线性超声波马达及包括该线性超声波马达的光学设备的制作方法
【专利摘要】线性超声波马达及包括该线性超声波马达的光学设备。小型线性超声波马达，其包括：振动元件，其通过所施加的高频驱动电压而产生超声波振动；滑动件，所述振动元件压靠该滑动件，并且所述滑动件通过所述超声波振动相对移动；振动元件支撑构件，其保持所述振动元件并且相对于所述滑动件相对移动；引导部，其引导所述振动元件支撑构件的相对移动的移动方向；和加压部，其使所述振动元件压靠所述滑动件，其中，所述加压部被配置成使得所述加压部的至少一部分与所述引导部在所述加压方向上重叠并且所述加压部被所述引导部夹在中间。
【专利说明】线性超声波马达及包括该线性超声波马达的光学设备
【技术领域】
[0001] 本发明涉及超声波马达，特别涉及线性驱动超声波马达以及包括该线性驱动超声 波马达的光学设备。
【背景技术】
[0002] 已知如下的技术：在传统的线性驱动超声波马达(下文中，称作线性超声波马达） 中，采用了用于通过施加高频电压来产生超声波范围内的周期性振动的压电元件作为振动 元件，并且通过这种振动来驱动压靠着振动元件的滑动构件。
[0003] 例如，作为线性超声波马达的示例是在日本特开2001-292584号公报中公开的 构造。该构造具有支撑振动体(本发明中的振动元件）的振动节点部（vibration node portion)的功能，以及向振动体加压以在振动体与轨道(本发明中的滑动构件)之间产生摩 擦力的功能。通过使用一个弹簧构件和多个橡胶片材并使弹簧构件经由橡胶片材结合到固 定板与振动体之间实现了这些功能。振动元件压靠着轨道。结果，振动体的超声波振动以 摩擦方式驱动轨道。此时，在轨道的与接触振动体的部分相反的表面上配置转动构件，并且 该转动构件以使得轨道能够在减小轨道的滑动阻力的状态下移动的方式支撑轨道。由此将 轨道夹在振动体与转动构件之间，从而实现了压接力被封闭在固定板与轨道之间的构造。
[0004] 在采用如日本特开2001-292584号公报中公开的构造的情况下，转动构件、轨道、 振动体、弹簧构件和固定板在加压方向上串联地配置。该配置产生了使得包括驱动单元和 被驱动单元的马达的厚度增加的问题。
【发明内容】
[0005] 鉴于这种问题做出本发明，并且本发明的目的是实现一种加压方向上的厚度减小 的紧凑型线性超声波马达。
[0006] 为实现该目的，本发明是一种线性超声波马达，其包括：振动元件，其通过所施加 的高频驱动电压而产生超声波振动；滑动件，所述振动元件压靠该滑动件，并且所述滑动件 通过所述超声波振动相对移动；振动元件支撑构件，其保持所述振动元件并且相对于所述 滑动件相对移动；多个引导部，其引导所述振动元件支撑构件的相对移动的移动方向；和 加压部，其使所述振动元件压靠所述滑动件，其中，所述加压部被配置成使得所述加压部的 至少一部分与所述引导部在加压方向上重叠并且所述加压部被所述引导部夹在中间。
[0007] 本发明的另一方面是一种光学设备，其包括上述的线性超声波马达。
[0008] 本发明能够提供一种线性超声波马达，其实现了加压方向上的厚度的减小，而不 会减小输出、驱动效率和驱动量。
[0009] 从下面参照附图对示例性实施方式的说明，本发明的其它特征将变得明显。
【专利附图】
【附图说明】
[0010]图1示出了在数字相机中采用根据本发明的实施方式的线性超声波马达的模式， 并且图1是聚焦驱动机构的主要部分立体图。
[0011] 图2A和图2B是示出图1所示的实施方式中的振动元件、连接构件和压电元件之 间的位置关系的图；图2A是主要部分立体图。
[0012] 图3是示出图1所示的实施方式中的结合有线性超声波马达的透镜保持构件的整 个驱动机构的主要部分立体图。
[0013] 图4是沿着通过图3所示的构造中的加压弹簧的中心并且与光轴垂直的方向截取 的截面图。
【具体实施方式】
[0014] 下面将根据附图详细说明本发明的优选实施方式。
[0015] 以下将要说明的线性超声波马达是如下情况的示例：其中，马达被用作用于驱动 数字相机的透镜保持构件的致动器并且被封装（packaged)成一个单元。然而，本发明的应 用模式不限于此。
