JP6152019B2 - Linear drive unit using ultrasonic motor - Google Patents
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Description
本発明は、小型軽量、高速駆動、かつ、静音駆動が求められる撮像装置のレンズ鏡筒等に応用される超音波モータを用いたリニア駆動ユニットに関する。特に高い停止位置精度が要求されるリニア駆動ユニットに関する。 The present invention relates to a linear drive unit using an ultrasonic motor that is applied to a lens barrel or the like of an imaging apparatus that is required to be small and light, high-speed drive, and quiet drive. In particular, the present invention relates to a linear drive unit that requires high stop position accuracy.
圧電素子の超音波振動を利用した超音波モータは小型で高い駆動力が得られ、広い速度レンジにも対応し、低振動かつ低騒音であるという優れた特徴を有している。又、超音波モータの振動部と被駆動体との間に摩擦力が生じることから、無通電であっても被駆動体の停止位置を保持する力(以下、保持力と略す)が大きいという特徴も有している。このような超音波モータを用いてリニア駆動ユニットを構成する際、超音波モータを2個用いると、1個用いた場合に比べて、駆動力及び保持力が約2倍になるというメリットがある。 The ultrasonic motor using the ultrasonic vibration of the piezoelectric element has a small size and high driving force, has an excellent feature that it corresponds to a wide speed range, low vibration and low noise. Further, since a frictional force is generated between the vibration part of the ultrasonic motor and the driven body, the force for holding the stopped position of the driven body (hereinafter abbreviated as a holding force) is large even when no current is applied. It also has features. When a linear drive unit is configured using such an ultrasonic motor, the use of two ultrasonic motors has the advantage that the driving force and holding force are approximately doubled compared to the case where one ultrasonic motor is used. .
このようなリニア駆動ユニットの発明が、例えば特許文献1や特許文献2に開示されている。
The invention of such a linear drive unit is disclosed in
従来のリニア駆動ユニットについて図11及び図12を参照し説明する。なお、図において同一部材は同一記号で図示され、X、Y、Z軸の互いに直交する3軸の共通する座標系を用いて説明している。 A conventional linear drive unit will be described with reference to FIGS. In the figure, the same members are indicated by the same symbols, and are described using a coordinate system common to the three axes of the X, Y, and Z axes orthogonal to each other.
図11は超音波モータを2個用いた従来のリニア駆動ユニットの構成を示した図である。図11(a)は正面図、図11(b)は図11(a)に組み立てる前の状態を示した分解図であり、図11(a)と同じ方向から見た図である。 FIG. 11 is a diagram showing a configuration of a conventional linear drive unit using two ultrasonic motors. FIG. 11A is a front view, and FIG. 11B is an exploded view showing the state before assembly in FIG. 11A, and is a view seen from the same direction as FIG. 11A.
図12は従来のリニア駆動ユニットの他の構成としてリニア駆動ユニット600の正面図である。
FIG. 12 is a front view of a
リニア駆動ユニット500は上側振動子101及び下側振動子102を有している。上側振動子101は2つの突起101a、101bと不図示の圧電素子とを有している。下側振動子102は2つの突起102a、102bと不図示の圧電素子とを有している。リニア駆動ユニット500は、上側保持部材103と、下側保持部材104と、上側支持台106a及び下側支持台106bを備える支持台106とを有している。リニア駆動ユニット500は更に摩擦部材108と加圧ばね109とを有している。
The
リニア駆動ユニット600は、リニア駆動ユニット500と同様に、不図示の圧電素子と2つの突起とを備える上側振動子201及び下側振動子202を有している。リニア駆動ユニット600はまた上側保持部材203と下側保持部材204とを有している。上側振動子201と上側保持部材203との間と、下側振動子202と下側保持部材204との間とには、上側フエルトシート211及び下側フエルトシート212がそれぞれ貼られている。リニア駆動ユニット600は更に、リニア駆動ユニット500と同様の、上側支持台106a及び下側支持台106bを備える支持台106と、摩擦部材108と、加圧ばね109とを有している。
Similar to the
リニア駆動ユニット500の上側保持部材103は、上側保持部103aにおいて、上側振動子101を上側保持部103a周りの方向(矢印C)に回動自由に保持している。下側保持部材104は下側保持部104aにおいて下側振動子102を回転不可に固定し保持している。支持台106は、上側支持台106aにおいて上側保持部材103を鉛直方向(Z軸方向)に案内可能に支持し、下側支持台106bにおいて下側保持部材104を固定し支持している。摩擦部材108は上側振動子101と下側振動子102との間に設けられ、上側振動子101の突起101a、101bと下側振動子102の突起102a、102bとに接触している。加圧ばね109は、上端が上側支持台の106aに当接し、下端が上側保持部材103に当接し、それぞれに押圧力を作用している。
The
リニア駆動ユニット600の上側保持部材203は、上側保持部203aにおいて、上側フエルトシート211を備える上側振動子201を保持している。下側保持部材204は、下側フエルトシート212を備える下側振動子202を回転不可に固定し保持している。支持台106は、上側支持台106aにおいて上側保持部材203を鉛直方向(Z軸方向)に案内可能に支持し、下側支持台106bにおいて下側フエルトシート212を介して下側保持部材204を固定し支持している。摩擦部材108は、リニア駆動装置500と同様に、上側振動子201と下側振動子202との間に設けられ、突起101a、101bと突起102a、102bとに接触している。加圧ばね109は、上端が上側支持台106aに当接し、下端が上側保持部材203に当接し、それぞれに押圧力を作用している。
The
次に、従来のリニア駆動ユニットの作用について説明する。
リニア駆動ユニット500の支持台106は、不図示の固定部に固定され、固定側となっている。一方、摩擦部材108は、支持台106に対し相対移動が可能なため、可動側となっている。加圧ばね109の押圧力によって、上側振動子101と上側保持部材103が摩擦部材108を介して固定された下側振動子102に加圧され、上側振動子101及び下側振動子102と摩擦部材108との接触面に摩擦力が発生する。不図示の給電手段より高周波交流電圧が印加されることで上側振動子101及び下側振動子102は超音波振動する。そして、上側振動子101及び下側振動子102と摩擦部材108との間の摩擦力によって、摩擦部材108が支持台106に対しX軸方向にリニア駆動する。当該リニア駆動は駆動接続部108aにより外部に伝達される。なお、上側振動子101はその中央で上側保持部材103に保持され、下側振動子102はその中央で下側保持部材104に保持されている。当該中央は各振動子の超音波振動の節に当たる部分である。従って、超音波振動の腹の振動を阻害することなく最大駆動力を得ている。高周波交流電圧が無通電である場合には、当該摩擦力の影響により、摩擦部材108の支持台106に対する停止位置を保持する。以上のような作用は、2個の振動子を使用する方が、1個の振動子を使用する場合に比べ、約2倍の駆動力と保持力を有する。
Next, the operation of the conventional linear drive unit will be described.
