JP2007274788A - 駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電気機械変換素子から駆動軸へ伝達される駆動力の伝達効率の向上が図られた駆動装置を提供する。
【解決手段】本発明に係る駆動装置１は、圧電素子１２と、圧電素子１２に端面接合され、圧電素子１２の伸縮に応じて駆動する駆動軸１４とを有し、駆動軸１４に摩擦係合された被駆動部材１６を駆動軸１４に沿って移動させるアクチュエータを備える駆動装置１において、駆動軸１４の接合端面が、圧電素子１２の接合端面全体を覆っている。
【選択図】 図１

Description

本発明はアクチュエータを用いた駆動装置に関し、特に小型デジタルカメラやウェブカメラ又はカメラ付き携帯電話機等に搭載する比較的小型のレンズなど光学部材を駆動する駆動装置に関する。

デジタルカメラ等のレンズの駆動装置として、圧電素子（電気機械変換素子）を利用したアクチュエータを用いたものが知られており、下記特許文献１〜３等において開示されている。これらの公報に示されたアクチュエータは、圧電素子、駆動部材（駆動摩擦部材）等で構成されており、圧電素子の伸縮方向の一方の端面に、被駆動部材が摩擦係合される駆動部材が接合されている。そして、上記駆動装置においては、圧電素子にパルス状の電圧が印加されると、圧電素子の伸び方向と縮み方向との動きが駆動部材に伝達される。圧電素子が遅い速度で変形した場合には、被駆動部材が駆動部材とともに移動し、圧電素子が速い速度で変形した場合には、被駆動部材がその質量の慣性によって同じ位置に停まる。従って、パルス状の電圧の印加を繰り返すことによって、被駆動部材を細かなピッチで間欠的に移動させることができる。
特開２００２−１４２４７０号公報 特許第３１７１１８７号公報 特開２００２−９５２７４号公報

しかしながら、上述した従来の駆動装置においては、以下に示すような問題点があった。すなわち、圧電素子と駆動部材との接合において、圧電素子の接合端面が、駆動部材の接合端面よりも大きくなっているために、圧電素子の外縁部の伸縮が駆動部材に十分に伝達できず、圧電素子から駆動部材へ伝達される駆動力の伝達効率が十分に高くはなかった。

そこで本発明は、このような技術課題を解決するためになされたものであって、電気機械変換素子から駆動部材へ伝達される駆動力の伝達効率の向上が図られた駆動装置を提供することを目的とする。

本発明に係る駆動装置は、電気機械変換素子と、電気機械変換素子に端面接合され、電気機械変換素子の伸縮に応じて駆動する駆動部材とを有し、駆動部材に摩擦係合された被駆動部材を駆動部材に沿って移動させるアクチュエータを備える駆動装置において、駆動部材の接合端面が、電気機械変換素子の接合端面全体を覆っていることを特徴とする。

この駆動装置においては、駆動部材の接合端面が電気機械変換素子の接合端面全体を覆っているため、電気機械変換素子の全ての部分の伸縮が駆動部材に確実に伝達される。従って、本発明に係る駆動装置は、電気機械変換素子の外縁部の伸縮を駆動部材に十分に伝達させることができていなかった従来の駆動装置に比べて、電気機械変換素子から駆動部材へ伝達される駆動力の伝達効率が向上している。

また、駆動部材の接合端面の形状及び寸法が、電気機械変換素子の接合端面の形状及び寸法と同一であることが好ましい。この場合、駆動部材と電気機械変換素子とを接合する際の軸合わせを容易におこなうことができる。

また、駆動部材の接合端面の形状及び電気機械変換素子の接合端面の形状が円形であってもよい。

本発明によれば、電気機械変換素子から駆動部材へ伝達される駆動力の伝達効率の向上が図られた駆動装置が提供される。

以下、添付図面を参照して本発明を実施するにあたり最良と思われる形態について詳細に説明する。なお、同一又は同等の要素については同一の符号を付し、説明が重複する場合にはその説明を省略する。

図１は本発明の実施形態に係る駆動装置の断面図である。図１に示すように、実施形態に係る駆動装置１は、移動レンズ７０を移動対象物とし移動レンズ７０の駆動をおこなうものであり、アクチュエータ１０と、このアクチュエータ１０を組み付ける固定枠２４とを備えて構成されている。
（アクチュエータ）

まず、この駆動装置１のアクチュエータ１０について説明する。アクチュエータ１０は、圧電素子１２（電気機械変換素子に相当）と、駆動軸１４と、被駆動部材１６と、錘部材１８とによって構成されている。
（圧電素子）

