專利名稱：振動致動器、透鏡鏡筒、照相機系統(tǒng)、振蕩器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及用根據驅動信號振動的振蕩器來驅動相對運動部件，取 得驅動力的振動致動器、透鏡鏡筒、照相機系統(tǒng)、振蕩器。
背景技術：
這樣的振動致動器，例如作為在照相機的交換鏡頭等上具備、驅動 自動聚焦鏡頭的驅動馬達而被實用化。但是，用于驅動振動致動器的驅 動信號，由于安裝供給驅動信號的電路的底板受到限制，所以如專利文 獻l所示那樣4艮難施加理想的正弦波。因此，存在不能進行穩(wěn)定驅動的 情況。專利文獻日本特開平9-163767號公報 發(fā)明內容本發(fā)明的課題是提供能夠穩(wěn)定驅動的振動致動器、透鏡鏡筒、照相 機系統(tǒng)、振蕩器。本發(fā)明利用下述解決手段來解決上述^^題。另外，為了容易理解標 記與本發(fā)明的實施例對應的符號進行說明，但是并不僅限于此。技術方案1的發(fā)明是一種振動致動器(10),具備根據驅動信號進 行振動的振蕩器(ll， IIA， 11B)以及根據上述振動而相對上述振蕩器 進行相對運動的相對運動部件(15)，其特征在于，上述振蕩器能夠以 用于上述相對運動部件的驅動的第一振動模式和與上述第一振動模式 不同的振動模式即第二振動模式進行振動，上述第二振動模式的共振頻 率與上述驅動信號的驅動頻率的高次諧波的頻率不一致，上述驅動信號 用來以上述第 一振動模式驅動上述振蕩器。技術方案2的發(fā)明，根據技術方案1所述的振動致動器(10)，其 特征在于，上述第二振動模式的共振頻率，當上述驅動頻率在用于上述 相對運動部件(15)的驅動的驅動頻率區(qū)域內發(fā)生變化時，不與上述高 次諧波的頻率變化的區(qū)域重疊。技術方案3的發(fā)明，根據技術方案1或2所述的振動致動器(10 ), 其特征在于，滿足下式的關系，即fr2+m—fr1^ | fr3—frl | XO. 4其中，frl是上述第一振動模式的共振頻率，fr2是上述第二振動模 式的共振頻率，fr3是與上述frl的高頻側或者低頻側相鄰且上述振蕩 器所具有的上述第一振動模式的共振頻率，m是任意整數(shù)。技術方案4的發(fā)明，根據技術方案3所述的振動致動器(10)，其 特征在于，m=2。技術方案5的發(fā)明，根據技術方案3或4所述的振動致動器(10 )， 其特征在于，滿足下式的關系，即fr2 + m-frl^10，單位kHz。技術方案6的發(fā)明，根據技術方案1至5中任一項所述的振動致動 器(IO)，其特征在于，上述第二振動模式和上述第一振動模式的次數(shù) 相同。技術方案7的發(fā)明，根據技術方案1至6中任一項所述的振動致動 器(IO)，其特征在于，上述驅動信號為非對稱波形。技術方案8的發(fā)明，根據技術方案1至6中任一項所述的振動致動 器(IO)，其特征在于，上述驅動信號為非對稱波形，上述第二振動模 式的共振頻率與上述驅動頻率的整數(shù)倍的高次諧波的頻率不一致。技術方案9的發(fā)明，根據技術方案1至6中任一項所述的振動致動 器(IO)，其特征在于，上述驅動信號為對稱波形，上述第二振動模式 與上述驅動頻率的奇數(shù)倍的高次諧波的頻率不一致。技術方案10的發(fā)明，根據技術方案1至9中任一項所述的振動致 動器(10),其特征在于，上述振蕩器(11， 11A, 11B)呈大致圓環(huán)形 狀，上述第一振動模式為彎曲振動，上述第二振動模式為扭振。 技術方案11的發(fā)明，根據技術方案1至9中任一項所述的振動致 動器(10)，其特征在于，上述振蕩器(11， IIA， 11B)呈大致圓環(huán)形 狀，并具有向內徑側突出的凸緣狀的凸緣部。技術方案12的發(fā)明，根據技術方案1至11中任一項所述的振動致動器，其特征在于，具有調整上述第一振動模式的共振頻率與上述第二 振動模式的共振頻率之差的頻率特性調整部(12d， 12e， 12f)。技術方案13的發(fā)明，根據技術方案11所述的振動致動器(10)， 其特征在于，上述振蕩器(ll， 11A, 11B)具有彈性體(12， 12A, 12B) 和與上述彈性體接合的機電變換元件(13 )，上述頻率特性調整部(12d， 12e， 12f)設置于上述彈性體。