The
一方、リニア駆動ユニット600においても、支持体106が固定側であり、摩擦部材108が可動側となり、リニア駆動ユニット500と同様の作用を有する。したがって、摩擦部材108は、支持台106に対し相対移動が可能である。この構造に関し、振動の媒質となる要素が少なく振動を減衰し抑制する効果の低い材質のフエルトシートを振動子の裏面に貼り、フエルトシートを介して保持し加圧することによっても、振動を阻害することなく、最大限の駆動力を得ることができる。
On the other hand, in the
一般的にリニア駆動ユニットにおいては、最大限の駆動力を得るための第一の要件と、停止位置精度を高精度にするための第二の要件が必要である。 Generally, in a linear drive unit, a first requirement for obtaining the maximum driving force and a second requirement for increasing the stop position accuracy are necessary.
最大限の駆動力を得るための第一の要件は、振動子の突起と摩擦部材との間の十分な摩擦力を発生させるため、加圧ばねの押圧力の方向の振動子の自由な移動を阻害しないこと、及び振動子の大きな振動を得るため、振動子の振動を阻害しないことである。又、停止位置精度を高精度にするための第二の要件は目標停止位置精度に対して可動側の進行方向の機械的応答遅れ要素が十分小さいことである。 The first requirement for obtaining the maximum driving force is to generate sufficient frictional force between the protrusion of the oscillator and the friction member, so that the oscillator can move freely in the direction of the pressing force of the pressure spring. In order to obtain a large vibration of the vibrator, the vibration of the vibrator is not inhibited. The second requirement for making the stop position accuracy high is that the mechanical response delay element in the moving direction on the movable side is sufficiently small with respect to the target stop position accuracy.
しかしながら、上述の特許文献1及び特許文献2に開示された従来技術のリニア駆動ユニットでは以下のような課題があった。
However, the conventional linear drive units disclosed in
リニア駆動ユニット500では、下側振動子102は下側保持部材104を介して下側支持台体106bに固定されている。しかし、上側振動子101は上側保持部材103を介して上側支持台体106aに回転可能に支持されている。従って、回転可能な支持に必要な隙間の分だけ機械的な遅れを生じる。ここで、上側振動子101の加圧方向の自由な移動を阻害しないために、当該隙間は数μm程度は必要である。数μm程度の隙間は、目標停止位置精度を例えば数μm以下とする場合には、大きな機械的応答遅れの原因となり、前述の第二の要件を満たさない。
In the
また、リニア駆動ユニット600では、その機械的応答遅れ要素は、リニア駆動ユニット500と同様の、上側振動子201が上側保持部材203を介して上側支持台体106aに回転可能に支持されるのに必要な隙間だけではなく、上側フエルトシート211のせん断方向の変形も加わることになる。そうすると、目標停止位置精度を例えば数μm以下とする場合には、大きな機械的応答遅れの原因となり、リニア駆動ユニット500以上に前述の第二の要件を満たさない。
Further, in the
以上より、リニア駆動ユニット500の上側振動子101もリニア駆動ユニット600の上側振動子201も、上側支持台に対し回転可能に支持されている。従って、目標停止位置精度に対して大きな機械的応答遅れ要素を有している。
As described above, both the
一方、上側振動子201が上側保持部材を介して上側支持台体に回転可能に支持されるための隙間を十分に小さい量にした場合、上側振動子201における加圧ばねの押圧力の方向の自由な移動を阻害する。その結果、第一の要件を満たさない。
On the other hand, when the gap for the
以上説明した通り、従来のリニア駆動ユニットでは、加圧ばねの押圧力の方向の上側振動子201の自由な移動及び上側振動子201の振動を阻害せずに、目標停止位置精度に対する停止位置精度を高精度にできない問題があった。
As described above, in the conventional linear drive unit, the stop position accuracy with respect to the target stop position accuracy without hindering the free movement of the
上記の課題を解決するために、本発明のリニア駆動ユニットは、高周波振動を発生する2つの振動子と、前記2つの振動子の一方の振動子を保持する第一の保持部材と、前記一方の振動子と対向するように前記2つの振動子の他方の振動子を保持する第二の保持部材と、前記第一の保持部材と第二の保持部材とを連結する連結部材と、前記第一の保持部材と前記第二の保持部材との一部を貫通して延在する支持軸であって、前記第一の保持部材と第二の保持部材とを前記支持軸の軸心周りに回転可能に支持する支持軸と、前記2つの振動子が互いに近づく方向に押圧力を与える加圧部材と、前記支持軸の延在方向に延在し、前記2つの振動子の間に挟持される摩擦部材と、を有し、前記高周波振動により、前記2つの振動子と前記摩擦部材との一方は、その他方に対し前記延在方向への移動を行い、前記連結部材は、前記延在方向と直交する方向よりも前記延在方向に変位しにくい剛性を有することを特徴としている。 In order to solve the above problems, a linear drive unit of the present invention includes two vibrators that generate high-frequency vibrations, a first holding member that holds one vibrator of the two vibrators, and the one A second holding member for holding the other vibrator of the two vibrators so as to face the vibrator, a connecting member for connecting the first holding member and the second holding member, and the first A support shaft extending through part of one holding member and the second holding member, wherein the first holding member and the second holding member are arranged around an axis of the support shaft. A support shaft that is rotatably supported, a pressure member that applies a pressing force in a direction in which the two vibrators approach each other, and extends in the extending direction of the support shaft, and is sandwiched between the two vibrators. A friction member, and the high frequency vibration causes the two vibrators and the friction member to be One is to move between the said extending direction relative to the other of said connecting member is characterized by having a displacement hardly rigidity to the extending direction than in the direction perpendicular to the extending direction.
