JP2008289347A - 駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電気機械変換素子で発生した振動を振動摩擦部に高効率で伝達すること。
【解決手段】伸縮方向で互いに対向する第１及び第２の端部を持つ電気機械変換素子（４４１）と、この電気機械変換素子の第１の端部に結合された静止部材（４４２）と、電気機械変換素子の第２の端部に取り付けられた振動摩擦部（４４３）と、この振動摩擦部と摩擦結合される棒状の移動部（４２３）とを備え、電気機械変換素子の伸縮方向に移動部が移動可能な駆動装置（２０）において、振動摩擦部（４４３）は、振動伝達速度が４９００［ｍ／ｓ］以上で、金属鋳造または樹脂成型で作製可能な材料で構成され、移動部（４２３）は、振動伝達速度が４９００［ｍ／ｓ］以上で、かつ振動摩擦部の材料とは異なる材料で構成されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は駆動装置に関し、特に、圧電素子等の電気機械変換素子を用いた駆動装置に関する。

従来から、カメラのオートフォーカス用アクチュエータやズーム用アクチュエータとして、圧電素子、電歪素子、磁歪素子等の電気機械変換素子を使用した（駆動装置）リニアアクチュエータが使用されている。

例えば、特許文献１は、レンズホルダ（被駆動部材、移動部）を移動させるのに、圧電素子の伸縮方向の一端にガイド棒（駆動部材、振動摩擦部）を接着し、ガイド棒にレンズホルダ（移動部）を移動可能に支持させ、ガイド棒とレンズホルダとの間に摩擦力を発生させる板バネとを備えた駆動装置を開示している。特許文献１では、圧電素子に伸びの速度と縮みの速度とを異ならせるように電圧を印加している。

また、特許文献２は、圧電素子と、この圧電素子に結合して圧電素子の伸縮方向に延在する駆動軸（耐摩耗性の振動棒、振動摩擦部）と、この駆動軸に摩擦結合した被駆動部材（ズームレンズ鏡筒、移動部）とを備えた駆動装置を開示している。この特許文献２では、圧電素子に印加する駆動信号を工夫して、被駆動部材（ズームレンズ鏡筒、移動部）を駆動している。特許文献３では、駆動軸（駆動部材、振動摩擦部）を繊維強化樹脂複合体で構成したものを開示している。

特許文献４は、第１の圧電素子に取り付けた駆動部材（振動摩擦部）と被駆動部材（移動部）との摩擦係合を確保、或いは解除する第２の圧電素子を設けることによって、被駆動部材を安定して正確に移動させることができるアクチュエータを開示している。特許文献４に開示されたアクチュエータは、駆動用の一対の第１の圧電素子、係合用の第２の圧電素子、一対の駆動部材、及び押さえばねで構成される。一対の第１の圧電素子及び一対の駆動部材は被駆動板を挟んで両側に配置される。一対の駆動部材の間隔が第２の圧電素子によって拡縮される。この第２の圧電素子によって、一対の駆動部材と被駆動板との摩擦係合が確保、或いは解除される。

特許文献５は、構成部材の弾性変形の影響を受けることのない電気機械変換素子を使用した直線駆動機構を開示している。特許文献５において、固定鏡筒に固着された内筒には半径方向に延びた延長部（静止部材）の軸受に光軸に平行に配置された駆動軸（移動部）が移動自在に支持されている。延長部（静止部材）と作用部材（振動摩擦部）との間には圧電素子（電気機械変換素子）が配置され固着結合される。作用部材の上半分は駆動軸に接触し、作用部材の下半分はばねにより付勢されたパッドが装着され、作用部材及びパッドは駆動軸に対し適当な摩擦力で摩擦結合する。圧電素子に速度の異なる伸縮変位を発生させると、作用部材を介して駆動軸が変位し、駆動軸は被駆動部材であるレンズ保持枠と共に繰り出し繰り込みがなされる。

一方、特許文献６は、圧電素子の振動を伝達する伝達部材（振動摩擦部）とこの伝達部材（振動摩擦部）に摩擦結合される移動部材（移動部）との間の摩擦接合部の接触状態に対して、最適な表面粗さ具体的に規定した、リニアアクチュエータを開示している。特許文献６において、伝達部材としてはカーボン製のロッドを使用し、移動部材としてはロッドを挟持するように構成された、金属製のスライダおよびキャップを使用している。

