(57)【要約】【課題】  駆動部材の軽量化と弾性率の確保を図りつつ、摺動面の潤滑性を向上させて、より耐久性と信頼性を確保した駆動部材により、精度良く駆動することができる電気−機械変換素子を使用した駆動装置を提供する。【解決手段】駆動軸３を、カーボン粉末複合樹脂などの粉末状または粒状の強化物質を含む樹脂で構成したので、駆動部材の表面にフィラー等が析出することによる引っ掛かりなどを無くす事ができ、被駆動部材を高速で駆動することができる。また、フィラー等による被駆動部材への磨耗を防止することによって耐久性が向上する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気−機械変換素子と、前記電気−機械変換素子に結合する駆動部材と、前記駆動部材に摩擦結合した被駆動部材を有し、前記電気−機械変換素子の伸縮により被駆動部材を移動させる駆動装置において、
前記電気−機械変換素子に結合した駆動部材は、粉末状または粒状の強化物質を含む樹脂で形成されていることを特徴とする電気−機械変換素子を使用した駆動装置。
【請求項２】
前記駆動部材は前記被駆動部材と摩擦接触する部分の形状とは異なる形状部を有することを特徴とする請求項１に記載の駆動装置。
【請求項３】
前記駆動部材の前記粉末状または粒状の強化物質は、ガラス、セラミック、カーボンのいずれか、またはこれらの混合物であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の駆動装置。
【請求項４】
前記駆動部材は、粉末状または粒状の強化物質を４０％以上含むことを特徴とする請求項１から請求項３の何れかに記載の駆動装置。
【請求項５】
前記駆動部材は、射出成形法で成形されていることを特徴とする請求項１から請求項４の何れかに記載の駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、精密機器や映像機器等に内蔵されている移動物体を駆動するための駆動装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
カメラその他の精密機器を構成する部材を駆動するために、圧電素子の伸縮を使用した駆動装置が提案されている（特許文献１）。この文献においては、厚み方向に変位する圧電素子の片端を駆動軸の軸方向端部に固定し、鋸歯状駆動パルスを付与することにより、駆動軸に摩擦力を持って支持された被駆動部材を移動させている。
【０００３】
この時、駆動軸の重量が大きかったり弾性率が低いと、圧電素子に駆動パルスの信号を与えた時に、駆動周波数によっては応答遅れが生じ、場合によっては動かなくなるという問題があった。この為、駆動軸は軽くて弾性率の高い材料が好ましく、繊維強化樹脂複合体構造を用いることが提案されている。
【特許文献１】特開平７−２７４５４４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら上記構成においては、駆動軸中に長さを持った硬い繊維材が多量に存在することになる。比較的短い繊維材を使用した場合、成形時のバラつきなどで繊維材が表面に突出したり、駆動軸表面を摺動しながら動く被駆動部材によって表面が磨耗したりすれば、繊維材が露出する可能性がある。このようにして表面に繊維状の強化物の端部が露出すると、その端部に被駆動部材の摺動面がこすれて、摺動面が磨耗したり摩擦抵抗が増加して、被駆動部材の摺動性が悪化し、場合によっては移動できなくなったりするという問題がある。
【０００５】
また、長繊維状の強化材を使用した場合、押し出し成形など成形上の制限があり、通常の射出成形などに比較して、複雑な軸形状の成形が困難になるという別の問題もある。
【０００６】
本出願に係る発明の目的は、駆動部材の軽量化と弾性率の確保を図りつつ、摺動面の潤滑性を向上させて、より耐久性と信頼性を確保した駆動部材により、高速で被駆動部材を駆動することができる電気−機械変換素子を使用した駆動装置を提供することにある。
【０００７】
また第二の目的は、前記のような効果を得る駆動部材の成形について、射出成形法で成形することにより、複雑な形状のものでも成形可能とすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本出願に係る発明の目的を実現する駆動装置は、電気−機械変換素子と、これに結合する結合部材と、駆動部材に摩擦結合した被駆動部材を有し、電気−機械変換素子の伸縮により被駆動部材を移動させる駆動装置であって、前記駆動部材は粉末状または粒状の強化物質を含む樹脂で形成されていることを特徴とするものである。
【０００９】
