專利名稱：振動型致動器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于在彈性體中產(chǎn)生振動、并且利用得到 的振動能量產(chǎn)生驅(qū)動力的如超聲波電機等振動型致動器。
背景技術：
迄今為止，對于直線狀驅(qū)動被驅(qū)動元件類型的超聲波電機，
已經(jīng)提出了各種建議。例如，在日本特開2004-304887號公報 中公開了這種超聲波電機。下面參照圖17、圖18A和圖18B說 明該電動機的驅(qū)動原理。
圖17是示出直線型超聲波電機的外觀的立體圖。
如圖17所示，直線型超聲波電機510由振子501和直線滑動 部506組成。振子501包括形成為矩形薄板狀的壓電元件505以 及一體地接合到壓電元件505的一個表面的振動體502。振動體 5()2具有矩形的基部以及從該基部的上表面突出的兩個突起部 503-1、 503-2。
圖18A和圖18B是示出在圖17的振子中激勵的2種振動模 式(模式A和模式B)的形式的圖。
兩種振動模式中的每一種均是沿板狀振子501的面外方向 激勵的彎曲振動模式。振子501被設計成在這些模式中以彼此 大致相等的頻率共振。
圖18A的兩個下部部分示出當從Y方向看時的振子5()1。當 在振子501中激勵模式A的振動時，如圖18A的最下部部分所 示，形成三個振動節(jié)點cx ( 二次彎曲振動模式)。每一個振動節(jié) 點均沿振子501的Y方向延伸。
如圖18A所示，矩形柱狀接觸構件5()3-l、 5()3-2被布置在由模式A的振動形成的節(jié)點附近。模式A的振動使接觸構件 503-1、 503-2的接觸面504-1、 504_2如箭頭所示沿X方向往復運動。
圖18B的兩個下部部分示出當從X方向看時的振子501。當 在振子501中激勵才莫式B的振動時，如圖18B的最下部部分所 示，形成兩個振動節(jié)點6 (—次彎曲振動模式)。每一個振動節(jié) 點均沿振子5()1的X方向延伸。從而，在模式A的振動中產(chǎn)生的 節(jié)點和在模式B的振動中產(chǎn)生的節(jié)點在X Y面內(nèi)彼此垂直地延 伸。
如圖18B所示，接觸構件503-l、 503-2被布置在由模式B 的振動形成的腹點附近。模式B的振動使-接觸面5()4-l、 504-2 沿Z方向往復運動。
通過當向壓電元件505輸入期望的交流信號時產(chǎn)生的逆壓 電效果在振子501中激勵上述振動模式。當激勵使得模式A的振 動和模式B的振動之間的相位差大致等于+ n / 2或-n / 2時，在圖 17中的XZ面內(nèi)產(chǎn)生接觸面504-l、 504-2的大致橢圓運動。由于 該橢圓運動，在振子501和與接觸面504-1、 504-2壓力接觸地 布置的直線滑動部5 0 6之間產(chǎn)生相對移位運動。
接著，給出當在振子501中激勵上述振動模式時在振子501 中產(chǎn)生的扭曲的i兌明。
參照圖18A,首先說明產(chǎn)生模式A的振動的情況。圖18A中 的正號(+ )和負號(-)均表示當通過振動使振子501變形時 觀察到的X方向的扭曲分量的方向(與圖18B中相同)。正號 (+ )表示壓電元件5()5沿X方向伸長，負號(-)表示壓電元件 5()5沿X方向收縮。
符號(+)、(-)表明在扭曲方向方面，沿厚度方向?qū)弘?元件505的每一半均分割成兩個區(qū)域。在兩個區(qū)域的邊界處，存在不產(chǎn)生X方向的4丑曲的面，該面一皮稱為中立面T1。還應該
理解，在壓電元件505的關于其X方向中心部的兩個半部之間， 符號(扭曲方向)是相反的(圖18A)。
在產(chǎn)生模式B的振動的情況下，應該理解，在符號(+ )、 (-)方面，沿厚度方向?qū)弘娫?05分割成兩個區(qū)域，符號 (+ )、(-)均表示壓電元件505的Y方向的扭曲的方向(圖18B)。 兩個區(qū)域之間的邊界被稱為中立面T2。
