專利名稱：振動(dòng)型致動(dòng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于在彈性體中產(chǎn)生振動(dòng)、并且利用得到 的振動(dòng)能量產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)力的如超聲波電機(jī)等振動(dòng)型致動(dòng)器。
背景技術(shù)：
迄今為止，對(duì)于直線狀驅(qū)動(dòng)被驅(qū)動(dòng)元件類型的超聲波電機(jī)，
已經(jīng)提出了各種建議。例如，在日本特開2004-304887號(hào)公報(bào) 中公開了這種超聲波電機(jī)。下面參照?qǐng)D17、圖18A和圖18B說 明該電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)原理。
圖17是示出直線型超聲波電機(jī)的外觀的立體圖。
如圖17所示，直線型超聲波電機(jī)510由振子501和直線滑動(dòng) 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(gè)表面的振動(dòng)體502。振動(dòng)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(gè)突起部 503-1、 503-2。
圖18A和圖18B是示出在圖17的振子中激勵(lì)的2種振動(dòng)模 式(模式A和模式B)的形式的圖。
兩種振動(dòng)模式中的每一種均是沿板狀振子501的面外方向 激勵(lì)的彎曲振動(dòng)模式。振子501被設(shè)計(jì)成在這些模式中以彼此 大致相等的頻率共振。
圖18A的兩個(gè)下部部分示出當(dāng)從Y方向看時(shí)的振子5()1。當(dāng) 在振子501中激勵(lì)模式A的振動(dòng)時(shí)，如圖18A的最下部部分所 示，形成三個(gè)振動(dòng)節(jié)點(diǎn)cx ( 二次彎曲振動(dòng)模式)。每一個(gè)振動(dòng)節(jié) 點(diǎn)均沿振子501的Y方向延伸。
如圖18A所示，矩形柱狀接觸構(gòu)件5()3-l、 5()3-2被布置在由模式A的振動(dòng)形成的節(jié)點(diǎn)附近。模式A的振動(dòng)使接觸構(gòu)件 503-1、 503-2的接觸面504-1、 504_2如箭頭所示沿X方向往復(fù)運(yùn)動(dòng)。
圖18B的兩個(gè)下部部分示出當(dāng)從X方向看時(shí)的振子501。當(dāng) 在振子501中激勵(lì)才莫式B的振動(dòng)時(shí)，如圖18B的最下部部分所 示，形成兩個(gè)振動(dòng)節(jié)點(diǎn)6 (—次彎曲振動(dòng)模式)。每一個(gè)振動(dòng)節(jié) 點(diǎn)均沿振子5()1的X方向延伸。從而，在模式A的振動(dòng)中產(chǎn)生的 節(jié)點(diǎn)和在模式B的振動(dòng)中產(chǎn)生的節(jié)點(diǎn)在X Y面內(nèi)彼此垂直地延 伸。
如圖18B所示，接觸構(gòu)件503-l、 503-2被布置在由模式B 的振動(dòng)形成的腹點(diǎn)附近。模式B的振動(dòng)使-接觸面5()4-l、 504-2 沿Z方向往復(fù)運(yùn)動(dòng)。
通過當(dāng)向壓電元件505輸入期望的交流信號(hào)時(shí)產(chǎn)生的逆壓 電效果在振子501中激勵(lì)上述振動(dòng)模式。當(dāng)激勵(lì)使得模式A的振 動(dòng)和模式B的振動(dòng)之間的相位差大致等于+ n / 2或-n / 2時(shí)，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(yùn)動(dòng)。由于 該橢圓運(yùn)動(dòng)，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(dòng)部5 0 6之間產(chǎn)生相對(duì)移位運(yùn)動(dòng)。
接著，給出當(dāng)在振子501中激勵(lì)上述振動(dòng)模式時(shí)在振子501 中產(chǎn)生的扭曲的i兌明。
參照?qǐng)D18A,首先說明產(chǎn)生模式A的振動(dòng)的情況。圖18A中 的正號(hào)(+ )和負(fù)號(hào)(-)均表示當(dāng)通過振動(dòng)使振子501變形時(shí) 觀察到的X方向的扭曲分量的方向(與圖18B中相同)。正號(hào) (+ )表示壓電元件5()5沿X方向伸長(zhǎng)，負(fù)號(hào)(-)表示壓電元件 5()5沿X方向收縮。
符號(hào)(+)、(-)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(gè)區(qū)域。在兩個(gè)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(yīng)該
理解，在壓電元件505的關(guān)于其X方向中心部的兩個(gè)半部之間， 符號(hào)(扭曲方向)是相反的(圖18A)。
