(57)【要約】【課題】機構全体の小型化を図りつつ、移動体の移動に伴うチルト運動を抑制できる駆動装置を提供する。【解決手段】駆動装置は、矩形断面を有する駆動軸２０と、駆動軸２０上に摩擦保持された移動体４０と、駆動軸２０に対して長手方向の振動を印加する電気機械変換素子１０とを備え、移動体４０は、駆動軸２０の前側面に当接する摺動板４１と、駆動軸２０の下側面に当接する摺動板４６と、摺動板４１を前側面に向けて押圧するバネ部材４２と、摺動板４５を下側面に向けて押圧するバネ部材４６と、駆動軸２０の後側面に当接する後摺動面および駆動軸の上側面に当接する上摺動面を有し、バネ部材４２，４６を支持するハウジングとを含み、ハウジングの上摺動面には、駆動軸２０と接触しない凹部４８が形成される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
矩形断面を有する駆動軸と、
前記駆動軸上に摩擦保持された移動体と、
前記駆動軸に対して長手方向の振動を印加するための電気機械変換素子とを備え、
前記移動体は、駆動軸の第１側面に当接する第１摺動板と、
第１側面に隣接した駆動軸の第２側面に当接する第２摺動板と、
前記第１摺動板を第１側面に向けて押圧する第１バネ部材と、
前記第２摺動板を第２側面に向けて押圧する第２バネ部材と、
第１側面に対向した前記駆動軸の第３側面に当接する第１摺動面および第２側面に対向した駆動軸の第４側面に当接する第２摺動面を有し、前記第１バネ部材および前記第２バネ部材を支持するハウジングとを含み、
前記ハウジングの第１摺動面および第２摺動面の少なくとも一方に、前記駆動軸と接触しない凹部が形成されていることを特徴とする、電気機械変換素子を用いた駆動装置。
【請求項２】
前記第１バネ部材および前記第２バネ部材の少なくとも一方が、前記ハウジング内部に配置されていることを特徴とする、請求項１記載の電気機械変換素子を用いた駆動装置。
【請求項３】
前記ハウジング内部に配置されたバネ部材は、前記凹部に収納されていることを特徴とする、請求項２記載の電気機械変換素子を用いた駆動装置。
【請求項４】
前記ハウジング内部に配置されたバネ部材は、コイルバネであることを特徴とする、請求項３記載の電気機械変換素子を用いた駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、スムーズインパクト駆動機構（ＳＩＤＭ：Smooth Impact Drive Mechanism）など、駆動軸の長手方向の振動により移動体を直線変位させることができる電気機械変換素子を用いた駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
光通信分野における導波路との結合レンズの光軸合わせ機構、カメラ分野におけるズームレンズの移動機構やフォーカス機構、光ディスク分野におけるピックアップレンズのトラッキング機構やフォーカス機構などで、種々のアクチュエータが使用されている。
【０００３】
特に、導波路と結合レンズの光軸調整では、１０ｎｍ〜５０ｎｍ程度の高い位置決め精度が要求され、しかも、レンズ駆動機構は、可能な限り小型のパッケージに収める必要がある。そのため、堅牢性があり、短尺の駆動機構が要求される。
【０００４】
従来の駆動機構では、細長い駆動軸の両端をそれぞれ保持するとともに、駆動軸の一端と連結した圧電素子を保持するためのハウジングを採用したり（特許文献１〜４等）、駆動軸の一端に圧電素子を装着し、駆動軸の他端をベース部材に固定したり（特許文献５等）、あるいは、ベース部材に圧電素子を固定し、その圧電素子に駆動軸を圧入している（特許文献６等）。
【０００５】
【特許文献１】特開平７−２９８６５６号公報
【特許文献２】特開平８−１４９８６０号公報
【特許文献３】特開２００２−５１５７６号公報
【特許文献４】特開２００２−９５２７４号公報
【特許文献５】特開２００２−３００７８９号公報
【特許文献６】特開２００３−３０９９８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
