JP2006333546A - インパクト駆動アクチュエータ - Google Patents

Abstract

【課題】非常に狭い占有領域で微小押圧力を安定して与えることによって、超小型光学系にも適用可能なインパクト駆動アクチュエータを提供すること。
【解決手段】第１の方向とその逆の第２の方向に、圧電振動子１０２によって微小変位の往復運動を行う振動基板１０３上に移動子１０４を配置し、振動基板１０３に形成した振動基板電極１０５と、振動基板電極１０５と絶縁膜１０６を介して対向するように移動子１０４に形成された移動子電極１０７と、の間の電位差によって、振動基板１０３と移動子１０４の間に静電吸着力を作用させるインパクト駆動アクチュエータであって、圧電振動子１０２が振動基板１０３を往復運動させるに際して、第１の方向に変位するのに要する変位時間と第２の方向におけるそれとが異なり、変位時間が大きい方向に移動子１０４が振動基板１０３に対して相対的な変位を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、移動子を歩進駆動する小型のインパクト駆動アクチュエータに関する。

駆動軸に結合された電気機械変換素子に鋸歯状波駆動パルスを供給して駆動軸を軸方向に変位させ、この駆動軸に摩擦結合させた移動部材を軸方向に移動させるアクチュエータが知られている（以下、このようなアクチュエータをインパクト駆動アクチュエータと呼ぶ）。

このインパクト駆動アクチュエータの動作原理を説明する。即ち、図１０（Ａ）に示すように、インパクト駆動アクチュエータは、圧電素子２の一端が静止部材１に固定され、他端には駆動軸４が取り付けられている。この駆動軸４上には、左右に移動自由に移動体３が摩擦結合されている。このような構成において、上記圧電素子２には、図１０（Ｂ）に示すような鋸歯状波のパルスが印加される。

即ち、まず、緩やかに増加する電圧Ａが圧電素子２に印加されると、該圧電素子２が変位すると同時に駆動軸４も変位する。圧電素子２が緩やかに変位するため、移動体３は、駆動軸４との摩擦により駆動軸４とともに移動する（図１０（Ａ）における状態（ｂ））。
次に、圧電素子２に急峻に減少する電圧Ｂを印加すると、圧電素子２の変位が戻ると同時に駆動軸４も急峻に戻るが、移動体３と駆動軸４の間にはすべりが生じるため、移動体３はその位置にとどまる（図１０（Ａ）における状態（ｃ））。
このような波形を圧電素子２に印加することによって、移動体３は点Ｏから点Ｐに移動したことになる。

この動作を繰り返すことで、静止部材１に対して移動体３を間欠的に移動させることができる。移動体３を反対方向へ移動させるには、左右に反転させた鋸歯状波パルスを圧電素子２に印加すれば良い。

上記の駆動原理を用いたアクチュエータが特許文献１に開示されている。この特許文献１は、インパクト駆動アクチュエータをカメラのレンズ駆動に応用した一例を開示するものであり、図１０（Ｃ）に示すように、レンズの鏡筒の役割を果たす移動体３が駆動軸４に嵌合されている。また、屈曲部を有する弾性部材５Ａが嵌合部分の移動体３に取り付けられており、弾性部材５Ａの屈曲部が駆動軸４に圧接することにより、適当な摩擦力が発生するようにしている。

また、他の一例として、特許文献２がある。この特許文献２に開示のアクチュエータでは、図１０（Ｄ）に示すように、摩擦を発生させる部分に圧電素子を含む摩擦調整手段５Ｂが用いられている。この摩擦調整手段５Ｂの圧電素子への印加電圧と駆動軸を変位させるための圧電素子２に印加する電圧とを同期させることによって、移動に適する摩擦力を得ている。
特許２６３３０６６号公報 特許３１６８８４３号公報

しかしながら、上記特許文献１や２に開示のアクチュエータには、図１０（Ｃ）及び（Ｄ）に示すように、弾性部材５Ａや摩擦調整手段５Ｂのような、移動体３を駆動軸４に押圧するための押圧機構が必要となる。必要な押圧力は要求される駆動力によって異なるが、一般的に微小な押圧力を制御するのは難易度が高く、発生力の小さい小型の圧電素子２で安定して駆動させるためには微小押圧力の制御が不可欠となる。このような押圧機構は比較的多くの部品点数を有するため、微小化は難しく、特に内視鏡などの超小型光学系の駆動源として用いるのは困難であった。

