CN107710591B - 使用振动波马达的直线驱动设备和光学设备 - Google Patents
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Abstract
在直线驱动设备中包括振动波马达、驱动对象体、传递构件和偏压构件，其中，驱动对象体能够沿移动方向移动，传递构件由驱动对象体保持并抵接移动构件的抵接部以同步地移动振动波马达和驱动对象体，偏压构件向传递构件与抵接部之间施加偏压力，振子从摩擦构件接收的加压接触力的方向和抵接部从偏压构件接收的偏压接触力的方向彼此平行且相反，并且偏压接触力的分布载荷的载荷中心落入振子的范围内。
Description
技术领域
本发明涉及使用振动波马达的直线驱动设备和光学设备。
背景技术
在传统的超声波马达中，向压电元件施加高频电压以使固定于压电元件的振子进行超声波振动。振子的超声波振动在摩擦构件与压靠摩擦构件的振子之间产生驱动力。该马达甚至能够以紧凑的尺寸维持高的输出。例如，专利文献1公开了使用紧凑振子的超声波马达。此外，用于将驱动力有效地传递到驱动对象体的各种设计已被引入超声波马达。例如，在专利文献2中公开的超声波马达中，通过施加于振子的加压力或其反作用力与由驱动对象体支撑的传递构件的偏压力(biasing force)的合力来夹持滚动构件。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2012-16107号公报
专利文献2：日本特开2014-212682号公报
为了使专利文献2中公开的超声波马达小型化和简单化，提出了像图16中所示的滑动结构，该滑动结构设置有沿移动构件400的移动方向(图16所示的X方向)延伸的引导轴600，以及形成于移动构件400、嵌合于引导轴600的滑动孔400a。在该滑动结构中，引导轴600和滑动孔400a可滑动地引导移动构件400。该结构使得无论移动构件400的移动量如何都能够决定移动构件400的移动方向X上的尺寸L，进而能够使移动构件400具有与振子主体相同的长度。此外，由于能够省略滚球，所以设备能够小型化和简单化。然而在该配置中，施加于振子的加压力的反作用力与由驱动对象体支撑的传递构件的偏压力的合力作为阻力(沿垂直于图面的方向)作用于引导轴600和滑动孔400a。这增大了摩擦力并减小了超声波马达的驱动力。
发明内容
为了解决以上问题，本发明提供使用振动波马达的直线驱动设备和光学设备，其中该振动波马达能够在不降低驱动力的情况下小型化和简单化。
用于解决问题的方案
为了解决以上问题，根据本发明的直线驱动设备的特征在于包括：振动波马达，其包括：振子，其包括产生振动的压电元件，摩擦构件，其被固定为面向所述振子，加压构件，其向所述振子和所述摩擦构件之间施加加压力，移动构件，其被构造成在预定的移动方向上移动，联接构件，其将所述振子联接至所述移动构件并且使所述振子和所述移动构件同步地移动，以及引导构件，其以能够滑动的方式在所述移动方向上引导所述移动构件；驱动对象体，其被构造成在所述移动方向上移动；传递构件，其由所述驱动对象体支撑，所述传递构件抵靠所述移动构件的抵接部，并且使所述振动波马达和所述驱动对象体同步地移动；以及偏压构件，其向所述传递构件和所述抵接部之间施加偏压力，其中，所述振子从所述摩擦构件接收的加压接触力的方向和所述抵接部从所述偏压构件接收的偏压接触力的方向是平行且相反的方向，并且所述偏压接触力的分布载荷的载荷中心落入所述振子的范围内。
发明的效果
根据本发明，能够提供振动波马达和使用振动波马达的直线驱动设备，其中振动波马达能够在不降低振动波马达的驱动力的情况下小型化和简单化。
通过以下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。
附图说明
图1A是根据本发明的实施方式的使用振动波马达10的直线驱动设备的分解立体图。
图1B是直线驱动设备的立体图。
图2A分别是根据本发明的实施方式的直线驱动设备的传递构件18和偏压构件19的立体图。
图2B分别是根据本发明的实施方式的直线驱动设备的传递构件18和偏压构件19的立体图。
图2C是抵接部的放大图。
图2D是抵接部的截面图。
图3A分别是示出根据本发明的实施方式的安装有传递构件18和偏压构件19的振动波马达10的图。
图3B分别是示出根据本发明的实施方式的安装有传递构件18和偏压构件19的振动波马达10的图。
图3C分别是示出根据本发明的实施方式的安装有传递构件18和偏压构件19的振动波马达10的图。
图3D分别是示出根据本发明的实施方式的安装有传递构件18和偏压构件19的振动波马达10的图。
图4A分别是根据本发明的实施例1的振动波马达11的分解立体图。
图4B分别是根据本发明的实施例1的振动波马达11的分解立体图。
图5A分别是示出本发明的实施例1的效果的图。
图5B分别是示出本发明的实施例1的效果的图。
图5C分别是示出本发明的实施例1的效果的图。
图5D分别是示出本发明的实施例1的效果的图。
图5E分别是示出本发明的实施例1的效果的图。
图6A分别是根据本发明的实施例2的振动波马达21的分解立体图。
图6B分别是根据本发明的实施例2的振动波马达21的分解立体图。
图7A分别是示出根据本发明的实施例2的效果的图。
图7B分别是示出根据本发明的实施例2的效果的图。
图7C分别是示出根据本发明的实施例2的效果的图。
图7D分别是示出根据本发明的实施例2的效果的图。
图7E分别是示出根据本发明的实施例2的效果的图。
图8A分别是根据本发明的实施例3的振动波马达31的分解立体图。
图8B分别是根据本发明的实施例3的振动波马达31的分解立体图。
图9A分别是示出根据本发明的实施例3的效果的图。
图9B分别是示出根据本发明的实施例3的效果的图。
图9C分别是示出根据本发明的实施例3的效果的图。
