WO2019193759A1 - スライドアクチュエータ - Google Patents

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WO2019193759A1
WO2019193759A1 PCT/JP2018/014785 JP2018014785W WO2019193759A1 WO 2019193759 A1 WO2019193759 A1 WO 2019193759A1 JP 2018014785 W JP2018014785 W JP 2018014785W WO 2019193759 A1 WO2019193759 A1 WO 2019193759A1
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retainer
movable part
movable
slide actuator
spring
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PCT/JP2018/014785
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Inventor
謙 緒方
Original Assignee
オリンパス株式会社
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K41/00Propulsion systems in which a rigid body is moved along a path due to dynamo-electric interaction between the body and a magnetic field travelling along the path
    • H02K41/02Linear motors; Sectional motors
    • H02K41/035DC motors; Unipolar motors
    • H02K41/0352Unipolar motors
    • H02K41/0354Lorentz force motors, e.g. voice coil motors
    • H02K41/0356Lorentz force motors, e.g. voice coil motors moving along a straight path
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K7/00Arrangements for handling mechanical energy structurally associated with dynamo-electric machines, e.g. structural association with mechanical driving motors or auxiliary dynamo-electric machines
    • H02K7/14Structural association with mechanical loads, e.g. with hand-held machine tools or fans
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K7/00Arrangements for handling mechanical energy structurally associated with dynamo-electric machines, e.g. structural association with mechanical driving motors or auxiliary dynamo-electric machines
    • H02K7/08Structural association with bearings
    • H02K7/09Structural association with bearings with magnetic bearings

Definitions

  • the present invention relates to a slide actuator in which a movable part is movably supported with respect to a fixed part via a retainer that keeps a ball and a distance between the balls constant.
  • a slide actuator in which a movable body is held in a movable portion that is slidably disposed with respect to a fixed portion, and the movable body is reciprocated linearly while maintaining a posture orthogonal to the moving direction. It is used in a well-known voice coil motor (VCM).
  • VCM voice coil motor
  • this type of slide actuator 101 includes a fixed portion 102 fixed to the apparatus main body, a movable portion 103 facing the fixed portion 102, a fixed portion 102, and a movable portion 103. And a linear guide 104 that is interposed between the movable portion 103 and supports the movable portion 103 so as to move linearly along the fixed portion 102. Furthermore, the linear guide 104 includes a plurality of balls 105 that allow the linear motion of the movable portion 103, and a retainer 106 that holds the balls 105 so as to be rotatable at regular intervals.
  • the stroke range Ls of the movable portion 103 is set by the movable portion instruction value (current) of the sine wave shown in FIG. 4A, and this movable portion instruction current is supplied to the slide actuator. Then, the movable portion 103 slides in the plus (+) direction, for example, as shown in FIG. 8B from the state where it is located at the center of the stroke range Ls shown in FIG. 8A, and minus (+) at the end of the stroke range Ls. The reciprocating linear motion is repeated, such as turning back in the-direction and further turning back in the plus direction at the end of the stroke range Ls as shown in FIG. 8C.
  • the slide actuator 101 When the movable portion 103 of the slide actuator 101 repeats the reciprocating linear motion, the slide actuator 101 receives a strong disturbance such as an impact and vibration, and as shown in FIG. 9A, an urging force F generated by the disturbance is generated.
  • the movable part 103 or the retainer 106 may be pressed to one side.
  • the movable portion 103 cannot be stopped at the end of the stroke range Ls and may protrude from the end, resulting in a deviation in the positional relationship between the movable portion 103 and the retainer 106, resulting in a control deviation ⁇ Ls. Resulting in.
  • a grease pool G is generated near the wall 102 a of the fixed portion 102 due to the reciprocating linear movement of the movable portion 103. Therefore, as shown in FIG. 9B, when the end portion of the retainer 106 comes into contact with the wall portion 102a, the grease reservoir G is immersed. When the end portion of the retainer 106 is immersed in the grease reservoir G, the retainer 106 that reciprocates following the movable portion 103 becomes difficult to move away from the wall portion 102a due to the viscous resistance of the grease. There is a problem that the sliding friction generated during the period is promoted, and the control deviation when the movable part 103 performs the folding operation increases.
  • the present invention minimizes misalignment between the retainer and the movable part and restores the positional relationship at an early stage even when a strong biasing force is applied to at least one of the retainer and the movable part. It is possible to suppress a decrease in wear durability, and even when a strong biasing force is applied to at least one of the retainer and the movable portion, the end portion of the retainer is applied to the wall portion. It is an object of the present invention to provide a slide actuator that does not come into contact with each other, and therefore the end portion of the retainer is not immersed in the grease reservoir generated in the wall portion, and can obtain high position control accuracy.
  • One embodiment of the present invention includes a fixed portion, a movable portion movable in a predetermined direction with respect to the fixed portion, a wall portion provided in a moving direction of the movable portion of the fixed portion, the fixed portion, and the movable portion
  • the first structure is the retainer of the retainer.
  • the second structure is installed such that a large displacement in the moving direction of the movable part is suppressed so that a large displacement in the moving direction is suppressed.
  • FIG. 6 is a schematic side view of the slide actuator showing a state where the movable part is in the initial position.
  • FIG. 6 is a schematic side view of the slide actuator showing a state where the movable part has reached the moving end of the forward path.
  • FIG. 6 is a schematic side view of the slide actuator showing a state where the movable part has reached the moving end of the return path.
