(57)【要約】【課題】薄型化を可能にした駆動装置を提供する。【解決手段】  駆動装置２は、電圧印加により伸縮する圧電素子６と、伸縮方向における圧電素子６の一端に固定された駆動軸７と、駆動軸７に摩擦係合された摩擦部８と、レンズの光軸Ｌ方向に沿って移動されるレンズホルダ９と、レンズホルダ９を光軸Ｌ方向に沿って前後方向に往復移動させる方向変換手段Ａとを備える。方向変換手段Ａは、原動部１９と従動部１５とからなる直動カム機構であって、伸縮方向に沿った直線運動を光軸Ｌ方向に沿った直線運動に変更する。【選択図】  図２
2009136050.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電圧印加により伸縮する電気機械変換素子と、
伸縮方向における前記電気変換素子の一端に固定された棒状の非変形部と、
前記非変形部に摩擦係合され、前記電気機械変換素子の伸縮によって前記非変形部を前記伸縮方向に沿って直線的に移動させるための摩擦部と、
前記伸縮方向に沿った直線運動を前記伸縮方向に直交する方向に沿った直線運動に変換する方向変換手段と、
前記方向変換手段によって前記伸縮方向に直交する方向に沿って移動される被駆動部とを備えることを特徴とする駆動装置。
【請求項２】
前記方向変換手段は、直動カム機構であって、前記伸縮方向における前記電気機械変換素子の他端に固定される原動部と、前記被駆動部の外壁に設けられる従動部とを有することを特徴とする請求項１に記載の駆動装置。
【請求項３】
前記原動部は、前記伸縮方向に対して傾斜するカム面を有し、前記従動部は、前記被駆動部の前記外壁から外方に張り出して、前記カム面と線接触していることを特徴とする請求項２に記載の駆動装置。
【請求項４】
前記従動部は、前記被駆動部の前記外壁から外方に張り出すと共に、前記伸縮方向に対して傾斜するカム面を有し、前記原動部は、前記カム面と線接触していることを特徴とする請求項２に記載の駆動装置。
【請求項５】
前記従動部を前記原動部に押圧するバネ部材を更に備えることを特徴とする請求項２〜４のいずれか一項に記載の駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気機械変換素子を駆動源として用いた駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、このような分野の技術として、特開平７−２７４５４４号公報がある。この公報に記載された駆動装置は、伸縮方向における圧電素子の一端に固定された駆動軸（非変形部）と、圧接バネ（摩擦部）及び摩擦板（摩擦部）によってこの駆動軸に摩擦係合されたレンズ鏡筒（被駆動部）とを備えている。そして、圧電素子にパルス状の電圧を印加すると、圧電素子が伸縮し駆動軸が変位することで、駆動軸に摩擦係合されたレンズ鏡筒を移動させる。
【特許文献１】特開平７−２７４５４４号公報
【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、前述した従来の駆動装置では、圧電素子の伸縮方向とレンズの光軸方向とが一致しているので、光軸方向において、圧電素子、駆動軸及びこれらを支持する支持板が並設されている。このため、光軸方向における装置の長さが大きくなり、駆動装置の薄型化を図ることは難しかった。
【０００４】
本発明は、薄型化を可能にした駆動装置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】
本発明に係る駆動装置は、電圧印加により伸縮する電気機械変換素子と、伸縮方向における電気変換素子の一端に固定された棒状の非変形部と、非変形部に摩擦係合され、電気機械変換素子の伸縮によって非変形部を伸縮方向に沿って直線的に移動させるための摩擦部と、伸縮方向に沿った直線運動を伸縮方向に直交する方向に沿った直線運動に変換する方向変換手段と、方向変換手段によって伸縮方向に直交する方向に沿って移動される被駆動部とを備えることを特徴とする。
【０００６】
