JP2005354833A

JP2005354833A - アクチュエータ

Info

Publication number: JP2005354833A
Application number: JP2004174187A
Authority: JP
Inventors: Ryuta Sasaki; 竜太佐々木; Tomonari Masuzawa; 智成増沢
Original assignee: Fujinon Corp
Current assignee: Fujinon Corp
Priority date: 2004-06-11
Filing date: 2004-06-11
Publication date: 2005-12-22
Also published as: DE602005012557D1; ATE422100T1; CN1721969A; US20050275314A1; EP1605529B1; EP1605529A1; US7199506B2

Abstract

【課題】駆動部材をブロック状に形成することによって、被駆動部材を安定して正確に移動させることのできるアクチュエータを提供する。
【解決手段】アクチュエータは、一体的に取り付けられた圧電素子３２と駆動部材３４を備える。駆動部材３４はブロック状に形成され、この駆動部材３４の両側面に被駆動板３０、３０が摩擦係合される。
【選択図】図２

Description

本発明はアクチュエータに係り、特にデジタルカメラや携帯電話機等の小型精密機器に搭載され、ズームレンズやフォーカスレンズを駆動するアクチュエータに関する。

デジタルカメラ等のレンズ部の駆動装置として圧電素子を用いたアクチュエータがある。例えば特許文献１のアクチュエータは、圧電素子の端面に駆動棒が固着され、その駆動棒に鏡筒がスライド自在に支持される。鏡筒には板ばねが取り付けられ、この板ばねの弾性力によって駆動棒との間に摩擦力が働くようになっている。そして、圧電素子には、略鋸歯状の波形をした駆動パルスが印加され、圧電素子は伸び方向と縮み方向で異なる速度で変位する。例えば圧電素子が緩やかに変位すると、駆動棒とともに鏡筒が移動する。逆に、圧電素子が速く変位すると、鏡筒がその質量の慣性によって同じ位置に停まる。したがって、圧電素子に略鋸歯状の波形をした駆動パルスを繰り返し印加することによって、鏡筒を細かなピッチで間欠的に移動させることができる。

特許文献２に記載のアクチュエータは、圧電素子の変位方向の端面に係合部材が取り付けられており、この係合部材が移動板に摩擦係合され、移動板に鏡筒が取り付けられている。そして、圧電素子に駆動パルスを印加することによって、係合部材が振動し、移動板と鏡筒が移動される。
特許第２６３３０６６号特開平１０−２３２３３７号公報

しかしながら、特許文献１、２に記載のアクチュエータは、駆動部材（上記の駆動棒や係合部材等）が棒状、或いは板状に形成されているため、圧電素子の振動が駆動部材によって吸収されて減衰してしまい、鏡筒を正確に移動させることができないという問題があった。特に、高周波の振動は、駆動部材による減衰率が大きいため、鏡筒の応答性が悪くなり、鏡筒を正確に移動させることができないという問題があった。

また、特許文献１、２に記載のアクチュエータは、駆動部材と、被駆動部材との間の摩擦力が不足し、被駆動部材の動作が不安定になりやすいという問題があった。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、被駆動部材を安定して正確に移動させることのできるアクチュエータを提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は前記目的を達成するために、変位方向の一方の端面が固定部材によって支持された圧電素子と、該圧電素子の変位方向の他方の端面に取り付けられたブロック状の駆動部材と、前記変位方向と直交する方向の前記駆動部材の少なくとも一つの端面に摩擦係合されるとともに、前記変位方向に沿って延設された被駆動部材と、を備えたことを特徴とする。

請求項１に記載の発明によれば、駆動部材がブロック状に形成されているので、圧電素子の振動が駆動部材で減衰することなく被駆動部材に伝達される。したがって、被駆動部材を精度良く移動させることができる。

請求項２に記載の発明は請求項１の発明において、前記変位方向と直交する方向の前記駆動部材の両端面に前記被駆動部材が摩擦係合されることを特徴とする。請求項２に記載の発明によれば、駆動部材の両端面に被駆動部材が摩擦係合されているので、摩擦係合面が増えて大きな出力が得られ、被駆動部材を安定して正確に移動させることができる。特に、摩擦係合面を駆動部材の両端面に設けたことによって、駆動力が偏って被駆動部材に伝わることを防止でき、被駆動部材をより安定して正確に移動させることができる。

