CN1367047A - 振动元件和振动波驱动装置 - Google Patents

Abstract

一种振动波驱动装置,其振动元件具有一个电能－机械能转换元件,该电能－机械能转换元件被放置在一个第一弹性件和一个第二弹性件之间,其特征在于,该振动元件能够具有数种振动模态的振动,这些振动模态在振动元件的各自端部的位移之间相关比率不同。具体而言,一个第三弹性件被放置在第一弹性件和第二弹性件之间,该振动元件被允许具有两个部分,这两个部分彼此在动态刚性上是不同的,且沿被该振动元件的轴线方向布置,同时将该第三弹性件插入到这两个部分之间。根据这种结构,振动波驱动装置沿轴线方向的长度能够被缩减,同时振动能量的内部损失也能被抑制得较小。

Description

振动元件和振动波驱动装置

发明领域

本发明总体上涉及一种振动波驱动装置，更具体地说，涉及一种用在一种条形振动波驱动装置中的振动元件的结构。

现有技术

一种条形振动波驱动装置包括：一个振动元件和一个压电元件，该振动元件由金属或类似材料制成的弹性件构成，作为一个基础结构，该压电元件作为一个电能-机械能转换元件。通过向压电元件施加一种交流电压，该条形振动波驱动装置产生一种驱动振动，例如，一种行波或类似波，其中该交流电压作为一种交流信号，具有不同的相位。

一个接触件通过一个加压机构与弹性件的一个驱动部分压力接触，同时该接触件受到驱动振动的摩擦驱动，从而使得振动元件和接触件彼此相对运动，其中该驱动振动是在弹性件的驱动部分中产生的振动。

此处将一个振动波电机作为一个振动波驱动装置的例子，在该振动波驱动装置中，一个振动元件被用作一个定子，一个接触件被用作一个转子。

振动波电机的振动元件的例子包括：那些具有这样一种结构的振动元件，在该结构中，一个环形压电元件盘被安装到一个环形或盘形弹性件的一个表面上；和那些具有那样一种类型的振动元件，在该类型中，转子的旋转运动通过一个输出轴被输出，或者，在该类型中，转子的旋转运动被直接输出。

这样的一种振动波电机已经被应用到产品中，这些产品被用于驱动一个相机的镜头，等等。现在有环状类型的和条状类型的振动波电机。

图11A是一个条形振动波电机的一个条形振动元件的结构视图，该条形振动波电机用于驱动一个相机的镜头。图11B表示了该条形振动元件的一个轴线部分中的一个振动模态(用z-轴表示轴线方向，用r-轴表示径向方向)。

标号101表示一个第一弹性件；标号102表示一个第二弹性件；标号103表示一个压电元件。标号106表示一个轴件，该轴件穿过第一弹性件101、压电元件103和第二弹性件102。轴件106位于一个转子108侧的一端被固定在一个配合件107上，该配合件107将被安装到一个产品上，而轴件106的另一端被固定在一个螺母115上。一个螺纹部分被加工在轴件106的另一端上。随着螺母115的变紧，被放置在一个凸缘部分和螺母115之间的第一弹性件101、压电元件103和第二弹性件102被夹紧和固定在该凸缘部分和该螺母115之间，其中该凸缘部分是被加工用于固定轴件106的。标号108表示如上所述的转子，标号116表示一个摩擦件，该摩擦件被固定到第一弹性件101上，并将与该转子接触。

当一个驱动信号被施加到压电元件103上时，图11B所表示的弯曲振动就在该条形振动元件中被激发，因此该条形振动元件大体上关于z-轴作摆动运动。相应地，摩擦件116绕z-轴作旋转运动。

看起来似乎这样一种条形振动波驱动装置的振动元件在尺寸上已沿其径向方向被减小，但沿其推进的方向，即其轴线的长度方向，在尺寸上仍留有缩小的余地。

然而，当该振动元件被简单地缩短时，会引起以下问题：谐振频率增加；振动位移被减小，将导致摩擦驱动效率的降低、由于高频引起的驱动电路元件的价格的增加或该元件内部损失的增加。

因此，日本专利申请No.4-91668提出了一种振动波电机，在该振动波电机中，一个振动元件具有一个直径较小的部分，以减小谐振频率。然而，根据这一建议，当该振动元件被简单变薄，以降低谐振频率时，一个压电元件的直径和一个摩擦表面也同时被减小，从而降低该压电元件的产生力和摩擦转矩。

作为一种用于缩短一个条形振动波驱动装置的轴线、以解决上述问题的技术，在日本专利申请No.2001-145376中公开了这样一种技术，具体如图12所示。

在该文献中的一个振动装置与一个传统产品的相同之处在于，一个压电元件203被夹紧和固定在一个第一弹性件201和一个第二弹性件202之间。然而，该装置与传统产品的不同之处在于，具有一个摩擦表面的第一弹性件201被分成两个区域，这两个区域包括一个内圆周部分和一个外圆周部分，这两个部分通过一个薄的连接部分210被彼此连接到一起。

根据这种结构，即使该条形弹性件的轴线被缩短，由于第一弹性件具有足够大的质量，所以也能够得到一个低的谐振频率。

然而，根据这一技术，当连接部分210被变薄，以使谐振频率被降低，从而其刚性被破坏时，产生于压电元件中的位移被该连接部分210的一个软弹簧吸收。因此，难以有效地将驱动力传递到一个转子上。反之，当连接部分210被加厚时，谐振频率就不能被有效地降低。因此，似乎还存在进一步改进的余地。

