(57)【要約】【課題】電気機械変換素子と駆動摩擦部材を連結部材を介して連結することによって、形状の自由度が向上するアクチュエータを提供する。【解決手段】アクチュエータ１０は、圧電素子１６と、圧電素子１６の伸縮方向の端面１６Ａに固着された連結部材２０と、連結部材２０に取りつけられた駆動軸１８と、駆動軸１８に摩擦係合された連結駒２２を備える。圧電素子１６と駆動軸１８は平行に配置され、連結部材１４は、圧電素子１６と駆動軸１８の間に設けられた作用点を中心として揺動自在に支持される。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気機械変換素子と、
該電気機械変換素子の伸縮方向の一方側に固着された連結部材と、
該連結部材に固着されるとともに、前記電気機械変換素子の伸縮方向に平行に配置された棒状の駆動摩擦部材と、
該駆動摩擦部材に摩擦係合された被駆動部材と、
を備えたことを特徴とするアクチュエータ。
【請求項２】
前記連結部材は、本体に揺動自在に支持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】
前記電気機械変換素子の伸縮方向の他方側には、錘部材が取りつけられた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。
【請求項４】
前記被駆動部材には、ズームレンズの保持枠が取り付けられることを特徴とする請求項１〜３のいずれか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、圧電素子の一方側に駆動軸が固着され、圧電素子の他方側が装置本体に固定される。駆動軸には鏡筒がスライド自在に支持されており、鏡筒は板ばねの付勢力を利用して駆動軸に摩擦係合される。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、駆動軸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のアクチュエータは、駆動方向に長い圧電素子と駆動棒が駆動方向に直列に配置されるため、アクチュエータ全体が長くなり、アクチュエータの収容スペースの確保が難しいという問題があった。特にズームレンズを駆動させるアクチュエータの場合は、駆動範囲が大きいために駆動棒を長くする必要があり、アクチュエータの長さが長くなるという問題があった。このように従来のアクチュエータは形状の自由度がなく、アクチュエータを搭載した機器の小型化が困難であるという問題があった。
【０００４】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、形状の自由度が向上す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、電気機械変換素子と、該電気機械変換素子の伸縮方向の一方側に固着された連結部材と、該連結部材に固着されるとともに、前記電気機械変換素子の伸縮方向に平行に配置された棒状の駆動摩擦部材と、該駆動摩擦部材に摩擦係合された被駆動部材と、を備えたことを特徴とする。
【０００６】
請求項１の発明によれば、電気機械変換素子と駆動摩擦部材が連結部材を介して連結されるので、電気機械変換素子と駆動摩擦部材とを直線上に配置する必要がなくなり、形状の自由度が大きくなる。したがって、請求項１の発明によれば、駆動方向に小さいスペースであっても、アクチュエータを配設することができる。さらに、請求項１の発明によれば、棒状の駆動摩擦部材と電気機械変換素子が平行に配設されるので、電気機械変換素子の振動を効率よく駆動摩擦部材に伝達することができる。
【０００７】
請求項２に記載の発明は請求項１の発明において、前記連結部材は、本体に揺動自在に支持されることを特徴とする。したがって、請求項２の発明によれば、電気機械変換素子を伸縮させることによって、連結部材が揺動し、電気機械変換素子の振動が駆動摩擦部材に伝達される。
【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、前記電気機械変換素子の伸縮方向の他方側には、錘部材が取りつけられたことを特徴とする。本発明は、小型化しにくい錘部材を取りつけるアクチュエータにおいて特に有効である。
【０００９】
請求項４に記載の発明は請求項１〜３のいずれか１の発明において、前記被駆動部材には、ズームレンズの保持枠が取り付けられることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係るアクチュエータによれば、電気機械変換素子と駆動摩擦部材が連結部材を介して連結されるので、電気機械変換素子と駆動摩擦部材とを直線上に配置する必要がなくなって形状の自由度が増し、駆動方向に小さいスペースであってもアクチュエータを配設することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