こうした駆動機構において、駆動軸上には、移動体が摩擦保持されており、圧電素子からの振動が駆動軸に印加されると、移動体は駆動軸に沿って摺動する。このとき移動体の摺動面が、製造誤差に起因して完全に平面でなく、例えば、僅かに凸面状である場合、移動体の移動に伴って微小なチルト（倒れ）が生じる。
【０００７】
例えば、移動体にレンズを搭載した場合、チルト角をΔφとし、移動体の摺動面からレンズ中心までの距離をＬとすると、移動体の移動に伴って、レンズ光軸付近でＬ×Δφのシフトが生ずることになる。さらに、レンズの焦点付近では、このＬ×Δφにレンズ倍率を乗じた量のずれが発生してしまい、その結果、レンズの光軸が安定しない。
【０００８】
従って、レンズ駆動機構は、移動方向に関して高い分解能を確保するだけでなく、移動時のチルトを抑制しておくことが必要である。
【０００９】
また、こうした駆動機構を組み込んだ最終製品を小型化するためには、駆動機構自体の小型化や薄型化が要求される。
【００１０】
本発明の目的は、機構全体の小型化を図りつつ、移動体の移動に伴うチルト運動を抑制できる駆動装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために、本発明に係る駆動装置は、矩形断面を有する駆動軸と、
駆動軸上に摩擦保持された移動体と、
駆動軸に対して長手方向の振動を印加するための電気機械変換素子とを備え、
前記移動体は、駆動軸の第１側面に当接する第１摺動板と、
第１側面に隣接した駆動軸の第２側面に当接する第２摺動板と、
第１摺動板を第１側面に向けて押圧する第１バネ部材と、
第２摺動板を第２側面に向けて押圧する第２バネ部材と、
第１側面に対向した駆動軸の第３側面に当接する第１摺動面および第２側面に対向した駆動軸の第４側面に当接する第２摺動面を有し、第１バネ部材および第２バネ部材を支持するハウジングとを含み、
ハウジングの第１摺動面および第２摺動面の少なくとも一方に、駆動軸と接触しない凹部が形成されていることを特徴とする。
【００１２】
本発明において、第１バネ部材および第２バネ部材の少なくとも一方が、ハウジング内部に配置されていることが好ましい。
【００１３】
本発明において、ハウジング内部に配置されたバネ部材は、前記凹部に収納されていることが好ましい。
【００１４】
本発明において、ハウジング内部に配置されたバネ部材は、コイルバネであることが好ましい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、移動体ハウジングの第１摺動面および第２摺動面の少なくとも一方に、駆動軸と接触しない凹部を形成することによって、移動体の支点間距離を維持しつつ、駆動軸との接触エリアを低減できる。そのため、摺動面の表面凹凸による影響を緩和して、移動体の移動に伴うチルト運動を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
図１は、本発明の一実施形態に係る駆動装置の一例を示し、図１（ａ）は正面図、図１（ｂ）は左側面図、図１（ｃ）は右側面図である。駆動装置は、電気機械変換素子１０と、駆動軸２０と、これらを保持する保持部材３０と、駆動軸２０上に摩擦保持された移動体４０などを備える。
【００１７】
駆動軸２０は、例えば、金属やセラミック、ガラス、カーボンファイバーコンポジットなどの材料で形成され、長手方向に一様な断面を持つ、例えば、柱状や管状の形状を有するものであり、ここでは、長方形の断面を有する四角柱状を例示している。
【００１８】
電気機械変換素子１０は、ピエゾ素子や磁歪素子などで構成され、駆動軸２０の端部に当接するように配置され、駆動軸２０に対して長手方向の振動を印加する機能を有する。電気機械変換素子１０には、駆動回路（不図示）から一対のリード線１８，１９を経由して、周波数２０ｋＨｚ〜８００ｋＨｚの駆動信号が供給される。
【００１９】
駆動軸２０および電気機械変換素子１０の各接合面は、電気機械変換素子１０からの振動が効率良く伝達可能なように平坦に形成されている。各接合面の形状および寸法は、互いに同一であることが好ましく、ここでは、同一寸法の正方形となるように形成している。
【００２０】
