JP2008125229A - 慣性駆動アクチュエータ - Google Patents

Abstract

【課題】組み立てが簡単かつ位置検出精度が高い慣性駆動アクチエータを提供する。
【解決手段】慣性駆動アクチュエータは、固定部材１０と、固定部材１０上に配置された振動基板３０と、振動基板３０上に配置された移動体４０と、固定部材１０上に対して振動基板３０を往復移動させる圧電素子２０とを備えている。移動体４０は第一駆動電極４１を有し、振動基板３０は第二駆動電極３１と検出電極３３を有し、それらは絶縁膜３５を介して部分的に対向する。第一駆動電極４１と検出電極３３の対向部分の面積は移動体４０の移動に伴って連続的に変化する。慣性駆動アクチュエータはさらに、第一駆動電極４１と第二駆動電極３１との間に電圧を印加して振動基板３０と移動体４０との間の摩擦力を制御する摩擦力制御手段７０と、第一駆動電極４１と検出電極３３の対向部分の静電容量に基づいて移動体４０の位置を検出する位置検出手段８０とを備えている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、慣性駆動アクチュエータに関する。

電気機械変換素子の一種である圧電素子に緩やかな立ち上り部とこれに続く急速な立ち下り部とを持つ波形の駆動パルスを印加すると、圧電素子は駆動パルスの緩やかな立ち上り部では緩やかに伸び変位を生じ、急速な立ち下り部では急速な縮み変位を生じる。この特性を利用した慣性駆動アクチエータが知られている。慣性駆動アクチエータでは、上記の波形の駆動パルスを圧電素子に印加して圧電素子に伸び縮み方向に速度の異なる振動を発生させ、圧電素子に固定された駆動部材を異なる速度で往復移動させることにより、駆動部材に摩擦結合した移動部材を所定の方向に移動させる。

特開２００３−１８５４０６号公報は、移動部材の位置検出機能を有する慣性駆動アクチュエータを開示している。その慣性駆動アクチュエータを図１５に示す。この慣性駆動アクチュエータ１００では、アクチエータのフレーム１１０に圧電素子１２０の一端が接着等の手段により固定されている。圧電素子１２０の他端には駆動軸１３０が接着等の手段により固定されている。駆動軸１３０には移動部材１４０が摩擦結合している。検出部材１５０は、移動部材１４０の位置を静電容量に基づいて検出するための固定電極を構成するもので、移動部材１４０の移動方向に平行に、移動部材１４０に対して非接触の状態を保って延びており、フレーム１１０に固定されている。駆動軸１３０と移動部材１４０と検出部材１５０は導電性の材料で構成されている。検出部材１５０は移動部材１４０に対向する面に、移動部材１４０の移動方向に一定の間隔で凹凸部が形成されて電極１５１を構成しており、電極１５１と移動部材１４０とは間隔Ｄを隔てて対向してコンデンサを形成している。
特開２００３−１８５４０６号公報

上記の慣性駆動アクチュエータ１００では、組み立ての際、駆動軸１３０と検出部材１５０を許容範囲の間隔及び平行度に保って組み立てる必要がある。静電容量を利用した位置検出において、コンデンサを形成する電極間の間隔の変化（空間的ばらつきや時間的変動）は検出精度を低下させる可能性があるためである。

しかしながら、上記の慣性駆動アクチュエータ１００では、駆動軸１３０と検出部材１５０が別体として配置されるため、各々の軸を考慮しつつ上記間隔及び平行度を精度よく配置することは難しく、このような要求は組み立て時の作業効率を低下させる要因となっていた。

本発明は、この様な実状を考慮して成されたものであり、その目的は、組み立てが簡単かつ位置検出精度が高い慣性駆動アクチエータを提供することである。

本発明による慣性駆動アクチュエータは、固定部材と、前記固定部材上に配置された振動基板と、前記固定部材に対して前記振動基板を直線的に往復移動させる移動手段と、前記振動基板上に配置された移動体と、前記振動基板と対向する前記移動体の面に設けられた第一駆動電極と、前記移動体と対向する前記振動基板の面に設けられた第二駆動電極と、前記移動体と対向する前記振動基板の面に設けられた検出電極と、前記第一駆動電極と前記第二駆動電極および前記検出電極との間に介在する絶縁膜とを備えている。前記移動体は、前記振動基板の往復移動に対して慣性により前記振動基板に対して移動する。前記第一駆動電極と前記検出電極の対向部分の面積は前記移動体の移動に伴って連続的に変化する。慣性駆動アクチュエータはさらに、前記第一駆動電極と前記第二駆動電極との間に電圧を印加して両者間に静電気力を作用させることにより前記振動基板と前記移動体との間に生じる摩擦力を制御する摩擦力制御手段と、前記第一駆動電極と前記検出電極の対向部分の静電容量に基づいて前記振動基板に対する前記移動体の位置を検出する位置検出手段とを備えている。

