振动致动器、透镜镜筒、照相机系统、振荡器的利记博彩app

专利名称：振动致动器、透镜镜筒、照相机系统、振荡器的利记博彩app
技术领域：
本发明涉及用根据驱动信号振动的振荡器来驱动相对运动部件，取 得驱动力的振动致动器、透镜镜筒、照相机系统、振荡器。
背景技术：
这样的振动致动器，例如作为在照相机的交换镜头等上具备、驱动 自动聚焦镜头的驱动马达而被实用化。但是，用于驱动振动致动器的驱 动信号，由于安装供给驱动信号的电路的底板受到限制，所以如专利文 献l所示那样4艮难施加理想的正弦波。因此，存在不能进行稳定驱动的 情况。专利文献日本特开平9-163767号公报 发明内容本发明的课题是提供能够稳定驱动的振动致动器、透镜镜筒、照相 机系统、振荡器。本发明利用下述解决手段来解决上述^^题。另外，为了容易理解标 记与本发明的实施例对应的符号进行说明，但是并不仅限于此。技术方案1的发明是一种振动致动器(10),具备根据驱动信号进 行振动的振荡器(ll， IIA， 11B)以及根据上述振动而相对上述振荡器 进行相对运动的相对运动部件(15)，其特征在于，上述振荡器能够以 用于上述相对运动部件的驱动的第一振动模式和与上述第一振动模式 不同的振动模式即第二振动模式进行振动，上述第二振动模式的共振频 率与上述驱动信号的驱动频率的高次谐波的频率不一致，上述驱动信号 用来以上述第 一振动模式驱动上述振荡器。技术方案2的发明，根据技术方案1所述的振动致动器(10)，其 特征在于，上述第二振动模式的共振频率，当上述驱动频率在用于上述 相对运动部件(15)的驱动的驱动频率区域内发生变化时，不与上述高 次谐波的频率变化的区域重叠。技术方案3的发明，根据技术方案1或2所述的振动致动器(10 ), 其特征在于，满足下式的关系，即fr2+m—fr1^ | fr3—frl | XO. 4其中，frl是上述第一振动模式的共振频率，fr2是上述第二振动模 式的共振频率，fr3是与上述frl的高频侧或者低频侧相邻且上述振荡 器所具有的上述第一振动模式的共振频率，m是任意整数。技术方案4的发明，根据技术方案3所述的振动致动器(10)，其 特征在于，m=2。技术方案5的发明，根据技术方案3或4所述的振动致动器(10 )， 其特征在于，满足下式的关系，即fr2 + m-frl^10，单位kHz。技术方案6的发明，根据技术方案1至5中任一项所述的振动致动 器(IO)，其特征在于，上述第二振动模式和上述第一振动模式的次数 相同。技术方案7的发明，根据技术方案1至6中任一项所述的振动致动 器(IO)，其特征在于，上述驱动信号为非对称波形。技术方案8的发明，根据技术方案1至6中任一项所述的振动致动 器(IO)，其特征在于，上述驱动信号为非对称波形，上述第二振动模 式的共振频率与上述驱动频率的整数倍的高次谐波的频率不一致。技术方案9的发明，根据技术方案1至6中任一项所述的振动致动 器(IO)，其特征在于，上述驱动信号为对称波形，上述第二振动模式 与上述驱动频率的奇数倍的高次谐波的频率不一致。技术方案10的发明，根据技术方案1至9中任一项所述的振动致 动器(10),其特征在于，上述振荡器(11， 11A, 11B)呈大致圆环形 状，上述第一振动模式为弯曲振动，上述第二振动模式为扭振。 技术方案11的发明，根据技术方案1至9中任一项所述的振动致 动器(10)，其特征在于，上述振荡器(11， IIA， 11B)呈大致圆环形 状，并具有向内径侧突出的凸缘状的凸缘部。技术方案12的发明，根据技术方案1至11中任一项所述的振动致动器，其特征在于，具有调整上述第一振动模式的共振频率与上述第二 振动模式的共振频率之差的频率特性调整部(12d， 12e， 12f)。技术方案13的发明，根据技术方案11所述的振动致动器(10)， 其特征在于，上述振荡器(ll， 11A, 11B)具有弹性体(12， 12A, 12B) 和与上述弹性体接合的机电变换元件(13 )，上述频率特性调整部(12d， 12e， 12f)设置于上述弹性体。