JP4554261B2

JP4554261B2 - 駆動装置

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Publication number: JP4554261B2
Application number: JP2004120389A
Authority: JP
Inventors: 豊土信田; 純明岸本; 弘志岸
Original assignee: Taiyo Yuden Co Ltd
Current assignee: Taiyo Yuden Co Ltd
Priority date: 2004-04-15
Filing date: 2004-04-15
Publication date: 2010-09-29
Anticipated expiration: 2024-04-15
Also published as: JP2005304256A

Description

本発明は、電気機械変換素子などの平面変形素子を用いて、被変位物ないし被駆動部材を駆動するための駆動装置（アクチュエータ）に関するものである。

従来、カメラ，オーバーヘッドプロジェクタ，双眼鏡，複写機，プロッタ，Ｘ−Ｙ駆動テーブルなどの各種の光学装置，精密機器，映像機器などに用いられるレンズ等の駆動技術としては、以下の特許文献１や特許文献２に示すものが提案されており、既に実用化されている。図１２は、前記特許文献１を示す図であり、(A)は駆動装置の概略図，(B)及び(C)は電圧と時間の関係を示す図である。図１２(A)に示すレンズ駆動装置は、レンズを支持する鏡筒１０１と、該鏡筒１０１を支持するとともに光軸方向に案内するガイドバー１０３を備えている。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。

また、鏡筒１０１を軸方向に駆動するための鏡筒支持部材兼用の駆動棒１１７が設けられており、前記支持部１０１ｅと協働して鏡筒１０１を支持する。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に形成されている孔１１３ｂ，１１３ｄに挿入されており、軸方向に移動可能となっている。また、該駆動棒１１７は、鏡筒１０１から前記支持部１０１ｅとは反対方向に伸びるコ字状部１０１ｋの両端１０１ａ，１０１ｃに形成された孔１０１ｂ，１０１ｄを貫通している。更に、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１つの立ち上がり部１１３ｅに固定されている。

更に、板バネ１１４が、ネジ１１５及び１１６により、鏡筒１０１の両端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と平行になっており、その略中央には、図の上方に突出した摩擦部１１４ｃが形成されている。そして、該摩擦部１１４ｃが駆動棒１１７に接触することによって、鏡筒１０１と駆動棒１１７との間に摩擦が発生し、鏡筒１０１の駆動が可能となっている。摩擦は、板バネ１１４のバネ圧により発生するものである。

図１２(B)及び(C)は、圧電素子１１２に印加される電圧波形を示したものであり、(B)は、前記図１２(A)において鏡筒１０１を右方向に動かすときに印加される電圧波形を、(C)は左方向に動かすときに印加される電圧波形を示している。図１２(B)に示す波形の電圧が圧電素子１１２に印加されると、電圧Ａから電圧Ｃへ変化する急激な立ち上がり部Ｂ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の伸び量と同じだけ図１２(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、ほとんど動かない。逆に電圧Ｃから電圧Ａへとゆっくりと変化させるときは、圧電素子１１２はゆっくりと縮み（戻り）、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１２(A)において右方向に移動する。鏡筒１０１を図１２(A)において左方向に移動させる場合は、図１２(C)に示すような波形の電圧を圧電素子１１２にかけ、上述した右方向に駆動する場合と丁度左右逆の作用により行う。なお、前記特許文献２に開示される駆動装置は、特許文献１の技術において、駆動側の故障時などに、容易に部品交換や修理ができるように構成したものであり、基本的な駆動機構は、前記特許文献１と同様となっている。

更に、特許文献３には、図１３に示すように、印加電圧により曲率が変化する圧電バイモルフなどの平面変形素子２００と、該平面変形素子２００の中心部に固定されたウエイト２０２と、前記平面変形素子２００の外周部に固定保持され周囲の穴を形成する内壁面Ｗに当接するクランプ脚２０４と、前記平面変形素子２００に制御された波形の印加電圧を供給する制御手段とを具備した孔内移動装置（アクチュエータ）が開示されている。当該技術のアクチュエータは、駆動素子と移動体が一体となっており、平面変形素子２００をゆっくり撓ませると、クランプ脚２０４と壁面Ｗの間の摩擦力が作用して動かず、次に逆方向に短時間で撓ませると、加速度が上がって撓む力が摩擦力を越えるため、アクチュエータが加速度方向に移動する。この動作の繰り返しにより変位し、孔内の移動が可能となっている。
特開平４−６９０７０号公報特開平７−２９８６５４号公報特開平８−２０７７５５号公報

