(57)【要約】【課題】被駆動部材を正確に移動させることができるとともに、小型化することのできるアクチュエータを提供する。【解決手段】アクチュエータを構成する二つの駆動ユニット３２Ａ、３２Ｂは、被駆動板３０の駆動方向に並べて配置される。駆動ユニット３２Ａ、３２Ｂは、一体的に設けられた圧電素子３４Ａ、３４Ｂと駆動部材３６Ａ、３６Ｂを備え、駆動部材３６Ａ、３６Ｂが被駆動板３０に摩擦係合される。【選択図】      図１
2005354832.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、
前記圧電素子及び前記駆動部材を備えた駆動ユニットが、前記駆動方向に沿って複数設けられたことを特徴とするアクチュエータ。
【請求項２】
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され、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１〜３に記載のアクチュエータは、駆動部材（上記の駆動部材や係合部材等）と被駆動部材（上記の鏡筒や移動板等）との摩擦力と、被駆動部材の慣性力との大小関係が、圧電素子の伸び時と縮み時で逆転するように、伸び時と縮み時との速度差を設定しなければならない。したがって、被駆動部材と駆動部材を適切な摩擦力で摩擦係合させるようなバネ力の選定が非常に難しいという問題があった。特に特許文献３は、駆動部材（係合部材）の形状によってバネ力を発生させているため、適切なバネ力に設定することが非常に困難であった。このため、特許文献３は、摩擦力が大きくなって被駆動部材が滑らなくなったり、摩擦力が小さくなって被駆動部材が動かなくなったりし、被駆動部材を正確に移動させることができなくなるおそれがあった。
【０００７】
このような問題を解消する方法として、本発明の発明者は、圧電素子と駆動部材を複数設ける方法を考案した。この方法を用いれば、駆動部材と被駆動部材との間に常に適切な摩擦力を与えることができるとともに、被駆動部材を正確に移動させることができる。
【０００８】
しかし、この方法は、複数の駆動ユニットを設けるために、アクチュエータ全体が大型化するという問題があった。
【０００９】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、被駆動部材を正確に移動させることができるとともに、小型化す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】
【００１０】
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、及び前記駆動部材を備えた駆動ユニットが、前記駆動方向に沿って複数設けられたことを特徴とする。
【００１１】
請求項１に記載の発明によれば、複数の駆動ユニットを駆動方向に設けたので、駆動ユニットを被駆動部材に沿って無理なく配置することができ、省スペース化を図ることができる。
【００１２】
また、請求項１に記載の発明によれば、駆動方向に延設された被駆動部材に駆動力が複数箇所から伝達されるので、被駆動部材をスムーズに安定して移動させることができる。
【００１３】
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おり、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が保たれるので、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。したがって、圧電素子の振動は駆動部材で減衰することがないので、高周波の駆動パルスによる制御が可能になる。これにより、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。
【００１４】
さらに、請求項１に記載の発明によれば、複数の圧電素子と駆動部材を設けたので、出力を増加させることができる。
【００１５】
請求項２に記載の発明は請求項１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】
【００１６】
本発明に係るアクチュエータによれば、圧電素子と駆動部材を有する複数の駆動ユニットを駆動方向に沿って配設したので、省スペース化を図ることができるとともに、被駆動部材を安定して正確に移動させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
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。同図に示すアクチュエータは、箱型のケース１２の内部に設けられる。ケース１２の側面には、固定レンズ１６が取り付けられいる。
【００１８】
ケース１２の内部には、レンズ枠２０が設けられており、このレンズ枠２０にズームレンズ等の移動レンズ１８が保持されている。
