JP4906326B2 - 駆動装置及び駆動装置の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、電気機械変換素子を用いた駆動装置及びその駆動装置の製造方法に関するものである。

従来、電気機械変換素子を用いた駆動装置として、特開２００２−１４２４７０号公報に記載されるように、電気機械変換素子である圧電素子にシャフト状の駆動摩擦部材を取り付け、その駆動摩擦部材に係合部材を摩擦係合させ、圧電素子を伸縮させることにより係合部材を駆動摩擦部材に沿って移動させるものが知られている。
特開２００２−１４２４７０号公報

しかしながら、この駆動装置にあっては、移動対象物を精度良く移動させることが困難である。例えば、係合部材に移動対象物を取り付けて駆動摩擦部材に沿って移動させようとする場合、筐体などを貫通させて駆動摩擦部材を支持すると、駆動摩擦部材の円滑な往復移動を確保するために貫通孔と駆動摩擦部材と間にある程度のクリアランスが必要となる。このため、このクリアランスにより、駆動摩擦部材を位置ズレなく正確な位置及び姿勢に保持することが難しい。また、係合部材を駆動摩擦部材に摩擦係合させる際に板バネなどの金具を用いると、駆動摩擦部材に対し係合部材の位置及び傾き姿勢にズレを生じ、移動対象物を精度良く移動させることが困難となる。

そこで本発明は、移動対象物を精度良く移動できる駆動装置及び駆動装置の製造方法を提供することを目的とする。

本発明に係る駆動装置の製造方法は、電気機械変換素子を伸縮させることにより駆動部材を往復移動させ、前記駆動部材に摩擦係合される摩擦部材を前記駆動部材の長手方向に沿って移動させる駆動装置の製造方法であって、前記電気機械変換素子及び前記駆動部材を所定の位置に配置し、前記電気機械変換素子及び前記駆動部材を静止部材に対して位置決めする位置決め工程と、前記静止部材と前記電気機械変換素子との間に充填した樹脂材を硬化させ、前記静止部材に対し前記電気機械変換素子を支持する支持工程とを備えて構成されている。

この発明によれば、電気機械変換素子及び駆動部材を位置決めして配置した後、樹脂材を硬化させて静止部材に対し電気機械変換素子及び駆動部材を支持する。このため、電気機械変換素子及び駆動部材を正確な位置で支持することができる。従って、駆動部材に係合される摩擦部材又は摩擦部材に取り付けられる移動対象物を精度良く移動させることが可能となる。

この本発明に係る駆動装置の製造方法において、前記摩擦部材に移動レンズを一体化させてなる駆動装置の製造方法であって、前記位置決め工程は、前記移動レンズを備える光学系の光学調整を通じて前記移動レンズを位置決めし、その移動レンズの位置に応じて前記電気機械変換素子及び前記駆動部材の配置位置を決定することが好ましい。

この場合、移動レンズの位置決めを行った後、樹脂材を硬化させて静止部材に対し電気機械変換素子及び駆動部材を支持する。このため、移動対象物である移動レンズを精度良く配設することができ、移動レンズを備えた光学系の光学性能の向上が図れる。

本発明によれば、電気機械変換手段を樹脂部材により支持することにより、移動対象物を精度良く移動することができる。

以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
（第一実施形態）
図１は本発明の第一実施形態に係る駆動装置の断面図である。

図１に示すように、本実施形態に係る駆動装置１は、移動レンズ２０を移動対象物とし移動レンズ２０の駆動を行うものであり、圧電素子２、駆動部材３、摩擦部材４及び支持部材５を備えている。圧電素子２は、電気信号の入力により伸縮可能な電気機械変換素子であり、所定の方向へ伸長及び収縮可能となっている。この圧電素子２は、図示しない制御部に接続され、その制御部により電気信号を入力されることにより伸縮する。例えば、二つの入力端子を有する圧電素子２が用いられ、その入力端子に印加される電圧を繰り返して増減させることにより、圧電素子２が伸長及び収縮を繰り返す。

