JP5233845B2 - Drive device - Google Patents
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Description
本発明は、駆動装置に関する。 The present invention relates to a drive device.
従来、例えばレーザー光を出射するレーザーモジュールなどの光学装置には、光源から出射した出射光をSHGや光ファイバー等の導波路の入射端面に結合させるための複数の光学素子が光軸を揃えて配設されている。これらの光学素子には、出射光を入射端面へ精度良く結合させるために駆動手段が設けられ、温度変化による光学性能の変化などにも対応できるようになっている。 Conventionally, for example, in an optical device such as a laser module that emits laser light, a plurality of optical elements for coupling outgoing light emitted from a light source to an incident end face of a waveguide such as SHG or an optical fiber are arranged with their optical axes aligned. It is installed. These optical elements are provided with a driving means for accurately coupling the emitted light to the incident end face, and can cope with a change in optical performance due to a temperature change.
近年、このような光学素子の駆動手段として、スムーズインパクト駆動機構(Smooth Impact Drive Mechanism)を備えた駆動装置(以下、SIDM装置とする。但し、「SIDM」はコニカミノルタオプト株式会社の登録商標)が提案されている。 In recent years, as a driving means for such an optical element, a driving device (hereinafter referred to as a SIDM device) provided with a smooth impact drive mechanism (hereinafter referred to as “SIDM”, where “SIDM” is a registered trademark of Konica Minolta Opto Corporation). Has been proposed.
このSIDM装置とは、電圧の印加によって移動体をナノメートルのオーダーで往復運動させる圧電アクチュエータであり、電圧の印加によって伸縮する圧電素子と、圧電素子の伸縮によって変位する駆動軸と、圧電素子または駆動軸を支持する支持部材と、駆動軸に対して摩擦係合されて当該駆動軸の軸方向に移動する移動体等とを備え、圧電素子の急峻な体積変化と、移動体の慣性力及び摩擦力とを利用して、移動体を駆動軸の軸方向に移動させるようになっている(例えば、特許文献1参照)。 This SIDM device is a piezoelectric actuator that reciprocates a moving body in the order of nanometers by applying a voltage, a piezoelectric element that expands and contracts by applying a voltage, a drive shaft that displaces by expansion and contraction of the piezoelectric element, and a piezoelectric element or A support member that supports the drive shaft, a moving body that is frictionally engaged with the drive shaft and moves in the axial direction of the drive shaft, and the like. The moving body is moved in the axial direction of the drive shaft using the frictional force (see, for example, Patent Document 1).
しかしながら、従来のSIDM装置では、移動体上の光学素子を駆動軸の軸方向に直線的にしか移動させることができない。そのため、光学素子の位置調整を十分に行えず、レーザー光の出力安定性を損なう場合がある。なお、光学素子を複数の方向に移動させるためには、光学素子ごとに複数のSIDM装置をレーザーモジュール内に設けることも考えられるが、光学装置が大型化するとともに、製造コストが嵩んでしまい、現実的ではない。 However, in the conventional SIDM apparatus, the optical element on the moving body can only be moved linearly in the axial direction of the drive shaft. Therefore, the position of the optical element cannot be adjusted sufficiently, and the output stability of the laser beam may be impaired. In order to move the optical element in a plurality of directions, it may be possible to provide a plurality of SIDM devices in the laser module for each optical element, but the optical device becomes larger and the manufacturing cost increases, Not realistic.
本発明の課題は、移動体を複数方向に移動させることのできる駆動装置を提供することである。 The subject of this invention is providing the drive device which can move a mobile body in multiple directions.
本発明の第1の態様によれば、駆動装置において、
電圧の印加によって伸縮する圧電素子と、
前記圧電素子の伸縮によって変位する柱状の駆動軸と、
前記圧電素子の移動を制限しつつ当該圧電素子を伸縮可能に支持する移動制限部と、
前記駆動軸に対して摩擦係合されて当該駆動軸の軸方向と、当該軸方向とは異なる方向とに移動可能な移動体とを備え、
前記圧電素子は、
正負同一の電圧を印加した場合の動作方向が互いに異なる2つ以上の圧電体を有することを特徴とする。
According to the first aspect of the present invention, in the drive device,
A piezoelectric element that expands and contracts by application of voltage;
A columnar drive shaft displaced by expansion and contraction of the piezoelectric element;
A movement restricting portion that supports the piezoelectric element so as to be stretchable while restricting movement of the piezoelectric element;
A movable body that is frictionally engaged with the drive shaft and is movable in an axial direction of the drive shaft and a direction different from the axial direction;
The piezoelectric element is
It has two or more piezoelectric bodies whose operation directions are different from each other when positive and negative voltages are applied.