圧電素子１２は、積層型の圧電素子であり、本発明における電気機械変換素子である。この圧電素子１２の形状は、積層方向に延びる長尺円柱状であり、その径はＤ_１である。また、圧電素子１２には、二つの入力端子７２Ａ、７２Ｂが設けられており、これらの入力端子７２Ａ，７２Ｂを介して圧電素子１２と制御部７１とが接続されている。そして、圧電素子１２は、制御部７１から入力される電気信号に応じて、その積層方向に伸長及び収縮する。例えば、この入力端子７２Ａ、７２Ｂに印加される電圧を繰り返して増減させた場合、圧電素子１２は伸長及び収縮を繰り返す。
（駆動軸）

駆動軸１４は駆動部材に相当し、その基端部１４ａが、圧電素子１２の一端面１２Ａに当接した状態で接着剤（不図示）を用いて接着固定されている。この駆動軸１４は、径がＤ_２（＞Ｄ_１）の長尺円柱状の部材であり、その軸が矢印方向（すなわち、圧電素子１２の伸縮方向）に向くように取り付けられている。駆動軸１４の材質は、軽く高剛性のものが適しており、その条件を満たすものとしてはベリリウムが理想的であるが、この材料は稀少金属であるため高価で且つ加工性が悪いという欠点を持っている。そこで本実施形態においては、黒鉛結晶を強固に複合させた黒鉛複合体、例えばカーボングラファイトが用いられる。（ここで、黒鉛複合体とは炭素の六角板状結晶体であるグラファイトとグラファイト以外の物質との複合体を意味し、カーボングラファイトとはグラファイトと無定形炭素からなる物質を意味する。また、グラファイトは黒鉛とも言われる。）この黒鉛複合体であるカーボングラファイトは、ベリリウムと似た特性を有しながら（ベリリウムの比重は約１．８５、カーボングラファイトの比重は約１．８である）、ベリリウムと異なって比較的安価であり加工しやすいという特性を有している。
（錘部材）

錘部材１８は、圧電素子１２の他端面１２Ｂに、接着剤（不図示）により、固定枠２４に対し支持固定されない状態で設けられている。すなわち、錘部材１８は、固定枠２４に対し直接支持されたり固定されておらず、また接着剤や樹脂材を介して固定枠２４に対し動きを拘束されるように支持されたり固定されていない状態で設けられている。この錘部材１８は圧電素子１２の端面１２Ｂに負荷を与えることによって、端面１２Ｂが端面１２Ａよりも大きく変位することを防止するものであり、駆動軸１４よりも重量の大きいものが好ましい。また駆動軸１４よりも質量の大きい錘部材１８を設けることによって、圧電素子１２の伸縮を効率よく駆動軸１４側に伝えることが可能である。例えば、駆動軸１４が８ｍｇであり、圧電素子１２が３０ｍｇである場合には、２０ｍｇの錘部材１８が用いられる。錘部材１８と圧電素子１２とを固着する接着剤としては、弾性接着剤を用いることが好ましい。

錘部材１８は、軟性材料によって構成されており、それにより、アクチュエータ１０における共振周波数を圧電素子１２の駆動周波数に対し十分に小さくすることができ、共振の影響が低減される。錘部材１８の構成材料としては、圧電素子１２及び駆動軸１４よりもヤング率の小さいもの（例えば、ヤング率が１ＧＰａ以下のものが好ましく、３００ＭＰａ以下のものがより好ましい）が用いられる。また、錘部材１８の比重は、装置の小型化のためにできるだけ高いことが好ましく、例えば８〜１２程度に設定される。そこで、錘部材１８の構成材料には、ゴム等の弾性体に比重の大きい金属粉を混ぜ合わせたもの、例えば、ウレタンゴムやウレタン樹脂にタングステンの粉末を混ぜ合わせたものが用いられ、このような錘部材１８ではヤング率が６０ＭＰａ程度、比重が１１．７程度となる。錘部材１８の体積をできる限り小さく設計したいときは、比重が大きく且つヤング率の小さい組み合わせの錘部材１８が最適であるが、錘部材１８は駆動軸１４の比重より大きく（比重１．８以上）、且つヤング率が１ＧＰａ以下のものであれば利用可能である。すなわち、比重をヤング率で除した数値（比重／ヤング率）が１．８×１０^−９以上であれば錘部材１８として適している。
（固定枠）

