振动波马达和使用该振动波马达的驱动设备的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种振动波马达，更特别地，涉及一种包括板状弹性体的用于线性驱动的振动波马达。本发明还涉及一种使用该振动波马达的驱动设备和包括上述振动波马达的驱动设备。
【背景技术】
[0002]至今，具有小型轻量、高速驱动和静音驱动的特征的振动波马达已经应用于摄像设备的镜筒。在振动波马达中，日本特开2012-16107号公报中描述了作为用于线性驱动的振动波马达的以下振动波马达。
[0003]图20A至图20G是用于示出现有技术的振动波马达600的构造的图。图20A是平面图，图20B是主视图，图20C和图20D是侧视图，图20E是仰视图。在图20A至图20G中，振动板601具有矩形表面。在振动板601的矩形表面上，设置有两个突起601a和601b。
[0004]具有矩形形状的、高频率振动的压电元件602接合于振动板601的设置有突起601a和601b的表面的相反侧的表面。压电元件602包括通过沿相同的方向极化获得的两个区域，即区域602a和602b。区域602a被分配给A相，区域602b被分配给B相。未极化的区域602c作为待用作为地的电极，该用作为地的电极通过侧面与在压电元件602的背面602d 的全面电极(full-scale electrode)导通。
[0005]此外，待直接地或间接地连结于振动器保持构件(未示出)的连结部601c和60Id与振动板601同步移动。连结部601c和601d设置于振动板601的矩形表面的短边D2。如上所述，振动板601和压电元件602形成振动波马达600。
[0006]在图20E中，示出了在振动板601、压电元件602和突起601a、601b形成为一体的状态下，在长边Dl的方向上的扭转振动的二次固有振动模式中的波节(node)和波腹(antinode)的图。在图20E中，不出了在短边D2的方向上的弯曲振动的一次固有振动模式中的波节和波腹。此外，图20F是从箭头dl指示的方向看时在长边Dl的方向上的弯曲振动的二次固有振动模式的图。图20G是从箭头d2指示的方向看时在短边D2的方向上的弯曲振动的一次固有振动模式的图。在图20F和图20G中，省略了突起601a和601b、连结部601c和601d以及压电元件602的图示。
[0007]在图20E中，在短边D2的方向上的弯曲振动的一次固有振动模式中的波腹由X指示，在长边Dl的方向上的弯曲振动的二次固有振动模式中的波节由Yl和Y2指示。突起601a和601b形成在短边D2的方向上的弯曲振动的一次固有振动模式中的波腹(由X指示)附近和长边Dl的方向上的弯曲振动的二次固有振动模式中的波节(由Yl和Y2指示)附近。此外，通过从电力供给单元(未示出)施加A相和B相之间的相位差自由变化的交流电压，能够发生振动波振动。
[0008]图21A至图21D是在施加B相相对于A相延迟大约+90°的交流电压时的振动状态的图。图21A是施加给压电元件的A相和B相的交流电压的变化的曲线。图21B、图21C和图21D与图20B、图20C和图20D对应，并且图21B、图21C和图21D是从P1’至P4’的振动随时间变化的图。
[0009]此外，在图21A中，省略了压电元件602和连结部601c、601d的图示。相对于图21A所示的交流电压中的电气变化Pl至P4，图21B、图21C和图21D示出的振动中的机械变化P1’至P4’具有预定的机械响应延迟时间。此外，以夸张的方式示出了振动的振幅。日本特开2012-16107号公报中描述了振动波马达600的驱动原理和速度控制等的细节。
[0010]近年，对安装有振动波马达的电子设备、特别是透镜驱动设备的小型化的需求不断增长。但是，如下所述，现有技术的振动波马达在使设备小型化时具有限制。
[0011]首先，说明使用现有技术的振动波马达的线性驱动设备的构造。图22A和图22B是使用现有技术的振动波马达的线性驱动设备700的示意图。图22A是沿振动波马达的移动方向看的图，图22B是沿着图22A的线22B-22B截取的截面图。如图22A和图22B所示，振动波马达包括振动板601和压电元件602。此外，振动波马达还包括固定于框架体(未示出)的摩擦构件701和设置在摩擦构件701的背面以在该背面上转动滑动的辊702，为进行摩擦驱动，突起601a和601b与摩擦构件701接触。
[0012]振动波马达还通过连结部601c和601d支撑振动板601，振动波马达还包括保持构件703，保持构件703用于保持与辊702连接的振动器。振动波马达还包括加压弹簧704和驱动传递部705。加压弹簧704具有作用于保持构件703的上端和作用于压电元件602的下端。驱动传递部705被构造成与从动体连结。通过加压弹簧704的加压力，突起601a和601b与摩擦构件701压接，并且通过图22B所示的箭头B指示的圆形运动产生的驱动力获得在图22B所示的X方向上的推力。
[0013]然后，说明安装有使用现有技术的振动波马达的线性驱动设备的透镜驱动设备的构造。图23A至图23C是透镜驱动部的示意图。图23A是光轴方向上的主视图，图23B和图23C是局部为断裂形式的框架体的侧视图。图23C是与图23B所示的透镜驱动设备相比进一步小型化的透镜驱动设备的图。在图23A至图23C中，透镜驱动设备包括框架体801、透镜802、透镜保持件803以及引导轴804和805，引导轴804和805支撑透镜保持件803并且在光轴方向上(在图23B中的X方向上)引导透镜保持件803。在图23B中，从线性驱动设备700中省略振动板601和摩擦构件701之外的其他部件的图示。根据微计算机(未不出)发出的运动指令，线性驱动设备700移动对应的距尚。结果，透镜保持件803能够在从图23B中的由实线指示的左侧位置803至由虚线指示的右侧位置803’的范围内移动。
