JP2009027782A

JP2009027782A - 駆動装置

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Publication number: JP2009027782A
Application number: JP2007186140A
Authority: JP
Inventors: Ryuta Sasaki; 竜太佐々木
Original assignee: Fujinon Corp
Current assignee: Fujinon Corp
Priority date: 2007-07-17
Filing date: 2007-07-17
Publication date: 2009-02-05
Anticipated expiration: 2027-07-17
Also published as: JP4994137B2

Abstract

【課題】所定の基準線に対する駆動軸の倒れを防止することができる駆動装置を提供する。
【解決手段】駆動装置１では、仕切部１１の軸受穴１１ａに設けられた支持部材２０の固定部２１がホルダ３に固定され、支持部材２０の嵌合部２２が駆動軸６の中空部６ａに嵌められている。これにより、例えば軸受穴のみで駆動軸６が支持される場合に比べ、嵌合部２２による駆動軸６の支持範囲を長く取ることができる。従って、基準線ＦＬに対して駆動軸６が倒れた状態で圧電素子４がホルダ３によって支持されるのを防止することが可能となる。
【選択図】図２

Description

本発明は、例えばカメラ付き携帯電話機や小型デジタルカメラ等においてレンズ等を駆動するのに好適な駆動装置に関する。

従来における上記技術分野の駆動装置として、所定の基準線の延在方向に伸縮する電気機械変換素子と、所定の基準線の延在方向における電気機械変換素子の一端に取り付けられた駆動軸と、駆動軸に摩擦係合された被駆動体と、電気機械変換素子を支持すると共に、駆動軸の軸受穴を有するホルダと、を備えるものが知られている（例えば、特許文献１〜４参照）。

このような駆動装置においては、鋸歯状の波形を有する駆動パルスが電気機械変換素子に印加されて、伸長速度と収縮速度とが異なった状態で電気機械変換素子が変形させられる。そして、電気機械変換素子が遅い速度で変形すると、被駆動体は摩擦によって駆動軸に対して静止し、逆に、電気機械変換素子が速い速度で変形すると、被駆動体は慣性によって駆動軸に対して移動する。従って、鋸歯状の波形を有する駆動パルスを電気機械変換素子に繰り返し印加することで、被駆動体を細かなピッチで間欠的に移動させることができる。
特開２００２−１４２４７０号公報特開２００７−７４８８９号公報特開平１０−３３７０５５号公報特開２００６−３１１７９４号公報

しかしながら、上述したような駆動装置にあっては、駆動軸の外面と軸受穴の内面との間にクリアランスが存在するため、所定の基準線に対して駆動軸が倒れた状態で電気機械変換素子がホルダによって支持されるおそれがある。特に、カメラ付き携帯電話機や小型デジタルカメラ等においてレンズ等を駆動するに際しては、極めて高い光学性能が要求されるため、所定の基準線に対する駆動軸の倒れは、僅かなものであっても、深刻な問題となる。

そこで、本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、所定の基準線に対する駆動軸の倒れを防止することができる駆動装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係る駆動装置は、所定の基準線の延在方向に伸縮する電気機械変換素子と、延在方向における電気機械変換素子の一端に取り付けられた駆動軸と、駆動軸に摩擦係合された被駆動体と、電気機械変換素子を支持すると共に、駆動軸の軸受部を有するホルダと、軸受部に設けられると共に、ホルダに固定される固定部、及び駆動軸の少なくとも一端部に形成された中空部に嵌められる嵌合部を有する支持部材と、を備えることを特徴とする。

この駆動装置では、駆動軸の軸受部に設けられた支持部材の固定部がホルダに固定され、その支持部材の嵌合部が、駆動軸の少なくとも一端部に形成された中空部に嵌められている。これにより、例えば軸受穴のみで駆動軸が支持される場合に比べ、嵌合部による駆動軸の支持範囲を長く取ることができる。従って、所定の基準線に対して駆動軸が倒れた状態で電気機械変換素子がホルダによって支持されるのを防止することができる。

本発明に係る駆動装置においては、嵌合部の他端は、駆動軸に摩擦係合された被駆動体の係合部が一方の側に最も移動した場合における係合部の他端、及び係合部が他方の側に最も移動した場合における係合部の一端のいずれよりも他方の側に位置していることが好ましい。落下等によって駆動軸が衝撃を受けると、係合部が一方の側に最も移動した場合における係合部の他端、又は係合部が他方の側に最も移動した場合における係合部の一端で、駆動軸に応力が集中して駆動軸が破断するおそれがある。従って、係合部が一方の側に最も移動した場合における係合部の他端、及び係合部が他方の側に最も移動した場合における係合部の一端のいずれよりも、嵌合部の他端が他方の側に位置していれば、嵌合部が中空部における駆動軸の芯となり、落下等によって衝撃を受けた際に駆動軸が破断するのを防止することができる。

