(57)【要約】【課題】駆動効率の向上と駆動動作の安定化を図ることができる駆動装置を提供する。【解決手段】被駆動体を駆動方向に変位可能に保持する筐体と、筺体に対し往復運動する往復運動手段と、往復運動手段に固定され往復運動手段の往復運動方向と異なる方向に運動方向を変換して被駆動体を駆動する駆動方向変換手段とを備える駆動装置であって、駆動方向変換手段は、被駆動体に接触する接触部と、往復運動手段に固定され、かつ接触部を固定する基部と、基部から突出する複数の腕部とを有する。【選択図】図１
2010252436.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被駆動体を駆動方向に変位可能に保持する筐体と、
筺体に対し往復運動する往復運動手段と、
往復運動手段に固定され往復運動手段の往復運動方向と異なる方向に運動方向を変換して被駆動体を駆動する駆動方向変換手段と
を備える駆動装置であって、
駆動方向変換手段は、被駆動体に接触する接触部と、
往復運動手段に固定され、かつ接触部を固定する基部と、
基部から突出する複数の腕部とを有する
ことを特徴とする駆動装置。
【請求項２】
駆動方向変換手段の形状が鏡像対称でないことを特徴とする請求項１に記載の駆動装置。
【請求項３】
少なくとも一つの腕部に質量増加部材を具備していることを特徴とする請求項１または２に記載の駆動装置。
【請求項４】
請求項１から２のいずれか１項に記載の駆動装置を備えていることを特徴とする撮像装置。
【請求項５】
請求項１から２のいずれか１項に記載の駆動装置または請求項４に記載の撮像装置を備えていることを特徴とする電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、駆動装置、およびこれを備えた撮像装置、電子機器に関するものであり、より具体的には、圧電素子を備える駆動装置、およびこれを備えた撮像装置、電子機器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、被駆動体を駆動するための駆動装置として、電気機械変換素子（圧電素子）を用いた駆動装置が提案されている。このような駆動装置は、例えば、カメラなどの撮像装置のレンズを駆動する駆動装置としてよく用いられる。
【０００３】
例えば、特許文献１には、電圧印加により屈曲する圧電素子を用いた駆動装置が記載されている。特許文献１に記載の駆動装置は、圧電素子等の屈曲変位部材（往復運動手段）と、屈曲変位部材の一端を保持する保持部（筺体）と、屈曲変位部材の他端（往復運動部）に連結されているとともに、被駆動体と接触し、屈曲変位部材の屈曲変位方向と異なる方向に変位方向を変換して被駆動体を駆動する駆動方向変換手段（弾性部材と摩擦部材とからなる駆動方向変換手段）とを備えている。この駆動装置では、往復運動部が往復運動すると、駆動方向変換手段が往復運動部の運動方向と異なる方向に運動方向を変換し、駆動方向変換手段に設けられた接触部が被駆動体の駆動方向に変位することにより、被駆動体は接触部との間の摩擦力によって駆動される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】ＷＯ２００８／０９６７９７号公報（２００８年８月１４日公開）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載の駆動装置は、往復運動部の往復運動方向を被駆動体の駆動方向に変換する目的で、弾性部材と摩擦部材からなる駆動方向変換手段を備えている。弾性部材は、往復運動部から突出した基部と、基部からその突出方向に対して直角方向片側に延伸した腕部とを有している。そして、その腕部に摩擦部材が設けられている。
【０００６】
図３（ｂ）に、弾性部材と摩擦部材の動作概略側面図を示す。図３（ｂ）は、基部４ａから−Ｚ方向に延伸した腕部４ｂと、腕部４ｂの＋Ｙ方向の面に設けられた摩擦部材３が、屈曲変位部材のＹ方向の屈曲動作によって振動する様子を図示したものである。前記振動は、基部４ａのＹ方向の振動、ＹＺ平面方向における基部４ａを中心とする往復回転運動、ＹＺ平面方向における腕部４ｂの屈曲運動等の合成運動である。なお、基部４ａのＹ方向の振幅およびＹＺ平面方向における基部４ａを中心とする往復回転運動は、腕部４ｂの振幅に比して非常に小さいため、図３（ｂ）ではその記載を省略している。