本発明の駆動装置においては、
前記2以上の圧電体は、
積層型の圧電体であり、積層方向が互いに同一であることが好ましい。
In the drive device of the present invention,
The two or more piezoelectric bodies are:
It is preferable that the piezoelectric layers are stacked, and the stacking directions are the same.
また、本発明の駆動装置においては、
前記圧電素子は、
前記軸方向に伸縮する第1の圧電体と、
前記軸方向の交差方向に伸縮する第2の圧電体とを有し、
前記移動体は、
前記軸方向と、前記交差方向とに移動可能であることが好ましい。
In the driving device of the present invention,
The piezoelectric element is
A first piezoelectric body that expands and contracts in the axial direction;
A second piezoelectric body that expands and contracts in the cross direction of the axial direction,
The moving body is
It is preferably movable in the axial direction and the intersecting direction.
また、本発明の駆動装置においては、
前記移動体を前記駆動軸の軸方向に移動させる場合と、前記軸方向とは異なる方向に移動させる場合とでは、前記圧電体に対して印加される電圧の駆動周波数が異なることが好ましい。
In the driving device of the present invention,
It is preferable that the driving frequency of the voltage applied to the piezoelectric body differs between when the moving body is moved in the axial direction of the drive shaft and when the moving body is moved in a direction different from the axial direction.
また、本発明の駆動装置においては、
前記圧電素子は、
正負同一の電圧の印加による動作方向が前記軸方向に沿って互いに逆方向であり、かつ、当該駆動軸の周方向に交互に配設された4つ以上の圧電体を有し、
前記駆動軸は、円柱状であり、
前記移動体は、
前記軸方向と、前記周方向とに移動可能であることとしても良い。
In the driving device of the present invention,
The piezoelectric element is
The operation direction by applying the same positive and negative voltage is opposite to each other along the axial direction, and has four or more piezoelectric bodies alternately arranged in the circumferential direction of the drive shaft,
The drive shaft is cylindrical,
The moving body is
It may be movable in the axial direction and the circumferential direction.
本発明によれば、移動体が駆動軸に対して摩擦係合されて当該駆動軸の軸方向と、当該軸方向とは異なる方向とに移動可能であり、圧電素子は正負同一の電圧を印加した場合の動作方向が互いに異なる2つ以上の圧電体を有するので、移動体を駆動軸の軸方向と、当該軸方向とは異なる方向とに移動させることができる。従って、移動体を複数方向に移動させることができる。 According to the present invention, the movable body is frictionally engaged with the drive shaft and can move in the axial direction of the drive shaft and in a direction different from the axial direction, and the piezoelectric element applies the same positive and negative voltages. In this case, since the two or more piezoelectric bodies having different operation directions are provided, the movable body can be moved in the axial direction of the drive shaft and in a direction different from the axial direction. Therefore, the moving body can be moved in a plurality of directions.
