JP2633066B2 - 駆動装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は物体の駆動装置に関し、特に精密機器や映像
機器等に内蔵されている移動物体を駆動するための駆動
装置に関するものである。

［従来の技術］ 精密機器や映像機器の一例としてたとえばビデオカメ
ラ等の撮影装置を例にとり、該装置に内蔵されているレ
ンズ駆動装置を従来例として説明する。

第５図はビデオカメラ等に内蔵されている従来のズー
ムレンズ機構の分解斜視図である。同図において、１は
レンズを保持している鏡筒であり、鏡筒１の外周面には
水平方向に突出した支持板部1hと腕1eとが形成されてい
る。支持板部1hの前方側と後方側の側縁にはレンズ光軸
と平行な孔1b及び1dが貫設されている突部1a及び1cが形
成され、該孔1b及び1dに不図示の支持部材に固定されて
いるガイドバー２が相対摺動可能に挿入されている。ま
た、突部1aの近傍の支持板部1hの下面には鉛直方向に延
在する従動ピン1gが突設されており、該ピン1gは後述す
るカム板４のカム溝内に相対摺動可能に挿入されるよう
になっている。

鏡筒１の腕1eの先端には横向きのＵ形溝1fが形成され
ており、該溝1fには不図示の支持部材に固定されている
ガイドバー３が相対摺動可能に挿通されている。従っ
て、鏡筒１はガイドバー２及び３に支持されてレンズ光
軸と平行に移動可能となっている。

鏡筒１の下方に配置された水平なカム板４には、ガイ
ドバー２及び３に対して直角な方向に延在する案内溝4a
と、該溝4aに対して斜行するカム溝4bと、が形成されて
いる。案内溝4aには不図示の静止部材上に突設された２
本のガイドピン５及び６が該溝4aに対して相対摺動可能
に挿入されており、カム板４は不図示の静止部材上に該
溝4aと平行に移動可能に支持されている。

カム板４の後縁にはラック歯4cが形成され、このラッ
ク歯4cにはギヤ５が噛み合っている。ギヤ５は段車形ギ
ヤ６の小径部と噛み合わされ、ギア６の大径部はモータ
８の軸8aに固定されたピニオン７と噛み合わされてい
る。

カム板４の下面には絶縁板11を介して摺動接片９が固
定されており、摺動接片９の２本の腕9a及び9bのそれぞ
れの先端に形成された湾曲部9d及び9eは固定検出板10の
上に形成された導体部10aと抵抗体10bとに各々接触して
いる。

固定検出板10は絶縁材製基板10cの上に導体部10aと抵
抗体10bとを形成したものであり、導体部10aはリード線
を介して電源に接続され、抵抗体10bに接続された２本
のリード線10d及び10eは出力端子を介して後述のマイク
ロコンピュータの入力端子に接続されている。前記の如
き摺動接片９と固定検出板10とによって構成された位置
検出装置においては、摺動接片９の腕9bの湾曲部9eが低
抗体10bのどの部分に接しているかによって出力が変化
する。すなわち、リード線10fを介して導体部10aに印加
された電圧は抵抗体10bに該湾曲部9eが接触する位置に
応じて分圧され、分圧された出力をリード線10b及び10e
に現れる。

次に、前記の如き構造を有した従来のズームレンズ機
構の動作について説明する。

不図示の制御装置によりモータ８が回転されると、ピ
ニオン７、ギヤ６、ギヤ５が回転され、ギヤ５と噛み合
うラック歯4cによりカム板４はガイドバー２及び３に対
して直角方向にガイドピン５及び６で案内されつつ動か
される。このため、摺動接片９の２本の腕9a及び9bもそ
れぞれ導体部10aと抵抗体10bの上を摺動する。一方、カ
ム板４が案内溝4aと平行に動かされるとカム溝4bにより
従動ピン1gはカム溝4b内を摺動し、その結果、鏡筒１に
は従動ピン1gを介してレンズ光軸と平行な方向にカム溝
4bから力が加えられるため、レンズ鏡筒１はガイドバー
２及び３に案内されつつレンズ光軸と平行に動かされ
る。そして、レンズ鏡筒１の刻々の移動位置が摺動接片
９と固定検出板10とから成る位置検出装置により電気的
に検出され、その検出結果が当初の設定値と等しくなっ
た時に不図示の制御装置によりモータ８が停止され、そ
の結果、鏡筒１内のレンズが所望の位置に自動的に位置
決めされる。

