(57)【要約】【課題】駆動棒の両端部に圧電素子を設けることによって、圧電素子の振動が駆動棒で減衰することを防止し、低い電圧であっても高速で移動させることのできるアクチュエータを提供することを目的とする。【解決手段】レンズ枠２０には被駆動部２８が一体的に形成されており、この被駆動部２８は駆動棒２４に摩擦係合される。駆動棒２４は光軸方向に配置され、その両端部には圧電素子３２Ａ、３２Ｂが配設される。圧電素子３２Ａ、３２Ｂには、位相が正反対の駆動パルスが同期して印加される。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電素子と、該圧電素子に一体的に取り付けられるとともに前記圧電素子の変位方向に沿って延設された駆動部材と、前記駆動部材に摩擦係合される被駆動部材とを備え、前記圧電素子に電圧を印加することによって前記被駆動部材を前記駆動部材に沿って移動させるアクチュエータにおいて、
前記圧電素子は、前記駆動部材の両端部に設けられることを特徴とするアクチュエータ。
【請求項２】
前記駆動部材の両端部に設けられた圧電素子のうちの一方の圧電素子には、もう一方の圧電素子に対して、極性を反転させた駆動パルスの電圧が印加されることを特徴とする請求項１に記載のアクチュエータ。
【請求項３】
前記アクチュエータは、前記被駆動部材に一体的に取り付けられたレンズ枠を光軸に沿って移動させるレンズ移動用のアクチュエータであることを特徴とする請求項１又は２に記載のアクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はアクチュエータに係り、特にデジタルカメラや携帯電話機等の小型精密機器に搭載され、ズームレンズやフォーカスレンズを駆動するアクチュエータに関する。
【背景技術】
【０００２】
デジタルカメラ等のレンズ部の駆動装置として圧電素子を用いたアクチュエータがある。例えば特許文献１のアクチュエータは、圧電素子の端面に駆動棒が固着され、その駆動棒に鏡筒がスライド自在に支持される。鏡筒には板ばねが取り付けられ、この板ばねの弾性力によって駆動棒との間に摩擦力が働くようになっている。そして、圧電素子には、略鋸歯状の波形をした駆動パルスが印加され、圧電素子は伸び方向と縮み方向で異なる速度で変形する。例えば圧電素子が緩やかに変形すると、駆動棒とともに鏡筒が移動する。逆に、圧電素子が速く変形すると、鏡筒がその質量の慣性によって同じ位置に停まる。したがって、圧電素子に略鋸歯状の波形をした駆動パルスを繰り返し印加することによって、鏡筒を細かなピッチで間欠的に移動させることができる。
【特許文献１】特許第２６３３０６６号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、特許文献１に記載のアクチュエータは、長尺状の駆動棒を介して駆動力を伝達するため、圧電素子の振動が駆動棒に吸収されて減衰してしまい、駆動棒の先端部では鏡筒を正確に移動させることができないという問題があった。特に高周波の振動は、駆動棒による減衰率が大きいため、鏡筒の応答性が悪くなる。したがって、特許文献１のアクチュエータは、低周波の駆動パルスでしか制御することができず、単位時間あたりの鏡筒の移動回数が少なくなるという問題があった。このため、特許文献１のアクチュエータにおいて鏡筒の移動速度を増加させるには、印加電圧を大きくして圧電素子の変位量を大きくし、鏡筒の一回の移動量を大きくしなければならず、低い電圧では鏡筒を高速で移動させることができなかった。
【０００４】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、低い電圧であっても高速で移動させることのできるアクチュエータを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
請求項１に記載の発明は前記目的を達成するために、圧電素子と、該圧電素子に一体的に取り付けられるとともに前記圧電素子の変位方向に沿って延設された駆動部材と、前記駆動部材に摩擦係合される被駆動部材とを備え、前記圧電素子に電圧を印加することによって前記被駆動部材を前記駆動部材に沿って移動させるアクチュエータにおいて、前記圧電素子は、前記駆動部材の両端部に設けられることを特徴とする。
【０００６】
