专利名称：超声波马达和镜头驱动设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及超声波马达，其被构造为使振子产生椭圆振动并且对压靠被驱动构件的振子进行驱动。
背景技术：
超声波马达的特征在于，例如无噪声操作、以从低速到高速的不同速度水平驱动物体的能力以及高扭矩输出。为了充分利用这些特征，传统地，超声波马达用作例如照相机和镜头的驱动源。日本特许第4667839号公报论述了如下的超声波马达:该超声波马达包括多个振子和具有转动轴的环状的被驱动构件。振子以如下方式布置于环状的被驱动构件:振子以预定间隔分隔开并且以与被驱动构件摩擦接触的方式压靠被驱动构件。当在与被驱动构件摩擦接触的每个振子处激发超声波振动时，在振子的与被驱动构件接触的部分产生椭圆运动，并且绕转动轴转动地驱动被驱动构件。通过利用板簧经由保持构件和加压构件对振子的中性轴(neutral axis)附近的部分施力得到振子对被驱动构件的加压力，振子的中性轴附近的部分与设·置在振子的中央附近的振动节点相对应。接着，利用布置在板簧的固定部附近的螺钉和调整垫圈对该加压力进行调整。然而，上述日本特许第4667839号公报论述的超声波马达中的振子的保持机构由多个部件构成从而具有复杂的结构。特别地，支撑轴应该位于振子的中性轴附近的位置以将振子保持在稳定地压靠被驱动构件的状态。存在大量部件并且对部件的组装是复杂的。另外，该超声波马达在结构中使用大的压电元件，由此导致了成本的增加。
发明内容
本发明旨在如下的超声波马达:该超声波马达被构造为通过由振子产生的椭圆振动对被驱动构件进行驱动，并且能够用简单结构使振子稳定地压靠被驱动构件。根据本发明的方面，一种超声波马达，其包括:振子，其被构造为产生椭圆振动；被驱动构件，其被构造为由所述振子驱动，其中，根据所述振子的椭圆振动来驱动所述被驱动构件；保持部件，其用于保持所述振子；和加压部件，其用于使所述振子压靠所述被驱动构件，其中，所述保持部件包括第一保持构件和第二保持构件，所述第一保持构件被构造为保持所述振子，所述第二保持构件被构造为使所述振子压靠所述被驱动构件，所述第一保持构件和所述第二保持构件能沿与所述被驱动构件和所述振子的接触面垂直的方向相对移动。通过下面参照附图对示例性实施方式的详细说明，本发明的其它特征和方面将变得明显。
包含于说明书并构成说明书的一部分的附图示出了本发明的示例性实施方式、特征以及方面，并和说明书一起用于解释本发明的原理。
图1是示出根据本发明的第一示例性实施方式的整个超声波马达的立体图。图2是示出根据第一示例性实施方式的超声波马达在分解状态下的立体图。图3是示出根据第一示例性实施方式的振动板和第一保持构件如何彼此连结的放大立体图。图4A和图4B是示出根据第一示例性实施方式的各构件在组装状态下的放大剖视图。图5是示出在转子倾斜时根据第一示例性实施方式的超声波马达的放大剖视图。图6A和图6B是示出根据本发明的第二示例性实施方式的各构件在组装状态下的放大剖视图。图7示出将超声波马达安装到镜筒中时的截面。
具体实施方式
以下将参照附图对本发明的各示例性实施方式、特征以及方面进行详细说明。下面,用于实施本发明的不例性实施方式将被描述为第一不例性实施方式和第二示例性实施方式。在下面的说明中，将参照图1至图5对本发明的第一示例性实施方式进行说明。根据本示例性实施方式的超声波马达是用作驱动例如数字式照相机的镜筒用的致动器的转动驱动型马达的示例。图1和图2示出根据本发明的第一示例性实施方式的超声波马达。图1是示出整个超声波马达的立体图。图2是示出图1所示的超声波马达在分解状态下的立体图。在图1和图2中，用相同的附图标记表示相同的构件。在本示例性实施方式中，转子101与被驱动构件对应并且包括接触面101a，下面将要说明的振子与接触面IOla摩擦接触。振动板102以与接触面IOla摩擦接触的方式保持在压靠接触面IOla的状态。压电元件103通过例如粘合剂压接到振动板102。在振动板102和压电元件103彼此压接的状态下，通过施加电压能够产生椭圆运动。振动板102和压电元件103形成振子。在本示例性实施方式中，转子101被三组振子转动驱动。在图1中，为使图示简化，仅对三组振子中的一组振子标示了附图标记。第一保持构件104将振子保持到下文将说明的环构件107。缓冲件105吸收压电元件103的振动并且由例如毡制成。