专利名称：振动波驱动装置以及具有振动波驱动装置的摄像装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种振动波驱动装置和摄像装置。
背景技术：
施加到用于驱动照相机镜头或类似物的产品的振动波驱动装置包括杆式振动波 驱动装置。日本专利特开No. 2008-187805公开了一种杆式振动波驱动装置，其中转子的输 出借助插置于中间的齿轮而传递到外部设备。现在将参照图IOA和IOB说明现有的振动波 驱动装置的机构。图IOA是现有的杆式振动波驱动装置的剖视图。图IOB是其中转子和齿 轮彼此接合的部分的透视图。在图IOA中，第一弹性体1、第二弹性体2和多层压电器件3通过轴4和螺母5借 助特定的夹持力被紧固在一起。转子7具有与耐磨构件6接触的一个表面(附图中的下端 部)。耐磨构件6设置在第一弹性体1的上端部处。齿轮8设置成面对转子7的另一个表 面。齿轮8与转子7—起转动，并且将振动波驱动装置的输出传递到外部设备。齿轮8的 位置通过法兰(附装部分)10沿着轴4在推力方向上固定，所述法兰10设置以用于附装振 动波驱动装置。在齿轮8和转子7之间设置有用于施加压力到转子7的压力弹簧15。如图IOB中所示，转子7具有圆形凹陷部7c，并且在其顶面中具有一对槽7a和7b， 所述一对槽7a和7b径向地并且彼此轴对称地延伸。轴承8在其底面上具有圆筒状突起8c 和一对突起8a和8b (突起8b未示出)，所述圆筒状突起8c构造成与转子7的圆形凹陷部 7c接合，所述一对突起8a和8b构造成分别与转子7的槽7a和7b接合。借助这些接合，转 子7的转动被传递到齿轮8并且被输出。在现有的振动波驱动装置中，齿轮8和接收来自齿轮8的输出的外部设备的齿轮 是直齿轮。因此，照相机的透镜镜筒的光轴和振动波驱动装置的转动轴线将布置成基本彼 此平行。另一方面，透镜镜筒的光轴和振动波驱动装置的转动轴线的基本平行的布置限制 了振动波驱动装置的布置的灵活性。因此，为了有效地利用空间，已经需要进一步改进。
发明内容
根据本发明的方面，振动波驱动装置包括振子，其构造成产生振动；转子，其构 造成与振子摩擦接触并且绕转动轴线转动；和传递构件，其构造成绕轴线转动并且将转子 的转动传递到外部部件。传递构件的一部分形成蜗轮传动装置(worm gear)的蜗杆部分。本发明的其它特征将从以下参照附图的示例性实施例的说明而变得明显。
图1是根据本发明的第一实施例的振动波驱动装置的剖视图；图2是根据本发明的第一实施例的振动波驱动装置的剖视图，其包括另一种类型 的齿轮；
图3是设置在根据本发明的第一实施例的振动波驱动装置的齿轮中的狭缝的透 视图；图4是根据本发明的第二实施例的振动波驱动装置的剖视图，示出其中由蜗轮传 动装置所产生的推力作用于法兰的状态；图5是根据本发明的第二实施例的振动波驱动装置的剖视图，示出其中由蜗轮传 动装置所产生的推力作用于转子的状态；图6是示出在本发明的第二实施例中的驱动操作期间齿轮的方位中的改变的剖 视图；图7是示出根据本发明的第二实施例在转子和齿轮之间的配合的状态的剖视图；图8A示出根据本发明的第二实施例的齿轮的配合部分的构造；图8B示出根据本发明的第二实施例的转子的配合部分的构造；图8C示出根据本发明的第二实施例的齿轮的配合部分和转子的配合部分的构 造；图9A是根据本发明的第三实施例的摄像装置的示意图；图9B是根据本发明的第三实施例的摄像装置的另一个示意图；图IOA是现有的杆式振动波驱动装置的剖视图；图IOB示出现有的杆式振动波驱动装置中包括的齿轮和转子之间的接合的状态。
