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CN102158124B - 振动波马达、透镜镜筒及相机 - Google Patents

振动波马达、透镜镜筒及相机 Download PDF

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CN102158124B CN201110036296.9A CN201110036296A CN102158124B CN 102158124 B CN102158124 B CN 102158124B CN 201110036296 A CN201110036296 A CN 201110036296A CN 102158124 B CN102158124 B CN 102158124B
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Abstract

本发明提供一种能够获得合适的驱动性能且能安静驱动的振动波马达、透镜镜筒及相机。振动波马达包括：机电转换元件，通过驱动信号激振；振动元件，与机电转换元件接合，通过激振在驱动面上产生行进性振动波；相对运动部件，具有与振动元件的驱动面加压接触的滑动面，由行进性振动波驱动；和驱动装置，向机电转换元件提供上述驱动信号。其特征在于，在将振动元件的驱动面上产生的振动振幅定义为a值、振动元件的驱动面上产生的行进波的波长定义为λ时，驱动装置向机电转换元件提供使驱动面产生满足a值/λ≤0.00025的行进性振动波的驱动信号。

Description

振动波马达、透镜镜筒及相机
技术领域
本发明涉及一种振动波马达、透镜镜筒及相机。
背景技术
如在JP特公平1-17354号公报等中公开的那样，振动波马达利用压电体的伸缩而在弹性体的驱动面上产生行进性振动波(以下称为行进波)。通过该行进波在驱动面上产生椭圆运动，而驱动与椭圆运动的波峰加压接触的移动元件。这样的振动波马达具有在低转速下也具有高转矩的特征。因此，在搭载到驱动装置时，可以省略驱动装置的齿轮，可以通过消除了齿轮噪声而实现安静化，并提高了定位精度。
另一方面，该振动波马达使用在定子产生的1μm左右的振动振幅，因此特性不稳定。为了解决该问题，在JP特开昭61-35178号公报中公开了使振幅为驱动面的表面粗糙度的1.5倍以上来改善驱动效率、驱动性能。
根据JP特开昭61-35178号公报所公开的技术，振幅为一定程度的大小时，可获得合适的驱动性能而安静地驱动。但是，若振动振幅过大，则对移动元件的加压不利，出现产生异常噪声、在移动元件和振动元件之间得不到适当的摩擦接触的问题，无法获得良好的驱动性能。
近年来，驱动面的材料的耐磨损性得到发展，使振动元件产生大振动振幅而驱动时的摩擦磨损降低，从而逐渐能够使振动元件产生大振幅。因此，产生了与以大振幅驱动时速度控制的适当化相对的新课题。
此外，在如JP特公平1-17354号公报的构成中，在振动元件和移动元件摩擦传递的构成上，马达的效率、驱动特性受到振动元件和移动元件的接触状态的影响。
例如，若移动元件的刚性过低、变形量过大，则跟随振动元件的振幅而过于变形，因此受到行进波的节部(逆速度部)的影响，低速旋转时的驱动特性/效率变差。
反之，若移动元件的刚性过高、变形量过小，则在振动元件的振幅变大时接触状态变得不稳定，成为引发异常噪声的原因。
以往，因滑动材料的磨损性不足而在振幅较小的区域驱动，因此上述问题并不明显。但近年来，驱动面的材料的耐磨损性提升，使振动元件产生大振动振幅而驱动时的摩擦磨损量降低，因此上述问题逐渐明显。
发明内容
在本发明中，为了解决上述问题，其目的在于提供一种能够获得合适的驱动性能且能安静地驱动的振动波马达、透镜镜筒及相机。
本发明通过以下的解决手段来解决上述问题。
根据本发明的第1方式，提供一种振动波马达，包括：机电转换元件，通过驱动信号激振；振动元件，与上述机电转换元件接合，通过上述激振在驱动面上产生行进性振动波；相对运动部件，具有与上述振动元件的驱动面加压接触的滑动面，由上述行进性振动波驱动；和驱动装置，向上述机电转换元件提供上述驱动信号，所述振动波马达的特征在于，上述驱动装置，在将上述振动元件的上述驱动面上产生的振动振幅定义为a值、上述振动元件的上述驱动面上产生的行进波的波长定义为λ时，向上述机电转换元件提供使上述驱动面产生满足a值/λ≤0.00025的行进性振动波的驱动信号。
