JP4997774B2 - 駆動装置 - Google Patents

Description

本発明は、電気機械変換素子を使用した駆動装置に関し、例えばカメラのレンズ駆動やＸ−Ｙテーブルの精密駆動などに適した駆動装置に関する。

従来、電気機械変換素子である圧電素子の伸縮を利用して、移動体を移動させる駆動装置が知られている。図１および図２にリニア型駆動装置の例を示す。図１に示した駆動装置１００は、圧電素子１０１の伸縮方向の一端が固定体１０２の端面に接着剤１０２ａで固定され、他端に移動体支持部材である駆動軸１０３が接着剤１０１ａで固定されている。また、圧電素子１０１には給電部材１０４が導電性接着剤で接続されており、これにより圧電素子１０１に所定のパルス電圧が印加されるようになっている。

図２に示すように、移動体１０８は駆動軸１０３に沿って摺動可能になっている。移動体１０８は、移動体本体であるスライダ１０５と、該スライダ１０５との間に駆動軸１０３を挟持する挟持部材１０６と、駆動軸１０３を挟んで挟持部材１０６をスライダ１０５に向かって押し付ける板バネ１０７とから構成されている。例えばレンズ等の光学部材をスライダ１０５に取り付けることで、移動体１０８が駆動軸１０３上で移動することによって光学部材が直進駆動されるようになっている。

図３に前記駆動装置１００の駆動原理を示す。駆動装置１００の圧電素子１０１に、例えば図３（ｂ）に示すような緩やかな立ち上がり部分（Ａ−Ｂ間）と急激な立ち下がり部分（Ｂ−Ｃ間）を有する鋸歯状波形のパルス電圧を印加すると、まず、パルス電圧の緩やかな立ち上がり部分（Ａ−Ｂ間）では、図３（ａ２）に示すように圧電素子１０１が緩やかにその厚み方向に伸び変位し、圧電素子１０１に固定されている駆動軸１０３が繰り出し方向に移動する。これに伴い、駆動軸１０３に摩擦係合した移動体１０８が駆動軸１０３と共に移動する。

続いて、パルス電圧の急激な立ち下がり部分（Ｂ−Ｃ間）では、圧電素子１０１は急速に厚み方向に縮み変位し、圧電素子１０１に固定された駆動軸１０３も急速に戻り方向に変位する。このとき、図３（ａ３）に示すように、移動体１０８の慣性力が駆動軸１０３との間の摩擦力に打ち勝って滑りを生じることで、移動体１０８は実質的にその位置に留まって移動しない。その結果、図３（ａ１）に示す初期状態よりも伸びと縮みとの移動量の差の分だけ移動体１０８が繰り出し方向へ移動する。このような圧電素子１０１の伸縮が繰り返されることで、移動体１０８は駆動軸１０３に沿って繰り出し方向に駆動されることになる。

これに対し、上述したのとは逆の原理で移動体１０８は戻り方向に駆動される。すなわち、圧電素子１０１に急激な立ち上がり部分と緩やかな立ち下がり部分とからなる鋸歯状波形のパルス電圧が印加されると、パルス電圧の急激な立ち上がり部分では、圧電素子１０１が急速に伸び変位して、これに伴って圧電素子１０１に固定された駆動軸１０３も急速に繰り出し方向に変位する。このとき、移動体１０８の慣性力が駆動軸１０３との間の摩擦力に打ち勝って滑りを生じることで、移動体１０８は実質的にその位置に留まって移動しない。

続いて、パルス電圧の緩やかな立ち下がり部分では、圧電素子１０１が緩やかに縮み変位し、これに伴って圧電素子１０１に固定された駆動軸１０３も緩やかに戻り方向に変位する。このとき、駆動軸１０３と共に移動体１０８も戻り方向に変位する。その結果、初期状態よりも伸びと縮みとの移動量の差の分だけ移動体１０８が戻り方向へ移動する。このような圧電素子１０１の伸縮が繰り返されることで、移動体１０８は駆動軸１０３に沿って戻り方向に駆動されることになる。

図４に示すように、前記駆動装置１００において、駆動軸１０３は円形横断面を有する軸部材で構成され、挟持部材１０６は端面がＶ字状をなす屈曲板部材で構成されており、端面が略コ字状をなす板バネ１０７で挟持部材１０６が駆動軸１０３に押し付けられることによって挟持部材１０６と駆動軸１０３との間に摩擦力が生じることになる。

