JP3168843B2 - 駆動装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は電気機械変換素子を用い
て被駆動部材を駆動するための駆動装置に関する。例え
ば、カメラの撮影レンズやオーバーヘッドプロジェクタ
などの投影レンズ、双眼鏡のレンズ、複写機のレンズな
ど、光学装置におけるレンズの駆動の他、プロッタやＸ
−Ｙ駆動テーブルのような装置など、駆動部を有する装
置一般に用いる駆動装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、このような分野の技術としては、
特開平４−６９０７０号に開示されるものがある。その
内容について図９の概略図を用いて説明する。

【０００３】図９（a）はレンズの駆動装置であり、１
０１はレンズを保持する鏡筒、１０３は鏡筒を支持する
とともに光軸方向に案内するガイドバーである。ガイド
バー１０３は鏡筒１０１から伸びる支持部１０１ｅに形
成されたフォーク１０１ｆを貫通することによって鏡筒
１０１を支持、案内する。

【０００４】１１７は鏡筒支持部材兼駆動棒であり、上
記支持部１０１ｅと協働して鏡筒１０１を支持するとと
もに鏡筒１０１を軸方向に駆動するためのものである。
該駆動棒１１７は駆動棒支持部材１１３に設けられた立
ち上がり部１１３ａ、１１３ｃに形成される孔１１３
ｂ、１１３ｄに挿入されており、軸方向に移動可能とな
っている。そして、該駆動棒１１７は、鏡筒１０１から
上記指示部１０１ｅとは反対方向に伸びるコ字状部１０
１ｋの両端１０１ａ、１０１ｃに形成された孔１０１
ｂ、１０１ｄを貫通している。さらに、駆動棒１１７の
後端は圧電素子１１２の前端に固定されている。該圧電
素子１１２の後端は駆動棒支持部材１１３のもう一つの
立ち上がり部１１３ｅに固定されている。

【０００５】さらに、板バネ１１４がネジ１１５及び１
１６により鏡筒１０１の上記両端１０１ａ、１０１ｃに
図中下方から取り付けられている。該板バネ１１４は駆
動棒１１７と平行になるようになっている。また、該板
バネ１１４の略中央には図中上方に突出した摩擦部１１
４ｃが形成されており、これが駆動棒１１７に接触（圧
接）することによって鏡筒１０１と駆動棒１１７との間
に摩擦が発生し、鏡筒１０１の駆動が可能であるように
なっている。摩擦は板バネ１１４のバネ圧により発生す
るものである。

【０００６】図９（ｂ）は圧電素子１１２にかけられる
電圧波形を示したものである。そして、図９（ｂ）
（Ａ）は図９（a）において鏡筒１０１を右方向に動か
すときに圧電素子１１２にかけられる電圧波形を、図１
４（ｂ）（Ｂ）は図９（a）において鏡筒１０１を左方
向に動かすときに圧電素子１１２にかけられる電圧波形
を示す。

【０００７】図９（ｂ）（Ａ）のような電圧波形が圧電
素子１１２にかけられると電圧Ａから電圧Ｃへ変化する
急激な立ち上がり部において圧電素子１１２は急激に伸
びる。このとき、駆動棒１１７も圧電素子１１２の伸び
量と同じ量だけ図９（a）において左方向に移動する。
しかしこの場合、鏡筒１０１は慣性のため少ししか移動
しない。逆に電圧Ｃから電圧Ａへとゆっくり変化すると
きは圧電素子１１２はゆっくり縮み、鏡筒１０１と駆動
棒１１７との摩擦力や板バネ１１４と駆動棒１１７との
摩擦力により鏡筒１０１は図９（a）において右方向に
移動する。

【０００８】鏡筒１０１を図９（a）において左方向に
移動する場合は図１４（ｂ）（Ｂ）のような電圧を圧電
素子１１２にかけ、そのときの動きは上記右方向に駆動
する場合とちょうど左右逆になる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかし、図９に示すよ
うな従来の構成では、圧電素子１１２が急激に伸縮した
場合においても、鏡筒１０１と駆動棒１１７との間の動
摩擦力によって鏡筒１０１は多少駆動棒１１７とともに
移動する。そのため、本来移動させたい方向とは逆に鏡
筒１０１が戻ってしまうことになり、移動量に損失が生
じることになる。