此外，根据本发明的第2方式，提供一种振动波马达，包括：机电转换元件，通过驱动信号激振；振动元件，与上述机电转换元件接合，通过上述激振在驱动面上产生行进性振动波；相对运动部件，具有与上述振动元件的上述驱动面加压接触的滑动面，由上述行进性振动波驱动；和驱动装置，向上述机电转换元件提供上述驱动信号，所述振动波马达的特征在于，上述驱动装置，在将上述振动元件的上述驱动面上产生的振动振幅定义为a值、与上述振动元件的上述驱动面加压接触的上述相对运动部件的上述滑动面的加压方向的变形量定义为b值时，向上述机电转换元件提供使上述驱动面产生满足a值/b值≤3的行进性振动波的驱动信号。
优选，上述驱动装置，在将上述振动元件的上述驱动面上产生的振动振幅定义为a值、与上述振动元件的驱动面加压接触的上述相对运动部件的上述滑动面的加压方向的变形量定义为b值时，向上述机电转换元件提供使上述驱动面产生满足a值/b值≤3的行进性振动波的驱动信号。
优选，上述驱动装置，向上述机电转换元件提供使上述驱动面产生满足0.000003≤a值/λ的行进性振动波的驱动信号。
优选，上述驱动装置，向上述机电转换元件提供使上述驱动面产生满足0.04≤a值/b值的行进性振动波的驱动信号。
优选，在上述弹性体的上述驱动面或上述相对运动部件的滑动面涂敷有耐久性的薄膜。
优选，上述薄膜以聚酰胺酰亚胺为主成份，杨氏模量为4GPa以上10GPa以下，膜厚为50μm以下。
根据本发明的第3方式，提供一种振动波马达，包括：振动元件，通过机电转换元件的激振，在驱动面上产生行进性振动波；和相对运动部件，具有与上述振动元件的驱动面加压接触的滑动面，由上述行进性振动波驱动，所述振动波马达的特征在于，在将与上述振动元件的上述驱动面加压接触的上述相对运动部件的上述滑动面的加压方向的变形量定义为b值、上述振动元件的驱动面上产生的行进波的波长定义为λ时，0.009％≤b值/λ≤0.03％。
优选，上述波长为4～15mm。
优选，滑动的中心直径为5mm～40mm。
优选，上述相对运动部件的滑动部的高度H满足0.7mm≤H≤1.2mm。
优选，在设上述振动元件和上述相对运动部件加压接触的加压力为F、上述相对运动部件的滑动直径为D时，F/πD＝p处于0.2N/mm≤p≤0.9N/mm的范围。
根据本发明的第5方式，提供一种透镜镜筒，包括上述振动波马达。
根据本发明的第6方式，提供一种相机，包括上述振动波马达。
另外，上述构成可以适当改良，也可以将至少一部分替代为其他构成物。
根据本发明，能够提供一种可获得合适的驱动性能且可安静驱动的振动波马达、透镜镜筒以及相机。
附图说明
图1是用于说明具备振动波马达的相机的图。
图2是用于说明振动波马达的图。
图3是用于说明利用了行进波的振动波马达的振动元件和移动元件的接触状态的图。
图4是用于说明利用了行进波的振动波马达的振动元件和移动元件的接触状态的图。
图5是用于说明振动波马达的驱动装置的框图。
图6是用于说明振动波马达的频率和速度的关系的图。
图7是用于说明本发明第三实施方式的振动波马达的图。
具体实施方式
(第一实施方式)
以下参照附图详细说明本发明的振动波马达10。
图1是说明具备第一实施方式的振动波马达10的相机1的图。
相机1包括：具有摄像元件8的相机主体2；和具有透镜7的透镜镜筒3。透镜镜筒3是可相对于相机主体2拆装的可换透镜。另外，在本实施方式中，示出了透镜镜筒3为可换透镜的例子，但不限于此，例如也可以是与相机主体一体型的透镜镜筒。
透镜镜筒3包括：透镜7；凸轮筒6；齿轮4、5；振动波马达10等。在本实施方式中，从振动波马达10获得的驱动力经由齿轮4、5而传递到凸轮筒6。透镜7经由透镜框7a保持在凸轮筒6中，通过振动波马达10的驱动力而与光轴方向(图1中所示的箭头L方向)大致平行地移动。
在图1中，通过设于透镜镜筒3内的未图示的透镜组(包括透镜7)，将被拍摄体像成像到摄像元件8的摄像面上。通过摄像元件8将成像的被拍摄体像转换为电信号，并对该信号进行A/D变换，从而获得图像数据。
图2是用于说明本发明第一实施方式的振动波马达10的图。
在本实施方式中，成为使振动元件11侧固定、驱动相对运动部件(移动元件)12的方式。
振动元件11由机电转换元件(以下称为压电体13)和接合了压电体13的弹性体14构成。所述机电转换元件如之后所说明的那样，将电能转换成机械能，可以是压电元件、电致伸缩元件等。使振动元件11产生行进波，而在本实施方式中作为一例说明了4波的行进波。