ところで、携帯電話用のデジタルカメラ用のレンズモジュールは、光学素子の高画素化，ズーム，オートフォーカス，手ぶれ防止などの高機能化を低コストで達成することが求められるようになってきている。しかしながら、前記特許文献１に示す背景技術では、駆動棒１１７と、変位をさせる鏡筒１０１とが一体ではないため、小型化，低コスト化が困難である。また、駆動棒１１７が、該駆動棒１１７を貫通させる鏡筒１０１の孔１０１ｂ，１０１ｄと常に同じ面で接しているため静電気などの発生により固着しやすく、また、駆動力と固着力が直交するため、原理的に、駆動力で直接固着力を抑制できないことなどから信頼性に課題がある。前記特許文献２についても同様である。

また、特許文献３に記載の技術では、アクチュエータの保持力としてクランプ脚２０４による摩擦力が不可欠であるため小型化しにくい。また、クランプ脚２０４が平面変形素子２００の振動を吸収し、動作が不安定になりやすく変位効率が低いことや、耐久性が低いといった課題がある。更に、クランプ脚２０４により、アクチュエータの共振周波数が下がりやすく、駆動周波数を高くできないため、変位速度が低いという不都合がある。また、ウエイト２０２を設け、慣性を利用して移動しているため、下方向への移動と上方向への移動の際には、変位速度差が発生して一定しないという不都合も生じる。

本発明は、以上の点に着目したもので、小型かつ軽量で、安定した変位及び位置決めが可能な駆動装置を提供することを、その目的とするものである。

前記目的を達成するため、本発明は、被変位物を通路内で移動させるための駆動装置であって、前記被変位物が一体に取り付けられるとともに、圧電層に電極層を積層した圧電素子を、振動板の少なくとも一方の面に貼り合わせた圧電振動子であって、印加電圧により面内で撓む平面変形素子，前記通路内面から該通路の中心に向けて延出した複数の付勢手段，該付勢手段の先端に設けられており、前記平面変形素子の外周部を、前記付勢手段の弾性力によって押圧するとともに、前記被変位物の移動範囲に応じて移動をガイドする複数の保持手段，前記平面変形素子の移動時に、前記通路の長手方向を軸とする回転運動を抑制するための回転防止機構，を備えるとともに、前記回転防止機構が、前記平面変形素子の外周部に設けられており、該平面変形素子と一体に湾曲可能な突出部，前記保持手段に長手方向に沿って形成されており、前記平面変形素子が湾曲しない状態において前記突出部に係合する溝部，を含むことを特徴とする。

他の発明は、被変位物を通路内で移動させるための駆動装置であって、前記被変位物が一体に取り付けられるとともに、圧電層に電極層を積層した圧電素子を、振動板の少なくとも一方の面に貼り合わせた圧電振動子であって、印加電圧により面内で撓む平面変形素子，前記通路内面から該通路の中心に向けて延出した複数の付勢手段，該付勢手段の先端に設けられており、前記平面変形素子の外周部を、前記付勢手段の弾性力によって押圧するとともに、前記被変位物の移動範囲に応じて移動をガイドする複数の保持手段，前記平面変形素子の移動時に、前記通路の長手方向を軸とする回転運動を抑制するための回転防止機構，を備えるとともに、前記保持手段が、前記通路の長手方向に沿って設けられた棒状体であるときに、前記回転防止機構が、前記平面変形素子の外周部に設けられており、該平面変形素子と一体に湾曲可能な平面状の突出部，該突出部に形成されており、前記保持手段を、前記付勢手段による付勢方向にスライド可能に貫通させる開口部，を含むことを特徴とする。本発明の前記及び他の目的，特徴，利点は、以下の詳細な説明及び添付図面から明瞭になろう。

本発明は、被変位物を通路内で移動させるための駆動装置において、印加電圧により面内で撓む平面変形素子と被変位物を一体化するとともに、前記通路内面から中心に向けて延出した付勢手段の先端の保持手段によって、前記平面変形素子の外周部を保持することで、次のような効果が得られる。
(1)平面変形素子と被変位物の一体化により部品点数が減り、小型化，軽量化，製造効率の向上が可能である。
(2)付勢手段の弾性力を利用して平面変形素子を保持するため動作が安定する。
(3)平面変形素子の移動の際に、慣性の働きにより、前記平面変形素子の外周部と保持手段とが無接触となる瞬間があるため、平面変形素子と保持手段との固着が抑制され、被変位物を変位方向に安定して駆動することができ、耐久性も向上する。また、移動方向によらず安定した変位速度を保つことができる。
(4)更に、平面変形素子の移動時の回転防止機構を設けることにより、安定した位置決めが可能である。

