(57)【要約】  繰り出し方向と引き戻し方向とで駆動速度が変化せず、複雑な駆動回路を要しない駆動装置を提供するため、電圧が印加されると機械的変位を生じる電気機械変換素子４と、電気機械変換素子４の機械的変位によって長手方向に寸法変位する振動部材５と、振動部材５に滑り変位可能に摩擦係合する摩擦係合部材６とを有する駆動装置１に、摩擦係合部材６を電気機械変換素子４から離れる方向にその移動範囲の全域に亘って付勢する付勢部材８を設ける。
2010001807.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電圧が印加されると機械的変位を生じる電気機械変換素子と、
前記電気機械変換素子の機械的変位によって長手方向に位置変位する振動部材と、
前記振動部材に滑り変位可能に摩擦係合する摩擦係合部材と、
前記摩擦係合部材を前記電気機械変換素子から離れる方向にその移動範囲の全域に亘って付勢する付勢部材とを有することを特徴とする駆動装置。
【請求項２】
前記付勢部材は、コイルばね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】
前記コイルばねは、前記振動部材の外周を囲むように配置されていることを特徴とする請求項２に記載の駆動装置。
【請求項４】
前記摩擦係合部材が前記電気機械変換素子に最も遠いときと最も近いときとの前記付勢部材の付勢力の平均値が、前記摩擦係合部材と前記振動部材との間の最大静止摩擦力の７％以下であることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の駆動装置。
【請求項５】
運転終了時には、前記摩擦係合部材を、前記電気機械変換素子から最も遠い位置以外の位置に移動させることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の駆動装置。
【請求項６】
前記電気機械変換素子と前記振動部材とが接着剤によって固定されていることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
圧電素子等で柱状の振動部材を振動させ、振動部材に摩擦係合する摩擦係合部材を滑り変位させる駆動装置が、例えば、特許文献１等により公知である。【０００３】
通常、圧電素子に印加する駆動電圧は、駆動方向に応じて互いに対称な波形の電圧を用いる。理論上は、対称な波形を用いることで、摩擦係合部材を等しい速度で逆方向に駆動することができる。しかしながら、実際の駆動装置では、摩擦係合部材を圧電素子から遠ざける繰り出し方向の駆動速度に対して、摩擦係合部材を圧電素子に近づける引き戻し方向の駆動速度が５％程度高くなることが経験上分かっている。この速度差は、圧電素子と振動部材とを接着する接着剤の変形が、圧縮方向と伸張方向とで異なることに起因すると考えられている。【０００４】
繰り出し方向と引き戻し方向との速度差をなくすために、駆動電圧を、繰り出し方向と引き戻し方向とで単なる対称波形とは異なる波形とするには、駆動回路の構成が複雑になり、駆動装置が高価になるという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平４−６９０７０
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前記問題点に鑑みて、本発明は、繰り出し方向と引き戻し方向とで駆動速度が変化せず、複雑な駆動回路を要しない駆動装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記問題点を解決するために、本発明による駆動装置は、電圧が印加されると機械的変位を生じる電気機械変換素子と、前記電気機械変換素子の機械的変位によって長手方向に位置変位する振動部材と、前記振動部材に滑り変位可能に摩擦係合する摩擦係合部材と、前記摩擦係合部材を前記電気機械変換素子から離れる方向にその移動範囲の全域に亘って付勢する付勢部材とを有するものとする。【０００８】
