專利名稱：振動(dòng)波驅(qū)動(dòng)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種振動(dòng)波驅(qū)動(dòng)裝置。特別地，本發(fā)明涉及通過組合不同振動(dòng)模式的振動(dòng)來使超聲波振動(dòng)子和被驅(qū)動(dòng)體相對(duì)移動(dòng)的振動(dòng)波驅(qū)動(dòng)裝置。
背景技術(shù)：
已提出過通過組合不同振動(dòng)模式的振動(dòng)來使超聲波振動(dòng)子和被驅(qū)動(dòng)體相對(duì)移動(dòng)的振動(dòng)波驅(qū)動(dòng)裝置。這類振動(dòng)波驅(qū)動(dòng)裝置具有施壓結(jié)構(gòu)，用以在超聲波振動(dòng)子和被驅(qū)動(dòng)體之間產(chǎn)生摩擦力。此外，振動(dòng)波驅(qū)動(dòng)裝置具有支撐結(jié)構(gòu)，用于保持在超聲波振動(dòng)子和被驅(qū)動(dòng)體之間形成的摩擦面以適當(dāng)?shù)年P(guān)系抵接。 作為該支撐結(jié)構(gòu)，已經(jīng)提出了一些方法。一種方法是這樣的結(jié)構(gòu)，其中，利用形成為平面彈簧形狀的偏壓元件來保持超聲波振動(dòng)子或被驅(qū)動(dòng)體(參見日本專利申請(qǐng)?zhí)亻_No. 2006-301457)。在這種情況下，偏壓元件(部件)用作支撐部件。另一種方法是這樣的結(jié)構(gòu)，其中，通過借助球形部件的機(jī)構(gòu)來可旋轉(zhuǎn)地保持超聲波振動(dòng)子或被驅(qū)動(dòng)體(參見日本專利申請(qǐng)?zhí)亻_No. 2006-301454)。下面描述具有這樣支撐結(jié)構(gòu)的支撐部件的必要要求。圖IOA示出了超聲波振動(dòng)子3和被驅(qū)動(dòng)體4彼此平行地抵接的狀態(tài)(它們各自的摩擦面彼此接觸的狀態(tài))。在該圖中，X軸表示振動(dòng)波驅(qū)動(dòng)裝置發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)的方向。此外，Z軸表示相對(duì)于超聲波振動(dòng)子3和被驅(qū)動(dòng)體的摩擦面的法線方向，Y軸表示與X軸和Z軸垂直的方向。當(dāng)理想地設(shè)置超聲波振動(dòng)子3和被驅(qū)動(dòng)體4時(shí)，超聲波振動(dòng)子3和被驅(qū)動(dòng)體4的抵接表面彼此平行地布置。通過在這樣的位置關(guān)系下沿Z方向施加壓力(未示出)以使超聲波振動(dòng)子3或被驅(qū)動(dòng)體4沿Z方向位移，就能夠在它們的摩擦面之間施加抵接力。然而，在實(shí)際中，由于元件的制造誤差、安裝誤差等，使超聲波振動(dòng)子3和被驅(qū)動(dòng)體4的摩擦面處于平行位置是極其困難的。因此，需要一些想法來保持超聲波振動(dòng)子3或被驅(qū)動(dòng)體4。支撐結(jié)構(gòu)具有對(duì)于圍繞X軸旋轉(zhuǎn)位移0 x(圖IOC中箭頭d 0 X的方向)和圍繞Y軸旋轉(zhuǎn)位移Qy(圖IOD中箭頭d0y的方向)的自由度。此外，支撐結(jié)構(gòu)設(shè)置成使得超聲波振動(dòng)子或被驅(qū)動(dòng)體保持成能夠沿Z軸方向(圖IOB中箭頭dz的方向)移動(dòng)，從而保持接觸力的施加和它們各自摩擦面的面接觸狀態(tài)。
發(fā)明內(nèi)容
圖IIA示出了以往提出的超聲波振動(dòng)子單元2的透視圖。圖IlB示出了超聲波振動(dòng)子單元2的分解透視圖。超聲波振動(dòng)子單元2由超聲波振動(dòng)子3、支撐部件13和兩個(gè)墊片部件14構(gòu)成。超聲波振動(dòng)子單元2和被驅(qū)動(dòng)體(未示出)沿圖中的X方向進(jìn)行相對(duì)位移運(yùn)動(dòng)。通過將金屬材料制成大致板狀的振動(dòng)板11和由壓電元件材料制成大致矩形板狀的壓電元件板12(壓電元件板作為機(jī)電能量轉(zhuǎn)換元件)以一體化方式相互粘接等，來形成超聲波振動(dòng)子3。在超聲波振動(dòng)子3上布置有用于與外部電連接的柔性印刷電路(未示出)等。振動(dòng)板11包括大體上位于其中心的矩形振動(dòng)部I la、在振動(dòng)部Ila的頂面形成在沿圖中X方向兩個(gè)位置的突出部Ilb和沿Y方向在振動(dòng)部Ila的兩側(cè)形成的固定部11c。振動(dòng)板11在X方向和Y方向具有大體上對(duì)稱的形狀。兩個(gè)突出部Ilb的上端是在壓力下與被驅(qū)動(dòng)體(未示出)的摩擦面相接觸的部 分。為了抑制因驅(qū)動(dòng)引起的磨損，有必要使振動(dòng)子和被驅(qū)動(dòng)體的摩擦面彼此面接觸，這樣兩個(gè)突出部Ilb在Y方向具有一定寬度。