以下、本発明を実施するための最良の形態を、実施例に基づいて詳細に説明する。

最初に、図１〜図７を参照しながら本発明の実施例１を説明する。本実施例は、本発明を光学装置のフォーカス用レンズの駆動装置として使用した例である。図１は、本実施例の駆動装置の全体構成を示す斜視図，図２は、前記図１をレンズの光軸方向から見た平面図である。図３は、前記図２を＃Ａ−＃Ａ線に沿って切断し矢印方向に見た断面図であり、(A)は、アクチュエータが上へ最大に撓んだ状態，(B)は撓みのない状態，(C)は下へ最大に撓んだ状態，(D)は前記(B)を一部拡大した状態を示している。

本実施例の駆動装置１０は、被変位物であるレンズ２４を、通路１２内で移動（ないし変位）させるためのものであって、該通路１２の内面から中心に向けて延出したバネ１４の先端に設けられた複数の保持ガイド１６（図示の例では４つ）によって、アクチュエータ（アクチュエータ本体）２０が保持される構成となっている。前記保持ガイド１６は、アクチュエータ２０の移動範囲（移送範囲）を少なくともカバーするように、前記通路１２の内面に長手方向に沿って設けられており、前記バネ１４の弾性力によって、通路１２の中央に向けて付勢されている。また、保持ガイド１６の内側（通路１２の中心側）は、図１及び図２に示すように、前記アクチュエータ２０の外周部に設けられた凸部３２と略同一形状の溝１８が、通路１２の長手方向，すなわち、レンズ２４の光軸方向に沿って形成されている。該溝１８は、アクチュエータ２０が移動する際のガイドとしても機能する。なお、バネ１４の数は、保持ガイド１６の長さに応じて適宜変更してよい。

前記アクチュエータ２０は、振動板２６の両面に圧電層と電極層からなる圧電素子２８及び３０を設けた圧電振動子２２の中央に、レンズ２４を配して一体化した構成となっている。前記振動板２６としては、例えば、金属板などが利用され、圧電層は、例えば、ＰＺＴなどにより形成される。また、電極層は、例えば、ＡｇやＡｇ／Ｐｄ合金などにより形成されるが、これらに限定されるものではなく、各種の公知の材質によって形成可能である。前記振動板２６の外周部には、適宜間隔で径方向外側に突出した凸部３２が形成されている。本実施例では、約９０°の間隔で、４つの凸部３２が設けられている。該凸部３２は、例えば、前記振動板２６と同一材料で形成されており、振動板２６とともに湾曲ないし撓みが可能となっている。また、前記凸部３２は、断面が略長円形ないしトラック形状となっており、図３(B)に示すように撓みがない状態では、保持ガイド１６の溝１８の内側に平面部分が当接し、図３(A)及び(C)に示すように上又は下に撓んだ状態では、曲面部分で溝１８の内面と接するようになっている。前記アクチュエータ２０の外寸（凸部３２を含む径）は、例えば、１０ｍｍ×１０ｍｍ程度である。また、本実施例では、振動板２６の両面に圧電素子２８，３０を設けるバイモルフ型としたが、振動板２６のいずれか一方の面にのみ圧電素子を設けたユニモルフ型としてもよい。

このような構成のアクチュエータ２０の製造手順の一例を示すと、次のようになる。まず、外周部に凸部３２を備えた円盤状の金属の振動板２６の中心に、レンズ２４が入るように所定寸法の開口部を形成する。そして、該開口部にレンズ２４を適宜手段で固定するとともに、レンズ２４の外径よりも大きい内径を有する所定寸法のリング状の圧電素子２８及び３０を、振動板２６の表裏両面に導電性接着剤などの適宜手段で貼り合わせる。このとき、厚み方向に分極する圧電素子２８及び３０の分極方向が、接着後、レンズ２４の光軸方向に同一となるように貼り合わせる。また、前記圧電素子２８の電極層２８Ａ，圧電素子３０の電極層３０Ａ，振動板２６のそれぞれに、図示しないリード線が接合される。

