线性超声波马达和包括该线性超声波马达的光学设备

摘要

根据本发明的线性超声波马达(100)，包括：可动部(120)，其包括具有压电元件(102)的振动器(103)和加压部，所述加压部用于通过对所述振动器施加压力使所述振动器与基部(115)加压接触，所述可动部被线性地驱动；和盖部(112)，其用于通过滚动部(111a、111b、111c)的介入接收所述压力的反作用力，所述盖部通过在与所述可动部(120)的移动方向交叉的方向上延伸的固定部(114b-1、114b-2)固定于所述基部(115)，其中，所述滚动部(111a、111b、111c)夹在所述可动部(120)的引导部(110a、110b、110c)和所述盖部(112)的盖引导部(112a、112b、112c)之间，所述引导部(110a、110b、110c)在所述可动部(120)的移动方向上延伸，所述盖引导部(112a、112b、112c)在所述可动部(120)的移动方向上延伸，并且当所述可动部(120)位于至少一个移动端时，所述可动部(120)的所述引导部(110a、110b、110c)位于所述固定部(114b-1、114b-2)的面对所述可动部(120)的一侧的外侧。

说明书

技术领域

本发明涉及一种超声波马达，特别地，涉及一种线性驱动型超声波马达 (以下称为“线性超声波马达”)。

背景技术

在现有技术的线性超声波马达中，通过施加高频电压至压电元件使固定 有压电元件的超声波振动器振动。超声波振动器的振动驱动被超声波振动器 压着的滑动构件。线性超声波马达以多种方式设计为在小型的情况下维持高 输出，从而提高驱动效率。

例如，在专利文献1公开的线性超声波马达中，具有压电元件的超声波 振动器设置有两个驱动器和四个滚动构件，这两个驱动器被保持为与从动构 件抵接，这四个滚动构件位于从动构件和基部构件之间。四个滚动构件等间 距配置，使得四个滚动构件在从动构件的驱动方向上不能进入两个驱动器之 间。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2010-226940号公报

发明内容

发明要解决的问题

但是，在专利文献1公开的线性超声波马达中，为了维持四个滚动构件 被配置为四个滚动构件在从动构件的驱动方向上不能进入两个驱动器之间 的构造，必须在从动构件的驱动方向上设定滚动构件的长配置跨度。结果， 出现了单元的在驱动方向上的整体尺寸变大的问题。

已经获得本发明以解决上述问题，本发明的目的在于提供一种紧凑的线 性超声波马达，该线性超声波马达在不减少输出、驱动效率和驱动量的情况 下消除了增大单元的在从动构件的驱动方向上的整体尺寸的需要。

用于解决问题的方案

为了解决上述问题，根据本发明的一实施方式的线性超声波马达具有如 下构造。

该线性超声波马达包括：可动部，其包括具有压电元件的振动器和加压 部，所述加压部被构造成通过对所述振动器施加压力使所述振动器与基部加 压接触，所述可动部被线性地驱动；和盖部，其构造成通过滚动部的介入接 收所述压力的反作用力，所述盖部通过在与所述可动部的移动方向交叉的方 向上延伸的固定部固定于所述基部，其中，所述滚动部夹在所述可动部的引 导部和所述盖部的盖引导部之间，所述引导部在所述可动部的移动方向上延 伸，所述盖引导部在所述可动部的移动方向上延伸，并且所述可动部位于所 述固定部的面对所述可动部的一侧的外侧。

此外，根据本发明的一实施方式的线性超声波马达的可动部具有如下构 造。

线性超声波马达的该可动部布置在基部和固定于所述基部的盖板之间， 所述可动部在滚动部介于所述可动部和所述盖板之间的状态下被线性地驱 动。所述可动部包括：振动器，其包括压电元件；加压部，其被构造成通过 对所述振动器施加压力使所述振动器与所述基部加压接触；和引导部，其被 构造成容纳所述滚动部，其中，所述引导部包括三个引导部，所述三个引导 部配置成所述三个引导部通过直线彼此连接形成三角形，并且所述可动部被 线性地驱动，使得所述加压部的加压中心位于通过直线彼此连接容纳在所述 三个引导部内的所述滚动部而形成的三角形内。

