阅读说明：本技术 振动型致动器及振动型致动器的制造方法 (Vibration-type actuator and method for manufacturing vibration-type actuator ) 是由 木村笃史 于 2020-01-14 设计创作，主要内容包括：本发明涉及振动型致动器及振动型致动器的制造方法。一种振动型致动器,包括在第一方向上彼此接触的振动元件和接触元件。振动元件的振动包括在第一方向上的第一振动模式下的振动和在与第一方向相交的第二方向上的第二振动模式下的振动。在振动元件中,第二振动模式下的共振频率的最小值大于或等于第一振动模式下的共振频率的最大值,并且第二振动模式下的共振频率的最大值和最小值之差与第二模式下的共振频率的最小值的比率小于或等于预先确定的值。(The present invention relates to a vibration-type actuator and a method of manufacturing the vibration-type actuator. A vibration-type actuator includes a vibration element and a contact element that contact each other in a first direction. The vibration of the vibration element includes a vibration in a first vibration mode in a first direction and a vibration in a second vibration mode in a second direction intersecting the first direction. In the vibration element, a minimum value of the resonance frequency in the second vibration mode is greater than or equal to a maximum value of the resonance frequency in the first vibration mode, and a ratio of a difference between the maximum value and the minimum value of the resonance frequency in the second vibration mode to the minimum value of the resonance frequency in the second mode is less than or equal to a predetermined value.)

振动型致动器及振动型致动器的制造方法

技术领域

本公开涉及振动型致动器。

背景技术

常规上，已经提出了振动型致动器。振动型致动器被构造为使得与振动元件(弹性元件、压电元件)接触的接触元件通过由振动元件激励的振动来驱动(振动元件和接触元件相对移动)。

例如，日本专利申请公开No.2011-259559公开了一种致动器，其包括两个振动元件或多个振动元件。所述两个振动元件被直线驱动，或者所述多个振动元件被旋转地驱动。

但是，在振动元件中，共振频率由于弹性元件和压电元件的尺寸变化而变化。因此，在使用一个升压电路(即，公共的交流信号)由多个振动元件驱动一个接触元件的情况下，取决于振动元件的组合，一些情况下致动器的性能可能降级。

发明内容

本公开针对一种减少由部署在振动型致动器中的多个振动元件的共振频率的变化造成的性能劣化的技术。

根据本公开的一方面，一种振动型致动器包括：多个振动元件；以及，接触元件，接触元件与所述多个振动元件的接触部分接触，并且在所述多个振动元件中的每一个中激励的振动引起所述多个振动元件和接触元件的相对移动。振动包括在第一振动模式下的振动和第二振动模式下的振动，在第一振动模式下，接触部分在使所述多个振动元件之一和接触元件彼此压力接触的第一方向上移位，在第二振动模式下，接触部分在与第一方向相交的第二方向上移位。在多个振动元件中，第二振动模式下的共振频率的最小值大于或等于第一振动模式下的共振频率的最大值，并且第二振动模式下的共振频率的最大值和最小值之差与第二模式下的共振频率的最小值的比率小于或等于预先确定的值。

通过以下参考附图对示例性实施例的描述，本公开的其它特征将变得清晰。

附图说明

图1A是图示根据示例性实施例的旋转致动器的分解部件的整体透视图。图1B是图示根据示例性实施例的振动元件的外围的放大和展开透视图。

图2是图示根据示例性实施例的旋转致动器的驱动控制装置的构造的框图。

图3A是图示根据示例性实施例的相应振动元件的阻抗特点的图。图3B是图示根据示例性实施例的三个振动元件的第二共振频率的变化与马达性能之间的关系的图(横轴；第二振动模式下的共振频率之差)。图3C是图示根据示例性实施例的三个振动元件的第二共振频率的变化与马达性能之间的关系的图(横轴；第二振动模式下的共振频率的最大值和最小值之差与第二振动模式下的共振频率的最小值的比率)。

图4是关于根据示例性实施例的制造振动型致动器的步骤的流程图。

图5是关于根据示例性实施例的制造振动型致动器的步骤的变化示例的流程图。

图6是图示根据示例性实施例的在振动元件的柔性(flexible)接合之后共振频率的改变的图。

图7A和7B是分别图示具有根据示例性实施例的振动型致动器的图像拾取装置的示意性构造的顶视图和框图。

图8A和8B是分别图示振动元件的构造的平面图和侧视图。

图9A是图示振动元件的振动模式的解释图。图9B和9C是各自图示振动元件的第一振动模式和第二振动模式的解释图。

具体实施方式

首先，参考图8A至9C描述常规技术。

图8A是振动元件的平面图，图8B是振动元件的侧视图。在图8A和8B中，振动元件1包括具有矩形(四边形)薄板形状的电能-机械能转换元件(压电元件)3和整体接合到压电元件3(的一个平面)的弹性元件2。

