JP4860565B2 - Drive device - Google Patents
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Description
本発明は、例えばカメラ付き携帯電話機や小型デジタルカメラ等においてレンズ等を駆動するのに好適な駆動装置に関する。 The present invention relates to a driving device suitable for driving a lens or the like in, for example, a mobile phone with a camera or a small digital camera.
従来における上記技術分野の駆動装置として、所定の基準線の延在方向に伸縮する電気機械変換素子と、所定の基準線の延在方向における電気機械変換素子の一端に取り付けられた駆動軸と、駆動軸に摩擦係合された被駆動体と、電気機械変換素子を支持すると共に、駆動軸の軸受穴を有するホルダと、を備えるものが知られている(例えば、特許文献1〜3参照)。
As a conventional driving device in the technical field, an electromechanical conversion element that expands and contracts in the extending direction of a predetermined reference line, a drive shaft attached to one end of the electromechanical conversion element in the extending direction of the predetermined reference line, A device including a driven body frictionally engaged with a drive shaft and a holder that supports an electromechanical conversion element and has a bearing hole of the drive shaft is known (see, for example,
このような駆動装置においては、鋸歯状の波形を有する駆動パルスが電気機械変換素子に印加されて、伸長速度と収縮速度とが異なった状態で電気機械変換素子が変形させられる。そして、電気機械変換素子が遅い速度で変形すると、被駆動体は摩擦によって駆動軸に対して静止し、逆に、電気機械変換素子が速い速度で変形すると、被駆動体は慣性によって駆動軸に対して移動する。従って、鋸歯状の波形を有する駆動パルスを電気機械変換素子に繰り返し印加することで、被駆動体を細かなピッチで間欠的に移動させることができる。 In such a drive device, a drive pulse having a sawtooth waveform is applied to the electromechanical conversion element, and the electromechanical conversion element is deformed in a state where the expansion speed and the contraction speed are different. When the electromechanical conversion element is deformed at a slow speed, the driven body is stationary with respect to the drive shaft due to friction, and conversely, when the electromechanical conversion element is deformed at a high speed, the driven body is transformed into the drive shaft by inertia. Move against. Therefore, by repeatedly applying a drive pulse having a sawtooth waveform to the electromechanical transducer, the driven body can be intermittently moved at a fine pitch.
また、電気機械変換素子の支持安定性を向上させるための駆動装置として、所定の基準線の延在方向に伸縮する電気機械変換素子と、所定の基準線の延在方向における電気機械変換素子の一端側に配置された駆動軸と、駆動軸に摩擦係合された被駆動体と、電気機械変換素子及び駆動軸を支持すると共に、電気機械変換素子と駆動軸とが当接するように電気機械変換素子の他端及び駆動軸の一端を付勢するホルダと、を備えるものが知られている(例えば、特許文献4参照)。しかしながら、このような駆動装置にあっては、電気機械変換素子と駆動軸とが当接するように電気機械変換素子の他端及び駆動軸の一端がホルダによって付勢されているため、電気機械変換素子の支持安定性は向上するものの、電気機械変換素子の伸縮をより大きくすることは困難である。一方、電気機械変換素子の伸縮をより大きくするためには、電気機械変換素子をホルダに弾性的に支持させる技術が有効である(例えば、特許文献5参照)。
ところで、電気機械変換素子をホルダに弾性的に支持させる技術を採用した駆動装置においては、電気機械変換素子の支持安定性をより向上させることが望まれている。特に、カメラ付き携帯電話機や小型デジタルカメラ等においてレンズ等を駆動するに際しては、極めて高い光学性能が要求されるため、落下等による衝撃に起因して電気機械変換素子にずれが生じると、そのずれが僅かなものであっても、深刻な問題となるからである。 By the way, in a drive device that employs a technique for elastically supporting the electromechanical conversion element on the holder, it is desired to further improve the support stability of the electromechanical conversion element. In particular, when driving a lens or the like in a camera-equipped mobile phone or a small digital camera, extremely high optical performance is required. Therefore, if the electromechanical conversion element is displaced due to an impact caused by dropping or the like, the displacement This is because even a small amount is a serious problem.