一般地，已知當每一個接觸構件均具有彈簧功能時，可 以在超聲波電才幾中的直線滑動部和與該滑動部壓力接觸地布置 的接觸構件之間實現(xiàn)平穩(wěn)接觸。
然而，在現(xiàn)有技術的超聲波電機中，直線滑動部5()6和與 振動體502 —體i殳置的兩個接觸構件503-1 、 503-2均由結構不 具有彈簧功能的無機材料制成，因此，不能實現(xiàn)平穩(wěn)接觸。
本發(fā)明人設計了圖19所示的具有彈簧功能的接觸構件 609。接觸構件609由突起部603、支撐突起部6()3的兩個固定 部607、以及彈簧部608組成。要求突起部603形成為具有與直 線滑動部(未示出)接觸地布置的接觸面604的突起，沿圖19 中的X方向驅(qū)動該直線滑動部。因此，突起部603包括分別從矩 形的接觸面6 0 4的兩個長邊延伸的肩部613 。
沿與直線滑動部的移動方向平行的方向距直線滑動部 一 定 的距離地布置兩個固定部607。振動體602形成有槽612，該槽 61.2具有足夠的深度，使得從固定部6 () 7水平延伸的彈簧部6 0 8 均可以具有彈簧功能。
然而，對于上述構造的引導，暴露出以下新問題。
如上所述，符號(+ )、(-)分別表示在圖18A的模式A中， 壓電元件沿X方向的伸長和收縮。由于沿X方向的伸長和收縮， 接觸構件6()9的兩個固定部607沿X方向朝向彼此或遠離彼此移動。
圖20A至圖2OC是當從圖19中的Y方向看時的圖，其示出當 圖〗9中的固定部607沿面內(nèi)方向伸長和收縮時，接觸構件6()9
如何變形。
圖20A示出當在振子601中不產(chǎn)生振動時觀察到的接觸構 件609的形狀，圖20B示出當固定部607遠離^^此移動時觀察到 的接觸構件609的形狀，圖20C示出當固定部607朝向^_此移動 時觀察到的接觸構件609的形狀。較大的箭頭均表示接觸面604 的移位方向。由于肩部613的變形，接觸面604與固定部607的 移動同步地沿Z方向(圖20A至20C中的上下方向)移位。在產(chǎn) 生圖18A的位移的時刻，右側突起部位于振動的波峰，從而， 布置在此處的接觸構件609如圖20B所示地變形。另一方面，由 于左側突起部位于振動的波谷，因此，布置在此處的接觸構件 609如圖2()C所示地變形。因此，在使用兩個4妄觸構件609代替 閨18A和圖18B的振子的接觸構件5()3-l、 503-2的配置中，接 觸構件609沿Z方向彼此反相地移位。
通過使模式A中的沿X方向的往復運動與模式B中的沿Z方 向的往復運動之間的相位差大致等于+11/2或-n/2,產(chǎn)生接觸面 604的大致橢圓運動。然而，在使用接觸構件6()9的配置中，在 模式A中，接觸面604進行由沿X方向的位移和沿Z方向的位移 組合得到的往復運動。
具體地，當從圖19的坐標系的Y方向看時，在上述配置中 獲得圖21B的軌跡，該軌跡與圖21A所示的現(xiàn)有技術的例子的 軌跡不同。此外，在模式A中，兩個突起沿Z方向彼此反相地移 位。因此，如果兩個接觸構件609中的一個接觸構件的接觸面 6()4的軌跡如圖21B所示，則另 一個接觸面604的軌跡變成如圖 21C所示。由于上述原因，在使用均具有彈簧功能的接觸構件的配置 中，才莫式A中的往復運動方向大大地偏離水平方向，結果，橢 圓軌跡被扭曲，/人而，除了如增大滑動損失和加速磨損進程等 問題之外，還引起不能獲得平穩(wěn)接觸并且產(chǎn)生異常噪音的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種振動型致動器，其包括振動體，其用于 產(chǎn)生彎曲振動；被驅(qū)動體，其用于被振動體中產(chǎn)生的彎曲振動 驅(qū)動；以及接觸構件，其具有突起部，該突起部經(jīng)由多個固定 部固定到振動體并且用于與被驅(qū)動體接觸，其中，接觸構件包 括均布置在突起部和多個固定部中的 一個之間的轉換部，轉換