本発明によれば、組み立てが簡単かつ位置検出精度が高い慣性駆動アクチエータが提供される。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。

＜第一実施形態＞
本発明の第一実施形態による慣性駆動アクチュエータの構成を図１に示す。

図１に示すように、慣性駆動アクチュエータは、固定部材１０と、固定部材１０上に配置された振動基板３０と、振動基板３０上に配置された移動体４０と、伸縮により微小変位を発生して固定部材１０上に対して振動基板３０を往復移動させる圧電素子２０と、圧電素子２０を伸縮駆動する圧電素子駆動手段６０とを備えている。

圧電素子２０は一端が固定部材１０に固定され、他端は振動基板３０の一端に固定されている。また、振動基板３０の他端と固定部材１０との間にはバネが配置されている。振動基板３０は、圧電素子２０の伸縮に伴い、その伸縮方向に固定部材１０に対して往復移動する。また移動体４０は、振動基板３０の往復移動に伴い、慣性により往復移動方向に振動基板３０に対して移動する。

移動体４０は振動基板３０と対向する面に第一駆動電極４１を有している。第一駆動電極４１は移動体４０の全体に広がっている。振動基板３０は移動体４０と対向する面に第二駆動電極３１と検出電極３３を有している。第二駆動電極３１と検出電極３３は同一平面上に位置している。さらに振動基板３０は第二駆動電極３１と検出電極３３を覆う絶縁膜３５を有している。絶縁膜３５は第一駆動電極４１と第二駆動電極３１および検出電極３３との間に介在する。第二駆動電極３１は長方形形状で、振動基板３０のほぼ全体にわたり、振動基板３０に対する移動体４０の移動方向に平行な直線に沿って延びている。第一駆動電極４１と第二駆動電極３１は絶縁膜３５を介して常に部分的に対向する。検出電極３３は長方形形状で、振動基板３０の右側の端部から中央部にかけて、振動基板３０に対する移動体４０の移動方向に平行な直線に沿って延びている。第一駆動電極４１と検出電極３３は絶縁膜３５を介して常に部分的に対向する。第一駆動電極４１と検出電極３３の対向部分の面積は振動基板３０に対する移動体４０の移動に伴って連続的に変化する。さらに対向部分の面積は移動体４０の移動方向に依存して増加または減少する。第一駆動電極４１と検出電極３３の対向部分は、移動体４０の移動に伴って、その移動方向に平行な直線に沿った寸法が変化する。

固定部材１０の下面すなわち振動基板３０が配置されている反対側に永久磁石５０が配置されている。永久磁石５０は振動基板３０の往復移動方向に平行な直線に沿って延びている。また移動体４０は磁性を有する材料で構成されている。このため移動体４０と永久磁石５０との間に磁気吸着力が働き、この磁気吸着力によって移動体４０は安定に保持される。また移動体４０は、図示しないガイドによって、移動方向からはずれないように、また振動基板３０から離れないように支持されている。

慣性駆動アクチュエータはさらに、第一駆動電極４１と第二駆動電極３１との間に電圧を印加して両者間に静電気力を作用させることにより振動基板３０と移動体４０との間に生じる摩擦力を制御する摩擦力制御手段７０と、第一駆動電極４１と検出電極３３の対向部分が形成するコンデンサの静電容量に基づいて振動基板３０に対する移動体４０の位置を検出する位置検出手段８０とを備えている。位置検出手段８０は位置検出回路８１からなる。位置検出回路８１は第一駆動電極４１と検出電極３３の対向部分の静電容量を反映した信号を出力する。

本実施形態の慣性駆動アクチュエータにおける駆動と位置検出について図２を用いて説明する。図２（ａ）は移動体４０を左に移動させる動作におけるタイミングチャートを示し、図２（ｂ）は移動体４０を右に移動ささせる動作におけるタイミングチャートを示している。ここでは代表的に図２（ａ）を用いて駆動と位置検出について説明する。