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の形態について詳述する。
【００１２】
図１は本発明に係るアクチュエータ１０を示す斜視図である。同図に示すアクチュエータ１０は、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等の移動レンズ１２を矢印Ａ方向に移動させるための駆動装置として用いられる。
【００１３】
アクチュエータ１０は主として、本体１４、圧電素子（電気機械変換素子に相当）１６、駆動軸（駆動摩擦部材に相当）１８、連結部材２０、連結駒（被駆動部材に相当）２２、及び、取付金具２４によって構成されており、本体１４は、小型精密機器の本体（不図示）に固定される。
【００１４】
圧電素子１６は、移動レンズ１２の光軸方向に積層されて形成されており、電圧を印加することによって駆動方向に変形（伸縮）するように構成される。したがって、圧電素子１６は、電圧を印加することによって、長手方向の端面１６Ａ、１６Ｂが駆動方向に変位する。
【００１５】
圧電素子１６の端面１６Ａ、１６Ｂのうち、一方側の端面１６Ａには連結部材２０が固着されている。連結部材２０は、略矩形の板状に形成されており、その中央付近が本体１４によって揺動自在に支持されている。すなわち、連結部材２０は、本体１４に支持された点を支点として揺動自在に支持されている。圧電素子１６の端面１６Ａは、その支点から離れた連結部材２０の端部に固着されている。よって、圧電素子１６が伸縮することによって、連結部材２０を揺動させることができる。なお、連結部材２０と本体１４との係合部分の構成は特に限定するものではないが、例えば連結部材２０にＶ状の溝２０Ａ、２０Ａを形成し、この溝２０Ａ、２０Ａに係合する楔状の突起１４Ａ、１４Ａを本体１４に形成するとよい。
【００１６】
連結部材２０には、前記支点を挟んで圧電素子１６の反対側の端部に駆動軸１８の基端が固着される。駆動軸１８は、円柱状に形成されており、その中心軸が圧電素子１６の長手方向（伸縮方向）と平行になるように配置される。駆動軸１８の先端部は、本体１４に形成された孔１４Ｂに挿通されてガイドされており、軸方向にスライド自在に支持される。駆動軸１８の材質は、黒鉛結晶を強固に複合させた黒鉛結晶複合体、例えばカーボングラファイトが用いられる。
【００１７】
駆動軸１８には、連結駒２２が係合されており、連結駒２２は移動レンズ１２の保持枠１３に連結されている。連結駒２２は略矩形状に形成されており、その四つの各コーナー部には上方に突出した突出部２２Ａ、２２Ａ…を備える。
【００１８】
図２は連結駒２２と駆動軸１８との連結部分の断面図である。同図に示すように、連結駒２２と駆動軸１８との連結部分には、第１摺動部材２６と第２摺動部材２８が設けられている。第１摺動部材２６は、駆動軸１８の上側に配置され、第２摺動部材２８は駆動軸１８の下側に配置される。この第１摺動部材２６及び第２摺動部材２８は、連結駒２２と駆動軸１８との摩擦力を安定して得るために設けられる部材であり、例えばステンレスによって構成される。
【００１９】
第２摺動部材２８はＶ状に形成されており、連結駒２２に固定される。一方、第１摺動部材２６は逆Ｖ状に形成され、連結駒２２の四つの突出部２２Ａ、２２Ａ…に囲まれた領域内に配置される。第１摺動部材２６は、連結駒２２の突出部２２Ａ、２２Ａ…に合わせて各コーナー部が切り欠かれる。これにより、第１摺動部材２６を突出部２２Ａ、２２Ａ…で囲まれた領域内に配置した際に、第１摺動部材２６が連結駒２２から脱落することが防止される。
【００２０】
連結駒２２には押えばね３０が取り付けられる。押えばね３０は、金属板を屈曲させることによって構成されており、爪３０Ａを連結駒２２の下部に引っかけることによって連結駒２２に取りつけられる。また、押えばね３０は、第１摺動部材２６の上側に配置された押圧部３０Ｂを有し、その押圧部３０Ｂで第１摺動部材２６を下方に付勢するように構成される。これにより、駆動軸１８は、第１摺動部材２６と第２摺動部材２８で挟圧された状態になり、連結駒２２が第１摺動部材２６及び第２摺動部材２８を介して駆動軸１８に摩擦係合される。なお、連結駒２２と駆動軸１８との摩擦力は、圧電素子１６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、且つ、圧電素子１６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。その際、摩擦力（摺動抵抗）は１０ｇｆ以上３０ｇｆ以下が好ましく、１５ｇｆ以上２５ｇｆ以下がより好ましい。
