JP2006141102A

JP2006141102A - 駆動装置

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Publication number: JP2006141102A
Application number: JP2004327112A
Authority: JP
Inventors: Yutaka Toshida; 豊土信田; Hiroshi Kishi; 弘志岸; Masabumi Tsukada; 正文塚田; Katsuhide Ishida; 克英石田
Original assignee: Taiyo Yuden Co Ltd
Current assignee: Taiyo Yuden Co Ltd
Priority date: 2004-11-10
Filing date: 2004-11-10
Publication date: 2006-06-01
Anticipated expiration: 2024-11-10
Also published as: JP4395052B2; US20060119218A1; CN100446291C; US7656073B2; CN1773741A; HK1086947A1

Abstract

【課題】
重力の影響を低減して平面変形素子の姿勢を安定化し、小型かつ軽量で、安定した移送及び位置決めを可能とする。
【解決手段】
駆動装置１０は、圧電振動子とレンズ２２を一体化した可動体２０を、通路１２の内面から中心に向けて延出したバネ１４の先端に設けられたシャフト１６によって保持する構成となっている。シャフト１６は、可動体２０の凸部２４Ａに形成された開口部２６を貫通しており、バネ１４の引張力により、可動体２０の外周部を径方向に引いて保持している。圧電振動子に急激に変化する波形の電圧を印加すると、可動体２０が上又は下方向に最大に撓み、径が縮むとともに加速度が増して移動する。次いで、摩擦力が増えると、移動先の地点で凸部２４Ａが保持される。引張力により保持するため、重力の影響が低減し、移送方向に対する可動体の姿勢が安定化する。
【選択図】図１

Description

本発明は、電気機械変換素子などの平面変形素子を用いて、被変位物ないし被駆動部材を駆動するための駆動装置（アクチュエータ）に関するものである。

従来、カメラ，オーバーヘッドプロジェクタ，双眼鏡，複写機，プロッタ，Ｘ−Ｙ駆動テーブルなどの各種の光学装置，精密機器，映像機器などに用いられるレンズ等の駆動技術としては、以下の特許文献１や特許文献２に示すものが提案されており、既に実用化されている。図１６は、前記特許文献１を示す図であり、(A)は駆動装置の概略図，(B)及び(C)は電圧と時間の関係を示す図である。図１６(A)に示すレンズ駆動装置は、レンズを支持する鏡筒１０１と、該鏡筒１０１を支持するとともに光軸方向に案内するガイドバー１０３を備えている。ガイドバー１０３は、鏡筒１０１から伸びる支持部１０１ｅに形成されたフォーク１０１ｆを貫通することによって、鏡筒１０１を支持・案内する。

また、鏡筒１０１を軸方向に駆動するための鏡筒支持部材兼用の駆動棒１１７が設けられており、前記支持部１０１ｅと協働して鏡筒１０１を支持する。該駆動棒１１７は、駆動棒支持部材１１３に設けられた立ち上がり部１１３ａ，１１３ｃに形成されている孔１１３ｂ，１１３ｄに挿入されており、軸方向に移動可能となっている。また、該駆動棒１１７は、鏡筒１０１から前記支持部１０１ｅとは反対方向に伸びるコ字状部１０１ｋの両端１０１ａ，１０１ｃに形成された孔１０１ｂ，１０１ｄを貫通している。更に、駆動棒１１７の後端は、圧電素子１１２の前端に固定されている。該圧電素子１１２の後端は、駆動棒支持部材１１３のもう１つの立ち上がり部１１３ｅに固定されている。

更に、板バネ１１４が、ネジ１１５及び１１６により、鏡筒１０１の両端１０１ａ，１０１ｃに図中下方から取り付けられている。該板バネ１１４は、駆動棒１１７と平行になっており、その略中央には、図の上方に突出した摩擦部１１４ｃが形成されている。そして、該摩擦部１１４ｃが駆動棒１１７に接触することによって、鏡筒１０１と駆動棒１１７との間に摩擦が発生し、鏡筒１０１の駆動が可能となっている。摩擦は、板バネ１１４のバネ圧により発生するものである。

図１６(B)及び(C)は、圧電素子１１２に印加される電圧波形を示したものであり、(B)は、前記図１６(A)において鏡筒１０１を右方向に動かすときに印加される電圧波形を、(C)は左方向に動かすときに印加される電圧波形を示している。図１６(B)に示す波形の電圧が圧電素子１１２に印加されると、電圧Ａから電圧Ｃへ変化する急激な立ち上がり部Ｂにおいて、圧電素子１１２は急激に伸びる。このとき、駆動棒１１７も圧電素子１１２の伸び量と同じだけ図１６(A)において左方向に移動する。しかし、この場合、鏡筒１０１は慣性のため、ほとんど動かない。逆に電圧Ｃから電圧Ａへとゆっくりと変化させるときは、圧電素子１１２はゆっくりと縮み（戻り）、鏡筒１０１と駆動棒１１７との摩擦力や、板バネ１１４と駆動棒１１７との摩擦力により、鏡筒１０１は、図１６(A)において右方向に移動する。鏡筒１０１を図１６(A)において左方向に移動させる場合は、図１６(C)に示すような波形の電圧を圧電素子１１２にかけ、上述した右方向に駆動する場合と丁度左右逆の作用により行う。なお、前記特許文献２に開示される駆動装置は、特許文献１の技術において、駆動側の故障時などに、容易に部品交換や修理ができるように構成したものであり、基本的な駆動機構は、前記特許文献１と同様となっている。

更に、特許文献３には、図１７に示すように、印加電圧により曲率が変化する圧電バイモルフなどの平面変形素子２００と、該平面変形素子２００の中心部に固定されたウエイト２０２と、前記平面変形素子２００の外周部に固定保持され周囲の穴を形成する内壁面Ｗに当接するクランプ脚２０４と、前記平面変形素子２００に制御された波形の印加電圧を供給する制御手段とを具備した孔内移動装置（アクチュエータ）が開示されている。当該技術のアクチュエータは、駆動素子と移動体が一体となっており、平面変形素子２００をゆっくり撓ませると、クランプ脚２０４と壁面Ｗの間の摩擦力が作用して動かず、次に逆方向に短時間で撓ませると、加速度が上がって撓む力が摩擦力を越えるため、アクチュエータが加速度方向に移動する。この動作の繰り返しにより変位し、孔内の移動が可能となっている。
特開平４−６９０７０号公報特開平７−２９８６５４号公報特開平８−２０７７５５号公報