上記の手段により固定側から可動側までの間において、加圧ばねの押圧力の方向の振動子の自由な移動及び振動子の振動を阻害せず、停止位置精度を高精度にすることができるリニア駆動ユニットを提供することができる。 The stop position accuracy can be made high without obstructing the free movement of the vibrator in the direction of the pressing force of the pressure spring and the vibration of the vibrator between the fixed side and the movable side by the above means. A linear drive unit can be provided.
以下、本発明の好ましい実施の形態を添付の図面に基づいて詳細に説明する。なお、図において同一部材は同一記号で図示され、また共通する軸として、上側振動子及び下側振動子と摩擦部材との間の相対移動方向にX軸、加圧ばねの押圧力の方向にZ軸、X軸とZ軸とに互いに垂直な方向にY軸を設定し用いている。但し、当該X、Y、Z軸は、図面において理解を容易にするために設定しているものであり、本発明を限定するものではない。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the figure, the same member is indicated by the same symbol, and the common axis is the X axis in the relative movement direction between the upper vibrator and the lower vibrator and the friction member, and the direction of the pressing force of the pressure spring. The Y axis is set and used in a direction perpendicular to the Z axis, the X axis, and the Z axis. However, the X, Y, and Z axes are set for easy understanding in the drawings, and do not limit the present invention.
本発明の実施例1について図1から図6を参照し説明する。 A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
図1は超音波モータを2個用いた本実施例のリニア駆動ユニットであって、摩擦部材が駆動される構成を示す。図1(a)は平面図、図1(b)は図1(a)のa−a断面図、図1(c)は図1(b)のb−b断面図である。図2はリニア駆動ユニットの連結部材による連結の状態を示す。図3は図2の連結状態を分解した状態を示す。図3(a)は連結部材の斜視図、図3(b)は上側保持部材の斜視図、図3(c)は下側保持部材の斜視図である。図4は本実施例のリニア駆動ユニットにおいて、振動子が駆動される構成を示す。図4(a)は平面図、図4(b)は図4(a)のc−c断面図、図4(c)は図4(b)のd−d断面図である。図5は本実施例のリニア駆動ユニットにおいて、振動子にフエルトシートが追加され、摩擦部材が駆動される構成を示す。図5(a)は平面図、図5(b)は図5(a)のe−e断面図、図5(c)は図5(b)のf−f断面図である。図6は本実施例のリニア駆動ユニットにおいて、振動子にフエルトシートが追加され、振動子が駆動される構成を示す。図6(a)は平面図、図6(b)は図6(a)のg−g断面図、図6(c)は図6(b)のh−h断面図である。 FIG. 1 shows a linear drive unit of this embodiment using two ultrasonic motors, and shows a configuration in which a friction member is driven. 1A is a plan view, FIG. 1B is an aa cross-sectional view of FIG. 1A, and FIG. 1C is a bb cross-sectional view of FIG. 1B. FIG. 2 shows a state of connection by a connecting member of the linear drive unit. FIG. 3 shows a state where the connected state of FIG. 2 is disassembled. 3A is a perspective view of the connecting member, FIG. 3B is a perspective view of the upper holding member, and FIG. 3C is a perspective view of the lower holding member. FIG. 4 shows a configuration in which the vibrator is driven in the linear drive unit of this embodiment. 4A is a plan view, FIG. 4B is a cc cross-sectional view of FIG. 4A, and FIG. 4C is a dd cross-sectional view of FIG. 4B. FIG. 5 shows a configuration in which a felt sheet is added to the vibrator and the friction member is driven in the linear drive unit of this embodiment. 5A is a plan view, FIG. 5B is an ee sectional view of FIG. 5A, and FIG. 5C is an ff sectional view of FIG. 5B. FIG. 6 shows a configuration in which a felt sheet is added to the vibrator and the vibrator is driven in the linear drive unit of this embodiment. 6A is a plan view, FIG. 6B is a gg cross-sectional view of FIG. 6A, and FIG. 6C is a hh cross-sectional view of FIG. 6B.
