JP2006054979A - アクチュエータ - Google Patents

Abstract

【課題】第１の圧電素子に取り付けた駆動部材と被駆動部材との摩擦係合を確保、或いは解除する第２の圧電素子を設けることによって、被駆動部材を安定して正確に移動させることができるアクチュエータを提供する。
【解決手段】レンズ枠１８、２０を光軸方向に駆動させるアクチュエータ３０は、駆動用の第１の圧電素子３２Ａ、３２Ｂ、係合用の第２の圧電素子３２Ｃ、駆動部材３４Ａ、３４Ｂ、及び押えばね３６で構成される。圧電素子３２Ａ、３２Ｂ及び駆動部材３４Ａ、３４Ｂは被駆動板２６を挟んで両側に配置され、駆動部材３４Ａ、３４Ｂの間隔が圧電素子３２Ｃによって拡縮される。この圧電素子３２Ｃによって、駆動部材３４Ａ、３４Ｂと被駆動板２６との摩擦係合が確保、或いは解除される。
【選択図】 図２

Description

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。

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。

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。

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。

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する。
特許第２６３３０６６号 特開２０００−５０６６０号公報 特開平１０−２３２３３７号公報

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。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、被駆動部材を安定して正確に移動させ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。

請求項１に記載の発明は前記目的を達成するために、第１の圧電素子と、該第１の圧電素子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、前記駆動部材と前記被駆動部材とを係合、又は係合解除する第２の圧電素子を備えたことを特徴とする。

請求項１に記載の発明によれば、第２の圧電素子によって、駆動部材と被駆動部材とを係合、又は係合解除するようにしたので、第１の圧電素子による被駆動部材の駆動を確実に行うことができる。例えば、第２の圧電素子によって前記係合を確保した状態で、第１の圧電素子を変位させることによって、被駆動部材を駆動部材とともに移動させることができる。また、第２の圧電素子によって係合を解除した状態で、第１の圧電素子を変位させることによって、駆動部材のみを移動させ、被駆動部材を停止させておくことができる。したがって、請求項１に記載の発明によれば、第２の圧電素子と第１の圧電素子によって被駆動部材の移動、停止を確実に制御することができる。

請求項２に記載の発明は請求項１の発明において、前記駆動部材は前記被駆動部材を挟んで両側に配置され、該駆動部材によって前記第２の圧電素子が挟持され、該第２の圧電素子の駆動によって前記駆動部材と前記被駆動部材とが係合、又は係合解除されることを特徴とする。

請求項２に記載の発明によれば、第２の圧電素子が駆動部材によって挟持されて配置されているので、第２の圧電素子を縮ませると、駆動部材と被駆動部材との摩擦係合を確保することができ、第２の圧電素子を伸長させると、駆動部材と被駆動部材との摩擦係合を解除することができる。

請求項３に記載の発明は前記目的を達成するために、第１の圧電素子と、該第１の圧電素子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、前記駆動部材と前記被駆動部材とを係合、又は係合解除する第２の圧電素子と、前記第１の圧電素子と前記第２の圧電素子に所定のタイミングで電圧を印加する制御部と、を備え、前記制御部は、前記第２の圧電素子によって前記駆動部材と前記被駆動部材とを係合した状態で、前記第１の圧電素子によって前記駆動部材を前記被駆動部材の駆動方向に移動させる第１の位相と、前記第２の圧電素子によって前記駆動部材と前記被駆動部材との係合を解除した状態で、前記第１の圧電素子によって前記駆動部材を前記被駆動部材の駆動方向の反対方向に移動させる第２の位相と、を交互に繰り返すとともに、前記第１の位相における駆動部材の移動量を加算して所望の駆動距離の移動を得ることを特徴とする。

請求項３に記載の発明によれば、第１の位相によって被駆動部材が移動し、第２の位相によって被駆動部材が停止するので、第１の位相における駆動部材の移動量を加算することによって所望の駆動距離の移動を得ることができる。よって、請求項３の発明によれば、被駆動部材の移動量を検出しなくても、所望の駆動距離を移動させることができる。

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、前記駆動部材と前記被駆動部材は、前記第２の圧電素子に電圧を印加しない状態で係合が確保され、前記第２の圧電素子に電圧を印加することによって係合が解除されることを特徴とする。