发明概述

本发明的一个方面是提供一个振动波驱动装置，该振动波驱动装置包括一个振动元件，该振动元件具有一个电能-机械能转换元件，该电能-机械能转换元件被放置在一个第一弹性件和一个第二弹性件之间，在该振动波驱动装置中，振动元件可以具有数种振动模态，这些振动模态在振动元件的各自端部的位移之间相关比率不同。具体而言，一个第三弹性件被放置在第一弹性件和第二弹性件之间，并使该振动元件具有两个部分，这两个部分彼此在动态刚性上是不同的，且沿被轴线方向布置，同时将该第三弹性件插入在这两个部分之间。根据这种结构，振动波驱动装置沿轴线方向的长度能够被缩减，同时振动能量的内部损失也能被抑制得较小。

对附图的简要说明

图1A是一个振动波电机的剖视图，该电机表示了本发明的第一实施例，图1B和1C分别表示了该电机的振动元件的振动模态；

图2A是一个振动波电机的剖视图，该电机表示了本发明的第二实施例，图2B和2C分别表示了该电机的振动元件的振动模态；

图3是根据本发明第三实施例的一个振动元件的剖视图；

图4是根据本发明第四实施例的一个振动波电机的剖视图；

图5是根据本发明第五实施例的一个振动波电机的一个振动元件的剖视图；

图6是图5所示的一个凸缘形弹性件的俯视图；

图7是根据本发明第六实施例的一个振动波电机的一个振动元件的剖视图；

图8是一个振动波电机的一个振动元件的剖视图，该图被示出以解释“变形”；

图9是一个图表，示出了表示图8所示的振动元件变形的曲线；

图10是根据本发明第七实施例的一个振动波电机的剖视图；

图11A是一个传统振动波电机的剖视图；图11B表示了该电机的振动元件的振动模态；

图12是一个传统振动波电机的剖视图；和

图13是一个表示一个振动元件的视图，该振动元件的上和下部分大体上彼此关于一个凸缘形弹性件对称，该弹性件被插入在该振动元件的上和下部分之间。

对推荐实施例的详细说明第一实施例

因为被安装在一个软弹簧(连接部分210)的一个端上的质量件作为一个摩擦表面，所以造成日本专利申请No.2001-145376中描述的发明的问题。因此，可以想象通过一个用于降低谐振频率的功能件和一个用于输出驱动力的功能件的彼此分离，就能够解决这一问题。

图1A至图1C表示了本发明的一个第一实施例；图1A是一个振动波电机的剖视图，图1B和1C分别表示了该电机的振动元件的弯曲振动模态。

标号1表示一个第一弹性件，该弹性件具有一个中空的圆柱形状，并由一种具有低振阻尼损失特性的材料，例如，黄铜制成。标号2表示一个第二弹性件，该弹性件具有一个圆柱形状，也由一种具有低振阻尼损失特性的材料制成，与第一弹性件1相同。标号5表示一个凸缘形(盘形)弹性件，该凸缘形弹性件沿与振动元件的轴线方向正交的方向延伸。第一弹性件1、第二弹性件2和凸缘形弹性件5通过一个轴6被固定在一起，该轴6包括螺纹部分6a和6b。由具有较高耐磨性的材料制成的凸缘形弹性件5通过其一个表面的外圆周附近的一个部分与一个转子8接触，同时该弹性件5转动，并驱动该转子8。从图1A中可以明显看出，凸缘形弹性件5与轴8相接触的一个摩擦表面被相对于第一弹性件1和压电元件3放置在外侧，其中第一弹性件1和压电元件3与凸缘形弹性件5相邻。轴6被固定到一个质量件7上，并将通过自身的一个端部被连接到一个未示出的设备上，同时作为一个支撑销支撑振动元件。该轴未被放置在第二弹性件2、压电元件3和凸缘形弹性件5内的部分被加工得足够薄。因此，该轴被加工成形，从而能够吸收振动元件产生的振动，防止振动向一个将被驱动的设备或类似设备的传递。

标号8表示如上所述的转子。该转子受到一个盘簧4产生的压力作用，因此与凸缘形弹性件5外侧圆周部分的附近区域压力接触。该转子8能够被放置在弹性件1的外圆周上，从而有利于减小轴的长度，并相应减小电机尺寸。标号9表示一个输出齿轮，该齿轮与转子一起转动，并向将被驱动的设备输出功率，标号10表示一个球轴承，该轴承用于支撑该输出齿轮。

为方便起见，在第一实施例的描述以及将在下文进行说明的第二至第十实施例中，转子和第一弹性件被放置的一侧和第二弹性件被沿振动元件轴线方向放置的一侧被分别称作“上侧”和“下侧”，将凸缘形弹性件作为这二者之间的一个界限。