そして、上述したアクチュエータ１０は、固定枠２４に組み付けられて支持されている。以下、固定枠２４によるアクチュエータ１０の支持について具体的に説明する。
（仕切り部）

アクチュエータ１０は、その駆動軸１４が、固定枠２４から内側へ延びる２つの仕切り部２４Ｂ，２４Ｃにより長手方向に沿って移動可能に支持されている。これらの仕切り部２４Ｂ，２４Ｃは、後述する被駆動部材１６の移動領域を仕切る部分であり、駆動軸１４を支持する部分としても機能している。固定枠２４は、アクチュエータ１０を収容するための筐体として機能し、また、アクチュエータ１０を組み付けるための枠体若しくはフレーム部材として機能している。

仕切り部２４Ｂ，２４Ｃそれぞれには、駆動軸１４を貫通させる貫通孔２４Ａが形成されている。一方の仕切り部２４Ｂは、駆動軸１４の圧電素子１２取付部分の近傍、すなわち駆動軸１４の基端部１４ａ位置において駆動軸１４を支持している。他方の仕切り部２４Ｃは、駆動軸１４の先端部１４ｂ位置において駆動軸１４を支持している。駆動軸１４は、圧電素子１２に取り付けられることにより、圧電素子１２の伸長及び収縮の繰り返し動作に応じて、その長手方向に沿って往復移動する。

なお、図１では、仕切り部２４Ｂ，２４Ｃによって駆動軸１４がその基端部１４ａ及び先端部１４ｂの２ヵ所において支持された態様を示しているが、駆動軸１４をその基端部１４ａ又は先端部１４ｂのいずれか一方で支持する場合もある。例えば、仕切り部２４Ｂのほうの貫通孔２４Ａを駆動軸１４の外径より大きく形成することにより、駆動軸１４が仕切り部２４Ｃにより先端部１４ｂのみで支持されることとなる。また、仕切り部２４Ｃのほうの貫通孔２４Ａを駆動軸１４の外径より大きく形成することにより、駆動軸１４が仕切り部２４Ｂにより基端部１４ａのみで支持されることとなる。

また、図１では、駆動軸１４を支持する仕切り部２４Ｂ，２４Ｃが固定枠２４と一体になっている場合について示したが、これらの仕切り部２４Ｂ，２４Ｃは固定枠２４と別体のものを固定枠２４に取り付けて設けてもよい。別体の場合であっても、一体となっている場合と同様な機能、効果が得られる。
（支持部材）

また、アクチュエータ１０は、支持部材６０によって固定枠２４に支持されている。この支持部材６０は、アクチュエータ１０を圧電素子１２の伸縮方向に対して側方から支持するものであり、アクチュエータ１０を収容する固定枠２４と圧電素子１２との間に配設されている。この場合、アクチュエータ１０を圧電素子１２の伸縮方向と直交する方向から支持することが好ましい。この支持部材６０は、アクチュエータ１０を側方から支持して取り付ける取付部材として機能している。

支持部材６０は、所定以上の弾性特性を有する弾性体により形成され、例えばシリコーン樹脂により形成される。支持部材６０は、圧電素子１２を挿通させる挿通孔６０Ａを形成して構成され、その挿通孔６０Ａに圧電素子１２を挿通させた状態で固定枠２４に組み付けられている。支持部材６０の固定枠２４への固着は、接着剤（不図示）による接着により行われる。また、支持部材６０と圧電素子１２の間の固着も、接着剤（不図示）による接着により行われる。この支持部材６０を弾性体によって構成することにより、アクチュエータ１０を圧電素子１２の伸縮方向に移動可能に支持することができる。図１において、支持部材６０が圧電素子１２の両側に２つ図示されているが、この支持部材６０、６０は一つの連続する支持部材６０の断面をとることによって２つに図示されたものである。

そして、圧電素子１２が伸縮する際に、その伸縮による振動が生ずるが、圧電素子１２を含むアクチュエータ１０が支持部材６０によって伸縮方向に対し側方から支持されているため、圧電素子１２の伸縮により生ずる振動がアクチュエータ１０の外部へ伝達されにくい。このため、アクチュエータ１０が固定枠２４などの外部の部材と共振することが抑制され、その共振の影響を低減することができる。従って、被駆動部材１６及び移動レンズ７０を正確に移動させることができる。