この振動に伴い、腕部４ｂに設けられた摩擦部材３の先端にあり、被駆動部材と接する接触部はＹ方向およびＺ方向に変位する。接触部の変位のうち、Ｚ方向の変位は被駆動体をＺ方向に駆動するに供せられるが、Ｙ方向の変位は被駆動体をＹ方向に振動させるのみに用いられ、そのエネルギーは被駆動体をＺ方向に駆動させることに用いられることなく無駄に消費することとなる。また、被駆動部体がＹ方向に大きく振動することとなるので、接触部と被駆動部材とを一定の圧力で接触させておくことが技術的に難しく、駆動を安定させることが困難であった。
【０００７】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、駆動動の安定化と、駆動効率の向上を可能とする駆動装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る駆動装置は、上記の問題を解決するために、被駆動体を駆動方向に変位可能に保持する筐体と、筺体に対し往復運動する往復運動手段と、往復運動手段に固定され往復運動手段の往復運動方向と異なる方向に運動方向を変換して被駆動体を駆動する駆動方向変換手段とを備える駆動装置であって、駆動方向変換手段は、被駆動体に接触する接触部と、往復運動手段に固定され、かつ接触部を固定する基部と、基部から突出する複数の腕部とを有することを特徴している。
【０００９】
本発明に係る駆動装置では、往復運動手段に固定された駆動方向変換手段の腕部が、シーソー運動することにより、基部に固定された接触部が、被駆動体の駆動方向に変位する。したがって、本発明に係る駆動装置は、駆動効率の向上と駆動動作の安定化を図ることが可能となる。
【００１０】
また、本発明に係る駆動装置において、駆動方向変換手段の形状は鏡像対象でないことが好ましい。
【００１１】
上記構成によれば、駆動方向変換手段の重心と往復運動手段との固定部位との距離が離れるので、駆動方向変換手段の重心を中心とする回転往復運動が発生しやすいため、本発明に係る駆動装置は、駆動効率の向上と駆動動作の安定化を図ることが可能となる。
【００１２】
また、本発明に係る駆動装置において、上記中間部材は、上記腕部の少なくとも一つに質量増加部材を具備していることが好ましい。
【００１３】
上記構成によれば、同一の回転モーメントを得るにより短い腕で良く、より小型の駆動装置とすることができる。また、質量の異なる質量増加部材との交換も容易であるため、腕部の長さや幅を修正することなく設計変更が可能である。
【００１４】
また、本発明に係る駆動装置は、例えばカメラモジュールなどの撮像装置に搭載されてもよい。光学調整に関し効率がよくかつ安定動作する撮像装置を提供することができる。
【００１５】
また、本発明に係る駆動装置および上記撮像装置は、電子機器全般に搭載されてもよい。これによれば、駆動効率に優れ安定駆動する電子機器を提供することができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明に係る駆動装置によれば、被駆動体を駆動方向に変位可能に保持する筐体と、筺体に対し往復運動する往復運動手段と、往復運動手段に固定され往復運動手段の往復運動方向と異なる方向に運動方向を変換して被駆動体を駆動する駆動方向変換手段とを備える駆動装置であって、駆動方向変換手段は、被駆動体に接触する接触部と、往復運動手段に固定され、かつ接触部を固定する基部と、基部から突出する複数の腕部とを有するものであるので、駆動効率の向上と駆動動作の安定化を図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一実施形態に係る駆動装置を概略的に示す斜視図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る駆動機構の構成を概略的に示す斜視図である。
【図３】（ａ）  本発明の一実施形態に係る駆動機構の動作を概略的に示す側面図である
【図３】（ｂ）  従来の駆動機構の動作を概略的に示す側面図である
【図４】本発明の他の実施形態に係る駆動機構の構成を概略的に示す側面図である。
【図５】本発明の他の実施形態に係る駆動機構の構成を概略的に示す斜視図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明の一実施形態について、図１から図５に基づいて説明すると以下の通りである。
【００１９】
まず、図１に基づいて、本実施形態における駆動装置１０の概略構成について説明する。図１は駆動装置１０を概略的に示す斜視図である。
