Ультразвуковой двигатель
Изобретение относится к вибрационным устройствам для создания линейных перемещений ползуна. Ультразвуковой двигатель содержит вибратор, ползун, который входит в контакт посредством трения с вибратором, пружину для прижатия вибратора к скользящему элементу. Также вибратор содержит основание, опорный элемент вибратора, удерживающий основание, и соединительное средство для соединения упомянутого вибратора с упомянутым опорным элементом вибратора. Вибратор и скользящий элемент соответственно перемещаются посредством вибрации. Соединительное средство включает в себя ролик качения, который свободно перемещает основание к опорному элементу вибратора в направлении прижатия упомянутого прижимающего средства, и поджимающий элемент, который поджимает элемент качения в направлении, перпендикулярном направлению прижатия прижимающего средства. Соединительное средство содержит удлиненный участок, продолжающийся от опорного элемента вибратора в направлении прижатия. При этом цилиндрический ролик расположен между удлиненным участком и основанием. Технический результат - повышение точности перемещения ползуна. 7 з.п. ф-лы, 3 ил.
ПРЕДПОСЫЛКИ К СОЗДАНИЮ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Область техники, к которой относится изобретение
[0001] Настоящее изобретение относится к двигателю, который прилагается к оптическому устройству или подобному устройству. Более конкретно, оно относится к ультразвуковому двигателю, который применяется в оптическом устройстве или подобном устройстве.
[0002] До настоящего времени в таком ультразвуковом двигателе вибратор, который периодически вибрирует посредством приложения напряжения высокой частоты, приводят в контакт под давлением со скользящим элементом для приведения в движение упомянутого скользящего элемента.
[0003] Однако в соответствующем уровне техники, описанном в выложенной заявке на патент Японии № 2001-292584, один пружинный элемент 17 и множество резиновых листов 15, 16 и 18 выполняют функцию поддерживания участка вибрационного узла вибрирующего элемента 14 (соответствующего вибратору настоящего изобретения) и функцию прижатия упомянутого вибрирующего элемента для генерирования силы трения между упомянутым вибрирующим элементом и направляющей 11а (соответствующей скользящему элементу настоящего изобретения), и для этой цели между фиксирующей пластиной 19 и вибрирующим элементом 14 вставлен пружинный элемент 17 через соответствующие резиновые листы. Таким образом, например, при приложении ударного усилия, обусловленного вибрацией, падением или подобными причинами, относительные положения фиксирующей пластины и вибрирующей пластины неблагоприятно отклоняются, что вызывает проблему в том, что невозможно правильно управлять положением направляющей 11а.
[0004] Для решения данной проблемы задачей настоящего изобретения является удерживание вибратора, не вызывая никакого дребезжания в направлении перемещения, тем самым повышая точность подачи опорного элемента вибратора.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0005] Для достижения упомянутой цели, в соответствии с настоящим изобретением, обеспечен двигатель, содержащий вибратор, который вибрирует посредством приложенного к нему возбуждающего напряжения высокой частоты, скользящий элемент, который входит в контакт посредством трения с упомянутым вибратором, прижимающее средство для прижатия упомянутого вибратора к упомянутому скользящему элементу, основание, к которому прикреплен вибратор, опорный элемент вибратора, удерживающий упомянутое основание, и соединительное средство для соединения упомянутого вибратора с упомянутым опорным элементом вибратора, причем упомянутый вибратор и упомянутый скользящий элемент соответственно перемещаются посредством вибрации, при этом упомянутое соединительное средство включает в себя упомянутое основание, элемент качения, который свободно перемещает упомянутое основание к упомянутому опорному элементу вибратора в направлении прижатия упомянутого прижимающего средства, и поджимающий элемент, который поджимает упомянутый элемент качения в направлении, перпендикулярном направлению прижатия упомянутого прижимающего средства.
