驅動振動致動器的方法、振動驅動裝置及機械設備制造方法及圖紙

驅動振動致動器的方法、振動驅動裝置以及包括該振動驅動裝置的機械設備。振動致動器包括振動元件和與彈性體壓力接觸的被驅動元件，振動元件包括作為機電能量轉換元件的壓電元件和接合至壓電元件的彈性體。通過向所述壓電元件施加驅動信號而在振動元件中激勵驅動振動，由此使振動元件和被驅動元件相對于彼此運動。驅動振動是至少n階振動與2n階振動所合成的振動，n為自然數。

【技術實現步驟摘要】
驅動振動致動器的方法、振動驅動裝置及機械設備
本專利技術涉及一種驅動振動致動器的方法、振動驅動裝置以及配備有該振動驅動裝置的機械設備，更具體地，涉及用于增加振動致動器的滑動效率從而提高振動致動器的耐久性的技術。
技術介紹
振動致動器具有這樣的特征，即，使得振動致動器能夠產生大的低速扭矩并且在驅動之后通過摩擦力保持其狀態，其中，振動致動器使得振動元件與被驅動元件彼此壓力接觸并且激發振動元件的振動，從而使得振動元件與被驅動元件相對于彼此運動。通過關注這種特征，例如，在諸如單透鏡反射相機的攝像設備中，振動致動器已經作為用于執行自動聚焦操作的透鏡驅動馬達而投入實際使用。另外，近年來，振動致動器被預期應用于其他用途。例如，振動致動器被預期應用于機器人臂的關節的驅動、機器人手的旋轉驅動、成像設備的感光鼓的旋轉驅動、X-Y平臺在平面內的驅動等。為了將振動致動器應用于這些其他用途，要求振動致動器產生更大的扭矩并且實現更高的輸出，并且另外，還強烈要求振動致動器的滑動效率提高并且耐久性提高，以抑制驅動特性隨時間的降低。為了滿足這些要求，必須抑制形成接觸的振動元件與被驅動元件的相應接觸部分之間出現不必要的滑動，從而提高滑動效率。因此，例如，對于使用彎曲振動(導致在與被驅動元件接觸的驅動元件的一部分垂直的方向上位移的振動)和伸縮振動(導致在驅動被驅動元件的方向上位移的振動)作為驅動振動的振動致動器，已經提出了用于通過產生作為n階振動和3n階振動的合成振動的伸縮振動來減小在被驅動元件與振動元件之間出現滑動的技術(見日本專利特開No.2007-202227)。然而，很難說通過在日本專利特開No.2007-202227中描述的技術能夠得到充足的滑動效率，并且因此，需要進一步的改進。另外，日本專利特開No.2007-202227中描述的技術中使用的n階振動和3n階振動在振動的各個固有頻率之間存在較大的區別，這就導致下述問題，即，振動致動器的機械設計(結構設計)存在顯著限制(小的自由度)。
技術實現思路
本專利技術提供一種驅動振動致動器的方法，該方法使得能夠增大振動元件在被驅動元件上的滑動效率，從而提高耐久性，并且使得能夠減少振動致動器的機械設計上的限制。在本專利技術的第一方面，提供了一種驅動振動致動器的方法，所述振動致動器包括：振動元件，所述振動元件包括機電能量轉換元件和接合至所述機電能量轉換元件的彈性體；以及被驅動元件，所述被驅動元件與所述彈性體形成壓力接觸，所述方法包括通過將驅動信號施加到機電能量轉換元件而在振動元件中激勵驅動振動，從而使振動元件與被驅動元件相對于彼此運動，其中，驅動振動是至少n階振動與2n階振動的合成振動，其中，n為自然數。在本專利技術的第二方面，提供一種振動驅動裝置，包括：振動致動器和用于驅動所述振動致動器的驅動電路，其中，所述振動致動器包括：機電能量轉換元件；振動元件，所述振動元件包括接合至機電能量轉換元件的彈性體；以及被驅動元件，所述被驅動元件與彈性體形成壓力接觸，其中，驅動電路向機電能量轉換元件施加驅動信號，以用于在振動元件中激勵至少n階振動與2n階振動所合成的驅動振動，并且通過所述驅動振動使振動元件與被驅動元件相對于彼此運動，其中，n為自然數。