【００１９】
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には円弧状の溝２３が形成され、この溝２３にガイド棒２４が係合される。ガイド棒２４は、固定レンズ１６の光軸（以下、単に光軸という）と平行に配置されており、ケース１２に固定されている。また、レンズ枠２０の外周面には、係合部２２の反対側にガイド部（不図示）が設けられ、このガイド部に形成された貫通孔にガイド棒２６が挿通されている。ガイド棒２６は、ガイド棒２４と同様に光軸と平行に配置されており、ケース１２に固定される。これにより、レンズ枠２０はガイド棒２４、２６にガイドされ、光軸方向にスライド自在に支持される。
【００２０】
さらに、レンズ枠１２の外周面には、一対の固定部２８、２８が突出形成され、この固定部２８、２８に被駆動板（被駆動部材に相当）３０が挟持されて固定される。被駆動板３０は、細長い矩形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。被駆動板３０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。
【００２１】
本実施の形態のアクチュエータは、二つの駆動ユニット３２Ａ、３２Ｂを備える。駆動ユニット３２Ａ、３２Ｂは、被駆動板３０に対して同じ側（図１中、下側）に配置されており、被駆動板３０に沿って配置される。すなわち、駆動ユニット３２Ａ、３２Ｂは、被駆動板３０の移動方向（駆動方向）に配設される。
【００２２】
駆動ユニット３２Ａは、圧電素子３４Ａ、駆動部材３６Ａ、及び圧縮ばね３８Ａで構成されており、圧電素子３４Ａは、その変位方向が光軸と平行になるように配置される。圧電素子３４Ａの変位方向の一方の端面（図１中、左側の端面）には、ケース１２に固定された押え板４０Ａに当接される。また、圧電素子３４Ａの変位方向のもう一方の端面（図１中、右側の端面）には駆動部材３６Ａが固定される。駆動部材３６Ａは、略矩形のブロック状に形成されており、上述した被駆動板３０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。圧電素子３４Ａ及び駆動部材３６Ａは、圧縮ばね３８Ａによって被駆動板３０側に付勢されており、駆動部材３０Ａが被駆動板３０の下面に摩擦係合される。
【００２３】
一方、駆動ユニット３２Ｂは、駆動ユニット３２Ａと同様に、圧電素子３４Ｂ、駆動部材３６Ｂ、及び圧縮ばね３８Ｂで構成される。圧電素子３４Ｂは、その変位方向が光軸と平行になるように配置される。圧電素子３４Ｂの変位方向の一方の端面（図１中、左側の端面）には、ケース１２に固定された押え板４０Ｂに当接される。また、圧電素子３４Ｂの変位方向のもう一方の端面（図１中、右側の端面）には駆動部材３６Ｂが固定される。駆動部材３６Ｂは、上述した被駆動板３０や駆動部材３６Ａ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。また、圧電素子３４Ｂ及び駆動部材３６Ｂは、圧縮ばね３８Ｂによって被駆動板３０側に付勢されており、駆動部材３６Ｂが被駆動板３０の下面に摩擦係合される。
【００２４】
なお、図１には、圧縮ばね３８Ａ、３８Ｂで圧電素子３４Ａ、３４Ｂを付勢する例を示したが、駆動部材３６Ａ、３６Ｂを圧縮ばね３８Ａ、３８Ｂで付勢するようにしてもよい。また、付勢手段は、圧縮ばね３８Ａ、３８Ｂに限定されるものではなく、板ばねやゴム等の弾性体であってもよい。
【００２５】
図２（Ａ）、図２（Ｂ）は圧電素子３４Ａ、３４Ｂに印加する駆動パルスの例を示したものである。図２（Ａ）は、図１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り、図２（Ｂ）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る。
【００２６】
図２（Ａ）の場合、圧電素子３４Ａ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３４Ｂ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３４Ａ、３４Ｂが同時に緩やかに伸長するので、図１の駆動部材３６Ａ、３６Ｂが右方向に緩やかに移動する。その際、駆動部材３６Ａ、３６Ｂが緩やかに移動することから、被駆動板３０は、駆動部材３６Ａ、３６Ｂとの摩擦力によって保持され、駆動部材３６Ａ、３６Ｂとともに左方向に移動する。一方、時刻α３では圧電素子３４Ａだけが急激に縮み、時刻α４では圧電素子３４Ｂ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１の駆動部材３６Ａ、３６Ｂがそれぞれ単独で、左方向に急激に移動する。このように駆動部材３６Ａ、３６Ｂが急激に移動すると、被駆動板３０との間にスベリが生じ、被駆動板３０が停止したまま駆動部材３６Ａ、３６Ｂだけが移動する。よって、時刻α３、時刻α４では、被駆動板３０を停止させたまま、圧電素子３４Ａ、３４Ｂ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２（Ａ）の駆動パルスを繰り返し印加すると、図１の被駆動板３０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。