技術方案14的發(fā)明，根據技術方案13所述的振動致動器(10)， 其特征在于，上述頻率特性調整部(12d, 12e， 12f)設置成相對上述 彈性體(12， 12A， 12B)的與上述機電變換元件(13)接合的接合面 突出。技術方案15的發(fā)明，根據技術方案12所述的振動致動器(10), 其特征在于，上述頻率特性調整部(12d， 12e, 12f)設置于上述振蕩 器(ll， IIA， 11B),并是設置在平行于包含上述振蕩器與上述相對運 動部件(15)接觸的接觸面的平面的方向的部分。技術方案16的發(fā)明，根據技術方案12至15中任一項所述的振動 致動器(10)，其特征在于，上述頻率特性調整部(12d， 12e， 12f)設 置于與上述振蕩器(ll, IIA， 11B)的上述第一振動模式的中立位置接 近的位置上。技術方案17的發(fā)明，根據技術方案12至16中任一項所述的振動 致動器(10)，其特征在于，上述頻率特性調整部(12d, 12e， 12f)設 置于與上述振蕩器(ll， IIA， 11B)的上述第二振動模式的中立位置分 離的位置。技術方案18的發(fā)明是一種具備技術方案1至17中任一項所述的振 動致動器(10)的透鏡鏡筒(3)。
技術方案19的發(fā)明是一種具備技術方案1至17中任一項所述的振 動致動器(10)的照相機系統(tǒng)(1)。技術方案20的發(fā)明是一種振蕩器(11, IIA， IIB)，是用于振動致 動器(10)的振蕩器，能夠以用于上述振動致動器的驅動的第一振動模 式和與上述第一振動模式不同的振動模式即第二振動模式進行振動，滿 足下式的關系，即fr2+m—frlg | fr3—frl | XO. 4其中，frl是上述第一振動模式的共振頻率,fr2是上述第二振動模 式的共振頻率，fr3是與上述frl的高頻側或者低頻側相鄰且上述振蕩 器具有的上述第一振動模式的共振頻率，m是任意整數(shù)。另外，標記符號進行了說明的構成也可以進行適當改良，此外，至 少一部分可以用其他的構成物替代。根據本發(fā)明，能夠獲得可以進行穩(wěn)定驅動的振動致動器。


圖l是說明本實施例的照相機系統(tǒng)1的圖。圖2是本實施例的超聲波馬達10的剖視圖。圖3是說明本實施例的超聲波馬達10的驅動裝置100的框圖。圖4是表示用于本實施例的超聲波馬達10的驅動信號的波形的圖。圖5是比較本實施例的振蕩器11、 IIA、 11B與比較例的振蕩器51 的剖面形狀的圖。圖6是說明振蕩器的固有振動模式的圖。圖7是表示動子的旋轉速度與驅動頻率的關系的圖。圖8是表示驅動信號的波形與高次諧波的關系的圖。
符號說明1:照相機系統(tǒng)；3:透鏡鏡筒；10:超聲波馬達；11、 11A、 11B:振蕩器；12d、 12e、 12f:凸部；15:相對運動部件。
具體實施方式
與用于驅動的第一振動模式不同的第二振動模式的共振頻率，與驅 動信號的驅動頻率的高次諧波的頻率不一致。實施例下面，對于振動致動器的實施例，將參照附圖進行詳細的說明。另 外，在本實施例中，作為振動致動器將利用超聲波振動區(qū)域的超聲波馬 達為例進行說明。圖l是說明本實施例的照相機系統(tǒng)l的圖。本實施例的照相機系統(tǒng)1具備具有攝像元件8的攝像機機身2以 及具有透鏡7的透鏡鏡筒3。透鏡鏡筒3是能夠自由裝卸于攝像機機身 2的交換鏡頭。另外，在本實施例中，透鏡鏡筒3雖然例示為交換鏡頭， 但是并不僅限于此，例如也可以是與攝像機機身一體的一體型透鏡鏡 筒。透鏡鏡筒3具備透鏡7、凸輪筒6、齒輪4、 5、超聲波馬達10等。 在本實施例中，將超聲波馬達10作為在照相機系統(tǒng)1的對焦動作時驅 動透鏡7的驅動源使用，從超聲波馬達10獲得的驅動力經由齒輪4、 5 傳遞到凸輪筒6。將透鏡7保持在凸輪筒6上，其是利用超聲波馬達IO 的驅動力向光軸方向移動來進行焦點調節(jié)的變焦鏡頭。圖2是本實施例的超聲波馬達10的剖視圖。本實施例的超聲波馬達10具備振蕩器11、動子15、輸出軸18、加 壓部件19等，并呈在振蕩器ll側固定，旋轉驅動動子15的形態(tài)。振蕩器11具有彈性體12和與彈性體12接合的壓電體13，并且是 大致呈圓環(huán)形狀的部件。