前記図示しないリード線を介して、電極層２８Ａ，３０Ａと振動板２６との間に信号を与えると、各圧電素子２８，３０の圧電層の分極方向が同一方向となっているため、図３(D)に矢印ＦＡ及びＦＣで示す伸縮方向が互いに逆となる。すなわち、圧電素子２８が矢印ＦＡ方向に伸びたときは、圧電素子３０が矢印ＦＣ方向に縮むため、全体として矢印ＦＢに示す上方向（ＦＢ１方向）に伸び、最大に上に撓んだ状態では、図３(A)に示す状態となる。逆に、圧電素子２８が矢印ＦＡの方向に縮むように電圧を印加した場合には、圧電素子３０が矢印ＦＣ方向に伸びて、全体として矢印ＦＢに示す下方向（ＦＢ２方向）に伸び、最大に下に撓んだ状態では、図３(C)に示す状態になるという具合である。なお、図３に示す矢印ｆ１は、上に撓む場合に凸部３２に作用する上方向の力，矢印ｆ２は、下に撓む場合に作用する下方向の力を表している。図３(A)または(C)に示すように、アクチュエータ２０が上または下に撓むと、４つの凸部３２も振動板２６とともに湾曲して、アクチュエータ２０が縮んで径が小さくなるため、溝１８との接点が移動する。なお、前記凸部３２を溝１８にあわせて保持ガイド１６で押圧して保持しているため、アクチュエータ２０が上又は下に最大に撓んだ状態であっても、バネ１４により中心に向けて付勢された保持ガイド１６の摩擦力が凸部３２に作用するため、アクチュエータ２０が落下することがない。

次に、図４〜図６を参照して、本実施例の作用を説明する。図４は、圧電素子に印加される電圧と時間の関係を示す図である。図５及び図６は、本実施例の作用を示す説明図であり、図５は、上方向への移動の様子を示し、図６は、下方向への移動の様子を示している。

まず、図４(A)及び図５を参照して、上方向への駆動を行う場合について説明する。図４(A)において、横軸は、時間を示し、縦軸は、印加電圧を示している。図４(A)に示す波形の信号が圧電素子２８及び３０に印加されると、電圧Ａから電圧Ｂへ変化する急な立ち上がり部Ｃにおいて、アクチュエータ２０は、上方向（矢印ＦＢ１方向）に素早く撓み、電圧Ｂから電圧Ａへとゆっくり変化する立ち下がり部Ｄにおいて、徐々に元の平面状態に戻るという動作を繰り返す。このとき、素早く撓むほうが加速度が大きいため、凸部３２に働く上方向の力ｆ１が、下方向に働く力ｆ２よりも大きくなる。すなわち、ｆ１＞ｆ２となり、アクチュエータ２０は矢印ＦＢ１で示す上方向に変位する。

この様子を、図５を参照して説明すると、まず、図５(A)に示すように、位置ＰＡにある撓みのない平面状態のアクチュエータ２０に対して、急激な立ち上がりの電圧を印加すると、アクチュエータ２０は上方向に撓むとともに、撓みによって全体の径が小さくなる。また、上方向への加速度が大きいため、保持ガイド１６の弾性力と摩擦力を凌駕し、全体が上へ移動する。このとき、瞬間的に縮むアクチュエータ２０に対して、その外周部の凸部３２を保持する保持ガイド１６は、慣性により、中心に向けて縮むのが一瞬遅れ、凸部３２と無接触となる瞬間が生じる。従って、アクチュエータ２０は、保持ガイド１６と固着することなく、上方向に安定して移動する。なお、保持ガイド１６と無接触であっても、溝１８の一部に凸部３２が入り込む形状であるため、移動中の回転が抑制される。次いで、保持ガイド１６がバネ１４の弾性力により中心に向けて押されると、図５(B)に示すように、撓んだ状態のアクチュエータ２０の凸部３２が、再び保持ガイド１６と接触して、摩擦力とバネ１４による弾性力との作用により位置ＰＢで固定される。このとき、レンズ２４が取り付けられた中央部分は、上方向への勢いがついているため、位置ＰＣにある。

次に、図４(A)の緩やかな立ち下がり部Ｄに示すように、電圧をＢからＡまでゆっくりと戻すと、図５(C)に示すように、凸部３２が位置ＰＢに固定されたまま、アクチュエータ２０の最大移動部分（レンズ２４部分）が、位置ＰＣから位置ＰＢまで下方向に戻る。すなわち、アクチュエータ２０全体が、位置ＰＢで平面状となり、平面状に戻るときの力で保持ガイド１６を図５(C)に示す状態まで押し戻す。以上のような図５(A)〜(C)に示す動作を繰り返すことにより、アクチュエータ２０を上方向に駆動させることが可能となる。