なお、支持部材６０の固定枠２４への固着及び圧電素子１２への固着は、固定枠２４と圧電素子１２の間に支持部材６０を圧入し、支持部材６０の押圧によっておこなってもよい。例えば、支持部材６０を弾性体により構成し、かつ、固定枠２４と圧電素子１２の間より大きく形成して、その間に圧入して設置する。これにより、支持部材６０は、固定枠２４及び圧電素子１２に密着して配設される。この場合、圧電素子１２は、支持部材６０により伸縮方向に直交する方向の両側から押圧される。これによって、アクチュエータ１０が支持される。

なお、以上では支持部材６０をシリコーン樹脂で形成する場合について説明したが、支持部材６０をバネ部材により構成してもよい。例えば、固定枠２４と圧電素子１２の間にバネ部材を配置し、このバネ部材によってアクチュエータ１０を固定枠２４に対し支持してもよい。
（被駆動部材）

そして、上述したアクチュエータ１０の駆動軸１４には、被駆動部材１６が移動可能に取り付けられている。この被駆動部材１６は、駆動軸１４に対し摩擦係合されて取り付けられ、駆動軸１４の長手方向に沿って移動可能となっている。例えば、被駆動部材１６は、駆動軸１４に対し所定の摩擦係数で係合しており、一定の押圧力で駆動軸１４に押し付けられることによってその移動の際に一定の摩擦力が生じるように取り付けられている。なお、被駆動部材１６と駆動軸１４との摩擦力は、圧電素子１２に緩やかな変化の電圧を印加した際に、その駆動力よりも静摩擦力が大きくなるように、且つ、圧電素子１２に急激な変化の電圧を印加した際に、その駆動力よりも静摩擦力が小さくなるように設定される。
（制御部）

ここで、制御部７１から圧電素子１２に入力される電気信号について、図２を参照しつつより詳しく説明する。

圧電素子１２には、制御部７１により、図２（Ａ）、図２（Ｂ）に示す波形の電圧が印加される。ここで、図２（Ａ）、図２（Ｂ）は圧電素子１２に印加するパルス波形の一例を示したものである。なお、図２（Ａ）は、被駆動部材１６を図１の矢印の左方向（つまり、駆動軸１４に沿って圧電素子１２から離間する方向）に移動させる際のパルス波形であり、図２（Ｂ）は被駆動部材１６を図１の矢印の右方向（つまり、駆動軸１４に沿って圧電素子１２に接近する方向）に移動させる際のパルス波形である。

被駆動部材１６を矢印の左方向に移動させる場合、圧電素子１２には、時刻α１から時刻α２にかけて緩やかに立ち上がり、時刻α３で急激に立ち下がる略鋸歯状の駆動パルスが印加される（図２（Ａ）参照）。従って、時刻α１から時刻α２までは、圧電素子１２が緩やかに伸長する。その際、駆動軸１４が緩やかな速度で移動するので、被駆動部材１６は駆動軸１４と共に移動する。これにより、被駆動部材１６が図１の矢印の左方向に移動する。時刻α３では、圧電素子１２が急激に縮まるので、駆動軸１４は図１の矢印の右方向に移動する。その際、駆動軸１４が急激に移動するので、被駆動部材１６は慣性によってその位置に停止したまま、駆動軸１４だけが移動する。従って、図２（Ａ）に示した鋸歯状の駆動パルスを繰り返し印加することによって、被駆動部材１６は図１の矢印の左方向への移動と停止を繰り返すので、被駆動部材１６を左方向へ移動させることができる。

それとは逆に、被駆動部材１６を矢印の右方向に移動させる場合、圧電素子１２には、時刻β１で急激に立ち上がり、時刻β２から時刻β３にかけて緩やかに立ち下がる略鋸歯状の駆動パルスが印加される（図２（Ｂ）参照）。従って、時刻β１では圧電素子１２が急激に伸長し、駆動軸１４は図１の矢印の左方向に移動する。その際、駆動軸１４が急激に移動するので、被駆動部材１６は慣性によってその位置に停止したまま、駆動軸１４だけが移動する。時刻β２から時刻β３までは、圧電素子１２が緩やかに縮まる。その際、駆動軸１４が緩やかに変位するので、被駆動部材１６は駆動軸１４と共に移動する。これにより、被駆動部材１６を図１の矢印の右方向に移動させることができる。従って、図２（Ｂ）に示した鋸歯状の駆動パルスを繰り返し印加することによって、被駆動部材１６は図１の矢印の右方向への移動と停止を繰り返すので、被駆動部材１６を右方向へ移動させることができる。