図１に示すように、駆動装置１０は、被駆動体２を一方向に駆動する駆動装置である。駆動装置１０は、電気的制御により屈曲変位が生じる屈曲変位部材５、被駆動体２と摩擦接触する摩擦部材３、屈曲変位部材５と摩擦部材３との間に設けられた中間部材４、被駆動体接触部２ａを摩擦部材３側へ付勢する予圧部材１、筐体６を備えている。
【００２０】
なお、以下の説明においては、被駆動体２の移動方向をＺ方向とし、Ｚ方向に対して垂直であり、かつ屈曲変位部材５の静止状態における長手の方向をＸ方向とし、Ｘ方向およびＺ方向に対して垂直な方向をＹ方向とする。また、駆動装置１０における上下方向を述べるときは、特段の断りがない限り、図中、＋Ｚ方向を上方とする。なお、前記の「上」「下」の記載はあくまで説明上、便宜的に用いられるものであり、重力方向を意味するものでは無い。
被駆動体２は、Ｚ方向に駆動される部材であり、被駆動体２から突起状に形成された被駆動体接触部２ａおよび突出部２ｂを備えている。被駆動体接触部２ａには摩擦部材３が摩擦接触し、突出部２ｂには予圧部材１が固定されている。
【００２１】
予圧部材１は被駆動体２を摩擦部材３に対し付勢する力を与える手段である。具体的には引張コイルばね等の弾性体を用いればよい。予圧部材１は、その一端が突出部２ｂに固定され、他端部が筐体６のばね固定部６ｂに固定されることによって、被駆動体接触部２ａを摩擦部材３側へ付勢している。
【００２２】
摩擦部材３、中間部材４、および屈曲変位部材５は、駆動装置１０の駆動機構を構成する部材である。これらについては後述にて説明する。
【００２３】
筐体６は、予圧部材１と屈曲変位部材５とを所定の位置に固定し、かつ被駆動体２を駆動方向に移動可能に支持する手段である。
筐体６には固定壁６ａが設けられており、固定壁６ａには屈曲変位部材５が固定されている。また、筐体６には案内部６ｃが設けられており、案内部６ｃと、被駆動体２に設けられた案内孔２ｃとが嵌合されることによって、被駆動体２はＺ方向に円滑に移動することができる。  なお、駆動装置１０は、図示しないカバーによって覆われていてもよい。カバーは、駆動装置１０の全体を覆うことによって、外部からの不要な光の入射や、塵埃の侵入を防止する。
また、図１に記載の構成では、筐体１はその内部に予圧部材１、屈曲変位部材５、被駆動体２等を備える枠構造体として描かれているが、本発明においては、筐体とは、予圧部材１と屈曲変位部材５とをそれぞれ所定の位置に固定し、かつ被駆動体２を駆動方向に移動可能に支持する手段であればよく、例えば、本発明の駆動装置を組み込んだ機器のフレーム等の一部であってもよい。
【００２４】
次に、駆動装置１０の駆動機構について図２を参照して説明する。図２は、駆動機構の構成を概略的に示す斜視図である。駆動装置１０の駆動機構は、摩擦部材３、中間部材４および屈曲変位部材５によって構成されており、これらのうちの屈曲変位部材５は往復運動手段として機能し、摩擦部材３と中間部材４とは一体として駆動方向変換手段として機能する。
【００２５】
往復運動手段とは、自ら往復運動する手段であり、具体的には屈曲変位部材５等を用いれば実現できる。屈曲変位部材５としては、バイモルフ型の圧電素子を用いてもよく、金属板の両面或いは片面に積層圧電素子を形成することによって構成することができる。  屈曲変位部材５の一端５ａは、固定端として固定壁６ａに固定されている。屈曲変位部材５の自由端５ｂは、固定端から−Ｚ方向にあり、電気的制御によってＹ方向（図２中の矢印Ａ方向）に屈曲変位する。電気的制御によってＹ方向の屈曲変位量を制御することにより、屈曲変位部材５の自由端５ｂを往復運動させることができる。
本明細書において、「往復運動手段」とは他のエネルギーを運動エネルギーに変換し、往復運動を発生させる手段という意味で用いている。本実施例においては、狭義には、屈曲変位部材５のみを表し、広義には、屈曲変位部材５と屈曲変位部材５に電圧印加する電気回路とを含むが、そのいずれの解釈であっても良い。また、バイモルフ型の圧電素子に限らず、他の振動子であっても良い。
なお、本明細書において「往復運動部」とは、往復運動手段の一部であり、往復運動する部位を指す。本実施例においては、屈曲変位部材５の自由端５ｂを指す。
【００２６】