［発明が解決しようとする課題］ 上述した従来の駆動機構は、モーター、ギヤ群、カム
機構、等の多くの部品を要するため体積及び重量共に大
きく、従って該駆動機構を備えた映像機器等の小型化及
び軽量化が困難であり、また、製造コストの大巾な低減
も不可能であった。その上、ギヤを使用しているのでギ
ヤのバックラッシュのため、レンズの高精度の位置決め
及び移動量制御も困難であった。

それ故、本発明の目的は、上述した従来の駆動駆動よ
りも小型且つ軽量で、しかも、高精度の位置決め及び移
動量制御が可能であるとともに製造コストも安価となる
新規な駆動装置を提供することである。

［課題を解決するための手段］ 本発明では前述の課題を解決するために、モータの代
りに駆動力発生源として圧電素子を使用し、該圧電素子
の伸びの速度と縮みの速度とを異らせるように圧電素子
に電圧を印加する手段を設けることにより、従来装置よ
りも高精度の位置決めを行うことができるとともに従来
装置よりも小型化及び軽量化することが可能となる。

［作用］ 圧電素子の伸びの速度と縮みの速度とを異らせる電圧
印加手段によって圧電素子を周期的に変形させ、物体を
間けつ的に微小送りする。

［実 施 例］ 以下に第１図乃至第４図を参照して本発明の実施例に
ついて説明する。

第１図乃至第２図は本発明を適用して構成されたレン
ズ駆動装置の第１実施例を示した図である。第１図にお
いて第５図と同じ符号で表示されている部材は第５図に
示した部材と同じものであり、１は鏡筒、３は鏡筒１を
支持するとともに光軸方向に案内するガイドバー、であ
る。鏡筒１の左側の突部1aの孔1bと突部1cの孔1dには鏡
筒１を支持するとともに鏡筒１を軸方向移動させる鏡筒
支持部材兼駆動棒17が挿入されており、該駆動棒17（以
下には駆動棒と略記する）は駆動棒支持部材13に形成さ
れた第１及び第２の直立部13a及び13cの孔13b及び13dに
軸方向移動可能に挿入されている。また駆動棒17は該支
持部材の第２の直立部13cよりも更に後方に突出してお
り、該駆動棒の後端は該支持部材13の第３の直立部13e
に後端を固着された圧電素子12の前端に固定されてい
る。

鏡筒１の突部1a及び1cの下面には鉛直なネジ孔が形成
され、それぞれのネジ孔の位置と一致するバカ孔14a及
び14bを両端に有した長方形の板バネ14がビス15及び16
によって突部1a及び1cの下面に駆動棒17と平行に取付け
られている。板バネ14の中央には上向きに突出した屈曲
部14cが形成され、この屈曲部14cは突部1aと1cとの中間
位置において駆動棒17の下面に圧接されている。このた
め突部1aの孔1b及び突部1cの孔1dのそれぞれの中で駆動
棒17が上の方へ片寄せされ、孔1b及び1dのそれぞれの上
側の内周面に駆動棒17の上側の外周面が板バネ14の弾発
力により圧接されている。従って、孔1b及び1dと駆動棒
17との摩擦力及び屈曲部14cと駆動棒17の摩擦力以下の
軸方向力が駆動棒17に加えられた時には鏡筒１と駆動棒
17とは一体となって動くが、該摩擦力以上の軸方向力が
駆動棒17に加わった時には駆動棒17のみが軸方向に移動
可能となる。なお、w1及びw2は圧電素子12に給電するた
めのリード線である。