圧電素子駆動手段６０により圧電素子２０に台形波形の電圧を印加する。また、摩擦力制御手段７０により、第一駆動電極４１に正弦波形などの電圧を印加するとともに、第二駆動電極３１に一定の電圧を印加する。圧電素子２０は、台形波形の電圧印加に対して、台形波形の立ち上がりで伸び、台形波形の立ち下がりで縮む。圧電素子２０の伸縮に対して振動基板３０は固定部材１０上を往復移動する。第一駆動電極４１に印加する電圧は、圧電素子２０に印加する台形波形の電圧に対応した周期を有する。つまり、第一駆動電極４１に印加する電圧は、圧電素子２０の伸縮すなわち振動基板３０の往復移動に対応した周期を有する。第一駆動電極４１に印加する電圧は、台形波形の立ち上がりで負の極性を取り、台形波形の立ち上がりで正の極性を取る。また第二駆動電極３１に印加する電圧は正の極性を有する。なお、圧電素子２０に印加する電圧は台形波形に限定されるものではなく、三角波形や矩形波形などであってもよい。

図２（ａ）において、ＡからＢまでの区間では、圧電素子２０への印加波形が急峻に立ち上がるため、圧電素子２０が急激に伸び、これに伴い振動基板３０は急激に左へ移動する。このとき、第一駆動電極４１への印加電圧と第二駆動電極３１への印加電圧は逆極性である。このため、振動基板３０と移動体４０との間に静電吸着力が作用するので、両者間に生じる摩擦力は比較的大きい。その結果、振動基板３０と移動体４０との間の摩擦力が移動体４０の慣性に打ち勝ち、振動基板３０の変位とともに移動体４０も左へ移動する。

次に図２（ａ）において、ＣからＤまでの区間では、圧電素子２０への印加波形が急峻に立ち下がるため、圧電素子２０は急激に縮み、これに伴い振動基板３０は急激に右へ移動する。このとき、第一駆動電極４１への印加電圧と第二駆動電極３１への印加電圧は同極性である。このため、振動基板３０と移動体４０との間に静電吸着力が作用しないので、両者間に生じる摩擦力は比較的小さい。その結果、移動体４０の慣性が振動基板３０と移動体４０との間の摩擦力に打ち勝ち、移動体４０はその位置にとどまる。

これらの動作を繰り返すことにより移動体４０が振動基板３０に対して左へ断続的に移動する。

一方、移動体４０を右に移動させるには、図２（ｂ）に示すように、第一駆動電極４１への印加波形の極性を逆にすればよい。

移動体４０の位置検出は、第一駆動電極４１と検出電極３３の対向部分の静電容量を検出することにより行う。第一駆動電極４１と検出電極３３の対向部分の静電容量はその面積に比例し、その面積は移動体４０の位置に依存して連続的に変化する。従って、第一駆動電極４１と検出電極３３の対向部分の静電容量を検出することによって移動体４０の位置が求まる。

位置検出回路８１は、第一駆動電極４１への駆動信号の印加に対して検出電極３３から出力される波形から、第一駆動電極４１と検出電極３３の対向部分の静電容量を反映した信号を作り出す。その静電容量は、検出電極３３からの出力波形のピーク値で得られる。すなわち位置検出回路８１は検出電極３３からの出力波形のピーク値を出力する。これにより、移動体４０が振動基板３０上を移動する際、位置検出回路８１からの出力から分かるように、移動体４０の位置が常にリアルタイムで正確に検出される。

静電容量を検出する回路は、例えば、図３に示すように、第一駆動電極４１と検出電極３３の対向部分が形成するコンデンサＣのほかに３つの基準コンデンサＣrefを配置したコンデンサブリッジを構成してよい。容量検出のための電圧信号の第一駆動電極４１への印加に対する検出電極３３からの出力信号がコンデンサＣの静電容量に対応している。コンデンサブリッジを用いる代わりに、スイッチドキャパシタ回路や駆動時に使用している第一駆動電極４１への印加波形に高周波を重畳させる方法を用いてもよい。

静電容量を利用した位置検出において、コンデンサを形成する電極間の間隔の変化（空間的ばらつきや時間的変動）は検出精度を低下させる。しかし、本実施形態の慣性駆動アクチュエータでは、移動体４０は振動基板３０上に接して配置され、第一駆動電極４１と検出電極３３は絶縁膜３５を介して向かい合う。第一駆動電極４１と検出電極３３の間隔は絶縁膜３５の厚さによって規定される。絶縁膜３５は好ましくは数μｍ〜サブμｍの均一な膜厚を有する。このような絶縁膜３５は絶縁膜３５を半導体プロセスによって形成することにより容易に得られる。このため、第一駆動電極４１と検出電極３３は数μｍ〜サブμｍの狭い間隔に安定に維持される。従って、第一駆動電極４１と検出電極３３の対向部分の静電容量が高い分解能で検出され、移動体４０の位置が高い精度で検出される。