在突出部I Ib的頂面上，在Y方向的負(fù)向側(cè)的端部被稱為點(diǎn)TI，在Y方向的正向側(cè)的端部被稱為點(diǎn)T2，這兩個(gè)點(diǎn)用于下面的說明。利用圖12A和12B，下面描述超聲波振動(dòng)子3激發(fā)的兩個(gè)振動(dòng)模式的實(shí)例。圖12A示出了超聲波振動(dòng)子3激發(fā)的兩個(gè)振動(dòng)模式的透視圖。在該實(shí)例中，向壓電元件板12施加交流電壓，從而以兩個(gè)面外彎曲的振動(dòng)模式(模式A和模式B)激發(fā)超聲波振動(dòng)子3。模式A是一次面外彎曲振動(dòng)模式，其中，產(chǎn)生了在圖中X軸方向(超聲波振動(dòng)子3的縱向方向)大致彼此平行的兩個(gè)節(jié)點(diǎn)，并且該模式相對(duì)于YZ平面具有大致對(duì)稱的形狀。模式A的振動(dòng)激發(fā)兩個(gè)突出部Ilb在垂直于與被驅(qū)動(dòng)體接觸的表面的方向(Z軸方向)以一定的振幅位移。模式B是二次面外彎曲振動(dòng)模式，其中，在超聲波振動(dòng)子3中產(chǎn)生了在圖中Y軸方向大致彼此平行的三個(gè)節(jié)點(diǎn)，該模式具有相對(duì)于YZ平面反對(duì)稱和相對(duì)于XZ平面對(duì)稱的形狀。模式B的振動(dòng)激發(fā)兩個(gè)突出部Ilb在平行于與被驅(qū)動(dòng)體接觸的表面的方向(X軸方向)以一定的振幅位移。這兩個(gè)振動(dòng)模式的組合使得在兩個(gè)突出部Ilb的頂面(即接觸部)上產(chǎn)生大致在XZ平面內(nèi)的橢圓形運(yùn)動(dòng)分量，從而產(chǎn)生了大致沿X軸方向驅(qū)動(dòng)被驅(qū)動(dòng)體的力。由于該驅(qū)動(dòng)力，超聲波振動(dòng)子3和被驅(qū)動(dòng)體彼此相對(duì)移動(dòng)。圖12B是超聲波振動(dòng)子3的在突出部附近的YZ剖面上示出的模式A的振動(dòng)模式。如前面所描述地，在突出部Ilb的頂面激發(fā)了在Z軸方向的振動(dòng)位移，除此之外，還激發(fā)了在Y方向的振動(dòng)分量。在圖中表示為點(diǎn)Tl的Y方向負(fù)向側(cè)端部附近，當(dāng)在正向方向產(chǎn)生Z方向振動(dòng)分量時(shí)在負(fù)Y方向產(chǎn)生振動(dòng)分量。另一方面,在圖中表不為點(diǎn)T2的Y方向正向側(cè)端部附近,在正Y方向產(chǎn)生振動(dòng)分量。Y方向振動(dòng)分量的作為力作用，以使超聲波振動(dòng)子3和被驅(qū)動(dòng)體彼此相對(duì)移動(dòng)。如果超聲波振動(dòng)子3的振動(dòng)狀態(tài)是理想狀態(tài)且突出部Ilb的頂面與被驅(qū)動(dòng)體均勻接觸，則在突出部Ilb頂面上Y方向發(fā)生力的合力為零。
但是，例如，如果僅僅點(diǎn)Tl的附近接觸被驅(qū)動(dòng)體，則在突出部Ilb的頂面上沿Y方向的發(fā)生力的合力不為零，這樣力朝正Y方向作用。在該實(shí)例中，應(yīng)用了使用上述模式A和模式B的超聲波振動(dòng)子3，但是即使是使用了采用其他超聲波振動(dòng)子形狀和振動(dòng)模式的超聲波振動(dòng)子，也會(huì)發(fā)生上述情況。回到圖IIA和IIB繼續(xù)說明。在超聲波振動(dòng)子3的兩個(gè)固定部Ilc的在Z方向的底側(cè)，布置兩個(gè)墊片部件14，并通過粘接等將其固定。振動(dòng)部Ila是激發(fā)超聲波振動(dòng)的部分，并且有必要在空間上將振動(dòng)部Ila與支撐部件等分隔開。因此，通過墊片部件14固定支撐部件13。支撐部件13是具有彈性結(jié)構(gòu)的部件，通過對(duì)適合于彈簧材料的金屬片進(jìn)行沖壓處理或蝕刻處理而形成為薄平板狀。
支撐部件13相對(duì)于XY平面和YZ平面具有大致對(duì)稱的形狀。支撐部件13具有沿X方向延伸的兩個(gè)第一固定部13a和沿Y方向延伸的兩個(gè)第二固定部13b。彈性變形部13e形成為將第一固定部13a和第二固定部13b連接。利用彈性變形部13e的彈性變形，獲得了在超聲波振動(dòng)子單元2中對(duì)超聲波振動(dòng)子3的支撐作用。支撐部件13設(shè)置成處于超聲波振動(dòng)子3的底側(cè)(圖中Z方向下側(cè))。通過墊片部件14使這兩個(gè)部件設(shè)置成具有期望的間隙，從而防止支撐部件13接觸超聲波振動(dòng)子3的振動(dòng)變形部而阻礙超聲波振動(dòng)子3的振動(dòng)變形。通過墊片部件14和第二固定部13b固定支撐部件13。通過在第一固定部13a的位置處的固定件(未示出)固定支撐部件13。在超聲波振動(dòng)子3結(jié)合在超聲波振動(dòng)子單元2中的狀態(tài)下，在超聲波振動(dòng)子3中發(fā)生以支撐部件13在Y方向的中央位置為旋轉(zhuǎn)中心的X軸旋轉(zhuǎn)位移。