技术方案14的发明，根据技术方案13所述的振动致动器(10)， 其特征在于，上述频率特性调整部(12d, 12e， 12f)设置成相对上述 弹性体(12， 12A， 12B)的与上述机电变换元件(13)接合的接合面 突出。技术方案15的发明，根据技术方案12所述的振动致动器(10), 其特征在于，上述频率特性调整部(12d， 12e, 12f)设置于上述振荡 器(ll， IIA， 11B),并是设置在平行于包含上述振荡器与上述相对运 动部件(15)接触的接触面的平面的方向的部分。技术方案16的发明，根据技术方案12至15中任一项所述的振动 致动器(10)，其特征在于，上述频率特性调整部(12d， 12e， 12f)设 置于与上述振荡器(ll, IIA， 11B)的上述第一振动模式的中立位置接 近的位置上。技术方案17的发明，根据技术方案12至16中任一项所述的振动 致动器(10)，其特征在于，上述频率特性调整部(12d, 12e， 12f)设 置于与上述振荡器(ll， IIA， 11B)的上述第二振动模式的中立位置分 离的位置。技术方案18的发明是一种具备技术方案1至17中任一项所述的振 动致动器(10)的透镜镜筒(3)。
技术方案19的发明是一种具备技术方案1至17中任一项所述的振 动致动器(10)的照相机系统(1)。技术方案20的发明是一种振荡器(11, IIA， IIB)，是用于振动致 动器(10)的振荡器，能够以用于上述振动致动器的驱动的第一振动模 式和与上述第一振动模式不同的振动模式即第二振动模式进行振动，满 足下式的关系，即fr2+m—frlg | fr3—frl | XO. 4其中，frl是上述第一振动模式的共振频率,fr2是上述第二振动模 式的共振频率，fr3是与上述frl的高频侧或者低频侧相邻且上述振荡 器具有的上述第一振动模式的共振频率，m是任意整数。另外，标记符号进行了说明的构成也可以进行适当改良，此外，至 少一部分可以用其他的构成物替代。根据本发明，能够获得可以进行稳定驱动的振动致动器。


图l是说明本实施例的照相机系统1的图。图2是本实施例的超声波马达10的剖视图。图3是说明本实施例的超声波马达10的驱动装置100的框图。图4是表示用于本实施例的超声波马达10的驱动信号的波形的图。图5是比较本实施例的振荡器11、 IIA、 11B与比较例的振荡器51 的剖面形状的图。图6是说明振荡器的固有振动模式的图。图7是表示动子的旋转速度与驱动频率的关系的图。图8是表示驱动信号的波形与高次谐波的关系的图。
符号说明1:照相机系统；3:透镜镜筒；10:超声波马达；11、 11A、 11B:振荡器；12d、 12e、 12f:凸部；15:相对运动部件。
具体实施方式
与用于驱动的第一振动模式不同的第二振动模式的共振频率，与驱 动信号的驱动频率的高次谐波的频率不一致。实施例下面，对于振动致动器的实施例，将参照附图进行详细的说明。另 外，在本实施例中，作为振动致动器将利用超声波振动区域的超声波马 达为例进行说明。图l是说明本实施例的照相机系统l的图。本实施例的照相机系统1具备具有摄像元件8的摄像机机身2以 及具有透镜7的透镜镜筒3。透镜镜筒3是能够自由装卸于摄像机机身 2的交换镜头。另外，在本实施例中，透镜镜筒3虽然例示为交换镜头， 但是并不仅限于此，例如也可以是与摄像机机身一体的一体型透镜镜 筒。透镜镜筒3具备透镜7、凸轮筒6、齿轮4、 5、超声波马达10等。 在本实施例中，将超声波马达10作为在照相机系统1的对焦动作时驱 动透镜7的驱动源使用，从超声波马达10获得的驱动力经由齿轮4、 5 传递到凸轮筒6。将透镜7保持在凸轮筒6上，其是利用超声波马达IO 的驱动力向光轴方向移动来进行焦点调节的变焦镜头。图2是本实施例的超声波马达10的剖视图。本实施例的超声波马达10具备振荡器11、动子15、输出轴18、加 压部件19等，并呈在振荡器ll侧固定，旋转驱动动子15的形态。振荡器11具有弹性体12和与弹性体12接合的压电体13，并且是 大致呈圆环形状的部件。弹性体12由共振尖锐度大的金属材料形成，其形状是大致圆环形 状。上述弹性体12具有梳齿部12a、底座部12b、凸缘部12c以及凸部12d。