彈性體12由共振尖銳度大的金屬材料形成，其形狀是大致圓環(huán)形 狀。上述彈性體12具有梳齒部12a、底座部12b、凸緣部12c以及凸部12d。將梳齒部12a在與接合有壓電體13的面相反側的面上切出多個溝 而形成，將該梳齒部12a的前端面與動子15加壓接觸而形成驅動動子 15的驅動面。該驅動面上實施有鍍Ni-P (鎳-磷)等的潤滑性的表面處 理。設置梳齒部12a的理由是，為了使利用壓電體13的伸縮而在驅動 面上產生的前進性振動波(以下，稱為行波)的中立面盡量向壓電體13 側靠近，由此使驅動面的行波的振幅增大。底座部12b是在彈性體12的周方向連續(xù)的部分，底座部12b的與 梳齒部12a相反的面上接合有壓電體13。凸部12d為底座部12b的內徑側，并且設置在相比后述的凸緣部 12c靠近壓電體13側。在本實施例中，為了在接合壓電體13時容易定 位，比壓電體13的接合面稍突出地形成凸部12d。關于該凸部12d的 詳細情況在后面敘述。凸緣部12c設置在相比凸部12d還靠近內徑側，是在彈性體12的 內徑方向突出的凸緣狀的部分，并且配置在底座部12b的厚度方向的中 央。通過該凸緣部12c將振蕩器11固定在固定部件16上。壓電體13是將電力能量轉化為機械能量的機電變換元件，例如使 用壓電元件或者電致伸縮元件等。壓電體13沿彈性體12的周方向劃分 為輸入兩個相(A相、B相)的電氣信號的范圍。在各相上，排列有每 隔1/2波長極化就交互的要素，在A相和B相之間空出1/4波長大小間 隔。柔性印刷基板14的配線與壓電體13的各相的電極連接，利用來自 后述的放大部104、 105供給到該柔性印刷基板14的驅動信號來使壓電 體13伸縮。在振蕩器ll上，利用該壓電體13的伸縮，在彈性體12的驅動面 上產生行波。本實施例中產生4波的行波。動子15由鋁等輕質金屬形成，是利用在彈性體12的驅動面上生成 的行波被旋轉驅動的部件。動子15在與振蕩器ll(彈性體12的驅動面)
接觸的面的表面上，實施了用于提高耐磨耗性的鋁陽極化處理等的表面 處理。輸出軸18是大致呈圓柱形的部件。輸出軸18的一側端部經由橡膠 部件23而與動子15接觸，并設置成與動子15—體旋轉。橡膠部件23是由橡膠形成大致呈圓環(huán)形狀的部件。該橡膠部件23 具有能夠利用橡膠產生的粘彈性而使動子15與輸出軸18—體旋轉的功 能以及吸收振動以使得來自動子15的振動不向輸出軸18傳遞的功能， 其可以使用丁基橡膠、硅橡膠、丙烯橡膠等。加壓部件19是產生加壓力以使振蕩器11與動子15加壓接觸的部 件，設置在齒輪部件20與軸承接受部件21之間。本實施例中，加壓部 件19使用壓縮螺旋彈簧，但是并不僅限于此。齒輪部件20以嵌入到輸出軸18的D切紋上的方式插入，用E環(huán) 等擋塊22所固定，設置成在旋轉方向以及軸方向與輸出軸18—體。齒 輪部件20通過與輸出軸18的旋轉一起旋轉，來將驅動力傳達到齒輪4 (參照圖1)上。此外，軸承接受部件21配置在軸承17的內徑側，軸承17配置在 固定部件16的內徑側。加壓部件19將振蕩器11向動子15側，沿輸出軸18的軸方向加壓， 通過加壓力動子15加壓接觸到振蕩器11的驅動面，并被旋轉驅動。另 外，也可以在加壓部件19與軸承接受部件21之間設置有加壓力調整墊 片，從而使超聲波馬達IO的驅動獲得適當?shù)募訅毫?。圖3是說明本實施例的超聲波馬達10的驅動裝置100的框圖。振蕩部101是根據控制部102的指令產生所期望的頻率的驅動信號 的部分。移相部103將由振蕩部101產生的驅動信號分為相位相差90。的兩 個驅動信號。放大部104、 105將由移相部103分開的兩個驅動信號分別升壓至 所期望的電壓。圖4是表示用于本實施例的超聲波馬達10的驅動信號的波形的圖。圖4是從放大部104、 105向超聲波馬達10輸出的驅動信號，如圖 4所示，相位相差卯。的兩個信號的波形，在以電位零為基準時在電位 的正方向和負方向成為非對稱的非對稱波形。來自放大部104、 105的驅動信號，如圖3所示，被傳遞到超聲波 馬達IO，通過施加該驅動信號在振蕩器11上產生行波，從而驅動動子 15。檢測部106由光學式編碼器或者磁性編碼器等構成，是檢測由動子 15的驅動所驅動的透鏡7的位置和速度的部分。