請求項４の発明によれば、圧電素子に電圧を印加しない状態で駆動部材と被駆動部材とが係合されているので、電源をＯＦＦにした状態でも被駆動部材が動かない。したがって、電源をＯＮにした際のイニシャルセットが不要になり、節電やスタンバイ時間の短縮の効果が得られる。

請求項５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、前記駆動部材と前記被駆動部材は、前記第２の圧電素子に電圧を印加しない状態で係合が解除され、前記第２の圧電素子に電圧を印加することによって係合されることを特徴とする。

請求項５の発明によれば、圧電素子に電圧を印加しない状態で駆動部材と被駆動部材との係合が解除されているので、電源をＯＦＦした際に被駆動部材をフリーに動かすことができる。したがって、電源をＯＦＦにするだけでレンズやアクチュエータの部品を動かすことができ、組立作業や調整作業を容易に行うことができる。

本発明に係るアクチュエータによれば、第２の圧電素子によって駆動部材と被駆動部材とを係合、又は係合解除するようにしたので、第１の圧電素子による被駆動部材の駆動を確実に行うことができる。

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ケース本体１２と蓋１４とから成る箱型のケースを有し、ケース本体１２の側面には固定レンズ１６が取り付けられている。

ケース本体１２の内部には二つのレンズ枠１８、２０が設けられ、この二つのレンズ枠１８、２０に、ズームレンズやフォーカスレンズ等の移動レンズが保持される。また、二つのレンズ枠１８、２０は、固定レンズ１６の光軸と平行に配設された二本のガイド棒２２、２４によって、光軸方向にスライド自在に支持される。すなわち、レンズ枠１８の外周面には、ガイド部２３が突出形成されており、このガイド部２３の貫通孔にガイド棒２４が挿通されてガイドされるとともに、ガイド部２３の反対側に突出形成された係合部（不図示）のＵ状溝にガイド棒２２が係合されることによって、レンズ枠１８が光軸方向にスライド自在に支持される。同様に、レンズ枠２０の外周面には、ガイド部２５が突出形成されており、このガイド部２５の貫通孔にガイド棒２２が挿通されてガイドされるとともに、ガイド部２５の反対側に突出形成された係合部２７のＵ状溝にガイド棒２４が係合されることによって、レンズ枠２０が光軸方向にスライド自在に支持される。

レンズ枠１８、２０にはそれぞれ被駆動板（被駆動部材に相当）２６、２６が一体的に形成される。被駆動板２６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２６の材質等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。

各被駆動板２６、２６には、アクチュエータ３０、３０が配設される。各アクチュエータ３０、３０は蓋１４の開口部に嵌め込まれることによって固定される。

図２はアクチュエータ３０の基本構造を説明する斜視図である。以下は、レンズ枠１８を駆動するアクチュエータ３０の例で説明するが、レンズ枠２０を駆動するアクチュエータ３０も同様に構成される。

図２に示すようにアクチュエータ３０は主として、圧電素子（第１の圧電素子に相当）３２Ａ、３２Ｂ、圧電素子（第２の圧電素子に相当）３２Ｃ、駆動部材３４Ａ、３４Ｂ、押えばね３６、及び押え板３８Ａ、３８Ｂによって構成される。圧電素子３２Ａ、３２Ｂ及び駆動部材３４Ａ、３４Ｂは、被駆動板２６を挟んで両側に配置される。圧電素子３２Ａ、３２Ｂは、その変位方向が被駆動板２６の長手方向（すなわち光軸方向）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には、ケースの蓋１４（図１参照）に固定された押え板３８Ａ、３８Ｂが取り付けられ、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、略矩形のブロック状に形成され、上述した被駆動板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、被駆動板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が被駆動板２６に押し付けられる。これにより、駆動部材３４Ａ、３４Ｂは、下端部同士が被駆動板２６の下方で当接される。