なお、駆動軸１４と被駆動部材１６の摺動接触部分には動作を安定させ、且つ繰り返し駆動した時の耐久性を向上させるために潤滑剤が塗布される。この潤滑剤は低温下でも駆動軸１４と被駆動部材１６の摺動駆動抵抗が増加しないように、温度によって性能が変化し難いものが好ましい。また、光学部品や機構部品に悪影響を与える塵埃を発生させないタイプのものがよい。

なお、上述した鋸歯状の駆動パルス信号は、説明を簡単にするため模式的に用いたものであり、実際には図３のような回路を有する制御部７１により、図４、図５に示す電気信号が入出力される。なお、その出力信号は上述した鋸歯状の駆動パルス信号と等価のものとなる。また、使用される駆動周波数としては、駆動周波数が異音として認識される可聴周波数域を避け、且つ電力消費量が少ないことを考慮して選定すれば２０〜２００ｋＨｚ程度が好ましく、より好ましくは５０〜１００ｋＨｚが用いられる。

図３は、圧電素子１２を作動させる駆動回路の回路図である。

図３に示すように、駆動回路７７は、制御部７１内に配置されて設けられている。この駆動回路７７は、圧電素子１２のドライブ回路として機能するものであり、圧電素子１２に対し駆動用の電気信号を出力する。駆動回路７７は、制御部７１の制御信号生成部（図示せず）から制御信号を入力し、その制御信号を電圧増幅又は電流増幅して圧電素子１２の駆動用電気信号を出力する。駆動回路７７は、例えば入力段を論理回路Ｕ１〜Ｕ３により構成し、出力段に電界効果型のトランジスタ（ＦＥＴ）Ｑ１、Ｑ２を備えたものが用いられる。トランジスタＱ１、Ｑ２は、出力信号として、Ｈ出力（高電位出力）、Ｌ出力（低電位出力）及びＯＦＦ出力（オープン出力）を出力可能に構成されている。

図４に駆動回路７７に入力される入力信号、図５に駆動回路７７から出力される出力信号を示す。図４（Ａ）は、被駆動部材１６を圧電素子１２に接近させる方向（図１において右方向）に移動させる際に入力される入力信号であり、図４（Ｂ）は、被駆動部材１６を圧電素子１２から離間させる方向（図１において左方向）に移動させる際に入力される入力信号である。また、図５（Ａ）は、被駆動部材１６を圧電素子１２に接近させる方向（図１において右方向）に移動させる際に出力される出力信号であり、図５（Ｂ）は、被駆動部材１６を圧電素子１２から離間させる方向（図１において左方向）に移動させる際に出力される出力信号である。

図５（Ａ）、（Ｂ）の出力信号は、図４（Ａ）、（Ｂ）の入力信号と同一タイミングでオンオフするパルス信号となっている。図５（Ａ）、（Ｂ）における２つの信号は、圧電素子１２の入力端子７２Ａ、７２Ｂに入力される。この入力端子７２Ａ、７２Ｂには、図２に示すような台形波形からなる信号を入力してもよいが、図５に示す矩形状のパルス信号を入力して圧電素子１２を作動させることができる。この場合、圧電素子１２の駆動信号が矩形状のパルス信号でよいため、信号生成が容易となる。

図５（Ａ）、（Ｂ）の出力信号は、同一周波数となる２つの矩形状のパルス信号により構成されている。この２つのパルス信号は、互いの位相を異ならせることにより、互いの信号の電位差が段階的に大きくなり急激に小さくなる信号又は電位差が急激に大きくなって段階的に小さくなる信号となっている。このような２つの信号を入力することにより、圧電素子１２の伸長速度と収縮速度を異ならせることができ、被駆動部材１６を移動させることができる。

例えば、図５（Ａ）、（Ｂ）において、一方の信号がＨ（ハイ）となりＬ（ロー）に低下した後に他方の信号がＨとなるように設定されている。それらの信号において、一方の信号がＬになった際に一定のタイムラグｔ_ＯＦＦの経過後、他方の信号がＨとなるように設定される。また、２つの信号が両方ともＬの場合には、出力としてはオフ状態（オープン状態）とされる。

この図５の（Ａ）、（Ｂ）の出力信号、すなわち圧電素子１２を作動させる電気信号は、可聴周波数を超える周波数の信号が用いられる。図５（Ａ）、（Ｂ）において、２つの信号の周波数は、可聴周波数を超える周波数信号とされ、例えば、３０〜８０ｋＨｚの周波数信号とされ、より好ましくは４０〜６０ｋＨｚとされる。このようは周波数の信号を用いることにより、圧電素子１２の可聴領域における作動音を低減することができる。
（移動レンズ）