特許文献７は、高周波数で高速駆動できる駆動装置を開示している。この特許文献７に開示された駆動装置において、移動部材は固定軸（駆動軸）に摺動可能に支持されている。固定軸に沿って配置した圧電素子の一端面が移動部材に固着結合されている。圧電素子の他端面に駆動摩擦部材が固着されている。駆動摩擦部材は、圧電素子に固着結合された本体と、この本体の側面に突設された突片とから成る。この突片が固定軸を周方向に弾力的に挟持して、駆動摩擦部材は固定軸に摩擦結合している。駆動摩擦部材は、アルミ合金にアルマイト表面処理したものであり、軽量、高弾性、高摺動性、高硬度を達成している。特許文献７において、固定軸（駆動軸）の材料については何等開示していない。

また、特許文献８は、軸方向に振動する駆動部材と、この駆動部材に摩擦接触する被駆動部材を備えた駆動装置において、駆動部材及び被駆動部材を、駆動部材と被駆動部材との間の摩擦係数が駆動部材の振動方向の正方向と逆方向で異なる摩擦異方性素材で構成したものを開示している。

さらに、特許文献９は、高速で移動させることができる駆動装置を開示している。この特許文献９に開示された駆動装置は、静止部材と、電気機械変換素子と、駆動部材（振動摩擦部）と、移動部材と、摩擦付加部材とから構成されている。電気機械変換素子は、静止部材にその伸縮方向の一端を固定され、その伸長時と縮小時とでは異なる速度で伸縮するように電圧の印加を受ける。駆動部材（振動摩擦部）は、電気機械変換素子の伸縮方向の他端に結合され、電気機械変換素子の伸縮方向に移動できるように支持されている。移動部材は、駆動部材に摩擦係合され、電気機械変換素子の伸縮方向に移動できるように支持されている。摩擦付加部材は、駆動部材と移動部材間に摩擦力を発生させる。電気機械変換素子の伸長時と縮小時のどちらにおいても、駆動部材と移動部材間に滑りを生じさせるべく設定されている。特許文献９は、駆動部材（振動摩擦部）と移動部材の具体的な材料については何等開示していない。

特許第２６３３０６６号公報 特許第３２１８８５１号公報 特許第３１８０５５７号公報 特開２００６−５４９７９号公報 特開平９−１９１６６５号公報 特開２００６−５９９８号公報 特開平１０−３３７０５７号公報（図３） 特開平７−４９４４２号公報 特許第３１７１０００号公報

前述した特許文献１〜４には、それぞれ、以下に説明するような問題点がある。

特許文献１に開示された駆動装置では、圧電素子に接着されたガイド棒（駆動部材、振動摩擦部）にレンズホルダ（被駆動部材、移動部）が移動可能に支持されているので、ガイド棒（駆動部材、振動摩擦部）がレンズホルダ（被駆動部材、移動部）よりも長く、ガイド棒（駆動部材、振動摩擦部）が往復運動することによって傾きを生じやすい。また、レンズホルダ（被駆動部材、移動部）の移動距離を長くする程、ガイド棒（駆動部材、振動摩擦部）も長くなり、不要な振動モードを発生し易い。さらに、圧電素子とガイド棒（駆動部材、振動摩擦部）との結合部の延長上に摩擦係合部があるので、低背化には不利である。

特許文献２に開示された駆動装置においても、駆動軸（駆動部材、振動摩擦部）が電気機械変換素子の伸縮方向に延在しているので、駆動軸（駆動部材、振動摩擦部）がズームレンズ鏡筒（被駆動部材、移動部）よりも長く、駆動軸（駆動部材、振動摩擦部）が往復運動することによって傾きを生じやすい。また、ズームレンズ鏡筒（被駆動部材、移動部）の移動距離を長くする程、駆動軸（駆動部材、振動摩擦部）も長くなり、不要な振動モードを発生し易い。更に、電気機械変換素子と駆動軸（駆動部材、振動摩擦部）との結合部の延長上に摩擦係合部があるので、低背化には不利である。また、ズームレンズ鏡筒（被駆動部材、移動部）を駆動軸（駆動部材、振動摩擦部）で片持ち支持する構造をしているので、レンズのような大重量物を移動させるには力学的に無理がある。

