运动之外的不必要的振动和由部件容差和装配公差引起的不稳定被小基台106在箭头R的方向上的旋转自由度吸收。

如图10所示，本实施方式使用小基台106作为姿势确定构件。更具体地，使凸部构件106a在Y方向上的厚度“a”和凸部构件106b在Y方向上的厚度“b”彼此不同。在本实施方式中，设置了a<b。由此，与第一实施方式相似的，振动器101能够被保持在向接触面121s围绕与作为驱动力产生方向的Z方向平行的轴线T倾斜角度θ2的姿势中。然而，与第一实施方式不同的，加压机构不倾斜。即使凸部构件106a和106b的高度“a”和“b”彼此不同，也保持了小基台106在箭头R方向上的自由度。

本实施方式仅改变小基台106中的凸部构件106a和106b其中之一的高度，设置振动器101向接触面121s的倾斜角度，并比第一实施方式更容易调整倾斜角度。

第三实施方式

现在将说明根据本发明的第三实施方式的振动型马达300。第三实施方式采用了图7D中所示的构造，同时使摩擦构件121的形状与第一实施方式中的不同。如果第三实施方式中的元件与第一实施方式中的元件相对应，则将省略对第三实施方式中的元件的说明。

图11示出了振动型马达300的与沿着图2C中的线A-A截取的截面相对应的截面。本实施方式将振动器101保持在与XZ平面平行的姿势中。另一方面，摩擦构件121被形成为使得与振动器101的突起部102a接触的接触面121s不与旋转中心轴线P正交并且向径向内侧倾斜角度θ3。即，接触面121s是如同河岸(bank)状的倾斜面。由于摩擦构件121具有这种形状，所以振动器101向接触面121s围绕轴线T倾斜角度θ3，并且实施了图7D中所示的构造。

如图7C所示，接触面121s可以向径向外侧倾斜，但为了防止磨耗粉末粘附至部分滚球108和轴构件121a和附近，接触面121s可以像本实施方式一样向径向内侧倾斜。

在上述各个实施方式中，振动器101和接触面121s中只有一者向XZ平面倾斜，但它们都可以在相反方向上向XZ平面倾斜。

第四实施方式

现在将说明根据本发明的第四实施方式的振动型马达400。振动型马达400对应于振动器101的姿势被改变的具有图7A所示的构造的根据第一实施方式的振动型马达100。如果本实施方式中的元件是振动型马达100中的相应元件，则将省略本实施方式中的元件的说明。

图12示出了根据第四实施方式的振动器401的详细形状。振动器401包括压电元件403和弹性构件402。弹性构件402具有两个突起部402a(第一突起部402a1和第二突起部402a2)。突起部402a1和402a2的末端分别具有半球(曲面)402e1和402e2。

弹性构件402在其两端处均具有被保持构件402b。如第一实施方式中的被保持构件102b，被保持构件402b由未示出的第一保持构件保持并与第一保持构件一体化。

现在将说明振动型马达400中，振动器401相对于摩擦构件421的姿势以及振动器401与摩擦构件421的接触区域。

图13(1a)和图13(1b)示出了不抑制摩擦构件121相对于振动器101侧滑的传统振动型马达100中的振动器101相对于摩擦构件121的姿势。图13(2a)和图13(2b)示出了抑制摩擦构件121相对于振动器101侧滑的根据第一实施方式的振动型马达100中的振动器101相对于摩擦构件121的姿势。图13(3a)和图13(3b)示出了根据本实施方式的振动型马达400中的振动器401相对于摩擦构件421的姿势。图13(1a)、图13(2a)和图13(3a)分别示出了从Y方向观察的每个振动器，并且图13(1b)、图13(2b)和图13(3b)分别示出了从Z方向观察的每个振动器和每个摩擦构件。

与图13(1a)和图13(1b)所示的传统姿势相比，根据图13(2a)和图13(2b)中所示的第一实施方式的振动型马达100中的振动器101具有向通过摩擦构件121的接触面121s上的接触点102d并且与接触面121s正交的直线S倾斜θ1的姿势。

与根据图13(2a)和图13(2b)所示的第一实施方式的振动器101相比，根据图13(3a)和图13(3b)中所示的本实施方式的振动型马达400中的振动器401具有围绕直线U向以旋转中心轴线P为中心的圆的切线方向(Z方向)旋转θ4的姿势。直线U通过与图5A中相同的点R，并且与摩擦构件121(421)的接触面121s(421s)正交。