次に、図４(B)及び図６を参照して、下方向への駆動を行う場合について説明する。図４(B)においても、横軸は、時間を示し、縦軸は印加電圧を示している。図４(B)に示す波形の信号が圧電素子２８及び３０に印加されると、電圧Ｅから電圧Ｆへ変化する急な立ち下がり部Ｇにおいて、アクチュエータ２０は、下方向（矢印ＦＢ２方向）に素早く撓み、電圧Ｆから電圧Ｅへとゆっくり変化する立ち上がり部Ｈにおいて、徐々に元の平面状態に戻るという動作を繰り返す。このとき、素早く撓むほうが加速度が大きいため、凸部３２に働く下方向の力ｆ２が、上方向に働く力ｆ１よりも大きくなる。すなわち、ｆ２＞ｆ１となり、アクチュエータ２０は矢印ＦＢ２で示す下方向に変位する。

この様子を、図６を参照して説明すると、まず、図６(A)に示すように、位置ＰＱにある撓みのない平面状態のアクチュエータ２０に対して、急激な立ち下がりの電圧を印加すると、アクチュエータ２０は下方向に撓むとともに、撓みによって全体の径が小さくなる。また、下方向への加速度が増して保持ガイド１６による弾性力と摩擦力を上回るため、全体が下方向へ移動する。このとき、瞬間的に縮むアクチュエータ２０に対して、その外周部の凸部３２を保持する保持ガイド１６は、慣性により、中心に向けて縮むのが一瞬遅れ、凸部３２と無接触となる瞬間が生じる。従って、アクチュエータ２０は、保持ガイド１６と固着せず、また、移動中に回転が生じることなく、下方向に安定して移動する。次いで、保持ガイド１６がバネ１４の弾性力により中心に押されると、図６(B)に示すように、撓んだ状態のアクチュエータ３０の凸部３２が、再び保持ガイド１６と接触して、摩擦力とバネ１４による弾性力との作用により位置ＰＲで固定される。このとき、レンズ２４が取り付けられた中央部分は、下方向への勢いがついているため、位置ＰＳにある。

ここで、図４(B)の緩やかな立ち上がり部Ｈに示すように、電圧をＦからＥまでゆっくりと戻すと、図６(C)に示すように、凸部３２が位置ＰＲに固定されたまま、アクチュエータ２０の最大移動部分（レンズ２４部分）が、位置ＰＳから位置ＰＲまで上方向に戻る。すなわち、アクチュエータ２０全体が、位置ＰＲで平面状態となり、その時の力で保持ガイド１６を図６(C)に示す状態まで押し戻す。以上のような図６(A)〜(C)に示す動作を繰り返すことにより、アクチュエータ２０を下方向に駆動させることが可能となる。

図７には、以上のようにして通路１２内で変位させたアクチュエータ２０の変位速度と、入力電圧の関係が示されている。図７において、横軸は、入力電圧の幅Ｖp-p[Ｖ]を示し、縦軸は、変位速度［ｍｍ／ｓ］を示している。図７に示すように、入力電圧の幅Ｖp-pと変位速度は、ほぼ比例の関係にあり、入力電圧の幅が５Ｖのときに、約２５ｍｍ／ｓという変位速度が得られた。なお、変位速度は、共振周波数で駆動する場合が一番速かった。上述したように、４つの凸部３２と保持ガイド１６との接点が常に移動するため、アクチュエータ２０は、途中で変位速度がばらついたり、停止したりすることなく、１Ｖ程度の低い駆動電圧でも一定の速度で安定して変位することが分かる。

このように、実施例１によれば、次のような効果がある。
(1)レンズ２４を圧電振動子２２と一体化することとしたので、部品点数が減り、小型化，軽量化，製造効率の向上，製造コストの低減を図ることができる。
(2)前記保持ガイド１６をバネ１４の弾性力を利用して付勢することとしたので、一定の弾性定数でアクチュエータ２０の外周部を押圧することができ、動作が安定する。
(3)上下に移動を行う際に、アクチュエータ２０の外周部と保持ガイド１６が無接触となる瞬間があり、これらの接点が移動するため固着が抑制される。従って、被変位物，すなわち、レンズ２４を変位方向に安定して駆動することができる。特に、背景技術のようなウエイトを利用しないため、上下いずれの方向へ移動を行う際でも、変位速度差が生じることがない。
(4)アクチュエータ２０の外周部の凸部３２を、保持ガイド１６の溝１８に係合可能とするとともに、アクチュエータ２０が撓んだ状態においても、凸部３２の一部が溝１８内に位置するようにしたので、変位時の回転を抑制し、安定した位置決めが可能である。
(5)アクチュエータ２０の駆動に背景技術に示すようなクランプ脚を必要としないため、変位が吸収されることなく、変位速度の低下を招くことがない。

