JP2007274788A - Drive unit - Google Patents
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Abstract
Description
本発明はアクチュエータを用いた駆動装置に関し、特に小型デジタルカメラやウェブカメラ又はカメラ付き携帯電話機等に搭載する比較的小型のレンズなど光学部材を駆動する駆動装置に関する。 The present invention relates to a drive device using an actuator, and more particularly to a drive device that drives an optical member such as a relatively small lens mounted on a small digital camera, a web camera, a mobile phone with a camera, or the like.
デジタルカメラ等のレンズの駆動装置として、圧電素子(電気機械変換素子)を利用したアクチュエータを用いたものが知られており、下記特許文献1〜3等において開示されている。これらの公報に示されたアクチュエータは、圧電素子、駆動部材(駆動摩擦部材)等で構成されており、圧電素子の伸縮方向の一方の端面に、被駆動部材が摩擦係合される駆動部材が接合されている。そして、上記駆動装置においては、圧電素子にパルス状の電圧が印加されると、圧電素子の伸び方向と縮み方向との動きが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。従って、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。
しかしながら、上述した従来の駆動装置においては、以下に示すような問題点があった。すなわち、圧電素子と駆動部材との接合において、圧電素子の接合端面が、駆動部材の接合端面よりも大きくなっているために、圧電素子の外縁部の伸縮が駆動部材に十分に伝達できず、圧電素子から駆動部材へ伝達される駆動力の伝達効率が十分に高くはなかった。 However, the above-described conventional driving apparatus has the following problems. That is, in joining the piezoelectric element and the driving member, since the joining end face of the piezoelectric element is larger than the joining end face of the driving member, the expansion and contraction of the outer edge portion of the piezoelectric element cannot be sufficiently transmitted to the driving member, The transmission efficiency of the driving force transmitted from the piezoelectric element to the driving member was not sufficiently high.
そこで本発明は、このような技術課題を解決するためになされたものであって、電気機械変換素子から駆動部材へ伝達される駆動力の伝達効率の向上が図られた駆動装置を提供することを目的とする。 Accordingly, the present invention has been made to solve such a technical problem, and provides a drive device that improves the transmission efficiency of a drive force transmitted from an electromechanical transducer to a drive member. With the goal.
本発明に係る駆動装置は、電気機械変換素子と、電気機械変換素子に端面接合され、電気機械変換素子の伸縮に応じて駆動する駆動部材とを有し、駆動部材に摩擦係合された被駆動部材を駆動部材に沿って移動させるアクチュエータを備える駆動装置において、駆動部材の接合端面が、電気機械変換素子の接合端面全体を覆っていることを特徴とする。 A drive device according to the present invention includes an electromechanical conversion element and a drive member that is end-face joined to the electromechanical conversion element and that is driven according to expansion and contraction of the electromechanical conversion element, and is frictionally engaged with the drive member. In a drive device including an actuator that moves the drive member along the drive member, the joint end surface of the drive member covers the entire joint end surface of the electromechanical transducer.
この駆動装置においては、駆動部材の接合端面が電気機械変換素子の接合端面全体を覆っているため、電気機械変換素子の全ての部分の伸縮が駆動部材に確実に伝達される。従って、本発明に係る駆動装置は、電気機械変換素子の外縁部の伸縮を駆動部材に十分に伝達させることができていなかった従来の駆動装置に比べて、電気機械変換素子から駆動部材へ伝達される駆動力の伝達効率が向上している。 In this drive device, since the joint end face of the drive member covers the entire joint end face of the electromechanical conversion element, the expansion and contraction of all portions of the electromechanical conversion element is reliably transmitted to the drive member. Therefore, the drive device according to the present invention transmits the expansion / contraction of the outer edge portion of the electromechanical conversion element from the electromechanical conversion element to the drive member as compared with the conventional drive device that has not been able to sufficiently transmit the drive member. The transmission efficiency of the generated driving force is improved.
また、駆動部材の接合端面の形状及び寸法が、電気機械変換素子の接合端面の形状及び寸法と同一であることが好ましい。この場合、駆動部材と電気機械変換素子とを接合する際の軸合わせを容易におこなうことができる。 Moreover, it is preferable that the shape and dimension of the joint end surface of a drive member are the same as the shape and dimension of the joint end surface of an electromechanical conversion element. In this case, it is possible to easily perform axial alignment when joining the driving member and the electromechanical transducer.