图9D分别是示出根据本发明的实施例3的效果的图。
图9E分别是示出根据本发明的实施例3的效果的图。
图10A分别是根据本发明的实施例4的振动波马达41的分解立体图。
图10B分别是根据本发明的实施例4的振动波马达41的分解立体图。
图11A分别是示出根据本发明的实施例4的效果的图。
图11B分别是示出根据本发明的实施例4的效果的图。
图11C分别是示出根据本发明的实施例4的效果的图。
图11D分别是示出根据本发明的实施例4的效果的图。
图11E分别是示出根据本发明的实施例4的效果的图。
图12A分别是根据本发明的实施例5的振动波马达51的分解立体图。
图12B分别是根据本发明的实施例5的振动波马达51的分解立体图。
图13A分别是示出根据本发明的实施例5的效果的图。
图13B分别是示出根据本发明的实施例5的效果的图。
图13C分别是示出根据本发明的实施例5的效果的图。
图13D分别是示出根据本发明的实施例5的效果的图。
图13E分别是示出根据本发明的实施例5的效果的图。
图14A分别是示出根据本发明的另一实施例的图。
图14B分别是示出根据本发明的另一实施例的图。
图14C分别是示出根据本发明的另一实施例的图。
图15是示出根据应用了本发明的另一实施方式的直线驱动设备的图。
图16是示出根据现有技术的使用引导轴600的引导方法用的配置的图。
具体实施方式
现在将根据附图详细说明本发明的优选实施方式。
以下将参照附图说明根据本发明的使用振动波马达(超声波马达)10的直线驱动设备的配置。将振动波马达10的振子1的移动方向定义为X方向，将加压构件3的加压方向定义为Z方向，将垂直于X和Z方向的方向定义为Y方向。对于所有的附图，X方向、Y方向和Z方向都如上所述地定义。
将首先说明根据本实施方式的使用振动波马达10的直线驱动设备。图1A是示出使用振动波马达10的直线驱动设备的沿Z方向分解的分解立体图。图1B示出了完整的直线驱动设备。驱动对象体17是作为驱动对象的用于拍摄设备的透镜架。当振动波马达10输出驱动力时，驱动对象体17能够在被引导轴15引导的同时沿移动构件4的移动方向X往复移动。虽然实施方式以使用了直线驱动设备的光学设备为示例，其中驱动对象体17为用于拍摄设备的透镜架，但是驱动对象体17能够应用于透镜架以外的部件。
传递构件18由驱动对象体17的支撑部17a支撑。传递构件18与偏压构件19一起以抵靠移动构件4的抵接部4d的方式安装于移动构件4。图1B所示的完整状态的使用振动波马达10的直线驱动设备被构造成驱动力从作为驱动源(下文将说明)的振子1依次传递至联接构件5、移动构件4、抵接部4d、传递构件18和驱动对象体17，以便使驱动对象体17沿X方向往复移动。
图2A和图2B分别是传递构件18和偏压构件19的立体图。图2A是从Z方向上的上方看的图。图2B是从Z方向上的下方看的图。图2C和图2D分别是传递构件18抵靠移动构件4的抵接部4d的抵接部分的放大图。图2C是从Z方向看的投影图。图2D是从Y方向看的截面图。传递构件18由上述的驱动对象体17的支撑部17a支撑并且抵靠移动构件4的抵接部4d以使移动构件4和驱动对象体17同步地移动。传递构件18具有凹部18a。凹部18a被构造成与抵接部4d偏压接触。在本实施方式中，传递构件18由支撑部17a支撑为能够绕着轴18b自由地枢转。然而，能够选择传递构件18被支撑为能够直线移动的配置。此外，在实施方式中，在传递构件18侧形成凹形状，在抵接部4d侧形成凸形状。然而，能够选择在与上述配置中相反的侧部形成凸部和凹部的配置。
偏压构件19是扭力螺旋弹簧，其对传递构件18施加偏压力以在传递构件18和抵接部4d之间提供偏压接触力(biasing contact force)FB。在本实施方式中，偏压构件19是扭力螺旋弹簧。然而，能选择压缩弹簧、拉伸弹簧或片簧，只要能够提供偏压接触力FB即可。
参照图2C，由于凹部18a具有几乎V字形的截面(见图2D)，所以由偏压构件19产生的偏压接触力FB具有两个分布载荷区域M1和M2。分布载荷的载荷中心B对应于它们的中点。虽然本实施方式以具有两个分布载荷区域的情况作为示例，但即使分布载荷区域的数量根据传递构件18和抵接部4d的形状而变化，也能够以相同的方式考虑分布载荷的载荷中心B。
接下来将说明如下部分：通过该部分，根据本实施方式的用于直线驱动设备的振动波马达10将驱动力传递至驱动对象体17。图3A是示出传递构件18如何安装于振动波马达10并被偏压构件19偏压的平面图。图3B是沿着图3A中的剖切线IIIB-IIIB截取的截面图。图3C是沿着图3A中的剖切线IIIC-IIIC截取的截面图。图3D是立体图。
参照图3A，振子1和摩擦构件2之间的加压接触力(pressure contact force)FA的分布载荷区域对应于振子1的突出部1b的范围。因此，加压接触力FA具有两个分布载荷区域N1和N2。分布载荷区域的载荷中心A对应于分布载荷的中点。虽然本实施方式以具有两个分布载荷区域的情况作为示例，但即使分布载荷区域的数量根据振子1的突出部1b的数量而变化，也能够以相同的方式考虑分布载荷的载荷中心A。
图3D示出了加压接触力FA和偏压接触力FB如何起作用。如果载荷中心A与载荷中心B一致，则绕着与移动方向X几乎垂直的Y轴的力偶V1能够减小至0。类似地，绕着沿移动方向的X轴的力偶V2能够减小至0。注意，以夸张的方式示出了载荷中心A和载荷中心B。
实施例1
将说明用于根据本发明的实施方式的直线驱动设备的根据实施例1的振动波马达11的配置。图4A和图4B分别是振动波马达11的分解立体图。图4A是从Z方向上的上方看的图。图4B是从Z方向上的下方看的图。
