(57)【要約】【課題】大きな変位量を得ることが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】  第１の発明は、印加される電気信号に応じて変位する複数の圧電素子と、圧電素子の一端が固定されるベースと、圧電素子の他端に圧電素子の変位方向に略平行に固定された連接部と当接部とを具備した当接部材と、当接部と対向する位置に配置され、圧電素子の変位方向に対して傾斜した斜面を複数有する移動部材と、移動部材が移動自在となるように移動部材を支持するガイドと、を備えたアクチュエータであって、移動部材の位置に応じて、複数の圧電素子への電気信号の印加・遮断及び電気信号の大きさを制御することにより、当接部は移動部材の斜面と当接又は離間して、移動部材をガイドに沿って移動させる、ことを特徴とするアクチュエータである。【選択図】図１
2007060752.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
印加される電気信号に応じて変位する複数の圧電素子と、
前記圧電素子の一端が固定されるベースと、
前記圧電素子の他端に圧電素子の変位方向に略平行に固定された連接部と、当接部とを具備した当接部材と、
前記当接部と対向する位置に配置され、前記圧電素子の変位方向に対して傾斜した斜面を複数有する移動部材と、
前記移動部材が移動自在となるように前記移動部材を支持するガイドと、
を備えたアクチュエータであって、
前記移動部材の位置に応じて、前記複数の圧電素子への電気信号の印加・遮断及び電気信号の大きさを制御することにより、前記当接部は移動部材の斜面と当接又は離間して、前記移動部材を前記ガイドに沿って移動させる、ことを特徴とするアクチュエータ。
【請求項２】
前記移動部材には、移動部材を前進させるための前進用斜面と後退させるための後退用斜面とが移動方向に対して交互に設けられている、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、圧電素子を用いたアクチュエータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ビデオカメラ、デジタルカメラ、カメラ付き携帯電話機等の撮像装置におけるズーム用フォーカスレンズ移動機構として、その駆動手段として圧電素子を用いるものがある。この圧電素子は、応答速度は速いものの、変位量が小さいという課題があった。
【０００３】
従来技術として、例えば特許文献１には、以下の動作により変位量を大きくすることができる駆動装置が開示されている。
【０００４】
この駆動装置では、圧電素子にかけられている電圧が急激な立ち上がりをもって第１の電圧から第２の電圧（第１の電圧＜第２の電圧）へと変化すると、圧電素子は急激に伸びる。このとき、駆動棒も圧電素子の伸び量と同じ量だけレンズユニットに向けて（以下、前進方向という）移動するが、鏡筒は慣性のためほとんど動かない。次に第２の電圧から第１の電圧へとゆっくり変化するとき、圧電素子はゆっくり縮み、鏡筒と駆動棒との摩擦力や板バネと駆動棒との摩擦力により鏡筒はスタンドに向けて（以下、後退方向）に移動する。
【０００５】
鏡筒を前進方向に移動する場合は、圧電素子にかけられている電圧を、第１の電圧から第２の電圧へとゆっくり変化させ、次いで急激な立ち下がりをもって第２の電圧から第１の電圧へと変化させる。
【０００６】
上記動作を多数回繰り返すことにより大きな変位を得ている。しかし、１回の動作で得られる変位量は１μm以下であるため、フォーカスレンズの移動に必要なｍｍ単位の変位を得るには、かなりの回数にわたって上記動作を繰り返す必要があった。
【０００７】
又、特許文献２には、圧電素子の変位を機械的に拡大して取出す圧電アクチュエータが開示されている。
【０００８】
このアクチュエータでは、圧電素子の変位方向との直交面に対して０＜θ＜π／４なる角度θで傾斜する傾斜面を有する移動片が圧電素子の変位端に取付けられると共に、該移動片の傾斜面に一端が摺動自在で、かつ、前記傾斜面に向けて付勢可能に当接して設けられた出力部材が具備されている。
【０００９】
印加される電気信号に応じて圧電素子が変位すると移動片が平行移動するが、付勢手段によって当該移動片の傾斜面に当接された出力部材が楔効果により圧電素子の変位方向に直交して移動される。この際、圧電素子の変位方向に対する直交面と傾斜面とのなす角度がθであるから、圧電素子の変位量をΔｘとすれば、出力部材の移動量Δｙは、Δｙ＝Δｘ／tan θとなる。ここで、θは０＜θ＜π／４であるから、tan θは０＜tan θ＜１となり、従ってΔｙはΔｘ以上に拡大されることになる。
【００１０】