[0006] В соответствии с настоящим изобретением, упомянутое основание, к которому прикреплен вибратор, и упомянутый опорный элемент вибратора соответственно удерживаются с возможностью сгибания в направлении прижатия и без какого-либо дребезжания в направлении перемещения, чтобы удерживать вибратор, не вызывая никакого дребезжания в направлении перемещения, так что точность подачи опорного элемента вибратора может быть повышена.
[0007] Дополнительные признаки настоящего изобретения станут понятными из приведенного ниже описания примерных вариантов осуществления со ссылкой на прилагаемые чертежи.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0008] Фиг. 1 представляет собой сечение основной части ультразвукового двигателя в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.
[0009] Фиг. 2 представляет собой сечение упомянутой основной части ультразвукового двигателя в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения в направлении перемещения.
[00010] Фиг. 3 представляет собой сечение упомянутой основной части, показывающее состояние, когда ультразвуковой двигатель в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения встроен в участок оправы линзы оптического устройства.
ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0011] Предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения будут подробно описаны ниже в соответствии с прилагаемыми чертежами. На чертежах одинаковые детали обозначены одинаковыми ссылочными позициями.
[0012] Фиг. 1 представляет собой сечение основной части ультразвукового двигателя, показывающее вариант осуществления настоящего изобретения (показывающее перпендикулярное поперечное сечение в направлении приведения в движение), а фиг. 2 представляет собой сечение упомянутой основной части ультразвукового двигателя, показывающее вариант осуществления настоящего изобретения в направлении перемещения. Кроме того, данный вариант осуществления будет описан в качестве примера на основе ультразвукового двигателя прямого действия (линейного типа), однако данный вариант осуществления также применим к двигателю другого типа, например поворотного типа.
[0013] Ультразвуковой двигатель 200 включает в себя вибрирующую пластину 101. Вибрирующая пластина 101 включает в себя участки 101а, которые должны быть соединены. Участки 101а, которые должны быть соединены, прикреплены к соединительным выпуклым участкам 102а основания 102 посредством приклеивания или подобного способа (см. фиг. 2). Основание 102 представляет собой квадратную раму и выполнено из полимера или металла, толщина которого больше толщины вибрирующей пластины 101.
[0014] Кроме того, пьезоэлектрический элемент 103 прикреплен к вибрирующей пластине 101 посредством адгезива или подобного средства. Вибрирующая пластина 101 приспособлена вызывать резонанс в каждом из продольного направления и поперечного направления, когда к пьезоэлектрическому элементу 103 прикладывают напряжение высокой частоты. Необходимо отметить, что вибрирующая пластина 101 и пьезоэлектрический элемент 103 образуют вибратор 100. Вибратор 100 приспособлен вызывать ультразвуковые колебания, когда к нему прикладывают возбуждающее напряжение высокой частоты.
[0015] В результате, как показано на фиг. 2, края участков 101b контакта под давлением, образованные на вибрирующей пластине 101, вызывают такое эллиптическое движение, которое показано на фиг. 2. При изменении частоты или фазы напряжения высокой частоты, прикладываемого к пьезоэлектрическому элементу 103, можно соответственно изменять направление вращения или пропорцию эллипса, чтобы вызывать требуемое перемещение. Вследствие этого вибрирующая пластина входит в контакт посредством трения с ползуном 104 в качестве скользящего элемента, который является ответной частью, тем самым создавая движущую силу для соответствующего перемещения ползуна, так что сам вибратор 100 может быть приведен в движение вдоль оптической оси (в направлении, перпендикулярном поверхности листа на фиг. 1, т.е. в направлении вправо-влево на фиг. 2), которое является направлением перемещения. Ползун 104 прикреплен к нижеупомянутому опорному элементу 116 узла посредством крепежных средств (винтов).