また、駆動部材の接合端面の形状及び電気機械変換素子の接合端面の形状が円形であってもよい。 Moreover, the shape of the joint end surface of the drive member and the shape of the joint end surface of the electromechanical conversion element may be circular.
本発明によれば、電気機械変換素子から駆動部材へ伝達される駆動力の伝達効率の向上が図られた駆動装置が提供される。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the drive device with which the improvement of the transmission efficiency of the driving force transmitted from an electromechanical conversion element to a drive member was achieved is provided.
以下、添付図面を参照して本発明を実施するにあたり最良と思われる形態について詳細に説明する。なお、同一又は同等の要素については同一の符号を付し、説明が重複する場合にはその説明を省略する。 DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments that are considered to be the best for carrying out the invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In addition, the same code | symbol is attached | subjected about the same or equivalent element, and the description is abbreviate | omitted when description overlaps.
図1は本発明の実施形態に係る駆動装置の断面図である。図1に示すように、実施形態に係る駆動装置1は、移動レンズ70を移動対象物とし移動レンズ70の駆動をおこなうものであり、アクチュエータ10と、このアクチュエータ10を組み付ける固定枠24とを備えて構成されている。
(アクチュエータ)
FIG. 1 is a sectional view of a driving apparatus according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the
(Actuator)
まず、この駆動装置1のアクチュエータ10について説明する。アクチュエータ10は、圧電素子12(電気機械変換素子に相当)と、駆動軸14と、被駆動部材16と、錘部材18とによって構成されている。
(圧電素子)
First, the
(Piezoelectric element)
圧電素子12は、積層型の圧電素子であり、本発明における電気機械変換素子である。この圧電素子12の形状は、積層方向に延びる長尺円柱状であり、その径はD1である。また、圧電素子12には、二つの入力端子72A、72Bが設けられており、これらの入力端子72A,72Bを介して圧電素子12と制御部71とが接続されている。そして、圧電素子12は、制御部71から入力される電気信号に応じて、その積層方向に伸長及び収縮する。例えば、この入力端子72A、72Bに印加される電圧を繰り返して増減させた場合、圧電素子12は伸長及び収縮を繰り返す。
(駆動軸)
The
(Drive shaft)
駆動軸14は駆動部材に相当し、その基端部14aが、圧電素子12の一端面12Aに当接した状態で接着剤(不図示)を用いて接着固定されている。この駆動軸14は、径がD2(>D1)の長尺円柱状の部材であり、その軸が矢印方向(すなわち、圧電素子12の伸縮方向)に向くように取り付けられている。駆動軸14の材質は、軽く高剛性のものが適しており、その条件を満たすものとしてはベリリウムが理想的であるが、この材料は稀少金属であるため高価で且つ加工性が悪いという欠点を持っている。そこで本実施形態においては、黒鉛結晶を強固に複合させた黒鉛複合体、例えばカーボングラファイトが用いられる。(ここで、黒鉛複合体とは炭素の六角板状結晶体であるグラファイトとグラファイト以外の物質との複合体を意味し、カーボングラファイトとはグラファイトと無定形炭素からなる物質を意味する。また、グラファイトは黒鉛とも言われる。)この黒鉛複合体であるカーボングラファイトは、ベリリウムと似た特性を有しながら(ベリリウムの比重は約1.85、カーボングラファイトの比重は約1.8である)、ベリリウムと異なって比較的安価であり加工しやすいという特性を有している。
(錘部材)
The
(Weight member)
錘部材18は、圧電素子12の他端面12Bに、接着剤(不図示)により、固定枠24に対し支持固定されない状態で設けられている。すなわち、錘部材18は、固定枠24に対し直接支持されたり固定されておらず、また接着剤や樹脂材を介して固定枠24に対し動きを拘束されるように支持されたり固定されていない状態で設けられている。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。また駆動軸14よりも質量の大きい錘部材18を設けることによって、圧電素子12の伸縮を効率よく駆動軸14側に伝えることが可能である。例えば、駆動軸14が8mgであり、圧電素子12が30mgである場合には、20mgの錘部材18が用いられる。錘部材18と圧電素子12とを固着する接着剤としては、弾性接着剤を用いることが好ましい。