<第1の実施の形態>
以下、図面を参照しながら本発明の好ましい実施形態について説明する。
図1は、本実施の形態における光源ユニット100の概略構成を示す概念図である。
<First Embodiment>
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a conceptual diagram showing a schematic configuration of a
この図に示すように、光源ユニット100は、パッケージ10の内部に、レーザー光を照射する赤外半導体レーザー11と、赤外半導体レーザー11からのレーザー光を平行光束化する光学素子(コリメータレンズ)12と、光学素子12からの光束を集光する光学素子(集光レンズ)13と、SHG(Second Harmonic Generation)素子としてとしてのPPLN(Periodically Poled Lithium Niobate)導波路14とを、この順に備えている。ここで、図中の網掛け部分は、光束を示している。
As shown in this figure, a
なお、本実施の形態においては、光源ユニット100は最大長さが10mm以下となっており、光学素子12,13は最大径が10mm以下となっている。また、PPLN導波路14には、当該PPLN導波路14を温度制御する温度制御板16が設けられている。光源ユニット100中のこれらの部材については、例えば以下の文献1,2に開示のものを用いることができる。
In the present embodiment, the
<文献1>IQEC/CLEO−PR 2005,Tokyo,Japan,July11−15,2005,post−deadline paper PDG−2「107−mW low−noise green light emission by frequency doubling of reliable 1060−nm DFB semiconductor laser diodes」
<
<文献2>2006 Electronic Components and Technology Conference 1064−1065P「Wavelength Matching and Tuning in Green Laser Packaging using Second Harmonic Generation」
<
以上の光源ユニット100において、光学素子12,13は支持部材17によって支持されており、光学素子12,13と、支持部材17との間には、光学素子12,13を移動させるSIDM装置1A,1Bと、これらSIDM装置1A,1Bを支持するブラケット18とが介在している。
In the
SIDM装置1A,1Bは、圧電素子を駆動源とする超小型高精度のアクチュエータであり、光学素子12を主に図中のZ軸方向、光学素子13を主に図中のY軸方向に移動させることが可能となっている。但し、SIDM装置1Aが光学素子12を主にY軸方向に移動させ、SIDM装置1Bが光学素子13を主にZ軸方向に移動させることとしても良い。ここで、本実施の形態におけるSIDM装置1A,1Bは、光学素子12,13をX軸方向にも移動させることが可能となっている。なお、SIDM装置1A,1Bによる光学素子12,13の移動量は、例えばZ軸方向,Y軸方向へは数mm、X軸方向へは10μm以下となっている。このSIDM装置1A,1Bについては、詳細を後述する。
The
SIDM装置1A,1Bには、図示しない制御部が接続されている。この制御部は、SIDM装置1A,1Bを駆動して光学素子12,13をそれぞれ移動させることにより、これら光学素子12,13の光軸を赤外半導体レーザー11やPPLN導波路14の入射端面に対して合わせる(調芯する)ことができるようになっている。
なお、以上のような光源ユニット100は、例えば、従来より公知の画像投影装置におけるグリーン光の光源として用いることができる。
A control unit (not shown) is connected to the
The
続いて、SIDM装置1A,1Bについて詳細に説明する。
図2は、本発明に係る駆動装置としてのSIDM装置1A,1B(以下、SIDM装置1とする)の概略構成を示す図である。
Next, the
FIG. 2 is a diagram showing a schematic configuration of
この図に示すように、SIDM装置1は、駆動軸3と、カラー部材4と、移動体5と、圧電素子2等とを備えている。但し、図示の便宜上、図2(a)では移動体5等の図示を省略しており、図2(b)では、カラー部材4等の図示を省略するとともに、移動体5の図示を簡略化している。
As shown in this figure, the
このうち、駆動軸3は柱状の部材、本実施の形態においては4角柱状の部材であり、圧電素子2の一端に固定され、当該圧電素子2の伸縮によって変位するようになっている。この駆動軸3は、カーボン含有材料で形成されており、本実施の形態においては、カーボンファイバと樹脂との混合材料(カーボンコンポジット)で形成されている。
Among these, the