[0016] На фиг. 1 и фиг. 2 опорный элемент 105 вибратора соединен с основанием 102, к которому прикреплен вибратор 100, посредством соединительного средства, как указано ниже. На фиг. 2 два ролика 106, которые представляют собой элементы качения, расположены на обеих сторонах через участки 101b контакта под давлением вибрирующей пластины 101. То есть цилиндрические ролики 106, которые представляют собой элементы качения, расположены в двух, переднем и заднем, участках вибратора 100 в направлении перемещения.
[0017] Как показано на фиг. 2, опорный элемент 105 вибратора содержит два удлиненных участка 105а, выполненных так, чтобы продолжаться вниз, и ролики 106 и плоская пружина 107 размещаются в пространстве, образованном посредством соединительных участков 102b основания 102 и удлиненных участков 105а. Плоская пружина 107, которая представляет собой поджимающий элемент, обладающий заданной упругостью, примыкает к соединительному участку 102b основания 102, и ролик 106 расположен между плоской пружиной 107 и удлиненным участком 105а и выполнен с возможностью перемещения в направлении прижатия.
[0018] Плоская пружина 107 расположена совместно с одним из роликов 106 в правом пространстве на фиг. 2. Посредством поджимающего усилия плоской пружины 107 в установленном состоянии опорный элемент 105 вибратора поджимается в направлении влево на фиг. 2 посредством одного (на правой стороне на фиг. 2) из роликов 106, а основание 102 поджимается в направлении вправо на фиг. 2.
[0019] При этом поджимающее усилие прикладывается в направлении В (см. фиг. 2), перпендикулярном направлению А прижатия вибратора, как описано ниже. В результате, точно так же, как описано выше, другой ролик 106, расположенный на левой стороне на фиг. 2 и установленный в другом установочном пространстве, также размещается между другим удлиненным участком 105а в виде соединительного выступа опорного элемента 105 вибратора и другим соединительным участком 102b основания 102.
[0020] В соответствии с вышеупомянутым устройством, можно реализовать соединительное средство, в котором не возникает никакого дребезжания в направлении перемещения (направлении справа налево на фиг. 2) и почти не возникает сопротивления перемещению в упомянутом ниже направлении А прижатия (направлении сверху вниз на фиг. 2) посредством приведения в движение ролика.
[0021] При этом поджимающее усилие плоской пружины 107 установлено так, что его значение больше, чем сила инерции, обусловленная ускорением и замедлением, которая возникает в начале и конце операций опорного элемента 105 вибратора и нижеупомянутого участка, приводимого в движение (см. 305 и 306 на фиг. 3). Посредством такой настройки основание 102, вибратор 100 и опорный элемент 105 вибратора способны устойчиво реализовывать управление приведением в движение без генерирования относительного смещения в направлении перемещения, обусловленного силой инерции во время приведения в движение.
[0022] Прижимающая пластина 108 размещает упругий элемент 109 между упомянутой прижимающей пластиной и пьезоэлектрическим элементом 103, как описано ниже, и приспособлена для прижатия и удерживания пьезоэлектрического элемента 103 с гибкостью.
[0023] Прижимающая пружина 110 расположена между элементом 111, удерживающим пружину, и пластиной 112 заземления пружины и выполнена в виде узла прижимающей пружины. При этом участок 111а большого диаметра, расположенный на конце элемента 111, удерживающего пружину, вставлен с большим зазором в установочный участок 112а пластины 112 заземления пружины, и поэтому положение узла может быть сохранено, преодолевая усилие прижимающей пружины 110 после сборки.
[0024] На участке внешнего диаметра пластины 112 заземления пружины образованы штыковые выступы 112b в нескольких участках в окружном направлении. В данном установленном состоянии положения штыковых выступов 112b в направлении А прижатия определяются посредством участка 105с штыкового зацепления, образованного в опорном элементе 105 вибратора. При этом прижимающий участок 111b, расположенный на конце элемента 111, удерживающего пружину, создает прижимающее усилие для прижатия вибратора 100 к ползуну 104 через прижимающую пластину 108 и упругий элемент 109 посредством поджимающего усилия пружины 110. Таким образом, вибратор 100 может входить в контакт посредством трения с ползуном 104. Необходимо отметить, что прижимающая пружина 110, элемент 111, удерживающий пружину, и пластина 112 заземления пружины образуют прижимающее средство 120.