具体实施例方式第一实施例图1是根据本发明的第一实施例的振动波驱动装置的剖视图。参照图1，第一弹 性体1、第二弹性体2和用作电能-机械能转化元件的多层压电器件3通过与轴构件对应 的轴4和螺母5借助特定的夹持力被紧固在一起。第一弹性体1和第二弹性体2由诸如黄 铜、不锈钢或类似物制成。弹性体1和2以及多层压电器件3 —起形成朗之万(Langevin) 振子。转子7具有与耐磨构件6接触的一个表面(附图中的底面)。耐磨构件6设置在 第一弹性体1的上端部处。转子7的一个表面的接触面积小于转子7的另一个表面(附图 中的上表面)的接触面积，并且转子7的一个表面具有适当的弹簧特性。用作输出传递构 件的齿轮8设置成面对转子7的另一个表面。齿轮8与转子7 —起同轴地转动，并且将振 动波驱动装置的输出(即，转子7的转动)传递到外部设备。以下将单独地说明齿轮8的 细节。齿轮8通过压力弹簧15借助与施加到转子7的压力相同的压力而被压在用作附 装部分的法兰10上，在所述法兰10处振动波驱动装置附装到外部设备，所述压力弹簧15 意在用于施加压力到转子7。齿轮8的位置借助上述压力通过与法兰10的端面接触而沿着 轴4在推力方向上固定。如在现有的杆式振动波驱动装置中那样，当高频电压施加到多层压电器件3时， 在振子器件9上产生具有例如超声频率的弯曲振动。因此，在与转子7接触的第一弹性体1 的顶面上产生椭圆运动，导致被压在耐磨构件6上的转子7将与耐磨构件6摩擦接触并且 将被驱动以转动。如在现有的杆式振动波驱动装置中那样，转子7和齿轮8分别在它们的端面上具有一对槽和一对突起，例如图IOB中所示的那些。在槽和突起之间接合的情况下， 转子7的转动被传递到齿轮8。从而，转子7、齿轮8和压力弹簧15 —起绕轴4转动。摩擦 接触指的是通过摩擦力实现的接触的状态，所述摩擦力沿着与在彼此接触的两个物体之间 发生的相对运动的方向相反的方向起作用。转子指的是这样的部件，即，其通过定子的微小 振动(椭圆运动)转动并且构造成借助由压力弹簧所施加的压力而压在摩擦板上。因为在 转子与定子之间接触的定子的表面上发生椭圆运动而在接触点处产生摩擦力，所以转子借 助该摩擦力而转动。传递构件是意在用于将转子的驱动力传递到外部设备的部件，并且传 递构件设置在转子和法兰之间。传递构件配合到转子的表面中的与具有摩擦接触点的表面 相对的一个表面。因而，该传递构件和转子一起转动。与图IOA中所示的现有的杆式振动波驱动装置中的齿轮8相比，根据第一实施例 的齿轮8沿着轴向方向较长，即，齿轮8的沿着轴4延伸的部分较长。因此，在第一实施例 中，轴4的直径大于现有装置中的轴的直径，由此获得更高的刚性。从而，振子器件9在驱 动操作期间被稳定地支撑。现在将说明齿轮8的细节。图1中所示的齿轮8包括蜗杆81 (蜗杆部分)，其用作 输出获取部分。蜗杆81和蜗轮11组合地形成蜗轮传动装置，所述蜗轮11是外齿轮(一级 齿轮)。蜗轮传动装置产生围绕与转子7的转动轴线基本垂直的轴线的转动动作。通常，蜗 轮传动装置指的是包括驱动齿轮(蜗杆)和与其啮合的斜齿轮(蜗轮)的机构。蜗杆具有 较小的直径并且在啮合点处产生沿着轴向方向的推力。蜗轮传动装置的特征在于实现较高 的减速比。根据第一实施例的蜗杆81是圆柱蜗杆，并且设置在转子7与法兰10之间。不 言自明的是，可以替代地采用如图2中所示的直径朝向其端部增大的双包络蜗杆。如果采 用双包络蜗杆，则提供与蜗轮11接触的较大的接触面积，提高了蜗杆的耐磨性。