本発明に係る駆動装置においては、嵌合部の外面には、駆動軸が嵌合部によって少なくとも３箇所で支持されるように、延在方向に延びる切欠部が形成されていてもよい。或いは、駆動軸の中空部の内面には、駆動軸が嵌合部によって少なくとも３箇所で支持されるように、延在方向に延びる切欠部が形成されていてもよい。これらの場合、嵌合部の外面と駆動軸の中空部の内面との接触面積が小さくなるため、嵌合部に対して駆動軸を円滑に往復動させることができる。しかも、駆動軸が嵌合部によって少なくとも３箇所で支持されることで、嵌合部に対して駆動軸が位置決めされるため、所定の基準線に対する駆動軸の倒れをより確実に防止することができる。

本発明によれば、所定の基準線に対する駆動軸の倒れを防止することができる。

以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図において同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。

図１は、本発明に係る駆動装置の一実施形態を示す斜視図であり、図２は、図１に示されたII−II線に沿っての部分断面図である。図１，２に示されるように、駆動装置１は、レンズ枠（被駆動体）２が保持するレンズを光軸ＯＡに沿って駆動するための装置であって、例えばカメラ付き携帯電話機や小型デジタルカメラ等に好適なものである。

駆動装置１は、レンズ枠２を収容するホルダ３を備えている。ホルダ３は、光軸ＯＡに平行な基準線ＦＬの延在方向に伸縮する圧電素子（電気機械変換素子）４を支持している。具体的には、圧電素子４は、シリコーン接着剤によりホルダ３に接着されたシリコーンキャップ５によって、基準線ＦＬの延在方向に対して側方から保持されることで、ホルダ３によって弾性的に支持されている。なお、圧電素子４には、駆動パルスを印加するための入力端子４ａ，４ｂが設けられている。

基準線ＦＬの延在方向における圧電素子４の一端には、基準線ＦＬに沿って延在するように、中空の駆動軸６が接着剤７により固定されている。駆動軸６は、例えばカーボングラファイト等、黒鉛結晶が強固に複合させられてなる黒鉛複合体により円筒状に形成されている。一方、基準線ＦＬの延在方向における圧電素子４の他端には、錘部材８が接着剤により固定されている。錘部材８は、圧電素子４の他端に負荷を与えることで、圧電素子４において一端よりも他端が大きく変位することを防止するためのものである。錘部材８としては、圧電素子４の伸縮を効率よく駆動軸６に伝達するために、駆動軸６よりも質量の大きいものが好ましい。

駆動軸６の一端部は、ホルダ３が有する仕切部１１に形成された軸受穴（軸受部）１１ａに隙間嵌めされている。一方、駆動軸６の他端部は、ホルダ３が有する仕切部１２に形成された貫通穴１２ａを挿通している。これにより、駆動軸６は、基準線ＦＬに沿って往復動可能となっている。

駆動軸６には、仕切部１１，１２によってそれらの間に移動領域が規制されたレンズ枠２の係合部２ａが摩擦係合されている。具体的には、係合部２ａに固定された断面Ｖ字状の板部材１３と、係合部２ａに係止された板バネ１４によって板部材１３側に付勢された断面Ｖ字状の板部材１５とが駆動軸６を挟持することで、係合部２ａは、その移動の際に一定の摩擦力が生ずるように、駆動軸６に取り付けられている。なお、ホルダ３には、レンズ枠２が有する断面Ｕ字状の溝内に配置される軸９が基準線ＦＬの延在方向に沿って掛け渡されている。つまり、駆動軸６は、レンズ枠２のガイド軸としても機能し、軸９は、レンズ枠２の回転止め軸として機能する。