そこで、本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、電気機械変換素子の伸縮をより大きくすることができると共に、電気機械変換素子の支持安定性をより向上させることができる駆動装置を提供することを目的とする。 Accordingly, the present invention has been made in view of such circumstances, and can drive the electromechanical conversion element that can further expand and contract and can further improve the support stability of the electromechanical conversion element. An object is to provide an apparatus.
上記目的を達成するために、本発明に係る駆動装置は、所定の基準線の延在方向に伸縮する電気機械変換素子と、延在方向における電気機械変換素子の一端に取り付けられた中空の駆動軸と、駆動軸に摩擦係合された被駆動体と、電気機械変換素子を支持すると共に、駆動軸の軸受部を有するホルダと、軸受部に設けられると共に、ホルダに固定される固定部、及び駆動軸内に一端側から嵌められる嵌合部を有する支持部材と、駆動軸内において電気機械変換素子と嵌合部との間に配置され、電気機械変換素子を延在方向に付勢する付勢部材と、を備えることを特徴とする。 In order to achieve the above object, a drive device according to the present invention includes an electromechanical conversion element that expands and contracts in the extending direction of a predetermined reference line, and a hollow drive that is attached to one end of the electromechanical conversion element in the extending direction. A shaft, a driven body frictionally engaged with the drive shaft, a holder that supports the electromechanical conversion element and has a bearing portion of the drive shaft, and a fixed portion that is provided on the bearing portion and fixed to the holder, And a support member having a fitting portion fitted into the drive shaft from one end side, and disposed between the electromechanical conversion element and the fitting portion in the drive shaft, and urges the electromechanical conversion element in the extending direction. And an urging member.
この駆動装置では、電気機械変換素子をホルダに弾性的に支持させることで、電気機械変換素子の伸縮をより大きくすることができる。このとき、中空の駆動軸内において電気機械変換素子と支持部材の嵌合部との間に配置された付勢部材によって電気機械変換素子がその伸縮方向に付勢されているため、電気機械変換素子の支持安定性をより向上させることができる。 In this drive device, the electromechanical conversion element can be elastically supported by the holder, whereby the expansion and contraction of the electromechanical conversion element can be further increased. At this time, the electromechanical conversion element is urged in the expansion and contraction direction by the urging member disposed between the electromechanical conversion element and the fitting portion of the support member in the hollow drive shaft. The support stability of the element can be further improved.
本発明に係る駆動装置においては、付勢部材は、駆動軸内において電気機械変換素子と嵌合部との間に圧縮された状態で配置されたバネであることが好ましい。この場合、バネのバネ定数を変えることで、電気機械変換素子の支持安定性や駆動装置の駆動性能を調整することができる。 In the drive device according to the present invention, it is preferable that the biasing member is a spring disposed in a compressed state between the electromechanical conversion element and the fitting portion in the drive shaft. In this case, by changing the spring constant of the spring, it is possible to adjust the support stability of the electromechanical conversion element and the drive performance of the drive device.
本発明によれば、電気機械変換素子の伸縮をより大きくすることができると共に、電気機械変換素子の支持安定性をより向上させることができる。 According to the present invention, the expansion and contraction of the electromechanical conversion element can be further increased, and the support stability of the electromechanical conversion element can be further improved.
以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図において同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。 DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In addition, in each figure, the same code | symbol is attached | subjected to the same or an equivalent part, and the overlapping description is abbreviate | omitted.