在本實施例中，通過檢 測凸輪筒6的位置和速度來檢測透鏡7的位置和速度?？刂撇?02是基于來自在攝像機機身2上設置的不圖示的CPU的 驅動指令，控制超聲波馬達IO的驅動的部分?？刂撇?02接受來自檢 測部106的檢測信號，基于該值獲得位置信息和速度信息，控制振蕩部 IOI產生的驅動信號的驅動頻率，以定位目標位置。根據本實施例的構成，超聲波馬達10的驅動裝置100進行以下動作。首先，向控制部102傳達目標位置。從振蕩部IOI產生驅動信號， 從該信號由移相部103生成相位相差90°的兩個驅動信號，由放大部 104、 105將該驅動信號放大到所期望的電壓。驅動信號被施加給超聲波馬達10的壓電體13上，壓電體13被激 勵，利用該激勵，在彈性體12上產生4次彎曲振動。壓電體13分為A 相和B相，驅動信號分別被施加在A相和B相上。從A相產生的4次彎 曲振動和從B相產生的4次彎曲振動，位置上相位錯開1/4波長，并且 A相驅動信號和B相驅動信號錯開卯°相位(參照圖4)，由此，兩個 彎曲振動被合成而成為4波行波。在行波的波峰產生橢圓運動。因此，與彈性體12的驅動面加壓接 觸的動子15，由該橢圃運動而被摩擦驅動。 光學式編碼器等的檢測部106，檢測由動子15的驅動而被驅動的凸 輪筒6的位置和速度，并做成電脈沖，傳遞到控制部102?？刂撇?02 根據該信號能夠獲得透鏡7的現(xiàn)在的位置和現(xiàn)在的速度，振蕩部101產 生的驅動頻率，以這些位置信息、速度信息以及目標位置信息為基礎被 控制。這里，為了說明設置本實施例的超聲波馬達IO的凸部12d的理由， 例示沒有設置凸部12d的振蕩器和使用該振蕩器的超聲波馬達作為比 較例，與本實施例進行比較說明。圖5是比較本實施例的振蕩器11與比較例的振蕩器51的剖面形狀 的圖。圖5 (a)是表示比較例的振蕩器51的剖面圖，圖5(b)是表示 本實施例的振蕩器11的剖面圖。圖5 (c)、圖5 (d)是表示其他振蕩 器IIA、 IIB的剖面圖。下面，針對圖5 (a)的比較例的振蕩器51和 圖5 (b)的振蕩器ll進行說明。振蕩器51具有大致呈圓環(huán)形狀的彈性體52和與彈性體52接合的 壓電體13,壓電體13與柔性印刷基板14連接。彈性體52具有梳齒部 52a、底座部52b以及凸緣部52c。比較例的振蕩器51與本實施例的振蕩器11的形狀大致相同，使用 在以與本實施例的超聲波馬達10相同的驅動信號驅動的同樣的超聲波 馬達上，但是與本實施例的振蕩器ll不同點在于，在彈性體52上沒有 形成凸部。并且，在具有相同功能的部分標有相同的符號或者在末尾標 有相同符號，適當省略重復的說明。圖6是說明振蕩器的固有振動模式的圖。圖6 (a)表示比較例的振 蕩器51的固有振動模式，圖6(b)表示本實施例的振蕩器11的固有振 動模式。在圖6中，縱軸表示阻抗的絕對值，橫軸表示頻率。比較例的振蕩器51，如圖6所示具有共振頻率為65kHz的振動模 式A1。該振動模式Al是在驅動動子的方向上，即彈性體52的圓周方 向上排列彎曲的波峰以及波谷的彎曲振動，在彈性體52中產生4個相 同周期的振動的4次的彎曲振動。此外，比較例的振蕩器51,在相當于該振動模式Al的共振頻率的 大約2倍的頻率區(qū)域內，具有與振動模式Al不同的振動模式即振動模 式B1。該振動模式Bl是4次扭振，其共振頻率為139kHz。這4次扭 振與彈性體52同心，通過彈性體52的半徑方向的寬度的大致中心位置， 并且，是將通過上述4次彎曲振動的中立面附近的假想圓作為扭轉中心 進行振動的扭振，在彈性體52中產生4個振動。在超聲波馬達中，將比用于驅動的振動模式的共振頻率位于高頻側 或者低頻側的給定的頻率區(qū)域，作為用于驅動的驅動頻率的區(qū)域(以下 稱為驅動帶域)在驅動信號中使用。作為驅動帶域將驅動頻率保持一定 寬度的理由是，通過使驅動頻率在驅動帶域內能夠變化，可以使動子的 旋轉速度變化，從而能夠控制超聲波馬達。在本實施例的超聲波馬達10以及使用了比較例51的振蕩器的超聲 波馬達中，將用于驅動的振動模式的共振頻率的高頻側作為驅動帶域使 用。圖7是表示動子的旋轉速度和驅動頻率的關系的圖。圖7(a)是使 用了比較例的振蕩器51的超聲波馬達的例子，圖7 (b)是使用了本實 施例的振蕩器11的超聲波馬達10的例子。