【００１０】ここで、この損失は摩擦力を大きくすれば
するほど大きくなるので、逆に摩擦力を小さくすれば良
いと考えられる。しかしながら、次のような条件によ
り、摩擦力を小さくすることは実際上好ましくない。

【００１１】すなわち、駆動系の慣性が大きければ大き
いほど摩擦力を大きくする必要がある。従って、駆動さ
れる部材の質量が大きくなれば摩擦力を大きくせざるを
得なくなり、かなり大きな摩擦力を発生させなければ実
用に耐えないことが考えられる。

【００１２】また、圧電素子１１２の駆動周波数が低く
なると発生音がうるさくなるなどの問題が生じるため、
実用上ある程度駆動周波数は高い方が良いと考えられ
る。しかし、そうすると圧電素子１１２がゆっくりと伸
縮する場合にもかなりの速度で変位することになる。そ
うすると、鏡筒１０１が駆動棒１１７に従動するために
はかなりの大きさの摩擦力が必要となってしまう。

【００１３】本願発明はこのような問題点を解決し、損
失の発生防止と実用に適した構成を得るという課題の両
立を図ることができる構成を得ることをその目的として
いる。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１にかかる駆動装置は、静止部材(1)と、前
記静止部材にその伸縮方向の一端を固定され、伸縮する
ように電圧の印加を受ける電気機械変換素子(2)と、前
記電気機械変換素子の伸縮方向の他端に固定され、前記
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
れた駆動部材(3)と、前記駆動部材と摩擦係合され、前
記電気機械変換素子の伸縮方向に移動できるように支持
される移動部材(4)と、を備え、前記電気機械変換素子
に所定の波形の駆動電圧信号を供給して前記電気機械変
換素子に速度の異なる伸縮変位を発生させることによ
り、前記電気機械変換素子の変位速度が速い際には前記
駆動部材と前記移動部材との間で滑りを生じさせて前記
移動部材を前記駆動部材に追随させず、前記電気機械変
換素子の変位速度が遅い際には前記移動部材を前記駆動
部材に追随させて前記移動部材を所定方向に駆動する駆
動装置において、前記駆動部材と前記移動部材との間の
摩擦力を変化させる可変手段(10,11)を設け、前記駆動
部材と前記移動部材との間で滑りを生じさせて前記移動
部材を前記駆動部材に追随させない際には摩擦力を低下
させ、前記移動部材を前記駆動部材に追随させる際には
摩擦力を増大させることを特徴としている。

【００１５】さらに、請求項２にかかる駆動装置におい
ては、前記摩擦力は、前記移動部材に設置された摩擦付
与部材と、該摩擦付与部材を介して前記駆動部材と前記
移動部材とを圧接させる弾性部材とにより発生されるよ
うにしている。

【００１６】さらに、請求項３にかかる駆動装置におい
ては、前記可変手段は、その一端が前記摩擦付与部材に
固定され、他端に慣性部材が固定された第２の電気機械
変換素子からなることを特徴としている。

【００１７】一方、請求項４にかかる駆動装置において
は、前記第１の電気機械変換素子と前記第２の電気機械
変換素子とに同期関係を有する信号を印加することによ
ってそれぞれの電気機械変換素子を伸縮させる駆動回路
を有することを特徴している。

【００１８】

【作用】上記構成において、可変手段によって、移動部
材が駆動部材に追随する必要があるときには摩擦力を増
大させ、追随することが不要であるときには摩擦力を低
下させれば、損失が生じずに移動部材が移動する。

【００１９】

【実施例】以下、本願発明の実施例について図面を参照
しながら説明する。

【００２０】図１は本願発明を採用した駆動装置のユニ
ットを分解した（組み立てる前の）状態を示している。

【００２１】図１において、１は静止部材である。該静
止部材１は全体が略円柱状に形成され、直径方向（図中
上下方向）に貫通する第１の穴１ｂと第２の穴１ｃが形
成されている。そして、該穴１ｂと穴１ｃの間の壁部に
は軸受穴１ｄが形成されている。

【００２２】また、円柱の端面であって穴１ｃの壁面を
構成している部分には、穴１ｄと同軸上に軸受穴１ｅが
設けられている。また、静止部材１のうち、上記端面と
反対側の端面を含む一端部は、駆動装置ユニットを装置
等に取り付ける際に固定するときのための固定しろ１ａ
として機能する。

