專利名稱：振動型驅動裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用以通過利用壓力使一運動部件與一振動部件產(chǎn)生接觸而獲得驅動力的振動型驅動裝置。
根據(jù)振動型驅動裝置(振動型馬達)，一個運動部件與一個由連接有一個機電的能量轉換元件的彈性部件制成的振動部件產(chǎn)生壓力接觸，將一交流電壓施加到換能元件上，在振動部件上產(chǎn)生一種漸進的振動波，從而摩擦地驅動運動部件。
圖7示出了一種傳統(tǒng)的振動型馬達。固定在基座101上的一個環(huán)形定子(振動部件)102是按這樣的方式構造的即把一通過接線器110和柔性板111供給電流的機電的能量轉換元件122連接到一彈性部件121的下表面，并且，把一摩擦部件123粘接在彈性部件121的上表面。一施壓彈簧106的外周部分通過一橡膠板107附著在一轉子(運動部件)103的上表面。該施壓彈簧106的內(nèi)周部分附著在一個盤105上，盤105熱壓裝配在一輸出軸104上。
輸出軸104由一對滾動軸承181和182可轉動地支撐，滾動軸承181和182各具有一固定在基座101上的外環(huán)和一安裝在輸出軸104的外圓周上的內(nèi)環(huán)。盤105與滾動軸承182的內(nèi)環(huán)相接觸。另一方面，在輸出軸104與盤105和滾動軸承182的內(nèi)環(huán)一起僅被施壓彈簧106的一個位移量壓到定子102一側、以使轉子103與定子102以合適的力發(fā)生壓力接觸的狀態(tài)下，滾動軸承181的內(nèi)環(huán)與一附著在輸出軸104的凹槽內(nèi)的開口環(huán)109相貼合。
因此，如圖6所示，在軸承182上，由盤105把一在與施壓彈簧106的壓力方向相同的方向上的預載施加到內(nèi)環(huán)上，因此，軸承182的在徑向的振動(rattle)便得以消除。另一方面，在軸承181上，由開口環(huán)109把一在與施壓彈簧106的壓力方向相反的方向上的預載施加到內(nèi)環(huán)上，因此，軸承181的在徑向的振動可以消除。因為各個軸承181和182的徑向的振動被消除，所以，輸出軸104的徑向的晃動也可以抑制。
現(xiàn)在，假定將施壓彈簧106的壓力的反作用力標記為F，將軸承181的預載標記為P1，以及將軸承182的預載稱為P2，則這三個力之間滿足以下關系F＝P1-P2正如從上述關系所理解的那樣，作為軸承181的預載，由于軸承181承受壓力的反作用力和軸承182的預載之和，所以，該預載遠遠大于軸承182的預載。
通常，軸承的疲勞壽命與軸承負荷的立方是成反比的。因此，承受較大預載的軸承181的疲勞壽命要比軸承182的疲勞壽命短得多。另外，因為振動型馬達常常在低速狀態(tài)下使用且難以在軸承的滾動件和軸承座的表面之間形成油膜，因此，必須將軸承的滾動件的負荷設定為小于正常負荷。
馬達所能夠產(chǎn)生的轉矩取決于定子和轉子之間的最大摩擦力。由于摩擦力是由轉子和定子之間的摩擦系數(shù)和壓力決定的，所以，為了提高最大轉矩，增大壓力是最實際的。
然而，在以往的馬達中，由于軸承181承受所有的壓力，所以，為了增大壓力而又不降低該軸承的壽命，不得不使用更大設計負荷的軸承。這樣導致了軸承的尺寸和成本的增加。
近幾年來，在OA設備和FA設備領域里，對于驅動機構的定位、速度的控制等等方面要求很高的精度。最普遍的辦法是利用諸如齒輪、皮帶之類的減速機構來減小脈動馬達或類似動力源的轉動輸出以及在高分辨率和高轉矩的狀態(tài)下進行驅動。然而，當使用齒輪類減速機構時，由于齒輪的齒形誤差、節(jié)圓誤差等等，導致傳動精度降低。為了提高精度，就必須提高齒輪的等級、進行精密的研磨等，因此，這種方法是導致高成本的原因之一。此外，由于齒側隙的非線性導致可控性的降低，因此，必須采取使用無齒側隙齒輪等這樣的防范措施。在使用皮帶之類的減速機構的情況下，目前的情況是，由于因皮帶輪的偏心、圓度或者類似因素以及皮帶的膨脹和收縮而造成的傳動精度的降低，以及因彎曲振動而造成的傳動剛度的降低，所以，可控性也降低。
