(57)【要約】【課題】高い駆動力を得ることができると共に駆動軸周りにおける設置スペースを小さくできるリニア駆動装置を提供する。【解決手段】振動部材１７と、振動部材１７に基端を固定した駆動軸２１と、駆動軸２１を振動自在に保持する支持部材４１ａと備え、振動部材１７の振動により駆動軸２１がその軸線方向に振動することにより、駆動軸２１に摩擦係合した移動体５が駆動軸２１の軸線方向に沿って摺動するリニア駆動装置７において、振動部材１７は、通電により伸縮する圧電素子２３と、弾性を有する板状の振動子１９とを有し、振動子１９は圧電素子２３の一側面に板面を重ねて固定してあり、駆動軸２１は平面における振動部材１７の中心位置からずれた位置に固定してある。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
振動部材と、振動部材に基端を固定した駆動軸と、駆動軸を振動自在に保持する支持部材と備え、振動部材の振動により駆動軸がその軸線方向に振動することにより、駆動軸に摩擦係合した移動体が駆動軸の軸線方向に沿って摺動するリニア駆動装置において、
振動部材は、通電により伸縮する圧電素子と、弾性を有する板状の振動子とを有し、振動子は圧電素子の一側面に板面を重ねて固定してあり、駆動軸は平面における振動部材の中心位置からずれた位置に固定してある
ことを特徴とするリニア駆動装置。
【請求項２】
振動部材は駆動軸の基端を固定してある２次元平面において、一方の次元が他方の次元よりも長く形成してあり、駆動軸は振動部材の長手方向端部に固定してあることを特徴とする請求項１に記載のリニア駆動装置。
【請求項３】
一方の次元は他方の次元の２倍以上の長さを有することを特徴とする請求項２に記載のリニア駆動装置。
【請求項４】
移動体はレンズを保持するレンズ支持体であり、振動部材の振動によりレンズ支持体をレンズの光軸方向に移動することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のリニア駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、移動体を直線移動させるリニア駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、圧電素子に弾性を有する板状の振動子を重ねて固定した振動部材に駆動軸の基端を固定して、駆動軸をその軸線方向に振動させることにより、駆動軸に摩擦接触した移動体を直線移動させるリニア駆動装置が開示されている。このリニア駆動装置では、駆動軸の基端を固定している振動部材の面において、駆動軸はその面の中央に固定している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−２７３３０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
かかるリニア駆動装置においては、圧電素子に所定周波数で所定電流値のパルス電流を流して駆動軸を所定の周波数（駆動周波数）で振動させているが、大きな駆動力を得る為には、振動子の振幅の増加と振動子による弾性復帰力の増加が要求される。
これに対して、従来、振動部材の駆動軸固定面は、その中央位置が駆動軸の取付け位置として安定性があり且つ振動の振幅も大きいと考えられていた。また、振動部材においても、駆動軸固定面は正方形や円形等の中心位置から均等長さの対角線や半径を有するものが有効であると考えられていた。
【０００５】
しかし、かかる従来のリニア駆動装置では、装置を大きくすることなく振動部材の振幅や弾性復帰力を高めるには、限界があった。
また、リニア駆動装置の小型化の要請が高く、特に駆動軸周りにおいてリニア駆動装置の設置スペースを小さくする要求が高い。
【０００６】
そこで、本発明は、高い駆動力を得ることができると共に駆動軸周りにおける設置スペースを小さくできるリニア駆動装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１に記載の発明は、振動部材と、振動部材に基端を固定した駆動軸と、駆動軸を振動自在に保持する支持部材と備え、振動部材の振動により駆動軸がその軸線方向に振動することにより、駆動軸に摩擦係合した移動体が駆動軸の軸線方向に沿って摺動するリニア駆動装置において、振動部材は、通電により伸縮する圧電素子と、弾性を有する板状の振動子とを有し、振動子は圧電素子の一側面に板面を重ねて固定してあり、駆動軸は平面における振動部材の中心位置からずれた位置に固定してあることを特徴とする。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、振動部材は駆動軸の基端を固定してある２次元平面において、一方の次元が他方の次元よりも長く形成してあり、駆動軸は振動部材の長手方向端部に固定してあることを特徴とする。