ところで、携帯電話用のデジタルカメラ用のレンズモジュールは、光学素子の高画素化，ズーム，オートフォーカス，手ぶれ防止などの高機能化を低コストで達成することが求められるようになってきている。しかしながら、前記特許文献１に示す背景技術では、駆動棒１１７と、変位をさせる鏡筒１０１とが一体ではないため、小型化，低コスト化が困難である。また、駆動棒１１７が、該駆動棒１１７を貫通させる鏡筒１０１の孔１０１ｂ，１０１ｄと常に同じ面で接しているため静電気などの発生により固着しやすく、また、駆動力と固着力が直交するため、原理的に、駆動力で直接固着力を抑制できないことなどから信頼性に課題がある。前記特許文献２についても同様である。更に、鏡筒１０１は、駆動棒１１７に対してぶら下がり保持されているため、重力の影響を受けやすい。

また、特許文献３に記載の技術では、アクチュエータの保持力としてクランプ脚２０４による摩擦力が不可欠であるため小型化しにくい。また、クランプ脚２０４が平面変形素子２００の振動を吸収し、動作が不安定になりやすく変位効率が低いことや、耐久性が低いといった課題がある。更に、クランプ脚２０４により、アクチュエータの共振周波数が下がりやすく、駆動周波数を高くできないため、変位速度が低いという不都合がある。また、ウエイト２０２を設け、慣性を利用して移動しているため、下方向への移動と上方向への移動の際には、変位速度差が発生して一定しないという不都合も生じる。

更に、上述した背景技術はいずれも、素子のウエイト又は鏡筒にかかる重力をその保持力として利用しているため、駆動時には重力依存性があり、また、静止時においても重力の影響を受けやすい。特に、特許文献３に記載の技術においては、クランプ脚２０４の弾性力にばらつきがあると、変位方向に直交する方向を軸に回転しやすくなり、姿勢制御が困難である。

本発明は、以上の点に着目したもので、重力の影響を低減して変位方向に対する姿勢を制御し、小型かつ軽量で、安定した変位及び位置決めが可能な駆動装置を提供することを、その目的とするものである。

前記目的を達成するため、本発明は、印加電圧により面内で撓む平面変形素子の外周部の複数個所に、それぞれ異なる複数方向への引張力を付与して、前記平面変形素子を保持することを特徴とする。

他の発明は、被変位物を通路内で移動させるための駆動装置であって、前記被変位物が一体に取り付けられるとともに、印加電圧により撓む平面変形素子，前記被変位物の移動方向と略直交する方向に引張力を付与するための少なくとも一つの付勢手段，前記付勢手段を利用して、前記通路の内側から外側に向けて前記平面変形素子の外周部に引張力を負荷するとともに、前記被変位物の移動範囲に応じて移動をガイドする複数の保持機構，を備えたことを特徴とする。

主要な形態の一つは、前記平面変形素子が、圧電層と電極層が積層した圧電素子を、振動板の少なくとも一方の面に貼り合わせた圧電振動子であることを特徴とする。他の形態は、前記保持機構が、(1)前記付勢手段の先端に、前記被変位物の移動方向に沿って連続して設けられたガイド手段，前記平面変形素子の外周部に設けられた突出部に形成されており、前記ガイド手段を、前記付勢手段による押圧ないし引張方向にスライド可能に貫通させる開口部を含むこと，あるいは、(2)前記保持機構が、前記付勢手段の先端に、前記被変位物の移動方向に沿って連続して設けられたガイド手段，前記平面変形素子の周縁部に形成されており、前記ガイド手段を、前記付勢手段による押圧ないし引張方向にスライド可能に貫通させる開口部を含むこと，また、あるいは、(3)前記保持機構が、前記平面変形素子の外周部に設けられた突出部，前記付勢手段の先端に、前記被変位物の移動方向に沿って設けられるとともに、前記突出部に係合する溝部が前記被変位物の移動方向に沿って連続して形成されたレール状のガイド手段を含むことを特徴とする。(4)前記付勢手段が、バネ又は荷重を利用したものであることをと特徴とする。あるいは、(5)前記保持機構が、前記付勢手段を兼ねることを特徴とする。更に他の形態は、前記保持機構が、前記平面変形素子の移動時に、前記被変位物の移動方向を軸とする回転運動を抑制可能であること，あるいは、前記被変位物の移動方向と直交する方向を軸とする回転運動を抑制可能であることを特徴とする。本発明の前記及び他の目的，特徴，利点は、以下の詳細な説明及び添付図面から明瞭になろう。

本発明は、被変位物を通路内で移動させるための駆動装置において、印加電圧により撓む平面変形素子と被変位物を一体化するとともに、前記被変位物の移動方向と略直交する方向に引張力を付与するための少なくとも一つの付勢手段を利用して、前記通路の内側から外側に向けて前記平面変形素子の外周部に引張力を負荷して保持することとした。このため、重力の影響を低減して姿勢を安定化し、小型かつ軽量でありながら、安定した変位及び位置決めが可能となる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を、実施例に基づいて詳細に説明する。

最初に、図１〜図８を参照しながら本発明の実施例１を説明する。本実施例は、本発明を光学装置のフォーカス用レンズの駆動装置（アクチュエータ）として使用した例である。図１は、本実施例の駆動装置の全体構成を示す斜視図，図２は、前記図１をレンズの光軸方向から見た平面図である。図３は、前記図２を＃Ａ−＃Ａ線に沿って切断し矢印方向に見た断面図であり、(A)は、可動体が上へ最大に撓んだ状態，(B)は撓みのない状態，(C)は下へ最大に撓んだ状態，(D)は前記(B)を一部拡大した状態を示している。