そして、上述した被駆動部材１６には、レンズ枠６８を介して移動レンズ７０が取り付けられている。移動レンズ７０は、カメラの撮影光学系を構成するものであり、駆動装置の移動対象物となるものである。この移動レンズ７０は、被駆動部材１６と一体的に結合され、被駆動部材１６と共に移動するように設けられている。移動レンズ７０の光軸Ｏ上には、図示しない固定レンズなどが配設され、カメラの撮影光学系を構成している。また、光軸Ｏ上には、撮像素子６５が配設されている。撮像素子６５は、撮影光学系により結像された画像を電気信号に変換する撮像手段であり、例えばＣＣＤにより構成される。撮像素子６５は、制御部７１と接続されており、画像信号を制御部７１に出力する。
（検出器）

また、駆動装置１には、被駆動部材１６の移動位置を検出する検出器７５が設けられている。検出器７５としては、例えば光学式の検出器が用いられ、フォトリフレクタ、フォトインタラプタなどが用いられる。具体的には、検出器７５としてリフレクタ７５Ａ、検出部７５Ｂを備えたものを用いる場合、被駆動部材１６と一体に形成されるレンズ枠６８にリフレクタ７５Ａを取り付け、検出部７５Ｂからリフレクタ７５Ａ側へ検出光を出射し、リフレクタ７５Ａ側で反射してくる反射光を検出部７５Ｂで検出することにより被駆動部材１６及び移動レンズ７０の移動位置を検出する。

検出器７５は、制御部７１に接続されている。検出器７５の出力信号は制御部７１に入力される。制御部７１は、駆動装置全体の制御をおこなうものであり、例えばＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入力信号回路、出力信号回路などにより構成される。また、制御部７１は、圧電素子１２を作動させるための駆動回路を備えており、圧電素子１２に対し駆動のための電気信号を出力する。

図６および図７は、本実施形態に係る駆動装置における検出器の具体例を示した図である。

図６に示すように、検出器７５は、例えば、リフレクタ７５Ａ、検出部７５Ｂ、インタラプタ７５Ｃ、検出部７５Ｄを備えて構成されている。リフレクタ７５Ａ及びインタラプタ７５Ｃは、レンズ枠６８に取り付けられており、レンズ枠６８及び移動レンズ７０と共に移動する。リフレクタ７５Ａに対向する位置には、検出部７５Ｂが配置されている。検出部７５Ｂは、移動レンズ７０の移動に伴って変化するリフレクタ７５Ａからの光の反射量を検知し、移動レンズ７０の移動量を検出する。インタラプタ７５Ｃが通過する位置には、検出部Ｄが配置されている。検出部Ｄは、インタラプタ７５Ｃの通過を検知し、移動レンズ７０の所定位置の通過を検出する。

また、図７に示すように、移動レンズ７０の移動に応じてリフレクタ７５Ａが検出部７５Ｂに対し接近又は離間するようにリフレクタ７５Ａ及び検出部７５Ｂを配置し、検出部７５Ｂに対するリフレクタ７５Ａの相対距離に応じて移動レンズ７０の移動位置を検出するようにしてもよい。この場合、移動レンズ７０の位置がリニアに検出することができる。

また、移動レンズ７０の移動制御する手法として、撮像素子６５の出力信号に基づいて移動レンズ７０を移動させてもよい。例えば、撮像素子６５から出力される映像信号の高周波成分を検出し、そのレベルが最大となる位置に移動レンズ７０を移動させる。このように移動レンズ７０の移動制御をおこなうことにより、検出器７５による位置検出が不要となる。

次に、被駆動部材１６の構造を、図８を参照しつつ詳しく説明する。図８は、図１のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線における被駆動部材１６の断面図である。

図８に示すように、被駆動部材１６は、例えば、本体部１６Ａ、押圧部１６Ｂ及び摺動部１６Ｃを備えて構成される。本体部１６Ａは、押圧部１６Ｂにより駆動軸１４に一定の力で押圧されている。本体部１６Ａには、Ｖ字状の溝１６Ｄが形成されている。この溝１６Ｄの内には、二つの摺動部１６Ｃ、１６Ｃに挟持された状態で駆動軸１４が収容されている。摺動部１６Ｃ、１６Ｃは、断面Ｖ字状の板体であり、互いに凹部側を向き合わせて配置され、駆動軸１４を挟んで設けられている。このようにＶ字状の溝１６Ｄ内に駆動軸１４を収容することにより、被駆動部材１６を安定して駆動軸１４に取り付けることができる。

