JP2009033837A - 圧電アクチュエータの駆動方法 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構成で、被駆動体を所望の方向へ駆動すること。
【解決手段】複数枚の内部電極が積層された積層圧電素子（１２）であって、複数枚の内部電極が、中央を境にして第１群の内部電極（１２１）と第２群の内部電極（１２２）とに２分割されている、積層圧電素子（１２）と、積層圧電素子の積層方向の一端面に設けられ、中央部に突起部を持つステータとを有する圧電アクチュエータを駆動する方法は、積層圧線素子（１２）を、第１群の内部電極（１２１）と第２の内部電極（１２２）とでの変位が互いに逆になるように内部電極を配線しておき、同一の駆動電源（５０）から配線に対して所定の駆動電圧を印加して、突起部を楕円運動させる。
【選択図】 図４

Description

本発明は圧電アクチュエータに関し、特に、駆動源として圧電素子（ピエゾ素子）を使用した圧電アクチュエータの駆動方法に関する。

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（ピエゾ素子）を駆動源として使用した圧電アクチュエータを用いた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を接着し、ガイド棒にレンズホルダ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）と、この駆動軸に摩擦結合した被駆動部材（レンズホルダ）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、レンズホルダを駆動している。

一方、駆動源として圧電素子（ピエゾ素子）を用いた圧電アクチュエータが種々提案されている。例えば、特許文献３に開示されている圧電アクチュエータ（マイクロモータ）は、その大きい面の一方に少なくとも一つの電極を有し、その他方の大きい面に複数の電極を有する薄い矩形の圧電セラミックを備える。硬質な材料の単一のスペーサを圧電セラミックの短縁部の中心に取り付け、物体に押し付けている。そして、電極の少なくとも一部に通電して、圧電セラミック又は物体の一方を、圧電セラミックの縁部の長さに沿って移動させている。

特許文献４は、小型かつ軽量で、安定した変位及び位置決め、あるいは、回転方向の自在な制御が可能な圧電アクチュエータ（駆動装置）およびその駆動方法を開示している。特許文献４に開示された駆動装置は、圧電層の主面を複数に分割したそれぞれの領域に、圧電層を挟んで対向する一対の駆動電極を設けた圧電素子と、圧電層を複数領域に分割するライン上に設けられて、被駆動体と接触する突起と、圧電素子が主面に貼り合わせられる振動板とを備えている。駆動電極のうち、一方の分割領域の駆動電極間に駆動信号を入力するとともに、他方の分割領域の駆動電極間にインピーダンス素子を接続している。

特許文献５は、上記特許文献３に開示された圧電アクチュエータ（マイクロモータ）を用いたリニアアクチュエータ（カメラモジュール）を開示している。この特許文献５に開示されたカメラモジュールにおいて、レンズホルダには少なくとも１つ以上の光学レンズが保持され、光軸方向に移動可能とされている。レンズホルダにはガイド軸受部と軸受部とが形成される。ガイド軸は光軸と平行に配置され、ガイド軸受部と当接してレンズホルダを移動可能にガイドする。駆動軸を軸受部に挿通すると、レンズホルダがガイド軸に沿って光軸方向に移動可能にガイドされる。レンズホルダのピエゾ保持部に配置したピエゾ素子（圧電アクチュエータ）によって駆動軸が駆動力を受ける。そして、弾性を有する固定部材によってピエゾ素子（圧電アクチュエータ）はピエゾ保持部に押圧固定される。

とにかく、特許文献５に開示されたリニアアクチュエータでは、圧電アクチュエータ（ピエゾ素子）がレンズホルダのピエゾ保持部に配置（で保持）される。したがって、圧電アクチュエータ（ピエゾ素子）は、レンズホルダとともに光軸に沿って移動することになる。

特許文献６は、圧電アクチュエータとしてリニア駆動式振動波アクチュエータを使用した光学機器を開示している。この特許文献６では、鏡筒と一体のスリーブ部をガイドバーに摺動可能に嵌合して、スリーブ部の外周面にリニア駆動式アクチュエータの振動子を板バネで圧接して、リニア駆動式アクチュエータの圧電素子に所定の位相差の二つの交流電圧を印加し、スリーブ部に軸方向推力を加え、鏡筒に沿って移動するようにしている。

また、特許文献７は、低電圧駆動が可能で、リニア駆動が可能な圧電アクチュエータを開示している。この特許文献７に開示された圧電アクチュエータでは、圧電セラミック板の表裏面に２分割され、対向して配置された第１および第２の電極を形成し、これら第１および第２の電極に交流電圧を印加する。圧電セラミック板に生じる縦振動と屈曲振動の合成による楕円運動が圧電セラミック板の端面に生じ、これに物体を当接させて相対的な位置を変えることができる。

特許第２６３３０６６号公報 特許第３２１８８５１号公報 特開平７−１８４３８２号公報 特開２００６−３１１７４６号公報 特許第３７７０５５６号公報 特開平７−１０４１６６号公報 特開平６−１２１５５２号公報

前述した特許文献１〜７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にレンズホルダが移動可能に支持されているので、ガイド棒が圧電素子の伸縮方向に長く延在し、低背化に不利である。