次に駆動棒17と鏡筒１を摩擦係合する板バネ14の作用
について説明する。

摩擦力を安定して発生させ、板バネ14による弾性力が
鏡筒１の変位方向に作用しないようにするために板バネ
14の弾性力は駆動棒17に略垂直に加わるようになされて
いる。更に圧電素子12の伸縮により、板バネ14が圧電素
子12の伸縮方向に弾性変形すると駆動棒17と鏡筒１との
摩擦力が変化し、更に鏡筒１の変位方向に弾性力が作用
し、鏡筒１の変位が不安定になる。これを防ぐため、板
バネ14は圧電素子12の伸縮方向と平行な平面部を有し、
この方向には大きな剛性を有するようになされている。

鏡筒１の腕1eの下面には鏡筒１の軸線と平行な一対の
腕9a及び9bを有したコ字形の摺動接片９が配置され、該
摺動接片９は連結部9cにおいて絶縁板11に接着され、絶
縁板11は腕1eの下面に接着されている。

鏡筒１の移動経路の下方には、不図示の静止部材上に
取付けられた固定検出板10が配置されている。この固定
検出板10は絶縁材製の基板10cの上に摺動接片の腕9aの
先端部に摺接する導体部10aと、摺動接片９の腕9bの先
端部に摺接する抵抗体10bとが形成されたものであり、
導体部10aは一端はリード線10fを介して電源に接続さ
れ、抵抗体10bの両端に接続されたリード線10d及び10e
は不図示の出力端子に接続されている。該出力端子には
摺動接片9bが抵抗体10bのどこに接触しているかを表わ
す電圧値が出力されるようになっており、該出力端子は
後述のマイクロコンピュータの入力ポートに接続されて
いる。

第２図は第１図に示した駆動装置の制御系を示した概
略図である。第２図において、18は圧電素子12に対して
駆動電圧を印加する駆動回路、19は前述の摺動接片９と
固定検出板10とによって構成された鏡筒位置検出器、20
は該検出器19の出力を取込んで駆動回路18を制御するマ
イクロコンピュータ、30は合焦を判別する合焦判別手段
である。

第６図は、上記した制御系の動作を説明するフローチ
ャートである。

ステップ（Ｓ）−１おいて、合焦か否かを合焦判別手
段30にて調べる。仮に非合焦であると、Ｓ−２により、
どちらの方向にレンズをどれだけの量移動すれば合焦と
なるかも検出する。

Ｓ−２において、前ピンと判断すると、Ｓ−３に進
み、後ピンと判断するとＳ−４に進む。

Ｓ−３は、前ピンの際の合焦方向である第１の方向へ
レンズを駆動してＳ−５へ進み、Ｓ−４は後ピンの際の
合焦方向である第２の方向ヘレンズを駆動してＳ−６へ
進む。

Ｓ−５、Ｓ−６は、Ｓ−２において求められた合焦位
置までの移動量をレンズが移動したか否かをマイコン17
にて検出し、合焦するまでレンズを移動させ、終了す
る。

この駆動方式では、駆動パルスと移動量との関係は振
動、姿勢差等により一致しない場合があり、移動状態を
実際に鏡筒位置検出器19にて検出し、フィードバック
（閉ループ）して駆動させることは非常に有効である。

第３図は駆動回路18によって圧電素子12に印加される
電圧波形を示したものであり、第３図（Ａ）は第１図に
おいて鏡筒１を右方向へ動かす時に圧電素子12に印加さ
れる電圧波形を、第３図（Ｂ）は第１図において鏡筒１
を左方向へ動かす時に圧電素子12に印加される電圧波形
を、それぞれ示している。

第３図（Ａ）の如き駆動パルスが圧電素子12に印加さ
れると、該パルスが電圧Ａから電圧Ｃへ変化する垂直な
立上り部において圧電素子12は急激に伸びる。この時、
駆動棒17も圧電素子12の伸びの量と同じ量だけ第１図に
おいて左方向に移動する。この場合、鏡筒１の慣性やガ
イドバー３と鏡筒１のＵ形溝1fとの摩擦などの総和が駆
動棒17に圧電素子12から与えられる駆動力よりも大きい
ので鏡筒１は動かない。

