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Hintergrund der Erfindung
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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung bezieht sich auf einen Vibrationsaktuator und dessen Verwendung.
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Beschreibung des Stands der Technik
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Die
JP 2011 -
200 053 A offenbart einen Vibrationsaktuator, der einen Vibrator, welcher so gestaltet ist, dass er aufgrund der Aufbringung einer Hochfrequenzspannung periodisch vibriert, mit einem Gleitelement in Druckkontakt bringt, um das Gleitelement anzutreiben.
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Da der Vibrator in dem Vibrationsaktuator, der in der
JP 2011 -
200 053 A offenbart ist, von einer dünnen Platte gehalten wird, kommt es, wenn der Vibrator mit dem Gleitelement in Druckkontakt gebracht wird, bei einer Presskraft zu einer Schwankung. Somit kann keine stabile Presskraft erzeugt werden. Außerdem wird die dünne Platte auf einem Gleiter in einer Richtung des Drucks des Vibrators verformt, was zu einem Bauteilversagen führt. Daher ist bei der Montage große Sorgfalt nötig, und die Montierbarkeit des Vibrationsaktuators ist nicht gut. Wenn in Richtung der Presskraft eine äußere Kraft aufgebracht wird, wird zudem die dünne Platte verformt und die Funktion des Vibrationsaktuators ist instabil.
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Die US 2013 / 0 328 967 A1 offenbart einen Vibrator, der in einem Gehäuse untergebracht ist, eine Pressfeder, die den Vibrator gegen ein Gleitelement drückt, und einen Gehäusemantel, der das Gehäuse und die Pressfeder beherbergt.
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Die
JP 2010 -
172 079 A offenbart einen Vibrator, der in einem inneren Gehäuse untergebracht ist, Spiralfedern, die den Vibrator gegen ein Gleitelement drücken, und ein äußeres Gehäuse, das das innere Gehäuse und die Spiralfedern beherbergt.
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Die
EP 2 680 334 A1 offenbart schließlich einen Vibrator, zwei Halteelemente, die den Vibrator halten, zwei Anpressfedern, die den Vibrator gegen ein Gleitelement drücken, und ein Gehäuse, das die Halteelemente und die Anpressfedern beherbergt.
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Kurzdarstellung der Erfindung
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Die Erfindung stellt einen Vibrationsaktuator zur Verfügung, der auf einem Gleitelement eine stabile Presskraft eines Vibrators erzeugt und eine hervorragende Montierbarkeit hat.
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Dieser Vibrationsaktuator umfasst die Merkmale des Patentanspruchs 1. Gemäß dieser Erfindung kann ein Vibrationsaktuator zur Verfügung gestellt werden, der eine stabile Presskraft des Vibrators auf das Gleitelement erzeugt und eine hervorragende Montierbarkeit hat.
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Die Unteransprüche 2 bis 10 befassen sich mit Weiterbildungen dieses Vibrationsaktuators.
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Die Erfindung sieht außerdem die Verwendung des Vibrationsaktuators in einer optischen Vorrichtung vor, wobei die optische Vorrichtung eine Linse und einen Objektivtubus umfassen kann.
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Weitere Merkmale der Erfindung gehen (unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen) aus der folgenden Beschreibung exemplarischer Ausführungsbeispiele hervor.
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Figurenliste
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- 1 ist ein Beispiel einer Schnittansicht eines Hauptteils eines Vibrationsaktuators.
- 2 ist ein weiteres Beispiel der Schnittansicht des Hauptteils des Vibrationsaktuators.
- 3 ist eine Perspektivansicht eines Hauptteils eines vorübergehend fixierenden Teils.
- 4A und 4B sind Schnittansichten des Hauptteils, um einen Aufbau des vorübergehend fixierenden Teils zu beschreiben.
- 5 ist eine Ansicht, die einen Objektivtubus einer optischen Vorrichtung darstellt, in den ein Ultraschallmotor eingebaut wird.