この構成によれば、摩擦係合部材を電気機械変換素子から遠ざける繰り出し方向に移動させる駆動トルクと電気機械変換素子に近づける引き戻し方向に移動させる駆動トルクとの差を付勢部材の付勢力によって補い、摩擦係合部材の繰り出し方向と引き戻し方向との駆動速度の差を小さくできる。【０００９】
また、本発明の駆動装置において、前記付勢部材は、コイルばねであってもよい。【００１０】
この構成によれば、摩擦係合部材の移動ストロークが長くても安定した付勢ができる。【００１１】
また、本発明の駆動装置において、前記コイルばねは、前記振動部材の外周を囲むように配置してもよい。【００１２】
この構成によれば、コイルばねの設置スペースが小さくて済む。また、コイルばねの付勢方向を摩擦係合部材の移動方向に合致させることができるので、駆動が安定する。【００１３】
また、本発明の駆動装置において、前記摩擦係合部材が前記電気機械変換素子に最も遠いときと最も近いときとの前記付勢部材の付勢力の平均値が、前記摩擦係合部材と前記振動部材との間の最大静止摩擦力の０．５％以上５％以下であってもよい。【００１４】
この構成によれば、付勢力によって駆動方向による摩擦係合部材の駆動トルクの差を小さくできるので、繰り出し方向と引き戻し方向との駆動速度の差を小さくできる。【００１５】
また、本発明の駆動装置において、運転終了時には、前記摩擦係合部材を、前記電気機械変換素子から最も遠い位置以外の位置に移動させてもよい。【００１６】
この構成によれば、起動時に摩擦係合部材を前記電気機械変換素子から遠ざかる繰り出し方向に駆動することができるので、付勢部材の付勢力により、固着解消を補助できる。【００１７】
また、本発明の駆動装置において、前記電気機械変換素子と前記振動部材とが接着剤によって固定されていてもよい。【００１８】
この構成によれば、電気機械変換素子と振動部材とを接着する接着剤の変形に起因する駆動方向による駆動力の差と、付勢部材に起因する駆動方向による駆動力の差とが相殺され、駆動方向に拘わらず一定の速度で摩擦係合部材を駆動できる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、摩擦係合部材を繰り出し方向に移動させるときの駆動トルクと引き戻し方向に移動させるときの駆動トルクとの差を付勢部材の付勢力によって補い、摩擦係合部材の繰り出し方向と引き戻し方向との駆動速度の差を小さくできる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の一つの実施形態の駆動装置の、摩擦係合部材が圧電素子から最も遠い位置にあるときの平面図である。
【図２】図１の駆動装置の、摩擦係合部材が圧電素子に最も近い位置にあるときの平面図である。
【図３】図１の駆動装置の摩擦係合部材の往復速度差の度数分布表である。
【図４】図１の駆動装置からコイルばねを外したときの往復速度差の度数分布表である。
【図５】図１の駆動装置のコイルばねのばね定数を変えたときの往復速度差を示すグラフである。
【図６】図１の駆動装置の駆動回路および制御装置を示す回路図である。
【図７】図１の駆動装置の制御の流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
これより、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。図１および図２に、本発明の一つの実施形態であるレンズ駆動装置１を示す。
【００２２】
レンズ駆動装置１は、ハウジング２に固定された錘３と、錘３に一端が固定され、電圧が印加されると伸縮する圧電素子（電気機械変換素子）４と、圧電素子４に一端が固定され、圧電素子４の伸縮によって長手方向に変位する柱状の振動部材５と、振動部材５に滑り変位可能に摩擦係合する摩擦係合部材６と、振動部材５の外周を囲むように嵌装され、振動部材５の姿勢保持のために振動部材５が貫通するハウジング２の壁部７と、摩擦係合部材６との間で圧縮状態に保持されるコイルばね（付勢部材）８と、摩擦係合部材６と一体に形成され、レンズを保持する玉枠９と、ハウジング２に振動部材５と平行に保持され、玉枠８が摺動可能に係合するガイド軸１０とを有する。
【００２３】