第二保持构件106经由缓冲件105使振子压靠转子101。第二保持构件106布置在形成于第一保持构件104的中央部分的开口部104b(图4A)中。在本示例性实施方式中，环构件107与基台对应并且保持例如第一保持构件104、第二保持构件106以及下文将说明的加压轴108和板簧109。加压轴108安装于环构件107的孔部107a中。加压轴108被保持为仅能在垂直于接触面IOla的方向上移动，并且加压轴108通过下文将说明的板簧109经由缓冲件105和第二保持构件106使振子压靠转子101的接触面101a。板簧109的两端通过两个螺钉110固定到环构件107并产生加压力。加压轴108和板簧109与加压单元对应。这样，上述各构件被组装以用作超声波马达。当将超声波马达安装在例如实际的镜筒中时，在转子101连接到调焦机构或变焦机构的情况下驱动转子101。接着，将对超声波马达的组成构件进行详细说明。图3是示出图1和图2所示的振动板102与第一保持构件104如何彼此连结的放大立体图。图3示出从转子101的方向观察的振动板102和第一保持构件104，S卩，以上下倒置的状态示出振动板102和第一保持构件104。参照图3，在振动板102的中央平板部102a形成两个突起部102b。突起部102b的底面、即与转子101的接触面IOla接触的两个面形成于同一平面中并且在制造时通过例如抛光处理被加工为平滑表面以改进与接触面IOla的接触状态。另一方面，压电元件103通过例如粘合剂压接到平板部102a的背面侧。该压电元件103由层叠为一体的多层压电元件膜构成。随后，经由接合到压电元件103的柔性印刷电路板(未示出)施加期望的交流电压，由此在振动板102处激发两个振动模式。此时，通过以能够在两个振动模式的振动相位之间产生期望的相位差的方式对施加的交流电压进行设定，在突起部102b处产生如图3中的箭头所示的椭圆振动。这些椭圆振动产生于图1和图2所示的三个振子处并且被传递到转子101的接触面101a，以使转子101能够被转动地驱动。压电元件103的层叠结构和振动模式的细节与日本特开2004-304887号公报所论述的相同，所以这里将省略其详细说明。接着，在振动板102的待接合到平面部104a的两端附近形成两个接合部102c，平面部104a形成在第一保持构件104的两端并且升高一个台阶。振动板102通过例如熔接或粘接在这些接合部102c处接合到第一保持构件104。两个臂部102d形成在两个接合部102c和平板部102a之间。振子经由这些臂部102d固定到第一保持构件104。如图3所示，臂部102d以相对于平板部102a和接合部102c足够窄的方式成形，并且被构造为妨碍平板部102a处所产生的振动传递到接合部102c。换言之，臂部102d用来连接第一保持构件104和振动板102，同时防止第一保持构件104受到平板部102a处所产生的振动的干涉。第一保持构件104包括开口部104b (图4A)，该开口部104b形成于第一保持构件104的与压电元件103相对的部分，并且第一保持构件104被构造为允许通过第二保持构件106经由缓冲件105传递加压力。将参照图4A和图4B所示的剖视图说明详细情形。图4A和图4B是示出处于组装状态的各构件的放大剖视图，并且图4A和图4B是以放大方式仅示出三个振子中的一个振子的放大剖视图。其它两个振子被构造成与所示的振子相同，所以这里不再重复其说明。图4A是沿包含了图3所示的振动板102的两个突起部102b的中心连线的面截取的剖视图。图4B示出与图4A所示的截面垂直并且通过图4A所示的截面的中心的截面。参照图4A，中心线201定位成距振动板102的两个突起部102b相同的距离并且与转子101垂直地延伸。另外，参照图4B，中心线202通过突起部102b的中心并且与转子101垂直地延伸。突起部102b的底面与转子101的接触面IOla接触并且是与接触面IOla摩擦接触。压电元件103接合至振动板102。另外，振动板102通过两个平面部104a和位于振动板102两端的接合部102c接合到第一保持构件104。接着，在第一保持构件104的中央附近形成开口部104b，并且开口部104b以缓冲件105和第二保持构件106能够进入开口部104b的方式定位。