請求項３に記載の発明は請求項１又は２の発明において、前記アクチュエータは、前記被駆動部材に取り付けられたレンズ枠を光軸に沿って移動させるレンズ移動用のアクチュエータであることを特徴とする。

本発明に係るアクチュエータによれば、駆動部材がブロック状に形成されているので、圧電素子の振動が駆動部材で減衰することなく被駆動部材に伝達され、被駆動部材を正確に移動させることができる。

以下、添付図面に従って本発明に係るアクチュエータの好ましい実施形態について説明する。図１は、本発明に係るアクチュエータが適用されたレンズ装置の構成を示す斜視図である。同図に示すレンズ装置は、箱型のケース１２を有し、このケース１２の側面には固定レンズ１６が取り付けられる。ケース１２の内部には、移動レンズ（例えばズームレンズやフォーカスレンズ）１８を保持したレンズ枠２０が設けられる。

レンズ枠２０の外周面には係合部２２とガイド部２６が突出形成される。係合部２２には、Ｕ状の溝２３が形成されており、この溝２３にガイド棒２４が係合される。また、ガイド部２６には、貫通孔２７が形成され、この貫通孔２７にガイド棒２８が挿通される。ガイド棒２４、２８は、光軸方向に配設されており、ケース１２に固定されている。これにより、レンズ枠２０は、光軸方向にスライド自在に支持される。

また、レンズ枠２０には、二枚の被駆動板（被駆動部材に相当）３０、３０が一体的に取り付けられている。各被駆動板３０、３０は、図２に示すように細長い矩形状に形成されており、その長手方向が光軸と平行になるように配置されている。また、被駆動板３０、３０は、互いに平行になるように配置されており、その間隔は、後述する駆動部材３４の幅に合わせて設置されている。被駆動部材３０、３０の材質は特に限定されるものではないが、軽量で、且つ剛性の強い材質、例えばセラミック等が選択される。

本実施の形態のアクチュエータは、二枚の被駆動板３０、３０の間に配設された圧電素子３２と駆動部材３４を備える。圧電素子３２は、その幅寸法（図２の上下方向の寸法）が被駆動板３０、３０の間隔よりも小さく形成され、被駆動板３０、３０に対して若干の隙間を持って配置される。圧電素子３２の変位方向（光軸方向）の一方の端面には、ケース１２に固定された押え板３８が配置され、もう一方の端面には駆動部材３４が固定されている。駆動部材３４は、矩形のブロック状に形成されており、被駆動板３０と同様に、軽量で、且つ剛性の強い材質、例えばセラミック等で作られている。また、駆動部材３４は、その幅寸法（図２の上下方向の寸法）が圧電素子３２の幅寸法よりも大きく、且つ、被駆動板３０、３０同士の間隔と略同寸法で形成されている。

被駆動板３０、３０には押えばね３６が取り付けられる。押えばね３６は、被駆動板３０、３０を挟み込むようにして取り付けられており、この押えばね３６の弾性力によって、被駆動板３０、３０が駆動部材３４の上面と下面に押圧される。これにより、被駆動板３０、３０がそれぞれ、駆動部材３４の上面と下面に摩擦係合される。被駆動板３０と駆動部材３４との摩擦力は、後述するように、圧電素子３２に緩やかな電圧変化の駆動パルスを印加した際にその駆動力よりも摩擦力が大きくなるように、そして、圧電素子３２に急激な電圧変化の駆動パルスを印加した際にその駆動力よりも摩擦力が小さくなるように設定される。

図３（Ａ）、図３（Ｂ）は圧電素子３２に印加する駆動パルスの例を示したものである。図３（Ａ）は、図２のレンズ枠２０を左方向に移動させる際の駆動パルスであり、図３（Ｂ）は図２のレンズ枠２０を右方向に移動させる際の駆動パルスである。