特許文献２に開示された駆動装置においても、駆動軸が圧電素子の伸縮方向に延在しているので、低背化に不利である。また、レンズホルダを駆動軸で片持ち支持する構造をしているので、レンズのような高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に開示されている圧電アクチュエータは、圧電素子の横効果を使用し、基本的に共振を利用して励振している。したがって、スピードを制御することは困難である。

特許文献４に開示された圧電アクチュエータでも、特許文献３と同様に圧電素子の横効果を使用するので、スピードを制御することが困難である。また、共振を利用して励振するので、振動板が必要になるという問題もある。

特許文献５に開示されたリニアアクチュエータでは、圧電アクチュエータ（ピエゾ素子）がレンズホルダとともに移動するので、ピエゾ素子と固定部との間を折り返し部のあるフレキシブル配線で接続する必要がある。

特許文献６に開示された光学機器では、圧電アクチュエータとしてリニア駆動式振動波アクチュエータを使用しているので、振動波を発生するための振動子が必要となる。また、圧電素子の振動波を利用するので、スピードを制御することも困難である。

特許文献７に開示された圧電アクチュエータでは、圧電セラミック板に生じる縦振動と屈曲振動の共振周波数が一致する寸法に圧電セラミック板の縦横の長さを決める必要がある。したがって、縦振動と屈曲振動の共振がずれると駆動しないため、素子寸法や入力信号を高精度で制御することが必要となる。また、特許文献７では、同一電源から電極に交流電圧を印加して、２つの振動モードによって圧電セラミック板の端面（積層方向とは直交する方向の端面）に楕円運動を生じさせることを開示するのみである。換言すれば、特許文献７では、具体的に印加する交流電圧については何ら開示していない。その結果、どのような交流電圧を印加すれば、圧電セラミック板の端面に当接する物体との間でどの方向に位置を移動させることができるかは不明である。

本発明の課題は、簡単な構成で、被駆動体を所望の方向へ駆動できる、圧電アクチュエータの駆動方法を提供することにある。

本発明の更に他の課題は、制御が簡単な、圧電アクチュエータの駆動方法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、複数枚の内部電極が積層された積層圧電素子（１２）であって、前記複数枚の内部電極が、中央を境にして第１群の内部電極（１２１）と第２群の内部電極（１２２）とに２分割されている、前記積層圧電素子（１２）と、該積層圧電素子の積層方向の一端面に設けられ、中央部に突起部（１４２）を持つステータ（１４）と、を有する圧電アクチュエータ（１０）を駆動する駆動方法において、前記積層圧線素子（１２）を、前記第１群の内部電極（１２１）と前記第２の内部電極（１２２）とにおける変位が互いに逆になるように前記内部電極を配線しておき、同一の駆動電源（５０）から前記配線に対して所定の駆動電圧を印加して、前記突起部（１４２）を楕円運動させることを特徴とする圧電アクチュエータの駆動方法が得られる。

上記圧電アクチュエータの駆動方法において、前記所定の駆動電圧は、印加電圧が零、正、および負を繰り返すような波形、或いは、前記印加電圧が零、負、および正を繰り返すような波形からなって良い。その代わりに、前記所定の駆動電圧は、衝撃係数が５０％でない矩形波からなってよい。

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。

本発明による圧電アクチュエータの駆動方法は、積層圧線素子を、第１群の内部電極と第２の内部電極とでの変位が互いに逆になるように内部電極を配線しておき、同一の駆動電源から配線に対して所定の駆動電圧を印加して、ステータの突起部を楕円運動させるので、簡単な構成で、被駆動体を所望の方向へ駆動でき、制御が簡単になるという効果を奏する。

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乃至図３を参照して、本発明に係る駆動方法が適用される圧電アクチュエータ１０について説明する。

図１に示されるように、圧電アクチュエータ１０は、複数枚の内部電極が積層された積層圧電素子（ピエゾ素子）１２と、ステータ１４とから構成される。

図２に示されるように、積層圧電素子１２の複数枚の内部電極は、中央を境にして第１群の内部電極１２１と第２群の内部電極１２２とに２分割されている。図２においては、第１群の内部電極１２１を電極Ａとして図示し、第２群の内部電極１２２を電極Ｂとして図示してある。

図１に示されるように、ステータ１４は、積層圧電素子１２の積層方向（伸縮方向）の一端面に設けられ、中央部に突起部（先端部）１４２を持つ。

尚、後述するように、本発明では、積層圧線素子（ピエゾ素子）１２を、第１群の内部電極１２１と第２の内部電極１２２とでの変位が互いに逆になるように内部電極を配線している。

図３に示されるように、同一の駆動電源（後述する）から上記配線に対して所定の駆動電圧（後述する）を印加する。これにより、第１群の内部電極（電極Ａ）１２１の領域と第２群の内部電極（電極Ｂ）１２２の領域とが交互に伸縮するので、ステータ１４の突起部（先端部）１４２が楕円の軌跡を描く。したがって、ステータ１４の突起部（先端部）１４２を被駆動体のスライダ（後述する）と接触（に圧接）させることにより、被駆動体を摩擦駆動することができる。