【００２１】
図１に示すように圧電素子１６の他方側の端面１６Ｂには軟性材料から成る錘部材３２が接着されて固定される。錘部材３２は、端面１６Ｂに負荷を与えることによって、端面１６Ｂが端面１６Ａよりも大きく変位することを防止する。したがって、錘部材３２としては、駆動軸１８よりも重量が大きいものが好ましい。また、錘部材３２は圧電素子１６及び駆動軸１８よりもヤング率の小さい材料が用いられ、例えば３００ＭＰａ以下の材質によって構成される。例えば、錘部材３２はウレタンゴムやウレタン樹脂等から成り、このゴムや樹脂に、比重を高くするためのタングステン等の金属粉末を混合して製造される。錘部材３２の比重は、小型化のためにできるだけ高いことが好ましく、例えば８〜１２程度に設定される。
【００２２】
錘部材３２は、圧電素子１６の反対側の面が、取付金具２４に接着されている。取付金具２４は、薄い金属板を屈曲させることによってコ状に形成されており、その両端の屈曲部分が本体１４に取り付けられる。これにより、圧電素子１６は錘部材３２、取付金具２４を介して本体１４に支持される。
【００２３】
上記の如く支持された圧電素子１６は、端面１６Ｂが駆動方向に変位可能に支持される。すなわち、軟性の錘部材３２が膨張、収縮することによって、圧電素子１６の端面１６Ｂが駆動方向に変位することができる。
【００２４】
上述した圧電素子１６には、図３（Ａ）、図３（Ｂ）に示す駆動パルスの電圧が印加される。図３（Ａ）は、図１の連結駒２２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１の連結駒２２を右方向に移動させる際の駆動パルスである。
【００２５】
図３（Ａ）の場合、圧電素子１６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。したがって、時刻α１から時刻α２では、圧電素子１６が緩やかに伸長する。そして、圧電素子１６の端面１６Ａに固着された連結部材２０が揺動し、図１の駆動軸１８が左方向に変位する。その際、駆動軸１８が緩やかな速度で移動するので、連結駒２２は駆動軸１８とともに移動する。これにより、図１の連結駒２２を、左方向に移動させることができる。一方、時刻α３では、圧電素子１６が急激に縮まり、連結部材２０が揺動して駆動軸１８が右方向に移動する。その際、駆動軸１８が急激に移動するので、連結駒２２は慣性によってその位置に停止したまま、駆動軸１８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１の連結駒２２は、左方向への移動と停止を繰り返すので、左方向に移動させることができる。
【００２６】
図３（Ｂ）の場合、圧電素子１６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１６が緩やかに縮まる。そして、圧電素子１６の端面１６Ａに固着された連結部材２０が揺動し、図１の駆動軸１８が右方向に変位する。その際、駆動軸１８が緩やかに変位するので、連結駒２２は駆動軸１８とともに移動する。これにより、図１の連結駒４６を、右方向に移動させることができる。一方、時刻β３では、圧電素子１６が急激に伸長し、連結部材２０が揺動して駆動軸１８が左方向に移動する。その際、駆動軸１８が急激に移動するので、連結駒２２は慣性によってその位置に停止したまま、駆動軸１８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１の連結駒２２は右方向への移動と停止を繰り返すので、右方向に移動させることができる。
【００２７】
次に上記の如く構成されたアクチュエータ１０の作用について説明する。
【００２８】
図４は比較例のアクチュエータを示す斜視図である。同図に示す比較例のアクチュエータは、圧電素子１６と駆動軸１８が直列に接続されている。すなわち、圧電素子１６の端面１６Ａに駆動軸１８が直接、固着されており、圧電素子１６の長手方向と駆動軸１８の軸方向が一致するように配置されている。このように圧電素子１６と駆動軸１８が直列に配置されたアクチュエータは、駆動方向には短くすることができず、全体が細長くなる。したがって、アクチュエータを搭載する機器には、細長い特別な設置スペースが必要になり、その機器を小型化することが困難になる。特にズームレンズを駆動する場合には、フォーカスレンズを駆動する場合に比べて駆動範囲が大きいため、駆動軸１８を長くする必要があり、アクチュエータが駆動方向にさらに長くなって、搭載機器の小型化が困難になるという問題が発生する。
