JP2012175783A - 圧電アクチュエータ、レンズ鏡筒及びカメラ - Google Patents

Abstract

【課題】駆動効率の高い圧電アクチュエータを提供すること。
【解決手段】圧電アクチュエータ１は、支持軸４２の周方向に、組と組との間の第１間隔Ｐ１を等しくして複数組配置されたリフタ３１，１３１及びスライダ３２，１３２のそれぞれに対して設けられ、リフタ及びスライダを、軸方向一側へ、周方向一側へ、軸方向他側へ、及び周方向他側へ駆動させる駆動サイクルを繰り返させるリフト駆動体３３，１３３及びスライド駆動体３４，１３４と、スライダに載置され、１組のリフタ及びスライダにおける個々のリフタ及びスライダが、互いに異なるタイミングで駆動サイクルを繰り返して、周方向に回転される回転体２０と、を備え、１組のリフタ及びスライダの個々のリフタ及びスライダ間の第２間隔Ｐ２は、第１間隔より狭くなっている。
【選択図】図３

Description

本発明は、圧電アクチュエータ、この圧電アクチュエータを備えたレンズ鏡筒及びカメラに関する。

軸線を中心とした周方向に、例えば６つ、等間隔にかつ放射状に配置された駆動ブロックを有する圧電アクチュエータが知られている（特許文献１）。この駆動ブロックは、駆動ブロックを軸線と平行な軸方向に駆動する第１圧電体、及び駆動ブロックを周方向に駆動する第２圧電体によって、軸方向一側へ駆動、周方向一側へ駆動、軸方向他側へ駆動、及び周方向他側に駆動させられる駆動サイクルを繰り返して移動する。このような圧電アクチュエータにおいて、駆動ブロックは、軸線を中心として放射状に、互いの間隔が均等になるように配置されている。

特開２０１０−２３７３５２号公報

本発明は、上記構成の圧電アクチュエータにおいて、駆動効率をより高めることを目的としている。

本発明は、以下のような解決手段により、前記課題を解決する。なお、理解を容易にするため、本発明の一実施形態を示す図面に対応する符号を付して説明するが、本発明は、これに限定されるものではない。

請求項１に記載の発明は、軸線（４２）を中心とした周方向に、組と組との間の第１間隔（Ｐ１）が等しくなるようにして複数組配置された駆動ブロック（３１，３２，１３１，１３２）と、前記駆動ブロック（３１，３２，１３１，１３２）のそれぞれに対して設けられ、該駆動ブロック（３１，３２，１３１，１３２）を前記軸線（４２）と平行な軸方向に駆動する第１圧電体（３３ａ，３３ｂ，１３３ａ，１３３ｂ）、及び該駆動ブロック（３１，３２，１３１，１３２）を周方向に駆動する第２圧電体（３４ａ，３４ｂ，１３４ａ，１３４ｂ）と、を有し、該第１圧電体（３３ａ，３３ｂ，１３３ａ，１３３ｂ）及び該第２圧電体（３４ａ，３４ｂ，１３４ａ，１３４ｂ）によって、前記駆動ブロック（３１，３２，１３１，１３２）を、前記軸方向一側へ駆動、前記周方向一側へ駆動、前記軸方向他側へ駆動、及び前記周方向他側に駆動させる駆動サイクルを繰り返させる圧電部材（３３，１３３，３４，１３４）と、前記駆動ブロック（３１，３２，１３１，１３２）に載置され、前記１組の駆動ブロック（３１，３２，１３１，１３２）における個々の駆動ブロック（３１，３２，１３１，１３２）が、互いに異なるタイミングで前記駆動サイクルを繰り返すことによって、前記軸線（４２）を中心とした周方向に回転される回転体（２０）と、を備え、前記１組の駆動ブロック（３１，３２，１３１，１３２）における個々の駆動ブロック（３１，３２，１３１，１３２）間の第２間隔は、前記第１間隔（Ｐ１）より狭いこと、を特徴とする圧電アクチュエータ（１）である。
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の圧電アクチュエータ（１）であって、前記１組の駆動ブロック（３１，３２，１３１，１３２）における個々の駆動ブロック（３１，３２，１３１，１３２）は、互いに平行に配置されている、ことを特徴とする圧電アクチュエータ（１）である。
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の圧電アクチュエータ（１）であって、前記駆動ブロック（３１，３２，１３１，１３２）は、前記駆動ブロック（３１，３２，１３１，１３２）の周方向の移動方向に対して直交する向きを前記回転体（２０）の回転円の径方向と一致させて放射状に配置されている、ことを特徴とする圧電アクチュエータ（１）である。
請求項４に記載の発明は、請求項１から３のいずれか１項に記載の圧電アクチュエータ（１）であって、前記駆動ブロック（３１，３２，１３１，１３２）を少なくとも３組備えた、ことを特徴とする圧電アクチュエータ（１）である。
請求項５に記載の発明は、請求項１から４のいずれか１項に記載の振動アクチュエータを備えた、ことを特徴とするレンズ鏡筒（３０２）である。
請求項６に記載の発明は、請求項１から４のいずれか１項に記載の振動アクチュエータを備えた、ことを特徴とするカメラである。