また、カラー部材4は、本発明における移動制限部であり、図2(a)に示すように、略コ字状に形成されている。このカラー部材4は、側面においてブラケット18に固定されるとともに、内側面において駆動軸3の側周面に固定されている。これにより、カラー部材4は、駆動軸3を介して圧電素子2の移動を制限しつつ、圧電素子2を伸縮可能に支持するようになっている。ここで、ブラケット18は、Z軸方向,Y軸方向に窪んだ2つの孔部180,181を有しており、これら孔部180,181の内部に圧電素子2を収容している。
The
また、移動体5は、駆動軸3に対し、主に当該駆動軸3の軸方向(SIDM装置1AではZ軸方向,SIDM装置1BではY軸方向。以下、軸方向Jとする)に摺動するものであり、駆動軸3に摩擦係合されている。この移動体5は、図3に示すように、移動体本体50と、板ばね6と、摺動板70とを有している。
The
移動体本体50は、駆動軸3の軸方向Jに延在する溝部51の設けられた略凹字状の部材であり、溝部51の内側面で駆動軸3の4つの側周面のうち、隣り合う2つの側面に対して摺動するようになっている。なお、この溝部51の壁部51b,51cはX軸方向に沿って互いに対向している。また、移動体本体50における溝部51の外側面53には、板ばね6と係合する2つの係合爪52,52が設けられている。また、本実施の形態においては、移動体本体50は、亜鉛合金または樹脂をダイキャストして形成されている。また、この移動体本体50には、鏡筒55を介して光学素子12(または13)が固定されており、この光学素子12(または13)の光軸方向は、SIDM装置1A,1Bの何れにおいてもX軸方向となっている。
The
板ばね6は、略コ字状に形成されるとともに、両端部に2つの孔部60,60を有しており、これら2つの孔部60,60を移動体本体50における2つの係合爪52,52に係合させることにより、溝部51を跨いで当該溝部51の外側面53に固定されている。これにより、板ばね6は、駆動軸3を溝部51の底面51aに付勢するようになっている。但し、本実施の形態においては、板ばね6によって溝部51の底面51aに付勢された駆動軸3は軸方向Jの交差方向、本実施の形態においてはX軸方向に沿って、底面51aに対し摺動可能となっている。これにより、本実施の形態における移動体5は駆動軸3に対して軸方向Jの他、X軸方向にも摺動可能となっている。
The
摺動板70は、板ばね6と駆動軸3との間に介在する矩形板状の部材であり、駆動軸3に対して摺動するようになっている。なお、この摺動板70はSUSから形成されている。
The sliding
圧電素子2は、電圧の印加により伸縮するものであり、本実施の形態においては、ピエゾ素子となっている。
この圧電素子2は、図4(a),(c)に示すように、軸方向Jに長尺な直方体状に形成されており、駆動軸3に対して中心軸を一致させて接続されている。この圧電素子2は、軸方向Jに延在する1対の電極29,29(図4(c)参照)間に、直方体状の3つの圧電体20〜22を備えている。
The
As shown in FIGS. 4A and 4C, the
圧電体20〜22は、圧電体21と圧電体22とがX軸方向に隣り合い、圧電体20と圧電体21,22とが軸方向Jに隣り合うよう配設されて互いに接着された状態となっており、X軸方向における圧電体21,22の幅がそれぞれ圧電体20の幅の1/2となっている。
The
また、これら圧電体20〜22は、電極29,29の間に正負同一の電圧が印加された場合の動作方向が互いに異なっている。具体的には、図中の手前側の面がプラス電圧となるよう電極29,29に電圧を印加した場合、圧電体20は軸方向Jに伸長し、圧電体21はX軸方向に伸長し、圧電体22はX軸方向に収縮するようになっている。但し、本実施の形態においては、圧電体20と、圧電体21,22との間では、共振周波数が互いに異なっている。
In addition, the
これら圧電体20〜22は、本実施の形態においては、薄板状の圧電材料を積層して形成されており、いわゆる積層型の圧電体となっている。
In the present embodiment, these
具体的には、圧電体20は、図4(a)に示すように、複数の矩形板状の圧電部材200を軸方向Jに積層することによって形成されている。各圧電部材200は、電極29,29からの電圧の印加によって厚み方向、つまり軸方向Jに伸縮するよう分極されている。これにより、圧電体20は、駆動軸3を軸方向Jに変位させるようになっている。
Specifically, the
一方、圧電体21,22は、複数の矩形板状の圧電部材201を軸方向Jに積層することによって一体的に形成されている。各圧電部材201は、図4(b)に示すように、矩形板状の2枚の圧電部材202,203の辺部同士をX軸方向に分離体204で連結することにより形成されている。なお、分離体204としては、従来より公知のものを用いることができる。
On the other hand, the
各圧電部材202、203は、電極29,29からの電圧の印加によって互いとの隣接方向、つまりX軸方向に伸縮するよう分極されている。但し、圧電部材202,203の動作方向は互いに逆向きとなっており、電極29,29の間に電圧が印加された場合に、圧電部材202はX軸方向に伸長(または収縮)し、圧電部材203は収縮(または伸長)するようになっている。これにより、圧電体21,22は、電極29,29に電圧を印加した場合に、互いに協働してX軸方向に屈曲して駆動軸3を首振り運動させるようになっている。