請求項１に記載の発明によれば、駆動部材の両端部に圧電素子が設けられるので、圧電素子の振動が駆動部材に両端から伝達される。したがって、駆動部材全体に圧電素子の振動が確実に伝達される。これにより、圧電素子の振動が減衰することなく伝達されるので、被駆動部材の移動を正確に制御することができる。よって、高周波の駆動パルスによる制御が可能となり、低い電圧であっても被駆動部材を高速で移動させることができる。
【０００７】
請求項２に記載の発明は請求項１の発明において、前記駆動部材の両端部に設けられた圧電素子のうちの一方の圧電素子には、もう一方の圧電素子に対して、極性を反転させた駆動パルスの電圧が印加されることを特徴とする。
【０００８】
請求項３に記載の発明は請求項１又は２の発明において、前記アクチュエータは、前記被駆動部材に一体的に取り付けられたレンズ枠を光軸に沿って移動させるレンズ移動用のアクチュエータであることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係るアクチュエータによれば、駆動部材の両端に圧電素子が設けられているので、被駆動部材の移動を正確に制御することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、添付図面に従って本発明に係るアクチュエータの好ましい実施形態について説明する。図１は、本発明に係るアクチュエータが適用された、携帯電話機等の小型精密機器のレンズ装置の構成を示す斜視図である。同図に示すレンズ装置は、レンズユニットの駆体を構成する箱型のケース１２を有し、このケース１２の前面には固定レンズ１６が取り付けられている。ケース本体１２の内部には、移動レンズ（例えばズームレンズやフォーカスレンズ）１８を保持したレンズ枠２０が設けられる。
【００１１】
レンズ枠２０の外周面には係合部２２が突出形成される。係合部２２には、Ｕ状の溝２３が形成されており、この溝２３にガイド棒２４が係合される。ガイド棒２４は、光軸方向に配設されており、ケース１２に固定される。
【００１２】
また、レンズ枠２０には、図２に示すようにガイド部２６と被駆動部２８が一体的に形成される。ガイド部２６には貫通孔２７が光軸方向に形成され、この貫通孔２７に駆動棒３０が挿通される。駆動棒３０は軽量で剛性の強い材質、例えばセラミックによって円柱状に形成され、光軸と平行に配設される。
【００１３】
前記被駆動部２８には、Ｕ状の溝２９が形成されており、この溝２９に駆動棒３０が係合される。被駆動部２８の四つのコーナー部３４、３４…は上方に突出形成される。そして、このコーナー部３４、３４…に囲まれた範囲内に摩擦板３８が設けられる。摩擦板３８は、駆動棒３０の側面形状に合わせて円弧状に屈曲しており、駆動棒３０の上に載置される。
【００１４】
また、被駆動部２８には押えばね３６が取り付けられる。押えばね３６は、被駆動部２８を上下方向から挟むように屈曲して形成されており、この押えばね３６によって摩擦板３８が下方に付勢される。これにより、摩擦板３８は、駆動棒３０の側面に摩擦係合される。この摩擦板３８は、前記コーナー部３４、３４…によって被駆動部２８からの脱落が防止される。なお、押えばね３６の代わりに他の付勢手段、例えば圧縮ばねやゴム等の弾性体を用いて摩擦板３８を駆動棒３０に摩擦係合させてもよい。また、摩擦板３８と駆動棒３０との摩擦力は、圧電素子３２Ａ、３２Ｂに緩やかな電圧変化の駆動パルスを印加した際にその駆動力よりも摩擦力が大きくなるように、そして、圧電素子３２Ａ、３２Ｂに急激な電圧変化の駆動パルスを印加した際にその駆動力よりも摩擦力が小さくなるように設定される。
【００１５】
前述した駆動棒３０の両端部にはそれぞれ圧電素子３２Ａ、３２Ｂが設けられる。圧電素子３２Ａ、３２Ｂは、その変位方向が光軸と平行になるようにして配置されている。そして、圧電素子３２Ａ、３２Ｂの変位方向の一方の端面に駆動棒３０の端面が固着され、圧電素子３２Ａ、３２Ｂのもう一方の端面がケース１２（図１参照）に当接される。
【００１６】
図３（Ａ）、図３（Ｂ）は圧電素子３２Ａ、３２Ｂに印加する駆動パルスの例を示したものである。図３（Ａ）は、図１のレンズ枠２０を左方向に移動させる際の駆動パルスであり、図３（Ｂ）は図２のレンズ枠２０を右方向に移動させる際の駆動パルスである。
【００１７】