图14示出了从Y方向观察的根据第一实施方式的振动型马达100中的振动器101的两个突起部102a(半球102c)与摩擦构件121的接触面121s相接触的接触区域121d。接触区域121d表示当摩擦构件121可360度旋转时的接触区域。在驱动振动型马达100的初始阶段，突起部102a在接触点102d处与接触面121s接触，使得接触区域w0变成圆形线。

当在初始驱动后长时间持续驱动时，突起部102a和接触面121s中的一者或两者被磨耗，使得接触区域421d从线性接触区域w0开始变成具有宽度w1的圆形带(环形)形状的接触区域121d。图14中的点R是图5A所示的点R，这是由振动器101的两个突起部102a产生的驱动力F2的中心。

在根据第一实施方式的振动型马达100中，如图14所示，振动器101具有使得两个突起部102a与具有半径Rd并且以旋转中心轴线P为中心的圆的切线方向(Z方向)对齐的姿势。因此，两个突起部102a与接触面121s在相同接触区域121d中相接触。当振动型马达100被驱动时，两个突起部102a在接触面121s上磨耗相同的接触区域121d。

图15示出了从Y方向观察的根据本实施方式的振动型马达400的振动器401的两个突起部402a1、402a2(半球402e1、402e2)与摩擦构件421的接触面421s接触的接触区域421d1和421d2。在根据本实施方式的振动型马达400中，如上所述，振动器401具有相对于Z方向旋转了角度θ4的姿势，其中Z方向是围绕直线U以摩擦构件121的旋转中心轴线P为中心的圆的切线方向。

此时，突起部402a1和402a2的对齐方向为相对于Z方向具有角度θ4的方向，并且Z方向是以旋转中心轴线P为中心的圆的切线延伸的第一方向。振动器401围绕与第一方向平行的第二轴线向接触面421s倾斜。由于振动器401的姿势，在向接触面421s倾斜的振动器401中从旋转中心轴线P到突起部402a1的距离与到突起部402a2的距离彼此不同。结果，如图15所示，振动器401的突起部402a1和402a2在不同的接触区域421d1和421d2中与摩擦构件421的接触面421s接触。

当振动型马达400被长时间驱动时，与突起部402a1接触的接触区域421d1和与突起部421d2接触的接触区域421d2分别形成具有宽度d2和d3的圆形带状区域。因此，在振动型马达400中，两个突起部402a1和402a2在不同的接触区域421d1和421d2中与接触面421s接触，并且振动器401和摩擦构件421比根据第一实施方式的那些振动型马达100更慢地磨耗(以大约一半的速度)。结果，振动型马达400的寿命能够变得比根据第一实施方式的振动型马达100长，并且能够减少磨耗粉末的产生。

然而，在根据本实施方式的振动型马达400中，切线方向上的驱动力的产生方向从根据第一实施方式的振动器101改变了振动器401的旋转量θ4。驱动效率可能比根据第一实施方式的振动型马达100的驱动效率低。更具体地，当θ4为0度(无旋转)时，驱动力产生方向为半径为Rd并以旋转中心轴线P为中心的圆的切线方向(Z方向)，并且围绕旋转轴线作用的力为半径×正切(tangent)。因此，此时围绕P轴的旋转力的效率为100％。然而，当θ4为90度时，在与切线正交的方向(X方向)上产生驱动力，没有切线方向的分量，因此不能围绕P轴旋转。即，随着θ4接近90度，旋转所需的切线方向上的驱动力变小，并且用于使被驱动构件旋转的旋转力变弱。

效果也根据振动型马达400的旋转方向而不同。图16示出了根据本实施方式的振动型马达400的旋转方向和驱动力。Qa为摩擦构件421逆时针旋转的方向，并且Qb为摩擦构件421顺时针旋转的方向。