次に、図８〜図１０を参照しながら、実施例２を説明する。なお、上述した実施例１と同一ないし対応する構成要素には同一の符号を用いることとする（以下の実施例についても同様）。図８は、本実施例の駆動装置５０を光軸方向から見た平面図，図９は、前記図８を＃Ｂ−＃Ｂ線に沿って切断し、矢印方向に見た断面図である。なお、図９において、(A)は、アクチュエータが上に最大に撓んだ様子，(B)は撓みのない様子，(C)は下に最大に撓んだ様子を示している。

本実施例の駆動装置５０は、図８及び図９に示すように、被変位物であるレンズ２４と圧電振動子５６を一体にして構成したアクチュエータ５４を、通路１２の内面から中心に向けて設けられたバネ１４の先端のシャフト５２によって保持する構成となっている。前記シャフト５２は、アクチュエータ５４の移動範囲（移送範囲）よりも長くなるように、前記通路１２の内面に長手方向，すなわち、レンズ２４の光軸方向に沿って配置されている。そして、前記バネ１４の弾性力によって、通路１２の中央に向けて付勢されることにより、アクチュエータ５４の外周部を保持している。前記圧電振動子５６は、中央に前記レンズ２４を取り付けるための開口部が形成された振動板５８の表裏両面に、圧電層に電極層を積層した圧電素子６０及び６２を適宜手段で貼り合わせたものであり、その中央の開口部に前記レンズ２４が適宜手段で取り付けられる。前記圧電素子６０及び６２は、前記実施例１と同様に、電圧を印加したときに分極方向が同一になるように設けられ、図示しないリード線などを介して電圧が印加される。なお、前記圧電素子６０及び６２を構成する材料としては、前記実施例１と同様のものが利用される。また、前記実施例１と同様に、振動板５８のいずれかの一方の面にのみ圧電素子を設けたユニモルフ型としてもよい。

前記振動板５８の外周部には、適宜間隔で径方向外側に突出した平面状の凸部６３が形成されている。本実施例では、約９０°の間隔て、４つの凸部６３が設けられている。該凸部６３は、例えば、前記振動板５８と同材料で一体に形成されており、振動板５８とともに湾曲ないし撓みが可能となっている。また、前記凸部６３には、前記バネ１４の先端に設けられたシャフト５２を通すための長穴状の開口部６４が、アクチュエータ５４の径方向に設けられている。なお、開口部６４は、前記シャフト５２が該開口部６４内でバネ１４の付勢方向にスライド可能となるように、シャフト５２の直径よりも若干幅が広くなるように予め設定されている。このため、図９(B)に示すように撓みがない状態では、開口部６４の中心側の平面にシャフト５２が当接し、図９(A)及び(C)に示すように、アクチュエータ５４が上又は下に撓んだ状態では、開口部６４の曲面部分でシャフト５２と接するようになっている。なお、上方向または下方向への移送の際に、慣性の働きによって、シャフト５２と開口部６４が無接触となる瞬間が生じる現象は、上述した実施例１と同様である。

以上のような構成の駆動装置５０の作用は、基本的には、上述した実施例１と同様であり、前記図４(A)に示すような急激な立ち上がりと緩やかな立ち下がりの波形の電圧を印加すると、アクチュエータ５４は、矢印ＦＢ１に示す上方向に移動する。同様に、前記図４(B)に示すような、急激な立ち下がりと緩やかな立ち上がりの波形の電圧を印加すると、アクチュエータ５４は、矢印ＦＢ２に示す下方向に移動する。

図１０には、通路１２内で変位させたアクチュエータ５４の変位速度と、入力電圧の関係が示されている。図１０において、横軸は、印加する入力電圧の幅Ｖｐ−ｐ[Ｖ]を示し、縦軸は、変位速度［ｍｍ／ｓ］を示している。図１０に示すように、入力電圧の幅Ｖｐ−ｐと変位速度は、ほぼ比例の関係にあり、入力電圧の幅が５Ｖのときに、約２０ｍｍ／ｓという変位速度が得られた。本実施例の場合でも、上述した実施例１と同様に、開口部６４とシャフト５２の接点が常に移動するため、アクチュエータ５４は、途中で変位速度がばらついたり、停止したりすることなく、１Ｖ程度の低い駆動電圧でも一定の速度で安定して変位することができる。

本実施例の効果も、基本的には前記実施例１と同様である。すなわち、圧電振動子５６とレンズ２４を一体化することとしたので、小型化，軽量化，製造効率の向上，製造コストの低減が可能となる。また、移送の際に、慣性の働きにより、シャフト５２と開口部６４が無接触となる瞬間が生じるため、シャフト５２と開口部６４の固着がなく、安定した移送が可能となるとともに、移送方向によって変位速度差が生じることがない。更に、本実施例によれば、回転防止機構として開口部６４内にシャフト５２を貫通させているため、移送時のアクチュエータ５４の回転が、更に良好に抑制され、移送後の位置のずれが生じることない。従って、回転抑制が必要とされる他の各種の被移送物についても、良好な移送を行うことができる。

