(57)【要約】【課題】加工の自由度が高く、電気機械変換素子の伸縮を効率良く被駆動部材に伝達する安価な駆動装置を得る。【解決手段】炭素成形体の骨材には、例えば黒鉛、カーボンブラック、ランプブラック、各種樹脂炭化物、コークス粉等を用いている（ａ）。この炭素微粉末に、熱可塑性樹脂のプレポリマ、塩化ビニル樹脂、熱硬化性樹脂のフェノール樹脂、フラン樹脂を１種又は２種以上混合したものを用いた結合材、添加剤、可塑剤を均一に混合する（ｂ）。粘結材物質が強固に結合した微粉炭素粒子を含む成形用ペースト状組成物を得る（ｃ）。ペースト状組成物を注型用型に注入又は成形用金型に射出して、粘結材を固化させた後に取り出して賦形物とする（ｄ）。続いて、５０〜３００℃で加熱し不融化処理を施した後に（ｅ）、不活性雰囲気中で８００〜１０００℃以上に加熱して焼成炭素化し（ｆ）、硬質炭素成形品を得る。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気機械変換素子と、該電気機械変換素子に結合し炭素成形体から成る棒状の駆動部材と、該駆動部材に摩擦接触した被駆動部材とを有し、前記電気機械変換素子の伸縮により前記駆動部材を介して前記被駆動部材を移動させることを特徴とする駆動装置。
【請求項２】
前記炭素成形体は炭素微粉末を結合材を介して成形した後に焼成したものであ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又は２に記載の駆動装置。
【請求項４】
前記駆動部材の前記電気機械変換素子との結合面の面積は、前記駆動部材の前記被駆動部材との摩擦接触する部分の断面積よりも大きいことを特徴とする請求項１〜３の何れか１つの請求項に記載の駆動装置。
【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】
従来、光学機器の駆動装置としては、ステッピングモータやボイスコイル等を利用したものが知られている。これらの駆動装置のうち、特にレンズ系を駆動する駆動装置は、光学機器の小型化に伴い、より一層の小型化が求められている。
【０００３】
特許文献１においては、これらを駆動させる駆動装置として、電気機械変換素子を使用したものが開示されている。この特許文献１においては、厚み方向に変位する電気機械変換素子の片端を駆動軸の軸方向端部に固定し、電気機械変換素子に鋸歯状の駆動パルスを付与することにより、電気機械変換素子の伸縮を利用して駆動軸を軸方向に変位させている。この電気機械変換素子の伸縮の速度を異ならせるように電圧を印加することにより、駆動軸に摩擦力を持たせて支持されたレンズ等の被駆動部材を移動させている。これにより、従来のステッピングモータ等を使用したものよりも小型の駆動装置とすることができる。
【０００４】
更に、特許文献２においては、被駆動部材の移動を高速化するために、駆動軸として繊維強化樹脂の複合体構造を用いたものが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平４−６９０７０号公報
【特許文献２】特開平７−２７４５４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述のような駆動装置においては、駆動パルスを印加してから所定時間遅れて変位が生ずる電気機械変換素子が有する物理特性である応答遅れを考慮して、電気機械変換素子に固定される駆動軸を決定する必要がある。即ち、駆動軸の重量が大きい程、又は弾性率が小さい程、電気機械変換素子や駆動部材の応答遅れが大きくなり、被駆動部材の移動速度や移動量が低下する。
【０００７】
また、特許文献２に示すように、駆動軸を繊維強化樹脂複合体により形成した場合には、駆動軸の重量と弾性率の問題は解決できるが、成形上の制限により加工の自由度が低く、複雑な軸形状の成形が困難となる。また、一般的に繊維強化樹脂の複合体は加工性が悪く、部材のコストアップの要因となる。
【０００８】
本発明の目的は、上述の問題点を解消し、加工の自由度が高く、電気機械変換素子の伸縮を効率良く被駆動部材に伝達することにより、高速で被駆動部材を駆動することができる安価な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】
【０００９】
上記目的を達成するための本発明に係る駆動装置は、電気機械変換素子と、該電気機械変換素子に結合し炭素成形体から成る棒状の駆動部材と、該駆動部材に摩擦接触した被駆動部材とを有し、前記電気機械変換素子の伸縮により前記駆動部材を介して前記被駆動部材を移動させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係る駆動装置によれば、駆動部材を炭素成形体で構成することにより、駆動部材の加工性を向上させることができる。また、従来の金属等から成る駆動部材と比較して、必要な弾性率を維持したまま軽量化することができ、高速で被駆動部材を駆動することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】駆動装置の斜視図である。