的部分，該接觸面設置在突起部中，用于與被驅(qū)動體接觸，以 及，轉換部用于將多個固定部之間的由振動體的變形引起的沿 第 一軸向的相對距離的變化轉換成接觸面的沿與第 一軸向垂直 的第二軸向的位移。


圖l是示出用于說明根據(jù)本發(fā)明的典型實施例的振動型致 動器的接觸構件、由該接觸構件的功能部分形成的結構體的圖； 圖2 A是根據(jù)本發(fā)明的第 一 實施例的振動型致動器的立體
圖2B是振動型致動器的接觸構件的立體圖3A至圖3C是示出圖2A和圖2B的接觸構件的變形狀態(tài)的
圖4是示出當圖2B的接觸構件的固定部朝向彼此和遠離彼 此移動l!im距離時觀察到的轉換部的傾斜角度(9和接觸面的Z軸方向位移S之間的關系的圖5A是示出在本發(fā)明的第二實施例中，模式A中的振動體
的X坐標值和振動體的表面的X軸方向的振幅之間的關系的圖； 圖5B是示出X坐標值和Z軸方向的振幅之間的關系的圖； 圖6是示出第二實施例的振動體的接觸構件的立體圖； 圖7是圖6所示的接觸構件的分解立體圖； 圖8A至圖8C是示出圖6的接觸構件的變形狀態(tài)的圖； 圖9是示出當圖6的接觸構件的固定部朝向彼此和遠離彼
此移動liim距離時觀察到的轉換部的傾斜角度e和接觸面的Z
軸方向位移5之間的關系的圖IOA和圖IOB是均示出根據(jù)本發(fā)明的第三實施例的振動
體的立體圖]l是示出安裝有接觸構件的環(huán)型超聲波電機的例子的 立體圖12是示出當從圖IOA和圖IOB的環(huán)狀振動體的外形方向 看時驅(qū)動振動和突起組之間的關系的局部圖13是示出安裝有圖6的接觸構件的詠木鳥(woodpecker ) 型致動器的構造的圖14是根據(jù)第四實施例的振動體的立體圖15是示出圖14的振動體與被驅(qū)動體之間的位置關系的
圖16是用于說明圖14的振動體與被驅(qū)動體之間的位移量 的圖17是示出現(xiàn)有技術的直線型超聲波電機的外觀的立體
圖18A和圖18B是均示出在圖17的振動體中激勵的振動模 式的圖；圖]9是安裝有具有彈簧功能的接觸構件的振動體的立體
圖20A至圖20C是示出圖19的接觸構件的變形狀態(tài)的圖； 圖21A至圖21C是示出圖19的接觸構件的接觸面的橢圓軌
-跡的圖。
具體實施例方式
現(xiàn)在，下面將參照示出本發(fā)明的優(yōu)選實施例的附圖詳細說 明本發(fā)明。
圖l是示出用于說明根據(jù)本發(fā)明的典型實施例的振動型致 動器的接觸構件、由該接觸構件的功能部分形成的結構體的圖。
接觸構件9由突起部3、固定部7和轉才灸部11組成。突起部3 具有形成有接觸面4的表面，該接觸面4壓靠與其接觸的被驅(qū)動 體。固定部7被聯(lián)接到發(fā)生變形以驅(qū)動接觸構件9的基部(稍后 說明的振動體102 )，并且設置多個固定部7以從相對方向支撐 突起部3。
轉換部11均布置在突起3和相關的固定部7之間。當在基部 中產(chǎn)生如彎曲振動或縱向振動等變形時，固定部7沿面內(nèi)方向 朝向彼此移動或者遠離彼此移動。此時，固定部7之間的相對 距離與該振動同步地發(fā)生變化。轉換部ll將相對距離的變化量 轉換成接觸面位移5。
存在利用在驅(qū)動振子時產(chǎn)生的接觸面位移5的兩種形式的 方法。第一種形式是設置用于抑制可以由用于驅(qū)動接觸構件9 的基部的振動引起的接觸面4的不期望的振幅的轉換部11 。第 二種形式是在抑制接觸面的不期望的振幅從而獲得更大的接觸 面的振幅的位置處設置轉換部11 。
在第 一實施例中說明第 一種形式，在第二實施例中說明第二種形式。此外，說明第三和第四實施例，作為第二實施例的 典型應用形式。
圖2A是根據(jù)本發(fā)明的第 一 實施例的振動型致動器的立體 圖，圖2B是振動型致動器的接觸構件的立體圖。