将梳齿部12a在与接合有压电体13的面相反侧的面上切出多个沟 而形成，将该梳齿部12a的前端面与动子15加压接触而形成驱动动子 15的驱动面。该驱动面上实施有镀Ni-P (镍-磷)等的润滑性的表面处 理。设置梳齿部12a的理由是，为了使利用压电体13的伸缩而在驱动 面上产生的前进性振动波(以下，称为行波)的中立面尽量向压电体13 侧靠近，由此使驱动面的行波的振幅增大。底座部12b是在弹性体12的周方向连续的部分，底座部12b的与 梳齿部12a相反的面上接合有压电体13。凸部12d为底座部12b的内径侧，并且设置在相比后述的凸缘部 12c靠近压电体13侧。在本实施例中，为了在接合压电体13时容易定 位，比压电体13的接合面稍突出地形成凸部12d。关于该凸部12d的 详细情况在后面叙述。凸缘部12c设置在相比凸部12d还靠近内径侧，是在弹性体12的 内径方向突出的凸缘状的部分，并且配置在底座部12b的厚度方向的中 央。通过该凸缘部12c将振荡器11固定在固定部件16上。压电体13是将电力能量转化为机械能量的机电变换元件，例如使 用压电元件或者电致伸缩元件等。压电体13沿弹性体12的周方向划分 为输入两个相(A相、B相)的电气信号的范围。在各相上，排列有每 隔1/2波长极化就交互的要素，在A相和B相之间空出1/4波长大小间 隔。柔性印刷基板14的配线与压电体13的各相的电极连接，利用来自 后述的放大部104、 105供给到该柔性印刷基板14的驱动信号来使压电 体13伸缩。在振荡器ll上，利用该压电体13的伸缩，在弹性体12的驱动面 上产生行波。本实施例中产生4波的行波。动子15由铝等轻质金属形成，是利用在弹性体12的驱动面上生成 的行波被旋转驱动的部件。动子15在与振荡器ll(弹性体12的驱动面)
接触的面的表面上，实施了用于提高耐磨耗性的铝阳极化处理等的表面 处理。输出轴18是大致呈圆柱形的部件。输出轴18的一侧端部经由橡胶 部件23而与动子15接触，并设置成与动子15—体旋转。橡胶部件23是由橡胶形成大致呈圆环形状的部件。该橡胶部件23 具有能够利用橡胶产生的粘弹性而使动子15与输出轴18—体旋转的功 能以及吸收振动以使得来自动子15的振动不向输出轴18传递的功能， 其可以使用丁基橡胶、硅橡胶、丙烯橡胶等。加压部件19是产生加压力以使振荡器11与动子15加压接触的部 件，设置在齿轮部件20与轴承接受部件21之间。本实施例中，加压部 件19使用压缩螺旋弹簧，但是并不仅限于此。齿轮部件20以嵌入到输出轴18的D切紋上的方式插入，用E环 等挡块22所固定，设置成在旋转方向以及轴方向与输出轴18—体。齿 轮部件20通过与输出轴18的旋转一起旋转，来将驱动力传达到齿轮4 (参照图1)上。此外，轴承接受部件21配置在轴承17的内径侧，轴承17配置在 固定部件16的内径侧。加压部件19将振荡器11向动子15侧，沿输出轴18的轴方向加压， 通过加压力动子15加压接触到振荡器11的驱动面，并被旋转驱动。另 外，也可以在加压部件19与轴承接受部件21之间设置有加压力调整垫 片，从而使超声波马达IO的驱动获得适当的加压力。图3是说明本实施例的超声波马达10的驱动装置100的框图。振荡部101是根据控制部102的指令产生所期望的频率的驱动信号 的部分。移相部103将由振荡部101产生的驱动信号分为相位相差90。的两 个驱动信号。放大部104、 105将由移相部103分开的两个驱动信号分别升压至 所期望的电压。图4是表示用于本实施例的超声波马达10的驱动信号的波形的图。图4是从放大部104、 105向超声波马达10输出的驱动信号，如图 4所示，相位相差卯。的两个信号的波形，在以电位零为基准时在电位 的正方向和负方向成为非对称的非对称波形。来自放大部104、 105的驱动信号，如图3所示，被传递到超声波 马达IO，通过施加该驱动信号在振荡器11上产生行波，从而驱动动子 15。检测部106由光学式编码器或者磁性编码器等构成，是检测由动子 15的驱动所驱动的透镜7的位置和速度的部分。在本实施例中，通过检 测凸轮筒6的位置和速度来检测透镜7的位置和速度。