図1は、本発明に係る駆動装置の一実施形態を示す斜視図であり、図2は、図1に示されたII−II線に沿っての部分断面図である。図1,2に示されるように、駆動装置1は、レンズ枠(被駆動体)2が保持するレンズを光軸OAに沿って駆動するための装置であって、例えばカメラ付き携帯電話機や小型デジタルカメラ等に好適なものである。
FIG. 1 is a perspective view showing an embodiment of a drive device according to the present invention, and FIG. 2 is a partial cross-sectional view taken along the line II-II shown in FIG. As shown in FIGS. 1 and 2, the
駆動装置1は、レンズ枠2を収容するホルダ3を備えている。ホルダ3は、光軸OAに平行な基準線FLの延在方向に伸縮する圧電素子(電気機械変換素子)4を支持している。具体的には、圧電素子4は、シリコーン接着剤によりホルダ3に接着されたシリコーンキャップ5によって、基準線FLの延在方向に対して側方から保持されることで、ホルダ3によって弾性的に支持されている。なお、圧電素子4には、駆動パルスを印加するための入力端子4a,4bが設けられている。
The
基準線FLの延在方向における圧電素子4の一端には、基準線FLに沿って延在するように、中空の駆動軸6が接着剤7により固定されている。駆動軸6は、例えばカーボングラファイト等、黒鉛結晶が強固に複合させられてなる黒鉛複合体により円筒状に形成されている。
A
駆動軸6の一端部は、ホルダ3が有する仕切部11に形成された軸受穴(軸受部)11aに隙間嵌めされている。一方、駆動軸6の他端部は、ホルダ3が有する仕切部12に形成された貫通穴12aを挿通している。これにより、駆動軸6は、基準線FLに沿って往復動可能となっている。
One end portion of the
駆動軸6には、仕切部11,12によってそれらの間に移動領域が規制されたレンズ枠2の係合部2aが摩擦係合されている。具体的には、係合部2aに固定された断面V字状の板部材13と、係合部2aに係止された板バネ14によって板部材13側に付勢された断面V字状の板部材15とが駆動軸6を挟持することで、係合部2aは、その移動の際に一定の摩擦力が生ずるように、駆動軸6に取り付けられている。なお、ホルダ3には、レンズ枠2が有する断面U字状の溝内に配置される軸9が基準線FLの延在方向に沿って掛け渡されている。つまり、駆動軸6は、レンズ枠2のガイド軸としても機能し、軸9は、レンズ枠2の回転止め軸として機能する。
The
更に、仕切部11の軸受穴11aには、駆動軸6を支持する支持部材20が設けられている。支持部材20は、ホルダ3に接着固定される矩形板状の固定部21、及び駆動軸6内にその一端側から隙間嵌めされる嵌合部22を有している。固定部21の他端面と駆動軸6の一端面との間には、圧電素子4が最も伸張した際においてもそれらが接触しないように、クリアランスが設けられている。駆動軸6内において圧電素子4の一端面と嵌合部22の他端面との間には、圧縮された状態でバネ(付勢部材)26が配置されている。バネ26は、基準線FLの延在方向における他方の側に圧電素子4を付勢している。なお、ホルダ3に対する固定部21の固定は、接着固定に限らず、ネジ止め等であってもよい。
Further, a
以上のように構成された駆動装置1では、圧電素子4がホルダ3によって弾性的に支持されている。そのため、例えば、圧電素子4と駆動軸6とが当接するように圧電素子4の他端及び駆動軸6の一端がホルダ3によって付勢されるような場合に比べ、圧電素子4の伸縮をより大きくすることができる。しかも、中空の駆動軸6内において圧電素子4と支持部材20の嵌合部22との間に配置されたバネ26によって、圧電素子4が基準線FLの延在方向(伸縮方向)における他方の側に付勢されている。そのため、例えばバネ26が設けられずに圧電素子4の他端に錘部材が取り付けられるような場合に比べ、ホルダ3による圧電素子4の支持安定性をより向上させることができる。これにより、落下等による衝撃に起因して圧電素子4にずれが生じることが防止されるため、例えばカメラ付き携帯電話機や小型デジタルカメラ等においてレンズ等を駆動するに際し、極めて高い光学性能を維持することが可能となる。
In the
なお、圧電素子4をホルダ3に弾性的に支持させる際の硬度(例えばシリコーンキャップ5の硬度)としては、デュロメータA90以下が好適であり、デュロメータA20〜60がより好適である。
In addition, as hardness (for example, hardness of the silicone cap 5) at the time of making the
更に、バネ26のバネ定数を変えることで、ホルダ3による圧電素子4の支持安定性や駆動装置1の駆動性能を調整することができる。
Furthermore, by changing the spring constant of the
ここで、駆動装置1の動作について説明する。図3は、図1に示された圧電素子を作動させる駆動回路の回路図である。図4は、図3に示された駆動回路に入力される入力信号の波形図であり、図5は、図3に示された駆動回路から出力される出力信号の波形図である。