本実施例のリニア駆動ユニット100は、上側振動子1及び下側振動子2の2つの振動子と、第一の保持部材としての上側保持部材3と、第二の保持部材としての下側保持部材4とを有している。リニア駆動ユニット100は更に、連結部材5と、支持軸としてのガイド軸7と、加圧部材としての加圧ばね9と、摩擦部材8とを有する。
The
2つの振動子の一方の振動子の上側振動子1及び他方の振動子の下側振動子2は対向しており、それぞれ、2つの突起1a、1b、突起2a、2bを有している。上側振動子1及び下側振動子2は更に不図示の圧電素子で構成され、高周波振動を発生する。上側保持部材3は上側保持部3aを介して上側振動子1を回転不可に固定し保持している。下側保持部材4は下側保持部4aを介して下側振動子4を固定し保持している。上側保持部材3及び下側保持部材4は連結部材5によって連結されている。ガイド軸7は支持台6に設けられ、上側保持部材3及び下側保持部材4はガイド軸7の軸心周りに回転可能に支持されている。リニア駆動ユニット100は、上面部と、下面部と、上面部の一方の端部と下面部の一方の端部とを接続する側面部とを有するばね押え部材10をさらに備える。加圧ばね9は下端が上側保持部材3に当接し、上端がばね押え部材10の上面部の内側に当接している。よって加圧ばね9は、上側保持部材3とばね押え部材10とに挟まれ、それぞれに押圧力を付与している。また下側保持部材4はばね押え部材10の下面部の内側と当接している。加圧ばね9によりばね押え部材10の上面部に付与された押圧力は側面部を介して下面部にも伝達される。その結果、下側保持部材4にも加圧ばね9による押圧力が付与される。本実施例においては、加圧ばね9とばね押え部材10とにより加圧手段を構成している。支持台6は不図示の固定部に固定され、摩擦部材8を移動可能に支持している。摩擦部材8はガイド軸の延在方向に延在する棒状物体である。摩擦部材8は、駆動接続部8aを有し、上側振動子1と下側振動子2との間に挟持されている。そして、加圧ばね9による所定の押圧力により、上側振動子1と下側振動子2とが摩擦部材8の方向、即ち、上側振動子1と下側振動子2とが互いに近づく方向に押圧される。
The
次に、上側保持部材3及び下側保持部材4と連結部材5との連結の構成について図2及び図3を参照し説明する。図2においては、上側保持部材3、下側保持部材4、連結部材5、支持台6以外は図の明瞭化のため省略している。また図3(b)と図3(c)においても、上側保持部材3及び下側保持部材4以外は図の明瞭化のため省略している。
Next, the structure of the connection between the upper holding
連結部材5は、XY平面に平行な面からなるXY屈曲可能面51、52、53、54と、XZ平面に平行な面からなるXZ屈曲可能面55と、ビス穴5a、5b、5c、5d、5eとを備える。XZ屈曲可能面55はX軸方向に切り欠きを更に有する。
The connecting
上側保持部材3は、上面部31と、突出部を有する上側中心リブ32と、右上側リブ33とを備える。下側保持部材4は、底面部41と、左下側突出リブ43を有する左下側リブ42と、下側中心リブ44と、右下側突出リブ45とを備える。
The
連結部材5においては、ビス穴5cとその両側に切り欠きが配置されたXZ屈曲可能面55を中心に、四隅にそれぞれのXY屈曲可能面51、52、53、54が折り曲げられて一体に接続されている。XY屈曲可能面51の端部、XY屈曲可能面52の端部、XY屈曲可能面53の端部、XY屈曲可能面54の端部には、それぞれビス穴5a、5b、5d、5eが設けられている。
In the connecting
上側保持部材の各リブ及び下側保持部材の各リブは、上面部31と底面部41のそれぞれにおいて、同一のY軸方向の端部に配置されている。上側中心リブ32は、X軸方向にガイド軸7を挿入するための貫通した丸穴3bと、Y軸方向の外側に突出した突出部にビス穴3cを設けている。右上側リブ33はX軸方向にガイド軸7を挿入するための貫通した長穴3dを設けている。左下側リブ42はX軸方向にガイド軸7を挿入するための貫通した長穴4bを設けている。左下側リブ42からY軸方向の外側に突出した左下側突出リブ43はZ軸方向の上側にビス穴4cを設けている。下側中心リブ44はX軸方向にガイド軸7を挿入するための貫通した丸穴4dを設けている。右下側突出リブ45はZ軸方向の上側にビス穴4eを設けている。
Each rib of the upper holding member and each rib of the lower holding member are arranged at the same end in the Y-axis direction in each of the
連結部材5のビス穴5cと上側保持部材3のビス穴3cとはビス11cにより締結される。連結部材5のビス穴5dと下側保持部材4のビス穴4cとはビス11dにより締結される。連結部材5のビス穴5eと下側保持部材4のビス穴4eとはビス11eにより締結されている。
The
以上のようなビス止めによる締結により、上側保持部材3と下側保持部材4とは連結部材5を介して連結される。また本実施例1においては、摩擦部材8が上側振動子1及び下側振動子2に対して移動する、即ち、上側振動子1及び下側振動子2は不動である。よって、支持台6に対し連結部材5がビス穴5a、5bを介してビス11a、11bによりそれぞれ締結される。摩擦部材8により発生するリニア駆動は駆動接続部8aにより外部に伝達される。
The
なお、本実施例においてはビス止めによる固定方法を採用したが、ビス止めに限らず、溶着、接着、インサート成型等の方法であっても、同様の効果を得ることができる。 In addition, although the fixing method by screwing was adopted in the present embodiment, the same effect can be obtained not only by screwing but also by methods such as welding, adhesion, and insert molding.
