(57)【要約】  より一層の小型化を図り得るアクチュエータを提供することにある。  駆動素子１０の変位方向を変換するように駆動素子１０に変換部材７が連結されており、変換部材７の第１の部分２１に駆動軸６の一端が固定されており、駆動軸６及び変換部材７の第１の部分２１のうちの一方が他方に設けられた凹部に嵌まり合うようにして駆動軸６が第１の部分２１に固定されている、アクチュエータ３。
2014017527.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の方向に互いに対向する第１及び第２の端面と、前記第１の方向に対して垂直な第２の方向に対向する第１及び第２の側面とを有し、前記第１の方向に沿って伸縮する駆動素子と、
前記駆動素子の前記第１の方向に沿った伸縮力を前記第２の方向に沿った駆動力に変換し、当該駆動力により第２の方向に沿って変位する変位部と、前記第１の側面の上に位置し、前記第１の側面から離間した前記変位部を含む凸部を有する第１の部分と、前記第１の部分に接続されており、前記第１の端面に当接している第２の部分と、前記第１の部分に接続されており、前記第２の端面に当接している第３の部分と、前記第２の部分に接続されており、前記第２の側面に固定された第４の部分と、前記第３の部分に接続されており、前記第２の側面に固定された第５の部分と、を有し、弾性を有する変換部材と、
前記変換部材の前記第１の部分に一端が固定されておりかつ前記第２の方向に延びている駆動軸と、
を備え、
前記駆動軸及び前記変換部材の前記第１の部分のうちの一方が他方に設けられた凹部に嵌まり合うようにして前記駆動軸が前記第１の部分に固定されている、アクチュエータ。
【請求項２】
前記凹部が前記変換部材の前記第１の部分の前記駆動軸が固定される面に設けられた穴であり、前記穴に前記駆動軸の一端側が挿入されて前記駆動軸が前記穴に嵌まり合っている、請求項１に記載のアクチュエータ。
【請求項３】
前記凹部が前記駆動軸の一端に開口している穴であり、前記変換部材の前記第１の部分の前記駆動軸が固定される面に突起が設けられており、前記穴に該突起が嵌まり合うようにして前記駆動軸が前記第１の部分に固定されている、請求項１に記載のアクチュエータ。
【請求項４】
前記突起が前記駆動軸と一体に設けられている、請求項３に記載のアクチュエータ。
【請求項５】
前記変換部材が金属板をプレス加工してなるプレス加工部材からなる、請求項１〜４のいずれか一項に記載のアクチュエータ。
【請求項６】
前記変換部材と前記駆動軸とが１つの金属板をプレス加工してなるプレス加工部材からなる、請求項１〜５のいずれか一項に記載のアクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、駆動素子の伸縮による力を伸縮方向とは異なる方向の力に変換し、該伸縮方向とは異なる方向に沿って駆動軸を変位させるアクチュエータに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、小型のアクチュエータとして、圧電素子を用いたアクチュエータが知られている。圧電素子を用いたアクチュエータの一例が下記の特許文献１，２に記載されている。特許文献１に記載のアクチュエータでは、電気機械変換素子が長さ方向に伸縮することにより、電気機械変換素子の長さ方向の端部に接続された駆動摩擦部材が長さ方向に振動する。駆動摩擦部材に係合されている係合部材が、駆動摩擦部材の長さ方向の振動にともなって、駆動摩擦部材に対して長さ方向に相対的に移動する。従って、特許文献１に記載のアクチュエータでは、電気機械変換素子の伸縮方向と、係合部材の移動方向すなわち駆動力発生方向とは平行とされている。【０００３】
他方、特許文献２には、駆動力の方向を変換する機構を備えたアクチュエータが開示されている。図１３に示すように、アクチュエータ１００は、板状の軸固定部材１０２と、一対の振動板１０３ａ，１０３ｂと、基板１０４と、軸１０１とを備えている。軸固定部材１０２には、軸１０１の一端が接合されている。一対の振動板１０３ａ，１０３ｂが、軸固定部材１０２と一体に設けられている。振動板１０３ａ，１０３ｂの上端が、軸固定部材１０２の両端部を支持している。基板１０４には、振動板１０３ａ，１０３ｂの軸固定部材１０２とは反対側の端部が固定されている。振動板１０３ａ，１０３ｂには、圧電素子１０５ａ，１０５ｂが固定されている。圧電素子１０５ａ，１０５ｂの伸縮変形に伴って、振動板１０３ａ，１０３ｂが屈曲変形する。その結果、圧電素子１０５ａ，１０５ｂから発生する駆動力の方向が変換されて軸固定部材１０２が振動変位する。これにより、軸１０１が振動し、係合部材１０６が駆動される。【０００４】
また、下記の特許文献３には、ピエゾ素子の振動方向一端側にロッドが結合されているアクチュエータが開示されている。ここでは、ピエゾ素子の振動方向他端側にカウンターバランスが結合されている。ピエゾ素子とロッドとの結合は以下のようにして行われている。すなわち、ピエゾ素子の中心に芯棒が挿入されている。該芯棒の一端がピエゾ素子から突出している。芯棒の突出している部分がロッドに挿入されて固定されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第４１５４８５１号公報
【特許文献２】特開２００９−２５４１５４号公報
【特許文献３】特開２００３−３０９９８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に記載のアクチュエータでは、変位量を大きくするには、電気機械変換素子の振動方向の長さを長くしなければならない。従って、振動変位方向の寸法を小さくすることができない。【０００７】