本実施例の駆動装置１０は、被変位物であるレンズ２２を、通路１２内で移動（ないし変位）させるためのものであって、該通路１２の内面から中心に向けて延出したバネ１４の先端に設けられた複数のシャフト１６（図示の例では４つ）によって、可動体（ないしアクチュエータ本体）２０が保持される構成となっている。前記バネ１４は、通路１２の軸方向と略直交する方向に延出しており、前記シャフト１６は、可動体２０の移動範囲（移送範囲）を少なくともカバーするように、前記通路１２の内面に長手方向，すなわち、光軸方向に沿って配置されている。そして、前記バネ１４の弾性力を利用し、前記可動体２０の外周部に、通路１２側への引張力を負荷することにより、可動体２０の外周部を保持している。このようなシャフト１６は、可動体２０が移動する際のガイドとしても機能する。なお、バネ１４の数は、シャフト１６の長さに応じて適宜変更してよい。

前記可動体２０は、振動板２４の両面に圧電層と電極層からなる圧電素子２８及び３０を設けた圧電振動子（平面変形素子）２１の中央に、レンズ２２を配して一体化した構成となっている。前記振動板２４としては、例えば、金属板などが利用され、圧電層は、例えば、ＰＺＴなどにより形成される。また、電極層は、例えば、ＡｇやＡｇ／Ｐｄ合金などにより形成されるが、これらに限定されるものではなく、各種の公知の材質によって形成可能である。前記振動板２４の外周部には、適宜間隔で径方向外側に突出した平面状の凸部２４Ａが形成されている。本実施例では、約９０°の間隔で、４つの凸部２４Ａが設けられている。該凸部２４Ａは、例えば、前記振動板２４と同一材料で形成されており、振動板２４とともに湾曲ないし撓みが可能となっている。

また、前記凸部２４Ａには、前記シャフト１６を貫通させるための長穴状の開口部２６が設けられている。なお、開口部２６は、前記シャフト１６が該開口部２６内で、バネ１４の弾性力による押圧ないし引張方向にスライド可能となるように、シャフト１６の直径よりも、若干径方向の幅が広くなるように予め設定されている。このため、図３(B)に示すように撓みがない状態では、開口部２６の通路１２側の内側平面にシャフト１６が当接し、図３(A)及び(C)に示すように、可動体２０が上又は下に撓んだ状態では、開口部２６の縁部でシャフト１６と接するようになっている。なお、図示の例では、凸部２４Ａは平面状となっているが、シャフト１６の長手方向に沿って厚みを持たせ、開口部２６とシャフト１６との接触面積の調整を図るようにしてもよい。

前記可動体２０の外寸（凸部２４Ａを含む径）は、例えば、１０ｍｍ×１０ｍｍ程度である。また、本実施例では、振動板２４の両面に圧電素子２８，３０を設けるバイモルフ型としたが、振動板２４のいずれか一方の面にのみ圧電素子を設けたユニモルフ型としてもよい。

このような構成の可動体２０の製造手順の一例を示すと、次のようになる。まず、外周部に凸部２４Ａを備えた円盤状の金属の振動板２４の中心に、レンズ２２が入るように所定寸法の開口部を形成する。そして、該開口部にレンズ２２を適宜手段で固定するとともに、レンズ２２の外径よりも大きい内径を有する所定寸法のリング状の圧電素子２８及び３０を、振動板２４の表裏両面に導電性接着剤などの適宜手段で貼り合わせる。このとき、厚み方向に分極する圧電素子２８及び３０の分極方向が、接着後、レンズ２２の光軸方向に同一となるように貼り合わせる。また、前記圧電素子２８の電極層２８Ａ，圧電素子３０の電極層３０Ａ，振動板２４のそれぞれに、図示しないリード線が接合される。

前記図示しないリード線を介して、電極層２８Ａ，３０Ａと振動板２４との間に信号を与えると、各圧電素子２８，３０の圧電層の分極方向が同一方向となっているため、図３(D)に矢印ＦＡ及びＦＣで示す伸縮方向が互いに逆となる。すなわち、圧電素子２８が矢印ＦＡ方向に伸びたときは、圧電素子３０が矢印ＦＣ方向に縮むため、全体として矢印ＦＢに示す上方向（ＦＢ１方向）に伸び、最大に上に撓んだ状態では、図３(A)に示す状態となる。逆に、圧電素子２８が矢印ＦＡの方向に縮むように電圧を印加した場合には、圧電素子３０が矢印ＦＣ方向に伸びて、全体として矢印ＦＢに示す下方向（ＦＢ２方向）に伸び、最大に下に撓んだ状態では、図３(C)に示す状態になるという具合である。なお、図３に示す矢印ｆ１は、上に撓む場合に凸部２４Ａに作用する上方向の力，矢印ｆ２は、下に撓む場合に作用する下方向の力を表している。図３(A)または(C)に示すように、可動体２０が上または下に撓むと、４つの凸部２４Ａも振動板２４とともに湾曲して、可動体２０が縮んで径が小さくなるため、シャフト１６と開口部２６との接点が移動する。なお、本実施例では、前記開口部２６に貫通させたシャフト１６を、可動体２０の中心から外周に向くように、バネ１４の弾性力を利用して引張力を負荷して可動体２０を保持している。このため、可動体２０が上又は下に最大に撓んだ状態であっても、バネ１４によって通路１２の内側から外側に向けて引かれたシャフト１６が開口部２６の通路１２側の内面に当接し、摩擦力が凸部２４Ａに作用するため、可動体２０が落下することがない。

ここで、可動体２０の外周部を引張力によって保持した場合の基本的な駆動の機構を説明する。図４(A)は、時間の経過と可動体２０の撓み状態の関係を示す図，図４(B)は、時間の経過と可動体２０の変位の関係を示す図，図４(C)は、時間の経過と摩擦力の関係を示す図である。なお、図４中、可動体２０は、時刻ｔ_０において撓みがなく平面状となっているものとする。