【００２３】穴１ｂの中には圧電素子２が設置される。
該圧電素子２は穴１ｂの壁面を構成する部分のうち、上
記軸受穴１ｄが形成されている壁部とは反対側すなわち
固定しろ側の部分に接着によって固定されている。圧電
素子２はリード線２ａ、２ｂを介して電圧をかけられる
ことで静止部材１の長手方向に伸縮する。

【００２４】４はスライダーであり、穴１ｃの中に配置
されており、穴１ｃを構成する長手方向壁面を回転止め
兼ガイドとして円柱の軸方向に移動可能になっている。
スライダー４はその本体部分から図中上方に伸びるコ字
状の部分を有しており、該コ字状部分には静止部材１の
長手方向に延びる一対の貫通孔４ａが形成され、さら
に、その貫通孔４ａ、４ａをつなぐように本体部分上面
に断面半円状の溝４ｂが形成されている。また、本体部
分の下方には本体とＴ字状をなすように取付部分が伸び
ている。該取付部分には被駆動部材を結合するためのネ
ジ受け穴４ｃが形成されている。

【００２５】３は駆動軸で、外部から上記軸受穴１ｅ、
貫通孔４ａ、溝４ｂ、貫通孔４ａ、軸受穴１ｄを通して
挿入され、一端が圧電素子２に接着によって固定されて
いる。この状態で駆動軸の他端は軸受穴１ｅから少し突
出した状態になっている。そして、両軸受穴１ｄ、１ｅ
によって指示されながら圧電素子６の伸縮方向に移動可
能となっている。

【００２６】７は板バネであり、ネジ９によって、軸受
穴１ｅから少し突出している駆動軸３を抑え込むように
静止部材１に取り付けられている。これにより、駆動軸
３をある一定の力で圧電素子２に押付けるようになって
いる。その押付力はネジ９の締め加減で調節できるよう
になっている。

【００２７】５は摩擦部材であり、下面には断面半円状
の溝５ａが形成され、上記溝４ｂに向かって駆動軸３を
上方から挟み込む。そして、その上方に板バネ６を設
け、摩擦部材５と駆動軸３を上方から押さえるようにな
っている。板バネ６はスライダー４の上記コ字部の先端
に４本のネジ８で取り付けられている。これにより、駆
動軸３には摩擦部材５を介して押付力が発生するように
している。

【００２８】一方、摩擦部材５の上面には第２の圧電素
子１０の一端が接着等によって固定されており、さらに
該圧電素子１０の上面にはやはり接着等によって慣性部
材１１が固定されている。なお、圧電素子１０は上記板
バネ６の中央に形成された貫通孔を貫通しており、上記
慣性部材９は板バネ６よりも上方に位置している。

【００２９】このようにして組み立てられた状態が図２
に示されている。

【００３０】図３（ａ）は組み立てられた状態を上面か
ら見た図であり、さらに図３（ｂ）は駆動軸３に沿った
面で切断した断面図である。

【００３１】図４は本実施例において圧電素子２、１０
を伸縮駆動するための回路の概略を示しており、それぞ
れの圧電素子を駆動する駆動回路が共通の制御回路に接
続されており、同期が取られた状態で圧電素子２、１０
を駆動する。

【００３２】次に図５〜図８を参照して上記制御回路な
いし上記駆動回路による圧電素子２、１０の駆動シーケ
ンスを説明する。

【００３３】図５、６はスライダー４を右方向に移動さ
せる状態を表しており、図５はそのときの駆動装置の要
部を示し、図６はそのときの駆動電圧の状態を示す。ま
た、図７、８はスライダー４を左方向に移動させる状態
を表しており、図７はそのときの駆動装置の要部を示
し、図８はそのときの駆動電圧の状態を示す。なお、ス
ライダー４は摩擦部材５とともに移動するので、図５、
７においては図面の簡略化のためにスライダー４の代わ
りに摩擦部材５を示してあるが動作は同じである。

【００３４】図５、図６（ａ）において、初期状態はそ
れぞれＡで示した状態であり、両圧電素子とも電圧非印
加状態である。この状態においては両圧電素子はどちら
も最も縮小した状態にある。

