JP2007049875A - アクチュエータ - Google Patents

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Abstract

【課題】圧電素子の伸縮方向の一方側に駆動軸を取り付け、他方側に錘部材を取り付けるとともに、その錘部材を接着剤によって構成することによって、部品点数を減らす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34は、圧電素子42と、圧電素子42の伸縮方向の一方側に取りつけられた駆動軸44と、駆動軸44に摩擦係合された連結駒46と、を備える。圧電素子42の伸縮方向の他方側には、接着剤から成る錘部材58が取りつけられる。
【選択図】 図4

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、圧電素子の一方側に駆動軸が固着され、圧電素子の他方側が装置本体に固定される。駆動軸には鏡筒がスライド自在に支持されており、鏡筒は板ばねの付勢力を利用して駆動軸に摩擦係合される。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、駆動軸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のアクチュエータは、圧電素子が頻繁に共振を起こし、この共振によって圧電素子や駆動軸が変位方向と異なる横揺れやねじれを発生するため、被駆動部材が変位方向に正確に移動しないという問題があった。したがって、特許文献1のアクチュエータは、駆動周波数に対する駆動量が不安定になるという問題があった。
特許第2633066号

上記の問題を解消する方法として、圧電素子の他方側に錘を取りつけることによって他方側を変位可能に支持する方法が考えられる。

しかし、圧電素子の他方側に錘を取りつける方法では、圧電素子の振動によって圧電素子と錘との接着が剥がれやすいという問題や、錘部材を別途用意しなければなら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、部品点数を減らすことができ、且つ圧電素子に錘部材を確実に取り付け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は、接着剤から成る錘部材が取りつけられることを特徴とする。

請求項1に記載の発明によれば、電気機械変換素子の他方側に取りつけた錘部材が接着剤によって構成されるので、錘部材を接着剤によって固定する場合に比べて、部品点数を減らすことができる。また、接着剤から成る錘部材は、製造時にその形状を自由に作ることができるので、スペースに応じた形状の錘部材を用いることができる。ここで、接着剤とは、二つの物体間に介在させてそれらを固着させる性質を持つ物質であり、特に接着作業時に流動性を持ち、後に固化する性質を持つものをいう。

請求項2に記載の発明は請求項1の発明において、前記接着剤には金属粉が練り込まれることを特徴とする。請求項2の発明によれば、接着剤に金属粉を練り込んだので、錘部材の比重を大きくすることができる。これにより、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る。

請求項3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、前記電気機械変換素子の他方側と、該他方側を変位可能に支持する弾性支持部材とを接着固定することを特徴とする。請求項3の発明によれば、接着剤から成る錘部材によって取付金具と電気機械変換素子とを接着することができる。

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、電気機械変換素子の他方側に取りつけた錘部材が接着剤によって構成されるので、錘部材を別途設ける必要がなく、部品点数を減らすことができる。また、接着剤から成る錘部材は、製造時にその形状を自由に作ることができるので、スペースに応じた形状の錘部材を用いることができる。

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が適用されたレンズ装置10を示す斜視図であり、図2、図3はその内部構成を示す斜視図である。

図1に示すようにレンズ装置10は、略矩形状に形成された本体12を有し、この本体12の内部に、図2、図3に示すズームレンズ(群)14、16を備える。ズームレンズ(群)14、16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)14、16はそれぞれ保持枠18、20に保持されており、この保持枠18、20は、二本のガイド軸22、24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22、24は、本体12内の対角位置に、且つ、光軸Pと平行に配置されており、本体12に固定されている。

保持枠18は、ガイド軸22が挿通される挿通孔26Aを有するガイド部26と、ガイド軸24が係合されるU状の溝28Aを有する係合部28とを備える。これにより、保持枠18が二本のガイド軸22、24にガイドされ、ズームレンズ(群)14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16の保持枠20は、ガイド軸24が挿通される挿通孔(不図示)を有するガイド部30と、ガイド軸22が係合されるU状の溝32Aを有する係合部32とを備える。これにより、保持枠20が二本のガイド軸22、24にガイドされ、ズームレンズ(群)16が光軸P方向に移動自在に支持される。

ズームレンズ(群)14、16はそれぞれ、アクチュエータ34、36によって光軸P方向に駆動される。アクチュエータ34とアクチュエータ36は、本体12の対向する面に配置される。具体的には、図1の本体12の上面にズームレンズ(群)14用のアクチュエータ34が配置され、本体12の下面にズームレンズ(群)16用のアクチュエータ36が配置される。以下、アクチュエータ34について説明するが、アクチュエータ36も同様に構成される。