本発明に係る駆動装置では、方向変換手段を利用して、電気機械変換素子の伸縮方向に沿った直線運動を伸縮方向に対して直交する方向に沿った直線運動に変換し、被駆動部をこの伸縮方向に直交する方向に沿って移動させるので、被駆動部の移動方向と電気機械変換素子の伸縮方向とは直交することになる。このため、移動方向において、電気機械変換素子及び非変形部の長さによる装置の長さへの影響がなく、被駆動部の移動方向における装置の長さを小さくすることができ、駆動装置の薄型化を図ることが可能となる。
【０００７】
本発明に係る駆動装置において、方向変換手段は、直動カム機構であって、伸縮方向における電気機械変換素子の他端に固定される原動部と、被駆動部の外壁に設けられる従動部とを有することが好適である。
この場合にあっては、被駆動部をその移動方向に沿ってスムーズに移動させることが可能となるので、被駆動部の直進安定性を確保することができる。
【０００８】
本発明に係る駆動装置において、原動部は、伸縮方向に対して傾斜するカム面を有し、従動部は、被駆動部の外壁から外方に張り出し、カム面と線接触していることが好適である。
この場合にあっては、従動部を原動部のカム面に沿って摺動させることで、従動部が固定された被駆動部をその移動方向に沿って往復移動させることができる。また、この従動部が原動部のカム面と線接触しているので、両者の間の接触摩擦力を適宜に確保できると共に、従動部をスムーズに摺動させることができる。
【０００９】
本発明に係る駆動装置において、従動部は、被駆動部の外壁から外方に張り出すと共に、伸縮方向に対して傾斜するカム面を有し、原動部は、カム面と線接触していることが好適である。
この場合にあっては、原動部を従動部のカム面に沿って摺動させることで、従動部が固定された被駆動部をその移動方向に沿って往復移動させることができる。また、原動部が従動部のカム面と線接触しているので、両者の間の接触摩擦力を適宜に確保できると共に、原動部をスムーズに摺動させることができる。
【００１０】
本発明に係る駆動装置において、従動部を原動部に押圧するバネ部材を更に備えることが好適である。
この場合にあっては、従動部をバネ部材によって原動部に押圧されるので、安定した摺動を得られると共に、装置の耐振性及び耐衝撃性を向上させることができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、薄型化を可能にした駆動装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図面を参照しつつ本発明に係る駆動装置の好適な実施形態について詳細に説明する。
【００１３】
［第１実施形態］
図１及び図２に示すように、デジタルカメラなどに用いられた光学装置１は、被写体の光学像を形成するためのレンズ（図示せず）を駆動する駆動装置２と、蓋部３との協働で駆動装置２を収容する樹脂製のケース４と、被写体の光学像をデジタル画像データに変換するための撮像素子（ＣＣＤ又はＣＭＯＳ）５とから主として構成されている。
【００１４】
駆動装置２は、電圧印加により伸縮する圧電素子（電気機械変換素子）６と、伸縮方向における圧電素子６の一端に固定された駆動軸（非変形部）７と、駆動軸７に摩擦係合された摩擦部８と、レンズを保持するレンズホルダ（被駆動部）９とを備える。このレンズホルダ９は、方向変換手段Ａによって、伸縮方向に直交する方向であるレンズの光軸Ｌ方向に沿って前後方向に往復移動する。方向変換手段Ａは、原動部１９と従動部１５とからなる直動カム機構であって、伸縮方向に沿った直線運動を光軸Ｌ方向（すなわちレンズホルダ９の移動方向）に沿った直線運動に変更する。
【００１５】
図３に示すように、ケース４は、上面が開放された箱状を呈し、矩形の平板状に形成された底部４ａと、底部４ａの周縁に沿って立設されると共に、底部４ａと一体的に形成された側壁４ｂとを有する。底部４ａの中央には、光軸Ｌを中心とした円形の入光窓４ｃが設けられ、底部４ａの内面には、摩擦部８を固定するための摩擦固定部４ｄと、原動部１９を案内する案内部４ｅとが設置されている。
【００１６】