ここで、突起部１４２を楕円運動させるために、第１群の内部電極（電極Ａ）１２１と第２群の内部電極（電極Ｂ）１２２とに互いに位相の異なる二つの駆動電圧を印加する方法が考えられる。しかしながら、この方法では、駆動回路に複数のチャンネルの出力（複雑なライン）や位相制御回路を内蔵することが必要となる。

図４（Ａ）、（Ｂ）を参照して、本発明の駆動方法に係る配線の仕方について説明する。図４（Ａ）は、第１群の内部電極（電極Ａ）１２１と第２群の内部電極（電極Ｂ）１２２とを逆方向へ分極した例を示す。図４（Ａ）において、第１群の内部電極（電極Ａ）１２１および第２群の内部電極（電極Ｂ）１２２に記した＋、−は分極方向を示す。この場合、図４（Ａ）に示されるように、並列になるように配線をして、第１群の内部電極（電極Ａ）１２１および第２群の内部電極（電極Ｂ）１２２を駆動電源５０に接続する。

図４（Ｂ）は、第１群の内部電極（電極Ａ）１２１と第２群の内部電極（電極Ｂ）１２２とを同方向へ分極した例を示す。図４（Ｂ）において、第１群の内部電極（電極Ａ）１２１および第２群の内部電極（電極Ｂ）１２２に記した＋、−は分極方向を示す。この場合、図４（Ｂ）に示されるように、交差するように配線をして、第１群の内部電極（電極Ａ）１２１および第２群の内部電極（電極Ｂ）１２２を駆動電源５０に接続する。

とにかく、本発明では、複数枚の内部電極を持つ積層圧電素子１２を、順方向、逆方向の変位が混在するように各電極を配線している。したがって、駆動電源５０から実際に駆動を行う時には、複数枚の内部電極を持つ一つの積層圧電素子１２から配線される配線は、図４（Ａ）および図４（Ｂ）に示されるように、＋と−の二本に纏められる。

図５は、このようして纏められた一つの配線に対して、駆動電源５０から印加される所定の電源電圧の一波形例を示す波形図である。図５に示されように、駆動電源５０から印加される所定の電源電圧は、印加電圧が零、正、および負を繰り返すような波形からなる。

図５に示す例では、印加電圧が正の期間Ｔ_ｐおよび負の期間Ｔ_ｎは同じであり（Ｔ_ｐ＝Ｔ_ｎ）、印加電圧が零の期間Ｔ_０よりも短い。換言すれば、印加電圧が零の期間Ｔ_０が、印加電圧が正の期間Ｔ_ｐおよび負の期間Ｔ_ｎよりも長い（Ｔ_０＞Ｔ_ｐ＝Ｔ_ｎ）。また、印加電圧が正の電圧値の絶対値と印加電圧が負の電圧値の絶対値とは同じである。

図６（Ａ）、（Ｂ）、および（Ｃ）は、図５に示された駆動電圧を積層圧電素子１２に印加したときの、積層圧電素子１２の変位を示す。図６（Ａ）は駆動電圧（印加電圧）が零のときの積層圧電素子１２の変位を示し、図６（Ｂ）は駆動電圧（印加電圧）が正のときの積層圧電素子１２の変位を示し、図６（Ｃ）は駆動電圧（印加電圧）が負のときの積層圧電素子１２の変位を示す。尚、図６（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）に示す例では、第１群の内部電極（電極Ａ）１２１は左側に配置されており、第２群の内部電極（電極Ｂ）１２２は右側に配置されている。

図６（Ａ）に示されるように、駆動電圧（印加電圧）が零のとき、積層圧電素子１２は変位しない。図６（Ｂ）に示されるように、駆動電圧（印加電圧）が正のとき、左側の第１群の内部電極（電極Ａ）１２１は伸び、右側の第２群の内部電極（電極Ｂ）１２２は縮む。図６（Ｃ）に示されるように、駆動電圧（印加電圧）が負のとき、左側の第１群の内部電極（電極Ａ）１２１は縮み、右側の第２群の内部電極（電極Ｂ）１２２は伸びる。

このように、駆動電圧として、印加電圧が零、正、および負を繰り返す波形（図５）を印加することにより、積層圧電素子１２の積層方向の一端面の持ち上がりによって発生する山が、図６（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）に示されるように、左から右へ流れることが分かる。この動きは、ステータ１４の突起部（先端部）１４２を楕円運動させることになる。したがって、ステータ１４の突起部（先端部）１４２を被駆動体のスライダ（後述する）と接触（に圧接）させることにより、被駆動体を所定の方向（図６の場合では、右方向）へ摩擦駆動することができる。

尚、ステータ１４の突起部（先端部）１４２にスライダが接触（圧接）された被駆動体を、上記所定の方向とは逆方向（図６の場合では、左方向）へ摩擦駆動する場合には、駆動電源５０から印加される駆動電圧として、印加電圧が零、負、および正を繰り返すような波形のものを用いればよい。

このように、本発明では、同一の駆動電源５０から配線に対して所定の駆動電圧を印加するだけであるので、駆動回路が簡単であり、多くの汎用ＩＣを使用することが可能である。また、複数の出力の位相を合わせる必要もないので、制御も簡単である。