在本实施例中，凸缘形弹性件5被当作上和下侧之间的一个界限，位于上侧的第一弹性件1具有一个较小的直径，而位于下侧的压电元件3和第二弹性件2均具有较大的直径。因此，该振动元件被这样构成，即：凸缘形弹性件5被当作上和下侧之间的一个界限，该振动元件安装有位于下侧的第二弹性件2的一个部分(一个下侧部分)的抗振刚性高于该振动元件安装有位于上侧的第一弹性件1的一个部分(一个上侧部分)的抗振刚性，从而这两个关于凸缘形弹性件5布置的上和下侧部分在动态刚性上相差相当大，其中该凸缘形弹性件5被当作上和下侧之间的一个界限。

如上所述，当通过使沿轴线方向布置的上和下侧部分彼此具有不同外径，将带有这两个上和下侧部分的振动元件加工成关于凸缘形弹性件5非对称时，能够得到两种主要的弯曲振动模态，例如在一个平行于纸面的平面上，如图1B和1C所示的振动模态简图所示(该简图表示了径向位移在轴线部分的分布)。具体而言，由于凸缘形弹性件5被插入在该振动元件的上和下侧部分之间，该下侧部分在图1B所示的振动模态的情况下被移动得相当大，而该上侧部分在图1C所示的振动模态的情况下被移动得相当大。换句话说，即使当在同一位移方向上产生两种弯曲振动时，也可能在振动元件的各自端部的位移中激发两种在相关比率上完全不同的振动模态。

图1C中所示的振动模态的固有频率值小于图1B中所示的振动模态的固有频率值，并且图1B和图1C所示的振动模态的固有频率彼此差异相当大。这是因为图1B所示的振动模态主要针对具有一个较大的外径的第二弹性件2调整，而图1C所示的振动模态主要针对具有一个较小的外径的第一弹性件1调整。

第二弹性件2外径的增加使得，即使当第二弹性件2被沿轴向缩短时，该第二弹性件2也保证有足够大的质量。换言之，第二弹性件2外径的增加使得第二弹性件2能够被沿轴向缩短，从而构成一个具有低固有频率的振动元件。

从图1B中可以看出，当上和下侧部分被制成在动态刚性上彼此相差相当大时，在凸缘形弹性件5附近区域中产生的弯曲振动所引起的位移是小的，其中该上和下侧部分被沿轴向布置，并且凸缘形弹性件5被插入在这两部分之间。因此，当压电元件3被放置在凸缘形弹性件5附近时，压电元件3的变形能被抑制到一个低的水平，从而能够提供一种条形振动元件，该条形振动元件具有一个小的内部损失和高的能量效率。

例如，图11A和图12所示的未安装有凸缘形弹性件5的条形振动元件不产生两种不同的弯曲振动模态，该凸缘形弹性件5与和它相邻的数个元件相比具有一个较大的外径。此外，如图13所示，即使该结构具有一个凸缘形弹性件305，当位于上侧的包括一个第一弹性件301的一个部分与位于下侧的包括一个第二弹性件302和一个压电元件303的一个部分被分别布置在该凸缘形弹性件305的两侧，即该凸缘形弹性件305被插入在这两个部分之间，且这两个部分被加工成相同或相似的形状时，就不可能激发两种在振动元件的各自端部的位移之间相关比率完全不同的振动模态。

对于由图1A所示的条形振动元件得到的效果，图13所示的条形振动元件在转子308被放置在弹性件301的外圆周上时同样也能够提供。然而，图13所示的条形振动元件仅能生成弯曲振动模态或两种彼此差别很小的弯曲振动模态，因此产生一种在压电元件303和凸缘形弹性件305附近区域的位移中引起大变化的弯曲振动模态。其结果是，在压电元件303中引起过度变形，从而压电元件303中的内部损失就不能被抑制。因此，导致一种具有低能量效率的振动元件。

相反，根据本发明，在图1A所示的振动元件的情况下，由于转子8被围绕第一弹性件1放置，所以振动型驱动装置的尺寸被缩小，并且能够提供一个具有高驱效率的振动元件，且该振动元件内部的能量损失被抑制得较小。

此外，如果该伸出的凸缘形弹性件5由一种金属制成，即使当变形集中在该伸出的凸缘形弹性件5上的情况下，因为金属材料的阻尼特性比压电元件的阻尼特性好，所以内部损失的增加仍停留在一个最小范围内，从而能够得到一个具有高效率的短振动元件。

当振动元件被构成具有一个较大尺寸时，有可能增大振动位移。因此，在这种情况下，虽然振动元件内部的振动能量损失可能变得有点大，但是可以相对容易地产生所需的用于驱动的转矩。然而，当振动元件被构成具有一个较小尺寸时，振动位移就不能被增大太多。所以，用于确保足够高驱动转矩的一个重要方式是将振动元件内部的振动能量损失抑制得较小。

通过分别针对压电元件3有选择性地应用大体与图1B和1C所示的振动模态的固有频率相符的交流信号，有可能选择性地产生图1B和1C所示的振动模态。因此，如果位于凸缘形弹性件上侧的第一弹性件1由一种导致较小内部阻尼的金属或类似材料制成，则当产生图1C所示的振动模态时，能够得到一个导致较小振动阻尼的高效振动元件，在该振动模态中，第一弹性件1的振动位移较大。

此外，图1C所示的振动模态的固有频率受到第一弹性件1的动态刚性相当大的影响。因此，当第一弹性件1被加工得相当薄时，驱动频率能够被降低，并且即使当轴的长度缩短时，该驱动频率也不会增加。