The
錘部材18は、軟性材料によって構成されており、それにより、アクチュエータ10における共振周波数を圧電素子12の駆動周波数に対し十分に小さくすることができ、共振の影響が低減される。錘部材18の構成材料としては、圧電素子12及び駆動軸14よりもヤング率の小さいもの(例えば、ヤング率が1GPa以下のものが好ましく、300MPa以下のものがより好ましい)が用いられる。また、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。そこで、錘部材18の構成材料には、ゴム等の弾性体に比重の大きい金属粉を混ぜ合わせたもの、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ぜ合わせたものが用いられ、このような錘部材18ではヤング率が60MPa程度、比重が11.7程度となる。錘部材18の体積をできる限り小さく設計したいときは、比重が大きく且つヤング率の小さい組み合わせの錘部材18が最適であるが、錘部材18は駆動軸14の比重より大きく(比重1.8以上)、且つヤング率が1GPa以下のものであれば利用可能である。すなわち、比重をヤング率で除した数値(比重/ヤング率)が1.8×10−9以上であれば錘部材18として適している。
(固定枠)
The
(Fixed frame)
そして、上述したアクチュエータ10は、固定枠24に組み付けられて支持されている。以下、固定枠24によるアクチュエータ10の支持について具体的に説明する。
(仕切り部)
The
(Partition)
アクチュエータ10は、その駆動軸14が、固定枠24から内側へ延びる2つの仕切り部24B,24Cにより長手方向に沿って移動可能に支持されている。これらの仕切り部24B,24Cは、後述する被駆動部材16の移動領域を仕切る部分であり、駆動軸14を支持する部分としても機能している。固定枠24は、アクチュエータ10を収容するための筐体として機能し、また、アクチュエータ10を組み付けるための枠体若しくはフレーム部材として機能している。
The
仕切り部24B,24Cそれぞれには、駆動軸14を貫通させる貫通孔24Aが形成されている。一方の仕切り部24Bは、駆動軸14の圧電素子12取付部分の近傍、すなわち駆動軸14の基端部14a位置において駆動軸14を支持している。他方の仕切り部24Cは、駆動軸14の先端部14b位置において駆動軸14を支持している。駆動軸14は、圧電素子12に取り付けられることにより、圧電素子12の伸長及び収縮の繰り返し動作に応じて、その長手方向に沿って往復移動する。
Each of the
なお、図1では、仕切り部24B,24Cによって駆動軸14がその基端部14a及び先端部14bの2ヵ所において支持された態様を示しているが、駆動軸14をその基端部14a又は先端部14bのいずれか一方で支持する場合もある。例えば、仕切り部24Bのほうの貫通孔24Aを駆動軸14の外径より大きく形成することにより、駆動軸14が仕切り部24Cにより先端部14bのみで支持されることとなる。また、仕切り部24Cのほうの貫通孔24Aを駆動軸14の外径より大きく形成することにより、駆動軸14が仕切り部24Bにより基端部14aのみで支持されることとなる。
FIG. 1 shows a state in which the
また、図1では、駆動軸14を支持する仕切り部24B,24Cが固定枠24と一体になっている場合について示したが、これらの仕切り部24B,24Cは固定枠24と別体のものを固定枠24に取り付けて設けてもよい。別体の場合であっても、一体となっている場合と同様な機能、効果が得られる。
(支持部材)
1 shows the case where the
(Support member)
また、アクチュエータ10は、支持部材60によって固定枠24に支持されている。この支持部材60は、アクチュエータ10を圧電素子12の伸縮方向に対して側方から支持するものであり、アクチュエータ10を収容する固定枠24と圧電素子12との間に配設されている。この場合、アクチュエータ10を圧電素子12の伸縮方向と直交する方向から支持することが好ましい。この支持部材60は、アクチュエータ10を側方から支持して取り付ける取付部材として機能している。
The
支持部材60は、所定以上の弾性特性を有する弾性体により形成され、例えばシリコーン樹脂により形成される。支持部材60は、圧電素子12を挿通させる挿通孔60Aを形成して構成され、その挿通孔60Aに圧電素子12を挿通させた状態で固定枠24に組み付けられている。支持部材60の固定枠24への固着は、接着剤(不図示)による接着により行われる。また、支持部材60と圧電素子12の間の固着も、接着剤(不図示)による接着により行われる。この支持部材60を弾性体によって構成することにより、アクチュエータ10を圧電素子12の伸縮方向に移動可能に支持することができる。図1において、支持部材60が圧電素子12の両側に2つ図示されているが、この支持部材60、60は一つの連続する支持部材60の断面をとることによって2つに図示されたものである。
The
そして、圧電素子12が伸縮する際に、その伸縮による振動が生ずるが、圧電素子12を含むアクチュエータ10が支持部材60によって伸縮方向に対し側方から支持されているため、圧電素子12の伸縮により生ずる振動がアクチュエータ10の外部へ伝達されにくい。このため、アクチュエータ10が固定枠24などの外部の部材と共振することが抑制され、その共振の影響を低減することができる。従って、被駆動部材16及び移動レンズ70を正確に移動させることができる。
When the