このような構成の圧電アクチュエータ１０によれば、前述した特許文献３や特許文献４に開示された圧電アクチュエータとは異なり、圧電素子の横効果では無く、圧電素子の縦効果を利用しているので、スピードを制御することができる。さらに、前述した特許文献４や特許文献６に開示された圧電アクチュエータとは異なり、共振（振動波）を利用しないので、振動板（振動子）が不要である。

図７は、駆動電源５０から印加される駆動電圧の他の波形例を示す波形図である。図７に示す例では、駆動電源５０から印加される所定の電源電圧は、衝撃係数が５０％ではない矩形波からなる。

図７に示す例では、印加電圧の正の期間Ｔ_ｐが印加電圧の負の期間Ｔ_ｎよりも長くなっている（Ｔ_ｐ＞Ｔ_ｎ）。尚、印加電圧が正の電圧値の絶対値と印加電圧が負の電圧値の絶対値とは同じである。

このような電源電圧を積層圧電素子１２に印加することにより、ステータ１４の突起部（先端部）１４２を楕円運動させ、被駆動体を所定の方向（図６の場合では、右方向）へ摩擦駆動することができる。

尚、ステータ１４の突起部（先端部）１４２にスライダが接触（圧接）された被駆動体を、上記所定の方向とは逆方向（図６の場合では、左方向）へ摩擦駆動する場合には、駆動電源５０から印加される駆動電圧として、印加電圧の正の期間が印加電圧の負の期間よりも短い矩形波を用いればよい。

このように、本発明では、同一の駆動電源５０から配線に対して所定の駆動電圧を印加するだけであるので、駆動回路が簡単であり、多くの汎用ＩＣを使用することが可能である。また、複数の出力の位相を合わせる必要もないので、制御も簡単である。

図８および図９を参照して、図１に図示した圧電アクチュエータ１０を用いた、リニアアクチュエータの一例について説明する。図示のリニアアクチュエータは、ズームレンズ駆動ユニット３０である。ズームレンズ駆動ユニット３０は、図示しない筐体に内蔵されている。その筐体の上部には、第１群固定レンズ（図示せず）が固定されている。図示のズームレンズ駆動ユニット３０は、第２群可動レンズであるズームレンズＺＬを保持しながら、光軸Ｏ方向に移動させるためのものである。なお、第２群可動レンズは、第１のレンズとも呼ばれる。ズームレンズ駆動ユニット３０は第１の駆動ユニットとも呼ばれる。

なお、図示はしないが、筐体の下部には、基板上に配置された撮像素子が搭載されている。この撮像素子は、レンズにより結像された被写体像を撮像して電気的に変換する。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８はズームレンズ駆動ユニット３０の斜視図である。図９において、（Ａ）はズームレンズ駆動ユニット３０の正面図であり、（Ｂ）はズームレンズ駆動ユニット３０の平面図であり、（Ｃ）はズームレンズ駆動ユニット３０の右側面図であり、（Ｄ）はズームレンズ駆動ユニット３０の左側面図である。なお、ここでは、図８および図９に示されるように、直交座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を使用している。図８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４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。

筐体には、第１の主ガイドシャフト２１と副ガイドシャフト２５とが固定されている。第１の主ガイドシャフト２１は、レンズの光軸Ｏに関して左前方の隅に配置されている。第１の主ガイドシャフト２１は、レンズの光軸Ｏと平行に延在している。副ガイドシャフト２５は、レンズの光軸Ｏに関して右側に配置されている。ガイドシャフト２５は、レンズの光軸Ｏと平行に延在している。

ズームレンズ駆動ユニット（第１の駆動ユニット）３０と第１の主ガイドシャフト２１と副ガイドシャフト２５との組合せは、第２群レンズ駆動機構（第１のレンズ駆動機構）と呼ばれる。

ズームレンズ駆動ユニット（第１の駆動ユニット）３０は、第１のレンズ可動部３２と第１のレンズ駆動部３４とから構成される。第１のレンズ可動部３２は、ズームレンズ（第２群可動レンズ）ＺＬを保持する第１のレンズホルダ３２１を含む。第１のレンズホルダ３２１は、後述するように、第１の主ガイドシャフト２１および副ガイドシャフト２５に沿って、レンズの光軸Ｏ方向に移動可能である。第１のレンズ可動部３２は第１の被駆動体として働く。第１のレンズ駆動部３４は、第１のレンズ可動部３２と摩擦結合して、第１のレンズ可動部３２をレンズの光軸Ｏ方向に摺動可能に支持しながら、後述するように第１のレンズ可動部３２を駆動する。

第１のレンズ可動部３２は、第１のレンズホルダ３２１に対してレンズの光軸Ｏに関して右側に形成された第１のガイド軸受け部３２２と、第１のレンズホルダ３２１に対してレンズの光軸Ｏに関して左前方に形成された第１の摺動軸受け部３２３とを有する。副ガイドシャフト２５が第１のガイド軸受け部３２２と当接することにより、第１のレンズホルダ３２１のレンズの光軸Ｏ方向と垂直な面内の回転が規制され、副ガイドシャフト２５は第１のレンズホルダ３２１をレンズの光軸Ｏに沿って移動自在にガイドする。第１の主ガイドシャフト２１が第１の摺動軸受け部３２３に挿通することによって、副ガイドシャフト２５と協働して、第１の主ガイドシャフト２１は、第１のレンズホルダ３２１をレンズの光軸Ｏに沿って摺動可能に移動させる。なお、第１の摺動軸受け部３２３は第１のスリーブ部とも呼ばれる。