此外，当凸缘形弹性件的外径，也就是该凸缘形弹性件与转子相接触的表面的直径，被根据驱动力增加时，即使振动元件的轴的长度被缩短，该驱动转矩也能够被增加，其中该驱动力能够由放置在凸缘形弹性件下侧的压电元件3产生。

在本实施例中，第一和第二弹性件1和2彼此被加工成不同的外径，从而得到这样的振动元件，即该振动元件的上和下侧部分在动态刚性上彼此不同，且该上和下侧部分被这样布置，即凸缘形弹性件5被插入在这两部分之间。然而，该振动元件可以被这构成，即具有由不同材料制成的第一和第二弹性件1和2。当第二弹性件2由一种刚性比第一弹性件1的刚性高的材料制成时，能够得到与图1B和1C所示的振动模态相似的振动模态。第二实施例

图2A至2C表示了本发明的一个第二实施例；图2A是一个振动元件的剖视图，图2B和2C分别表示了该振动元件的弯曲振动模态。

下文的描述将集中在与图1A所示的振动元件相比不同的方面。

标号11表示一个第一弹性件，该第一弹性件被与一个凸缘形(盘形)弹性件15加工成一整体，凸缘形弹性件15沿与振动元件的轴线方向正交的方向延伸。标号12表示一个第二弹性件，该第二弹性件穿过一个压电元件13和第一弹性件11的中心部分，同时也作为一个轴件支撑该振动元件。第二弹性件12位于上侧的端部分被固定在一个质量件17上，并且加工在轴部分上的一个螺纹部分12b被与第一弹性件11螺纹连接。因此，压电元件13被夹在第一弹性件11和第二弹性件12之间，并被与这二者固定。

在图2A所示的振动元件中，第一弹性件11的一个上端部分的外径和第二弹性件12的一个下端部分12a的外径均被增加，因此具有较高弯曲振动位移的自由端的质量就被增加，所以该振动元件的固有频率被减小。由于固有频率被减小，所以提供了这样一种的振动元件，即：当具有与上述振动元件固有频率相同的固有频率时，这种振动元件的尺寸较小。

同样，在本实施例中，第二弹性件12位于凸缘形弹性件15下面的一个部分的外径也被设置得比第一弹性件11位于凸缘形弹性件15上面的一个部分的外径大，因此上述两个部分被制成在动态刚性上彼此相差相当大，从而能够激发两种不同的弯曲振动模态。

虽然一个转子在图中未被示出，但它被放置在第一弹性件11外圆周侧上。在本实施例中，一个具有耐磨性的摩擦件51被安装在凸缘形弹性件15的表面上，该表面与转子相接触。在图1A所示的振动元件中，由于凸缘形弹性件5与转子8相接触，所以凸缘形弹性件5的表面需要使用一种研磨工具或类似工具进行表面处理。然而，在本实施例中，由于安装了摩擦件51，就无需再对盘形弹性部分15进行表面处理了。第三实施例

图3是一个振动波电机的一个振动元件的剖视图，表示了一个第三实施例。

同样，在本实施例中，描述也将集中在与图1A所示的振动元件的不同之处。

标号21表示一个第一弹性件，标号22表示一个第二弹性件，标号23表示一个压电元件，标号25表示一个凸缘形(盘形)弹性件，该凸缘形弹性件沿与振动元件的轴线方向正交的方向延伸。第一弹性件21包括一个轴部分、压电元件23和凸缘形弹性件25，其中该轴部分穿过第二弹性件22。该轴部分的端部被固定在第二弹性件22下面的一个质量件27上。因此，第一弹性件21支撑整个振动元件。该轴部分包括一个螺纹部分21b和一个凸缘部分21c。第二弹性件22被与螺纹部分21b螺纹连接，从而凸缘形弹性件25和压电元件23被夹紧和固定在第二弹性件22和凸缘部分21c之间。

虽然一个转子在图中未被示出，但它被放置在第一弹性件21的凸缘部分21c和一个端部分21a的外圆周侧上。

同样，在本实施例中，位于凸缘形弹性件25上侧的第一弹性件21被加工有一个部分，该部分具有一个比位于凸缘形弹性件25下侧的第二弹性件22的外径小的外径，从而这两个弹性件被制成具有不同的动态刚性，其中这两个弹性件将凸缘形弹性件25夹在它们之间。因此，与图1A和2A中所示的振动元件相同，两种不同的弯曲振动模态也能够被激发，虽然在图中未示出这两种弯曲振动模态。

第一弹性件21包括端部分21a，该端部分21a与图2A中所示的振动元件中的端部分相同，也具有一个增加的外径，从而使得该振动元件的固有频率被减小。

凸缘形弹性件25通过使用一种材料被制成，该材料具有耐磨性和一个由内部变形引起的低振动阻尼损失，例如，陶瓷或淬火不锈钢。在凸缘形弹性件25中，一个摩擦表面25a以及表面25b和25c被加工得略微突出，使得利用一个研磨工具进行表面处理所需的时间阶段被缩短，其中，摩擦表面25a与转子相接触，凸缘形弹性件25通过表面25b和25c被夹住。摩擦表面25a和用于夹持的表面25c在一个平面上，从而能够被同时研磨。第四实施例