なお、支持部材60の固定枠24への固着及び圧電素子12への固着は、固定枠24と圧電素子12の間に支持部材60を圧入し、支持部材60の押圧によっておこなってもよい。例えば、支持部材60を弾性体により構成し、かつ、固定枠24と圧電素子12の間より大きく形成して、その間に圧入して設置する。これにより、支持部材60は、固定枠24及び圧電素子12に密着して配設される。この場合、圧電素子12は、支持部材60により伸縮方向に直交する方向の両側から押圧される。これによって、アクチュエータ10が支持される。
The fixing of the
なお、以上では支持部材60をシリコーン樹脂で形成する場合について説明したが、支持部材60をバネ部材により構成してもよい。例えば、固定枠24と圧電素子12の間にバネ部材を配置し、このバネ部材によってアクチュエータ10を固定枠24に対し支持してもよい。
(被駆動部材)
In addition, although the case where the supporting
(Driven member)
そして、上述したアクチュエータ10の駆動軸14には、被駆動部材16が移動可能に取り付けられている。この被駆動部材16は、駆動軸14に対し摩擦係合されて取り付けられ、駆動軸14の長手方向に沿って移動可能となっている。例えば、被駆動部材16は、駆動軸14に対し所定の摩擦係数で係合しており、一定の押圧力で駆動軸14に押し付けられることによってその移動の際に一定の摩擦力が生じるように取り付けられている。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。
(制御部)
A driven
(Control part)
ここで、制御部71から圧電素子12に入力される電気信号について、図2を参照しつつより詳しく説明する。
Here, the electric signal input from the
圧電素子12には、制御部71により、図2(A)、図2(B)に示す波形の電圧が印加される。ここで、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。なお、図2(A)は、被駆動部材16を図1の矢印の左方向(つまり、駆動軸14に沿って圧電素子12から離間する方向)に移動させる際のパルス波形であり、図2(B)は被駆動部材16を図1の矢印の右方向(つまり、駆動軸14に沿って圧電素子12に接近する方向)に移動させる際のパルス波形である。
A voltage having a waveform shown in FIGS. 2A and 2B is applied to the
被駆動部材16を矢印の左方向に移動させる場合、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が印加される(図2(A)参照)。従って、時刻α1から時刻α2までは、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と共に移動する。これにより、被駆動部材16が図1の矢印の左方向に移動する。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の矢印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。従って、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、被駆動部材16は図1の矢印の左方向への移動と停止を繰り返すので、被駆動部材16を左方向へ移動させることができる。
When the driven
それとは逆に、被駆動部材16を矢印の右方向に移動させる場合、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が印加される(図2(B)参照)。従って、時刻β1では圧電素子12が急激に伸長し、駆動軸14は図1の矢印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までは、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と共に移動する。これにより、被駆動部材16を図1の矢印の右方向に移動させることができる。従って、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、被駆動部材16は図1の矢印の右方向への移動と停止を繰り返すので、被駆動部材16を右方向へ移動させることができる。
On the other hand, when the driven
なお、駆動軸14と被駆動部材16の摺動接触部分には動作を安定させ、且つ繰り返し駆動した時の耐久性を向上させるために潤滑剤が塗布される。この潤滑剤は低温下でも駆動軸14と被駆動部材16の摺動駆動抵抗が増加しないように、温度によって性能が変化し難いものが好ましい。また、光学部品や機構部品に悪影響を与える塵埃を発生させないタイプのものがよい。
Note that a lubricant is applied to the sliding contact portion between the
なお、上述した鋸歯状の駆動パルス信号は、説明を簡単にするため模式的に用いたものであり、実際には図3のような回路を有する制御部71により、図4、図5に示す電気信号が入出力される。なお、その出力信号は上述した鋸歯状の駆動パルス信号と等価のものとなる。また、使用される駆動周波数としては、駆動周波数が異音として認識される可聴周波数域を避け、且つ電力消費量が少ないことを考慮して選定すれば20〜200kHz程度が好ましく、より好ましくは50〜100kHzが用いられる。