なお、図1〜3の符号72、74は、保持枠18や保持枠20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18(或いは保持枠20)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12(図1参照)の開口部12A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18、20)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18(或いは保持枠20)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18、20)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18、20の基準位置を検知し、位置検出装置72で保持枠18、20の移動量を検出することによって、保持枠18、20の位置を正確に求めることができる。アクチュエータ34、36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4は、アクチュエータ34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34は主として、固定枠40、圧電素子(電気機械変換素子に相当)42、駆動軸(駆動摩擦部材に相当)44、連結駒(被駆動部材に相当)46、取付金具(弾性支持部材に相当)48、錘部材58によって構成されており、固定枠40は、図1のレンズ装置10の本体12に固定される。

圧電素子42は、レンズ装置10の光軸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42は、電圧を印加することによって、長手方向の端面42A、42Bが駆動方向に変位する。

圧電素子42の端面42A、42Bのうち、一方の端面42Aには駆動軸44の基端が固着される。駆動軸44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44は、固定枠40に形成された二つの孔40A、40A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44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44には、連結駒46が係合されている。連結駒46は、前述したズームレンズ14の保持枠18に連結されており、保持枠18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、連結駒46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46A、46A…が設けられる。

図5は連結駒46と駆動軸44との連結部分の断面図である。同図に示すように、連結駒46と駆動軸44との連結部分には、第1摺動部材52と第2摺動部材54が設けられている。第1摺動部材52は、駆動軸44の上側に配置され、第2摺動部材54は駆動軸44の下側に配置される。この第1摺動部材52及び第2摺動部材54は、連結駒46と駆動軸44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54はV状に形成されており、連結駒46に固定される。一方、第1摺動部材52は、逆V状に形成され、連結駒46の四つの突出部46A、46A…に囲まれた領域内に配置される。第1摺動部材52は、連結駒46の突出部46A、46A…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52を突出部46A、46A…で囲まれた領域内に配置した際に、第1摺動部材52が連結駒46から脱落することが防止される。

連結駒46には押えばね56が取り付けられる。押えばね56は、金属板を屈曲させることによって構成されており、爪56Aを連結駒46の下部に引っかけることによって連結駒46に取りつけられる。また、押えばね56は、第1摺動部材52の上側に配置された押圧部56Bを有し、その押圧部56Bで第1摺動部材52を下方に付勢するように構成される。これにより、駆動軸44は、第1摺動部材52と第2摺動部材54で挟圧された状態になり、連結駒46が第1摺動部材52及び第2摺動部材54を介して駆動軸44に摩擦係合される。なお、連結駒46と駆動軸44との摩擦力は、圧電素子42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42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4に示すように圧電素子42の端面42Bには錘部材58が取り付けられる。錘部材58は、シリコン系やUV硬化型の接着剤にタングステン等の金属粉粒体を練り合わせて比重を大きくしたものであり、圧電素子42の端面42Bと取付金具48との間に充填される。この錘部材58は、圧電素子42を取付金具48に接着する接着剤としての役目だけでなく、端面42Bに負荷を与える錘としても作用する。すなわち、錘部材58は、端面42Bが端面42Aよりも大きく変位することを防止する錘の役目を有する。したがって、錘部材58としては、駆動軸44よりも重量が大きいものが好ましい。錘部材58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。また、錘部材58は固化した際に、圧電素子42及び駆動軸44よりもヤング率が小さいことが好ましく、例えば300MPa以下になるように構成される。なお、錘部材58は、スペースに応じた形状にすればよい。

取付金具48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48Bが形成される。取付金具48は、この開口部48Bを、固定枠40の突起部40Bに嵌合させることによって、固定枠40に取り付けられる。これにより、圧電素子42が錘部材58、取付金具48を介して固定枠40に支持される。

上記の如く支持された圧電素子42は、端面42Bが駆動方向に変位可能に支持される。すなわち、取付金具48が撓むことによって、圧電素子42の後端の端面42Bが駆動方向に変位することができる。

上述した圧電素子42には、図6(A)、図6(B)に示す駆動パルスの電圧が印加される。図6(A)は、図4の連結駒46を左方向に移動させる際の駆動パルスであり、図6(B)は、図4の連結駒46を右方向に移動させる際の駆動パルスである。

図6(A)の場合、圧電素子42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42が緩やかに伸長する。その際、駆動軸44が緩やかな速度で移動するので、連結駒46は駆動軸44とともに移動する。これにより、図4の連結駒46を、左方向に移動させることができる。時刻α3では、圧電素子42が急激に縮まるので、駆動軸44は右方向に移動する。その際、駆動軸44が急激に移動するので、連結駒46は慣性によってその位置に停止したまま、駆動軸44だけが移動する。したがって、図6(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4の連結駒46は、左方向への移動と停止を繰り返すので、左方向に移動させることができる。