弹性元件2包括主要部分2-3和支撑部分2-4。

主要部分2-3包括基座部分2-1和两个突起2-2。具有矩形薄板形状的基座部分2-1与压电元件3一起振动。突起2-2从基座部分2-1的一个平面(弹性元件2的与压电元件3所接合到的平面相反的平面)突出。例如，如日本专利申请公开No.2011-234608中所讨论的，突起2-2各自包括侧壁部分2-2-1和接触部分2-2-2。侧壁部分2-2-1从基座部分2-1的一个平面向与接触元件压力接触的方向(第一方向)突出并且具有中空(连续)结构。接触部分2-2-2在每个突起2-2的前边缘处并且与接触元件接触。

支撑部分2-4各自具有柔性并且在结构上与主要部分2-3成为一体。支撑部分2-4各自具有薄的部分2-5，该薄的部分2-5通过部分地薄化每个支撑部分2-4而构成，使得主要部分2-3的振动尽可能多地不被传输到外部。另外，支撑部分2-4分别具有圆孔2-6和长孔2-7，用于在接合压电元件3和组装振动元件时进行定位。在下文中，将Z方向定义为与振动元件和接触元件压力接触的方向，将X方向定义为振动元件和接触元件相对移动的方向，并且将Y方向定义为分别垂直于X方向和Z方向的方向。

如图9A中所示，振动元件1引起短方向(Y)上的第一弯曲运动。第一弯曲运动主要使突起2-2的前边缘在Z方向(第一方向)上移位。另外，振动元件1引起纵向方向(X)上的第二弯曲运动。第二弯曲运动主要使突起2-2的前边缘在包括X方向分量的方向(与第一方向相交的方向：下文中称为“第二方向”)上移位。此时，第一弯曲运动和第二弯曲运动被生成为具有时间相位差。因此，突起2-2的前边缘各自进行椭圆运动，并且如图9A中所示，在X方向驱动未示出的接触元件。在本文中，“与第一方向相交的方向”(第二方向)还包括“与第一方向正交的方向”。图9B还图示了第一弯曲运动(第一振动模式或模式1)。另外，图9C还图示了第二弯曲运动(第二振动模式或模式2)。在本文中，图9A和9B中所示的第一振动模式的阶数(第一阶数)为1，而图9A和9C中所示的第二振动模式的阶数(第二阶数)为2。该阶数意指振动的波腹的数量。

下面将参考附图详细描述本公开的示例性实施例。在本示例性实施例中，振动型致动器包括振动被激励的振动元件，以及与振动元件压力接触的接触元件。振动元件和接触元件通过振动执行相对移动。即，振动型致动器被构造为使得可以通过振动元件和接触元件的相对移动来取出(take out)来自振动元件的驱动输出。

图1A和1B图示了本公开的第一示例性实施例。

图1A是图示旋转致动器的分解部件的透视图，该旋转致动器具有部署在圆周上的(振动型致动器的)三个(多个)图8A和8B中所示的振动元件。图1B是图示振动元件1的外围的放大和展开透视图。

如图1A中所示，三个(多个)振动元件1部署在圆形基座(支撑构件)7上，以旋转地驱动与振动元件1接触的转子(接触元件)8。

通过将保持构件4的销4a分别嵌合到支撑部分的圆孔2-6和长孔2-7中并接合它们，将每个振动元件1保持到小基座(保持构件4)上。另外，通过将支撑构件7的销7a分别嵌合到孔4b中，保持构件4被定位成在加压方向上自由移动。

对保持构件4提供矩形通孔4c，并且按压每个振动元件1的按压构件6嵌合到通孔4c中。当按压构件6接触支撑构件7时，未示出的加压构件(诸如弹簧)使按压构件6经由振动隔离构件5(诸如毡)按压振动元件1。另外，按压构件6相对于保持构件4在加压方向上可相对移动。

这种构造使得支撑部分2至4难以受到在加压时生成的反作用力，从而防止压电元件的接合被剥离。馈送电力的柔性印刷电路板(馈电基板)33接合到电能-机械能转换元件(压电元件)3。经由馈电基板33将交流信号施加到压电元件3，以驱动振动元件1。