在產(chǎn)生模式B的振動(dòng)的情況下，應(yīng)該理解，在符號(hào)(+ )、 (-)方面，沿厚度方向?qū)弘娫?05分割成兩個(gè)區(qū)域，符號(hào) (+ )、(-)均表示壓電元件505的Y方向的扭曲的方向(圖18B)。 兩個(gè)區(qū)域之間的邊界被稱為中立面T2。
一般地，已知當(dāng)每一個(gè)接觸構(gòu)件均具有彈簧功能時(shí)，可 以在超聲波電才幾中的直線滑動(dòng)部和與該滑動(dòng)部壓力接觸地布置 的接觸構(gòu)件之間實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)接觸。
然而，在現(xiàn)有技術(shù)的超聲波電機(jī)中，直線滑動(dòng)部5()6和與 振動(dòng)體502 —體i殳置的兩個(gè)接觸構(gòu)件503-1 、 503-2均由結(jié)構(gòu)不 具有彈簧功能的無機(jī)材料制成，因此，不能實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)接觸。
本發(fā)明人設(shè)計(jì)了圖19所示的具有彈簧功能的接觸構(gòu)件 609。接觸構(gòu)件609由突起部603、支撐突起部6()3的兩個(gè)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(dòng)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(dòng)該直線滑動(dòng)部。因此，突起部603包括分別從矩 形的接觸面6 0 4的兩個(gè)長(zhǎng)邊延伸的肩部613 。
沿與直線滑動(dòng)部的移動(dòng)方向平行的方向距直線滑動(dòng)部 一 定 的距離地布置兩個(gè)固定部607。振動(dòng)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(duì)于上述構(gòu)造的引導(dǎo)，暴露出以下新問題。
如上所述，符號(hào)(+ )、(-)分別表示在圖18A的模式A中， 壓電元件沿X方向的伸長(zhǎng)和收縮。由于沿X方向的伸長(zhǎng)和收縮， 接觸構(gòu)件6()9的兩個(gè)固定部607沿X方向朝向彼此或遠(yuǎn)離彼此移動(dòng)。
圖20A至圖2OC是當(dāng)從圖19中的Y方向看時(shí)的圖，其示出當(dāng) 圖〗9中的固定部607沿面內(nèi)方向伸長(zhǎng)和收縮時(shí)，接觸構(gòu)件6()9
如何變形。
圖20A示出當(dāng)在振子601中不產(chǎn)生振動(dòng)時(shí)觀察到的接觸構(gòu) 件609的形狀，圖20B示出當(dāng)固定部607遠(yuǎn)離^^此移動(dòng)時(shí)觀察到 的接觸構(gòu)件609的形狀，圖20C示出當(dāng)固定部607朝向^_此移動(dòng) 時(shí)觀察到的接觸構(gòu)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(dòng)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(shí)刻，右側(cè)突起部位于振動(dòng)的波峰，從而， 布置在此處的接觸構(gòu)件609如圖20B所示地變形。另一方面，由 于左側(cè)突起部位于振動(dòng)的波谷，因此，布置在此處的接觸構(gòu)件 609如圖2()C所示地變形。因此，在使用兩個(gè)4妄觸構(gòu)件609代替 閨18A和圖18B的振子的接觸構(gòu)件5()3-l、 503-2的配置中，接 觸構(gòu)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(fù)運(yùn)動(dòng)與模式B中的沿Z方 向的往復(fù)運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)。然而，在使用接觸構(gòu)件6()9的配置中，在 模式A中，接觸面604進(jìn)行由沿X方向的位移和沿Z方向的位移 組合得到的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。
具體地，當(dāng)從圖19的坐標(biāo)系的Y方向看時(shí)，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(shù)的例子的 軌跡不同。此外，在模式A中，兩個(gè)突起沿Z方向彼此反相地移 位。因此，如果兩個(gè)接觸構(gòu)件609中的一個(gè)接觸構(gòu)件的接觸面 6()4的軌跡如圖21B所示，則另 一個(gè)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(gòu)件的配置 中，才莫式A中的往復(fù)運(yùn)動(dòng)方向大大地偏離水平方向，結(jié)果，橢 圓軌跡被扭曲，/人而，除了如增大滑動(dòng)損失和加速磨損進(jìn)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(dòng)型致動(dòng)器，其包括振動(dòng)體，其用于 產(chǎn)生彎曲振動(dòng)；被驅(qū)動(dòng)體，其用于被振動(dòng)體中產(chǎn)生的彎曲振動(dòng) 驅(qū)動(dòng)；以及接觸構(gòu)件，其具有突起部，該突起部經(jīng)由多個(gè)固定 部固定到振動(dòng)體并且用于與被驅(qū)動(dòng)體接觸，其中，接觸構(gòu)件包 括均布置在突起部和多個(gè)固定部中的 一個(gè)之間的轉(zhuǎn)換部，轉(zhuǎn)換