駆動パルスの電圧がＣからＡへとゆっくり変化するパ
ルス立下り部Ｄでは圧電素子12はゆっくり縮み、鏡筒１
と駆動棒２との摩擦力や板バネ14と駆動棒２との摩擦力
により鏡筒１は第１図において右方向へ移動する。そし
て、圧電素子12の縮みが終了した時点では第１図におい
て駆動棒17の右方向への動きは停止するが、鏡筒１の運
動エネルギーにより鏡筒１は第１図において右方向へ動
き続け、鏡筒１と駆動棒17との摩擦及び板バネ14と駆動
棒17との摩擦等によって上記の運動エネルギーが消費さ
れた時に鏡筒１は停止する。

以上の運動が各パルス毎に繰り返されることによって
鏡筒１は第１図において右方向へ駆動される。この鏡筒
１の移動位置は摺動接片９と固定検出板10とから成る位
置検出器19で時時刻々に検出されて該検出器19の出力が
マイクロコンピュータ20（以下にはマイコンと略記す
る）にフィードバックされ、マイコン20は該検出器19か
らの入力信号が所定の設定値と等しくなった時に駆動回
路18に圧電素子12の駆動を停止させる。

鏡筒１を第１図において左方向へ移動させる時にはマ
イコン20は第３図（Ｂ）の如き駆動パルスを圧電素子12
に印加させるように駆動回路18を制御する。この場合、
圧電素子12に印加される駆動パルスは図示のように前縁
の立上り部がゆるやかで、後縁の立下り部が垂直である
ため、圧電素子12及び鏡筒１の動作は前述の場合とは逆
になる。すなわち、圧電素子12に印加される電圧が電圧
Ａから電圧Ｃへゆるやかに変化してゆくパルス立上り部
では圧電素子12はゆっくりと伸び、従って、鏡筒１の孔
1b及び1dと駆動棒17との摩擦、及び板バネ14の屈曲部14
cと駆動棒17との摩擦により鏡筒１は駆動棒17と一体と
なって第１図において左方向へ動き、圧電素子12の伸び
が終了した時点（電圧Ｃになった時点）で駆動棒17の動
きは停止するが、鏡筒１は慣性により動き続け、鏡筒１
と駆動棒17とガイドバー３との摩擦や板バネ14と駆動棒
17との摩擦などの消費エネルギーの総和が鏡筒１などの
運動エネルギーに等しくなった時に（鏡筒１などの運動
エネルギーが前記の摩擦によって消費された時に）鏡筒
１が停止する。

そして、電圧がＣからＡへ急激に変化するパルス立下
り部では圧電素子12は急速に縮み、その結果、駆動棒17
は第１図において右方向へ動く。この場合、鏡筒１と駆
動棒17との摩擦、及び駆動棒17と板バネ14との摩擦によ
り鏡筒１には右方向へ駆動される力が駆動棒17から加わ
るが、鏡筒１の質量による慣性や鏡筒１とガイドバー３
との摩擦のため鏡筒１は静止した状態を保つ。従って、
第３図（Ｂ）の如きパルスが圧電素子12に印加される
と、鏡筒１は１パルス毎に上記の如き作用により第１図
で左方向へ動かされてゆく。

第４図は本発明の第２実施例を示したものであり、本
実施例は本発明をスティルビデオカメラの磁気ヘッド駆
動装置に適用したものである。

第４図において第１図と同じ符号で表示されている部
材は第１実施例で説明した部材であり、これらの同一部
材についての説明は必要がないかぎり省略する。なお、
第４図に示す実施例においても制御系の構成は第１実施
例と同じであり、本実施例における制御系の構成は第２
図に示した構成となっているので制御系に関する説明も
省略する。また、圧電素子12に印加される駆動パルスも
第３図に示した駆動パルスと同じであり、動作も第１実
施例における動作と同じである。