本實施例的致動器具有以下構造具有代替布置在上述現(xiàn) 有技術的直線型超聲波電機中產(chǎn)生的模式A的振動的節(jié)點附近 的兩個接觸構件609的新的接觸構件109-1、 109-2。接觸構件 109-1、 109-2是獨立于作為基部的振動體102的構件，并且在 形成為圖2B所示的形狀之后被固定到振動體102。
接觸構件109-1、 109-2均由突起部103、支撐突起部103 的兩個固定部107以及轉換部11 l構成。要求突起部103形成為 具有用于與沿圖2A中的X方向驅(qū)動的直線滑動部106接觸的接 觸面104的突起，因此，突起部103包括分別經(jīng)由圓角 (rounded)部分從矩形的接觸面的兩個長邊沿高度方向(Z 方向)延伸的肩部113。
沿與直線滑動部(未示出)的移動方向(X方向)平行的 方向以距直線滑動部 一定距離地布置兩個固定部107。每一個 轉換部lll均布置在肩部113和相關的固定部107之間。每一個
方向)朝向與接觸面104相反的一側遠離接觸面104延伸。
振子101的振動體102形成有槽112,該槽112具有足夠的深 度，使得每一個轉換部lll均具有彈簧功能。代替形成槽112, 振動體102可以在安裝固定部1()7的位置處形成有凸出的突起， 或者固定部可以形成為朝向振動體102突出。在該情況下，可 以除去槽112。
通過對矩形板施壓形成接觸構件109-1、 109-2，因此，固 定部107、轉換部111和突起部103彼此形成為一體，接觸構件
ii由成形性能優(yōu)異的不銹鋼材料制成，并且形成為固定部107之
間的厚度基本上均一，通過焊接或粘接將固定部107固定到作 為基部的振動體102。
接著，說明轉換部lll的功能特征。如上所述，通過用新 的接觸構件109-1 、 109-2代替現(xiàn)有技術的接觸構件503-1 、 503-2或609來實現(xiàn)本實施例的構造。布置在才莫式A的振動的節(jié) 點附近的接觸構^牛109-1、 109-2受到圖18A所示的X方向的4丑 曲分量的影響，并且接觸構件109-1、 109-2中的每一方的固定 部之間的距離沿面內(nèi)方向增大和減小。
轉換部lll被構造成沿與突起部103的突出方向相反的方 向(-Z方向)相對于固定部107傾斜地延伸。只要涉及突起部 1.03 ，沿面內(nèi)方向伸縮的行為就與圖20A至圖20C中的行為類 似，而轉換部lll示出與突起部103的行為相反的行為。具體地， 當固定部1()7遠離彼此移動時，轉換部lll使接-觸面104沿Z方向 向上移動，當固定部107朝向彼此移動時，轉換部lll使接觸面 1()4沿Z方向向下移動。這樣，轉換部li:M尋固定部107的沿X方 向(更一般地，第一軸向)的伸縮變形轉換成接觸面104的沿Z 方向(更一般地，第二軸向)的往復運動。
上面僅說明了轉換部lll的功能。下面是當整體考慮轉換 部111的功能和突起部103的功能二者時觀察到的接觸構件 109-1、 109-2的行為的說明。
圖3A至圖3C是示出從圖2A和圖2B的坐標系中的Y方向看 的圖2A和圖2B的接觸構件的變形狀態(tài)的圖。
圖3A示出當振子IOI中未產(chǎn)生振動時觀察到的接觸構件 109-1、 109-2的形狀，圖3B示出當固定部107遠離彼此移動時 觀察到的接觸構件的形狀，圖3C示出當固定部107朝向彼此移 動時觀察到的接觸構件的形狀。較大的箭頭均表示接觸面104的變形方向。下面是與均示出不具有轉換部111的接觸構件609 的變形的圖20A至圖20C的比較。