另一方面，所謂的“直接驅動”是一種有效的措施，“直接驅動”是把馬達的軸直接裝在被驅動部件上，并且用一個無需使用齒輪、皮帶之類的減速機構便能產(chǎn)生低速和高轉矩的馬達來驅動。利用這種“直接驅動”方法，因上述傳動機構、齒側隙而造成的精度的降低以及傳動系統(tǒng)中剛度的降低都能夠得以避免，而且，馬達軸能夠以高的精度進行驅動。
由于振動波馬達能夠由低速穩(wěn)定地產(chǎn)生轉矩，所以，它是一種適合于“直接驅動”的馬達。振動波馬達是按這樣的方式構造的即，把一個機電的能量轉換元件(壓電元件、磁致伸縮元件等)連接在由彈性材料制成的一個振動部件的一側，把一交流電壓施加在這樣的壓電元件上，并在振動部件上產(chǎn)生一漸進的振動波，從而摩擦驅動以一壓力與振動部件相接觸的運動部件。通過把一高分辨率的角度檢測裝置結合于這種馬達，則能夠以高的精度、高的剛度和高的分辨率驅動馬達軸。
圖15A和15B示出了用以輸送薄板材的滾筒驅動裝置的兩個常規(guī)例子。
滾筒的一端由一滾珠軸承可轉動地支撐在裝置的外殼上，其另一端安裝在一個馬達的輸出軸上，該馬達安裝在裝置上。利用這種結構，能夠消除在利用齒輪或者皮帶傳動來降低速度的傳統(tǒng)情況下所發(fā)生的傳動誤差。
在進行齒輪或者皮帶驅動的情況下，即使在被驅動部件和傳動機構之間的安裝精度方面出現(xiàn)些微誤差，其也能夠被傳動機構吸收。例如，當齒輪的偏心導致傳動精度降低時，雖然軸之間距離上發(fā)生變化，但由于齒輪的位移被齒輪之間所吸收，所以，由各個傳動部件的誤差所引起的多余負荷不會作用在被驅動部件或者馬達上。同樣，在皮帶驅動的情況下，因為各部件精度和安裝誤差被轉化為皮帶的線速度或者被皮帶的伸長和收縮所吸收，所以，作用在馬達上的負荷是很小的。
但是，在進行“直接驅動”的情況下或者在被驅動部件的轉動軸的至少一端被一軸承支撐的情況下，因為馬達軸由馬達上的兩個軸承和被驅動部件上的一個軸承在三點予以支撐，所以，沒有可把馬達軸和被驅動部件的連接部分的傾斜或者軸向偏移予以吸收的地方。因此，賦予各個軸承較大的負荷，導致軸承壽命的降低、因徑向晃動的增加而造成的精度降低以及因負荷而造成的馬達轉矩的損失。
例如，圖15A示出了這樣一種狀態(tài)一在作為被驅動部件的滾筒2’的與連接有馬達1’的那一側相反的一側的端部布置了一個深凹槽的滾珠軸承5’，該滾珠軸承5’被施加了合適的預載。
現(xiàn)在描述馬達1’的結構。在通過螺釘固定在基座11’的定子12’上，利用彈性材料(比如金屬或類似材料)把一壓電元件固定地附著在振動部件的背面，并把一摩擦材料粘附在振動部件的另一表面。通過一施壓彈簧16’使轉子13’與定子12’發(fā)生壓力接觸，施壓彈簧16’的中孔固定在盤15’上，盤15’熱壓裝配在一個轉動軸14’上。轉子13’的轉動軸由一對深槽滾珠軸承17’-1和17’-2可轉動地支撐，每個軸承的外環(huán)均固定在一基座上。在轉動軸僅被施壓彈簧的一個施壓位移量推到定子一側以使轉子以合適的力和定子發(fā)生壓力接觸的狀態(tài)下，轉子13’被一裝在轉動軸的一個凹槽內(nèi)的開口環(huán)18’支撐在軸承17’-1的內(nèi)環(huán)上。通過用盤15’把一合適的預載施加到內(nèi)環(huán)上，則軸承17’-2消除振動，并且抑制轉動軸的徑向振動，從而保證內(nèi)裝的編碼裝置6’的精度。
通過用一接線器的柔性板19’把一驅動電壓供應給壓電元件，則在定子上產(chǎn)生一漸進的振動波，由此驅動與定子壓力接觸的轉子，從而從轉動軸輸出轉動。
在馬達和滾筒之間的聯(lián)軸節(jié)上，以一較小的壓力把馬達軸14’插進制在滾筒上的一個孔24’內(nèi)，并用一個緊固螺釘25’進一步從徑向予以固定。
在本例中，由于把一預載施加到所有三個軸承上，所以，各個軸承的振動得以消除，而且在徑向和軸向都能夠提供高的剛度。
在滾筒和馬達的連接部分，當滾筒和馬達軸之間出現(xiàn)傾斜時，在轉動時出現(xiàn)的位移不得不由三個軸承當中任意一個的變形所吸收或者由連接部分、馬達軸和滾筒當中任意一個的變形所吸收。
對于馬達的驅動來說，這種變形變成一大的負荷，導致停機精度或者速度可控性的破壞。此外，由于在每個軸承上存在大的徑向負荷，所以，壽命縮短。