[0014]如上所述，振动板601占据的范围是透镜保持件803的移动距离LI和振动板601在移动方向上的尺寸L2的总和，该范围成为线性驱动设备和透镜驱动设备小型化的阻碍。因此，为了图23B所示的整个透镜驱动设备的小型化，需要减小振动板601在移动方向上的尺寸L2。在如图23C所示小型化的透镜驱动设备中，实现振动板601在移动方向上的尺寸L2的减小对于整个设备的小型化变得越加重要。
[0015]但是，现有技术的振动波马达具有如图20A至图20G所示的在移动方向上为细长的构造。因此，移动方向上的尺寸L2的减小存在以下问题。如果整个设备以单纯减小总长度的方式相似地减小尺寸，则压电元件的面积变小从而减小压电效果引起的变形。因此，使振动振幅减小。此外，压电元件和振动板的结合的整体尺寸减小从而增大共振频率。因此，使振动振幅减小。
[0016]结果，使图21A至图21D中的由(ii)指示的移动方向上的振幅减小。因此，预见到推力降低。此外，作为图21A至图21D中的由(i)指示的垂直方向上的振幅减小的结果，垂直方向(i)上的振幅对于滑动件的表面粗糙度是不足够的。因此，还预见到出现不能获得推力的问题。因此，现有技术的振动波马达在移动方向上的尺寸L2的减小是有限制的。
[0017]如上所述，振动波马达在移动方向上的尺寸需要减小，以使驱动设备小型化。但是，在现有技术的振动波马达的构造的情况下，难以在不损失推力的情况下减小振动波马达在移动方向上的尺寸。
【发明内容】
[0018]因此，本发明的目的在于在不损失推力的情况下减小振动波马达在移动方向上的尺寸，以便通过使用该振动波马达实现驱动设备的小型化。
[0019]为了解决上述问题，根据本发明的一个实施方式，提供一种振动波马达，其包括:振动板，该振动板具有矩形表面；压电元件，该压电元件粘接于所述振动板并且构造为以高频率振动；以及突起，该突起设置于所述振动板或所述压电元件，其中:在所述振动板、所述压电元件和所述突起形成为一体的状态下，具有与扭转振动的固有振动模式的共振频率相等或相近的共振频率的固有振动模式是在所述扭转振动的固有振动模式的扭转中心轴的平行方向或垂直方向上的弯曲振动的固有振动模式；以及所述突起设置在所述突起与波腹之间的距离小于所述突起与波节之间的距离的位置，所述波节和所述波腹在所述扭转振动的固有振动模式的所述扭转中心轴的垂直方向上。
[0020]此外，根据本发明的一个实施方式，提供一种驱动设备，其包括振动波马达，所述振动波马达包括:振动板，该振动板具有矩形表面；压电元件，该压电元件粘接于所述振动板并且构造为以高频率振动；以及突起，该突起设置于所述振动板或所述压电元件，其中:在所述振动板、所述压电元件和所述突起形成为一体的状态下，具有与扭转振动的固有振动模式的共振频率相等或相近的共振频率的固有振动模式是在所述扭转振动的固有振动模式的扭转中心轴的平行方向或垂直方向上的弯曲振动的固有振动模式；所述突起设置在所述突起与波腹之间的距离小于所述突起与波节之间的距离的位置，所述波节和所述波腹在所述扭转振动的固有振动模式的所述扭转中心轴的垂直方向上；以及所述振动板的所述矩形表面的所述扭转中心轴的所述垂直方向用作为驱动方向。
[0021]利用上述手段，可以在不损失推力的情况下减小振动波马达在移动方向上的尺寸，以通过使用该振动波马达实现驱动设备的小型化。
[0022]从以下参照附图对示例性实施方式的说明，本发明的其他特征将变得明显。
【附图说明】
[0023]图1A、图1B、图1C、图1D、图1E、图1F、图1G和图1H是用于示出根据本发明的第一实施方式的振动波马达的构造的图。
[0024]图2A、图2B、图2C和图2D是用于示出根据本发明的第一实施方式的振动波马达的速度控制的曲线和图。
[0025]图3A、图3B、图3C和图3D是用于示出根据本发明的第一实施方式的振动波马达的速度控制的曲线和图。
[0026]图4A和图4B是用于示出根据本发明的第一实施方式的线性驱动设备的构造的图。
[0027]图5A、图5B和图5C是用于示出根据本发明的第一实施方式的透镜驱动设备的构造的图。
[0028]图6A、图6B、图6C、图6D和图6E是用于示出根据本发明的第一实施方式的振动波马达的另一种构造的图。
[0029]图7A、图7B、图7C、图7D和图7E是用于示出根据本发明的第一实施方式的振动波马达的另一种构造的图。
[0030]图8A、图8B、图8C、图8D、图8E、图8F、图8G和图8H是用于示出根据本发明的第二实施方式的振动波马达的构造的图。
[0031]图9A、图9B和图9C是用于示出根据本发明的第二实施方式的振动波马达的速度控制的曲线和图。
[0032]图10A、图10B、图10C、图10D、图10E、图10F、图1OG和图1OH是用于示出根据本发明的第三实施方式的振动波马达的构造的图。
[0033]图11A、图11B、图1lC和图1lD是用于示出根据本发明的第三实施方式的振动波马达的速度控制的曲线和图。
[0034]图12A、图12B、图12C和图12D是用于示出根据本发明的第三实施方式的振动波马达的速度控制的曲