摩擦係合部材６は、振動部材５を受入れる溝１１と、溝１１の開放部で振動部材５に押圧される押さえ部材１２と、押さえ部材１２を振動部材に押圧するばね部材１３とを有する。振動部材５と摩擦係合部材６との間の最大静止摩擦力は、１５ｇｆである。
【００２４】
コイルばね８は、例えば、線径０．０４ｍｍのステンレス鋼線からなり、巻数２５巻、自然長６ｍｍ、ばね定数０．０４ｇｆ／ｍｍのつるまきばねである。駆動装置１において、コイルばね８は、図１に示すように摩擦係合部材６が圧電素子４から最も遠い位置にあるとき、自然長から１．５ｍｍ圧縮されて０．１ｇｆの付勢力を発揮、図２に示すように摩擦係合部材６が圧電素子４に最も近い位置にあるとき、自然長から３．０ｍｍ圧縮されて０．２ｇｆの付勢力を発揮、平均して０．１５ｇｆの付勢力を発揮するようになっている。つまり、コイルばね８は、摩擦係合部材８を、その振動部材６に沿った移動範囲の全域に亘って圧電素子４から離れる繰り出し方向に付勢する。
【００２５】
駆動装置１は、圧電素子４に所定の駆動電圧を印加することで、振動部材５を繰り出し方向と引き戻し方向に非対称に往復変位させ、振動部材５が急峻に変位する際に、摩擦係合部材６を摩擦係合部材６の慣性力により、振動部材５に対して滑り変位させることで、２８．６ｍｍ／ｓｅｃの速度で移動させられる。
【００２６】
図３に、駆動装置１を１００個製造し、摩擦係合部材６の繰り出し方向と引き戻し方向との移動速度を計測し、その往復速度差（（引き戻し方向速度）−（繰り出し方向速度））の分布を示す。図示するように、駆動装置１における摩擦係合部材６の往復速度差は、略ゼロを中心に分布しており、繰り出し方向と引き戻し方向とに速度差がないことが分かる。図４に、これに対して、駆動装置１のコイルばね８を取り外した状態で摩擦係合部材６の往復速度差を測定した結果を示す。図示するようにコイルばね８がない場合、引き戻し方向の速度が、繰り出し方向の速度に対して約１．５ｍｍ／ｓｅｃ高くなっていることが分かる。つまり、駆動装置１では、コイルばね８によって、摩擦係合部材６の往復速度差をなくすことに成功している。
【００２７】
駆動装置１では、コイルばね８の付勢力の平均値は、０．１５ｇｆであり、振動部材５と摩擦係合部材６との間の最大静止摩擦力（１５ｇｆ）の１％に相当する。図５には、コイルばね６のばね定数を変更し、付勢力を異なる値にしたときの、駆動装置１の摩擦係合部材６の往復速度差を測定した結果を示す。
【００２８】
図示するように、付勢力が０％、即ちコイルばね６がない場合の往復速度差は１．５ｍｍ／ｓｅｃであった。また、コイルバネ６の付勢力が振動部材５と摩擦係合部材６との間の最大静止摩擦力の８％のときの摩擦係合部材６の往復速度差が−１．５％であり、コイルバネの付勢力を上記最大静止摩擦力の７％以下にすれば、コイルばね６を設けない場合よりも、摩擦係合部材６の往復速度差を小さくできることが分かる。さらに、コイルばね６の付勢力を、上記最大静止摩擦力の０．５％以上、５％以下にすれば、摩擦係合部材６の往復速度差を十分に小さくできる。
【００２９】
尚、本実施形態では、コイルばね８を柱状の振動部材５に嵌装することで空間効率を高め、振動部材５の振動による駆動トルクとコイルばね８の付勢力との作用位置と作用方向とを一致させることによって駆動の安定化を図っている。しかしながら、本発明では、コイルばね８を振動部材５の外側に配置してもよく、例えば、コイルばね８をガイド軸１０に嵌装して玉枠９を介して摩擦係合部材６を付勢してもよい。さらに、摩擦係合部材６を繰り出し方向に付勢する付勢部材は、コイルばね６以外にも、板ばね等、付勢力を発揮し得るいかなる形態の部材を使用してもよい。
【００３０】
さらに、図６に、駆動装置１の駆動回路１４および制御回路１５を示す。駆動回路１４は、トランジスタ１６，１７，１８，１９を有し、並列に接続された圧電素子４の一対の電極の一方に電源Ｖｐ（Ｖ）を接続し、圧電素子４の他方の電極を接地することで、圧電素子４に±Ｖｐ（Ｖ）、波高２Ｖｐ（Ｖ）の矩形波電圧を印加可能なフルブリッジ回路である。
【００３１】