特許文献３は、駆動軸（駆動部材、振動摩擦部）を繊維強化樹脂複合体で構成したものを開示しているに過ぎず、基本的構成は特許文献２に開示された駆動装置と同様であるので、特許文献２と同様の問題点がある。

特許文献４は、駆動部材（振動摩擦部）が被駆動部材（移動部）よりも短いけれども、複数の圧電素子を備えるので、構成が複雑になると共に、サイズを縮小するのは不利である。

一方、特許文献５は、駆動軸（移動部）がロッド形状をしており、作用部材（振動摩擦部）が複雑な形状をしている、直線駆動機構を開示している。ところで、電気機械変換素子により発生した振動摩擦部の振動変位による移動部の移動効率を向上させるためには、振動摩擦部と移動部との間の動摩擦係数や静止摩擦係数を最適な値（条件）に設定する必要がある。そのためには、振動摩擦部や移動部として好適な材料を選択する必要がある。しかしながら、特許文献５は、振動摩擦部や移動部の材料に関して何等開示していない。

特許文献６は、摩擦結合された振動摩擦部と移動部の表面粗さを規定している。しかしながら、上述したように、電気機械変換素子により発生した振動摩擦部の振動変位による移動部の移動効率を向上させるためには、振動摩擦部と移動部との間の動摩擦係数や静止摩擦係数を最適な値（条件）に設定する必要がある。これら動摩擦係数や静止摩擦係数は、特許文献６に開示されているような振動摩擦部と移動部の表面粗さだけでなく、双方の材料の硬さ、密度によっても変化する値である。

特許文献７は、駆動摩擦部材の材料については記載があるものの、固定軸（駆動軸）の材料については何等開示していない。特許文献８は、駆動部材及び被駆動部材を摩擦異方性素材で構成したものを開示しているだけである。特許文献９は、駆動部材（振動摩擦部）と移動部材の具体的な材料については何等開示していない。

とにかく、駆動装置では、電気機械変換素子で発生した振動を振動摩擦部に高効率で伝達させる必要があるが、特許文献１〜９のいずれも、それを実現するために好適な振動摩擦部および移動部の材料については何等開示していない。

本発明の課題は、電気機械変換素子で発生した振動を振動摩擦部に高効率で伝達することができる、駆動装置を提供することにある。

本発明の他の課題は、電気機械変換素子により発生した振動摩擦部の振動変位による移動部の移動効率を良くすることが可能な、駆動装置を提供することにある。

本発明の他の目的は、説明が進むにつれて明らかになるだろう。

本発明によれば、伸縮方向で互いに対向する第１及び第２の端部（４４１ａ，４４１ｂ）を持つ電気機械変換素子（４４１）と、該電気機械変換素子の前記第１の端部に結合された静止部材（４４２）と、前記電気機械変換素子の前記第２の端部に取り付けられた振動摩擦部（４４３）と、該振動摩擦部と摩擦結合される棒状の移動部（４２３）とを備え、前記電気機械変換素子の伸縮方向に前記移動部が移動可能な駆動装置において、前記振動摩擦部（４４３）は、振動伝達速度が４９００［ｍ／ｓ］以上で、金属鋳造または金属鍛造または樹脂成型で作製可能な材料で構成され、前記移動部（４２３）は、前記振動伝達速度が４９００［ｍ／ｓ］以上で、かつ前記振動摩擦部の材料とは異なる材料で構成されている、ことを特徴とする駆動装置が得られる。

上記本発明による駆動装置において、前記振動摩擦部が、アルミニウム又はマグネシウムのダイカストで作製され、前記移動部の材料が、繊維強化複合樹脂、繊維強化複合金属、カーボン、およびステンレスのグループから選択される、ことの好ましい。前記振動摩擦部の表面が処理され、前記移動部の表面が平滑化されている、ことが望ましい。前記振動摩擦部と前記移動部との間の動摩擦係数が０．２〜０．６の範囲にあり、かつ、前記振動摩擦部と前記移動部との間の［静止摩擦係数］／［動摩擦係数］が１以上２．５以下の範囲にある、ことが好ましい。

尚、上記括弧内の参照符号は、理解を容易にするために付したものであり、一例に過ぎず、これらに限定されないのは勿論である。

本発明では、振動摩擦部が、振動伝達速度が４９００［ｍ／ｓ］以上で、金属鋳造または金属鍛造または樹脂成型で作製可能な材料で構成され、移動部は、振動伝達速度が４９００［ｍ／ｓ］以上で、かつ振動摩擦部の材料とは異なる材料で構成されているので、電気機械変換素子で発生した振動を振動摩擦部に高効率で伝達することができる。