弹性体14由谐振尖锐度大的金属材料形成，其形状为圆环形状。在接合压电体13的相反面上切出槽17，突起部分18(没有槽17的部位)的前端面成为驱动面18a而与移动元件12加压接触。
切出槽17的理由是，使行进波的中立面尽可能靠近压电体13侧，从而放大驱动面18a的行进波的振幅。在本实施方式中将没有切出槽17的部分称为基部19。将压电体13与该基部19的与槽17侧的相反面接合。
为了确保高速驱动时的耐磨损性，对弹性体14的驱动面18a进行了润滑性的表面处理。其材料为以聚酰胺酰亚胺为主成份并添加了PTFE的物质，作为物性，其杨氏模量为4～10GPa左右，优选8GPa以下。厚度为5μm以上50μm以下。
压电体13一般由通称为PZT的锆钛酸铅之类的材料构成，然而近年来由于环境问题，也存在由作为无铅材料的铌酸钾钠、铌酸钾、铌酸钠、钛酸钡、钛酸铋钠、钛酸铋钾等构成的情况。
在压电体13表面配置电极(未图示)，其沿圆周方向分为两相(A相、B相)。在各相中，按照每1/2波长交替极化，在A相和B相之间隔开1/4波长间隔地配置电极。
移动元件12由铝之类的轻金属构成，在滑动面12a的表面进行了用于提高耐磨损性的铝阳极化处理。
输出轴20经由橡胶部件21与移动元件12结合，而与移动元件12一体地旋转。输出轴20和移动元件21之间的橡胶部件21，要求通过橡胶的粘着性结合移动元件12和输出轴20的功能以及吸收振动以避免将来自移动元件12的振动传递到输出轴20的功能，优选丁基橡胶等。
加压部件22设置在固定于输出轴20的齿轮部件23和轴承支架部件24之间。齿轮部件23被插入成与轴的D切口嵌合，并由E形夹等止动器25固定，而形成为在旋转方向及轴向上与输出轴20成为一体。此外，轴承支架部件24插入到轴承26的内径侧，轴承26插入到固定部件27的内径侧。
通过成为这样的结构，移动元件12与振动元件11的驱动面18a加压接触。
图3和图4是用于说明利用了行进波的振动波马达10的振动元件11和移动元件12的接触状态的图。
在振动元件11产生行进波，设其振幅为a值(p-p)、波的波长为λ(mm)。在行进波波峰产生的椭圆运动的加压方向的大小和周向的大小基本为1:1，因此a值的大小用下式近似。
a＝无负载转速(rpm)/60×π×D×2π×f×2
其中，D为移动元件12的滑动面12a的直径(mm)，
f为驱动信号的频率(Hz)。
另外，滑动面12a有宽度，因此D定义为外径和内径的中央值。
另一方面，移动元件12与振动元件11的驱动面18a加压接触，因此滑动面12a沿着行进波变形。其变形量设为b值。b值的大小用下式近似。
b＝1/384×p×λ4÷(E×(B×H3/12))
其中，p为荷重(F)÷(D×π)每单位长度的荷重(N/mm)
E为移动元件12的滑动部的杨氏模量(N/mm2)
B为移动元件12的滑动部的宽度(mm)
H为移动元件12的滑动部的高度(mm)。
a值、b值、λ的关系之前被认为无关，但实验的结果表明存在适当的范围。表1表示实验结果。
[表1]
a＝转速/60×π×D×2π×f×2○：无异常噪声
b＝1/384·pλ4·1/(E·(BH3/12))×：有明显异常噪声
E＝杨氏模量(N/mm2)
p＝加压力(F)/πD
变更驱动信号的驱动频率而变更转速时，驱动效率逐渐升高，但从某一值开始下降。这被认为是由于，振幅小时，从振动元件11的振动能量向移动元件12的旋转运动能量有转换损耗，通过增大振幅可以减少该转换损耗，但在某一振动振幅值以上，振幅变得过大，振动自身产生损耗。其阈值用振幅相对于波长的比例(即a值/λ)来决定。
振动自身产生损耗的状态是振动变得不稳定的状态，因此在该不稳定区域，振动波马达10成为难以进行控制的状态。
根据本测定，与a值/λ≤0.00025相比变大时驱动效率减少。因此，优选a值/λ≤0.00025的关系。
此外，为了获得稳定的旋转，优选0.000003≤a值/λ的关系。
另外，驱动效率由(转速×转矩÷输入电力)来算出。
此外，变更驱动信号的驱动频率而变更转速时，在某转速以上开始产生异常噪声。这被认为是由于，在振幅小时，振动元件11的驱动面18a和移动元件12的滑动面12a通过加压而紧密接触，振幅变大、转速增加时，对加压的抑制不利，移动元件12的滑动面12a开始浮起，在与振动元件11的驱动面18a之间产生间隙。