The
具体的には、図5(a)に示すように、図中下側の面がプラス電圧となるよう電極29,29に電圧を印加した場合には、X軸方向に圧電体21が伸長し、圧電体22が収縮するところ、これら圧電体21,22は駆動軸3,圧電体20に対する固定部分ではそれぞれ伸長・収縮し難いため、軸方向Jにおける中途部分ほど大きく伸長・収縮を行うこととなる。その結果、図5(b)に示すように、圧電体21,22は全体としてX軸方向に屈曲し、駆動軸3をX軸方向に首振り運動させることとなる。
Specifically, as shown in FIG. 5A, when a voltage is applied to the
また、上述の図4に示すように、電極29,29は、圧電体20〜22の側面に電極用の金属部材を固着して設けられている。但し、電極29は、圧電部材200,201とともに積層されて形成されも良い。具体的には、例えば特開2007−325466号公報に開示のように、圧電部材200,201の積層面に当接しつつ圧電体20〜22の外方に突出する形状の金属部材を各圧電部材200,201の間に介在させ、これら金属部材によって電極29を形成しても良い。
この電極29には、図示しない制御装置から電圧が印加されるようになっている。
Further, as shown in FIG. 4 described above, the
A voltage is applied to the
以上の圧電素子2は、圧電部材200,201を積層した後、圧電体20〜22の形成部分ごとに分極させて圧電体20〜22を形成し、これら圧電体20〜22に電極29,29を設けることで製造することができる。より好ましくは、圧電体20〜22は、圧電部材200,201の整数倍のサイズの薄板状の圧電部材を積層し、これらの積層体を圧電部材200,201のサイズに合わせてそれぞれカットした後、圧電体20〜22の形成部分ごとに分極させることにより、複数個をいっぺんに製造することができる。なお、圧電体20〜22は積層型ではなく、バルク型であっても良いが、この場合には、各圧電体20〜22を分極させてから互いに接着した後、電極29,29を設けることで圧電素子2を製造することとなる。
In the
続いて、図6を参照しながら、移動体5を軸方向JまたはX軸方向に移動させる場合のSIDM装置1の動作について説明する。
まず、図6(a)に示すように、移動体5を軸方向Jに沿って駆動軸3の先端側(図中の右側)に移動させる場合には、圧電素子2に対し、緩やかに立上って急速に立下る鋸歯状波駆動パルスを、圧電体20の共振周波数で印加する。
Next, the operation of the
First, as shown in FIG. 6A, when the moving
これにより、駆動パルスの緩やかな立上り時には、圧電体20が緩やかに伸長し、駆動軸3が先端側に向かって緩やかに変位する結果、移動体5は駆動軸3に対する摩擦係合力により駆動軸3とともに先端側に移動する。
As a result, when the drive pulse gradually rises, the
一方、駆動パルスの急速な立下り時には、圧電体20が急速に収縮し、駆動軸3が基端側(図中の左側)に向かって急速に変位する結果、移動体5は慣性力により摩擦結合力に打ち勝って実質的にその位置に留まる。
On the other hand, when the drive pulse falls rapidly, the
そして、圧電素子2に前記駆動パルスを圧電体20の共振周波数で連続的に印加することにより、駆動軸3に速度の異なる往復振動を発生させ、移動体5を連続的に駆動軸3の先端側に移動させることができる。
Then, by continuously applying the drive pulse to the
なお、移動体5を駆動軸3の基端側に移動させるには、圧電素子2に印加する鋸歯状波駆動パルスの波形を、急速に立上って緩やかに立下る波形とすれば良い。なお、印加される駆動波形としては、ここで示した鋸歯状駆動パルスに限らず、駆動に適したduty比をもつ矩形波や、その他の駆動に適した立ち上がり/立下り特性を持つ波形を適用することも可能である。
In order to move the moving
次に、図6(b)に示すように、移動体5をX軸方向に沿って一方の側、例えば図中の上側に移動させる場合には、圧電素子2に対し、緩やかに立上って急速に立下る鋸歯状波駆動パルスを、圧電体21,22の共振周波数で印加する。
Next, as shown in FIG. 6B, when the
これにより、駆動パルスの緩やかな立上り時には、圧電体21が緩やかに伸長するとともに、圧電体22が緩やかに収縮し、駆動軸3が圧電体22側に緩やかに傾いて変位する結果(図5(b)参照)、移動体5は駆動軸3に対する摩擦係合力により駆動軸3とともにX軸方向の一方の側(図中の上側)に移動する。
As a result, when the drive pulse gradually rises, the