本発明は、上記の点に鑑みてなされたもので、非常に狭い占有領域で微小押圧力を安定して与えることによって、超小型光学系にも適用可能なインパクト駆動アクチュエータを提供することを目的とする。

本発明のインパクト駆動アクチュエータの一態様は、
第１の方向とその逆の第２の方向に、変位手段によって微小変位の往復運動を行う振動基板と、
上記振動基板上に配置された第１の移動子と、
上記振動基板に形成された第１の電極と、
上記第１の電極と絶縁層を介して対向するように上記第１の移動子に形成された第２の電極と、
上記第１の電極と上記第２の電極の間の電位差によって上記振動基板と上記第１の移動子の間に第１の静電吸着力を作用させる手段と、
を具備し、
変位手段が上記振動基板を往復運動させるに際して、上記第１の方向に変位するのに要する変位時間と上記第２の方向に変位するのに要する変位時間とが異なり、上記変位時間が大きい方向に上記第１の移動子が上記振動基板に対して相対的な変位を行うことを特徴とする。

本発明によれば、非常に狭い占有領域で微小押圧力を安定して与えることによって、超小型光学系にも適用可能なインパクト駆動アクチュエータを提供することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を図面を参照して説明する。

［第１実施形態］
まず、図１（Ａ）及び（Ｂ）を参照して、本発明の第１実施形態に係るインパクト駆動アクチュエータの構成を説明する。なおここで、図１（Ａ）は、本実施形態に係るインパクト駆動アクチュエータの上面図であり、図１（Ｂ）は、その側面断面図である。

即ち、本実施形態に係るインパクト駆動アクチュエータは、固定された基板１０１に圧電振動子１０２と振動基板１０３とが配置され、圧電振動子１０２の両端は基板１０１及び振動基板１０３に接し、振動基板１０３の他端はバイアスバネ１０９で上記圧電振動子１０２側に向けて付勢されている。このため、圧電振動子１０２が図中の矢印の方向に往復微小変位すると、その変位に応じて振動基板１０３も往復微小変位することになる。ここで、バイアスバネ１０９の共振周波数は、後述する駆動時の圧電振動子１０２の振動周波数よりも高いものとする。

振動基板１０３には、振動基板電極１０５が形成され、その上部には絶縁膜１０６が形成されている。振動基板電極１０５は、図１（Ａ）から判るように、圧電振動子１０２の振動方向に直交する方向に短冊状の電極１０５−１，１０５−２に分割されている。

振動基板１０３の上部には、移動子１０４が配置され、その中にはレンズ１０８が組み込まれている。また、移動子１０４の振動基板１０３に対向する面には、移動子電極１０７が形成され、上記振動基板電極１０５と絶縁膜１０６を介して対向している。

なお、特に図示しないが、圧電振動子１０２の配線はパルス発生回路に、振動基板電極１０５−１，１０５−２は電圧発生回路にそれぞれ接続されているものとする。

また、移動子１０４が圧電振動子１０２の振動方向以外の方向に移動しないように、ガイド等を設けても構わない。

次に、本実施形態に係るインパクト駆動アクチュエータの駆動方法について、図２（Ａ）及び（Ｂ）を用いて説明する。

即ち、図２（Ａ）は、不図示のパルス発生回路から圧電振動子１０２に印加される電圧と時刻の関係を示す図である。この図から判るように、圧電振動子１０２に印加される電圧は、時刻ｔ１と時刻ｔ２の間で急峻に増大し、時刻ｔ２から時刻ｔ３の間では、この時刻ｔ１と時刻ｔ２の間で急峻に増大するのと比較すると緩やかに減少して、時刻ｔ１における電圧と等しくなる。圧電振動子１０２には、不図示のパルス発生回路から、このような電圧パルスが繰り返し印加されるものとする。

また、振動基板電極１０５−１と１０５−２の間には、不図示の電圧発生回路により、所定の電圧が印加されるものとする。このとき、振動基板電極１０５−１，１０５−２に絶縁膜１０６を介して対向する移動子電極１０７の電位は、振動基板電極１０５−１と１０５−２の中間的な電位となるので、振動基板電極１０５−１，１０５−２と移動子電極１０７との間に静電気力が作用して、移動子１０４は振動基板１０３に静電吸着される。この静電吸着力は、振動基板電極１０５−１と１０５−２の間に印加する電圧によって制御できる。