如從圖3B和圖20B之間的比較理解的那樣，當固定部107 遠離彼此移動時觀察到的接觸面104的變形方向與當固定部 607遠離彼此移動時觀察到的接觸面604的變形方向 一致，這兩 個變形方向都是關于圖3B和圖20B的紙面的向下方向。如從圖 3C和圖20C看出的那樣，當固定部107朝向彼此移動時觀察到 的接觸面104的變形方向與當固定部607朝向彼此移動時觀察 到的接觸面604的變形方向 一致，這兩個變形方向都是關于圖 3C和圖20C的紙面的向上方向。雖然轉換部111的變形方向的 符號與突起部103的變形方向的符號相反，但是，由于突起部 1()3的變形的影響比轉換部lll的變形的影響強，因此，接觸面 1()4或604的關于固定部107或607的運動的變形方向的符號在 圖3B、圖3C和圖20B、圖20C之間是相同的。
圖4是分別如實曲線和虛曲線所示，示出當圖2B的接觸構 件的固定部朝向4皮此和遠離彼此移動1 pi m時觀察到的轉換部的
傾斜角度e以及接觸面的Z軸方向位移5之間的關系的圖。
如圖3A所示，在接觸面104水平延伸的情況下，傾斜角度e 是形成在轉換部lll的傾斜面與垂直方向(Z軸方向)之間的角
時，固定部107和轉換部111位于與圖19的未設置轉換部111的 接觸構件的情況相同的平面內(nèi)。
假設圖4中的e二90。，由于不存在轉換部lll,因此，僅產(chǎn) 生突起部103的位移量。應該理解，當滿足6=90°的關系時，位 移量具有最大值。隨著傾斜角度的減小，轉換部的傾斜面變得 更陡峭，并且由轉換部lll部分地消除沿Z方向的不期望的變 形，這導致接觸面位移5減小。通過減小傾斜角度e使得位移s具有足夠小的值，將振子
IOI的橢圓軌跡從圖21B和圖21C的軌跡改進為圖21A的軌跡。 為了應付使位移5盡可能接近0的需求，接觸構件1()9的安裝位 置可以沿X軸方向移位。
可以通過改變轉換部111的長度和厚度等來調(diào)節(jié)如圖4所 示的由固定部107的沿面內(nèi)方向的伸縮引起的接觸面104的沿 面外方向的位移量。圖4所示的曲線表示在作為轉換部的長度 和厚度等的函數(shù)而等確定的給定條件下觀察到的典型趨勢。已 經(jīng)發(fā)現(xiàn)，即使轉換部lll的傾斜部分均形成為除了平面之外的 巻曲面/曲面，也可以實現(xiàn)類似的效果。
上述第 一 實施例示出轉換部lll被設置成抑制接觸構件 104的不期望的振幅的例子。在第二實施例中，說明可以在抑 制接觸面的不期望的振幅、并且可以獲得更大的接觸面的振幅 的位置處布置轉換部的構造。在本實施例的振子中，激勵與圖 18A和圖18B的兩種振動模式(模式A和模式B)相同的振動模 式。
圖5A是示出在本發(fā)明的第二實施例中，模式A中的振動體 的X坐標值和振動體的表面的X軸方向的振幅之間的關系的圖， 圖5B是示出X坐標值和Z軸方向的振幅之間的關系的圖。
在圖5A和圖5B中，沿橫坐標取振動體的X坐標值。如從圖 6中的Y軸方向看出的那樣，振動體的中心被定位在X軸原點 (X二())處。圖5A所示的節(jié)點位置位于圖5B所示的波峰位置和 波谷位置的附近。
現(xiàn)有技術的突起部503-1、 503-2布置在圖5B中的不會在模 式A中產(chǎn)生接觸面的沿Z軸方向的不期望的位移5的節(jié)點位置附 近。
如從圖5A理解的那樣，X方向的振動在X坐標值的絕對值比圖5B中的節(jié)點^立置處的X坐標值的絕對值大的兩端部區(qū)域具 有最大振幅。由于在端部區(qū)域中還產(chǎn)生不期望的Z方向的振幅， 因此，迄今為止還沒有使用這些區(qū)域。第二實施例使用圖6所 示的接觸構件，使得可以在端部區(qū)域中布置接觸面。
圖6是示出根據(jù)本發(fā)明的第二實施例的振動體的接觸構件 的立體圖。如圖7所示，接觸構件209是由固定部207和轉換部 211構成的板狀制品，突起部2 0 3被固定地安裝到接觸構件2 0 9 。
除了突起部203的下述變化之外，構造與圖2A和圖2B的構 造相同，因此，省略其說明。在第一實施例中，肩部113被i殳 置成形成突起部103，當兩個固定部107沿面內(nèi)方向朝向彼此或 遠離；f皮此移動時，^妻觸面104沿Z方向移位。