駆動部材３は、圧電素子２の伸縮方向に長手方向を向けて圧電素子２に取り付けられている。例えば、駆動部材３の一端が圧電素子２に当接され接着剤を用いて接着されている。この駆動部材３は、長尺状の部材であり、例えば円柱状のものが用いられる。駆動部材３は、圧電素子２に取り付けられることにより、圧電素子２の伸長及び収縮の繰り返し動作に応じて、その長手方向に沿って往復移動する。

摩擦部材４は、駆動部材３に移動可能に取り付けられている。この摩擦部材４は、駆動部材３に対し摩擦係合され、その長手方向に沿って移動自在となっている。例えば、摩擦部材４は、駆動部材３に対し所定の摩擦係数で係合しており、一定の押圧力で駆動部材３に押し付けられることによりその移動の際に一定の摩擦力が生ずるように取り付けられている。摩擦部材４にこの摩擦力を超える移動力が付与されることにより、摩擦力に抗して摩擦部材４が駆動部材３に沿って移動する。

圧電素子２は、支持部材５により静止部材１０に支持されている。支持部材５は、圧電素子２と静止部材１０の間に充填され硬化した樹脂材により構成されている。この支持部材５としては、圧電素子５の伸縮に応じて弾性変形する弾性変形部材が用いられ、例えば硬化したシリコーン樹脂材が用いられる。

圧電素子２及び駆動部材３は、支持部材５にのみにより静止部材１０に支持されている。支持部材５は、圧電素子２の周囲を被うように配設される。このため、図１において、支持部材５が二カ所にわたって図示されているが、この支持部材５、５は、一つの連続する支持部材５の断面をとることによって二つに図示されたものである。

静止部材１０は、圧電素子２及び駆動部材３を組み付けるための枠体若しくはフレーム部材として機能するものである。静止部材１０には、圧電素子２の配置領域、摩擦部材４の配置領域などを仕切るための仕切り部１１、１２が形成されている。この仕切り部１１、１２には、駆動部材３を貫通させるための貫通孔１１ａ、１２ａが形成されている。貫通孔１１ａ、１２ａは、駆動部材３の直径より十分に大きい口径とされ、その内周面が駆動部材３の外周に当接しないようになっている。これにより、駆動部材３が静止部材１０に直接接触しないため、駆動部材３の位置や移動が仕切り部１１、１２に拘束されることはない。また、駆動部材３が移動する際に静止部材１０に接触しないため、駆動部材３の円滑な移動を確保することができる。

摩擦部材４には、レンズ枠２１を介して移動レンズ２０が取り付けられている。移動レンズ２０は、カメラの撮影光学系を構成するものであり、駆動装置１の移動対象物となるものである。この移動レンズ２０は、摩擦部材３と一体的に結合され、摩擦部材４と共に移動するように設けられている。移動レンズ２０の光軸Ｏ上には、図示しない固定レンズなどが配設され、カメラの撮影光学系を構成している。

圧電素子２の端部には、錘部材７が取り付けられている。錘部材７は、圧電素子２の伸縮力を駆動部材３側へ伝達させるための部材であって、圧電素子２の駆動部材３が取り付けられる端部と反対側の端部に取り付けられている。錘部材７としては、弾性変形可能な部材に金属粉を混入させたものを用いることが好ましい。金属粉を混入させることにより重量を大きくすることができ、弾性変形可能な部材を用いることにより圧電素子２の作動時における不要な共振を減衰させることができる。

また、錘部材７は、静止部材１０に対し支持固定されない状態で設けられている。すなわち、錘部材７は、静止部材１０に対し直接支持されたり固定されておらず、また接着剤や樹脂材を介して静止部材１０に対し動きを拘束されるように支持されたり固定されていない状態で設けられている。

図２は、図１のII−IIにおける摩擦部材４の断面図である。

図２に示すように、摩擦部材４は、例えば、本体部４１及び押圧部４２を備えて構成される。本体部４１は、押圧部４２により駆動部材３に一定の力で押圧されている。本体部４１には、Ｖ字状の溝４１ａが形成されている。この溝４１ａの内面に駆動部材３が当接するように、本体部４１が配設される。このようにＶ字状の溝４１ａを用いて摩擦部材４を配設することにより、摩擦部材４を安定して駆動部材３に取り付けることができる。