他方、特許文献２に記載のアクチュエータ１００においても、変位量を大きくするには、振動板１０３ａ，１０３ｂの振動変位方向と平行な方向の寸法を大きくしなければならない。従って、振動変位方向の寸法を小さくすることができない。【０００８】
加えて、特許文献２に記載のアクチュエータ１００では、小型化を進めると、軸１０１を軸固定部材１０２の中心に高精度に固定することが困難となる。従って、安定な変位を維持したまま小型化を図ることが困難である。【０００９】
特許文献３に記載のアクチュエータでは、芯棒がピエゾ素子の伸縮をロッドに直接伝達している。従って、充分な駆動力を得るには、ピエゾ素子に、上記カウンターバランスを接続しなければならない。よって、やはり小型化が困難である。【００１０】
本発明の目的は、より一層の小型化を図り得るアクチュエータを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係るアクチュエータは、駆動素子と、変換部材と、駆動軸とを備える。駆動素子は、第１の方向に互いに対向する第１及び第２の端面と、第１の方向に対して垂直な第２の方向に対向する第１及び第２の側面とを有する。駆動素子は、第１の方向に沿って伸縮する。変換部材は、変位部と、第１の部分と、第２の部分と、第３の部分と、第４の部分と、第５の部分とを有する。変位部は、駆動素子の第１の方向に沿った伸縮力を第２の方向に沿った駆動力に変換し、当該駆動力により第２の方向に沿って変位する。第１の部分は、第１の側面の上に位置し、第１の側面から離間した前記変位部を含む凸部を有する。第２の部分は、第１の部分に接続されており、第１の端面に当接している。第３の部分は、第１の部分に接続されており、第２の端面に当接している。第４の部分は、第２の部分に接続されており、第２の側面に固定されている。第５の部分は、第３の部分に接続されており、第２の側面に固定されている。変換部材は、弾性を有する。【００１２】
駆動軸は、変換部材の第１の部分に一端が固定されておりかつ上記第２の方向に延びている。そして、駆動軸及び変換部材の第１の部分のうちの一方が他方に設けられた凹部に嵌まり合うようにして駆動軸が第１の部分に固定されている。【００１３】
なお、本発明において、「当接」には、直接当接している場合のみならず、間接的に当接している場合も含まれるものとする。すなわち、「当接」とは、部材間に空隙が存在しないことを意味する。【００１４】
本発明に係るアクチュエータのある特定の局面では、凹部が変換部材の第１の部分の駆動軸が固定される面に設けられた穴であり、穴に駆動軸の一端側が挿入されて駆動軸が穴に嵌まり合っている。【００１５】
本発明に係るアクチュエータの他の特定の局面では、凹部が駆動軸の一端に開口している穴であり、変換部材の第１の部分の駆動軸が固定される面に突起が設けられており、穴に該突起が嵌まり合うようにして駆動軸が第１の部分に固定されている。【００１６】
本発明に係るアクチュエータのさらに他の特定の局面では、上記突起が駆動軸と一体に設けられている。この場合には、部品点数の低減及び組立工程の簡略化を図り得る。また、駆動軸の変換部材からの脱離が生じ難い。【００１７】
本発明に係るアクチュエータのさらに別の特定の局面では、上記変換部材が金属板をプレス加工してなるプレス加工部材からなる。従って、アクチュエータのコストを低減することができる。【００１８】
本発明に係るアクチュエータのまたさらに別の特定の局面では、変換部材と駆動軸とが１つの金属板をプレス加工してなるプレス加工部材からなる。従って、アクチュエータのコストを低減することができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明に係るアクチュエータによれば、駆動軸及び変換部材が上記のように構成されているため、アクチュエータの小型化を図ることができる。加えて、駆動軸及び変換部材の第１の部分のうちの一方が他方に設けられた凹部に嵌まり合うようにして駆動軸が該変換部材の第１の部分に固定されているため、駆動軸が変換部材に高精度に固定される。従って、変位の安定性を損なうことなく、アクチュエータのより一層の小型化を図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】図１（ａ）は、本発明の第１の実施形態に係るアクチュエータの模式的斜視図であり、図１（ｂ）は、本発明の第１の実施形態に係るアクチュエータにおける駆動軸の変換部材に対する固定構造を示す斜視図である。
【図２】図２は、本発明の第１の実施形態に係るアクチュエータで用いられている変換部材の斜視図である。
【図３】図３は、図１（ｂ）に示した固定構造の部分断面斜視図である。
【図４】図４は、本発明の第１の実施形態に係るアクチュエータを含む駆動装置の模式的側面図である。
【図５】図５は、本発明の第１の実施形態に係るアクチュエータで用いられている圧電素子と変換部材との側面図である。
【図６】図６（ａ）は、本発明の第２の実施形態に係るアクチュエータにおける駆動軸の変換部材に対する固定構造を示す斜視図であり、図６（ｂ）は、その部分断面斜視図である。
【図７】図７は、本発明の第２の実施形態に係るアクチュエータで用いられている変換部材の斜視図である。
【図８】図８（ａ）は、本発明の第３の実施形態に係るアクチュエータにおける駆動軸の変換部材に対する固定構造を示す斜視図であり、図８（ｂ）は、その部分断面斜視図である。
【図９】図９は、本発明の第３の実施形態に係るアクチュエータで用いられている変換部材の斜視図である。