本実施形態の慣性駆動アクチュエータでは、圧電素子２０を同じ速度で伸び縮みさせており、伸び変位時と縮み変位時とで圧電素子２０の変位速度を変えないので、駆動波形が簡単である。

＜第二実施形態＞
本発明の第二実施形態による慣性駆動アクチュエータの構成を図４に示す。図中、図１と同一の参照符号を付した部材は同様の部材を意味する。また本実施形態の慣性駆動アクチュエータにおける駆動と位置検出のタイミングチャートを図５に示す。

本実施形態の慣性駆動アクチュエータは、第一実施形態の慣性駆動アクチュエータと比較して、機械的な構造体はまったく同じであり、駆動の手法と位置検出の手法だけが相違している。本実施形態では、図４に示すように、位置検出手段８０は、位置検出回路８１に加えて、移動体４０の位置検出のために、第一駆動電極４１に正弦波形などの電圧を印加するための信号発生回路８２を有している。本実施形態では、移動体４０を移動させた後に移動体４０の位置を検出する。つまり、移動体４０を移動させる工程と移動体４０の位置を検出する工程とを別々に行う。

移動体４０を移動させる工程では、圧電素子駆動手段６０により圧電素子２０に台形波形の電圧を印加する。また、摩擦力制御手段７０により、第一駆動電極４１に矩形波形の電圧を印加するとともに、第二駆動電極３１に一定の電圧を印加する。第一駆動電極４１に印加する矩形波形の電圧は、圧電素子２０に印加する台形波形の電圧に対応した周期を有し、台形波形の立ち上がりで負の極性を取り、台形波形の立ち上がりで正の極性を取る。また第二駆動電極３１に印加する電圧は正の極性を有する。移動体４０を移動させる一回の工程に対して、１パルス分の台形波形の電圧を圧電素子２０に印加し、１パルス分の矩形波形の電圧を第一駆動電極４１に印加する。

圧電素子２０に印加する台形波形の立ち上がりでは、圧電素子２０が急激に伸びるため、振動基板３０は急激に左へ移動する。このとき、第一駆動電極４１への印加電圧と第二駆動電極３１への印加電圧は逆極性である。このため、振動基板３０と移動体４０との間に静電吸着力が作用するので、両者間に生じる摩擦力は比較的大きい。その結果、振動基板３０と移動体４０との間の摩擦力が移動体４０の慣性に打ち勝ち、振動基板３０の変位とともに移動体４０も左へ移動する。

一方、圧電素子２０に印加する台形波の立ち下がりでは、圧電素子２０は急激に縮むため、伴い振動基板３０は急激に右へ移動する。このとき、第一駆動電極４１への印加電圧と第二駆動電極３１への印加電圧は同極性である。このため、振動基板３０と移動体４０との間に静電吸着力が作用しないので、両者間に生じる摩擦力は比較的小さい。その結果、移動体４０の慣性が振動基板３０と移動体４０との間の摩擦力に打ち勝ち、移動体４０はその位置にとどまる。

これらの一連の動作の結果、移動体４０は振動基板３０に対して左へ移動する。このときの移動の距離が移動体４０の移動における単位となる。これで移動体４０を移動させる工程が終了する。

次に、移動体４０の位置を検出する工程では、圧電素子駆動手段６０による圧電素子２０への電圧印加と、摩擦力制御手段７０による第一駆動電極４１と第二駆動電極３１への電圧印加とを停止する。また、信号発生回路８２により第一駆動電極４１に正弦波形などの電圧を印加する。

位置検出回路８１は、第一実施形態と同様に、第一駆動電極４１と検出電極３３の対向部分の静電容量を反映した信号、すなわち検出電極３３からの出力波形のピーク値を出力する。その結果、移動体４０の位置が検出される。これで移動体４０の位置を検出する工程が終了し、必要に応じて移動体４０を移動させる工程に戻る。