また、振動摩擦部と移動部との間の動摩擦係数を０．２〜０．６の範囲にし、かつ、振動摩擦部と移動部との間の［静止摩擦係数］／［動摩擦係数］を１以上２．５以下の範囲にすることにより、電気機械変換素子により発生した振動摩擦部の振動変位による移動部の移動効率を良くすることが可能となる。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。

図１は本発明の一実施の形態による駆動装置２０を示す外観斜視図である。ここでは、図１に示されるように、直交座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を使用している。図１に図示した状態では、直交座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）において、Ｘ軸は前後方向（奥行方向）であり、Ｙ軸は左右方向（幅方向）であり、Ｚ軸は上下方向（高さ方向）である。そして、図１に示す例においては、上下方向Ｚがレンズの光軸Ｏ方向である。

図示の駆動装置２０は、図示しない筐体内に配置される。筐体は、カップ状の上側カバー（図示せず）と下側ベース（図示せず）とを含む。筐体の下側ベース上に静止部材（錘）４４２（後述する）が搭載される。上側カバーの上面は、レンズの光軸Ｏを中心軸とした円筒部（図示せず）を有する。一方、図示はしないが、下側ベースの中央部には、基板に配置された撮像素子が搭載される。この撮像素子は、可動レンズ（後述する）により結像された被写体像を撮像して電気信号に変換する。撮像素子は、例えば、ＣＣＤ（charge coupled device）型イメージセンサ、ＣＭＯＳ（complementary metal oxide semiconductor）型イメージセンサ等により構成される。

図示の駆動装置２０は、オートフォーカスレンズ駆動ユニット４０から構成されている。

筐体内には、左右方向Ｙの左側に案内軸（図示せず）が設けられている。この案内軸は、レンズの光軸Ｏと平行に延在している。案内軸の上端は筐体の上側カバーの上面に固定され、下端は筐体の下側ベースに固定されている。このレンズの光軸Ｏを間に挟んで、案内軸と反対側である左右方向Ｙの右側には、後で詳述する、棒状の移動部（移動軸）４２３が設けられている。すなわち、案内軸と移動軸４２３とは、レンズの光軸Ｏまわりに回転対称な位置に配置されている。

オートフォーカスレンズ駆動ユニット４０は、レンズ可動部４２とレンズ駆動部４４とから構成される。レンズ可動部４２は、オートフォーカスレンズＡＦＬを保持するレンズ保持枠４２１を含む。レンズ保持枠４２１は、略円筒状の可動鏡筒４２２の上部に固定されている。可動鏡筒４２２は、左右方向Ｙの左側で半径方向外側に延びる一対の延在部４２２１（但し、図１では上側のみ図示する）を有する。この一対の延在部４２２１は、上記案内軸が貫通する貫通孔４２２１ａを持つ。また、可動鏡筒４２２は、左右方向Ｙの右側で半径方向外側に延びる一対の延在部４２２２を有する。この一対の延在部４２２２は、棒状の移動軸４２３が貫通して嵌合される嵌合孔４２２２ａを持つ。このような構成により、レンズ可動部４２は、筐体に対してレンズの光軸Ｏ方向にのみ移動可能である。

レンズ駆動部４４は、レンズ可動部４２をレンズの光軸Ｏ方向に摺動可能に支持しながら、後述するようにレンズ可動部４２を駆動する。

図１に加えて図２乃至図４をも参照して、オートフォーカスレンズ駆動ユニット４０のレンズ駆動部４４について説明する。図２はオートフォーカスレンズ駆動ユニット４０のレンズ駆動部４４を棒状の移動軸４２３と共に示す斜視図である。図３はオートフォーカスレンズ駆動ユニット４０のレンズ駆動部４４を棒状の移動軸４２３と共に示す平面図である。図４はレンズ駆動部４４の主要部を示す斜視図である。