保持部材３０は、例えば、金属やセラミック、ガラス、カーボンファイバーコンポジットなどの材料で形成され、駆動軸２０と電気機械変換素子１０の接合部を保持する役割を有し、保持部材３０の一部はハウジング（不図示）に固定されている。
【００２１】
保持部材３０には、駆動軸２０および電気機械変換素子１０の接合面とほぼ一致する形状を有する貫通孔が形成され、この貫通孔に対して駆動軸２０および電気機械変換素子１０が挿入される。
【００２２】
このとき、駆動軸２０と電気機械変換素子１０の接合面は、保持部材３０の厚さの範囲内、即ち、保持部材３０と駆動軸２０および電気機械変換素子１０の接触領域の範囲内に位置していることが好ましい。これにより、駆動軸２０および電気機械変換素子１０が保持部材３０に対して片持ち梁構造でそれぞれ取り付けられるため、堅固な保持を実現できる。
【００２３】
駆動軸２０、電気機械変換素子１０および保持部材３０の固定方法として、接着、嵌合、圧入、溶着、溶接、半田付けなどが採用できるが、３つの部材を強固に固定できる点で接着剤を用いることが好ましい。接着剤として、例えば、エポキシ系接着剤、アクリル系接着剤、耐衝撃性シアノアクリレート系接着剤などが使用できる。
【００２４】
接着剤は、駆動軸２０の接合面１５と電気機械変換素子１０の接合面２５との間、駆動軸２０の側面と保持部材３０の貫通孔内面との間、および電気機械変換素子１０の側面と保持部材３０の貫通孔内面との間に塗布することが好ましい。
【００２５】
移動体４０は、図１（ｃ）に示すように、２つの摺動板４１，４５と、２つのバネ部材４２，４６と、これらを保持するハウジングなどを備える。
【００２６】
移動体４０のハウジングは、例えば、金属やＦＲＰなどの材料で形成され、摺動板４１，４５は、例えば、金属やセラミック、ガラス、炭素などの材料で形成される。
【００２７】
摺動板４１は、駆動軸２０の前側面（図１（ｃ）において駆動軸２０の右側）に当接するように配置され、バネ部材４２によって駆動軸２０の前側面に向けて押圧されている。
【００２８】
摺動板４５は、駆動軸２０の下側面（図１（ｃ）において駆動軸２０の下側）に当接するように配置され、バネ部材４６によって駆動軸２０の下側面に向けて押圧されている。
【００２９】
移動体４０のハウジングは、駆動軸２０の前側面、上側面および後側面を覆うように、略コ字状の断面形状を有する。ハウジングの内面には、駆動軸２０の前側面に対向した後側面に当接する後摺動面と、駆動軸２０の下側面に対向した上側面に当接する上摺動面とが形成される。
【００３０】
さらに、移動体４０のハウジングの上摺動面には、図１（ａ）に示すように、駆動軸２０と接触しない凹部４８が形成されている。凹部４８は、移動体４０が駆動軸２０の上側面に対して可能な限り遠い２箇所で接するように形成される。これにより、移動体４０の支点間距離を維持しつつ、間隔のあいた２つのエリアに限定できる。その結果、ハウジングの上摺動面の表面凹凸による影響を緩和して、移動体４０の移動に伴うチルト運動を抑制できる。
【００３１】
バネ部材４２は、コイルバネで構成することが好ましく、これにより駆動軸２０に対する摺動板４１の押圧力を高く設定できる。また、バネ部材４２は、ハウジング内部に配置することが好ましく、これによりハウジング外部に配置する場合と比べて、移動体４０の高さ寸法を極力小さくできる。バネ部材４２の一端は、摺動板４１に接しており、バネ部材４２の他端は、摺動板４１に対向したハウジング内面に取り付けられる。
【００３２】
さらに、図１（ａ）に示すように、バネ部材４２は、ハウジングの凹部４８に部分的に収納されるように配置することが好ましく、これにより移動体４０の高さ寸法をより小さくできる。バネ部材４２は、コイルバネ以外に複数の曲げ部を持つ板バネで構成することも可能である。図３（ａ）（ｂ）は、移動体４０の内部にコイルバネを装着した状態を示し、図３（ｃ）（ｄ）は、移動体４０の内部に板バネを装着した状態を示す。なお、この図面では、他方の摺動板４５とバネ部材４６を省いている。
【００３３】