第１のレンズ可動部３２は、第１のレンズホルダ３２１に対してレンズの光軸Ｏに関して前方に突出し、第１のレンズホルダ３２１および第１の摺動軸受け部３２３と一体に形成された第１の突出部３２４を有する。この第１の突出部３２４には、後述する第１のレンズ駆動部３４と摩擦結合する第１のスライダ３２５が取り付けられている。第１のスライダ３２５は、断面Ｌ字形をしており、第１の突出部３２４の前面に配置された前面部３２５−１と、第１の突出部３２４の右側面に配置された側面部３２５−２とから成る。この側面部３２５−２に、後述する第１のレンズ駆動部３４が摩擦結合する。第１のスライダ３２５は、後述する第１のレンズ駆動部３４の突起部との間で一定の摩擦力を得るように、当該突起部に対して磨耗を防止できる材料から成る。

第１のレンズ駆動部３４は、図１に示した圧電アクチュエータ１０と同一構成の第１の圧電アクチュエータ１０−１と、この第１の圧電アクチュエータ１０−１を伸縮自在に保持する第１のピエゾホルダ３４２とを有する。第１のレンズ駆動部３４は、図示しない第１の押圧手段（付勢手段）によって、第１のスライダ３２５の側面部３２５−２に押圧（付勢）される。第１の押圧手段（付勢手段）は、例えば、バネによって構成される。すなわち、図示の第１のレンズ駆動部３４は、第１のレンズ可動部３２を第１の主ガイドシャフト２１へ向けて押圧（付勢）するような位置に配置されている。これは、第１のレンズ可動部３２に対する第１のレンズ駆動部３４の押圧力（付勢力）によって、第１のレンズ可動部３２が歪まないようにするためである。

詳述すると、第１の圧電アクチュエータ１０−１は、図１に示した積層圧電素子（ピエゾ素子）１２と同一構成の第１の積層圧電素子（ピエゾ素子）１２−１と、ステータ１４と同一構成の第１のステータ１４−１とを有する。第１のステータ１４−１は突起部（先端部）１４２−１を持つ。したがって、第１のステータ１４−１の突起部（先端部）１４２−１が、第１のスライダ３２５の側面部３２５−２と摩擦結合する。第１の積層圧電素子（ピエゾ素子）１２−１の複数枚の内部電極は、中央を境にして第１群の内部電極１２１−１と第２群の内部電極１２２−１とに２分割されている。

図３を参照して説明したように、駆動電源５０から第１群の内部電極１２１−１と第２群の内部電極１２２−２とに所定の駆動電圧を印加することにより、第１群の内部電極１２１−１の領域と第２群の内部電極１２２−１の領域とが交互に伸縮するので、第１のステータ１４−１の突起部（先端部）１４２−１が楕円の軌跡を描く。したがって、第１のステータ１４−１の突起部（先端部）１４２−１を第１の突出部３２４に設けられた第１のスライダ３２５の側面部３２５−２と接触させることにより、第１のレンズ可動部（第１の被駆動体）３２を摩擦駆動することができる。

上述したように、第１のステータ１４−１の突起部（先端部）１４２−１が楕円の軌跡を描くので、第１のレンズ駆動部３４は第１の楕円駆動エンジンとも呼ばれる。

図１０は、図８および図９に示したズームレンズ駆動ユニット（第１の駆動ユニット）３０によって、第１のレンズ可動部（第１の被駆動体）３２をレンズの光軸Ｏに沿って上下方向Ｚに移動させた状態を示す図である。図１０において、（Ａ）は第１のレンズ可動部３２を最高位置まで移動させた状態を示すズームレンズ駆動ユニット（第１の駆動ユニット）３０の正面図であり、（Ｂ）は第１のレンズ可動部３２が実質的に中間位置にある状態を示すズームレンズ駆動ユニット（第１の駆動ユニット）３０の正面図であり、（Ｃ）は第１のレンズ可動部３２を最低位置まで移動させた状態を示すズームレンズ駆動ユニット（第１の駆動ユニット）３０の正面図である。

図１０から明らかなように、第１の圧電アクチュエータ１０−１を含む第１のレンズ駆動部３４は、筐体に対して実質的に静止しており、第１のレンズホルダ３２１を含む第１のレンズ可動部３２のみが、レンズの光軸Ｏに沿って上下方向Ｚに移動する。尚、第１のレンズ可動部３２の移動方向の切替えは、駆動電源５０から第１群の内部電極１２１−１及び第２群の内部電極１２２−１に印加される駆動電圧を上述したように切替えることによって行うことができる。

このような構成のズームレンズ駆動ユニット（第１の駆動ユニット）３０によれば、前述した特許文献１や２のような、圧電素子の伸縮方向に長く延在するガイド棒（駆動軸）が必要ないので、低背化を達成できる。また、特許文献５に開示されたリニアアクチュエータとは異なり、第１の圧電アクチュエータ（ピエゾ素子）１０−１は第１のレンズホルダ３２とともには移動せず、実質的に筐体に対して静止しているので、第１の圧電アクチュエータ１０−１と固定部との間を接続するための折り返し部のあるフレキシブル配線が不要である。

