JP2016136836A - Ultrasonic motor and lens device having the same - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To solve the problem in which the degree of design freedom of an ultrasonic motor is restricted since there is a need to set a node of vibration in the vicinity of the center of a contact surface of a driven part pressed by a vibrator for excellent pressure contact, without inhibition of ultrasonic vibration of the vibrator.SOLUTION: An ultrasonic motor comprises: a vibrator which has a contact surface brought into contact with a driven part, includes a piezoelectric element, and drives the driven part with ultrasonic vibration excited by the piezoelectric element; a holding part which holds the vibrator; pressure means which applies an energization force for energizing the holding part toward the driven part in order to press the contact surface against the driven part; and a fixing part which supports the pressure means. The holding part holds the vibrator on both sides of the contact surface in the drive direction of the driven part.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、押圧された振動子に楕円振動を発生させることにより被駆動部を駆動する超音波モータと、その超音波モータを使用したレンズ装置に関する。   The present invention relates to an ultrasonic motor that drives a driven part by generating an elliptical vibration in a pressed vibrator, and a lens device using the ultrasonic motor.

従来から、無音動作、低速から高速までの駆動が可能、高トルク出力などの特徴を活かして、例えば、カメラやレンズの駆動源として超音波モータが採用されている。特許文献1に開示された超音波モータは、回転軸を有する円環状の被駆動部と複数の振動子とから構成され、振動子は被駆動部に対し押圧された状態で接触している、いわゆる加圧接触状態となっており、円環状の被駆動部上に所定の間隔を隔てて配置されている。その加圧接触状態下で当該振動子に超音波振動が励起されると、振動子の被駆動部と接している部分に楕円運動が生じ、被駆動部が被駆動部の回転軸を中心に回転駆動される。当該振動子の被駆動部への加圧接触状態は、振動子の中央付近に設定された振動の節にあたる部分を板バネにより付勢することで得られる。そして、その押圧力の調節は、当該板バネの固定部近傍に設けられたビスと調節ワッシャーによってなされる。   Conventionally, for example, an ultrasonic motor has been adopted as a drive source for a camera or a lens, taking advantage of features such as silent operation, driving from low speed to high speed, and high torque output. The ultrasonic motor disclosed in Patent Document 1 includes an annular driven part having a rotation shaft and a plurality of vibrators, and the vibrators are in contact with the driven part in a pressed state. It is in a so-called pressure contact state, and is arranged on the annular driven part at a predetermined interval. When ultrasonic vibration is excited in the vibrator under the pressure contact state, an elliptical motion occurs in a portion of the vibrator that is in contact with the driven part, and the driven part is centered on the rotation axis of the driven part. Driven by rotation. The pressing contact state of the vibrator to the driven part can be obtained by urging a portion corresponding to a vibration node set near the center of the vibrator with a leaf spring. The pressing force is adjusted by a screw and an adjustment washer provided near the fixed portion of the leaf spring.

特開2006−158052号公報JP 2006-158052 A 特開2004−304887号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2004-304877

しかしながら、特許文献1に開示された超音波モータにおいては、振動子に励起された超音波振動を阻害しないようにするために、振動子が押圧する箇所には振動の節を設定しなければならなかった。また、振動子と被駆動部の接触面の良好な加圧接触状態を得るために接触面の中央で押圧する必要があり、そのためにも、振動子が押圧する接触面の中央近傍には振動の節を設定しなければならず、振動に対する設計自由度が制限される問題があった。   However, in the ultrasonic motor disclosed in Patent Document 1, in order to prevent the ultrasonic vibration excited by the vibrator from being obstructed, a vibration node must be set at a position pressed by the vibrator. There wasn't. In addition, in order to obtain a good pressure contact state between the contact surface of the vibrator and the driven part, it is necessary to press at the center of the contact surface. There is a problem that the degree of freedom of design for vibration is limited.

本発明は、上述の問題を解決するためになされたものであり、振動子に発生する超音波振動により被駆動部を駆動する超音波モータにおいて、振動子と被駆動部の接触面の良好な加圧接触状態を確保しながら、振動に対する設計自由度が改善された超音波モータを提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and in an ultrasonic motor that drives a driven part by ultrasonic vibration generated in the vibrator, the contact surface between the vibrator and the driven part is excellent. An object of the present invention is to provide an ultrasonic motor with improved design freedom with respect to vibration while ensuring a pressurized contact state.

上記課題を解決するために、本発明の超音波モータは以下のような構成としている。
超音波モータは、被駆動部と接触する接触面を有し、圧電素子を含む振動子であって、前記圧電素子によって励振された超音波振動によって前記被駆動部を駆動する振動子と、前記振動子を保持する保持部と、前記接触面を前記被駆動部に押圧するために、前記保持部に向かって付勢する付勢力を付与する加圧手段と、前記加圧手段を支持する固定部とを備え、前記保持部は、前記被駆動部の駆動方向における、前記接触面の両側において前記振動子を保持し、前記振動子は、前記被駆動部との前記接触面を形成する突起部を有し、前記圧電素子を含む平板部と、前記振動子を保持するために前記保持部と接合する接合部と、前記接合部と前記平板部を接続する接続部と、を備え、前記接続部は前記平板部に対し振動減衰率が高い、ことを特徴とする。
In order to solve the above problems, the ultrasonic motor of the present invention has the following configuration.
The ultrasonic motor has a contact surface that comes into contact with the driven part and includes a piezoelectric element, the vibrator that drives the driven part by ultrasonic vibration excited by the piezoelectric element, and A holding unit that holds a vibrator; a pressing unit that applies a biasing force that biases the contact surface toward the driven unit; and a fixing that supports the pressing unit. The holding portion holds the vibrator on both sides of the contact surface in the driving direction of the driven portion, and the vibrator forms a contact surface with the driven portion. A flat plate portion including the piezoelectric element, a bonding portion that is bonded to the holding portion to hold the vibrator, and a connection portion that connects the bonding portion and the flat plate portion, The connection part has a higher vibration damping rate than the flat plate part. To.

本発明によれば、振動子に発生する超音波振動により被駆動部を駆動する超音波モータにおいて、振動子と被駆動部の接触面の良好な加圧接触状態を確保しながら、振動に対する設計自由度が改善された超音波モータを提供することができる。   According to the present invention, in an ultrasonic motor that drives a driven part by ultrasonic vibration generated in the vibrator, a design for vibration is ensured while ensuring a good pressure contact state between the contact surface of the vibrator and the driven part. An ultrasonic motor having an improved degree of freedom can be provided.