The sawtooth drive pulse signal described above is schematically used for simplicity of explanation, and is actually shown in FIGS. 4 and 5 by the
図3は、圧電素子12を作動させる駆動回路の回路図である。
FIG. 3 is a circuit diagram of a drive circuit that operates the
図3に示すように、駆動回路77は、制御部71内に配置されて設けられている。この駆動回路77は、圧電素子12のドライブ回路として機能するものであり、圧電素子12に対し駆動用の電気信号を出力する。駆動回路77は、制御部71の制御信号生成部(図示せず)から制御信号を入力し、その制御信号を電圧増幅又は電流増幅して圧電素子12の駆動用電気信号を出力する。駆動回路77は、例えば入力段を論理回路U1〜U3により構成し、出力段に電界効果型のトランジスタ(FET)Q1、Q2を備えたものが用いられる。トランジスタQ1、Q2は、出力信号として、H出力(高電位出力)、L出力(低電位出力)及びOFF出力(オープン出力)を出力可能に構成されている。
As shown in FIG. 3, the
図4に駆動回路77に入力される入力信号、図5に駆動回路77から出力される出力信号を示す。図4(A)は、被駆動部材16を圧電素子12に接近させる方向(図1において右方向)に移動させる際に入力される入力信号であり、図4(B)は、被駆動部材16を圧電素子12から離間させる方向(図1において左方向)に移動させる際に入力される入力信号である。また、図5(A)は、被駆動部材16を圧電素子12に接近させる方向(図1において右方向)に移動させる際に出力される出力信号であり、図5(B)は、被駆動部材16を圧電素子12から離間させる方向(図1において左方向)に移動させる際に出力される出力信号である。
4 shows an input signal inputted to the
図5(A)、(B)の出力信号は、図4(A)、(B)の入力信号と同一タイミングでオンオフするパルス信号となっている。図5(A)、(B)における2つの信号は、圧電素子12の入力端子72A、72Bに入力される。この入力端子72A、72Bには、図2に示すような台形波形からなる信号を入力してもよいが、図5に示す矩形状のパルス信号を入力して圧電素子12を作動させることができる。この場合、圧電素子12の駆動信号が矩形状のパルス信号でよいため、信号生成が容易となる。
The output signals in FIGS. 5A and 5B are pulse signals that turn on and off at the same timing as the input signals in FIGS. 4A and 4B. Two signals in FIGS. 5A and 5B are input to the input terminals 72 </ b> A and 72 </ b> B of the
図5(A)、(B)の出力信号は、同一周波数となる2つの矩形状のパルス信号により構成されている。この2つのパルス信号は、互いの位相を異ならせることにより、互いの信号の電位差が段階的に大きくなり急激に小さくなる信号又は電位差が急激に大きくなって段階的に小さくなる信号となっている。このような2つの信号を入力することにより、圧電素子12の伸長速度と収縮速度を異ならせることができ、被駆動部材16を移動させることができる。
The output signals in FIGS. 5A and 5B are composed of two rectangular pulse signals having the same frequency. These two pulse signals are different in phase from each other, so that the potential difference between the signals increases stepwise and decreases rapidly, or the potential difference increases rapidly and decreases stepwise. . By inputting these two signals, the expansion speed and contraction speed of the
例えば、図5(A)、(B)において、一方の信号がH(ハイ)となりL(ロー)に低下した後に他方の信号がHとなるように設定されている。それらの信号において、一方の信号がLになった際に一定のタイムラグtOFFの経過後、他方の信号がHとなるように設定される。また、2つの信号が両方ともLの場合には、出力としてはオフ状態(オープン状態)とされる。 For example, in FIGS. 5A and 5B, one signal is set to H (high) and then lowered to L (low), and then the other signal is set to H. In these signals, when one signal becomes L, the other signal is set to H after a certain time lag t OFF has elapsed. When both the two signals are L, the output is turned off (open state).