【０００９】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、一方の次元は他方の次元の２倍以上の長さを有することを特徴とする。
【００１０】
請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか一項に記載の発明において、移動体はレンズを保持するレンズ支持体であり、振動部材の振動によりレンズ支持体をレンズの光軸方向に移動することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
発明者らは、研究と実験の結果、振動部材の駆動軸固定面は、その中央位置よりも中央位置からずれた位置の方が振幅が大きいことを見出した。特に、振動部材の周縁を固定しないで略自由状態とした場合には、中央位置よりも周縁部のほうが振動の振幅が大きいことが解った。振動部材の振幅が大きくなると、振動子の弾性復帰力も大きくなり、高い駆動力を得ることができる。
したがって、振動部材の駆動軸固定面において、駆動軸を振動部材の中心位置からずれた位置に固定することにより、振動部材の面積を大きくすることなく、駆動軸に作用する振動部材の振幅を従来よりも大きくでき、振動子の弾性復帰力も大きくなるので、大きな駆動力を得ることができる。
【００１２】
請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の作用効果を奏すると共に、振動部材の駆動軸固定面をその２次元平面（Ｘ−Ｙ平面）において、一方の次元（Ｘ）を他方の次元（Ｙ）よりも長くし、例えば、長方形や楕円にして、その長手方向端部に駆動軸を取り付けることにより、正方形や円に比べて、小さい面積で大きな駆動力を得ることができる。
【００１３】
請求項３に記載の発明によれば、請求項２に記載の作用効果を奏すると共に、実験の結果、振動部材の振幅は振動部材の中心から離れるほど大きくなるが、振幅の大きさは中心からの距離に比例するのでなく、相乗的に大きくなることがわかった。従って、振動部材の駆動軸固定面において、長辺（Ｘ）を短辺（Ｙ）の２倍以上にすることにより、その端部位置では、中心における振幅の４倍以上を得ることができ、実用性が高い。しかも、振動部材を帯状に長くできるから、駆動軸固定位置以外では、板状の振動部材を、ニア駆動装置を搭載する筺体のデッドスペースに配置でき、リニア駆動装置の設置に要求される面積を小さくすることができる。
【００１４】
請求項４に記載の発明によれば、請求項１〜３のいずれか一項に記載の作用効果を奏するカメラのレンズ駆動装置として用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】第１実施の形態に係るリニア駆動装置の概略的構成を示す図であり、（ａ）は側面図であり、（ｂ）は駆動軸の先端側から見た平面図である。
【図２】第１実施の形態に係るリニア駆動装置を用いたカメラの縦断面図である。
【図３】図２に示すＡ―Ａ断面図である。
【図４】本実施の形態にかかるリニア駆動装置の作用を説明する図であり、振動部材における駆動軸取付け位置と振幅との関係を示す側面図である。
【図５】第２実施の形態にかかるリニア駆動装置の概略的構成を示す側面図である。
【図６】本発明の変形例にかかるリニア駆動装置の概略的構成を示す図であり、（ａ）は側面図であり、（ｂ）は駆動軸の先端側から見た平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下に、添付図面の図１〜図４を参照して本発明の第１実施の形態を説明する。本実施の形態に係るリニア駆動装置は、携帯電話に組み込まれる光学ズーム付きオートフォーカスカメラ１のレンズを駆動するリニア駆動装置７である。
【００１７】