尚、上記ズームレンズ駆動ユニット３０においては、第１のレンズ駆動部３４が第１のレンズ可動部３２を第１の主ガイドシャフト２１へ向けて押圧（付勢）するような位置に配置されているが、第１のレンズ駆動部３４の配置位置はこのような位置に限定されず、第１のレンズ可動部３２と摩擦結合できるような任意の位置に配置できればよいのは勿論である。また、上記ズームレンズ駆動ユニット３０においては、第１の圧電アクチュエータ１０−１の第１のステータ１４−１の突起部１４２−１は、第１のスライダ３２５を介して第１のレンズ可動部３２と摩擦結合（接触）ているが、必ずしも第１のスライダは必要なく、突起部１４２−１を、直接、第１のレンズ可動部３２に摩擦結合（接触）させてもよい。

図１１乃至図１３を参照して、図１に図示した圧電アクチュエータ１０を用いた、リニアアクチュエータ２０の他の例について説明する。図示のリニアアクチュエータ２０は、図８及び図９に図示したズームレンズ駆動ユニット３０に、オートフォーカスレンズ駆動ユニット４０と第２の主ガイドシャフト２２と更に備えている点を除いて、図８及び図９に示したリニアアクチュエータと同様の構成を有する。従って、図８及び図９に示したものと同様の機能を有するものには同一の参照符号を付して、説明の簡略化のためにそれらの説明については省略する。

ズームレンズ駆動ユニット３０とオートフォーカスレンズ駆動ユニット４０とは、図示しない筐体に内蔵されている。その筐体の上部には、第１群固定レンズ（図示せず）が固定されている。オートフォーカスレンズ駆動ユニット４０はズームレンズ駆動ユニット３０の下側に配置されている。

図示のオートフォーカス駆動ユニット４０は、第３群可動レンズであるオートフォーカスレンズＡＦＬを保持しながら、光軸Ｏ方向に移動させるためのものである。なお、第３群可動レンズは、第２のレンズとも呼ばれる。オートフォーカスレンズ駆動ユニット４０は第２の駆動ユニットとも呼ばれる。

図１１はリニアアクチュエータ２０を斜め右側前方から見た斜視図であり、図１２はリニアアクチュエータ２０を斜め右側後方から見た斜視図である。図１３において、（Ａ）はリニアアクチュエータ２０の正面図であり、（Ｂ）はリニアアクチュエータ２０の平面図であり、（Ｃ）はリニアアクチュエータ２０の右側面図であり、（Ｄ）はリニアアクチュエータ２０の左側面図である。なお、ここでは、図１１乃至図１３に示されるように、直交座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を使用している。図１１及び図１２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１１及び図１２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。

第２の主ガイドシャフト２２は、第１の主ガイドシャフト２１及び副ガイドシャフト２５と同様に、筐体に固定されている。第２の主ガイドシャフト２２は、レンズの光軸Ｏに関して左後方の隅に配置されている。第２の主ガイドシャフト２２は、レンズの光軸Ｏと平行に延在している。

図１３（Ａ）から明らかなように、ズームレンズ駆動ユニット（第１の駆動ユニット）３０とオートフォーカスレンズ駆動ユニット（第２の駆動ユニット）４０とは、レンズの光軸Ｏに沿って上方からリニアアクチュエータ２０を見た場合、レンズの光軸Ｏを通る左右方向Ｙを対称軸として実質的に線対称に配置されている。換言すれば、レンズの光軸Ｏに沿って上方からリニアアクチュエータ２０を見た場合、ズームレンズ駆動ユニット（第１の駆動ユニット）３０とオートフォーカスレンズ駆動ユニット（第２の駆動ユニット）４０とは、レンズの光軸Ｏを通る左右方向Ｙを鏡映面とした実質的に鏡映対称な図形をしている。

オートフォーカスレンズ駆動ユニット（第２の駆動ユニット）４０と第２の主ガイドシャフト２２と副ガイドシャフト２５との組合せは、第３群レンズ駆動機構（第２のレンズ駆動機構）と呼ばれる。

オートフォーカスレンズ駆動ユニット（第２の駆動ユニット）４０は、第２のレンズ可動部４２と第２のレンズ駆動部４４とから構成される。第２のレンズ可動部４２は、オートフォーカスレンズ（第３群可動レンズ）ＡＦＬを保持する第２のレンズホルダ４２１を含む。第２のレンズホルダ４２１は、後述するように、第２の主ガイドシャフト２２および副ガイドシャフト２５に沿って、レンズの光軸Ｏ方向に移動可能である。第２のレンズ可動部４２は第２の被駆動体として働く。第２のレンズ駆動部４４は、第２のレンズ可動部４２と摩擦結合して、第２のレンズ可動部４２をレンズの光軸Ｏ方向に摺動可能に支持しながら、後述するように第２のレンズ可動部４２を駆動する。