図３（Ａ）、図３（Ｂ）に示すように、圧電素子３２には略鋸歯状の駆動パルスが印加される。例えば図３（Ａ）の場合、圧電素子３２には時刻β１から時刻β２にかけて緩やかに立ち上がり、時刻β３で急激に立ち下がる略鋸歯状の駆動パルスが圧電素子３２に印加される。したがって、時刻β１から時刻β２では、圧電素子３２が緩やかに伸長し、これに伴って駆動部材３４が緩やかに変位するので、被駆動板３０は駆動部材３４とともに移動する。これにより、被駆動板３０、３０を図２の左方向に移動させることができる。時刻β３では、圧電素子３２が急激に縮むので、駆動部材３４は図２の右方向に変位する。その際、駆動部材３４が急激に変位するので、被駆動板３０、３０は慣性によってその位置に停止したまま、駆動部材３４だけが移動する。したがって、図３（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、図２の被駆動板３０、３０は左方向への移動と停止を繰り返すので、レンズ枠２０を左方向に移動させることができる。

図３（Ｂ）の場合には、時刻β４から時刻β５にかけて緩やかに立ち下がり、時刻β６で急激に立ち上がる略鋸歯状の駆動パルスが圧電素子３２に印加される。したがって、時刻β４から時刻β５では、圧電素子３２が緩やかに縮み、これに伴って駆動部材３４が緩やかに変位するので、被駆動板３０は駆動部材３４とともに移動する。これにより、被駆動板３０、３０を図２の右方向に移動させることができる。図３（Ｂ）の時刻β６では、圧電素子３２が急激に伸長するので、駆動部材３４は図２の右方向に変位する。その際、駆動部材３４が急激に変位するので、被駆動板３０、３０は慣性によってその位置に停止したまま、駆動部材３４だけが移動する。したがって、図３（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、図２の被駆動板３０、３０は右方向への移動と停止を繰り返すので、レンズ枠２０を右方向に移動させることができる。

次に上記の如く構成されたアクチュエータの作用について説明する。

本実施の形態のアクチュエータの主な特徴として、駆動部材３４をブロック状に形成した点がある。駆動部材３４を棒状や板状に形成した場合は、圧電素子３２の振動が駆動部材３４によって吸収されやすくなり、被駆動板３０を正確に駆動することが非常に困難になる。特に、低電圧の起電力で、且つ高周波のパルス信号で駆動する場合は、被駆動板３０、３０を正確に駆動することはできなくなる。

これに対して、本実施の形態のように駆動部材３４をブロック状に形成した場合は、圧電素子３２の振動が駆動部材３４で吸収されるおそれがない。さらに本実施の形態では、被駆動板３０が駆動方向に延設されており、駆動部材３４と被駆動板３０、３０の摩擦係合面の位置が圧電素子３２に対して常に一定に保たれる構造なので、前記摩擦係合面は常に圧電素子３２の近傍に保たれる。したがって、圧電素子３２の振動が減衰することなく被駆動板３０、３０に伝達されるので、被駆動板３０を正確に移動させることができる。よって、低電圧で、高周波の駆動パルスを印加した場合であっても、レンズ枠２０を高速で正確に移動させることができる。

また、本実施の形態のアクチュエータのもう一つの主な特徴として、駆動部材３４の両側から被駆動板３０、３０を摩擦係合させた点がある。このように構成すると、十分な摩擦力が安定して得られるとともに、駆動部材３４に対して上下均等に摩擦力が得られるので、駆動力を被駆動板３０、３０に均等に、且つ確実に伝達することができる。これに対して、被駆動板３０を一枚だけ設けた場合には、被駆動板３０と駆動部材３４との間で十分な摩擦力が得られなかったり、駆動部材３４の片側にだけ摩擦係合面が設けられているのでバランスが悪く、圧電素子３２の駆動力を効率よく被駆動板３０に伝達することができないという問題がある。したがって、本実施の形態のアクチュエータによれば、駆動部材３４の両側から被駆動板３０、３０を摩擦係合させるようにしたので、駆動力を被駆動板３０、３０に均等、且つ確実に伝達することができ、レンズ枠２０をスムーズに移動させることができる。