其阈值用振幅相对于移动元件12滑动面12a的比例(即a值/b值)来决定。产生异常噪声的状态下，转速变得不稳定，因此在该不稳定区域中，振动波马达10成为难以控制的状态。
根据本测定，优选a值/b值≤3.0的关系。此外，为了获得稳定的旋转，优选0.04≤a值/b值的关系。
另外，关于B值、H值的定义，如图4(a)所示，为移动元件12的滑动部的宽度、高度。在(a)中滑动部的支撑部件向内径侧延伸，但如(b)那样向外径侧延伸也是相同的定义。
此外，如(c)那样在滑动面12a上贴有高分子材料的滑动材料12c时，由于滑动材料的杨氏模量与金属相比极小，因此用除去了滑动材料12c的部分定义。
图5是用于说明第一实施方式的振动波马达10的驱动装置50的框图。
首先对振动波马达10的驱动/控制进行说明。
振动部51根据控制部52的指令而产生希望频率的驱动信号。
相移部53将由该振动部51产生的驱动信号分为相位不同的两个驱动信号。
放大部54将由相移部53分成的两个驱动信号分别升压到希望的电压。
来自放大部54的驱动信号被传递到振动波马达10，通过该驱动信号的施加而在振动元件11产生行进波，驱动移动元件12。
旋转检测部55由光学式编码器、磁编码器等构成，对通过移动元件12的驱动而被驱动的驱动物的位置、速度进行检测，并将检测值作为电信号传送到控制部52。
控制部52根据来自透镜镜筒3内或相机1主体的CPU的驱动指令，控制振动波马达10的驱动。控制部52接收来自旋转检测部55的检测信号，根据其值获得位置信息和速度信息，并控制振动部51的频率、放大部54的电压以定位在目标位置。
关于正向的驱动、反向的驱动，在向驱动正向驱动时，使相移部53中的两个驱动信号(频率电压信号)的相位差为+值、例如+90度即可；在向驱动反向驱动时，使相移部53中的两个驱动信号(频率电压信号)的相位差为-值、例如-90度即可。
图6是用于说明振动波马达10的频率和速度的关系的图。
振动波马达10的情况下，速度变更、控制一般通过驱动频率来进行，若降低频率则速度上升，若增高频率则速度下降。
根据本实施方式，振动波马达10的驱动装置50如下作用。
先对出厂前的工厂内的设定进行说明。
首先，将D(移动元件12的滑动面12a的直径(mm))(参照图2)以及λ(振动元件11的波长(mm))输入到控制部52。
然后进行预备驱动。作为其方法，首先从振动部51产生驱动信号。其信号由相位部分割为90度相位不同的两个驱动信号，并由放大部54放大为希望的电压。
驱动信号被施加到振动波马达10的压电体13，而在振动元件11的驱动面18a产生行进波。
与驱动面18a加压接触的移动元件12由该椭圆运动摩擦地驱动。
在通过移动元件12的驱动而被驱动的驱动体上配置有光学式编码器，由其产生电脉冲，并传递到控制部52，而可以获得速度。
根据其1)速度值、2)此时的驱动频率、3)输入的D值，计算行进波的振幅a值，根据4)输入的λ值，获得保证了a值/λ≤0.00025的关系的驱动频率。
将其频率作为下限频率A。至此为止为出厂前的工厂内的设定。
作为实际的驱动/控制的作用，从控制部52发出驱动指令，从振动部51产生驱动信号。该信号由相位部分割为90度相位不同的两个驱动信号，并由放大部54放大为希望的电压。
驱动信号被施加到振动波马达10的压电体13，压电体13激振，通过其激振而在弹性体14产生4次弯曲振动。
压电体13被分为A相和B相，驱动信号分别施加到A相和B相。从A相产生的4次弯曲振动和从B相产生的4次弯曲振动，位置上的相位偏离1/4波长，此外，A相驱动信号和B相驱动信号偏离90度相位，因此两个弯曲振动被合成，而成为4波的行进波。
在行进波的波峰产生椭圆运动。因此，与驱动面18a加压接触的移动元件12由该椭圆运动摩擦驱动。在通过移动元件12的驱动而被驱动的驱动体上配置有光学式编码器，由其产生电脉冲并传递到控制部52。控制部52根据该信号可以获得当前的位置和当前的速度。控制部52通过以使目标速度和实际速度一致的方式变更频率而进行控制，但要使其频率不低于下限频率A。
通过进行这样的控制方法，可以总是获得合适的驱动效率，进行安静的驱动。
在本实施方式中，对弹性体14的驱动面18a进行了润滑性的表面处理。
其材料是以聚酰胺酰亚胺为主成份并添加了PTFE的物质，作为物性使杨氏模量为4GPa以上、厚度为50μm以下。