第一保持构件104的轴部104c和第二保持构件106的轴部106b通过分别被装配到环构件107的孔部107b和107c中进行定位，使得第一保持构件104和第二保持构件106均构造成能沿中心线201的方向移动。因此，如图4A和图4B所示， 第一保持构件104和第二保持构件106被构造成在二者之间形成微小的间隙，以防止第一保持构件104和第二保持构件106彼此接触。凸部106e形成于第二保持构件106的上侧中央附近，凸部106e由通过朝纸的背面推图4A所示的圆203而成形的圆筒形状的部分表面来限定。接着，位于加压轴108的下端的平面部与凸部106e接触。因此，在图4A中，凸部106e和加压轴108彼此点接触，使得第二保持构件106和加压轴108被构造成可倾斜以围绕圆203的中心转动。然而，第二保持构件106的轴部106b通过装配在环构件107的孔部107c中进行定位，使得第二保持构件106和加压轴108被构造成在可在装配游隙范围内略微倾斜。在图4B中，由于凸部106e由圆筒面限定，所以凸部106e和加压轴108彼此线接触，使得第二保持构件106和加压轴108被构造成在该线接触的方向上不倾斜。接着，将加压轴108装配在形成于环构件107的中央附近的孔部107a中，并且加压轴108被保持为仅能在中心·线201的方向上移动。板簧109在加压且变形的状态下与加压轴108的上侧的凸部接触。板簧109的两端通过螺钉110固定到环构件107。于是，由于板簧109的变形而产生的加压力能够经由加压轴108、第二保持构件106以及缓冲件105传递至与压电元件103接合为一体的振动板102，从而将该加压力施加至转子101。板簧109被成形为沿圆弧延伸并且由尽可能长且薄的板材制成，从而使板簧109具有小的弹簧系数。结果，即使在部件间产生误差，也能够将加压力的变化减小到小的程度。在本示例性实施方式中，用于定位保持振动板102的第一保持构件104和用于加压保持振动板102的第二保持构件106被分开设置，并且第一保持构件104和第二保持构件106被构造为仅能在垂直于转子101的方向上相对移动。因此，能够在从振动板102的两端附近的、几乎不受振动板102的振动影响的接合部102c处保持振动板102的状态下经由压电元件103和缓冲件105对振动板102的上表面侧的中央附近的部分进行加压。另外，本示例性实施方式以如下方式构造:即使压电元件103或缓冲件105在厚度上具有个体差异，该差异也可以由第二保持构件106的可动机构吸收，从而改善批量生产性。另外，即使由于掉落事故或冲击而施加使转子101和环构件107之间的距离减小的力，该力也可以由第一保持构件104和第二保持构件106的可动机构吸收，从而避免对振动板102施加破坏力以防止振动板102受损。另外，这种力能够由第二保持构件106经由缓冲件105直接接收，从而防止振动板102和压电元件103受损。在本示例性实施方式中，第一保持构件104和第二保持构件106由例如塑料树脂制成。特别地，由于第一保持构件104直接接合到振动板102，因此第一保持构件104由对振动的阻尼能力较高的材料制成。通常，诸如金属等高刚性材料对振动的阻尼能力低。另一方面，诸如橡胶等刚性较差的材料对振动的阻尼能力高，因此能够更快地停止振动。然而，近年来，已经开发了在保持刚性的同时具有高的振动阻尼能力的各种材料作为塑料树脂。另一方面，在超声波振动过程中，保持振子的周围部件可能由于受振动影响而产生可听见的异常噪声。然而，在本示例性实施方式中，具有高阻尼能力的上述材料被用于第一保持构件104，使得第一保持构件104能够吸收从振动板102传递的振动。因此，能够防止第一保持构件104自身成为产生异常噪声的来源。另外，振动不会传递到诸如被连结的环构件107等其它构件，使得第一保持构件104能够防止其它构件成为产生异常噪声的来源。