まず、時刻ｔ_０で平面状となっている可動体２０は、時刻ｔ_１にかけて、ゆっくりと下方向に撓み、シャフト１６と開口部２６の接点は、一定の引張力Ｔで径方向に引かれ、摩擦により可動体２０の位置が保持される。時刻ｔ_１〜ｔ_２にかけては、可動体２０は、素早く凹状態から平面状態に戻ろうとする。そして、可動体２０が平面状になろうとする時のバネ力ｆａが接点の引張力を下げるため、変位方向（図４(B)のＺ方向）の力が摩擦力を上回り、可動体２０がＺ方向に移動し始める。摩擦力は、動摩擦になることと、接点の引張力低下により急激に低下する。この時刻ｔ_１〜ｔ_２にかけては、可動体２０のＺ方向の変位量が大きくなる。続けて、時刻ｔ_２〜ｔ_３にかけては、可動体２０は、平面状態から凸状態に素早く撓み、可動体２０が凸状になる際のバネ力ｆｂ，ｆｃが接点の引張力を上げる。このため、摩擦力が増え、Ｚ方向の変位量が小さくなる。時刻ｔ_３以降では、可動体２０は、凸状態からゆっくりと平面状に戻るが、変位方向における位置自体は保持される。なお、可動体２０は、引張力に沿った方向が安定姿勢であるため、時刻ｔ_３以降で可動体２０が静止しても、摩擦力の上昇が大きく、可動体２０の姿勢は変化しない。すなわち、変位方向を法線とする平面に沿った状態がもっとも安定した状態となり、姿勢が傾くことがない。

仮に、可動体２０の外周部をバネ１４によって押圧する構成としたとすると、時刻ｔ_２〜ｔ_３にかけて可動体が上方向に撓もうとする状態では、可動体２０自体のバネ力ｆｂ，ｆｃに加えて、外側からもバネ１４によって押圧される。すると、可動体２０は、Ｚ方向への変位は大きくなるものの、可動体２０の姿勢が不安定となり、Ｚ方向に面が平行になるように回転を始める可能性がある。これに対し、本実施例では、引張力で保持する構成であるため、駆動時に可動体２０にかかる摩擦力が急激に減少する状態が抑制される。また、複数のバネ１４から負荷される引張力にばらつきがあったとしても、Ｚ方向と略直交する面と平行になるように回転モーメントが作用するため、常に安定な姿勢を保つことが可能となる。

次に、図５〜図７を参照して、本実施例の作用を説明する。図５は、圧電素子に印加される電圧と時間の関係を示す図である。図６及び図７は、本実施例の作用を示す説明図であり、図６は、上方向への移動の様子を示し、図７は、下方向への移動の様子を示している。

まず、図５(A)及び図６を参照して、上方向への駆動を行う場合について説明する。図５(A)において、横軸は、時間を示し、縦軸は、印加電圧を示している。図５(A)に示す波形の信号が圧電素子２８及び３０に印加されると、電圧Ａから電圧Ｂへ変化する急な立ち上がり部Ｃにおいて、可動体２０は、上方向（矢印ＦＢ１方向）に素早く撓み、電圧Ｂから電圧Ａへとゆっくり変化する立ち下がり部Ｄにおいて、徐々に元の平面状態に戻るという動作を繰り返す。このとき、素早く撓むほうが加速度が大きいため、凸部２４Ａに働く上方向の力ｆ１が、下方向に働く力ｆ２よりも大きくなる。すなわち、ｆ１>ｆ２となり、可動体２０は矢印ＦＢ１で示す上方向に変位する。

この様子を、図６を参照して説明する。まず、図６(A)に示すように、位置ＰＡにある撓みのない平面状態の可動体２０に対して、急激な立ち上がりの電圧を印加すると、可動体２０は上方向に撓むとともに、撓みによって全体の径が小さくなる。あるいは、位置ＰＡ_０にある凹んだ状態の可動体２０に対して、同様の電圧を印加すると、可動体２０の全体の径が大きくなって平面状態（位置ＰＡの状態）を経た後、上方向に撓んで全体の径が小さくなる。また、上方向への加速度が大きいため、バネ１４の引張力による摩擦力を凌駕し、全体が上へ移動する。このとき、可動体２０の外周部の凸部２４Ａと、それを保持するシャフト１６の接点は、常に移動する。従って、可動体２０は、シャフト１６と固着することなく、上方向に安定して移動し、図６(B)に示すように、位置ＰＢで固定される。このとき、レンズ２２が取り付けられた中央部分は、上方向への勢いがついているため、位置ＰＣにある。なお、開口部２６は、シャフト１６を径方向にのみスライド可能な形状・寸法に形成されているため、移動中の回転が抑制される。ここまでの動作は、前記図４(B)に示す時刻ｔ_０〜ｔ_３までの動作と同様である。

次に、図５(A)の緩やかな立ち下がり部Ｄに示すように、電圧をＢからＡまでゆっくりと戻すと、図６(C)に示すように、凸部２４Ａが摩擦力によって位置ＰＢに固定されたまま、可動体２０の最大移動部分（レンズ２２部分）が、位置ＰＣから位置ＰＢまで下方向に戻る。すなわち、可動体２０全体が、位置ＰＢで平面状となり、該可動体２０自体が平面状に戻るときの力と、バネ１４の引張力によって、シャフト１６を図６(C)に示す状態まで通路１２側に引き戻す。以上のような図６(A)〜(C)に示す動作を繰り返すことにより、可動体２０を上方向に駆動させることが可能となる。

次に、図５(B)及び図７を参照して、下方向への駆動を行う場合について説明する。図５(B)においても、横軸は、時間を示し、縦軸は印加電圧を示している。図５(B)に示す波形の信号が圧電素子２８及び３０に印加されると、電圧Ｅから電圧Ｆへ変化する急な立ち下がり部Ｇにおいて、可動体２０は、下方向（矢印ＦＢ２方向）に素早く撓み、電圧Ｆから電圧Ｅへとゆっくり変化する立ち上がり部Ｈにおいて、徐々に元の平面状態に戻るという動作を繰り返す。このとき、素早く撓むほうが加速度が大きいため、凸部２４Ａに働く下方向の力ｆ２が、上方向に働く力ｆ１よりも大きくなる。すなわち、ｆ２>ｆ１となり、アクチュエータ２０は矢印ＦＢ２で示す下方向に変位する。