控制部102是基于来自在摄像机机身2上设置的不图示的CPU的 驱动指令，控制超声波马达IO的驱动的部分。控制部102接受来自检 测部106的检测信号，基于该值获得位置信息和速度信息，控制振荡部 IOI产生的驱动信号的驱动频率，以定位目标位置。根据本实施例的构成，超声波马达10的驱动装置100进行以下动作。首先，向控制部102传达目标位置。从振荡部IOI产生驱动信号， 从该信号由移相部103生成相位相差90°的两个驱动信号，由放大部 104、 105将该驱动信号放大到所期望的电压。驱动信号被施加给超声波马达10的压电体13上，压电体13被激 励，利用该激励，在弹性体12上产生4次弯曲振动。压电体13分为A 相和B相，驱动信号分别被施加在A相和B相上。从A相产生的4次弯 曲振动和从B相产生的4次弯曲振动，位置上相位错开1/4波长，并且 A相驱动信号和B相驱动信号错开卯°相位(参照图4)，由此，两个 弯曲振动被合成而成为4波行波。在行波的波峰产生椭圆运动。因此，与弹性体12的驱动面加压接 触的动子15，由该椭圃运动而被摩擦驱动。 光学式编码器等的检测部106，检测由动子15的驱动而被驱动的凸 轮筒6的位置和速度，并做成电脉冲，传递到控制部102。控制部102 根据该信号能够获得透镜7的现在的位置和现在的速度，振荡部101产 生的驱动频率，以这些位置信息、速度信息以及目标位置信息为基础被 控制。这里，为了说明设置本实施例的超声波马达IO的凸部12d的理由， 例示没有设置凸部12d的振荡器和使用该振荡器的超声波马达作为比 较例，与本实施例进行比较说明。图5是比较本实施例的振荡器11与比较例的振荡器51的剖面形状 的图。图5 (a)是表示比较例的振荡器51的剖面图，图5(b)是表示 本实施例的振荡器11的剖面图。图5 (c)、图5 (d)是表示其他振荡 器IIA、 IIB的剖面图。下面，针对图5 (a)的比较例的振荡器51和 图5 (b)的振荡器ll进行说明。振荡器51具有大致呈圆环形状的弹性体52和与弹性体52接合的 压电体13,压电体13与柔性印刷基板14连接。弹性体52具有梳齿部 52a、底座部52b以及凸缘部52c。比较例的振荡器51与本实施例的振荡器11的形状大致相同，使用 在以与本实施例的超声波马达10相同的驱动信号驱动的同样的超声波 马达上，但是与本实施例的振荡器ll不同点在于，在弹性体52上没有 形成凸部。并且，在具有相同功能的部分标有相同的符号或者在末尾标 有相同符号，适当省略重复的说明。图6是说明振荡器的固有振动模式的图。图6 (a)表示比较例的振 荡器51的固有振动模式，图6(b)表示本实施例的振荡器11的固有振 动模式。在图6中，纵轴表示阻抗的绝对值，横轴表示频率。比较例的振荡器51，如图6所示具有共振频率为65kHz的振动模 式A1。该振动模式Al是在驱动动子的方向上，即弹性体52的圆周方 向上排列弯曲的波峰以及波谷的弯曲振动，在弹性体52中产生4个相 同周期的振动的4次的弯曲振动。此外，比较例的振荡器51,在相当于该振动模式Al的共振频率的 大约2倍的频率区域内，具有与振动模式Al不同的振动模式即振动模 式B1。该振动模式Bl是4次扭振，其共振频率为139kHz。这4次扭 振与弹性体52同心，通过弹性体52的半径方向的宽度的大致中心位置， 并且，是将通过上述4次弯曲振动的中立面附近的假想圆作为扭转中心 进行振动的扭振，在弹性体52中产生4个振动。在超声波马达中，将比用于驱动的振动模式的共振频率位于高频侧 或者低频侧的给定的频率区域，作为用于驱动的驱动频率的区域(以下 称为驱动带域)在驱动信号中使用。作为驱动带域将驱动频率保持一定 宽度的理由是，通过使驱动频率在驱动带域内能够变化，可以使动子的 旋转速度变化，从而能够控制超声波马达。在本实施例的超声波马达10以及使用了比较例51的振荡器的超声 波马达中，将用于驱动的振动模式的共振频率的高频侧作为驱动带域使 用。图7是表示动子的旋转速度和驱动频率的关系的图。图7(a)是使 用了比较例的振荡器51的超声波马达的例子，图7 (b)是使用了本实 施例的振荡器11的超声波马达10的例子。