第二保持构件106经由能够非常大量地吸收振动的缓冲件105与压电元件103接触，使得大部分振动在缓冲件105内被阻尼，从而使传递到第二保持构件106的振动很少。因此，由于第二保持构件106被构造成直接接收加压力，所以第二保持构件106由具有较高强度的材料制成。根据如上所述构造的本示例性实施方式，能够以低成本且简单的结构使振子稳定地压靠被驱动构件，而不像传统示例那样需要复杂的调整机构和定位机构。图5是与图4A对应的剖视图，图5示出了转子101倾斜时的超声波马达。在图5中，振动板102的突起部102b跟随转子101的接触面101a，从而能够保持与转子101的摩擦接触状态。此时，包括振动板102和压电元件103的振子根据转子101的倾斜而倾斜，这使得连结到振子的第一保持构件104倾斜。另外，第二保持构件106通过围绕由圆筒面限定的凸部106e的圆筒形状的中心转动而跟随振子的倾斜，从而经由缓冲件105倾斜。因此，即使由于各部件的尺寸误差或组装误差而产生倾斜，或者即使由于驱动时的振动或干扰而产生倾斜，均能够在两个突起部102b处保持稳定的摩擦接触状态。换言之，能够提高振子相对于转子101的平衡性(equalization)。在图5的图示中，为了便于更好地理解倾斜状态，以放大的倾斜量示出了倾斜。实际的倾斜量仅为与将第一保持构件104和第二保持构件106装配于环构件107时 的游隙相对应的量。这样，本示例性实施方式以如下方式构造:保持振动板102的第一保持构件104和第二保持构件106被分开设置，从而能够用简单的结构使振子稳定地压靠被驱动构件。本示例性实施方式以如下方式构造:经由缓冲件105对压电元件103的中央附近的大区域进行加压，但本示例性实施方式可以以如下方式构造:仅在第二保持构件106的与振动节点相对应的部分设置突起，从而仅对压电元件103的在节点附近的部分进行加压。在这种情况下，能够进一步防止第二保持构件106受到压电元件103的振动的干扰，从而能够减少功率消耗。另外，本示例性实施方式以如下方式构造:第一保持构件104和第二保持构件106由考虑到强度和振动阻尼能力而选择的塑料树脂制成。然而，即使在将诸如金属等刚性更高的材料用于第一保持构件104和第二保持构件106中的每一方的情况下，通过对形状进行改善以使构件的厚度、构件的长度和构件的截面形状最优化并且将各个部件配置成不具有接近振子的驱动频率的谐振点，也能够减少由于振动而产生的异常噪声。另外，第一示例性实施方式是基于转动驱动的示例进行说明的，但不限于此。例如，第一示例性实施方式也可以适用于直线驱动。在下面的说明中，将对第二示例性实施方式进行说明。第二示例性实施方式是第一示例性实施方式的变型，并且第二示例性实施方式是将第二保持构件106的装配在环构件107的孔部107c中的轴部106b从第一示例性实施方式移除的示例。图6A和图6B是示出处于组装状态的各个构件的放大剖视图。图6A和图6B分别与图4A和图4B对应。在图6A和图6B中，与第一不例性实施方式类似的构件用相同的附图标记表示，并且下文中将不会重复对这些构件的详细说明。参照图6A，第二保持构件301以装配在形成于第一保持构件104的中央附近的开口部104b中的方式布置，并且第二保持构件301以仅能在沿着中心线201和202的方向上移动的方式构造。其它部件与第一示例性实施方式类似，并且以随着转子101的倾斜而倾斜的方式构造。
第二保持构件301不具有轴部，因此，与第一示例性实施方式相比，第二保持构件301的结构更简单。这种结构上的简化改善了制造中的批量生产性，并且使得不仅能够选择塑料树脂而且能够从包括金属和陶瓷的宽范围的材料中选择任何一种作为第二保持构件301的材料。另外，当转子101如图5所示倾斜时，第一示例性实施方式以第一保持构件104和第二保持构件106经由振子分别倾斜的方式构造。然而，根据第二示例性实施方式，由于第二保持构件301装配在第一保持构件104中，第二保持构件301能够根据第一保持构件104的倾斜而倾斜，从而允许第一保持构件104和第二保持构件301彼此一体地倾斜。< 镜筒 >图7示出当例如图1和图2所示的超声波马达作为超声波马达400被安装到镜筒中时的截面。超声波马·达400被布置为用于驱动镜筒中的聚焦透镜组的致动器。镜筒基本为回转对称，由此图7仅示出该构造的上半部。另外，为了简化图示，图7未示出除了聚焦透镜组G1、G2和G3以外的透镜以及镜筒。另外，图7所示的镜筒是可拆装地安装到可互换镜头型照相机的镜筒。参照图7，直线L表示镜筒的光轴。超声波马达400包括位于左侧的转子单元和位于右侧的定子单元，其中转子单元能围绕光轴L转动。固定筒401、402、403和404通过例如未示出的螺钉进行连结。固定筒403保持超声波马达400的定子单元，固定筒404将超声波马达400的转子单元保持在能转动状态。缓冲件405固定到超声波马达400的转子单元并且与转子单元一体地转动。转动构件406也与转子单元和缓冲件405 —体地转动。