图4是一个振动波电机的剖视图，表示了一个第四实施例。

标号31表示一个第一弹性件，标号32表示一个第二弹性件，标号33表示一个压电元件，标号35表示一个凸缘形弹性件，该凸缘形弹性件沿与振动元件的轴线方向正交的方向延伸。

标号36表示一个轴，该轴包括一个螺纹36a和一个连接螺纹36c，其中，用于夹住和支撑振动元件的螺纹36a被加工在该轴的下面部分上，将被与一个质量件37相连接的连接螺纹36c该轴的上面部分上。一个接触式弹簧38a通过粘结或类似方式被固定在一个转子38的外圆周上，一个弹簧箱38b与该转子38的内圆周部分相连接。标号39表示一个输出齿轮，该齿轮与弹簧箱38b相配合连接，从而防止该齿轮沿径向方向相对于弹簧箱38b被移动。标号34表示一个盘簧，该盘簧用于施加压力。一个连接部分40被构成作为一个滑动轴承，质量件37和齿轮39在该连接部分40处被连接到一起。标号44表示一个弹性衬板，该衬板用于向压电元件33供电。

用于施加压力的盘簧34被放置在弹簧箱38b的下端部分和输出齿轮39之间，并且通过该该弹簧34的弹性力，被固定在转子38的外圆周部分上的接触式弹簧38a的弹簧端与凸缘形弹性件35的上表面压力接触。质量件37防止振动从轴36向外泄露。

第一弹性件31被制成具有一个比第二弹性件32的外径小的外径。同样，在本实施例中，与图1A和2A中所示的振动元件相同，两种不同的弯曲振动模态也能够被激发。

一个驱动信号被从一个图中未示出的驱动电路提供到该弹性衬板44上。该驱动电路选择一种驱动振动，用于激发两种不同弯曲振动模态当中的弯曲振动模态，并将该驱动振动提供给弹性衬板44。

在本实施例中，振动元件被固定，而转子作为一个接触件被可动式安装，该转子与该振动元件压力接触。然而，本发明不仅只局限于此。该接触件可被固定，而振动元件被可动式安装，同时，通过在振动元件的盘形弹性件中生成的驱动振动，该接触件和该振动元件被相对于彼此摩擦驱动，其中该盘形弹性件以一个凸缘形式伸出。第五实施例

图5是一个振动波驱动电机的一个振动元件的剖视图表示了一个第五实施例。

标号61表示一个第一弹性件，该弹性件具有一个中空的圆柱形状，并由一种具有低振阻尼损失特性的材料，例如，黄铜制成。标号62表示一个第二弹性件，该弹性件具有一个圆柱形状，也由一种具有低振阻尼损失特性的材料制成，与第一弹性件61相同。标号65表示一个凸缘形(盘形)弹性件，该凸缘形弹性件沿与振动元件的轴线方向正交的方向延伸，标号66表示一个轴。该轴66在其一端加工有一个螺纹部分。第二弹性件62被与轴66的螺纹部分螺纹连接，从而第一弹性件61、凸缘形弹性件65和一个叠式压电元件63被夹在轴66的凸缘部分和第二弹性件62之间，并被与轴66的凸缘部分和第二弹性件62固定在一起。凸缘形弹性件65由一种具有耐磨性的材料制成，并通过其外圆周附近的表面部分与一个未示出的转子相接触，同时驱动该转子。凸缘形弹性件65与转子相接触的摩擦表面相对于第一弹性件61和压电元件63位于外侧，其中第一弹性件61和压电元件63与凸缘形弹性件65相邻。

在本实施例中，凸缘形弹性件65被当作上和下侧之间的一个界限，位于上侧的第一弹性件61被加工成具有一个较小的直径，而位于下侧的压电元件63和第二弹性件62均被加工成具有较大的直径。因此，该振动元件被这样构成，即：凸缘形弹性件65被当作上和下侧之间的一个界限，该振动元件位于上侧的一个部分(上侧部分)的抗弯曲振动刚性高于该振动元件位于下侧的一个部分(下侧部分)的抗弯曲振动刚性，从而上和下侧部分在动态刚性上相差相当大。因此，即使当在同一位移方向上产生两种弯曲振动时，也可能在振动元件的两端之间激发两种振动模态，这两种振动模态在相对位移的比率上完全不同。

同样，在本实施例的振动元件中，上和下侧部分被制成在动态刚性上彼此相差相当大，从而在凸缘形弹性件65附近区域中产生的弯曲振动所引起的位移被减小，其中该上和下侧部分被沿轴向布置，并且凸缘形弹性件65被插入在这两部分之间。因此，当压电元件63被放置在凸缘形弹性件65附近时，压电元件63的变形能被抑制到一个低的水平，从而能够提供一个条形振动元件，该条形振动元件具有一个小的内部损失和高的能量效率。

此外，由于一个转子被围绕第一弹性件61放置，所以振动型驱动装置的尺寸能够被缩小，该振动型驱动装置包括本发明的振动元件。如果第一弹性件61由一种金属制成，即使当变形集中在该伸出的凸缘形弹性件65上的情况下，因为金属材料的阻尼特性比压电元件的阻尼特性好，所以内部损失的增加仍停留在一个最小范围内，从而能够得到一个具有高效率的短振动元件。