本実施形態では、移動体４０を移動する工程と移動体４０の位置を検出する工程とを時間的に分離して別々に行うので、駆動と位置検出が確実に行われる。また、第一駆動電極４１に矩形波形の電圧を印加するので、圧電素子２０が伸びる際に、振動基板３０と移動体４０との間に安定した静電吸着力が作用する。これにより移動体４０の移動量のばらつきが抑えられ、移動体４０が安定した一定距離の単位で移動される。

上述した説明では、移動体４０を移動させる工程と移動体４０の位置を検出する工程とを交互に繰り返しているが、これに限らず、移動体４０を移動させる工程を複数回繰り返した後に移動体４０の位置を検出する工程を行ってもよい。

［第一変形例］
本実施形態の第一変形例による慣性駆動アクチュエータの構成を図６に示す。図中、図４と同一の参照符号を付した部材は同様の部材を意味する。この変形例では、信号発生回路８２を用いず、摩擦力制御手段７０が信号発生回路８２の役割を兼用する。つまり、移動体４０の位置を検出する工程において、摩擦力制御手段７０が位置検出のための信号を生成して第一駆動電極４１へ印加する。この変形例によれば、信号発生回路８２がなくなり、構成が簡単になる。この変形例では、摩擦力制御手段７０が位置検出手段の一部を兼ねていると言える。

［第二変形例］
図５において、第二駆動電極３１に印加する電圧は一定の電圧であり、その極性は変わらない。このため第二駆動電極３１の上に形成された絶縁膜３５が帯電してしまう可能性がある。絶縁膜３５の帯電が振動基板３０と移動体４０との間に作用する静電吸着力を弱め、移動体４０の慣性に逆らって移動体４０を振動基板３０と一緒に移動させるに十分な摩擦力が振動基板３０と移動体４０との間に生じなくなるおそれがある。

本実施形態の第二変形例による慣性駆動アクチュエータの駆動と位置検出のタイミングチャートを図７に示す。この変形例では、図７に示すように、摩擦力制御手段７０は、移動体４０を移動させる工程のたびに、第二駆動電極３１に印加する電圧の極性を反転させるとともに、第一駆動電極４１に印加する矩形波形の電圧の極性を反転させる。このような電圧印加により、絶縁膜３５の帯電が防止される。その結果、慣性駆動アクチュエータの駆動がさらに安定する。つまり、移動体４０がさらに安定した一定距離の単位で移動される。

＜第三実施形態＞
本発明の第三実施形態による慣性駆動アクチュエータの構成を図８に示す。図中、図４と同一の参照符号を付した部材は同様の部材を意味する。また本実施形態の慣性駆動アクチュエータにおける駆動と位置検出のタイミングチャートを図９に示す。

本実施形態では、振動基板３０は、検出電極３３に加えて別の検出電極３４を有している。検出電極３４は検出電極３３と同じ形状で、検出電極３３と同一平面上に位置している。検出電極３３と検出電極３４は移動体４０の移動方向に平行な直線に沿って隣り合って並んでいる。検出電極３３は振動基板３０の右側の端部から中央部にかけて、検出電極３４は振動基板３０の左側の端部から中央部にかけて、移動体４０の移動方向に平行な直線に沿って延びている。第一駆動電極４１は検出電極３３と検出電極３４の両方と常に部分的に対向する。第一駆動電極４１と検出電極３３の対向部分の面積および第一駆動電極４１と検出電極３４の対向部分の面積は移動体４０の移動に伴って連続的に変化する。さらに、これらの対向部分の面積は移動体４０の移動方向に依存して一方が減少し他方が増加する。具体的には、移動体４０の右方向の移動に対して、第一駆動電極４１と検出電極３３の対向部分の面積は増加し、その反対に第一駆動電極４１と検出電極３４の対向部分の面積は減少する。第一駆動電極４１と検出電極３３の対向部分および第一駆動電極４１と検出電極３４の対向部分は、移動体４０の移動に伴って、その移動方向に平行な直線に沿った寸法が変化する。

また、位置検出手段８０は位置検出回路８１と信号発生回路８２とを有する。位置検出回路８１は、第一駆動電極４１と検出電極３３の対向部分の静電容量と第一駆動電極４１と検出電極３４の対向部分の静電容量との差を反映した信号を出力する。

本実施形態の慣性駆動アクチュエータの駆動の手法は第二実施形態の第二変形例と同じである。

図９に示すように、移動体４０が左に移動するにつれて、第一駆動電極４１と検出電極３３の対向部分の静電容量は次第に小さくなり、これに伴って検出電極３３からの出力も次第に小さくなる。反対に、第一駆動電極４１と検出電極３４の対向部分の静電容量は次第に大きくなり、これに伴って検出電極３４からの出力も次第に大きくなる。