本発明によれば、駆動効率の高い圧電アクチュエータを提供することができる。

圧電アクチュエータを備えた本発明の実施形態のカメラの断面概略図である。 圧電アクチュエータの正面図である。 図２のＧ−Ｇ矢視断面図である。 図３のＨ−Ｏ−Ｈ矢視断面図である。 本発明の実施形態における圧電アクチュエータの模式拡大図である。 圧電アクチュエータの駆動説明図である。 図６に続く、圧電アクチュエータの駆動説明図である。 比較形態の圧電アクチュエータの断面図である。 駆動機構の他の配置例の図であり図３に相当する図である。

図１は、本実施形態の圧電アクチュエータ１を備えたカメラの断面概略図である。圧電アクチュエータ１は、ベース部材１０に設けられた駆動機構３０，１３０によって回転体２０を回転させ、その回転力で、カメラ３００のレンズ鏡筒３０３を作動させる。

図２は、圧電アクチュエータ１の正面図である。圧電アクチュエータ１は、ベース部材１０と、ベース部材１０に対して回転可能な回転体２０と、ベース部材１０に設けられて回転体２０をＲ方向に回転させる駆動機構３０，１３０とを備えている。

なお、以下の説明において、各部の動作方向及び移動方向を、図６に示すように、Ｘ−Ｙ−Ｚ座標によって示す。図中左右方向をＸ軸方向とし、右側をプラス側、左側をマイナス側とする。また、Ｘ軸と直交する図中上下方向をＹ軸方向とし、上側をプラス側、下側をマイナス側とする。さらに、Ｘ−Ｙ平面と直交する方向をＺ軸方向とする。なお、Ｘ軸は、圧電アクチュエータ１の支持軸４２と平行な方向である。

図３は図２のＧ−Ｇ矢視断面図であり、図４は図３のＨ−Ｏ−Ｈ矢視断面図である。図示するように回転体２０は、ベアリング４１を介して支持軸４２によって回転自在に軸支され、ベース部材１０と軸方向に重なるようにして設けられている。回転体２０の外周面には、回転力を出力するための歯車４３が形成されている。回転体２０は、駆動機構３０，１３０に支持されている。

本実施形態の圧電アクチュエータ１は、図２及び図３（Ａ）に示すように、互いに隣接した１対の駆動機構３０，１３０を３組備えている。
なお、１対の駆動機構３０，１３０は、同一構造になっている。このため、回転始端側（図２において左側）の駆動機構３０を説明し、回転体２０の回転方向Ｒの回転終端側（図２において右側）の駆動機構１３０の説明は、駆動機構３０の符号に１００番台の符号を付して、その説明を省略する。