一方、駆動パルスの急速な立下り時には、圧電体21が急速に収縮するとともに、圧電体22が急速に伸長し、駆動軸3が圧電体21側に急速に傾いて変位する結果、移動体5は慣性力により摩擦結合力に打ち勝って実質的にその位置に留まる。
On the other hand, at the time of the rapid fall of the drive pulse, the
そして、圧電素子2に前記駆動パルスを圧電体21,22の共振周波数で連続的に印加することにより、駆動軸3に速度の異なる首振り振動を発生させ、移動体5を連続的にX軸方向の一方の側(図中の上側)に移動させることができる。
Then, by continuously applying the driving pulse to the
なお、移動体5をX軸方向の他方の側(図中の下側)に移動させるには、圧電素子2に印加する鋸歯状波駆動パルスの波形を、急速に立上って緩やかに立下る波形とすれば良い。なお、印加される駆動波形としては、ここで示した鋸歯状駆動パルスに限らず、駆動に適したduty比をもつ矩形波や、その他の駆動に適した立ち上がり/立下り特性を持つ波形を適用することも可能である。
In order to move the moving
以上のSIDM装置1によれば、移動体5が駆動軸3に対して摩擦係合されて駆動軸3の軸方向Jと、当該軸方向Jに直交するX軸方向とに移動可能であり、圧電素子2は電極29,29の間に正負同一の電圧を印加した場合の動作方向が互いに異なる圧電体20〜22を有するので、移動体5を軸方向Jと、X軸方向との2方向に移動させることができる。また、このように1つのSIDM装置1によって移動体5とともに光学素子12,13を2方向に移動させることができるため、各光学素子12,13を複数のSIDM装置によって複数方向に移動させる場合と異なり、装置の大型化や製造コストの増加を防止することができる。
According to the
また、圧電体20〜22は積層型であり、積層方向が互いに同一であるので、サイズの大きい板状の圧電部材200,201を積層した後、この積層体をカットすることによって複数の圧電素子2をいっぺんに形成することができる。従って、圧電体20〜22がバルク型である場合と異なり、製造を容易化することができる。
In addition, since the
また、圧電体20〜22は積層型であるので、圧電体20〜22ごとに共振周波数を異ならせることができる。従って、印加する電圧の駆動周波数を制御することによって所望の圧電体20または圧電体21,22のみを動作させることができるため、複数の圧電体20〜22で電極を共用することができる分、SIDM装置1を小型軽量化することができる。
In addition, since the
<第2の実施の形態>
次に、本発明の第2の実施の形態について説明する。なお、上記第1の実施の形態と同様の構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。
<Second Embodiment>
Next, a second embodiment of the present invention will be described. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the component similar to the said 1st Embodiment, and the description is abbreviate | omitted.
本第2の実施の形態におけるSIDM装置1Cは、図7に示すように、上述の駆動軸3,移動体5,圧電素子2の代わりに駆動軸3C,移動体5C,圧電素子2Cを備えている。
As shown in FIG. 7, the
駆動軸3Cは、円柱状に形成されており、圧電素子2Cに対して中心軸を一致させて接続されている。
移動体5Cは、駆動軸3Cに対し、当該駆動軸3Cの軸方向J及び周方向Sに摺動するよう摩擦係合されている。
The
The moving
圧電素子2Cは、図8に示すように、上述の圧電体20〜22の代わりに4つの圧電体23〜26を備えている。なお、各圧電体23〜26には、それぞれ1対の電極(図示せず)が設けられている。
As shown in FIG. 8, the
圧電体23〜26は、互いに寸法の等しい直方体状に形成されており、軸方向Jに直交する2方向(図中の上下方向,奥行方向)にそれぞれ2つずつ並ぶよう配設されて互いに接着された状態となっている。 The piezoelectric bodies 23 to 26 are formed in a rectangular parallelepiped shape having the same dimensions, and are arranged so that two each are arranged in two directions (vertical direction and depth direction in the drawing) orthogonal to the axial direction J and bonded to each other. It has become a state.