圖7中，縱軸表示動子的旋 轉速度，橫軸表示驅動頻率。為了以振動模式Al使比較例的振蕩器51振動，施加與本實施例相 同的非對稱波形的驅動信號，在進行驅動必要的驅動帶域內對驅動信號 進行頻率掃描時，如圖7(a)所示，產生了旋轉速度急劇變化的頻率區(qū) 域(以下稱為不連續(xù)區(qū)域)Dl。當這種不連續(xù)區(qū)域D1在驅動帶域內產 生時，超聲波馬達的驅動會不穩(wěn)定，其控制也很困難。這里，為了說明產生不連續(xù)區(qū)域Dl的原因，針對用在超聲波馬達 的驅動上的驅動信號進行說明。一般地，驅動超聲波馬達的驅動信號使用正弦波是理想的。在驅動 信號是正弦波時，當對該驅動信號進行頻率分析時，只能檢測出一個頻 率。為此，當將正弦波的驅動信號施加給超聲波馬達時，由于在超聲波 馬達的振蕩器上僅產生具有頻率與驅動信號的驅動頻率接近的共振頻 率的振動模式的振動，所以超聲波馬達的驅動穩(wěn)定，控制也容易進行。
但是，在交換鏡頭和照相機系統(tǒng)等上安裝超聲波馬達時，限定了驅 動電路等的實際安裝空間，所以很難將驅動信號轉化為正弦波施加給超聲波馬達。為此，驅動信號使用矩形波等對稱波形、或者如圖4所示那 種非對稱波形等的波形。圖8是表示驅動信號的波形和高次諧波的關系的圖。圖8中，縱軸 表示增益，橫軸表示頻率，圖8(a)表示驅動信號的波形為對稱波形(例 如，矩形波)的情況，圖8 (b)表示驅動信號的波形為非對稱波形的 情況。例如，在驅動信號的波形是矩形波、鋸齒波等的電位零為中心的對 稱波形的情況下，當對該驅動信號進行頻率分析時，如圖8 (a)所示除 驅動頻率(是用于驅動的頻率，在圖8 (a)中為70kHz)以外，還會檢 測出驅動頻率的3倍的高次諧波的頻率(210kHz )、驅動頻率的5倍的 高次諧波的頻率(350kHz )等、頻率值是驅動頻率的奇數(shù)倍的高次諧波。此外，在驅動信號的波形為以電位零為中心的非對稱波形的情況 下，對該驅動信號進行頻率分析時，如圖8 (b)所示，除驅動頻率(圖 8 (b)中為70kHz)以外，還會檢測出驅動頻率的2倍的高次諧波的頻 率(140kHz )、驅動頻率的3倍的高次諧波的頻率(210kHz)等、頻率 值是驅動頻率的整數(shù)倍的高次諧波。就是說，對稱波形的驅動信號，除了驅動頻率之外，還包含驅動頻 率的奇數(shù)倍的高次諧波的頻率，非對稱波形的驅動信號，除了驅動頻率 之外，還包含驅動頻率的整數(shù)倍的高次諧波的頻率。為此，施加給超聲波馬達的驅動信號是矩形波、鋸齒波等對稱波形 時，振蕩器除了用于驅動的振動模式之外，當具有包含接近驅動頻率的 奇數(shù)倍的高次諧波的頻率的共振頻率的振動模式時，通過包含在驅動信 號中的驅動頻率的高次諧波，除了用于驅動的振動模式，接近驅動頻率 的奇數(shù)倍的高次諧波的頻率的共振頻率的振動模式也被激勵。施加給超聲波馬達的驅動信號是非對稱波形時，振蕩器除了用于驅 動的振動模式之外，當具有包含接近驅動頻率的整數(shù)倍的高次諧波的頻 率的共振頻率的振動模式時，通過包含在驅動信號中的驅動頻率的高次 諧波，除了用于驅動的振動模式，接近整數(shù)倍的高次諧波的頻率的共振 頻率的振動模式也被激勵。因此，使用矩形波、鋸齒波等對稱波形和非對稱波形的驅動信號來 驅動超聲波馬達時，包含在驅動信號中的高次諧波的頻率和沒有使用在 超聲波馬達的驅動上的振動模式的共振頻率是接近的值的話，除了用于 驅動的振動以外，還會產生對驅動沒用的不必要的振動，并會重合而擾 亂行波，有時會產生超聲波馬達的驅動不良。在上述比較例的情況下，在施加給使用了比較例的振蕩器51的超 聲波馬達上的非對稱波形的驅動信號中包含接近振動模式Bl(參照圖6(a) )的共振頻率(139kHz)、驅動頻率(70kHz)的2倍的高次諧波 的頻率(140kHz)(參照圖8 (b))。為此，當在驅動帶域內對驅動信號 進行頻率掃描時，在驅動頻率的2倍的高次諧波的作用下對驅動沒用的 振動模式B1被激勵，妨礙從振蕩器51的行波向動子的驅動力的傳播， 會產生如圖7(a)所示那樣的不連續(xù)區(qū)域D1，從而驅動不穩(wěn)定。另一方面，在本實施例的超聲波馬達IO的振蕩器11中，如圖5(b) 所示，在振蕩器11的彈性體12上設置有凸部12d。