振子1由板部1a、两个突出部1b和压电元件1c构成。突出部1b和板部1a能够一体地成型或作为单独的部件进行组装。压电元件1c具有极化的预定区域并安装于板部1a。供电部件(未示出)对压电元件1c施加高频电压以产生频率在超声波范围的振动(超声波振动)。由于专利文献1说明了通过产生该振动从振子1获得驱动力的原理，所以将省略其说明。虽然实施例1以振子1具有两个突出部1b的情况作为示例，但是可以根据期望的驱动力选择突出部的数量。如图4A和图4B所示，振子1能够在X方向上往复移动。
摩擦构件2配置成面向振子1并固定至固定构件8。实施例1以摩擦构件2为板状的情况为示例。但是也能够选择圆杆形状等作为摩擦构件2的形状。此外，能够在如下范围内选择用于摩擦构件2的诸如金属或陶瓷材料等的材料：满足诸如刚性和表面特性的机械特性的要求的范围。
加压构件13是四个压缩弹簧。加压构件13的下端部抵接加压板12以通过毡构件7沿着图4A和图4B所示的方向向振子1施加加压力f。设置毡构件7以防止振动的衰减。设置加压板12以向整个压电元件1c施加加压力f。实施例1以加压构件13为压缩弹簧的情况为示例。但是也能够选择扭力螺旋弹簧、拉伸弹簧、片簧等作为加压构件13。只要加压构件13的加压力f的和是合适的，就能够自由地选择弹簧的数量。此外，实施例1以如下配置为实施例：在该配置中，当投影至XY平面时，加压构件13所在的区域与振子1所在的区域重叠。
移动构件14能够沿振子1的移动方向X移动并且保持加压构件13的上端部。移动构件14包括作为与引导构件6(下文说明)嵌合的孔的滑动部14a、14b和14c，以及与传递构件18抵靠的抵接部14d。滑动部14a、14b和14c和抵接部14d能够一体地成型到移动构件14或者作为单独部件组装到移动构件14。
联接构件5通过第一联接部5a联接到振子1或者通过第二联接部5b联接到移动构件14，以便使振子1与移动构件14相联接。这使得能够同步地移动振子1和移动构件14。联接构件5具有表现Z方向上的低刚性的特性和表现X方向上的高刚性的特性，因为表现Z方向上的低刚性的特性而不能抑制振子1和摩擦构件2之间的加压接触力FA，因为表现X方向上的高刚性的特性而允许振子1和移动构件14同步地移动。在通过第一联接部5a联接至振子1时，通过像接合或焊接(未示出)的方法将联接构件5固定至振子1的对应于振动的节点的部分或者振动微小的类似部分，从而不抑制振子1的振动。在通过第二联接部5b联接至移动构件14时，通过像接合、焊接或螺纹紧固(未示出)的方法将联接构件5固定至移动构件14。实施例1以联接构件5由具有框架形状的一个构件形成的情况作为示例。但是联接构件5也可以由多个构件形成或者能够在满足以上刚性特征要求的范围内选择用于联接构件5的任意材料和形状。
引导构件6是用于可滑动地沿X方向引导移动构件14的圆杆。引导构件6是嵌合于移动构件14的滑动部14a、14b和14c的、没有滚球和类似物的滑动引导件。实施例1以使用圆杆的情况作为示例。但是只要滑动部14a、14b和14c的形状符合引导构件，就能选择方杆或板构件。
固定构件8由固定部(未示出)支撑，沿图4A所示的X1方向组装，并且通过将引导构件6嵌合入四个孔8a来保持引导构件6。然后通过利用螺钉9紧固将摩擦构件2固定至固定构件8。作为用于引导构件6的保持方法和用于摩擦构件2的固定方法，能够选择任意方法。
接下来将说明根据实施例1的振动波马达11内产生的力。图5A和图5C分别是移动构件14和传递构件18之间的抵接部附近的截面图。图5B和图5D分别是XY平面上的局部放大图。图5E是立体图。振子1、毡构件7、加压板12、加压构件13、移动构件14、传递构件18和偏压构件19是沿X方向移动、固定有摩擦构件2和引导构件6的部件。
将首先说明振子1与摩擦构件2之间的加压接触力FA。如图5A所示，加压构件13产生图5A中所示的方向上的加压力f以通过加压板12和毡构件7使振子1压靠摩擦构件2。然后产生加压力f的反作用力。振子1接收到来自摩擦构件2的反作用力。也就是，在移动的振子1和固定的摩擦构件2之间产生加压接触力FA。此外，如图5B所示，振子1和摩擦构件2之间的加压接触力FA具有分布载荷区域N1和N2，分布载荷区域N1和N2是振子1的突出部1b的投影区域。载荷中心A与上述的相同。
接下来将说明传递构件18与抵接部14d之间的偏压接触力FB。如图5C所示，当偏压构件19产生偏压力时，传递构件18受到偏压力的偏压从而抵靠抵接部14d。结果，在移动的传递构件18与抵接部14d之间产生图5C中所示的方向上的偏压接触力FB。此外，如图5D所示，传递构件18与抵接部14d之间的偏压接触力FB具有分布载荷区域M1和M2，分布载荷区域M1和M2是抵接部14d关于传递构件18的凹部18a的接触区域的投影区域。分布载荷区域M1和M2之间的载荷中心B与上述的相同。
在这种情况下，振子1通过加压板12和毡构件7从加压构件13接收加压力f，移动构件14直接接收来自加压构件13的与加压力f方向相反的力。振子1与摩擦构件2接触，并且移动构件14的位置被引导构件6限制。因此，当五个部件，也就是振子1、毡构件7、加压板12、加压构件13和移动构件14被视作一体的单元时，作用于单元的外力会彼此平衡(以上被视作一体单元的五个部件以下将称作“移动体”)。
如图5C所示，移动体接收振子1与摩擦构件2之间的加压接触力FA以及传递构件18与抵接部14d之间的偏压接触力FB。作用于载荷中心A和B的力的方向彼此相反。如果加压接触力FA与偏压接触力FB大小相等并且载荷中心A和B在XY平面上的投影彼此一致，则移动体能够仅利用加压接触力FA和偏压接触力FB处于平衡，而在移动体与引导构件6之间不产生阻力FR。如果加压接触力FA与偏压接触力FB大小不同，则移动体不能够仅利用加压接触力FA和偏压接触力FB处于平衡。在这种情况下，除了加压接触力FA和偏压接触力FB，在移动体和引导构件6之间还产生对应于加压接触力FA与偏压接触力FB之间的差的、在图5C中的任一方向上的阻力FR，由此使移动体平衡。