この図5の(A)、(B)の出力信号、すなわち圧電素子12を作動させる電気信号は、可聴周波数を超える周波数の信号が用いられる。図5(A)、(B)において、2つの信号の周波数は、可聴周波数を超える周波数信号とされ、例えば、30〜80kHzの周波数信号とされ、より好ましくは40〜60kHzとされる。このようは周波数の信号を用いることにより、圧電素子12の可聴領域における作動音を低減することができる。
(移動レンズ)
5A and 5B, that is, an electric signal for operating the
(Moving lens)
そして、上述した被駆動部材16には、レンズ枠68を介して移動レンズ70が取り付けられている。移動レンズ70は、カメラの撮影光学系を構成するものであり、駆動装置の移動対象物となるものである。この移動レンズ70は、被駆動部材16と一体的に結合され、被駆動部材16と共に移動するように設けられている。移動レンズ70の光軸O上には、図示しない固定レンズなどが配設され、カメラの撮影光学系を構成している。また、光軸O上には、撮像素子65が配設されている。撮像素子65は、撮影光学系により結像された画像を電気信号に変換する撮像手段であり、例えばCCDにより構成される。撮像素子65は、制御部71と接続されており、画像信号を制御部71に出力する。
(検出器)
A
(Detector)
また、駆動装置1には、被駆動部材16の移動位置を検出する検出器75が設けられている。検出器75としては、例えば光学式の検出器が用いられ、フォトリフレクタ、フォトインタラプタなどが用いられる。具体的には、検出器75としてリフレクタ75A、検出部75Bを備えたものを用いる場合、被駆動部材16と一体に形成されるレンズ枠68にリフレクタ75Aを取り付け、検出部75Bからリフレクタ75A側へ検出光を出射し、リフレクタ75A側で反射してくる反射光を検出部75Bで検出することにより被駆動部材16及び移動レンズ70の移動位置を検出する。
The driving
検出器75は、制御部71に接続されている。検出器75の出力信号は制御部71に入力される。制御部71は、駆動装置全体の制御をおこなうものであり、例えばCPU、ROM、RAM、入力信号回路、出力信号回路などにより構成される。また、制御部71は、圧電素子12を作動させるための駆動回路を備えており、圧電素子12に対し駆動のための電気信号を出力する。
The
図6および図7は、本実施形態に係る駆動装置における検出器の具体例を示した図である。 6 and 7 are diagrams showing specific examples of detectors in the driving apparatus according to the present embodiment.
図6に示すように、検出器75は、例えば、リフレクタ75A、検出部75B、インタラプタ75C、検出部75Dを備えて構成されている。リフレクタ75A及びインタラプタ75Cは、レンズ枠68に取り付けられており、レンズ枠68及び移動レンズ70と共に移動する。リフレクタ75Aに対向する位置には、検出部75Bが配置されている。検出部75Bは、移動レンズ70の移動に伴って変化するリフレクタ75Aからの光の反射量を検知し、移動レンズ70の移動量を検出する。インタラプタ75Cが通過する位置には、検出部Dが配置されている。検出部Dは、インタラプタ75Cの通過を検知し、移動レンズ70の所定位置の通過を検出する。
As shown in FIG. 6, the
また、図7に示すように、移動レンズ70の移動に応じてリフレクタ75Aが検出部75Bに対し接近又は離間するようにリフレクタ75A及び検出部75Bを配置し、検出部75Bに対するリフレクタ75Aの相対距離に応じて移動レンズ70の移動位置を検出するようにしてもよい。この場合、移動レンズ70の位置がリニアに検出することができる。
Further, as shown in FIG. 7, the
また、移動レンズ70の移動制御する手法として、撮像素子65の出力信号に基づいて移動レンズ70を移動させてもよい。例えば、撮像素子65から出力される映像信号の高周波成分を検出し、そのレベルが最大となる位置に移動レンズ70を移動させる。このように移動レンズ70の移動制御をおこなうことにより、検出器75による位置検出が不要となる。
Further, as a method for controlling the movement of the moving
次に、被駆動部材16の構造を、図8を参照しつつ詳しく説明する。図8は、図1のVIII−VIII線における被駆動部材16の断面図である。
Next, the structure of the driven
図8に示すように、被駆動部材16は、例えば、本体部16A、押圧部16B及び摺動部16Cを備えて構成される。本体部16Aは、押圧部16Bにより駆動軸14に一定の力で押圧されている。本体部16Aには、V字状の溝16Dが形成されている。この溝16Dの内には、二つの摺動部16C、16Cに挟持された状態で駆動軸14が収容されている。摺動部16C、16Cは、断面V字状の板体であり、互いに凹部側を向き合わせて配置され、駆動軸14を挟んで設けられている。このようにV字状の溝16D内に駆動軸14を収容することにより、被駆動部材16を安定して駆動軸14に取り付けることができる。
As shown in FIG. 8, the driven