また、より好ましくは前記のような駆動装置の駆動部材を射出成形法で成形することである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、電気−機械変換素子を使用した駆動装置において、駆動部材を粉末状または粒状の強化物質を含む樹脂で構成したので、従来の繊維樹脂複合体の駆動部材表面に突出するおそれのあるフィラーによる引っ掛かりを無くす事ができ、高速で被駆動部材を駆動することができる。
【００１１】
また、駆動部材を射出成形法で成形することができることにより、複雑な形状の駆動部材でも成形可能とし、前記のような効果を得ることのできる駆動装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図１はカメラに装着されたレンズの駆動に応用された駆動装置の一例であって、被駆動部材であるレンズの鏡筒１を支持する支持体２の摺動嵌合部２ａ、２ｂが駆動軸３に摺動自在に摩擦接触して嵌合している。また、駆動軸３は、フレ−ム７の支持部５、６により軸方向に変位自在に支持されている。
【００１３】
厚み方向に変位する電気−機械変換素子の一種である圧電素子８の一端は駆動軸３の軸方向端部に結合され、また、圧電素子８の他の端部はフレ−ム７に固着され、圧電素子８の厚み方向の変位により、駆動軸３は軸方向に変位する。駆動軸３は粉末又はビーズ状の強化物質を含む樹脂で構成されており、金属等からなる駆動軸と比較して弾性率は低いが樹脂材料だけの場合より高くなるようにしている。また質量は、金属等からなる駆動軸と比較して大幅に軽量化されており、樹脂材料だけの場合とあまり変らない。４は板スプリングで、図示しない小ねじにより支持体２の摺動嵌合部２ａ、２ｂに、図面下側から固定されている。板スプリング４の中央部分には上向きに屈曲した屈曲部４ａが形成されているが、これは屈曲部４ａが駆動軸３に圧接し、適当な摩擦力を接触部に発生させるためのものである。
【００１４】
次に駆動装置の動作の説明をする。波形のＤｕｔｙ比を変化させたパルス波形を圧電素子８に印加すると、圧電素子８がパルス波形に応じ伸び縮みをする。このとき、波形Ｄｕｔｙ比により立ち上がり立下りの速度を異ならせると、振動モードと摩擦の関係で被駆動部材１が軸の方向に進む。
【００１５】
つまりパルス波形の急速な立ち上がり部では圧電素子８が急速に伸び変位を生じ、駆動軸３は軸の伸び方向（図中矢印ａと反対方向）に急速に移動する。このとき支持体２は慣性力により摺動嵌合部２ａ、２ｂおよび板スプリング４と駆動軸３との摩擦力に打ち勝って移動しないため鏡筒１はその位置に留まる。
【００１６】
一方、パルス波形の緩やかな立下り部では、圧電素子８が縮み変位を生じるとともに、駆動軸３は緩やかに軸の縮み方向（図中矢印ａの方向）に移動するため、支持体２は駆動軸３と摺動嵌合部２ａ、２ｂおよび板スプリング４との摩擦力により、駆動軸３と接合した状態で共に変位し、支持体２さらにはレンズ鏡筒１が移動する。このような波形のパルスを連続して圧電素子８に印加することにより鏡筒１を連続して移動させることができる。鏡筒１を上記と反対方向に移動させるときは、波形のＤｕｔｙ比と速度を変化させれば良い。
【００１７】
このように、駆動装置を駆動する際、駆動軸３は支持体２の移動に伴い常に支持体２の摺動嵌合部２ａ、２ｂ及び板スプリング４の屈曲部４ａと摩擦力を持って摺動する。そのため樹脂材料だけで駆動軸３を形成した場合、表面硬度が低く、支持体２の間欠的な動きにより磨耗が進み、ついには摩擦力が増大して移動できなくなる。
【００１８】
また、繊維状強化材やフィラーを含有させて強化した場合、繊維が駆動軸３の表面に平行に整列している場合は問題ないが、成形のばらつきなどにより配列が乱れると、表面にフィラーの端部が露出して支持体２の摺動部に引っかかる場合がある。さらに摺動を繰り返した場合、摩擦力が変化し、支持体２の駆動特性が変化する。
【００１９】
本実施例においては、このような現象を回避するため、樹脂材料に粒状のガラス（ガラスビーズ材）やカーボン粉末、セラミック粉末などを含有させることにより、弾性率を樹脂単体時より向上させつつ駆動軸３の軽量化を図るとともに、成形のばらつきなどにより軸の表面にフィラーの端部が露出して摩擦力を増大させる現象を防止した。
【００２０】
また、含有物がビーズ状もしくは粉末状であるため、射出成形法で成形しても駆動軸３の表面にフィラーの端部が露出しないため、比較的自由な形状に軸を形成でき、加工性が良い。そのため、例えば図２および図３に示すように駆動軸３の形状を摺動嵌合部２ａ、２ｂが摺動する部分の形状とは異なる形状部を有するように形成することができる。一例として、図２（ａ）に示す駆動軸３では、駆動軸３の圧電素子８との結合面１０の面積を、駆動軸３が支持体２の摺動嵌合部２ａ・２ｂと摺動する部分の断面積よりも大きく形成している。このため、駆動軸３の圧電素子８との結合をより強固にすることができる。