一方、駆動部材３４Ａ、３４Ｂの上端部同士の間には、圧電素子３２Ｃが配設されている。圧電素子３２Ｃは、その変位方向が駆動部材３４Ａ、３４Ｂの間隔を拡縮する方向に配置されており、変位方向の端面に駆動部材３４Ａ、３４Ｂが固着される。したがって、圧電素子３２Ｃに電圧を印加して伸縮させると、駆動部材３４Ａ、３４Ｂの間隔が拡縮され、駆動部材３４Ａ、３４Ｂと被駆動板２６との摩擦係合が確保、或いは解除される。例えば、圧電素子３２Ｃを縮めるように変位させると、駆動部材３４Ａ、３４Ｂの間隔が縮まり、駆動部材３４Ａ、３４Ｂと被駆動板２６との摩擦係合が確保される。反対に、圧電素子３２Ｃを伸長するように変位させると、駆動部材３４Ａ、３４Ｂの間隔が拡がり、駆動部材３４Ａ、３４Ｂと被駆動板２６との摩擦係合が解除される。

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を右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を左方向に移動させる際の駆動パルスである。

図３（Ａ）の場合、圧電素子３２Ｃには、時刻α１で急激に立ち下がり、時刻α３で急激に立ち上がる略矩形状のパルス形状の電圧を印加している。そして、圧電素子３２Ａ、３２Ｂには、時刻α２で急激に立ち下がり、時刻α４で急激に立ち上がる略矩形のパルス形状の電圧を印加している。上記の如く電圧を印加すると、まず、時刻α１で圧電素子３２Ｃが縮み、駆動部材３４Ａ、３４Ｂの間隔が狭まって、駆動部材３４Ａ、３４Ｂと被駆動板２６との摩擦係合が確保される。次いで、時刻α２で圧電素子３２Ａ、３２Ｂが縮まり、駆動部材３４Ａ、３４Ｂが図２の右方向に移動する。このとき、圧電素子３２Ｃによって駆動部材３４Ａ、３４Ｂと被駆動板２６との摩擦係合が確保されているので、被駆動板２６は駆動部材３４Ａ、３４Ｂに挟持されて図２の右方向に移動する。圧電素子３２Ａ、３２Ｂが縮んだ後、時刻α３で圧電素子３２Ｃが伸長し、駆動部材３４Ａ、３４Ｂの間隔が拡がって、駆動部材３４Ａ、３４Ｂと被駆動板２６との摩擦係合が解除される。次いで、時刻α４で圧電素子３２Ａ、３２Ｂが伸長し、駆動部材３４Ａ、３４Ｂが図２の左方向に移動する。このとき、圧電素子３２Ｃによって駆動部材３４Ａ、３４Ｂと被駆動板２６との摩擦係合が解除されているので、被駆動板２６が停止したまま駆動部材３４Ａ、３４Ｂのみが移動する。以上のことから、図３（Ａ）のパルス形状の電圧を印加すると、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。

図３（Ｂ）の場合、圧電素子３２Ｃには、時刻α５で急激に立ち下がり、時刻α７で急激に立ち上がる略矩形状のパルス形状の電圧を印加している。そして、圧電素子３２Ａ、３２Ｂには、時刻α６で急激に立ち上がり、時刻α８で急激に立ち上がる略矩形のパルス形状の電圧を印加している。上記の如く電圧を印加すると、まず、時刻α５で圧電素子３２Ｃが縮み、駆動部材３４Ａ、３４Ｂの間隔が狭まって、駆動部材３４Ａ、３４Ｂと被駆動板２６との摩擦係合が確保される。次いで、時刻α６で圧電素子３２Ａ、３２Ｂが伸長し、駆動部材３４Ａ、３４Ｂが図２の左方向に移動する。このとき、圧電素子３２Ｃによって駆動部材３４Ａ、３４Ｂと被駆動板２６との摩擦係合が確保されているので、被駆動板２６は駆動部材３４Ａ、３４Ｂに挟持されて図２の左方向に移動する。圧電素子３２Ａ、３２Ｂが伸長した後、時刻α７で圧電素子３２Ｃが伸長し、駆動部材３４Ａ、３４Ｂの間隔が拡がって、駆動部材３４Ａ、３４Ｂと被駆動板２６との摩擦係合が解除される。次いで、時刻α８で圧電素子３２Ａ、３２Ｂが縮み、駆動部材３４Ａ、３４Ｂが図２の右方向に移動する。このとき、圧電素子３２Ｃによって駆動部材３４Ａ、３４Ｂと被駆動板２６との摩擦係合が解除されているので、被駆動板２６が停止したまま駆動部材３４Ａ、３４Ｂのみが移動する。以上のことから、図３（Ｂ）のパルス形状の電圧を印加すると、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。

