(57)【要約】【課題】軸方向の振動を阻害せずに振動軸の軸回転を防止できる軸受け部を備え、小型で高い位置精度を有する駆動装置及び駆動装置ユニットを提供する。【解決手段】振動軸と軸受け部は、互いに当接して該振動軸の軸回転を規制するための規制面をそれぞれ有し、振動軸の規制面を、軸受け部の規制面に当接して押圧する。このときの押圧力を、振動軸が振動中に軸受け部からうける最大抵抗力が、移動部材と振動軸との間の最大摩擦力の２．５倍以下となるようにする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動電圧に応じて伸縮する電気機械変換素子と、
前記電気機械変換素子に接続され、該電気機械変換素子の伸縮によって軸方向に振動する振動軸と、
前記振動軸に摩擦保持された移動部材と、
前記振動軸を支持する軸受け部と、を備え、
前記振動軸の振動によって、前記移動部材を前記振動軸に沿って軸方向に移動させる駆動装置において、
前記振動軸と前記軸受け部は、互いに当接して該振動軸の軸回転を規制するための規制面をそれぞれ有し、
前記振動軸の前記規制面は、前記軸受け部の前記規制面に当接して押圧されており、
前記振動軸が振動中に前記軸受け部からうける最大抵抗力が、前記移動部材と前記振動軸との間の最大摩擦力の２．５倍以下であることを特徴とする駆動装置。
【請求項２】
前記振動軸の前記規制面は、前記軸受け部を構成する部材の弾性によって前記軸受け部の前記規制面に押圧されてい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】
前記振動軸の前記規制面は、前記軸受け部と前記振動軸との隙間に注入された発泡性樹脂により前記軸受け部の前記規制面に押圧されていることを特徴とする請求項１に記載の駆動装置。
【請求項４】
前記振動軸の前記規制面は、該振動軸の軸方向に延びた凹部によって隔てられた２つの面からなることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の駆動装置。
【請求項５】
前記軸受け部の前記規制面は、前記振動軸の軸方向に延びた凹部によって隔てられた２つの面からなることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項の記載の駆動装置。
【請求項６】
請求項１乃至５の何れか１項に記載の駆動装置と、
前記電気機械変換素子に駆動電圧を供給して、該電気機械変換素子を伸縮させるための駆動電圧供給部と、を有することを特徴とする駆動装置ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電素子等の電気機械変換素子を利用した駆動装置及び駆動装置ユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
圧電素子等、駆動電圧に応じて伸縮する電気機械変換素子を利用した駆動装置として、振動軸に接続された電気機械変換素子に駆動電圧を供給して振動軸を軸方向に振動させ、この振動軸に摩擦保持された移動部材を軸方向に移動させる駆動装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
このような方式（以下、ＳＩＤＭ方式（スムーズインパクト駆動方式）と称する。）の駆動装置は、小型、高精度、静音、電源ＯＦＦ時の安定保持といった優れた特徴を有していることから、ズームレンズのレンズの駆動や、情報記録再生装置の記録再生ヘッドの駆動など、様々な用途への応用が検討されている。
【０００４】
図９は、ＳＩＤＭ方式の駆動装置の駆動原理を示す模式図である。図９（ａ）は、初期状態を示している。圧電素子４２の一端には固定部材４１が、もう一端には振動軸４３が接続され、振動軸４３には移動部材４４が摩擦４５によって保持されている。駆動電圧を供給して圧電素子４２をゆっくり伸ばすと、移動部材４４は摩擦４５によって保持されたまま振動軸４３と一緒に図の右方向に動く（図９（ｂ））。次に、駆動電圧を変化させて圧電素子４２を急速に縮めると、移動部材４４は慣性によって摩擦部が滑り、移動部材４４と振動軸４３とが相対的に移動する（図９（ｃ））。