また不図示のガイド軸7が、下側保持部材4の長穴4b及び丸穴4dと上側保持部材3の丸穴3b及び長穴3dとに、図の一点鎖線に沿ってX軸方向に挿入される。そしてガイド軸7の両端は支持台に固定される。よって、上側保持部材3及び下側保持部材4は、ガイド軸7に沿って、上側保持部材及び下側保持部材4と摩擦部材との相対移動方向であるX軸方向に案内される。ここで、上側保持部材3の丸穴3bと長穴3dとの組み合わせ、及び下側保持部材4の丸穴4dと長穴4bとの組み合わせが案内部として機能する。なお、各案内部の組み合わせにおいて丸穴が長穴であっても、上側保持部材3と下側保持部材4の間の隣り合う長穴の交差部を丸穴とすることができる。
A guide shaft 7 (not shown) is inserted in the X-axis direction along the dashed line in the figure into the
続いて図4を参照し、本実施例においてリニア駆動ユニット100に対し、摩擦部材8を固定側、上側振動子1及び下側振動子2を可動側とした場合のリニア駆動ユニット200について説明をする。
Next, with reference to FIG. 4, the
リニア駆動ユニット200はリニア駆動ユニット100と同様の構造が適用される。リニア駆動ユニット200の連結部材5は、上側保持部材3と下側保持部材4とはリニア駆動ユニット100と同様な連結方法であるが、しかし支持台6との締結は有していない。摩擦部材8は上側振動子1と下側振動子2との間に設けられ支持台6にその両端が固定されている。リニア駆動ユニット200においては、リニア駆動ユニット100と異なり、摩擦部材8が固定側、上側振動子1と下側振動子2とが可動側となっている。そのため、連結部材5部に不図示の被駆動体を連結することによって、リニア駆動を取り出すことができる。
The
続いて図5を参照し、本実施例において、リニア駆動ユニット100と同様の構造を有するが、上側振動子1及び下側振動子2の構成が異なる場合のリニア駆動ユニット300について説明をする。
Next, with reference to FIG. 5, a
リニア駆動ユニット300においてはリニア駆動ユニット100と同様に、上側振動子1と下側振動子2とが固定側、摩擦部材8が可動側となっている。リニア駆動ユニット300は、リニア駆動ユニット100に対し、上側振動子1及び下側振動子2の突起が配置されている面の裏面に、従来技術と同様の効果を有する上側フエルトシート25及び下側フエルトシート26が貼られている。そして、上側加圧板27及び下側加圧板28をそれぞれ介し、加圧ばね9で加圧されている。このため、上側振動子1及び下側振動子2の端部のみが上側保持部材3及び下側保持部材4に固定されている。リニア駆動ユニット300においては、リニア駆動ユニット100の上側保持部3a、下側保持部4aは存在しない構成となっている。
In the
続いて図6を参照し、本実施例において、リニア駆動ユニット200と同様の構造を有するが、上側振動子1及び下側振動子2の構成が異なる場合のリニア駆動ユニット400について説明をする。
Next, with reference to FIG. 6, a
リニア駆動ユニット400においてはリニア駆動ユニット200と同様に、摩擦部材8が固定側、上側振動子1と下側振動子2とが可動側となっている。リニア駆動ユニット400は、リニア駆動ユニット200に対し、上側振動子1及び下側振動子2の突起が配置されている面の裏面に、従来技術と同様の効果を有する上側フエルトシート25及び下側フエルトシート26が貼られている。そして、上側加圧板27及び下側加圧板28を介して加圧ばね9で加圧されている。このため、上側振動子1及び下側振動子2の端部のみが上側保持部材3及び下側保持部材4に固定されている。リニア駆動ユニット400においては、リニア駆動ユニット200の上側保持部3a、下側保持部4aは存在しない構成となっている。また、リニア駆動ユニット400の保持部材5は、上側保持部材3と下側保持部材4とをリニア駆動ユニット100と同様な連結方法で連結している、しかし支持台6との締結は有していない。摩擦部材8は上側振動子1と下側振動子2との間に設けられ支持台6にその両端が固定されている。なお、連結部材5に不図示の被駆動体を連結することによって、リニア駆動ユニット400ではリニア駆動を取り出すことができる。
In the
次に、図7を参照して本実施例の作用と効果について説明する。
なお図7はリニア駆動ユニット100を代表として示している。しかしリニア駆動ユニット200、300、400においても同様の効果を発生する。また上側支持部材3、下側支持部材4、連結部材5、支持台6以外は図の明瞭化のため省略している。
Next, operations and effects of the present embodiment will be described with reference to FIG.