在本实施例中，振动元件被加工有数个凹槽65a，这些凹槽65a用于增加在凸缘形弹性件65的摩擦表面上的位移，该摩擦表面与转子相接触，同时增加在与该摩擦表面相反的表面上的位移，从而进一步增加驱动转矩。加工在该摩擦表面侧的凹槽65a被相对于摩擦部分加工在内圆周侧，该摩擦部分与转子相接触。在本实施例中，在凸缘形弹性件65的两个表面上均加工有相同的凹槽65a。

图6是图5所示的一个凸缘形弹性件的一个视图，即从该凸缘形弹性件顶部看到的一个视图。在该图6中，凹槽65a被加工成与凸缘形弹性件同中心的圆形形状。凹槽65a增加由振动引起的超平面位移，该振动在凸缘形弹性件65的外侧部分中产生。图6所示的凹槽65a具有一个圆形形状。然而，凹槽的形状并不仅局限于此，可以考虑凸缘形弹性件65的固有频率进行设计。

此外，有必要通过研磨工序或类似工序对振动元件的摩擦表面进行表面处理，转子在该摩擦表面上摩擦滑动。虽然在凸缘形弹性件65的摩擦表面上加工有凹槽65a，但是将经受研磨工序的面积却被减小了，研磨工序的时间阶段也相应被减小。第六实施例

图7是一个振动波驱动电机的一个振动元件的剖视图，表示了一个第六实施例。

标号71表示一个第一弹性件，标号72表示一个第二弹性件，标号73表示一个叠式压电元件，标号75表示一个凸缘形(盘形)弹性件。在该凸缘形弹性件75中刻有圆形凹槽75a。

该振动元件被加工成关于凸缘形弹性件75非对称。因此，当一个驱动信号被施加在该振动元件时，变形的绝对值的分布是非对称的，其中这些变形是在沿凸缘形弹性件75的厚度方向设置的各个表面上产生的变形。

为了最大程度地在凸缘形弹性件75的外圆周部分上增加超平面位移，凹槽75a被加工在这些地方，即用于驱动的振动模态被激发时，在这些地方发生相当大的变形。在根据本实施例的振动元件中，由于用于驱动的振动模态被激发时，在该振动元件的上和下表面上所引起的变形彼此非对称发生，所以加工在该振动元件的上和下表面上的凹槽75a彼此也不对称。

这些凹槽75a也起增加凸缘形弹性件75的外圆周部分的超平面位移的作用，并能够缩短用于处理凸缘形弹性件75的研磨过程的时间。

图8所示的一个振动元件基本上与图5所示的振动元件相同，但与图5所示的振动元件不同之处在于，一个凸缘形弹性件85未被加工用于增加外圆周部分的超平面位移的凹槽。图9表示了当用于驱动的振动模态被激发时，在图8所示的振动元件中引起的凸缘形弹性件85的变形的绝对值的分布曲线。

图9所示的变形的绝对值的分布曲线是那些凸缘形弹性件85的上表面上的点A和B之间以及凸缘形弹性件85的下表面上的点C和D之间的分布曲线。可从图9中明显看出，在被加工成具有上和下部分的振动元件中，在凸缘形弹性件85的上和下表面发生最大变形的地方是彼此不同的，其中该振动元件的上和下部分被沿轴线方向彼此成非对称布置，且将该凸缘形弹性件85作为这两个部分之间的一个界限。变形的绝对值的分布曲线的变化取决于该振动元件的形状。因此，为了最大程度地增加凸缘形弹性件的摩擦表面的振动位移，需要适当地在每个振动元件的一个凸缘形弹性件上的发生最大变形的数个位置处加工凹槽。

图10是根据本发明第七实施例的一个振动波电机的剖视图。

标号91表示一个第一弹性件，标号92表示一个第二弹性件，标号93表示一个压电元件，标号95表示一个凸缘形(盘形)弹性件，该凸缘形弹性件沿与振动元件的轴线方向正交的方向延伸。

标号96表示一个轴。第一弹性件91、凸缘形弹性件95和一个压电元件93被夹紧和固定在第二弹性件92和加工在轴96的中间部分的一个凸缘部分之间。标号98表示一个转子，该转子具有一个外圆周部分和一个内圆周部分，一个接触式弹簧98a通过粘结或类似方式被固定在该外圆周部分上，一个弹簧箱98b与该转子98的内圆周部分相连接。标号99表示一个输出齿轮，该齿轮与弹簧箱98b相配合连接，从而防止该齿轮沿径向方向相对于弹簧箱98b被移动。标号94表示一个盘簧，该盘簧用于施加压力。用于施加压力的盘簧94被放置在输出齿轮99和弹簧箱98b的下端部分之间。通过该弹簧94的弹性力，被固定在转子98的外圆周部分上的接触式弹簧98a的弹簧端与盘形弹性件95的上表面压力接触。标号100表示一个凸缘，用于固定电机的该凸缘被固定在轴96和轴96的一个凸缘部分之间，并通过一个螺栓与该轴96和该凸缘部分螺纹连接。一个连接部分被构成作为一个滑动轴承，齿轮99和用于固定一个电机的凸缘100在该连接部分处被连接到一起。标号97表示一个弹性衬板，该衬板用于向压电元件93供电。