これら圧電体23〜26のうち、周方向Sに交互に配設された圧電体23,25の組と、圧電体24,26の組とは、電極間に正負同一の電圧が印加された場合の動作方向が互いに逆方向となっている。具体的には、例えば一方の側の電極がプラス電圧となるよう電圧を印加した場合、圧電体23,25は軸方向Jに伸長し、圧電体24,26は軸方向Jに収縮するようになっている。これにより、圧電体23〜26は、電極に正弦波などの波形の電圧を印加した場合に、互いに協働して駆動軸3の側周面に、周方向Sへの微細な振動を生じさせるようになっている。なお、本実施の形態においては、圧電体23〜26はバルク型となっているが、積層型であっても良い。
Among these piezoelectric bodies 23 to 26, when a pair of
続いて、図9を参照しながら、移動体5Cを軸方向Jまたは周方向Sに移動させる場合のSIDM装置1Cの動作について説明する。
Next, the operation of the
まず、図9(a)に示すように、移動体5Cを軸方向Jに沿って移動させる場合には、圧電素子2Cの圧電体23,25に対し、緩やかに立上って急速に立下る鋸歯状波駆動パルスを、圧電体24,26に対し、緩やかに立下がって急速に立上がる鋸歯状波駆動パルスを印加する。
First, as shown in FIG. 9A, when the moving
これにより、駆動パルスの緩やかな立上り時,立下り時には、圧電体23〜26が緩やかに伸長し、駆動軸3Cが先端側に向かって緩やかに変位する結果、移動体5Cは駆動軸3Cに対する摩擦係合力により駆動軸3Cとともに先端側に移動する。
As a result, when the drive pulse gradually rises and falls, the piezoelectric bodies 23 to 26 are gently expanded, and the
一方、駆動パルスの急速な立下り時,立上り時には、圧電体23〜26が急速に収縮し、駆動軸3Cが基端側(図中の左側)に向かって急速に変位する結果、移動体5Cは慣性力により摩擦結合力に打ち勝って実質的にその位置に留まる。
On the other hand, when the drive pulse rapidly falls or rises, the piezoelectric bodies 23 to 26 rapidly contract, and the
そして、圧電素子2Cに前記駆動パルスを連続的に印加することにより、駆動軸3Cに速度の異なる往復振動を発生させ、移動体5Cを連続的に駆動軸3Cの先端側に移動させることができる。
Then, by continuously applying the drive pulse to the
なお、移動体5Cを駆動軸3Cの基端側に移動させるには、圧電体23,25に印加する鋸歯状波駆動パルスの波形を、急速に立上って緩やかに立下る波形とし、圧電体24,26に印加する鋸歯状波駆動パルスの波形を、急速に立下がって緩やかに立上がる波形とすれば良い。なお、印加される駆動波形としては、ここで示した鋸歯状駆動パルスに限らず、駆動に適したduty比をもつ矩形波や、その他の駆動に適した立ち上がり/立下り特性を持つ波形を適用することも可能である。
In order to move the moving
次に、図9(b)に示すように、移動体5Cを周方向Sに移動(回転)させる場合には、圧電素子2Cに対して正弦波状の電圧を印加する。
Next, as shown in FIG. 9B, when the moving
これにより、圧電体23,25の組と、圧電体24,26の組とが軸方向Jへの伸長・収縮を交互に繰り返し、周方向Sへの微細な振動が駆動軸3Cの側周面に生じる結果、移動体5Cは駆動軸3Cの側周面を周方向Sに移動する。
As a result, the set of
以上のSIDM装置1Cによれば、移動体5Cが駆動軸3Cに対して摩擦係合されて当該駆動軸3の軸方向Jと、周方向Sとに移動可能であり、圧電素子2Cは電極の間に正負同一の電圧を印加した場合の動作方向が互いに異なる圧電体23〜26を有するので、移動体5Cを軸方向Jと、周方向Sとの2方向に移動させることができる。また、このように1つのSIDM装置1Cによって移動体5Cとともに光学素子12,13を2方向に移動させることができるため、各光学素子12,13を複数のSIDM装置によって複数方向に移動させる場合と異なり、装置の大型化や製造コストの増加を防止することができる。
According to the
なお、本発明は上記実施の形態に限定して解釈されるべきではなく、適宜変更・改良が可能であることはもちろんである。 It should be noted that the present invention should not be construed as being limited to the above-described embodiment, and of course can be modified or improved as appropriate.