回転体２０（図２，図４）は、円筒状の形状をしており、上部に歯車５０（図２）が形成されている。回転体２０は、不図示の付勢手段（回転体２０の自重でも良い）によってベース部材１０に向けて所定の力で付勢されている。ベース部材１０は、中央に支持軸４２が挿通固定されている。

ベース部材１０における回転体２０と対向する端部には、駆動機構３０，１３０を収容する保持凹部１１，１１１が、ベース部材１０の周方向（すなわち、回転体２０の回転方向）に複数（６カ所）設けられている。保持凹部１１，１１１は、互いに平行にかつ環状の円筒形状のベース部材１０の中心線に平行にベース部材１０の肉厚部分を通して形成されている。

図５は、２つの駆動機構３０，１３０を模式的に示した図である。
図示するように、保持凹部１１は、正面の形状が略矩形であって、Ｚ軸方向に貫通して形成されている。
駆動機構３０は、駆動ブロックとしてのリフタ３１及びスライダ３２を備えている。また、リフタ３１とベース部材１０との間に配置されたリフト駆動体３３と、リフタ３１とスライダ３２との間に配置されたスライド駆動体３４等を備えている。

リフタ３１は、直方体状であって、例えば、アルミニウム合金等の軽金属によって形成されて、保持凹部１１に収容されている。リフタ３１の上部は、ベース部材１０の上部より所定量上方に突出している。圧電部材としてのリフト駆動体３３は、リフタ３１のＸ軸方向前後の外面３１Ｆ，３１Ｒと、保持凹部１１におけるＸ軸方向前後の内壁面１１Ｆ，１１Ｒとの間に、それぞれ配置されている。すなわち、リフタ３１のＸ軸プラス側の外面３１Ｆと保持凹部１１の内壁面１１Ｆとの間にリフト駆動体３３が配置され、リフタ３１のＸ軸マイナス側の外面３１Ｒと保持凹部１１の内壁面１１Ｒとの間にもリフト駆動体３３が配置されている。

リフト駆動体３３は、Ｚ軸方向に並列に配置された第１圧電素子としての１対の圧電素子３３ａ，３３ｂを備えている。各圧電素子３３ａ，３３ｂは、たとえばチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）によって、所定の縦横比および厚さの薄い矩形の板状に形成され、圧電効果を有している。その振動モードは厚み滑り振動（変形振動）であって、長手方向（Ｙ軸方向）の変形を利用するようになっている。

そして、各圧電素子３３ａ，３３ｂは、リフタ３１の外面３１Ｆ，３１Ｒに導電性の接着剤によって接着され、保持凹部１１の内壁面１１Ｆ，１１Ｒには絶縁性の接着剤によって接着されて、厚み滑り振動方向をＹ軸方向（保持凹部１１に対してリフタ３１を移動させる方向）にして設けられている。

スライダ３２は、下面形状がリフタ３１と同一形状のステンレス合金鋼等によって形成され、圧電素子部材としてのスライド駆動体３４を介してリフタ３１の上面に配設されている。スライダ３２の上面は、回転体２０の被駆動面２１と対応する平坦な駆動面３２Ａとなっている。

スライド駆動体３４は、リフト駆動体３３と同様に、Ｚ軸方向に並列に配置された１対の圧電素子３４ａ，３４ｂを備えている。第２圧電素子としての圧電素子３４ａ，３４ｂは、リフト駆動体３３の圧電素子３３ａ，３３ｂと同様に、所定の縦横比で所定厚さの薄い板状であって、振動方向をＸ軸方向（リフタ３１に対してスライダ３２を直角に移動させる方向）に設けられている。

リフト駆動体３３の圧電素子３３ａ，３３ｂと、スライド駆動体３４の圧電素子３４ａ，３４ｂとには、不図示の制御装置によって制御される不図示の駆動回路からそれぞれ駆動電圧が印加されるようになっている。駆動電圧は、例えば、±１．０Ｖで変化するように設定され、この駆動電圧によってリフト駆動体３３が厚み滑り振動してリフタ３１を移動させると共に、スライド駆動体３４が厚み滑り振動してスライダ３２をＸ軸のマイナス方向へ移動させる。