圖13A和13B的示意圖說明了在具有這樣結(jié)構(gòu)的超聲波振動(dòng)子單元2中力和位移之間關(guān)系的實(shí)例。在圖13A和13B中，僅示出了超聲波振動(dòng)子3和支撐部件13在YZ平面上的剖面形狀，為了方便而省略了對(duì)說明是不必要的結(jié)構(gòu)。點(diǎn)P3是在超聲波振動(dòng)子3中發(fā)生X軸旋轉(zhuǎn)位移的中心點(diǎn)。超聲波振動(dòng)子3在壓力下接觸被驅(qū)動(dòng)體(未示出)，從而從被驅(qū)動(dòng)體接收在負(fù)Z方向的壓力。此時(shí)，由于某些原因(壓力施加機(jī)構(gòu)的精度，超聲波振動(dòng)子3和被驅(qū)動(dòng)體的接觸面之間的相對(duì)傾角等等)壓力變得不均勻。圖13A中，簡(jiǎn)化了施加的壓力的狀態(tài)，并假定施加的壓力集中在點(diǎn)Tl和點(diǎn)T2。這里，示出了在點(diǎn)Tl處施加的壓力Fzl比在點(diǎn)T2處施加的壓力Fz2更大的情況。當(dāng)超聲波振動(dòng)子3被驅(qū)動(dòng)時(shí)，如圖13B所示，在點(diǎn)Tl和點(diǎn)T2處發(fā)生Y方向的位移。當(dāng)通過該Y方向位移在超聲波振動(dòng)子3和被驅(qū)動(dòng)體之間產(chǎn)生發(fā)生力時(shí)，如圖所示，產(chǎn)生了在Y軸方向的發(fā)生力Fyl和Fy2。這些在Y軸方向的發(fā)生力Fyl和Fy2與在點(diǎn)Tl和點(diǎn)T2處施加的壓力大體上成正t匕，因此形成|Fyl| > |Fy2|。因此，在垂直于驅(qū)動(dòng)方向(即X方向)的Y方向產(chǎn)生使超聲波振動(dòng)子3的摩擦面位移的合力。結(jié)果，在超聲波振動(dòng)子3中產(chǎn)生以點(diǎn)P3為旋轉(zhuǎn)中心的圍繞X軸的力F 0 X，超聲波振動(dòng)子3圍繞點(diǎn)P3發(fā)生X軸旋轉(zhuǎn)位移，如圖13B所示。這使得點(diǎn)Tl在正Z方向位移以及點(diǎn)T2在負(fù)Z方向位移，從而導(dǎo)致在點(diǎn)Tl施加的壓力Fzl增大，在點(diǎn)T2施加的壓力Fz2減小。這樣，F(xiàn)yl和|Fy2|之間的差進(jìn)一步增大，從而F 0 x也增大。簡(jiǎn)而言之，圖13A所示在點(diǎn)Tl和T2處的力之間的差變化得惡化，不能獲得摩擦面的穩(wěn)定接觸狀態(tài)，從而由于摩擦面的不對(duì)稱磨損等而減小耐用性。另一方面，根據(jù)日本專利申請(qǐng)?zhí)亻_No. 2006-301454公開的保持方法，0 x的旋轉(zhuǎn)位移中心可以布置在摩擦面內(nèi)，這樣該保持方法能夠解決這類問題。但是，在該方法中，在抑制部件數(shù)量和所需空間方面，不能必然地獲得滿意結(jié)果。
考慮到上面的問題，本發(fā)明的目的是提供一種振動(dòng)波驅(qū)動(dòng)裝置，其能夠抑制部件數(shù)量和所需空間的增大，以及能使振動(dòng)子和被驅(qū)動(dòng)體的摩擦面保持穩(wěn)定的接觸狀態(tài)。本發(fā)明的振動(dòng)波驅(qū)動(dòng)裝置是這樣一種振動(dòng)波驅(qū)動(dòng)裝置，包括振動(dòng)子，其包括具有摩擦面的振動(dòng)體和機(jī)電能量轉(zhuǎn)換元件；和被驅(qū)動(dòng)體，其具有與振動(dòng)子摩擦面相接觸的摩擦面，并配置成通過二者各自的摩擦面受壓；其中，通過二者各自摩擦面并利用振動(dòng)子橢圓形運(yùn)動(dòng)而使被驅(qū)動(dòng)體相對(duì)移動(dòng)；振動(dòng)波驅(qū)動(dòng)裝置包括具有彈性變形部的支撐部件，用于支撐振動(dòng)子；支撐部件構(gòu)造成使得當(dāng)沿第一方向接收力時(shí)，通過彈性變形部旋轉(zhuǎn)變形但在第一方向不伴隨有變形，該支撐部件能使振動(dòng)子摩擦面平行于被驅(qū)動(dòng)體摩擦面位移，第一方向是與振動(dòng)子使被驅(qū)動(dòng)體相對(duì)移動(dòng)方向以及與被驅(qū)動(dòng)體受壓的受壓方向垂直的方向。根據(jù)本發(fā)明，能夠?qū)崿F(xiàn)一種振動(dòng)波驅(qū)動(dòng)裝置，其能夠抑制部件數(shù)量和所需空間的增加，并能使振動(dòng)子和被驅(qū)動(dòng)體的摩擦面保持穩(wěn)定的接觸狀態(tài)。通過下面參考附圖對(duì)示例性實(shí)施例的描述，本發(fā)明的其他特征將變得明顯。
