JP5151199B2 - Drive device using electromechanical transducer - Google Patents
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Description
本発明は、例えば、スムーズインパクト駆動機構(SIDM:Smooth Impact Drive Mechanism)など、駆動軸の長手方向の振動により移動体を直線変位させることができる電気機械変換素子を用いた駆動装置に関する。 The present invention relates to a drive device using an electromechanical transducer that can linearly displace a moving body by vibration in the longitudinal direction of a drive shaft, such as a smooth impact drive mechanism (SIDM).
光通信分野における導波路との結合レンズの光軸合わせ機構、カメラ分野におけるズームレンズの移動機構やフォーカス機構、光ディスク分野におけるピックアップレンズのトラッキング機構やフォーカス機構などで、種々のアクチュエータが使用されている。 Various actuators are used in the optical axis alignment mechanism of the coupling lens with the waveguide in the optical communication field, the zoom lens movement mechanism and the focus mechanism in the camera field, the tracking mechanism and the focus mechanism of the pickup lens in the optical disk field, etc. .
特に、導波路と結合レンズの光軸調整では、10nm〜50nm程度の高い位置決め精度が要求され、しかも、レンズ駆動機構は、可能な限り小型のパッケージに収める必要がある。そのため、堅牢性があり、短尺の駆動機構が要求される。 In particular, in the optical axis adjustment of the waveguide and the coupling lens, high positioning accuracy of about 10 nm to 50 nm is required, and the lens driving mechanism needs to be housed in a package as small as possible. Therefore, a robust and short drive mechanism is required.
従来の駆動機構では、細長い駆動軸の両端をそれぞれ保持するとともに、駆動軸の一端と連結した圧電素子を保持するためのハウジングを採用したり(特許文献1〜4等)、駆動軸の一端に圧電素子を装着し、駆動軸の他端をベース部材に固定したり(特許文献5等)、あるいは、ベース部材に圧電素子を固定し、その圧電素子に駆動軸を圧入している(特許文献6等)。 In a conventional drive mechanism, both ends of the elongated drive shaft are held, and a housing for holding a piezoelectric element connected to one end of the drive shaft is employed (Patent Documents 1 to 4 and the like), or one end of the drive shaft is used. A piezoelectric element is mounted, and the other end of the drive shaft is fixed to the base member (Patent Document 5, etc.), or the piezoelectric element is fixed to the base member, and the drive shaft is press-fitted into the piezoelectric element (Patent Document) 6 etc.).
従って、駆動機構の全長は、圧電素子の長さL1と、移動体のストロークに相当する駆動軸の長さL2と、駆動軸または圧電素子の固定に必要な長さL3と、接着剤を用いた場合は接着剤の残留分の長さL4、の合計になる。 Therefore, the total length of the drive mechanism is the length L1 of the piezoelectric element, the length L2 of the drive shaft corresponding to the stroke of the moving body, the length L3 necessary for fixing the drive shaft or the piezoelectric element, and an adhesive. If it is, the total length L4 of the adhesive residue is obtained.
長さL1,L2は、駆動機構の仕様に基づいて決定されるため、あまり選択の余地はない。しかしながら、長さL3,L4は、駆動機構の短尺化に妨げとなっており、構造上の工夫の余地がある。 Since the lengths L1 and L2 are determined based on the specifications of the drive mechanism, there is little room for selection. However, the lengths L3 and L4 hinder the shortening of the drive mechanism, and there is room for improvement in structure.
本発明の目的は、駆動軸および電気機械変換素子を堅固に保持しつつ、駆動機構全体の短尺化が図られる駆動装置を提供することである。 An object of the present invention is to provide a drive device capable of shortening the entire drive mechanism while firmly holding the drive shaft and the electromechanical conversion element.
上記目的を達成するために、本発明に係る駆動装置は、ベース部材と、
駆動軸と、
駆動軸上に摩擦保持された移動体と、
駆動軸に対して長手方向の振動を印加するための電気機械変換素子と、
駆動軸と電気機械変換素子の接合部を保持するための保持部材とを備え、
前記保持部材は前記ベース部材に固定されてい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 a base member,
A drive shaft;
A moving body frictionally held on the drive shaft;
An electromechanical transducer for applying longitudinal vibration to the drive shaft;
A holding member for holding the drive shaft and the joint portion of the electromechanical transducer ,
The holding member is fixed to the base member .