図6(B)の場合、圧電素子42には、時刻β1から時刻β2にかけて緩やかに立ち下がり、時刻β3で急激に立ち上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から時刻β2では、圧電素子42が緩やかに縮まる。その際、駆動軸44が緩やかに変位するので、連結駒46は駆動軸44とともに移動する。これにより、図4の連結駒46を、右方向に移動させることができる。時刻β3では、圧電素子42が急激に伸長し、駆動軸44は、左方向に移動する。その際、駆動軸44が急激に移動するので、連結駒46は慣性によってその位置に停止したまま、駆動軸44だけが移動する。したがって、図6(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4の連結駒46は右方向への移動と停止を繰り返すので、右方向に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34の作用について説明する。

上述したようにアクチュエータ34は、錘部材58が接着剤によって構成されている。したがって、本実施の形態によれば、圧電素子42に別の錘部材を接着剤で接着した場合に比べて部品点数を減らすことができる。

また、本実施の形態によれば、圧電素子42の端面42Bと取付金具48との隙間に、錘部材58となる接着剤を盛るだけなので、アクチュエータ34の組立性を向上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42の端面42Bと取付金具48との間に多量の接着剤を盛ることによって、圧電素子42と取付金具48を強固に接着することができる。

また、本実施の形態によれば、接着剤によって錘部材58を形成するので、その形状を自由に作ることができ、スペースに応じて錘部材58を形成して装置の小型化を図ることができる。

なお、上述した実施の形態は、錘部材58を介して圧電素子42を取付金具48に固着したが、錘部材58を介して圧電素子42を固定枠40に固着するようにしてもよい。

また、上述した実施の形態は、アクチュエータを圧電素子42の端面42Bで支持する例であるが、アクチュエータの支持位置はこれに限定するものではなく、圧電素子42の端面42Aや側面、或いは駆動軸44の側面や先端面でアクチュエータを支持するようにしてもよい。その場合、取付金具48は不要であり、圧電素子42の端面42Bに、接着剤から成る錘部材58を塗布し、任意の形状で固化させるだけでよい。

また、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、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。

なお、本発明において、乾燥後の錘部材58は、硬性部材であってもよいが、軟性部材である方が下記の点で好ましい。すなわち、軟性の錘部材58を用いると、圧電素子42、駆動摩擦部材44、及び、錘部材58から成る系の共振周波数が低くなる。共振周波数が低くなることで、圧電素子42、駆動軸44、及び、錘部材58の構成のバラツキによる影響が少なくなり、安定した駆動力を得ることができる。また、共振周波数f0 が低くなることで、駆動周波数fは、f≧21/2 ・f0 、となる防振領域に設定しやすくなり、共振の影響が少なくなって安定した駆動力を得ることができる。これにより、圧電素子42の伸縮による駆動力が、被駆動部材に確実に伝達されるので、被駆動部材を圧電素子42の伸縮方向に正確に移動させることができる。さらに、共振周波数f0 が小さくなって共振による影響が少なくなるので、アクチュエータの支持位置や支持方法を任意に選択することができ、例えば圧電素子42の端面42Aや側面、駆動軸44の側面や端面でアクチュエータを支持することができる。

本発明に係るアクチュエータが適用されたレンズ装置を示す斜視図 図1のレンズ装置の内部構成を示す斜視図 図2と異なる方向からのレンズ装置の斜視図 第1の実施形態のアクチュエータの構成を模式的に示す図 駆動軸と連結駒の連結部分を示す断面図 圧電素子に印加される電圧の駆動パルスの例を示す図

符号の説明

10…レンズ装置、12…本体、14、16…ズームレンズ(群)、20…保持枠、34、36…アクチュエータ、40…固定枠、42…圧電素子、44…駆動軸、46…連結駒、48…取付金具、52…第1摺動部材、54…第2摺動部材、56…押えばね、58…錘部材

Claims (4)

  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は、接着剤から成る錘部材が取りつけられることを特徴とするアクチュエータ。
  2. 前記接着剤には金属粉が練り込ま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. 前記錘部材は、前記電気機械変換素子の他方側と、該他方側を変位可能に支持する弾性支持部材とを接着固定することを特徴とする請求項1又は2に記載のアクチュエータ。
  4. 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1〜3のいずれか1に記載のアクチュエータ。
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