【００３５】この状態から図６（ａ）のＡないしＣに示
すようにｓｉｎ曲線状に電圧を印加する。すると、両圧
電素子２、１０は図５のＢに示すように徐々に伸長を開
始する。圧電素子２が伸長するにつれて圧電素子１０も
伸長するため、慣性部材１１が上方に向かう力を受ける
一方、摩擦部材５は下方への力を受けることになる。こ
の摩擦部材５に与えられる力によって摩擦部材５と駆動
軸３との摩擦力が増大し、駆動軸３の右方向への移動に
摩擦部材５・スライダー４が追随する。これにより、Ｃ
に示すように駆動軸３が最も右まで移動したところまで
摩擦部材５とスライダー４が移動する。

【００３６】続いて、図６（ａ）のＣないしＥに示すよ
うに電圧印加を解除する。すると、両圧電素子２、１０
がともに縮小する。この時、圧電素子２の縮小に伴って
駆動軸３が左方向へ移動し、これに伴って摩擦部材５・
スライダー４も移動しようとする。ところが、この時に
は圧電素子１０が縮小するため、慣性部材１１には下方
への力が作用する一方、摩擦部材５には上方へ引き上げ
る力が作用する。従って、摩擦部材５と駆動軸３との間
の摩擦力が減少し、両者間に滑りが生じることになり、
図５のＣないしＥに示すように摩擦部材５・スライダー
４はその位置に留まるのである。

【００３７】以上のＡないしＥの動作を繰り返すことに
より、スライダー４は所望の位置に向かって右方向に移
動する。

【００３８】一方、図７、８において、まず図８（ａ）
のＡに示すように圧電素子１０に最大電圧を印加する。
これにより、圧電素子１０は図７のＡに示されるように
伸長した状態になる。この時、慣性部材１１には上方
に、摩擦部材５には下方に力が作用し、摩擦部材５が駆
動軸３に圧接する。

【００３９】この状態から図８（ａ）のＢに示すよう
に、圧電素子２には電圧を印加し、圧電素子１０からは
印加電圧を解除する。すると圧電素子２が伸長して駆動
軸３は図７の右方向に向かって移動するが、この時には
圧電素子１０が収縮するため摩擦部材５には上方に引き
上げる力が作用して駆動軸３との間の摩擦力が減少す
る。従って、摩擦部材５・スライダー４はその場に留ま
る。

【００４０】続いて、図７のＣに示すように最も圧電素
子２が伸長した状態から圧電素子１０に電圧を印加する
一方、圧電素子２からは印加電圧を解除する。すると、
圧電素子２の収縮に伴って、駆動軸３が左方向に移動す
る。このとき圧電素子１０の伸長によって摩擦部材５に
は押し下げる力が作用するため、摩擦部材５・スライダ
ー４は駆動軸３に追随し、図７のＥの状態すなわち、圧
電素子２が最も収縮した状態まで変位する。

【００４１】以上のＡないしＥの動作を繰り返すことに
より、スライダー４は所望の位置に向かって左方向に移
動する。所望の位置への移動が完了した後に圧電素子１
０には最大電圧が印加された状態となっているので、こ
れを解除すればよい。

【００４２】以上が本願の実施例の説明であるが、電圧
の印加は図６（ａ）、図８（ａ）に示すようなｓｉｎ曲
線に限らず、図６（ｂ）、図８（ｂ）に示すような直線
的な波形でも良い。すなわち、スライダー４（摩擦部材
５）を右方向に移動させる場合には図６（ｂ）に示すよ
うに徐々に電圧を印加し、圧電素子が最も伸長した状態
から急激に印加電圧を解除する。そしてこの状態を繰り
返すことによってスライダー４が右方向に移動する。

【００４３】また、スライダー４（摩擦部材５）を左方
向に移動させる場合には図８（ｂ）に示すようにまず圧
電素子１０に電圧を印加した状態から急激に電圧印加を
解除する一方、圧電素子２には急激に電圧を印加する。
そして、圧電素子２が最も伸長した状態から徐々に印加
電圧を解除する一方、圧電素子１０には徐々に電圧を印
加する。そしてこの状態を繰り返すことによってスライ
ダー４が左方向に移動する。