表面的润滑材料的杨氏模量更小、厚度更大时，会在移动元件12的滑动面12a接触的驱动面18a的部位产生咬入变形，成为复杂的摩擦驱动，而存在与笔者发现的振动振幅和驱动效率的关系不同的情况。驱动面18a的润滑性的表面处理为杨氏模量4GPa以上、厚度50μm以下时，获得笔者发现的振动振幅和驱动效率的关系，从而获得本发明的效果。
另外，杨氏模量的上限在制造上为10GPa以下。此外，若膜厚变薄则容易剥落，因此膜厚的下限优选为5μm以上。
例如，杨氏模量大且薄的润滑皮膜以前的振动元件11驱动面18为金属材料或金属镀敷、移动元件12滑动面12a为金属材料或金属镀敷的组合中，由于金属之间的摩擦驱动，若驱动速度大则摩擦磨损剧烈，无法增大a值(不能使振动振幅较大)。因此，无法到本实施方式规定的控制区域为止进行驱动，不需要本实施方式这样的数值。但是，对驱动面18a或滑动面12a施加杨氏模量大且薄的润滑皮膜时，即使增大振动振幅、提高驱动速度，也不会摩擦磨损。因此，本实施方式的控制方法变得有效。
但是，在以前的振动元件11驱动面18a为金属材料或金属镀敷、移动元件12滑动面12a为金属材料或金属镀敷的组合中，若不发生高速驱动时的摩擦磨损，则本实施方式的方法也是有效的，产生了效果。
(第二实施方式)
接下来说明第二实施方式。第二实施方式根据移动元件12的加压状态的变形量来控制振动振幅。
在本实施方式中，振动波马达控制装置如下作用。先对出厂前的工厂内的设定进行说明。
首先，计算D(移动元件12的滑动面12a的直径(mm))、λ(振动元件11的波长(mm))、移动元件12的加压状态的变形量b值(mm)，并输入到控制部52。
然后进行预备驱动。作为其方法，首先从振动部51产生驱动信号。其信号由相位部分割为90度相位不同的两个驱动信号，并由放大部54放大为希望的电压。驱动信号被施加到振动波马达10的压电体13，而在振动元件11的驱动面18a产生行进波。与驱动面18a加压接触的移动元件12由该椭圆运动摩擦地驱动。在通过移动元件12的驱动而被驱动的驱动体30上配置有光学式编码器，由其产生电脉冲，并传递到控制部52，而可以获得速度。
同样地，根据1)速度值、2)此时的驱动频率、3)输入的D值，计算行进波的振幅a值，根据4)输入的b值，获得保证了a值/b值≤3.0的关系的驱动频率。将该频率作为下限频率B。另外，为了获得稳定的旋转，使0.04≤a值/b值。至此为止为出厂前的工厂内的设定。
作为实际的驱动/控制的作用，从控制部52发出驱动指令，从振动部51产生驱动信号，该信号由相位部分割为90度相位不同的两个驱动信号，并由放大部54放大为希望的电压。驱动信号被施加到振动波马达10的压电体13，压电体13激振，通过其激振而在弹性体14产生4次弯曲振动。压电体13被分为A相和B相，驱动信号分别施加到A相和B相。从A相产生的4次弯曲振动和从B相产生的4次弯曲振动，位置上的相位偏离1/4波长，此外，A相驱动信号和B相驱动信号偏离90度相位，因此两个弯曲振动被合成，而成为4波的行进波。
在行进波的波峰产生椭圆运动。因此，与驱动面18a加压接触的移动元件12由该椭圆运动摩擦驱动。在通过移动元件12的驱动而被驱动的驱动体上配置有光学式编码器，由其产生电脉冲并传递到控制部52。控制部52根据该信号可以获得当前的位置和当前的速度。控制部52通过以使目标速度和实际速度一致的方式变更频率而进行控制，但要使其频率不低于下限频率B。
在第一实施方式中控制成保证a值/λ≤0.00025的关系，在第二实施方式中控制成保证a值/b值≤3.0的关系，但也可以控制成保证这两者。
(第三实施方式)
图7是用于说明本发明第三实施方式的振动波马达110的图，是将环状的振动波马达110组装到透镜镜筒103的状态的图。
振动元件111由机电转换元件(以下称为压电体)113和接合了压电体113的弹性体114构成。所述机电转换元件将电能转换成机械能，可以是压电元件、电致伸缩元件等。使振动元件111产生行进波，而在本实施方式中作为一例说明了9波的行进波。
弹性体114由谐振尖锐度大的金属材料形成，其形状为圆环形状。在接合压电体113的相反面上切出槽117，突起部分118(没有槽117的部位)的前端面成为驱动面118a而与移动元件112加压接触。
切出槽117的理由是，使行进波的中立面尽可能靠近压电体113侧，从而放大驱动面18a的行进波的振幅。
压电体113沿圆周方向分为两相(A相、B相)，在各相中，排列有按照每1/2波长交替极化的要素，在A相和B相之间隔开1/4波长的间隔。