在本專利技術的第三方面，提供一種機械設備，包括振動驅動裝置，所述振動驅動裝置包括：振動致動器，和用于驅動振動致動器的驅動電路，其中，振動致動器包括：機電能量轉換元件；振動元件，所述振動元件包括接合至機電能量轉換元件的彈性體；以及被驅動元件，所述被驅動元件與彈性體形成壓力接觸，其中，驅動電路向機電能量轉換元件施加驅動信號，以用于在振動元件中激勵至少n階振動與2n階振動所合成的驅動振動，并且通過所述驅動振動使振動元件與被驅動元件相對于彼此運動，其中n為自然數，并且其中，包括在振動驅動裝置中的振動致動器用作驅動源。根據本專利技術，能夠抑制在形成接觸的振動元件與被驅動元件的相應接觸部分之間出現不必要的滑動，并且因此能夠在很大程度上提高振動元件在被驅動元件上的滑動效率，并且提高耐久性。另外，根據本專利技術，能夠減少在機械設計上的限制，這使得容易根據使用來做出振動致動器的設計。從示例性實施例的下述描述中，本專利技術的其他特征將變得明顯(參照附圖)。附圖說明圖1是根據本專利技術第一實施例的振動驅動裝置的示意性縱向截面圖。圖2是作為圖1示出的振動致動器的部件的振動元件的透視圖。圖3A是用于說明振動元件如何通過在圖2所示的振動元件中激勵的n階振動變形的圖解。圖3B是用于說明振動元件如何通過在圖2所示的振動元件中激勵的2n階振動變形的圖解。圖4是用于說明在對比示例1和示例1至3中的每一驅動振動的振動位移的圖解，所述驅動振動在圖2所示的振動元件中激勵。圖5是用于說明由圖4所示的對比示例1和示例1至3中的每一驅動振動所導致的振動元件的接觸部分的進給速度的圖解。圖6是示出了圖2中所示的振動元件的接觸部分的進給速度與被驅動元件的運動速度之間的關系的第一示例的圖解。圖7示出了圖2中所示的振動元件的接觸部分的進給速度與被驅動元件的運動速度之間的關系的第二示例的圖解。圖8是示出了圖1中出現的振動致動器的驅動相關聯的固有頻率與多種頻率之間的關系的圖解。圖9是示出了用于說明在圖1中出現的振動致動器的固有頻率與滑動效率之間的關系的測試結果的圖解。圖10A是作為根據本專利技術第二實施例的振動致動器的部件的振動元件的示意性透視圖。圖10B是用于說明振動元件如何通過在圖10A所示的振動元件中激勵的n階振動變形的圖解。圖10C是用于說明振動元件如何通過在圖10A所示的振動元件中激勵的2n階振動變形的圖解。圖11A是作為根據本專利技術第三實施例的振動致動器的部件的振動元件的示意性透視圖。圖11B是用于說明振動元件如何通過在圖11A所示的振動元件中激勵的n階振動變形的圖解。圖11C是用于說明振動元件如何通過在圖11A所示的振動元件中激勵的2n階振動變形的圖解。圖12A是作為根據本專利技術第四實施例的振動致動器的部件的振動元件的示意性透視圖。圖12B是用于說明振動元件如何通過在圖12A所示的振動元件中激勵的第一振動模式中的n階振動變形的圖解。圖12C是用于說明振動元件如何通過在圖12A所示的振動元件中激勵的第一振動模式中的2n階振動變形的圖解。圖12D是用于說明振動元件如何通過在圖12A所示的振動元件中激勵的第二振動模式中的振動變形的圖解。圖13是配備有根據本專利技術實施例的振動致動器的機器人的示意性透視圖。圖14是配備有根據本專利技術實施例的振動致動器的彩色成像設備的內部構造的側截面圖。圖15A是作為圖14所示的彩色成像設備的部件的感光鼓的示意性透視圖，該彩色成像設備配備有作為驅動馬達的振動致動器。圖15B是作為圖14所示的彩色成像設備的部件的傳送帶的示意性局部透視圖。