(57)【要約】【課題】移動体を駆動軸上で滑り変位させられるとともに、駆動軸を傾斜することによって移動体を揺動させることもできる振動型駆動装置を提供する。【解決手段】振動型駆動装置１は、電圧が印加されると伸縮する電気機械変換素子３と、電気機械変換素子３の伸縮方向の横側の面に接合され、伸縮方向に延伸する駆動軸４と、駆動軸４に滑り変位可能に係合する移動体５とを有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電圧が印加されると伸縮する電気機械変換素子と、
前記電気機械変換素子の伸縮方向の横側の面に接合され、前記伸縮方向に延伸する駆動軸と、
前記駆動軸に滑り変位可能に係合する移動体とを有することを特徴とする振動型駆動装置。
【請求項２】
前記駆動軸は、前記電気機械変換素子の前記伸縮方向の長さの一部にのみ接合されていることを特徴とする請求項１に記載の振動型駆動装置。
【請求項３】
前記移動体および該移動体に駆動される被駆動物の重心は、前記駆動軸の中心軸から見て、前記電気機械変換素子の中心軸側に位置することを特徴とする請求項１または２に記載の振動型駆動装置。
【請求項４】
前記電気機械変換素子および前記駆動軸は、ともに四角柱状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振動型駆動装置。
【請求項５】
前記駆動軸は、前記電気機械変換素子の一部を受け入れ、少なくとも部分的に前記電気機械変換素子に接合される凹部を有す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振動型駆動装置。
【請求項６】
前記電気機械変換素子は、四角柱状であり、前記凹部は、前記電気機械変換素子の３つの面にそれぞれ接合される３つの平面からなることを特徴とする請求項５に記載の振動型駆動装置。
【請求項７】
前記電気機械変換素子に、前記移動体が前記駆動軸に対して軸方向片側に滑り変位するように、前記駆動軸を非対称に往復変位させる周期的な変動駆動電圧と、前記移動体が前記駆動軸に対して滑り変位しないように緩慢に変化する静動駆動電圧とを印加可能な駆動回路をさらに有することを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の振動型駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、振動型駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
圧電素子のような電圧を機械的に変換する電気機械変換素子によって、駆動軸を軸方向に緩慢に変位させ、駆動軸に摩擦係合する移動体を駆動軸とともに移動させ、逆方向に駆動軸を急峻に変位させ、移動体をその慣性力によってその場に留めて駆動軸に対して滑り変位させる振動型駆動装置が公知である。
【０００３】
特許文献１には、圧電素子の伸縮方向の横側の面を不均衡に拘束するようにカラーを接着することにより、圧電素子の伸縮が駆動軸の傾斜を生じるようにして、移動体を圧電素子の伸縮方向と異なる方向にも駆動可能としたアクチュエータが記載されている。
【０００４】
特許文献１の発明では、電気機械変換素子の伸縮を非対称に拘束するカラーが必要であるので、従来の駆動装置よりも部品点数が多く、組立の工数も多い。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】国際公開第ＷＯ２００９／０６６７０１号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
そこで、本発明は、部品点数が少なく、移動体を駆動軸上で滑り変位させられるとともに、駆動軸を傾斜することによって移動体を揺動させることもできる振動型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】