发明的效果

根据本发明的一实施方式，能够获得紧凑的线性超声波马达，该线性超 声波马达在不减少输出、驱动效率和驱动量的情况下消除了增大单元的在从 动构件的驱动方向上的整体尺寸的需要。

附图说明

图1是根据本发明的线性超声波马达的侧视图。

图2是根据本发明的线性超声波马达的分解立体图。

图3A是根据本发明的线性超声波马达单元的在可动部布置于中间位置 的情况下的主视图。

图3B是根据本发明的线性超声波马达单元的在可动部布置于正侧机械 端的情况下的主视图。

图3C是根据本发明的线性超声波马达单元的在可动部布置于负侧机械 端的情况下的主视图。

图4是安装有根据本发明的线性超声波马达的镜筒的截面图。

具体实施方式

以下参照附图详细说明本发明的示例性实施方式。注意，在以下说明中， 示例性地说明了形成为如下单元的线性超声波马达：该单元作为用于驱动数 字照相机等的镜筒的致动器。但是，本发明的使用用途不限于此。

此外，在本说明书中，为了明确线性超声波马达的结构及其移动，在附 图中，相同的构件分别由相同的附图标记表示。此外，将后面说明的可动部 的相对于基部的移动方向定义为X轴，将包括在可动部中的振动板的接触部 的法线方向定义为Z轴。此外，将垂直于X轴和Z轴的方向定义为Y轴。各图 中的轴的方向如图所示，但是不限于此。

图1是根据本发明的一实施方式的线性超声波马达的从Y轴方向看的侧 视图。

此外，图2是图1所示的线性超声波马达的分解立体图。

根据本实施方式的线性超声波马达100具有X轴方向上的主轴并且由如 下所述的构件形成。振动板101使得压电元件102通过使用已知的粘结剂等固 定于振动板101，压电元件102通过被施加电压而激发超声波振动。注意，只 要振动板101和压电元件102彼此粘接，就不限制振动板101和压电元件102的 粘接方法。振动板101还包括接触部101a，接触部101a保持为在伴随着加压 的加压接触状态下与后面描述的接触基部构件115接触。振动器103由振动板 101和压电元件102形成。当压电元件102在振动板101和压电元件102彼此粘 接的状态下产生超声波振动时，在振动器103中产生共振现象。结果，在振 动板101的接触部101a中发生椭圆运动。通过改变将施加于压电元件102的电 压的频率和相位，从而适当地改变该椭圆运动的转动方向和椭圆比(elliptic ratio)，能够获得期望的移动。

振动器支撑构件104具有在YZ平面中的凸型截面并且包括用于接收弹 簧108和弹簧保持构件107的贯通孔。弹簧保持构件107具有用于接收和保持 弹簧108的一端的表面，并且弹簧保持构件107在该表面的相反侧保持为与加 压板105面接触。弹簧的另一端保持为与弹簧压板109接触，弹簧压板109能 够嵌入振动器支撑构件104的贯通孔。在该贯通孔中，弹簧108被弹簧保持构 件107保持并且夹在加压板105和弹簧压板109之间。因此，弹簧108能够在Z 轴方向上自由地伸缩并且施加压力。此外，加压板105在用于接收保持构件 107的表面上具有在与该表面的法线平行的方向上的两个突起部。该两个突 起部分别被形成于振动器支撑构件104的孔接收。此结构限制在弹簧108伸缩 时弹簧108在除Z轴方向以外的方向上的运动，压力高效地传递至其它构件。 在本实施方式中，加压板105、弹簧保持构件107、弹簧108和弹簧压板109形 成加压部，各构成元件的重心能够被与Z轴平行的直线连接。