當馬達軸擺動和旋轉時，施壓彈簧也擺動和旋轉，因此，用以使轉子13’和定子12’互相接觸的壓力也隨轉動而變化。于是，不能獲得恒定產(chǎn)生的轉矩。
圖15B示出了這樣一種狀態(tài)—考慮到上述這點，用一由橡膠材料制成的安裝件7’把馬達固定在被驅動裝置的外殼上。當一彎曲力作用于馬達上時，安裝件7’變形并吸收位移，因此，多余負荷并不作用于馬達的和滾筒的軸承上。然而，在這種情況下，安裝件7’也在扭轉方向(滾筒轉動方向)變形，而且與馬達外殼一起轉動和變形。在具有象編碼裝置6’所示那樣的角度檢測機構(旋轉編碼裝置)的馬達中，雖然因安裝件的扭轉變形所造成的旋轉位移并不從編碼裝置檢測出來，但由于角位移發(fā)生在滾筒上，所以，編碼裝置不能精確地檢測滾筒的角位移。
另外，因為馬達外殼的扭轉剛度對于負載轉矩來說是低的，所以響應速度下降且可控性降低。
雖然針對“直接驅動”對上述例子進行了描述，但即使在裝置具有減速機構和傳動機構的情況下，如果想通過消除齒側隙、使用具有高的剛度的鋼帶等來提高傳動精度和剛度的話，也會存在類似的問題。因此，上述問題并不僅限于“直接驅動”。
如上所述，為了提高精度，必須使馬達外殼具有高的扭轉剛度。此外，在使用“直接驅動”或者高剛度的傳動機構的情況下，考慮到因制造公差或者裝配公差所導致的誤差，必須對馬達外殼予以柔性支撐。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種具有一振動波馬達的振動型驅動裝置，包括至少一個能激起振動的振動部件和一個與所說的振動部件相接觸并被轉動的運動部件；所說的振動波馬達通過一固定部件固定在裝置的連接部分，所說的固定部分約束振動波馬達自身的轉動方向并能在傾斜方向引起位移。在該驅動裝置中，當運動部件與振動部件發(fā)生壓力接觸時，所引起的反作用力通過輸出軸由若干個軸承承擔，另外，把該反作用力用作各個軸承的預載，從而延長壽命和消除振動。
通過下面參照附圖所做的詳細描述以及所附的權利要求，本發(fā)明的上述的和其他的目的和特點將變得顯而易見。
圖1是按照本發(fā)明的第一實施例的振動型驅動裝置的剖視圖2是按照本發(fā)明的第二實施例的振動型驅動裝置的剖視圖；圖3是按照本發(fā)明的第三實施例的振動型驅動裝置的剖視圖；圖4是按照本發(fā)明的第四實施例的振動型驅動裝置的剖視圖；圖5是第一實施例中的軸承部分的示意圖；圖6是傳統(tǒng)的振動型驅動裝置的軸承部分的示意圖；圖7是傳統(tǒng)的振動型驅動裝置的剖視圖；圖8A和8B示出了用本發(fā)明的振動波馬達作為驅動源的一種裝置的第五實施例，其中，圖8A是一剖視圖，而圖8B是圖8A的側視圖；圖9A和9B示出了用本發(fā)明的振動波馬達作為驅動源的一種裝置的第六實施例，其中，圖9A是一剖視圖，而圖9B是圖9A的側視圖；圖10是本發(fā)明的第七實施例的透視圖；圖11A和11B示出了用本發(fā)明的振動波馬達作為驅動源的一種裝置的第八實施例，其中，圖11A是一剖視圖，而圖11B是圖11A的固定件的側視圖和平面圖；圖12A和12B示出了本發(fā)明的第九個實施例，其中，圖12A是一透視圖，而圖12B是一側視圖；圖13A、13B和13C是用以解釋本發(fā)明的效果的剖視圖；圖14A、14B和14C是用以解釋本發(fā)明的效果的剖視圖；以及圖15A和15B是用傳統(tǒng)的振動波馬達作為驅動源的一種裝置的剖視圖。
(第一實施例)圖1示出了按照本發(fā)明的第一實施例的振動型驅動裝置。由金屬材料制成并固定在基座1上的環(huán)形定子(振動部件)2是按這樣的方式構造的—即，把一個通過接線器10和柔性板11供給電流的機電的能量轉換元件22連接在一彈性部件21的下表面，并把一摩擦部件23粘接在彈性部件21的上表面。施壓彈簧6的外周部分通過一橡膠板7固定到轉子(運動部件)3的上表面。施壓彈簧6的內(nèi)周部分固定在一個熱壓裝配在輸出軸4上的盤5上。
輸出軸4由一對深槽球軸承(滾珠軸承)81和82可轉動地支撐，軸承81和82各具有一個固定在基座1上的外環(huán)和一個安裝在輸出軸4的外圓周上的內(nèi)環(huán)。