【０００５】
このような動作を繰り返すことにより、長いストロークの移動が可能となる。また、逆に、圧電素子４２を急速に伸ばしてゆっくり縮める動作を繰り返すことで、移動部材４４を逆方向（図の左方向）に移動させることができる。
【０００６】
図１０は、ＳＩＤＭ方式を用いた従来の駆動装置５０の例を示す図である。図１０（ａ）は駆動装置５０の分解斜視図、図１０（ｂ）は駆動装置５０の組立斜視図を示している。
【０００７】
圧電素子５２は多数の圧電板を積層して構成されており、一端５２１が固定部材５１に固定されると共に他端５２２が振動軸５３の一端５３１に固定されている。振動軸５３は断面が円形の丸軸であり、固定部材５１に一体的に形成された軸受け部５６、５７に設けられた貫通丸穴に嵌め合うように挿入されて支持されている。移動部材５４は本体５４１とキャップ５４２とによって振動軸５３を挟み込み、押圧バネ５４３で本体５４１とキャップ５４２とに挟み込み方向の付勢力を与えることによって、振動軸５３に摩擦保持される。
【０００８】
圧電素子５２に、図示しない駆動電圧供給部によって駆動電圧を供給することで、上記のような動作原理に基づいて、移動部材５４を振動軸５３の軸方向に移動させることができる。このとき、移動部材５４の形状や質量によっては、振動軸５３の回りに大きな力のモーメントがかかり、移動部材５４が振動軸５３の回りを回転して移動部材５４の位置精度を悪化させるという問題があった。
【０００９】
このような問題を回避するため、移動部材の回転を規制するための案内軸を設け、移動部材を振動軸と案内軸の２本の軸で支持する方法（例えば、特許文献２参照）や、振動軸に移動部材の回転を規制するための規制面を設けて移動部材を支持する方法（例えば、特許文献３参照）が提案されている。
【特許文献１】特開平１１−９８８６５号公報
【特許文献２】特開２００２−５１５７６号公報
【特許文献３】特開２００５−３３３７６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、ユニット全体の小型化に伴い駆動装置としても更なる小型化の要請が強まってきている。特許文献２に記載されている、移動部材を振動軸と案内軸の２本の軸で支持することにより移動部材の回転を防止する方法では、案内軸を設けるための余分のスペースが必要となるため、かかる小型化の要請に十分に応えることができなかった。
【００１１】
一方、特許文献３に記載されている、振動軸に回転を規制するための規制面を設ける方法によれば、余分なスペースを必要とせず、振動軸に対する移動部材の回転を防止することができる。しかし、特許文献３に記載されている駆動装置は振動軸を支持するための軸受け部を有していないために、振動軸自体の軸回転やねじれを抑えることができず、移動部材が振動軸と共に回転して位置精度が低下してしまう場合があった。
【００１２】
このような駆動装置に用いる振動軸は、一端に接続された圧電素子の伸縮によって軸方向に振動するという機能を有している。したがって、振動軸の軸回転を防止するために軸受け部で振動軸を完全に固定してしまうと、軸方向の振動を阻害してしまい、駆動装置の動作に大きな影響を及ぼすことになる。逆に、特許文献１などに記載されている、貫通穴に振動軸を挿入しただけの軸受け部では、貫通穴と振動軸のガタ（寸法差）が存在することから、振動軸の軸回転やねじれを十分に防止することができない。
【００１３】
本発明は上記のような技術的課題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、軸方向の振動を阻害せずに、振動軸の軸回転を防止できる軸受け部を備え、小型で高い位置精度を有する駆動装置及び駆動装置ユニットを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記の課題を解決するために、本発明は以下の特徴を有するものである。