Here, the operation of the
図3に示されるように、駆動回路31は、制御部30内に設けられている。制御部30は、駆動装置1の全体制御を行うものであって、例えば、CPU、ROM、RAM、入力信号回路及び出力信号回路等を有している。駆動回路31は、圧電素子4のドライブ回路として機能するものであり、圧電素子4に対して駆動用の電気信号を出力する。駆動回路31は、制御部30の制御信号生成部から制御信号を入力し、その制御信号を電圧増幅又は電流増幅して圧電素子4の駆動用電気信号を出力する。駆動回路31は、例えば、入力段を論理回路U1〜U3により構成し、出力段に電界効果型のトランジスタ(FET)Q1,Q2を備えたものが用いられる。トランジスタQ1,Q2は、出力信号として、Hi出力(高電位出力)、Lo出力(低電位出力)及びOFF出力(オープン出力)を出力可能となっている。
As shown in FIG. 3, the
図4(a)は、係合部2aが圧電素子4に接近するようにレンズ枠2を移動させる際に入力される入力信号であり、図4(b)は、係合部2aが圧電素子4から離間するようにレンズ枠2を移動させる際に入力される入力信号である。また、図5(a)は、係合部2aが圧電素子4に接近するようにレンズ枠2を移動させる際に出力される出力信号であり、図5(b)は、係合部2aが圧電素子4から離間するようにレンズ枠2を移動させる際に出力される出力信号である。
4A shows an input signal input when the
図5(a),(b)の出力信号は、図4(a),(b)の入力信号と同一タイミングでON/OFFするパルス信号となっている。図5(a),(b)の2つの信号は、圧電素子4の入力端子4a,4bに入力される。この入力端子4a,4bには、鋸歯状の波形を有するパルス信号を入力してもよいが、図5に示されるように、矩形状の波形を有するパルス信号を入力しても、圧電素子4を作動させることができる。この場合、圧電素子4の駆動信号が矩形状の波形を有するパルス信号でよいため、信号生成が容易となる。
The output signals in FIGS. 5A and 5B are pulse signals that are turned ON / OFF at the same timing as the input signals in FIGS. 4A and 4B. The two signals shown in FIGS. 5A and 5B are input to the
図5(a),(b)の出力信号は、同一周波数となる2つのパルス信号により構成されている。この2つのパルス信号は、互いの位相を異ならせることで、互いの信号の電位差が段階的に大きくなって急激に小さくなる信号、又は互いの信号の電位差が急激に大きくなって段階的に小さくなる信号となっている。このような2つの信号を入力することにより、圧電素子4の伸長速度と収縮速度とを異ならせることができ、係合部2a、延いてはレンズ枠2を移動させることが可能となる。
The output signals in FIGS. 5A and 5B are composed of two pulse signals having the same frequency. These two pulse signals have different phases, so that the potential difference between the signals increases stepwise and decreases rapidly, or the potential difference between the signals increases rapidly and decreases stepwise. It becomes the signal which becomes. By inputting such two signals, the extension speed and the contraction speed of the
例えば、図5(a),(b)においては、一方の信号がHi(ハイ)からLo(ロー)となった後に、他方の信号がHiとなるように設定されている。それらの信号においては、一方の信号がLoとなった際に、一定のタイムラグtOFFの経過後、他方の信号がHiとなるように設定される。また、2つの信号が両方ともLoの場合には、出力としてはオフ状態(オープン状態)とされる。 For example, in FIGS. 5A and 5B, after one signal changes from Hi (high) to Lo (low), the other signal is set to Hi. These signals are set so that when one signal becomes Lo, the other signal becomes Hi after a certain time lag t OFF has elapsed. When both signals are Lo, the output is turned off (open state).