以下将说明实施例1的特征。实施例1的第一特征是：如图5B、图5D和图5E所示，加压接触力FA的分布载荷的载荷中心A与偏压接触力FB的分布载荷的载荷中心B在直线L上对齐，其中直线L沿着与移动方向X和加压接触力FA的方向Z垂直的方向Y。实施例1的第二特征是：如图5A、图5C和图5E所示，加压接触力FA的方向与偏压接触力FB的方向平行且相反。
根据第一特征，因为移动体中没有产生绕着图5E中示出的Y轴的力偶V1，所以移动体能够在不绕着Y轴倾斜的情况下以高的位置精度往复移动。此外，根据第二特征，在移动构件14和引导构件6之间产生的阻力FR对应于加压接触力FA与偏压接触力FB之间的差，并且减小了阻力FR和摩擦力。这能够防止振动波马达11的驱动力的降低。此外，使加压接触力FA几乎等于偏压接触力FB能够进一步减小阻力FR和摩擦力。这能够进一步防止振动波马达11的驱动力的降低。结果，即使使用滑动引导方法作为引导方法，也能够避免振动波马达11的驱动力的降低。
如上所述，使用根据实施例1的振动波马达11的直线驱动设备能够使用滑动引导方法作为用于移动构件14的引导方法，这允许在没有降低振动波马达11的驱动力的情况下的小型化和简单化。根据实施例1，如图5B和图5D所示，就XY平面上的投影而言，加压接触力FA的分布载荷的载荷中心A与偏压接触力FB的分布载荷的载荷中心B落入振子1的范围内。此外，加压接触力FA的分布载荷的载荷中心A与偏压接触力FB的分布载荷的载荷中心B在直线L上对齐并且几乎彼此一致，其中直线L沿着与移动方向X和加压接触力FA的方向Z垂直的方向Y。在这种情况下，因为几乎不会产生图5E中示出的力偶V2，所以通过使加压接触力FA几乎等于偏压接触力FB能够减小阻力FR和摩擦力，并使振动波马达11的驱动力的降低减小至几乎为零。
实施例2
将说明用于根据本发明的实施方式的直线驱动设备的根据实施例2的振动波马达21的配置。图6A和图6B是振动波马达21的分解立体图。图6A是从Z方向上的上方看的图。图6B是从Z方向上的下方看的图。振子1和摩擦构件2与实施例1中的相同。然而，需要注意，利用螺钉9将摩擦构件2固定至加压板22。加压板22设置有轴22a并能够沿图6A和图6B所示的R方向绕着直线L22枢转。
加压构件23是两个压缩弹簧，其被组装成加压构件23的下端部由固定构件8支撑、上端部由加压板22支撑。加压构件23作用于加压板22以在图6A和图6B所示的方向上在振子1和摩擦构件2之间施加加压力f。移动构件24能够沿移动方向X移动，并且通过毡构件7在支撑部24e处支撑振子1。此外，移动构件24包括作为与引导构件6嵌合的孔的滑动部24a、24b和24c，以及与传递构件18抵靠的抵接部24d。联接构件5和引导构件6与实施例1中的相同。固定构件8由固定部(未示出)支撑并且沿图6A所示的X1方向进行组装以通过将引导构件6和加压板22嵌合入孔8a来保持引导构件6和加压板22。关于上述各部件，能够像在实施例1中一样选择其它形式。传递构件18和偏压构件19与实施例1中的相同，因此将省略它们的说明，其中，根据实施例2的用于直线驱动设备的振动波马达21通过传递构件18和偏压构件19向驱动对象体17传递驱动力。
接下来将说明根据实施例2的振动波马达21内产生的力。图7A和图7C分别是移动构件24和传递构件18之间的抵接部附近的截面图。图7B和图7D分别是XY平面上的局部放大图。图7E是立体图。振子1、毡构件7、移动构件24、传递构件18和偏压构件19是沿移动方向X移动的部件，摩擦构件2、加压构件23、引导构件6和加压板22固定于这些部件。
首先将说明振子1与摩擦构件2之间的加压接触力FA。如图7A所示，加压构件23产生图7A所示的方向上的加压力f以对加压板22加压，以及产生图7A所示的R方向上的、绕着加压板22的轴22a的力偶。然后振子1接收来自摩擦构件2的沿图7A所示的方向的加压接触力FA。也就是，在移动的振子1和固定的摩擦构件2之间产生加压接触力FA。此外，如图7B所示，振子1和摩擦构件2之间的加压接触力FA的分布载荷区域N1和N2对应于振子1的突出部1b的投影区域。分布载荷区域N1和N2之间的载荷中心A与实施例1的相同。
接下来将说明传递构件18与抵接部24d之间的偏压接触力FB。如图7C所示，当偏压构件19产生偏压力时，传递构件18受到该偏压力的偏压从而抵靠抵接部24d。结果，在移动的传递构件18与抵接部24d之间产生图7C所示的方向上的偏压接触力FB。此外，如图7D所示，传递构件18与抵接部24d之间的偏压接触力FB具有分布载荷区域M1和M2，分布载荷区域M1和M2是抵接部24d关于传递构件18的凹部18a的接触区域的投影区域。分布载荷区域M1和M2之间的载荷中心B与实施例1的相同。
在这种情况下，振子1通过加压板22和摩擦构件2接收加压接触力FA，移动构件24直接从毡构件7接收加压接触力FA。振子1与摩擦构件2接触，移动构件24的位置被引导构件6限制。因此当三个部件即振子1、毡构件7和移动构件24被视作一体单元时，作用于该单元的外力会彼此平衡(以上被视作一体单元的三个部件以下将称作“移动体”)。
如图7C所示，移动体接收振子1与摩擦构件2之间的加压接触力FA，以及传递构件18与抵接部24d之间的偏压接触力FB。作用于载荷中心A和B的力的方向彼此相反。如果加压接触力FA与偏压接触力FB大小相等并且载荷中心A和B在XY平面上的投影彼此一致，则移动体能够仅利用加压接触力FA和偏压接触力FB处于平衡，而在移动体与引导构件6之间不产生阻力FR。如果加压接触力FA与偏压接触力FB大小不同，则移动体不能够仅利用加压接触力FA和偏压接触力FB处于平衡。在这种情况下，除了加压接触力FA和偏压接触力FB，在移动体和引导构件6之间产生对应于加压接触力FA与偏压接触力FB之间的差的、在图7C中的任一方向上的阻力FR，由此使移动体平衡。