在压电体113之下配置有无纺布(未图示)、加压板120、加压部件122。无纺布例如为毛毡，配置于压电体113之下，以避免振动元件111的振动传到加压板120、加压部。
加压板120受到加压部件122的加压。
加压部件122配置于加压板120之下，用于产生加压力。在本实施方式中，使加压部件122为盘簧，但也可以不是盘簧，而为螺旋弹簧或波形弹簧。加压部件122通过将压环固定到固定部件127而被保持。
移动元件112由铝之类的轻金属构成，在滑动面12a的表面设置有用于提高耐磨损性的滑动材料。
在移动元件112之上，为了吸收移动元件112的纵向的振动而配置橡胶之类的振动吸收部件131，在其上配置有输出传递部132。
输出传递部132由设于固定部件127的轴承134限制加压方向和径向，从而限制了移动元件112的加压方向和径向。
输出传递部132有突起部135，从此处嵌合与凸轮环136连接的叉形物，并随着输出传递部132的旋转而使凸轮环136旋转。
在凸轮环136中，沿凸轮环136斜向切出键槽140，设于AF环141的固定销142与键槽140嵌合，通过驱动凸轮环136旋转，而在光轴方向上向直进方向驱动AF环141，可以使之停止在希望的位置。
固定部件127通过螺钉安装压环123，通过将其安装，而可以将从输出传递部132开始到移动元件112、振动元件111、弹簧为止作为一个马达单元构成。
在表2中说明本实施方式的实验结果。
[表2]
变更驱动信号的驱动频率而变更转速时，驱动效率逐渐升高，但从某一值开始下降。这被认为是由于，振幅小时，从振动元件111的振动能量向移动元件112的旋转运动能量有转换损耗，通过增大振幅可以减少该转换损耗，但在某一振动振幅值以上，由于振幅变得过大，振动自身产生损耗。其阈值用振幅相对于波长的比例(即a值/λ)来决定。
振动自身产生损耗的状态，振动变得不稳定，因此在该不稳定区域成为振动波马达10难以控制的状态。
根据本测定，优选a值/λ≤0.00025的关系。此外，为了获得稳定的旋转，优选0.000003≤a值/λ的关系。
另外，驱动效率由(转速×转矩÷输入电力)来算出。
此外，变更驱动信号的驱动频率而变更转速时，在某转速以上开始产生异常噪声。这被认为是由于，振幅小时，振动元件111的驱动面18a和移动元件112的滑动面12a通过加压而紧密接触，振幅变大、转速增加时，对加压的抑制不利，移动元件112的滑动面12a开始浮起，在与振动元件111的驱动面18a之间产生间隙。
其阈值用振幅相对于移动元件112滑动面12a的比例(即a值/b值)来决定。产生异常噪声的状态，转速变得不稳定，因此在该不稳定区域中成为振动波马达10难以控制的状态。
根据本测定，优选a值/b值≤3.0的关系。此外，为了获得稳定的旋转，优选0.04≤a值/b值的关系。
本实施方式的驱动方法、控制方法与第一实施方式或第二实施方式相同，因此省略其说明。
如上，如第一实施方式的表1和第三实施方式的表2所示，在第一实施方式和第三实施方式中，均是与形状、行进波的波数、波长无关，优选a值/λ≤0.00025的关系。此外，为了获得稳定的旋转，优选0.000003≤a值/λ的关系。优选a值/b值≤3.0的关系。此外，为了获得稳定的旋转，优选0.04≤a值/b值的关系。
考虑该关系控制振动波马达，可以在多数行进波型振动波马达中获得效果。
(第四实施方式)
接下来对本发明的第四实施方式进行说明。在第四实施方式中，使用第一实施方式的图1～3进行说明。
在第四实施方式中，进行了对变形量b的适当范围的研究。结果表明，在移动元件12中存在适当的变形量b，但其变形量b的范围根据振动波马达10的种类而不同。进行大量研究的结果可知，在用变形量b除以由振动波马达10产生的波长λ所得的值(b值/λ)中，存在与振动波马达10的大小等无关的适当的范围。
以下，说明对小型的振动波马达10和圆环型的振动波马达10求出该b值/λ的适当范围的实验结果。
另外，小型的振动波马达10中的优选范围，对于λ为4mm～15mm。移动元件12滑动的滑动直径D(图2中图示)为5mm～40mm。移动元件12的滑动部的高度H为0.7(mm)≤H≤1.2(mm)。荷重p为0.2(N/mm)～0.9(N/mm)。
[实验结果1]
在滑动直径D＝10.6mm、波数＝4、波长8.33mm的小型的振动波马达10中，变更变形量b而对异常噪声特性和驱动特性研究的结果在表3中示出。