【図１０】図１０（ａ）は、本発明の第４の実施形態に係るアクチュエータで用いられている変換部材の斜視図であり、図１０（ｂ）は、本発明の第４の実施形態に係るアクチュエータにおける駆動軸の変換部材に対する固定構造を示す斜視図である。
【図１１】図１１は、本発明の変形例に係るアクチュエータの模式的斜視図である。
【図１２】図１２は、本発明の変形例において用意される変換部材を示す斜視図である。
【図１３】図１３は、従来のアクチュエータの一例を説明するための正面断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、図面を参照しつつ、本発明の具体的な実施形態を説明することにより、本発明を明らかにする。
【００２２】
（第１の実施形態）
図１（ａ）は、本発明の第１の実施形態に係るアクチュエータ３の模式的斜視図である。図４は、本発明の第１の実施形態に係るアクチュエータ３を含む駆動装置１の模式的側面図である。
【００２３】
図４に示すように、駆動装置１は、制御部２と、アクチュエータ３とを備えている。制御部２は、アクチュエータ３を制御する部分である。具体的には、制御部２は、後述するアクチュエータ３の駆動素子としての圧電素子１０に印加する電圧を制御する。
【００２４】
圧電素子１０は、内部に圧電セラミックスを介して積層された電極を有する積層圧電セラミック素子であることが好ましい。圧電素子１０に印加する電圧が低くでき、かつ大きな変位量を得られるためである。また、圧電セラミックスは比較的剛性が高く、高周波の振動において減衰を少なくできるため、圧電セラミックスを用いた駆動素子を用いることによって、変位部材の共振周波数が高くできる。
【００２５】
なお、本発明において、駆動素子は、圧電素子に限定されない。本発明において、駆動素子は、電歪素子、磁歪素子、熱変形素子あるいは電磁力や静電気力を用いたリニアモーターであってもよい。
【００２６】
アクチュエータ３は、駆動部材４と、被駆動部材５とを備えている。駆動部材４は、被駆動部材５を駆動させるものである。具体的には、駆動部材４は、後述する駆動軸６の変位によって、被駆動部材５をｚ方向に移動させるものである。ここで、ｚ方向とは、駆動軸６の変位方向すなわち位置変換方向である。
【００２７】
なお、図１（ａ）及び図４においては、被駆動部材５を矩形板状に描画しているが、被駆動部材はこれに限定されるものではない。本発明において、駆動対象物である被駆動部材は、どのようなものでもあってもよく、例えば単体レンズあるいは組合せレンズ群、撮像素子、絞り機構、光学ミラー、レーザー発光素子、磁気ヘッド、各種センサ素子等であってもよい。
【００２８】
駆動部材４は、ｚ方向に沿って延びる駆動軸６と、変換部材７と、駆動素子としての圧電素子１０とを備えている。駆動軸６は、被駆動部材５に設けられた貫通孔５ａに挿入されている。駆動軸６は、例えば、カーボン等の比重の小さな材料により形成されていることが好ましい。また、被駆動部材５と駆動軸６とは、相互の摩擦が小さいものであることが好ましい。貫通孔５ａと駆動軸６との係合力を適当にするために、バネ等による加圧機構を設けることが好ましい。
【００２９】
駆動軸６のｚ方向における一方側端部６ａは、変換部材７に固定されている。変換部材７は、駆動軸６をｚ方向に沿って変位させるための部材である。
【００３０】
本実施形態では、後述するように、駆動軸６の変位を損なうことなく、駆動軸６の一方側端部６ａを変換部材７に容易にかつ高精度に固定することができる。この点については、固定構造を後ほど詳述することにより明らかにする。
【００３１】
本実施形態では、圧電素子１０が伸縮する方向は、ｚ方向に対して垂直なｘ方向である。また、圧電素子１０は、角柱状に形成されている。ここで、「角柱状」には、角部や稜線部の少なくとも一部が面取り状またはＲ面取り状であるものも含まれるものとする。また、角柱状には、直方体状が含まれるものとする。
【００３２】
圧電素子１０は、第１及び第２の端面１０ａ，１０ｂと、第１〜第４の側面１０ｃ〜１０ｆとを有する。第１及び第２の端面１０ａ，１０ｂのそれぞれは、ｚ方向及びｘ方向のそれぞれに対して垂直なｙ方向とｚ方向とに沿って延びている。第１及び第２の端面１０ａ，１０ｂは、ｘ方向において対向している。第１及び第２の側面１０ｃ，１０ｄのそれぞれは、ｘ方向及びｙ方向に沿って延びている。第１及び第２の側面１０ｃ，１０ｄは、ｚ方向において対向している。第３及び第４の側面１０ｅ，１０ｆのそれぞれは、ｘ方向及びｚ方向に沿って延びている。第３及び第４の側面１０ｅ，１０ｆは、ｙ方向において対向している。
【００３３】
図５は、本発明の第１の実施形態に係るアクチュエータ３で用いられている圧電素子１０と変換部材７との側面図である。図５に示すように、圧電素子１０は、圧電層１１を介してｘ方向に互いに対向している第１及び第２の電極１２，１３を複数対備えている。これら第１及び第２の電極１２，１３間に電圧を印加することにより、圧電素子１０をｘ方向に伸縮させることができる。
【００３４】
なお、第１及び第２の電極が複数対設けられている必要は必ずしもない。第１及び第２の電極を一対のみ設けてもよい。また、第１及び第２の電極の対向方向は、伸縮方向であるｘ方向に限定されない。圧電体の分極方向によっては、第１及び第２の電極がｚ方向またはｙ方向に対向するように設けられることもある。
【００３５】
圧電層１１並びに第１及び第２の電極１２，１３の材質は、特に限定されない。圧電層１１は、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛系セラミックス（ＰＺＴ）、ニオブ酸カリウムナトリウム等のアルカリニオブ酸系セラミックス等の非鉛系圧電体セラミックスやタンタル酸リチウム等の圧電単結晶等の適宜の圧電体により形成することができる。第１及び第２の電極１２，１３は、例えば、Ａｇ，Ｃｕ，Ｐｔ等の金属や、Ａｇ−Ｐｄ合金などの合金により形成することができる。