角度θは、実質的には、移動片の移動方向と、傾斜面との角度となる。別の見方をすると、角度「π／２−θ」が、圧電素子の変位方向と、傾斜面との角度となる。ここで、角度θが小さい時、角度「π／２−θ」が直角π／２に近づくが、例えば、圧電素子が伸長、即ち変位Δｘがプラスであった場合、傾斜面にほぼ垂直に移動片を押圧することに主に力が働き、移動方向にあまり力が作用されない。つまり、実用的には、あまり角度θが小さくできないことになる。
【００１１】
従って、ｔａｎθは、あまり小さくできず、傾斜面を用いて得られる変位量Δｙ＝Δｘ／ｔａｎθを、Δｘに比べてあまり大きくできないという問題がある。
【特許文献１】特開平７−２９８６５４号公報
【特許文献２】実開平６−４４１５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
そこで、本発明は、大きな変位量を得ることが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】
【００１３】
第１の発明は、印加される電気信号に応じて変位する複数の圧電素子と、圧電素子の一端が固定されるベースと、圧電素子の他端に圧電素子の変位方向に略平行に固定された連接部と当接部とを具備した当接部材と、当接部と対向する位置に配置され、圧電素子の変位方向に対して傾斜した斜面を複数有する移動部材と、移動部材が移動自在となるように移動部材を支持するガイドと、を備えたアクチュエータであって、移動部材の位置に応じて、複数の圧電素子への電気信号の印加・遮断及び電気信号の大きさを制御することにより、当接部は移動部材の斜面と当接又は離間して、移動部材をガイドに沿って移動させる、ことを特徴とするアクチュエータである。
【００１４】
移動部材には、移動部材を前進させるための前進用斜面と後退させるための後退用斜面とが移動方向に対して交互に設けられているのが好ましい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明のアクチュエータは大きな変位量を得ることができる。従って、例えば、本発明のアクチュエータをズーム用フォーカスレンズ移動機構に具備した場合、焦点距離の可変範囲を大きくすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態につき、図面に沿って具体的に説明する。
【実施例】
【００１７】
図１に本発明に係るアクチュエータ１の概略構成を示す。
３つの圧電素子2a、2b、2cはその一端がそれぞれベース６に固定されている。前記圧電素子2a、2b、2cはそれぞれ電圧給電線（図示せず）から電圧を印加され、独立して伸縮することができる。
【００１８】
前記圧電素子2a、2b、2cの他端にはそれぞれ当接部材3a、3b、3cが固定されており、当接部材3a、3b、3cは、それぞれ当接部3a1、3b1、3c1と連接部3a2、3b2、3c2とで構成されている。
【００１９】
当接部3a1、3b1、3c1と対向する位置には斜面を有する移動部材５が配置されている。又、移動部材５に対して当接部3a1、3b1、3c1と反対側にはガイド７が配設されている。移動部材５とガイド７の接触面は互いに平滑であり、移動部材５はガイド７に沿って摺動自在に移動することができる。
【００２０】
移動部材５は、当接部に対向する側に前進用斜面51a、51b、51cと後退用斜面52a、52b、52cを有し、ガイド７との接触面55に対して、前進用斜面51a、51b、51cは角度α、後退用斜面52a、52b、52cは角度βをなしている。
【００２１】
なお、移動部材５にはレンズユニット（図示せず）を配設することができ、移動部材５が移動することによりレンズユニットも移動することが可能であり、そのレンズユニットの使用態様によりフォーカス調整、焦点調整を行うことができる。
【００２２】
次に、図２及び図３を用いて、移動部材５の移動動作について説明する。なお、説明の簡略化のため、圧電素子2a、2b、2c、ベース６、及び連接部3a2、3b2、3c2は図示せず、圧電素子の伸縮動作は当接部3a1、3b1、3c1で代表させることとする。
【００２３】
図２（ａ）は、移動部材５の移動動作前の初期状態であり、当接部3a1、3b1、3c1と移動部材５の位置関係は図１と同じである。当接部3a1、3b1、3c1は、それぞれ移動部材５の前進用斜面51a、51b、51cと離間している。
【００２４】