【００４４】このように直線的で立ち上がり・立ち下が
り特性を変えた電圧を印加するように構成した場合、上
述のようなｓｉｎ曲線で駆動するものに比較して摩擦力
をより最適な状態に設定することができ、効率よく駆動
を行うことができる。また、位置制御が容易で微小な位
置決めが容易であるという長所を有している。

【００４５】一方、ｓｉｎ曲線で駆動する場合には、立
ち上がり・立ち下がり特性を変えた直線的な電圧を印加
するように構成した場合に比較して電圧を印加するため
の回路の構成が容易で効率が良く、また高周波数での駆
動が容易であるという長所を有している。

【００４６】

【発明の効果】以上説明したように、本願発明の駆動装
置は駆動部材と移動部材との間の摩擦力を変化させる可
変手段を設けたので、実用上適切なだけの大きさの摩擦
力を与えることができる一方、摩擦力を増大させること
で移動量に損失が生じるようなことを防止することもで
き、電気機械変換素子を使用した駆動装置として実用性
に富んだものを提供することができるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施例の組立説明図。

【図２】 実施例の斜視図。

【図３】 実施例の平面図並びに断面図。

【図４】 実施例の回路の概略を示す説明図。

【図５】 実施例における動作を示す説明図。

【図６】 実施例において電気機械変換素子に印加され
る電圧を表わす説明図。

【図７】 実施例における動作を示す説明図。

【図８】 実施例において電気機械変換素子に印加され
る電圧を表わす説明図。

【図９】 従来例を示す説明図。

【符号の説明】

１ 静止部材 ２ 電気機械変換素子 ３ 駆動部材 ４ 移動部材 ５ 摩擦付与部材 ６ 弾性部材 １０ 可変手段（第２の電気機械変換素子） １１ 可変手段（慣性部材）

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平４−69070（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−70565（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−72361（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−70565（ＪＰ，Ａ) 1994年度精密工学会秋季大会実行委員 会編「1994年度精密工学会秋季大会学術 講演会論文集第３分冊」（平６−９− 12）発行者 社団法人精密工学会 Ｐ. 941−942（Ｍ79 圧電リニアアクチュエ ータの開発) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H02N 2/02

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 静止部材(1)と、 前記静止部材にその伸縮方向の一端を固定され、伸縮す
   るように電圧の印加を受ける電気機械変換素子(2)と、 前記電気機械変換素子の伸縮方向の他端に固定され、前
   記電気機械変換素子の伸縮方向に移動できるように支持
   された駆動部材(3)と、 前記駆動部材と摩擦係合され、前記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る移動部材(4)
   と、 を備え、前記電気機械変換素子に所定の波形の駆動電圧
   信号を供給して前記電気機械変換素子に速度の異なる伸
   縮変位を発生させることにより、前記電気機械変換素子
   の変位速度が速い際には前記駆動部材と前記移動部材と
   の間で滑りを生じさせて前記移動部材を前記駆動部材に
   追随させず、前記電気機械変換素子の変位速度が遅い際
   には前記移動部材を前記駆動部材に追随させて前記移動
   部材を所定方向に駆動する駆動装置において、 前記駆動部材と前記移動部材との間の摩擦力を変化させ
   る可変手段(10,11)を設け、前記駆動部材と前記移動部
   材との間で滑りを生じさせて前記移動部材を前記駆動部
   材に追随させない際には摩擦力を低下させ、前記移動部
   材を前記駆動部材に追随させる際には摩擦力を増大させ
   る、 ことを特徴とする駆動装置。
2. 【請求項２】 摩擦力は、前記移動部材に設置された摩
   擦付与部材(5)と、該摩擦付与部材を介して前記駆動部
   材と前記移動部材とを圧接させる弾性部材(6)とにより
   発生されることを特徴とする請求項１記載の駆動装置。
3. 【請求項３】 前記可変手段は、その一端が前記摩擦付
   与部材に固定され、他端に慣性部材(11)が固定された第
   ２の電気機械変換素子(10)からなることを特徴とする請
   求項２記載の駆動装置。
4. 【請求項４】 前記電気機械変換素子と、前記第２の電
   気機械変換素子とに同期関係を有する信号を印加するこ
   とによってそれぞれの電気機械変換素子を伸縮させる駆
   動回路を有することを特徴とする請求項３記載の駆動装
   置。