  • It is a schematic side view of a slide actuator showing a state where the movable part is strongly pressed to one side by the urging force.
  • FIG. 3B is a schematic side view of the slide actuator showing a state where the movable part moves in the backward direction from the state of FIG. 3A.
  • FIG. 3B is a schematic side view of the slide actuator showing a state where the movable part moves in the backward direction from the state of FIG. 3A.
  • FIG. 6 is a schematic side view of the slide actuator showing a state where the movable part has reached the moving end of the return path. It is a schematic side view of a slide actuator showing a state where the movable part passes through the initial position. It is a wave form diagram which shows the movable part instruction
  • FIG. 6 is a schematic side view of the slide actuator showing a state where the movable part has reached the moving end of the forward path.
  • FIG. 6 is a schematic side view of the slide actuator showing a state where the movable part has reached the moving end of the return path.
  • FIG. 6 is a schematic side view of the slide actuator showing a state where the movable part is urged by an urging force due to disturbance in the forward direction.
  • FIG. 6 is a schematic side view of the slide actuator showing a state where the retainer is in contact with a wall portion of the return path. It is a schematic side view of a slide actuator showing a state where the movable part is slid to the moving end. It is a schematic side view of a slide actuator showing a state where the movable part passes through the initial position.
  • FIG. 1 shows a first embodiment of the present invention.
  • Reference numeral 1 in the figure denotes an electromagnetic slide actuator typified by a voice coil motor, a fixed portion 2 fixed to an apparatus main body (not shown), a movable portion 3 slidable on the fixed portion 2, A linear guide 4 interposed between the fixed portion 2 and the movable portion 3 is provided.
  • the linear guide 4 includes a plurality of balls 5 that move the movable portion 3 linearly along the stage 2a of the fixed portion 2, and a retainer 6 that rotatably supports the balls 5 at predetermined intervals.
  • a raceway groove for linearly guiding the movement of the ball 5 is formed on the stage 2a, and the ball 5 is disposed in the raceway groove.
  • this movable part 3 holds, for example, an optical element as a movable body, and a permanent magnet 7 is fixed on the upper surface.
  • a pair of flat coils 8a and 8b are arranged facing the permanent magnet 7, and the permanent magnet 7 is arranged to give an appropriate magnetic field to the flat coils 8a and 8b.
  • Each of the flat coils 8a and 8b is attached to a coil support portion 9 fixed to an apparatus main body (not shown).
  • the slide actuator 1 according to the present embodiment is a movable magnet type, a movable coil type in which a flat coil is attached to the movable portion 3 and a permanent magnet is opposed to the flat coil may be used.
  • the output side of the actuator control unit 11 is connected to each of the flat coils 8 a and 8 b via the actuator driving unit 12. Further, a position detection sensor 13 for detecting the moving position of the movable part 3 is connected to the input side of the actuator control part 11.
  • the actuator control unit 11 is mainly configured by a known microcomputer including a known CPU, ROM, RAM, and interface.
  • the actuator controller 11 compares the position information of the movable part 3 detected by the position detection sensor 13 with the movable part indication position shown in FIG. 4A to obtain the control deviation ⁇ Ls shown in FIG. 4B, and this control deviation ⁇ Ls. Is output to the actuator drive unit 12.
  • the actuator driving unit 12 outputs a driving current corresponding to the control signal to the flat coils 8a and 8b, and a Lorentz force is generated by the magnetic field of the permanent magnet 7, so that the movable unit 3 slides.
  • the moving part 3 has its moving direction determined by the direction of the current supplied to the flat coils 8a and 8b, and the magnitude of the force changes depending on the amount of the current.
  • the configuration of the permanent magnet 7, the flat coils 8a and 8b, the coil support part 9, the actuator control part 11, the actuator drive part 12, the drive system of the position detection sensor 13 and the control system is described as representative in FIG. FIG. 2A to FIG. 3D and the second and later embodiments will be omitted.
  • the actuator drive unit 12 energizes the flat coils 8a and 8b with a sine wave movable unit instruction value (drive current) as shown in FIG. Part 3 repeats the reciprocating linear motion within the stroke range Ls.
  • the retainer 6 moves half of the movement amount of the movable part 3 by the rotation of the ball 5. Amount.
  • the moving direction of the movable portion 3 and the linear guide 4 will be described with the right side of the figure as the plus (+) direction and the left side as the minus ( ⁇ ) direction.
  • a machine as a first structure having a spring property between the end portions 6a and 6b in the moving direction of the retainer 6 and the lower wall portions 2b and 2c of the fixing portion 2 facing the end portions 6a and 6b.
  • Retainer springs 14 of the type are respectively connected.
  • a second structure having a spring property between the end portions 3a and 3b in the moving direction of the movable portion 3 and the upper wall portions 2d and 2e of the fixed portion 2 facing the end portions 3a and 3b.
  • Mechanical movable part springs 15 are connected to each other.
  • the retainer spring 14 is set to a spring constant of 1 ⁇ 2 with respect to the movable part spring 15.
  • the springs 14 and 15 may be either compression springs or tension springs.
  • each of the springs 14 and 15 is a compression spring
  • the free height of the retainer spring 14 is set longer than the maximum distance between the end portions 6a and 6b of the retainer 6 and the lower wall portions 2b and 2c, and the contact height is It is set shorter than the minimum distance between the end portions 6a and 6b and the lower wall portions 2b and 2c.
  • the free height of the movable portion spring 15 is set longer than the maximum distance between the end portions 3a, 3b of the movable portion 3 and the upper wall portions 2d, 2e, and the contact height is higher than the end portions 3a, 3b.