図２（Ｂ）は、上記時刻ｔ１，ｔ２，ｔ３のそれぞれにおける上記基板１０１、圧電振動子１０２、振動基板１０３、移動子１０４の状態を示す図である。

即ち、時刻ｔ１での状態（ａ）においては、圧電振動子１０２に印加される電圧は低いので、圧電振動子１０２は収縮状態となっている。

次に、圧電振動子１０２に急峻な電圧印加が成された後の時刻ｔ２においては、状態（ｂ）に示すように、圧電振動子１０２は伸張状態となる。このとき、圧電振動子１０２の伸張による振動基板１０３の変位は急激に起こるので、振動基板１０３と移動子１０４の間に滑りが生じ、移動子１０４は振動基板１０３に対して相対的に圧電振動子１０２の伸張方向とは逆の方向に変位する。

次に、圧電振動子１０２に印加される電圧を緩やかに減少させて時刻ｔ１と同じ電圧とした後の時刻ｔ３においては、状態（ｃ）に示すように、圧電振動子１０２は収縮状態となる。このとき、圧電振動子１０２の収縮に伴う振動基板１０３変位は緩やかに起きるので、移動子１０４は振動基板１０３に静電吸着された状態を維持し、時刻ｔ２から時刻ｔ３にかけて移動子１０４は振動基板１０３に対して相対的に変位しない。

このように状態（ａ），状態（ｂ），状態（ｃ）の過程を繰り返すことによって、移動子１０４は、振動基板１０３に対して圧電振動子１０２の伸張方向とは逆の方向に歩進駆動し、結果として、基板１０１に対して圧電振動子１０２の収縮方向に歩進駆動することになる。

以上、移動子１０４を圧電振動子１０２の収縮方向に変位させるための駆動方法について説明した。逆に、移動子１０４を圧電振動子１０２の伸張方向に変位させる場合について、図３（Ａ）及び（Ｂ）を用いて説明する。

図３（Ａ）は、この場合の圧電振動子１０２に印加される電圧と時刻の関係を示す図である。この図から判るように、圧電振動子１０２に印加される電圧は、時刻ｔ１と時刻ｔ２の間で緩やかに増大し、時刻ｔ２から時刻ｔ３の間では、この時刻ｔ１と時刻ｔ２の間で緩やかに増大するのと比較すると急峻に減少して、時刻ｔ１における電圧と等しくなる。圧電振動子１０２には、不図示のパルス発生回路から、このような電圧パルスが繰り返し印加されるものとする。

また、図２（Ａ）における説明と同様に、振動基板電極１０５−１と１０５−２の間には、不図示の電圧発生回路により、所定の電圧が印加されているものとする。

図３（Ｂ）は、上記時刻ｔ１，ｔ２，ｔ３のそれぞれにおける上記基板１０１、圧電振動子１０２、振動基板１０３、移動子１０４の状態を示す図である。

即ち、時刻ｔ１での状態（ａ）においては、圧電振動子１０２に印加される電圧は低いので、圧電振動子１０２は収縮状態となっている。

次に、圧電振動子１０２に緩やかな電圧印加が成された後の時刻ｔ２においては、状態（ｂ）に示すように、圧電振動子１０２は伸張状態となる。このとき、圧電振動子１０２の伸張による振動基板１０３の変位は緩やかに起こるので、移動子１０４は振動基板１０３に静電吸着された状態を維持し、時刻ｔ１から時刻ｔ２にかけて移動子１０４は振動基板１０３に対して相対的に変位しない。

次に、圧電振動子１０２に印加される電圧を急峻に減少させて時刻ｔ１と同じ電圧とした後の時刻ｔ３においては、状態（ｃ）に示すように、圧電振動子１０２は収縮状態となる。このとき、圧電振動子１０２の収縮に伴う振動基板１０３変位は急激に起きるので、振動基板１０３と移動子１０４の間に滑りが生じ、移動子１０４は振動基板１０３に対して相対的に圧電振動子１０２の収縮方向とは逆の方向に変位する。

このように状態（ａ），状態（ｂ），状態（ｃ）の過程を繰り返すことによって、移動子１０４は、振動基板１０３に対して圧電振動子１０２の収縮方向とは逆の方向に歩進駆動し、結果として、基板１０１に対して圧電振動子１０２の伸張方向に歩進駆動することになる。

このように本実施形態にあっては、不図示のパルス発生回路から圧電振動子１０２に印加する電圧パルスを、図２（Ａ）または図３（Ａ）に示されたような波形とすることによって、移動子１０４を圧電振動子１０２の収縮方向または伸張方向に歩進駆動させることができる。

ここで、図２（Ｂ）及び図３（Ｂ）の説明においては、振動基板１０３を緩やかに変位させた場合には移動子１０４が振動基板１０３に対して相対変位しないものとしたが、振動基板１０３を急激に変位させた場合と比較して移動子１０４の振動基板１０３に対する滑り量、即ち相対変位量が小さければ、実質的に移動子１０４を基板１０１に対して歩進駆動させることができる。

移動子１０４が振動基板１０３の変位によって振動基板１０３に対してどの程度の相対変位をするかあるいは振動基板１０３に対して固定された状態を維持するかは、振動基板１０３の変位の速度あるいは加速度だけでなく、移動子１０４と振動基板１０３の静電吸着力にも依存する。この静電吸着力は、前述のように、振動基板電極１０５−１と１０５−２の間の印加電圧によって制御できるので、圧電振動子１０２に急峻な電圧変化を加えた際に移動子１０４が振動基板１０３に対して比較的大きな相対変位を生じ、圧電振動子１０２に緩やかな電圧変化を加えた際に移動子１０４が振動基板１０３に対して比較的小さな相対変位を生じるか、あるいは相対変位を生じないように振動基板電極１０５−１と１０５−２に印加する電圧を調整すれば良い。

このように、本実施形態に係るインパクト駆動アクチュエータにおいては、駆動に必要な摩擦力が振動基板１０３と移動子１０４の静電吸着力によって得られるので、押圧力を制御する機械的な押圧機構を必要としないため小型化が可能である。さらに、機械的に押圧する場合にあっては動作に伴い摩耗等によって摩擦力が経時変化して正常な駆動が行われなくなることがあるが、振動電極基板１０５−１と１０５−２の間の電圧によって振動基板１０３と移動子１０４の摩擦力を制御する本実施形態の方法にあっては、振動基板１０３と移動子１０４の接触状態の変化に対応して印加電圧を制御することによって長期間にわたって安定に動作させることが可能となる。

［第２実施形態］
次に、図４（Ａ）乃至図５（Ｂ）を参照して、本発明の第２実施形態に係るインパクト駆動アクチュエータの構成を説明する。なおここで、図４（Ａ）は、本実施形態に係るインパクト駆動アクチュエータの上面図であり、図４（Ｂ）は、その側面断面図である。また、図５（Ａ）は図４（Ａ）におけるＡ−Ａ’線断面図であり、図５（Ｂ）は同じくＢ−Ｂ’線断面図である。

即ち、本実施形態に係るインパクト駆動アクチュエータは、固定された基板２０１に圧電振動子２０２と振動基板２０３とが配置され、圧電振動子２０２の両端は基板２０１及び振動基板２０３に接し、振動基板２０３の他端はバイアスバネ２１０で上記圧電振動子２０２側に向けて付勢されている。このため、圧電振動子２０２が図中の矢印の方向に往復微小変位すると、その変位に応じて振動基板２０３も往復微小変位することになる。

振動基板２０３上には、第１移動子２０４と第２移動子２０５とが配置され、第１移動子２０４の中には第１レンズ２１１が、また第２移動子２０６の中には第２レンズ２１２がそれぞれ組み込まれている。

振動基板２０３には、図４（Ａ）から判るように、吸着用振動基板電極２０６が形成され、その両脇に第１給電用振動基板電極２１３と第２給電用振動基板電極２１４とが形成されている。ここで、図５（Ａ）及び（Ｂ）から判るように、吸着用振動基板電極２０６上には絶縁膜２０７が形成され、第１給電用振動電極基板２１３と第２給電用振動電極基板２１４はその表面が絶縁膜２０７と同じ高さで露出している（但し、第１給電用振動基板電極２１３と第２給電用振動基板電極２１４の表面は絶縁膜２０７よりも僅かに高くても良い）。

第１移動子２０４の振動基板２０３に対向する面には第１移動子電極２０８が、また、第２移動子２０５の振動基板２０３に対向する面には第２移動子電極２０９が、それぞれ形成されている。図５（Ａ）及び（Ｂ）から判るように、この第１移動子電極２０８は、上記第１給電用振動基板電極２１３及び吸着用振動基板電極２０６に対向する部位に存在し、また、第２移動子電極２０９は、上記第２給電用振動基板電極２１４及び吸着用振動電極基板２０６に対向する部位に存在する。

このとき、第１移動子電極２０８は、給電用振動基板電極２１３と電気的に導通しており、吸着用振動基板電極２０６とは絶縁膜２０７を介して対向している。また、第２移動子電極２０９は、給電用振動基板電極２１４と電気的に導通しており、吸着用振動基板電極２０６とは絶縁膜２０７を介して対向している。

なお、特に図示しないが、圧電振動子２０２の配線はパルス発生回路に、第１給電用振動基板電極２１３と第２給電用振動基板電極２１４は、独立して制御できる電圧発生回路に、それぞれ接続され、吸着用振動基板電極２０６は接地されているものとする。

ここで、例えば第１給電用振動基板電極２１３に第１の電圧を印加すると、これと電気的に導通している第１移動子電極２０８は第１給電用振動基板電極２１３と同電位となる。従って、接地された吸着用振動基板電極２０６と第１移動子電極２０８の電位差は第１の電圧に等しくなり、その電圧に応じた静電吸着力が振動基板２０３と第１移動子２０４の間に作用する。同様に、第２給電用振動基板電極２１４に第２の電圧を印加すると、これと電気的に導通している第２移動子電極２０９は第２給電用振動基板電極２１４と同電位となる。従って、接地された吸着用振動基板電極２０６と第２移動子電極２０９の電位差は第２の電圧に等しくなり、その電圧に応じた静電吸着力が振動基板２０３と第２移動子２０５の間に作用する。このように、第１給電用振動基板電極２１３に印加する電圧及び第２給電用振動基板電極２１４に印加する電圧によって、第１移動子２０４と第２移動子２０５の振動基板２０３に対する静電吸着力を独立に制御することができる。

次に、本実施形態に係るインパクト駆動アクチュエータの駆動方法について、図６（Ａ）乃至図７を参照して説明する。

即ち、図６（Ａ）は、不図示のパルス発生回路から圧電振動子２０２に印加される電圧と時刻の関係を示す図である。この図から判るように、図２（Ａ）と同様で、圧電振動子２０２に印加される電圧は、時刻ｔ１と時刻ｔ２の間で急峻に増大し、時刻ｔ２から時刻ｔ３の間では、時刻ｔ１と時刻ｔ２の間で急峻に増大するのと比較すると緩やかに減少して、時刻ｔ１における電圧と等しくなる。圧電振動子２０２に対しては、このような電圧パルスが不図示のパルス発生回路から繰り返し印加されるものとする。

また、図６（Ｂ）は、不図示の電圧発生回路により、第１給電用振動基板電極２１３及び第２給電用振動基板電極２１４にそれぞれ印加される電圧を示す図である。この図から判るように、第２給電用振動基板電極２１４に印加される電圧の方が、第１給電用振動基板電極２１３に印加される電圧よりも大きいので、第２移動子２０５の静電吸着力が第１移動子２０４の静電吸着力よりも大きくなる。

図７は、図６（Ａ）及び（Ｂ）に示した時刻ｔ１，ｔ２，ｔ３のそれぞれにおける上記第１移動子２０４と第２移動子２０５の変位の状態を示す図である。

即ち、時刻ｔ１での状態（ａ）においては、圧電振動子２０２に印加される電圧は低いので、圧電振動子２０２は収縮状態となっている。

次に、圧電振動子２０２に急峻な電圧印加が成された後の時刻ｔ２においては、状態（ｂ）に示すように、圧電振動子２０２は伸張状態となる。このとき、圧電振動子２０２の伸張は急激に起こるので、振動基板２０３と第１移動子２０４の間に滑りが生じ、第１移動子２０４は、振動基板２０３に対して相対的に圧電振動子２０２の伸張方向とは逆の方向に変位する。一方、第２移動子２０５は、第１移動子２０４よりも強い静電吸着力で振動基板２０３に吸着しているので、そのような急激な振動基板２０３の変位に対しても吸着した状態を維持して、振動基板２０３に対して相対変位しない（基板２０１に対しては相対変位する）。

次に、圧電振動子２０２に印加する電圧を緩やかに減少させて時刻ｔ１と同じ電圧とした後の時刻ｔ３においては、状態（ｃ）に示すように、圧電振動子２０２は収縮状態となる。このとき圧電振動子２０２の収縮に伴う振動基板２０３の変位は緩やかに起きるので、第１移動子２０４及び第２移動子２０５は、振動基板２０３に静電吸着された状態を維持し、何れも時刻ｔ２から時刻ｔ３にかけて振動基板２０３に対して相対的に変位しない。

このように状態（ａ），状態（ｂ），状態（ｃ）の過程を繰り返すことによって、第１移動子２０４は、振動基板２０３に対して圧電振動子２０２の伸張方向とは逆の方向に歩進駆動し、結果として、基板２０１に対して圧電振動子２０２の収縮方向に歩進駆動することになる。一方、第２移動子２０５は、振動基板２０３に対して静止した状態を維持し、基板２０１に対して実質的に静止することになる。

以上、第１移動子２０４を圧電振動子２０２の収縮方向に変位させ、第２移動子２０５を静止させる駆動方法について説明した。また、圧電振動子２０２に印加する電圧を図６（Ａ）と同じにして、第１給電振動基板電極２１３と第２給電振動基板電極２１４に印加する電圧を図６（Ｂ）とは逆にすることによって、第１移動子の静電吸着力を大きく、第２移動子の静電吸着力を小さくすると、第１移動子２０４を実質的に静止させて、第２移動子２０５を圧電振動子２０２の収縮方向に変位させることができる。

更に、図８（Ａ）及び（Ｂ）に示すような電圧を印加すると、圧電振動子２０２が伸張する際に緩やかに振動基板２０３を変位させ、収縮する際に急激に振動基板２０３を変位させることになり、第１移動子２０４の静電吸着力が小さく、第２移動子２０４の静電吸着力が大きいので、基板２０１に対して第１移動子２０４を圧電振動子２０２の伸張方向に歩進駆動させ、第２移動子２０５を実質的に静止させることができる。

更に、図９（Ａ）及び（Ｂ）に示すような電圧を印加すると、圧電振動子２０２が伸張する際に緩やかに振動基板２０３を変位させ、収縮する際に急激に振動基板２０３を変位させることになり、第１移動子２０４の静電吸着力が大きく、第２移動子２０４の静電吸着力が小さいので、基板２０１に対して第１移動子２０４を実質的に静止させ、第２移動子２０５を圧電振動子２０２の伸張方向に歩進駆動させることができる。

以上説明したように、本実施形態の方法によれば、圧電振動子２０２に印加する電圧パルスと第１給電用振動基板電極２１３及び第２給電用振動基板電極２１４に印加される電圧とを制御することによって、第１移動子２０４及び第２移動子２０５を独立に基板２０１に対して任意の方向に変位させることができる。

また、図６（Ａ）乃至図９（Ｂ）を用いての説明においては、第１移動子２０４あるいは第２移動子２０５のうち大きな静電吸着力を与えられた方の移動子は振動基板２０３が急激に変化した場合にあっても振動基板２０３に対して静止した状態を維持するものとしたが、完全に静止しなくても滑り量がより小さな静電吸着力を与えられた他方の移動子よりも小さければ基板２０１に対する変位速度は他方の移動子よりも小さくなるので、第１移動子２０４と第２移動子２０５の相対距離を変化させることは可能である。このため、圧電振動子２０２に印加する電圧パルスと第１給電用振動基板電極２１３及び第２給電用振動基板電極２１４に印加される電圧との制御によって、第１移動子２０４と第２移動子２０５を任意の位置に変位させることが可能である。

また、図６（Ａ）乃至図９（Ｂ）を用いての説明においては、振動基板２０３が緩やかに変位する場合にあっては第１移動子２０４及び第２移動子２０５は振動基板２０３に静電吸着された状態を維持するものとしたが、振動基板２０３に対して若干の滑りが生じても、振動基板２０３が急激に変位する場合の滑り量よりも小さければ圧電振動子２０２に印加される電圧パルスに応じた方向に歩進駆動させることができる。

また、本実施形態においては、接地された吸着用振動基板電極２０６に対して同一の極性の印加電圧を第１給電用振動基板電極２１３と第２給電用振動基板電極２１４に印加したが、比較的大きな静電吸着力を得るために高電圧を印加する場合には、絶縁膜２０７への電荷注入を回避して安定した静電吸着力を得るために、印加電圧の極性を適宜逆にする、もしくは交流電圧を印加することが好ましい。交流電圧を印加する場合においては、その振幅によって静電吸着力を制御することになる。