【００１５】
１．  駆動電圧に応じて伸縮する電気機械変換素子と、前記電気機械変換素子に接続され、該電気機械変換素子の伸縮によって軸方向に振動する振動軸と、前記振動軸に摩擦保持された移動部材と、前記振動軸を支持する軸受け部と、を備え、前記振動軸の振動によって、前記移動部材を前記振動軸に沿って軸方向に移動させる駆動装置において、前記振動軸と前記軸受け部は、互いに当接して該振動軸の軸回転を規制するための規制面をそれぞれ有し、前記振動軸の前記規制面は、前記軸受け部の前記規制面に当接して押圧されており、前記振動軸が振動中に前記軸受け部からうける最大抵抗力が、前記移動部材と前記振動軸との間の最大摩擦力の２．５倍以下であることを特徴とする駆動装置。
【００１６】
２．  前記振動軸の前記規制面は、前記軸受け部を構成する部材の弾性によって前記軸受け部の前記規制面に押圧されていることを特徴とする前記１に記載の駆動装置。
【００１７】
３．  前記振動軸の前記規制面は、前記軸受け部と前記振動軸との隙間に注入された発泡性樹脂により前記軸受け部の前記規制面に押圧されていることを特徴とする前記１に記載の駆動装置。
【００１８】
４．  前記振動軸の前記規制面は、該振動軸の軸方向に延びた凹部によって隔てられた２つの面からなることを特徴とする前記１乃至３の何れか１項に記載の駆動装置。
【００１９】
５．  前記軸受け部の前記規制面は、前記振動軸の軸方向に延びた凹部によって隔てられた２つの面からなることを特徴とする前記１乃至４の何れか１項の記載の駆動装置。
【００２０】
６．  前記１乃至５の何れか１項に記載の駆動装置と、前記電気機械変換素子に駆動電圧を供給して、該電気機械変換素子を伸縮させるための駆動電圧供給部と、を有することを特徴とする駆動装置ユニット。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、振動軸の規制面が軸受け部の規制面に当接して押圧されているため、振動軸の軸回転を十分に防止でき、高い位置精度を確保することができる。更に、振動軸が振動中に軸受け部からうける最大抵抗力が移動部材と振動軸との間の最大摩擦力の２．５倍以下であることから、振動軸の軸方向の振動を阻害することもなく、小型で高い位置精度を有する駆動装置及び駆動装置ユニットを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の実施の形態について図１〜図６を参照しながら詳細に説明する。
【００２３】
図１は本発明の駆動装置ユニットの例を示す図である。図１に示す駆動装置ユニットは、駆動電圧に応じて伸縮する電気機械変換素子である圧電素子１２を有する駆動装置１０と、駆動電圧を供給して圧電素子１２を伸縮させるための駆動電圧供給部１５とにより構成されている。
【００２４】
駆動装置１０は、固定部材１１、圧電素子１２、振動軸１３、移動部材１４、及び、軸受け部２０を有し、振動軸１３の振動によって移動部材１４を振動軸１３に沿って軸方向に移動させる駆動装置であり、図９で説明したものと同じ原理に基づいて動作する。圧電素子１２の一端には固定部材１１が、もう一端には振動軸１３が接続され、振動軸１３には移動部材１４が摩擦保持されている。また、振動軸１３は、固定部材１１と一体的に構成された軸受け部２０によって支持されている。
【００２５】
ここでは、電気機械変換素子として圧電素子１２を用いているが、駆動電圧に応じて伸縮するという特性を有するものであればこれに限定されるものではなく、圧電素子の他、電歪素子等を用いることもできる。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、多数の薄板が積層された積層型の圧電素子は、低い駆動電圧で大きな変位を得ることができるため好ましく用いることができる。
【００２６】