本発明において、駆動軸と電気機械変換素子の接合面が、保持部材と駆動軸および電気機械変換素子の接触領域の範囲内に位置していることが好ましい。 In the present invention, it is preferable that the joint surface between the drive shaft and the electromechanical conversion element is located within the range of the contact region between the holding member, the drive shaft, and the electromechanical conversion element.
本発明において、駆動軸、電気機械変換素子および保持部材は、接着剤を用いて相互に固定されることが好ましい。 In the present invention, the drive shaft, the electromechanical conversion element, and the holding member are preferably fixed to each other using an adhesive.
本発明において、電気機械変換素子の側面には、保持部材の表面と接合した補強接着剤が設けられることが好ましい。 In the present invention, it is preferable that a reinforcing adhesive bonded to the surface of the holding member is provided on the side surface of the electromechanical conversion element.
本発明によれば、駆動軸と電気機械変換素子の接合部を保持するための保持部材を配置することによって、駆動軸および電気機械変換素子を堅固に保持できるとともに、保持部材をベース部材に固定することによって、従来のような駆動軸または圧電素子の固定に必要な長さを削減できるため、駆動装置の短尺化が図られる。
According to the present invention, the drive shaft and the electromechanical conversion element can be firmly held and the holding member is fixed to the base member by arranging the holding member for holding the joint portion of the drive shaft and the electromechanical conversion element. By doing so, the length required for fixing the drive shaft or the piezoelectric element as in the prior art can be reduced, so that the drive device can be shortened.
図1は、本発明の一実施形態に係る駆動装置の一例を示し、図1(a)は正面図、図1(b)は左側面図、図1(c)は右側面図である。駆動装置は、電気機械変換素子10と、駆動軸20と、これらを保持する保持部材30と、駆動軸20上に摩擦保持された移動体40などを備える。
1A and 1B show an example of a drive device according to an embodiment of the present invention. FIG. 1A is a front view, FIG. 1B is a left side view, and FIG. 1C is a right side view. The drive device includes an
駆動軸20は、例えば、金属やセラミック、ガラス、カーボンファイバーコンポジットなどの材料で形成され、長手方向に一様な断面を持つ、例えば、柱状や管状の形状を有するものであり、ここでは、正方形の断面を有する四角柱状を例示している。
The
電気機械変換素子10は、ピエゾ素子や磁歪素子などで構成され、駆動軸20の端部に当接するように配置され、駆動軸20に対して長手方向の振動を印加する機能を有する。電気機械変換素子10には、駆動回路(不図示)から一対のリード線18,19を経由して、周波数20kHz〜800kHzの駆動信号が供給される。
The
駆動軸20および電気機械変換素子10の各接合面15,25は、電気機械変換素子10からの振動が効率良く伝達可能なように平坦に形成されている。各接合面15,25の形状および寸法は、互いに同一であることが好ましく、ここでは、同一寸法の正方形となるように形成している。
The
保持部材30は、例えば、金属やセラミック、ガラス、カーボンファイバーコンポジットなどの材料で形成され、駆動軸20と電気機械変換素子10の接合部を保持する役割を有し、保持部材30の一部はハウジング(不図示)に固定されている。
The
保持部材30には、駆動軸20および電気機械変換素子10の接合面15,25とほぼ一致する形状を有する貫通孔が形成され、この貫通孔に対して駆動軸20および電気機械変換素子10が挿入される。
The
このとき、駆動軸20と電気機械変換素子10の接合面15,25は、保持部材30の厚さの範囲内、即ち、保持部材30と駆動軸20および電気機械変換素子10の接触領域の範囲内に位置していることが好ましい。これにより、駆動軸20および電気機械変換素子10が保持部材30に対して片持ち梁構造でそれぞれ取り付けられるため、堅固な保持を実現できる。