的部分，該接觸面設(shè)置在突起部中，用于與被驅(qū)動(dòng)體接觸，以 及，轉(zhuǎn)換部用于將多個(gè)固定部之間的由振動(dòng)體的變形引起的沿 第 一軸向的相對(duì)距離的變化轉(zhuǎn)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(shí)施例的振動(dòng)型致 動(dòng)器的接觸構(gòu)件、由該接觸構(gòu)件的功能部分形成的結(jié)構(gòu)體的圖； 圖2 A是根據(jù)本發(fā)明的第 一 實(shí)施例的振動(dòng)型致動(dòng)器的立體
圖2B是振動(dòng)型致動(dòng)器的接觸構(gòu)件的立體圖3A至圖3C是示出圖2A和圖2B的接觸構(gòu)件的變形狀態(tài)的
圖4是示出當(dāng)圖2B的接觸構(gòu)件的固定部朝向彼此和遠(yuǎn)離彼 此移動(dòng)l!im距離時(shí)觀察到的轉(zhuǎn)換部的傾斜角度(9和接觸面的Z軸方向位移S之間的關(guān)系的圖5A是示出在本發(fā)明的第二實(shí)施例中，模式A中的振動(dòng)體
的X坐標(biāo)值和振動(dòng)體的表面的X軸方向的振幅之間的關(guān)系的圖； 圖5B是示出X坐標(biāo)值和Z軸方向的振幅之間的關(guān)系的圖； 圖6是示出第二實(shí)施例的振動(dòng)體的接觸構(gòu)件的立體圖； 圖7是圖6所示的接觸構(gòu)件的分解立體圖； 圖8A至圖8C是示出圖6的接觸構(gòu)件的變形狀態(tài)的圖； 圖9是示出當(dāng)圖6的接觸構(gòu)件的固定部朝向彼此和遠(yuǎn)離彼
此移動(dòng)liim距離時(shí)觀察到的轉(zhuǎn)換部的傾斜角度e和接觸面的Z
軸方向位移5之間的關(guān)系的圖IOA和圖IOB是均示出根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例的振動(dòng)
體的立體圖]l是示出安裝有接觸構(gòu)件的環(huán)型超聲波電機(jī)的例子的 立體圖12是示出當(dāng)從圖IOA和圖IOB的環(huán)狀振動(dòng)體的外形方向 看時(shí)驅(qū)動(dòng)振動(dòng)和突起組之間的關(guān)系的局部圖13是示出安裝有圖6的接觸構(gòu)件的詠木鳥(woodpecker ) 型致動(dòng)器的構(gòu)造的圖14是根據(jù)第四實(shí)施例的振動(dòng)體的立體圖15是示出圖14的振動(dòng)體與被驅(qū)動(dòng)體之間的位置關(guān)系的
圖16是用于說明圖14的振動(dòng)體與被驅(qū)動(dòng)體之間的位移量 的圖17是示出現(xiàn)有技術(shù)的直線型超聲波電機(jī)的外觀的立體
圖18A和圖18B是均示出在圖17的振動(dòng)體中激勵(lì)的振動(dòng)模 式的圖；圖]9是安裝有具有彈簧功能的接觸構(gòu)件的振動(dòng)體的立體
圖20A至圖20C是示出圖19的接觸構(gòu)件的變形狀態(tài)的圖； 圖21A至圖21C是示出圖19的接觸構(gòu)件的接觸面的橢圓軌
-跡的圖。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在，下面將參照示出本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的附圖詳細(xì)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(shí)施例的振動(dòng)型致 動(dòng)器的接觸構(gòu)件、由該接觸構(gòu)件的功能部分形成的結(jié)構(gòu)體的圖。
接觸構(gòu)件9由突起部3、固定部7和轉(zhuǎn)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(dòng) 體。固定部7被聯(lián)接到發(fā)生變形以驅(qū)動(dòng)接觸構(gòu)件9的基部(稍后 說明的振動(dòng)體102 )，并且設(shè)置多個(gè)固定部7以從相對(duì)方向支撐 突起部3。
轉(zhuǎn)換部11均布置在突起3和相關(guān)的固定部7之間。當(dāng)在基部 中產(chǎn)生如彎曲振動(dòng)或縱向振動(dòng)等變形時(shí)，固定部7沿面內(nèi)方向 朝向彼此移動(dòng)或者遠(yuǎn)離彼此移動(dòng)。此時(shí)，固定部7之間的相對(duì) 距離與該振動(dòng)同步地發(fā)生變化。轉(zhuǎn)換部ll將相對(duì)距離的變化量 轉(zhuǎn)換成接觸面位移5。
存在利用在驅(qū)動(dòng)振子時(shí)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(shè)置用于抑制可以由用于驅(qū)動(dòng)接觸構(gòu)件9 的基部的振動(dòng)引起的接觸面4的不期望的振幅的轉(zhuǎn)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(shè)置轉(zhuǎn)換部11 。