しかしながら、移動体１０８の移動方向に垂直な断面において、挟持部材１０６は駆動軸１０３の周面に沿った方向（矢印Ａ方向）に位置規制されていないため、移動体１０８が駆動軸１０３に組み付けられたときに挟持部材１０６と駆動軸１０３との接触状態が一定せず、同じ構成の複数の駆動装置間において挟持部材１０６と駆動軸１０３間の摩擦力にばらつきが生じる結果になっていた。そのために、駆動装置１００を組み立てた後に、各駆動装置１００について移動体１０８の摩擦力が所望の範囲内になっているかを検査しなければならず、煩雑であった。

また、駆動装置１００では、板バネ１０７で挟持部材１０６を駆動軸１０３に対して押圧しているが、一般に板バネ１０７はバネ定数が大きい付勢部材であるので微小な取り付け誤差で前記摩擦力が大きく変わり、複数の駆動装置１００間で駆動力および駆動速度が大きく変化する原因の１つであった。

さらに、略コ字状に折り曲げられた板バネ１０７を取り付けるとき、その付勢方向とは反対方向に引き広げて組み付けるので、時として板バネ１０７の降伏点を越えて引き広げてしまい、バネ定数を変化させてしまうこともある。

さらにまた、板バネ１０７は、プレス金型を用いて製作されるが、板バネ１０７について設計変更を行う場合、金型の修正が必要になるためにコストがかさむことになり、加えて、設計値通りの摩擦力を発生させる板バネ１０７は１回の試作のみで製作するのは困難であり、数回の試作が必要になる場合が多い。

一方、下記特許文献１には、図５に示すように、挟持部材１０６をコイルバネ１０９で真上から押圧するようにした駆動装置が開示されている。しかしながら、この場合でも挟持部材１０６は矢印Ａ方向に位置規制されていないため、上述したのと同様に摩擦力のばらつきが生じるという問題がある。

特開平８−７０５８６号公報

そこで、本発明は、駆動装置間で摩擦力のばらつきが生じないようにすることを主な課題とするものである。また、板バネに比べてより安価な付勢部材を使用した駆動装置を提供することを更なる課題とするものである。

前記課題を解決するため、本発明は、電圧が印加されると伸縮する電気機械変換素子と、移動体を摺動可能に支持し、前記電気機械変換素子に結合して前記電気機械変換素子と共に変位する支持部材とを備え、前記電気機械変換素子の伸縮によって前記移動体が前記支持部材に沿って駆動される駆動装置であって、
前記移動体は、移動体本体と、前記支持部材を挟持するように前記移動体本体に組み付けられる挟持部材と、前記挟持部材を前記支持部材に向けて付勢する付勢部材とを有し、前記挟持部材が前記付勢部材により付勢されたとき、前記移動体の移動方向に垂直な断面において、前記挟持部材の一部が前記支持部材に当接すると共に前記挟持部材の他の部分が前記移動体本体に保持され、当該移動体本体における前記保持部が前記挟持部材と前記支持部材との相対位置を規定する支点であることを特徴とするものである。

本発明の駆動装置において、前記挟持部材は、前記移動体本体に連結されていない別体をなし、前記付勢部材の付勢力によって前記移動体本体に単に当接しているだけでもよい。

また、本発明の駆動装置において、前記挟持部材は、前記移動体の移動方向に垂直な平面内において回動可能なようにピンによって前記移動体本体に連結されていてもよい。

また、本発明の駆動装置において、前記挟持部材は、前記付勢部材の付勢力の作用点に対して前記支持部材を挟んで反対側の位置で前記移動体本体に保持されていてもよい。

また、本発明の駆動装置において、前記ピンは、前記付勢部材の付勢力の作用点に対して前記支持部材を挟んで反対側の位置で前記移動体本体に取り付けられていてもよい。

また、本発明の駆動装置において、前記ピンは、前記付勢部材の付勢力の作用点と前記支持部材との間の位置で前記移動体本体に取り付けられていてもよい。

また、本発明の駆動装置において、前記付勢部材は、コイルバネであってもよい。この場合、前記コイルバネは、引っ張りバネであってもよいし、圧縮バネであってもよい。

さらに、本発明の駆動装置において、前記支持部材は、前記移動体の移動方向に垂直な断面が略円形であってもよい。

本発明の駆動装置によれば、挟持部材が付勢部材によって付勢されたとき、挟持部材が移動体本体に保持されることで、挟持部材と支持部材間および移動体本体と支持部材間での接触状態が複数の駆動装置間においてほぼ一定となり、挟持部材と支持部材間の摩擦力が安定する。その結果、各駆動装置について行っていた摩擦力検査工程を無くすことができ、省力化と省コスト化を図れる。