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Beschreibung der Ausführungsbeispiele
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1 und 2 sind Beispiele von Schnittansichten eines Hauptteils eines Vibrationsaktuators eines Ausführungsbeispiels. 1 zeigt die Schnittansicht in einer Richtung senkrecht zu einer Antriebsrichtung des Vibrationsaktuators. 2 zeigt die Schnittansicht in der Antriebsrichtung des Vibrationsaktuators. Im Folgenden wird zwar als ein Beispiel ein Fall beschrieben, in dem ein Linearbewegungsultraschallmotor als der Vibrationsaktuator dient, doch können auch eine sich drehende Bauart oder andere Bauarten Anwendung finden.
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Ein Vibrator 100 umfasst eine Vibrationsplatte 101 und ein piezoelektrisches Element 103 und wird aufgrund einer Ansteuerungsspannung angetrieben. Ein Verbindungsabschnitt 101a der Vibrationsplatte 100 ist mittels Haftung und dergleichen an einem konvexen Verbindungsabschnitt 102a eines Unterbaus 102 befestigt. Der Unterbau 102 wird von einem viereckigen Rahmenkörper aus einem Harz oder einem Metall gebildet, der dicker als die Vibrationsplatte 101 ist. Außerdem ist das piezoelektrische Element 103 mittels bekannter Klebstoffe und dergleichen fest an der Vibrationsplatte 101 befestigt.
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Das piezoelektrische Element 101 ist derart eingestellt, dass die Vibrationsplatte 101 in Längsrichtung und Querrichtung Resonanz erzeugt, wenn eine Hochfrequenzspannung aufgebracht wird. Der Vibrator 100 erzeugt Ultraschallvibrationen, wenn eine Hochfrequenzansteuerungsspannung aufgebracht wird. Wie in 2 gezeigt ist, bewegt sich dadurch eine Spitze eines Druckkontaktabschnitts 101b, der auf der Vibrationsplatte 101 ausgebildet ist, elliptisch. Die Frequenz oder Phase der Hochfrequenzspannung, die auf das piezoelektrische Element 103 aufgebracht wird, wird geändert, sodass eine Rotationsrichtung oder ein Ellipsenverhältnis geeignet geändert werden kann, damit es sich wie gewünscht bewegt. Daher steht der Vibrator 100 mit einem Gleiter 104, der ein Gleitelement ist, so in Reibkontakt, dass eine Antriebskraft erzeugt wird, die eine Relativbewegung zwischen dem Vibrator 100 und dem Gleiter 104 erzeugt. Mit anderen Worten kann der Vibrator 100 selbst angetrieben werden, indem als Bewegungsrichtung eine optische Achse (eine Richtung senkrecht zu der Papierfläche in 1 und eine horizontale Richtung in 2) verwendet wird. Der Gleiter 104 ist unter Verwendung eines bekannten Befestigungsmittels wie einer Schraube an einem Einheittrageelement 116 befestigt.
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Ein Halteelement 105 hält den Unterbau 102. Der Vibrator 100 ist am Unterbau 102 befestigt. Das Halteelement 105 ist unter Verwendung einer Kopplungseinheit, die unten beschrieben wird, an den Vibrator 100 gekoppelt, der am Unterbau 102 befestigt ist.
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Rollenwellen 106 sind Rollenelemente. Die zwei Rollenwellen 106 umgeben den Druckkontaktabschnitt 101b der Vibrationsplatte 101 an beiden Seiten. Mit anderen Worten sind die zwei Rollenwellen 106 in Bewegungsrichtung des Vibrators 100 an der Vorderseite und der Rückseite angeordnet. Eine Blattfeder 107 ist ein elastisches Vorspannelement, das so gestaltet ist, dass es die Rollenwelle 106 in einer Relativbewegungsrichtung des Vibrators 100 und des Gleiters 104 elastisch vorspannt.
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An dem Halteelement 105 sind zwei Verlängerungsabschnitte 105a ausgebildet, die in 2 nach unten verlaufen. Die Rollenwelle 106 und die Blattfeder 107 sind in einem Einbauraum P eingebaut, der ein Raum zwischen den Verlängerungsabschnitten 105a und Kopplungsabschnitten 102b des Unterbaus 102 ist.