例えば、上記第1の実施形態においては、圧電素子2が圧電体21,22を有することとして説明したが、圧電体21,22の何れか一方のみを有することとしても良い。この場合であっても、移動体5を軸方向Jと、X軸方向との2方向に移動させることができる。
For example, in the first embodiment, the
また、圧電体20と、圧電体21,22とがそれぞれ駆動軸3における軸方向Jの端面に接続されることとして説明したが、少なくとも一方が駆動軸3の側周面に接続されることとしても良い。この場合であっても、移動体5を軸方向Jと、X軸方向との2方向に移動させることができる。
In addition, the
また、上記第2の実施形態においては、圧電素子2Cが圧電体23〜26によって移動体5Cを軸方向Jに移動させることとして説明したが、第1の実施形態と同様に、圧電体20によって移動体5Cを軸方向Jに移動させることとしても良い。
In the second embodiment, the
また、圧電体23〜26は駆動軸3Cにおける軸方向Jの端面に接続されることとして説明したが、周方向Sに沿って所定の間隔をあけて、駆動軸3の側周面に接続されることとしても良い。
The piezoelectric bodies 23 to 26 have been described as being connected to the end face in the axial direction J of the
1,1A〜1C 駆動装置
2,2C 圧電素子
3,3C 駆動軸
4 カラー部材(移動制限部)
5,5C 移動体
20 圧電体(第1の圧電体)
21,22 圧電体(第2の圧電体)
23〜26 圧電体
J 軸方向
X X軸方向(交差方向)
S 周方向
1, 1A to
5,
21, 22 Piezoelectric body (second piezoelectric body)
23-26 Piezoelectric body J Axial direction X X-axis direction (cross direction)
S Circumferential direction
Claims (5)
前記圧電素子の伸縮によって変位する柱状の駆動軸と、
前記圧電素子の移動を制限しつつ当該圧電素子を伸縮可能に支持する移動制限部と、
前記駆動軸に対して摩擦係合されて当該駆動軸の軸方向と、当該軸方向とは異なる方向とに移動可能な移動体とを備え、
前記圧電素子は、
正負同一の電圧を印加した場合の動作方向が互いに異なる2つ以上の圧電体を有することを特徴とする駆動装置。 A piezoelectric element that expands and contracts by application of voltage;
A columnar drive shaft displaced by expansion and contraction of the piezoelectric element;
A movement restricting portion that supports the piezoelectric element so as to be stretchable while restricting movement of the piezoelectric element;
A movable body that is frictionally engaged with the drive shaft and is movable in an axial direction of the drive shaft and a direction different from the axial direction;
The piezoelectric element is
2. A drive device comprising two or more piezoelectric bodies having different operation directions when positive and negative voltages are applied.
前記2以上の圧電体は、
積層型の圧電体であり、積層方向が互いに同一であることを特徴とする駆動装置。 The drive device according to claim 1, wherein
The two or more piezoelectric bodies are:
A driving device characterized in that it is a laminated piezoelectric body and the direction of lamination is the same.
前記圧電素子は、
前記軸方向に伸縮する第1の圧電体と、
前記軸方向の交差方向に伸縮する第2の圧電体とを有し、
前記移動体は、
前記軸方向と、前記交差方向とに移動可能であることを特徴とする駆動装置。 The drive device according to claim 1 or 2,
The piezoelectric element is
A first piezoelectric body that expands and contracts in the axial direction;
A second piezoelectric body that expands and contracts in the cross direction of the axial direction,
The moving body is
A driving device that is movable in the axial direction and the crossing direction.
前記移動体を前記駆動軸の軸方向に移動させる場合と、前記軸方向とは異なる方向に移動させる場合とでは、前記圧電体に対して印加される電圧の駆動周波数が異なることを特徴とする駆動装置。 In the drive device according to any one of claims 1 to 3,
The drive frequency of the voltage applied to the piezoelectric body is different between when the moving body is moved in the axial direction of the drive shaft and when moved in a direction different from the axial direction. Drive device.
前記圧電素子は、
正負同一の電圧の印加による動作方向が前記軸方向に沿って互いに逆方向であり、かつ、当該駆動軸の周方向に交互に配設された4つ以上の圧電体を有し、
前記駆動軸は、円柱状であり、
前記移動体は、
前記軸方向と、前記周方向とに移動可能であることを特徴とする駆動装置。 The drive device according to claim 1 or 2,
The piezoelectric element is
The operation direction by applying the same positive and negative voltage is opposite to each other along the axial direction, and has four or more piezoelectric bodies alternately arranged in the circumferential direction of the drive shaft,
The drive shaft is cylindrical,
The moving body is
A drive device that is movable in the axial direction and the circumferential direction.
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