【００３６】
変換部材７は、鉄、銅、ニッケルなどの金属やステンレス、４２ニッケル鉄、ベリリウム銅、リン青銅、真鍮などの合金に代表されるような弾性体を含む。変換部材７は、圧電素子１０のｘ方向に沿った伸縮による駆動力がｚ方向に沿った駆動力となるように駆動力の方向を変換し、その方向の変換された駆動力により、駆動軸６をｚ方向に沿って変位させる素子である。なお、圧電素子１０の駆動方向と、変換部材７によって圧電素子１０の駆動力が変換される方向とは、必ずしも垂直でなくともよい。また、本実施形態では、ｘ方向とｚ方向とは垂直であるが、ｘ方向とｚ方向が垂直である必要は必ずしもない。
【００３７】
変換部材７は、第１〜第７の部分２１〜２７を有する環状である。上記圧電素子１０は、この環状の変換部材７と嵌合している。本実施形態においては、第１〜第７の部分２１〜２７は、一体に形成されている。すなわち、変換部材７は、環状である。変換部材７を環状にすることで、変換部材７と圧電素子１０とからなる部分の共振周波数を高くすることが容易になる。このため、より周波数の高い、つまり駆動速度の速い振動を得ることが容易になる。さらに、変換部材７と圧電素子１０とからなる部分の共振周波数付近で圧電素子１０を振動させることで、少ない投入エネルギーで駆動することができる。なお、変換部材７は、単一の部材により構成されていてもよいし、複数の部材が接合されることにより構成されていてもよい。
【００３８】
第１の部分２１は、第１の側面１０ｃの上に位置している。すなわち、第１の部分２１は、第１の側面１０ｃのｚ方向におけるｚ１側に位置している。第１の部分２１は、凸部２１ａを有する。本実施形態では、第１の部分２１の全体が凸部２１ａにより構成されている。凸部２１ａは、第１の側面１０ｃから離間している。凸部２１ａは、第１の側面１０ｃからｚ方向のｚ１側に突出している。上記駆動軸６は、この凸部２１ａの頂部に取り付けられている。駆動軸６の凸部２１ａへの取り付け方法は特に限定されない。例えば、樹脂接着剤を用いて駆動軸６を凸部２１ａに取り付けてもよいし、変換部材７と同材質で一体に形成されていてもよい。また、駆動軸６の断面形状は円形、各種多角形あるいは各種組合せ形状等適宜の形状とすることができる。駆動軸６の断面の形状と寸法はｚ方向に沿ってほぼ同一であることが好ましい。
【００３９】
第２の部分２２は、平板状である。第２の部分２２は、第１の端面１０ａの上に位置している。すなわち、第２の部分２２は、第１の端面１０ａのｘ方向のｘ１側に位置している。第２の部分２２のｚ方向ｚ２側の端部は、第２の側面１０ｄよりもｚ２側にまで至っている。第２の部分２２は、第１の端面１０ａに当接している。具体的には、本実施形態では、第１の端面１０ａの実質的に全体が第２の部分２２に当接している。詳細には、図５に示すように、第２の部分２２と第１の端面１０ａとは、樹脂接着剤層３１により接着されており、樹脂接着剤層３１を介して当接している。なお、図１（ａ）及び図４では、樹脂接着剤層３１及び後述の樹脂接着剤層３２，３３の描画を省略している。
【００４０】
第３の部分２３は、平板状である。第３の部分２３は、第２の端面１０ｂの上に位置している。すなわち、第３の部分２３は、第２の端面１０ｂのｘ方向のｘ２側に位置している。第３の部分２３のｚ方向ｚ２側の端部は、第２の側面１０ｄよりもｚ２側にまで至っている。第３の部分２３は、第２の端面１０ｂに当接している。具体的には、本実施形態では、第２の端面１０ｂの実質的に全体が第３の部分２３に当接している。詳細には、図５に示すように、第３の部分２３と第２の端面１０ｂとは、樹脂接着剤層３２により接着されており、樹脂接着剤層３２を介して当接している。
【００４１】
第４の部分２４は、第２の部分２２に間接的に接続されている。第４の部分２４は、第２の側面１０ｄの上に位置している。すなわち、第４の部分２４は、第２の側面１０ｄのｚ方向のｚ２側に位置している。
【００４２】
一方、第５の部分２５は、第３の部分２３に間接的に接続されている。第５の部分２５は、第２の側面１０ｄの上に位置している。すなわち、第５の部分２５は、第２の側面１０ｄのｚ方向のｚ２側に位置している。
【００４３】
本実施形態では、第４及び第５の部分２４，２５は、一体に形成されている。そして、第４及び第５の部分２４，２５は、樹脂接着剤層３３により第２の側面１０ｄに接着されることにより、固定されている。本実施形態では、第２の側面１０ｄの実質的に全体が樹脂接着剤層３３により第４及び第５の部分２４，２５に固定されている。
【００４４】
第２の部分２２と第４の部分２４とは、第６の部分２６により接続されている。第６の部分２６は、第２の側面１０ｄの第１の端面１０ａ側の端縁部の上に位置している。すなわち、第６の部分２６は、第２の側面１０ｄと第１の端面１０ａとにより構成された稜線部のｚ方向ｚ２側に位置している。第６の部分２６は、第２の側面１０ｄから離間して設けられている。
【００４５】
第３の部分２３と第５の部分２５とは、第７の部分２７により接続されている。第７の部分２７は、第２の側面１０ｄの第２の端面１０ｂ側の端縁部の上に位置している。すなわち、第７の部分２７は、第２の側面１０ｄと第２の端面１０ｂとにより構成された稜線部のｚ方向ｚ２側に位置している。第７の部分２７は、第２の側面１０ｄから離間して設けられている。
【００４６】