[0016] 在本说明中，为了阐明线性超声波马达的结构和操作，以附图中的相同部件采用 了相同附图标记的方式进行了说明。沿着后述的光轴0的方向被定义为X轴。沿着振动元 件的被接触部的法线的方向被定义为Z轴。与X轴和Z轴垂直的方向被定义为Y轴。因 此，后述的图1、图2A和图3被表示为具有X轴、Y轴和Z轴的三维图。图2B被表示为具有 X-Z坐标系的二维平面图。图4被表示为具有Y-Z坐标系的二维平面图。这些涉及X、Y和 Ζ的坐标系是为了图示的方便。实际的发明不受这些定义的限制。
[0017] 实施方式1
[0018] 图1是示出了作为本发明的实施方式并且被用作应用于数字相机的聚焦驱动机 构的线性超声波马达的主要部分立体图。振动板101在被接触部101a处通过熔接固定于 连接构件102的各接触部102a。振动元件包括振动板101、连接构件102和压电元件103。
[0019] 图2A是示出包括振动板101、连接构件102和压电元件103的振动元件的主要部 分立体图。如图2A所示，压电元件103利用公知的粘合剂固定于振动板101。压电元件103 被构造为通过高频电压的施加使得振动板101在作为X轴方向的长边方向上和作为Y轴方 向的短边方向上共振。结果，如图2B中的箭头所示，形成于振动板101的压接部101b的末 端产生了椭圆运动。通过改变施加到压电元件103的高频电压的频率和相位从而适当地改 变椭圆运动的转动方向和椭圆率，能够产生期望的运动。就是说，高频驱动电压的施加使得 振动元件产生超声波振动。压接部l〇lb压靠作为对应部件并且起到相对滑动构件作用的 滑动件（图1中的附图标记104)。压接部101b的椭圆运动作为摩擦力并接着作为驱动力被 传递到所接触的滑动件104。因此，滑动件104能够通过超声波振动沿着光轴0 (图中的X 轴）相对于振动元件相对地移动。支撑振动元件的振动元件支撑构件也通过振动元件相对 于滑动件104相对地移动。
[0020] 图1示出了振动元件支撑构件105。固定有振动板101的连接构件102在螺配部 102b处利用四个螺钉106固定至规定的位置。加压板107被构造为以使后述的弹性构件 108夹在加压板107和压电元件103之间的方式对压电元件103进行加压和保持。弹性构 件108可以是由例如橡胶制成并具有均一厚度的片状部件。弹性构件108的这种配置可以 带来如下的有益效果：使由后述的加压板107施加给振动元件的加压力适当地分散。
[0021] 图示了加压弹簧保持构件110、加压弹簧111和加压弹簧基板112。加压弹簧保持 构件110和加压弹簧基板112以加压弹簧111处于二者之间的状态进行配置。加压弹簧基 板112支撑加压弹簧111的一端。加压弹簧保持构件110支撑加压弹簧111的另一端。加 压弹簧保持构件的一部分嵌入加压弹簧111中。因此，加压弹簧111被稳定地夹在加压弹 簧基板112与加压弹簧保持构件110之间。
[0022] 进行如下构造：使得加压弹簧111能够在加压弹簧基板112与加压弹簧保持构件 110之间、在作为加压方向的Z轴上伸缩。加压弹簧基板112与振动元件支撑构件105的面 对支撑着加压弹簧111的部分的表面接触，由此限制在加压方向上的移动。在本实施方式 中，采用了在中央处具有获得加压力用的通孔的所谓的碟形弹簧（disc spring)。然而，该 构造不限于此。可选地，只要能够在后述的安装之后确保压缩状态，任何构造都可以采用。 优选地，通过使加压弹簧保持构件110的一部分插入到通孔中，能够限制弹簧在除了加压 方向之外的其他所有方向上的移动。这种插入实现了期望的加压力。可选地，出于成本和 空间的考虑，可以用其他具有弹性构件的构造来代替该构造。
[0023] 移动板113构成引导部的固定至振动元件支撑构件105的抵接部105a的部分。作 为滚动构件的球114嵌入移动板113。在三个位置处沿X轴延伸的V槽部113a沿光轴方向 引导振动元件支撑构件105。V槽部113a在Y-Z平面中具有V形截面，并且配置成与振动 元件的相对移动方向平行。利用螺钉117将盖板115固定至单元基板116。
[0024] 盖板115也构成引导部的一部分，并且利用设置在面对移动板113的V槽部113a 的位置处的V槽部115a和平面部115b (见图4)将球114夹在移动板113和盖板115中 间。V槽部115a在Y-Z平面中具有V形截面。平面部115b具有面对V槽部113a的V形槽 并且在X-Y平面内延伸的平坦底面的截面。因此，振动元件支撑构件105能够被支撑为可 以沿光轴方向前后移动而不松动。