圖I是示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例I的振動(dòng)波驅(qū)動(dòng)裝置的示例性結(jié)構(gòu)的分解透視圖。圖2是本發(fā)明實(shí)施例I中的超聲波振動(dòng)子單元的透視圖。圖3是本發(fā)明實(shí)施例I中的超聲波振動(dòng)子單元的分解透視圖。圖4A是本發(fā)明實(shí)施例I中的支撐部件的透視圖。圖4B是本發(fā)明實(shí)施例I中的支撐部件的剖面圖。圖4C是本發(fā)明實(shí)施例I中的支撐部件的剖面圖。圖5A是本發(fā)明實(shí)施例I中振動(dòng)波驅(qū)動(dòng)裝置的局部剖面圖。圖5B是本發(fā)明實(shí)施例I中振動(dòng)波驅(qū)動(dòng)裝置的局部剖面圖。圖6A是示出了本發(fā)明實(shí)施例I中超聲波振動(dòng)子單元的效果的示意圖。圖6B是示出了本發(fā)明實(shí)施例I中超聲波振動(dòng)子單元的示意圖。圖7是示出本發(fā)明實(shí)施例I中的另一種結(jié)構(gòu)的超聲波振動(dòng)子單元的分解透視圖。圖8A是本發(fā)明實(shí)施例2中支撐部件的透視圖。圖8B是本發(fā)明實(shí)施例2中支撐部件的剖面圖。圖9A是示出了本發(fā)明實(shí)施例2中超聲波振動(dòng)子單元的效果的示意圖。
圖9B是示出了本發(fā)明實(shí)施例2中超聲波振動(dòng)子單元的效果的示意圖。圖IOA是說明了一個(gè)常規(guī)實(shí)例的超聲波振動(dòng)子和被驅(qū)動(dòng)體的透視圖。圖IOB是說明了該常規(guī)實(shí)例的超聲波振動(dòng)子和被驅(qū)動(dòng)體的剖面圖。圖IOC是說明了該常規(guī)實(shí)例的超聲波振動(dòng)子和被驅(qū)動(dòng)體的剖面圖。圖IOD是說明了該常規(guī)實(shí)例的超聲波振動(dòng)子和被驅(qū)動(dòng)體的剖面圖。
圖IlA是說明了該常規(guī)實(shí)例的超聲波振動(dòng)子的透視圖。圖IlB是說明了該常規(guī)實(shí)例的超聲波振動(dòng)子單元的分解透視圖。圖12A是示出了該常規(guī)實(shí)例的超聲波振動(dòng)子的振動(dòng)模式的視圖。圖12B是示出了該常規(guī)實(shí)例的超聲波振動(dòng)子的振動(dòng)模式的視圖。圖13A是示出了超聲波振動(dòng)子單元的效果的示意圖，說明了本發(fā)明解決的問題。圖13B是示出了超聲波振動(dòng)子單元的效果的示意圖，說明了本發(fā)明解決的問題。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)在將參考附圖詳細(xì)地描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。在本發(fā)明中，“使物體平行地位移”不僅表示嚴(yán)格平行地使物體位移，還包括這樣的情況，其中，相對(duì)于平行的狀態(tài)而言，物體偏離了平行狀態(tài)，但不至于導(dǎo)致不利影響，例如摩擦面的不對(duì)稱磨損。本發(fā)明使用“使物體大致平行地位移”的用語來表達(dá)包括相對(duì)于平行狀態(tài)有一定偏離的狀態(tài)。例如，即使物體相對(duì)于嚴(yán)格平行的狀態(tài)偏離了 1°，該偏離也是可允許的，只要不至于導(dǎo)致不利影響，例如摩擦面的不對(duì)稱磨損，或者不利影響很小。在本發(fā)明中，“使振動(dòng)子的摩擦面平行于被驅(qū)動(dòng)體的摩擦面位移”表示在振動(dòng)子的摩擦面相對(duì)于被驅(qū)動(dòng)體的摩擦面不傾斜的條件下，振動(dòng)子的摩擦面大致平行于被驅(qū)動(dòng)體的摩擦面位移。在本發(fā)明中，“第一方向是與振動(dòng)子使被驅(qū)動(dòng)體相對(duì)移動(dòng)的方向以及受壓方向(振動(dòng)子或被驅(qū)動(dòng)體沿該方向受壓)相垂直的方向”表示與振動(dòng)子使被驅(qū)動(dòng)體相對(duì)移動(dòng)的方向相垂直的方向，也是與振動(dòng)子或被驅(qū)動(dòng)體受壓的受壓方向相垂直的方向。此外，“沿第一方向接收力”不僅包括在力作用的狀態(tài)下僅在第一方向接收力的情況，而且包括在力作用的狀態(tài)下接收的力包括在第一方向作用的力分量的情況?，F(xiàn)在將參考附圖詳細(xì)地描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。實(shí)施例I作為實(shí)施例1，說明應(yīng)用了本發(fā)明的振動(dòng)波驅(qū)動(dòng)裝置的示例性結(jié)構(gòu)。本實(shí)施例的振動(dòng)波驅(qū)動(dòng)裝置包括振動(dòng)子，其包括具有摩擦面的振動(dòng)體和機(jī)電能量轉(zhuǎn)換元件；和被驅(qū)動(dòng)體，其具有與振動(dòng)子的摩擦面相接觸的摩擦面，并配置成通過二者各自的摩擦面受壓。此外，振動(dòng)波驅(qū)動(dòng)裝置配置成使得借助振動(dòng)子和被驅(qū)動(dòng)體各自的摩擦面并利用振動(dòng)子的橢圓形運(yùn)動(dòng)而使被驅(qū)動(dòng)體相對(duì)移動(dòng)。更加具體地，如圖I所示，本實(shí)施例的振動(dòng)波驅(qū)動(dòng)裝置I配置成這樣一種裝置，其包括作為驅(qū)動(dòng)源的超聲波馬達(dá)，并執(zhí)行一個(gè)自由度的直線驅(qū)動(dòng)。