移動部材１４は本体１４１とキャップ１４２とによって振動軸１３を挟み込み、押圧バネ１４３で本体１４１とキャップ１４２とに挟み込み方向の付勢力を与えることによって、振動軸１３に摩擦保持されている。振動部材１４が振動軸１３の回りを回転することを防止するため、振動軸１３には、丸軸の一部に平面を設けたいわゆるＤカット軸を用いている。
【００２７】
図２は、駆動装置１０の軸受け部２０のＡ−Ａ断面図である。振動軸１３と軸受け部２０は、互いに当接して振動軸１３の軸回転を規制するための規制面１３１、２０１をそれぞれ有している。更に、押さえネジ２１の先端部を振動軸１３に押し当てて締め付けることによって振動軸１３の規制面１３１は、軸受け部２０の規制面２０１に当接して押圧されている。そのため、振動軸１３の軸回転やねじれを十分に抑えることができ、移動軸１３に沿って移動する移動部材１４の位置決めを高精度に行うことができる。
【００２８】
押さえネジ２１による押圧の方向は、軸受け部２０の規制面２０１の法線方向に平行である必要はなく、傾きを有していてもよい。また、振動軸１３の、軸方向と垂直な方向における位置精度を更に高めるため、振動軸１３と軸受け部２０とを、規制面１３１、２０１に加え、更に別の位置で接触させることも好ましい。例えば、図２の振動軸１３の１３２の位置で軸受け部２０と接触させることで、振動軸１３の位置精度を更に向上させることができる。
【００２９】
一方、振動軸１３は、一端に接続された圧電素子１２の伸縮によって軸方向に振動するという機能を有している。したがって、押さえネジ２１によって振動軸１３と軸受け部２０とを強く押圧しすぎると、振動軸１３の軸方向の振動を阻害してしまい、駆動装置１０の動作に大きな影響を及ぼすことになってしまう。
【００３０】
本発明者が鋭意検討を進めた結果、振動軸１３が振動中に軸受け部２０からうける最大抵抗力を、移動部材１４と振動軸１３との間の最大摩擦力の２．５倍以下とすることで、駆動装置１０の動作への影響を最小限に抑えながら、振動軸１３の軸回転やねじれを十分に抑えて移動部材１４の位置決めを高精度に行うことができることを見いだした。
【００３１】
図３は、押さえネジ２１による押圧力を変化させて振動軸１３が振動中に軸受け部２０からうける最大抵抗力を変化させた際の、移動部材１４の速度の変化を示すグラフである。
【００３２】
図３のグラフの横軸は（軸受け部の抵抗力）／（移動部材の摩擦力）である。ここで、軸受け部の抵抗力というのは、振動軸１３が振動中に軸受け部２０からうける最大抵抗力であり、振動軸１３を軸方向に最大振幅まで移動させる際にかかる最大の抵抗力をいう。図２に示す軸受け部２０の場合は、振動軸１３が他の部材と接触している３カ所１３１、１３２、１３３における摩擦力が、この抵抗力に該当する。最大振幅は圧電素子１２の種類や形状、駆動電圧等によって異なるが、通常は、１０ｎｍ〜２００ｎｍ程度である。また、移動部材の摩擦力というのは、移動部材１４と振動軸１３との間の最大摩擦力である。
【００３３】
また、図３のグラフの縦軸は移動部材の速度比であり、横軸が０．３のときの移動部材１４の移動速度を１としたときの値を示している。
【００３４】
図３より、（軸受け部の抵抗力）／（移動部材の摩擦力）が２以下の場合、移動部材１４の移動速度にほとんど影響しないことが分かる。（軸受け部の抵抗力）／（移動部材の摩擦力）が２を超えると移動速度の低下が始まり、２．５で移動速度は半分まで低下する。更に、（軸受け部の抵抗力）／（移動部材の摩擦力）が２．５を超えると移動速度は急激に低下する。
【００３５】
（軸受け部の抵抗力）／（移動部材の摩擦力）が２．５を超えると、移動速度が半分未満に低下するだけでなく、移動部材１４の移動が非常に不安定になってしまう。従って、上述の通り、振動軸１３が振動中に軸受け部２０からうける最大抵抗力を、移動部材１４と振動軸１３との間の最大摩擦力の２．５倍以下とすることで、駆動装置１０の動作への影響を最小限に抑えることができる。
【００３６】