本発明の実施例1における超音波モータの分解斜視図である。It is a disassembled perspective view of the ultrasonic motor in Example 1 of the present invention. 図1に示される各部材を組込んだ状態の斜視図である。It is a perspective view in the state where each member shown in Drawing 1 was built. 振動子と小基台の接合状態を示す拡大斜視図である。It is an expansion perspective view which shows the joining state of a vibrator | oscillator and a small base. (A)及び(B)は、実施例1における各部材を組込んだ状態を示す拡大断面図である。(C)は、(B)のA部の拡大詳細図であり、弾性部材の押圧力の成分ベクトルを示す。(A) And (B) is an expanded sectional view showing the state where each member in Example 1 was incorporated. (C) is an enlarged detail view of part A of (B), showing a component vector of the pressing force of the elastic member. ロータ及びリング基台がそれぞれ傾いた状態を示す拡大断面図である。It is an expanded sectional view which shows the state which the rotor and the ring base each inclined. (A)及び(B)は、実施例2における各部材を組込んだ状態を示す拡大断面図である。(A) And (B) is an expanded sectional view showing the state where each member in Example 2 was incorporated.

[実施例1]
以下、図を用いて本発明の実施例について説明する。なお、本実施例の超音波モータは、デジタルカメラ用のレンズ鏡筒などの駆動用アクチュエータとしてユニット化した回転駆動型モータを例に説明するが、使用用途はこれに限られたものではない。
[Example 1]
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. The ultrasonic motor of the present embodiment will be described by taking a rotary drive motor unitized as a drive actuator such as a lens barrel for a digital camera as an example, but the usage is not limited to this.

図1は、本発明の一実施例である超音波モータの分解斜視図である。なお、図において同一部材は同一記号で図示される。101は被駆動部であるロータで、後述する振動子109が押圧力を伴って加圧接触する接触面101aを備える。102は、接触面101aに押圧を伴う加圧接触状態で接触する振動板であり、103は、振動板102に接着剤などにより圧着されている圧電素子である。そして、振動板102に圧電素子103が圧着された状態で、圧電素子103に電圧を印加することにより楕円運動を発生させることができる。なお、振動板102と圧電素子103とで振動子109を構成している。そして、本実施例では3か所の振動子109でロータ101を回転駆動する。104は、振動子109を保持するための保持部としての小基台である。105は、固定部としてのリング基台であり、小基台104と、後述する加圧部材106及び板バネ107を保持する。106は、リング基台105の貫通穴部105bに嵌合する加圧部材であり、ロータ101の接触面101aに対して垂直な方向にのみ移動可能に保持され、後述する板バネ107からの押圧力により小基台104を介して振動子109をロータ101に加圧接触させる。107は、弾性部材であるところの板バネであり、両端部をビス108にてリング基台105へ固定され、そして板バネの押圧力により振動子と被駆動部を加圧接触させる。そして、この加圧部材106と板バネ107が、本発明の加圧手段となる。   FIG. 1 is an exploded perspective view of an ultrasonic motor according to an embodiment of the present invention. In the drawings, the same members are indicated by the same symbols. Reference numeral 101 denotes a rotor which is a driven part, which includes a contact surface 101a with which a vibrator 109 described later comes into pressure contact with a pressing force. Reference numeral 102 denotes a vibration plate that comes into contact with the contact surface 101a in a pressure contact state with pressing. An elliptical motion can be generated by applying a voltage to the piezoelectric element 103 in a state where the piezoelectric element 103 is pressure-bonded to the diaphragm 102. The vibration plate 102 and the piezoelectric element 103 constitute a vibrator 109. In this embodiment, the rotor 101 is rotationally driven by three vibrators 109. Reference numeral 104 denotes a small base as a holding unit for holding the vibrator 109. Reference numeral 105 denotes a ring base as a fixing portion, which holds a small base 104, a pressure member 106 and a leaf spring 107, which will be described later. Reference numeral 106 denotes a pressure member that fits into the through hole 105b of the ring base 105, is held so as to be movable only in a direction perpendicular to the contact surface 101a of the rotor 101, and is pressed from a plate spring 107 described later. The vibrator 109 is brought into pressure contact with the rotor 101 via the small base 104 by pressure. Reference numeral 107 denotes a leaf spring which is an elastic member. Both ends of the leaf spring are fixed to the ring base 105 with screws 108, and the vibrator and the driven portion are brought into pressure contact with the pressing force of the leaf spring. The pressing member 106 and the leaf spring 107 serve as the pressing unit of the present invention.

以上のように、上述した各部材が組込まれ、超音波モータとしてユニット化される。   As described above, each member described above is incorporated and unitized as an ultrasonic motor.

図2は、図1の各部材を組込んだ状態の斜視図である。なお、図2において、振動子109まわりの構成は3か所とも全て同一であり、図の煩雑さを防ぐため、図中の手前側にだけ番号を付している。図に示すようにリング基台105の3か所において、それぞれ2つのビス108で固定された板バネ107により、加圧部材106と小基台104を介して振動子109に押圧力が付勢され、その結果、振動子109とロータ101の接触面101aが加圧接触する。なお、実際のレンズ鏡筒などに組み込まれる際には、ロータ101をフォーカス機構やズーム機構に連結して駆動する。   FIG. 2 is a perspective view showing a state in which each member of FIG. 1 is incorporated. In FIG. 2, the configuration around the vibrator 109 is the same in all three locations, and numbers are given only to the front side in the drawing in order to prevent complexity of the drawing. As shown in the figure, the pressing force is applied to the vibrator 109 via the pressure member 106 and the small base 104 by the leaf springs 107 fixed by two screws 108 at three locations on the ring base 105. As a result, the contact surface 101a of the vibrator 109 and the rotor 101 comes into pressure contact. When incorporated in an actual lens barrel or the like, the rotor 101 is driven by being connected to a focus mechanism or a zoom mechanism.