FIG. 7 shows the
本実施例においては、加圧ばね9が付与する押圧力によって、上側振動子1及び下側振動子2が、上側保持部材3及び下側保持部材4をそれぞれ介して摩擦部材8に加圧されて接触される。即ち、上側振動子1と下側振動子2とが互いに近づく方向に加圧ばね9により押圧される。そのため、上側振動子1及び下側振動子2と摩擦部材8との接触面に摩擦力が発生する。不図示の給電手段より高周波交流電圧が印加され、上側振動子1及び下側振動子2が超音波振動を発生する。当該摩擦力によって上側振動子1及び下側振動子2と摩擦部材8との間に相対移動が生じ、X軸方向にリニア駆動を発生する。
In this embodiment, the
不図示のカイド軸7が、下側保持部材4の長穴4b及び丸穴4dと、上側保持部材3の丸穴3b及び長穴3dとに、カイド軸7の軸心が図の一点鎖線に沿うように、X軸方向に挿入されている。そのため、上側保持部材3及び下側保持部材4は、X軸に平行なカイド軸7の軸心を中心として矢印Aの回転方向に揺動可能(回転可能)である。また、ガイド軸7と、下側保持部材4の長穴4bと丸穴4d及び上側保持部材3の丸穴3bと長穴3dとの間には隙間が存在する。従って、ビス5cの位置において、上側保持部材3及び下側保持部材4は、上側振動子1及び下側振動子2と摩擦部材8との間の相対移動方向であるX軸と、加圧ばね9の押圧力の方向であるZ軸とに垂直なY軸を中心として矢印Bの回転方向に揺動可能(回転可能)である。そして、リニア駆動ユニット100及びリニア駆動ユニット300の場合は、図のX軸方向に摩擦部材8が移動してリニア駆動を発生する。またリニア駆動ユニット200及びリニア駆動ユニット400の場合には、上側振動子1及び下側振動子2がX軸方向に移動してリニア駆動を発生する。
The guide shaft 7 (not shown) is formed into the
また、高周波交流電圧が印加された駆動時においても、印加されない停止時においても、2つの振動子の摩擦力が作用するため、振動子が1つである場合に比べ、約2倍の駆動力と保持力を発生する。 In addition, since the frictional force of the two vibrators acts at the time of driving to which the high-frequency AC voltage is applied and at the time of stopping when the voltage is not applied, the driving force is approximately twice that of the case of one vibrator. And generate a holding force.
なお、本実施例において加圧ばね8は圧縮ばねを想定したが、上側保持部材3及び下側保持部材4を直接接続する引張ばねを採用しても、同様の効果を得ることができる。
In the present embodiment, the
連結部材5は、屈曲変形可能面であるXY屈曲可能面51、52、53、54とXZ屈曲可能面55とがX軸に平行である。即ち、全ての屈曲変形可能面が振動子の進行方向であるX軸に平行である。よって、上側振動子1及び下側振動子2を互いにX軸方向に変位させても、連結部材5が弾性体であって、主に引張変形、圧縮変形し、屈曲変形する量は微小である。従って、連結部材5はX軸方向の変位に対する曲げ剛性は大きく、当該曲げ剛性を保つための断面形状を有している。即ち、連結部材5の変形量は目標停止位置精度を例えば数μm以下とする場合であっても十分に小さくすることができる。この結果、本実施例のリニア駆動ユニットは、目標停止位置精度に対して進行方向の機械的応答遅れ要素が十分小さいという、停止位置精度を高精度にするための要件を満たすことができる。連結部材5は更に、XY屈曲可能面51、52、53、54とXZ屈曲可能面55とが互いに平行ではない。即ち、二以上の全ての屈曲変形可能面のうち少なくとも2面が互いに平行ではない。この結果、上側振動子1及び下側振動子2を互いにY軸方向やZ軸方向に変位させても、連結部材5はXY屈曲可能面51、52、53、54又はXZ屈曲可能面55が屈曲変形できる。従って、連結部材5はX軸方向に直交するY軸方向やZ軸方向の変位に対する剛性は小さい。即ち、その連結部材5の剛性は加圧ばね9の押圧力に対して小さい。この結果、本実施例のリニア駆動ユニットは、十分な摩擦力を発生させるため振動子の加圧方向の自由な移動を阻害せず、かつ、大きな振動を得るため振動子の振動を阻害しないという、最大限の駆動力を得るための要件を満たすことができる。
In the connecting
本実施例では、上側振動子1及び下側振動子2を保持している上側保持部材3と下側保持部材4とがガイド軸7の周辺で近接した位置に設けられているので、停止位置精度を高精度にするための要件と最大限の駆動力を得るための要件を同時に満たすように上側振動子1と下側振動子2とを連結することができる。
In the present embodiment, the upper holding
以上説明した通り、本実施例のリニア駆動ユニットは、目標停止位置精度に対して進行方向の機械的応答遅れ要素が十分小さく、停止位置精度を高精度にできる。 As described above, the linear drive unit of the present embodiment has a sufficiently small mechanical response delay element in the traveling direction with respect to the target stop position accuracy, and can make the stop position accuracy highly accurate.
続いて、本発明の実施例2について図8を参照し説明する。 Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
実施例1では、連結部材は、全ての屈曲変形可能面が振動子の進行方向であるX軸に平行であり、全ての屈曲変形可能面のうち少なくとも2面が互いに平行ではない構成であった。 In the first embodiment, all of the bending deformable surfaces are parallel to the X-axis that is the traveling direction of the vibrator, and at least two of the bending deformable surfaces are not parallel to each other. .