押圧部16Bとしては、例えば、断面L字状の板バネ材が用いられる。押圧部16Bの一辺を本体部16Aに掛止させ、他の一辺を溝16Dの対向位置に配することにより、他の一辺により溝16Dに収容される駆動軸14を本体部16A及び摺動部16Cと共に挟み込むことができる。これにより、本体部16Aを駆動軸14側へ押圧することができる。
As the
このように、被駆動部材16は、押圧部16Bにより本体部16Aを駆動軸14側に一定の力で押圧して取り付けられることにより、駆動軸14に対し摩擦係合される。すなわち、被駆動部材16は、駆動軸14に対し本体部16A及び押圧部16Bが一定の押圧力で押し付けられ、その移動に際し一定の摩擦力が生ずるように取り付けられる。
Thus, the driven
また、断面V字状の摺動部16C、16Cにより駆動軸14を挟み込むことにより、被駆動部材16が駆動軸14に複数箇所で線接触することになり、駆動軸14に対し安定して摩擦係合させることができる。また、複数箇所の線接触状態により被駆動部材16が駆動軸14に係合しているため、実質的に被駆動部材16が駆動軸14に面接触状態で係合していると同様な係合状態となり、安定した摩擦係合が実現できる。
Further, by sandwiching the
なお、図8においては摺動部16Cが断面V状の板体で構成されているが、摺動部16Cを断面円弧状の板体として構成して、駆動軸14に面接触させてもよい。この場合、被駆動部材16が駆動軸14に面接触状態で係合するため、被駆動部材16を駆動軸14に対しより安定して摩擦係合することができる。
In FIG. 8, the sliding
次に駆動軸14及び圧電素子12の接合端面形状について説明する。図9は、本実施形態に係る駆動装置1における駆動軸14及び圧電素子12の接合端面付近の斜視図である。他の部材の図示は省略している。
Next, the joint end face shape of the
上述した駆動軸14及び圧電素子12は、共に円柱形状であるため、駆動軸14及び圧電素子12の接合端面14A及び12Aの形状は、共に円形である。そして図9に示すとおり、駆動軸14の接合端面14Aの径(寸法)D2は、圧電素子12の接合端面12Aの径(寸法)D1よりも大きい。そして、駆動軸14の接合端面14Aは、圧電素子12の接合端面全体を覆うように接合されている。すなわち駆動軸14の接合端面14Aの面積は、圧電素子12の接合端面12Aの面積よりも大きく、且つ、圧電素子12の接合端面12Aの全体が駆動軸14の接合端面14Aに固着されている。
Since the
このため圧電素子12の接合端面12Aのすべての部分の伸縮が駆動軸14側に確実に伝達する。その結果、従来の構成の駆動装置と比較して、圧電素子12から駆動軸14へ伝達される駆動力の伝達効率が向上している。従って、本発明の駆動装置1を採用すると、従来の駆動装置を採用した場合と比較して、駆動に要する電力を低減することが可能である。
For this reason, the expansion and contraction of all portions of the joining
また、駆動軸14と圧電素子12を接合する際、これらの軸がずれてしまうと、圧電素子12から駆動軸14へ伝達される駆動力の伝達効率が低下したり、駆動時に異常な振動を生じたりするトラブルを引き起こす場合がある。その点、図10に示すように駆動軸14の接合端面14Aの径D2と圧電素子12の接合端面12Aの径D1を同一にすると、駆動軸14と圧電素子12の外形部を揃えて接合させれば、駆動軸14と圧電素子12の軸は一致する。そのため、このような態様の駆動装置1を採用すると、駆動軸14と圧電素子12の軸合わせが容易になる。また、接合端面14A及び接合端面12Aの寸法だけでなく、形状も同一にすることで、駆動軸14と圧電素子12の軸合わせがさらに容易となる。
Further, when the
また、駆動軸14及び圧電素子12の接合端面の形状は図9のような円形には限られず、楕円形等でもよく、図11に示すように四角形等の多角形でもよい。
Further, the shape of the joint end face of the
なお、上述した各実施形態は本発明に係る駆動装置の一例を示すものである。本発明に係る駆動装置は、これらの実施形態に係る駆動装置に限られるものではなく、各請求項に記載した要旨を変更しない範囲で、実施形態に係る駆動装置を変形し、又は他のものに適用したものであってもよい。例えば、本実施形態では、移動レンズを駆動する駆動装置に適用した装置について説明したが、移動レンズ以外の物(例えば、移動レンズを保持するレンズ枠)を駆動する駆動装置に適用してもよい。 Note that each of the above-described embodiments shows an example of a drive device according to the present invention. The drive device according to the present invention is not limited to the drive device according to these embodiments, and the drive device according to the embodiment may be modified or otherwise changed without changing the gist described in each claim. It may be applied to. For example, in the present embodiment, an apparatus applied to a driving device that drives a moving lens has been described. However, the present invention may be applied to a driving device that drives an object other than the moving lens (for example, a lens frame that holds the moving lens). .