[表3]
在异常噪声特性中，○为无异常噪声，×为有明显异常噪声
在驱动特性中，○为驱动效率良好，×为有驱动效率的极端下降
No.1-a为b值/λ＝0.009664％的情况。没有产生异常噪声，且驱动特性也没有问题。
No.1-b为相对于No.1-a减小了移动元件12的滑动部的高度H、且增高了加压力p的情况，b值/λ成为0.030849％。此时，移动元件12的变形量b进一步增大，与振动元件11的接触状态变得紧密，因此不产生异常噪声。此外，低振幅时(低速驱动时)受到行进波的逆速度部的影响，驱动效率极端下降，从而成为弊害。
No.1-c为相对于No.1-a增大了移动元件12的滑动部的高度H的情况，b值/λ成为0.006474％。此时，振动元件11的变形量b变小，振动元件11的振幅较大时无法吸收振动元件11的振动力，而产生异常噪声。
No.1-d为与No.1-a相比减小了加压力p的情况，b值/λ成为0.007959％。加压力p较小时，加压的抑制不利，b从表观上来看变小，因此产生异常噪声。
No.1-e为与No.1-a相比增大了加压力p的情况，b值/λ成为0.011370％。此时，异常噪声和驱动特性均无问题。
[实验结果2]
在滑动直径D＝57.3mm、波数＝9、波长20.00mm的圆环型的振动波马达10中，与不同b值/λ相对的异常噪声特性和驱动特性研究的结果在表4中示出。
[表4]
在异常噪声特性中，○为无异常噪声，×为有明显异常噪声
在驱动特性中，○为驱动效率良好，△为有容许程度的驱动效率下降，×为有驱动效率的极端下降
No.2-a为b值/λ＝0.010681％的情况。没有产生异常噪声，且驱动特性也没有问题。
No.2-b为相对于No.2-a减小了移动元件12的滑动部的高度H的情况，b值/λ成为0.025319％。此时，移动元件12的变形量b变大，与振动元件11的接触状态变得紧密，因此不产生异常噪声。然而，低振幅时(低速驱动时)受到行进波的逆速度部的影响，驱动效率的下降作为弊害开始显现。
No.2-c为相对于No.2-a增大了移动元件12的滑动部的高度H的情况，b值/λ成为0.007502％。此时，振动元件11的变形量b变小，振动元件11的振幅较大时无法吸收振动元件11的振动力，而产生异常噪声。
No.2-d为与No.2-a相比减小了加压力p的情况，b值/λ成为0.006923％。加压力p较小时，加压的抑制不利，b从表观上来看变小，因此产生异常噪声。
No.2-e为与No.2-a相比进一步减小了移动元件12的滑动部的高度H的情况，b值/λ成为0.032871％。此时，移动元件12的变形量b进一步增大，与振动元件11的接触状态变得紧密，因此不产生异常噪声。此外，低振幅时(低速驱动时)受到行进波的逆速度部的影响，驱动效率极端下降，而作为弊害显现。
在表4中也看到了与上述表3所示的实验结果同样的倾向。
对上述实验结果1和实验结果2汇总而成为表5。
[表5]
如表5所示，满足异常噪声产生和驱动特性两方面的b值/λ的范围为0.009％≤b值/λ≤0.03％。
如上所述，对弹性体的驱动面18a进行了润滑性的表面处理。其材料是以聚酰胺酰亚胺为主成份并添加了PTFE的物质，作为物性使杨氏模量为4GPa以上、厚度为50μm以下。
表面的润滑材料的杨氏模量更小、厚度更大时，会在移动元件12的滑动面12a接触的驱动面18a的部位产生咬入变形，存在成为复杂的摩擦驱动的可能性。因此，为了在0.009％≤b值/λ≤0.03％中切实获得良好的异常噪声特性和驱动特性，优选使杨氏模量为4GPa以上、厚度为50μm以下。
另外，在振动元件11驱动面18为金属材料或金属镀敷、移动元件12滑动面12a为金属材料或金属镀敷的组合中，由于金属之间的摩擦驱动，增大移动元件12的变形量b时，若驱动速度大则摩擦磨损剧烈。因此，通常无法相对于λ增大b值。这种情况下，b值/λ也小，无需进行对增大b时产生的驱动特性的问题的研究。
但是，近年来，对驱动面18a或滑动面12a施加杨氏模量大且薄的润滑皮膜，可以使增大振动振幅、提高驱动速度时的摩擦磨损降低。此时，可以增大b。在这种摩擦磨损较低的情况下，本实施方式的效果更为显著。
但是，在以前的振动元件11驱动面18为金属材料或金属镀敷、移动元件12滑动面12a为金属材料或金属镀敷的组合中，若不发生高速驱动时的摩擦磨损，则本实施方式的效果充分呈现。