  • the distance is set shorter than the minimum distance between the walls 2d and 2e.
  • the free length of the retainer spring 14 is set to be shorter than the minimum distance between the end portions 6a and 6b of the retainer 6 and the lower wall portions 2b and 2c.
  • the length is set to be longer than the maximum distance between the end portions 6a and 6b and the lower wall portions 2b and 2c by adding the necessary deflection amount.
  • the free length of the movable portion spring 15 is set shorter than the minimum distance between the end portions 3a and 3b of the movable portion 3 and the upper wall portions 2d and 2e, and the length obtained by adding the necessary deflection amount to the free length is It is set longer than the maximum distance between the end portions 3a, 3b and the upper wall portions 2d, 2e.
  • Reference numeral G denotes a grease reservoir brought to the ridge between the lower wall portions 2b and 2c and the stage 2a.
  • the movable portion spring 15 to be connected contracts on the adjacent side and is extended on the separated side.
  • the spring constant of the retainer spring 14 is set to 1 ⁇ 2 of the movable portion spring 15 in accordance with the amount of movement of the retainer 6 relative to the movable portion 3, so that the retainer spring 14 and the movable portion spring 15 are connected to the retainer 6. Even if the contraction and extension occur in response to the movement with the movable part 3, the positional relationship between the movable part 3 and the retainer 6 does not shift.
  • both the retainer springs 14 and the both movable part springs 15 are in a balanced position, so that the movable part 3 and the retainer 6 are Even if a slight shift occurs in the positional relationship, it can be corrected when passing through the neutral position.
  • the slide actuator 1 is subjected to a strong disturbance such as an impact or vibration, and the urging force F generated thereby causes the movable portion 3 to be strongly pressed, for example, in the plus (+) direction to be largely displaced.
  • the impact applied to the movable part 3 is attenuated by the buffering action caused by the bending of the movable part spring 15, and the displacement is suppressed.
  • the control deviation ⁇ Ls is significantly attenuated compared to the conventional control deviation ⁇ Ls shown by the broken line.
  • the positional deviation between the movable part 3 and the retainer 6 is minimized, the sliding friction between the movable part 3 and the ball 5 can be greatly reduced, and a decrease in wear durability can be suppressed.
  • control deviation ⁇ Ls is greatly attenuated in the forward path, in the return path from FIG. 3B to FIG. 3C, the end 3 b of the movable portion 3 moves in a negative ( ⁇ ) stroke in combination with the spring balance by the springs 14 and 15.
  • the control deviation ⁇ Ls is corrected early as shown in FIG. 4B.
  • high control accuracy can be obtained as compared with the conventional control deviation ⁇ Ls in which the control deviation ⁇ Ls indicated by the broken line in FIG.
  • FIG. 5 shows a second embodiment of the present invention.
  • symbol is attached
  • the retainer spring 14 and the movable portion spring 15 are arranged between the both end portions 6a and 6b of the retainer 6 and the lower wall portions 2b and 2c, and between the both end portions 3a and 3b of the movable portion 3 and above. Although it connected between wall part 2d, 2e, respectively, in this embodiment, the retainer spring 14 and the movable spring 15 are connected only to one side of the common side.
  • the retainer spring 14 is connected only between the end 6a of the retainer 6 and the lower wall 2b, and the movable portion spring 15 is connected to the end 3a of the movable portion 3 and the upper wall 2d. It is connected only between.
  • the figure also shows the initial positions of the linear guide 4 and the movable portion 3 when the flat coils 8a and 8b (see FIG. 1) are in a non-energized state and the springs 14 and 15 are free.
  • both the springs 14 and 15 are tension and compression springs.
  • both the springs 14 and 15 function as compression springs when the movable portion 3 and the linear guide 4 try to move in the plus (+) direction in the figure, and try to move in the minus ( ⁇ ) direction. In this case, it functions as a tension spring.
  • the spring constant of the retainer spring 14 is set to 1 ⁇ 2 of the spring constant of the movable part spring 15.
  • the spring constants of the springs 14 and 15 are set to be twice that of the case where the springs 14 and 15 are arranged on both sides as in the first embodiment.
  • the spring constant of the movable part spring 15 of the first embodiment is 1 ⁇ 2 and the retainer.
  • the spring constant of the spring 14 is 1/4.
  • the movable part spring 15 Since the shock is buffered and the displacement is suppressed by the bending (compression deformation or tensile deformation) of the linear spring 14, the positional relationship between the movable portion 3 and the retainer 6 is not greatly deviated.
  • FIG. 6 shows a third embodiment of the present invention.
  • each of the first and second structures having spring properties is a magnetic spring.
  • symbol is attached
  • retainer magnets 21a and 21b which are permanent magnets, are opposed to the same magnetic poles on both end portions 6a and 6b of the retainer 6 and lower wall portions 2b and 2c of the fixing portion 2 facing the end portions 6a and 6b. It arranges in the state. Similarly, the same magnetic pole is made to oppose the movable part magnets 22a and 22b which are permanent magnets to the edge parts 3a and 3b of the movable part 3, and the upper wall parts 2d and 2e which oppose these edge parts 6a and 6b. Arrange in the state.
  • a magnetic force (repulsive magnetic force) in a direction repelling each other acts as a magnetic spring between the retainer magnets 21a and 21b facing each other and between the movable part magnets 22a and 22b.