【図２】炭素成形体の製造工程図である。
【図３】駆動軸の斜視図である。
【図４】駆動軸の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明を図示の実施例に基づいて詳細に説明する。
図１は本実施例におけるレンズの駆動に応用された駆動装置の斜視図を示している。
【００１３】
フレーム１上には、３本の支持部２〜４が立設され、支持部２、３により駆動部材である棒状の駆動軸５が軸方向に変位自在に支持されている。そして、この駆動軸５には、被駆動部材であるレンズの鏡筒６を支持する支持体７の摺動嵌合部７ａ、７ｂが摺動自在に摩擦接触して挿通されている。
【００１４】
また、支持部４には駆動軸５の軸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が固定され、この圧電素子８の一端には駆動軸５が固定されている。
【００１５】
更に、支持体７の摺動嵌合部７ａ、７ｂの下面には、中央部分に上向きに屈曲した屈曲部９ａを有する板ばね９が固定され、屈曲部９ａが駆動軸５に圧接され、駆動軸５と板ばね９の接触部に適当な摩擦力を発生させている。
【００１６】
圧電素子８に電圧を印加することにより、圧電素子８の厚み方向に変位が生じ、駆動軸５は軸方向に変位する。圧電素子８に急速な立ち上がり部を有する駆動パルスを印加すると、駆動パルスの急速な立ち上がり部において、圧電素子８は急速に厚み方向の伸び変位を生じ、駆動軸５は矢印ａと反対方向に示す軸の伸び方向に急速に移動する。この際に、支持体７の摺動嵌合部７ａ、７ｂは慣性力により板ばね９と駆動軸５との摩擦力に打ち勝って、実質的にその位置に留まるため鏡筒６は移動することはない。
【００１７】
一方、圧電素子８に緩やかな立ち下がり部を有する駆動パルスを印加すると、圧電素子８が緩やかに縮み変位を生じ、駆動軸５は矢印ａ方向においては緩やかに移動する。この際に、摺動嵌合部７ａ、７ｂは板ばね９と駆動軸５との摩擦力により、駆動軸５に結合した状態で共に変位するため、鏡筒６が実質的に矢印ａ方向に移動する。
【００１８】
なお、ここで云う実質的とは、矢印ａ方向と、これと反対方向の何れにおいても支持体７及び板ばね９が駆動軸５との間に滑りを生じながら追従し、駆動時間の差によって全体として矢印ａ方向に移動するものも含むことを意味している。どのような移動形態になるかは、与えられた摩擦条件に応じて決定される。
【００１９】
このように、圧電素子８に波形のデューティ比を変化させたパルス波形を連続して印加することにより、鏡筒６を駆動軸５方向に連続して移動させることができる。鏡筒６の上述の方向と反対方向の移動は、緩やかな立ち上がり部とこれに続く急速な立ち下がり部から成る波形の駆動パルスを圧電素子８に印加することにより達成することができる。
【００２０】
上述の駆動原理の駆動装置において、駆動軸５の重量と弾性率は鏡筒６の移動速度に大きく影響する。つまり、駆動軸５の重量が大きいと、その質量による慣性の影響により駆動軸５の応答遅れが大きくなり、また弾性率が小さいほど駆動軸５の伸縮が吸収され応答遅れが大きくなる。逆に、駆動軸５の重量が軽く弾性率が大きいほど応答遅れは小さく、より高い周波数の駆動パルスに応答でき、鏡筒６を高速で移動させることが可能となる。
【００２１】
そのため、本実施例における駆動軸５は、黒鉛等の炭素微粉末と結合材を混練した後に、成形して焼成加工する炭素成形体を用いている。これにより、実用上問題のないレベルで、鏡筒６を移動可能な重量と弾性率を有し、かつ加工性の優れた駆動軸５を得ることができる。
【００２２】
図２は一般的な炭素成形体の製造工程図を示し、具体的な製造方法の一例である。炭素成形体の骨材には、例えば黒鉛、カーボンブラック、ランプブラック、各種樹脂炭化物、コークス粉等を用いている（ａ）。そして、この炭素微粉末に、例えば熱可塑性樹脂のプレポリマ、塩化ビニル樹脂、熱硬化性樹脂のフェノール樹脂、フラン樹脂を１種又は２種以上混合したものを用いた結合材と、必要に応じて添加剤や可塑剤とを加えて、均一に混合する（ｂ）。続いて、混練機を用いて粘結材物質が物理化学的に強固に結合した微粉炭素粒子を含む成形用ペースト状組成物を得る（ｃ）。次に、この成形用ペースト状組成物を注型用型に注入又は成形用金型に射出、或いは押出成形機により押出し成形して、粘結材を固化させた後に取り出して賦形物とする（ｄ）。型から取り出された賦形物を５０〜３００℃で加熱し不融化処理を施した後に（ｅ）、炭素化炉に入れて、窒素等の不活性雰囲気中で８００〜１０００℃以上に加熱して焼成炭素化し（ｆ）、冷却後に、硬質炭素成形品を得ることができる。なお、粘結材の種類に応じて最適な昇温速度を設定することにより、高強度の炭素成形体が製造できる。ただし、このような炭素成形体の製造方法は一例であって、一般に行われる製造方法により作成することもできる。
【００２３】