また、支持部材に対して挟持部材を付勢する付勢部材をコイルバネにすれば、コイルバネは金型を使用せずに製作できるので、バネ定数の異なるものを安価に各種用意することが可能になる。また、コイルバネは板ばねに比べてバネ定数の小さいものを製作しやすく、バネ定数の小さいコイルバネは引っ張り量または圧縮量の変位の外乱に対する影響を小さくすることができる。さらに、コイルバネは大きな変位量をとるように設計することが容易であるため、充分に変位量が大きく設計されたコイルバネは組み付けの際に降伏点を越えて取り付けられてしまうことを防止できる。

以下に、本発明の実施の形態について添付図面を参照して説明する。
本発明の一実施形態である駆動装置は、移動体の構成以外は図１に示す従来例の駆動装置１００と同一構成を有している。すなわち、本実施形態の駆動装置は、圧電素子１０１の伸縮方向の一端が固定体１０２の端面に接着剤１０２ａで固定され、他端に駆動軸１０３が接着剤１０１ａで固定されている。また、圧電素子１０１には給電部材１０４が導電性接着剤で接続されており、これにより圧電素子１０１に所定のパルス電圧が印加されるようになっている。

なお、駆動軸１０３は、移動体の移動方向に垂直な断面が例えば円形横断面である軸部材からなっているが、これに限らず、例えば楕円形横断面を有する軸部材からなってもよいし、あるいは、例えば多角形横断面を有する軸部材からなってもよい。

図６に本実施形態の駆動装置の移動体１０を示す。駆動軸１０３上に支持されている移動体１０は、所定の摩擦力をもって駆動軸１０３に係合しており、駆動軸１０３に沿って摺動可能になっている。移動体１０は、移動体本体としてのスライダ１２と、駆動軸１０３を挟持するようにスライダ１２に組み付けられる挟持部材１４と、挟持部材１４を駆動軸１０３に向けて付勢する付勢部材としての引っ張りコイルバネ１６とを有している。この場合、挟持部材１４は、スライダ１２に連結されていない別体をなしている。レンズ等の光学部材を支持した不図示の玉枠が移動体１０に連結されることで、移動体１０が駆動軸１０３上で移動することによって光学部材が直進駆動されるようになっている。

なお、挟持部材１４を駆動軸１０３に向けて付勢する付勢部材は、コイルバネに限らず、例えばゴム等の他の弾性部材であってもよい。

スライダ１２には、駆動軸１０３と２箇所で接触する楔状の凹部１８と、前記凹部１８を挟んで両側に突設された立壁部２０，２２とが形成されている。立壁部２０には、両側に矩形開口部をなすように貫通孔２４が形成されている。貫通孔２４の上側内面２６は、スライダ１２の側面１２ａから凹部１８側に向かってやや上方に傾斜した傾斜面として形成されている。一方、立壁部２２は、挟持部材１４の幅よりもやや広い間隔をあけて立設された２つの立壁部からなっている。また、スライダ１２には、引っ張りコイルバネ１６の一端部が引っ掛けられるフック部１３が突設されている。

挟持部材１４は、端面がＶ字状をなすように折れ曲がった屈曲部２８と、この屈曲部２８の両端からそれぞれ両側に同一直線上または平行に延伸する端部３０，３２とからなっている。挟持部材１４の一端部３０はスライダ１２に形成された貫通孔２４に挿入され、前記立壁部２２を構成する２つの立壁部の間に配置された挟持部材１４の他端部３２は引っ張りコイルバネ１６の他端部が引っ掛けられて引っ張り力が作用する作用点となっている。