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Die Blattfeder 107 ist zusammen mit einer der Rollenwellen 106 in dem rechten Einbauraum P in 2 eingebaut. Die Blattfeder 107 spannt die Rollenwelle 106 elastisch so vor, dass das Halteelement 105 und der Unterbau 102 durch eine der Rollenwellen 106 (die rechte in 2) in einander entgegengesetzten Richtungen vorgespannt werden. In diesem Ausführungsbeispiel wird das Halteelement 105 nach links in 2 und der Unterbau 102 nach rechts in 2 vorgespannt. Die Vorspannrichtungen sind Richtungen (Richtungen senkrecht zum Druck), die senkrecht zu einer Richtung des Drucks des Vibrators sind.
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Die Rollenwelle 106, die in dem anderen Einbauraum P links in 2 eingebaut ist, ist von dem anderen Verlängerungsabschnitt 105a des Halteelements 105 und dem anderen Kopplungsabschnitt 102b des Unterbaus 102 ebenfalls an zwei Seiten umgeben. Somit kann eine Kopplungseinheit realisiert werden, um den Vibrator 100 und das Halteelement 105 ohne Gegenbewegung in der Relativbewegungsrichtung des Vibrators und des Gleiters (der Horizontalrichtung in 2) zu koppeln. Die Kopplungseinheit kann aufgrund der Wirkungen der Rollenwellen in der Druckrichtung des Vibrators 100 (der Vertikalrichtung in 2) dazu dienen, den meisten Gleitwiderstand zu verhindern. Somit kann sich der Unterbau 102 bezogen auf das Halteelement 105 in der Richtung des Drucks einer Druckplatte frei bewegen. Die Vorspannkraft der Blattfeder 107 wird so eingestellt, dass sie größer als eine Trägheitskraft aufgrund einer Beschleunigung oder Verzögerung ist, die auftritt, wenn die Vorgänge des Halteelements 105 und der angetriebenen Teile starten und stoppen. Die angetriebenen Teile sind zum Beispiel ein zweites Linsenhalteelement 505 und eine zweite Linse 506, die in 5 gezeigt sind und unten beschrieben werden. Der Unterbau 102, der Vibrator 100 und das Halteelement 105 können mittels einer Einstellung der Vorspannkraft der Blattfeder 107 so gesteuert werden, dass sie zum Ansteuerungszeitpunkt stabil angetrieben werden, ohne eine Relativverschiebung in der Bewegungsrichtung aufgrund einer Trägheitskraft zu erzeugen.
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Die Pressplatte 108 presst den Vibrator 100 in den Gleiter 104. Genauer gesagt umgibt die Pressplatte 108 ein elastisches Element 109, um das piezoelektrische Element 103 zu pressen und zu halten. Zwischen einem Federhalteelement 111 und einer Federbodenplatte 112 ist eine Pressfeder 110 eingebaut und als eine Pressfedereinheit gestaltet. Da eine Spitze großen Durchmessers 111a des Federhalteelements 111 durch leichte Presspassung in einen Einpassabschnitt 112a der Federbodenplatte 112 eingebaut ist, kann der Einheitszustand entgegen einer Federkraft der Pressfeder 110 aufrechterhalten werden, nachdem sie zusammengebaut wurden.
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An einem Außendurchmesserabschnitt der Federbodenplatte 112 ist in Umfangsrichtung eine Vielzahl von Bajonettvorsprüngen 112b ausgebildet. Die Lagen der Bajonettvorsprünge 112b in Druckrichtung sind im Einbauzustand aufgrund eines Bajonetteingriffabschnitts 105c definiert, der am Halteelement ausgebildet ist. Dabei erzeugt ein Spitzenpressabschnitt 111b des Federhalteelements 111 eine Presskraft, die den Vibrator 100 aufgrund einer Vorspannkraft der Pressfeder 110 mittels der Pressplatte 108 und des elastischen Elements 109 in den Gleiter 104 presst. Somit können der Vibrator 100 und der Gleiter 104 miteinander einen Reibkontakt eingehen. Eine Presseinheit 120 umfasst die Pressfeder 110, das Federhalteelement 111 und die Federbodenplatte 112.