バネ部材４６は、板バネで構成することが好ましく、これにより移動体４０から下方に突出する部分を極力小さくすることができる。また、バネ部材４６は、ハウジングの両側面を挟持するように略コ字状に形成されており、バネ部材４６の両端がハウジングの突起と係合するように取り付けられ、これにより移動体４０から側方に突出する部分を極力小さくすることができる。
【００３４】
移動体４０のハウジングには、レンズ５０を保持するレンズ枠５１が固定されており、移動体４０の移動に伴ってレンズ５０も移動する。
【００３５】
次に、駆動装置の動作を説明する。電気機械変換素子１０が動作していないときは、移動体４０は、駆動軸２０との摩擦によって静止している。移動体４０の保持力は、摺動板４１，４５と駆動軸２０との摩擦係数、ハウジングと駆動軸２０との摩擦係数、バネ部材４２，４６の押圧力などで決まる。
【００３６】
電気機械変換素子１０が動作すると、長手方向に変位する鋸歯波形等の駆動に適した振動が駆動軸２０に印加される。このとき駆動波形の立ち上がり区間と立ち下がり区間とで変位速度が異なり、変位速度が大きい場合、移動体４０は自己の慣性で静止し、一方、変位速度が小さい場合、移動体４０は駆動軸２０の変位に追従して移動する。
【００３７】
例えば、電気機械変換素子１０から駆動軸２０の先端に向かう方向を順方向として、順方向の変位速度が小さく、逆方向の変位速度が大きい鋸歯状振動の場合、移動体４０は順方向に累積的に移動する。逆に、順方向の変位速度が大きく、逆方向の変位速度が小さい鋸歯状振動の場合、移動体４０は逆方向に累積的に移動する。こうして電気機械変換素子１０を駆動する鋸歯波形を制御することによって、移動体４０の移動方向を制御することができ、さらに、鋸歯波形の印加時間（印加パルス数）を制御することによって、移動体４０の移動量を制御することができる。
【００３８】
図２は、上述した駆動装置をレンズユニットに搭載した例を示す構成図である。電気機械変換素子１０と駆動軸２０が、両者の接合部において保持部材３０により片持ち支持されている。駆動軸２０には、レンズ５０を搭載した移動体４０が保持されている。
【００３９】
保持部材３０の下部は、ユニットベース７１に固定されている。ユニットベース７１にはユニット壁７２，７３が立設して、その上にユニットカバー７４が戴置される。
【００４０】
具体的な寸法例として、電気機械変換素子１０の幅は０．５〜３ｍｍ、その長さは０．５〜３ｍｍであり、駆動軸２０の幅は０．５〜３ｍｍ、その長さは１．５〜３ｍｍであり、駆動機構の全長は２〜６ｍｍとなり、移動体４０の移動ストロークは０．１〜１ｍｍである。
【００４１】
こうした保持部材３０による片持ち支持構造を採用することによって、電気機械変換素子１０の先端部または駆動軸２０の先端部での支持機構を省略できるため、駆動機構全体の短尺化が図られる。
【００４２】
また、移動体４０の摺動面に凹部４８を形成して、駆動軸２０に対する２点支持構造を採用することによって、移動体４０の移動に伴うチルト運動を抑制できる。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
本発明は、機構全体の小型化を図りつつ、移動体の移動に伴うチルト運動を抑制できる駆動装置を実現できる点で極めて有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の一実施形態に係る駆動装置の一例を示し、図１（ａ）は正面図、図１（ｂ）は左側面図、図１（ｃ）は右側面図である。
【図２】上述した駆動装置をレンズユニットに搭載した例を示す構成図である。
【図３】図３（ａ）（ｂ）は移動体４０の内部にコイルバネを装着した状態を示す正面図と底面図であり、図３（ｃ）（ｄ）は移動体４０の内部に板バネを装着した状態を示す正面図と底面図である。
【符号の説明】
【００４５】
１０    電気機械変換素子
１５，２５    接合面
１８，１９    リード線
２０    駆動軸
３０    保持部材
４０    移動体
４１，４５    摺動板
４２，４６    バネ部材
４８    凹部
５０    レンズ
５１    レンズ枠
【図１】
2008236966.tif 000003
【図２】
2008236966.tif 000004
【図３】
2008236966.tif 000005