  • the repulsive magnetic force between the retainer magnets 21a and 21b is set to 1 ⁇ 2 of the repulsive magnetic force between the movable portion magnets 22a and 22b.
  • the movable part 3 and the linear guide 4 shall reciprocate linearly between the movable part magnets 22a and 22b and between the retainer magnets 21a and 21b in a range in which a repulsive magnetic force is applied. Therefore, the initial position is the center where the magnetic balance is maintained as shown in FIG.
  • the magnetic forces (adsorptive magnetic force) in the direction of attracting each other may be made to act as magnetic springs with the retainer magnets 21a, 21b facing each other and the movable part magnets 22a, 22b as different magnetic poles.
  • a strong biasing force F for example, in the plus (+) direction
  • the biasing force F is applied to the minus ( ⁇ ) side retainer magnet 21a, It is attenuated by the attractive magnetic force between 21b and the attractive magnetic force between the movable part magnets 22a and 22b.
  • FIG. 7 shows a fourth embodiment of the present invention.
  • the present invention is a modification of the first embodiment described above.
  • the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted or simplified.
  • one end of the movable portion spring 15 is connected to the end portions 3a and 3b of the movable portion 3 so as to be swingable in the vertical direction via the link member 3c.
  • the other end of the movable part spring 15 is connected to the lower part of the upper wall parts 2d, 2e via a link member 2f so as to be swingable in the vertical direction.
  • the movable part spring 15 is a tension spring, and always urges the movable part 3 obliquely downward, that is, in a direction in which the bottom surface of the movable part 3 is pressed against the ball 5.
  • the operation of the movable portion 3 and the linear guide 4 when the movable portion 3 reciprocates linearly and the operation when at least one of the movable portion 3 and the retainer 6 is pressed by a strong biasing force F are the first implementation. Since it is the same as that of a form, description is abbreviate
  • the bottom surface of the movable part 3 is always pressed against the ball 5 by the downward biasing force of the movable part spring 15 while the movable part 3 moves back and forth, there is no slip between the movable part 3 and the ball 5.
  • the movable part 3 and the linear guide 4 can be reciprocated linearly while maintaining an appropriate positional relationship. As a result, it is difficult for sliding friction to occur during reciprocating linear motion, and wear durability can be improved.