更に、仕切部１１の軸受穴１１ａには、駆動軸６を支持する支持部材２０が設けられている。支持部材２０は、ホルダ３に固定される矩形板状の固定部２１、及び駆動軸６の中空部６ａに一方の側から隙間嵌めされる嵌合部２２を有している。固定部２１の他端面と駆動軸６の一端面との間には、圧電素子４が最も伸張した際においてもそれらが接触しないように、クリアランスが設けられている。嵌合部２２の他端２２ａは、駆動軸６に摩擦係合された係合部２ａが一方の側に最も移動した場合における係合部２ａの他端２ｂ、及び係合部２ａが他方の側に最も移動した場合における係合部２ａの一端２ｃのいずれよりも他方の側に位置している。なお、図３に示されるように、嵌合部２２の外面には、駆動軸６が嵌合部２２によって３箇所で支持されるように、基準線ＦＬの延在方向に延びる３つの切欠面によって切欠部２２ｂが形成されている。

以上のように構成された駆動装置１では、仕切部１１の軸受穴１１ａに設けられた支持部材２０の固定部２１がホルダ３に固定され、支持部材２０の嵌合部２２が駆動軸６の中空部６ａに嵌められている。これにより、例えば軸受穴のみで駆動軸６が支持される場合に比べ、嵌合部２２による駆動軸６の支持範囲を長く取ることができる。従って、基準線ＦＬに対して駆動軸６が倒れた状態で圧電素子４がホルダ３によって支持されるのを防止することが可能となる。これにより、例えばカメラ付き携帯電話機や小型デジタルカメラ等においてレンズ等を駆動するに際し、極めて高い光学性能を得ることができる。

更に、支持部材２０によって、基準線ＦＬに対する駆動軸６の倒れが防止されるため、レンズ枠２の回転止め軸として軸９を設けるだけで、駆動軸６をレンズ枠２のガイド軸とすることが可能となる。これにより、駆動軸６の他に別途レンズ枠２のガイド軸を設けなくても、例えばカメラ付き携帯電話機や小型デジタルカメラ等においてレンズ等を駆動するに際し、光学性能の劣化を防止することができる。

また、嵌合部２２の他端２２ａは、駆動軸６に摩擦係合された係合部２ａが一方の側に最も移動した場合における係合部２ａの他端２ｂ、及び係合部２ａが他方の側に最も移動した場合における係合部２ａの一端２ｃのいずれよりも他方の側に位置している。これにより、嵌合部２２が中空部における駆動軸６の芯となり、落下等によって衝撃を受けた際に駆動軸６が破断するのを防止することができる。その理由は、落下等によって駆動軸６が衝撃を受けると、係合部２ａが一方の側に最も移動した場合における係合部２ａの他端２ｂ、又は係合部２ａが他方の側に最も移動した場合における係合部２ａの一端２ｃで、駆動軸６に応力が集中して駆動軸６が破断するおそれがあるからである。

また、嵌合部２２の外面には、駆動軸６が嵌合部２２によって３箇所で支持されるように、基準線ＦＬの延在方向に延びる３つの切欠面によって切欠部２２ｂが形成されている。この場合、嵌合部２２の外面と駆動軸６の中空部６ａの内面との接触面積が小さくなるため、嵌合部２２に対して駆動軸６を円滑に往復動させることができる。しかも、駆動軸６が嵌合部２２によって３箇所で支持されることで、嵌合部２２に対して駆動軸６が位置決めされるため、基準線ＦＬに対する駆動軸６の倒れを確実に防止することができる。

ところで、駆動装置１を製造するに際しては、圧電素子４をホルダ３に支持させるための（すなわち、圧電素子４を保持するシリコーンキャップ５をホルダ３に接着するための）シリコーン接着剤が硬化する前に、ホルダ３の一端面に対する支持部材２０の固定部２１の固定位置を変化させて、基準線ＦＬに対する駆動軸６の傾きを調整してもよい。このような駆動装置１の製造方法によれば、基準線ＦＬに対する駆動軸６の倒れが防止された状態で、圧電素子４をホルダ３に支持させることが可能となる。そして、このような駆動装置１の製造方法は、シリコーン接着剤のような弾性接着剤でなく、硬化した際に高剛性となる接着剤を用いる場合にも有効である。

ここで、駆動装置１の動作について説明する。図４は、図１に示された圧電素子を作動させる駆動回路の回路図である。図５は、図４に示された駆動回路に入力される入力信号の波形図であり、図６は、図４に示された駆動回路から出力される出力信号の波形図である。