レンズ駆動部４４は、電気機械変換素子として働く積層圧電素子４４１と、静止部材（錘）４４２と、振動摩擦部４４３とを有する。積層圧電素子４４１は、レンズの光軸Ｏ方向に伸縮する。積層圧電素子４４１は、レンズの光軸Ｏ方向に複数の圧電層を積層した構造を有する。図５に示されるように、積層圧電素子４４１は、伸縮方向で互いに対向する第１の端部（下端部）４４１ａと第２の端部（上端部）４４１ｂとを持つ。静止部材（錘）４４２は、積層圧電素子４４１の第１の端部（下端部）４４１ａに接着剤等で結合される。振動摩擦部４４３は、積層圧電素子４４１の第２の端部（上端部）４４１ｂに接着剤等で取り付けられている。図示の例では、振動摩擦部４４３が積層圧電素子４４１の第２の端部４４１ｂに直接結合されているが、振動摩擦部４４３と積層圧電素子４４１の第２の端部４４１ｂとの間に何らかの部材が介在されてもよい。

なお、図５に示されるような、積層圧電素子４４１と静止部材４４２との組合せは、圧電ユニットと呼ばれる。

棒状の移動軸４２３は、この振動摩擦部４４３と摩擦結合される。図３および図４に示されるように、振動摩擦部４４３は、棒状の移動軸４２３との摩擦結合部にＶ溝４４３ａが形成されている。

レンズ駆動部４４は、棒状の移動軸４２３を振動摩擦部４４３に対して押し付ける（付勢する）ためのばね４４４を備える。ばね４４４と棒状の移動軸４２３との間にＶ構造のパッド４４５が挟み込まれている。振動摩擦部４４３は、ばね４４４を保持するための溝４４３が設けられている。換言すれば、振動摩擦部４４３とパッド４４５をばね４４４で棒状の移動軸４２３に押し付けている。これにより、棒状の移動軸４２３は振動摩擦部４４３に安定して摩擦結合される。

レンズ駆動部４４とレンズ移動部４２とは、図１に示されるように、レンズの光軸Ｏに対して並置されている。したがって、フォーカスレンズ駆動ユニット４０を低背化することができる。その結果、駆動装置２０も低背化することができる。

次に、図６を参照して、積層圧電素子４４１に供給される電流と積層圧電素子４４１に発生する変位について説明する。なお、図６は、上記特許文献２の図５に図示されたものと同じものである。図６（Ａ）および（Ｂ）は、それぞれ、駆動回路（図示せず）により積層圧電素子４４１に供給される電流の変化と、積層圧電素子４４１の変位を示すものである。

図６（Ａ）に示すように、積層圧電素子４４１に大電流（正方向）と所定の一定電流（負方向）とを交互に流す。このような状況では、図６（Ｂ）に示すように、積層圧電素子４４１は、大電流（正方向）に対応した急激な変位（伸び）と、一定電流（負方向）に対応した穏やかな変位（縮み）とが交互に生じる。

すなわち、積層圧電素子４４１に矩形波電流を印加して（図６（Ａ））、積層圧電素子４４１に対してのこぎり波状の変位（伸縮）を生じ（図６（Ｂ））させる。

図６に加えて図１をも参照して、オートフォーカスレンズ駆動ユニット４０の動作について説明する。先ず、レンズ可動部４２を上下方向Ｚに沿って下方向に移動する場合の動作について説明する。

先ず、図６（Ａ）に示すように、積層圧電素子４４１に正方向の大電流を流すと、図６（Ｂ）に示すように、積層圧電素子４４１は急速に厚み方向の伸び変位を生じる。その結果、振動摩擦部４４３はレンズの光軸Ｏ方向（上下方向Ｚ）に沿って上方向に急速に移動する。このとき、レンズ可動部４２は、その慣性力により、振動摩擦部４４３と棒状の移動軸４２３との間の摩擦力に打ち勝って実質的にその位置にとどまるので、移動しない。

次に、図６（Ａ）に示すように、積層圧電素子４４１に負方向の一定電流を流すと、積層圧電素子４４１は緩やかに厚み方向の縮み変位を生じる。その結果、振動摩擦部４４３はレンズの光軸Ｏ方向（上下方向Ｚ）に沿って下方向に緩やかに移動する。このとき、振動摩擦部４４３と棒状の移動軸４２３とはそれらの間の接触面に発生する摩擦力により結合しているので、レンズ可動部４２は振動摩擦部４４３と共に実質的にレンズの光軸Ｏ方向（上下方向Ｚ）に沿って下方向に移動する。