  • the movable part spring 15 has a function of pressing the movable part 3 toward the ball 5, the structure can be simplified and a reduction in size and weight can be realized.

Abstract

本発明は、固定部2と、固定部2に対して所定方向に移動可能な可動部3と、固定部2の可動部3の移動方向に設けた壁部2b~2eと、固定部2と可動部3との間に介在し、可動部3を移動可能に支持する複数のボール5と、各ボール5の間隔を一定に保持するリテーナ6と、壁部2b,2cとリテーナ6とを連結するリテーナばね14と、可動部3と壁部2d,2eとを連結する可動部ばね15とを有するスライドアクチュエータ1において、リテーナばね14はリテーナ6の移動方向への大きな変位が抑制されるように設置されており、可動部ばね15は可動部の移動方向への大きな変位が抑制されるように設置されている。

Description

スライドアクチュエータ
 本発明は、固定部に対して可動部を、ボール及びボールの間隔を一定に保持するリテーナを介して移動可能に支持させたスライドアクチュエータに関する。
 従来、固定部に対してスライド自在に配設された可動部に被移動体を保持し、この被移動体を移動方向に直交する姿勢を維持した状態で往復直動させるスライドアクチュエータが知られており、周知のボイスコイルモータ(VCM)等に採用されている。
 図8A~図8Cに示すように、この種のスライドアクチュエータ101は、装置本体に固定されている固定部102と、この固定部102に対峙する可動部103と、固定部102と可動部103との間に介装されて可動部103を固定部102に沿って直動自在に支持するリニアガイド104とを有している。更に、このリニアガイド104は、可動部103の直動運動を許容する複数のボール105と、この各ボール105を、一定間隔を開けて回動自在に保持するリテーナ106とを備えている。
 そして、可動部103のストローク範囲Lsを、図4Aに示す正弦波の可動部指示値(電流)で設定し、この可動部指示電流をスライドアクチュエータに通電する。すると、可動部103は、図8Aに示すストローク範囲Lsの中央に位置している状態から、例えば、図8Bに示すようにプラス(+)方向へスライドし、ストローク範囲Lsの端部でマイナス(-)方向へ折返し、図8Cに示すようにストローク範囲Lsの端部で更にプラス方向へ折り返されるといった往復直動が繰り返される。
 このスライドアクチュエータ101の可動部103が往復直動を繰り返している際に、このスライドアクチュエータ101が衝撃、振動等の強い外乱を受け、図9Aに示すように、その外乱により発生した付勢力Fで可動部103或いはリテーナ106が一方へ押圧される場合がある。その結果、この可動部103がストローク範囲Lsの端部で停止しきれず、その端部から飛び出してしまったりして、可動部103とリテーナ106との位置関係にずれが生じ、制御偏差ΔLsが発生してしまう。
 そして、可動部103とリテーナ106との間にずれが生じている状態で、図9Bに示すように、可動部103が、マイナス方向へ折り返した場合には、リテーナ106の端部が、可動部103がストローク範囲Lsの端部に到達するよりも早く、固定部102の壁部102aに当接して移動が停止される。その結果、制御偏差ΔLsが修正されずに残り制御制が悪化してしまう。
 この対策として、例えば、日本国特開2008-57679号公報には、可動部(スライドテーブル)とリテーナ(ケージ)との間にスライド方向のずれが生じた場合、先ず、リニアガイドのリテーナを移動端に押し当て、次いで、可動部を強制的にスライドさせて、ずれを修正する技術が開示されている。
 しかし、図9Bの状態から可動部103を強制的にスライドさせて、図9Cに示すように、リテーナ106と可動部103との間のずれを修正しようとした場合、可動部103をスライドさせている間は、ボール105との間に滑り摩擦が発生する。その結果、この摩擦増大により摩耗耐久性が低下する不都合がある。
 又、日本国特開2008-57679号公報に開示されている技術では、図9Aに示すように、一旦、可動部103とリテーナ106との間に制御偏差ΔLsが発生した場合、図9Dに示すように、正常な位置関係に復帰するまでに少なくとも1往復必要となり、その際、可動部103とボール105との間に滑り摩擦が、図4Bに破線で示すように少なくとも1回は発生してしまい、摩耗耐久性が一段と低下してしまう不具合がある。
 更に、固定部102の壁部102a付近には可動部103の往復直動によりグリース溜りGが発生する。そのため、図9Bに示すように、リテーナ106の端部が壁部102aに当接する際に、グリース溜りGに没入される。リテーナ106の端部がグリース溜りGに没入されると、グリースの粘性抵抗により、可動部103に追従して往復動作するリテーナ106が壁部102aから離間し難くなり、可動部103とボール105との間に生じる滑り摩擦が助長され、可動部103が折返し動作する際の制御偏差が大きくなってしまう不具合がある。
 本発明は、上記事情に鑑み、リテーナと可動部との少なくとも一方に強い付勢力が加えられた場合であっても、リテーナと可動部との位置ずれを最小にして、位置関係を早期に修復させることが可能で、摩耗耐久性の低下を抑制することができ、更に、リテーナと可動部との少なくとも一方に強い付勢力が印加された場合であっても、リテーナの端部が壁部に接触することがなく、従って、この壁部に発生したグリース溜りにリテーナの端部が没入されることがなく、高い位置制御精度を得ることのできるスライドアクチュエータを提供することを目的とする。
 本発明の一態様は、固定部と、前記固定部に対して所定方向に移動可能な可動部と、前記固定部の前記可動部の移動方向に設けた壁部と、前記固定部と前記可動部との間に介在し、前記可動部を移動可能に支持する複数のボールと、前記各ボール間に介在し、該各ボールの間隔を一定に保持するリテーナと、ばね性を有し前記壁部と前記リテーナとを連結する第1構造体と、ばね性を有し前記壁部と前記可動部とを連結する第2構造体とを有するスライドアクチュエータにおいて、前記第1構造体は前記リテーナの移動方向への大きな変位が抑制されるように設置されており、前記第2構造体は前記可動部の移動方向への大きな変位が抑制されるように設置されている。