次に、超音波モータの構成部材の詳細について説明する。図3は、図1及び図2における振動板102と小基台104の接続状態を説明するための拡大斜視図で、ロータ101側から見た図である。図において振動板102の中央の平板部102aには、2か所の突起部102bが形成されている。突起部の上端面、すなわち、ロータ101の接触面101aと当接する面は同一平面状に形成され、接触面との当接状態を良好にするため、製造工程時には研磨などにより均一な面に仕上げられる。   Next, details of components of the ultrasonic motor will be described. FIG. 3 is an enlarged perspective view for explaining the connection state of the diaphragm 102 and the small base 104 in FIGS. 1 and 2 and is a view seen from the rotor 101 side. In the figure, two projections 102b are formed on the flat plate 102a at the center of the diaphragm 102. The upper end surface of the protrusion, that is, the surface that contacts the contact surface 101a of the rotor 101 is formed in the same plane and is finished to a uniform surface by polishing or the like during the manufacturing process in order to improve the contact state with the contact surface. It is done.

一方、図3に示す平板部102aの裏面側(2か所の突起部102bが形成されている面と反対の面側)には圧電素子103が接着剤などにより圧着されている。なお、平板部102aの裏側と圧電素子103の圧着は、圧着されればその方法は限定されない。この圧電素子103は複数の圧電素子膜を積層して一体化したものである。そして、この積層された圧電素子103に所望の交流電圧を印加することで励振させ、圧電素子103が圧着された振動板102に2つの振動モードを励起する。このとき2つの振動モードの振動位相が所望の位相差となるように設定することで、突起部102bには、図3の矢印で示すような楕円運動が発生する。この楕円運動を図1及び図2に示すような3か所の振動子109で発生させ、ロータ101の接触面101aに伝達することで、ロータ101を回転駆動させることが可能となる。なお、前述の圧電素子の積層構造や振動モードに関する詳細は、特許文献2に記載されている内容と同様であるため、それらの説明は省略する。   On the other hand, the piezoelectric element 103 is pressure-bonded with an adhesive or the like on the back surface side of the flat plate portion 102a shown in FIG. 3 (the surface side opposite to the surface on which the two protruding portions 102b are formed). Note that the method of press-bonding the back side of the flat plate portion 102a and the piezoelectric element 103 is not limited as long as the press-bonding is performed. The piezoelectric element 103 is formed by laminating and integrating a plurality of piezoelectric element films. The laminated piezoelectric element 103 is excited by applying a desired AC voltage, and two vibration modes are excited on the diaphragm 102 to which the piezoelectric element 103 is pressure-bonded. At this time, by setting the vibration phases of the two vibration modes to be a desired phase difference, an elliptical motion as indicated by an arrow in FIG. 3 occurs in the protrusion 102b. This elliptical motion is generated by three vibrators 109 as shown in FIGS. 1 and 2 and transmitted to the contact surface 101a of the rotor 101, whereby the rotor 101 can be driven to rotate. Note that details regarding the laminated structure and vibration mode of the piezoelectric element described above are the same as the contents described in Patent Document 2, and a description thereof will be omitted.

次に、振動板102の両端には、小基台104の両側に形成された一段高い上面部104aと接合するための2か所の接合部102cが形成されている。そして、振動板102は小基台104に、この接合部102cにおいて溶接や接着などにより接合されるが、振動板102と小基台104が接合されれば、その方法は限定されない。2か所の接合部102cと平板部102aとの間には2か所の腕部(接続部)102dが形成され、この腕部102dを介して、振動板102と圧電素子103が小基台104に固定される。この腕部102dは、平板部102aに発生する振動を接合部102cに伝達しにくい、すなわち、振動減衰率が高い構成とするため、図3に示すように平板部102aや接合部102cに対して細い形状となっている。逆に言い換えると、剛体である小基台104が平板部102aに発生する振動を阻害しないような連結の構成を、当該接合部102cによって実現している。また、小基台104の中央付近の平面部104bと、圧電素子103の平面部104bと対向する面(不図示)には所定の隙間203が形成されている。   Next, two joint portions 102 c are formed at both ends of the diaphragm 102 to join the upper surface portion 104 a formed on both sides of the small base 104. The diaphragm 102 is joined to the small base 104 by welding or adhesion at the joint 102c. However, as long as the diaphragm 102 and the small base 104 are joined, the method is not limited. Two arm portions (connection portions) 102d are formed between the two joint portions 102c and the flat plate portion 102a, and the diaphragm 102 and the piezoelectric element 103 are connected to the small base via the arm portions 102d. 104 is fixed. The arm portion 102d is difficult to transmit the vibration generated in the flat plate portion 102a to the joint portion 102c, that is, has a high vibration damping rate. Therefore, as shown in FIG. It has a thin shape. In other words, a connection configuration in which the small base 104 that is a rigid body does not hinder vibration generated in the flat plate portion 102a is realized by the joint portion 102c. In addition, a predetermined gap 203 is formed between the flat surface portion 104 b near the center of the small base 104 and a surface (not shown) facing the flat surface portion 104 b of the piezoelectric element 103.

振動子109とロータ101の接触面間の摩擦力で駆動する超音波モータでは、良好な接触状態を確保するため、平板部102aの中央で押圧し、押圧ムラを少なくすることが重要である。平板部102aの中央を押圧するためには、振動子109の中央を押圧することが必要となる。特許文献1に開示されている超音波モータでは、振動子を直接押圧している。そのため、振動子109に励起された超音波振動を阻害しないために、振動子109の中央は振動の節に設定する必要があった。従って、2つの振動モードを組み合わせて突起部102bに楕円運動を発生させようとした場合、どちら振動のモードについても振動子109の中央に振動の節を設定する必要があった。そのため、振動の設計自由度が制限されてしまうという問題があった。   In an ultrasonic motor driven by the frictional force between the contact surfaces of the vibrator 109 and the rotor 101, it is important to press at the center of the flat plate portion 102a to reduce the pressing unevenness in order to ensure a good contact state. In order to press the center of the flat plate portion 102a, it is necessary to press the center of the vibrator 109. In the ultrasonic motor disclosed in Patent Document 1, the vibrator is directly pressed. Therefore, in order not to inhibit the ultrasonic vibration excited by the vibrator 109, it is necessary to set the center of the vibrator 109 as a vibration node. Therefore, when combining the two vibration modes to cause the protrusion 102b to generate an elliptical motion, it is necessary to set a vibration node at the center of the vibrator 109 for both vibration modes. For this reason, there is a problem that the degree of freedom in design of vibration is limited.