このように、積層圧電素子４４１に正方向の大電流と負方向の所定の一定電流を交互に流して、積層圧電素子４４１に伸び変位と縮み変位を交互に生じさせることにより、レンズ保持枠４２１（レンズ可動部４２）をレンズ光軸Ｏ方向（上下方向Ｚ）に沿って下方向へ連続して移動させることができる。

レンズ可動部４２をレンズ光軸Ｏ方向（上下方向Ｚ）に沿って上方向に移動させるには、上記と逆に積層圧電素子４４１に負方向の大電流と、正方向の所定の一定電流とを交互に流すことによって、達成することができる。

次に、積層圧電素子４４１について説明する。積層圧電素子４４１は直方体の形状をしており、その素子サイズは、０．９［ｍｍ］×０．９［ｍｍ］×１．５［ｍｍ］である。圧電材料としてＰＺＴのような低Ｑｍ材を使用している。厚さ２０［μｍ］の圧電材料と厚さ２［μｍ］の内部電極とを交互に櫛形に５０層積層することによって、積層圧電素子４４１を製造する。そして、積層圧電素子４４１の有効内部電極サイズは、０．６［ｍｍ］×０．６［ｍｍ］である。換言すれば、積層圧電素子４４１の有効内部電極の外側に位置する周辺部には、幅０．１５［ｍｍ］のリング状の不感帯部分（クリアランス）が存在する。

次に、本発明の駆動装置２０に用いられる振動摩擦部４４３と移動部４２３の材料について説明する。

最初に、振動摩擦部４４３の材料について説明する。図４に示されるように、振動摩擦部４４３の摩擦係合面４４３ａが断面Ｖ型構造をしており、さらにばね４４４を保持するために、振動摩擦部４４３には溝４４３ｂが設けられている。すなわち、振動摩擦部４４３は複雑な形状をしている。そのため、図示の振動摩擦部４４３は、生産性を考慮して、金属鋳造または樹脂成型で作製可能な材料から構成される。

また、電気機械変換素子（積層圧電素子）４４１を用いた駆動装置２０では、電気機械変換素子４４１が発生した振動を振動摩擦部４４３に高効率で伝達させる必要がある。これを実現するためには、振動摩擦部４４３に振動伝達速度の速い材料を用いる必要がある。下記の表１に、種々の材料の振動伝達速度を示す。

表１から、振動伝達速度が最も速いのは繊維強化樹脂複合体ＣＦＲＰである。しなしながら、繊維強化樹脂複合体ＣＦＲＰによって、図４に示されるような、複雑な形状を持つ振動摩擦部４４３を作製することは非常に困難である。また、表１から、金属鋳造または樹脂成型で作製可能な材料で、最も振動伝達速度が速いのはアルミニウムとマグネシウムである。そこで、実施の形態では、振動摩擦部４４３は、アルミニウム又はマグネシウムのダイカストで作製される。なお、振動摩擦部４４３としては、振動伝達速度が４９００［ｍ／ｓ］以上で、金属鋳造または金属鍛造または樹脂成型で作製可能な材料で構成されれば良い。

振動摩擦部４４３としてこのような材料を用いることで、電気機械変換素子４４１で発生した振動を振動摩擦部４４３に高効率で伝達させることが可能となり、生産性良く安価な振動摩擦部４４３を得ることが可能となる。

なお、振動摩擦部４４３の振動伝達速度を保ちつつ、移動部４２３の表面との摩擦係数を最適化するために、振動摩擦部４４３の表面に酸化膜形成処理、ニッケル、亜鉛、クロムなどのめっき処理、ニッケル、亜鉛、クロムなどの蒸着処理を施すことが好ましい。

次に、移動部４２３の材料について説明する。前述したように、振動摩擦部４４３は複雑な形状をしているため、振動摩擦部４４３は、アルミニウムダイカストまたはマグネシウムダイカストなどで作製する必要がある。一方、駆動装置２０の発生力は約１〜２ｇｆ程度であり、移動部４２３には移動鏡筒（レンズユニット）４２２などの部材が取り付けられるため、移動部４２３を軽量化する必要がある。更に、寸法精度や構造物としての強度を兼ね備えることを考慮すると、移動部４２３としては、ヤング率の高い材料を選択する必要がある。下記の表２に、軽量でヤング率が高い（すなわち、（［ヤング率］／［密度］）^１／２の高い）材料の振動伝達速度［ｍ／ｓ］を示す。