なお、本実施形態では、第１または第２の端面１０ａ，１０ｂと第１の側面１０ｃとの間の稜線部が変換部材７と接触している例について説明した。但し、本発明は、この構成に限定されない。変換部材は、第１または第２の端面と第１の側面との間の稜線部と変換部材とが接触しないように設けられていてもよい。すなわち、第２及び第３の部分２２，２３が第１または第２の端面１０ａ，１０ｂと第１の側面１０ｃとの間の稜線部と接触しないように設けられていてもよい。
【００４７】
なお、変換部材７が均一な幅の板状の部材によって閉じた環状構造に形成されるときにおいて、圧電素子１０のｙｚ断面が１ｍｍ程度である場合の板状の変換部材７の厚みｔは、０．１ｍｍ〜０．２５ｍｍ程度であることが好ましい。変換部材７のヤング率は、１００ＧＰａ以上であることが、変位部材の共振周波数を高くでき、振動の減衰を小さくできるため好ましい。変換部材７のヤング率の好ましい上限は、特に限定されないが、例えば、３００ＧＰａ程度以下とすれば、板状の材料を曲げ加工することなどにより、変換部材７が容易に成形できる。平面状の第１の部分２１と平面状の第１の側面１０ｃとのなす角の大きさθは、１５°〜４５°程度であることが、圧電素子１０の駆動力を効率よく変換できるため好ましい。圧電素子１０のｚ方向に沿った長さＬ１に対する、圧電素子１０のｘ方向に沿った長さＬ２の比（Ｌ２／Ｌ１）は、０．８〜２程度であることが好ましい。圧電素子１０のｘ方向に沿った長さＬ２に対する第１の部分２１の頂部のｘ方向に沿った長さＬ３の比（Ｌ３／Ｌ２）は、０．３〜０．７程度であることが好ましい。圧電素子１０のｘ方向に沿った長さＬ２に対する第６及び第７の部分２６，２７のそれぞれのｘ方向に沿った長さＬ４の比（Ｌ４／Ｌ２）は、０．０５〜０．２程度であることが好ましい。このようにすることによって、圧電素子１０のｘ方向に沿った伸縮変形が第１の部分２１のｚ方向に沿った変位に変換され、駆動軸６をｚ方向に変位させて、被駆動部材５をｚ方向に沿って移動させることができる。
【００４８】
次に、上記駆動軸６の変換部材７に対する固定構造を、図１（ｂ）、図２及び図３を図１（ａ）と共に参照して説明することとする。
【００４９】
図１（ｂ）は、本発明の第１の実施形態に係るアクチュエータ３における駆動軸６の変換部材７に対する固定構造を示す斜視図である。図２は、上記変換部材７の外観を示す斜視図である。図３は、図１（ｂ）に示した固定構造の部分断面斜視図である。変換部材７では、駆動軸６が嵌まり合う凹部としての穴２１ｃが第１の部分２１に設けられている。穴２１ｃの内径は、駆動軸６の外径と同等か外径よりも若干小さくされている。図１（ｂ）及び図３に示すように、穴２１ｃ内に、駆動軸６の一方側端部６ａ側が挿入され、駆動軸６が変換部材７に固定されている。穴２１ｃ内において、接着剤や溶接等の適宜の接合方法により、駆動軸６が、第１の部分２１に接合され、固定されている。なお、穴２１ｃは貫通孔ではなく、止まり穴であってもよい。
【００５０】
本実施形態では、穴２１ｃ内に駆動軸６が挿入され、接合されることにより、駆動軸６は変換部材７の第１の部分２１に容易にかつ所望の位置で高精度に固定され得る。従って、小型化を進めた場合であっても、駆動軸６を変換部材７の第１の部分２１に高精度に固定することができる。従って、駆動軸６の変位を損なうことなく、小型化を進めることができる。
【００５１】
上記のように、穴２１ｃに駆動軸６の一方側端部６ａが嵌まり合うことにより、位置決めが果される。従って、本実施形態のアクチュエータ３を得るに際しては、位置決め治具などを省略することができる。よって製造コストを低減することも可能となる。
【００５２】
次に、駆動装置１の動作について説明する。制御部２は、圧電素子１０の第１及び第２の電極１２，１３間に、例えばパルス状の電圧を印加する。これにより、圧電素子１０がｘ方向に沿って伸縮する。
【００５３】
ここで、本実施形態では、第４及び第５の部分２４，２５のそれぞれは、第２の側面１０ｄに固定されている。そして、第２及び第３の部分２２，２３は、第１及び第２の端面１０ａ，１０ｂに当接している。このため、圧電素子１０がｘ方向に伸張すると、第２の部分２２の少なくともｚ方向ｚ１側の部分がｘ１側に変位すると共に、第３の部分２３の少なくともｚ方向ｚ１側の部分がｘ２側に変位する。このため、第２の部分２２のｚ１側の部分と、第３の部分２３のｚ１側の部分との間の間隔が広くなる。その結果、第２及び第３の部分２２，２３に接続されている第１の部分２１の凸部２１ａの曲率が大きくなる。よって、凸部２１ａの頂部がｚ２側に変位する。
【００５４】
一方、圧電素子１０がｘ方向に収縮すると、第２の部分２２の少なくともｚ方向ｚ１側の部分がｘ２側に変位すると共に、第３の部分２３の少なくともｚ方向ｚ１側の部分がｘ１側に変位する。このため、第２の部分２２のｚ１側の部分と、第３の部分２３のｚ１側の部分との間の間隔が狭くなる。その結果、第２及び第３の部分２２，２３に接続されている第１の部分２１の凸部２１ａの曲率が小さくなる。よって、凸部２１ａの頂部がｚ１側に変位する。このように、変換部材７は、圧電素子１０のｘ方向に沿った伸縮力をｚ方向に沿った駆動力に変換する。そして、第１の部分２１の凸部２１ａは、当該駆動力によりｚ方向に沿って変位する変位部を有する。
【００５５】