第２のレンズ可動部４２は、第２のレンズホルダ４２１に対してレンズの光軸Ｏに関して右側に形成された第２のガイド軸受け部４２２と、第２のレンズホルダ４２１に対してレンズの光軸Ｏに関して左後方に形成された第２の摺動軸受け部４２３とを有する。副ガイドシャフト２５が第２のガイド軸受け部４２２と当接することにより、第２のレンズホルダ４２１のレンズの光軸Ｏ方向と垂直な面内の回転が規制され、副ガイドシャフト２５は第２のレンズホルダ４２１をレンズの光軸Ｏに沿って移動自在にガイドする。第２の主ガイドシャフト２２が第２の摺動軸受け部４２３に挿通することによって、副ガイドシャフト２５と協働して、第２の主ガイドシャフト２２は、第２のレンズホルダ４２１をレンズの光軸Ｏに沿って摺動可能に移動させる。なお、第２の摺動軸受け部４２３は第２のスリーブ部とも呼ばれる。

第２のレンズ可動部４２は、第２のレンズホルダ４２１に対してレンズの光軸Ｏに関して後方に突出し、第２のレンズホルダ４２１および第２の摺動軸受け部４２３と一体に形成された第２の突出部４２４を有する。この第２の突出部４２４には、後述する第２のレンズ駆動部４４と摩擦結合する第２のスライダ４２５が取り付けられている。第２のスライダ４２５は、断面Ｌ字形をしており、第２の突出部４２４の後面に配置された後面部４２５−１と、第２の突出部４２４の右側面に配置された側面部４２５−２とから成る。この側面部４２５−２に、後述する第２のレンズ駆動部４４が摩擦結合する。第２のスライダ４２５は、後述する第２のレンズ駆動部４４の突起部との間で一定の摩擦力を得るように、当該突起部に対して磨耗を防止できる材料から成る。

第２のレンズ駆動部４４は、図１に示した圧電アクチュエータ１０と同一構成の第２の圧電アクチュエータ１０−２と、この第２の圧電アクチュエータ２０−１を伸縮自在に保持する第２のピエゾホルダ４４２とを有する。第２のレンズ駆動部４４は、図示しない第２の押圧手段（付勢手段）によって、第２のスライダ４２５の側面部４２５−２に押圧（付勢）される。第２の押圧手段（付勢手段）は、例えば、バネによって構成される。すなわち、図示の第２のレンズ駆動部４４は、第２のレンズ可動部４２を第２の主ガイドシャフト２２へ向けて押圧（付勢）するような位置に配置されている。これは、第２のレンズ可動部４２に対する第２のレンズ駆動部４４の押圧力（付勢力）によって、第２のレンズ可動部４２が歪まないようにするためである。

詳述すると、第２の圧電アクチュエータ１０−２は、図１に示した積層圧電素子（ピエゾ素子）１２と同一構成の第２の積層圧電素子（ピエゾ素子）１２−２と、ステータ１４と同一構成の第２のステータ１４−２とを有する。第２のステータ１４−２は突起部（先端部）１４２−２を持つ。したがって、第２のステータ１４−２の突起部（先端部）１４２−２が、第２のスライダ４２５の側面部４２５−２と摩擦結合する。第２の積層圧電素子（ピエゾ素子）１２−２の複数枚の内部電極は、中央を境にして第１群の内部電極１２１−２と第２群の内部電極１２２−２とに２分割されている。

図３を参照して説明したように、駆動電源５０から第１群の内部電極１２１−２と第２群の内部電極１２２−２とに所定の駆動電圧を印加することにより、第１群の内部電極１２１−２の領域と第２群の内部電極１２２−２の領域とが交互に伸縮するので、第２のステータ１４−２の突起部（先端部）１４２−２が楕円の軌跡を描く。したがって、第２のステータ１４−２の突起部（先端部）１４２−２を第２の突出部４２４に設けられた第２のスライダ４２５の側面部４２５−２と接触させることにより、第２のレンズ可動部（第２の被駆動体）４２を摩擦駆動することができる。

上述したように、第２のステータ１４−２の突起部（先端部）１４２−２が楕円の軌跡を描くので、第２のレンズ駆動部４４は第２の楕円駆動エンジンとも呼ばれる。

第２の圧電アクチュエータ１０−２を含む第２のレンズ駆動部４４は、筐体に対して実質的に静止しており、第２のレンズホルダ４２１を含む第２のレンズ可動部４２のみが、レンズの光軸Ｏに沿って上下方向Ｚに移動する。尚、第２のレンズ可動部４２の移動方向の切替えは、駆動電源５０から第１群の内部電極１２１−２及び第２群の内部電極１２２−２に印加される駆動電圧を上述したように切替えることによって行うことができる。

このような構成のオートフォーカスレンズ駆動ユニット（第２の駆動ユニット）４０によれば、前述した特許文献１や２のような、圧電素子の伸縮方向に長く延在するガイド棒（駆動軸）が必要ないので、低背化を達成できる。また、特許文献５に開示されたリニアアクチュエータとは異なり、第２の圧電アクチュエータ（ピエゾ素子）１０−２は第２のレンズホルダ４２とともには移動せず、実質的に筐体に対して静止しているので、第２の圧電アクチュエータ１０−２と固定部との間を接続するための折り返し部のあるフレキシブル配線が不要である。