以下将说明实施例2的特征。根据实施例2的配置的特征与实施例1的第一特征和第二特征相同。因此，因为移动体中没有产生绕着图7E中示出的Y轴的力偶V1，所以移动体能够在不绕着Y轴倾斜的情况下以高的位置精度往复移动。此外，在移动构件24和引导构件6之间产生的阻力FR对应于加压接触力FA与偏压接触力FB之间的差，并且减小了阻力FR和摩擦力。这能够防止振动波马达21的驱动力的降低。此外，使加压接触力FA几乎等于偏压接触力FB能够进一步减小阻力FR和摩擦力。这能够进一步防止振动波马达21的驱动力的降低。结果，即使使用滑动引导方法作为引导方法，也能够避免振动波马达21的驱动力的降低。
如上所述，使用根据实施例2的振动波马达21的直线驱动设备能够使用滑动引导方法作为用于移动构件24的引导方法，这允许在没有降低振动波马达21的驱动力的情况下的小型化和简单化。根据实施例2，如图7B和图7D所示，就XY平面上的投影而言，加压接触力FA的分布载荷的载荷中心A与偏压接触力FB的分布载荷的载荷中心B落入振子1的范围内。此外，加压接触力FA的分布载荷的载荷中心A与偏压接触力FB的分布载荷的载荷中心B在直线L上对齐并且几乎彼此一致，其中直线L沿着与移动方向X和加压接触力FA的方向Z垂直的方向Y。在这种情况下，因为几乎不会产生图7E中示出的力偶V2，所以通过使加压接触力FA几乎等于偏压接触力FB能够减小阻力FR和摩擦力，并使振动波马达21的驱动力的降低减小至几乎为零。
实施例3
将说明用于根据本发明的实施方式的直线驱动设备的根据实施例3的振动波马达31的配置。图8A和图8B分别是振动波马达31的分解立体图。图8A是从Z方向上的上方看的图。图8B是从Z方向上的下方看的图。振子1和摩擦构件2与实施例1中的相同。
加压构件33是四个压缩弹簧。加压构件33的下端部抵靠加压板32并通过毡构件7沿图8A和图8B所示的方向向振子1施加加压力f。移动构件34能够沿移动方向X移动，并且保持加压构件33的上端部。此外，移动构件34包括作为与引导构件6嵌合的孔的滑动部34a、34b和34c，以及与传递构件18抵靠的抵接部34d。联接构件5、引导构件6和固定构件8与实施例1中的相同。关于上述各部件，能够像在实施例1中一样选择其它形式。传递构件18和偏压构件19与实施例1中的相同，因此将省略它们的说明，其中，根据实施例3的用于直线驱动设备的振动波马达31通过传递构件18和偏压构件19向驱动对象体17传递驱动力。
接下来将说明根据实施例3的振动波马达31内产生的力。图9A和图9C分别是移动构件34和传递构件18之间的抵接部附近的截面图。图9B和图9D分别是XY平面上的局部放大图。图9E是立体图。振子1、毡构件7、加压板32、加压构件33、移动构件34、传递构件18和偏压构件19是沿X方向移动的部件，其中摩擦构件2和引导构件6固定于这些部件。
首先将说明振子1与摩擦构件2之间的加压接触力FA。如图9A所示，加压构件33产生图9A所示的方向上的加压力f以使振子1通过加压板32和毡构件7压靠摩擦构件2。然后产生加压力f的反作用力。振子1接收来自摩擦构件2的反作用力。也就是，在移动的振子1和固定的摩擦构件2之间产生加压接触力FA。此外，如图9B所示，振子1和摩擦构件2之间的加压接触力FA的分布载荷区域N1和N2对应于振子1的突出部1b的投影区域。分布载荷区域N1和N2之间的载荷中心A与实施例1的相同。
接下来将说明传递构件18与抵接部34d之间的偏压接触力FB。如图9C所示，当偏压构件19产生偏压力时，传递构件18受到该偏压力的偏压从而抵靠抵接部34d。结果，在移动的传递构件18与抵接部34d之间产生图9C所示的方向上的偏压接触力FB。此外，如图9D所示，传递构件18与抵接部34d之间的偏压接触力FB具有分布载荷区域M1和M2，分布载荷区域M1和M2是抵接部34d关于传递构件18的凹部18a的接触区域的投影区域。分布载荷区域M1和M2之间的载荷中心B与实施例1的相同。
在这种情况下，振子1通过加压板32和毡构件7接收来自加压构件33的加压力f，移动构件34直接接收来自加压构件33的与加压力f方向相反的力。振子1与摩擦构件2接触，移动构件34的位置被引导构件6限制。因此当五个部件，也就是振子1、毡构件7、加压板32、加压构件33和移动构件34被视作一体单元时，作用于单元的外力会彼此平衡(以上被视作一体单元的五个部件以下将称作“移动体”)。
如图9C所示，移动体接收振子1与摩擦构件2之间的加压接触力FA，以及传递构件18与抵接部34d之间的偏压接触力FB。作用于载荷中心A和B的力的方向彼此相反。如果加压接触力FA与偏压接触力FB大小相等并且载荷中心A和B在XY平面上的投影彼此一致，则移动体能够仅利用加压接触力FA和偏压接触力FB处于平衡，而在移动体与引导构件6之间不产生阻力FR。如果加压接触力FA与偏压接触力FB大小不同，则移动体不能够仅利用加压接触力FA和偏压接触力FB处于平衡。在这种情况下，除了加压接触力FA和偏压接触力FB，在移动体和引导构件6之间还产生对应于加压接触力FA与偏压接触力FB之间的差的、在图9C中的任一方向上的阻力FR，由此使移动体平衡。
以下将说明实施例3的特征。根据实施例3的配置的特征与实施例1的第一特征和第二特征相同。因此，因为移动体中没有产生绕着图9E中示出的Y轴的力偶V1，所以移动体能够在不绕着Y轴倾斜的情况下以高的位置精度往复移动。此外，在移动构件34和引导构件6之间产生的阻力FR对应于加压接触力FA与偏压接触力FB之间的差，并且减小了阻力FR和摩擦力。这能够防止振动波马达31的驱动力的降低。此外，使加压接触力FA几乎等于偏压接触力FB能够进一步减小阻力FR和摩擦力。这能够进一步防止振动波马达31的驱动力的降低。结果，即使使用滑动引导方法作为引导方法，也能够避免振动波马达31的驱动力的降低。