第1実施形態によるスライドアクチュエータの概略側面図である。 同、可動部が初期位置にある状態を示すスライドアクチュエータの概略側面図である。 同、可動部が往路の移動端に到達した状態を示すスライドアクチュエータの概略側面図である。 同、可動部が復路の移動端に到達した状態を示すスライドアクチュエータの概略側面図である。 同、可動部が付勢力で一方へ強く押圧された状態を示すスライドアクチュエータの概略側面図である。 同、図3Aの状態から可動部が復路方向へ移動する途上の状態を示すスライドアクチュエータの概略側面図である。 同、可動部が復路の移動端に到達した状態を示すスライドアクチュエータの概略側面図である。 同、可動部が初期位置を通過する状態を示すスライドアクチュエータの概略側面図である。 同、可動部を動作させる正弦波の可動部指示値を示す波形図である。 同、可動部指示値と実際の可動部の位置との制御偏差を示す波形図である。 第2実施形態によるスライドアクチュエータの概略側面図である。 第3実施形態によるスライドアクチュエータの概略側面図である。 第4実施形態によるスライドアクチュエータの概略側面図である。 従来例を示し、可動部が初期位置にある状態を示すスライドアクチュエータの概略側面図 同、可動部が往路の移動端に到達した状態を示すスライドアクチュエータの概略側面図である。 同、可動部が復路の移動端に到達した状態を示すスライドアクチュエータの概略側面図である 同、可動部が往路方向へ外乱による付勢力で付勢された状態を示すスライドアクチュエータの概略側面図である。 同、リテーナが復路の壁部に当接した状態を示すスライドアクチュエータの概略側面図である。 同、可動部を移動端にスライドさせた状態を示すスライドアクチュエータの概略側面図である。 同、可動部が初期位置を通過する状態を示すスライドアクチュエータの概略側面図である。
 以下、図面に基づいて本発明の一実施形態を説明する。尚、図面は模式的なものであり、各部材の厚みと幅との関係、それぞれの部材が有する厚みの比率などは現実のものとは異なることに留意すべきであり、図面の相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。
 [第1実施形態]
 図1~図4Bに本発明の第1実施形態を示す。図中の符号1は、ボイスコイルモータを代表とする電磁式のスライドアクチュエータであり、図示しない装置本体に固定される固定部2と、この固定部2の上をスライド自在な可動部3と、固定部2と可動部3との間に介装されたリニアガイド4とを備えている。リニアガイド4は、可動部3を固定部2のステージ2aに沿って直動運動させる複数のボール5と、この各ボール5を、所定間隔を開けて回動自在に支持するリテーナ6とで構成されている。尚、図示しないが、ステージ2aにはボール5の移動を直線状に導く軌道溝が形成されており、この軌道溝にボール5が配設されている。
 又、この可動部3は被移動体として、例えば光学素子を保持しており、上面には永久磁石7が固定されている。又、この永久磁石7に対して、一対のフラットコイル8a,8bが対向した状態で配設されており、永久磁石7はフラットコイル8a,8bに対して適切な磁界を与えるように配置されている。又、この各フラットコイル8a,8bが、図示しない装置本体に固定されているコイル支持部9に取付けられている。尚、本実施形態によるスライドアクチュエータ1は可動磁石式であるが、可動部3にフラットコイルを取付け、このフラットコイルに永久磁石を対向させた可動コイル式であっても良い。
 又、この各フラットコイル8a,8bには、アクチュエータ制御部11の出力側がアクチュエータ駆動部12を介して接続されている。又、このアクチュエータ制御部11の入力側に可動部3の移動位置を検出する位置検出センサ13が接続されている。
 アクチュエータ制御部11は、周知のCPU、ROM、RAM、及びインターフェースを含む周知のマイクロコンピュータを主体に構成されている。このアクチュエータ制御部11は、位置検出センサ13で検出した可動部3の位置情報と、図4Aに示す可動部指示位置とを比較して、図4Bに示す制御偏差ΔLsを求め、この制御偏差ΔLsを修正する制御信号をアクチュエータ駆動部12へ出力する。
 すると、アクチュエータ駆動部12は制御信号に対応する駆動電流をフラットコイル8a,8bへ出力し、永久磁石7の磁界によってローレンツ力が生じて、可動部3がスライドする。可動部3は、フラットコイル8a,8bに通電される電流の方向によって移動方向が決定され、又、その電流量によって力の大きさが変化する。尚、永久磁石7、フラットコイル8a,8b、コイル支持部9、アクチュエータ制御部11、アクチュエータ駆動部12、位置検出センサ13の駆動系、及び制御系の構成は、図1に代表して記載し、図2A~図3D、及び後述する第2実施形態以降では省略する。
 そして、例えば、アクチュエータ制御部11から出力されるPWM信号により、アクチュエータ駆動部12が、図4Aに示すような正弦波の可動部指示値(駆動電流)をフラットコイル8a,8bに通電すると、可動部3は、ストローク範囲Lsで往復直動を繰り返す。この場合、可動部3とボール5、及びボール5と軌道溝との間に滑りが生じないと仮定した場合、可動部3の移動量に対しリテーナ6はボール5の回転により1/2の移動量となる。尚、以下においては、便宜的に可動部3とリニアガイド4の移動方向を、図の右側をプラス(+)方向、左側をマイナス(-)方向として説明する。
 又、リテーナ6の移動方向の端部6a,6bと、この端部6a,6bに対向する固定部2の下壁部2b,2cとの間に、ばね性を有する第1構造体としての機械式のリテーナばね14がそれぞれ連結されている。更に、可動部3の移動方向の端部3a,3bと、この端部3a,3bに対向する固定部2の上壁部2d,2eとの間に、ばね性を有する第2構造体としての機械式の可動部ばね15がそれぞれ連結されている。又、このリテーナばね14は可動部ばね15に対し、1/2のばね定数に設定されている。
 この各ばね14,15は圧縮ばねと引張ばねとの何れでも良い。各ばね14,15が圧縮ばねの場合、リテーナばね14の自由高さはリテーナ6の端部6a,6bと下壁部2b,2cとの間の最大間隔よりも長く設定し、密着高さは端部6a,6bと下壁部2b,2cとの間の最小間隔よりも短く設定する。又、可動部ばね15の自由高さは可動部3の端部3a,3bと上壁部2d,2eとの間の最大間隔よりも長く設定し、密着高さは端部3a,3bと上壁部2d,2eとの間の最小間隔よりも短く設定する。