第一弹性件91被加工成具有一个比第二弹性件92的外径小的外径。同样，与图1A和2A中所示的振动元件中的情况相同，两种不同的弯曲振动模态也能够被激发。圆形凹槽95a被分别加工在凸缘形弹性件95的上和下表面上，并且增加在凸缘形弹性件95外圆周的附近区域中引起的振动位移。

一个未示出的驱动电路被连接到弹性衬板97上。当具有一个π/2时间相位差的交流电压被从该驱动电路施加到压电元件93上时，该振动元件在两个彼此正交的方向上激发两种类型的弯曲振动。这些振动的组合使得能够向凸缘形弹性件95外圆周部分的上表面提供一种圆周运动，转子通过该圆周运动与该上表面相接触，从而该转子98被摩擦驱动，该转子98受到具有耐磨性的凸缘形弹性件95挤压。

如上所述，根据本发明，可以构造一种振动元件，该振动元件沿轴线方向具有一个较短的长度，并且在其内部具有一个低的振动能量损失，因此能够提供一种具有低能量损失的小振动波驱动装置。

由于振动元件和转子彼此相接触的位置部分的直径能够被设置得大一些，就能够容易地体现一种低转速高转矩振动波驱动装置的输出特性。此外，由于压电元件无需具有一个大的尺寸，且压电元件在上述元件中相对较贵，所以成本能够被降低。

此外，由于转子能够被放置在伸出的弹性件的外圆周上，振动波驱动装置的整体尺寸也能够被减小。

此外，当在凸缘形弹性件的两个表面上都加工有凹槽，且在凸缘形弹性件外圆周的附近区域中的超平面位移被增加时，振动波电机的输出可以被增加，该电机的尺寸已沿轴线方向被缩短。特别是，当凹槽75a被加工在这些地方，即用于驱动的振动模态在这些地方引起相当大的变形时，可以更有效地增加输出。

在不背离本发明的思想和本质特征的条件下，能够以其它形式实施本发明。本申请中所公开的实施例从各方面考虑都应是说明性的，而非限定性的。本发明的范围将由所附的权利要求表明，而不是由前面的说明部分表明，并且在权利要求的等同的意义和范围之内出现的所有改变都已被包含其中。

Claims (32)

1.一种振动波驱动装置的振动元件，该振动元件包括：

一个第一弹性件和一个第二弹性件；和

一个电能-机械能转换元件，该电能-机械能转换元件被放置在一个第一弹性件和一个第二弹性件之间，

其特征在于，该振动元件具有数种振动模态的振动，这些振动模态在振动元件的各自端部的位移之间相关比率不同。

2.如权利要求1所述的振动元件，该振动元件还包括：

一个第三弹性件，该第三弹性件被放置在第一弹性件和电能-机械能转换元件之间，且沿一个与振动元件的轴线方向正交的方向延伸，同时该第三弹性件具有一个比电能-机械能转换元件的外径大的外径。

3.一种振动波驱动装置振动元件，该振动元件包括：

一个第一弹性件和一个第二弹性件；

一个电能-机械能转换元件，该电能-机械能转换元件被放置在一个第一弹性件和一个第二弹性件之间；和

一个第三弹性件，该第三弹性件被放置在第一弹性件和电能-机械能转换元件之间，且沿一个与振动元件的轴线方向正交的方向延伸，同时该第三弹性件具有一个比电能-机械能转换元件的外径大的外径，

其特征在于，该振动元件具有两个部分，这两个部分在动态刚性上是不同的，且沿被轴线方向布置，同时将该第三弹性件作为这两个部分之间的一个界限。

4.如权利要求2所述的振动元件，其特征在于，第一弹性件具有一个部分，该部分具有比第二弹性件的外径小的外径。

5.如权利要求3所述的振动元件，其特征在于，第一弹性件具有一个部分，该部分具有比第二弹性件的外径小的外径。

6.如权利要求2所述的振动元件，其特征在于，第二弹性件由一种材料制成，该材料具有比第一弹性件的刚性高的刚性。

7.如权利要求3所述的振动元件，其特征在于，第二弹性件由一种材料制成，该材料具有比第一弹性件的刚性高的刚性。

8.一种振动波驱动装置，该振动波驱动装置包括：

一个振动元件，该振动元件包括一个电能-机械能转换元件，该电能-机械能转换元件被放置在一个第一弹性件和一个第二弹性件之间；和

一个转子，该转子与该振动元件的一个摩擦表面接触，

其特征在于，该振动元件具有数种振动模态的振动，这些振动模态在振动元件的各自端部分的位移之间相关比率不同。

9.如权利要求8所述的振动波驱动装置，其特征在于，振动元件包括一个第三弹性件，该第三弹性件被放置在第一弹性件和电能-机械能转换元件之间，且沿一个与振动元件的轴线方向正交的方向延伸，同时该第三弹性件具有一个比电能-机械能转换元件的外径大的外径，并被加工有摩擦表面。

10.一种振动波驱动装置，该振动波驱动装置包括：

一个振动元件，该振动元件包括一个电能-机械能转换元件和一个第三弹性件，该电能-机械能转换元件和该第三弹性件被放置在一个第一弹性件和一个第二弹性件之间，该第三弹性件沿一个与振动元件的轴线方向正交的方向延伸，同时该第三弹性件具有一个比电能-机械能转换元件的外径大的外径；和