本実施の形態にかかるカメラ１は、図２に示すように、筐体２内に、ズームレンズホルダ（移動体）３、フォーカスレンズホルダ５（移動体）と、ズームレンズホルダ３を駆動するズームレンズホルダ駆動手段（リニア駆動装置）７と、フォーカスレンズホルダ５を駆動するフォーカスレンズホルダ駆動手段（リニア駆動装置）９と、画像センサ１１が設けてある基板４とを備えている。更に、図３に示すように、筐体２内には、ズームレンズホルダ３の位置を検知するズームレンズ位置検出手段４３と、フォーカスレンズホルダ５の位置を検知するフォーカスレンズ位置検出手段４５とが設けてある。
【００１８】
ズームレンズホルダ３は、光学ズームレンズ１４を保持しており、フォーカスレンズホルダ５は、フォーカスレンズ１６を保持しており、光学ズームレンズ１４とフォーカスレンズ１６とは光軸０を同一にしてあり、光軸０上の結象位置に画像センサ１１が設けてある。更に、筐体２には被写体側レンズ１８と結像側レンズ２０とがズームレンズ１４とフォーカスレンズ１６と光軸０を一致して設けてある。尚、本実施の形態では、被写体側は光学ズームの望遠側であり、結像側は光学ズームの拡大側である。
【００１９】
ズームレンズ駆動手段（リニア駆動装置）７とフォーカスレンズ駆動手段（リニア駆動装置）９とは略同じ構成であるから、ズームレンズ駆動手段７を説明してフォーカスレンズ駆動手段９には同一の作用効果を奏する部分には同一の符号を付することによりその部分の説明を省略する。
【００２０】
ズームレンズ駆動手段７は、筐体２の基底２ａに配置した振動部材１７と、光軸方向に配置した駆動軸２１（２２）とから構成されており、駆動軸２１（２２）の基端は振動部材１７に固定してある。
【００２１】
振動部材１７は、図１に示すように、圧電素子２３と圧電素子２３の一側面（駆動軸２１の先端側面）に接着固定された振動子１９とから構成されている。
【００２２】
圧電素子２３は平面視長方形であり、圧電素子２３には電源制御部２７の端子が接続されている。圧電素子の厚みは約０．２５ｍｍである。
【００２３】
振動子１９は圧電素子２３よりも面積が僅かに大きい平面視長方形（図１（ｂ）参照）であり、圧電素子２３に一面を重ねて接着固定されている。振動子１９は弾性を有する金属製板であり、本実施の形態では全体に亘って略均一の厚み（約０．２５ｍｍ）に形成された銅板である。この振動子１９には電源制御部２７の端子が接続されている。
振動部材１７（換言すれば、振動子１９）は、図１（ｂ）に示すように、Ｘ−Ｙ平面におけるＸ方向の長さＬがＹ方向の長さＷよりも大きい寸法を有している。ＬはＷの２倍以上が好ましいが、本実施の形態では、例えばＷは、１．１〜１．２ｍｍであり、Ｌは約９ｍｍである。従って、本実施の形態では、ＬはＷの約８倍の寸法を有している。
【００２４】
図１に示すように、振動子１９には、その一側面に駆動軸２１の基端２６が接着剤３０により接着固定されており、駆動軸２１の基端２６は振動子１９に当接固定されている。振動部材１７における駆動軸２１の固定位置は、長方形状の振動部材１７において振動部材１７の長手方向（Ｘ方向）にける中心Ｔからずれた位置にあり、本実施の形態では、振動部材の略端部の位置に固定してある。正確には、長手方向（Ｘ方向）における振動部材１７の中心からＳ離れて位置にあり、距離Ｓは中心Ｔから離れるほど良いが固定用の接着剤３０や電源用の電極の配置分等の関係からできるだけ端に配置してある。距離Ｓは幅Ｗに対して約３〜４倍となっている。
駆動軸２１は、カーボン製であり、軸線方向に長い円柱形状を成し、胴部２５をズームレンズホルダ（移動体）３が摺動して移動するようになっている。
【００２５】
図２及び図１に示すように、駆動軸２１の先端部は筐体２に固定した支持部材４１ａに挿通されて筐体２に保持されており、振動部材１７も支持部材４１ｂにより筐体２に支持されている。一方、支持部材４１ａは、駆動軸２１を振動自在に支持しており、本実施の形態では、ゴム製のブッシュである。支持部材４１ｂは、ゴム製であり、振動部材１７全体を覆っているが、振動部材１７をゴム材で覆うことなく、カメラ１の筐体２において、その基底２ａにゲル状接着材で振動部材１７の周縁を振動自在に固定するものであって良い。
また、図３に示すように、振動部材１７は、カメラ１の筐体２の矩形の基底２ａの上に、Ｘ方向の長さＬを矩形の基底２ａの一辺に沿って長く配置している。