弹性构件106布置在压电元件102和加压板105之间。弹性构件106防止加 压部和压电元件102之间直接接触，以防止压电元件损坏。

移动板110包括大致长方形的嵌合孔和分别具有V字形状的截面的槽(以 下被称为“V槽”)的三个引导部110a、110b、110c，振动器支撑构件104的 突起部分嵌合于移动板110的嵌合孔。V槽的引导部110a、110b、110c具有在 X轴方向上的预定长度，作为滚动部的球状的滚动构件111a、111b、111c被 嵌入各引导部110a、110b、110c中。

另一方面，作为盖部的盖板112还包括大致长方形的嵌合孔和具有在X 轴方向上的预定长度的三个V槽盖引导部112a、112b、112c，振动器支撑构 件104的突起部分嵌合在嵌合孔中。V槽盖引导部112a、112b、112c和V槽引 导部110a、110b、110c分别形成在彼此相对的位置。滚动构件111a、111b、 111c还由V槽盖引导部112a、112b、112c夹持并且容纳在V槽盖引导部112a、 112b、112c中，振动器支撑构件104和移动板110能够在不发出嘎嘎声的情况 下相对于盖板112在X轴方向上移动。

线性超声波马达100还包括底板114。底板114具有在XZ平面中的凹型的 截面形状并且包括侧壁114a-1、114a-2和固定部114b-1、114b-2，固定部 114b-1、114b-2由侧壁114a-1、114a-2的在X轴方向的两端的与X轴方向交叉 的方向上的一部分形成。固定部114b-1、114b-2均在其顶部具有螺纹孔，并 且螺纹孔与盖板112的各螺纹孔相对。盖板和底板114通过螺钉113彼此固定， 只要盖板和底板114彼此固定就不限制固定方法。此外，接触基部构件115从 Z轴的下方侧通过螺钉等(未示出)固定于底板114的底面侧。接触基部构件 115保持为与振动板101的接触部101a接触，由于接触基部构件115与接触部 101a之间的摩擦，振动器103中发生的椭圆运动被用作可动部120的驱动力。 可动部120能够通过驱动力在X轴方向上被线性地驱动而前后移动。注意，只 要底板114和接触基部构件115彼此固定，就不限制固定方法。在本实施方式 中，振动器103、弹性构件106、加压板105、振动器支撑构件104、弹簧保持 构件107、弹簧108、弹簧压板109和移动板110形成可动部120。此外，盖板 112、螺钉113、底板114和接触基部构件115形成基部。

以下，说明加压部中产生的压力。弹簧108通过弹簧保持构件107的介入 向加压板105施加压力。压力通过弹性构件106的介入进一步变为用于将振动 器103压至接触基部构件115的施力。然后，振动板101的接触部101a在被压 状态下与接触基部构件115接触。另一方面，来自接触基部构件115的压力的 反作用力通过可动部和滚动构件的介入被盖板112接收。如果在加压接触状 态下对压电元件102施加电压，则在振动器103中发生的X轴方向的共振和Y 轴方向的共振导致的椭圆运动高效地传递至接触基部构件115。结果，可动 部120能够在X轴方向上前后移动。

上述各构件组装并且形成为作为线性超声波马达的单元。

以下，参照图3A、图3B和图3C说明可动部120相对于基部相对运动的构 造。

图3A、图3B和图3C是图1所示的线性超声波马达的从Z轴方向看的主视 图。注意，为了便于说明省略了盖板112。此外，下面，加压中心F是指与弹 簧压板109的重心一致的点，加压部的各构件的重心能够通过与Z轴平行的直 线彼此连接。因此，加压中心F在弹簧108的压力集中于一点的情况下与弹簧 108的压力的力点一致。