在图16中，当将电压施加于压电元件403并且摩擦构件421的旋转方向为Qa时，类似于根据第一实施方式的振动型马达100，在振动器401中的突起部402a1和402a2的排列方向(第一方向)上产生了驱动力。此时每单位时间的驱动力ΔF4a被分解为在平行于切线R2的Z方向上的ΔF4a_z和与Z方向正交的X方向上的ΔF4a_x。ΔF4a_z是ΔF4×cosθ4并且小于ΔF4a。即，通过将振动器401旋转θ4而减小了用于旋转驱动摩擦构件421的驱动力分量。X方向上的ΔF4a_x为ΔF4a×sinθ4，但方向为朝向旋转中心轴线P的-X方向。

另一方面，当摩擦构件421的旋转方向为Qb时，在振动器401的突起部402a1和402a2的对齐方向上以及在与旋转方向为Qa时的方向相反的方向上产生驱动力。此时每单位时间的驱动力ΔF4b被分解为Z方向上的ΔF4b_z和X方向上的ΔF4b_x。ΔF4b_z是ΔF4×cosθ4并且小于ΔF4b。即，通过将振动器401旋转θ4而减小了用于旋转驱动摩擦构件421的驱动力分量。X方向上的ΔF4b_x为ΔF4b×sinθ4，但方向为远离旋转中心轴线P的+X方向。

这样，当ΔF4a和ΔF4b的大小彼此相等时，在Z方向和X方向上分解的驱动力分量的大小彼此相等，而与旋转方向Qa和Qb无关。然而，关于X方向上的驱动力分量，其作用方向根据旋转方向Qa、Qb而不同。当旋转方向为Qa时，驱动力分量作用在-X方向上，使得摩擦构件421在受到-X方向上的力的同时旋转。另一方面，当旋转方向为Qb时，驱动力分量作用在+X方向上，使得摩擦构件421在受到+X方向的力的同时旋转。在这种情况下，如果在被驱动构件和驱动构件之间存在诸如不稳定的间隙，则间隙减小方向根据旋转方向而不同，因此能够想到旋转驱动所需的驱动力的大小将根据旋转方向而变化。以这种方式，当期望驱动力的大小根据旋转方向而变化时，可以在控制振动型马达400的驱动的控制单元中使用取决于旋转方向的不同控制参数来控制驱动力。

如图15所示，角度θ4可以是使得投影在XZ平面上的突起部402a1的半球402e1和突起部402a2的半球402e2不与以旋转中心轴线P为中心的圆的切线对齐的角度。所以用于旋转驱动所需的切线方向上的驱动力随着角度θ4的增大而减小，并因此可以根据需要适当地设定。

第五实施方式

图17示出了应用了根据第四实施方式的振动型马达400的根据第五实施方式的振动型马达500。根据第四实施方式中记载的旋转方向，第五实施方式具有减小在X方向上的驱动力分量的差的构造。如果本实施方式中的元件是根据第四实施方式的振动型马达400的对应元件，则在该实施方式中将省略对元件的说明。

图17示出了由第一振动器501和第二振动器701产生的驱动力以及摩擦构件521上的接触面521s中与设置在根据本实施方式的振动型马达500中的第一振动器501和第二振动器701的接触区域。

第一振动器501和第二振动器701从Y方向观察时相对于旋转中心轴线P彼此相对配置，并且两者均具有与根据第四实施方式的振动器401相同的形状以及相对于摩擦构件521相同的姿势。θ5是本实施方式中的第一振动器501和第二振动器701围绕与第四实施方式中记载的轴线U相对应的轴线的旋转角度。

振动型马达500中摩擦构件521的旋转驱动范围为±180度。第一振动器501的突起部502a1接触接触面521s中的接触区域521d4，并且突起部502a2接触接触面521s中的接触区域521d7。第二振动器701的突起部702a1接触接触面521s中的接触区域521d5，并且突起部702a2接触接触面521s中的接触区域521d6。这四个接触区域在摩擦构件521的旋转驱动范围内彼此不重叠。因此，根据本实施方式的振动型马达500如根据第四实施方式的振动型马达400那样具有比其中两个突起部的接触区域彼此重叠的根据第一实施方式的振动型马达100更不易磨耗的构造，。

在摩擦构件521的旋转方向为Qb的情况下，振动器501每单位时间产生ΔF5的驱动力。ΔF5被分解为在与以旋转中心轴线P为中心的圆的切线方向平行的Z方向上的ΔF5_z和在与Z方向正交的X方向上的ΔF5_x。ΔF5_x作用在-X方向上。