蜗杆81的输出传动直径(蜗杆81在蜗杆81与蜗轮11啮合的位置处的直径)小 于转子7的外径。这是因为以下原因。通过蜗轮传动装置的转矩传递所产生的推力Fw作 为导致齿轮8相对于轴4倾斜的力矩。因此，在较小的输出传动直径的情况下，导致齿轮8 倾斜的力矩变得较小。齿轮8在其一个端部(图1中的上端部)处配合到法兰10的底部。齿轮8还在 止动件82处配合到轴4，所述止动件82从齿轮8的内部周边向内突出。S卩，齿轮8在其轴 向的端部附近的两点处配合到轴4，该两点提供支撑件以用于抑制由推力Fw所导致的齿轮 8的方位的改变。因而，防止齿轮8相对于轴4倾斜。止动件82设置在与轴4的台阶状部 分接触的位置处。轴4的台阶状部分接收推力Fw。因而，抑制齿轮8沿着轴4的位移。在 第一实施例中，固定了齿轮8沿着轴4延伸的方向的位置。齿轮8还具有法兰部分83，所述法兰部分83与齿轮8 一体的形成，所述法兰部分 83的直径大于蜗杆81的直径。如图3中所示，径向延伸的狭缝可以设置在法兰部分83中， 以便使法兰部分83和单独地设置的光断路器12 —起形成转动传感器。在该情况下，在直 接读取以高速操作的振动波驱动装置的转动时利用蜗轮传动装置的较高的减速比，由此实 现高精度的驱动操作。不言自明，转动传感器或者可以通过将单独准备的狭缝附装到法兰 部分83而获得。在空间的实用性方面，有利的是可以自由地使用除了被蜗轮所占据的空间以外的 围绕轴4的周边空间。因此，在第一实施例中，在蜗杆81的周边的外侧上，但是在转子7的
6外部周边的内侧上，设置有电气部件13。与典型的电磁马达不同，根据本发明的第一实施例 的振动波驱动装置不受磁场影响。因此，即使例如设置有产生磁场的线圈并且磁场的某些 通量泄漏到振动波驱动装置，也没有关系。总之，在第一实施例中，用作输出传递构件的、与转子7 —起同轴地转动的齿轮8 的一部分被构造为蜗轮传动装置的蜗杆。因此，在没有增加部件的数量的情况下，振动波驱 动装置的转动轴线可以设置成与透镜镜筒的光轴基本垂直。第二实施例图4和5是根据本发明的第二实施例的振动波驱动装置的剖视图。省略了具有与 第一实施例相同的形状的元件的说明。在第二实施例中，在止动件82和轴4的台阶状部分之间(在止动件82和轴4彼 此配合的位置处)设置有空间A(间隙)。因而，齿轮8在受到由蜗轮传动装置的转矩传递 所产生的推力Fw时可沿着轴4运动。图4示出其中推力Fw作用于法兰10时的根据第二实施例的振动波驱动装置的状 态。以下，图4中所示的状态将称为第一状态。因为被压缩的压力弹簧15的力Fs和由蜗 轮传动装置所产生的推力Fw，齿轮8受到作用于法兰10的压力。借助上述的力相加所产 生的压力，齿轮8沿着轴4在推力方向上的位置被固定，使得齿轮8与法兰10接触。转子 7的相对于耐磨构件6的摩擦驱动部分(转子7的与耐磨构件6摩擦接触的部分)在上述 状态中受到由压力弹簧15的压缩量所限定的压力。图5示出其中推力Fw作用于转子7时的根据第二实施例的振动波驱动装置的状 态。以下，图5中所示的状态将称为第二状态。当由蜗轮传动装置所产生的推力Fw大于由 压力弹簧15朝向法兰10向上推动齿轮8所产生的力Fs时，齿轮8沿着轴4朝向转子7运 动并且停止在压力弹簧15的力Fs和推力Fw彼此平衡的位置处。当压力弹簧15的力Fs和 推力Fw之间的差较大时，齿轮8停止在止动件82与轴4的台阶状部分接触的位置处。在 该状态中，借助通过从推力Fw减去压力弹簧15的力Fs所得到的压力，齿轮8与轴4的台 阶状部分接触。