また、側壁４ｂの内側には、底部４ａから光軸Ｌ方向に突出する円柱状の回り止めピン４ｆが設けられている。更に、側壁４ｂの先端面には、位置決めピン４ｇ，４ｈが形成され、各位置決めピン４ｇ，４ｈは、蓋部３に設けられたピン孔３ａと、Ｕ字状の溝部３ｂ（図２参照）内に挿入される。これによって、ケース４に蓋部３を載せる時に、両者の位置合わせが容易になる。
【００１７】
図４に示すように、レンズホルダ９は、レンズを保持する円筒部９ａを有する。円筒部９ａの外周壁には、ガイド軸１０と係合するスライダ部１１が設置されている。このスライダ部１１は、円筒部９ａの外周壁から径方向に突出し、ガイド軸１０が挿通する貫通孔１１ａ，１１ｂを有する。そして、スライダ部１１の貫通孔１１ａ，１１ｂにガイド軸１０が挿通されることにより、レンズホルダ９はガイド軸１０によってガイドされる。ガイド軸１０は、蓋部３とケース４との間に立設され、光軸Ｌ方向に延在して、その一端はケース４の底部４ａに設けられた挿入穴（図示せず）に挿入され、他端は蓋部３の挿入孔３ｃ（図２参照）に挿入される。
【００１８】
スライダ部１１から所定の位相角をもって、円筒部９ａには係合部１２が設けられ、この係合部１２は、ケース４内に設けられている回り止めピン４ｆと係合する。係合部１２は、円筒部９ａの外周壁から径方向に突出し、その先端には、回り止めピン４ｆを挿入するためのＵ字状の溝部１２ａが形成されている。そして、回り止めピン４ｆは、溝部１２ａに挿入され、レンズホルダ９の回転を規制する。これによって、レンズホルダ９を光軸Ｌ方向に沿ってスムーズに移動させることができる。
【００１９】
また、円筒部９ａの外周壁において、係合部１２の設置位置と反対側には、コイルスプリング（バネ部材）１３を支持するための台座部１４が設けられている。この台座部１４は、円筒部９ａの外周壁から径方向に突出すると共に平板状に形成されたベース１４ａと、ベース１４ａの中央に立設されて光軸Ｌ方向に延在する円柱状のピン１４ｂとからなる。
【００２０】
コイルスプリング１３は、その内径がピン１４ｂよりも大きく、且つベース１４ａの幅よりも小さく形成されている。このため、台座部１４にセットされると、このコイルスプリング１３はベース１４ａに当接し、そして、コイルスプリング１３の内部にはピン１４ｂが挿入される。コイルスプリング１３は、ベース１４ａと蓋部３との間に配置され挟まれることにより、従動部１５のボス１５ａを原動部１９のカム面１９ａに押圧する。
【００２１】
また、円筒部９ａの外周壁であって係合部１２と台座部１４との間には、方向変換手段Ａの従動部１５が設けられている。この従動部１５は、外周壁から径方向に張り出し、その先端部には、円柱状のボス１５ａが形成されている。
【００２２】
圧電素子６としては、極めて微小な位置決めが可能なピエゾアクチュエータが挙げられ、図５〜図７に示すように、伸縮方向において、圧電素子６の一端は接着剤により駆動軸７に固定され、他端は接着剤によって方向変換手段Ａの原動部１９に固定されている。駆動軸７は、炭素系焼結体により円柱状に形成され、伸縮方向に延在している。
【００２３】
摩擦部８は、伸縮方向に延在する駆動軸７に対し両側から挟むように設置された受け部１６と板バネ１７とからなり、駆動軸７に摩擦係合され、圧電素子６の伸縮によって駆動軸７を伸縮方向に沿って直線的に移動させる。受け部１６は、駆動軸７を収容する溝１６ａを有する。溝１６ａの下部は、溝の底に向かって幅が漸次狭まり、Ｖ字状の内壁面１６ｂ，１６ｃによって形成されている。板バネ１７は、溝１６ａの内部に収容される駆動軸７を溝１６ａの内部に封じるように受け部１６に当接し、ネジ１８によって受け部１６に取り付けられている。
【００２４】
受け部１６の内壁面１６ｂ，１６ｃと板バネ１７の内面１７ａとで、駆動軸７を挟み込み、内壁面１６ｂ，１６ｃと内面１７ａと駆動軸７の外周面とは、線接触されている（図７参照）。原動部１９は、ブロック状を呈し、その上面が伸縮方向に対して傾斜し、平面状のカム面１９ａを形成している。そして、このカム面１９ａに沿って従動部１５のボス１５ａを摺動させることで、圧電素子６の伸縮方向に沿った直線運動を光軸Ｌ方向に沿った直線運動に変換する。