本実施例では、実施例1のこれらの特徴を満たす他の形状の連結部材を使用している。 In the present embodiment, a connecting member having another shape that satisfies these characteristics of the first embodiment is used.
図8は本発明の実施例2に係るリニア駆動ユニットの連結部材による連結の状態を説明する図である。 FIG. 8 is a diagram for explaining a state of connection by the connecting member of the linear drive unit according to the second embodiment of the present invention.
本実施例において、上側保持部材3は実施例1と共通である。下側保持部材4Aは、底面部41と、左下側リブ42と、下側中心突出リブ46を有する下側中心リブ44とを備える。下側中心突出リブ46はZ軸方向の上側にビス穴4fを設けている。
In the present embodiment, the upper holding
連結部材5Aは、XY平面を平行な面からなるXY屈曲可能面51、52、56と、XZ平面と平行な面をからなるXZ屈曲可能面55と、ビス穴5a、5b、5fとを備える。XZ屈曲可能面55はX軸方向に切り欠きを更に有する。
The connecting member 5A includes XY bendable surfaces 51, 52, and 56 that are parallel to the XY plane, an XZ
連結部材5Aにおいては、XZ屈曲可能面55を中心に、上側二隅においてXY屈曲可能面51、52がXZ屈曲可能面55に折り曲げられて一体に接続されている。また、下側二隅においてはXY屈曲可能面56が折り曲げられて一体に接続されている。XY屈曲可能面51の端部、XY屈曲可能面52の端部、XY屈曲可能面54の中間には、それぞれビス穴5a、5b、5fが設けられている。
In the connecting member 5A, the XY bendable surfaces 51 and 52 are bent at the two upper corners around the XZ
連結部材5Aのビス穴5a、5b、5cは、実施例1と同様の構成で上側保持部材3とビス締結のため使用される。連結部材5Aのビス穴5fは下側保持部材4Aのビス穴4fとビス締結するために使用される。
The screw holes 5a, 5b, and 5c of the connecting member 5A are used for fastening screws with the upper holding
連結部材5Aにおいても、XY屈曲可能面51、52、56とXZ屈曲可能面55とが振動子の進行方向(X軸方向)に平行であり、互いに平行ではない。従って本実施例の連結部材5Aは、実施例1の連結部材5の要件を満たしている。又、連結部材が進行方向に張力を有する弦状の線材であっても同様の効果が得られる。
Also in the connecting member 5A, the XY bendable surfaces 51, 52, 56 and the XZ
続いて、本発明の実施例3について図9を参照し説明する。
Next,
図9は本発明の実施例3に係るリニア駆動ユニットの連結部材による連結の状態を説明する図である。 FIG. 9 is a view for explaining a state of connection by the connecting member of the linear drive unit according to the third embodiment of the present invention.
本実施例において、上側保持部材3と下側保持部材4とは実施例1と共通である。
In the present embodiment, the upper holding
連結部材5Bは、XY平面と一致するXY屈曲可能面51、52、57、58と、XZ平面に平行な面を有するXZ屈曲可能面55と、ビス穴5a、5b、5c、5d、5eとを備える。XZ屈曲可能面55はX軸方向に切り欠きを更に有する。
The connecting member 5B includes XY bendable surfaces 51, 52, 57, 58 that coincide with the XY plane, an XZ
本実施例の連結部材5Bにおいては、XY屈曲可能面57が連結部材5のXY屈曲可能面53に対応し、XY屈曲可能面58が連結部材5のXY屈曲可能面54に対応する。しかしながら、XY屈曲可能面57はYZ平面に平行な面を有する段差を備え、XY屈曲可能面58はYZ平面に平行な面を有する段差を備えている。
In the connecting
本実施例の連結部材5Bの構成は、全ての屈曲変形可能面が振動子の進行方向であるX軸に平行であるという連結部材5の特徴を満たしていない。
The configuration of the connecting member 5B according to the present embodiment does not satisfy the feature of the connecting
連結部材5Bが必ずしもこの特徴を満たしていなくても、上側保持部材3及び下側保持部材4をX軸方向に変位させる力に対する剛性が十分大きく、X軸方向に直交する方向に変位させる剛性が小さければ、実施例1と同様の効果を得ることができる。
Even if the connecting member 5B does not necessarily satisfy this feature, the rigidity with respect to the force for displacing the upper holding
即ち、連結部材5Bは、YZ平面に平行な面を有する段差が振動子の進行方向に平行ではないので、全ての屈曲変形可能面が振動子の進行方向であるX軸に平行であるという特徴を満たしていない。しかし、段差の面が十分に小さく、X軸方向に変位させる剛性が大きく、その変形量が目標停止位置精度に対して十分小さい量であれば、実施例1と同様の効果を得ることができる。 That is, the connecting member 5B has a feature that a step having a plane parallel to the YZ plane is not parallel to the traveling direction of the vibrator, and therefore all the bending-deformable surfaces are parallel to the X axis that is the traveling direction of the vibrator. Does not meet. However, if the surface of the step is sufficiently small, the rigidity to be displaced in the X-axis direction is large, and the amount of deformation is sufficiently small with respect to the target stop position accuracy, the same effect as in the first embodiment can be obtained. .
続いて、本発明の実施例4について図10を参照し説明する。
図10は本発明の実施例4に係るリニア駆動ユニットの連結部材による連結の状態を説明する図である。
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
FIG. 10 is a view for explaining a state of connection by the connecting member of the linear drive unit according to the fourth embodiment of the present invention.
