(57)【要約】【課題】被駆動部材を例えば三角柱状に形成し、駆動部材で両側から挟持することによって、被駆動部材と駆動部材との間にガタが発生することを防止し、被駆動部材を正確に移動させることのできるアクチュエータを提供する。【解決手段】アクチュエータ３０の圧電素子３２Ａ、３２Ｂは被駆動部材２６を挟んで両側に配置される。圧電素子３２Ａ、３２Ｂの変位方向の一方の端面には駆動部材３４Ａ、３４Ｂが取り付けられ、この駆動部材３４Ａ、３４Ｂは押えばね３６で付勢されて被駆動部材２６に押し付けられる。被駆動部材２６は三角柱状に形成されており、その側面に駆動部材３４Ａ、３４Ｂが摩擦係合される。【選択図】      図１
2005354831.tif 000002
【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た駆動部材と、該駆動部材に摩擦係合されるとともに駆動方向に延設された被駆動部材とを備えたアクチュエータにおいて、
前記圧電素子と前記駆動部材が複数設けられて前記被駆動部材の両側に配置され、該複数の駆動部材で前記被駆動部材が両側から挟持されるとともに、前記被駆動部材の両側に形成された前記駆動部材との摩擦係合面が非平行であることを特徴とするアクチュエータ。
【請求項２】
前記被駆動部材は三角柱状に形成され、前記摩擦係合面は、前記三角柱の二側面であ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。
【０００３】
しかし、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、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する必要があった。
【０００４】
特許文献２では、５Ｖの電源電圧を３０Ｖに昇圧することによって、一回の移動量を増加させ、鏡筒の移動速度を増加させている。このため、特許文献２では、昇圧装置が必要になり、装置が大型化するとともに、複雑な制御が必要になるという問題があった。
【０００５】
特許文献３に記載されるアクチュエータは、圧電素子の変位方向の端面に係合部材が取り付けられており、この係合部材が移動板に摩擦係合され、移動板に鏡筒が取り付けられている。そして、圧電素子に駆動パルスを印加することによって、係合部材を介して振動が伝達し、移動板と鏡筒が移動される。
【特許文献１】特許第２６３３０６６号
【特許文献２】特開２０００−５０６６０号公報
【特許文献３】特開平１０−２３２３３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、特許文献３に記載のアクチュエータは、移動板を係合部材で両側から挟み込んで摩擦係合させているが、その挟持方向と直交する方向において移動板にガタが発生するという問題があった。このため、移動板（被駆動部材）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。
【０００７】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、被駆動部材と駆動部材との間にガタを発生することを防止し、被駆動部材を正確に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】
【０００８】
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た駆動部材と、該駆動部材に摩擦係合されるとともに駆動方向に延設された被駆動部材とを備えたアクチュエータにおいて、前記圧電素子と前記駆動部材が複数設けられて前記被駆動部材の両側に配置され、該複数の駆動部材で前記被駆動部材が両側から挟持されるとともに、前記被駆動部材の両側に形成された前記駆動部材との摩擦係合面が非平行であることを特徴とする。
【０００９】
請求項１に記載の発明によれば、被駆動部材の両側に形成される摩擦係合面が平行でない位置関係であるので、駆動部材で被駆動部材を両側から挟持することによって、被駆動部材と駆動部材のガタつきを防止することができる。なお、「非平行である」とは、面同士、或いは延長した面同士が交差するような位置関係であることを意味する。
【００１０】
また、請求項１に記載の発明によれば、被駆動部材が駆動方向に延設されているので、被駆動部材と駆動部材との摩擦係合面は、圧電素子に対して常に一定の位置関係に保たれる。したがって、摩擦係合面を常に圧電素子の近傍に配置することができる。これにより、圧電素子の振動は、駆動部材で減衰することなく被駆動部材に伝達されるので、圧電素子に高周波の駆動パルスを印加した場合にも被駆動部材を確実に移動させることができる。よって、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。