【００２５】
以下、図８〜図１０を参照して駆動装置２の動作について説明する。圧電素子６に昇圧速度が遅く降圧速度が速いパルス電圧を印加すると、圧電素子６は緩やかに伸長して素早く収縮する。この時、圧電素子６に固定された駆動軸７には、伸縮方向（図８中の矢印Ｆ１の方向）に沿ってボス１５ａに接近する側へゆっくり移動し、ボス１５ａから離間する側へ速く移動する力が付与される。駆動軸７は、摩擦部８に摩擦係合されるので、ボス１５ａに接近する側へゆっくり移動する力が付与された場合、摩擦部８との間の摩擦力によってボス１５ａに接近する側へ移動し、ボス１５ａから離間する側へ速く移動する力が付与された場合、慣性力によって移動しない。
【００２６】
このように昇圧速度が遅く降圧速度が速いパルス電圧の印加を繰り返すと、駆動軸７は、伸縮方向に沿ってボス１５ａに接近する側へ直線的に移動することとなり、その先端に固定されている圧電素子６を介して原動部１９に押し付ける力を作用する。この時、原動部１９と従動部１５とからなる方向変換手段Ａによって、伸縮方向に沿った直線運動が光軸Ｌ方向（図８中の矢印Ｆ２の方向）に沿った直線運動に変換されるので、レンズホルダ９が光軸Ｌ方向に沿って直線的に移動する。すなわち、従動部１５のボス１５ａは、駆動軸７からの押し付ける力を受け、カム面１９ａに沿って摺動し上昇する。これに伴い、従動部１５が固定されたレンズホルダ９は、コイルスプリング１３の押圧力に抗して光軸Ｌ方向に沿って前方に移動する。
【００２７】
一方、昇圧速度が速く降圧速度が遅いパルス電圧を印加すると、圧電素子６は素早く伸長して緩やかに収縮する。この時、圧電素子６に固定された駆動軸７には、伸縮方向に沿ってボス１５ａに接近する側へ速く移動し、ボス１５ａから離間する側へゆっくり移動する力が付与される。駆動軸７は、摩擦部８に摩擦係合されるので、ボス１５ａに接近する側へ速く移動する力が付与された場合、慣性力によって移動せず、ボス１５ａから離間する側へゆっくり移動する力が付与された場合、摩擦部８との間の摩擦力によってボス１５ａから離間する側へ移動する。
【００２８】
このように昇圧速度が速く降圧速度が遅い電圧印加を繰り返すと、駆動軸７は、伸縮方向に沿ってボス１５ａから離間する側へ直線的に移動することとなり、その先端に固定された圧電素子８を介して原動部１９にボス１５ａから離間する側へ引張る力を作用する。この時、原動部１９と従動部１５とからなる方向変換手段Ａによって、伸縮方向に沿った直線運動が光軸Ｌ方向に沿った直線運動に変換されるので、レンズホルダ９が光軸Ｌ方向に沿って直線的に移動する。すなわち、従動部１５のボス１５ａは、原動部１９のカム面１９ａに沿って摺動し降下し、これに伴い、従動部１５が固定されたレンズホルダ９は、光軸Ｌの方向に沿って後方に移動する。
【００２９】
このように構成された駆動装置２にあっては、従動部１５のボス１５ａを原動部１９のカム面１９ａに沿って摺動させることにより、伸縮方向に沿った直線運動を光軸Ｌ方向に沿った直線運動に変換し、レンズホルダ９を光軸Ｌ方向に沿って移動させるので、レンズホルダ９の移動方向である光軸Ｌ方向と、圧電素子６の伸縮方向とは、直交することになる。このため、光軸Ｌ方向において、圧電素子６及び駆動軸７の長さが装置の長さに影響しないので、光軸Ｌ方向における装置の長さを小さくすることができ、駆動装置２の薄型化を図ることが可能となる。また、光軸Ｌ方向と圧電素子６の伸縮方向とが直交することによって、伸縮方向における振動や衝撃によるレンズホルダ９への影響を軽減することができ、レンズホルダ９の耐振性及び耐衝撃性を向上させることができる。
【００３０】
更に、従動部１５と原動部１９からなる方向変換手段Ａは、直動カム機構であって、しかも、従動部１５のボス１５ａが円柱状に形成されるので、ボス１５ａがカム面１９ａと線接触する。このため、ボス１５ａとカム面１９ａとの間の接触摩擦力を適宜に確保できると共に、従動部１５のボス１５ａを原動部１９のカム面１９ａに沿ってスムーズに摺動させることができる。その結果、レンズホルダ９が光軸Ｌ方向に沿ってスムーズに往復移動することができ、レンズホルダ９の直進安定性を確保することができる。また、コイルスプリング１３を用いてボス１５ａをカム面１９ａに押圧することで、両者間の摺動を安定させ、駆動装置２の耐振性及び耐衝撃性を向上させることができる。