在第 一實(shí)施例中說明第 一種形式，在第二實(shí)施例中說明第二種形式。此外，說明第三和第四實(shí)施例，作為第二實(shí)施例的 典型應(yīng)用形式。
圖2A是根據(jù)本發(fā)明的第 一 實(shí)施例的振動(dòng)型致動(dòng)器的立體 圖，圖2B是振動(dòng)型致動(dòng)器的接觸構(gòu)件的立體圖。
本實(shí)施例的致動(dòng)器具有以下構(gòu)造具有代替布置在上述現(xiàn) 有技術(shù)的直線型超聲波電機(jī)中產(chǎn)生的模式A的振動(dòng)的節(jié)點(diǎn)附近 的兩個(gè)接觸構(gòu)件609的新的接觸構(gòu)件109-1、 109-2。接觸構(gòu)件 109-1、 109-2是獨(dú)立于作為基部的振動(dòng)體102的構(gòu)件，并且在 形成為圖2B所示的形狀之后被固定到振動(dòng)體102。
接觸構(gòu)件109-1、 109-2均由突起部103、支撐突起部103 的兩個(gè)固定部107以及轉(zhuǎn)換部11 l構(gòu)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(dòng)的直線滑動(dòng)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(gè)長(zhǎng)邊沿高度方向(Z 方向)延伸的肩部113。
沿與直線滑動(dòng)部(未示出)的移動(dòng)方向(X方向)平行的 方向以距直線滑動(dòng)部 一定距離地布置兩個(gè)固定部107。每一個(gè) 轉(zhuǎn)換部lll均布置在肩部113和相關(guān)的固定部107之間。每一個(gè)
方向)朝向與接觸面104相反的一側(cè)遠(yuǎn)離接觸面104延伸。
振子101的振動(dòng)體102形成有槽112,該槽112具有足夠的深 度，使得每一個(gè)轉(zhuǎn)換部lll均具有彈簧功能。代替形成槽112, 振動(dòng)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(dòng)體102突出。在該情況下，可 以除去槽112。
通過對(duì)矩形板施壓形成接觸構(gòu)件109-1、 109-2，因此，固 定部107、轉(zhuǎn)換部111和突起部103彼此形成為一體，接觸構(gòu)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(dòng)體102。
接著，說明轉(zhuǎn)換部lll的功能特征。如上所述，通過用新 的接觸構(gòu)件109-1 、 109-2代替現(xiàn)有技術(shù)的接觸構(gòu)件503-1 、 503-2或609來實(shí)現(xiàn)本實(shí)施例的構(gòu)造。布置在才莫式A的振動(dòng)的節(jié) 點(diǎn)附近的接觸構(gòu)^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(gòu)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(zhuǎn)換部lll被構(gòu)造成沿與突起部103的突出方向相反的方 向(-Z方向)相對(duì)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(zhuǎn)換部lll示出與突起部103的行為相反的行為。具體地， 當(dāng)固定部1()7遠(yuǎn)離彼此移動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)換部lll使接-觸面104沿Z方向 向上移動(dòng)，當(dāng)固定部107朝向彼此移動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)換部lll使接觸面 1()4沿Z方向向下移動(dòng)。這樣，轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換成接觸面104的沿Z 方向(更一般地，第二軸向)的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。
上面僅說明了轉(zhuǎn)換部lll的功能。下面是當(dāng)整體考慮轉(zhuǎn)換 部111的功能和突起部103的功能二者時(shí)觀察到的接觸構(gòu)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(biāo)系中的Y方向看 的圖2A和圖2B的接觸構(gòu)件的變形狀態(tài)的圖。