另一方面，在摩擦构件521的旋转方向为Qb的情况下，振动器701每单位时间在与振动器501的方向相反的方向上产生ΔF7的驱动力。ΔF7被分解为在Z方向上的ΔF7_z和在ZX方向上的ΔF7_x，并且ΔF7_x作用在+X方向上。为了平滑地旋转驱动，由两个振动器501和701产生的驱动力可以相等，即ΔF7和ΔF5可以彼此相等。在这种情况下，ΔF5_x和ΔF7_x具有相同的大小并且在相反方向上工作，因此它们相互抵消。这在旋转方向与Qb相反时同样适用。

因此，本实施方式将振动型马达500构造成使得多个振动器的两个突起部与摩擦构件接触的接触区域彼此不同(彼此不重叠)，并且在由振动器产生的驱动力中不用于旋转驱动的驱动力分量彼此抵消。该构造抑制了上述侧滑、延迟了磨耗，并且无论旋转方向如何都保持了平滑的旋转驱动。

在第四实施方式和第五实施方式中说明的振动型马达400和500的构造不仅适用于根据第一实施方式的振动型马达100，而且还适用于根据第二实施方式的振动型马达200。

当将根据各个实施方式的振动型马达安装为用于诸如摄像设备的各种装置的旋转驱动设备时，基部构件122可以固定到设备主体上，并且可以连接用于旋转驱动摩擦构件121的被驱动构件。摩擦构件121可以固定至设备主体，并且基部构件122可以连接到被驱动构件。即，振动器101和摩擦构件121可以相对于彼此旋转并且被驱动构件可以被旋转地驱动。除了摄像设备之外，各种装置包括激光束照射装置、机械臂等。

第六实施方式

现在参照图18和图19，将给出根据本发明的第六实施方式的摄像设备600的说明。图18是摄像设备600的分解立体图，并且图19是在穿过稍后说明的旋转中心轴线P1的XY平面中的摄像设备600的截面图。

通过将设置有镜筒638的摄像单元637安装到作为根据第一实施方式的振动型马达100的被驱动构件的摩擦构件121上而制成摄像设备600。因此，如果元件是振动型马达100的对应元件，则将省略其说明。摄像单元637可相对于保持稍后说明的振动器601的基部构件622围绕旋转中心轴线P1旋转。此外，可以使用根据第二实施方式至第五实施方式的振动型马达200、300、400和500来代替根据第一实施方式的振动型马达100。

作为摄像设备600的被驱动构件的摄像单元637在内部支撑保持镜筒638的保持框架669，并且通过紧固螺钉636固定到连接构件635。通过紧固螺钉630将连接构件645固定到摩擦构件612。摩擦构件612保持位置检测标尺633。标尺633具有在面向稍后说明的位置检测传感器632的表面上以规则间隔径向雕刻的纹理(texture)。位置检测传感器632能够通过顺序读取和整合标尺633的纹理来计算被驱动单元的旋转量。

现在将说明被驱动单元的固定侧上的构造。固定侧在上述位置检测传感器632的周围、产生驱动力的振动器601的周围、以及后述电子基板640上主要固定基部构件422上。

位置检测传感器632由传感器保持框架631保持并且在面向标尺633的位置处经由按压构件623固定至底盘622d。通过紧固螺钉630将底盘622d固定到基部构件622。

电子板640配备有微型计算机等，用于处理来自位置检测传感器632的信号并用于控制被驱动单元的旋转驱动。

振动器601包括具有两个突起部602a的板状弹性构件602和压电元件603，并且像振动型马达100一样经由未示出的框架构件由底盘622d保持。振动器601被未示出的加压机构在-Y轴方向上加压，并与摩擦构件612的接触面(摩擦面)612s压力接触。此时，接触面612s以相对于振动器601围绕与Z轴平行的轴线具有θ6的角度的姿势形成于摩擦构件612上。

基部构件622在基部构件622和作为被驱动构件的连接构件635之间设置有轴承(bearing)构件634。

由于上述构造，当将交流电压施加于压电元件603时，在突起部602a和接触面612s之间产生了驱动力，并且固定到摩擦构件612的摄像单元637被围绕旋转中心轴线P1旋转驱动。