 一方、各ばね14,15が引張ばねの場合、リテーナばね14の自由長はリテーナ6の端部6a,6bと下壁部2b,2cとの間の最小間隔よりも短く設定し、自由長に必要たわみ量を加算して長さは、端部6a,6bと下壁部2b,2cとの間の最大間隔よりも長く設定する。又、可動部ばね15の自由長は可動部3の端部3a,3bと上壁部2d,2eとの間の最小間隔よりも短く設定し、自由長に必要たわみ量を加算した長さは端部3a,3bと上壁部2d,2eとの間の最大間隔よりも長く設定する。尚、符号Gは下壁部2b,2cとステージ2aとの稜部に寄せられたグリース溜りである
 次に、このような構成による本実施形態の作用について説明する。フラットコイル8a,8bが非通電の状態では、両リテーナばね14と両可動部ばね15は、それぞれバランスが保たれており、従って、図1に示すように、可動部3とリニアガイド4とは中立位置で停止している。
 このような状態で、アクチュエータ制御部11からのPWM信号にて、アクチュエータ駆動部12からフラットコイル8a,8bに、図4Aに示すような正弦波の可動部指示値(駆動電流)を通電すると、可動部3がストローク範囲Lsを往復直動する。
 その際、リテーナ6の両端部6a,6bと下壁部2b,2cとの間を連結するリテーナばね14、及び、可動部3の両端部3a,3bと上壁部2d,2eとの間を連結する可動部ばね15は、図2B、図2Cに示すように、近接する側が収縮し、離間する側が延伸される。
 可動部3が往復直動すると、リテーナ6の移動量はボール5の回転により可動部3の1/2となる。リテーナばね14のばね定数は、可動部3に対するリテーナ6の移動量に併せて、可動部ばね15の1/2に設定されているので、リテーナばね14と可動部ばね15とが、リテーナ6と可動部3との移動に対応して収縮、伸張しても、可動部3とリテーナ6との位置関係にずれが生じることはない。
 又、上述したように、図2Aに示すように、中立位置では両リテーナばね14と、両可動部ばね15とは、それぞれバランスが保たれた位置となるため、可動部3とリテーナ6との位置関係に僅かなずれが生じた場合であっても、中立位置を通過する際に修正させることができる。
 ところで、図3Aに示すように、スライドアクチュエータ1が衝撃、振動等の強い外乱を受け、それにより発生した付勢力Fで可動部3が、例えばプラス(+)方向へ強く押圧されて大きく変位しようとする場合、可動部3にかかる衝撃が、可動部ばね15の撓みによる緩衝作用によって減衰されて、その変位が抑制される。その結果、図4Bに実線で示すように制御偏差ΔLsは、破線で示す従来の制御偏差ΔLsに比し、大幅に減衰される。更に、可動部3とリテーナ6との位置ずれが最小となり、可動部3とボール5との間の滑り摩擦を大幅に低減させることができ、摩耗耐久性の低下を抑制させることができる。
 又、往路において制御偏差ΔLsが大幅に減衰されたため、図3Bから図3Cにかけての復路では、各ばね14,15によるばねバランスと相まって、可動部3の端部3bがマイナス(-)方向のストローク範囲Lsの端部に到達する際には、図4Bに示すように、制御偏差ΔLsが早期に修正される。その結果、同図に破線で示す制御偏差ΔLsが二度発生する従来の制御偏差ΔLsに比し、高い制御精度を得ることができる。
 又、図3Bに示すように、往路においてリテーナ6の端部6bが可動部3の端部3bから飛び出していても、ばねバランスにより、その飛び出し量が修正されるため、端部3bが下壁部2cとステージ2aとの稜部に寄せられたグリース溜りGに没入されることが無くなる。その結果、リテーナ6はグリース溜りGの粘性抵抗の影響を受けることなく折り返させることができるため、高い位置制御精度を得ることができる。尚、以上のことは、リテーナ6、或いは可動部3とリテーナ6との双方が強い付勢力Fで押圧された場合も同様である。
 [第2実施形態]
 図5に本発明の第2実施形態を示す。尚、第1実施形態と同一の構成部分については、同一の符号を付して説明を省略、或いは簡略する。
 上述した第1実施形態では、リテーナばね14、及び可動部ばね15を、リテーナ6の両端部6a,6bと下壁部2b,2cとの間、及び可動部3の両端部3a,3bと上壁部2d,2eと間にそれぞれ連結したが、本実施形態では、リテーナばね14と可動ばね15とを、共通する側の片方にのみ連結したものである。
 すなわち、図においては、リテーナばね14がリテーナ6の端部6aと下壁部2bとの間のみに連結され、又、可動部ばね15を可動部3の端部3aと上壁部2dとの間にのみ連結されている。
 又、図には、フラットコイル8a,8b(図1参照)が非通電状態にあり、両ばね14,15が自由な状態におけるリニアガイド4と可動部3との初期位置が示されている。本実施形態では、両ばね14,15として引張圧縮両用ばねを採用している。
 すなわち、この両ばね14,15は、可動部3とリニアガイド4とが、図のプラス(+)方向へ移動しようとした場合、圧縮ばねとして機能し、マイナス(-)方向へ移動しようとした場合、引張ばねとして機能する。又、リテーナばね14のばね定数が可動部ばね15のばね定数の1/2に設定されている。
 この場合、各ばね14,15のばね定数は、第1実施形態のように、各ばね14,15を両側に配設した場合に比し2倍に設定されている。換言すれば、本実施による可動部ばね15のばね定数に対して、リテーナばね14のばね定数を1/2とした場合、第1実施形態の可動部ばね15のばね定数が1/2、リテーナばね14のばね定数が1/4となる。
 このような構成では、可動部3とリニアガイド4とが往復直動している際に、可動部3とリニアガイド4との少なくとも一方が強い付勢力Fで押圧されても、可動部ばね15とリニアばね14との撓み(圧縮変形、或いは、引張変形)により、衝撃が緩衝されて変位が抑制されるため、可動部3とリテーナ6との位置関係が大きくずれることがない。
 その結果、第1実施形態と同様、可動部3とボール5との間の滑り摩擦が低減され、摩耗耐久性の低下が抑制される。更に、高い位置制御精度を得ることができる。又、ばね14,15の配設を片側のみとしたので、部品点数が削減され、装置の小型軽量化を実現することができる。