在僅用施壓彈簧6的一個位移量把盤5和輸出軸4壓到定子2一側以使轉子3以合適的力與定子2發(fā)生壓力接觸的狀態(tài)下，每個軸承81和82的內(nèi)環(huán)與安裝在制在輸出軸4上的、位于軸承81和82各自的下側的凹槽內(nèi)的各自的開口環(huán)9相接觸。于是，輸出軸4和各個軸承81和82的內(nèi)環(huán)能夠沿從施壓彈簧6到輸出軸4的壓力的反作用力的這個工作方向整體地移動。盤5離開軸承82的內(nèi)環(huán)和外環(huán)。
在軸承82的內(nèi)環(huán)和與之相接合的開口環(huán)9之間放置了一個波狀墊片12。波狀墊片12的彈性變形量設定為這樣一個值—即，在按照軸承81和82的設計負荷的比值按比例分配壓力的反作用力的情況下，反作用力的分量可作用在軸承82的內(nèi)環(huán)上。
如上所述，通過借助于輸出軸4和開口環(huán)9使壓力的反作用力作用在各個軸承81和82的內(nèi)環(huán)上，則軸承各自所承受的反作用力的分量可用作軸承81和82各自的預載。由于各個軸承81和82的徑向的振動得以消除，所以，也抑制了輸出軸4的徑向晃動。
下面將參照圖5詳細描述軸承81和82的預載之間的關系。圖5示意性地示出了軸承81和82。
壓力的反作用力F作用在輸出軸4上，作為一向上的力。壓力的反作用力F由兩個軸承81和82承受。軸承81和82的預載分別設為P1和P2。
預載P2等于用于波狀墊片12的彈性變形量的彈力，該彈性變形量是由當施加壓力時軸承81和82的內(nèi)環(huán)在軸向的移動量之間的差異以及設置在輸出軸4上的兩個開口環(huán)9之間的間距所決定的。
由于軸承81和82的預載P1和P2的方向是相同的，而且與壓力的反作用力F的方向相同，所以，軸承81的預載P1等于通過從壓力的反作用力F的數(shù)值中減去軸承82的預載P2所獲得的值。因此，能夠把壓力的反作用力F作為預載分配給兩個軸承81和82。
根據(jù)試驗得知，球軸承的疲勞壽命可用下列表達式表示。
L∝(C/P)3
式中 L壽命C軸承的固有的動態(tài)設計負荷P承受負荷在使用多個軸承的情況下，由于最短的軸承的壽命就是驅動裝置的壽命，所以，通過設定使每個軸承的壽命變得幾乎相同這樣的條件，便能獲得長的驅動裝置壽命。為此目的，正如從上述表達式將了解的那樣，按照軸承81和82的設計負荷的比值按比例分配壓力的反作用力F并把所分配的反作用力設定為承受負荷(預載)便足夠了，這樣，軸承81和82的設計負荷C和承受負荷P的比值是相等的。
在本實施例中，確定兩個開口環(huán)9之間的間距和各個軸承的外環(huán)的位置，以便給出產(chǎn)生承受負荷所需的波狀墊片12的彈性變形量就足夠了，所說承受負荷是通過按比例分配壓力的反作用力F而獲得的。
當軸承處于休息狀態(tài)或者以極低的速度轉動時，如果各個軸承的座圈表面和滾動部件之間的接觸面壓力比較大，那么，在座圈表面和滾動部件上會出現(xiàn)永久變形，因此，有軸承不能再繼續(xù)使用之虞。
為了防止這一問題，理想的是按照下述方式，以軸承的設計負荷的比值按比例分配壓力的反作用力并把分配的反作用力分別設定為各個軸承的承受負荷，該方式是，使由軸承的固有靜態(tài)設計負荷C0和軸承的靜態(tài)負荷P0之間的比值f＝C0/P0所代表的安全系數(shù)f相等。
嚴格地講，由于軸承座圈表面和滾動部件之間的接觸面壓力與承受負荷并不是成正比的，所以，也可能這樣分配承受負荷—即，使各個軸承的座圈表面和滾動部件之間的接觸面壓力相等。
(第二實施例)圖2示出了一種按照本發(fā)明第二實施例的振動型驅動裝置。由金屬材料制成并固定在基座1上的環(huán)形定子(振動部件)2是按這樣的方式構造的—即，把一個通過接線器10和柔性板11供給電流的機電的能量轉換元件22連接在一彈性部件21的下表面，并把一摩擦部件23粘接在彈性部件21的上表面。施壓彈簧6的外周部分通過一橡膠板7固定到轉子(運動部件)3的上表面。施壓彈簧6的內(nèi)周部分固定在一個熱壓裝配在輸出軸4上的盤5上。
輸出軸4由一對深槽球軸承(滾珠軸承)81和82可轉動地支撐，軸承81和82各具有一個固定在基座1的、把施壓彈簧6和盤5夾在中間的位置上的外環(huán)和一個安裝在輸出軸4的外圓周上的內(nèi)環(huán)。