如上所述，使用根据实施例3的振动波马达31的直线驱动设备能够使用滑动引导方法作为用于移动构件34的引导方法，这允许在没有降低振动波马达31的驱动力的情况下的小型化和简单化。根据实施例3，如图9B和图9D所示，就XY平面上的投影而言，加压接触力FA的分布载荷的载荷中心A与偏压接触力FB的分布载荷的载荷中心B落入振子1的范围内。此外，加压接触力FA的分布载荷的载荷中心A与偏压接触力FB的分布载荷的载荷中心B在直线L上对齐并且几乎彼此一致，其中直线L沿着与移动方向X和加压接触力FA的方向Z垂直的方向Y。在这种情况下，因为图9E中示出的力偶V2几乎不能产生，所以通过使加压接触力FA几乎等于偏压接触力FB能够减小阻力FR和摩擦力，并使振动波马达31的驱动力的降低减小至几乎为零。
实施例4
将说明用于根据本发明的实施方式的直线驱动设备的根据实施例4的振动波马达41的配置。图10A和图10B分别是振动波马达41的分解立体图。图10A是从Z方向上的上方看的图。图10B是从Z方向上的下方看的图。振子1和摩擦构件2与实施例1中的相同。
加压构件43是四个压缩弹簧。加压构件43的下端部抵靠加压板42并通过毡构件7沿图10A和图10B所示的方向向振子1施加加压力f。移动构件44能够沿移动方向X移动，并且保持加压构件43的上端部。此外，移动构件44包括作为与引导构件6嵌合的孔的滑动部44a、44b和44c，以及与传递构件18抵靠的抵接部44d。联接构件5、引导构件6和固定构件8与实施例1中的相同。关于上述各部件，能够像在实施例1中一样选择其它形式。
传递构件18和偏压构件19与实施例1中的相同，因此将省略它们的说明，其中根据实施例4的用于直线驱动设备的振动波马达41通过传递构件18和偏压构件19向驱动对象体17传递驱动力。不像实施例3，在实施例4中加压构件43和引导构件6配置成在Z方向上重叠。以这种方式将引导构件6和加压构件43配置成在Y方向上不重叠能够实现在Y方向上的小型化。
接下来将说明根据实施例4的振动波马达41内产生的力。图11A和图11C分别是移动构件44和传递构件18之间的抵接部附近的截面图。图11B和图11D分别是XY平面上的局部放大图。图11E是立体图。振子1、毡构件7、加压板42、加压构件43、移动构件44、传递构件18和偏压构件19是沿X方向移动的部件，其中摩擦构件2和引导构件6固定于这些部件。
首先将说明振子1与摩擦构件2之间的加压接触力FA。如图11A所示，加压构件43产生图11A所示的方向上的加压力f以通过加压板42和毡构件7使振子1压靠摩擦构件2。然后产生加压力f的反作用力。振子1接收来自摩擦构件2的反作用力。也就是，在移动的振子1和固定的摩擦构件2之间产生加压接触力FA。此外，如图11B所示，振子1和摩擦构件2之间的加压接触力FA的分布载荷区域N1和N2对应于振子1的突出部1b的投影区域。分布载荷区域N1和N2之间的载荷中心A与实施例1的相同。
接下来将说明传递构件18与抵接部44d之间的偏压接触力FB。如图11C所示，当偏压构件19产生偏压力时，传递构件18受到该偏压力的偏压从而抵靠抵接部44d。结果，在移动的传递构件18与抵接部44d之间产生图11C所示的方向上的偏压接触力FB。此外，如图11D所示，传递构件18与抵接部44d之间的偏压接触力FB具有分布载荷区域M1和M2，分布载荷区域M1和M2是抵接部44d关于传递构件18的凹部18a的接触区域的投影区域。分布载荷区域M1和M2之间的载荷中心B与实施例1的相同。
在这种情况下，振子1通过加压板42和毡构件7接收来自加压构件43的加压力f，移动构件44直接接收来自加压构件43的与加压力f方向相反的力。振子1与摩擦构件2接触，移动构件44的位置被引导构件6限制。因此当五个部件，也就是振子1、毡构件7、加压板42、加压构件43和移动构件44被视作一体单元时，作用于单元的外力会彼此平衡(以上被视作一体单元的五个部件以下将称作“移动体”)。
如图11C所示，移动体接收振子1与摩擦构件2之间的加压接触力FA，以及传递构件18与抵接部44d之间的偏压接触力FB。作用于载荷中心A和B的力的方向彼此相反。如果加压接触力FA与偏压接触力FB大小相等并且载荷中心A和B在XY平面上的投影彼此一致，则移动体能够仅利用加压接触力FA和偏压接触力FB处于平衡，而在移动体与引导构件6之间不产生阻力FR。如果加压接触力FA与偏压接触力FB大小不同，则移动体不能够仅利用加压接触力FA和偏压接触力FB处于平衡。在这种情况下，除了加压接触力FA和偏压接触力FB，在移动体和引导构件6之间还产生对应于加压接触力FA与偏压接触力FB之间的差的、沿图11C中的任一方向的阻力FR，由此使移动体平衡。
以下将说明实施例4的特征。根据实施例4的配置的特征与实施例1的第一特征和第二特征相同。因此，因为移动体中没有产生绕着图11E中示出的Y轴的力偶V1，所以移动体能够在不绕着Y轴倾斜的情况下以高的位置精度往复移动。此外，在移动构件44和引导构件6之间产生的阻力FR对应于加压接触力FA与偏压接触力FB之间的差，并且减小了阻力FR和摩擦力。这能够防止振动波马达41的驱动力的降低。此外，使加压接触力FA几乎等于偏压接触力FB能够进一步减小阻力FR和摩擦力。这能够进一步防止振动波马达41的驱动力的降低。结果，即使使用滑动引导方法作为引导方法，也能够避免振动波马达41的驱动力的降低。
如上所述，使用根据实施例4的振动波马达41的直线驱动设备能够使用滑动引导方法作为用于移动构件44的引导方法，这允许在没有降低振动波马达41的驱动力的情况下的小型化和简单化。根据实施例4，如图11B和图11D所示，就XY平面上的投影而言，加压接触力FA的分布载荷的载荷中心A与偏压接触力FB的分布载荷的载荷中心B落入振子1的范围内。此外，加压接触力FA的分布载荷的载荷中心A与偏压接触力FB的分布载荷的载荷中心B在直线L上对齐并且几乎彼此一致，其中直线L沿着与移动方向X和加压接触力FA的方向Z垂直的方向Y。在这种情况下，因为图11E中示出的力偶V2几乎不能产生，所以通过使加压接触力FA几乎等于偏压接触力FB能够减小阻力FR和摩擦力，并使振动波马达41的驱动力的降低减小至几乎为零。