图7中，纵轴表示动子的旋 转速度，横轴表示驱动频率。为了以振动模式Al使比较例的振荡器51振动，施加与本实施例相 同的非对称波形的驱动信号，在进行驱动必要的驱动带域内对驱动信号 进行频率扫描时，如图7(a)所示，产生了旋转速度急剧变化的频率区 域(以下称为不连续区域)Dl。当这种不连续区域D1在驱动带域内产 生时，超声波马达的驱动会不稳定，其控制也很困难。这里，为了说明产生不连续区域Dl的原因，针对用在超声波马达 的驱动上的驱动信号进行说明。一般地，驱动超声波马达的驱动信号使用正弦波是理想的。在驱动 信号是正弦波时，当对该驱动信号进行频率分析时，只能检测出一个频 率。为此，当将正弦波的驱动信号施加给超声波马达时，由于在超声波 马达的振荡器上仅产生具有频率与驱动信号的驱动频率接近的共振频 率的振动模式的振动，所以超声波马达的驱动稳定，控制也容易进行。
但是，在交换镜头和照相机系统等上安装超声波马达时，限定了驱 动电路等的实际安装空间，所以很难将驱动信号转化为正弦波施加给超声波马达。为此，驱动信号使用矩形波等对称波形、或者如图4所示那 种非对称波形等的波形。图8是表示驱动信号的波形和高次谐波的关系的图。图8中，纵轴 表示增益，横轴表示频率，图8(a)表示驱动信号的波形为对称波形(例 如，矩形波)的情况，图8 (b)表示驱动信号的波形为非对称波形的 情况。例如，在驱动信号的波形是矩形波、锯齿波等的电位零为中心的对 称波形的情况下，当对该驱动信号进行频率分析时，如图8 (a)所示除 驱动频率(是用于驱动的频率，在图8 (a)中为70kHz)以外，还会检 测出驱动频率的3倍的高次谐波的频率(210kHz )、驱动频率的5倍的 高次谐波的频率(350kHz )等、频率值是驱动频率的奇数倍的高次谐波。此外，在驱动信号的波形为以电位零为中心的非对称波形的情况 下，对该驱动信号进行频率分析时，如图8 (b)所示，除驱动频率(图 8 (b)中为70kHz)以外，还会检测出驱动频率的2倍的高次谐波的频 率(140kHz )、驱动频率的3倍的高次谐波的频率(210kHz)等、频率 值是驱动频率的整数倍的高次谐波。就是说，对称波形的驱动信号，除了驱动频率之外，还包含驱动频 率的奇数倍的高次谐波的频率，非对称波形的驱动信号，除了驱动频率 之外，还包含驱动频率的整数倍的高次谐波的频率。为此，施加给超声波马达的驱动信号是矩形波、锯齿波等对称波形 时，振荡器除了用于驱动的振动模式之外，当具有包含接近驱动频率的 奇数倍的高次谐波的频率的共振频率的振动模式时，通过包含在驱动信 号中的驱动频率的高次谐波，除了用于驱动的振动模式，接近驱动频率 的奇数倍的高次谐波的频率的共振频率的振动模式也被激励。施加给超声波马达的驱动信号是非对称波形时，振荡器除了用于驱 动的振动模式之外，当具有包含接近驱动频率的整数倍的高次谐波的频 率的共振频率的振动模式时，通过包含在驱动信号中的驱动频率的高次 谐波，除了用于驱动的振动模式，接近整数倍的高次谐波的频率的共振 频率的振动模式也被激励。因此，使用矩形波、锯齿波等对称波形和非对称波形的驱动信号来 驱动超声波马达时，包含在驱动信号中的高次谐波的频率和没有使用在 超声波马达的驱动上的振动模式的共振频率是接近的值的话，除了用于 驱动的振动以外，还会产生对驱动没用的不必要的振动，并会重合而扰 乱行波，有时会产生超声波马达的驱动不良。在上述比较例的情况下，在施加给使用了比较例的振荡器51的超 声波马达上的非对称波形的驱动信号中包含接近振动模式Bl(参照图6(a) )的共振频率(139kHz)、驱动频率(70kHz)的2倍的高次谐波 的频率(140kHz)(参照图8 (b))。为此，当在驱动带域内对驱动信号 进行频率扫描时，在驱动频率的2倍的高次谐波的作用下对驱动没用的 振动模式B1被激励，妨碍从振荡器51的行波向动子的驱动力的传播， 会产生如图7(a)所示那样的不连续区域D1，从而驱动不稳定。另一方面，在本实施例的超声波马达IO的振荡器11中，如图5(b) 所示，在振荡器11的弹性体12上设置有凸部12d。