在本實施例中，突起部203的位于接觸面下方的下部由空 心結構變?yōu)閷嵭慕Y構，使得突起部203可以被看作是剛體。從 而，當固定部207沿面內(nèi)方向伸縮時，突起部203的接觸面不沿 Z方向移位。為此，關于當接觸構件209沿面內(nèi)方向伸縮時觀察 到的變形方向，僅考慮轉換部211的行為是足夠的。
圖8A至圖8C是從圖6所示的坐標系的Y方向看到的圖6的 接觸構件的變形的圖。
圖8A示出在振子中未產(chǎn)生振動時觀察到的接觸構件2()9的 形狀，圖8B示出當固定部207遠離彼此移動時觀察到的接觸構 件的形狀，圖8C示出當固定部207朝向彼此移動時觀察到的接 觸構件的形狀。較大的箭頭示出接觸面2 0 4的變形方向。
當固定部207遠離彼此移動時，轉換部211使接觸面204沿Z 方向向上移動(即，沿+Z方向移動)。當固定部207朝向彼此移 動時，轉換部211使接觸面204沿Z方向向下移動(即，沿-Z方 向移動)。如從圖8A至圖8C、圖3A至圖3C和圖20A至圖20C之 間的比較理解的那樣，通過固定部2 0 7的動作使本實施例的接觸面2()4變形的方向與在圖3A至圖3C和圖20A至圖20C的情況 中觀察到的方向相反。
這里假設接觸構件209布置在圖5A和圖5B中的X二X1的位 置處。如從圖5B看出的那樣，模式A中的Z方向的位移在位置 X二X1處大，因此，接觸面204具有如圖21B或圖21C所示的橢 圓軌跡。
另一方面，如圖18A所示，振動體的表面的扭曲在位置 X二X1處具有負號(-)。這表明在位置X二X1處，表面沿X方向 收縮。從而，接觸構件209的固定部207朝向彼此移動，并且如 圖8C所示，接觸面204沿-Z方向移位。通過設定抵消上述兩個 相互位移，在位置X 二 X1處的模式A中的Z方向的振幅可以減小 到接近O,橢圓軌跡可以具有如圖21A所示的形狀。通過以這種 方式抑制由振動板表面的沿X方向的面內(nèi)收縮引起的Z方向的 振幅的影響，可以減小振動體表面在Z方向的振幅大的位置 X二X1處的橢圓軌跡的扭曲。結果，與現(xiàn)有技術不同，接觸構件 2 () 9可以布置在振動體表面的Z方向的振幅大的位置X=X1處。
閣9是分別如實曲線和虛曲線所示，示出當圖6中的接觸構 件的固定部朝向彼此和遠離彼此移動1 !i m距離時觀察到的轉換 部的傾斜角度e和接觸面的Z軸方向位移S之間的關系的圖。
如圖9所示，在4^觸面204水平延伸的情況下，傾斜角度G) 是形成在轉換部211的傾斜面與垂直方向(Z軸方向)之間的角 度。當沿圖9中的橫坐標取的轉換部211的傾斜角度等于90° 時，固定部207和轉換部211位于與圖19的未設置轉換部211的 接觸構件的情況相同的平面內(nèi)。
與第一實施例一樣，可以通過改變轉換部211的長度和厚 度等來調(diào)節(jié)如圖9所示的由固定部207的沿面內(nèi)方向的伸縮引 起的接觸面2 0 4的沿面外方向的位移量。圖9所示的曲線表示在
16作為轉換部的長度和厚度等的函數(shù)而確定的給定條件下觀察至'j 的典型趨勢。
突起部3可以具有可基本上看作剛體的形狀。例如，形成
圖6所示的接觸構件209的突起部203的側壁的肩部的板厚可以 足夠厚，從而防止由于固定部2 0 7的沿X方向的伸縮導致的突起 部203的變形。此外，在該情況下，突起部203可以被看作是剛 體，因此，可以獲得想要的效果。
下面是本發(fā)明的第三實施例的說明，笫三實施例是將第二 實施例中說明的圖6的接觸構件安裝在環(huán)形超聲波電機上的例 子。
圖IOA和圖IOB是均示出第三實施例的振動體的上方立體 圖和下方立體圖。
如圖l()A和圖IOB所示，環(huán)形超聲波電機的振子301由環(huán)狀 彈性體315和壓電元件3 0 5構成。梳狀突起組316形成在彈性體 315的一個軸向側。摩擦材料317被粘接到突起組316的上表面。 作為電-機械能量轉換元件的環(huán)狀壓電元件3 0 5被粘接到彈性體 315的形成有帶圖案的電極318的另 一軸向側。