如从图中可以理解的，线性超声波马达的可动部120的移动板110从Z轴 方向看具有凸型的形状，移动板110在Y轴方向上的宽度大致等于基部的底板 114在Y轴方向上的宽度。在XY平面的投影中，移动板110的大致长方形的孔 的对角线的交点与加压中心一致，振动器支撑构件104的突起部分嵌合在该 大致长方形的孔中。移动板110的X轴方向上的两端的突出部110d-1、110d-2 设置有在与X轴平行的同一直线上的、具有预定长度和预定宽度的引导部 110a、110b。另一方面，在关于加压中心F的突出部110d-1、110d-2的Y轴方 向上的相反侧，具有与引导部110a、110b相同的尺寸的引导部110c也设置在 与X轴平行的直线上。引导部110c形成为其长度方向的中心位于通过加压中 心F并且平行于Y轴的直线上。

基部的底板114设置有作为壁部的侧壁114a-1、114a-2，侧壁114a-1、 114a-2在X轴方向上彼此相对并且在Z轴方向上具有台阶。侧壁114a-1、114a-2 的沿Z轴方向突出的固定部114b-1、114b-2的Y轴方向上的长度小于底板114 的Y轴方向上的宽度。在此结构中，以下详细说明，在可动部120移动时，并 未妨碍移动板110的沿X轴方向延伸的突出部110d-1、110d-2的移动。

图3A示出可动部120布置在基部上的可动范围内的中间位置处的状态。 在这种情况下，滚动构件111a、111b、111c位于X轴方向上、即各引导部110a、 110b、110c的长度方向上的中间。然后，在XY平面的投影中，加压中心F存 在于通过连接滚动构件111a、111b、111c的中心形成的三角形T-1内。因此， 在可动部120位于中间点的情况下，由加压导致的反作用力被三个滚动构件 111a、111b、111c稳定地支撑。

图3B示出可动部120相对于中间位置位于正侧机械端的状态，该正侧机 械端是X轴正侧的可动范围的边缘。移动板110包括最先与X轴正侧的侧壁 114a-1抵接的停止突起部110e-1。因此，在可动部120从中间位置沿X轴正方 向被驱动的情况下，停止突起部110e-1和底板114的侧壁114a-1的内侧彼此抵 接，结果限定了可动部120的机械端。在此情况下，移动板110的突出部110d-1 能够移动至底板114的侧壁114a-1的台阶部。此外，移动板110的V槽引导部 110a延伸至突出部110d-2，因此延伸得比底板114的侧壁114a-1的内侧在X轴 正方向上靠外侧。因此，确保可动部120相对于底板114在X轴正方向上的可 动量。还在正侧机械端处，在XY平面的投影中，加压中心F设计为存在于如 下三角形T-2内：通过连接介于可动部120和盖板112之间的滚动构件111a、 111b、111c的中心而形成的三角形T-2，即通过直线连接各滚动构件形成的三 角形。因此，即使在可动部120位于正侧机械端的情况下，由加压导致的反 作用力也被三个滚动构件111a、111b、111c稳定地支撑。注意，图3B示出停 止突起部110e-1和侧壁114a-1的内侧彼此抵接以限定可动部120的移动端的 情况。但是，本发明不限于此，可以通过在可动部120的可动范围内使用控 制器(未示出)来限定可动部120的可动范围。例如，在可动部120的停止突 起部110e-1与底板114的侧壁114a-1抵接之前，可动部120可以被控制器控制 而停止在控制端。即使在此情况下，V槽引导部110a比侧壁114a-1的内侧在X 轴正方向上延伸得远，因此能够确保可动部120的正方向上的移动量。此外， 加压中心F同样存在于通过连接滚动构件111a、111b、111c的中心形成的三角 形内。