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Eine Bewegungsplatte 113 ist als ein Teil eines Führungsabschnitts gestaltet, der unter Verwendung bekannter Verfahren wie Haftung oder Schrauben an einem Kontaktabschnitt 105b des Halteelements 105 befestigt ist. In der Bewegungsplatte 113 ist eine Vielzahl von V-Nutabschnitten 113a ausgebildet, in die Kugeln 114 eingepasst sind, die das Halteelement 105 in einer optischen Richtung führen sollen. An dem Einheittrageelement 116 ist unter Verwendung bekannter Schrauben und dergleichen eine Abdeckplatte 115 befestigt. Die Abdeckplatte 115 ist ebenfalls als ein Teil des Führungsabschnitts gestaltet und umgibt die Kugeln 114 unter Verwendung von V-Nutabschnitten 115a, die an Stellen vorgesehen sind, die den V-Nutabschnitten 113a der Bewegungsplatte 113 zugewandt sind. Daher kann das Halteelement 105 so getragen werden, dass es dazu imstande ist, in der Bewegungsrichtung (in der Richtung senkrecht zur Papieroberfläche in 1 und der horizontalen Richtung der Papieroberfläche in 2) vorzurücken oder sich zurückzuziehen.
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3 ist eine Perspektivansicht eines Hauptteils eines vorübergehend fixierenden Teils. Der vorübergehend fixierende Teil, der so gestaltet ist, dass er eine Bewegung in der Druckrichtung des Unterbaus 102 und des Halteelements 105 einschränkt, ist an dem Unterbau 102 und dem Halteelement 105 ausgebildet. An dem Halteelement 105 ist einstückig eine Vielzahl von in der Druckrichtung verlaufenden Armen 105e und von an ihren Spitzen ausgebildeten Haken 105b ausgebildet. Die Arme 105e sind über den Unterbau 102 hinweg gegenüber der Kopplungseinheit ausgebildet. Der vorübergehend fixierende Teil wird an dem Unterbau 102 realisiert, indem eine Vielzahl von Eingriffsabschnitten 102b so ausgebildet wird, dass sich das Halteelement 105 und der Unterbau 102 nicht voneinander lösen können oder die Rollenwelle 106 als das darin eingebaute Rollenelement im vorübergehend gehaltenen Zustand nicht herausfallen kann. Wie in 3 gezeigt ist, ist der vorübergehend fixierende Teil an beiden Seitenabschnitten 101c des Verbindungsabschnitts 101a, der an der Spitze des Vibrators ausgebildet ist, eingerichtet, sodass eine Miniaturisierung von ihm in der Richtung senkrecht zum Druck (siehe 2) realisiert wird.
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4A und 4B sind Schnittansichten des Hauptteils, um einen Aufbau des vorübergehend fixierenden Teils zu beschreiben. Wie in 4B gezeigt ist, wirken die am Halteelement 105 ausgebildeten Haken 105f auf die am Unterbau 102 ausgebildeten Eingriffsabschnitte 102b so ein, dass die Haken 105f und die Eingriffsabschnitte 102b im vorübergehend gehaltenen Zustand nicht voneinander getrennt werden können. Das liegt daran, weil die Spitzen der Haken 105f, wie in 4A gezeigt ist, im Einbauzustand die Spitzen der Eingriffsabschnitte 102b in einer horizontalen Richtung in 4A um A überlappen. Zum Zeitpunkt des Einbaus erfolgt eine sogenannte Schnappverbindung, bei der die Arme 105a unter Verwendung ihrer Flexibilität elastisch verformt werden und über die am Unterbau 102 ausgebildeten Eingriffsabschnitte 102b gehen und darin eingepasst werden.
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Wie in 4A gezeigt ist, sind die Haken 105f und die Eingriffsabschnitte 102b so gestaltet, dass sie im Benutzungszustand nicht miteinander in Kontakt gelangen. Wie in 4B gezeigt ist, sind am Halteelement 105 zudem derart Herausfallverhinderungsabschnitte 105g ausgebildet, dass die Rollenwellen 106 auch in einem Zustand, in dem die am Halteelement 105 ausgebildeten Haken 105f mit den am Unterbau 102 ausgebildeten Eingriffsabschnitten 102b im Eingriff sind, nicht aus dem Einbauabschnitt herausfallen. Wie in 4B gezeigt ist, sind die Herausfallverhinderungsabschnitte 105g dabei so eingerichtet, dass sie auf einer Höhe wie oder tiefer als eine obere Fläche 102c des Unterbaus 102 liegen (auf der Unterseite in 4B positioniert sind), damit verhindert wird, dass die Rollenwellen 106 herausfallen.