また、駆動装置１０の動作への影響を更に小さくするためには、振動軸１３が振動中に軸受け部２０からうける最大抵抗力を、移動部材１４と振動軸１３との間の最大摩擦力の２倍以下とすることが特に好ましい。
【００３７】
なお、振動軸１３が振動中に軸受け部２０からうける最大抵抗力を小さくするために、押さえネジ２１による振動軸１３の押圧力を小さくしすぎると、駆動装置１０の動作中に、振動軸１３の規制面１３１を、軸受け部２０の規制面２０１に当接した状態に保てなくなる場合がある。振動軸１３の位置精度を確保するためには、少なくとも駆動装置１０の動作中に、振動軸１３の規制面１３１を、軸受け部２０の規制面２０１に当接した状態に保つことができるだけの力で振動軸１３を軸受け部２０に押圧しておくことが必要である。
【００３８】
振動軸１３の規制面１３１を、軸受け部２０の規制面２０１に当接して押圧するための方法は、押さえネジ２１を用いる方法に限定されるものではない。
【００３９】
図４は、軸受け部の別の例を示すＡ−Ａ断面図である。図４（ａ）、図４（ｂ）に示す２種類の軸受け部２０ａ、２０ｂは、いずれも押さえネジを用いずに、軸受け部２０ａ、２０ｂを構成する部材の弾性によって振動軸１３を押圧している例である。このように、軸受け部２０ａ、２０ｂを構成する部材の弾性によって振動軸１３を押圧する構成とすることで、部品点数を削減できるとともに、簡単な構成で確実に振動軸１３を押圧することができるため、製造コストを抑えることができる。
【００４０】
また、図５は、軸受け部の更に別の例を示すＡ−Ａ断面図である。図５に示す軸受け部２０ｃは、軸受け部２０ｃと振動軸１３との隙間２２に発泡性樹脂が注入されている。発泡性樹脂は、注入されてから固化するまでの間に発泡によって膨張して振動軸１３を押圧する。このように、発泡性樹脂によって振動軸１３を押圧する構成とすることにより、軸受け部に複雑な加工を施すことなく、簡便かつ確実に振動軸１３を押圧することができる。
【００４１】
発泡性樹脂に特に制限はなく、通常の手段で入手可能なものの中から、適宜選択して用いればよい。例えば、硬質発泡ウレタンなどが挙げられる。
【００４２】
図６は、本発明の駆動装置ユニットの別の例を示す図である。図６に示す駆動装置ユニットは、圧電素子１２を有する駆動装置１０ａと、駆動電圧を供給して圧電素子１２を伸縮させるための駆動電圧供給部１５とにより構成されている。
【００４３】
図６に示す駆動装置１０ａは、図１に示した駆動装置１０と異なり、振動軸１３を支持するための軸受け部２０を、移動部材１４の可動領域の両側２カ所に有している。このように、移動部材１４の可動領域の両側に軸受け部２０を有することにより、振動軸１３を更に安定して支持することができ、位置精度を更に向上させることができる。
【００４４】
駆動装置１０ａのように２つの軸受け部２０を有する場合、振動軸１３が振動中に２つの軸受け部２０からうける合計の最大抵抗力が、移動部材１４と振動軸１３との間の最大摩擦力の２．５倍以下となるように振動軸１３を押圧すればよい。
【００４５】
また、振動軸１３の規制面１３１や、軸受け部２０の規制面２０１は、それぞれ必ずしも平面である必要はなく、互いに当接して振動軸１３の軸回転を規制できる形状であればよい。
【００４６】
図７は、規制面の形状が異なる場合の軸受け部のＡ−Ａ断面図を示す図である。図７（ａ）は、振動軸１３ａの規制面１３４が、振動軸１３ａの軸方向に延びた凹部１３５によって隔てられた２つの面からなる場合を示している。振動軸１３ａは、図１に示した振動軸１３の規制面１３１の幅方向中央部に凹部１３５を設け、幅方向の両端部１３４のみが軸受け部２０の規制面２０１に当接するように形成されている。
【００４７】
振動軸１３ａの規制面１３４を、このように形成することで、幅の広い単一の平面を規制面とする場合に比べ、軸受け部２０の規制面２０１と当接する面が正確に定まり、より高精度に振動軸の位置決めを行うことができる。また、幅の広い単一の平面を規制面とする場合に比べて規制面の高精度加工も容易となる。
【００４８】