挟持部材１４は、他端部３２が引っ張りコイルバネ１６によって引っ張られることで、移動体１０の移動方向に垂直な断面において、屈曲部２８の内面の２箇所で駆動軸１０３に圧接した状態に付勢され、このとき挟持部材１４の一端部３０は、スライダ１２の側面１２ａに開口する貫通孔２４の矩形開口部の上側縁部２５に保持される。ここで「保持される」とは、単に当接しているだけであって、連結されているものではない。これにより、挟持部材１４の駆動軸１０３に対する相対位置が一律に確定し、複数の駆動装置について挟持部材１４と駆動軸１０３との接触状態がほぼ一定となる。すなわち、前記貫通孔２４の矩形開口部の上側縁部２５は、挟持部材１４と駆動軸１０３との相対位置を規定する支点となっている。

前記構成からなる本実施形態の駆動装置の駆動原理は、上述した従来例の駆動装置１００と同様であり、ここでの重複することになる説明を省略する。

このように本実施形態の駆動装置では、挟持部材１４の一部分がスライダ１２に当接することで、その当接点が挟持部材１４の相対位置を規定する支点として機能し、挟持部材１４と駆動軸１０３との接触状態が複数の駆動装置間においてほぼ一定となり、挟持部材１４と駆動軸１０３間の摩擦力が安定する。その結果、各駆動装置について行っていた摩擦力検査工程を無くすことができ、省力化と省コスト化を図れる。

また、本実施形態の駆動装置では、駆動軸１０３に対して挟持部材１４を付勢する付勢部材をコイルバネ１６にしてある。コイルバネ１６は金型を使用せずに製作できるので、バネ定数の異なるものを安価に各種用意することが可能になる。また、コイルバネ１６は板ばねに比べてバネ定数の小さいものを製作しやすく、バネ定数の小さいコイルバネ１６は引っ張り量（または圧縮量）の変位の外乱に対する影響を小さくすることができる。さらに、コイルバネ１６は大きな変位量をとるように設計することが容易であるため、充分に変位量が大きく設計されたコイルバネ１６は組み付けの際に降伏点を越えて取り付けられてしまうことを防止できる。

ところで、前記実施形態の駆動装置では、駆動軸１０３に対する挟持部材１４の付勢力を引っ張りコイルバネ１６によって与えたが、図７に示すように、スライダ１２に設けたバネ支持部１５と挟持部材１４の他端部３２との間に配置した圧縮コイルバネ１７によって挟持部材１４を付勢するようにしてもよい。

また、前記実施形態の駆動装置では、貫通孔２４の上側内面２６を、スライダ１２の側面１２ａから凹部１８側に向かって上方に傾斜した傾斜面としたが、前記上側内面２６が、スライダ１２の側面１２ａから凹部１８側に向かって下方に傾斜した傾斜面や、傾斜しない面等であっても前記支点を構成することができる。すなわち、前記上側内面２６が、スライダ１２の側面１２ａから凹部１８側に向かって下方に傾斜した傾斜面である場合には、貫通孔２４の凹部１８側の開口部の上側縁部が挟持部材１４を保持するための支点となる。また、前記上側内面２６を中間位置で内方に突出させて、その突出部に挟持部材１４の一端部３０を当接させて前記支点としてもよい。

さらに、前記支点の構成は貫通孔２４によるものに限られるものではなく、種々の変更が可能である。例えば、図８に示すように、挟持部材１４の一端部に例えば丸棒状のピン３４を取り付けるとともに、スライダ１２の立壁部２０を挟持部材１４の幅よりもやや広い間隔をあけて立設された２つの立壁部として形成し、これら２つの立壁部に前記ピン３４の両端部を回動可能に支持する孔３６をそれぞれ形成してもよい。この場合には、挟持部材１４は、移動体１０の移動方向に垂直な平面内において回動するようにピン３４によってスライダ１２に保持および連結されており、前記孔３６が前記支点となる。

さらにまた、前記駆動装置においては、支点やピンの位置は、付勢部材の付勢力の作用点に対して駆動軸１０３を挟んで反対側の位置に設定されているが、駆動軸１０３に対して付勢力の作用点と同じ側に設定してもよい。図９は、挟持部材１４を回動可能に支持するピン３４を、付勢力の作用点と駆動軸１０３との間に設けた例を示している。この例では、付勢部材として圧縮バネ１７を用いており、圧縮バネ１７で作用点である他端部３２を上方に付勢することにより、挟持部材１４が駆動軸１０３を下方に押さえることができる。この場合、挟持部材１４の一端部３０は、省略されてもよい。