该振荡器11如图6(b) 所示，具有振动模式A2和振动模式B2。振动模式A2是与振动模式Al同样的4次弯曲振动，其共振频率 是67kHz。此外，振动模式B2是与振动模式B1同样的4次扭振，其 共振频率是161kHz。为了使振荡器11以振动模式A2振动，给超声波马达10施加非对 称波形的驱动信号，在进行驱动必要的驱动带域内对驱动信号进行频率 扫描时，如图7(b)所示，在驱动带域内不产生不连续区域，超声波 马达10能够获得稳定的驱动。这是因为通过设置凸部12d，如图6 (b)所示，振动模式B2的共 振频率向比没有设置凸部12d的比较例靠近高频侧移动。凸部12d是弹性体12的内径侧，设置在相比弹性体12的厚度中央 还靠近压电体13侧。这是接近用于驱动的振动模式A2的4次弯曲振动 的中立面，并且从振动模式B2的4次扭振的中立轴分离的位置。通过 设置在该位置，能够使振动模式B2的共振频率向不受驱动频率的2倍 的高次谐波的频率影响的频率变化。此外，用于驱动的振动模式A2的 共振频率变化的变化量也小，并且在对驱动没有影响的范围内。为此，施加给超声波马达10的驱动信号，是如图4所示那样的非 对称波形，包含驱动信号的2倍的高次谐波的频率，但是由于振动模式 B2的共振频率(161 kHz )位于与驱动频率的2倍的高次谐波的频率(140 kHz)分离的位置，所以振动模式B2基本上没有被激励。此外，如图7 (b)所示，虽然由振动模式B2产生不连续区域D2，但是这是在驱动 带域外进行的驱动信号的频率扫描，在驱动带域内能够稳定驱动超声波 马达IO。因此，为了不影响用于驱动的振动模式，在驱动带域内频率扫描驱 动信号时，对驱动没用的振动模式的共振频率只要是通过驱动频率的高 次谐波能够被激励的频率即可。以数学式表示该条件，设用于驱动的振动模式A的共振频率为fra， 对驱动没用的振动模式B的共振频率为frb，与fra相邻的振动模式A 的共振频率为frc，任意整数为m，则激励振动模式B的高次谐波为m 倍的高次谐波时，满足下式即可。frb + m—fra^ |frc—fra| x 0.4 (式1)该式的左边表示振动模式A的共振频率与振动模式B的共振频率 的1/m倍的频率之差。此外，该式的右边表示用于驱动的驱动带域的宽度，是用于驱动的 振动模式A的共振频率(弯曲4次模式)与跟振动模式A的共振频率 相邻的共振频率(弯曲5次模式)之差的0.4倍。共振频率frc在比较 例的振荡器51中，如图6 (a)所示是90kHz，在本实施例的振荡器11 中，如图6(b)所示是92kHz。在本实施例和比较例中驱动信号是非对称波形，通过驱动频率的2 倍的高次谐波而被激励的振动模式影响超声波马达的驱动，因此当 m=2，对比较例的振荡器51，将各共振频率的数值代入上述的式l中得 到， (右边)=139 + 2 — 65=4.5 (kHz) (左边)=|卯一65| x 0.4=10 ( kHz )式1不成立，通过驱动频率的2倍的高次谐波的频率而激励振动模 式Bl。但是，本实施例的振荡器11中， (右边)=161 + 2 — 67=13.5 (kHz) (左边)=|92 — 67| x 0.4=10 ( kHz )式1成立，通过驱动频率的2倍的高次谐波的频率振动模式B2没 有被激励。由此，本实施例的超声波马达IO中，如图7(b)所示，在驱动带 域内不会产生使用了比较例的振荡器51的超声波马达那样的不连续区 域D1，能够稳定驱动。以上，针对图5(b)的振荡器11进行了说明，但是即使使用图5 (c)的振荡器11A、图5 (d)的振荡器11B也是同样的效果。振荡器 IIA、振荡器11B，与振荡器ll一样，是对比较例51的振荡器设置有 凸部的构成，但是设置凸部的位置与振荡器ll不同。图5 (c)的振荡器11A中，在弹性体12A的底座部12b上设置有 凸部12e。凸部12e是底座部12b的内径侧，并且，i殳置在凸缘部12c 的梳齿部12a侧。图5 ( d )的振荡器11B中，弹性体12B的底座部12b 的外周侧设置有凸部12f。