【００２７】
図２（Ｂ）の場合、圧電素子３４Ａ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３４Ｂ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３４Ａ、３４Ｂが同時に緩やかに縮むので、図１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３６Ａ、３６Ｂが緩やかに移動することから、被駆動板３０は、駆動部材３６Ａ、３６Ｂとの摩擦力によって保持され、駆動部材３６Ａ、３６Ｂとともに左方向に移動する。一方、時刻α７では圧電素子３４Ａだけが急激に伸長し、時刻α８では圧電素子３４Ｂ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１の駆動部材３６Ａ、３６Ｂが単独で、右方向に急激に移動する。このように駆動部材３６Ａ、３６Ｂが急激に移動すると、被駆動板３０との間にスベリが生じ、被駆動板３０が停止したまま駆動部材３６Ａ、３６Ｂだけが移動する。よって、時刻α７、時刻α８では、被駆動板３０を停止させたまま、圧電素子３４Ａ、３４Ｂ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２（Ｂ）の駆動パルスを繰り返し印加すると、図１の被駆動板３０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。
【００２８】
ところで、上記の如く電圧を制御した場合、圧電素子３４Ａが急激に変形するタイミングと圧電素子３４Ｂ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２（Ａ）の場合は時刻α３で圧電素子３４Ａが急激に縮まり、少し遅れて時刻α４で圧電素子３４Ｂを急激に縮んでいる。同様に、図２（Ｂ）の場合は、時刻α７で圧電素子３４Ａが急激に伸長し、少し遅れて時刻α８で圧電素子３４Ｂが伸長している。したがって、駆動部材３６Ａが急激に移動する際には駆動部材３６Ｂが停止しており、駆動部材３６Ｂが急激に移動する際には駆動部材３６Ａが停止している。このため、被駆動板３０は駆動部材３６Ａ、３６Ｂにつられて移動しにくくなり、被駆動板３０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３０の移動と停止を確実に制御することができ、被駆動板３０の駆動制御を正確に行うことができる。
【００２９】
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。
【００３０】
本実施の形態では、二つの駆動ユニット３２Ａ、３２Ｂが被駆動板３０の移動方向（すなわち駆動方向）に並んで配設されている。したがって、駆動ユニット３２Ａ、３２Ｂは被駆動板３０の片側にまとめて配設されるので、レンズ装置全体を小型化することができる。
【００３１】
また、本実施の形態では、駆動方向に延設された被駆動板３０に対して、駆動方向の二カ所から駆動力が伝達される。したがって、被駆動板３０に駆動力が確実に伝達され、被駆動板３０をスムーズに移動させることができる。
【００３２】
さらに、本実施の形態によれば、被駆動板３０が駆動方向に延設されており、駆動部材３６Ａ、３６Ｂと被駆動板３０との摩擦係合面が圧電素子３４Ａ、３４Ｂに対して常に一定の位置関係に保たれる構造なので、前記摩擦係合面を常に圧電素子３４Ａ、３４Ｂの近傍に配置することができる。これにより、圧電素子３４Ａ、３４Ｂの振動を被駆動板３０に確実に伝達することができ、高周波の駆動パルスによる制御が可能になる。よって、低い電圧であっても被駆動板３０を高速で移動させることができる。
【００３３】
なお、圧電素子３４Ａ、３４Ｂ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３（Ａ）、図３（Ｂ）に示すように、圧電素子３４Ａ、３４Ｂ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３（Ａ）では、圧電素子３４Ａ、３４Ｂ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３（Ｂ）では、圧電素子３４Ａ、３４Ｂ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３４Ａ、３４Ｂが同じタイミングで急激に変形するようにしてもよい。