押圧部１６Ｂとしては、例えば、断面Ｌ字状の板バネ材が用いられる。押圧部１６Ｂの一辺を本体部１６Ａに掛止させ、他の一辺を溝１６Ｄの対向位置に配することにより、他の一辺により溝１６Ｄに収容される駆動軸１４を本体部１６Ａ及び摺動部１６Ｃと共に挟み込むことができる。これにより、本体部１６Ａを駆動軸１４側へ押圧することができる。

このように、被駆動部材１６は、押圧部１６Ｂにより本体部１６Ａを駆動軸１４側に一定の力で押圧して取り付けられることにより、駆動軸１４に対し摩擦係合される。すなわち、被駆動部材１６は、駆動軸１４に対し本体部１６Ａ及び押圧部１６Ｂが一定の押圧力で押し付けられ、その移動に際し一定の摩擦力が生ずるように取り付けられる。

また、断面Ｖ字状の摺動部１６Ｃ、１６Ｃにより駆動軸１４を挟み込むことにより、被駆動部材１６が駆動軸１４に複数箇所で線接触することになり、駆動軸１４に対し安定して摩擦係合させることができる。また、複数箇所の線接触状態により被駆動部材１６が駆動軸１４に係合しているため、実質的に被駆動部材１６が駆動軸１４に面接触状態で係合していると同様な係合状態となり、安定した摩擦係合が実現できる。

なお、図８においては摺動部１６Ｃが断面Ｖ状の板体で構成されているが、摺動部１６Ｃを断面円弧状の板体として構成して、駆動軸１４に面接触させてもよい。この場合、被駆動部材１６が駆動軸１４に面接触状態で係合するため、被駆動部材１６を駆動軸１４に対しより安定して摩擦係合することができる。

次に駆動軸１４及び圧電素子１２の接合端面形状について説明する。図９は、本実施形態に係る駆動装置１における駆動軸１４及び圧電素子１２の接合端面付近の斜視図である。他の部材の図示は省略している。

上述した駆動軸１４及び圧電素子１２は、共に円柱形状であるため、駆動軸１４及び圧電素子１２の接合端面１４Ａ及び１２Ａの形状は、共に円形である。そして図９に示すとおり、駆動軸１４の接合端面１４Ａの径（寸法）Ｄ_２は、圧電素子１２の接合端面１２Ａの径（寸法）Ｄ_１よりも大きい。そして、駆動軸１４の接合端面１４Ａは、圧電素子１２の接合端面全体を覆うように接合されている。すなわち駆動軸１４の接合端面１４Ａの面積は、圧電素子１２の接合端面１２Ａの面積よりも大きく、且つ、圧電素子１２の接合端面１２Ａの全体が駆動軸１４の接合端面１４Ａに固着されている。

このため圧電素子１２の接合端面１２Ａのすべての部分の伸縮が駆動軸１４側に確実に伝達する。その結果、従来の構成の駆動装置と比較して、圧電素子１２から駆動軸１４へ伝達される駆動力の伝達効率が向上している。従って、本発明の駆動装置１を採用すると、従来の駆動装置を採用した場合と比較して、駆動に要する電力を低減することが可能である。

また、駆動軸１４と圧電素子１２を接合する際、これらの軸がずれてしまうと、圧電素子１２から駆動軸１４へ伝達される駆動力の伝達効率が低下したり、駆動時に異常な振動を生じたりするトラブルを引き起こす場合がある。その点、図１０に示すように駆動軸１４の接合端面１４Ａの径Ｄ_２と圧電素子１２の接合端面１２Ａの径Ｄ_１を同一にすると、駆動軸１４と圧電素子１２の外形部を揃えて接合させれば、駆動軸１４と圧電素子１２の軸は一致する。そのため、このような態様の駆動装置１を採用すると、駆動軸１４と圧電素子１２の軸合わせが容易になる。また、接合端面１４Ａ及び接合端面１２Ａの寸法だけでなく、形状も同一にすることで、駆動軸１４と圧電素子１２の軸合わせがさらに容易となる。