表１は駆動軸５をＳＵＳ３０４、ポリカーホネート材、繊維強化合成樹脂複合体（カーボンファイバ繊維強化エポキシ樹脂）、及び本実施例の炭素成形体の各材料により製造し、密度、弾性率を比較している。更に、駆動軸５に各材料を使用した際の加工性の良否、及び鏡筒６を駆動したときの高速動作の可否についても比較している。
【００２４】
表１
駆動部材の材料        密度(g/cm3)  弾性率(kgf/mm2)  加工性良否  鏡筒の動作良否
ＳＵＳ３０４            ７．９      ２０，０００        ○              ×
ポリカーボネート        １．２            ２４０        ○              ×
繊維強化合成樹脂複合体  １．６      １２，０００        ×              ○
炭素形成体              １．６        ３，０００        ○              ○
【００２５】
駆動軸５として、ＳＵＳ３０４を使用した場合には重量が重く、ポリカーボネートを使用した場合には、必要な弾性率を有していないため、これらを駆動軸５の材料として用いたとき、被駆動部材を移動させることができない。
【００２６】
一方、繊維強化合成樹脂複合体及び本実施例の炭素成形体の場合には、重量が軽くて必要な弾性率も有しており、鏡筒６を移動させるのに適している。
【００２７】
しかしながら、繊維強化合成樹脂複合体により、このような駆動軸５を成形するには、引き抜き成形等の成形方法に限定される。そのため、形成される形状も限定的なものとなり、直線部のみで構成されるもの以外の成形は困難となり、加工性は良くない。
【００２８】
また、繊維強化合成樹脂は強化繊維を閉じ込むバインダとして用いられる合成樹脂が駆動軸表面に露出する部分があるため、その部分の硬度は低く、摺動によって摩耗する虞れがある。或いは、合成樹脂材に含有させる強化繊維としては、カーボンウィスカ等も考えられるが、このような強化繊維を使用した場合には、成形上の繊維のばらつきや、摺動の摩耗によって繊維が表面に露出する等の表面状態が良好でない虞れがある。
【００２９】
それに対して、本実施例における炭素成形体は、焼き固めてあるため、繊維強化合成樹脂複合体よりも表面強度が高くなっており、耐摩耗性が高く、表面状態も良好である。成型においては、基本的に粉末体を圧縮成形加工するため加工性に優れているので、駆動軸５の形状を摺動嵌合部７ａ、７ｂが摺動する部分形状とは異なる形状部を形成することもできる。
【００３０】
例えば、図３（ａ）に示すように、駆動軸５の圧電素子８との結合面１１の面積を、駆動軸５と摺動嵌合部７ａ、７ｂが摺動する部分の断面積より大きく成形することもでき、このような形状にすることにより圧電素子８との接合をより強固にすることが可能である。
【００３１】
また図３（ｂ）に示すように、駆動軸５は摺動嵌合部７ａ、７ｂと摩擦接触する部分の形状とは異なる形状部から成るストッパ部１２を形成してもよい。このストッパ部１２はフレーム１の支持部２、３の傍らに設けて駆動軸５の抜け落ち防止としてもよいし、支持体７に当接し得る位置に設けて支持体７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。
【００３２】
また、図４（ａ）、（ｂ）に示すように、駆動軸５の断面形状は円形状以外としても支障はない。例えば、図４（ａ）に示すように、断面Ｄ形状の平面部５ａを板ばね９の屈曲部９ａとの接触部とすることにより、屈曲部９ａとの摩擦力を必要に応じて大きくすることができる。また、駆動軸５の摺動嵌合部７ａ、７ｂとの嵌合部や、支持部２、３との嵌合部を、図４（ｂ）に示すような平面部５ｂ、５ｃを有する両端切り欠き形状とすることにより、駆動軸５や支持体７の回転を防止して安定的に支持体７を駆動軸５に保持することができる。
【００３３】
更には、上述の形状に限らず、駆動軸５を必要に応じて部分的に形状を変えて形成することが容易にでき、駆動軸５を炭素成形体で形成することによって加工の自由度が高くなり、好適である。
【００３４】
本実施例における駆動軸５は、加工性が優れているため製造工程において歩留まりが向上し、製造コストを安価にすることができる。更に、本実施例に示すように、駆動軸５を炭素微粉末により成形した場合には、焼成しているため表面硬度が高くなっているので、摺動嵌合部７ａ、７ｂとの間に適度な摩擦力を有しながら、摩擦摺動によって磨耗し難いため耐久性を向上させることができる。また、長期間の使用により磨耗しても、表面状態が悪化せず鏡筒６の移動を妨げないため、駆動軸５として好適である。
【符号の説明】
【００３５】
１  フレーム
２〜４  支持部
５  駆動軸
５ａ、５ｂ、５ｃ  平面部
６  鏡筒
７  支持体
７ａ、７ｂ  摺動嵌合部
８  圧電素子
９  板ばね
９ａ  屈曲部
１１  結合面
１２  ストッパ部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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