【００３４】
また、上述した実施の形態は、被駆動部材として矩形の板状に形成された被駆動板３０を用いたが、被駆動部材の形状はこれに限定されるものではなく、移動方向に長い形状であればよい。したがって、例えば、被駆動部材を円柱状に形成したり、三角柱状に形成したりしてもよい。
【００３５】
また、上述した実施の形態は、二つの駆動ユニット３２Ａ、３２Ｂを設けたが、駆動ユニットの数は二つに限定されるものではなく、三つ以上の駆動ユニットを設けるようにしてもよい。三つ以上の駆動ユニットを設ける場合にも、駆動ユニットを駆動方向に並べて配置することによって、省スペース化を図ることができるとともに、被駆動部材の移動を確実に行うことができる。
【００３６】
さらに、上述した実施の形態は、被駆動部材を光軸方向に駆動させる例で説明したが、被駆動部材の駆動方向はこれに限定するものではない。例えば図４に示すレンズ装置は、光軸と直交する方向に駆動させる例である。このレンズ装置は、移動レンズ５０を含むレンズ群を保持するレンズ枠５２と、移動レンズ５４を含むレンズ群を保持するレンズ枠５６を備える。各レンズ枠５２、５６は、光軸方向に配置された二本のガイド棒５８、６０によってスライド自在に支持される。また、各レンズ枠５２、５６には、カムピン６２、６４が設けられており、このカムピン６２、６４が、移動板６６に形成されたカム溝６８、７０に係合される。移動板６６は図４の上下方向にスライド自在に支持されており、この移動板６６に沿って二つの駆動ユニット３２Ａ、３２Ｂが上下に配設されている。各駆動ユニット３２Ａ、３２Ｂは、圧電素子３４Ａ、３４Ｂと駆動部材３６Ａ、３６Ｂを備え、圧電素子３４Ａ、３４Ｂはその変位方向が上下方向になるように取り付けられている。各圧電素子３４Ａ、３４Ｂの上面には不図示の押え板が設けられ、下面には駆動部材３６Ａ、３６Ｂが一体的に取り付けられる。上記の圧電素子３４Ａ、３４Ｂに上述した駆動パルスの電圧を印加すると、移動板６６が上下方向に駆動され、各レンズ枠２０が光軸方向に移動される。上記の如く構成されたレンズ装置の場合にも、二つの駆動ユニット３２Ａ、３２Ｂが移動板６６の駆動方向に並んで配置されているので、省スペース化を図ることができるとともに、移動板６６をスムーズに移動させることができる。
【００３７】
図５に示すレンズ装置では、レンズ枠５２、５６に形成されたカムピン６２、６４が、揺動板７２に形成されたカム溝７４、７６に係合される。揺動板７２には孔７８が形成されており、この孔７８に挿通された軸部材（不図示）を介して揺動板７２が揺動自在に支持される。そして、揺動板７２を揺動させることによって、レンズ枠５２、５６が光軸方向に移動するようになっている。駆動ユニット３２Ａ、３２Ｂは、揺動板７２の揺動方向（すなわち駆動方向）に並べて配置される。したがって、省スペース化を図ることができるとともに、揺動板７２をスムーズに移動させることができる。
【００３８】
図６に示すレンズ装置は、固定筒８０を有し、この固定筒８０の内部に、移動レンズ８２のレンズ枠８４が光軸方向にスライド自在に支持されている。固定筒８０の外部には、駆動筒８６が回動自在に支持されており、この駆動筒８６を回動操作することによって、レンズ枠８４が光軸方向に前後移動するように構成されている。駆動筒８６にはフランジ８８が形成されており、このフランジ８８に沿って、二つの駆動ユニット３２Ａ、３２Ｂが配置される。このように構成されたレンズ装置においても、駆動ユニット３２Ａ、３２Ｂを駆動筒８６の回転方向（すなわち駆動方向）に並べて配置したことによって、省スペース化を図ることができるとともに、駆動筒８６をスムーズに移動させることができる。
【００３９】
なお、本発明の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】
【００４０】
【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２】図１の圧電素子に印加される駆動パルスの波形図
【図３】図２と異なる駆動パルスの波形図
【図４】図１と異なるレンズ装置の主要構成を示す斜視図
【図５】図１と異なるレンズ装置の主要構成を示す斜視図
【図６】図１と異なるレンズ装置の主要構成を示す斜視図
【符号の説明】
【００４１】
２０…レンズ枠、３０…被駆動板、３２Ａ、３２Ｂ…駆動ユニット、３４Ａ、３４Ｂ…圧電素子、３６Ａ、３６Ｂ…駆動部材、３８Ａ、３８Ｂ…圧縮ばね
【図１】
2005354832.tif 000003
【図２】
2005354832.tif 000004
【図３】
2005354832.tif 000005
【図４】
2005354832.tif 000006
【図５】
2005354832.tif 000007
【図６】
2005354832.tif 000008