なお、移動体１０の駆動原理において、駆動軸１０３がゆっくりと移動する場合には移動体１０が駆動軸１０３と一体となって移動し、駆動軸１０３が急激に移動する場合には移動体１０がその場に留まるようにすれば、移動体１０を駆動軸１０３に対してもっとも効率よく相対移動させることができるが、本発明はそれには限らない。すなわち、駆動軸１０３がゆっくりと移動する場合に移動体１０が駆動軸１０３に対して少し摺動したり、駆動軸１０３が急減に移動する場合には移動体１０がその場から少し摺動したとしても、駆動軸１０３がゆっくりと移動する場合と急激に移動する場合とで移動体１０の駆動軸１０３に対する摺動量が異なっていれば、移動体１０を駆動軸１０３に対して相対的に移動させることができる。

従来の駆動装置の側面図。 移動体を含む図１の駆動装置の分解斜視図と組立図。 駆動装置の駆動原理を説明するための図。 図２の駆動装置の移動体を示す図。 コイルバネで移動体の摩擦力を発生させる例を示す図。 本発明の実施形態である駆動装置の移動体の側面図。 移動体の変形例を示す図。 移動体の別の変形例を示す図。 移動体のさらに別の変形例を示す図。

符号の説明

１０…移動体
１２…スライダ（移動体本体）
１４…挟持部材
１６…引っ張りコイルバネ（付勢部材）
１７…圧縮コイルバネ（付勢部材）
２５…矩形開口部の上側縁部（支点）
１０１…圧電素子（電気機械変換素子）
１０２…固定体
１０３…駆動軸（支持部材）

Claims (10)

1. 電圧が印加されると伸縮する電気機械変換素子と、移動体を摺動可能に支持し、前記電気機械変換素子に結合して前記電気機械変換素子と共に変位する支持部材とを備え、前記電気機械変換素子の伸縮によって前記移動体が前記支持部材に沿って駆動される駆動装置であって、
   前記移動体は、移動体本体と、前記支持部材を挟持するように前記移動体本体に組み付けられる挟持部材と、前記挟持部材を前記支持部材に向けて付勢する付勢部材とを有し、前記挟持部材が前記付勢部材により付勢されたとき、前記移動体の移動方向に垂直な断面において、前記挟持部材の一部が前記支持部材に当接すると共に前記挟持部材の他の部分が前記移動体本体に保持され、当該移動体本体における前記保持部が前記挟持部材と前記支持部材との相対位置を規定する支点であることを特徴とする駆動装置。
2. 前記挟持部材は、前記移動体本体に連結されていない別体をなし、前記付勢部材の付勢力によって前記移動体本体に単に当接しているだけであることを特徴とする請求項１に記載の駆動装置。
3. 前記挟持部材は、前記移動体の移動方向に垂直な平面内において回動可能なようにピンによって前記移動体本体に連結されていることを特徴とする請求項１に記載の駆動装置。
4. 前記挟持部材は、前記付勢部材の付勢力の作用点に対して前記支持部材を挟んで反対側の位置で前記移動体本体に保持されることを特徴とする請求項１に記載の駆動装置。
5. 前記ピンは、前記付勢部材の付勢力の作用点に対して前記支持部材を挟んで反対側の位置で前記移動体本体に取り付けられていることを特徴とする請求項３に記載の駆動装置。
6. 前記ピンは、前記付勢部材の付勢力の作用点と前記支持部材との間の位置で前記移動体本体に取り付けられていることを特徴とする請求項３に記載の駆動装置。
7. 前記付勢部材は、コイルバネであることを特徴とする請求項１に記載の駆動装置。
8. 前記コイルバネは、引っ張りバネであることを特徴とする請求項７に記載の駆動装置。
9. 前記コイルバネは、圧縮バネであることを特徴とする請求項７に記載の駆動装置。
10. 前記支持部材は、前記移動体の移動方向に垂直な断面が略円形であることを特徴とする請求項１に記載の駆動装置

Images