作為超聲波馬達(dá)的主要構(gòu)成部件，布置了超聲波振動(dòng)子單元2和被驅(qū)動(dòng)體4。振動(dòng)波驅(qū)動(dòng)裝置I包括第一基部31和固定在第一基部31上的兩個(gè)第二基部32。兩個(gè)沿X方向延伸的導(dǎo)桿34被保持并固定成使得它們夾在兩個(gè)第二基部32之間?；瑒?dòng)部件35與導(dǎo)桿34互鎖，以保持在圖中X方向是可滑動(dòng)的。
超聲波振動(dòng)子單元2固定在滑動(dòng)部件35上。被驅(qū)動(dòng)體4的兩個(gè)端部通過被驅(qū)動(dòng)體框架33而被保持并固定在兩個(gè)第二基部32上。圖中，被驅(qū)動(dòng)體4和被驅(qū)動(dòng)體框架33分開地表現(xiàn)為不同的部件，但是實(shí)際上，它們以一體化的方式彼此互鎖在一起。通過把被驅(qū)動(dòng)體基部20和摩擦部件21粘接以使它們彼此固定而形成被驅(qū)動(dòng)體4。被驅(qū)動(dòng)體基部20由磁性材料例如釹磁鐵制成，并在圖中Z方向進(jìn)行磁化處理。被驅(qū)動(dòng)體基部20的下表面(Z方向的負(fù)向側(cè))是面對(duì)超聲波振動(dòng)子單元2的平面，摩擦部件21布置在該位置。由于在超聲波振動(dòng)子3和被驅(qū)動(dòng)體4之間發(fā)生的相對(duì)位移運(yùn)動(dòng)，超聲波振動(dòng)子3和滑動(dòng)部件35產(chǎn)生圖中X方向的移動(dòng)。驅(qū)動(dòng)力或位移可從滑動(dòng)部件35得出以驅(qū)動(dòng)任何裝置。本實(shí)施例的振動(dòng)波驅(qū)動(dòng)裝置是用于說明的一個(gè)實(shí)例，可以選擇任何結(jié)構(gòu)。圖2是在實(shí)施例I的振動(dòng)波驅(qū)動(dòng)裝置I中使用的超聲波振動(dòng)子單元2的透視圖，圖3是超聲波振動(dòng)子單元2的分解透視圖。超聲波振動(dòng)子單元2由超聲波振動(dòng)子3、支撐部件13和兩個(gè)墊片部件14構(gòu)成。本實(shí)施例中的超聲波振動(dòng)子3具有與圖IlB所不超聲波振動(dòng)子3相似的構(gòu)成,說明已經(jīng)在“發(fā)明內(nèi)容”部分給出了，在此省略。在本實(shí)施例中振動(dòng)板11由具有鐵磁性的金屬材料制成，并由被驅(qū)動(dòng)體基部20拖動(dòng)。磁性吸引力在超聲波振動(dòng)子3和被驅(qū)動(dòng)體4之間施加必要的壓力。下面描述具有彈性變形部的支撐部件，用于支撐振動(dòng)子。圖4A示出了支撐部件13的透視圖。通過對(duì)薄板狀金屬材料進(jìn)行形狀成形和彎曲處理制得支撐部件13。支撐部件13在X方向和Y方向(法線是相對(duì)位移方向的平面，和法線是與受壓方向垂直的方向即第一方向的平面)具有大致對(duì)稱的形狀。支撐部件13具有兩個(gè)沿圖中X方向延伸的第一固定部13a和在Y方向兩側(cè)的兩個(gè)第二固定部(保持部)13b。四個(gè)彈性變形部13c形成為將第一固定部13a和第二固定部13b相連。除此之外，在支撐部件13中，加強(qiáng)部13d形成為連接兩個(gè)第二固定部13b。第一固定部13a是與圖I所示被驅(qū)動(dòng)體框架33接觸而固定于其上的部分，并作為超聲波振動(dòng)子單元2的與被驅(qū)動(dòng)體框架33附連的附連部。第二固定部13b與墊片部件14的Z方向底面互鎖以固定于其上。支撐部件13布置在超聲波振動(dòng)子3在Z方向的下側(cè)，并定位成使得它們各自的中心位置大體上在X方向和Y方向彼此一致，這樣超聲波振動(dòng)子單元2在X方向和Y方向具有大致對(duì)稱的形狀。當(dāng)在支撐部件13的第一固定部13a固定在被驅(qū)動(dòng)體框架33上的狀態(tài)下將外部的力或位移施加給振動(dòng)板11的兩個(gè)突出部Ilb時(shí)，在支撐部件13的彈性變形部13c中發(fā)生與外部的力或位移值相應(yīng)的彈性變形，從而導(dǎo)致超聲波振動(dòng)子3的姿態(tài)變化。在超聲波振動(dòng)子3結(jié)合在振動(dòng)波驅(qū)動(dòng)裝置I中的狀態(tài)下，在彈性變形部13c中發(fā)生彈性變形，使得振動(dòng)子3和被驅(qū)動(dòng)體4的摩擦面彼此面接觸而彼此相隨，從而支撐振動(dòng)子3。此外，在本發(fā)明中，如果支撐部件具有偏壓功能(例如，使其具有彈簧特性)，支撐部件能夠用作偏壓部件。圖4B示出了在圖4A用參考標(biāo)記S示出位置處的YZ剖面，也就是支撐部件13的彈性變形部13c的YZ剖面。彈性變形部13c具有通過在薄板金屬材料制成的支撐部件13的一部分上以期望的角度執(zhí)行彎曲處理而獲得的形狀，并相對(duì)于圖中的Y軸具有角度A2。當(dāng)支撐部件13結(jié)合到超聲波振動(dòng)子單元2中時(shí)，彈性變形部13c的剖面的延長(zhǎng)線的交點(diǎn)Cl在振動(dòng)子3的突出部Ilb的摩擦面附近。彈性變形部13c形成為在箭頭A3所示的方向具有低剛性，在YZ平面上與該箭頭A3垂直的方向(在法線為相對(duì)位移運(yùn)動(dòng)方向的平面上相對(duì)于第一方向傾斜的方向)具有高剛性。