设置凸部12e、 12f的位置，与图5(b)的凸 部12d同样，是接近用于驱动的振动模式A2的4次弯曲振动的中立面 并且从振动模式B2的4次扭振的中立轴分离的位置。通过在该位置设 置，与使用图5的振荡器11同样，能够使振动模式B2共振频率向不受 驱动频率的2倍的高次谐波的频率的影响的频率变化。图5 (b) ~ (d)的振荡器能够通过机械加工而作成各自的形状。 但是也可以制作图5 (a)的比较例那样的没有凸部的振荡器，进而，制 作与图5 (b) (d)的凸部对应的圆环形状的部件，将两者贴合起来 制作图5 (b) ~ (d)的形状的振荡器。通过这样做，通过对图5(a) 的振荡器，粘贴任意一个凸部，能够制作多种类的振荡器。如上上述，本实施例中，超声波马达10所施加的驱动信号是非对 称波形，当驱动带域内对驱动信号进行频率扫描时，驱动频率的整数倍 的高次谐波的频率与对驱动没用的振动模式的共振频率不重叠。因此，即使是暂时给本实施例的超声波马达10施加矩形波等对称 波形的驱动信号，本实施例的超声波马达10也能够稳定驱动。这是因 为包含在非对称波形的驱动信号中的高次谐波的频率是驱动频率的奇 数倍的高次谐波的频率，本实施例的超声波马达10中，在驱动带域内 对驱动信号进行频率扫描时，包含驱动频率的奇数倍的驱动频率的整数 倍的高次谐波的频率与对驱动没用的振动模式的频率不重叠。根据本实施例，通过驱动频率的高次谐波的频率不会激励对驱动没 用的振动模式，能够作成可以稳定地进行驱动的超声波马达。此外，仅形成凸部12d即可，不需要进行大规模的形状变更，从而 容易实现。变形例本发明并不仅限于上述说明的实施例，而可以进行种种变形和变 更，他们都在本发明的均等的范围内。(1) 在本实施例中，为了使对驱动没用的振动模式的共振频率的 值发生变化，例示了设置凸部12d,但是不仅限于此，例如，也可以设 置凹部。此外，也可以不设置凸部或者凹部，从而只要在驱动带域内对 驱动信号进行频率扫描时，用于驱动的振动模式的驱动频率的高次谐波 的频率与对驱动没用的振动模式的共振频率不重叠即可。(2) 在本实施例中，例示了驱动超声波马达10的驱动信号是非对 称波形的情况，但是不仅限于此，也可以是例如矩形波和锯齿波等以电 位零为基准的波形为对称的对称波形的信号。此时，包含在驱动信号中 的高次谐波是驱动频率的奇数倍的高次谐波的频率，因此，只要式l的 m值是奇数的整数即可。 (3)在本实施例中，例示了用于超声波马达10的驱动的振动模式 A是4次弯曲振动的情况，但是不仅限于此，只要满足上述的式l，也 可以是其他次数，也可以是扭振或者纵向振动等其他振动。U)在本实施例中，例示了振荡器ll， IIA， 11B的弹性体12具 有凸缘部12d， 12e， 12f的情况，但是不仅限于此，也可以作成具备没 有凸缘部的大致呈圆环形状的弹性体的振荡器。(5) 在本实施例中，例示了压电体13是将电能转换为机械能的机 电变换元件的情况，但是不仅限于此，也可以使用将光和热等其他能量 转化为机械能的元件。(6) 在本实施例中，以使用超声波区域的振动的超声波马达10为 例进行了说明，但是不仅限于此，也可以适用于使用超声波区域以外的 振动的振动致动器。(7) 在本实施例中，例示了照相机系统1具备摄像元件8，通过摄 像元件8进行摄像的情况，但是不仅限于此，也可以利用胶巻来摄影。(8) 在本实施例中，例示了在照相机系统1设置超声波马达10中， 并且用于进行变焦动作的驱动部的情况，但是不仅限于此，也可以用于 例如进行大小调节动作的驱动部。此外，还可以用于复印机的驱动部、 汽车的手柄倾斜装置、头架的驱动部等上。
权利要求
1. 一种振动致动器，具备根据驱动信号进行振动的振荡器以及根据上述振动而相对上述振荡器进行相对运动的相对运动部件，其特征在于，上述振荡器能够以用于上述相对运动部件的驱动的第一振动模式和与上述第一振动模式不同的振动模式即第二振动模式进行振动，上述第二振动模式的共振频率与上述驱动信号的驱动频率的高次谐波的频率不一致，上述驱动信号用来以上述第一振动模式驱动上述振荡器。