定位销6a和6b部署在按压构件6上。通过将定位销6a和6b分别嵌合到部署在支撑构件7上的孔7b和7c中来定位按压构件6。另外，按压构件6与支撑构件7的半圆柱形表面(突出部分)7d接触，以在俯仰方向(关于接触元件8的相对运动的方向)上可旋转。

图2是图示图1A和1B中所示的旋转致动器的驱动控制装置的构造的框图。该驱动控制装置包括位置命令生成单元11，该位置命令生成单元11生成与接触元件8一体地被驱动的被驱动元件9的目标值。位置命令生成单元11的输出侧经由比较单元12连接到操作量确定单元16。比较单元12将从位置命令生成单元11输出的目标值与从位置检测单元10输出的被驱动元件9的当前位置进行比较。操作量确定单元16基于比较单元12的比较结果来计算振动型致动器的操作量。操作量确定单元16是比例-积分(PI)控制器或比例-积分-微分(PID)控制器。

位置检测单元10(例如是编码器)检测被驱动元件9的位置。作为图1A中所示的上述三个振动元件1的振动元件a、b和c一体地驱动接触元件8和被驱动元件9。操作量确定单元16的输出侧连接到椭圆率确定单元13和驱动频率确定单元14。椭圆率确定单元13设置椭圆运动的椭圆率。驱动频率确定单元14设置交流信号的频率。

椭圆率确定单元13基于来自操作量确定单元16的输出来设置在每个振动元件1的突起(接触部分)上生成的椭圆运动的X轴振幅和Z轴振幅之间的比率。因此，椭圆率确定单元13可以设置实现这个比率的两个振幅模式的时间相位差。驱动频率确定单元14可以基于来自操作量确定单元16的输出来设置要施加到每个振动元件1的交流电压的驱动频率。另外，椭圆率确定单元13的输出侧和驱动频率确定单元14的输出侧连接到驱动信号生成单元15。

驱动信号生成单元15生成具有由驱动频率确定单元14确定的频率和由椭圆率确定单元13确定的相位差的两相交流信号。驱动信号生成单元15的输出侧连接到升压电路17。升压电路17对由驱动信号生成单元15生成的两相交流信号进行升压。升压后的两相交流信号被并行地施加到三个振动元件1(振动元件a、b和c)。升压电路17可以是功率放大器、开关元件、直流(DC)-直流(DC)电路或变换电路。

图3A图示了相应的三个振动元件1的阻抗特点的示例(三种线分别指示不同振动元件的阻抗特点)。横轴表示驱动频率，纵轴表示导纳(阻抗的倒数)。导纳的峰频率是共振频率。一个振动元件1具有两个峰，它们是上述第一弯曲运动(第一振动模式)的共振频率和第二弯曲运动(第二振动模式)的共振频率。在第一弯曲运动中，基于第一阶数引起移位。在第二弯曲运动中，基于第二阶数引起移位。在加压马达状态下，两个峰趋于彼此靠近。注意，第一阶数“1”和第二阶数“2”是(具有)图8A和8B中所示的振动元件1(的振动型致动器)中期望的阶数。因而，第一阶数和第二阶数取决于(具有)振动元件1(的振动型致动器)的类型是可变的，因此用于执行本公开的阶数不限于这里描述的阶数。

在这个示例中，在多个(三个)振动元件1中，其中基于第二阶数引起移位的第二振动模式下的共振频率的最大值f₂max(94.0kHz)与最小值f₂min(93.3kHz)之差为0.7kHz。即，在三个振动元件1中，其中基于第二阶数引起移位的第二振动模式下的共振频率的最大值f₂max和最小值f₂min之差(0.7kHz)与最小值f₂min(93.3kHz)的比率(0.7/93.3)为0.0075(0.75％)。

图3B图示了测量结果的示例，该测量结果表示在图3A中获得的第二振动模式下的共振频率之差(f₂max-f₂min)与马达性能之间的关系。横轴表示第二振动模式下的共振频率的最大值与最小值之差。纵轴表示最大转数和预先确定的转数下的电力消耗。图3C是用第二振动模式下的共振频率的最大值和最小值之差与第二振动模式下的共振频率的最小值的比率代替图3B的横轴的表示的图。