在僅用施壓彈簧6的一個位移量把盤5和輸出軸4壓到定子2一側以使轉子3以合適的力與定子2發(fā)生壓力接觸的狀態(tài)下，軸承81的內(nèi)環(huán)與安裝在制在輸出軸4上的、位于軸承81的下側的一個凹槽內(nèi)的開口環(huán)9相接觸。軸承82的內(nèi)環(huán)與盤5的上表面相接觸，以便將波狀墊片12夾在中間。于是，輸出軸4和各個軸承81和82的內(nèi)環(huán)能夠沿從施壓彈簧6到輸出軸4的壓力的反作用力的這個工作方向整體地移動。
波狀墊片12的彈性變形量設定為這樣一個值—即，在按照軸承81和82的設計負荷的比值按比例分配壓力的反作用力的情況下，反作用力的分量可作用在軸承82的內(nèi)環(huán)上。
同樣，在本實施例中，處在相同方向的、通過依設計負荷的比值按比例分配壓力的反作用力而獲得的預載作用在兩個軸承81和82上，從而使軸承81和82均勻地承受壓力的反作用力。能夠獲得長壽命的驅動裝置。
通過把兩個軸承81和82布置在將施壓彈簧6和盤5(亦即轉子3和定子2)夾在中間的位置上，則兩個軸承之間的距離能夠增加，而且對于徑向負荷來說，輸出軸4的剛度能夠提高。
(第三實施例)圖3示出了按照本發(fā)明的第三實施例的振動型驅動裝置。由金屬材料制成并固定在基座1上的環(huán)形定子(振動部件)2是按這樣的方式構造的—即，把一個通過接線器10和柔性板11供給電流的機電的能量轉換元件22連接在一彈性部件21的下表面，并把一摩擦部件23粘接在彈性部件21的上表面。施壓彈簧6的外周部分通過一橡膠板7固定到轉子(運動部件)3的上表面。施壓彈簧6的內(nèi)周部分固定在一個熱壓裝配在輸出軸4上的盤5上。
輸出軸4由一對深槽球軸承(滾珠軸承)81和82可轉動地支撐，軸承81和82各具有一個固定在基座1上的一定位置的外環(huán)和一個安裝在輸出軸4的外圓周上的內(nèi)環(huán)。
在僅用施壓彈簧6的一個位移量把盤5和輸出軸4壓到定子2一側以使轉子3以合適的力與定子2發(fā)生壓力接觸的狀態(tài)下，軸承81的內(nèi)環(huán)安裝在輸出軸4的外圓周上。一壓縮的螺旋彈簧32夾在軸承81的內(nèi)環(huán)和軸承82的內(nèi)環(huán)中間，在此狀態(tài)下，彈簧被壓縮了預定的量。壓縮的螺旋彈簧32的壓縮量設定為這樣一個值—即，在把壓力的反作用力依軸承81和82的設計負荷的比值按比例分配的情況下，反作用力的一個分量作用在軸承82的內(nèi)環(huán)上。
同樣，在本實施例中，處在相同方向的、通過依設計負荷的比值按比例分配壓力的反作用力而獲得的預載作用在兩個軸承81和82上，從而使軸承81和82均勻地承受壓力的反作用力。能夠獲得長壽命的驅動裝置。
在本實施例中，因為壓縮彈簧32的兩個邊緣由兩個軸承的內(nèi)環(huán)分別支撐并且其中一個軸承的內(nèi)環(huán)附接在輸出軸4上，所以，不用加工出適宜于把開口環(huán)安裝到輸出軸4上的凹槽等便能廉價地獲得長的壽命。
(第四實施例)圖4示出了按照本發(fā)明的第四實施例的振動型驅動裝置。由金屬材料制成并固定在基座1上的環(huán)形定子(振動部件)2是按這樣的方式構造的—即，把一個通過接線器10和柔性板11供給電流的機電的能量轉換元件22連接在一彈性部件21的下表面，并把一摩擦部件23粘接在彈性部件21的上表面。轉子(運動部件)43整體地具有一個施壓彈簧部分43a和一個盤部分43b。在把轉子43壓下一個位移量的狀態(tài)下，把轉子43的盤部分43b粘接到一輸出軸44上，按此位移量，在把輸出軸44從基座1的下部位置插進之后，可獲得一合適的壓力。
輸出軸44由一對軸承(滾動軸承)81和82可轉動地支撐，軸承81和82各具有一個滾動部件，該滾動部件在制在輸出軸44的外圓周上的并與輸出軸44制成一體的一個座圈凹槽44a內(nèi)滾動。軸承81的外環(huán)固定在基座1上。軸承82的外環(huán)通過一壓縮彈簧42保持在基座上。軸承82的外環(huán)由壓縮彈簧42下推到基座1上。