この様子を、図７を参照して説明すると、まず、図７(A)に示すように、位置ＰＱにある撓みのない平面状態の可動体２０に対して、急激な立ち下がりの電圧を印加すると、可動体２０は下方向に撓むとともに、撓みによって全体の径が小さくなる。あるいは、位置ＰＱ_０にある上方向に撓んだ状態の可動体２０に対して、同様の電圧を印加すると、可動体２０の全体の径が大きくなって平面状態（位置ＰＱの状態）を経た後、下方向に撓んで全体の径が小さくなる。また、下方向への加速度が増してシャフト１６との摩擦力を上回るため、全体が下方向へ移動する。下方向への移動の間、可動体２０の外周部の凸部２４Ａとシャフト１６との接点は、常に移動する。従って、可動体２０は、シャフト１６と固着せず、また、移動中に回転が生じることなく、下方向に安定して移動し、位置ＰＲで固定される。このとき、レンズ２２が取り付けられた中央部分は、下方向への勢いがついているため、位置ＰＳにある。

ここで、図５(B)の緩やかな立ち上がり部Ｈに示すように、電圧をＦからＥまでゆっくりと戻すと、図７(C)に示すように、凸部２４Ａが摩擦力によって位置ＰＲに固定されたまま、可動体２０の最大移動部分（レンズ２２部分）が、位置ＰＳから位置ＰＲまで上方向に戻る。すなわち、可動体２０全体が、位置ＰＲで平面状態となり、該可動体２０自体が平面状に戻るときの力と、バネ１４の引張力によって、シャフト１６を図７(C)に示す状態まで通路１２側へ引き戻す。以上のような図７(A)〜(C)に示す動作を繰り返すことにより、可動体２０を下方向に駆動させることが可能となる。

図８には、以上のようにして通路１２内で変位させた可動体２０の変位速度と、入力電圧の関係が示されている。図８において、横軸は、入力電圧の幅Ｖp-p[Ｖ]を示し、縦軸は、変位速度［ｍｍ／ｓ］を示している。図８に示すように、入力電圧の幅Ｖp-pと変位速度は、ほぼ比例の関係にあり、入力電圧の幅が５Ｖのときに、約２５ｍｍ／ｓという変位速度が得られた。可動体２０の姿勢は、引張力に平行，すなわち、シャフト１６に直交する面に平行で安定していた。また、可動体２０が撓むことで、シャフト１６と４ヶ所の凸部２４Ａとの接点が常に移動するため、可動体２０は、途中で変位速度がばらついたり、停止したりすることなく、１Ｖ程度の低い駆動電圧でも一定の速度で安定して変位することが分かる。

このように、実施例１によれば、次のような効果がある。
(1)引張力を利用して保持するため、可動体２０を、変位方向と略直交する面と平行に保つことができ、重力の影響を低減して姿勢の安定化を図ることができる。
(2)レンズ２２と圧電振動子２１を一体化して可動体２０を形成することとしたので、部品点数が減り、小型化，軽量化，製造効率の向上，製造コストの低減が可能である。
(3)バネ１４の弾性力を利用して可動体２０を保持するため動作が安定する。
(4)可動体２０の移動の際に、該可動体２０の外周部とシャフト１６の接点が常に移動するため、可動体２０とシャフト１６の固着が抑制され、レンズ２２を変位方向に安定して駆動することができ、耐久性も向上する。また、移動方向によらず安定した変位速度を保つことができる。
(5)シャフト１６が可動体２０の移動時の回転を防止することにより、安定した位置決めが可能である。従って、回転抑制が必要とされる他の各種の被移送物についても、良好な移送を行うことができる。

図９には、本実施例の変形例を光軸方向から見た平面図が示されている。図９を＃Ｂ−＃Ｂ線に沿って切断し矢印方向に見た断面図は、上述した図３に相当する。この変形例の駆動装置４０では、可動体４２を構成する振動板４４が、略正方形となっており、その４隅にシャフト１６を貫通させるための開口部４６が形成されている。このように、略正方形の振動板４４を利用することにより、円形の振動板に凸部をあらためて形成する手間が省け、製造工程が簡略化できる。なお、図示の例では、通路１２も略正方形としたが、もちろん円形の通路とすることを妨げるものではない。更に、開口部４６の形状も一例であり、シャフト１６の断面形状に合わせて任意に変更可能である。本変形例においても、基本的作用・効果は、図１〜図８に示す例と同様であり、安定した動作が得られる。

次に、図１０〜図１２を参照しながら、実施例２を説明する。なお、上述した実施例１と同一ないし対応する構成要素には、同一の符号を用いることとする（以下の実施例についても同様）。図１０は、本実施例の駆動装置５０を光軸方向から見た平面図，図１１は、前記図１０を＃Ｃ−＃Ｃ線に沿って切断し、矢印方向に見た断面図である。なお、図１１において、(A)は、可動体６０が上に最大に撓んだ様子，(B)は撓みのない様子，(C)は下に最大に撓んだ様子を示す図である。

本実施例の駆動装置５０は、図１０及び図１１に示すように、被変位物であるレンズ２２と圧電振動子６１を一体にして構成した可動体（アクチュエータ本体）６０を、通路１２の内面から中心に向けて設けられたバネ１４の先端の保持ガイド５２によって保持する構成となっている。前記保持ガイド５２は、可動体６０の移動範囲（移送範囲）よりも長くなるように、前記通路１２の内面に長手方向，すなわち、レンズ２２の光軸方向に沿って配置されている。そして、前記バネ１４の弾性力を利用して、可動体６０を通路１２の内側から外側へ向けて引っ張ることにより、可動体６０の外周部を保持している。前記保持ガイド５２の内側は、図１０に示すように、前記可動体６０の外周部に設けられた略Ｔ字状のフック６４と略同一形状の溝５４が、通路１２の長手方向に，すなわち、レンズ２２の光軸方向に沿って形成されている。該溝５４は、可動体６０が移動する際のガイドとしても機能する。なお、バネ１４の数は、保持ガイド５２の長さに応じて適宜変更してよい。