このように本実施の形態では、駆動部材３４Ａ、３４Ｂと被駆動板２６とを摩擦係合させた状態で圧電素子３２Ａ、３２Ｂによって駆動部材３４Ａ、３４Ｂを移動させて被駆動板２６を駆動する第１の位相と、圧電素子３２Ｃによって前記摩擦係合を解除した状態で圧電素子３２Ａ、３２Ｂによって駆動部材３４Ａ、３４Ｂのみを移動させる第２の位相と、を交互に繰り返すようにしたので、被駆動板２６を確実に移動させることができる。

また、本実施の形態によれば、圧電素子３２Ｃによって駆動部材３４Ａ、３４Ｂと被駆動板２６との摩擦係合の確保、解除を行うようにしたので、被駆動板２６の移動と停止を確実に行うことができる。したがって、駆動部材３４Ａ、３４Ｂと被駆動板２６とを摩擦係合させた際（すなわち上記の第１の位相時）における被駆動板２６の移動量を積算することによって、所望の駆動距離の移動を得ることができる。これにより、被駆動板２６の移動量を検出する検出手段が不要になり、コストを削減することができる。

また、本実施の形態によれば、被駆動板２６を移動させる際には前記摩擦係合が確保され、被駆動板２６を停止させる際には摩擦係合が解除されているので、圧電素子３２Ａ、３２Ｂには、略矩形のパルス状に電圧を印加すればよく、制御が容易である。すなわち、本実施の形態のような摩擦係合の確保、解除の切替がない場合には、立ち上がり速度と立ち下がり速度が異なる略鋸歯状の電圧を圧電素子３２Ａ、３２Ｂに印加しなければならず、その速度差を最適値に設定する必要があるが、本実施の形態では摩擦係合の確保、解除の切替が行われるので、前記速度差を設定する必要がなく、制御が容易である。

さらに、本実施の形態では、駆動部材３４Ａ、３４Ｂの間に圧電素子３２Ｃを配設したので、圧電素子３２Ｃを縮めることによって駆動部材３４Ａ、３４Ｂが同時に被駆動板２６に摩擦係合されるとともに、駆動部材３４Ａと被駆動板２６の摩擦力と、駆動部材３４Ｂと被駆動板２６の摩擦力とが略均一になる。したがって、被駆動板２６を安定した状態で移動させることができる。

また、本実施の形態によれば、圧電素子３２Ａ、３２Ｂと駆動部材３４Ａ、３４Ｂを被駆動板２６の両側に配置し、駆動部材３４Ａ、３４Ｂで被駆動板２６を挟持するようにしたので、大きな駆動力が安定して得られ、レンズ枠１８の重量が大きい場合にも確実に移動させることができる。

また、本実施の形態によれば、被駆動板２６が駆動方向に延設され、駆動部材３４Ａ、３４Ｂと被駆動板２６と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構造なので、前記摩擦係合面を常に圧電素子３２Ａ、３２Ｂの近傍に位置させることができる。これにより、圧電素子３２Ａ、３２Ｂの振動を被駆動板２６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２６を高速で移動させることができる。

さらに、本実施の形態によれば、圧電素子３２Ｃを縮めた状態（すなわち圧電素子３２Ｃに電圧を印加しない状態）では、被駆動板２６と駆動部材３４Ａ、３４Ｂとが摩擦係合されているので、電源をＯＦＦにした際にも被駆動板２６は移動しない。したがって、電源を再度ＯＮにした際であってもイニシャルセットが不要であり、電源の節約やスタンバイ時間の短縮の効果が得られる。

なお、上述した実施の形態は、被駆動板２６の片側（上方）のみに係合用の第２の圧電素子３２Ｃを設けたが、図４に示すように、被駆動板２６の両側（上方と下方）に係合用の圧電素子３２Ｃ、３２Ｄを設けるようにしてもよい。この場合、圧電素子３２Ｄには圧電素子３２Ｃと同じ波形の電圧を同期して印加する。これにより、圧電素子３２Ｃ、３２Ｄが同時に伸縮して駆動部材３４Ａ、３４Ｂの間隔が拡縮され、駆動部材３４Ａ、３４Ｂと被駆動板２６との摩擦係合の確保、解除が切り替えられる。上記の如く構成された場合、駆動部材３４Ａ、３４Ｂの摩擦係合面と、被駆動板２６の摩擦係合面が常に平行に維持されているので、安定した摩擦力を得ることができ、安定した駆動制御を行うことができる。