壓縮彈簧42的壓縮量設定為這樣一個值—即，在把施壓彈簧部分43a的壓力的反作用力依軸承81和82的設計負荷的比值按比例分配的情況下，一個反作用力的分量作用在軸承82的內(nèi)環(huán)上。
同樣，在本實施例中，處在相同方向的、通過依設計負荷的比值按比例分配壓力的反作用力而獲得的預載作用在兩個軸承81和82上，從而使軸承81和82均勻地承受壓力的反作用力。能夠獲得長壽命的驅動裝置。
在本實施例中，由于零件的數(shù)量少，而且，更進一步地，由具有軸承內(nèi)環(huán)的軸承和輸出軸之間的嚙合振動所造成的輸出軸的晃動也小，所以，能夠獲得一種廉價的、具有高的裝配效率的、長壽命的驅動裝置。
如上所述，根據(jù)本實施例，用以使運動部件與振動部件發(fā)生壓力接觸的壓力的反作用力被分配給若干個軸承，允許軸承承受壓力的反作用力，而且把分配的反作用力用作各個軸承的預載。因此，能夠實現(xiàn)各個軸承的小尺寸和長壽命，并且能夠獲得一種長壽命的小巧的振動型驅動裝置。
如果各個軸承的負荷是依軸承的設計負荷的比值按比例分配的，為的是使各個軸承的座圈表面和滾動部件之間的接觸面壓力相等的話，則能夠獲得更長壽命的軸承和振動型驅動裝置。
(第五實施例)圖8A和8B示出了本發(fā)明的第五個實施例。
參考數(shù)字201表示一振動波馬達；202表示作為一被驅動部件的滾筒；203表示被驅動的裝置的外殼側板?，F(xiàn)在將描述本實施例中的振動波馬達101的結構。就用螺釘固定在基座211上的定子212而言，是把一個壓電元件固定地粘接在由諸如金屬或類似材料等彈性材料制成的振動部件的背面，把一摩擦材料粘接在定子212的另一面。通過施壓彈簧216使作為運動部件的轉子213與定子212壓力接觸，施壓彈簧216的中孔固定在一個熱壓裝配在轉動軸214上的盤215上。轉子213的轉動軸由一對深槽球軸承217-1和217-2可轉動地支撐，深槽球軸承217-1和217-2的外環(huán)固定在基座上，而且，在僅以施壓彈簧的一個施壓位移量把轉動軸壓到定子一側以使轉子以合適的力與定子發(fā)生壓力接觸的狀態(tài)下，軸承217-1的內(nèi)環(huán)由裝在轉動軸上的凹槽內(nèi)的一個開口環(huán)218支撐。通過用盤215把一合適的預載施加到軸承217-2的內(nèi)環(huán)上來消除軸承217-2的振動。
通過經(jīng)由接線器柔性板219把一作為交流信號的驅動電壓施加到起機電的能量轉換元件作用的壓電元件上，便在定子上產(chǎn)生漸進的振動波。通過驅動與定子壓力接觸的轉子，便可從轉動軸輸出轉動。
滾筒202是由一管狀滾筒主體221和法蘭222及223構成的，法蘭222和223以一壓力插進滾筒202的兩個端部或者熱壓裝配在滾筒的兩個端部。軸承205布置在法蘭222上，從而把法蘭222可轉動地支撐在裝置外殼的側板203上。法蘭223上制有一個供馬達的轉動軸插入用的孔224和一個緊固螺釘225。
通過把馬達201固定到裝置上以及把轉動軸214固定到法蘭223上，便能夠用馬達的轉動軸對滾筒一體地、直接地驅動。
馬達201具有一固定部件204并借助該固定部件204用螺釘固定在裝置外殼的側板上。
固定部件204由薄的金屬板制成且具有一個由一對連接(鉸接)部分242和另一對連接(鉸接)部分244連接在一起的中間部分243，所說前一對連接部分242在豎直方向互相對著，離開環(huán)繞著作為中心的馬達轉動軸的、固定馬達的部分241；所說后一對連接部分244在偏離連接部分24290度的位置互相對著，離開環(huán)繞著作為中心的馬達轉動軸的中間部分243。固定部件204連接到固定裝置的部分245上。
固定馬達的部分241具有一螺孔(tap hole)，以便固定馬達。馬達的基座211裝在該螺孔內(nèi)。固定裝置的部分245具有一安裝孔且用螺釘固定在裝置的側板203上。
現(xiàn)在描述本發(fā)明的這一實施例的固定部件204的功能。
在圖8B中，在將紙面內(nèi)的縱向稱為旋轉軸線的情況下，當施加一彎矩時，連接部分242出現(xiàn)扭轉，因此，只有固定馬達的部分241傾斜。在將紙面內(nèi)的橫向稱為旋轉軸線的情況下，當施加一彎矩時，由于連接部分244出現(xiàn)扭轉，因此，固定馬達的部分241和中間部分243都傾斜。