[0025] Подвижная пластина 113, представляющая собой часть направляющего элемента, прикреплена к участку 105b примыкания опорного элемента 105 вибратора посредством приклеивания или завинчивания. В подвижной пластине 113 образованы канавки 113b, имеющие V-образное поперечное сечение, в которые вставлены шарики 114 для направления опорного элемента 105 вибратора в направлении оптической оси (см. фиг. 1). Плоская крышка 115 прикреплена к опорному элементу 116 узла посредством известных винтов.
[0026] Плоская крышка 115 также представляет собой часть вышеупомянутого направляющего участка, и шарики 114 удерживаются посредством канавок 115а, имеющих V-образное поперечное сечение и обращенных к канавкам 113b подвижной пластины 113. Таким образом, можно поддерживать опорный элемент 105 вибратора таким образом, что данный элемент способен перемещаться вперед и назад вдоль направления перемещения (в вертикальном направлении поверхности листа на фиг. 1, т.е. в направлении вправо-влево на поверхности листа на фиг. 2). В соответствии с вышеупомянутым устройством реализован ультразвуковой двигатель прямого действия в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.
[0027] Каждое из поперечных сечений канавки 113b и канавки 115а, между которыми помещается шарик 114, имеет V-образную форму в направлении, перпендикулярном направлению приведения в движение опорного элемента 105 вибратора. При этом канавка 113b и канавка 115а могут быть выполнены в другой форме, так что каждое поперечное сечение может быть выполнено в U-образной форме.
[0028] Фиг. 3 представляет собой сечение основной части, показывающее состояние, когда ультразвуковой двигатель 200 в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения включен в участок 350 оправы линзы оптического устройства. Первый элемент 301, удерживающий линзу, удерживает первую линзу 302, а третий элемент 303, удерживающий линзу, удерживает третью линзу 304. Во внешнем периферийном участке третьего элемента 303, удерживающего линзу, расположен трубчатый участок 303а, который прикреплен к первому элементу 301, удерживающему линзу, в концевом участке 303b посредством непоказанных винтов.
[0029] В части участка внешнего диаметра трубчатого участка 303а расположен участок 303с, принимающий узел, к которому прикреплен ультразвуковой двигатель 200, причем упомянутый участок 303с прикреплен посредством винтов с возможностью отсоединения. Кроме того, в участке внутреннего диаметра трубчатого участка 303а расположен второй элемент 305, удерживающий линзу, удерживающий вторую линзу 306. Вторая линза 306 перемещается как фокусирующая линза оптического устройства вдоль оптической оси Х (см. фиг. 3) посредством ультразвукового двигателя 200 в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.
[0030] При этом второй элемент 305, удерживающий линзу, расположен так, что направляющий стержень 307 вставлен с возможностью относительного перемещения в опору 305а вала, и поэтому вторая линза 306 способна перемещаться вдоль оптической оси Х. Второй элемент 305, удерживающий линзу, соединен с опорным элементом 105 вибратора посредством, например, сцепления оси 105d сцепления, расположенной в опорном элементе 105 вибратора, с вогнутым участком 305b сцепления, расположенным во втором элементе 305, удерживающем линзу. При этом упомянутое соединение может быть осуществлено посредством известной рейки и оси сцепления.