しかしながら本発明の超音波モータでは、振動の伝搬を抑制する腕部102dを介して振動子109が保持部材104に保持されているため、振動子109の中央に振動の節を設定する必要がない。そのため、例えば特許文献2に記載されているように、2つある振動モードのうち、一方の振動モードの節が振動子109の中央に存在しない振動モードを設定することも可能となる。これにより振動の設計自由度が高い超音波モータを実現することができる。   However, in the ultrasonic motor of the present invention, since the vibrator 109 is held by the holding member 104 via the arm portion 102d that suppresses the propagation of vibration, there is no need to set a vibration node at the center of the vibrator 109. . Therefore, for example, as described in Patent Document 2, it is possible to set a vibration mode in which a node of one vibration mode does not exist at the center of the vibrator 109 among the two vibration modes. As a result, an ultrasonic motor having a high degree of freedom in vibration design can be realized.

本発明の超音波モータでは、突起部102bに対して駆動方向外側に腕部102dが設けられている。さらに当該腕部102dに対して駆動方向外側に接合部102cが設けられている。これにより、駆動方向と直交する方向、すなわちロータの径方向の大きさを抑えることができる。したがって、本発明により超音波モータの小型化を実現することができる。   In the ultrasonic motor of the present invention, the arm portion 102d is provided on the outer side in the driving direction with respect to the protruding portion 102b. Further, a joint portion 102c is provided on the outer side in the driving direction with respect to the arm portion 102d. Thereby, the magnitude | size of the direction orthogonal to a drive direction, ie, the radial direction of a rotor, can be suppressed. Therefore, the miniaturization of the ultrasonic motor can be realized by the present invention.

図4(A)、(B)は、各部材を組込んだ状態を示す拡大断面図で、図2における3か所の振動子109のうち1か所の周囲のみを拡大している。なお、残りの2か所に関しては同様の構成を有するため説明を省略する。   FIGS. 4A and 4B are enlarged cross-sectional views showing a state in which each member is incorporated, and only the periphery of one of the three vibrators 109 in FIG. 2 is enlarged. The remaining two locations have the same configuration and will not be described.

図4(A)は、ロータ101を上側とした図になっており、振動板102の2つの突起部102bにおいて、ロータ101の接触面101aと接触する面である上端面のそれぞれの重心と、当該それぞれの重心を起点とするそれぞれの上端面の法線を含む面を切断面としている。   FIG. 4A is a view with the rotor 101 on the upper side, and in each of the two protrusions 102b of the diaphragm 102, the center of gravity of each upper end surface that is a surface in contact with the contact surface 101a of the rotor 101, A plane including the normal line of each upper end surface starting from each center of gravity is defined as a cut surface.

図4(B)は、図3における振動板102の突起部102bにおいて、接触面101aと接触する全上端面の重心と接触面101aの法線を含み、且つ図4(A)に直交する面を切断面としている。ただし、全上端面とは、2つの上端面を全て含むものとする。   4B is a surface that includes the center of gravity of the entire upper end surface that contacts the contact surface 101a and the normal line of the contact surface 101a, and is orthogonal to FIG. 4A, in the protrusion 102b of the diaphragm 102 in FIG. Is the cut surface. However, the entire upper end surface includes all the two upper end surfaces.

図4(A)、(B)の201は、振動板102の突起部102bにおいて、接触面101aと接触する全上端面の重心を通過し、当該接触面101aの法線を含む中心線である。   4A and 4B, 201 is a center line that passes through the center of gravity of the entire upper end surface in contact with the contact surface 101a and includes the normal line of the contact surface 101a in the protrusion 102b of the diaphragm 102. .

突起部102bの上端面はロータ101の接触面101aと当接し、加圧接触状態にある。また、振動板102は、両端の接合部102cが2か所の上面部104aで小基台104と接合されている。そして、圧電素子103と小基台104の平面部104bの間には所定の隙間203が形成されている。   The upper end surface of the protrusion 102b is in contact with the contact surface 101a of the rotor 101 and is in a pressure contact state. Further, the diaphragm 102 is joined to the small base 104 at two upper surface portions 104a at the joint portions 102c at both ends. A predetermined gap 203 is formed between the piezoelectric element 103 and the flat portion 104 b of the small base 104.

小基台104の下面側には穴部104cと長穴部104dが設けられ、リング基台105に形成された2か所の軸部105aが嵌合している。小基台104の下側中央には当接部104eが設けられている。この当接部104eは、図4(A)で示されるような円弧形状が、紙面奥行方向(図4(B)においては左右方向)に延在する半円筒形状となっている。そして、この当接部104eには加圧部材106の上端面106aが接している。この上端面106aは平面で形成されているため、当接部104eとの接触は、図4(A)の紙面奥行方向(図4(B)においては左右方向)に長さを有する線接触となっている。なお、本実施例では当接部104eが前述のように円弧形状を有する半円筒形状としたが、当接部104eと加圧部材106の上端面106aが直線の線接触を保てれば、その形状は限定されない。   A hole 104c and an elongated hole 104d are provided on the lower surface side of the small base 104, and two shaft portions 105a formed on the ring base 105 are fitted. A contact portion 104 e is provided at the lower center of the small base 104. The contact portion 104e has a semi-cylindrical shape in which an arc shape as shown in FIG. 4A extends in the depth direction of the paper (the left-right direction in FIG. 4B). The contact portion 104e is in contact with the upper end surface 106a of the pressure member 106. Since the upper end surface 106a is formed as a flat surface, the contact with the contact portion 104e is a line contact having a length in the depth direction of the paper surface in FIG. 4A (the left-right direction in FIG. 4B). It has become. In this embodiment, the abutting portion 104e has a semi-cylindrical shape having an arc shape as described above. However, if the abutting portion 104e and the upper end surface 106a of the pressure member 106 can maintain a linear line contact, the shape is sufficient Is not limited.