位置検出回路８１は、検出電極３３からの出力のピーク値と検出電極３４からの出力のピーク値の差を出力する。これは、第一駆動電極４１と検出電極３３の対向部分の静電容量と第一駆動電極４１と検出電極３４の対向部分の静電容量との差に相当し、移動体４０の位置を反映している。

本実施形態では、振動基板３０が２枚の検出電極すなわち検出電極３３と検出電極３４を有する。第一駆動電極４１と検出電極３３の対向部分の静電容量および第一駆動電極４１と検出電極３４の対向部分の静電容量は、移動体４０の移動に伴って、一方が増加し、他方が減少する。また両者の変化量は等しい。従って、本実施形態の慣性駆動アクチュエータは、振動基板３０が１枚の検出電極だけを有するものと比べると、２倍の分解能を有する。これは、裏を返せば、２倍の分解能を有することを意味する。従って、移動体４０の位置がさらに高い精度で検出される。

また、本実施形態の慣性駆動アクチュエータにおいて、位置検出の分解能を、振動基板３０が１枚の検出電極だけを有するものと同程度に抑えるならば、検出電極３３と検出電極３４の幅（移動体４０の移動方向に垂直な直線に沿った寸法）は半分であってよい。その分、慣性駆動アクチュエータの細径化（小型化）を図ることができる。

［第一変形例］
本実施形態の第一変形例による慣性駆動アクチュエータの構成を図１０に示す。図中、図８と同一の参照符号を付した部材は同様の部材を意味する。この変形例では、図１０に示すように、振動基板３０は２枚の第二駆動電極３１を有する。２枚の第二駆動電極３１は同じ形状で、同一平面上に位置し、振動基板３０のほぼ全体にわたり、移動体４０の移動方向に平行な直線に沿って延びている。移動体４０の移動方向に垂直な方向に関して、検出電極３３，３４は振動基板３０の中央に位置し、２枚の第二駆動電極３１は、検出電極３３，３４を間に挟むように、振動基板３０の端部に位置している。

図８に示した検出電極３３，３４と第二駆動電極３１のレイアウトでは、第一駆動電極４１と第二駆動電極３１の対向部分が移動体４０の中心を通り移動体４０の移動方向に平行な直線すなわち移動軸に対して非対称に位置する。このため静電吸着力は移動軸から外れる個所に作用する。これは移動体４０の移動時の直進性を低下させる要因になるおそれがある。それに対して、この変形例では、２枚の第二駆動電極３１と第一駆動電極４１の２つの対向部分が移動体４０の中心を通り移動体４０の移動方向に平行な直線に対して対称的に位置する。これため移動体４０の移動時の直進性が向上する。

［第二変形例］
本実施形態の第二変形例による慣性駆動アクチュエータの構成を図１１に示す。図中、図８と同一の参照符号を付した部材は同様の部材を意味する。この変形例では、図１１に示すように、振動基板３０は１枚の第二駆動電極３１と２枚の検出電極３３と２枚の検出電極３４とを有する。２枚の検出電極３３はそれぞれ移動体４０の移動方向に平行な直線に沿って２枚の検出電極３４と隣り合って並んでいる。移動体４０の移動方向に垂直な方向に関して、第二駆動電極３１は振動基板３０の中央に位置し、２枚の検出電極３３と２枚の検出電極３４は、それぞれ、第二駆動電極３１を間に挟むように、振動基板３０の端部に位置している。

この変形例では、第一駆動電極４１と第二駆動電極３１の対向部分が移動体４０の中心を通り移動体４０の移動方向に平行な直線上に位置する。このため移動体４０の移動時の直進性が向上する。また、第一駆動電極４１と２枚の検出電極３３の対向部分の相互間の静電容量を比較し、第一駆動電極４１と２枚の検出電極３４の対向部分の相互間の静電容量を比較することにより、移動体４０の回転を検出することも可能である。これにより移動体４０の位置検出の精度がさらに向上する。