在將垂直于紙面的方向當作旋轉軸線的情況下，當施加彎矩時，因扭轉發(fā)生于薄板的表面內(nèi)且轉動軸具有大的剛度，所以，扭轉變形非常小。
由于以上功能，固定部件204在馬達的旋轉方向限制了馬達的運動，而且，對于傾斜(彎曲)來說能夠彈性地支撐馬達。
根據(jù)上述實施例，通過使用由薄板制成的固定部件，則由加工公差或者裝配公差所引起的各個零件上的負荷被馬達的傾斜所吸收，各個零件的變形以及對于馬達軸的彎矩得以減小，能夠實現(xiàn)高精度、高剛度及高可控性的“直接驅動”。
(第六實施例)圖9A和9B示出了本發(fā)明的第六實施例。
軸承217-1和217-2的外環(huán)固定在軸承座220上。軸承座220用螺釘固定在經(jīng)與定子212一起壓制一金屬板而得到的基座211上。基座211在其外圓周上具有固定部件204。固定部件204具有一個由一對連接部分242和另一對連接部分244連接在一起的中間部分243，所說前一對連接部分242在豎直方向互相對著、離開環(huán)繞著作為中心的馬達轉動軸的、固定馬達的部分241；所說后一對連接部分244在偏離連接部分242 90度的位置互相對著，離開環(huán)繞著作為中心的馬達轉動軸的中間部分243。固定部件204連接到固定裝置的部分245上。固定裝置的部分245具有一安裝孔且用螺釘固定在裝置的側板上。
基座211具有一用于馬達外殼的嚙合部分，還具有作為加強筋的作用，而且能夠阻斷在外圓周的固定部件204的變形。因此，在內(nèi)部，基座211起馬達的基座的作用。
就本實施例的結構而言，有馬達能夠容易地裝配進裝置及能夠進一步小型化之優(yōu)點。
(第七實施例)圖10示出了本發(fā)明的第七個實施例。
根據(jù)本實施例，通過貫穿被驅動裝置的側板203形成一馬達裝配孔231以及通過在該馬達裝配孔231的外圓周形成一些弧形孔232，則形成了兩對互相偏離90度的、如前述第四和第五實施例所示那樣的連接(鉸接)部分233。通過用螺釘或類似機件把馬達外殼固定在比弧形孔更靠內(nèi)側的位置上，則能夠在旋轉方向約束馬達，而且，對于傾斜來說，能夠彈性地支撐馬達。
根據(jù)本實施例，由于馬達的定位配合孔可以制在側板上，所以，有能獲得高的精度及零件數(shù)量少之優(yōu)點。
(第八實施例)圖11A和11B示出了本發(fā)明的第八個實施例。
參考數(shù)字201代表振動波馬達；202代表作為被驅動部件的滾筒；203代表被驅動裝置的外殼側板。馬達201具有固定部件204并用螺釘經(jīng)由固定部件204固定在裝置的外殼側板上。
本實施例的固定部件204是由薄的金屬板制成的且具有一適宜將馬達安裝其內(nèi)的接合部分246。一個四邊形的彈簧部分247設置在固定部件204的外部并在互相對著的一對頂點處連接到馬達接合部分上。在靠近所說頂點的位置制有兩個用以固定馬達的螺孔248。在互相對著的另一對頂點位置制有用以固定裝置的螺孔249。
下面描述本實施例的固定部件204的功能。
在中心線X被當作旋轉軸線的情況下，當施加一彎矩時，由于彎曲變形發(fā)生在彈簧部分，所以，只有馬達是傾斜的。同樣的現(xiàn)象也適用于把中心線Y當作旋轉軸線而施加彎矩的情況。通過合成這兩個變形力，則對具有紙面內(nèi)的旋轉軸線的所有的彎矩來說，馬達都能夠彈性地傾斜。對于作為中心的馬達轉動軸周圍的扭曲來說，它變成薄板的平面內(nèi)的扭曲且馬達的轉動軸具有大的剛度，因此，扭曲變形非常小。
雖然在前述第四至第六實施例中已經(jīng)使用了連接(鉸接)部分的扭轉，但由于在本實施例中使用了四個梁的彎曲，所以，出現(xiàn)在彈簧部分的應力小，而且，設計的自由度高。
(第九實施例)圖12A和12B示出了第九實施例。
第九實施例是前述第八實施例的變形。在裝置的側板203上制作了四個L型的通孔234，在該側板上形成四個梁，并用制在兩個頂點位置的馬達固定螺孔236對馬達予以固定。也就是說，為裝置的側板提供了前述第八實施例的固定部件的功能。
和前述第七實施例相比，由于使用了梁的彎曲，所以，產(chǎn)生的應力小。即便在使用通常用作裝置外殼的材料的小應力范圍的鋼板的情況下，也能夠進行高自由度的設計。