因而，齿轮8的沿着轴4延伸的方向的位置被固定。轴4的台阶状部分设 置在这样的位置处，即，在该位置处，即使齿轮8朝向转子7运动，齿轮8的端部与转子7的 端部也没有彼此接触；并且在该位置处，维持齿轮8配合到法兰10的状态。与图4中所示 的第一状态中一样，在上述状态中，转子7的相对于耐磨构件6的摩擦驱动部分受到由压力 弹簧15的压缩量所限定的压力。因此，在第一和第二状态中的压力弹簧15的压缩量彼此不同，并且在第一和第二 状态中施加到摩擦驱动部分的压力彼此不同。具体地，在其中推力Fw作用于转子7的第二 状态(如图5中所示)中所施加到摩擦驱动部分的加压载荷大于在其中推力Fw作用于法 兰10的第一状态(如图4中所示)中所施加到摩擦驱动部分的加压载荷。特别地，本发明的第二实施例设计成使得，在振动波驱动装置施加到照相机透镜 的情况下，担负透镜镜筒的伸出和收回的转子7的转动方向变得与推Fw的方向相同。伸出 指的是其中透镜镜筒沿着突出的方向运动的操作，并且收回指的是其中透镜镜筒沿着相反 的方向(透镜镜筒容纳到照相机的本体中的方向)运动的操作。为了伸出透镜镜筒，振动波驱动装置在第二状态中操作，在所述第二状态中转子7 沿着被施加到摩擦驱动部分的加压载荷增大的方向转动。为了收回透镜镜筒，振动波驱动装置在第一状态中操作，在所述第一状态中加压载荷变得小于第二状态中的加压载荷。从 而，提供不同的驱动模式。具体地，当透镜镜筒伸出时，输出随着较大的转矩而增大，并且当 透镜镜筒收回时，输出随着较小的转矩而减小。现有的杆式振动波驱动装置构造成使得伸 出操作中和收回操作中产生的推力是基本相同的。因此，如果收回操作中的推力被减小以 防止外来物质被透镜捕获，则伸出操作中的推力不得不必然地减小。然而，在根据第二实施 例的构造中，在防止外来物质在收回操作期间被透镜镜筒捕获的同时，即使从外部施加趋 向于抑制透镜镜筒伸出的力，也实现有力的伸出操作。此外，交流电压的振幅，即，振动波驱动装置的驱动信号，根据转子7的转动方向 而改变。具体地，分别为第一状态和第二状态提供不同的、产生输入信号的脉冲宽度，由此 施加到多层压电器件3的交流电压的振幅是可变的。即，在第二状态中，施加到摩擦驱动部 分的加压载荷增大并且所产生的摩擦力增大。因此，上述的脉冲的宽度增大并且所施加的 电压的振幅增大，由此实现稳定的驱动操作。接下来，将说明第二状态中的齿轮8的特性。图6示出已经操作了一段较长的时 间的根据本发明的第二实施例的振动波驱动装置的齿轮8的方位。在图6中，为了较容易 识别，方位中的变化量与实际的该变化量相比成比例地扩大。在第二状态中，推力Fw产生横向力Fw2，所述横向力Fw2径向地作用在齿轮8配合 到轴4处的齿轮8的部分处。横向力Fw2会在齿轮8配合到轴4处的齿轮8的部分处导致 摩擦或变形。此外，推力Fw作为力矩而趋向于使齿轮8围绕在齿轮8配合到法兰10处的 齿轮8的部分顺时针转动。结果，齿轮8在图6中所示的稳定方位中转动。当在集中在围绕轴4的周边区域的剖视图中检查这种状态时，压力弹簧15在蜗轮 11附近的部分处被更大程度地压缩。因此，在为将转子7压在耐磨构件6上所施加的载荷 中有稍些不均勻性，在摩擦驱动部分处产生压力图案(pressure pattern)。此外，转子7的 轴线被推向与蜗轮11的侧相对的一侧。结果，趋向于出现与转动同步的速度变化，导致不 稳定的驱动操作。在摩擦驱动部分处出现压力型式且转子7的轴线如上所述位移的状况中，基于整 个振动波驱动装置而确定这样的转子7的方位，所述转子7的方位在驱动操作期间允许转 子7与没有被齿轮8约束的轴线一起稳定地转动。