なお、上述した実施の形態は、駆動部材３４の両側に二枚の被駆動板３０、３０を摩擦係合させたが、三枚以上の被駆動板３０を摩擦係合させてもよい。例えば、図４は四枚の被駆動板３０、３０…を設けた例である。図４に示す各被駆動板３０は、細長い矩形状に形成されており、その長手方向が光軸方向になるようにして配置され、レンズ枠２０に固定されている。また、各被駆動板３０は、駆動部材３４を囲むようにして配置され、駆動部材３４の各側面に摩擦係合されている。このように四枚の被駆動板３０、３０…を駆動部材３４の各側面に摩擦係合させることによって、摩擦力を増加させることができ、レンズ枠２０をより安定して移動させることができる。また、圧電素子３２の駆動力を上下左右均等に伝達することができ、レンズ枠２０をよりスムーズに移動させることができる。

また、図５に示すように、駆動部材３４の片側のみに被駆動板３０を設けてもよい。図５の駆動部材３４は、圧縮ばね５０の付勢手段によって被駆動部材３０に押し付けられている。圧縮ばね５０は、その下端（不図示）がケース１２に固定され、上端が駆動部材３４に当接されており、この圧縮ばね５０の付勢力によって、駆動部材３４と被駆動部材３０の摩擦力が確保されている。このように駆動部材３４の片側のみに被駆動板３０を設けた場合であっても、駆動部材３４を矩形のブロック状に形成することによって、圧電素子３２の振動が駆動部材３４で減衰されることを防止でき、被駆動板３０の駆動制御を正確に行うことができる。

また、上述した実施の形態は、板状の駆動部材３４を用いたが、駆動部材３４の形状はこれに限定するものではなく、例えば、図６に示すように円柱状の駆動部材４０を用いてもよい。この場合、被駆動板４２、４２には、円弧状の溝４４を駆動方向に形成し、この溝４４に駆動部材４０を摩擦係合させるとよい。この場合にも被駆動板４２、４２を駆動部材４０の両側から摩擦係合させることによって、被駆動板４２、４２と駆動部材４０の摩擦力を十分に安定して確保することができ、被駆動部材４２、４２をスムーズに安定して移動させることができる。

また、三角柱状の駆動部材を用いてもよく、この場合には、駆動部材の二つの側面に被駆動部材を摩擦係合させることによって、駆動部材と被駆動部材とのガタツキを防止することもできる。

なお、本発明に係るアクチュエータの用途としては、例えばデジタルカメラや携帯電話等の小型精密機器に適用することができる。特に携帯電話は、３Ｖ以下の低い電圧で駆動する必要があるが、本発明のアクチュエータを用いることによって、２０ｋＨｚ程度の高周波であっても駆動することができ、レンズ枠２０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。

本発明に係るアクチュエータが適用されたレンズ装置の構成を示す分解斜視図本実施の形態のアクチュエータの構成を示す斜視図図２の圧電素子に印加される駆動パルスの波形図図２と異なる構成のアクチュエータを示す斜視図図２と異なる構成のアクチュエータを示す斜視図図３と異なる構成のアクチュエータを示す斜視図

符号の説明

２０…レンズ枠、３０…被駆動板、３２…圧電素子、３４…駆動部材、３６…押えばね

Claims

変位方向の一方の端面が固定部材によって支持された圧電素子と、
該圧電素子の変位方向の他方の端面に取り付けられたブロック状の駆動部材と、
前記変位方向と直交する方向の前記駆動部材の少なくとも一つの端面に摩擦係合されるとともに、前記変位方向に沿って延設された被駆動部材と、
を備えたことを特徴とするアクチュエータ。
前記変位方向と直交する方向の前記駆動部材の両端面に前記被駆動部材が摩擦係合されることを特徴とする請求項１に記載のアクチュエータ。
前記アクチュエータは、前記被駆動部材に取り付けられたレンズ枠を光軸に沿って移動させるレンズ移動用のアクチュエータであることを特徴とする請求項１又は２に記載のアクチュエータ。