帶圖案的電極318被等分成多個電極部，電極部的數(shù)量等 于在振子301的環(huán)狀部中激勵的振動模式的次數(shù)的四倍。電極 部被順次供給具有90。的時間相位差的正弦交流電壓。
當供給有待激勵的振動模式的固有頻率附近的頻率的交流 電壓時，壓電元件305伸縮，由于施加到彈性體315的彎曲力矩， 彈性體315共振。被具有9 0 °的時間相位差的交流電壓激勵的振 動(模式)的形狀相同，但相位彼此不同，合成的振動產(chǎn)生前 進的振動波(前進波)。
圖ll是示出接觸構件被安裝到環(huán)形超聲波電機的例子的如圖ll所示，每一個接觸構件309的兩個周定部307分別被
被布置在相鄰的突起之間的中央附近。振子301 (參見圖10A 和圖10B)包括^妄觸構件309，接觸構件309的數(shù)量與梳狀突走己— 組316的突起的數(shù)量相同。這些接觸構件309沿圓周方向布置在 振子3()1的整個圓周上。接觸構件309具有與圖6所示的接觸構 件2()9的構造相同的構造。
在本實施例中，使用均具有一個接觸面304的多個接觸構 件309。作為選擇，可以使用環(huán)狀接觸構件，以降低成本并簡 化制造過程。雖然本實施例中的突起的數(shù)量與接觸構件309的 數(shù)量相同，但是，由于根據(jù)接觸面304的配置方式有時使突起 的數(shù)量不等于接觸構件的數(shù)量是有利的，因此，這不是限制性
圖12是示出當從圖IOA和圖IOB所示的環(huán)狀振動體的外形 方向看的驅(qū)動振動和突起組之間的關系的局部圖。
如圖12所示，前進波的一個波長的長度包括多個突起。相 鄰的突起之間的相對圓周距離根據(jù)突起和波峰/波谷之間的位 置關系而變化。如圖12的由雙點劃線包圍的右側部分所示，使 突起前端在波峰處彼此間隔開，如圖12的由雙點劃線包圍的左 側部分所示，.使突起前端在波谷處彼此靠近。圓周距離的變化 產(chǎn)生與上述第 一 和第二實施例中的由X方向的伸縮產(chǎn)生的效果 相同或類似的效果。
如圖12所示，使相鄰的突起之間的距離在波峰峰值附近的 位置處較大，因此，接觸構件9如圖8B所示地變形，由此可以 增大軸向振幅。由于環(huán)狀振子301的突起之間的距離足夠大， 因此，可以使接觸構件309的轉換部的長度大。結果，可以將 固定部間的距離的變化到接觸面的位移的轉化程度設定得大。
S上，接觸構件309的接觸面304因此，使用上述構造，接觸面304可以均具有軸向振幅增 大的橢圓軌跡。此夕卜，4吏用4妾觸構件309, l展子3()l側的接觸面 3()4.可以均具有彈簧功能，由此可以實現(xiàn)穩(wěn)定的驅(qū)動。
下面是本發(fā)明的第四實施例的說明，第四實施例是將在第 二實施例中說明的圖6的接觸構件安裝在詠木鳥型致動器上的 例子。
圖13是示出安裝有圖6的接觸構件的詠木鳥型致動器的構
造的圖。
如圖13所示，當供給待激勵的縱向振動模式的固有頻率附 近的頻率的交流電壓時，被振子70 l保持的壓電元件7()5沿軸向 重復伸縮。結果，像詠木鳥那樣，振子701的前端部撞擊被驅(qū) 動體719的表面。從而，摩擦驅(qū)動力被輸送到被驅(qū)動體719,并 且沿如圖13中的箭頭所示的方向驅(qū)動被驅(qū)動體719。
圖14是根據(jù)第四實施例的振動體的立體圖。
如圖14所示，壓電元件405被固定地安裝到形成為四棱柱 形狀的振動體402的一個表面，接觸構件409被布置在振動體 402的遠離壓電元件405 —側的另 一 個表面上。
圖15是示出 一皮驅(qū)動體419和圖14的振動體4()2之間的位置 關系的圖。
如圖15所示，被驅(qū)動體419與振子401平行地布置，使得二
者稍微接觸。
為了驅(qū)動振子401,例如，以一次縱波的共振頻率附近的 頻率激勵振子401。在該情況下， 一次縱波的節(jié)點形成在振子 4 01的軸向中央附近的位置處，振子4 01的兩端部沿相反方向移位。