实施例5
将说明用于根据本发明的实施方式的直线驱动设备的根据实施例5的振动波马达51的配置。图12A和图12B分别是振动波马达51的分解立体图。图12A是从Z方向上的上方看的图。图12B是从Z方向上的下方看的图。振子1和摩擦构件2与实施例1中的相同。
加压构件53是两个压缩弹簧。加压构件53的下端部抵靠加压板52并通过毡构件7沿图12A和图12B所示的方向向振子1施加加压力f。加压板52的接合部52a与移动构件54的接合部54e接合并用作枢转支点。移动构件54能够沿着移动方向X移动，并且保持加压构件53的上端部。此外，移动构件54包括作为与引导构件6嵌合的孔的滑动部54a、54b和54c，以及与传递构件18抵靠的抵接部54d。联接构件5、引导构件6和固定构件8与实施例1中的相同。关于上述各部件，能够像在实施例1中一样选择其它形式。
传递构件18和偏压构件19与实施例1中的相同，因此将省略它们的说明，其中根据实施例5的用于直线驱动设备的振动波马达51通过传递构件18和偏压构件19向驱动对象体17传递驱动力。不像实施例1至实施例4，在实施例5中振子1、摩擦构件2和抵接部54d沿Y方向配置于振动波马达51的端部。以这种方式配置这些部件增大了直线驱动设备中的振动波马达51的布局的自由度。
接下来将说明根据实施例5的振动波马达51内产生的力。图13A和图13C分别是移动构件54和传递构件18之间的抵接部附近的截面图。图13B和图13D分别是XY平面上的局部放大图。图13E是立体图。振子1、毡构件7、加压板52、加压构件53、移动构件54、传递构件18和偏压构件19是沿X方向移动的部件，其中摩擦构件2和引导构件6固定于这些部件。
首先将说明振子1与摩擦构件2之间的加压接触力FA。如图13A所示，加压构件53产生图13A所示的方向上的加压力f以通过加压板52和毡构件7使振子1压靠摩擦构件2。此外，加压构件53用作产生绕着接合部52a的、方向为图13A所示的方向R的力偶。然后产生加压力f的反作用力。振子1接收来自摩擦构件2的反作用力。也就是，在移动的振子1和固定的摩擦构件2之间产生加压接触力FA。此外，如图13B所示，振子1和摩擦构件2之间的加压接触力FA的分布载荷区域N1和N2对应于振子1的突出部1b的投影区域。分布载荷区域N1和N2之间的载荷中心A与实施例1的相同。
接下来将说明传递构件18与抵接部54d之间的偏压接触力FB。如图13C所示，当偏压构件19产生偏压力时，传递构件18受到该偏压力的偏压从而抵靠抵接部54d。结果，在移动的传递构件18与抵接部54d之间产生图13C所示的方向上的偏压接触力FB。此外，如图13D所示，传递构件18与抵接部54d之间的偏压接触力FB具有分布载荷区域M1和M2，分布载荷区域M1和M2是抵接部54d关于传递构件18的凹部18a的接触区域的投影区域。分布载荷区域M1和M2之间的载荷中心B与实施例1的相同。
在这种情况下，振子1通过加压板52和毡构件7接收来自加压构件53的与加压接触力FA方向相反的力，移动构件54直接接收来自加压构件53的与加压力f方向相反的力。振子1与摩擦构件2接触，移动构件54的位置被引导构件6限制。因此当五个部件，也就是振子1、毡构件7、加压板52、加压构件53和移动构件54被视作一体单元时，作用于单元的外力会彼此平衡(以上被视作一体单元的五个部件以下将称作“移动体”)。
如图13C所示，移动体接收振子1与摩擦构件2之间的加压接触力FA，以及传递构件18与抵接部54d之间的偏压接触力FB。作用于载荷中心A和B的力的方向彼此相反。如果加压接触力FA与偏压接触力FB大小相等并且载荷中心A和B在XY平面上的投影彼此一致，则移动体能够仅利用加压接触力FA和偏压接触力FB处于平衡，而在移动体与引导构件6之间不产生阻力FR。如果加压接触力FA与偏压接触力FB大小不同，则移动体不能够仅利用加压接触力FA和偏压接触力FB处于平衡。在这种情况下，除了加压接触力FA和偏压接触力FB，在移动体和引导构件6之间还产生对应于加压接触力FA与偏压接触力FB之间的差的、沿图13C中的任一方向的阻力FR，由此使移动体平衡。
以下将说明实施例5的特征。根据实施例5的配置的特征与实施例1的第一特征和第二特征相同。因此，因为没有产生图13E中示出的X方向上的力偶V1，所以移动体能够在不绕着X方向倾斜的情况下以高的位置精度往复移动。此外，在移动构件54和引导构件6之间产生的阻力FR对应于加压接触力FA与偏压接触力FB之间的差，并且减小了阻力FR和摩擦力。这能够防止振动波马达51的驱动力的降低。此外，使加压接触力FA几乎等于偏压接触力FB能够进一步减小阻力FR和摩擦力。这能够进一步防止振动波马达51的驱动力的降低。结果，即使使用滑动引导方法作为引导方法，也能够避免振动波马达51的驱动力的降低。
如上所述，使用根据实施例5的振动波马达51的直线驱动设备能够使用滑动引导方法作为用于移动构件54的引导方法，这允许在没有降低振动波马达51的驱动力的情况下的小型化和简单化。根据实施例5，如图13B和图13D所示，就XY平面上的投影而言，加压接触力FA的分布载荷的载荷中心A与偏压接触力FB的分布载荷的载荷中心B落入振子1的范围内。此外，加压接触力FA的分布载荷的载荷中心A与偏压接触力FB的分布载荷的载荷中心B在直线L上对齐并且几乎彼此一致，其中直线L沿着与移动方向X和加压接触力FA的方向Z垂直的方向Y。在这种情况下，因为图13E中示出的力偶V2几乎不能产生，所以通过使加压接触力FA几乎等于偏压接触力FB能够减小阻力FR和摩擦力，并使振动波马达51的驱动力的降低减小至几乎为零。