第４図において、21は磁気ヘッド22が固定されている
ヘッド担持体である。ヘッド担持体21の左側の側縁には
前記駆動棒17を挿通させるための孔21c及び21dが貫設さ
れている突部21a及び21bが突設されており、また、ヘッ
ド担持体21の右側の側縁にはガイドバー３を挿通させる
ためのＵ形溝21fが形成された腕21eが設けられている。

突部21a及び21bのそれぞれの下面にはビス15及び16を
ねじ込むためのねじ孔が形成されており、屈曲部14cを
中央部に有した板バネ14の両端のバカ孔14a及び14bにビ
ス15及び16を挿通して該ビスを該ねじ孔にねじ込むこと
により板バネ14が突部21a及び21bの下面に固定されてい
る。板バネ14の屈曲部14cは突部21aと突部21bとの間で
駆動棒17の下面に圧接されて駆動棒17を上方へ押し上げ
ており、駆動棒17は孔21c及び21d内でそれぞれの孔の上
側の内周面に圧接されている。

腕21eの下面には絶縁板を介して摺動接片９が取付け
られており、この摺動接片９はヘッド担持体21の移動径
路の下方に配置された固定検出板とともにヘッド担持体
21の時々刻々の位置を検出するための位置検出器19（第
２図参照）を構成している。

12は圧電素子、13は駆動棒支持部材であり、これらは
第１実施例で説明したものと同じである。また、ヘッド
担持体21は動作及び制御系の動作も第１実施例と同じで
ある。

なお、前記実施例では被動部材たる鏡筒１やヘッド担
持体21の時々刻々の位置をポテンショメータ式の位置検
出器で検出しているが、非接触式の検出器で検出するよ
うに構成してもよいことは当然である。

［発明の効果］ 以上に説明したように、本発明の駆動装置は駆動源と
して圧電素子を用いているのでモータや減速機構やカム
及び送りねじ等が不要となり、従って、従来の駆動装置
にくらべて非常に小型化且つ軽量化することができるば
かりでなく従来装置よりも高精度の位置決め制御が可能
となり、しかも加工コストや組立コストも大巾に低減す
ることが可能となるため、本発明によれば従来の駆動装
置に内在する問題点を解決することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を適用して構成された本発明の第１実施
例としての鏡筒駆動装置を示す分解斜視図、第２図は本
発明による駆動装置の制御系の概略図、第３図（Ａ）
（Ｂ）は圧電素子に印加される駆動パルスの波形を示し
た図、第４図は本発明の第２実施例としての磁気ヘッド
駆動装置の分解斜視図、第５図は従来の駆動装置の一例
としてのズームレンズ駆動装置の分解斜視図、第６図は
第２図に示す制御系の動作を説明するフローチャートで
ある。 １……鏡筒、９……摺動接片 10……固定検出板、11……絶縁板 12……圧電素子、13……駆動棒支持部材 14……板バネ、17……駆動棒兼支持部材 21……ヘッド担持体、22……磁気ヘッド

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】被駆動物体もしくは該被駆動物体に連結さ
   れている部材に摩擦係合されるとともに静止部材に移動
   可能に支持されている駆動部材と、該駆動部材に一端を
   固定されるとともに他端を動かぬように該静止部材等に
   固定された圧電素子と、該圧電素子に伸びの速度と縮み
   の速度とを異らせるように電圧を印加する圧電素子駆動
   手段と、を有することを特徴とする駆動装置。
2. 【請求項２】請求項１において、圧電素子の伸縮方向に
   沿って延びる平面部に押圧用のバネ作用部を設けた弾性
   部材を被駆動部材に配置し、該弾性部材のバネ作用部を
   駆動部材に当接することにより、該被駆動部材と該駆動
   部材とを該弾性部材の弾性により摩擦係合することを特
   徴とする駆動装置。