該振蕩器11如圖6(b) 所示，具有振動模式A2和振動模式B2。振動模式A2是與振動模式Al同樣的4次彎曲振動，其共振頻率 是67kHz。此外，振動模式B2是與振動模式B1同樣的4次扭振，其 共振頻率是161kHz。為了使振蕩器11以振動模式A2振動，給超聲波馬達10施加非對 稱波形的驅動信號，在進行驅動必要的驅動帶域內對驅動信號進行頻率 掃描時，如圖7(b)所示，在驅動帶域內不產生不連續(xù)區(qū)域，超聲波 馬達10能夠獲得穩(wěn)定的驅動。這是因為通過設置凸部12d，如圖6 (b)所示，振動模式B2的共 振頻率向比沒有設置凸部12d的比較例靠近高頻側移動。凸部12d是彈性體12的內徑側，設置在相比彈性體12的厚度中央 還靠近壓電體13側。這是接近用于驅動的振動模式A2的4次彎曲振動 的中立面，并且從振動模式B2的4次扭振的中立軸分離的位置。通過 設置在該位置，能夠使振動模式B2的共振頻率向不受驅動頻率的2倍 的高次諧波的頻率影響的頻率變化。此外，用于驅動的振動模式A2的 共振頻率變化的變化量也小，并且在對驅動沒有影響的范圍內。為此，施加給超聲波馬達10的驅動信號，是如圖4所示那樣的非 對稱波形，包含驅動信號的2倍的高次諧波的頻率，但是由于振動模式 B2的共振頻率(161 kHz )位于與驅動頻率的2倍的高次諧波的頻率(140 kHz)分離的位置，所以振動模式B2基本上沒有被激勵。此外，如圖7 (b)所示，雖然由振動模式B2產生不連續(xù)區(qū)域D2，但是這是在驅動 帶域外進行的驅動信號的頻率掃描，在驅動帶域內能夠穩(wěn)定驅動超聲波 馬達IO。因此，為了不影響用于驅動的振動模式，在驅動帶域內頻率掃描驅 動信號時，對驅動沒用的振動模式的共振頻率只要是通過驅動頻率的高 次諧波能夠被激勵的頻率即可。以數(shù)學式表示該條件，設用于驅動的振動模式A的共振頻率為fra， 對驅動沒用的振動模式B的共振頻率為frb，與fra相鄰的振動模式A 的共振頻率為frc，任意整數(shù)為m，則激勵振動模式B的高次諧波為m 倍的高次諧波時，滿足下式即可。frb + m—fra^ |frc—fra| x 0.4 (式1)該式的左邊表示振動模式A的共振頻率與振動模式B的共振頻率 的1/m倍的頻率之差。此外，該式的右邊表示用于驅動的驅動帶域的寬度，是用于驅動的 振動模式A的共振頻率(彎曲4次模式)與跟振動模式A的共振頻率 相鄰的共振頻率(彎曲5次模式)之差的0.4倍。共振頻率frc在比較 例的振蕩器51中，如圖6 (a)所示是90kHz，在本實施例的振蕩器11 中，如圖6(b)所示是92kHz。在本實施例和比較例中驅動信號是非對稱波形，通過驅動頻率的2 倍的高次諧波而被激勵的振動模式影響超聲波馬達的驅動，因此當 m=2，對比較例的振蕩器51，將各共振頻率的數(shù)值代入上述的式l中得 到， (右邊)=139 + 2 — 65=4.5 (kHz) (左邊)=|卯一65| x 0.4=10 ( kHz )式1不成立，通過驅動頻率的2倍的高次諧波的頻率而激勵振動模 式Bl。但是，本實施例的振蕩器11中， (右邊)=161 + 2 — 67=13.5 (kHz) (左邊)=|92 — 67| x 0.4=10 ( kHz )式1成立，通過驅動頻率的2倍的高次諧波的頻率振動模式B2沒 有被激勵。由此，本實施例的超聲波馬達IO中，如圖7(b)所示，在驅動帶 域內不會產生使用了比較例的振蕩器51的超聲波馬達那樣的不連續(xù)區(qū) 域D1，能夠穩(wěn)定驅動。以上，針對圖5(b)的振蕩器11進行了說明，但是即使使用圖5 (c)的振蕩器11A、圖5 (d)的振蕩器11B也是同樣的效果。振蕩器 IIA、振蕩器11B，與振蕩器ll一樣，是對比較例51的振蕩器設置有 凸部的構成，但是設置凸部的位置與振蕩器ll不同。圖5 (c)的振蕩器11A中，在彈性體12A的底座部12b上設置有 凸部12e。凸部12e是底座部12b的內徑側，并且，i殳置在凸緣部12c 的梳齒部12a側。圖5 ( d )的振蕩器11B中，彈性體12B的底座部12b 的外周側設置有凸部12f。設置凸部12e、 12f的位置，與圖5(b)的凸 部12d同樣，是接近用于驅動的振動模式A2的4次彎曲振動的中立面 并且從振動模式B2的4次扭振的中立軸分離的位置。