上述各個實施例中的滾筒可以應用于各種各樣的領域。例如，它能應用于印刷機的壓印輥，復印設備的轉印輥或充電輥，定影裝置的加壓和加熱輥等等。本發(fā)明并不局限于滾筒，其他的、例如復印設備的感光鼓或類似部件也能夠用作被驅動部件。
圖13A至13C和14A至14C是用來解釋本實施例的工作過程的示意圖。圖13A是一表示在滾筒和馬達軸出現(xiàn)傾斜的情況下的滾筒和馬達總成的示意圖。圖13B是一表示在不使用固定部件的情況下的變形的示意圖。圖13C表示使用了固定部件的一個例子。如圖13A所示，當滾筒和馬達軸的連接部分出現(xiàn)傾斜時，如果馬達外殼和滾筒軸承是直接固定在裝置外殼上的，那么，彎矩在便于緩沖該傾斜的方向作用在馬達軸上(圖13B)。用以支撐馬達軸的一對球軸承承受使振動部件和運動部件互相壓力接觸的那個力的反作用力，作為其軸向負載。因此，由于承受由從滾筒得到的彎矩所引起的徑向負荷，所以，負載扭矩增加而且壽命也縮短。另外，當馬達軸晃動時，施壓彈簧也晃動。因此，用以使轉子與定子發(fā)生壓力接觸的壓力隨轉動一起變化且產(chǎn)生的轉矩出現(xiàn)變化。
通過用在旋轉方向具有高的剛度且能夠輕易地傾斜的(如圖13C所示)固定部件把馬達固定在裝置的安裝部分上，則各部分的變形及對馬達軸的彎矩都可減小。能夠以高的精度、高的剛度和高的可控性進行驅動。
圖14A至14C是表示在馬達軸和滾筒軸線中心不重合的情況下本發(fā)明的操作過程的示意圖。圖14A是滾筒和馬達總成的示意圖。圖14B是表示在不使用固定部件的情況下的變形的示意圖。圖14C表示使用了固定部件的一個例子。以與滾筒和馬達軸出現(xiàn)傾斜的情況類似的方式，當把馬達和滾筒軸承直接固定到裝置安裝部分上時(圖14B)，彎矩在便于緩沖傾斜的方向作用在馬達軸上。但是，如圖14C所示，通過用固定部件把馬達固定到裝置的安裝部分，則馬達的彎矩能夠減小。
如上所述，根據(jù)第五至第九實施例，振動波馬達具有要固定到被驅動裝置上的固定部件，該固定部件如此支撐—即，約束馬達的轉動方向并對傾斜稍稍地放松。于是，在使用“直接驅動”或高剛度的傳動系統(tǒng)的情況下，因被驅動部件和馬達軸之間的連接誤差而在各個零件上引起的負載能夠被馬達的傾斜所吸收，所說連接誤差是加工公差和裝配公差所造成的。
因此，各個部件的變形、因馬達軸承上的徑向負載的增加而導致的壽命的縮短、因負載轉矩的增加而導致的精度的破壞、以及因馬達軸晃動引起壓力變化而導致的產(chǎn)生的轉矩的變化均得以減小。能夠以高的精度、高的剛度和高的可控性進行驅動。
權利要求
1.一種具有一振動波馬達的振動型驅動裝置，包括至少一個能激起振動的振動部件和一個與所說的振動部件相接觸并被轉動的運動部件；其特征是所說的振動波馬達通過一固定部件固定在裝置的連接部分，所說的固定部分約束振動波馬達自身的轉動方向并能在傾斜方向引起位移。
2.根據(jù)權利要求1所述的裝置，其特征是，所說的固定部件由薄的板簧形成。
3.根據(jù)權利要求1所述的裝置，其特征是，所說的固定部件與一個具有所說的裝置安裝部分的外殼制成一體。
4.根據(jù)權利要求2所述的裝置，其特征是，所說的固定部件與一個具有所說的裝置安裝部分的外殼制成一體。
5.根據(jù)權利要求1所述的裝置，其特征是，所說的振動波馬達具有一個固定到所說運動部件上的輸出軸，該輸出軸直接轉動被驅動部件。
6.根據(jù)權利要求5所述的裝置，其特征是，把一鼓狀轉動部件用作所說的被驅動部件。
7.根據(jù)權利要求2所述的裝置，其特征是，所說的振動波馬達具有一個固定到所說運動部件上的輸出軸，該輸出軸直接轉動被驅動部件。
全文摘要
一種具有一振動波馬達的振動型驅動裝置，包括至少一個能激起振動的振動部件和一個與所說的振動部件相接觸并被轉動的運動部件；所說的振動波馬達通過一固定部件固定在裝置的連接部分，所說的固定部分約束振動波馬達自身的轉動方向并能在傾斜方向引起位移。
文檔編號H01L41/09GK1490090SQ0314533
公開日2004年4月21日 申請日期1997年12月26日 優(yōu)先權日1996年12月26日
發(fā)明者藤本幸輔 申請人:佳能株式會社