 [第3実施形態]
 図6に本発明の第3実施形態を示す。本実施形態では、ばね性を有する第1、第2構造体を、それぞれ磁気ばねとしたものである。尚、第1実施形態と同様の構成部分については、同一の符号を付して説明を省略、或いは簡略する。
 すなわち、リテーナ6の両端部6a,6bと、この端部6a,6bに対向する固定部2の下壁部2b,2cとに、永久磁石であるリテーナ磁石21a,21bを、同じ磁極を対向させた状態で配設する。同様に、可動部3の端部3a,3bと、この端部6a,6bに対向する上壁部2d,2eとに、永久磁石である可動部磁石22a,22bを、同じ磁極を対向させた状態で配設する。
 その結果、互いに対向するリテーナ磁石21a,21bの間、及び可動部磁石22a,22bの間には、互いに反発する方向の磁力(反発磁力)が磁気ばねとして作用する。又、リテーナ磁石21a,21bの間の反発磁力は、可動部磁石22a,22b間の反発磁力の1/2に設定されている。尚、可動部3とリニアガイド4は、可動部磁石22a,22bの間、及びリテーナ磁石21a,21bの間で、それぞれ反発磁力が作用している範囲で往復直動するものとする。従って、初期位置は、図6に示すように磁気バランスが保たれた中央となる。
 このような構成では、繰り返し往復直動している可動部3とそれに追従して動作するリニアガイド4との少なくとも一方が、強い付勢力Fで、例えばプラス(+)方向へ押圧された場合、この付勢力Fは、プラス(+)側のリテーナ磁石21a,21b間の反発磁力と、可動部磁石22a,22b間の反発磁力とによって減衰されて変位が抑制される。
 そのため、可動部3とリテーナ6との位置関係が大きくずれることがない。従って、可動部3とボール5との間の滑り摩擦が低減され、摩耗耐久性の低下が抑制され、更に、高い位置制御精度を得ることができる。
 又、互いに対向するリテーナ磁石21a,21b間、及び可動部磁石22a,22b間を異なる磁極として、互いに吸着する方向の磁力(吸着磁力)を磁気ばねとして作用させるようにしても良い。この場合、可動部3とリニアガイド4との少なくとも一方が、強い付勢力Fで、例えばプラス(+)方向へ押圧された場合、その付勢力Fは、マイナス(-)側のリテーナ磁石21a,21b間の吸着磁力と、可動部磁石22a,22b間の吸着磁力とによって減衰される。
 [第4実施形態]
 図7に本発明の第4実施形態を示す。本発明は、上述した第1実施形態の変形例である。第1実施形態と同様の構成部分については、同一の符号を付して説明を省略、或いは簡略する。
 本実施形態では、可動部ばね15の一端が可動部3の端部3a,3bにリンク部材3cを介して上下方向へ揺動自在に連結されている。又、この可動部ばね15の他端が上壁部2d,2eの下部にリンク部材2fを介して上下方向へ揺動自在に連結されている。
 この可動部ばね15は引張ばねであり、可動部3を斜め下方、すなわち、可動部3の底面をボール5に押し付ける方向に常時付勢している。可動部3が往復直動する際の可動部3とリニアガイド4との動作、及び、強い付勢力Fで可動部3とリテーナ6との少なくとも一方が押圧された際の動作は、第1実施形態と同様であるため、説明を省略する。
 可動部3が往復直動する間、可動部3の底面が可動部ばね15の下方への付勢力により、ボール5に常時押し付けられているため、可動部3とボール5との間に滑りが生じ難く、可動部3とリニアガイド4とは適正な位置関係を保持した状態で往復直動させることができる。その結果、往復直動の際に滑り摩擦が発生し難くなり、摩耗耐久性を向上させることができる。又、可動部ばね15に、可動部3をボール5側へ押し付ける機能を持たせたことで、構造の簡素化が図れ、小型軽量化を実現することができる。

Claims (10)

  1.  固定部と、
     前記固定部に対して所定方向に移動可能な可動部と、
     前記固定部の前記可動部の移動方向に設けた壁部と、
     前記固定部と前記可動部との間に介在し、前記可動部を移動可能に支持する複数のボールと、
     前記各ボール間に介在し、該各ボールの間隔を一定に保持するリテーナと、
     ばね性を有し前記壁部と前記リテーナとを連結する第1構造体と、
     ばね性を有し前記壁部と前記可動部とを連結する第2構造体と
    を有するスライドアクチュエータにおいて、
     前記第1構造体は前記リテーナの移動方向への大きな変位が抑制されるように設置されており、
     前記第2構造体は前記可動部の移動方向への大きな変位が抑制されるように設置されている
    ことを特徴とするスライドアクチュエータ。
  2.  前記第1構造体が前記リテーナの両側に設けられ、
     前記第2構造体が前記可動部の両側に設けられている
    ことを特徴とする請求項1記載のスライドアクチュエータ。
  3.  前記第1構造体のばね定数が、前記第2構造体のばね定数の1/2に設定されている
    ことを特徴とする請求項2に記載のスライドアクチュエータ。
  4.  前記第1構造体が前記リテーナの片側に設けられ、
     前記第2構造体が前記第1構造体と同じ側に設けられている
    ことを特徴とする請求項1記載のスライドアクチュエータ。
  5.  前記第1構造体のばね定数が、前記第2構造体のばね定数の1/2に設定されている
    ことを特徴とする請求項4に記載のスライドアクチュエータ。
  6.  前記第1構造体と前記第2構造体とは引張ばねである
    ことを特徴とする請求項3に記載のスライドアクチュエータ。
  7.  前記第1構造体と前記第2構造体とは圧縮ばねである
    ことを特徴とする請求項3に記載のスライドアクチュエータ。
  8.  前記第1構造体と前記第2構造体とは磁気ばねである
    ことを特徴とする請求項3に記載のスライドアクチュエータ。
  9.  前記第1構造体と前記第2構造体とは引張圧縮両用ばねである
    ことを特徴とする請求項5に記載のスライドアクチュエータ。
  10.  前記引張ばねの一端が前記可動部に連結され、他端が前記可動部を前記ボールに押し付ける方向へ付勢させた状態で前記壁部に連結されている
    ことを特徴とする請求項6に記載のスライドアクチュエータ。
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