前記圧電振動子６１は、中央に前記レンズ２２を取り付けるための開口部が形成された振動板６２の表裏両面に、圧電層に電極を積層した圧電素子６６及び６８を適宜手段で貼り合わせたものであり、その中央の開口部に前記レンズ２２が適宜手段で取り付けられる。前記振動板６２の外周部には、適宜間隔で径方向外側に突出した略Ｔ字状のフック６４が形成されている。本実施例では、約９０°の間隔で、４つのフック６４が設けられている。該フック６４は、例えば、前記振動板６２と同一材料で形成されており、振動板６２とともに湾曲ないし撓みが可能となっている。また、前記フック６４は、断面が略円形となっており、図１１に示すように、撓みの有無にかかわらず、曲面部分で溝５４の内面と当接するようになっている。なお、本実施例では、フック６４を略Ｔ字状としたが、これに限定されるものではなく、保持ガイド５２の溝５４の形状とともに適宜変更可能である。

前記圧電素子６６及び６８は、前記実施例１と同様に、分極方向が光軸に沿って同じ方向を向くように設けられ、図示しないリード線などを介して電圧が印加される。なお、前記圧電素子６６及び６８を構成する材料としては、前記実施例１と同様のものが利用される。また、前記実施例１と同様に、振動板６２のいずれかの一方の面にのみ圧電素子を設けたユニモルフ型としてもよい。

以上のような構成の駆動装置５０の作用は、基本的には、上述した実施例１と同様であり、前記図５(A)に示すような急激な立ち上がり部Ｃと、緩やかな立ち下がり部Ｄを有する波形の電圧を印加すると、可動体６０は、図１１に矢印ＦＢ１で示す上方向に移動する。同様に、前記図５(B)に示すような、急激な立ち下がり部Ｇと、緩やかな立ち上がり部Ｈを有する波形の電圧を印加すると、可動体６０は、図１１に矢印ＦＢ２で示す下方向に移動する。なお、上方向または下方向への移送の際に、フック６４と保持ガイド５２の溝５４との接触部分が常に移動する現象は、上述した実施例１と同様である。

図１２には、通路１２内で変位された可動体６０の変位速度と、入力電圧の関係が示されている。図１２において、横軸は、印加する入力電圧の幅Ｖｐ−ｐ[Ｖ]を示し、縦軸は、変位速度［ｍｍ／ｓ］を示している。図１２に示すように、入力電圧の幅Ｖｐ−ｐと変位速度は、ほぼ比例の関係にあり、入力電圧の幅が５Ｖのときに、約２０ｍｍ／ｓという変位速度が得られた。本実施例の場合でも、上述した実施例１と同様に、可動体６０の外周部に対して４ヶ所から引張力を負荷しているため、保持ガイド５２の直交した面と平行に可動体６０の姿勢が安定し、途中で変位速度がばらついたり、停止したりすることなく、１Ｖ程度の低い駆動電圧でも一定の速度で安定して変位することができる。

本実施例の効果も、基本的には前記実施例１と同様である。すなわち、引張力によって可動体６０を保持することとしたので、姿勢の安定化を図ることができる。また、圧電振動子６１とレンズ２２を一体化することとしたので、小型化，軽量化，製造効率の向上，製造コストの低減が可能となる。更に、移送の際に、保持ガイド５２とフック６４の接触部分が常に移動するため、保持ガイド５２とフック６４の固着がなく、安定した移送が可能となるとともに、移送方向によって変位速度差が生じることがない。なお、本実施例においても、回転防止機構としてフック６４と保持ガイド５２の溝５４を係合させているため、移送時の可動体６０の回転が良好に抑制され、移送後に位置のずれが生じることがない。

次に、図１３を参照して、本発明の実施例３について説明する。本実施例は、保持機構と付勢手段の他の例を示すものであり、図１３(A)は平面図，図１３(B)は、前記(A)を＃Ｄ−＃Ｄ線に沿って切断し、矢印方向に見た断面図である。なお、本実施例の駆動装置９０における可動体２０の構造は、振動板２４に設けられた凸部２４Ａが３箇所であるほかは、上述した実施例１と同様である。図１３に示すように、本実施例では、保持機構は、支持台９１に片持ち状に植設された２本の第１の保持ガイド９２と、前記支持台９１上に基端９３Ａ側が回転可能に支持された１本の第２の保持ガイド９３を備えている。これら保持ガイド９２，９３は、それぞれ、可動体２０に設けられた凸部２４Ａの開口部２６を貫通可能となっている。前記第２の保持ガイド９３の基端９３Ａ寄りの位置には、引張力を付与するためのワイヤ９４の一端側が接続される支点９３Ｂが設けられている。また、前記ワイヤ９４はプーリ９５を介して、他端側に所定の荷重９６が吊り下げられている。これにより、第２の保持ガイド９３には、可動体２０の通路の内側から外側に向けて引張力が付与される。

なお、ここでは、３本の保持ガイドのうち、一本の保持ガイド９３にのみ、荷重９６による引張力が直接付与されているが、可動体２０の外周部のうち、第１の保持ガイド９２によって支持された部分にも、前記第２の保持ガイド９３による引張力に対する反力が、それぞれ前記２つの第１の保持ガイド９２の方向に分力されたベクトル成分として、前記可動体２０の移動方向と略直交する方向に、可動体２０の移動通路の内側から外側に向けて引張力が付与されることになる。

本実施例によれば、上述した実施例１の効果に加え、次のような効果がある。すなわち、固定支持された２本の保持ガイド９２と、回転可能に支持された１本の保持ガイド９３とが、いずれも支持台９１上に片持ち支持されており、これら保持ガイド９２及び９３の基端側を除く中間領域から上端側にかけてはフリーの状態であるため、可動体２０の移動領域が広くとれるとともに、前記保持ガイド９２及び９３への可動体２０の取り付けが容易である。なお、前記保持ガイド９２及び９３の先端側には、該保持ガイド９２及び９３から可動体２０が不用意に脱落するのを防止するために、必要に応じてフックや膨出部などを設けるようにしてもよい。また、上述した実施例１及び２では、付勢手段としてバネを利用することとしたが、本実施例では、荷重９６の吊り下げを用いているため、該荷重９６の重さを調整することにより、引張力を任意の値に調整にすることが容易であるという効果も得られる。