圖3A示出當(dāng)振子IOI中未產(chǎn)生振動(dòng)時(shí)觀察到的接觸構(gòu)件 109-1、 109-2的形狀，圖3B示出當(dāng)固定部107遠(yuǎn)離彼此移動(dòng)時(shí) 觀察到的接觸構(gòu)件的形狀，圖3C示出當(dāng)固定部107朝向彼此移 動(dòng)時(shí)觀察到的接觸構(gòu)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(zhuǎn)換部111的接觸構(gòu)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(dāng)固定部107 遠(yuǎn)離彼此移動(dòng)時(shí)觀察到的接觸面104的變形方向與當(dāng)固定部 607遠(yuǎn)離彼此移動(dòng)時(shí)觀察到的接觸面604的變形方向 一致，這兩 個(gè)變形方向都是關(guān)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(dāng)固定部107朝向彼此移動(dòng)時(shí)觀察到 的接觸面104的變形方向與當(dāng)固定部607朝向彼此移動(dòng)時(shí)觀察 到的接觸面604的變形方向 一致，這兩個(gè)變形方向都是關(guān)于圖 3C和圖20C的紙面的向上方向。雖然轉(zhuǎn)換部111的變形方向的 符號(hào)與突起部103的變形方向的符號(hào)相反，但是，由于突起部 1()3的變形的影響比轉(zhuǎn)換部lll的變形的影響強(qiáng)，因此，接觸面 1()4或604的關(guān)于固定部107或607的運(yùn)動(dòng)的變形方向的符號(hào)在 圖3B、圖3C和圖20B、圖20C之間是相同的。
圖4是分別如實(shí)曲線和虛曲線所示，示出當(dāng)圖2B的接觸構(gòu) 件的固定部朝向4皮此和遠(yuǎn)離彼此移動(dòng)1 pi m時(shí)觀察到的轉(zhuǎn)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(guān)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(zhuǎn)換部lll的傾斜面與垂直方向(Z軸方向)之間的角
時(shí)，固定部107和轉(zhuǎn)換部111位于與圖19的未設(shè)置轉(zhuǎn)換部111的 接觸構(gòu)件的情況相同的平面內(nèi)。
假設(shè)圖4中的e二90。，由于不存在轉(zhuǎn)換部lll,因此，僅產(chǎn) 生突起部103的位移量。應(yīng)該理解，當(dāng)滿足6=90°的關(guān)系時(shí)，位 移量具有最大值。隨著傾斜角度的減小，轉(zhuǎn)換部的傾斜面變得 更陡峭，并且由轉(zhuǎn)換部lll部分地消除沿Z方向的不期望的變 形，這導(dǎo)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(jìn)為圖21A的軌跡。 為了應(yīng)付使位移5盡可能接近0的需求，接觸構(gòu)件1()9的安裝位 置可以沿X軸方向移位。
可以通過改變轉(zhuǎn)換部111的長(zhǎng)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(zhuǎn)換部的長(zhǎng)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(shì)。已 經(jīng)發(fā)現(xiàn)，即使轉(zhuǎn)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(shí)現(xiàn)類似的效果。
上述第 一 實(shí)施例示出轉(zhuǎn)換部lll被設(shè)置成抑制接觸構(gòu)件 104的不期望的振幅的例子。在第二實(shí)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(zhuǎn)換部的構(gòu)造。在本實(shí)施例的振子中，激勵(lì)與圖 18A和圖18B的兩種振動(dòng)模式(模式A和模式B)相同的振動(dòng)模 式。
圖5A是示出在本發(fā)明的第二實(shí)施例中，模式A中的振動(dòng)體 的X坐標(biāo)值和振動(dòng)體的表面的X軸方向的振幅之間的關(guān)系的圖， 圖5B是示出X坐標(biāo)值和Z軸方向的振幅之間的關(guān)系的圖。
在圖5A和圖5B中，沿橫坐標(biāo)取振動(dòng)體的X坐標(biāo)值。如從圖 6中的Y軸方向看出的那樣，振動(dòng)體的中心被定位在X軸原點(diǎn) (X二())處。圖5A所示的節(jié)點(diǎn)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(shù)的突起部503-1、 503-2布置在圖5B中的不會(huì)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(diǎn)位置附 近。
如從圖5A理解的那樣，X方向的振動(dòng)在X坐標(biāo)值的絕對(duì)值比圖5B中的節(jié)點(diǎn)^立置處的X坐標(biāo)值的絕對(duì)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(shí)施例使用圖6所 示的接觸構(gòu)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(shí)施例的振動(dòng)體的接觸構(gòu)件 的立體圖。如圖7所示，接觸構(gòu)件209是由固定部207和轉(zhuǎn)換部 211構(gòu)成的板狀制品，突起部2 0 3被固定地安裝到接觸構(gòu)件2 0 9 。
除了突起部203的下述變化之外，構(gòu)造與圖2A和圖2B的構(gòu) 造相同，因此，省略其說明。在第一實(shí)施例中，肩部113被i殳 置成形成突起部103，當(dāng)兩個(gè)固定部107沿面內(nèi)方向朝向彼此或 遠(yuǎn)離；f皮此移動(dòng)時(shí)，^妻觸面104沿Z方向移位。