すなわち、リフト駆動体３３は、電圧の印加による各圧電素子３３ａ，３３ｂの変形振動によって、リフタ３１を保持凹部１１に対してＹ軸方向に所定のストロークだけ移動する。また、スライド駆動体３４は、電圧の印加による圧電素子３４ａ，３４ｂの変形振動によって、スライダ３２をリフタ３１に対して（すなわち、ベース部材１０に対して）Ｘ軸方向に所定のストロークだけ移動させる。

次に、圧電アクチュエータ１の動作を説明する。
圧電アクチュエータ１は、制御装置に制御された駆動装置から、リフト駆動体３３およびスライド駆動体３４にそれぞれ所定の位相で駆動電圧が印加され、駆動ブロックとしての駆動機構３０（３０Ｆ，３０Ｒ）が作動して回転体２０をＸ軸マイナス方向（Ｒ方向）に回転させるようになっている。

図６（Ａ）は、リフト駆動体３３とスライド駆動体３４とが非駆動状態にいる図である。
非駆動状態では、１対の駆動機構３０，１３０の各スライダ３２，１３２で回転体２０を支持している。

この非駆動状態から、図６（Ｂ）に示すように左側の駆動機構３０のリフト駆動体３３がＹ軸マイナス方向に変形をし、スライド駆動体３４が後退（Ｘ軸マイナス）変形をする。このため、回転体２０は、右側（回転体の回転終端側）の駆動機構１３０に支持されている。なお、圧電アクチュエータ１は、図３に示すように、駆動機構３０，１３０を1対３組有しているため、各組の駆動機構１３０が回転体２０を支持している。すなわち、３つの駆動機構１３０が回転体を支持している。

次に、図６（Ｃ）に示すように左側の駆動機構３０のリフト駆動体３３がＹ軸プラス方向に変形して、リフタ３１とスライダ３２を同方向へ移動させる。左側の駆動機構３０は、回転体２０に駆動面３２Ａで接触する。

そして、図６（Ｄ）に示すように、左側の駆動機構３０のスライド駆動体３４が前進（Ｘ軸プラス方向）変形する。これにより、左側の駆動機構３０のスライダ３２に支持された回転体２０は矢印Ｒ方向に前進回転する。この間に右側の駆動機構１３０のリフタ１３１がリフト駆動体１３３のＹ軸マイナス方向への変形によって同方向へ移動し、スライダ１３２がスライド駆動体１３４によって、Ｘ軸マイナス方向へ移動する。

その後、図６（Ｅ）に示すように、左側の駆動機構３０のスライダ３２が回転体２０を所定量回転すると同時に、右側の駆動機構１３０のリフタ１３１がリフト駆動体１３３によってＹ軸プラス方向に移動して回転体２０を支持する。

そして、図６（Ｆ）に示すように、右側の駆動機構１３０のスライダ１３２が、スライド駆動体１３４のＸ軸プラスの方向への変形によって、回転体２０を引き続いて矢印Ｒ方向へ回転させる。右側の駆動機構１３０がＸ軸プラス方向へ所定距離だけ回転体２０を矢印Ｒ方向に回転させる間に、左側の駆動機構３０のリフタ３１がＹ軸マイナス方向に移動して回転体２０から離れて、スライダ３２がＸ軸マイナス方向へ移動する。

図７（Ａ）に示すように、リフタ３１がＹ軸プラス方向に移動して、左側の駆動機構３０に回転体２０を支持される。この間、右側の駆動機構１３０のリフタ１３１がリフト駆動体１３３のＹ軸マイナス方向への変形によって同方向へ移動する。