前記課題を解決するために、本発明による振動型駆動装置は、電圧が印加されると伸縮する電気機械変換素子と、前記電気機械変換素子の伸縮方向の横側の面に接合され、前記伸縮方向に延伸する駆動軸と、前記駆動軸に滑り変位可能に係合する移動体とを有するものとする。
【０００８】
この構成によれば、電気機械変換素子の駆動軸が接合された面の伸縮が阻害されるので、電気機械変換素子が不均衡に伸縮して湾曲する。これによって、駆動軸が傾斜し、移動体を揺動させられる。また、電気機械変換素子の伸縮によって、駆動軸は軸方向にも変位させられるので、急峻に駆動軸を変位させれば、移動体が駆動軸に対して滑り変位する。したがって、移動体の駆動軸に対する係合位置と、駆動軸の傾斜とによって、移動体を２次元に位置決めできる。
【０００９】
また、本発明の振動型駆動装置において、前記駆動軸は、前記電気機械変換素子の前記伸縮方向の長さの一部にのみ接合することが好ましい。
【００１０】
この構成によれば、電気機械変換素子の駆動軸が接合されていない部分は、印加された電圧に応じて直線的に寸法変位するので、主に駆動軸の軸方向の変位を生じさせる。これにより、移動体を駆動軸に対して効率よく滑り変位させられる。
【００１１】
また、本発明の振動型駆動装置において、前記移動体および該移動体に駆動される被駆動物の重心は、前記駆動軸の中心軸から見て、前記電気機械変換素子の中心軸側に位置してもよい。
【００１２】
この構成によれば、電気機械変換素子の伸縮方向と、移動体および被駆動物の質量による反力の方向とが近くなるので、捻れ方向に作用する力の成分が小さく、駆動効率が高くなる。また、この構成によれば、電気機械変換素子の伸縮方法に垂直な方向の寸法を小さくすることができ、装置の小型化が図れる。
【００１３】
また、本発明の振動型駆動装置において、前記電気機械変換素子および前記駆動軸は、ともに四角柱状であってもよい。
【００１４】
この構成によれば、電気機械変換素子および駆動軸の製造が容易であり、互いの１つの横側面同士を貼着することで、電気機械変換素子の横側面に堅固に駆動軸を接合できる。
【００１５】
また、本発明の振動型駆動装置において、前記駆動軸は、前記電気機械変換素子の一部を受け入れ、少なくとも部分的に前記電気機械変換素子に接合される凹部を有してもよく、前記電気機械変換素子が四角柱状であって、前記凹部が前記電気機械変換素子の３つの側面にそれぞれ接合される３つの平面からなってもよい。
【００１６】
この構成によれば、電気機械変換素子の伸縮方向と、駆動軸の軸方向とを平行にすることが容易である。また、四角柱状の電気機械変換素子をコの字型の凹部に嵌合させれば、電気機械変換素子と駆動軸との接合強度を高くできる。
【００１７】
また、本発明の振動型駆動装置において、前記電気機械変換素子に、前記移動体が前記駆動軸に対して軸方向片側に滑り変位するように、前記駆動軸を非対称に往復変位させる周期的な変動駆動電圧と、前記移動体が前記駆動軸に対して滑り変位しないように緩慢に変化する静動駆動電圧とを印加可能な駆動回路をさらに有してもよい。
【００１８】
この構成によれば、変動駆動電圧によって、移動体の駆動軸に対する係合位置を定め、静動駆動電圧によって、駆動軸の傾斜角度を定めることで、移動体を２次元に位置決めできる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、電気機械変換素子の横側面に駆動軸を接合したので、駆動軸の軸方向の変位によって移動体を駆動軸上で滑り変位させることができるとともに、駆動軸が電気機械変換素子の伸縮を部分的に阻害して電気機械変換素子を湾曲させることにより、駆動軸を移動体とともに揺動できる。これにより、移動体を２次元に位置決めできる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の第１実施形態の振動型駆動装置の側面図である。
【図２】図１の振動型駆動装置の断面図である。
【図３】図１の振動型駆動装置の駆動回路の回路図である。
【図４】図１の振動型駆動装置の圧電素子を緩慢に伸張した時の側面図である。
【図５】図１の振動型駆動装置の圧電素子を急峻に伸張した時の側面図である。