押圧部４２としては、例えば、断面Ｌ字状の板バネ材が用いられる。押圧部４２の一辺４２ａを本体部４１に掛止させ、他の一辺４２ｂを溝４１ａの対向位置に配することにより、その他の一辺４２ｂで溝４１ａに収容される駆動部材３を本体部４１と共に挟み込むことができる。これにより、本体部４１を駆動部材３側へ押圧することができる。

このように、摩擦部材４は、押圧部４２により本体部４１を駆動部材３側に一定の力で押圧して取り付けられることにより、駆動部材３に対し摩擦係合される。すなわち、摩擦部材４は、駆動部材３に対し本体部４１及び押圧部４２が一定の押圧力で押し付けられ、その移動に際し一定の摩擦力が生ずるように取り付けられる。

次に、本実施形態に係る駆動装置の製造方法について説明する。

図３は、本実施形態に係る駆動装置の製造方法における位置決め工程の説明図である。図３に示すように、まず、圧電素子２に駆動部材３及び錘部材７が取り付けられる。この取り付けは、例えば接着剤を用いた接着により行われる。そして、駆動部材３に摩擦部材３が取り付けられる。このとき、摩擦部材３には、レンズ枠２１などを介して移動レンズ２０が一体に設けられている。

そして、圧電素子２が位置決め装置４０により保持される。位置決め装置４０は、静止部材１０に対する圧電素子２、駆動部材３、摩擦部材４及び移動レンズ２０の位置決めを行う装置であって、圧電素子２、駆動部材３、摩擦部材４及び移動レンズ２０のいずれかを保持し、配置位置の調整を行う機能を備えている。

図３の符号４０は、位置決め装置４０の把持部を示したものである。位置決め装置４０は、把持部により圧電素子２等を把持し、その把持部を移動させ把持部の角度を変えることにより、圧電素子２等の位置調整及び姿勢調整を行う。なお、図３では、位置決め装置４０により圧電素子２を保持しているが、駆動装置３などを保持して位置決めを行ってもよい。

そして、移動レンズ２０を含む撮影光学系の光軸Ｏの延長線上に検出器５０が配置される。検出器５０は、撮影光学系の光学性能を検出する光学性能検出手段であり、例えばＣＣＤなどのイメージセンサなどが用いられる。この検出器５０は、撮影光学系を通じて結像される画像を検出して出力する。この画像の結像状態に基づいて収差など撮影光学系の光学性能の状態を判断することができる。

そして、撮影光学系の光学性能が所定以上のものとなるように、移動レンズ２０の位置及び姿勢（配置角度）が位置決め装置４０によって調整される。すなわち、位置決め装置４０を作動させて圧電素子２の位置及び姿勢を変化させることにより、その圧電素子２と一体となって移動する移動レンズ２０の位置及び姿勢を調整する。この移動レンズ２０の位置決めが行われることにより、静止部材１０に対する圧電素子２及び駆動部材３の配置位置も決定し、それらの位置決め工程が完了する。

そして、圧電素子２、駆動部材３及び移動レンズ２０の位置及び姿勢の位置決めが完了したら、圧電素子２の支持工程が行われる。この支持工程は、静止部材１０と圧電素子２との間に樹脂材を充填し、その樹脂材を硬化させることにより行われる。

図４に示すように、圧電素子２などを位置決めした位置に保持した状態で圧電素子２と静止部材１０の間に樹脂材５ａが充填される。樹脂材５ａとしては、例えばシリコーン樹脂材が用いられる。また、樹脂材５ａとしては、硬化した後に所定以上の弾性変形特性を有するものであればよく、シリコーン樹脂材以外のものを用いる場合もある。

そして、樹脂材５ａが硬化したら、位置決め装置４０が取り外される。そして、樹脂材５ａの硬化により、弾性変形部材である支持部材５が形成される。支持部材５は、圧電素子２などを静止部材１０に対し移動可能に支持する。

なお、支持部材５は、静止部材１０と圧電素子２との間に形成されているが、静止部材１０と駆動部材３との間にまで拡張して形成されていてもよい。この場合であっても、そうでない場合とほぼ同様な作用効果を得ることができる。