リング基台105は、図1に示されるような板バネと対向する面に貫通穴部105bを有し、加圧部材106は、当該貫通穴部105bに嵌合して板バネと接触することで、板バネ107と協働することができる。なお、貫通穴部105b及び加圧部材106の中心軸は、中心線201、すなわち接触面101aに対して垂直な軸方向と概ね一致している。そして、図4(A)、(B)の加圧部材106の下側の球面部106bには、板バネ107が変形して、その弾性力により加圧部材106を小基台104方向に付勢した状態で接触している。   The ring base 105 has a through hole 105b on the surface facing the plate spring as shown in FIG. 1, and the pressure member 106 is fitted into the through hole 105b to come into contact with the plate spring. Thus, it can cooperate with the leaf spring 107. Note that the central axes of the through-hole portion 105b and the pressure member 106 substantially coincide with the center line 201, that is, the axial direction perpendicular to the contact surface 101a. 4A and 4B, the leaf spring 107 is deformed on the lower spherical surface portion 106b of the pressure member 106, and the pressure member 106 is attached in the direction of the small base 104 by its elastic force. Touching in a state of force.

板バネ107は、変形量の変化による押圧力のばらつきを低減するため、ある程度バネ定数を小さくする必要がある。従って、板バネは極力厚みを薄くし、長さもできるだけ長い方がよい。本実施例の板バネ107は薄板を用い、長さについては、円環状の超音波モータ内でできるだけ長いバネ長とするため、円弧形状で形成されている。そうすることで、加圧部材106の押圧方向の変位量に多少の変化が生じても板バネによる付勢力のばらつきを小さく抑えることができる。したがって、従来例のような押圧力に対する押圧力の調節機構が不要となる。以上のような構成で、ロータ101に対して振動子109は、小基台104と加圧部材106を介して板バネ107により押圧されている。   The leaf spring 107 needs to have a small spring constant to some extent in order to reduce variations in the pressing force due to changes in the deformation amount. Therefore, the leaf spring should be as thin as possible and the length should be as long as possible. The plate spring 107 of the present embodiment uses a thin plate, and is formed in an arc shape in order to make the length as long as possible in an annular ultrasonic motor. By doing so, even if a slight change occurs in the amount of displacement of the pressing member 106 in the pressing direction, variation in the urging force due to the leaf spring can be suppressed to a small value. Accordingly, a mechanism for adjusting the pressing force with respect to the pressing force as in the conventional example becomes unnecessary. With the configuration described above, the vibrator 109 is pressed against the rotor 101 by the leaf spring 107 via the small base 104 and the pressure member 106.

次に、図4(A)、(B)、(C)を参照し、板バネ107による押圧力の伝達構成について説明する。以下の説明において、押圧力ベクトルとは、各図の断面において押圧力の方向及び大きさを含む力のベクトルである。   Next, with reference to FIGS. 4A, 4 </ b> B, and 4 </ b> C, a structure for transmitting a pressing force by the leaf spring 107 will be described. In the following description, the pressing force vector is a force vector including the direction and magnitude of the pressing force in the cross section of each figure.

まず、図4(A)において、小基台104は、当接部104eで加圧部材106と接触している。また小基台104は、2か所の突起部102bでロータ101に接触しており、各接触面の重心は、中心線201からロータの駆動方向において等しい距離にある。一方、板バネ107と加圧部材106の接触に関し、本実施例では板バネが円弧形状で形成されているため、板バネ107の両端の支持部と、押圧力の入力点(板バネ107と加圧部材106の接触点)が一直線上に存在しない。従って、押圧力を発生させる際の板バネの断面は、図4(B)で示されるような、傾きを持つ状態となる。結果として、板バネ107によって加圧部材106に入力される押圧力のベクトルは矢印206aとして図示することができる。加圧部材106と板バネ107の接触点は、中心線201上には存在せず、図4(B)においては中心線201の右側の点205にずれてしまう。   First, in FIG. 4A, the small base 104 is in contact with the pressure member 106 at the contact portion 104e. The small base 104 is in contact with the rotor 101 at two protrusions 102b, and the center of gravity of each contact surface is the same distance from the center line 201 in the driving direction of the rotor. On the other hand, regarding the contact between the leaf spring 107 and the pressure member 106, in this embodiment, the leaf spring is formed in an arc shape, so that the support portions at both ends of the leaf spring 107 and the input points of the pressing force (the leaf spring 107 and The contact point of the pressure member 106 does not exist on a straight line. Therefore, the cross section of the leaf spring when generating the pressing force is in a state having an inclination as shown in FIG. As a result, the vector of the pressing force input to the pressing member 106 by the leaf spring 107 can be illustrated as an arrow 206a. The contact point between the pressing member 106 and the leaf spring 107 does not exist on the center line 201 and shifts to a point 205 on the right side of the center line 201 in FIG.

図4(C)に、図4(B)のA部の点205まわりの拡大詳細図を示す。板バネ107が加圧部材106に付与する押圧力はベクトル206aで表され、中心線201に対して傾いている。従って、当該押圧力ベクトル206aは、中心線201と平行な方向の成分ベクトル206bと、中心線201と垂直な方向の成分ベクトル206cに分解することができる。   FIG. 4C shows an enlarged detailed view around the point 205 in the portion A of FIG. 4B. The pressing force applied to the pressing member 106 by the leaf spring 107 is represented by a vector 206 a and is inclined with respect to the center line 201. Therefore, the pressing force vector 206 a can be decomposed into a component vector 206 b in a direction parallel to the center line 201 and a component vector 206 c in a direction perpendicular to the center line 201.

加圧部材106は、図4(A)、(B)に示されるように、中心線201と概ね平行な方向にのみ自由度を持ってリング基台105に保持されているため、板バネ107が加圧部材106を押圧する押圧力ベクトル206aは、中心線201方向の成分ベクトル206bに対応する力(ベクトル204a)で小基台104に伝達される。   As shown in FIGS. 4A and 4B, the pressure member 106 is held on the ring base 105 with a degree of freedom only in a direction substantially parallel to the center line 201, so that the leaf spring 107 The pressing force vector 206a that presses the pressing member 106 is transmitted to the small base 104 with a force (vector 204a) corresponding to the component vector 206b in the direction of the center line 201.

一方、小基台104に伝達された押圧力(ベクトル204a)は、2つの突起部102bによって接触面101aに伝達され、それぞれの突起部102bが接触面を押圧する力は押圧力ベクトル204aの半分の大きさの押圧力(ベクトル204b)となる。従って、2か所の突起部102bにおける押圧力を均等に保つことが可能となる。   On the other hand, the pressing force (vector 204a) transmitted to the small base 104 is transmitted to the contact surface 101a by the two protrusions 102b, and the force with which each protrusion 102b presses the contact surface is half of the pressing force vector 204a. The pressing force of the magnitude (vector 204b). Therefore, it is possible to keep the pressing force at the two protruding portions 102b uniform.