なお、本発明は、上述した実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることができる。例えば、以下のものも含まれる。
(1)上述した実施例に示した材料，形状，寸法は一例であり、同様の作用を奏するように適宜変更可能である。
(2)圧電振動子の構造もユニモルフ，バイモルフのいずれであってもよい。また、圧電素子自体が、圧電層と電極層を交互に積層した積層構造のものであってもよく、その積層数，内部電極の接続パターン，引出構造なども必要に応じて適宜変更可能である。

(3)前記実施例における保持機構は一例であり、同様の効果を奏するように適宜設計変更可能である。例えば、前記実施例１では、保持機構が回転防止機構を兼ねることとしたが、図１１(A)に示す駆動装置１０Ａのように、レンズ２４の回転を抑制する必要がない場合には、振動板２６Ａの外周部に凸部を設けずに、直接、外周部を保持ガイド１６Ａで保持するようにしてもよい。なお、この場合、保持ガイド１６Ａの内側は、振動板２６Ａの外周部と一致する形状であればよく、前記実施例１に対応する溝１８を設ける必要はない。

あるいは、アクチュエータの形状を利用して保持機構及び回転防止機構を構成するようにしてもよい。例えば、図１１(B)に示す駆動装置７０では、アクチュエータ７６の全体形状が楕円形となっており、振動板７８の長径の両端側に凸部７９が形成されている。一方、通路７２の内面には、バネ７３が通路７２の中心に向けて設けられており、その先端には、前記凸部７９に一致する形状の溝７５が形成された保持ガイド７４が、通路の長手方向に沿って２つ設けられている。このような保持ガイド７４の溝７５に、凸部７９を係合させることにより、移送方向へのガイド，安定した保持，回転抑制が可能となる。また、楕円形状を利用し、振動板７８に凸部７９を形成せずに、該振動板７８の長径の両端と形状が一致する内面を有する保持ガイドで直接押圧するようにしても、同様の効果が得られる。なお、アクチュエータ７６に一体化する被移送物は、レンズに限らず任意のものであってよい。

また、例えば、図１１(C)に示す駆動装置８０のように、方形状のアクチュエータ９０の角部を利用して、保持及び回転抑制を行うようにしてもよい。図示の例では、断面方形状の通路８２の対向する２つの角から、バネ８４が通路８２の中心に向けて設けられており、その先端には、断面略Ｌ字状の保持ガイド８６が設けられている。一方、アクチュエータ９０は、方形状の振動板９２に圧電素子９４が貼り合わせられた圧電振動子の中央に、任意の被移送物９６が一体に取り付けられている。そして、前記振動板９２の４つの角９２Ａ〜９２Ｄのうち、対向する２つの角９２Ａ及び９２Ｃが、前記保持ガイド８６の中心側の面８８と接触するとともに、バネ８４によって中央に向けて押えられ、保持される。このように、方形状の振動板９４を利用することにより、凸部をあらためて設ける必要がなく、製造工程が簡略化できる。もちろん、通路８２は、円形であってもよい。

(4)駆動用の印加電圧波形も、駆動形態に応じて適宜設定してよい。また、バネ１４や保持ガイド１６を、駆動電圧供給用に利用してもよい。
(5)前記実施例のレンズ２４は一例であり、本発明は、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ほか、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適用可能である。

本発明によれば、印加電圧により面内で撓む平面変形素子と被変位物を一体化するとともに、前記通路内面から中心に向けて延出した付勢手段の先端の保持手段によって、前記平面変形素子の外周部を保持し、更に、回転防止機構によって、前記平面変形素子の移動時に、前記通路の長手方向を軸とする回転運動を抑制することとしたので、被変位物を通路内で移動させるための駆動装置に適用できる。特に、部品点数の削減と、変位方向への安定した駆動ができることから、小型化，軽量化，製造効率の向上などが必要とされる精密機器や通信機器などで利用される駆動装置の用途に好適である。