具体地，如图7中所示，可以在转子7的 圆形凹陷部7c与齿轮8的圆筒状突起8c之间或者在转子7的圆形孔7h中的每个与齿轮8 的柱状突起8h中的相对应的一个之间设置有大于齿轮8的方位的改变量的间隙(空隙)。 圆形凹陷部7c和圆形孔7h是转子7相对于齿轮8的配合部分，并且圆筒状突起8c和柱状 突起8h是齿轮8相对于转子7的配合部分。图8A和8B是分别示出转子7和齿轮8的端面的形状的透视图。图8A示出齿轮 8的端面，在所述端面上在与齿轮8的轮廓同心的虚圆上设置有以90度的间隔的四个柱状 突起8h。图8B示出转子7，其中圆形孔7h与柱状突起8h相对应地设置，每个圆形孔7h的 直径都相对于相对应的柱状突起8h设有足够的间隙。在以90度的间隔设置圆形孔7h和 柱状突起8h的情况下，转矩确信地通过柱状突起8h中的至少一个从转子7传递到齿轮8。图8C示出沿着轴向方向看到的彼此配合的转子7和齿轮8的状态。转子7通过 实线示出，并且齿轮8的轮廓通过虚线示出。在图8C中，齿轮8在向上位移的情况下相对 于转子7偏心。可容许的最大偏心量与在每个圆形孔7h和相对应的柱状突起8h之间的半径的差相对应。具体地，在圆形孔7h和柱状突起8h之间设置有大约0. Imm至0. 3mm的间 隙。转矩通过柱状突起8h中的某些从转子7传递到齿轮8。当转子7沿着图8C中所示的 箭头方向转动时，转矩通过图8C中的右侧所示的柱状突起8h中的一个传递。换言之，柱状 突起8h的数量和在柱状突起8h与圆形孔7h之间的间隙被适当地调节。总之，在转子7的每个配合部分和齿轮8的相对应的配合部分之间设置有特定的 间隙的情况下，被驱动的转子7没有受到沿着径向方向约束其方位的力。因此，不管齿轮8 的方位中的变化，转子7都通过自身找到其轴线的方位以被稳定地驱动，由此维持平滑的 驱动操作。第三实施例图9A是示出根据本发明的第三实施例与摄像装置相对应的照相机的外观的透视 图。照相机包括透镜镜筒40。图9B是驱动透镜镜筒40的机构的示意图。在图9B中，根据第三实施例的照相机在透镜镜筒40的一侧上包括根据以上实施 例中的任一个实施例的振动波驱动装置和减速齿轮20a至20c。振动波驱动装置的输出通 过减速齿轮20a至20c而传递到设置在透镜镜筒40上的齿轮30，由此透镜镜筒40沿着光 轴的方向运动。第三实施例采用三个减速齿轮20a至20c以减小蜗轮11的转动输出并且 传递已减小的输出到透镜镜筒40的齿轮30。减速齿轮的数量可以根据透镜镜筒40的伸出 速度和收回速度而改变。或者，可以省略这些减速齿轮，并且可以通过将蜗轮11构造成直 接与透镜镜筒40的齿轮30啮合而驱动透镜镜筒40。在根据本发明的实施例中的任一个实施例的振动波驱动装置中，用作输出传递构 件的齿轮8的一部分形成蜗轮传动装置的蜗杆81并且与蜗轮11啮合。因此，围绕沿着照 相机的竖直方向延伸的轴线的转动被转化成围绕沿着光轴延伸的轴线的转动。因此，如在 第三实施例中，振动波驱动装置可以设置成与光轴基本垂直(即，振动波驱动装置的转动 轴线可以设置成与透镜镜筒的光轴基本垂直)。虽然图9B中所示的振动波驱动装置设置在减速齿轮20a至20c的一侧上，如果振 动波驱动装置和减速齿轮20a至20c沿着光轴布置成一行，则可以实现紧凑的布置。虽然已经参照示例性实施例说明本发明，但应理解本发明不受所公开的示例性实 施例限制。以下权利要求的范围将与最广泛的解释一致，从而包含所有这些修改和等同结 构以及功能。