根据本实施方式，即使行进波的波数、波长不同，也优选0.009％≤b值/λ≤0.03％的范围，通过在该范围设定移动元件12的材质、形状或加压条件，无论行进波的波数、波长均可获得安静且驱动特性优异的行进波型振动波马达10。
另外，在上述实施方式中，在使用了行进性振动波的振动波马达中公开了波数为4、9的情况，但在其他波数、5、6、7、8、10以上的情况下，若以同样的结构、同样的方法进行控制，可以获得同样的效果。

Claims (16)

1.一种振动波马达，包括：
机电转换元件，通过驱动信号激振；
振动元件，与上述机电转换元件接合，通过上述激振在驱动面上产生行进性振动波；
相对运动部件，具有与上述振动元件的驱动面加压接触的滑动面，由上述行进性振动波驱动；和
驱动装置，向上述机电转换元件提供上述驱动信号，
所述振动波马达的特征在于，
上述驱动装置，
在将上述振动元件的上述驱动面上产生的振动振幅定义为a值、上述振动元件的上述驱动面上产生的行进波的波长定义为λ时，向上述机电转换元件提供使上述驱动面产生满足a值/λ≤0.00025的行进性振动波的驱动信号。
2.一种振动波马达，包括：
机电转换元件，通过驱动信号激振；
振动元件，与上述机电转换元件接合，通过上述激振在驱动面上产生行进性振动波；
相对运动部件，具有与上述振动元件的上述驱动面加压接触的滑动面，由上述行进性振动波驱动；和
驱动装置，向上述机电转换元件提供上述驱动信号，
所述振动波马达的特征在于，
上述驱动装置，
在将上述振动元件的上述驱动面上产生的振动振幅定义为a值、与上述振动元件的上述驱动面加压接触的上述相对运动部件的上述滑动面的加压方向的变形量定义为b值时，向上述机电转换元件提供使上述驱动面产生满足a值/b值≤3的行进性振动波的驱动信号。
3.根据权利要求1所述的振动波马达，其特征在于，
上述驱动装置，
在将上述振动元件的上述驱动面上产生的振动振幅定义为a值、与上述振动元件的驱动面加压接触的上述相对运动部件的上述滑动面的加压方向的变形量定义为b值时，向上述机电转换元件提供使上述驱动面产生满足a值/b值≤3的行进性振动波的驱动信号。
4.根据权利要求1所述的振动波马达，其特征在于，
上述驱动装置，
向上述机电转换元件提供使上述驱动面产生满足0.000003≤a值/λ的行进性振动波的驱动信号。
5.根据权利要求2所述的振动波马达，其特征在于，
上述驱动装置，
向上述机电转换元件提供使上述驱动面产生满足0.04≤a值/b值的行进性振动波的驱动信号。
6.根据权利要求1所述的振动波马达，其特征在于，
在上述振动元件的上述驱动面或上述相对运动部件的滑动面涂敷有耐久性的薄膜。
7.根据权利要求6所述的振动波马达，其特征在于，
上述薄膜以聚酰胺酰亚胺为主成份，杨氏模量为4GPa以上10GPa以下，膜厚为50μm以下。
8.一种振动波马达，包括：
振动元件，通过机电转换元件的激振，在驱动面上产生行进性振动波；和
相对运动部件，具有与上述振动元件的驱动面加压接触的滑动面，由上述行进性振动波驱动，
所述振动波马达的特征在于，
在将与上述振动元件的上述驱动面加压接触的上述相对运动部件的上述滑动面的加压方向的变形量定义为b值、上述振动元件的驱动面上产生的行进波的波长定义为λ时，0.009％≤b值/λ≤0.03％。
9.根据权利要求8所述的振动波马达，其特征在于，
在上述振动元件的上述驱动面或上述相对运动部件的上述滑动面涂敷有耐久性的薄膜。
10.根据权利要求9所述的振动波马达，其特征在于，
上述耐久性的薄膜以聚酰胺酰亚胺为主成份，杨氏模量为4GPa以上，膜厚为50μm以下。
11.根据权利要求8所述的振动波马达，其特征在于，
上述波长为4mm～15mm。
12.根据权利要求8所述的振动波马达，其特征在于，
滑动的中心直径为5mm～40mm。
13.根据权利要求8所述的振动波马达，其特征在于，
上述相对运动部件的滑动部的高度H满足0.7mm≤H≤1.2mm。
14.根据权利要求8所述的振动波马达，其特征在于，
在设上述振动元件和上述相对运动部件加压接触的加压力为F、上述相对运动部件的滑动直径为D时，F/πD＝p处于0.2N/mm≤p≤0.9N/mm的范围。
15.一种透镜镜筒，包括权利要求1～14中任一项所述的振动波马达。
16.一种相机，包括权利要求1～14中任一项所述的振动波马达。
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