【００２６】
ズームレンズホルダ３の一端部には、駆動軸２１の胴部２５（図１（ａ）参照）と圧接する樹脂製又は金属製の圧接部５１が設けてあり、圧接部５１は、図３に示すように、駆動軸２１を取巻く一側に開口部５３が形成されており、開口部５３はねじ５５により開口部５３の隙間を調整して、圧接部５１と駆動軸２１との間の摩擦（圧接力）を調整自在にしている。尚、ねじ５５を設けないで、圧接部５１の弾性を利用して予め設定された摩擦を付与するものであってもよいし、ねじを駆動軸２１に当接させて圧接するものであっても良い。
【００２７】
圧接部５１の内周面は、横断面が多角形、本実施の形態では四角形の孔になっており、横断面が円形の駆動軸２１と内周面において点接触している。このように、点接触することにより、駆動軸２１とズームレンズホルダ３の圧接部５１との間の摩擦により生じる粉や塵等を非接触箇所に逃すことができるので、駆動の信頼性が高くできる。
【００２８】
ズームレンズホルダ３の他端部は、フォーカスレンズホルダ５の駆動軸２２との係合部３３が設けてあり、係合部３３はフォーカスレンズホルダの駆動軸２２に係合して支持されており、ズームレンズホルダ３の移動を案内している。係合部３３は横断面が略Ｕ字であり、Ｕ字内にフォーカスレンズホルダ５の駆動軸２２が挿通されている。
【００２９】
フォーカスレンズホルダ５の構成はズームレンズホルダ３と同じ構成であり、フォーカスレンズホルダ５の駆動軸２２はズームレンズホルダ３の駆動軸２１と同様に基端を振動部材１７に取り付けてある。
【００３０】
ここで、図３を参照して、ズームレンズホルダ３の位置を検知するズームレンズ位置検出手段４３と、光学フォーカスレンズホルダ５の位置を検知するフォーカスレンズ位置検出手手段４５とについて説明する。ズームレンズ位置検手段４３とフォーカスレンズ位置検出器４５とは同じ構成であり、各々、レンズの光軸０方向に沿って異なる磁極（Ｓ極とＮ極）を交互に配置した磁極部材５７と、磁界強度を検知するＭＲセンサ５９とから構成されている。ＭＲセンサ５９は各ホルダ３、５に固定されており、各ホルダ３、５と共に移動して、各ホルダの基準位置（又は初期位置）からの移動量及び移動方向を検知可能になっている。各ＭＲセンサ５９の位置情報信号は、フレキシブル配線板６０により位置制御部に送られるようになっている。
【００３１】
次に、第１実施の形態の作用及び効果について説明する。本実施の形態では、ズームレンズホルダ３を移動して光学ズームで倍率を変え、フォーカスレンズホルダ５を移動して焦点距離をあわせるものである。
【００３２】
ズームレンズホルダ３を、望遠側（被写体側）に移動する場合には、振動部材１７の圧電素子２３に所定周波数で且つ所定電流値のパルスの電流を供給して、圧電素子２３の伸縮を振動子１９で増幅させて振動させる。
即ち、図４に実線で示すように、圧電素子２３にパルス電流が供給されると、圧電素子２３は長手方向に伸びて振動子１９と共にその長手方向中央部を後に突設し、長手方向端部を前側に突設するように変形し、駆動軸２１は前側に突設する。これにより、ズームレンズホルダ３は圧接部５１で駆動軸２１との摩擦力があるので前側に移動する。次に、二点鎖線で示すように、圧電素子２３が縮むと振動子１９が弾性変形した反力により急激に元の位置に戻ろうとするが慣性力により凹み状に変形して駆動軸２１が固定されている端部は急激に後方に移動する。このような振動子１９の変形動作を繰り返すことにより、ズームレンズホルダ３は駆動軸２１に沿って前進する。
【００３３】
この場合、図４から明らかなように、振動部材１７における長手方向（Ｘ）の中心位置Ａ−Ａと、駆動軸２１が固定されている長手方向端部Ｂ―Ｂでは、その振幅に差が生じており、長手方向端部Ｂ―Ｂの振幅の方が、中心位置の振幅Ａ−Ａよりも大きくなる。実験の結果、中心位置から距離と振幅の関係について所定の数式を得ることができなかったが、従来の一辺４ｍｍの正方形の中央部に駆動軸を取付けた場合に比較して、本実施の形態では、駆動力を従来に比較して約１５倍にできた。
【００３４】
これは、振動部材１７における駆動軸固定部分の振幅が大きくなっただけでなく、駆動軸固定部における振動部材１７の振幅が大きくなった為に、それに基づいて振動子１９の弾性復帰力も大きくなりこれらの相乗効果により、１５倍もの駆動力（推進力）を得ることができたものと思われる。