为了防止振动元件1的破损，最大转数为90rpm。如图3B中所示，在第二振动模式下的共振频率的最小值f₂min为90kHz的多个振动元件1中，在第二振动模式下的共振频率的最大值f₂max与最小值f₂min之差超过0.9kHz的情况下，电力消耗趋于增加，因此马达效率降低。即，在多个振动元件1中，在第二振动模式下的共振频率的最大值f₂max和最小值f₂min之差与最小值f₂min的比率超过0.01(1％)的情况下，电力消耗趋于增加，因此马达效率(性能)降低。

(参见图3C)

因此，从多个归类的(分类的)振动元件1中选择多个振动元件1以进行组合，以使第二振动模式下的共振频率的最大值f₂max和最小值f₂min之差与最小值f₂min的比率小于或等于0.01(1％)。因此，可以减少由于共振频率的变化引起的性能降级，因此可以提供具有令人满意的性能的致动器。归类的细节将在下面描述。

在第二振动模式下，致动器的性能主要取决于在X方向上的移位量。能够以某个量实现在第一振动模式下在Z方向上的移位，因此移位量不需要超过这样的某个量。因此，在使用多个振动元件1进行驱动的情况下，仅关注第二振动模式下的共振频率。

以高频率驱动致动器，并且将频率降低以接近第二振动模式下的共振频率。由此，致动器的速度增加。由此，如果第二振动模式下的共振频率不高于第一振动模式下的共振频率，那么在第二振动模式下的振动振幅变大之前，第一振动模式下的振动振幅突然减小到共振频率之外。因此，不能获得令人满意的性能。

因此，在使用多个振动元件1的驱动的情况下，如图3A中所示，第二振动模式下的共振频率的最小值f₂min被设置为大于或等于第一振动模式下的共振频率的最大值f₁max。

关于与单个振动元件1有关的Δf，其是第二振动模式下的共振频率的值f2与第一振动模式下的共振频率的值f1之间的差(f2-f1)，期望Δf大于或等于0.5kHz且小于或等于5kHz。如果Δf小于0.5kHz，那么在第二振动模式下在共振频率附近驱动振动元件1时，驱动频率超过第一振动模式下的共振频率并且振动振幅急剧减小的可能性有可能增加。另一方面，如果Δf大于5kHz，那么在第二振动模式下在共振频率附近驱动振动元件1时，驱动频率远离第一振动模式下的共振频率并且第一振动模式下的振动振幅难以变大。

图4是图示根据本公开的示例性实施例的制造振动型致动器的步骤的流程图。

如图4中所示，在步骤S18中，将压电元件3接合到弹性元件，并且在步骤S19中，将柔性印刷板(馈电基板)33接合到压电元件3。在步骤S18和S19之后，在步骤S20中使用单个振动元件1通过阻抗测量来测量两个振动模式下的共振频率。基于测得的第二振动模式下的共振频率，在1％的归类范围内执行归类。

归类是要将多个振动元件1分类到组。例如，在多个振动元件1中，在第二振动模式下的共振频率的最小值f₂min为100kHz的情况下，比率0.01(1％)为1kHz。因此，例如，将等于或大于100kHz且小于101kHz的范围中的振动元件1分类为第一组，将等于或大于101kHz且小于102kHz的范围中的振动元件1分类为第二组。另外，将等于或大于102kHz且小于103kHz的范围中的振动元件分类为第三组。

在步骤S21的该归类中，在组内的振动元件1中，第二振动模式下的共振频率的最大值f₂max和最小值f₂min之差与最小值f₂min的比率可以被设置为小于或等于0.01(1％)的值。因此，在步骤S22中，在组内随机地选择振动元件1。在步骤S23中，执行振动元件保持构件的接合。在步骤S24中，执行马达组装。以这种方式，可以获得具有令人满意的性能的马达。

图5是图示根据本公开的示例性实施例的制造振动型致动器的步骤的变化示例的流程图。这个变化示例可以在生产现场的某个情况下使用。即，当期望缩短从步骤S19中的馈电基板33的接合到步骤S120中的共振频率的测量的时间时，在步骤S19中馈电基板33的接合之后一小时(振动元件1的温度可靠地为室温)执行步骤S120中共振频率的测量。

但是，如图6中所示，在已接合馈电基板33之后的24小时内，共振频率发生变化。因此，应当考虑在共振频率变得恒定之前共振频率的改变量的变化。因此，在步骤S120中的共振频率的测量中，步骤S121中的归类的范围变窄并且该比率小于或等于0.007(0.7％)。