また、駆動軸１４及び圧電素子１２の接合端面の形状は図９のような円形には限られず、楕円形等でもよく、図１１に示すように四角形等の多角形でもよい。

なお、上述した各実施形態は本発明に係る駆動装置の一例を示すものである。本発明に係る駆動装置は、これらの実施形態に係る駆動装置に限られるものではなく、各請求項に記載した要旨を変更しない範囲で、実施形態に係る駆動装置を変形し、又は他のものに適用したものであってもよい。例えば、本実施形態では、移動レンズを駆動する駆動装置に適用した装置について説明したが、移動レンズ以外の物（例えば、移動レンズを保持するレンズ枠）を駆動する駆動装置に適用してもよい。

また、上記実施形態では、圧電素子１２の伸縮方向における他端側に錘部材１８を設け、この錘部材１８を特に好ましいとして軟らかく且つ重いものとしているが、これに限定されない。また、この錘部材１８により、駆動軸１４の伸縮方向に対する移動性を一層高めるようにしているが、錘部材１８は無くても良い。

また、上記実施形態では、圧電素子１２に印加するパルス電圧の周波数を移動レンズ７０が前進する場合と後退する場合とで等しくしているが、異なっていても良い。

さらに、電気機械変換素子として圧電素子１２を用いているが、電気信号の入力により伸縮可能なものであれば、例えば人工筋肉ポリマー等でも良い。

また、上記実施形態では、圧電素子１２の伸縮方向における他端側を自由端としているが、この他端側の端部を固定枠２４に固定して固定端としても良い。

さらにまた、上記実施形態においては、圧電素子１２を、特に好ましいとして、弾性を有する接着剤を介して固定枠２４に弾性支持するようにしているが、多少効果は低減するが、硬い接着剤を介して固定枠２４に支持するようにしても良い。

なお、駆動装置１の用途としては、例えばデジタルカメラや携帯電話機等の小型精密機器に適用することができる。特に携帯電話機は、３Ｖ以下の低い電圧で駆動する必要があるが、駆動装置１を用いることによって、２０ｋＨｚ程度の高周波で駆動することができ、被駆動部材１６を２ｍｍ／ｓ以上の高速度で移動させることができる。よって、１０ｍｍ程度の移動が必要となるズームレンズであっても、迅速に移動させることができる。また、本発明に係るアクチュエータ１０の用途としてはフォーカスレンズやズームレンズ等の移動レンズを移動する用途に限定されず、ＣＣＤを移動する用途等に用いてもよい。

実施形態に係る駆動装置を示す断面図である。 圧電素子に印加される駆動パルスの波形図である。 実施形態に係る駆動装置における駆動回路を示す回路図である。 図３の駆動回路に入力される入力信号の波形図である。 図３の駆動回路から出力される出力信号の波形図である。 実施形態に係る駆動装置における位置検出器を示す斜視図である。 実施形態に係る駆動装置における位置検出器の変形例を示す図である。 実施形態に係る駆動装置における被駆動部材を示す断面図である。 実施形態に係る駆動装置における駆動軸と圧電素子の接合端面付近の斜視図である。 実施形態の変形例に係る駆動装置における駆動軸と圧電素子の側面図である。 実施形態の変形例に係る駆動装置における駆動軸と圧電素子の接合端面付近の斜視図である。

符号の説明

１…駆動装置、１０…アクチュエータ、１２…電気機械変換素子（圧電素子）、１２Ａ…端面、１４…駆動軸、１４Ａ…端面、１４a…駆動軸の基端部、１４b…駆動軸の先端部、１６…被駆動部材、１８…錘部材、２４…固定枠、２４Ａ…貫通孔、２４Ｂ、２４Ｃ…仕切り部、６０…支持部材、６５…撮像素子、６８…レンズ枠、７０…移動レンズ、７１…制御部、７２Ａ，７２Ｂ…入力端子

Claims (3)

1. 電気機械変換素子と、前記電気機械変換素子に端面接合され、前記電気機械変換素子の伸縮に応じて駆動する駆動部材とを有し、前記駆動部材に摩擦係合された被駆動部材を前記駆動部材に沿って移動させるアクチュエータを備える駆動装置において、
   前記駆動部材の接合端面が、前記電気機械変換素子の接合端面全体を覆っていることを特徴とする駆動装置。
2. 前記駆動部材の前記接合端面の形状及び寸法が、前記電気機械変換素子の前記接合端面の形状及び寸法と同一であることを特徴とする請求項１に記載の駆動装置。
3. 前記駆動部材の前記接合端面の形状及び前記電気機械変換素子の前記接合端面の形状が円形であることを特徴とする請求項１又は２に記載の駆動装置。
   

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