[0025] 在本实施方式中，引导部能够在包含作为相对移动方向的X轴并且与加压部对振 动元件的加压方向（Z轴)相交的平面（X-Y平面）中保持振动元件与滑动件压接的位置。此 平面不限于X-Y平面。此平面可以根据使用线性超声波马达的模式适当地倾斜。引导部可 以包括：V槽部113a，其配置成固定至振动元件支撑构件105的一侧的构造；和保持构件， 其具有包括配置在面对着V槽部113a的位置处的对应槽，该对应槽包括V槽部115a和平 面部115b。这些槽的形状适于使加工变得容易，并且在采用球114作为滚动构件的情况中 适于实现低的摩擦特性。可选地，这些形状可以是与滚动构件的结构一致的其他形状。引 导部还包括滚动构件。如本实施方式中的那样，三对V槽部和对应槽可以适当地配置成使 得：在平行于前述平面的平面上以加压部为中心，将其中的两对配置在移动方向上的同一 条直线上，而将另一对配置在与前面两对的位置不同的位置处。该配置抑制了相对移动过 程中的所谓的松动。然而，为了覆盖相对移动用的距离，对的数目可以增加。
[0026] 利用螺钉118将滑动件104固定至单元基板116的滑动件结合部116a。利用螺钉 120将单元保持板119固定至单元基板116的底面。通过公知的螺钉或粘接将该组件固定 至例如是数字相机的拍摄设备的未图示的基板固定部。到目前为止的构造是根据本发明的 线性超声波马达的马达单元的完成形态。
[0027] 接下来，说明与保持光学透镜的透镜保持构件进行连接的方法。透镜保持构件121 构成数字相机的聚焦透镜或变焦透镜的一部分。光学透镜122固定于嵌合部121e。透镜 保持构件121包括嵌合孔121a和稳定器嵌合部121b。嵌合孔121a与引导杆（图3中的附 图标记301)以可以相对滑动的方式嵌合。稳定器嵌合部121b与稳定器杆（图3中的附图 标记302)以可以相对滑动的方式嵌合，并且限制透镜保持构件绕着引导杆的转动。前述构 造允许透镜保持构件121沿光轴方向前后移动。在透镜保持构件121中还形成支架（rack) 保持件121c。公知的支架123结合至该保持件。
[0028] 支架123在结合至透镜保持构件121的状态下在公知的压缩扭簧（图3中的附图 标记303)的作用下沿图中的顺时针方向转动地受力。同时，压缩扭簧使支架123压靠透镜 保持构件121的接触孔121d以支撑支架，由此吸收了支架123在光轴方向上的松动。结果， 支架123与透镜保持构件121 -体化并且沿光轴方向前后移动。
[0029] 在结合状态下，支架123的末端接触部123a与形成在振动元件支撑构件105的支 架结合部105b处的接触突部105c (见图4)嵌合。
[0030] 到目前为止的构造是驱动结合有本实施方式的线性超声波马达的透镜保持构件 121用的机构的完成形态。图3是示出驱动结合有线性超声波马达的透镜保持构件用的整 个机构的主要部分立体图。在图中，用与参照图1的说明中所使用的附图标记相同的附图 标记来表示构成部件。
[0031] 图4是在通过图3中的加压弹簧111的中心并且沿着与光轴垂直的方向延伸的平 面中的截面图。在该图中所示的构成部件中，也用与参照图1的说明所使用的附图标记相 同的附图标记来表示该图中所示的构成部件。包括构成引导部的移动板113、球114和盖板 115的区域在该图中被示为区域4A (阴影部分)。引导部引导在振动元件支撑构件105相 对于滑动件104相对移动过程中的移动方向上的移动。包括构成加压部的加压弹簧保持构 件110、加压弹簧111和加压弹簧基板112的区域在该图中被示为区域4B (不均匀的阴影 部分)。如上所述，加压部使振动元件压靠滑动件104。这些区域4A和区域4B被配置成使 得区域4A和4B的至少一部分布置在加压方向上的相同高度处。换言之，在加压部和引导 部中，区域4A和4B的至少一部分到包括X轴和与振动元件接触的部分的平面(本示例中为 X-Y平面）的距离相等。如上所述，该平面可以根据使用线性超声波马达的模式而适当地绕 X轴倾斜。弹性构件108到该平面的距离可以适当地比引导部和加压部到该平面的距离短。 因此，能够抑制由弹性构件108施加的压力朝向不期望方向的分散。前述构造能够构成包 括实现驱动单元的厚度减小的线性超声波马达的致动器。