尚、上記リニアアクチュエータ２０のオートフォーカスレンズ駆動ユニット４０においては、第２のレンズ駆動部４４が第２のレンズ可動部４２を第２の主ガイドシャフト２２へ向けて押圧（付勢）するような位置に配置されているが、第２のレンズ駆動部４４の配置位置はこのような位置に限定されず、第２のレンズ可動部４２と摩擦結合できるような任意の位置に配置できればよいのは勿論である。また、上記リニアアクチュエータ２０のオートフォーカスレンズ駆動ユニット４０においては、第２の圧電アクチュエータ１０−２の第２のステータ１４−２の突起部１４２−２は、第２のスライダ４２５を介して第２のレンズ可動部４２と摩擦結合（接触）ているが、必ずしも第２のスライダは必要なく、突起部１４２−２を、直接、第２のレンズ可動部４２に摩擦結合（接触）させてもよい。

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。例えば、上述した実施の形態では、レンズ可動部の光軸と垂直な面内の回転を規制する手段として、副ガイドシャフトとガイド軸受け部との組合せを使用しているが、これらに限定されず、種々の回転規制手段を採用してもよいのは勿論である。

本発明に係る駆動方法が適用される圧電アクチュエータの外観を示す斜視図である。 図１に図示した圧電アクチュエータに使用される積層圧電素子（ピエゾ素子）を示す図である。 図１に図示した圧電アアクチュエータの動作を説明するための図である。 本発明の駆動方法に係る配線の仕方を説明するための図で、（Ａ）は第１群の内部電極（電極Ａ）と第２群の内部電極（電極Ｂ）とを逆方向へ分極した例を示し、（Ｂ）は第１群の内部電極（電極Ａ）と第２群の内部電極（電極Ｂ）とを同方向へ分極した例を示す。 図４に示されるように纏められた一つの配線に対して、駆動電源から印加される所定の電源電圧の一波形例を示す波形図である。 図５に示された駆動電圧を積層圧電素子に印加したときの、積層圧電素子の変位を示す図で、（Ａ）は駆動電圧（印加電圧）が零のときの積層圧電素子の変位を示し、（Ｂ）は駆動電圧（印加電圧）が正のときの積層圧電素子の変位を示し、（Ｃ）は駆動電圧（印加電圧）が負のときの積層圧電素子の変位を示す。 駆動電源から印加される所定の駆動電圧の他の波形例を示す波形図である。 図１に図示した圧電アクチュエータを用いた、リニアアクチュエータであるズームレンズ駆動ユニットの一例を示す斜視図である。 図８に示したズームレンズ駆動ユニットを示す図で、（Ａ）はズームレンズ駆動ユニットの正面図、（Ｂ）はズームレンズ駆動ユニットの平面図、（Ｃ）はズームレンズ駆動ユニットの右側面図であり、（Ｄ）はズームレンズ駆動ユニットの左側面図である。 図８に図示したズームレンズ駆動ユニットの動作を説明するための図で、（Ａ）は第１のレンズ可動部を最高位置まで移動させた状態を示すズームレンズ駆動ユニットの正面図、（Ｂ）は第１のレンズ可動部が実質的に中間位置にある状態を示すズームレンズ駆動ユニットの正面図、（Ｃ）は第１のレンズ可動部を最低位置まで移動させた状態を示すズームレンズ駆動ユニットの正面図である。 図１に図示した圧電アクチュエータを用いた、リニアアクチュエータの他の例を斜め右側前方から見た斜視図である。 図１１のリニアアクチュエータを斜め右側後方から見た斜視図である。 図１１に示したリニアアクチュエータを示す図で、（Ａ）はリニアアクチュエータの正面図、（Ｂ）はリニアアクチュエータの平面図、（Ｃ）はリニアアクチュエータの右側面図、（Ｄ）はリニアアクチュエータの左側面図である。

符号の説明

１０ 圧電アクチュエータ
１２ 積層圧電素子（ピエゾ素子）
１２１ 第１群の内部電極
１２２ 第２群の内部電極
１４ ステータ
１４２ 突起部（先端部）
５０ 駆動電源

Claims (3)

1. 複数枚の内部電極が積層された積層圧電素子あって、前記複数枚の内部電極が、中央を境にして第１群の内部電極と第２群の内部電極とに２分割されている、前記積層圧電素子と、該積層圧電素子の積層方向の一端面に設けられ、中央部に突起部を持つステータと、を有する圧電アクチュエータを駆動する駆動方法において、
   前記積層圧線素子を、前記第１群の内部電極と前記第２の内部電極とにおける変位が互いに逆になるように前記内部電極を配線しておき、
   同一の駆動電源から前記配線に対して所定の駆動電圧を印加して、前記突起部を楕円運動させる
   ことを特徴とする圧電アクチュエータの駆動方法。
2. 前記所定の駆動電圧は、印加電圧が零、正、および負を繰り返すような波形、或いは、前記印加電圧が零、負、および正を繰り返すような波形からなる、請求項１に記載の圧電アクチュエータの駆動方法。
3. 前記所定の駆動電圧は、衝撃係数が５０％でない矩形波からなる、請求項１に記載の圧電アクチュエータの駆動方法。

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