次いで、図２（ｂ）に示すように、電圧を印加して第１の圧電素子2a（図示せず）が伸長することにより、第１の当接部3a1が第１の前進用斜面51aに当接する位置まで下降する。さらに第１の圧電素子2aが伸長すると、図２（ｃ）に示すように、第１の当接部3a1は第１の前進用斜面51aの下端部近傍まで下降する。この時、第１の前進用斜面51a及び第１の当接部3a1の表面は共に滑らかであるため、第１の当接部3a1が第１の前進用斜面51aを押圧する力により、移動部材５全体がガイド７に沿って矢印で示す前進方向に移動する。
【００２５】
上述したように、第１の圧電素子2aの伸長により移動部材５が移動する。１回の電圧印加による圧電素子の変位は通常わずか１μm以下であるため、移動部材５の移動距離は同程度以下というわずかな距離である。
【００２６】
次に、図３を用いて、第２の圧電素子の伸長による移動部材５の移動動作について説明する。
【００２７】
図２（ｃ）の状態から、第１の圧電素子2a（図示せず）への電圧印加を止めると第１の圧電素子2aは初期状態へと収縮し、第１の当接部3a1が第１の前進用斜面51aから離間した位置に戻る。この位置関係を図３（ａ）に示す。
【００２８】
次いで、図３（ｂ）に示すように、電圧を印加して第２の圧電素子2b（図示せず）が伸長することにより、第２の当接部3b1が第２の前進用斜面51bに当接する位置まで下降する。さらに第２の圧電素子2bが伸長すると、図３（ｃ）に示すように、第２の当接部3b1は第２の前進用斜面51bの下端部近傍まで下降する。この時、第２の前進用斜面51b及び第２の当接部3b1の表面は共に滑らかであるため、第２の当接部3b1が第２の前進用斜面51bを押圧する力により、移動部材５全体がガイド７に沿ってさらに矢印で示す前進方向に移動する。
【００２９】
次に、同様に電圧を印加して第３の圧電素子2c（図示せず）が伸長することにより、移動部材５全体がガイド７に沿ってさらに矢印で示す前進方向に移動する。
【００３０】
上述した第１乃至３の圧電素子2a、2b、2cへの電圧、即ち電気信号の印加・遮断を制御手段（図示せず）により周期的に繰り返すことによって、１回の圧電素子の伸長・収縮で得られるわずかな変位量を積算してより大きな変位量を得ることができる。又、前記制御手段により電気信号の大きさを制御することも可能なため、移動部材５を所定の位置に正確に移動させることができる。
【００３１】
なお、後退用斜面52a、52b、52cに当接部を押圧させることにより矢印と逆方向（後退方向）に移動部材５を移動させることもできる。
【００３２】
本発明は上述の実施例に限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲において適宜変更して実施することが可能である。
【００３３】
説明を簡単にするため、角度αをなす前進用斜面51を３つ、角度βをなす後退用斜面52を３つ有する移動部材５を例示として用いたが、それに限定されない。これら斜面51、52の数を多くすれば、当然移動部材５の移動量を大きくすることができるのは言うまでもない。又、角度αと角度βを同じ角度としても良い。
【００３４】
実施例では、圧電素子を３つ備えたアクチュエータを例示したが、それに限定されず、圧電素子の数は２つ以上であれば良い。
【００３５】
当接部材は、当接部と連接部を同一材料による単一部品としても良いし、当接部をより適した材料・形状とするために別部品とし、当該当接部を連接部に取り付けるような構成としても良い。
【００３６】
又、実施例の移動部材５には、移動部材５を前進させるための前進用斜面51と後退させるための後退用斜面52とが移動方向に対して交互に設けられていたが、それに限定されない。例えば、移動部材５の移動範囲が狭くなってしまうものの、図４のように前進用斜面51と後退用斜面52とを前進用ブロック51BLと後退用ブロック52BLとにまとめて配置しても良い。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の実施例に係るアクチュエータを示す平面図である。
【図２】本発明の実施例に係るアクチュエータの第１の動作状態を示す平面図である。
【図３】本発明の実施例に係るアクチュエータの第２の動作状態を示す平面図である。
【図４】本発明に係る移動部材の他の実施例を示す平面図である。
【符号の説明】
【００３８】
１  アクチュエータ
２ａ、２ｂ、２ｃ  圧電素子
３ａ、３ｂ、３ｃ  当接部材
３ａ１、３ｂ１、３ｃ１  当接部
３ａ２、３ｂ２、３ｃ２  連接部
５  移動部材
５１ａ、５１ｂ、５１ｃ  前進用斜面
５２ａ、５２ｂ、５２ｃ  後退用斜面
５５  接触面
６  ベース
７  ガイド
【図１】
2007060752.tif 000003
【図２】
2007060752.tif 000004
【図３】
2007060752.tif 000005
【図４】
2007060752.tif 000006