振動摩擦部４４３と移動部４２３のように、摩擦結合された部品が互いに同等の硬さや密度を持つと、動摩擦係数が大きくなり、移動部４２３を駆動するのが困難となる。そこで、移動部４２３の材料として、従来のようなアルミニウムを使用することはできない。そこで、本発明では、移動部４２３の材料として、アルミニウムおよびマグネシウム以外の材料で、かつ軽量でヤング率の高い材料を使用する。

上記表２より、このような条件を満足する移動部４２３の材料として、本実施の形態では、繊維強化複合樹脂ＣＦＲＰ、繊維強化複合金属ＣＦＲＰ、カーボン、ステンレスを使用する。なお、移動部４２３としては、振動伝達速度が４９００［ｍ／ｓ］以上で、かつ振動摩擦部４４３の材料とは異なる材料で構成されれば良い。

このような材料を移動部４２３に用い、摩擦結合表面を平滑化し、ばね４４４により適切な一定加重を移動部４２３に加えることで、安定した低い摩擦係数を得ることが可能となる。

後で詳述するように、移動部４２３と振動摩擦部４４３との間の摩擦結合表面を平滑化し、動摩擦係数を０．２〜０．６の範囲とし、かつ、１≦（［静止摩擦係数］／［動摩擦係数］）≦２．５とする必要がある。

移動部４２３の摩擦結合表面を平滑化する手段として、次の方法を採用することができる。ａ）移動部４２３の機械加工、研磨加工などにより、移動部４２３の表面粗さ（算術平均粗さ）をＲａ≦０．８とする。ｂ）移動部４２３は伝導性があるため、移動部４２３の表面にニッケル、亜鉛、クロムなどのめっき処理を施す。ｃ）移動部４２３の表面にニッケル、亜鉛、クロムなどの蒸着処理を施す。ｄ）移動部４２３の表面を樹脂により被覆処理する。

次に、図７を参照して、移動直進性について説明する。図７において、横軸は経過時間［μｓ］を表し、縦軸の右軸は振動摩擦部４４３の変位量［ｎｍ］を表し、縦軸の左軸は移動部４２３の初期位置からの移動量［ｎｍ］を表す。図７において、鋸波は振動摩擦部４４３の変位波形を示し、うねり波は移動部４２３の変位を示し、斜めの直線は移動部４２３の変位の近似曲線を示す。

振動摩擦部４４３が鋸波変位すると、移動部４２３の変位は図７に示されるように波打つ。このとき、移動部４２３変位の近似直線を求め、移動部４２３の変位曲線と近似直線のばらつきを数値化したものを移動直進性と定義する。

以下の説明においては、移動部４２３の材料として繊維強化複合樹脂を使用し、振動摩擦部４４３の材料としてアルミニウムを使用した場合について説明する。

図８を参照して、振動摩擦部４４３と移動部４２３の動摩擦係数の違いによる移動部４２３の移動速度および移動直進性の変化について説明する。図８において、横軸は動摩擦係数を表し、縦軸の右軸は移動直進性を表し、縦軸の左軸は移動速度［ｎｍ／μｓ］を表す。図８は、［静止摩擦係数］／［動摩擦係数］＝１で、電気機械変換素子（積層圧電素子）４４１に印加する電圧の振動周波数が６０ｋＨｚの条件下でのシミュレーション結果を示す。図８において、実線は移動速度を表し、破線は移動直進性を表す。

図８より、動摩擦係数が０．２〜０．６のときに、移動速度が速く、かつ、移動直進性も良くなることが分かる。

次に、図９を参照して、振動摩擦部４４３と移動部４２３の摩擦係数比（［静止摩擦係数］／［動摩擦係数］）の違いによる移動部４２３の移動速度および移動部直進性の変化について説明する。図９において、横軸は摩擦係数比を表し、縦軸の右軸は移動直進性を表し、縦軸の左軸は移動速度［ｎｍ／μｓ］を表す。図９は、［動摩擦係数］＝０．３で、電気機械変換素子（積層圧電素子）４４１に印加する電圧の振動周波数が６０ｋＨｚの条件下でのシミュレーション結果を示す。図９において、実線は移動速度を表し、破線は移動直進性を表す。