次に、図１４を参照して、本発明の実施例４について説明する。上述した実施例は、いずれも、保持機構と付勢手段を別構成としたものであるが、本実施例は、保持機構が付勢手段を兼ねるものである。本実施例の駆動装置９０Ａでは、保持機構は、上端側がそれぞれ可動体２０の通路の外側に向けて所定の角度で広がるように支持台９１上に片持ち状に植設された複数の保持ガイド９８により構成されている。前記保持ガイド９８は、例えば、グラスファイバやピアノ線などの弾性を有する棒状体からなり、付勢手段を兼ねている。そして、前記保持ガイド９８の弾性力により、前記可動体２０の外周部に、該可動体２０の移動方向と略直交する方向に、該可動体２０の移動通路の内側から外側に向けて引張力が付与される。なお、上述した実施例３と同様に、各保持ガイド９８の上端側に、可動体２０の不用意な脱落を防止するために、フックや膨出部を設けるようにしてもよい。

本実施例では、複数の保持ガイド９８がいずれも支持台９１上に片持ち支持されており、前記保持ガイド９８の基端側を除く中間領域から上端側は、フリーの状態であるため、可動体２０の移動領域が広くとれるとともに、前記保持ガイド９８への可動体２０の取り付けが容易である点は、上述した実施例３と同様である。このような効果に加え、本実施例では、保持機構としての複数の保持ガイド９８が付勢手段を兼ねることから、構造が極めてシンプルであり、装置の小型化や軽量化が実現できるとともに、部品点数が少ないことから製造工程の短縮及びコストの削減が可能である。なお、本実施例では、前記保持ガイド９８を、いずれも弾性を有する棒状体により構成することとしたが、前記実施例３と同様に、保持ガイド９８の一部を剛体とするようにしてもよい。

なお、本発明は、上述した実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることができる。例えば、以下のものも含まれる。
(1)上述した実施例に示した材料，形状，寸法は一例であり、同様の作用を奏するように適宜変更可能である。特に、前記実施例で示したシャフト１６や開口部２６及び４６の形状は一例であり、可動体２０や４２と、シャフト１６が接触し、摩擦力が作用する形状であれば、適宜変更してよい。例えば、前記実施例１の構造において、図１５(A)に示すように、シャフト７０の形状を板状とし、凸部２４Ａに設ける開口部７２の形状を長方形などとしてもよいし、図１５(B)に示すように、シャフト７４を角に丸みを持たせた各棒状とし、開口部７６の形状をそれに合わせるようにしてもよい。このほかにも、凸部２４や振動板４４に形成する開口部の形状とともに変更することにより、シャフト１６の断面形状を楕円形，扇形，半円形などにしても、上述した実施例１と同様の効果が得られる。

また、図１５(C)に示す例のように、シャフト１６の軸方向に沿って、凸部２４Ｂ自体の厚みを増したり、あるいは、図１５(D)に示すように、凸部２４Ａに、シャフト１６の軸方向に沿った断面略長円状のパイプ状の貫通部７８を設けたりするようにしてもよい。これにより、可動体２０の移動方向を軸とする回転のみならず、前記移動方向と直交する方向を軸とする回転の抑制効果も得られる。

更に、前記実施例２におけるフック６４や保持ガイド５２の溝５４の形状も一例であり、同様の効果を奏するように適宜変更してよい。例えば、図１５(E)に示すように、振動板６２の外周縁に設けるフック８０の先端の断面形状をトラック形状とし、該フック８０の先端形状に沿うように、保持ガイド８２の溝８４の形状を形成するなどである。

(2)圧電振動子の構造もユニモルフ，バイモルフのいずれであってもよい。また、圧電素子自体が、圧電層と電極層を交互に積層した積層構造のものであってもよく、その積層数，内部電極の接続パターン，引出構造なども必要に応じて適宜変更可能である。

(3)前記実施例における保持機構は一例であり、同様の効果を奏するように適宜設計変更可能である。例えば、上述した実施例１では、可動体の外周部の４ヶ所に引張力を負荷することとしたが、上述した実施例３のように、対向する２ヶ所の一方のシャフト１６を固定し、他方からのみ引張力を負荷する構成にしても、可動体２０がシャフト１６に直交する面に平行な状態で姿勢が安定するという効果が得られる。また、保持機構の数は、２以上であれば、必要に応じて増減してよく、より好ましくは３ヶ所以上設けるようにすると、姿勢安定化の効果が高い。

(4)前記実施例では、保持機構が回転防止機構を備えることとしたが、レンズ２２など被移送物の回転抑制の必要性の有無に応じて適宜設計変更してよい。例えば、前記実施例１において、凸部２４Ａの開口部２６を周方向に広げることにより、その範囲内で可動体２０の回転が可能となる。前記実施例２においても同様であり、保持ガイド５２の溝５４を周方向に広げることによって、可動体６０が回転可能な構成としてもよい。

(5)駆動用の印加電圧波形も、駆動形態に応じて適宜設定してよい。また、バネ１４やシャフト１６，あるいは、保持ガイド５２を、駆動電圧供給用に利用してもよい。
(6)前記実施例のレンズ２２は一例であり、本発明は、例えば、カメラの撮影レンズやオーバーヘッドプロジェクタなどの投影レンズ，双眼鏡のレンズ，複写機のレンズなど、光学装置におけるレンズの駆動のほか、プロッタやＸ−Ｙ駆動テーブルのような装置など、駆動部を有する装置一般に適用可能である。

本発明によれば、印加電圧により撓む平面変形素子と被変位物を一体化するとともに、被変位物の移動方向と略直交する方向に引張力を付与するための付勢手段を利用して、前記平面変形素子の外周部に前記通路の内側から外側に向けて引張力を負荷して保持することとしたので、被変位物を通路内で移動させるための駆動装置に適用できる。特に、引張力を利用するため、重力の影響を受けにくく、安定した変位が可能であることから、移送方向に関わらず安定な動作が必要とされる精密機器や通信機器などで利用される駆動装置の用途に好適である。