図３（Ａ）、図３（Ｂ）に示すように、二つの圧電素子３２Ａ、３２Ｂには、逆位相の駆動パルスを印加している。図３（Ａ）の場合、圧電素子３２Ａには、時刻β１から時刻β２にかけて緩やかに立ち上がり、時刻β３で急激に立ち下がる略鋸歯状の駆動パルスを印加している。そして、圧電素子３２Ｂには、時刻β１から時刻β２にかけて緩やかに立ち下がり、時刻β３で急激に立ち上がる略鋸歯状の駆動パルスを印加している。したがって、時刻β１から時刻β２では、圧電素子３２Ａが緩やかに伸長するとともに、圧電素子３２Ｂが緩やかに縮むので、駆動棒３０は図２の左方向に変位する。その際、駆動棒３０が緩やかに変位するので、被駆動部２８は駆動棒３０とともに移動する。これにより、被駆動部２８を図２の左方向に移動させることができる。時刻β３では、圧電素子３２Ａが急激に縮まるとともに圧電素子３２Ｂが急激に伸長するので、駆動棒３０は図２の右方向に変位する。その際、駆動棒３０が急激に変位するので、被駆動部２８は慣性によってその位置に停止したまま、駆動棒３０だけが移動する。したがって、図３（Ａ）に示した鋸歯状の駆動パルスを繰り返し印加することによって、図２の被駆動部２８は左方向への移動と停止を繰り返すので、レンズ枠２０を左方向に移動させることができる。
【００１８】
図３（Ｂ）の場合、圧電素子３２Ａには、時刻β４から時刻β５にかけて緩やかに立ち下がり、時刻β６で急激に立ち上がる略鋸歯状の駆動パルスを印加している。そして、圧電素子３２Ｂには、時刻β４から時刻β５にかけて緩やかに立ち上がり、時刻β６で急激に立ち下がる略鋸歯状の駆動パルスを印加している。したがって、時刻β４から時刻β５では、圧電素子３２Ａが緩やかに縮まるとともに、圧電素子３２Ｂが緩やかに伸長するので、駆動棒３０は図２の右方向に変位する。その際、駆動棒３０が緩やかに変位するので、被駆動部２８は駆動棒３０とともに移動する。これにより、被駆動部２８を図２の右方向に移動させることができる。時刻β６では、圧電素子３２Ａが急激に伸長するとともに圧電素子３２Ｂが急激に縮まるので、駆動棒３０は図２の左方向に変位する。その際、駆動棒３０が急激に変位するので、被駆動部２８は慣性によってその位置に停止したまま、駆動棒３０だけが移動する。したがって、図３（Ｂ）に示した鋸歯状の駆動パルスを繰り返し印加することによって、図２の被駆動部２８は右方向への移動と停止を繰り返すので、レンズ枠２０を右方向に移動させることができる。
【００１９】
上述したように本実施の形態のアクチュエータは、駆動棒３０の両端部に圧電素子３２Ａ、３２Ｂを配設し、この圧電素子３２Ａ、３２Ｂに位相が正反対の駆動パルスを同期させて印加するようにしたので、駆動棒３０全体を確実に変位させることができる。したがって、被駆動部２８が駆動棒３０のどの位置であっても、被駆動部２８を確実に移動させることができる。これにより、レンズ枠２０の位置を正確に制御することができる。
【００２０】
また、本実施の形態では、圧電素子３２Ａ、３２Ｂの変位方向が互いに逆向きになるように配置されている。したがって、圧電素子３２Ａ、３２Ｂのヒステリシス特性が互いに打ち消し合うように作用するので、圧電素子３２Ａ、３２Ｂのヒステリシスによる誤差を抑制することができる。これにより、レンズ枠２０の位置をより正確に制御することができる。
【００２１】
なお、本発明に係るアクチュエータの用途としては、例えばデジタルカメラや携帯電話機等の小型精密機器に適用することができる。特に携帯電話機は、三Ｖ以下の低い電圧で駆動する必要があるが、本発明のアクチュエータを用いることによって、２０ｋＨｚ程度の高周波で駆動することができ、レンズ枠２０を２ｍｍ／ｓ以上の高速度で移動させることができる。よって、１０ｍｍ程度の移動が必要となるズームレンズであっても、迅速に移動させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明に係るアクチュエータが適用されたレンズ装置の構成を示す分解斜視図
【図２】第１の実施形態のアクチュエータの構成を示す斜視図
【図３】図２の圧電素子に印加される駆動パルスの波形図
【符号の説明】
【００２３】
２０…レンズ枠、２８…被駆動部、３０…駆動棒、３２Ａ、３２Ｂ…圧電素子、３４Ａ、３４Ｂ…駆動部材、３６…押えばね、３８…摩擦板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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