圧電素子１０がｘ方向に伸長するとき、圧電素子１０のｘ方向の寸法Ｌ１の中点ではｘ方向の変位は０となり、ｚ方向には収縮して第１の側面１０ｃと第２の側面１０ｄの間隔は若干小さくなろうとする。しかしながら、第２の側面１０ｄは変換部材７の第４及び第５の部分２４，２５に部分的に固定されていて変換部材７の拘束を受けるため、第２の側面１０ｄの中心部ではｚ方向の変位も小さくなる。この結果、第１の部分２１のｚ方向への変位量に比較し、第２の側面１０ｄの中心部あるいは第４及び第５の部分２４，２５から成る変換部材下面中心部の変位量は小さくなる。このため、変換部材７の特定の場所に錘を付けたり、強固な筺体を設けて固定するなどの対応をすることなく、変換部材７の第１の部分２１をｚ方向に変位させることが可能となる。例えば変換部材７の第４及び第５の部分２４，２５を中心付近で接合し、その部分を下方に延長して、特別な処置をすることなく筺体に固定することができる。
【００５６】
以上のように、圧電素子１０の伸縮に伴って、凸部２１ａの頂部がｚ方向に振動する。これに伴い、駆動軸６もｚ方向に振動する。すなわち、駆動軸６は、ｚ１側への変位と、ｚ２側への変位とを繰り返し行う。この際に、制御部２から圧電素子１０に印加される急峻な電圧波形に応じて変換部材７が急峻に駆動すれば駆動軸６の変位も急速となる。例えば、駆動軸６のｚ１方向への変位速度（単位時間当たりの変位量）が設定以上に高ければ、駆動軸６と接触して設けられている被駆動部材５と駆動軸６との間の摩擦力よりも被駆動部材５に働く慣性力が優位となり、被駆動部材５は駆動軸６上を滑り相対的にｚ２方向に移動する。次に、駆動軸６のｚ２方向への変位速度が設定以下であれば、被駆動部材５と駆動軸６との間の摩擦力が被駆動部材５に働く慣性力よりも優位となり、被駆動部材５と駆動軸６の相対位置は変化しない。これを繰り返すことにより被駆動部材５がｚ２方向に移動する。
【００５７】
以上説明したように、本実施形態の変換部材７は、錘や固定を必要としない。このため、変換部材７を用いることにより、アクチュエータ３の小型化を図ることができる。特に、例えば図１３に示す、振動板１０３ａ，１０３ｂと軸１０１とが軸の駆動方向に沿って配置されており、振動板１０３ａ，１０３ｂの屈曲変形によって軸１０１が駆動方向に変位する従来のアクチュエータ１００と比べて、軸の延びる方向であるｚ方向における寸法を小型化することができる。
【００５８】
また、上述したように、駆動軸６が第１の部分２１に篏合により位置決めされかつ固定されている。従って、小型化を進めた場合であっても、駆動軸６の変位が損なわれ難い。従って、それによっても、小型化を進めることができる。
【００５９】
ところで、特許文献１に記載のような錘を有するアクチュエータの小型化を図るためには、錘を小型化する必要がある。一方、アクチュエータの変位量を大きくするためには、錘を重くする必要がある。よって、アクチュエータの変位量を大きく保ちつつ、アクチュエータを小型化するためには、高い比重を有する高価な錘を用いる必要がある。このため、アクチュエータのコストが上昇してしまう。またアクチュエータの重量が増加する。また軸、圧電素子、錘の複合体が振動するときに振動の節となる場所は、圧電素子の錘側または錘の圧電素子側付近となり、その節部で筺体に固定するには、ゴム状弾性体などで振動を阻害しないように取り付ける必要があるため、組立作業が困難となりがちである。
【００６０】
それに対して、本実施形態のアクチュエータ３は、高い比重を有する高価な錘を必要としない。従って、アクチュエータ３は、部品点数を削減できるため、製造コストが低くできる。また錘をなくすことで、アクチュエータの重量を軽くできる。さらにまた変換部材７の下辺中心部の金属などを延長して筺体に固定するなど、組み立てが容易である。
【００６１】
加えて、前述したように、駆動軸６が第１の部分２１に篏合により位置決めされるため、それによっても製造工程の簡略化及び製造コストの低減を図ることができる。
【００６２】
ここで、本実施形態のアクチュエータ３は、従来のアクチュエータ１００よりも制御が容易である。すなわち、従来のアクチュエータ１００では、振動板１０３ａ，１０３ｂが外側に向かって凸状になったときに軸固定部材１０２が下側に凸状に変形しやすく、振動板１０３ａ，１０３ｂが内側に向かって凸状になったときに軸固定部材１０２が上側に凸状に変形しやすい。このため、振動板１０３ａ，１０３ｂが外側及び内側に凸状に変形することによって軸固定部材１０２の全体位置はどちらの場合も下側に移動するが、振動板１０３ａ，１０３ｂの変形が外か内どちらに凸状になるかによって、軸固定部材１０２のたわみ変形方向は上下反対となる。このため、上下方向によって軸の変位挙動が異なることになり、軸の変位量を制御することが難しくなる。従って、軸１０１の振動の制御、具体的には、係合部材１０６を安定して移動させることが困難である。また、振動板１０３ａ，１０３ｂの屈曲変形を利用する場合は、駆動力の発生力が小さくなり、共振周波数が低くなる。この結果、被駆動体が比較的重い場合の適応は困難であり、また駆動パルス周波数は一般に共振周波数以下でないと制御困難となるため、軸変位量と駆動パルス周波数の積で決定される被駆動体の移動速度も制約される。
【００６３】
（第２の実施形態）
図６（ａ）及び（ｂ）は、本発明の第２の実施形態に係るアクチュエータにおける駆動軸６の変換部材７ａに対する固定構造を示す斜視図及び部分断面斜視図であり、図７は、変換部材７ａの外観を示す斜視図である。
【００６４】
本実施形態では、変換部材７ａにおいて第１の部分２１に貫通孔としての穴２１ｃが設けられている。この点については第１の実施形態の変換部材７と同様である。もっとも、本実施形態の変換部材７ａでは、第１の部分２１の外側面、図面上の上面において、上方に突出している環状支持部２１ｄが設けられている。すなわち穴２１ｃの内径と等しい内径を有する環状支持部２１ｄが設けられている。その他の点については、本実施形態は第１の実施形態と同様であるため、第１の実施形態の説明を援用することとする。
【００６５】