本発明の実施例１の駆動装置の全体構成を示す斜視図である。前記図１の駆動装置を光軸方向から見た平面図である。前記図２を＃Ａ−＃Ａ線に沿って切断した断面図であり、(A)はアクチュエータが上へ最大に撓んだ状態，(B)は撓みのない状態，(C)は下へ最大に撓んだ状態，(D)は前記(B)を一部拡大した状態を示す図である。前記実施例１のアクチュエータに印加される電圧と時間の関係を示す図である。前記実施例１の上方向への移動の様子を示す説明図である。前記実施例１の下方向への移動の様子を示す説明図である。前記実施例１のアクチュエータの変位速度と入力電圧の関係を示す図である。本発明の実施例２の駆動装置を光軸方向から見た平面図である。前記図８を＃Ｂ−＃Ｂ線に沿って切断した断面図であり、(A)はアクチュエータが上へ最大に撓んだ状態，(B)は撓みのない状態，(C)は下へ最大に撓んだ状態を示す図である。前記実施例２のアクチュエータの変位速度と入力電圧の関係を示す図である。本発明の他の実施例を示す主要平面図である。背景技術の一例を示す図である。背景技術の一例を示す図である。

符号の説明

１０，１０Ａ：駆動装置
１２：通路
１４：バネ
１６，１６Ａ：保持ガイド
１８：溝
２０：アクチュエータ
２２：圧電振動子
２４：レンズ
２６，２６Ａ：振動板
２８，３０：圧電素子
２８Ａ，３０Ａ：電極層
３２：凸部
５０：駆動装置
５２：シャフト
５４：アクチュエータ
５６：圧電振動子
５８：振動板
６０，６２：圧電素子
６０Ａ：電極層
６３：凸部
６４：開口部
７０：駆動装置
７２：通路
７３：バネ
７４：保持ガイド
７５：溝
７６：アクチュエータ
７８：振動板
７９：凸部
８０：駆動装置
８２：通路
８４：バネ
８６：保持ガイド
８８：面
９０：アクチュエータ
９２：振動板
９２Ａ〜９２Ｄ：角
９４：圧電素子
９６：被変位物
１０１：鏡筒
１０１ａ，１０１ｃ：両端
１０１ｂ，１０１ｄ：孔
１０１ｅ：支持部
１０１ｆ：フォーク
１０１ｋ：コ字状部
１０３：ガイドバー
１１２：圧電素子
１１３：駆動棒支持部材
１１３ａ，１１３ｃ，１１３ｅ：立ち上がり部
１１３ｂ，１１３ｄ：孔
１１４：板バネ
１１４ｃ：摩擦部
１１５，１１６：ネジ
１１７：駆動棒
２００：平面変形素子
２０２：ウエイト
２０４：クランプ脚
２０６：円板
２０８，２１０：圧電板
Ｗ：壁面

Claims

被変位物を通路内で移動させるための駆動装置であって、
前記被変位物が一体に取り付けられるとともに、圧電層に電極層を積層した圧電素子を、振動板の少なくとも一方の面に貼り合わせた圧電振動子であって、印加電圧により面内で撓む平面変形素子，
前記通路内面から該通路の中心に向けて延出した複数の付勢手段，
該付勢手段の先端に設けられており、前記平面変形素子の外周部を、前記付勢手段の弾性力によって押圧するとともに、前記被変位物の移動範囲に応じて移動をガイドする複数の保持手段，
前記平面変形素子の移動時に、前記通路の長手方向を軸とする回転運動を抑制するための回転防止機構，
を備えるとともに、
前記回転防止機構が、
前記平面変形素子の外周部に設けられており、該平面変形素子と一体に湾曲可能な突出部，
前記保持手段に長手方向に沿って形成されており、前記平面変形素子が湾曲しない状態において前記突出部に係合する溝部，
を含むことを特徴とする駆動装置。
被変位物を通路内で移動させるための駆動装置であって、
前記被変位物が一体に取り付けられるとともに、圧電層に電極層を積層した圧電素子を、振動板の少なくとも一方の面に貼り合わせた圧電振動子であって、印加電圧により面内で撓む平面変形素子，
前記通路内面から該通路の中心に向けて延出した複数の付勢手段，
該付勢手段の先端に設けられており、前記平面変形素子の外周部を、前記付勢手段の弾性力によって押圧するとともに、前記被変位物の移動範囲に応じて移動をガイドする複数の保持手段，
前記平面変形素子の移動時に、前記通路の長手方向を軸とする回転運動を抑制するための回転防止機構，
を備えるとともに、
前記保持手段が、前記通路の長手方向に沿って設けられた棒状体であるときに、前記回転防止機構が、
前記平面変形素子の外周部に設けられており、該平面変形素子と一体に湾曲可能な平面状の突出部，
該突出部に形成されており、前記保持手段を、前記付勢手段による付勢方向にスライド可能に貫通させる開口部，
を含むことを特徴とする駆動装置。