【００３１】
［第２実施形態］
図１１に示すように、第２実施形態に係る駆動装置２０と第１実施形態の駆動装置２との相違点は、原動部２１のカム面２１ａが圧電素子６の上方まで延在することである。すなわち、原動部２１における圧電素子６に固定される領域２１ｂよりも上方の部分が、圧電素子６側に張り出して、原動部２１の上面であるカム面２１ａは、伸縮方向に対して傾斜すると共に圧電素子６の上方まで延在している。なお、駆動装置２２のその他の構成は、駆動装置２の構成と同等であるため、同一符号を付して重複説明を省略する。
【００３２】
このような構成により、駆動装置２０は、第１実施形態の駆動装置２と同様な効果が得られるほか、カム面２１ａが圧延素子６の上方まで延在しているため、カム面２１ａの長さを確保することができると共に、伸縮方向における原動部２１の長さを小さくすることができる。
【００３３】
［第３実施形態］
図１２に示すように、第３実施形態に係る駆動装置２２と第１実施形態の駆動装置２との相違点は、カム面２４ａが従動部２４に設けられることである。すなわち、レンズホルダ９の円筒部９ａの外周壁であって係合部１２と台座部１４との間に設けられた従動部２４は、外周壁から径方向に張り出し、その先端部には、伸縮方向に対して傾斜するカム面２４ａが形成されている。一方、原動部２３の上端には、カム面２４ａと線接触するための凸面２３ａが設けられ、凸面２３ａは滑らかに形成されている。なお、駆動装置２２のその他の構成は、駆動装置２の構成と同等であるため、同一符号を付して重複説明を省略する。このような構成により、駆動装置２２は、第１実施形態の駆動装置２と同様な効果が得られる。
【００３４】
本発明は、上記の実施形態に限定されるものではない。例えば、方向変換手段Ａは上述の形状に限らず、直動カム機構であれば様々な変形を加えてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明に係る駆動装置が適用された光学装置を示す斜視図である。
【図２】図１に示された光学装置の分解斜視図である。
【図３】ケースを示す斜視図である。
【図４】レンズホルダを示す斜視図である。
【図５】レンズホルダを取り除いた状態の駆動装置の第１実施形態を示す斜視図である。
【図６】図５に示された駆動装置の正面図である。
【図７】図６のVII−VII線に沿った断面図である。
【図８】第１実施形態に係る駆動装置を示す斜視図である。
【図９】光学装置を示す断面図である。
【図１０】光学装置を示す断面図である。
【図１１】第２実施形態に係る駆動装置を示す斜視図である。
【図１２】第３実施形態に係る駆動装置を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００３６】
２，２０，２２…駆動装置、６…圧電素子（電気機械変換素子）、７…駆動軸（非変形部）、８…摩擦部、９…レンズホルダ（被駆動部）、１３…コイルスプリング（バネ部材）、１５，２４…従動部、１５ａ…ボス、１９，２１…原動部、１９ａ，２１ａ，２４ａ…カム面、Ａ…方向変換手段、Ｌ…光軸。
【図１】
2009136050.tif 000003
【図２】
2009136050.tif 000004
【図３】
2009136050.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2009136050.tif 000009
【図８】
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【図９】
2009136050.tif 000011
【図１０】
2009136050.tif 000012
【図１１】
2009136050.tif 000013
【図１２】
2009136050.tif 000014