【図６】図５の振動型駆動装置の圧電素子を緩慢に収縮した時の側面図である。
【図７】図１の振動型駆動装置の移動体の位置決め範囲を示す側面図である。
【図８】図１の振動型駆動装置の圧電素子に逆極性の電圧を印加した時の側面図である。
【図９】本発明の第２実施形態の振動型駆動装置の断面図である。
【図１０】本発明の第３実施形態の振動型駆動装置の断面図である。
【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に、本発明の第１実施形態の振動型駆動装置１を示す。振動型駆動装置１は、錘２と、錘２に一端が固定された四角柱状の圧電素子（電気機械変換素子）３と、四角柱状をなし、圧電素子３の横側面の錘２と反対側の一部に、その横側面が接合され、圧電素子３と平行に延伸するように保持された駆動軸４と、駆動軸４に摩擦力によって係合し、駆動軸４に沿って滑り変位可能な移動体５とからなる。
【００２２】
圧電素子３は、圧電材料と電極とを多数積層してなり、電極間に電圧が印加されるとその電圧に応じて積層方向に伸縮する積層型圧電素子である。また、圧電素子３は、図２に示すように、断面形状が略正方形であり、印加された電圧に応じて長軸方向（図１の水平方向）の長さが変化する。例えば、圧電素子３は、正の極性の電圧が印加されると伸張し、負の極性の電圧が印加されると収縮する。
【００２３】
駆動軸４は、図２に示すように、長辺が圧電素子３の一辺よりも長い長方形の断面形状を有し、その長辺を構成する横側面が、圧電素子３の１つの横側面に、接着剤６によって接合されている。また、移動体５は、駆動軸４の中心軸から見て、圧電素子３の中心軸（伸縮方向の軸）側に、レンズ７を一体に保持している。したがって、移動体５はレンズ７と一体に移動し、移動体５とレンズ７とを合わせたものの重心は、駆動軸４の中心軸から、圧電素子３の中心軸側にずれている。
【００２４】
図３に、振動型駆動装置１の駆動回路８の構成を示す。駆動回路８は、不図示のマイコンが出力する制御信号に従って電圧３Ｖ、デューティ比０．３または０．７の矩形波からなる周期的な変動駆動電圧を生成するパルス発生器（Pulse Width Modulator）９と、マイコンが出力するディジタル信号を電圧０〜３Ｖのアナログ電圧に変換した静動駆動電圧を生成するＤＡ変換器１０と、変動駆動電圧と静動駆動電圧とを例えば１：４の比で足し合わせて（重畳して）０〜１５Ｖの駆動電圧を生成する加算器１１と、加算器１１の出力を電流増幅するパワーアンプ１２とからなる。パワーアンプ１２で増幅された駆動電圧は、圧電素子３に印加される。この構成において、圧電素子３に印加される駆動電圧は、０〜１２Ｖの静動駆動電圧と、波高３Ｖの変動駆動電圧とを重畳したものであるといえる。尚、ＤＡ変換器１０の出力は１Ｖ／ｓｅｃ以下の変化率で緩慢に変化するように設定されている。
【００２５】
図４に示すように、圧電素子３に駆動回路７から正の静動駆動電圧を印加すると、図４に示すように、圧電素子３は軸方向に伸張しようとするが、駆動軸４が貼着されている部分は、駆動軸４によって伸張が阻害される。このため、圧電素子３は、横側面に駆動軸４が貼着されていない錘２側の部分は、その中心軸方向に真っ直ぐに伸張するが、反対側の横側面に駆動軸４が貼着されている部分は、駆動軸４が貼着された横側面の伸張量が小さく、反対側の横側面の伸張量が大きくなる。すると、圧電素子３の伸縮方向に駆動軸４が貼着された範囲は、図示するように、湾曲することで横側面の長さの違いを吸収するため、駆動軸４は、圧電素子３の湾曲に伴って傾斜する。駆動軸４が十分に堅い場合、接着剤６の弾性によって、圧電素子３からの剥離が防止される。
【００２６】
二点鎖線で示した状態から、圧電素子３が緩慢に伸張した場合、図４に示すように、移動体５は、駆動軸４と一体に移動する。しかしながら、圧電素子３が急峻に伸張した場合、移動体５（およびレンズ７）は、自身の慣性力（質量）によってその場に留まろうとするため、図５に示すように、駆動軸４に沿って圧電素子３側に滑り変位する。同様に、圧電素子３を緩慢に収縮させると、移動体５は、駆動軸４に摩擦係合したまま、駆動軸４と一体に移動するが、圧電素子３を急峻に収縮させると、移動体５は、慣性力によって、駆動軸４上で圧電素子３と反対側に滑り変位する。