また、上記実施形態では、圧電素子12の伸縮方向における他端側に錘部材18を設け、この錘部材18を特に好ましいとして軟らかく且つ重いものとしているが、これに限定されない。また、この錘部材18により、駆動軸14の伸縮方向に対する移動性を一層高めるようにしているが、錘部材18は無くても良い。
Moreover, in the said embodiment, the
また、上記実施形態では、圧電素子12に印加するパルス電圧の周波数を移動レンズ70が前進する場合と後退する場合とで等しくしているが、異なっていても良い。
In the above embodiment, the frequency of the pulse voltage applied to the
さらに、電気機械変換素子として圧電素子12を用いているが、電気信号の入力により伸縮可能なものであれば、例えば人工筋肉ポリマー等でも良い。
Furthermore, although the
また、上記実施形態では、圧電素子12の伸縮方向における他端側を自由端としているが、この他端側の端部を固定枠24に固定して固定端としても良い。
Moreover, in the said embodiment, although the other end side in the expansion-contraction direction of the
さらにまた、上記実施形態においては、圧電素子12を、特に好ましいとして、弾性を有する接着剤を介して固定枠24に弾性支持するようにしているが、多少効果は低減するが、硬い接着剤を介して固定枠24に支持するようにしても良い。
Furthermore, in the above embodiment, the
なお、駆動装置1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、3V以下の低い電圧で駆動する必要があるが、駆動装置1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、被駆動部材16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10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よい。
The application of the
1…駆動装置、10…アクチュエータ、12…電気機械変換素子(圧電素子)、12A…端面、14…駆動軸、14A…端面、14a…駆動軸の基端部、14b…駆動軸の先端部、16…被駆動部材、18…錘部材、24…固定枠、24A…貫通孔、24B、24C…仕切り部、60…支持部材、65…撮像素子、68…レンズ枠、70…移動レンズ、71…制御部、72A,72B…入力端子
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記駆動部材の接合端面が、前記電気機械変換素子の接合端面全体を覆っていることを特徴とする駆動装置。 An electromechanical conversion element; and a driving member that is end-face joined to the electromechanical conversion element and that is driven according to expansion and contraction of the electromechanical conversion element, and that drives the driven member frictionally engaged with the driving member In a drive device comprising an actuator that moves along a member,
The drive device according to claim 1, wherein the joint end surface of the drive member covers the entire joint end surface of the electromechanical transducer.
3. The drive device according to claim 1, wherein the shape of the joint end surface of the drive member and the shape of the joint end surface of the electromechanical conversion element are circular.
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