その後、図７（Ｂ）に示すように、左側の駆動機構３０のスライダ３２がＸ軸プラス方向へ移動して、回転体２０を矢印Ｒ方向へ回転を継続させる。この間、右側の駆動機構１３０のスライダ１３２が、スライド駆動体１３４のＸ軸マイナス方向への変形によって、同方向へ移動する。
そして、図７（Ｃ）に示す動作をする。この動作は、図６（Ｅ）に示す動作と同様である。

その後、圧電アクチュエータ１は、図６（Ｆ）、図７（Ａ）、（Ｂ）、図６（Ｅ）の動作を繰り返して回転体２０をＲ方向へ回転させる。
このようにして、圧電アクチュエータ１は、回転体２０を連続して回転させていく。

ところで、圧電アクチュエータ１は、図３（Ａ）に示すように、駆動機構３０，１３０が平行に配置されている。この場合、１対の駆動機構３０，１３０における個々の駆動機構間の第２間隔（Ｐ２）は、１対の駆動機構の組みと組みとの間の第１間隔（Ｐ１）より狭く（Ｐ２＜Ｐ１）設定されている。

このようにすると、図３（Ｂ）に示すように、駆動機構３０，１３０の送り振動振幅を、ブロックの捩じり振動からブロックの倒れ振動として取り出すことができるようになる。この結果、スライダ３２は、スリップが小さくなり、振幅Ｌ２を大きくして、回転体を回転させることができる。よって、圧電アクチュエータ１の駆動効率を高めることができる。

図８に比較形態を示す。図８（Ａ）に示すように、比較形態のアクチュエータ８０１は、軸線ＣＬを中心とした周方向に、例えば６つ、等間隔にかつ放射状に配置された駆動ブロック８０２を有している。この駆動ブロック８０２は、この駆動ブロック８０２を軸線と平行な軸方向に駆動する第１圧電体８０３、及び駆動ブロック８０２を周方向に駆動する第２圧電体８０４によって、軸方向一側へ駆動、周方向一側へ駆動、軸方向他側へ駆動、及び周方向他側に駆動させられる駆動サイクルを繰り返して移動するようになっている。そして、個々の駆動ブロック８０２が、この駆動サイクルを互いに異なるタイミングで繰り返すことによって、個々の駆動ブロックに共通に接触している不図示の回転体を回転させるようになっている。

しかし、この圧電アクチュエータは、駆動ブロックが軸線ＣＬを中心として等間隔に放射状に配置され、かつ間隔が広いため（図８（Ａ））、第２圧電体８０４による駆動ブロック８０２の周方向への移動（振幅）が、軸線側の中心Ｏ(図８（Ｂ）)を基準にして、駆動ブロックの外側を振るようにして行われる。すなわち、内側を中心として外側がねじれるような振動振幅になる。この結果、比較形態の圧電アクチェータは、駆動ブロック８０２の一方向への変位距離（Ｌ１）が短く、回転体の回転量が少なり、駆動効率が低くなる。

これに対して、本実施形態によると、圧電アクチュエータ１は、駆動機構３０，１３０の駆動動作を回転体２０に効率良く伝えて、回転体２０を効率良く回転させることができる。このため、圧電アクチュエータ１は、カメラ３００のレンズ鏡筒３０２を速やかに移動させることができて、カメラ３００の焦点調節を容易に行うことができる。

以上、本実施形態によると、以下の効果を有する。
（１）圧電アクチュエータ１は、１組の駆動機構３０，１３０における個々の駆動機構３０，１３０間の第２間隔（Ｐ２）を、軸線としての支持軸４２を中心とした周方向に、組と組との間の第１間隔駆（Ｐ１）より狭くしてあるので、駆動機構３０，１３０が回転体２０を略直線的に受け渡すことができて、駆動効率を高めることができる。

（２）圧電アクチュエータ１は、駆動機構を少なくとも３組備えているので、駆動機構が回転体２０に安定した状態で接触することができて、回転体の駆動効率を高めることができる。