[0032] 如上所述，在结合了构成部件的状态下，如图4所示，加压弹簧111经由加压弹簧 保持构件110对加压板107加压。加压力进一步压缩弹性构件108,并产生经由弹性构件 108沿图中的向下方向对压电元件103和振动板101施压的力。
[0033] 如上所述，在振动板101中，被接触部101a通过熔接固定至连接构件102的接触 部102a，并且连接构件的螺配部102b通过螺钉106固定至振动元件支撑构件105。此时， 对振动板101和压电元件103施加的加压力使振动板101的压接部101b的末端压靠滑动 件104。在本实施方式中，连接构件102由具有大约0. 1mm厚度的弹性材料制成。因此，当 施加了加压力时，在加压方向上几乎没有阻力地产生变形，并且加压弹簧111的加压力几 乎大小不变地被施加到振动板101。
[0034] 在此状态下，如上所述，对压电元件103施加高频电压使得振动板101在长边方向 上和短边方向上共振。结果，通过熔接固定有振动板101的连接构件102和固定有连接构 件102的振动元件支撑构件105相对于轨道104沿光轴方向相对地前后移动。如上所述， 该移动经由接触突部105c传递至支架123,其中，接触突部105c形成于振动元件支撑构件 105的支架结合部105b。前述操作使得透镜保持构件121沿着光轴前后移动，由此允许例 如数字相机的拍摄镜头的聚焦操作。
[0035] 由此，已经详细说明了根据本发明的线性驱动超声波马达的具体示例。然而，本发 明不限于实施方式。可选地，只要在权利要求书所述的范围内，任何形式都可以采用。
[0036] 例如，本发明能够被用于控制光学设备的聚焦透镜。这种用法也能够发挥改善光 学设备的可控性和可靠性的有益效果。
[〇〇37] 虽然已经参照示例性实施方式说明了本发明，但是应当理解，本发明不限于所公 开的示例性实施方式。所附权利要求书的范围应符合最宽泛的解释，以包括所有这种变型、 等同结构和功能。
【权利要求】
1. 一种线性超声波马达，其包括： 振动元件，其通过所施加的高频驱动电压而产生超声波振动； 滑动件，所述振动元件压靠该滑动件，并且所述滑动件通过所述超声波振动相对移 动； 振动元件支撑构件，其保持所述振动元件并且相对于所述滑动件相对移动； 多个引导部，其引导所述振动元件支撑构件的所述相对移动的移动方向；和 加压部，其使所述振动元件压靠所述滑动件， 其中，所述加压部被配置成使得所述加压部的至少一部分与所述引导部在加压方向上 重叠并且所述加压部被所述引导部夹在中间。
2. 根据权利要求1所述的线性超声波马达，其中，所述引导部包括：V槽部，其配置在所 述振动元件支撑构件的一侧；保持构件，其具有形成在面对所述V槽部的位置处的对应槽； 和滚动构件，其被夹在所述V槽部与所述对应槽之间。
3. 根据权利要求2所述的线性超声波马达，其中，以所述加压部为中心配置至少三对 所述V槽部和所述对应槽。
4. 根据权利要求3所述的线性超声波马达，其中，所述对应槽具有带有平坦底面的槽。
5. 根据权利要求3所述的线性超声波马达，其中，成对的所述V槽部和所述对应槽平行 于所述移动方向，并且至少两对配置在同一条直线上。
6. 根据权利要求1所述的线性超声波马达，其中，所述加压部经由弹性构件向所述振 动元件施加加压力。
7. 根据权利要求6所述的线性超声波马达，其中，所述弹性构件由具有均一厚度的片 状构件制成。
8. 根据权利要求1所述的线性超声波马达，其中，所述加压部包括沿所述加压方向压 缩的弹黃。
9. 根据权利要求8所述的线性超声波马达，其中，所述弹簧具有沿所述加压方向贯通 的通孔，并且所述加压部具有加压弹簧保持构件，该加压弹簧保持构件插入所述通孔以限 制所述弹簧在除了所述加压方向上的移动之外的移动。
10. -种光学设备，其包括根据权利要求1所述的线性超声波马达。
【文档编号】H02N2/04GK104065298SQ201410106656
【公开日】2014年9月24日 申请日期:2014年3月21日 优先权日:2013年3月21日
【发明者】山本晴滋 申请人:佳能株式会社