また、上述した実施の形態は、駆動用の第１の圧電素子として二つの圧電素子３２Ａ、３２Ｂを設けたが、第１の圧電素子の個数はこれに限定するものではなく、一個、或いは三個以上の圧電素子を設けてもよい。第１の圧電素子を一個のみ用いる場合（すなわち、上述した実施形態において圧電素子３２Ａ又は３２Ｂのみを用いる場合）には、駆動部材３４Ｂ又は３４Ａの代わりに当て板を設けておくとよい。

図５は、他の実施形態のアクチュエータを示す斜視図である。同図に示す駆動部材３４Ａ、３４Ｂは、被駆動板２６との摩擦係合面に半球状の突起部４２、４２を有し、この突起部４２、４２を介して被駆動板２６に摩擦係合される。したがって、被駆動板２６と駆動部材３４Ａ、３４Ｂは、常に点接触になり、被駆動板２６を移動させた場合にも常に安定した摩擦力が得られる。よって、被駆動板２６を常に正確に駆動制御することができる。このような構成のアクチュエータは、圧電素子３２Ｃを用いて摩擦係合の確保、解除を切り替えると、適切な摩擦力が正確なタイミングで得られるため、より正確な駆動制御が可能となる。なお、突起部４２の代わりに、駆動方向（被駆動板２６の長手方向）の突条部を駆動部材３４Ａ、３４Ｂ或いは被駆動板２６に形成するようにしてもよい。この場合、被駆動板２６と駆動部材３４Ａ、３４Ｂが常に線接触になり、安定した摩擦力が得られる。よって、被駆動板２６を常に正確に駆動制御することができる。

図６は、他の実施形態のアクチュエータを示す斜視図である。同図に示すアクチュエータは、圧電素子３２Ａ、３２Ｂが被駆動板２６に沿って配置されている。この圧電素子３２Ａ、３２Ｂは、その変位方向が被駆動板２６の長手方向になるように配置されており、変位方向の一方の側面には押え板３８Ａ、３８Ｂが配設され、もう一方の側面には駆動部材３４Ａ、３４Ｂが配設される。駆動部材３４Ａ、３４Ｂは、その上面が被駆動板２６に接するように設けられており、駆動部材３４Ａ、３４Ｂの下側には圧電素子３２Ｃ、３２Ｃが設けられる。各圧電素子３２Ｃは、その変位方向が上下方向になるように配置されており、各圧電素子３２Ｃの下面にはそれぞれ押え部材４０Ａ、４０Ｂが設けられる。押え部材４０Ａ、４０Ｂは、押え板３８Ａ、３８Ｂと一体的に形成されており、ケース本体１２に固定されている。

上記の如く構成されたアクチュエータは、圧電素子３２Ｃを伸長すると、駆動部材３４Ａ、３４Ｂが上方に移動し、駆動部材３４Ａ、３４Ｂと被駆動板２６との摩擦係合が確保される。そして、圧電素子３２Ｃを縮めると、駆動部材３４Ａ、３４Ｂが下方に移動し、駆動部材３４Ａ、３４Ｂとの被駆動板２６との摩擦係合が解除される。このように各駆動部材３４Ａ、３４Ｂを圧電素子３２Ｃ、３２Ｃによって個別に摩擦係合、或いは係合解除するようにしてもよい。上述したアクチュエータは、圧電素子３２Ａ、３２Ｂが被駆動板２６に沿って配設されているので、レンズ装置全体を小型化することができる。

なお、図６のアクチュエータは、圧電素子３２Ａ、３２Ｂの駆動方向が同一方向になるように構成されているが、反対方向になるように構成してもよい。すなわち、図６のアクチュエータは、駆動部材３４Ａ、３４Ｂをそれぞれ圧電素子３２Ａ、３２Ｂの右側に配置したが、駆動部材３４Ａ、３４Ｂの一方を圧電素子３２Ａ、３２Ｂの左側に配置してもよい。この場合、圧電素子３２Ａ、３２Ｂには、逆位相の電圧を同時に印加することによって、被駆動板２６を移動する。これにより、圧電素子３２Ａ、３２Ｂのヒステリシス特性が打ち消し合うように作用するので、圧電素子３２Ａ、３２Ｂのヒステリシス特性による誤差を抑制することができる。