第一变型例
图14A和图14B示出了实施例1至实施例5的第一变型例。图14A是移动构件4和传递构件18之间的抵接部附近的截面图。图14B是XY平面上的局部放大图。根据第一变型例，就XY平面上的投影而言，加压接触力FA的分布载荷的载荷中心A与偏压接触力FB的分布载荷的载荷中心B在方向Y上对齐但不在移动方向X上对齐，其中方向Y与移动方向X和加压接触力FA的方向Z垂直。也就是，载荷中心A与载荷中心B彼此不一致并且彼此间隔开一定程度。假定该分离程度被定义为移位量D1。注意以夸张方式示出了移位量D1。通过减小移位量D1并将所产生的图14A和图14B中示出的方向上的力偶V2设定为非常小的值，该配置能够获得减小阻力FR和摩擦力以及防止振动波马达的驱动力的降低的效果。此外，力偶V2的存在能够使引导构件6周围的间隙(backlash)转移到一侧，因此该配置能够获得减小移动构件4的振动并防止设备产生不必要的振动和噪音的效果。
第二变型例
此外，图14C示出了实施例1至实施例5的第二变型例。图14C是XY平面上的局部放大图。根据第二变型例，就垂直于方向Z的XY平面上的投影而言，加压接触力FA的分布载荷的载荷中心A与偏压接触力FB的分布载荷的载荷中心B落入振子1的范围内，但是在移动方向X和垂直于移动方向X的方向Y上都不对齐。然而需要注意，以夸张方式示出了载荷中心A与载荷中心B之间的在垂直于移动方向X的方向Y上的移位量D1以及载荷中心A与载荷中心B之间的在移动方向X上的移位量D2。通过将移位量D1和D2设定为小的值，该配置能够获得减小阻力FR和摩擦力以及防止振动波马达的驱动力的降低的效果。如上所述，即使加压接触力FA的载荷中心A与偏压接触力FB的载荷中心B在移动方向X和垂直于移动方向X的方向Y中的任一个方向或两个方向上都不对齐，也能够获得类似效果。
第三变型例
图15示出了实施例1至实施例5的第三变型例。图15是使用了直线驱动设备的光学设备的立体图，该直线驱动设备使用了振动波马达10。驱动对象体27是作为驱动对象的用于拍摄设备的透镜架，振动波马达10向驱动对象体27输出驱动力，驱动对象体27的特征在于，位于一侧的引导孔27c沿着引导轴25被引导，位于另一侧的引导孔27b沿着振动波马达10的引导构件6被引导。传递构件18由支撑部27a保持。该配置能够获得减少所使用的部件的数量以及简化设备的效果，并且还能够因为振动波马达10和驱动对象体27被相同的引导构件6引导而获得改善直线运动精度的效果。根据第三变型例，共享一个引导构件6。但也能够共享两个引导构件6。在第三实施方式中，能够像在实施例1中一样选择其它配置。
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。以下权利要求的范围应符合最宽泛的解释，以包含所有这样的变型、等同结构和功能。
本申请要求2015年6月26日递交的日本专利申请No.2015-128543的优先权，其全部内容通过引用并入本文。
附图标记说明
1 振子
1c 压电元件
2 摩擦构件
3 加压构件(13、23、33、43、53)
4 移动构件(14、24、34、44、54)
4d 抵接部(14D、24D、34D、44D、54d)
5 联接构件
6 引导构件
10 振动波马达(11、21、31、41、51)
17 驱动对象体
18 传递构件
19 偏压构件
A、B 载荷中心
FA 加压接触力
FB 偏压接触力
X 移动方向
Claims (7)
1.一种直线驱动设备，其特征在于包括：
振动波马达，其包括：
振子，其包括产生振动的压电元件，
摩擦构件，其被固定为面向所述振子，
加压构件，其向所述振子和所述摩擦构件之间施加加压力，
移动构件，其被构造成在预定的移动方向上移动，
联接构件，其将所述振子联接至所述移动构件并且使所述振子和所述移动构件同步地移动，以及
引导构件，其以能够滑动的方式在所述移动方向上引导所述移动构件；
驱动对象体，其被构造成在所述移动方向上移动；
传递构件，其由所述驱动对象体支撑，所述传递构件抵靠所述移动构件的抵接部，并且使所述振动波马达和所述驱动对象体同步地移动；以及
偏压构件，其向所述传递构件和所述抵接部之间施加偏压力，
其中，所述振子从所述摩擦构件接收的加压接触力的方向和所述抵接部从所述偏压构件接收的偏压接触力的方向是平行且相反的方向，并且
所述偏压接触力的分布载荷的载荷中心落入所述振子的范围内。
2.根据权利要求1所述的直线驱动设备，其中，所述加压接触力的分布载荷的载荷中心与所述偏压接触力的分布载荷的载荷中心在与所述加压接触力的方向垂直的平面上、在与所述移动方向和所述加压接触力的方向垂直的方向上对齐。
3.根据权利要求2所述的直线驱动设备，其中，所述加压接触力的分布载荷的载荷中心与所述偏压接触力的分布载荷的载荷中心在所述平面上大体上彼此一致。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的直线驱动设备，其中，所述加压构件所在的区域以及所述摩擦构件和所述振子中的一个所在的区域在与所述移动方向和所述偏压接触力的方向平行的平面上的投影彼此重叠。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的直线驱动设备，其中，所述引导构件沿所述移动方向引导所述驱动对象体。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的直线驱动设备，其中，所述振动波马达包括振动为超声波振动的超声波马达。
7.一种光学设备，其使用了权利要求1至3中任一项所限定的直线驱动设备，其中，所述驱动对象体包括保持透镜的透镜架。
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