【００１１】
さらに請求項１に記載の発明によれば、圧電素子と駆動部材を複数設けたので、高出力が得られ、被駆動部材が重い場合にも移動させることができる。
【００１２】
請求項２に記載の発明は請求項１の発明において、前記被駆動部材は三角柱状に形成され、前記摩擦係合面は、前記三角柱の二側面であることを特徴とする。
【００１３】
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】
【００１４】
本発明に係るアクチュエータによれば、被駆動部材の両側に形成された駆動部材との摩擦係合面が非平行であるので、駆動部材で被駆動部材を両側から挟持することによって、被駆動部材と駆動部材とのガタを防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
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、箱型のケース１２を有し、このケース１２の内部に移動レンズ（例えばズームレンズやフォーカスレンズ）１６を保持したレンズ枠１８が設けられる。
【００１６】
レンズ枠１８の外周面には係合部２２とガイド部２４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２８が係合される。また、ガイド部２４には、貫通孔２５が形成され、この貫通孔２５にガイド棒２９が挿通される。ガイド棒２８、２９は、光軸方向に配設され、ケース１２に固定される。これにより、レンズ枠１８は、光軸方向にスライド自在に支持される。
【００１７】
また、レンズ枠１８には、被駆動部材２６が一体的に取り付けられる。被駆動部材２６は、図２に示すように三角柱状に形成されており、その長手方向が光軸と平行になるように配置される。被駆動部材２６の材質は特に限定されるものではないが、軽量で、且つ剛性の強い材質、例えばセラミック等が選択される。
【００１８】
本実施の形態のアクチュエータは主として、圧電素子３２Ａ、３２Ｂ、駆動部材３４Ａ、３４Ｂ、及び押えばね３６によって構成される。圧電素子３２Ａ、３２Ｂは、被駆動部材２６を挟んで両側に配置される。また、圧電素子３２Ａ、３２Ｂは、その変位方向が被駆動部材２６の長手方向（すなわち駆動方向）になるように配置される。各圧電素子３２Ａ、３２Ｂの変位方向の一方の端面は、ケース１２（図１参照）に固定された押え板３８Ａ、３８Ｂに取り付けられる。そして、変位方向のもう一方の端面には駆動部材３４Ａ、３４Ｂが一体的に取り付けられる。駆動部材３４Ａ、３４Ｂは、断面が略台形の柱状をしたブロック状に形成されており、上述した被駆動部材２６と同様に、軽量で剛性の大きい材質、例えばセラミックで構成される。駆動部材３４Ａ、３４Ｂには、被駆動部材２６に対面する側の反対側の側面に窪み３５Ａ、３５Ｂが形成され、この窪み３５Ａ、３５Ｂに押えばね３６が係合される。押えばね３６は、二つの駆動部材３４Ａ、３４Ｂを挟み込む板ばねであり、この押えばね３６の付勢力によって駆動部材３４Ａ、３４Ｂが被駆動部材２６の側面に押し付けられる。これにより、駆動部材３４Ａ、３４Ｂが被駆動部材２６に摩擦係合される。なお、図２には、駆動部材３４Ａ、３４Ｂを被駆動部材２６に付勢する付勢手段として押えばね３６を用いた例を示したが、他の付勢手段、例えば圧縮ばねやゴム等の弾性体によって駆動部材３４Ａ、３４Ｂを個別に付勢するようにしてもよい。
【００１９】
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２のレンズ枠１８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１８を右方向に移動させる際の駆動パルスである。
【００２０】
図３（Ａ）の場合、圧電素子３２Ａには、時刻α１から時刻α２にかけて緩やかに立ち上がり、時刻α３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α１から時刻α２にかけて緩やかに立ち上がり、時刻α４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α１から時刻α２にかけては、圧電素子３２Ａ、３２Ｂが同時に緩やかに伸長するので、図２の駆動部材３４Ａ、３４Ｂが左方向に緩やかに移動する。その際、駆動部材３４Ａ、３４Ｂが緩やかに移動することから、被駆動板２６は、駆動部材３４Ａ、３４Ｂとの摩擦力によって保持され、駆動部材３４Ａ、３４Ｂとともに左方向に移動する。一方、時刻α３では圧電素子３２Ａだけが急激に縮み、時刻α４では圧電素子３２Ｂだけが急激に縮む。したがって、時刻α３、時刻α４ではそれぞれ、図２の駆動部材３４Ａ、３４Ｂがそれぞれ単独で、右方向に急激に移動する。このように駆動部材３４Ａ、３４Ｂが急激に移動すると、被駆動板２６との間にスベリが生じ、被駆動板２６が停止したまま駆動部材３４Ａ、３４Ｂだけが移動する。よって、時刻α３、時刻α４では、被駆動板２６を停止させたまま、圧電素子３２Ａ、３２Ｂを縮めて元の状態に戻すことができる。以上のことから、図３（Ａ）の駆動パルスを繰り返し印加すると、図２の被駆動板２６は左方向への移動と停止を繰り返すので、レンズ枠１８を左方向に移動させることができる。