【００２９】
これに対して本実施の形態のアクチュエータ１０は、圧電素子１６と駆動軸１８が並列に配置されており、アクチュエータ１０を駆動方向に短くすることができる。すなわち、アクチュエータ１０の駆動方向の長さは、駆動軸１８と略同じ長さがあればよく、図４の場合と比べて圧電素子１６の長さ分だけ短くすることができる。よって、アクチュエータ１０を搭載する機器には、細長い特別な設置スペースが不要になるので、搭載機器の小型化を図ることができる。
【００３０】
なお、上述した実施形態は、圧電素子１６の端面１６Ａと取付金具２４との間に小型の錘部材３２を設けたが、錘の形状や配置は、これに限定するものではなく、例えば図１に二点鎖線で示すように、取付金具２４の外側に大きな錘部材３４を取りつけてもよい。この場合にも、アクチュエータ１０が駆動方向に長くなることを防止することができる。すなわち、図４の比較例の場合、二点鎖線で示す錘部材３４を取付金具２４の外側に取りつけると、その錘部材３４の分だけアクチュエータが駆動方向に大きくなるという問題が発生するが、図１に示した本実施の形態では、錘部材３４が駆動軸１８の延長上に配置されないので、アクチュエータが駆動方向に長くなることがない。
【００３１】
また、上述した実施形態は、圧電素子１６と駆動軸１８を連結部材２０の同じ面に固着したが、これに限定するものではなく、反対側の面に固着するようにしてもよい。さらに圧電素子１６と駆動軸１８の配置は平行に限定するものではない。
【００３２】
また、上述した実施形態は、連結部材２０の溝２０Ａ、２０Ａに本体１４の突起１４Ａ、１４Ａを係合させることによって、連結部材２０を本体１４に対して揺動自在に支持したが、これに限定するものではなく、ピン等によって枢設してもよい。さらに、揺動支点（作用点）の位置を連結部材２０の長手方向に変更できるように構成してもよい。この場合には、揺動支点から圧電素子１６（の中心）までの距離と、揺動支点から駆動軸１８（の中心）までの距離との比が変わるので、圧電素子１６の振動を増幅或いは減衰して駆動軸１８に伝達することができる。
【００３３】
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。
【００３４】
また、上述した実施形態では特に、ズームレンズを駆動するアクチュエータとして説明したが、これに限定するものではなく、フォーカスレンズを駆動するアクチュエータに本発明を適用してもよい。この場合にも、レンズの移動方向に薄型化を図ることができる。さらに、本発明に係るアクチュエータの用途としてはフォーカスレンズやズームレンズ等の移動レンズを移動する用途に限定されず、ＣＣＤを移動する用途等に用いてもよい。
【００３５】
なお、本発明において錘部材３２の材質は、上述した軟性材料に限定されるものではなく、硬性材料のものを用いてもよいが、軟性材料のものを用いることが下記の点で好ましい。すなわち、軟性材料から成る錘部材３２を用いると、圧電素子１６、駆動軸１８、連結部材２０、及び、錘部材３２から成る系の共振周波数が低くなる。共振周波数が低くなることで、圧電素子１６、駆動軸１８、連結部材２０、及び、錘部材３２の構成のバラツキによる影響が少なくなり、安定した駆動力を得ることができる。また、共振周波数ｆ0 が低くなることで、駆動周波数ｆは、ｆ≧２1/2 ・ｆ0 、となる防振領域に設定しやすくなり、共振の影響が少なくなって安定した駆動力を得ることができる。これにより、圧電素子１６の伸縮による駆動力が、被駆動部材に確実に伝達されるので、被駆動部材を圧電素子１６の伸縮方向に正確に移動させることができる。さらに、共振周波数ｆ0 が小さくなって共振による影響が少なくなるので、アクチュエータの支持位置や支持方法を任意に選択することができ、例えば圧電素子１６の側面、駆動軸１８の側面や端面でアクチュエータを支持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明に係るアクチュエータを示す斜視図
【図２】駆動軸と連結駒の連結部分を示す断面図
【図３】圧電素子に印加される電圧の駆動パルスの例を示す図
【図４】比較例のアクチュエータの構成を示す斜視図
【符号の説明】
【００３７】
１０…アクチュエータ、１２…移動レンズ、１３…保持枠、１４…本体、１６…圧電素子、１８…駆動軸、２０…連結部材、２２…連結駒、２４…取付金具、２６…第１摺動部材、２８…第２摺動部材、３０…押えばね、３２…錘部材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2007049880.tif 000006