図5(a),(b)の出力信号、すなわち圧電素子4を作動させる電気信号としては、可聴周波数を超える周波数の信号が用いられる。図5(a),(b)においては、2つの信号の周波数は、可聴周波数を超える周波数信号とされ、例えば、30〜80kHz、より好ましくは40〜60kHzの周波数信号とされる。このような周波数の信号を用いることで、圧電素子4の可聴領域における作動音を低減することができる。
As the output signals shown in FIGS. 5A and 5B, that is, electric signals for operating the
以上により、駆動装置1は、次のように動作する。すなわち、圧電素子4に電気信号が入力され、その電気信号の入力により圧電素子4が伸長及び収縮を繰り返す。この伸長及び収縮に応じて駆動軸6が往復動する。このとき、圧電素子4の伸長速度と収縮速度とを異ならせることで、駆動軸6が一方向へ移動する速度と他方向へ移動する速度とが異なることとなる。これにより、係合部2a、延いてはレンズ枠2が所望の方向へ移動させられる。
As described above, the driving
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではない。 The present invention is not limited to the embodiment described above.
例えば、駆動軸6内において圧電素子4の一端面と嵌合部22の他端面との間に、圧縮された状態でゴム等の弾性部材が配置されてもよい。この場合にも、弾性部材によって圧電素子4が基準線FLの延在方向における他方の側に付勢されるため、例えば弾性部材が設けられずに圧電素子4の他端に錘部材が取り付けられるような場合に比べ、ホルダ3による圧電素子4の支持安定性をより向上させることができる。
For example, an elastic member such as rubber may be disposed in a compressed state between one end surface of the
また、上記実施形態では、圧電素子4が基準線FLの延在方向における他方の側に付勢されていたが、これに限定されない。一例として、駆動軸6内において圧電素子4の一端面と嵌合部22の他端面との間に引張バネ等を取り付けることで、圧電素子4が基準線FLの延在方向における一方の側に付勢されるようにしてもよい。
Moreover, in the said embodiment, although the
更に、駆動軸6内において圧電素子4の一端面や嵌合部22の他端面を直接的に押圧又は引張せず、何らかの部材を介して圧電素子4の一端面や嵌合部22の他端面を間接的に押圧又は引張することで、圧電素子4が基準線FLの延在方向に付勢されるようにしてもよい。
Further, the one end surface of the
また、ホルダ3による圧電素子4の支持は、基準線FLの延在方向に対して側方からの支持に限定されず、弾性的な支持であれば、基準線FLの延在方向における他方の側からの支持であってもよい。
Further, the support of the
1…駆動装置、2…レンズ枠(被駆動体)、3…ホルダ、4…圧電素子(電気機械変換素子)、6…駆動軸、11a…軸受穴(軸受部)、20…支持部材、21…固定部、22…嵌合部、26…バネ(付勢部材)、FL…基準線。
DESCRIPTION OF
Claims (2)
前記延在方向における前記電気機械変換素子の一端に取り付けられた中空の駆動軸と、
前記駆動軸に摩擦係合された被駆動体と、
前記電気機械変換素子を支持すると共に、前記駆動軸の軸受部を有するホルダと、
前記軸受部に設けられると共に、前記ホルダに固定される固定部、及び前記駆動軸内に一端側から嵌められる嵌合部を有する支持部材と、
前記駆動軸内において前記電気機械変換素子と前記嵌合部との間に配置され、前記電気機械変換素子を前記延在方向に付勢する付勢部材と、を備えることを特徴とする駆動装置。 An electromechanical transducer that expands and contracts in the extending direction of a predetermined reference line;
A hollow drive shaft attached to one end of the electromechanical transducer in the extending direction;
A driven body frictionally engaged with the drive shaft;
A holder that supports the electromechanical transducer and has a bearing portion of the drive shaft;
A support member that is provided on the bearing portion, and has a fixed portion that is fixed to the holder, and a fitting portion that is fitted from one end into the drive shaft;
A drive device comprising: an urging member disposed between the electromechanical conversion element and the fitting portion in the drive shaft and urging the electromechanical conversion element in the extending direction; .
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