次に、本実施形態に係る駆動装置１の基本動作について説明する。

図１において、圧電素子２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２が伸長及び収縮を繰り返す。電気信号としては、圧電素子２の伸長速度と収縮速度が異なるように圧電素子２を伸縮させるものが用いられる。例えば、図５、６に示すように、パルス信号であってその電圧の昇圧速度（増加速度）と降圧速度（減少速度）が異なるものが用いられる。

図５の電気信号が圧電素子２に入力される場合、電圧の昇圧速度が遅く降圧速度が速いので、圧電素子２はゆっくり伸長して速く収縮する。このため、駆動部材３は、圧電素子２から離間する方向へゆっくり移動し、圧電素子２に接近する方向へ素速く移動する。このとき、圧電素子２及び駆動部材３は支持部材５により移動可能に支持されているが、重量の大きい錘部材７が設けられることにより、圧電素子２の伸縮に応じて錘部材７側はあまり移動せず、駆動部材３が移動することとなる。

摩擦部材４は、駆動部材３の離間方向へのゆっくりした移動により駆動部材３と共に移動する。一方、摩擦部材４は、駆動部材３の接近方向への素速い移動があっても慣性により駆動部材３と共に移動しない。従って、駆動部材３の往復移動が繰り返し行われると、摩擦部材４は、圧電素子２から離間する方向へ移動することとなる。そして、摩擦部材４と一体に設けられる移動レンズ２０も圧電素子２から離間する方向へ移動する。

これに対し、図６の電気信号が圧電素子２に入力される場合、電圧の昇圧速度が速く降圧速度が遅いので、圧電素子２は速く伸長してゆっくり収縮する。このため、駆動部材３は、圧電素子２から離間する方向へ素速く移動し、圧電素子２に接近する方向へゆっくり移動する。

その際、摩擦部材４は、駆動部材３の離間方向への素速い移動により駆動部材３が移動してもその慣性により駆動部材３と共に移動しない。一方、摩擦部材４は、駆動部材３の接近方向へのゆっくりした移動により駆動部材３と共に移動する。従って、駆動部材３の往復移動が繰り返し行われると、摩擦部材４は、圧電素子２に接近する方向へ移動することとなる。そして、摩擦部材４と一体に設けられる移動レンズ２０も圧電素子２に接近する方向へ移動する。

このように圧電素子２に所定の電気信号を入力することにより、摩擦部材４及び移動レンズ２０を移動制御することができる。

以上のように、本実施形態に係る駆動装置１によれば、圧電素子２と静止部材１０との間に樹脂材５ａを充填して硬化させた支持部材５によって圧電素子２が支持されている。このため、圧電素子２及び駆動部材３を所望の位置に配置した後に樹脂材５ａを充填し硬化させることにより、圧電素子２及び駆動部材３を正確な位置に配置することができる。これにより、摩擦部材４又は摩擦部材４に取り付けられる移動レンズ２０を精度良く移動させることが可能となる。

また、本実施形態に係る駆動装置の製造方法によれば、圧電素子２及び駆動部材３を位置決めして配置した後、樹脂材５ａを硬化させて静止部材１０に対し圧電素子２及び駆動部材３を支持する。このため、圧電素子２及び駆動部材３を正確な位置で支持することができる。従って、駆動部材３に係合される摩擦部材４又は摩擦部材４に取り付けられる移動レンズ２０を精度良く移動させることができる。

また、この駆動装置１の製造方法において、移動レンズ２０の位置決めを行った後、樹脂材５ａを硬化させて静止部材１０に対し圧電素子２及び駆動部材３を支持することにより、移動対象物である移動レンズ２０を精度良く配設することができ、移動レンズ２０を備えた光学系の光学性能の向上を図ることができる。
（第二実施形態）
次に本発明の第二実施形態に係る駆動装置及びその製造方法について説明する。