通過在該位置設 置，與使用圖5的振蕩器11同樣，能夠使振動模式B2共振頻率向不受 驅動頻率的2倍的高次諧波的頻率的影響的頻率變化。圖5 (b) ~ (d)的振蕩器能夠通過機械加工而作成各自的形狀。 但是也可以制作圖5 (a)的比較例那樣的沒有凸部的振蕩器，進而，制 作與圖5 (b) (d)的凸部對應的圓環(huán)形狀的部件，將兩者貼合起來 制作圖5 (b) ~ (d)的形狀的振蕩器。通過這樣做，通過對圖5(a) 的振蕩器，粘貼任意一個凸部，能夠制作多種類的振蕩器。如上上述，本實施例中，超聲波馬達10所施加的驅動信號是非對 稱波形，當驅動帶域內對驅動信號進行頻率掃描時，驅動頻率的整數(shù)倍 的高次諧波的頻率與對驅動沒用的振動模式的共振頻率不重疊。因此，即使是暫時給本實施例的超聲波馬達10施加矩形波等對稱 波形的驅動信號，本實施例的超聲波馬達10也能夠穩(wěn)定驅動。這是因 為包含在非對稱波形的驅動信號中的高次諧波的頻率是驅動頻率的奇 數(shù)倍的高次諧波的頻率，本實施例的超聲波馬達10中，在驅動帶域內 對驅動信號進行頻率掃描時，包含驅動頻率的奇數(shù)倍的驅動頻率的整數(shù) 倍的高次諧波的頻率與對驅動沒用的振動模式的頻率不重疊。根據本實施例，通過驅動頻率的高次諧波的頻率不會激勵對驅動沒 用的振動模式，能夠作成可以穩(wěn)定地進行驅動的超聲波馬達。此外，僅形成凸部12d即可，不需要進行大規(guī)模的形狀變更，從而 容易實現(xiàn)。變形例本發(fā)明并不僅限于上述說明的實施例，而可以進行種種變形和變 更，他們都在本發(fā)明的均等的范圍內。(1) 在本實施例中，為了使對驅動沒用的振動模式的共振頻率的 值發(fā)生變化，例示了設置凸部12d,但是不僅限于此，例如，也可以設 置凹部。此外，也可以不設置凸部或者凹部，從而只要在驅動帶域內對 驅動信號進行頻率掃描時，用于驅動的振動模式的驅動頻率的高次諧波 的頻率與對驅動沒用的振動模式的共振頻率不重疊即可。(2) 在本實施例中，例示了驅動超聲波馬達10的驅動信號是非對 稱波形的情況，但是不僅限于此，也可以是例如矩形波和鋸齒波等以電 位零為基準的波形為對稱的對稱波形的信號。此時，包含在驅動信號中 的高次諧波是驅動頻率的奇數(shù)倍的高次諧波的頻率，因此，只要式l的 m值是奇數(shù)的整數(shù)即可。 (3)在本實施例中，例示了用于超聲波馬達10的驅動的振動模式 A是4次彎曲振動的情況，但是不僅限于此，只要滿足上述的式l，也 可以是其他次數(shù)，也可以是扭振或者縱向振動等其他振動。U)在本實施例中，例示了振蕩器ll， IIA， 11B的彈性體12具 有凸緣部12d， 12e， 12f的情況，但是不僅限于此，也可以作成具備沒 有凸緣部的大致呈圓環(huán)形狀的彈性體的振蕩器。(5) 在本實施例中，例示了壓電體13是將電能轉換為機械能的機 電變換元件的情況，但是不僅限于此，也可以使用將光和熱等其他能量 轉化為機械能的元件。(6) 在本實施例中，以使用超聲波區(qū)域的振動的超聲波馬達10為 例進行了說明，但是不僅限于此，也可以適用于使用超聲波區(qū)域以外的 振動的振動致動器。(7) 在本實施例中，例示了照相機系統(tǒng)1具備攝像元件8，通過攝 像元件8進行攝像的情況，但是不僅限于此，也可以利用膠巻來攝影。(8) 在本實施例中，例示了在照相機系統(tǒng)1設置超聲波馬達10中， 并且用于進行變焦動作的驅動部的情況，但是不僅限于此，也可以用于 例如進行大小調節(jié)動作的驅動部。此外，還可以用于復印機的驅動部、 汽車的手柄傾斜裝置、頭架的驅動部等上。
權利要求
1. 一種振動致動器，具備根據驅動信號進行振動的振蕩器以及根據上述振動而相對上述振蕩器進行相對運動的相對運動部件，其特征在于，上述振蕩器能夠以用于上述相對運動部件的驅動的第一振動模式和與上述第一振動模式不同的振動模式即第二振動模式進行振動，上述第二振動模式的共振頻率與上述驅動信號的驅動頻率的高次諧波的頻率不一致，上述驅動信號用來以上述第一振動模式驅動上述振蕩器。
2. 根據權利要求1所述的振動致動器，其特征在于，上述第二振 動模式的共振頻率，當上述驅動頻率在用于上述相對運動部件的驅動的 驅動頻率區(qū)域內發(fā)生變化時，不與上述高次諧波的頻率變化的區(qū)域重 疊。