図７は他の実施形態のアクチュエータを示す斜視図である。同図に示すアクチュエータは、駆動部材３４Ａ、３４Ｂが被駆動板２６の両側に配置され、その駆動部材３４Ａ、３４Ｂの両外側に圧電素子３２Ｃ、３２Ｄが配設される。さらに圧電素子３２Ｃ、３２Ｄの両外側には、一体的に形成された押え板３８Ａ、３８Ｂが配設される。圧電素子３２Ｃ、３２Ｄは、その変位方向が被駆動板２６の駆動方向と直交するように配置されており、圧電素子３２Ｃ、３２Ｄを伸縮させることによって駆動部材３４Ａ、３４Ｂが被駆動板２６に対して進退移動される。

なお、各駆動部材３４Ａ、３４Ｂと被駆動板２６は、圧電素子３２Ｃ、３２Ｄに電圧を印加しない状態では摩擦係合せず、圧電素子３２Ｃ、３２Ｄに電圧を印加して圧電素子３２Ｃ、３２Ｄを伸長した際に駆動部材３２Ａ、３２Ｂが被駆動板２６に摩擦係合するようになっている。

上記の如く構成されたアクチュエータは、圧電素子３２Ｃ、３２Ｄに電圧を印加して圧電素子３２Ｃ、３２Ｄを伸長すると、駆動部材３４Ａ、３４Ｂが被駆動板２６に押し付けられ、駆動部材３４Ａ、３４Ｂと被駆動板２６との摩擦係合が確保される。この状態で圧電素子３２Ａ、３２Ｂに電圧を印加して圧電素子３２Ａ、３２Ｂを伸長、或いは短縮させることによって、駆動部材３４Ａ、３４Ｂを図７の左方向、或いは右方向に移動させることができる。

また、圧電素子３２Ｃ、３２Ｄを縮めると、駆動部材３４Ａ、３４Ｂが被駆動板２６に対して退避移動するので、駆動部材３４Ａ、３４Ｂと被駆動板２６との摩擦係合が解除される。この状態で圧電素子３２Ａ、３２Ｂに電圧を印加して圧電素子３２Ａ、３２Ｂを伸長、或いは短縮させることによって、被駆動板２６を停止させたまま駆動部材３４Ａ、３４Ｂのみを移動させることができる。

このように、圧電素子３２Ｃ、３２Ｄを伸長させて駆動部材３４Ａ、３４Ｂと被駆動板２６とを摩擦係合させた状態で圧電素子３２Ａ、３２Ｂを伸縮させる第１の位相と、圧電素子３２Ｃ、３２Ｄを縮めて駆動部材３４Ａ、３４Ｂと被駆動板２６との摩擦係合を解除した状態で圧電素子３２Ａ、３２Ｂを伸縮させる第２の位相と、を交互に繰り返して実行することによって、被駆動板２６を一方向に移動させることができる。その際、第１の位相時の移動量を積算することによって、正確な移動量を求めることができ、移動量の検出手段を設けることなく所望の駆動距離の移動を得ることができる。

また、上述した実施の形態は、電源をＯＦＦにすると、圧電素子３２Ｃ、３２Ｄが縮んだ状態になり、被駆動板２６がフリーに動くようになる。したがって、電源をＯＦＦにすることによって、レンズやアクチュエータの部品を動かすことができ、組立作業や調整作業を容易に行うことができる。

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、１００ｋＨｚ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、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。

また、上述した実施の形態は、被駆動部材（被駆動板２６）の形状を矩形の板状としたが、被駆動部材の形状はこれに限定するものではなく、例えば、被駆動部材を三角柱状に形成し、その長手方向が光軸方向になるように配設してもよい。この場合、三角柱の二つの側面に駆動部材３４Ａ、３４Ｂを摩擦係合させることによって、光軸と直交する面上のガタつきを防止することができる。被駆動部材の形状は、三角柱状の他、例えば円柱状に形成してもよい。この場合には、駆動部材３４Ａ、３４Ｂに断面円弧状の溝を形成し、この溝を円柱の外周面に摩擦係合させる。これによって、光軸と直交する面上のガタ付きを防止することができる。