能围绕中心线CLl转动的转动辊407和与转子单元一体地转动的转动构件406接触。转动棍保持构件408是可转动地保持转动棍407并且能围绕光轴L转动的构件。摄影者可以直接操作的调焦构件409能围绕光轴L转动。凸轮筒410包括形成于其上的凸轮槽，凸轮筒410经由形成于固定筒404的槽部(未示出)与转动辊保持构件408连结，同时凸轮筒410围绕光轴L转动。与凸轮筒410的凸轮槽接合的轴构件411通过螺钉412固定到下面将说明的聚焦镜筒414。固定筒413包括形成于其上的直线槽，固定筒413固定到固定筒404。另外，固定筒413在直线槽处与轴构件411接合，轴构件411根据凸轮筒410的转动运动沿着直线槽直线地移动。保持聚焦透镜组Gl、G2和G3的聚焦镜筒414被布置成能通过轴构件411相对于固定筒413沿直线移动。在图7中，聚焦镜筒414仅由单个的轴构件、即轴构件411保持，但实际上，聚焦镜筒414由彼此基本上均匀地间隔开的三个或更多个轴构件保持。在上述构造中，当超声波马达400的转子单元转动时,转动构件406也与转子单元一体地转动，并且转动辊407也相应地转动。此时，由于调焦构件409与固定筒403和404之间的摩擦，所以调焦构件409不运动。于是,根据转动棍407的滚动运动,转动棍保持构件408围绕光轴L转动，于是聚焦镜筒414经由凸轮筒410和固定筒413沿直线移动。另一方面，当操作调焦构件409时，超声波马达400的转子单元由于摩擦而不运动，因此，一体地跟随转子单元的转动构件406也不运动。于是，转动辊407的滚动运动使得聚焦镜筒414以与超声波马达400的转子单元转动时的操作类似的方式沿直线运动。上面已经基于将超声波马达安装到镜筒中的示例说明了构造。在这方面，镜筒可以是独立于包括电荷耦合器件(CCD)传感器或互补金属氧化物半导体(CMOS)传感器的设备的、在市场上单独出售的镜筒，也可以是安装在包括CCD传感器或CMOS传感器的设备中的、与上述设备一体地出售的镜筒。
虽然已经参照示例性实施方式说明了本发明，但是可以理解的是，本发明并不限于所公开的示例性实施方式。所附权利要求书的范围应符合最宽泛的解释，以包含所有的变型、等同结构和功能。
权利要求
1.一种超声波马达，其包括: 振子，其被构造为产生椭圆振动； 被驱动构件，其被构造为由所述振子驱动，其中，根据所述振子的椭圆振动来驱动所述被驱动构件； 保持部件，其用于保持所述振子；和 加压部件，其用于使所述振子压靠所述被驱动构件， 其中，所述保持部件包括第一保持构件和第二保持构件，所述第一保持构件被构造为保持所述振子，所述第二保持构件被构造为使所述振子压靠所述被驱动构件， 所述第一保持构件和所述第二保持构件能沿与所述被驱动构件和所述振子的接触面垂直的方向相对移动。
2.根据权利要求1所述的超声波马达，其中，所述第一保持构件在所述振子的两端附近保持所述振子，所述第二保持构件在所述振子的中央附近保持所述振子。
3.根据权利要求1所述的超声波马达，其中，所述第一保持构件包括开口部，所述第二保持构件被布置在所述开口部中。
4.根据权利要求1所述的超声波马达，其中，所述第一保持构件由对所述振子的振动的阻尼能力比所述第二保持构件对所述振子的振动的阻尼能力高的材料制成。
5.根据权利要求4所述的超声波马达，其中，所述第二保持构件由强度比所述第一保持构件的强度高的材料制成。
6.根据权利要求1至5中的任一项所述的超声波马达，其中，所述超声波马达还包括基台，所述基台被构造为保持所述第一保持构件、所述第二保持构件和所述加压部件， 所述第一保持构件和所述第二保持构件能相对于所述基台倾斜。
全文摘要
超声波马达和镜头驱动设备。一种超声波马达，其包括振子，其被构造为产生椭圆振动；被驱动构件，其被构造为由振子驱动，其中根据振子的椭圆运动来驱动被驱动构件；保持单元，其被构造为保持振子；和加压单元，其被构造为使振子压靠被驱动构件，其中，保持单元包括第一保持构件和第二保持构件，第一保持构件被构造为保持振子，第二保持构件被构造为使振子压靠被驱动构件，第一保持构件和第二保持构件能沿与被驱动构件和振子的接触面垂直的方向相对移动。
文档编号H02N2/10GK103227585SQ20131003285
公开日2013年7月31日 申请日期2013年1月29日 优先权日2012年1月30日
发明者山崎亮, 追川真 申请人:佳能株式会社