なお、突起部102bと接触面101aとの接触は面接触であるため、実際にはその面内で均一に分布した押圧力を呈するが、理解を容易にするため、面内の重心位置に働く力のベクトルとして表現している。また、加圧部材106と小基台104の当接部104eの接触は線接触であるため、実際にはその直線上で均一に分布した押圧力ベクトルとなるが、これも直線上の重心位置に働く力のベクトルとして表現している。以後、面接触や線接触の場合も重心位置における力のベクトルで表現する。   In addition, since the contact between the protrusion 102b and the contact surface 101a is a surface contact, in reality, a pressing force uniformly distributed in the surface is presented. However, in order to facilitate understanding, it acts on the center of gravity position in the surface. Expressed as a force vector. Further, since the contact between the pressing member 106 and the contact portion 104e of the small base 104 is a line contact, in reality, the pressure vector is uniformly distributed on the straight line. It is expressed as a vector of the force that works on. Hereinafter, surface contact and line contact are also expressed by a force vector at the center of gravity.

また、加圧部材106にはその側面部において、板バネ107によって、加圧部材106に入力される押圧力ベクトル206aの中心線201と垂直な方向の成分ベクトル206cによる摩擦力が発生する。一方、軸部105aでの嵌合においても摩擦力が発生する。これらの摩擦力は押圧力に対して十分に小さいため無視している。実際、この側面の仕上げをある程度滑らかにすれば、摩擦力の影響は無視できる程度に小さくできる。   Further, a frictional force generated by a component vector 206c in a direction perpendicular to the center line 201 of the pressing force vector 206a input to the pressing member 106 is generated by the leaf spring 107 on the side surface of the pressing member 106. On the other hand, a frictional force is also generated in the fitting at the shaft portion 105a. Since these frictional forces are sufficiently small with respect to the pressing force, they are ignored. In fact, if the finish on this side surface is smoothed to some extent, the influence of the frictional force can be reduced to a negligible level.

本実施例では前述のように、加圧部材106がリング基台105に対して、概して、中心線201方向のみ自由度を有した状態で保持される構成となっている。従って、加圧部材106が小基台104へ与える押圧力ベクトル204aは、中心線201と概ね一致させることができる。このとき、押圧力ベクトル204aの大きさは、板バネによる押圧力ベクトル206aの中心線201と平行な方向の成分ベクトル206bと等しくなる。これは、押圧力ベクトル206aの成分ベクトル206bのみが押圧力ベクトル204aとなるためである。押圧力ベクトル206a中心線201と垂直な方向の成分ベクトル206cは、加圧部材106の側面部における摩擦力に影響する。なお、加圧部材106の側面と貫通穴部105bの内面は、滑らかに仕上げることで、生じる摩擦力は押圧力に比べて十分小さく、加圧部材106のスムーズな進退を阻害することもない。最後に、1か所の突起部102bが接触面101aに与える押圧力ベクトルは204bとなり、その大きさは押圧力ベクトル204aの半分となる。これは、図4(A)に示されるように突起部102bが2か所存在するためである。このように、図4(A)、(B)の断面図を参照することにより、入力される押圧力ベクトル206aの力点は中心線201からずれてしまい、またその方向は中心線201と平行ではないが、押圧力ベクトル204aと204bは良好な押圧を保つことが可能となる。   In this embodiment, as described above, the pressure member 106 is generally held with respect to the ring base 105 in a state having a degree of freedom only in the direction of the center line 201. Therefore, the pressing force vector 204 a applied to the small base 104 by the pressing member 106 can be made to substantially coincide with the center line 201. At this time, the magnitude of the pressing force vector 204a is equal to the component vector 206b in a direction parallel to the center line 201 of the pressing force vector 206a by the leaf spring. This is because only the component vector 206b of the pressing force vector 206a becomes the pressing force vector 204a. The component vector 206c in the direction perpendicular to the center line 201 of the pressing force vector 206a affects the frictional force on the side surface of the pressing member 106. Note that the side surface of the pressure member 106 and the inner surface of the through-hole portion 105b are finished smoothly, so that the generated friction force is sufficiently smaller than the pressing force, and the smooth advance and retreat of the pressure member 106 is not hindered. Finally, the pressing force vector applied to the contact surface 101a by one protrusion 102b is 204b, and the magnitude thereof is half of the pressing force vector 204a. This is because there are two protrusions 102b as shown in FIG. As described above, referring to the cross-sectional views of FIGS. 4A and 4B, the force point of the input pressing force vector 206 a is deviated from the center line 201, and the direction is not parallel to the center line 201. However, the pressing force vectors 204a and 204b can maintain a good pressing force.

一方、小基台104は当接部104eの直線状の接触部を介して押圧される構成となっている。従って、図4(A)における断面においては、小基台104が傾き可能な構成となっており、仮に製造時の寸法誤差や外乱による部材の傾きが生じても、良好な加圧接触状態を保つことができる。   On the other hand, the small base 104 is configured to be pressed through a linear contact portion of the contact portion 104e. Therefore, in the cross section in FIG. 4 (A), the small base 104 can be tilted, and even if a dimensional error during production or a tilt of the member due to disturbance occurs, a good pressure contact state is obtained. Can keep.

図5は、図4(A)が示すのと同じ部材の同断面における断面図であり、図4(A)の状態と比較してロータ101とリング基台105に、小基台104の当接部104eを回転中心として相対的な傾きが生じた場合を示している。図5においても、振動板102の突起部102bは、ロータ101の接触面101aに追従し、良好な加圧接触状態を保っている。なお、小基台104とリング基台105は、穴部104c及び長穴部104dと軸部105dで嵌合しているが、嵌合ガタ、すなわち嵌合隙間が設けられているため傾くことができる。よって、仮にロータ101やリング基台105に製造時の寸法誤差で傾きが生じた場合や、駆動時の振動や外乱により傾きが生じた場合でも、2か所の突起部102bにおける接触面101bへの良好な押圧が可能となる。   FIG. 5 is a cross-sectional view of the same member shown in FIG. 4 (A) in the same cross section. Compared with the state of FIG. 4 (A), the rotor 101 and the ring base 105 are brought into contact with the small base 104. A case where a relative inclination occurs with the contact portion 104e as the rotation center is shown. Also in FIG. 5, the protrusion 102 b of the diaphragm 102 follows the contact surface 101 a of the rotor 101 and maintains a good pressure contact state. The small base 104 and the ring base 105 are fitted in the hole 104c, the long hole 104d, and the shaft 105d, but may be inclined because a fitting play, that is, a fitting gap is provided. it can. Therefore, even if the rotor 101 or the ring base 105 is tilted due to a dimensional error during manufacturing, or is tilted due to vibration or disturbance during driving, the contact surface 101b at the two protruding portions 102b is moved to. Can be pressed well.