此外，彈性變形部13c布置在相對(duì)于法線為第一方向的平面成對(duì)稱的位置。彈性變形部13c在相同剖面上具有沿圖中X方向延伸的形狀，并用作矩形薄板狀板簧。圖4C示出了在支撐部件13結(jié)合到振動(dòng)子單元2中的狀態(tài)下向振動(dòng)子3的摩擦面施加外力的狀態(tài)的實(shí)例。圖4C示出了與圖4B相同的剖面。當(dāng)向振動(dòng)子3的摩擦面施加圍繞X軸的外力即在圖中箭頭所示的交點(diǎn)Cl處的Fl時(shí)，分別向支撐部件的兩個(gè)彈性變形部13c施加F2和F3。力F2和F3與板材的法線方向一致。由于彈性變形部13c在這些方向具有低剛性，因此彈性變形部13c在對(duì)應(yīng)于力F2和F3的方向發(fā)生變形。當(dāng)兩個(gè)彈性變形部13c的變形合成時(shí)，交點(diǎn)Cl的位置在變形前和變形后不會(huì)改變。因此，在振動(dòng)子3的摩擦面上，當(dāng)圍繞該摩擦面的高度發(fā)生X軸旋轉(zhuǎn)變形力時(shí)，振動(dòng)子3能夠僅發(fā)生圍繞摩擦面高度的旋轉(zhuǎn)位移。圖5A示出了振動(dòng)波驅(qū)動(dòng)裝置I的前視圖(從Y方向來看的視圖)。在該圖中，省略了對(duì)于說明是不必要的構(gòu)成部件并省略了構(gòu)成部件的一部分。在本實(shí)施例中，通過支撐部件13的彈性變形來調(diào)節(jié)超聲波振動(dòng)子3的姿態(tài)，使得振動(dòng)板11的突出部Ilb與摩擦板21的底面在空間上一致。圖5B示出了在用圖5A中參考標(biāo)記S示出位置處的剖面形狀。即使在該圖中，也省略了對(duì)于說明是不必要的部件。圖5B示出了被驅(qū)動(dòng)體4相對(duì)于其附連位置圍繞X軸發(fā)生偏離的狀態(tài)。在超聲波振動(dòng)子3中發(fā)生姿態(tài)變化，使得被驅(qū)動(dòng)體4的摩擦板21的底面和振動(dòng)板11的突出部Ilb的頂面彼此相隨。由于超聲波振動(dòng)子3跟隨圍繞X軸具有角度的平面，因此在超聲波振動(dòng)子3中也會(huì)發(fā)生X軸旋轉(zhuǎn)位移。當(dāng)在支撐部件13的彈性變形部13c中發(fā)生彈性變形時(shí)，超聲波振動(dòng)子3發(fā)生上述姿態(tài)變化。正如已經(jīng)參考圖4A至4C描述地，支撐部件13的形狀確定為使得超聲波振動(dòng)子3圍繞圖中的Pl即圍繞處于超聲波振動(dòng)子3和被驅(qū)動(dòng)體4的接觸面中的X方向軸產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)位移。在超聲波振動(dòng)子3中僅發(fā)生圍繞Pl軸的旋轉(zhuǎn)位移，且不伴隨有在Y方向平移的變形，從而能夠保持在超聲波振動(dòng)子3和被驅(qū)動(dòng)體4之間沿Y方向的位置關(guān)系的同時(shí)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的接觸狀態(tài)。也就是說，當(dāng)沿與超聲波振動(dòng)子3使被驅(qū)動(dòng)體4相對(duì)移動(dòng)的方向和受壓方向相垂直的第一方向施加力時(shí)，彈性變形部13c發(fā)生旋轉(zhuǎn)位移但不伴隨有在第一方向的變形,使 得能夠在不使超聲波振動(dòng)子3的摩擦面相對(duì)于被驅(qū)動(dòng)體4的摩擦面傾斜的條件下使超聲波振動(dòng)子3的摩擦面大致平行于被驅(qū)動(dòng)體4的摩擦面位移。圖6A和6B示出了在圖5A所示參考標(biāo)記S指示的位置處超聲波振動(dòng)子單元2的剖面圖。即使在這些圖中，也省略了對(duì)于說明是不必要的部件。與參考圖13A和13B說明的一樣，分別在點(diǎn)Tl和T2施加壓力Fzl和Fz2，以產(chǎn)生了發(fā)生力FyI和Fy2。上述發(fā)生力之間的關(guān)系表達(dá)為|Fyl I > |Fy2|，發(fā)生力在正Y方向的合力作用在超聲波振動(dòng)子3的摩擦面上。該合力處于包括點(diǎn)Pl的平面中，這使得如圖6B所示地在超聲波振動(dòng)子3中僅產(chǎn)生在Y方向的平移位移。這樣，在超聲波振動(dòng)子3的摩擦面上僅發(fā)生從前一狀態(tài)起的面內(nèi)位移，因而，不會(huì)改變與被驅(qū)動(dòng)體4的摩擦面的接觸狀態(tài)，并能夠保持穩(wěn)定的狀態(tài)。