[0031] Как было описано выше, опорный элемент 105 вибратора соединен с основанием 102, к которому прикреплен вибратор 100, посредством роликов 106 и плоской пружины 107. Следовательно, вибратор 100 и основание 102 выполнены с возможностью прижатия к опорному элементу 105 вибратора в направлении А прижатия прижимающего средства 120 посредством операции качения без по существу потери прижимающего усилия. Кроме того, вибратор 100 и основание 102 зафиксированы в направлении перемещения посредством использования плоской пружины 107, не вызывая никакого дребезжания. Вследствие этого вторая линза 306, которая представляет собой фокусирующую линзу оптического устройства, может точно приводиться в движение и управляться вдоль направления оптической оси Х.
[0032] Конкретные примеры ультразвукового двигателя в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения и участок оправы линзы оптического устройства, включающий в себя упомянутый двигатель, подробно описаны выше, однако настоящее изобретение не ограничено упомянутым вариантом осуществления, и любая конфигурация может быть использована без отхода от сущности приведенной ниже формулы изобретения. В данном варианте осуществления в качестве поджимающего элемента для поджатия роликов 106 используется плоская пружина 107, однако может быть использован другой поджимающий элемент, помимо плоской пружины, при условии, что данный элемент способен оказывать поджимающее усилие, требующееся для предотвращения дребезжания.
[0033] Кроме того, разумеется, устройство настоящего изобретения применимо не только к ультразвуковому двигателю, описанному в упомянутом варианте осуществления, но также к двигателю, который позволяет вибратору осуществлять другие колебания, помимо ультразвуковых колебаний.
[0034] Настоящее изобретение используется для осуществления управления приводом оптического устройства с высокой точностью.
[0035] Хотя настоящее изобретение описано со ссылкой на примерные варианты осуществления, необходимо понимать, что изобретение не ограничено раскрытыми примерными вариантами осуществления. Объем приведенной ниже формулы изобретения должен восприниматься в самом широком толковании для того, чтобы охватывать все такие модификации и эквивалентные структуры и функции.
1. Двигатель, содержащий вибратор, который вибрирует посредством приложения к нему возбуждающего напряжения высокой частоты, скользящий элемент, который входит в контакт посредством трения с упомянутым вибратором, прижимающее средство для прижатия упомянутого вибратора к упомянутому скользящему элементу, основание, к которому прикреплен вибратор, опорный элемент вибратора, удерживающий упомянутое основание, и соединительное средство для соединения упомянутого вибратора с упомянутым опорным элементом вибратора, причем упомянутый вибратор и упомянутый скользящий элемент соответственно перемещаются посредством вибрации,
причем упомянутое соединительное средство содержит элемент качения, который свободно перемещает упомянутое основание к упомянутому опорному элементу вибратора в направлении прижатия прижимающего средства, и поджимающий элемент, который поджимает упомянутый элемент качения в направлении, перпендикулярном направлению прижатия упомянутого прижимающего средства.
2. Двигатель по п.1,
в котором упомянутое соединительное средство содержит удлиненный участок, продолжающийся от упомянутого опорного элемента вибратора в направлении прижатия, и упомянутый элемент качения расположен в пространстве, образованном между упомянутым удлиненным участком и упомянутым основанием.
3. Двигатель по п.1 или 2,
в котором поджимающее усилие упомянутого поджимающего элемента установлено так, что его значение больше, чем сила инерции, прикладываемая к упомянутому опорному элементу вибратора.
4. Двигатель по п.1,
в котором упомянутые элементы качения расположены в двух, переднем и заднем, участках в направлении перемещения через вибратор.
5. Двигатель по п.1,
в котором упомянутый поджимающий элемент примыкает к упомянутому основанию, и упомянутый элемент качения размещается между упомянутым поджимающим элементом и упомянутым удлиненным участком.
6. Двигатель по п.1,
в котором упомянутый поджимающий элемент представляет собой плоскую пружину.
7. Двигатель по п.1,
в котором упомянутый элемент качения представляет собой цилиндрический ролик.
8. Двигатель по п.1, который представляет собой ультразвуковой двигатель,
в котором упомянутый вибратор осуществляет ультразвуковые колебания посредством приложенного к нему возбуждающего напряжения высокой частоты.