权利要求
一种振动波驱动装置，其包括振子，其构造成产生振动；转子，其构造成与所述振子摩擦接触并且绕转动轴线转动；和传递构件，其构造成绕所述轴线转动并且将所述转子的转动传递到外部部件，其中，所述传递构件的一部分形成蜗轮传动装置的蜗杆部分。
2.根据权利要求1所述的振动波驱动装置，其中，所述传递构件设置在所述转子和一 附装部分之间，在所述附装部分处所述振子附装到所述外部部件。
3.根据权利要求2所述的振动波驱动装置，其中，所述蜗杆部分的传动直径小于所述 转子的外径。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的振动波驱动装置，还包括轴构件，其提供所述轴线并且具有台阶状部分，其中，所述传递构件具有止动件，所述止动件构造成配合到所述台阶状部分，并且限制 所述传递构件相对于所述轴构件的倾斜和沿着所述轴构件位移的量。
5.根据权利要求4所述的振动波驱动装置，其中，在所述止动件和所述台阶状部分之 间设置有间隙，使得所述传递构件能沿着所述轴构件运动。
6.根据权利要求1所述的振动波驱动装置，其中，在所述转子的配合到所述传递部分 的配合部分和所述传递构件的配合到所述转子的配合部分之间设置有间隙。
7.根据权利要求1所述的振动波驱动装置，其中，所述蜗杆部分是双包络类型的蜗杆， 其具有朝向其端部增大的直径。
8.根据权利要求1所述的振动波驱动装置，其中，所述传递构件具有一体地形成在所 述传递构件上的突起，所述突起的直径大于所述蜗杆部分的直径，所述突起具有径向地延 伸的狭缝。
9.一种摄像装置，其包括透镜镜筒；和根据权利要求1所述的振动波驱动装置，其设置成与所述透镜镜筒的光轴基本垂直。
10.根据权利要求9所述的摄像装置，其中，所述传递构件设置在所述转子和一附装部 分之间，在所述附装部分处所述振子附装到所述外部部件。
11.根据权利要求10所述的摄像装置，其中，所述蜗杆部分的传动直径小于所述转子 的外径。
12.根据权利要求9所述的摄像装置，还包括轴构件，其用作所述轴线并且具有台阶状部分，其中，所述传递构件具有止动件，所述止动件构造成配合到所述台阶状部分，并且限制 所述传递构件相对于所述轴构件的倾斜和沿着所述轴构件位移的量。
13.根据权利要求12所述的摄像装置，其中，在所述止动件和所述台阶状部分之间设 置有间隙，使得所述传递构件能沿着所述轴构件运动。
14.根据权利要求9所述的摄像装置，其中，在所述转子的配合到所述传递部分的配合 部分和所述传递构件的配合到所述转子的配合部分之间设置有间隙。
15.根据权利要求9所述的摄像装置，其中，所述蜗杆部分是双包络类型的蜗杆，其具 有朝向其端部增大的直径。
16.根据权利要求10所述的摄像装置，其中，所述传递构件具有一体地形成在所述传 递构件上的突起，所述突起的直径大于所述蜗杆部分的直径，所述突起具有径向地延伸的狭缝。
全文摘要
本发明涉及一种振动波驱动装置和具有振动波驱动装置摄像装置。该振动波驱动装置包括振子，其构造成产生振动；转子，其构造成与振子摩擦接触并且绕转动轴线转动；和传递构件，其构造成绕轴线转动并且将转子的转动传递到外部部件。传递构件的一部分形成蜗轮传动装置的蜗杆部分。
文档编号G03B17/04GK101931340SQ20101021740
公开日2010年12月29日 申请日期2010年6月23日 优先权日2009年6月23日
发明者和田宏之, 大屋贵弘, 寺田修一, 森敬夫, 竹下滋 申请人:佳能株式会社