本実施形態では、変換部材７ａに環状支持部２１ｄが設けられているため、第１の部分２１における、駆動軸６と固定される部分の機械的強度を高めることができる。従って、駆動軸６から受ける力による第１の部分２１のたわみなどの変形が生じ難い。それによって変位効率の低下を効果的に抑制することができる。
【００６６】
また、本実施形態では、環状支持部２１ｄが設けられているため、環状支持部２１ｄの内周面においても駆動軸６を支持することができる。従って、駆動軸６の延びる方向が第１の部分２１の面方向に対して垂直な方向から傾くことを確実に抑制することができる。
【００６７】
加えて、駆動軸６の第１の部分２１に接触固定される面積が大きくなるため、駆動軸６と第１の部分２１との接合強度も高めることができる。
【００６８】
なお、本実施形態では、環状支持部２１ｄは円環状であったが、環状支持部２１ｄに代えて他の形状の支持部を設けてもよい。すなわち、穴２１ｃが円形であったとしても、環状支持部２１ｄの平面形状における外形は円に限らず、矩形等の他の形状であってもよい。さらに、支持部の一部が切り欠かれており、環状でない複数の支持部部分が周方向に連ねられている形状であってもよい。
【００６９】
（第３の実施形態）
図８（ａ）及び（ｂ）は、本発明の第３の実施形態に係るアクチュエータにおける駆動軸６の変換部材７ｂに対する固定構造を示す斜視図及び部分断面斜視図であり、図９は、変換部材７ｂの外観を示す斜視図である。
【００７０】
本実施形態では、変換部材７ｂの第１の部分２１の上面に突起２１ｅが設けられている。突起２１ｅは、第１の部分２１上に設けられた円柱状部分２１ｅ２と、円柱状部分２１ｅ２の上方に連ねられた半球部分２１ｅ１とを有する。円柱状部分２１ｅ２の外径は、駆動軸６の一方側端部６ａの内径と同等とされている。
【００７１】
本実施形態では、駆動軸６の一方側端部６ａの開口が本発明における凹部を構成している。この凹部に、上記第１の部分２１に設けられた突起２１ｅが嵌まり合うことにより第１の部分２１に対し駆動軸６が位置決めされる。そして、第１の実施形態と同様に、接着剤などの適宜の接合方法を用いることにより、第１の部分２１と駆動軸６とが接合され、駆動軸６が変換部材７ｂの第１の部分２１に固定される。本実施形態においても、上記突起２１ｅと駆動軸６との嵌まり合いにより位置決めを行うことができる。従って、小型化を進めた場合であっても、容易にかつ高精度に駆動軸６を変換部材７ｂの第１の部分２１に固定することができる。
【００７２】
加えて、突起２１ｅが大きな面積で駆動軸６の内周面に接触している。従って、駆動軸６と第１の部分２１との接合強度も高めることができる。さらに、第２の実施形態と同様に、駆動軸６の延びる方向が第１の部分２１の面方向に対して垂直な方向から傾くことを確実に抑制することができる。
【００７３】
なお、上記突起２１ｅの形状についても特に限定されず、円柱状部分２１ｅ２の一部が切り欠かれていてもよい。さらに、駆動軸６の一方側端部６ａの開口が円形であったため、円柱状部分２１ｅ２を設けたが、円柱状に限定されない。駆動軸６の凹部に相当する部分の開口形状が他の形状であれば、該他の形状に嵌まり合う外形を有するように突起２１ｅが設けられればよい。
【００７４】
（第４の実施形態）
図１０（ａ）は、本発明の第４の実施形態に係るアクチュエータで用いられている変換部材７ｃの斜視図であり、（ｂ）は、本発明の第４の実施形態に係るアクチュエータにおける駆動軸の変換部材に対する固定構造を示す斜視図である。
【００７５】
図１０（ａ）に示すように、本実施形態では、変換部材７ｃの第１の部分２１の上面に、複数の支持突起２１ｆ，２１ｇが設けられている。支持突起２１ｆ，２１ｇの内周面は、駆動軸６の外周面に沿う形状とされている。従って、本実施形態では、支持突起２１ｆ，２１ｇの内側面は円筒曲面の一部とされている。
【００７６】
この円筒曲面の径は、駆動軸６の外径と略同等とされている。本実施形態では、第１の部分２１上に設けられた支持突起２１ｆ，２１ｇが本発明における凹部を構成している。支持突起２１ｆ，２１ｇ間に駆動軸６が嵌まり合うことにより第１の部分２１に対し駆動軸６が位置決めされる。そして、第１の実施形態と同様に、接着剤などの適宜の接合方法を用いることにより、第１の部分２１と駆動軸６とが接合され、駆動軸６が変換部材７ｃの第１の部分２１に固定される。
【００７７】
よって、本実施形態においても、上記支持突起２１ｆ，２１ｇと駆動軸６との嵌まり合いにより位置決めを行うことができる。従って、小型化を進めた場合であっても、容易にかつ高精度に駆動軸６を変換部材７ｃの第１の部分２１に固定することができる。
【００７８】
加えて、支持突起２１ｆ，２１ｇが大きな面積で駆動軸６の外周面に接触している。従って、駆動軸６と第１の部分２１との接合強度も高めることができる。さらに、第２，第３の実施形態と同様に、駆動軸６の延びる方向が第１の部分２１の面方向に対して垂直な方向から傾くことを確実に抑制することができる。
【００７９】
（他の変形例）
図１１は、本発明の変形例に係るアクチュエータの模式的斜視図である。本変形例では、駆動軸６が角筒状の形状を有している。このように、本発明において駆動軸の形状は円筒状に限らず、角筒状であってもよい。この場合、駆動軸６が角筒状であるため、変換部材７の第１の部分２１には、角筒状の駆動軸６の外周側面に沿う形状の略矩形の穴が設けられている。この矩形の穴に駆動軸６が嵌まり合うようにして駆動軸６が変換部材７の第１の部分２１に固定されている。
【００８０】
上記のように、本発明において、第１の部分に設けられる凹部と、該凹部に嵌まり合う駆動軸との関係については、駆動軸６が凹部に嵌まり合うように駆動軸６の嵌まり合う部分の外径及び凹部の平面形状を選択すればよい。