図７に本実施形態に係る駆動装置の断面図を示す。図７に示すように、本実施形態に係る駆動装置１ａは、前述した第一実施形態に係る駆動装置１とほぼ同様に構成されるものであるが、圧電素子２及び駆動部材３を支持部材５及び保持部材１３により支持する点で異なっている。すなわち、第一実施形態に係る駆動装置１は、圧電素子２及び駆動部材３を支持部材５のみにより支持するものであったが、本実施形態に係る駆動装置１ａは、支持部材５と静止部材１０から駆動部材３の表面まで延びる一つの保持部材１３とによって圧電素子２及び駆動部材３を支持している。

保持部材１３は、例えば駆動部材３を横切る方向に形成される仕切り部に駆動部材３を挿通する挿通孔１３ａを形成して構成される。挿通孔１３ａは、軸方向に対し内周面が傾斜するテーパー孔とすることが好ましい。挿通孔１３ａをテーパー孔とすることにより、保持部材１３と駆動部材３との接触面積を小さくでき、保持部材１３により駆動部材３の姿勢（傾斜角度）を拘束しない状態で支持することができる。従って、駆動部材３を保持部材１３により保持した状態で圧電素子２、駆動部材３及び移動レンズ２０の位置決めを行うことができる。

このような本実施形態に係る駆動装置１ａであっても、第一実施形態に係る駆動装置１と同様な作用効果が得られる。また、第一実施形態に係る駆動装置１の製造方法と同様な製造方法を適用することができ、その製造方法により製造することと同様な作用効果が得られる。
（第三実施形態）
次に本発明の第三実施形態に係る駆動装置及びその製造方法について説明する。

図８に本実施形態に係る駆動装置の断面図を示す。図８に示すように、本実施形態に係る駆動装置１ｂは、前述した第一実施形態に係る駆動装置１とほぼ同様に構成されるものであるが、支持部材５が圧電素子２の端子Ｔ１、Ｔ２とリード線Ｌ１、Ｌ２の接続部分を被覆するように設けられている点で異なっている。

圧電素子２の外表面には、電気信号を入力するための端子Ｔ１、Ｔ２が設けられている。この端子Ｔ１、Ｔ２には、配線部材であるリード線Ｌ１、Ｌ２が接続されている。リード線Ｌ１、Ｌ２の接続は、例えば半田付けにより行われる。このリード線Ｌ１、Ｌ２を通じて端子Ｔ１、Ｔ２は、駆動回路Ｃに接続されている。この駆動回路Ｃからリード線Ｌ１、Ｌ２を介して電気信号が入力されることにより、圧電素子２が伸縮する。より具体的には、端子Ｔ１、Ｔ２の間の電圧（すなわち、電気信号）を繰り返して増減させることにより、圧電素子２が伸長及び収縮を繰り返す。

このような本実施形態に係る駆動装置１ｂであっても、上述した第一実施形態に係る駆動装置１と同様な作用効果を得ることができる。また、それに加え、圧電素子２の端子Ｔ１、Ｔ２とリード線Ｌ１、Ｌ２との接続部分８を支持部材５によって被覆することにより、端子Ｔ１、Ｔ２とリード線Ｌ１、Ｌ２との間の接続強度を向上させることができる。このため、駆動装置１ｂでは、圧電素子２の端子Ｔ１、Ｔ２とリード線Ｌ１、Ｌ２との接続部分８に大きなストレスが加わった場合でも、端子Ｔ１、Ｔ２からリード線Ｌ１、Ｌ２が剥がれ落ちることが抑制される。また、圧電素子２の端子Ｔ１、Ｔ２とリード線Ｌ１、Ｌ２との接続部分８において、リード線Ｌ１、Ｌ２が極端に折れ曲がって断線してしまうことが抑制される。

さらに、駆動装置１ｂでは、圧電素子２の端子Ｔ１、Ｔ２とリード線Ｌ１、Ｌ２との接続部分８が被覆されているため、その接続部分８に大きなストレスが加わった場合であっても、その接続部分８において半田やフラックス等の飛散物が発生することが抑制される。一方、接続部分８が被覆されていない従来の駆動装置においては、接続部分に大きなストレスが加わった場合には、飛散物が、駆動部材３と摩擦部材４との間の摩擦係合部分に付着して正確な駆動を妨げる事態や移動レンズ２０に付着して光学性能を劣化させる事態が生じるおそれがあった。すなわち、駆動装置１ｂにおいては、そのような事態の発生が有意に抑えられている。