中間部材４は、屈曲変位部材５の自由端５ｂに固定された部材であり、屈曲変位部材５から−Ｚ方向に突出し、その一面に摩擦部材３を固定する基部４ａと、基部４ａが突出した方向に対して略直角な＋Ｘ方向と−Ｘ方向とに延伸した２つの腕部４ｂからなる。腕部はその先端が自由端であり、通常、幅（太さ）の平均より全長の方が長い突起であり、駆動方向変換手段の回転モーメントを大きくすることを主な目的としている。摩擦部材３は、２つの腕部４ｂの間の基部４ａに固定されていて、摩擦部材３の先端である接触部は基部４ａから＋Ｙ方向に突出した形となっている。図２に示すように、屈曲変位部材５が矢印Ａの方向に屈曲変位すると、中間部材４は屈曲変位部材５の変位方向を変換し、中間部材４の腕部４ｂがＹ方向（図２中の矢印Ｂ方向）に変位する。屈曲変位部材５の駆動周波数をある周波数に設定すると、上側の腕部４ｂと下側の腕部４ｂとが逆方向に振動し、基部４ａを中心としたシーソー運動を形成する。接触部は基部４ａに固定されかつ＋Ｙ方向に突出しているので、基部４ａが往復回転するとともに、接触部はＺ方向（図２中の矢印Ｃ方向）に変位する。
【００２７】
図３に、上記駆動機構の模式図を示す。図３（ａ）は、本発明の実施形態のものであり、図３（ｂ）は、特許文献１に基づくものである。
【００２８】
図３（ｂ）に示すように、従来の構成では、基部４ａを略中心に腕部４ｂが振動する。この時、摩擦部材３の先端はＺ方向にΔｚ変位しているが、同時にＹ方向にもΔｙ変位している。
【００２９】
一方、図３（ａ）に示すように、本発明の実施形態の構成においては、基部４ａを略中心に両端の腕部４ｂがシーソー運動し、接触部はＺ方向にΔｚ変位し、Ｙ方向にはほとんど変位しない。そのため、往復運動手段が発生した運動エネルギーのうち、その多くを被駆動体のＺ方向の移動に用いることができ、駆動効率を向上させることができる。また、被駆動体２のＹ方向の振動を小さくすることができるので、駆動が安定する。なお、基部４ａのＹ方向に振幅は、腕部４ｂの振幅に比して非常に小さいため、図３（ａ）ではその記載を省略している。また、図３（ａ）において鏡像対称な図形として描かれているが、これは本発明における一例にすぎず、本発明においては、必ずしも鏡像対称である必要は無い。
本発明の駆動方向変換手段について、図３（ｂ）に挙げた従来技術の駆動方向変換手段と比較してその構成上の相違とその作用を説明する。本発明の図３（ｂ）に挙げた従来技術との相違は下記（イ）（ロ）の２つである。
（イ）腕部を２本以上とすることにより、駆動方向変換手段全体の重心を駆動方向変換手段の往復回転運動の軸の付近に移動させつつ、駆動方向変換手段を任意の周波数の往復回転運動をさせるに適切な回転モーメントを与えることを可能としたこと。
（ロ）駆動方向変換手段の往復回転運動の軸である基部４ａのＹ方向側に接触部が配置されるように構成したこと。
【００３０】
本発明の駆動方向変換手段は、（イ）の作用により、基部４ａを中心に安定的に往復回転運動することができ、（ロ）の作用により、前記往復回転運動をＺ方向の往復運動に変換することができる。
【００３１】
なお、駆動方向変換手段の動作については、駆動装置１０全体、特に筺体６の固有振動数が影響する。この影響も含めた中間部材４の動作について最適化を図ることで、より駆動装置の安定化と効率化を図ることが可能となる。中間部材４の動作については、その形状を鏡像対象でない形状としたり、腕部４ｂの重心と質量とを変えたりすることで、その最適化を図ることが出来る。その方法の一例を図４に示す。（ａ）腕部４ｂの長さを変える、（ｂ）幅を変える、（ｃ）質量増加部材として錘を付加する、等の方法により簡単に行うことが出来る。
【００３２】
腕部４ｂの重心または質量を変更すると、駆動方向変換手段の回転モーメントが変化するので、回転往復運動の固有振動数または回転中心を変更することができる。
図４（ａ）では、上側の腕部より下側の腕部の方が長いので、駆動方向変換手段の重心は往復運動手段との固定部位の下部にある。駆動方向変換手段は基部の下部にある重心を中心に回転運動しようとするため、駆動方向変換手段の重心を中心とする回転往復運動が発生しやすい。腕部の長さは長めに作成して後で切断して短くすることができるので、中間部材４を修正することなく設計変更することが可能である。
図４（ｂ）では、下側の腕部の方が先端の幅が広いので、駆動方向変換手段の重心は往復運動手段との固定部位の下部にある。駆動方向変換手段は基部の下部にある重心を中心に回転運動しようとするため、駆動方向変換手段の重心を中心とする回転往復運動が発生しやすい。また、腕部の長さを図４（ａ）と比較して短くすることができるのでより小型の駆動装置とすることができる。また、逆に腕部の先端の幅を細くすることにより、重量の軽い駆動装置とすることもできる。