［第三変形例］
本実施形態の第三変形例による慣性駆動アクチュエータの構成を図１２に示す。図中、図１０と同一の参照符号を付した部材は同様の部材を意味する。この変形例では、図１２に示すように、振動基板３０は２枚の第二駆動電極３１と検出電極３３Ａと検出電極３４Ａとを有する。移動体４０の移動方向に垂直な方向に関して、検出電極３３Ａ，３４Ａは振動基板３０の中央に位置し、２枚の第二駆動電極３１は、検出電極３３Ａ，３４Ａを間にはさむように、振動基板３０の端部に位置している。検出電極３３Ａ，３４Ａは全体として振動基板３０の移動方向に平行な直線に沿って延びている。検出電極３３Ａ，３４Ａは間隔を置いて互いに隣接して位置し、その間隔は振動基板３０の移動方向に対して斜めに延びている。検出電極３３Ａは、振動基板３０の左側から右側に向かうにつれて、移動体４０の移動方向に垂直な直線に沿った寸法が連続的に増加し、反対に検出電極３４Ａは、振動基板３０の左側から右側に向かうにつれて、移動体４０の移動方向に垂直な直線に沿った寸法が連続的に減少する。従って、第一駆動電極４１と検出電極３３Ａの対向部分および第一駆動電極４１と検出電極３４Ａの対向部分は、移動体４０の移動に伴って、その移動方向に垂直な直線に沿った寸法が変化する。

この変形例では、２枚の第二駆動電極３１と第一駆動電極４１の２つの対向部分が移動体４０の中心を通り移動体４０の移動方向に平行な直線に対して対称的に位置するため、移動体４０の移動時の直進性が向上する。また、移動体４０の移動方向に平行な直線に移動体４０の沿った寸法によらず、第一駆動電極４１は常に検出電極３３Ａと検出電極３４Ａの両方と対向する。つまり移動体４０はその移動方向に平行な直線に沿った寸法に制限がない。従って移動体４０のその寸法を低減することにより移動体４０が小型化や軽量化される。

［第四変形例］
本実施形態の第四変形例による慣性駆動アクチュエータの構成を図１３に示す。図中、図８と同一の参照符号を付した部材は同様の部材を意味する。この変形例では、図１３に示すように、振動基板３０は第二駆動電極３１Ａと検出電極３３Ｂと検出電極３４Ｂとを有する。第二駆動電極３１Ａと検出電極３３Ｂと検出電極３４Ｂは移動体４０の移動方向に平行な直線に沿って隣り合って並んでいる。移動体４０の移動方向に関して、第二駆動電極３１Ａは振動基板３０の中央に位置し、検出電極３３Ｂと検出電極３４Ｂは第二駆動電極３１Ａを間に挟むように振動基板３０の端部に位置している。第一駆動電極４１は移動体４０の移動範囲において常に検出電極３３Ｂと検出電極３４Ｂの両方と部分的に対向する。

［第五変形例］
本実施形態の第五変形例による慣性駆動アクチュエータの構成を図１４に示す。図中、図８と同一の参照符号を付した部材は同様の部材を意味する。この変形例では、図１４に示すように、移動体４０Ａは導電性と磁性を有する材料で構成され、移動体４０Ａそのものがこれまでに説明した第一駆動電極４１として機能する。

この変形例では、移動体４０Ａは構成が簡単であり、小型化が容易である。

これまで、図面を参照しながら本発明の実施形態を述べたが、本発明は、これらの実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において様々な変形や変更が施されてもよい。

本発明の第一実施形態による慣性駆動アクチュエータの構成を示している。 図１の慣性駆動アクチュエータにおける駆動と位置検出のタイミングチャートを示している。 図１の位置検出回路の一構成例を示している。 本発明の第二実施形態による慣性駆動アクチュエータの構成を示している。 図４の慣性駆動アクチュエータにおける駆動と位置検出のタイミングチャートを示している。 第二実施形態の第一変形例による慣性駆動アクチュエータの構成を示している。 第二実施形態の第二変形例による慣性駆動アクチュエータにおける駆動と位置検出のタイミングチャートを示している。 本発明の第三実施形態による慣性駆動アクチュエータの構成を示している。 図８の慣性駆動アクチュエータにおける駆動と位置検出のタイミングチャートを示している。 第三実施形態の第一変形例による慣性駆動アクチュエータの構成を示している。 第三実施形態の第二変形例による慣性駆動アクチュエータの構成を示している。 第三本実施形態の第三変形例による慣性駆動アクチュエータの構成を示している。 第三本実施形態の第四変形例による慣性駆動アクチュエータの構成を示している。 第三本実施形態の第五変形例による慣性駆動アクチュエータの構成を示している。 従来の位置検出機能を有する慣性駆動アクチュエータの構成を示している。