圖16是用于說明被驅(qū)動體和圖14的振動體之間的位移量 的圖。
19在圖16中，沿橫坐標取圖14的XYZ坐標系中的X坐標值， 并且X軸原點(X二())位于振動體的中心(節(jié)點位置)，沿縱坐 標耳又X軸方向的4立移量。
由于構造與第二實施例中的圖6的接觸構件209的構造相 同的接觸構件409被布置在位置X二X1處，因此，當在振子401 的安裝接觸構件4 0 9的前端部附近的側面中產(chǎn)生變形時，接觸 構件409的固定部407遠離^皮此移動。具體地，與一次縱波振動 同期地將接觸面404朝向被驅(qū)動體419推出。
結果，像啄木鳥那樣，接觸面404沿圖15中的箭頭所示的 方向往復運動，并且向被驅(qū)動體419的表面輸送驅(qū)動力，由此 驅(qū)動被驅(qū)動體419。
與要求振動體.相對于被驅(qū)動體側的接觸面傾斜布置的現(xiàn)有
技術的振動體不同，本實施例的振動體401可以與被驅(qū)動體的 接觸面平行地布置，從而可以極大地減小由振子401占據(jù)的空 間。此外，通過使用本實施例的接觸構件409，振子401側的接 觸面404可以具有彈簧功能，從而可以獲得平穩(wěn)的接觸，并且 可以實現(xiàn)穩(wěn)定的驅(qū)動。
雖然已經(jīng)參照典型實施例說明了本發(fā)明，但是，應該理解， 本發(fā)明不限于所公開的典型實施例。所附權利要求書的范圍將 符合最寬的解釋，以包含所有變形、等同結構和功能。
權利要求
1. 一種振動型致動器，其包括振動體，其用于產(chǎn)生彎曲振動；被驅(qū)動體，其用于被所述振動體中產(chǎn)生的所述彎曲振動驅(qū)動；以及接觸構件，其具有突起部，該突起部經(jīng)由多個固定部固定到所述振動體并且用于與所述被驅(qū)動體接觸，其中，所述接觸構件包括均布置在所述突起部和所述多個固定部中的一個固定部之間的轉換部，所述轉換部均具有相對于接觸面傾斜延伸并且朝向所述接觸面的相反側延伸的部分，所述接觸面設置在所述突起部中，用于與所述被驅(qū)動體接觸，以及，所述轉換部用于將所述多個固定部之間的由所述振動體的變形引起的沿第一軸向的相對距離的變化轉換成沿與所述第一軸向垂直的第二軸向的位移。
2. 根據(jù)權利要求l所述的振動型致動器，其特征在于，所 述突起部用于通過所述多個固定部之間的由所述振動體的變形 引起的沿所述第 一 軸向的相對距離的變化而變形，以及，所述接觸面的由所述突起部的變形引起的沿所述第二軸向 的位移的方向與所述接觸面的由所述轉換部引起的沿所述第二 軸向的位移的方向相反。
3. 根據(jù)權利要求l所述的振動型致動器，其特征在于，所 述振動體用于產(chǎn)生包括沿所述第 一 軸向的伸縮和沿所述第二軸 向的位移的變形，并且，所述振動體的沿所述第二軸向的位移的方向與所述接觸面 的由所述轉換部引起的沿所述第二軸向的位移的方向相反。
4. 根據(jù)權利要求2所述的振動型致動器，其特征在于，所 述轉換部在所述接觸面的法線方向上均具有撓性。
5.根據(jù)權利要求l所述的振動型致動器，其特征在于，所 述多個固定部沿所述被驅(qū)動體的運動方向;f皮此間隔開。
全文摘要
一種振動型致動器，其具有用于變形驅(qū)動的振動體，并且安裝有具有彈簧功能的接觸構件。接觸構件由用于與被驅(qū)動體接觸的突起部和固定到振動體的固定部構成，并且設置有布置在突起部和固定部之間的轉換部。轉換部均具有相對于接觸面傾斜延伸并且朝向接觸面的相反側延伸的部分，該接觸面設置在突起部中，用于與被驅(qū)動體接觸。轉換部用于將固定部之間的由振動體的變形引起的相對距離的變化轉換成接觸面的位移。
文檔編號H02N2/00GK101449454SQ200780017830
公開日2009年6月3日 申請日期2007年10月11日 優(yōu)先權日2006年11月8日
發(fā)明者森敬夫 申請人:佳能株式會社