図４（ｃ）では、下側の腕部の先端に錘を付加されているので、駆動方向変換手段の重心は往復運動手段との固定部位の下部にある。駆動方向変換手段は基部の下部にある重心を中心に回転運動しようとするため、駆動方向変換手段の重心を中心とする回転往復運動が発生しやすい。また、質量の異なる質量増加部材との交換も容易であるため、腕部の長さや幅を修正することなく設計変更が可能である。腕部の長さを図４（ａ）と比較して短くすることができるので、より小型の駆動装置とすることができる。
図４（ｄ）は摩擦部材の固定位置を往復運動手段との固定部位の上方とした例である。摩擦部材の固定位置を往復運動手段との固定部位の上側とすると、駆動方向変換手段の重心が往復運動手段との固定部位の上側になるので、駆動方向変換手段の重心を中心とする回転往復運動が発生しやすい。また、摩擦部材３の取付け位置を変更するだけなので、中間部材４や摩擦部材３を修正せずに設計変更することが可能である。接触部の位置および変位を変更することができる。接触部と往復運動手段との固定部位との距離が離れるので、接触部の変位が往復運動手段の変位の影響を受けにくくなるので、より駆動効率がよく、かつ安定駆動する駆動装置とすることができる。
図４（ｅ）は往復運動手段との固定部位を駆動方向変換手段の重心の上方とした例である。往復運動手段との固定部位を上方とすると、駆動方向変換手段の重心が往復運動手段との固定部位の下側になるので、駆動方向変換手段の重心を中心とする回転往復運動が発生しやすい。また、駆動方向変換手段の形状、質量、回転モーメント、重心の変化が小さいため、接触部の位置や変位の変化が小さくてすむ。また、接触部と往復運動手段との固定部位との距離が離れるので、接触部の変位が往復運動手段の変位の影響を受けにくくなるので、より駆動効率がよく、かつ安定駆動する駆動装置とすることができる。
図４（ｆ）は基部の往復運動手段に対する突出方向に対し直角でない方向に腕部を突出させた例である。これにより、駆動方向変換手段の回転運動軸の方向を任意に設定することができるので、Ｚ方向以外を駆動方向とし、駆動効率がよくかつ安定駆動するする駆動装置とすることができる。
また、腕部は２本以上あればよく、例えば３本、４本などの多数本であって良い。腕部が３本以上である場合、同一の回転モーメントを得るためにより小さな腕で良く、より小さな駆動装置とすることができる。
上記の説明においては、屈曲変位部材５の長手方向は被駆動体２の駆動方向（Ｚ方向）と直角方向（Ｘ方向）である構成を示したが、図５に示すように、屈曲変位部材５の長手方向を被駆動体２の駆動方向（Ｚ方向）と平行とし、屈曲変位部材５がＹ方向に屈曲変位する構成とし、中間部材４の基部を−Ｘ方向に突出させることも可能である。これにより、Ｙ方向に関し小型の駆動装置とすることができる。
【００３３】
本発明に係る駆動装置は、カメラなどの撮像装置に設置され得る。例えば、駆動装置１０を、撮像装置におけるレンズ駆動のためのカメラモジュールとして応用してもよい。
【００３４】
駆動装置１０を、カメラモジュールとして応用する場合には、被駆動体２は、その中央部に円環状のレンズ取り付け部を有するレンズバレルとなる。レンズ取り付け部にレンズを取り付けたレンズバレルを光軸方向（Ｚ方向）に駆動すると、駆動装置１０は、レンズのＡＦ（オートフォーカス）動作を実現することになる。また、ズームレンズに本駆動装置を応用することもできる。これにより、オートフォーカスやズームなどの光学調整に関し効率がよくかつ安定動作する撮像装置を提供することができる。
【００３５】
また、駆動装置１０や駆動装置１０を設置された撮像装置は、適宜、電子機器に設置されることができる。駆動効率に優れ安定駆動する電子機器を提供することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
本発明に係る駆動装置は、例えばカメラ等の撮像装置におけるレンズ駆動装置として好適に利用することができる。
【符号の説明】
【００３７】
２    被駆動体
３    摩擦部材
４    中間部材
５    屈曲変位部材
６    筐体
１０  駆動装置
【図１】
2010252436.tif 000003
【図２】
2010252436.tif 000004
【図３】
2010252436.tif 000005
【図４】
2010252436.tif 000006
【図５】
2010252436.tif 000007