符号の説明

１０…固定部材、２０…圧電素子、３０…振動基板、３１，３１Ａ…第二駆動電極、３３，３３Ａ，３３Ｂ…検出電極、３４，３４Ａ，３４Ｂ…検出電極、３５…絶縁膜、４０，４０Ａ…移動体、４１…第一駆動電極、５０…永久磁石、６０…圧電素子駆動手段、７０…摩擦力制御手段、８０…位置検出手段、８１…位置検出回路、８２…信号発生回路。

Claims (13)

1. 固定部材と、
   前記固定部材上に配置された振動基板と、
   前記固定部材に対して前記振動基板を直線的に往復移動させる移動手段と、
   前記振動基板上に配置された、前記振動基板の往復移動に対して慣性により前記振動基板に対して移動する移動体と、
   前記振動基板と対向する前記移動体の面に設けられた第一駆動電極と、
   前記移動体と対向する前記振動基板の面に設けられた第二駆動電極と、
   前記移動体と対向する前記振動基板の面に設けられた、前記第一駆動電極との対向部分の面積が前記移動体の移動に伴って連続的に変化する検出電極と、
   前記第一駆動電極と前記第二駆動電極および前記検出電極との間に介在する絶縁膜と、
   前記第一駆動電極と前記第二駆動電極との間に電圧を印加して両者間に静電気力を作用させることにより前記振動基板と前記移動体との間に生じる摩擦力を制御する摩擦力制御手段と、
   前記第一駆動電極と前記検出電極の対向部分の静電容量に基づいて前記振動基板に対する前記移動体の位置を検出する位置検出手段とを備えていることを特徴とする慣性駆動アクチュエータ。
2. 前記摩擦力制御手段による摩擦力制御と前記位置検出手段による位置検出とを同時に行うことを特徴とする請求項１に記載の慣性駆動アクチュエータ。
3. 前記摩擦力制御手段は、前記位置検出手段が前記移動体の位置を検出する間、前記第一駆動電極と前記第二駆動電極との間への電圧の印加を停止することを特徴とする請求項１に記載の慣性駆動アクチュエータ。
4. 前記摩擦力制御手段は、前記位置検出手段が前記移動体の位置を検出する間、前記第一の駆動電極へ位置検出のための電圧を印加するとともに、前記第二駆動電極への電圧の印加を停止することを特徴とする請求項１に記載の慣性駆動アクチュエータ。
5. 前記移動体が導電体からなり、前記移動体そのものが前記第一駆動電極として機能することを特徴とする請求項１に記載の慣性駆動アクチュエータ。
6. 前記摩擦力制御手段は、前記第一駆動電極と前記第二駆動電極の一方に印加する電圧の極性を変化させることを特徴とする請求項３に記載の慣性駆動アクチュエータ。
7. 前記検出電極は、２つの検出電極要素を含んでいることを特徴とする請求項１に記載の慣性駆動アクチュエータ。
8. 前記移動体の一方向の移動に対して、前記２つの検出電極要素の一方と前記第一駆動電極との第一対向部分の面積は連続的に増加し、その反対に前記２つの検出電極要素の他方と前記第一駆動電極との第二対向部分の面積は連続的に減少することを特徴とする請求項７に記載の慣性駆動アクチュエータ。
9. 前記位置検出手段は、前記第一対向部分の静電容量と前記第二対向部分の静電容量とを比較することにより、前記移動体の位置を検出することを特徴とする請求項８に記載の慣性駆動アクチュエータ。
10. 前記２つの検出電極要素と前記第一駆動電極の対向部分は、前記移動体の移動に伴って、その移動方向に平行な直線に沿った寸法が変化することを特徴とする請求項８に記載の慣性駆動アクチュエータ。
11. 前記２つの検出電極要素と前記第一駆動電極の対向部分は、前記移動体の移動に伴って、その移動方向に垂直な直線に沿った寸法が変化することを特徴とする請求項８に記載の慣性駆動アクチュエータ。
12. 前記第二駆動電極は、前記振動基板の移動方向に垂直な方向に関して前記２つの検出電極要素を挟むように配置されている複数の駆動電極要素を含んでいることを特徴とする請求項８に記載の慣性駆動アクチュエータ。
13. 前記検出電極は、前記２つの検出電極要素と同様の別の２つの検出電極要素をさらに含んでおり、これらの検出電極要素は、前記振動基板の移動方向に垂直な方向に関して、前記第二駆動電極を挟むように配置されていることを特徴とする請求項８に記載の慣性駆動アクチュエータ。

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