3. 根據權利要求1或2所述的振動致動器，其特征在于，滿足下式 的關系，即<formula>formula see original document page 2</formula>其中，frl是上述第一振動模式的共振頻率，fr2是上述第二振動模 式的共振頻率，fr3是與上述frl的高頻側或者低頻側相鄰且上述振蕩 器具有的上述第一振動模式的共振頻率，m是任意整數(shù)。
4. 根據權利要求3所述的振動致動器，其特征在于，m=2。
5. 根據權利要求3或4所述的振動致動器，其特征在于，滿足下式 的關系，即fr2 + m-frl^10，單位kHz,
6. 根據權利要求1至5中任意一項所述的振動致動器，其特征在于， 上述第二振動模式和上述第 一振動模式的次數(shù)相同。
7. 根據權利要求1至6中任意一項所述的振動致動器，其特征在于， 上述驅動信號為非對稱波形。
8. 根據權利要求1至6中任意一項所述的振動致動器，其特征在于， 上述驅動信號為非對稱波形，上述第二振動模式的共振頻率，與上述驅動頻率的整數(shù)倍的高次諧　波的頻率不一致。
9. 根據權利要求1至6中任意一項所述的振動致動器，其特征在于， 上述驅動信號為對稱波形，上述第二振動模式，與上述驅動頻率的奇數(shù)倍的高次諧波的頻率不 一致。
10. 根據權利要求1至9中任意一項所述的振動致動器，其特征在 于，上述振蕩器呈大致圓環(huán)形狀，上述第一振動模式為彎曲振動，上述 第二振動模式為扭振。
11. 根據權利要求1至9中任意一項所述的振動致動器，其特征在 于，上述振蕩器呈大致圓環(huán)形狀，并且具有向內徑側突出的凸緣狀的凸 緣部。
12. 根據權利要求1至11中任意一項所述的振動致動器，其特征在 于，具有調整上述第一振動模式的共振頻率與上述第二振動模式的共振 頻率之差的頻率特性調整部。
13. 根據權利要求ll所述的振動致動器，其特征在于，上述振蕩器 具有彈性體和與上述彈性體接合的機電變換元件，上述頻率特性調整部 設置于上述彈性體。
14. 根據權利要求13所述的振動致動器，其特征在于，上述頻率特 性調整部設置成相對上述彈性體的與上述機電變換元件接合的接合面 突出。
15. 根據權利要求12所述的振動致動器，其特征在于，上述頻率特 性調整部設置于上述振蕩器，并且是設置在平行于包含上述振蕩器與上 述相對運動部件接觸的接觸面的平面的方向的部分。
16. 根據權利要求12至15中任意一項所述的振動致動器，其特征 在于，上述頻率特性調整部設置于與上述振蕩器的上述第一振動模式的 中立位置接近的位置。
17. 根據權利要求12至16中任意一項所述的振動致動器，其特征 在于，上述頻率特性調整部設置于與上述振蕩器的上述第二振動模式的 中立位置分離的位置。
18. —種具備權利要求1至17中任意一項所述的振動致動器的透鏡 鏡筒。
19. 一種具備權利要求1至17中任意一項所述的振動致動器的照相 機系統(tǒng)。
20. —種振蕩器，是用于振動致動器的振蕩器，其特征在于，能夠 以用于上述振動致動器的驅動的第一振動模式和與上述第一振動模式 不同的振動模式即第二振動模式進行振動，并且滿足下式的關系，即fr2+m—frlg | fr3-frl | XO. 4其中，frl是上述第一振動模式的共振頻率，fr2是上述第二振動模 式的共振頻率，fr3是與上述frl的高頻側或者低頻側相鄰且上述振蕩 器具有的上述第一振動模式的共振頻率，m是任意整數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明提供能夠獲得穩(wěn)定的驅動的致動器、透鏡鏡筒、照相機系統(tǒng)、振蕩器。關于振動致動器的振蕩器(11、11A、11B)振動可能的第一振動模式和第二振動模式，驅動相對運動部件(15)的與第一振動模式不同的第二振動模式的共振頻率，與驅動信號的驅動頻率的高次諧波的頻率不一致。
文檔編號H02N2/00GK101401291SQ20078000850
公開日2009年4月1日 申請日期2007年3月9日 優(yōu)先權日2006年3月13日
發(fā)明者蘆澤隆利 申請人:株式會社尼康