實(shí)現(xiàn)本實(shí)施例的超聲波振動(dòng)子單元2不限于此。例如，在圖7所示的超聲波振動(dòng)子單元2中能夠獲得相似的效果。圖7是超聲波振動(dòng)子單元2的分解透視圖，實(shí)際上超聲波振動(dòng)子3和支撐部件13被一體化。與圖2和圖3所示的超聲波振動(dòng)子相似，超聲波振動(dòng)子3是由用鐵磁性金屬材料制成的振動(dòng)板11和用壓電材料制成的壓電元件板12形成的。振動(dòng)板11包括大致處于其中心的矩形振動(dòng)部I la、在振動(dòng)板Ila的頂面在圖中X方向的兩個(gè)部分上形成的突出部lib、以及在振動(dòng)部IIa的X方向的兩側(cè)形成的固定部Ilc0振動(dòng)板11在X方向和Y方向具有大致對(duì)稱的形狀。通過對(duì)薄板金屬材料切割和彎曲處理來形成支撐部件13。支撐部件13在X方向和Y方向具有大致對(duì)稱的形狀。支撐部件13具有沿圖中X方向延伸的兩個(gè)第一固定部13a。兩個(gè)第二固定部13b形成的位置在X方向處于第一固定部13a內(nèi)側(cè)并且投影關(guān)系對(duì)應(yīng)于固定部11c。通過彎曲處理把第二固定部13b成形為向圖中的Z方向突出，并與固定部Ilc接觸而與之一體化。
加強(qiáng)部13d形成為將兩個(gè)第二固定部相連。四個(gè)彈性變形部13c形成為將第一固定部13a和加強(qiáng)部13d相連。這樣，支撐部件可以根據(jù)超聲波振動(dòng)子3的形狀進(jìn)行配置，即使在本實(shí)施例中也能獲得相同的效果。實(shí)施例2作為實(shí)施例2，以下參考圖8A和8B描述具有與實(shí)施例I不同構(gòu)造的振動(dòng)波驅(qū)動(dòng)裝置的示例性構(gòu)造。圖8A示出了在本實(shí)施例中支撐部件13的透視圖。除支撐部件13之外，本實(shí)施例中的振動(dòng)波驅(qū)動(dòng)裝置I具有與實(shí)施例I相同的構(gòu)造，因此省略了已經(jīng)給出過的說明。 除某些部分之外，甚至支撐部件13也與圖4A至4C所說明的相同，因此省略了已經(jīng)給出過的說明。圖SB示出了沿圖8A的參考標(biāo)記S所示位置截開的彈性變形部13c的YZ剖面。圖中的參考標(biāo)記Cl是圖4B所示實(shí)施例I的彈性變形部13c的剖面的延長(zhǎng)線的交點(diǎn)(旋轉(zhuǎn)變形的旋轉(zhuǎn)中心)，其位于摩擦面附近。另一方面，在本實(shí)施例中彈性變形部13c的剖面的延長(zhǎng)線的交點(diǎn)(旋轉(zhuǎn)變形的旋轉(zhuǎn)中心)是C2，其到被驅(qū)動(dòng)體側(cè)的距離比到摩擦面的距離更近。更加具體地，如圖8B所示，與交點(diǎn)Cl相比，交點(diǎn)C2的形狀確定為處于圖中Z方向的正向側(cè)，且角度A2具有更大的值。當(dāng)將該支撐部件13用于超聲波振動(dòng)子單元2時(shí)，超聲波振動(dòng)子3的X軸旋轉(zhuǎn)位移的中心接近交點(diǎn)C2。圖9A和9B是本實(shí)施例中超聲波振動(dòng)子單元2的YZ剖面圖。圖9A和9B具有與圖13A至13B和圖6A至6B所示相似的構(gòu)造。點(diǎn)P2是超聲波振動(dòng)子3的X軸旋轉(zhuǎn)位移的中心位置。與參考圖13A至13B和圖6A至6B所說明的一樣，分別在點(diǎn)Tl和T2施加壓力Fzl和Fz2，以產(chǎn)生發(fā)生力Fyl和Fy2。形成表達(dá)式|Fyl| > I Fy2 |，作為這些力的合力，在超聲波振動(dòng)子3的摩擦面上發(fā)生沿正Y方向的力。結(jié)果，在超聲波振動(dòng)子3中發(fā)生以點(diǎn)P2為旋轉(zhuǎn)中心圍繞X軸的力F 0 X，如圖13B所示，超聲波振動(dòng)子3圍繞點(diǎn)P2產(chǎn)生X軸旋轉(zhuǎn)位移。這會(huì)使點(diǎn)Tl在負(fù)Z方向位移，使點(diǎn)T2在正Z方向位移，從而導(dǎo)致在點(diǎn)Tl的壓力Fzl減小，在點(diǎn)T2的壓力Fz2增大。這種效果減小了 Fzl和Fz2之間的差，同時(shí)，也減小了發(fā)生力|Fyl|和| Fy2 |的大小之間的差。在超聲波振動(dòng)子3的摩擦面上產(chǎn)生的沿Y方向力的合力接近零，從而能夠獲得將其與被驅(qū)動(dòng)體4接觸的接觸狀態(tài)調(diào)整為良好狀態(tài)的效果。正如上面已經(jīng)描述地，調(diào)整效果發(fā)生作用，使得壓力被大致均勻地施加在突出部Ilb的整個(gè)頂面上，因驅(qū)動(dòng)引起的摩擦面磨損均勻地進(jìn)行，從而能夠保證最初的耐久性。由于這些效果，在振動(dòng)波驅(qū)動(dòng)裝置具有小型且簡(jiǎn)單構(gòu)造的同時(shí)，能夠長(zhǎng)期地獲得穩(wěn)定的輸出。