制御装置１５は、運転信号が入力されている間、操作信号に従って摩擦係合部材６を移動させるように、駆動回路１４を制御する。具体的には、制御装置１５は、トランジスタ１６，１８をオンし、トランジスタ１７，１９をオフ、或いは、トランジスタ１６，１８をオフし、トランジスタ１７，１９をオンするような制御信号を出力することで、先に説明したように、駆動回路１４に圧電素子４に±Ｖｐ（Ｖ）の矩形波状の駆動電圧を印加させるようプログラムされている。制御装置１５は、摩擦係合部材６を繰り出し方向に滑り変位させる場合、駆動回路１４が出力する駆動電圧のデューティ比が３０％になるように、そして、摩擦係合部材６を引き戻し方向に滑り変位させる場合、駆動電圧のデューティ比が７０％になるように制御信号を変化させる。
【００３２】
また、制御装置１５は、図７に示すような制御を行う。制御装置１５は、運転信号が入力されると、図示する制御を開始する。制御装置１５は、先ず、ステップＳ１において、駆動装置１の運転準備動作として、摩擦係合部材６を繰り出し方向に滑り変位させる駆動電圧を１００ｍｓｅｃだけ駆動回路１４に出力させる。そして、ステップＳ２において、操作信号の入力の有無を確認し、操作信号が入力されていれば、ステップＳ３で、入力された操作信号に従って、摩擦係合部材６を滑り変位させるような駆動電圧を駆動回路１４に出力させる。ステップＳ３で操作信号に応じた駆動電圧の出力が完了したとき、または、ステップＳ２で操作信号が確認できなかったときは、ステップＳ４で運転信号の有無を確認する。運転信号が維持されていれば、ステップＳ２に戻って操作信号を確認する。しかしながら、運転信号が停止、つまり、駆動装置１の運転終了が検知された場合は、ステップＳ５に進んで、摩擦係合部材６を引き戻し方向に滑り変位させる駆動電圧を１００ｍｓｅｃだけ出力させてから、駆動回路１４の制御を終了する。
【００３３】
この制御により、駆動装置１は、運転の停止前に、ステップＳ５において、摩擦係合部材６を２．８６ｍｍだけ引き戻し方向に変位させる。これにより、駆動装置１の停止時には、摩擦係合部材６が圧電素子４から最も遠い位置から、２．８６ｍｍ以上、圧電素子５に近い位置に静止する。そして、駆動装置１は、次の起動時には、ステップＳ１において、摩擦係合部材６を繰り出し方向に変位させるように振動部材５を振動させる。ここで、駆動装置１の停止時に摩擦係合部材６が振動部材５に対して固着していても、摩擦係合部材６は、振動部材５の振動による駆動トルクと、おなじ方向に作用するコイルばね８の付勢力とを受け、これらのトルクによって固着状態を解消できる。
【００３４】
このように、起動時に振動部材５の振動による駆動トルクと、コイルばね８の付勢力とをおなじ方向に作用させるためには、駆動装置１の運転終了時に、摩擦係合部材６が少しでも繰り出し方向に移動する余地を残すように、つまり、圧電素子４から最も遠い位置以外の位置に係合するようにすればよい。摩擦係合部材６の固着解消に最も効果的には、駆動装置１は、運転終了時に摩擦係合部材６を圧電素子４に最も近い位置に移動させるようにするとよい。例えば、駆動装置１では、摩擦係合部材６をそのストローク以上変位させられるだけの時間だけ引き戻し方向の駆動電圧を出力すれば、摩擦係合部材６を圧電素子４に最も近い位置に移動させられる。
【００３５】
尚、圧電素子の材料としては、チタン酸バリウムや、ジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）など、公知の材料を適宜選択して用いればよい。また、以上の実施形態の説明では、電気機械変換素子として圧電素子を用いているが、圧電素子に限定されるものではなく、駆動電圧に応じて機械的変位を生じるものであればよく、電歪素子などを用いることもできる。
【符号の説明】
【００３６】
１…駆動装置
２…ハウジング
３…錘
４…圧電素子（電気機械変換素子）
５…振動部材
６…摩擦係合部材
８…コイルばね（付勢部材）
１４…駆動回路
１５…制御装置
【図１】
2010001807.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2010001807.tif 000008
【図７】
2010001807.tif 000009
【国際調査報告】
2010001807.tif 000010
2010001807.tif 000011