圖16A是使用圖12A至圖12D所示的振動元件的攝像設備的示意性俯視圖。圖16B是使用圖12A至圖12D所示的振動元件的攝像設備的示意性方框圖。圖17是作為使用圖12A至圖12D所示的振動元件的載置臺設備的示例的顯微鏡的外觀的透視圖。具體實施方式現在將參照示出了本專利技術的實施例的附圖詳細描述本專利技術。圖1是根據本專利技術第一實施例的振動驅動裝置的示意性縱向截面圖。振動驅動裝置包括振動致動器10和驅動該本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種驅動振動致動器的方法，所述振動致動器包括振動元件，所述振動元件包括機電能量轉換元件和接合至所述機電能量轉換元件的彈性體，以及被驅動元件，所述被驅動元件與所述彈性體形成壓力接觸，所述方法包括通過將驅動信號施加到機電能量轉換元件而在振動元件中激勵驅動振動，從而使振動元件與被驅動元件相對于彼此運動，其中，驅動振動是至少n階振動與2n階振動的合成振動，其中，n為自然數。

【技術特征摘要】
2015.12.04 JP 2015-2373951.一種驅動振動致動器的方法，所述振動致動器包括振動元件，所述振動元件包括機電能量轉換元件和接合至所述機電能量轉換元件的彈性體，以及被驅動元件，所述被驅動元件與所述彈性體形成壓力接觸，所述方法包括通過將驅動信號施加到機電能量轉換元件而在振動元件中激勵驅動振動，從而使振動元件與被驅動元件相對于彼此運動，其中，驅動振動是至少n階振動與2n階振動的合成振動，其中，n為自然數。2.根據權利要求1所述的方法，其中，n階振動和2n階振動二者都是彎曲振動。3.根據權利要求1所述的方法，其中，通過所述驅動振動使彈性體的與被驅動元件形成接觸的接觸部分執行橢圓運動；并且其中，使得所述橢圓運動在與被驅動元件的驅動方向相同的方向上的速度的絕對值的最大值小于所述橢圓運動在與所述驅動方向相反的方向上的速度的絕對值的最大值。4.根據權利要求1所述的方法，其中，通過將2n階振動的固有頻率設置為n階振動的固有頻率的大約兩倍，來激勵所述兩個振動。5.根據權利要求4所述的方法，其中，2n階振動的固有頻率被設置為n階振動的固有頻率的1.85倍至2.30倍。6.一種振動驅動裝置，包括：振動致動器；和用于驅動所述振動致動器的驅動電路，其中，所述振動致動器包括：機電能量轉換元件，振動元件，所述振動元件包括接合至機電能量轉換元件的彈性體，以及被驅動元件，所述被驅動元件與彈性體形成壓力接觸，其中，驅動電路向機電能量轉換元件施加驅動信號，以用于在振動元件中激勵至少n階振動與2n階振動所合成的驅動振動，并且通過所述驅動振動使振動元件與被驅動元件相對于彼此運動，其中，n為自然數。7.根據權利要求6所述的振動驅動裝置，其中，n階振動和2n階振動二者都是彎曲振動。8.根據權利要求6所述的振動驅動裝置，其中，通過所述驅動振動使彈性體的與被驅動元件形成接觸的接觸部分執行橢圓運動；并且其中，使得所述橢圓運動在與被驅動元件的驅動方向相同的方向上的速度的絕對值的最大值小于所述橢圓運動在與所述驅動方向相反的方向上的速度的絕對值的最大值。9.根據權利要求6所述的振動驅動裝置，其中，2n階振動的固有頻率為n階振動的固有頻率的大約兩倍。10.根據權利要求9所述的振動驅動裝置，其中，2n階振動的固有頻率為n階振動的固有頻率的1.85倍至2.30倍。11.根據權利要求6所述的振動驅動裝置，其中，振動致動器包括加壓單元，所述...

【專利技術屬性】
技術研發人員：土屋聰司，森敬夫，
申請(專利權)人：佳能株式會社，
類型：發明
國別省市：日本,JP