【００２７】
変動駆動電圧のデューティ比が０．３の場合、圧電素子３は、急峻に伸張し、緩慢に収縮する変位を繰り返す。このとき、移動体５は、図６に示すように、圧電素子３の伸張時には、駆動軸４に対して滑り変位し、圧電素子３の収縮時には、駆動軸４と一体に揺動する。これを繰り返すことで、移動体５は、変動駆動電圧のパルス数に比例する距離だけ、駆動軸４上を圧電素子３側に滑り移動する。変動駆動電圧のデューティ比が０．７の場合、圧電素子３は、緩慢に伸張し、急峻に収縮する。したがって、移動体５は、駆動軸４上を圧電素子３から遠ざかる方向に移動する。
【００２８】
以上のように、振動型駆動装置１では、変動駆動電圧によって、移動体５の駆動軸４上の係合位置を定めることができる。また、圧電素子３の屈曲の度合いは印加される電圧に応じて調節できるため、静動駆動電圧の電圧によって駆動軸４の傾斜角度を定めることができる。したがって、図７に示すように、移動体５が保持するレンズ７の光学中心を、光軸に直交する平面上で、２次元的に位置決めできる。このために、レンズ７の光学中心の座標に応じて、移動体５が駆動軸４に係合する位置と駆動軸４を傾斜させるための静動駆動電圧の値とを決定できるように、コンピュータに、参照テーブルや変換式を記憶させることが好ましい。
【００２９】
尚、本実形態では、圧電素子３の伸縮方向の長さの約半分に駆動軸４が貼着されているが、圧電素子３において、駆動軸４が貼着された部分は、主に、屈曲して駆動軸４を揺動させるのに寄与し、駆動軸４が貼着されていない部分は、伸縮方向に駆動軸４を平行移動させるのに寄与する。したがって、圧電素子３の全長に対する駆動軸４を接合する長さの割合が小さい程、移動体５の移動速度が高くなり、駆動軸４および移動体５の揺動可能な角度が小さくなる。逆に、圧電素子３の全長に対する駆動軸４を接合する長さがの割合が大きい程、移動体５の移動速度が低くなり、駆動軸４および移動体５の揺動可能な角度が大きくなる。
【００３０】
また、本実施形態の駆動回路８では、圧電素子３に正の電圧しか印加できないが、圧電素子３に極性が逆の負の電圧を印加すれば、図８に示すように、圧電素子３を電圧が印加されていない状態よりも収縮させつつ正の電圧印加時と反対方向に湾曲させられる。これにより、駆動軸４の軸方向の変位を大きくして、移動体５の滑り移動速度を高くし、駆動軸４および移動体５の揺動範囲を広くすること可能である。
【００３１】
以上の実施形態において、駆動軸４は、四角柱状であり、その１つの横側面が、四角柱状の圧電素子３の１つの横側面に貼着されている。しかしながら、図９に示す本発明の第２実施形態の振動型駆動装置のように、駆動軸４は、Ｖ字溝のように、その中に円柱状の圧電素子３の一部を受け入れ、その内面の少なくとも一部に圧電素子３が接合されるような凹部１３が形成されていてもよい。
【００３２】
駆動軸４に、凹部１３を形成することで、圧電素子３の伸縮方向の中心軸と駆動軸４の中心軸とが平行になるように、圧電素子３と駆動軸４とを接合するのが容易になる。
【００３３】
また、本発明では、図１０に示す第３実施形態の振動型駆動装置のように、駆動軸４に、四角柱状の圧電素子３を受け入れるコの字型の凹部１３を形成してもよい。本実施形態では、第１実施形態よりも圧電素子３と駆動軸４との接着面積が大きいので、より高い接合強度が得られる。
【符号の説明】
【００３４】
１…振動型駆動装置
２…錘
３…圧電素子（電気機械変換素子）
４…駆動軸
５…移動体
６…接着剤
７…レンズ
８…駆動回路
９…パルス発生器（変動駆動電圧源）
１０…ＤＡ変換器（静動駆動電圧源）
１３…凹部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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