图3C示出可动部120相对于中间位置位于负侧机械端的状态，该负侧机 械端是X轴负侧的可动范围的边缘。移动板110包括最先与X轴负侧的侧壁 114a-2抵接的停止突起部110e-2。因此，在可动部120从中间位置沿X轴负方 向被驱动的情况下，停止突起部110e-2和底板114的侧壁114a-2的内侧彼此抵 接，结果限定可动部120的机械端。在此情况下，与图3B所示的情况相似， 移动板110的突出部110d-2能够移动至底板114的侧壁114a-2的台阶部。此外， 移动板110的V槽引导部110b延伸得比底板114的侧壁114a-2的内侧在X轴负 方向上靠外侧。因此，确保可动部120相对于底板114在X轴负方向上的可动 量。还在负侧机械端处，在XY平面的投影中，加压中心F存在于如下三角形 T-3内：通过连接介于可动部120和盖板112之间的滚动构件111a、111b、111c 的中心形成的三角形T-3，即通过直线连接各滚动构件形成的三角形。以这 种方式，即使在可动部120位于负侧机械端的情况下，由加压导致的反作用 力被三个滚动构件111a、111b、111c稳定地支撑。注意，图3C示出停止突起 部110e-2和侧壁114a-2的内侧彼此抵接以限定可动部120的移动端的情况。但 是，本发明不限于此，可以通过在可动部120的可动范围内使用控制器(未 示出)来限定可动部120的可动范围。例如，在可动部120的停止突起部110e-1 与底板114的侧壁114a-1抵接之前，可动部120可以被控制器控制而停止在控 制端。即使在此情况下，V槽引导部110b比侧壁114a-2的内侧在X轴负方向上 延伸得远，因此能够确保可动部120的负方向的移动量。此外，加压中心F同 样存在于通过连接滚动构件111a、111b、111c的中心形成的三角形内。

如上所述，加压中心总是存在于通过直线连接可动部的各引导部形成的 三角形内。

注意，在本实施方式中，在正侧机械端和负侧机械端这两个位置处，移 动板110的V槽引导部都比底板114的侧壁的内侧延伸得远。但是，在单元构 成时，根据X轴方向上受到的制约，移动板110的V槽引导部可以仅在正侧机 械端或负侧机械端处比底板114的侧壁的内侧延伸得远。

如上所述，根据本实施方式，能够获得紧凑的线性超声波马达，该线性 超声波马达在不减少输出、驱动效率和驱动量的情况下消除了增大单元的在 从动构件的驱动方向上的整体尺寸的需要。

图4示出作为透镜装置的例子的镜筒，本发明的线性超声波马达100作为 单元组装在该镜筒中。

注意，镜筒具有大致回转对称形状，因此仅示出镜筒的上侧半部。

镜筒200可移除地安装于作为摄像设备的照相机主体1，摄像元件1a设置 在照相机主体1中。

照相机主体1的安装件11具有用于将镜筒200安装于照相机主体1的卡口 部。镜筒200包括保持为与安装件11的凸缘部抵接的固定筒12。固定筒12和 安装件11利用螺钉(未示出)固定。用于保持透镜G1的前镜筒13和用于保持 透镜G3的后镜筒14进一步固定于固定筒12。

镜筒200还包括保持调焦透镜G2的调焦透镜保持架15。调焦透镜保持架 15进一步被由前镜筒13和后镜筒14保持的已知的引导杆16以能够直线移动 的方式保持。

凸缘部(未示出)形成于超声波马达单元100的底板114，并且该凸缘部 利用螺钉等固定于后镜筒14。

当具有上述构造的超声波马达100的可动部120被驱动时，其驱动力通过 驱动力传递部130的介入而传递至调焦透镜保持架15。调焦透镜保持架15通 过引导杆16直线地移动。

已经如上所述详细说明了根据本发明的线性超声波马达的具体实施方 式。但是，本发明不限于上述实施方式，在不脱离权利要求的范围的情况下 能够采取任何形式。

本申请要求2013年6月7日提交的日本专利申请No.2013-120737的优先 权，该申请的内容通过引用合并于此。

附图标记说明

102压电元件

103振动器

108弹簧

110a，110b，110c引导部

111a，111b，111c滚动构件

112盖板

112a，112b，112c盖引导部

114底板

114a-1，114a-2侧壁

115接触基部构件

200镜筒

F加压中心