【００２１】
図３（Ｂ）の場合、圧電素子３２Ａには、時刻α５から時刻α６にかけて緩やかに立ち下がり、時刻α７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α５から時刻α６にかけて緩やかに立ち下がり、時刻α８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α５から時刻α６にかけては、圧電素子３２Ａ、３２Ｂが同時に緩やかに縮むので、図２の駆動部材３４Ａ、３４Ｂが右方向に緩やかに移動する。その際、駆動部材３４Ａ、３４Ｂが緩やかに移動することから、被駆動板２６は、駆動部材３４Ａ、３４Ｂとの摩擦力によって保持され、駆動部材３４Ａ、３４Ｂとともに右方向に移動する。一方、時刻α７では圧電素子３２Ａだけが急激に伸長し、時刻α８では圧電素子３２Ｂだけが急激に伸長する。したがって、時刻α７、時刻α８ではそれぞれ、図２の駆動部材３４Ａ、３４Ｂが単独で、左方向に急激に移動する。このように駆動部材３４Ａ、３４Ｂが急激に移動すると、被駆動板２６との間にスベリが生じ、被駆動板２６が停止したまま駆動部材３４Ａ、３４Ｂだけが移動する。よって、時刻α７、時刻α８では、被駆動板２６を停止させたまま、圧電素子３２Ａ、３２Ｂを伸長させて元の状態に戻すことができる。以上のことから、図３（Ｂ）の駆動パルスを繰り返し印加すると、図２の被駆動板２６は右方向への移動と停止を繰り返すので、レンズ枠１８を右方向に移動させることができる。
【００２２】
上記の如く電圧を制御した場合、圧電素子３２Ａが急激に変形するタイミングと圧電素子３２Ｂが急激に変形するタイミングは、若干ずれている。すなわち、図３（Ａ）の場合は時刻α３で圧電素子３２Ａが急激に縮まり、少し遅れて時刻α４で圧電素子３２Ｂを急激に縮んでいる。同様に、図３（Ｂ）の場合は、時刻α７で圧電素子３２Ａが急激に伸長し、少し遅れて時刻α８で圧電素子３２Ｂが伸長している。したがって、駆動部材３４Ａが急激に移動する際には駆動部材３４Ｂが停止しており、駆動部材３４Ｂが急激に移動する際には駆動部材３４Ａが停止している。このため、被駆動板２６は駆動部材３４Ａ、３４Ｂにつられて移動しにくくなり、被駆動板２６を確実に停止させておくことができる。よって、上記の駆動パルスの如く電圧を印加することによって、被駆動板２６の移動と停止を確実に制御することができ、被駆動板２６の駆動制御を正確に行うことができる。
【００２３】
次に上記の如く構成されたアクチュエータの作用について説明する。
【００２４】
図２の三角柱状の被駆動部材２６の代わりに、板状の被駆動部材を用いた比較例を図４に示す。図４に示す比較例では、被駆動部材４０が矩形の板状に形成されている。圧電素子３２Ａ、３２Ｂと駆動部材３４Ａ、３４Ｂはそれぞれ、被駆動部材４０の両側に一つずつ配置される。そして、押えばね３６によって、駆動部材３４Ａ、３４Ｂが被駆動部材４０側に付勢され、駆動部材３４Ａ、３４Ｂが被駆動部材４０に摩擦係合される。
【００２５】
図４に示すアクチュエータの場合、駆動部材３４Ａと被駆動部材４０の摩擦係合面と、駆動部材３４Ｂと被駆動部材４０の摩擦係合面は、平行な位置関係になっている。このため、押えばね３６によって駆動部材３４Ａ、３４Ｂを被駆動部材４０側に付勢しても、被駆動部材４０は、図４の矢印方向（すなわち、駆動部材３４Ａ、３４Ｂによる挟持方向と直交する方向）にガタつくおそれがある。被駆動部材４０（すなわちレンズ枠１８）がガタついた場合には、光学性能が低下するという問題が発生する。
【００２６】
これに対し、本実施の形態のアクチュエータは、図２に示す如く、被駆動部材２６が三角柱状に形成され、駆動部材３４Ａ、３４Ｂは被駆動部材２６の二つの側面を押圧している。すなわち、被駆動部材２６の両側に形成された二つの摩擦係合面は、非平行な位置関係になっている。したがって、被駆動部材２６は、光軸と直交する面上で二方向から押圧されて位置決めされる。これにより、被駆動部材２６がガタついて光学性能が低下することを防止することができる。
【００２７】