【００２１】
また図２（ｂ）に示すように、駆動軸３にストッパ部１１を形成してもよい。このストッパ部１１はフレーム７の支持部５、６の傍らに設けて、駆動軸３の抜け落ち防止としてもよいし、支持体２の一方方向の移動に対するストッパとすることもできる。
【００２２】
また、駆動軸３の断面形状は円形状以外としても支障はない。例えば、図３（ａ）に示すように、断面をＤ形状とし平面部３ａを板スプリング４の屈曲部４ａとの接触部とすることにより、屈曲部４ａとの摩擦力を必要に応じて変更することができる。また、図３（ｂ）では、平面部３ａ、３ｂを有する両端切り欠き形状とすることにより、駆動軸３や支持体２の回転を防止して安定的に支持体２を駆動軸３に保持することができる。
【００２３】
次に、具体的に各材料を使用したときの物性値及び、成形後及び作動耐久後の駆動軸の表面状態について説明する。
表１にＳＵＳ３０４、ＡＢＳ樹脂材、ＰＣ樹脂材、カーボンファイバー５０体積％含有エポキシ樹脂材、ガラスフィラー４０体積％含有ＰＣ樹脂材、および本発明の実施例としてガラスの粒状物であるガラスビーズ４０体積％含有ＰＣ樹脂材および、カーボン粉末６０体積％含有エポキシ樹脂材について、それぞれの密度、弾性率および成形性を比較する。
【００２４】
【表１】
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【００２５】
ＳＵＳ３０４は、密度が高く質量が大きいため、高い周波数で作動しなかった。また、金属であるので、駆動軸の自由な成形は難しい。
ＡＢＳ樹脂およびＰＣ樹脂単体は、成形性は問題無いが弾性率が低く、高い駆動周波数において作動不能であった。
【００２６】
カーボンファイバー５０体積％含有のエポキシ樹脂およびガラスフィラー４０体積％含有ＰＣ樹脂は、被駆動部材の作動は問題なかったが、カーボンファイバー５０体積％含有のエポキシ樹脂は射出成形が難しく、引き抜き成形となるため、軸形状は限定的となる。ガラスフィラー４０体積％含有ＰＣ樹脂の場合には、射出成形が可能ではあるものの、上述のように成形時のバラつきや使用による磨耗などで繊維材が表面に突出するおそれがある。
【００２７】
これらに対し、ガラスビーズ４０体積％含有ＰＣ樹脂およびカーボン粉末６０体積％含有エポキシ樹脂は、射出成形が可能であるし、成形後の表面状態も良好で、物性的にも、弾性率はフィラー等の強化材料に劣るが、実作動上は問題なく、良好な結果が得られた。
【００２８】
本実施例においては、ビーズ・粉末を含有させる樹脂材料としてポリカーボネート（ＰＣ）樹脂，エポキシ樹脂を使用したが、その他に使用できる合成樹脂材料としては、不飽和ポリエステル、ポリイミド、ビスマレイミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルイミド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルスルホン、芳香族ポリイミドなどが使用可能である。
【００２９】
また強化物質として、ガラスと同様にセラミックの粉末などを利用しても同様の効果が得られる。さらにカーボン粉末体は、アモルファスカーボンや、グラッシーカーボン、黒鉛複合体のカーボンパウダー、カーボンビース等が使用可能である。また、これらの材料は、何れかを含有させてもよいし、これらを混合させたものを用いても良い。
【００３０】
その他、上述した実施形態は本発明を限定するものでなく、本発明とは直接的に関係のない部分を含め、特許請求の趣旨に鑑みその用途や目的に応じて自由に変更し得るものである、
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】電気−機械変換素子を使用した駆動装置の本実施形態における構成を示す斜視図。
【図２】一例の駆動軸の斜視図である。
【図３】一例の駆動軸の断面図である。
【符号の説明】
【００３２】
１  鏡筒
２  支持体
３  駆動軸
４  板スプリング
７  フレーム
８  圧電素子  
【図１】
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【図２】
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【図３】
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