つまり、図4(A)の断面において、図5に示すような傾きが部材間に生じた場合であっても、図4(A)における小基台104の当接部104eと加圧部材106の接触を一点の点接触とし、傾きに対する接触面間の追従性を保つことで問題の解決を図っている。一方、図4(B)に示す断面では、小基台104の当接部104eと加圧部材106の接触を一直線の線接触とすることで、図4(B)の左右方向へ小基台104と加圧部材が互いに傾かない構成とした。   That is, in the cross section of FIG. 4A, even when the inclination shown in FIG. 5 occurs between the members, the contact portion 104e of the small base 104 and the pressure member 106 in FIG. The contact is made as a single point contact, and the problem is solved by maintaining the followability between the contact surfaces with respect to the inclination. On the other hand, in the cross section shown in FIG. 4B, the contact between the contact portion 104e of the small base 104 and the pressure member 106 is a straight line contact, so that the small base in the left-right direction in FIG. The configuration is such that 104 and the pressure member do not tilt each other.

以上のように、本実施例では、振動の伝搬を抑制する腕部102dを介して振動子109が小基台104に保持されている。従って、振動の節の位置に制限がなくなるため、振動子と被駆動部の接触面の良好な加圧接触状態を確保しながら、振動に対する設計自由度が改善された超音波モータを実現することが可能となる。   As described above, in this embodiment, the vibrator 109 is held on the small base 104 via the arm portion 102d that suppresses the propagation of vibration. Accordingly, since there is no restriction on the position of the vibration node, it is possible to realize an ultrasonic motor with improved design freedom for vibration while ensuring a good pressure contact state between the contact surface of the vibrator and the driven part. Is possible.

[実施例2]
実施例2は、実施例1の変形例であり、小基台104が加圧部材106と接触する当接部が、球面形状を有する形状とした例である。図6(A)、(B)は、各部材を組込んだ状態を示す拡大断面図で、3か所の振動子109のうち1か所のみを拡大している。なお、図が示す方向及び切断面の位置は、図4(A)、(B)とそれぞれ同様である。図6(A)、(B)を参照し、小基台104に球面形状を有する当接部104fを備えることで、加圧部材106は、図6(A)の紙面奥行き方向(図6(B)においては左右方向)にも点接触となり、傾くことができる。よって、ロータ101やリング基台105の製造時の寸法誤差で径方向に傾きが生じた場合や、駆動時の振動や外乱により部材に図6(A)の紙面奥行き方向(図6(B)においては左右方向)に傾きが生じた場合でも、2か所の突起部102bにおける良好な加圧接触を保つことが可能となる。なお、本実施例では当接部104eが前述のように球面形状を有する形状としたが、当接部104fと加圧部材106の上端面106aが一点による点接触を保てれば、その形状は限定されない。
[Example 2]
The second embodiment is a modification of the first embodiment, and is an example in which the contact portion where the small base 104 contacts the pressure member 106 has a spherical shape. 6A and 6B are enlarged cross-sectional views showing a state in which each member is incorporated, and only one of the three vibrators 109 is enlarged. The direction shown in the figure and the position of the cut surface are the same as those in FIGS. 4A and 4B. With reference to FIGS. 6A and 6B, the pressure member 106 is provided in the depth direction of FIG. 6A (FIG. 6B) by providing the small base 104 with a contact portion 104f having a spherical shape. In B), point contact is also made in the left-right direction), and tilting is possible. Accordingly, when the rotor 101 or the ring base 105 is tilted in the radial direction due to a dimensional error at the time of manufacturing, or due to vibration or disturbance during driving, the member is subjected to the depth direction in FIG. Even in the case where an inclination occurs in the left-right direction, it is possible to maintain good pressure contact at the two protruding portions 102b. In the present embodiment, the contact portion 104e has a spherical shape as described above, but the shape is limited as long as the contact portion 104f and the upper end surface 106a of the pressure member 106 can maintain point contact by one point. Not.

なお、上述の半球面形状の当接部104f以外の構成要素、及び板バネ107からの押圧力の伝達方法は、実施例1と同様の構成であるためここでの説明は省略する。   The constituent elements other than the above-described hemispherical contact portion 104f and the method for transmitting the pressing force from the leaf spring 107 are the same as those in the first embodiment, and thus the description thereof is omitted here.

以上のように、実施例2では小基台104と加圧部材106が球面形状を有する当接部104fで点接触する構成としたため、ロータの駆動方向のみならず、ロータの駆動方向と垂直な方向に傾きが生じたとしても、良好な加圧接触状態を保つことが可能である。   As described above, in the second embodiment, since the small base 104 and the pressure member 106 are configured to be in point contact with the spherical contact portion 104f, not only the rotor drive direction but also the rotor drive direction is perpendicular. Even if there is a tilt in the direction, it is possible to maintain a good pressure contact state.

[実施例3]
フォーカスレンズやズームレンズ等を駆動するための駆動手段として実施例1又は2の超音波モータを有するレンズ装置を構成することによって、本発明の効果を享受することができるレンズ装置を実現することができる。
[Example 3]
By configuring the lens apparatus having the ultrasonic motor according to the first or second embodiment as a driving unit for driving a focus lens, a zoom lens, or the like, it is possible to realize a lens apparatus that can enjoy the effects of the present invention. it can.