また、本実施の形態のアクチュエータは、被駆動部材２６が駆動方向に延設されているので、被駆動部材２６と駆動部材と３４Ａ、３４Ｂの摩擦係合面は、圧電素子３２Ａ、３２Ｂに対して常に一定の位置関係に保たれる。したがって、摩擦係合面を常に圧電素子３２Ａ、３２Ｂの近傍に配置することができる。これにより、圧電素子３２Ａ、３２Ｂの振動は、駆動部材３４Ａ、３４Ｂで減衰することなく被駆動部材２６に伝達されるので、圧電素子３２Ａ、３２Ｂに高周波の駆動パルスを印加した場合にも被駆動部材２６を確実に移動させることができる。よって、低い電圧であっても、被駆動部材２６を高速で移動させることができる。
【００２８】
さらに請求項１に記載の発明によれば、圧電素子３２Ａ、３２Ｂと駆動部材３４Ａ、３４Ｂを複数設けたので、高出力が得られ、被駆動部材２６（レンズ枠１８）が重い場合にも確実に移動させることができる。
【００２９】
なお、上述した実施の形態では、被駆動部材２６を三角柱状に形成したが、被駆動部材２６の形状はこれに限定するものではなく、両側の摩擦係合面が平行でない位置関係になる形状であればよい。図５（Ａ）〜図５（Ｄ）は、被駆動部材の様々な形状を示す例であり、各被駆動部材は駆動方向と直交する断面を表している。図５（Ａ）は図２の被駆動部材２６の断面を示している。この被駆動部材２６の断面は上述したように三角形状に形成されており、図の右側（レンズ枠１８の外側）を頂点として配置されている。この場合、駆動部材３４Ａ、３４Ｂがそれぞれ摩擦係合する面２６Ａ、２６Ｂは、平行でない（すなわち交差する）位置関係になっている。図５（Ｂ）は図５（Ａ）の被駆動部材２６の向きを変えたものであり、この被駆動部材２６の断面形状は、図の左側（レンズ枠１８の内側）を頂点とする三角形状に形成されている。この場合にも、被駆動部材２６の側面２６Ａ、２６Ｂが平行でない位置関係になっている。図５（Ｃ）に示す被駆動部材４２は、その断面形状が台形になっており、傾斜した両側面４２Ａ、４２Ｂに駆動部材３４Ａ、３４Ｂが摩擦係合される。この場合にも、両側面４２Ａ、４２Ｂは平行でない位置関係になっている。図５（Ｄ）に示す被駆動部材４４の断面形状は、矩形の一つの側面４２Ｂを傾斜させた台形になっている。この場合にも、両側面４４Ａ、４４Ｂは平行でない位置関係になっている。上記の如く様々な断面形状の被駆動部材２６、４２、４４においても、ガタが発生を防止できる。
【００３０】
なお、上述した実施の形態では、圧電素子３２Ａ、３２Ｂの順で印加する例で説明したが、圧電素子３２Ｂ、３２Ａの順で電圧を印加してもよい。
【００３１】
また、圧電素子３２Ａ、３２Ｂに印加する駆動パルスの波形の形状は、上述した矩形状の例に限定されるものではない。例えば図６（Ａ）、図６（Ｂ）に示すように、圧電素子３２Ａ、３２Ｂに同じ形状の駆動パルスを同時に印加するようにしてもよい。図６（Ａ）では、圧電素子３２Ａ、３２Ｂに、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。また、図６（Ｂ）では、圧電素子３２Ａ、３２Ｂ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。このように、圧電素子３２Ａ、３２Ｂが同じタイミングで急激に変形するようにしてもよい。
【００３２】
なお、上述した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。特に携帯電話は、３Ｖ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程度の高周波であっても駆動することができ、レンズ枠１８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】
【００３３】
【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斜視図
【図２】図１のアクチュエータを説明する分解斜視図
【図３】図２の圧電素子に印加する電圧の駆動パルスの波形図
【図４】図２と被駆動部材の形状が異なる比較例を示す分解斜視図
【図５】被駆動部材の形状の例を示す図
【図６】図３と異なる駆動パルスの波形図
【符号の説明】
【００３４】
１８…レンズ枠、２６…被駆動部材、３２Ａ、３２Ｂ…圧電素子、３４Ａ、３４Ｂ…駆動部材、３６…押えばね
【図１】
2005354831.tif 000003
【図２】
2005354831.tif 000004
【図３】
2005354831.tif 000005
【図４】
2005354831.tif 000006
【図５】
2005354831.tif 000007
【図６】
2005354831.tif 000008