【００８１】
さらに、駆動軸６は、筒状体に限らず、柱状体であってもよい。その場合であっても、前述した第１の実施形態，第２の実施形態及び第４の実施形態では、第１の部分２１側に凹部が設けられているため、凹部に駆動軸６を容易に位置決めし、第１の部分２１に固定することができる。また、第３の実施形態のように、第１の部分２１側に、嵌まり合いに際して挿入される突起２１ｅを設けた構造では、駆動軸６側に凹部を設ける必要がある。第２の実施形態では、筒状体であったため、開口部が凹部を構成していた。これに対して、柱状体であってもよく、柱状体の第１の部分２１に固定される側の端部に、上記突起２１ｅが嵌まり合う穴を設けてもよい。例えば円柱の一端側端面にこのような穴を設け、駆動軸６を構成してもよい。
【００８２】
図１２は、本発明の変形例に係るアクチュエータにおける上記変換部材を用意する工程を説明するための斜視図である。ここでは、リードフレーム１０１上に連ねられて、変換部材７が形成されている。そして、この変換部材７に駆動軸６が固定された構造が示されている。
【００８３】
変換部材７は、このように、リードフレーム１０１に連ねられた金属板をプレス加工等により折り曲げ加工することにより容易に形成することができる。しかる後、図示のように、形成された変換部材７に上述した実施形態に従って駆動軸６を接合し、固定すればよい。
【００８４】
変換部材７を、金属板のプレス加工からなるプレス加工部材により形成する場合、加工工程の簡略化を図ることができる。また、変換部材７と駆動軸６を一体で加工を行うこともできる。従って、製造コストの低減を果すことができる。
【符号の説明】
【００８５】
１…駆動装置
２…制御部
３…アクチュエータ
４…駆動部材
５…被駆動部材
５ａ…貫通孔
６…駆動軸
６ａ…一方側端部
７，７ａ，７ｂ，７ｃ…変換部材
１０…圧電素子（駆動素子）
１０ａ…第１の端面
１０ｂ…第２の端面
１０ｃ…第１の側面
１０ｄ…第２の側面
１０ｅ…第３の側面
１０ｆ…第４の側面
１１…圧電層
１２…第１の電極
１３…第２の電極
２１…第１の部分
２１ａ…凸部
２１ｃ…穴
２１ｄ…環状支持部
２１ｅ…突起
２１ｅ１…半球部分
２１ｅ２…円柱状部分
２１ｆ，２１ｇ…支持突起
２２…第２の部分
２３…第３の部分
２４…第４の部分
２５…第５の部分
２６…第６の部分
２７…第７の部分
３１〜３３…樹脂接着剤層
【図１】
2014017527.tif 000003
【図２】
2014017527.tif 000004
【図３】
2014017527.tif 000005
【図４】
2014017527.tif 000006
【図５】
2014017527.tif 000007
【図６】
2014017527.tif 000008
【図７】
2014017527.tif 000009
【図８】
2014017527.tif 000010
【図９】
2014017527.tif 000011
【図１０】
2014017527.tif 000012
【図１１】
2014017527.tif 000013
【図１２】
2014017527.tif 000014
【図１３】
2014017527.tif 000015
【手続補正書】
【提出日】平成27年8月27日(2015.8.27)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の方向に互いに対向する第１及び第２の端面と、前記第１の方向に対して垂直な第２の方向に対向する第１及び第２の側面とを有し、前記第１の方向に沿って伸縮する駆動素子と、
前記駆動素子の前記第１の方向に沿った伸縮力を前記第２の方向に沿った駆動力に変換し、当該駆動力により第２の方向に沿って変位する変位部と、前記第１の側面の上に位置し、前記第１の側面から離間した前記変位部を含む凸部を有する第１の部分と、前記第１の部分に接続されており、前記第１の端面に当接している第２の部分と、前記第１の部分に接続されており、前記第２の端面に当接している第３の部分と、前記第２の部分に接続されており、前記第２の側面に固定された第４の部分と、前記第３の部分に接続されており、前記第２の側面に固定された第５の部分と、を有し、弾性を有する変換部材と、
前記変換部材の前記第１の部分に一端が固定されておりかつ前記第２の方向に延びている駆動軸と、
を備え、
前記駆動軸及び前記変換部材の前記第１の部分のうちの一方が他方に設けられた凹部に嵌まり合うようにして前記駆動軸が前記第１の部分に固定されている、アクチュエータ。
【請求項２】
前記凹部が前記変換部材の前記第１の部分の前記駆動軸が固定される面に設けられた穴であり、前記穴に前記駆動軸の一端側が挿入されて前記駆動軸が前記穴に嵌まり合っている、請求項１に記載のアクチュエータ。
【請求項３】
前記凹部が前記駆動軸の一端に開口している穴であり、前記変換部材の前記第１の部分の前記駆動軸が固定される面に突起が設けられており、前記穴に該突起が嵌まり合うようにして前記駆動軸が前記第１の部分に固定されている、請求項１に記載のアクチュエータ。
【請求項４】
前記突起が前記駆動軸と一体に設けられている、請求項３に記載のアクチュエータ。
【請求項５】
前記変換部材が金属板のプレス加工部材からなる、請求項１〜４のいずれか一項に記載のアクチュエータ。
【請求項６】
前記変換部材と前記駆動軸とが１つの金属板のプレス加工部材からなる、請求項１〜５のいずれか一項に記載のアクチュエータ。
【国際調査報告】
2014017527.tif 000016
2014017527.tif 000017
2014017527.tif 000018