上面已经详细描述了本公开的示例性实施例。但是，本公开不限于这样的具体示例性实施例，并且在不背离本公开的范围的情况下，在本公开中包括变化。例如，根据本公开的示例性实施例的振动元件1不仅应用于图1A和1B中所示的旋转致动器。例如，振动元件1还可以应用于直线致动器，在该直线致动器中两个振动元件1部署在驱动方向上、或者分别部署在接触元件的上表面和下表面上。

另外，根据本公开的示例性实施例的振动型致动器可应用于各种用途，诸如图像拾取装置(光学设备)的透镜驱动、复印机中的感光鼓的旋转驱动、或工作台的驱动。在本文中，作为示例，图像拾取装置(光学设备)，在该图像拾取装置(光学设备)中使用振动型致动器来驱动部署在透镜镜筒中的透镜，该振动型致动器具有旋转驱动接触元件的圆环状部署的多个振动元件。

图7A是图示作为电子设备的图像拾取装置700的示意性构造的顶视图。

图像拾取装置700包括具有图像拾取元件710和电源按钮720的相机主体730。图像拾取装置700还包括透镜镜筒740，透镜镜筒740具有第一透镜组(未示出)、第二透镜组320、第三透镜组(未示出)、第四透镜组340以及振动型致动器620和640。透镜镜筒740作为可互换镜头可从相机主体730拆卸。

在图像拾取装置700中，振动型致动器620驱动作为被驱动构件的第二透镜组320。振动型致动器640驱动作为被驱动构件的第四透镜组340。参考图1A至7A描述的振动元件1被用在振动型致动器620和640中。例如，通过齿轮将构成振动型致动器620的接触元件的旋转转换成在光轴方向上的直线运动，并且调整第二透镜组320在光轴方向上的位置。对于振动型致动器640，几乎相同。

图7B是图示图像拾取装置700的示意性配置的框图。第一透镜组310、第二透镜组320、第三透镜组330、第四透镜组340和光量调整单元350部署在透镜镜筒740内的光轴上的预先确定的位置。穿过第一透镜组310到达第四透镜组340和光量调整单元350的光被成像在图像拾取元件710上。图像拾取元件710将光学图像转换成电信号以被输出。输出被传输到相机处理电路750。

相机处理电路750放大来自图像拾取元件710的输出信号或对所述输出信号执行伽马校正。相机处理电路750经由自动曝光(AE)门755连接到中央处理单元(CPU)790，并且还经由自动对焦(AF)门760和AF信号处理电路765连接到CPU 790。已经在相机处理电路750中经受预先确定的处理的视频信号经由AE门755、AF门760和AF信号处理电路765被传输到CPU 790。AF信号处理电路765提取视频信号的高频分量、生成用于自动对焦(AF)的评估值信号、并将生成的评估值提供给CPU 790。

作为控制图像拾取装置700的整体操作的控制电路的CPU 790基于获得的视频信号生成用于确定曝光或对焦的控制信号。CPU 790控制振动型致动器620和640以及计量器630的驱动，从而可以获得确定的曝光和合适的对焦状态。因此，第二透镜组320、第四透镜组340和光量调整单元350在光轴方向上的位置被调整。

在使用CPU 790的控制下，振动型致动器620在光轴方向上移动第二透镜组320，并且振动型致动器640在光轴方向上移动第四透镜组340。另外，计量器630控制光量调整单元350的驱动。

通过第一编码器770检测由振动型致动器620驱动的第二透镜组320在光轴方向上的位置。将检测结果通知给CPU 790，CPU 790然后将检测结果反馈给振动型致动器620的驱动。以类似的方式，通过第二编码器775检测由振动型致动器640驱动的第四透镜组340在光轴方向上的位置。将检测到的结果通知给CPU 790，CPU 790然后将检测到的结果反馈给振动型致动器640的驱动。

通过光圈编码器780检测光量调整单元350在光轴方向上的位置。将检测到的结果通知给CPU 790，CPU 790然后将检测到的结果反馈给计量器630的驱动。

振动型致动器620和640不限于在光轴方向驱动图像拾取装置中的透镜组的应用。振动型致动器620和640也可以用于在与光轴正交的方向上驱动图像模糊校正透镜或图像拾取元件以校正图像模糊的应用。

根据本公开，在具有多个振动元件的振动型致动器中，可以减少由于多个振动元件中的共振频率的变化造成的性能降级。

虽然已经参考示例性实施例描述了本公开，但是应该理解的是，本公开不限于所公开的示例性实施例。所附权利要求的范围应被赋予最宽泛的解释，以涵盖所有这样的修改以及等同的结构和功能。