また、上述した実施の形態は、被駆動部材（被駆動板２６）の両側に駆動部材３４Ａ、３４Ｂを設け、この駆動部材３４Ａ、３４Ｂで被駆動部材を挟持するようにしたが、反対に駆動部材の両側に被駆動部材を配設し、被駆動部材で駆動部材を挟持するようにしてもよい。

また、上述した実施の形態は、被駆動部材（被駆動板２６）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。例えば被駆動部材を光軸の直交方向に駆動させるようにしてもよい。この場合、レンズ枠１８、２０にカムピンを立設し、このカムピンが係合するカム溝が形成された移動板を設け、この移動板を被駆動部材として光軸の直交方向に駆動する。この場合にも、被駆動部材と駆動部材との摩擦係合の確保、解除を圧電素子３２Ｃで行うことによって、被駆動部材を正確に駆動制御することができる。なお、上記の場合、カム溝が形成された移動板を揺動自在に支持し、この移動板をアクチュエータで揺動方向に駆動するように構成してもよい。

さらに、本発明は、光軸を中心として回転する方向に駆動させるアクチュエータとしても使用することができる。例えば、固定筒の周りに回動自在に支持された駆動筒を有し、この駆動筒を回転させることによって、固定筒内のレンズ枠を光軸方向に移動させるレンズ装置において、駆動筒の外周面に突出形成されたフランジに本発明のアクチュエータを設け、このアクチュエータによって駆動筒を回転させるようにしてもよい。この場合にも、圧電素子３２Ｃによって、フランジ（被駆動部材）と駆動部材３４Ａ、３４Ｂとの摩擦を確保、或いは解除することによって、駆動筒を正確に駆動することができる。

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 図１のアクチュエータの構成を示す分解斜視図 図２の圧電素子に印加される駆動パルスの波形図 図２と異なるアクチュエータの構成を示す分解斜視図 図１と異なるレンズ装置の構成を示す分解斜視図 図１と異なるレンズ装置の構成を示す分解斜視図 図１と異なるレンズ装置の構成を示す分解斜視図

符号の説明

１８、２０…レンズ枠、３２Ａ、３２Ｂ…（第１の）圧電素子、３２Ｃ、３２Ｄ…（第２の）圧電素子、３４Ａ、３４Ｂ…駆動部材、３６…押えばね

Claims (5)

1. 第１の圧電素子と、該第１の圧電素子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、
   前記駆動部材と前記被駆動部材とを係合、又は係合解除する第２の圧電素子を備えたことを特徴とするアクチュエータ。
2. 前記駆動部材は前記被駆動部材を挟んで両側に配置され、該駆動部材によって前記第２の圧電素子が挟持され、該第２の圧電素子の駆動によって前記駆動部材と前記被駆動部材とが係合、又は係合解除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。
3. 第１の圧電素子と、該第１の圧電素子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、
   前記駆動部材と前記被駆動部材とを係合、又は係合解除する第２の圧電素子と、
   前記第１の圧電素子と前記第２の圧電素子に所定のタイミングで電圧を印加する制御部と、
   を備え、前記制御部は、
   前記第２の圧電素子によって前記駆動部材と前記被駆動部材とを係合した状態で、前記第１の圧電素子によって前記駆動部材を前記被駆動部材の駆動方向に移動させる第１の位相と、
   前記第２の圧電素子によって前記駆動部材と前記被駆動部材との係合を解除した状態で、前記第１の圧電素子によって前記駆動部材を前記被駆動部材の駆動方向の反対方向に移動させる第２の位相と、
   を交互に繰り返すとともに、前記第１の位相における駆動部材の移動量を加算して所望の駆動距離の移動を得ることを特徴とするアクチュエータ。
4. 前記駆動部材と前記被駆動部材は、
   前記第２の圧電素子に電圧を印加しない状態で係合が確保され、
   前記第２の圧電素子に電圧を印加することによって係合が解除さ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。
5. 前記駆動部材と前記被駆動部材は、
   前記第２の圧電素子に電圧を印加しない状態で係合が解除され、
   前記第２の圧電素子に電圧を印加することによって係合さ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。

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