本発明の実施例１の駆動装置の全体構成を示す斜視図である。前記図１の駆動装置を光軸方向から見た平面図である。前記図２を＃Ａ−＃Ａ線に沿って切断した断面図であり、(A)はアクチュエータが上へ最大に撓んだ状態，(B)は撓みのない状態，(C)は下へ最大に撓んだ状態，(D)は前記(B)を一部拡大した状態を示す図である。前記実施例１の時間の経過に対する可動体の撓み状態，可動体の変位，摩擦力の変化を示す図である。前記実施例１の可動体に印加される電圧と時間の関係を示す図である。前記実施例１の上方向への移動の様子を示す説明図である。前記実施例１の下方向への移動の様子を示す説明図である。前記実施例１の可動体の変位速度と入力電圧の関係を示す図である。前記実施例１の駆動装置の変形例を、光軸方向から見た平面図である。本発明の実施例２の駆動装置を光軸方向から見た平面図である。前記図１０を＃Ｃ−＃Ｃ線に沿って切断した断面図であり、(A)は可動体が上へ最大に撓んだ状態，(B)は撓みのない状態，(C)は下へ最大に撓んだ状態を示す図である。前記実施例２の可動体の変位速度と入力電圧の関係を示す図である。本発明の実施例３を示す図であり、(A)は平面図，(B)は前記(A)を＃Ｄ−＃Ｄ線に沿って切断した断面図である。本発明の実施例４を示す断面図である。本発明の他の実施例を示す図である。背景技術の一例を示す図である。背景技術の一例を示す図である。

符号の説明

１０：駆動装置
１２：通路
１４：バネ
１６：シャフト
２０：可動体（アクチュエータ本体）
２１：圧電振動子（平面変形素子）
２２：レンズ
２４：振動板
２４Ａ，２４Ｂ：凸部
２６：開口部
２８，３０：圧電素子
２８Ａ，３０Ａ：電極層
４０：駆動装置
４２：可動体
４４：振動板
４６：開口部
５０：駆動装置
５２：保持ガイド
５４：溝
６０：可動体
６２：振動板
６４：フック
６６，６８：圧電素子
６６Ａ：電極層
７０，７４：シャフト
７２，７６：開口部
７８：貫通部
８０：フック
８２：保持ガイド
８４：溝
９０，９０Ａ：駆動装置
９１：支持台
９２：第１の保持ガイド
９３：第２の保持ガイド
９３Ａ：基端
９３Ｂ：支点
９４：ワイヤ
９５：プーリ
９６：荷重
９８：保持ガイド
１０１：鏡筒
１０１ａ，１０１ｃ：両端
１０１ｂ，１０１ｄ：孔
１０１ｅ：支持部
１０１ｆ：フォーク
１０１ｋ：コ字状部
１０３：ガイドバー
１１２：圧電素子
１１３：駆動棒支持部材
１１３ａ，１１３ｃ，１１３ｅ：立ち上がり部
１１３ｂ，１１３ｄ：孔
１１４：板バネ
１１４ｃ：摩擦部
１１５，１１６：ネジ
１１７：駆動棒
２００：平面変形素子
２０２：ウエイト
２０４：クランプ脚
２０６：円板
２０８，２１０：圧電板
Ｗ：壁面

Claims

印加電圧により撓む平面変形素子の外周部の複数個所に、それぞれ異なる複数方向への引張力を付与して、前記平面変形素子を保持することを特徴とする駆動装置。
被変位物を通路内で移動させるための駆動装置であって、
前記被変位物が一体に取り付けられるとともに、印加電圧により撓む平面変形素子，
前記被変位物の移動方向と略直交する方向に引張力を付与するための少なくとも一つの付勢手段，
前記付勢手段を利用して、前記通路の内側から外側に向けて前記平面変形素子の外周部に引張力を負荷するとともに、前記被変位物の移動範囲に応じて移動をガイドする複数の保持機構，
を備えたことを特徴とする駆動装置。
前記平面変形素子が、
圧電層と電極層が積層した圧電素子を、振動板の少なくとも一方の面に貼り合わせた圧電振動子であることを特徴とする請求項１又は２記載の駆動装置。
前記保持機構が、
前記付勢手段の先端に、前記被変位物の移動方向に沿って連続して設けられたガイド手段，
前記平面変形素子の外周部に設けられた突出部に形成されており、前記ガイド手段を、前記付勢手段による押圧ないし引張方向にスライド可能に貫通させる開口部，
を含むことを特徴とする請求項２又は３記載の駆動装置。
前記保持機構が、
前記付勢手段の先端に、前記被変位物の移動方向に沿って連続して設けられたガイド手段，
前記平面変形素子の周縁部に形成されており、前記ガイド手段を、前記付勢手段による押圧ないし引張方向にスライド可能に貫通させる開口部，
を含むことを特徴とする請求項２又は３記載の駆動装置。
前記保持機構が、
前記平面変形素子の外周部に設けられた突出部，
前記付勢手段の先端に、前記被変位物の移動方向に沿って設けられるとともに、前記突出部に係合する溝部が前記被変位物の移動方向に沿って形成されたレール状のガイド手段，
を含むことを特徴とする請求項２又は３記載の駆動装置。
前記付勢手段が、バネ又は荷重を利用したものであることを特徴とする請求項２〜６のいずれかに記載の駆動装置。
前記保持機構が、前記付勢手段を兼ねることを特徴とする請求項２又は３記載の駆動装置。
前記保持機構が、前記平面変形素子の移動時に、前記被変位物の移動方向を軸とする回転運動を抑制可能であることを特徴とする請求項２〜８のいずれかに記載の駆動装置。
前記保持機構が、前記平面変形素子の移動時に、前記被変位物の移動方向と直交する方向を軸とする回転運動を抑制可能であることを特徴とする請求項２〜９のいずれかに記載の駆動装置。