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5 ist eine Ansicht, die einen Objektivtubus einer optischen Vorrichtung darstellt, in der ein Ultraschallmotor eingebaut wird. Ein erstes Linsenhalteelement 501 hält eine erste Linse 502. Ein drittes Linsenhalteelement 503 hält eine dritte Linse 504. Ein Außenumfangsabschnitt des dritten Linsenhalteelements 503 hat einen zylinderförmigen Abschnitt 503a, und ein ferner Abschnitt 503b von ihm ist mittels Schrauben am ersten Linsenhalteelement 501 fixiert. An einem Teil eines Außendurchmesserabschnitts des zylinderförmigen Abschnitts 503a ist ein Einheitaufnahmeabschnitt 503c, an dem der Ultraschallmotor befestigt ist, so vorgesehen, dass er mittels bekannter Schrauben lösbar befestigt ist. Außerdem ist an einem Innendurchmesserabschnitt des zylinderförmigen Abschnitts 503a das zweite Linsenhalteelement 505 angeordnet, das so gestaltet ist, dass es die zweite Linse 506 hält.
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Die zweite Linse 506 bewegt sich aufgrund des Ultraschallmotors als eine Fokussierlinse entlang einer optischen Achse. Da zugleich ein bekannter Führungsstab 507 und ein Lagerabschnitt 505a so zusammengepasst sind, dass sie dazu imstande sind, im zweiten Linsenhalteelement 505 relativ zueinander zu gleiten, kann die zweite Linse dazu gebracht werden, sich entlang der optischen Achse zu bewegen. Das zweite Linsenhalteelement 505 und das Halteelement 105 können zum Beispiel mittels Eingriffs eines Eingriffsstifts 105d, der am Halteelement 105 vorgesehen ist, und eines Eingriffsabschnitts 505b, der am zweiten Linsenhalteelement 505 vorgesehen ist, und unter Verwendung einer Stange und eines Eingriffsstifts, die bekannt sind, aneinandergekoppelt werden.
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Wie oben beschrieben wurde, hat der Vibrationsaktuator des Ausführungsbeispiels eine Gestaltung, bei der das Halteelement 105 und der Unterbau 102, an dem der Vibrator 100 befestigt ist, mittels der Rollenwellen 106 und der Blattfeder 107 aneinandergekoppelt sind. Daher können der Vibrator 100 und der Unterbau 102 die Presskraft mittels der Presseinheit 120 bezogen auf das Halteelement 105 durch Rollen in der Druckrichtung stabilisieren. Außerdem wird die Bewegungsrichtung des angetriebenen Elements ohne Gegenbewegung aufgrund der Wirkung der Blattfeder 107 aufrechterhalten, wodurch zum Beispiel eine Fokussierlinse 506 der optischen Vorrichtung präzise so gesteuert werden kann, dass sie in Richtung einer optischen Achse angetrieben wird. Da außerdem ein Aufbau vorgesehen ist, in dem eine vorübergehende Montage möglich ist, bei der zum Zeitpunkt der Montage kein Montageschaden wie eine Trennung des Halteelements 105 vom Unterbau 102, ein Herausfallen der Rollenwellen 106 und dergleichen auftritt, kann ein Ultraschallbetrieb realisiert werden, in dem die Presskraft stabilisiert wird und der eine hervorragende Montierbarkeit hat.
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Auch wenn oben ausführlich ein bestimmtes Beispiel des Vibrationsaktuators des Ausführungsbeispiels und der Objektivtubus der optischen Vorrichtung beschrieben wurde, in der der Vibrationsaktuator eingebaut ist, ist die Erfindung nicht auf das oben beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt.