JP2007049874A - アクチュエータ - Google Patents

Abstract

【課題】圧電素子の伸縮方向の他方側に取りつける錘部材を圧電素子の側方に延設することによって、小型化することのでき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１２と、この圧電素子１２の伸縮方向の一方側に取りつけられた駆動軸１４と、駆動軸１４に摩擦係合された被駆動部材１６で構成される。圧電素子１２の伸縮方向の他方側には錘部材１８が固着され、この錘部材１８は圧電素子１２の側方に延設される。
【選択図】 図１

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の駆動装置として、圧電素子を用いたアクチュエータが知られている。例えば特許文献１のアクチュエータは、圧電素子、駆動部材、及び、台座で構成される。前記圧電素子の伸縮方向の一方の端面には駆動部材が固着され、この駆動部材に被駆動部材が摩擦係合される。また、圧電素子の伸縮方向の他方の端面には、台座が固着される。この台座は慣性体としての錘りの機能があり、このような構成で前記圧電素子にパルス状の電圧が印加され、圧電素子の伸び方向と縮み方向との動きが台座の慣性作用により駆動部材に伝達される。圧電素子が遅い速度で変形した場合には、被駆動部材が駆動部材とともに移動し、圧電素子が速い速度で変形した場合には、被駆動部材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、パルス状の電圧の印加を繰り返すことによって、被駆動部材を細かなピッチで間欠的に移動させることができる。

このような構成のアクチュエータは、台座と、圧電素子と、駆動部材との間で共振するという問題を発生する。また、本体との取り付け時に共振の影響が出ないように特許文献１のアクチュエータは、台座を本体にゴム系接着剤で固着することにより、アクチュエータを本体に弾性的に支持している。ところがこのような駆動方式は台座と、圧電素子と、駆動部材との構成のバラツキのコントロールが非常に困難となる。

このような共振を利用すると、駆動部材の移動量が増加するという利点がある。例えば特許文献２には、この共振を利用したアクチュエータが記載されている。このアクチュエータによれば、共振時の圧電素子の変位に合わせてパルス状の電圧を印加することによって、被駆動部材の変位量を大きくしている。
特開２００２−１４２４７０号公報 特許第３１７１１８７号公報

しかしながら、特許文献１、２のようなアクチュエータは、錘として機能する台座の重量が小さいと、共振を利用した場合であっても、被駆動部材の移動距離、移動速度、推力が不足するという問題を生じる。このため、重量の大きい台座が必要になるが、その場合には、装置が大型化するという問題が生じる。特に、ズームレンズのように移動距離の大きい被駆動部材を移動させる場合には、重量が非常に大きい台座が必要になり、装置が大型化するという問題があった。

また、特許文献１、２のアクチュエータは、圧電素子、駆動部材、台座から成るアクチュエータ内で生じる共振状態を利用しているため、共振による悪影響を受けて、駆動部材が圧電素子の伸縮方向以外にも変位するという問題を生じる。例えば図５（Ａ）、図５（Ｂ）に示すように、駆動部材２は、前記共振の影響を受けて、圧電素子の伸縮方向以外に変位するという問題を生じる。このため、圧電素子１の伸縮による駆動力が被駆動部材３に正確に伝わらず、被駆動部材３を圧電素子１の伸縮方向に正確に移動させることができないという問題があった。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、安定した駆動制御を行うことができ、且つ、小型化することの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、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取り付けられた駆動摩擦部材と、該駆動摩擦部材に摩擦係合された被駆動部材と、を備えたアクチュエータにおいて、前記電気機械変換素子の伸縮方向の他方側に固着されるとともに、前記電気機械変換素子の側方に延設される錘部材を備えたことを特徴とする。

請求項１の発明によれば、錘部材が電気機械変換素子の側方に延設されるので、錘部材を大きくしても、アクチュエータが駆動方向に大型化することがない。したがって、請求項１の発明によれば、錘部材を大きくして被駆動部材の移動距離、移動速度、及び、推力を向上させることができ、且つ小型のアクチュエータを得ることができる。なお、本発明において電気機械変換素子の側方とは、変位方向以外の側面側である。

請求項２に記載の発明は請求項１の発明において、前記錘部材は、金属粉を含有した弾性体であることを特徴とする。したがって、請求項２の錘部材は、比重が十分に重く、且つ、弾性力を有しており、装置構成系の共振を防止することができる。

請求項３に記載の発明は請求項２の発明において、前記弾性体がウレタンゴムであることを特徴とする。

請求項４に記載の発明は請求項１又は２の発明において、前記錘部材は、コ字状に形成されることを特徴とする。このように形成された錘部材は、錘部材を電気機械変換素子に接着材で固着した際に、接着剤の剥離を防止することができる。

請求項５に記載の発明は請求項１〜４のいずれか１の発明において、前記錘部材は、前記電気機械変換素子に接着剤によって取りつけられることを特徴とする。

請求項６に記載の発明は請求項１〜５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。

本発明に係るアクチュエータによれば、錘部材が電気機械変換素子の側方に延設されるので、錘部材を大きくした際にアクチュエータが駆動方向に大型化することを防止できる。

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の形態について詳述する。図１は本発明に係るアクチュエータの原理を示す基本構成図である。

図１に示すように、アクチュエータ１０は、圧電素子（電気機械変換素子に相当）１２、駆動軸（駆動摩擦部材に相当）１４、被駆動部材１６、及び、錘部材１８で構成される。圧電素子１２は矢印方向に積層されて構成されており、電圧を印加することによって積層方向に変形（伸縮）するように構成される。したがって、圧電素子１２は、長手方向の端面１２Ａ、１２Ｂが変位するようになっている。

圧電素子１２の端面１２Ａ、１２Ｂのうち、一方の端面１２Ａには、駆動軸１４の基端が固着される。駆動軸１４は例えば円柱状に形成されており、その軸が矢印方向（すなわち、圧電素子の伸縮方向）に配置されている。駆動軸１４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。なお、駆動軸１４の形状は円柱状に限定されるものではなく、角柱状でもよい。

被駆動部材１６は駆動軸１４に所定の摩擦力で係合されており、駆動軸１４に沿ってスライド自在に支持される。被駆動部材１６と駆動軸１４との摩擦力は、圧電素子１２に緩やかな変化の電圧を印加した際に、その駆動力よりも静摩擦力が大きくなるように、且つ、圧電素子１２に急激な変化の電圧を印加した際に、その駆動力よりも静摩擦力が小さくなるように設定される。

錘部材１８は、圧電素子１２の端面１２Ｂに固着される。この錘部材１８は圧電素子１２の端面１２Ｂに負荷を与えることによって、端面１２Ｂが端面１２Ａよりも大きく変位することを防止するものであり、駆動軸１４よりも重量の大きいものが好ましい。例えば、駆動軸１４が８ｍｇ、圧電素子１２が３２ｍｇの場合に、３２ｍｇの錘部材１８が用いられる。

また、錘部材１８は、軟性材料によって形成されている。錘部材１８の材質は、圧電素子１２及び駆動軸１４よりもヤング率の小さい材料のものが用いられる。錘部材１８のヤング率としては、１ＧＰａ以下が好ましく、３００ＭＰａ以下がより好ましい。このような錘部材１８は、ゴム等の弾性体に比重の大きい金属粉を混ぜ合わせることによって形成され、例えばウレタンゴムやウレタン樹脂にタングステンの粉末を混合することによって製造される。錘部材１８の比重は、装置の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。

さらに、錘部材１８は、コ状に形成されており、その内側の底部分に圧電素子１２の端面１２Ｂが固着される。すなわち、錘部材１８は、圧電素子１２の端面１２Ｂに固着され、且つ、圧電素子１２の側方に延設されている。側方に突出した二つの部分１８Ａ、１８Ａは同じ形状、同じ重さで形成されている。なお、錘部材１８は、均一な密度で形成することが好ましい。

圧電素子１２には不図示の駆動パルス供給装置が電気的に接続されており、この駆動パルス供給装置によって、図２（Ａ）、図２（Ｂ）に示す波形の電圧が印加される。

図２（Ａ）、図２（Ｂ）は圧電素子１２に印加するパルス波形の一例を示したものである。図２（Ａ）は、図１の被駆動部材１６を矢印の左方向に移動させる際のパルス波形であり、図２（Ｂ）は図１の被駆動部材１６を矢印の右方向に移動させる際のパルス波形である。

図２（Ａ）の場合、圧電素子１２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１２が緩やかに伸長する。その際、駆動軸１４が緩やかな速度で移動するので、被駆動部材１６は駆動軸１４とともに移動する。これにより、被駆動部材１６を図１の左方向に移動させることができる。時刻α３では、圧電素子１２が急激に縮まるので、駆動軸１４は図１の右方向に移動する。その際、駆動軸１４が急激に移動するので、被駆動部材１６は慣性によってその位置に停止したまま、駆動軸１４だけが移動する。したがって、図２（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の被駆動部材１６は左方向への移動と停止を繰り返すので、左方向へ移動させることができる。

図２（Ｂ）の場合、圧電素子１２には、時刻β１で急激に立ち上がり、時刻β２から時刻β３にかけて緩やか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β１では圧電素子１２が急激に伸長し、駆動軸１４は図１の左方向に移動する。その際、駆動軸１４が急激に移動するので、被駆動部材１６は慣性によってその位置に停止したまま、駆動軸１４だけが移動する。時刻β２から時刻β３では、圧電素子１２が緩やかに縮まる。その際、駆動軸１４が緩やかに変位するので、被駆動部材１６は駆動軸１４とともに移動する。これにより、被駆動部材１６を図１の右方向に移動させることができる。したがって、図２（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の被駆動部材１６は右方向への移動と停止を繰り返すので、右方向へ移動させることができる。

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。

本実施の形態のアクチュエータ１０によれば、錘部材１８がコ状に形成されており、圧電素子１２の側方に延設されている。このように圧電素子１２の側方に錘部材１８を延設することによって、錘部材１８を大きくした際にアクチュエータ１０が駆動方向に大型化することを防止できる。アクチュエータ１０は、駆動軸１４の長手方向が駆動方向となるように構成されているため、駆動方向に長い形状になっている。したがって、従来の如く（例えば図５（Ａ）、図５（Ｂ）に示すように）圧電素子１２の端面１２Ｂに大きな錘部材を取り付けると、アクチュエータが駆動方向に大型化し、携帯電話のような小型機器に搭載することが困難になる。これに対して本実施の形態のアクチュエータ１０は、錘部材１８を圧電素子１２の側方に延設したので、錘部材１８を大きくした場合にも駆動方向に小型化することができる。

また、本実施の形態によれば、圧電素子１２の側方に錘部材１８が延設されているので、圧電素子１２と錘部材１８とを接着剤で接着した際に、機械的強度が大きくなる。すなわち、圧電素子１２の端面１２Ｂと錘部材１８とを接着した際、錘部材１８の底面の周囲（図１の１８Ｂの部分）に接着剤が充填されるので、圧電素子１２と錘部材１８とを接着する接着剤が剥がれにくくなり、アクチュエータ１０の機械的強度を向上させることができる。

また、本実施の形態のアクチュエータ１０によれば、錘部材１８がヤング率の小さい軟性材料で形成されている。このような錘部材１８を用いることによって、圧電素子１２と駆動軸１４とを質量として、錘部材１８を弾性体とした等価１自由系の共振周波数ｆ₀ を大幅に下げることができる。このことは、その共振周波数ｆ₀ を求めるための下式からも明らかである。この式において、Ｅは錘部材１８のヤング率、Ａは錘部材１８の圧電素子１２側の面積、ｈは錘部材１８の厚さ、Ｍａは圧電素子１２の質量、Ｍｂは駆動軸１４の質量、Ｍｃは錘部材１８の質量を示す。

この式から明らかなように、錘部材１８のヤング率Ｅを小さくすると、前記等価１自由系の共振周波数ｆ₀ は小さくなる。本実施の形態では、錘部材１８のヤング率Ｅを３００ＭＰａ以下としたことによって、前記共振周波数ｆ₀ を５〜３０ｋＨｚにすることができる。

これに対して、従来装置は錘に相当する部材がヤング率の大きい硬質材料で形成されるため、前記共振周波数ｆ₀ が大きくなり、８０ｋＨｚ程度になる。したがって、共振を利用して駆動力を上げるには、この共振周波数付近の５０〜１００ｋＨｚで駆動周波数を正確に設定する必要がある。しかしながら、アクチュエータを装置に実装する際には、アクチュエータをいずれかの位置で本体側に支持する必要があり、それによって共振周波数が変化するため、共振の影響を無くすことは非常に困難である。このため、従来装置では、図７（Ａ）、図７（Ｂ）に示したように圧電素子１２の伸縮方向以外に振れるようになり、被駆動部材１６が正確に移動しないという問題が発生する。

前述したように本実施の形態のアクチュエータ１０は、錘部材１８が軟性材料で形成されているので、前記等価１自由系の共振周波数ｆ₀ を５〜３０ｋＨｚまで低下させることができる。このため、通常使用される５０〜１００ｋＨｚの駆動周波数ｆは、ｆ≧２^1/2 ・ｆ₀ 、を満たすようになる。ｆ≧２^1/2 ・ｆ₀ 、を満たす範囲（すなわち図４の範囲Ｐ）は、アクチュエータ１０の支持部材（例えば図８の固定枠３０）と圧電素子１２との力の伝達率が１以下となる防振領域であり、共振による影響が非常に小さい。したがって、本実施の形態によれば、錘部材１８を軟性部材で形成したことによって、共振によって駆動部材１４が圧電素子１２の伸縮方向以外に振れることを防止することができる。これにより、駆動部材１４が圧電素子１２の伸縮方向に変位するので、圧電素子１２の伸縮による駆動力が被駆動部材１６に正確に伝わり、被駆動部材１６を圧電素子１２の伸縮方向に正確に駆動制御することができる。なお、本実施の形態では、被駆動部材１６を圧電素子１２の伸縮方向に正確に駆動できる反面、共振を利用して被駆動部材を移動した場合に比べて、被駆動部材１６の移動量が低下するが、圧電素子１２の積層数を増やすことによって被駆動部材１６の移動量を大きくすることができる。

また、本実施の形態によれば、前記共振周波数ｆ₀ を下げたことによって、ｆ≧２^1/2 ・ｆ₀ 、となる広い範囲でアクチュエータ１０の駆動周波数ｆを設定することができる。したがって、温度変化等の環境負荷や製品のばらつき等によって前記共振周波数ｆ₀ が変化した場合にも駆動周波数ｆの設定を変更する必要がなく、アクチュエータ１０毎の設定変更が不要になる。

また、本実施の形態によれば、軟性の錘部材１８を用いたことによって共振周波数ｆ₀ を大きく低下させたので、駆動周波数ｆが低い範囲でもｆ≧２^1/2 ・ｆの関係が満たされるようになる。したがって、駆動周波数ｆを低い範囲で使用することができ、高い範囲で使用した場合に比べて消費電力を削減することができる。

さらに、本実施の形態によれば、圧電素子１２、駆動軸１４、錘部材１６で構成される系の共振周波数ｆ₀ そのものを小さくして、共振による悪影響を取り除くことができるので、アクチュエータ１０を支持する位置や方法によらず、被駆動部材１６を圧電素子１２の伸縮方向に正確に移動させることができる。したがって、図３（Ａ）に示すように圧電素子１２の端面１２Ａを支持部材２４で支持するようにしてもよいし、図３（Ｂ）に示すように圧電素子１２の側面を支持部材２４で支持するようにしてもよい。さらには、駆動軸１４の先端面や側面、或いは錘部材１８の側面や後端面を支持するようにしてもよい。どのように支持しても、錘部材１８を軟性材料で形成することによって、アクチュエータ１０内で生じる共振の影響によって駆動軸１４が圧電素子１２の伸縮方向以外に振れることを防止でき、被駆動部材１６を圧電素子１２の伸縮方向に正確に移動させることができる。

図６は、本発明に係るアクチュエータ１０をカメラ付き携帯電話機等に搭載する際の実施形態であり、アクチュエータ１０が適用されたレンズ装置４０を示している。また、図７、図８はレンズ装置の内部構成を示す斜視図である。

図６に示すようにレンズ装置４０は本体４２を有し、この本体４２の内部に、図２、図３に示すズームレンズ（群）４４、４６を備える。ズームレンズ（群）４４、４６は一方が変倍レンズになっており、もう一方が補正レンズになっている。また、ズームレンズ（群）４４、４６はそれぞれ保持枠４８、５０に保持されており、この保持枠４８、５０は、二本のガイド軸５２、５４によって光軸Ｐ方向にスライド自在に支持されている。二本のガイド軸５２、５４は、本体４２内の対角位置で、且つ、光軸Ｐと平行に配置されており、本体４２に固定されている。

保持枠４８は、ガイド軸５２が挿通される挿通孔５６Ａを有するガイド部５６と、ガイド軸５４が係合されるＵ状の溝５８Ａを有する係合部５８とを備える。これにより、保持枠５８が二本のガイド軸５２、５４にガイドされ、ズームレンズ（群）４４が光軸Ｐ方向に移動自在に支持される。同様に、ズームレンズ５６の保持枠５０は、ガイド軸５４が挿通される挿通孔（不図示）を有するガイド部６０と、ガイド軸５２が係合されるＵ状の溝５２Ａを有する係合部６２とを備える。これにより、保持枠５０が二本のガイド軸５２、５４にガイドされ、ズームレンズ（群）４６が光軸Ｐ方向に移動自在に支持される。

ズームレンズ（群）４４、４６はそれぞれ、アクチュエータ１０、１１によって光軸Ｐ方向に駆動される。アクチュエータ１０とアクチュエータ１１は、本体４２の反対側の面に配置される。具体的には、図６の本体４２の上面にズームレンズ（群）４４用のアクチュエータ１０が配置され、本体４２の下面にズームレンズ（群）４６用のアクチュエータ１１が配置される。以下、アクチュエータ１０について説明するが、アクチュエータ１１も同様に構成される。

なお、図６〜８の符号７２、７４は、保持枠４８や保持枠５０の位置を検出する位置検出装置である。位置検出装置７２は、反射型のフォトインタラプタであり、保持枠４８（或いは保持枠５０）に一体形成された板状の反射部７８に対向して配置され、本体４２（図６参照）の開口部４２Ａに嵌め込まれて固定される。反射部７８には、複数の反射体（不図示）が駆動方向に一定間隔で配置されている。したがって、位置検出装置７２から反射部７８に投光し、その反射光を受光し、光量の変化を検出することによって、反射部７８（すなわち保持枠４８、５０）の移動量を検出することができる。一方、位置検出装置７４は、投光部７４Ａと受光部７４Ｂとを有し、この投光部７４Ａと受光部７４Ｂとの間に、保持枠４８（或いは保持枠５０）に一体形成された板状の遮光部７６が挿抜される。したがって、遮光部７６が発光部７４Ａと受光部７４Ｂとの間に挿入されて受光部７４Ｂでの光量が変化することによって、遮光部７６（すなわち保持枠４８、５０）が所定の位置に移動したことを検知することができる。このように、位置検出装置７４で保持枠４８、５０の基準位置を検知し、位置検出装置７２で保持枠４８、５０の移動量を検出することによって、保持枠４８、５０の位置を正確に求めることができる。アクチュエータ１０、１１は、位置検出装置７２、７４の測定値に基づいて駆動制御される。

図９は、アクチュエータ１０の構成を示す斜視図である。同図に示すように、アクチュエータ１０は主として、圧電素子（電気機械変換素子に相当）１２、駆動軸（駆動摩擦部材に相当）１４、被駆動部材１６、及び、錘部材１８からなり、取付金具２８によって固定枠３０に取りつけられる。固定枠３０は、図６のレンズ装置４０の本体４２に固定される。

圧電素子１２は、光軸Ｐ方向（以下、駆動方向という）に積層されて構成されており、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１２は、電圧を印加することによって、長手方向の端面１２Ａ、１２Ｂが駆動方向に変位する。

圧電素子１２の端面１２Ａ、１２Ｂのうち、一方の端面１２Ａには駆動軸１４の基端が固着される。駆動軸１４は円柱状に形成されており、その中心軸が駆動方向になるように配置される。また、駆動軸１４は、固定枠３０に形成された二つの孔３０Ａ、３０Ａに挿通されてガイドされ、中心軸方向にスライド自在に支持される。駆動軸１４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。

駆動軸１４には、被駆動部材１６が係合されている。被駆動部材１６は、前述したズームレンズ４４の保持枠４８に連結されており、保持枠４８とともに光軸Ｐ方向（駆動方向）にスライド自在に支持される。また、被駆動部材１６は、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１６Ａ、１６Ａ…が設けられる。

図１０は被駆動部材１６と駆動軸１４との連結部分の断面図である。同図に示すように、被駆動部材１６と駆動軸１４との連結部分には、第１摺動部材３２と第２摺動部材３４が設けられている。第１摺動部材３２は、駆動軸１４の上側に配置され、第２摺動部材３４は駆動軸１４の下側に配置される。この第１摺動部材３２及び第２摺動部材３４は、被駆動部材１６と駆動軸１４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。

第２摺動部材３４はＶ状に形成されており、被駆動部材１６に固定される。一方、第１摺動部材３２は、逆Ｖ状に形成され、被駆動部材１６の四つの突出部１６Ａ、１６Ａ…に囲まれた領域内に配置される。第１摺動部材３２は、被駆動部材１６の突出部１６Ａ、１６Ａ…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３２を突出部１６Ａ、１６Ａ…で囲まれた領域内に配置した際に、第１摺動部材３２が被駆動部材１６から脱落することが防止される。

被駆動部材１６には押えばね３６が取り付けられる。押えばね３６は、金属板を屈曲させることによって構成されており、爪３６Ａを被駆動部材１６の下部に引っかけることによって被駆動部材１６に取りつけられる。また、押えばね３６は、第１摺動部材３２の上側に配置された押圧部３６Ｂを有し、その押圧部３６Ｂで第１摺動部材３２を下方に付勢するように構成される。これにより、駆動軸１４は、第１摺動部材３２と第２摺動部材３４で挟圧された状態になり、被駆動部材１６が第１摺動部材３２及び第２摺動部材３４を介して駆動軸１４に摩擦係合される。なお、被駆動部材１６と駆動軸１４との摩擦力は、圧電素子１２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１２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。

図８に示すように圧電素子１２の端面１２Ｂには軟性の錘部材１８が接着されて固定される。錘部材１８は、コ状に形成されており、その内側の底部分に圧電素子１２の端面１２Ｂが固着されている。すなわち、錘部材１８は、圧電素子１２の端面１２Ｂに固着され、圧電素子１２の側方に延設されている。錘部材１８の延設部分は、圧電素子１２の側面と、圧電素子１２の側方の固定枠３０との間のスペースに配置される。

錘部材１８は、後端の端面１２Ｂに負荷を与えることによって、端面１２Ｂが端面１４２Ａよりも大きく変位することを防止するものである。したがって、錘部材１８としては、駆動軸１４よりも重量が大きいものが好ましい。また、錘部材１８は圧電素子１２及び駆動軸１４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１８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１８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。

錘部材１８は、圧電素子１２の反対側が、取付金具２８に接着されている。取付金具２８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には開口部２８Ｂが形成される。取付金具２８は、この開口部２８Ｂを、固定枠３０の突起部３０Ｂに嵌合させることによって、固定枠３０に取り付けられる。これにより、圧電素子１２が錘部材１８、取付金具２８を介して固定枠３０に支持される。

上記の如く支持された圧電素子１２は、後端の端面１２Ｂ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１８が膨張、収縮したり、或いは取付金具１８が撓むことによって、圧電素子１２の後端の端面１２Ｂが駆動方向に変位することができる。

上述した圧電素子１２には、例えば図２（Ａ）、図２（Ｂ）に示した駆動パルスの電圧が印加される。

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。

ズームレンズ（群）４４、４６はフォーカスレンズ等に比べて移動量が大きいため、駆動軸１４が長くなり、圧電素子１２の振動が駆動軸１４の先端に伝達されにくいという問題がある。従来、この問題を解消するためには、図１２に示すように、重量の大きい大型の錘部材６４を取り付ける必要があった。このため、従来のレンズ装置は、被駆動部材１６の移動距離が長くなるにつれて大きな錘が必要になり、装置が大型化するという問題があった。特に、圧電素子１２、駆動軸１４、錘部材１８が駆動方向に並んで配置されるので、駆動方向に装置が長くなるという問題があった。

これに対して図９に示した本実施の形態では、錘部材１８がコ状に形成されており、圧電素子１２の側方に延設されている。このように圧電素子１２の側方に錘部材１８を延設することによって、錘部材１８を大きくした際にアクチュエータ１０が駆動方向に大型化することを防止できる。すなわち、圧電素子１２の側方のスペースを利用することによって、アクチュエータ１０を駆動方向に大型化することなく、大きな錘部材１８を設けることができる。

なお、上述した実施形態は、錘部材１８をコ状に形成したが、錘部材１８の形状はこれに限定するものではなく、圧電素子１２の側方に延設された形状であればよい。例えば図１１示す錘部材７０は、直方体状に形成されるとともに凹状の溝７０Ｂが形成されており、この溝７０Ｂに圧電素子１２が挿入され、圧電素子１２の端面１２Ｂが溝７０Ｂの底部に接着される。このような形状の錘部材７０を用いると、アクチュエータ１０を軸方向に大きくすることなく、さらに重い錘部材を用いることができる。

また、上述した実施形態は、錘部材１８、７０を全て同一の材質によって形成したが、これに限定するものではない。例えば、錘部材１８のうち、圧電素子１２の後方の部分は弾性力が大きい材質のものを用い、圧電素子１２の側方の部分は比重が大きい材質のものを用い、両者を接着するようにしてもよい。

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、保持枠４８、５０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、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良い。

本発明に係るアクチュエータを示す平面図 圧電素子に印加される駆動パルスの波形図 図１のアクチュエータの支持位置を示す模式図 共振周波数に対する駆動周波数域を説明する図 従来のアクチュエータの不具合を説明する説明図 本発明に係るアクチュエータが適用されたレンズ装置を示す斜視図 図６のレンズ装置の内部構成を示す斜視図 図７と異なる方向からのレンズ装置の斜視図 本発明に係るアクチュエータの構成を示す図 駆動軸と被駆動部材の連結部分を示す断面図 別形状の錘部材を示す斜視図 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

１０…アクチュエータ、１２…圧電素子、１４…駆動軸、１６…被駆動部材、１８…錘部材、４０…レンズ装置、４４、４６…ズームレンズ（群）

Claims (6)

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取り付けられた駆動摩擦部材と、該駆動摩擦部材に摩擦係合された被駆動部材と、を備えたアクチュエータにおいて、
   前記電気機械変換素子の伸縮方向の他方側に固着されるとともに、前記電気機械変換素子の側方に延設される錘部材を備えたことを特徴とするアクチュエータ。
2. 前記錘部材は、金属粉を含有した弾性体であ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. 前記弾性体がウレタンゴムであることを特徴とする請求項２に記載のアクチュエータ。
4. 前記錘部材は、コ字状に形成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. 前記錘部材は、前記電気機械変換素子に接着剤によって取りつけられることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１に記載のアクチュエータ。
6. 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１〜５のいずれか１に記載のアクチュエータ。

Images