図４に示されるように、駆動回路３１は、制御部３０内に設けられている。制御部３０は、駆動装置１の全体制御を行うものであって、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入力信号回路及び出力信号回路等を有している。駆動回路３１は、圧電素子４のドライブ回路として機能するものであり、圧電素子４に対して駆動用の電気信号を出力する。駆動回路３１は、制御部３０の制御信号生成部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４の駆動用電気信号を出力する。駆動回路３１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、Ｈｉ出力（高電位出力）、Ｌｏ出力（低電位出力）及びＯＦＦ出力（オープン出力）を出力可能となっている。

図５（ａ）は、係合部２ａが圧電素子４に接近するようにレンズ枠２を移動させる際に入力される入力信号であり、図５（ｂ）は、係合部２ａが圧電素子４から離間するようにレンズ枠２を移動させる際に入力される入力信号である。また、図６（ａ）は、係合部２ａが圧電素子４に接近するようにレンズ枠２を移動させる際に出力される出力信号であり、図６（ｂ）は、係合部２ａが圧電素子４から離間するようにレンズ枠２を移動させる際に出力される出力信号である。

図６（ａ），（ｂ）の出力信号は、図５（ａ），（ｂ）の入力信号と同一タイミングでＯＮ／ＯＦＦするパルス信号となっている。図６（ａ），（ｂ）の２つの信号は、圧電素子４の入力端子４ａ，４ｂに入力される。この入力端子４ａ，４ｂには、鋸歯状の波形を有するパルス信号を入力してもよいが、図６に示されるように、矩形状の波形を有するパルス信号を入力しても、圧電素子４を作動させることができる。この場合、圧電素子４の駆動信号が矩形状の波形を有するパルス信号でよいため、信号生成が容易となる。

図６（ａ），（ｂ）の出力信号は、同一周波数となる２つ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で、互いの信号の電位差が段階的に大きくなって急激に小さくなる信号、又は互いの信号の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４の伸長速度と収縮速度とを異ならせることができ、係合部２ａ、延いてはレンズ枠２を移動させることが可能となる。

例えば、図６（ａ），（ｂ）においては、一方の信号がＨｉ（ハイ）からＬｏ（ロー）となった後に、他方の信号がＨｉとなるように設定されている。それらの信号においては、一方の信号がＬｏとなった際に、一定のタイムラグｔ_ＯＦＦの経過後、他方の信号がＨｉとなるように設定される。また、２つの信号が両方ともＬｏ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。

図６（ａ），（ｂ）の出力信号、すなわち圧電素子４を作動させる電気信号としては、可聴周波数を超える周波数の信号が用いられる。図６（ａ），（ｂ）においては、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、より好ましくは４０〜６０ｋＨｚの周波数信号とされる。このような周波数の信号を用いることで、圧電素子４の可聴領域における作動音を低減することができる。

以上により、駆動装置１は、次のように動作する。すなわち、圧電素子４に電気信号が入力され、その電気信号の入力により圧電素子４が伸長及び収縮を繰り返す。この伸長及び収縮に応じて駆動軸６が往復動する。このとき、圧電素子４の伸長速度と収縮速度とを異ならせることで、駆動軸６が一方向へ移動する速度と他方向へ移動する速度とが異なることとなる。これにより、係合部２ａ、延いてはレンズ枠２が所望の方向へ移動させられる。

本発明は、上述した実施形態に限定されるものではない。

例えば、駆動軸６は、嵌合部２２によって少なくとも３箇所で支持されれば位置決めされるため、駆動軸６が嵌合部２２によって４箇所以上で支持されるように、基準線ＦＬの延在方向に延びる切欠部２２ｂが嵌合部２２の外面に形成されていてもよい。

また、図７に示されるように、駆動軸６の中空部６ａの内面に、駆動軸６が嵌合部２２によって少なくとも３箇所（ここでは、６箇所）で支持されるように、基準線ＦＬの延在方向に延びる切欠部６ｂが形成されていてもよい。この場合にも、嵌合部２２の外面と駆動軸６の中空部６ａの内面との接触面積が小さくなるため、嵌合部２２に対して駆動軸６を円滑に往復動させることができると共に、嵌合部２２に対して駆動軸６が位置決めされるため、基準線ＦＬに対する駆動軸６の倒れを確実に防止することができる。