2. 根据权利要求1所述的振动致动器，其特征在于，上述第二振 动模式的共振频率，当上述驱动频率在用于上述相对运动部件的驱动的 驱动频率区域内发生变化时，不与上述高次谐波的频率变化的区域重 叠。
3. 根据权利要求1或2所述的振动致动器，其特征在于，满足下式 的关系，即<formula>formula see original document page 2</formula>其中，frl是上述第一振动模式的共振频率，fr2是上述第二振动模 式的共振频率，fr3是与上述frl的高频侧或者低频侧相邻且上述振荡 器具有的上述第一振动模式的共振频率，m是任意整数。
4. 根据权利要求3所述的振动致动器，其特征在于，m=2。
5. 根据权利要求3或4所述的振动致动器，其特征在于，满足下式 的关系，即fr2 + m-frl^10，单位kHz,
6. 根据权利要求1至5中任意一项所述的振动致动器，其特征在于， 上述第二振动模式和上述第 一振动模式的次数相同。
7. 根据权利要求1至6中任意一项所述的振动致动器，其特征在于， 上述驱动信号为非对称波形。
8. 根据权利要求1至6中任意一项所述的振动致动器，其特征在于， 上述驱动信号为非对称波形，上述第二振动模式的共振频率，与上述驱动频率的整数倍的高次谐　波的频率不一致。
9. 根据权利要求1至6中任意一项所述的振动致动器，其特征在于， 上述驱动信号为对称波形，上述第二振动模式，与上述驱动频率的奇数倍的高次谐波的频率不 一致。
10. 根据权利要求1至9中任意一项所述的振动致动器，其特征在 于，上述振荡器呈大致圆环形状，上述第一振动模式为弯曲振动，上述 第二振动模式为扭振。
11. 根据权利要求1至9中任意一项所述的振动致动器，其特征在 于，上述振荡器呈大致圓环形状，并且具有向内径侧突出的凸缘状的凸 缘部。
12. 根据权利要求1至11中任意一项所述的振动致动器，其特征在 于，具有调整上述第一振动模式的共振频率与上述第二振动模式的共振 频率之差的频率特性调整部。
13. 根据权利要求ll所述的振动致动器，其特征在于，上述振荡器 具有弹性体和与上述弹性体接合的机电变换元件，上述频率特性调整部 设置于上述弹性体。
14. 根据权利要求13所述的振动致动器，其特征在于，上述频率特 性调整部设置成相对上述弹性体的与上述机电变换元件接合的接合面 突出。
15. 根据权利要求12所述的振动致动器，其特征在于，上述频率特 性调整部设置于上述振荡器，并且是设置在平行于包含上述振荡器与上 述相对运动部件接触的接触面的平面的方向的部分。
16. 根据权利要求12至15中任意一项所述的振动致动器，其特征 在于，上述频率特性调整部设置于与上述振荡器的上述第一振动模式的 中立位置接近的位置。
17. 根据权利要求12至16中任意一项所述的振动致动器，其特征 在于，上述频率特性调整部设置于与上述振荡器的上述第二振动模式的 中立位置分离的位置。
18. —种具备权利要求1至17中任意一项所述的振动致动器的透镜 镜筒。
19. 一种具备权利要求1至17中任意一项所述的振动致动器的照相 机系统。
20. —种振荡器，是用于振动致动器的振荡器，其特征在于，能够 以用于上述振动致动器的驱动的第一振动模式和与上述第一振动模式 不同的振动模式即第二振动模式进行振动，并且满足下式的关系，即fr2+m—frlg | fr3-frl | XO. 4其中，frl是上述第一振动模式的共振频率，fr2是上述第二振动模 式的共振频率，fr3是与上述frl的高频侧或者低频侧相邻且上述振荡 器具有的上述第一振动模式的共振频率，m是任意整数。
全文摘要
本发明提供能够获得稳定的驱动的致动器、透镜镜筒、照相机系统、振荡器。关于振动致动器的振荡器(11、11A、11B)振动可能的第一振动模式和第二振动模式，驱动相对运动部件(15)的与第一振动模式不同的第二振动模式的共振频率，与驱动信号的驱动频率的高次谐波的频率不一致。
文档编号H02N2/00GK101401291SQ20078000850
公开日2009年4月1日 申请日期2007年3月9日 优先权日2006年3月13日
发明者芦泽隆利 申请人:株式会社尼康