本実施形態に係るインパクト駆動アクチュエータおいては、単一の圧電振動子２０２によって２つの移動子２０４，２０５を独立に駆動制御することが可能で、微小な多群アクチュエータに特に好適である。また、移動子と給電用振動基板電極を更に増やすことによって、３個以上の移動子を単一の圧電振動子２０２で変位させることも可能である。

また、本実施形態においては、微小往復運動をさせる駆動源として圧電振動子２０２を用いたが、伸張時と収縮時で異なった速度で変位させることができれば、磁歪素子、静電アクチュエータ、電磁アクチュエータなどを使用することができる。

また、本実施形態においては、第１移動子電極２０８及び第２移動子電極２０９の電位は第１給電用振動基板電極２１３と第２給電用振動基板電極２１４を介して制御しているが、第１移動子電極２０８及び第２移動子電極２０９に直接接続したリード線によって電圧制御を行っても良い。

以上実施形態に基づいて本発明を説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形や応用が可能なことは勿論である。

（付記）
前記の具体的実施形態から、以下のような構成の発明を抽出することができる。

（１） 第１の方向とその逆の第２の方向に、変位手段によって微小変位の往復運動を行う振動基板と、
上記振動基板上に配置された第１の移動子と、
上記振動基板に形成された第１の電極と、
上記第１の電極と絶縁層を介して対向するように上記第１の移動子に形成された第２の電極と、
上記第１の電極と上記第２の電極の間の電位差によって上記振動基板と上記第１の移動子の間に第１の静電吸着力を作用させる手段と、
を具備し、
変位手段が上記振動基板を往復運動させるに際して、上記第１の方向に変位するのに要する変位時間と上記第２の方向に変位するのに要する変位時間とが異なり、上記変位時間が大きい方向に上記第１の移動子が上記振動基板に対して相対的な変位を行うことを特徴とするインパクト駆動アクチュエータ。

（対応する実施形態）
この（１）に記載のインパクト駆動アクチュエータに関する実施形態は、第１及び第２実施形態が対応する。それらの実施形態において、例えば、振動基板１０３または２０３が上記振動基板に、移動子１０４または第１移動子２０４が上記第１の移動子に、振動基板電極１０５（１０５−１，１０５−２）または吸着用振動基板電極２０６が上記第１の電極に、移動子電極１０７または第１移動子電極２０８が上記第２の電極に、図示しない電圧発生回路が上記第１の静電吸着力を作用させる手段に、それぞれ対応する。

（作用効果）
この（１）に記載のインパクト駆動アクチュエータによれば、第１移動子を振動基板に静電吸着力で保持するので、特別な押圧機構が不要となり、アクチュエータを小型化できる。

（２） 上記振動基板に上に配置された第２の移動子と、
上記第１の電極と絶縁層を介して対向するように上記第２の移動子に形成された第３の電極と、
上記第１の電極と上記第３の電極の間の電位差によって上記振動基板と上記第２の移動子の間に第２の静電吸着力を作用させる手段と、
を更に具備し、
上記第１の静電吸着力と上記第２の静電吸着力を独立に制御することによって、上記第１の移動子と上記第２の移動子とを独立に変位させることを特徴とする（１）に記載のインパクト駆動アクチュエータ。

（対応する実施形態）
この（２）に記載のインパクト駆動アクチュエータに関する実施形態は、第２実施形態が対応する。その実施形態において、第２移動子電極２０９が上記第２の移動子に、第２移動子電極２０９が上記第３の電極に、図示しない電圧発生回路が上記第２の静電吸着力を作用させる手段に、それぞれ対応する。

（作用効果）
この（２）に記載のインパクト駆動アクチュエータによれば、単一の振動基板上に配置された複数の移動子に対して、静電吸着力による押圧力を独立に制御することで、独立に変位制御できる。