図９より、１≦（［静止摩擦係数］／［動摩擦係数］）≦２．５のとき、移動速度が速く、かつ、移動直進性も良くなることが分かる。

以上のことから、振動摩擦部４４３と移動部４２３との摩擦結合面の摩擦係数に関して、動摩擦係数を０．２〜０．６の範囲とし、かつ、１≦（［静止摩擦係数］／［動摩擦係数］）≦２．５とすることで、電気機械変換素子（積層圧電素子）４４１により発生した振動摩擦部４４３の振動変位による移動部４２３の移動効率を良くすることが可能となる。

なお、図８および図９は、移動部４２３の材料が繊維強化複合樹脂で、振動摩擦部４４３の材料がアルミニウムの場合のシミュレーション結果を表しているが、移動部４２３や振動摩擦部４４３が他の材料であっても、同様の結果が得られることは当業者であれば理解できるであろう。何故なら、動摩擦係数や静止摩擦係数は、前述したように、移動部４２３と振動摩擦部４４３との間の接触面（摩擦結合面）の状態（表面粗さ、材料の硬さ、密度など）によって変化する（規定される）ものであり、材料それ自体とは直接関係がないからである。

以上、本発明についてその好ましい実施の形態によって説明してきたが、本発明の精神を逸脱しない範囲内で、種々の変形が当業者によって可能であるのは明らかである。

本発明の一実施の形態による駆動装置を示す外観斜視図である。 図１に図示した駆動装置のレンズ駆動部を棒状の移動軸と共に示す斜視図である。 図２に図示した駆動装置のレンズ駆動部を棒状の移動軸と共に示す平面図である。 図２に示したレンズ駆動部の主要部を示す斜視図である。 図２に図示したレンズ駆動部に使用される圧電ユニットを示す斜視図である。 積層圧電素子に供給される電流と積層圧電素子に発生する変位を説明するための波形図である。 移動直進性を説明するためのグラフである。 振動摩擦部と移動部の動摩擦係数の違いによる移動部の移動速度および移動直進性の変化を説明するためのグラフである。 振動摩擦部と移動部の摩擦係数比（［静止摩擦係数］／［動摩擦係数］）の違いによる移動部の移動速度および移動部直進性の変化を説明するためのグラフである。

符号の説明

２０ 駆動装置
４０ オートフォーカスレンズ駆動ユニット
４２ レンズ可動部
４２１ レンズ保持枠
４２２ 可動鏡筒
４２２１ 延在部
４２２１ａ 貫通孔
４２２２ 延在部
４２２２ａ 嵌合孔
４２３ 棒状の移動部（移動軸）
４４ レンズ駆動部
４４１ 積層圧電素子
４４１ａ 第１の端部（下端部）
４４１ｂ 第２の端部（上端部）
４４２ 静止部材（錘）
４４３ 振動摩擦部
４４４ ばね
４４５ Ｖ型構造のパッド
Ｏ レンズの光軸
ＡＦＬ オートフォーカスレンズ

Claims (4)

1. 伸縮方向で互いに対向する第１及び第２の端部を持つ電気機械変換素子と、該電気機械変換素子の前記第１の端部に結合された静止部材と、前記電気機械変換素子の前記第２の端部に取り付けられた振動摩擦部と、該振動摩擦部と摩擦結合される棒状の移動部とを備え、前記電気機械変換素子の伸縮方向に前記移動部が移動可能な駆動装置において、
   前記振動摩擦部は、振動伝達速度が４９００［ｍ／ｓ］以上で、金属鋳造または金属鍛造または樹脂成型で作製可能な材料で構成され、
   前記移動部は、前記振動伝達速度が４９００［ｍ／ｓ］以上で、かつ前記振動摩擦部の材料とは異なる材料で構成されている、
   ことを特徴とする駆動装置。
2. 前記振動摩擦部が、アルミニウム又はマグネシウムのダイカストで作製され、
   前記移動部の材料が、繊維強化複合樹脂、繊維強化複合金属、カーボン、およびステンレスのグループから選択される、
   ことを特徴とする請求項１に記載の駆動装置。
3. 前記振動摩擦部の表面が処理され、前記移動部の表面が平滑化されている、ことを特徴とする請求項２に記載の駆動装置。
4. 前記振動摩擦部と前記移動部との間の動摩擦係数が０．２〜０．６の範囲にあり、かつ、前記振動摩擦部と前記移動部との間の［静止摩擦係数］／［動摩擦係数］が１以上２．５以下の範囲にある、請求項１乃至３のいずれか１つに記載の駆動装置。

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