本実施例において、上側保持部材3は実施例1と共通である。下側保持部材4Bは、底面部41と、Y軸方向の外側に突出した突出部を有する左下側リブ42と、下側中心リブ44と、Y軸方向の外側に突出した突出部を有する右下側リブ47とを備える。左下側リブ42の突出部はビス穴4gを設け、右下側リブ47の突出部はビス穴4hを設けている。
In the present embodiment, the upper holding
連結部材5Cは、XZ平面に平行な面でありX軸方向に直線形状を有するXZ屈曲可能面59と、ビス穴5c、5g、5h、5i、5jとを備えている。XZ屈曲可能面59はZ軸方向に幅Wを有している。
The connecting
連結部材5Cのビス穴5cは、実施例1と同様の構成で上側保持部材3とビス締結のため使用される。連結部材5Cのビス穴5hは下側保持部材4Bのビス穴4gとビス締結するために使用される。ビス穴5iは下側保持部材4Bのビス穴4hとビス締結するために使用される。連結部材5Cのビス穴5g、5jは上側振動子及び下側振動子が固定側の場合に支持台とビス締結するために使用される。
The
本実施例の連結部材5Cの構成は、XZ面面に平行な一つの屈曲変形可能面のみで構成されているので、二以上の全ての屈曲変形可能面のうち少なくとも2面が互いに平行ではないという連結部材5の特徴を満たしていない。
Since the configuration of the connecting
しかし、連結部材5Cが必ずしもこの特徴を満たしていなくても、X軸方向のリニア駆動ユニットの動作において連結部材5Cの幅Wが小さく、Y軸方向に変位させる荷重が十分小さければ、実施例1と同様の効果を得ることができる。
However, even if the connecting
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態には限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。 As mentioned above, although preferable embodiment of this invention was described, this invention is not limited to these embodiment, A various deformation | transformation and change are possible within the range of the summary.
本発明のリニア駆動ユニットは、小型軽量かつ高速駆動が求められる撮像装置のレンズ鏡筒、特に停止位置精度が要求される動画対応レンズ鏡筒等に利用可能である。 The linear drive unit of the present invention can be used for a lens barrel of an image pickup apparatus that is required to be small, light, and driven at high speed, particularly a moving image-compatible lens barrel that requires stop position accuracy.
1 上側振動子
2 下側振動子
3 上側保持部材
4 下側保持部材
4A 下側保持部材
4B 下側保持部材
5 連結部材
5A 連結部材
5B 連結部材
5C 連結部材
6 支持台
7 ガイド軸
8 摩擦部材
9 加圧ばね
Claims (7)
前記2つの振動子の一方の振動子を保持する第一の保持部材と、
前記一方の振動子と対向するように前記2つの振動子の他方の振動子を保持する第二の保持部材と、
前記第一の保持部材と第二の保持部材とを連結する連結部材と、
前記第一の保持部材と前記第二の保持部材との一部を貫通して延在する支持軸であって、前記第一の保持部材と第二の保持部材とを前記支持軸の軸心周りに回転可能に支持する支持軸と、
前記2つの振動子が互いに近づく方向に押圧力を与える加圧部材と、
前記支持軸の延在方向に延在し、前記2つの振動子の間に挟持される摩擦部材と、
を有し、
前記高周波振動により、前記2つの振動子と前記摩擦部材との一方は、その他方に対し前記延在方向への移動を行い、
前記連結部材は、前記延在方向と直交する方向よりも前記延在方向に変位しにくい剛性を有することを特徴とするリニア駆動ユニット。 Two vibrators that generate high-frequency vibrations;
A first holding member for holding one of the two vibrators;
A second holding member that holds the other vibrator of the two vibrators so as to face the one vibrator;
A connecting member that connects the first holding member and the second holding member;
A support shaft extending through a part of the first holding member and the second holding member, wherein the first holding member and the second holding member are axial centers of the support shafts. A support shaft that rotatably supports around,
A pressing member that applies a pressing force in a direction in which the two vibrators approach each other;
A friction member extending in the extending direction of the support shaft and sandwiched between the two vibrators;
Have
By the high frequency vibration, one of the two vibrators and the friction member moves in the extending direction with respect to the other,
The linear drive unit characterized in that the connecting member has rigidity that is less likely to be displaced in the extending direction than in a direction orthogonal to the extending direction.
全ての屈曲変形可能面のうち少なくとも2面は互いに平行ではないことを特徴とする請求項3に記載のリニア駆動ユニット。 The connecting member further includes one or more bending deformable surfaces,
The linear drive unit according to claim 3, wherein at least two of all the bending deformable surfaces are not parallel to each other.
前記延在方向への移動は、前記摩擦部材が前記2つの振動子に対して移動するものであることを特徴とする請求項1から5のいずれか一項に記載のリニア駆動ユニット。 A support member for fixing the connecting member and the support shaft;
The linear drive unit according to claim 1, wherein the movement in the extending direction is such that the friction member moves with respect to the two vibrators.
前記延在方向への移動は、前記2つの振動子が前記摩擦部材に対して移動するものであることを特徴とする請求項1から5のいずれか一項に記載のリニア駆動ユニット。
A support member for fixing the friction member and the support shaft;
The linear drive unit according to claim 1, wherein the movement in the extending direction is such that the two vibrators move relative to the friction member.
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