図１（Ａ）は、本発明の第１実施形態に係るインパクト駆動アクチュエータの上面図であり、図１（Ｂ）は、その側面断面図である。 図２（Ａ）は、移動子を圧電振動子の収縮方向に変位させる場合の圧電振動子に印加される電圧と時刻の関係を示す図であり、図２（Ｂ）は、図２（Ａ）中の時刻ｔ１，ｔ２，ｔ３のそれぞれにおけるインパクト駆動アクチュエータの状態を示す図である。 図３（Ａ）は、移動子を圧電振動子の伸張方向に変位させる場合の圧電振動子に印加される電圧と時刻の関係を示す図であり、図３（Ｂ）は、図３（Ａ）中の時刻ｔ１，ｔ２，ｔ３のそれぞれにおけるインパクト駆動アクチュエータの状態を示す図である。 図４（Ａ）は、本発明の第２実施形態に係るインパクト駆動アクチュエータの上面図であり、図４（Ｂ）は、その側面断面図である。 図５（Ａ）は、図４（Ａ）におけるＡ−Ａ’線断面図であり、図５（Ｂ）は、同じくＢ−Ｂ’線断面図である。 図６（Ａ）は、第１移動子を圧電振動子の収縮方向に変位させ且つ第２移動子を実質的に静止させる場合の圧電振動子に印加される電圧と時刻の関係を示す図であり、図６（Ｂ）は、その場合に第１給電用振動基板電極及び第２給電用振動基板電極にそれぞれ印加される電圧を示す図である。 図７は、図６（Ａ）及び（Ｂ）中の時刻ｔ１，ｔ２，ｔ３のそれぞれにおける第１移動子と第２移動子の変位の状態を示す図である。 図８（Ａ）は、第１移動子を圧電振動子の伸張方向に変位させ且つ第２移動子を実質的に静止させる場合の圧電振動子に印加される電圧と時刻の関係を示す図であり、図８（Ｂ）は、その場合に第１給電用振動基板電極及び第２給電用振動基板電極にそれぞれ印加される電圧を示す図である。 図９（Ａ）は、第１移動子を実質的に静止させ且つ第２移動子を圧電振動子の伸張方向に変位させる場合の圧電振動子に印加される電圧と時刻の関係を示す図であり、図９（Ｂ）は、その場合に第１給電用振動基板電極及び第２給電用振動基板電極にそれぞれ印加される電圧を示す図である。 図１０（Ａ）は、インパクト駆動アクチュエータの動作原理を説明するための状態遷移図、図１０（Ｂ）は、圧電素子の印加電圧の波形図、図１０（Ｃ）は、従来のインパクト駆動アクチュエータの構成を示す図であり、図１０（Ｄ）は、従来のインパクト駆動アクチュエータの別の構成を示す図である。

符号の説明

１０１，２０１…基板、 １０２，２０２…圧電振動子、 １０３，２０３…振動基板、 １０４…移動子、 １０５，１０５−１，１０５−２…振動基板電極、 １０６，２０７…絶縁膜、 １０７…移動子電極、 １０８…レンズ、 １０９，２１０…バイアスバネ、 ２０４…第１移動子、 ２０５…第２移動子、 ２０６…吸着用振動基板電極、 ２０８…第１移動子電極、 ２０９…第２移動子電極、 ２１１…第１レンズ、 ２１２…第２レンズ、 ２１３…第１給電用振動基板電極、 ２１４…第２給電用振動基板電極。

Claims (2)

1. 第１の方向とその逆の第２の方向に、変位手段によって微小変位の往復運動を行う振動基板と、
   上記振動基板上に配置された第１の移動子と、
   上記振動基板に形成された第１の電極と、
   上記第１の電極と絶縁層を介して対向するように上記第１の移動子に形成された第２の電極と、
   上記第１の電極と上記第２の電極の間の電位差によって上記振動基板と上記第１の移動子の間に第１の静電吸着力を作用させる手段と、
   を具備し、
   変位手段が上記振動基板を往復運動させるに際して、上記第１の方向に変位するのに要する変位時間と上記第２の方向に変位するのに要する変位時間とが異なり、上記変位時間が大きい方向に上記第１の移動子が上記振動基板に対して相対的な変位を行うことを特徴とするインパクト駆動アクチュエータ。
2. 上記振動基板に上に配置された第２の移動子と、
   上記第１の電極と絶縁層を介して対向するように上記第２の移動子に形成された第３の電極と、
   上記第１の電極と上記第３の電極の間の電位差によって上記振動基板と上記第２の移動子の間に第２の静電吸着力を作用させる手段と、
   を更に具備し、
   上記第１の静電吸着力と上記第２の静電吸着力を独立に制御することによって、上記第１の移動子と上記第２の移動子とを独立に変位させることを特徴とする請求項１に記載のインパクト駆動アクチュエータ。

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