以上のように、振動子に発生する楕円振動により被駆動部を駆動する超音波モータにおいて、振動子と被駆動部の接触面の良好な加圧接触状態を確保しながら、振動に対する設計自由度を改善することで、従来技術のように振動子が押圧する接触面の中心近傍に振動の節を設定しなくとも、当該接触面で良好な加圧接触状態が得られることが可能である。   As described above, in the ultrasonic motor that drives the driven part by the elliptical vibration generated in the vibrator, the design freedom with respect to the vibration is ensured while ensuring a good pressure contact state of the contact surface between the vibrator and the driven part. By improving the above, it is possible to obtain a good pressure contact state on the contact surface without setting a vibration node near the center of the contact surface pressed by the vibrator as in the prior art.

以上、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されず、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 the preferable Example of this invention was described, this invention is not limited to these Examples, A various deformation | transformation and change are possible within the range of the summary.

101 ロータ(被駆動部)
101a 接触面
102 振動板
102a 平板部
102b 突起部
102c 接合部
102d 腕部(接続部)
103 圧電素子
104 小基台(保持部)
105 リング基台
106 加圧部材
107 板バネ(弾性部材)
109 振動子
101 Rotor (driven part)
101a Contact surface 102 Diaphragm 102a Flat plate part 102b Projection part 102c Joint part 102d Arm part (connection part)
103 Piezoelectric element 104 Small base (holding part)
105 ring base 106 pressure member 107 leaf spring (elastic member)
109 vibrator

上記課題を解決するために、本発明のモータは以下のような構成としている。
圧電素子を含む振動子であって、前記圧電素子によって励振された振動によって駆動される振動子と、
前記振動子を保持する保持部と、
前記振動子を部材に押圧するために、前記保持部を前記部材に向かって付勢する付勢力を付与する加圧手段と、
を備え、
前記振動子は、
前記付勢力によって前記部材と接触する突起部を有する平板部と、
前記振動子を保持する前記保持部と接合する接合部と、
前記接合部と前記平板部を接続する接続部と、
を備え、
前記接続部は前記平板部よりも細く、前記平板部よりも高い振動減衰率を有することを特徴としている。
In order to solve the above problems, the motor of the present invention has the following configuration.
A vibrator including a piezoelectric element, the vibrator driven by the vibration excited by the piezoelectric element;
A holding unit for holding the vibrator;
Pressurizing means for applying a biasing force that biases the holding portion toward the member in order to press the vibrator against the member;
With
The vibrator is
A flat plate portion having a protruding portion that comes into contact with the member by the biasing force;
A joining portion that joins the holding portion that holds the vibrator;
A connecting portion for connecting the joining portion and the flat plate portion;
With
The connecting portion is thinner than the flat plate portion and has a higher vibration damping rate than the flat plate portion.

Claims (7)

超音波モータは、
被駆動部と接触する接触面を有し、圧電素子を含む振動子であって、前記圧電素子によって励振された超音波振動によって前記被駆動部を駆動する振動子と、
前記振動子を保持する保持部と、
前記接触面を前記被駆動部に押圧するために、前記保持部を被駆動部に向かって付勢する付勢力を付与する加圧手段と、
前記加圧手段を支持する固定部と、
を備え、
前記保持部は、前記被駆動部の駆動方向における、前記接触面の両側において前記振動子を保持する、
ことを特徴とする超音波モータ。
Ultrasonic motor
A vibrator having a contact surface in contact with the driven part and including a piezoelectric element, wherein the vibrator drives the driven part by ultrasonic vibration excited by the piezoelectric element;
A holding unit for holding the vibrator;
Pressurizing means for applying an urging force for urging the holding portion toward the driven portion in order to press the contact surface against the driven portion;
A fixing portion for supporting the pressurizing means;
With
The holding unit holds the vibrator on both sides of the contact surface in the driving direction of the driven unit;
An ultrasonic motor characterized by that.
前記振動子は、
前記被駆動部との前記接触面を形成する突起部を有し、前記圧電素子を含む平板部と、
前記振動子を保持するために前記保持部と接合する接合部と、
前記接合部と前記平板部を接続する接続部と、
を備え、
前記接続部は前記平板部に対し振動減衰率が高い、
ことを特徴とする請求項1に記載の超音波モータ。
The vibrator is
A flat plate portion having a protrusion that forms the contact surface with the driven portion and including the piezoelectric element;
A joining portion joined to the holding portion to hold the vibrator;
A connecting portion for connecting the joining portion and the flat plate portion;
With
The connection portion has a high vibration damping rate with respect to the flat plate portion,
The ultrasonic motor according to claim 1.
前記接続部は前記平板部よりも細い、ことを特徴とする請求項2に記載の超音波モータ。   The ultrasonic motor according to claim 2, wherein the connection portion is thinner than the flat plate portion. 前記加圧手段は加圧部材と弾性部材を備え、前記弾性部材は前記加圧部材を介して前記保持部に付勢力を付与し、
前記保持部は、前記加圧部材と点接触し、前記接触面を含む平面の法線であって、前記接触面の重心を通る法線を含む当接部を備える、
ことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の超音波モータ。
The pressurizing means includes a pressurizing member and an elastic member, and the elastic member applies a biasing force to the holding portion via the pressurizing member,
The holding portion includes a contact portion that is in point contact with the pressure member and includes a normal line that includes the contact surface and includes a normal line that passes through the center of gravity of the contact surface.
The ultrasonic motor according to claim 1, wherein the ultrasonic motor is provided.
前記加圧手段は加圧部材と弾性部材を備え、前記弾性部材は前記加圧部材を介して前記保持部に付勢力を付与し、
前記保持部は、前記被駆動部の駆動方向に垂直な方向で前記加圧部材と線接触する当接部を備える、
ことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の超音波モータ。
The pressurizing means includes a pressurizing member and an elastic member, and the elastic member applies a biasing force to the holding portion via the pressurizing member,
The holding portion includes a contact portion that is in line contact with the pressure member in a direction perpendicular to the driving direction of the driven portion.
The ultrasonic motor according to claim 1, wherein the ultrasonic motor is provided.
前記振動子と前記保持部の間には隙間が設けられる、ことを特徴とする請求項2に記載の超音波モータ。   The ultrasonic motor according to claim 2, wherein a gap is provided between the vibrator and the holding portion. 請求項1乃至6のいずれか1項に記載の超音波モータを、被駆動部を駆動する駆動手段として備える、ことを特徴とするレンズ装置。   A lens apparatus comprising the ultrasonic motor according to claim 1 as driving means for driving a driven part.
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