盡管已經(jīng)參考示例性實(shí)施例描述了本發(fā)明，但是應(yīng)該理解本發(fā)明不限于所公開的示例性實(shí)施例。隨附權(quán)利要求的范圍應(yīng)給予最寬泛的解釋，以涵蓋所有這類修改和等同的結(jié)構(gòu)和功能。權(quán)利要求
1.一種振動(dòng)波驅(qū)動(dòng)裝置，包括 振動(dòng)子,該振動(dòng)子包括具有摩擦面的振動(dòng)體和機(jī)電能量轉(zhuǎn)換元件；和 被驅(qū)動(dòng)體，該被驅(qū)動(dòng)體具有與振動(dòng)子的摩擦面相接觸的摩擦面，并配置成通過振動(dòng)子和被驅(qū)動(dòng)體各自的摩擦面而受壓， 其中，通過振動(dòng)子和被驅(qū)動(dòng)體各自的摩擦面并利用振動(dòng)子的橢圓形運(yùn)動(dòng)使被驅(qū)動(dòng)體相對(duì)移動(dòng)， 振動(dòng)波驅(qū)動(dòng)裝置包括用于支撐振動(dòng)子的支撐部件，該支撐部件具有多個(gè)彈性變形部， 該支撐部件構(gòu)造成使得當(dāng)沿第一方向接收力時(shí)，通過彈性變形部的旋轉(zhuǎn)變形但在第一方向不伴隨有變形，該支撐部件能夠使振動(dòng)子的摩擦面平行于被驅(qū)動(dòng)體的摩擦面位移，所述第一方向是與振動(dòng)子使被驅(qū)動(dòng)體相對(duì)移動(dòng)的方向以及與被驅(qū)動(dòng)體受壓的受壓方向垂直的方向。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的振動(dòng)波驅(qū)動(dòng)裝置，其中，支撐部件旋轉(zhuǎn)變形的旋轉(zhuǎn)中心位于振動(dòng)子和被驅(qū)動(dòng)體各自的摩擦面附近。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的振動(dòng)波驅(qū)動(dòng)裝置，其中，支撐部件旋轉(zhuǎn)變形的旋轉(zhuǎn)中心到被驅(qū)動(dòng)體一側(cè)的距離比到振動(dòng)子和被驅(qū)動(dòng)體各自摩擦面的距離更近。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的振動(dòng)波驅(qū)動(dòng)裝置，其中 每個(gè)彈性變形部形成為使得其剛性較大的方向?qū)?yīng)于在法線是相對(duì)位移方向的平面上相對(duì)于所述第一方向傾斜的方向，以及彈性變形部設(shè)置在相對(duì)于法線為第一方向的平面對(duì)稱的位置；以及 設(shè)置在對(duì)稱位置的彈性變形部具有較大剛性的延長(zhǎng)方向的交點(diǎn)是支撐部件旋轉(zhuǎn)變形的旋轉(zhuǎn)中心。
5.根據(jù)權(quán)利要求I至4中任何一項(xiàng)所述的振動(dòng)波驅(qū)動(dòng)裝置，其中 支撐部件至少部分地由板狀金屬材料制成，且支撐部件相對(duì)于法線是相對(duì)位移方向的平面以及相對(duì)于法線是所述第一方向的平面具有大體上對(duì)稱的形狀； 支撐部件包括沿相對(duì)位移方向布置在兩側(cè)的兩個(gè)固定部、沿所述第一方向布置在兩側(cè)的兩個(gè)保持部、以及沿相對(duì)位移方向延伸以連接固定部和保持部的四個(gè)延伸的彈性變形部；以及 彈性變形部至少部分地被彎曲處理，從而相對(duì)于法線為所述受壓方向的平面具有角度。
全文摘要
一種振動(dòng)波驅(qū)動(dòng)裝置，能制部件數(shù)量和所需空間的增加，并能使振動(dòng)子和被驅(qū)動(dòng)體的摩擦面保持穩(wěn)定接觸狀態(tài)。振動(dòng)波驅(qū)動(dòng)裝置包括振動(dòng)子，其包括具有摩擦面的振動(dòng)體和機(jī)電能量轉(zhuǎn)換元件；和被驅(qū)動(dòng)體，其具有與振動(dòng)子摩擦面相接觸的摩擦面，并配置成通過二者各自的摩擦面受壓；通過二者各自摩擦面并利用振動(dòng)子橢圓形運(yùn)動(dòng)而使被驅(qū)動(dòng)體相對(duì)移動(dòng)；振動(dòng)波驅(qū)動(dòng)裝置包括具有彈性變形部的支撐部件，用于支撐振動(dòng)子；支撐部件構(gòu)造成使得當(dāng)沿第一方向接收力時(shí)，通過彈性變形部旋轉(zhuǎn)變形但在第一方向不伴隨有變形，該支撐部件能使振動(dòng)子摩擦面平行于被驅(qū)動(dòng)體摩擦面位移，第一方向是與振動(dòng)子使被驅(qū)動(dòng)體相對(duì)移動(dòng)方向以及與被驅(qū)動(dòng)體受壓的受壓方向垂直的方向。
文檔編號(hào)H02N2/02GK102739103SQ20121008519
公開日2012年10月17日 申請(qǐng)日期2012年3月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月31日
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