在本實(shí)施例中，突起部203的位于接觸面下方的下部由空 心結(jié)構(gòu)變?yōu)閷?shí)心結(jié)構(gòu)，使得突起部203可以被看作是剛體。從 而，當(dāng)固定部207沿面內(nèi)方向伸縮時(shí)，突起部203的接觸面不沿 Z方向移位。為此，關(guān)于當(dāng)接觸構(gòu)件209沿面內(nèi)方向伸縮時(shí)觀察 到的變形方向，僅考慮轉(zhuǎn)換部211的行為是足夠的。
圖8A至圖8C是從圖6所示的坐標(biāo)系的Y方向看到的圖6的 接觸構(gòu)件的變形的圖。
圖8A示出在振子中未產(chǎn)生振動(dòng)時(shí)觀察到的接觸構(gòu)件2()9的 形狀，圖8B示出當(dāng)固定部207遠(yuǎn)離彼此移動(dòng)時(shí)觀察到的接觸構(gòu) 件的形狀，圖8C示出當(dāng)固定部207朝向彼此移動(dòng)時(shí)觀察到的接 觸構(gòu)件的形狀。較大的箭頭示出接觸面2 0 4的變形方向。
當(dāng)固定部207遠(yuǎn)離彼此移動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)換部211使接觸面204沿Z 方向向上移動(dòng)(即，沿+Z方向移動(dòng))。當(dāng)固定部207朝向彼此移 動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)換部211使接觸面204沿Z方向向下移動(dòng)(即，沿-Z方 向移動(dòng))。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(dòng)作使本實(shí)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(shè)接觸構(gòu)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(dòng)體的表面的扭曲在位置 X二X1處具有負(fù)號(hào)(-)。這表明在位置X二X1處，表面沿X方向 收縮。從而，接觸構(gòu)件209的固定部207朝向彼此移動(dòng)，并且如 圖8C所示，接觸面204沿-Z方向移位。通過設(shè)定抵消上述兩個(gè) 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(dòng)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(dòng)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(jié)果，與現(xiàn)有技術(shù)不同，接觸構(gòu)件 2 () 9可以布置在振動(dòng)體表面的Z方向的振幅大的位置X=X1處。
閣9是分別如實(shí)曲線和虛曲線所示，示出當(dāng)圖6中的接觸構(gòu) 件的固定部朝向彼此和遠(yuǎn)離彼此移動(dòng)1 !i m距離時(shí)觀察到的轉(zhuǎn)換 部的傾斜角度e和接觸面的Z軸方向位移S之間的關(guān)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(zhuǎn)換部211的傾斜面與垂直方向(Z軸方向)之間的角 度。當(dāng)沿圖9中的橫坐標(biāo)取的轉(zhuǎn)換部211的傾斜角度等于90° 時(shí)，固定部207和轉(zhuǎn)換部211位于與圖19的未設(shè)置轉(zhuǎn)換部211的 接觸構(gòu)件的情況相同的平面內(nèi)。
與第一實(shí)施例一樣，可以通過改變轉(zhuǎn)換部211的長(zhǎng)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(zhuǎn)換部的長(zhǎng)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(shì)。
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(gòu)件209的突起部203的側(cè)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(dǎo)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(shí)施例的說明，笫三實(shí)施例是將第二 實(shí)施例中說明的圖6的接觸構(gòu)件安裝在環(huán)形超聲波電機(jī)上的例 子。
圖IOA和圖IOB是均示出第三實(shí)施例的振動(dòng)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(jī)的振子301由環(huán)狀 彈性體315和壓電元件3 0 5構(gòu)成。梳狀突起組316形成在彈性體 315的一個(gè)軸向側(cè)。摩擦材料317被粘接到突起組316的上表面。 作為電-機(jī)械能量轉(zhuǎn)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(cè)。
帶圖案的電極318被等分成多個(gè)電極部，電極部的數(shù)量等 于在振子301的環(huán)狀部中激勵(lì)的振動(dòng)模式的次數(shù)的四倍。電極 部被順次供給具有90。的時(shí)間相位差的正弦交流電壓。