また、図７（ｂ）は、軸受け部２０ｄの規制面２０２が、振動軸の軸方向に延びた凹部２０３によって隔てられた２つの面からなる場合を示している。図１に示した軸受け部２０の規制面２０１の幅方向中央部に凹部２０３を設け、幅方向の両端部２０２のみが振動軸１３の規制面１３１に当接するように形成されている。
【００４９】
この場合も、上記図７（ａ）の場合と同様に、より高精度に振動軸の位置決めを行うことができると共に、規制面２０２高精度加工も容易となる。
【００５０】
図８は、駆動装置１０の動作中における、時間と圧電素子１２の変位との関係を示す図である。上述したように、本発明の駆動装置は、圧電素子１２をゆっくり伸ばして急速に縮める動作（又は、圧電素子１２を急速に伸ばしてゆっくり縮める動作）ことにより移動部材１４を振動軸１３に沿って移動させる。
【００５１】
そのため、駆動装置１０を動作させるためには、図８に示すように、圧電素子１２を鋸歯状に変位させる必要がある。本発明の駆動装置ユニットに用いる駆動電圧供給部１５は、圧電素子１２に駆動電圧を供給して、圧電素子１２をこのような鋸歯状に変位させるためのものである。
【００５２】
圧電素子１２を鋸歯状に変位させるためには、同じく鋸歯状の駆動電圧を圧電素子１２に供給すればよい。また、圧電素子１２に供給される電圧の周波数が高くなると供給される電圧波形と変位波形が一致しなくなる現象が見られる。このような現象を利用することで、矩形波の駆動電圧によって鋸歯状の変位を発生させることもできる。駆動電圧を矩形波とする方法を用いれば、駆動電圧供給部１５の回路構成を簡素化することができるため特に好ましい。矩形波の駆動電圧によって、圧電素子１２に鋸歯状の変位を発生させる方法については、特開２００４−１０４９１９号公報に記載の方法を用いることもできる。
【００５３】
なお、本実施形態においては振動軸１３が圧電素子１２に接しているが、圧電素子１２の伸縮が振動軸の振動に連動していれば、振動軸１３が圧電素子１２に直接接している必要はない。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の駆動装置ユニットの例を示す図である。
【図２】駆動装置１０の軸受け部２０のＡ−Ａ断面図である。
【図３】振動軸１３が軸受け部２０からうける最大抵抗力を変化させた際の、移動部材１４の速度の変化を示すグラフである。
【図４】軸受け部の別の例を示すＡ−Ａ断面図である。
【図５】軸受け部の更に別の例を示すＡ−Ａ断面図である。
【図６】本発明の駆動装置ユニットの別の例を示す図である。
【図７】規制面の形状が異なる場合の軸受け部のＡ−Ａ断面図を示す図である。
【図８】時間と圧電素子１２の変位との関係を示す図である。
【図９】ＳＩＤＭ方式の駆動装置の駆動原理を示す模式図である。
【図１０】ＳＩＤＭ方式を用いた従来の駆動装置５０の例を示す図である。
【符号の説明】
【００５５】
１０、１０ａ  駆動装置
１２  圧電素子（電気機械変換素子）
１３、１３ａ  振動軸
１４  移動部材
１５  駆動電圧供給部
２０、２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ  軸受け部
２２  発泡性樹脂
１３１、１３４  振動軸の規制面
１３５  振動軸の凹部
２０１、２０２  軸受け部の規制面
２０３  軸受け部の凹部
【図１】
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【図２】
2008306841.tif 000004
【図３】
2008306841.tif 000005
【図４】
2008306841.tif 000006
【図５】
2008306841.tif 000007
【図６】
2008306841.tif 000008
【図７】
2008306841.tif 000009
【図８】
2008306841.tif 000010
【図９】
2008306841.tif 000011
【図１０】
2008306841.tif 000012