如上所述，振动器601和接触面612s围绕与Z轴平行的轴线具有θ6的角度，并且采用了图7D中所示的构造。因此，如在第一实施方式至第五实施方式中的，存在抑制由旋转驱动引起的侧滑以及减少驱动力的损失和振动器601的磨耗的效果。

如图7C所示，接触面612s可以向径向外侧倾斜，但为了防止磨耗粉末粘附到用于检测被驱动构件的位置的标尺633和位置检测传感器632上，接触面612s可以如本实施方式一样向径向内侧倾斜。

上述实施方式中的每一个都能够抑制被驱动构件相对于振动型致动器中的振动器侧滑。

虽然已经参照示例性实施方式说明了本发明，但应理解，本发明不限于所公开的示例性实施方式。所附权利要求的范围应被赋予最广的解释，以涵盖所有这些修改和等效的结构和功能。

Claims (16)

1.一种振动型致动器，其包括：

振动器，所述振动器包括突起部和压电元件，所述振动器配置成响应于电压而振动；和

接触构件，其具有与所述突起部接触的接触面，

其特征在于，所述振动器和所述接触构件围绕第一轴线相对于彼此旋转，以及

其中，所述振动器与所述接触面倾斜预定角度。

2.根据权利要求1所述的振动型致动器，其特征在于，所述振动器被压靠在所述接触面上，使得在与所述接触面成所述预定角度布置的方向上向所述振动器施加压力。

3.根据权利要求1所述的振动型致动器，其特征在于，所述振动器和所述接触面中的一者围绕与所述旋转相切的切向轴线与另一者倾斜。

4.根据权利要求3所述的振动型致动器，其特征在于，所述振动器和所述接触面中的一者围绕所述切向轴线与和所述第一轴线正交的第一平面倾斜。

5.根据权利要求4所述的振动型致动器，其特征在于，所述振动器围绕所述切向轴线与和所述第一平面平行的接触面倾斜。

6.根据权利要求5所述的振动型致动器，还包括姿势确定构件，所述姿势确定构件构造成将所述振动器保持在围绕所述切向轴线与所述接触面倾斜的姿势。

7.根据权利要求6所述的振动型致动器，还包括加压机构，所述加压机构构造成使所述振动器压靠所述接触面，

其特征在于，所述姿势确定构件构造成将所述振动器和所述加压机构保持在所述姿势中。

8.根据权利要求7所述的振动型致动器，还包括压力传递构件，所述压力传递构件构造成从所述加压机构接收压力并将所述压力传递到所述振动器，

其特征在于，所述压力传递构件用作所述姿势确定构件。

9.根据权利要求8所述的振动型致动器，其特征在于，所述加压机构包括能通过压力移动的可动构件，

其中，所述压力传递构件包括与所述可动构件接触的两个接触构件，以及

其中，所述两个接触构件具有彼此不同的厚度。

10.根据权利要求4所述的振动型致动器，其特征在于，所述接触面与被保持平行于所述第一平面的所述振动器倾斜。

11.根据权利要求1所述的振动型致动器，其特征在于，所述突起部具有曲面，其与所述接触面点接触。

12.根据权利要求1所述的振动型致动器，其特征在于，所述振动器包括作为所述突起部的第一突起部和第二突起部，并且

其中，当从所述第一轴线的延伸方向观察时，从所述第一轴线到所述第一突起部的距离和从所述第一轴线到所述第二突起部的距离彼此不同。

13.根据权利要求12所述的振动型致动器，还包括作为所述振动器的分别具有所述第一突起部的第一振动器和具有所述第二突起部的第二振动器，

其特征在于，所述第一振动器和所述第二振动器布置成使得所述接触面上的所述第一突起部和所述第二突起部所接触的接触区域彼此不重叠。

14.根据权利要求1所述的振动型致动器，其特征在于，当所述振动传播到所述振动器时，在所述突起部和所述接触面之间产生沿第一方向的驱动力，其中所述第一方向是以所述第一轴线为中心的圆的切线延伸的方向。

15.一种旋转驱动设备，其包括：

根据权利要求1至14中任一项所述的振动型致动器；和

由所述振动型致动器旋转驱动的被驱动构件。

16.一种摄像设备，其包括：

根据权利要求15所述的旋转驱动设备；和

作为所述被驱动构件的摄像单元。

Images