【００３５】
本実施の形態によれば、振動部材１７の駆動軸２１の固定面において、駆動軸２１を振動部材１７のＸ―Ｙ平面の中心位置からずれた位置に固定することにより、駆動軸２１に作用する振動部材１７の振幅を従来よりも大きくでき、これにより振動子１９の弾性復帰力も大きくなるので、大きな駆動力を得ることができる。
【００３６】
振動部材１７の駆動軸固定面を帯状に長くしているので、即ち、２次元平面（Ｘ−Ｙ平面）において、一方の次元（Ｘ）を他方の次元（Ｙ）よりも長くして、その長手方向端部に駆動軸を取り付けているので、振動部材の２次元平面における面積を小さい面積で大きな駆動力を得ることができる。
【００３７】
振動部材１７は、長辺（Ｘ）を短辺（Ｙ）の２倍以上にすることにより、その長手方向端部位置では、中心における振幅の４倍以上を得ることができ、更に振動子１９の弾性復帰力も相乗して高い駆動力を得ることができる。
また、振動部材１７は長辺（Ｘ）を短辺（Ｙ）の２倍以上の帯状にすることにより、駆動軸固定位置以外では、振動部材１７を筺体２ａのデッドスペースに帯状に長く配位することより、実質的にリニア駆動装置１の設置に要求される面積を小さくすることができる。
【００３８】
尚、ズームレンズホルダ３を、拡大側（結像側）に移動する場合には、振動部材１７の圧電素子２３に反対向きのパルスの電流を供給すると振動子１９による振動の増幅を伴って振動し、ズームレンズホルダ３は後退する。
【００３９】
また、フォーカスレンズホルダ５の駆動もズームレンズホルダ３と同様に振動部材１７に所定パルスの電流を供給することにより、フォーカスレンズホルダ５をその駆動軸２２に沿って前進又は後退させることができる。
【００４０】
次に、本発明の他の実施の形態を説明するが以下に説明する実施の形態において、上述した第１実施の形態と同一の作用効果を奏する部分には、同一の符号を付することによりその部分の詳細な説明を省略し、以下に説明する他の実施の形態の説明では主に第１実施の形態と異なる点を説明する。
図５に本発明の第２実施の形態を示す。この第２実施の形態では、振動部材１７において、駆動軸２１が固定されている面と反対側の面に、駆動軸２１との均衡を図る錘３５を設けている。その他の構成は第１実施の形態と略同じである。錘３５は、駆動軸２１よりも比重が大きい金属であり、駆動軸２１よりも小さな体積で振動部材１７に作用する荷重の吊り合いを図っている。
【００４１】
この第２実施の形態では、振動部材１７に作用する荷重の均衡を図ることで、振動子１９の振幅方向に作用する荷重の均衡を図り、振動部材１７の振幅の増大と力（弾性復帰力）の増大を図ることができる。これにより、同じ種類のリニア駆動装置における振動量のばらつきを防止し且つ安定な振動量を得ることができると共に、振動量の増大を図ることができる。
【００４２】
本発明は、上述した実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形可能である。例えば、駆動軸２１はその基端２６を振動子１９に直接固定することに限らず、図６に示すように、振動子１９の中央に穴３４を形成し、この穴３４に駆動軸２１の基端２６を挿入して圧電素子２３に固定するものであっても良い。
振動部材１７において、圧電素子２３に対する振動子１９の大きさや形状は制限されないが、両者は略同じ寸法及び形状を有するか、圧電素子２３が振動子１９よりも少し小さことが望ましい。
第２実施の形態において、錘部材２６は、はんだを盛り付けしたものであっても良い。
【符号の説明】
【００４３】
３      ズームレンズホルダ（移動体）
５      フォーカスレンズホルダ（移動体）
７      ズームレンズホルダ駆動手段（リニア駆動装置）
９      フォーカスレンズホルダ駆動手段（リニア駆動装置）
１７    振動部材
１９    振動子
２１    ズームレンズホルダの駆動軸（駆動軸）
２２    フォーカスレンズホルダの駆動軸（駆動軸）
２６    基端（固定面）
【図１】
2011125097.tif 000003
【図２】
2011125097.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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