（変形形態）
以上、説明した実施形態に限定されることなく、以下に示すような種々の変形や変更が可能であり、それらも本発明の範囲内である。
（１）１対の駆動機構３０，１３０は、図９に示すように、駆動機構３０，１３０の周方向の移動方向に対して直交する向きを回転体２０の回転円の径方向と一致させて放射状に配置してもよい。
この場合においても、１対の駆動機構３０，１３０における個々の駆動機構間の第２間隔（Ｐ２）は、１対の駆動機構の組みと組みとの間の第１間隔（Ｐ１）より狭く（Ｐ２＜Ｐ１）設定されている。なお、１対の駆動機構３０，１３０における個々の駆動機構間の第２間隔（Ｐ２）は、駆動機構３０，１３０の放射方向長さの中央同士の間隔である。
図９に示す１対の駆動機構３０，１３０も、接近して隣同士に配置されているため、回転体２０を直線的に受け渡すことができる。この結果、圧電アクチュエータ１の駆動効率を高めることができる。

（２）本実施形態では、駆動機構の組数は３組であるが、３組以上なら何組でもよい。
（３）１組の駆動機構の数は、２つであるが、２つ以上ならいくつでもよい。しかし、偶数が、制御し易いので好ましい。

なお、実施形態及び変形形態は、適宜組み合わせて用いることもできるが、詳細な説明は省略する。また、本発明は以上説明した実施形態によって限定されることはない。

Ｐ１：第１間隔、Ｐ２：第２間隔、１：圧電アクチュエータ、２０：回転体、３０，１３０：駆動機構、３１，１３１：リフタ、３２，１３２：スライダ、３３，１３３：リフト駆動体、３３ａ，３３ｂ：圧電素子、１３３ａ，１３３ｂ：圧電素子、３４，１３４：スライド駆動体、３４ａ，３４ｂ：圧電素子、１３４ａ，１３４ｂ：圧電素子、４１：ベアリング、４２：支持軸、３００：カメラ、３０２：レンズ鏡筒

Claims (6)

1. 軸線を中心とした周方向に、組と組との間の第１間隔が等しくなるようにして複数組配置された駆動ブロックと、
   前記駆動ブロックのそれぞれに対して設けられ、該駆動ブロックを前記軸線と平行な軸方向に駆動する第１圧電体、及び該駆動ブロックを周方向に駆動する第２圧電体と、を有し、該第１圧電体及び該第２圧電体によって、前記駆動ブロックを、前記軸方向一側へ駆動、前記周方向一側へ駆動、前記軸方向他側へ駆動、及び前記周方向他側に駆動させる駆動サイクルを繰り返させる圧電部材と、
   前記駆動ブロックに載置され、前記１組の駆動ブロックにおける個々の駆動ブロックが、互いに異なるタイミングで前記駆動サイクルを繰り返すことによって、前記軸線を中心とした周方向に回転される回転体と、を備え、
   前記１組の駆動ブロックにおける個々の駆動ブロック間の第２間隔は、前記第１間隔より狭いこと、
   を特徴とする圧電アクチュエータ。
2. 請求項１に記載の圧電アクチュエータであって、
   前記１組の駆動ブロックにおける個々の駆動ブロックは、互いに平行に配置されていること、
   を特徴とする圧電アクチュエータ。
3. 請求項１に記載の圧電アクチュエータであって、
   前記駆動ブロックは、前記駆動ブロックの周方向の移動方向に対して直交する向きを前記回転体の回転円の径方向と一致させて放射状に配置されていること、
   を特徴とする圧電アクチュエータ。
4. 請求項１から３のいずれか１項に記載の圧電アクチュエータであって、
   前記駆動ブロックを少なくとも３組備えたこと、
   を特徴とする圧電アクチュエータ。
5. 請求項１から４のいずれか１項に記載の振動アクチュエータを備えたこと、
   を特徴とするレンズ鏡筒。
6. 請求項１から４のいずれか１項に記載の振動アクチュエータを備えたこと、
   を特徴とするカメラ。

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