なお、嵌合部２２の外面に形成される切欠部２２ｂや、駆動軸６の中空部６ａの内面に形成される切欠部６ｂは、溝状のもの等であってもよい。図８に示されるように、嵌合部２２の外面に、基準線ＦＬの延在方向に延びる溝状の切欠部２２ｂを形成することで、駆動軸６が嵌合部２２によって少なくとも３箇所で支持されるように、基準線ＦＬの延在方向に延びる突条部２２ｃを形成してもよい。或いは、図９に示されるように、駆動軸６の中空部６ａの内面に、基準線ＦＬの延在方向に延びる溝状の切欠部６ｂを形成することで、駆動軸６が嵌合部２２によって少なくとも３箇所で支持されるように、基準線ＦＬの延在方向に延びる突条部６ｃを形成してもよい。これらの場合にも、駆動軸６の中空部６ａの内面に接触する少なくとも３本の突条部２２ｃ、或いは嵌合部２２の外面に接触する少なくとも３本の突条部６ｃによって、嵌合部２２の外面と駆動軸６の中空部６ａの内面との接触面積が小さくなるため、嵌合部２２に対して駆動軸６を円滑に往復動させることができると共に、嵌合部２２に対して駆動軸６が位置決めされるため、基準線ＦＬに対する駆動軸６の倒れを確実に防止することができる。

一方、嵌合部２２の外面や駆動軸６の中空部６ａの内面に、必ずしも切欠部が形成されなくてもよい。その場合には、嵌合部２２の外面や駆動軸６の中空部６ａの内面に、化学研磨、電解研磨、潤滑メッキ等、摩擦係数を低減させ得る表面処理を施せば、嵌合部２２に対する駆動軸６の往復動を円滑化させることができる。

また、基準線ＦＬの延在方向に対して側方から圧電素子４がホルダ３によって支持される場合、圧電素子４の他端に錘部材８が固定されていなくてもよい。更に、ホルダ３による圧電素子４の支持は、基準線ＦＬの延在方向に対して側方からの支持に限定されず、圧電素子４の他端をホルダ３に固定するなど、基準線ＦＬの延在方向における他方の側からの支持であってもよい。

また、上記実施形態では、駆動軸６が円筒状であったが、これに限定されない。一例として、駆動軸６の一端部に断面円形の凹部として中空部６ａが形成されており、凹部として形成された中空部６ａに支持部材２０の嵌合部２２が隙間嵌めされてもよい。

本発明に係る駆動装置の一実施形態を示す斜視図である。図１に示されたII−II線に沿っての部分断面図である。図２に示されたレンズ枠の係合部の縦断面図である。図１に示された圧電素子を作動させる駆動回路の回路図である。図４に示された駆動回路に入力される入力信号の波形図である。図４に示された駆動回路から出力される出力信号の波形図である。本発明に係る駆動装置の他の実施形態のレンズ枠の係合部の縦断面図である。本発明に係る駆動装置の他の実施形態のレンズ枠の係合部の縦断面図である。本発明に係る駆動装置の他の実施形態のレンズ枠の係合部の縦断面図である。

符号の説明

１…駆動装置、２…レンズ枠（被駆動体）、２ａ…係合部、２ｂ…他端、２ｃ…一端、３…ホルダ、４…圧電素子（電気機械変換素子）、６…駆動軸、６ａ…中空部、６ｂ…切欠部、１１ａ…軸受穴（軸受部）、２０…支持部材、２１…固定部、２２…嵌合部、２２ａ…他端、２２ｂ…切欠部、ＦＬ…基準線。

Claims

所定の基準線の延在方向に伸縮する電気機械変換素子と、
前記延在方向における前記電気機械変換素子の一端に取り付けられた駆動軸と、
前記駆動軸に摩擦係合された被駆動体と、
前記電気機械変換素子を支持すると共に、前記駆動軸の軸受部を有するホルダと、
前記軸受部に設けられると共に、前記ホルダに固定される固定部、及び前記駆動軸の少なくとも一端部に形成された中空部に嵌められる嵌合部を有する支持部材と、を備えることを特徴とする駆動装置。
前記嵌合部の他端は、前記駆動軸に摩擦係合された前記被駆動体の係合部が一方の側に最も移動した場合における前記係合部の他端、及び前記係合部が他方の側に最も移動した場合における前記係合部の一端のいずれよりも他方の側に位置していることを特徴とする請求項１記載の駆動装置。
前記嵌合部の外面には、前記駆動軸が前記嵌合部によって少なくとも３箇所で支持されるように、前記延在方向に延びる切欠部が形成されていることを特徴とする請求項１又は２記載の駆動装置。
前記駆動軸の前記中空部の内面には、前記駆動軸が前記嵌合部によって少なくとも３箇所で支持されるように、前記延在方向に延びる切欠部が形成されていることを特徴とする請求項１又は２記載の駆動装置。