一个转子，该转子与该第三弹性件的一个摩擦表面接触，

其特征在于，该振动元件具有两个部分，这两个部分在动态刚性上是不同的，且沿被轴线方向布置，同时将该第三弹性件作为这两个部分之间的一个界限。

11.如权利要求10所述的振动波驱动装置，其特征在于，振动元件具有两个部分，其中一部分位于摩擦表面一侧，另一部分位于未加工有摩擦表面的一侧，同时将该第三弹性件作为这两个部分之间的一个界限，位于摩擦表面侧的部分具有比位于未加工有摩擦表面侧的部分的动态刚性低的动态刚性。

12.如权利要求9所述的振动波驱动装置，其特征在于，第一弹性件被放置在第三弹性件的摩擦表面一侧，第二弹性件被放置在第三弹性件的未加工有摩擦表面的一侧，并且第一弹性件具有一个部分，该部分具有比第二弹性件的外径小的外径。

13.如权利要求11所述的振动波驱动装置，其特征在于，第一弹性件被放置在第三弹性件的摩擦表面一侧，第二弹性件被放置在第三弹性件的未加工有摩擦表面的一侧，并且第一弹性件具有一个部分，该部分具有比第二弹性件的外径小的外径。

14.如权利要求9所述的振动波驱动装置，其特征在于，第一弹性件被放置在第三弹性件的摩擦表面一侧，第二弹性件被放置在第三弹性件的未加工有摩擦表面的一侧，并且第二弹性件由一种材料制成，该材料具有比第一弹性件的刚性高的刚性。

15.如权利要求11所述的振动波驱动装置，其特征在于，第一弹性件被放置在第三弹性件的摩擦表面一侧，第二弹性件被放置在第三弹性件的未加工有摩擦表面的一侧，并且第二弹性件由一种材料制成，该材料具有比第一弹性件的刚性高的刚性。

16.如权利要求9所述的振动波驱动装置，其特征在于，第三弹性件的摩擦表面被加工在相对于电能-机械能转换元件的一个外圆周部分的一个外侧部分上。

17.如权利要求10所述的振动波驱动装置，其特征在于，第三弹性件的摩擦表面被加工在相对于电能-机械能转换元件的一个外圆周部分的一个外侧部分上。

18.如权利要求8所述的振动波驱动装置，其特征在于，振动元件在轴线方向上的至少一个端部分具有一个增加的外径。

19.如权利要求10所述的振动波驱动装置，其特征在于，振动元件在轴线方向上的至少一个端部分具有一个增加的外径。

20.如权利要求9所述的振动波驱动装置，其特征在于，第一弹性件和第三弹性件被加工成一整体。

21.如权利要求10所述的振动波驱动装置，其特征在于，第一弹性件和第三弹性件被加工成一整体。

22.如权利要求9所述的振动波驱动装置，其特征在于，第三弹性件由一种材料加工而成，该材料具有耐磨性。

23.如权利要求10所述的振动波驱动装置，其特征在于，第三弹性件由一种材料加工而成，该材料具有耐磨性。

24.如权利要求9所述的振动波驱动装置，其特征在于，第三弹性件的摩擦表面上安装有一个件，该件具有耐磨性。

25.如权利要求10所述的振动波驱动装置，其特征在于，第三弹性件的摩擦表面上安装有一个件，该件具有耐磨性。

26.如权利要求9所述的振动波驱动装置，其特征在于，第三弹性件具有数个用于增加振动位移的凹槽，这些凹槽被分别加工在该第三弹性件的两个表面上，并被沿该振动元件的轴线方向布置。

27.如权利要求10所述的振动波驱动装置，其特征在于，第三弹性件具有数个用于增加振动位移的凹槽，这些凹槽被分别加工在该第三弹性件的两个表面上，并被沿该振动元件的轴线方向布置。

28.如权利要求8所述的振动波驱动装置，该振动波驱动装置还包括：

一个驱动电路，该驱动电路用于选择一种驱动信号，该驱动信号用于激发数种振动模态中的一种振动模态，并将该驱动信号施加到电能-机械能转换元件上。

29.如权利要求8所述的振动波驱动装置，该振动波驱动装置还包括：

一个驱动电路，该驱动电路用于将一个驱动信号施加到电能-机械能转换元件上，该驱动信号产生一种振动模态，该振动模态引起电能-机械能转换元件的一个较小变形，并且该振动模态是从数种振动模态中选择的。

30.一种振动波驱动装置，该振动波驱动装置包括：

一个振动元件，该振动元件包括一个电能-机械能转换元件和一个第三弹性件，该电能-机械能转换元件和该第三弹性件被放置在一个第一弹性件和一个第二弹性件之间，该第三弹性件沿一个与振动元件的轴线方向正交的方向延伸，同时该第三弹性件具有一个比电能-机械能转换元件的外径大的外径；和

一个转子，该转子与该第三弹性件的一个摩擦表面接触，

其特征在于，第三弹性件具有数个用于增加振动位移的凹槽，这些凹槽被分别加工在该第三弹性件的两个表面上，并被沿该振动元件的轴线方向布置。

31.如权利要求30所述的振动波驱动装置，其特征在于，数个凹槽被相对于第三弹性件的摩擦表面加工在一个内圆周侧。

32.如权利要求30所述的振动波驱动装置，其特征在于，第三弹性件在振动元件的轴线方向上的两个表面彼此是不对称的。

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