當(dāng)供給有待激勵(lì)的振動(dòng)模式的固有頻率附近的頻率的交流 電壓時(shí)，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(shí)間相位差的交流電壓激勵(lì)的振 動(dòng)(模式)的形狀相同，但相位彼此不同，合成的振動(dòng)產(chǎn)生前 進(jìn)的振動(dòng)波(前進(jìn)波)。
圖ll是示出接觸構(gòu)件被安裝到環(huán)形超聲波電機(jī)的例子的如圖ll所示，每一個(gè)接觸構(gòu)件309的兩個(gè)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(gòu)件309，接觸構(gòu)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(gòu)件309沿圓周方向布置在 振子3()1的整個(gè)圓周上。接觸構(gòu)件309具有與圖6所示的接觸構(gòu) 件2()9的構(gòu)造相同的構(gòu)造。
在本實(shí)施例中，使用均具有一個(gè)接觸面304的多個(gè)接觸構(gòu) 件309。作為選擇，可以使用環(huán)狀接觸構(gòu)件，以降低成本并簡(jiǎn) 化制造過程。雖然本實(shí)施例中的突起的數(shù)量與接觸構(gòu)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(shí)使突起 的數(shù)量不等于接觸構(gòu)件的數(shù)量是有利的，因此，這不是限制性
圖12是示出當(dāng)從圖IOA和圖IOB所示的環(huán)狀振動(dòng)體的外形 方向看的驅(qū)動(dòng)振動(dòng)和突起組之間的關(guān)系的局部圖。
如圖12所示，前進(jìn)波的一個(gè)波長(zhǎng)的長(zhǎng)度包括多個(gè)突起。相 鄰的突起之間的相對(duì)圓周距離根據(jù)突起和波峰/波谷之間的位 置關(guān)系而變化。如圖12的由雙點(diǎn)劃線包圍的右側(cè)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(diǎn)劃線包圍的左 側(cè)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(shí)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(gòu)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(gòu)件309的轉(zhuǎn)換部的長(zhǎng)度大。結(jié)果，可以將 固定部間的距離的變化到接觸面的位移的轉(zhuǎn)化程度設(shè)定得大。
S上，接觸構(gòu)件309的接觸面304因此，使用上述構(gòu)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(gòu)件309, l展子3()l側(cè)的接觸面 3()4.可以均具有彈簧功能，由此可以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的驅(qū)動(dòng)。
下面是本發(fā)明的第四實(shí)施例的說明，第四實(shí)施例是將在第 二實(shí)施例中說明的圖6的接觸構(gòu)件安裝在詠木鳥型致動(dòng)器上的 例子。
圖13是示出安裝有圖6的接觸構(gòu)件的詠木鳥型致動(dòng)器的構(gòu)
造的圖。
如圖13所示，當(dāng)供給待激勵(lì)的縱向振動(dòng)模式的固有頻率附 近的頻率的交流電壓時(shí)，被振子70 l保持的壓電元件7()5沿軸向 重復(fù)伸縮。結(jié)果，像詠木鳥那樣，振子701的前端部撞擊被驅(qū) 動(dòng)體719的表面。從而，摩擦驅(qū)動(dòng)力被輸送到被驅(qū)動(dòng)體719,并 且沿如圖13中的箭頭所示的方向驅(qū)動(dòng)被驅(qū)動(dòng)體719。
圖14是根據(jù)第四實(shí)施例的振動(dòng)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(dòng)體402的一個(gè)表面，接觸構(gòu)件409被布置在振動(dòng)體 402的遠(yuǎn)離壓電元件405 —側(cè)的另 一 個(gè)表面上。
圖15是示出 一皮驅(qū)動(dòng)體419和圖14的振動(dòng)體4()2之間的位置 關(guān)系的圖。
如圖15所示，被驅(qū)動(dòng)體419與振子401平行地布置，使得二
者稍微接觸。
為了驅(qū)動(dòng)振子401,例如，以一次縱波的共振頻率附近的 頻率激勵(lì)振子401。在該情況下， 一次縱波的節(jié)點(diǎn)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(dòng)體和圖14的振動(dòng)體之間的位移量 的圖。
19在圖16中，沿橫坐標(biāo)取圖14的XYZ坐標(biāo)系中的X坐標(biāo)值， 并且X軸原點(diǎn)(X二())位于振動(dòng)體的中心(節(jié)點(diǎn)位置)，沿縱坐 標(biāo)耳又X軸方向的4立移量。