なお、圧電素子２の端子Ｔ１、Ｔ２の位置は、必要に応じて変更することが可能である。すなわち、駆動装置１ｂは、圧電素子２の端子Ｔ１、Ｔ２が錘部材７に近い側の位置（駆動部材３から離れた側の位置）に設けられていたが、図９に示す駆動装置１ｃのように、駆動部材３に近い側の位置（錘部材７から離れた側の位置）に端子Ｔ１、Ｔ２を設けてもよい。このような位置に端子Ｔ１、Ｔ２を設けた圧電素子２を採用することで、支持部材５が駆動部材３に近い側の位置で圧電素子２を支持する場合には、支持部材５を構成する樹脂材５ａの量を低減することができる。これにより、製造コストの低減や樹脂充填作業の容易化が図られる。

また、端子Ｔ１、Ｔ２の位置関係は、必ずしも圧電素子２の延在方向に直交する方向に並べておく必要はなく、圧電素子２の延在方向に並べてもよい。さらに、支持部材５は、端子Ｔ１、Ｔ２の一方の端子のみを被覆するだけでもよい。

また、本実施形態では、配線部材としてリード線Ｌ１、Ｌ２を用いる場合について説明したが、その他の配線部材を用いる場合であってもよい。例えば、配線部材として、フレキシブル基板やリードフレーム等を用いてもよい。また、端子と配線部材との接続は、はんだ接合に限らず、導電性接着剤を用いた接着や溶接等の接続方法に適宜変更してもよい。

なお、上述した各実施形態は本発明に係る駆動装置の一例を示すものである。本発明に係る駆動装置は、これらの実施形態に係る駆動装置に限られるものではなく、各請求項に記載した要旨を変更しない範囲で、実施形態に係る駆動装置及びその製造方法を変形し、又は他のものに適用したものであってもよい。例えば、本実施形態では、移動レンズ２０を駆動する駆動装置に適用した装置及びその製造方法について説明したが、移動レンズ２０以外の物を駆動する駆動装置及びその製造方法に適用してもよい。

本発明の第一実施形態に係る駆動装置の断面図である。 図１の駆動装置のII−IIにおける摩擦部材の断面図である。 図１の駆動装置の製造方法における位置決め工程の説明図である。 図１の駆動装置の製造方法における支持工程の説明図である。 図１の駆動装置における圧電素子に入力される電気信号の説明図である。 図１の駆動装置における圧電素子に入力される電気信号の説明図である。 本発明の第二実施形態に係る駆動装置の断面図である。 本発明の第三実施形態に係る駆動装置の断面図である。 本発明の第三実施形態に係る駆動装置の変形例の説明図である。

符号の説明

１…駆動装置、２…圧電素子（電気機械変換素子）、３…駆動部材、４…摩擦部材、５…支持部材、７…錘部材、１０…静止部材、２０…移動レンズ（移動対象物）。

Claims (2)

1. 電気機械変換素子を伸縮させることにより駆動部材を往復移動させ、前記駆動部材に摩擦係合される摩擦部材を前記駆動部材の長手方向に沿って移動させる駆動装置の製造方法であって、
   前記電気機械変換素子及び前記駆動部材を所定の位置に配置し、前記電気機械変換素子及び前記駆動部材を静止部材に対して位置決めする位置決め工程と、
   前記静止部材と前記電気機械変換素子との間に充填した樹脂材を硬化させ、前記静止部材に対し前記電気機械変換素子を支持する支持工程と、
   を備えたことを特徴とする駆動装置の製造方法。
2. 前記摩擦部材に移動レンズを一体化させてなる駆動装置の製造方法であって、
   前記位置決め工程は、前記移動レンズを備える光学系の光学調整を通じて前記移動レンズを位置決めし、その移動レンズの位置に応じて前記電気機械変換素子及び前記駆動部材の配置位置を決定すること、
   を特徴とする請求項１に記載の駆動装置の製造方法。

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