由于構(gòu)造與第二實(shí)施例中的圖6的接觸構(gòu)件209的構(gòu)造相 同的接觸構(gòu)件409被布置在位置X二X1處，因此，當(dāng)在振子401 的安裝接觸構(gòu)件4 0 9的前端部附近的側(cè)面中產(chǎn)生變形時(shí)，接觸 構(gòu)件409的固定部407遠(yuǎn)離^皮此移動(dòng)。具體地，與一次縱波振動(dòng) 同期地將接觸面404朝向被驅(qū)動(dòng)體419推出。
結(jié)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(fù)運(yùn)動(dòng)，并且向被驅(qū)動(dòng)體419的表面輸送驅(qū)動(dòng)力，由此 驅(qū)動(dòng)被驅(qū)動(dòng)體419。
與要求振動(dòng)體.相對(duì)于被驅(qū)動(dòng)體側(cè)的接觸面傾斜布置的現(xiàn)有
技術(shù)的振動(dòng)體不同，本實(shí)施例的振動(dòng)體401可以與被驅(qū)動(dòng)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(shí)施例的接觸構(gòu)件409，振子401側(cè)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(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的驅(qū)動(dòng)。
雖然已經(jīng)參照典型實(shí)施例說明了本發(fā)明，但是，應(yīng)該理解， 本發(fā)明不限于所公開的典型實(shí)施例。所附權(quán)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(jié)構(gòu)和功能。
權(quán)利要求
1. 一種振動(dòng)型致動(dòng)器，其包括振動(dòng)體，其用于產(chǎn)生彎曲振動(dòng)；被驅(qū)動(dòng)體，其用于被所述振動(dòng)體中產(chǎn)生的所述彎曲振動(dòng)驅(qū)動(dòng)；以及接觸構(gòu)件，其具有突起部，該突起部經(jīng)由多個(gè)固定部固定到所述振動(dòng)體并且用于與所述被驅(qū)動(dòng)體接觸，其中，所述接觸構(gòu)件包括均布置在所述突起部和所述多個(gè)固定部中的一個(gè)固定部之間的轉(zhuǎn)換部，所述轉(zhuǎn)換部均具有相對(duì)于接觸面傾斜延伸并且朝向所述接觸面的相反側(cè)延伸的部分，所述接觸面設(shè)置在所述突起部中，用于與所述被驅(qū)動(dòng)體接觸，以及，所述轉(zhuǎn)換部用于將所述多個(gè)固定部之間的由所述振動(dòng)體的變形引起的沿第一軸向的相對(duì)距離的變化轉(zhuǎn)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(quán)利要求l所述的振動(dòng)型致動(dòng)器，其特征在于，所 述突起部用于通過所述多個(gè)固定部之間的由所述振動(dòng)體的變形 引起的沿所述第 一 軸向的相對(duì)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(zhuǎn)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(quán)利要求l所述的振動(dòng)型致動(dòng)器，其特征在于，所 述振動(dòng)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(dòng)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(zhuǎn)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(quán)利要求2所述的振動(dòng)型致動(dòng)器，其特征在于，所 述轉(zhuǎn)換部在所述接觸面的法線方向上均具有撓性。
5.根據(jù)權(quán)利要求l所述的振動(dòng)型致動(dòng)器，其特征在于，所 述多個(gè)固定部沿所述被驅(qū)動(dòng)體的運(yùn)動(dòng)方向;f皮此間隔開。
全文摘要
一種振動(dòng)型致動(dòng)器，其具有用于變形驅(qū)動(dòng)的振動(dòng)體，并且安裝有具有彈簧功能的接觸構(gòu)件。接觸構(gòu)件由用于與被驅(qū)動(dòng)體接觸的突起部和固定到振動(dòng)體的固定部構(gòu)成，并且設(shè)置有布置在突起部和固定部之間的轉(zhuǎn)換部。轉(zhuǎn)換部均具有相對(duì)于接觸面傾斜延伸并且朝向接觸面的相反側(cè)延伸的部分，該接觸面設(shè)置在突起部中，用于與被驅(qū)動(dòng)體接觸。轉(zhuǎn)換部用于將固定部之間的由振動(dòng)體的變形引起的相對(duì)距離的變化轉(zhuǎn)換成接觸面的位移。
文檔編號(hào)H02N2/00GK101449454SQ200780017830
公開日2009年6月3日 申請(qǐng)日期2007年10月11日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月8日
發(fā)明者森敬夫 申請(qǐng)人:佳能株式會(huì)社