At this time, the
駆動軸20、電気機械変換素子10および保持部材30の固定方法として、接着、嵌合、圧入、溶着、溶接、半田付けなどが採用できるが、3つの部材を強固に固定できる点で接着剤を用いることが好ましい。接着剤として、例えば、エポキシ系接着剤、アクリル系接着剤、耐衝撃性シアノアクリレート系接着剤などが使用できる。
Adhesion, fitting, press-fitting, welding, welding, soldering, and the like can be adopted as a method for fixing the
接着剤は、駆動軸20の接合面15と電気機械変換素子10の接合面25との間、駆動軸20の側面と保持部材30の貫通孔内面との間、および電気機械変換素子10の側面と保持部材30の貫通孔内面との間に塗布することが好ましい。
The adhesive is between the joint surface 15 of the
移動体40は、角筒状のハウジングと、ハウジング内部に設けられ、駆動軸20の側面に当接する摺動板41と、ハウジングと摺動板41の間に介在して、摺動板41を駆動軸20に向けて押圧するためのバネ部材42などで構成される。
The moving
移動体40のハウジングは、例えば、金属やFRPなどの材料で形成され、摺動板41は、例えば、金属やセラミック、ガラス、炭素などの材料で形成される。
The housing of the moving
ここでは、図1(c)に示すように、駆動軸20の隣接する2つの側面に当接するように、2つの摺動板41と2つのバネ部材42を配置するとともに、残りの側面については、移動体40のハウジングが直接に接触している。
Here, as shown in FIG. 1C, the two
次に、駆動装置の動作を説明する。電気機械変換素子10が動作していないときは、移動体40は、駆動軸20との摩擦によって静止している。移動体40の保持力は、摺動板41と駆動軸20との摩擦係数、ハウジングと駆動軸20との摩擦係数、バネ部材42の押圧力などで決まる。
Next, the operation of the drive device will be described. When the
電気機械変換素子10が動作すると、長手方向に変位する鋸歯波形等の駆動に適した振動が駆動軸20に印加される。このとき駆動波形の立ち上がり区間と立ち下がり区間とで変位速度が異なり、変位速度が大きい場合、移動体40は自己の慣性で静止し、一方、変位速度が小さい場合、移動体40は駆動軸20の変位に追従して移動する。
When the
例えば、電気機械変換素子10から駆動軸20の先端に向かう方向を順方向として、順方向の変位速度が小さく、逆方向の変位速度が大きい鋸歯状振動の場合、移動体40は順方向に累積的に移動する。逆に、順方向の変位速度が大きく、逆方向の変位速度が小さい鋸歯状振動の場合、移動体40は逆方向に累積的に移動する。こうして電気機械変換素子10を駆動する鋸歯波形を制御することによって、移動体40の移動方向を制御することができ、さらに、鋸歯波形の印加時間(印加パルス数)を制御することによって、移動体40の移動量を制御することができる。
For example, in the case of sawtooth vibration in which the direction from the
図2は、本発明の他の実施形態に係る駆動装置を示す正面図である。図1に示した駆動装置において、電気機械変換素子10の側面には、保持部材30の表面と接合した補強接着剤50を追加している。
FIG. 2 is a front view showing a driving apparatus according to another embodiment of the present invention. In the drive device shown in FIG. 1, a reinforcing
保持部材30は、電気機械変換素子10側の表面と、駆動軸20側の表面とを有する。駆動軸20側の表面は、移動体40の移動ストロークを制限するものは無い方が好ましい。一方、電気機械変換素子10側の表面は、保持部材30と電気機械変換素子10とを接合する補強接着剤50を設けることが好ましく、これにより電気機械変換素子10の固定強度をより向上させることができる。
The holding
図3は、上述した駆動装置をレンズユニットに搭載した例を示す構成図である。電気機械変換素子10と駆動軸20が、両者の接合部において保持部材30により片持ち支持されている。駆動軸20には、レンズ60を収納した移動体40が搭載されている。
FIG. 3 is a configuration diagram illustrating an example in which the above-described driving device is mounted on a lens unit. The
保持部材30の下部は、ユニットベース71に固定されている。ユニットベース71にはユニット壁72,73が立設して、その上にユニットカバー74が戴置される。
The lower part of the holding
具体的な寸法例として、電気機械変換素子10の幅は0.5〜3mm、その長さは0.5〜3mmであり、駆動軸20の幅は0.5〜3mm、その長さは1.5〜3mmであり、駆動機構の全長は2〜6mmとなり、移動体40の移動ストロークは0.1〜1mmである。
As specific dimension examples, the
こうした保持部材30による片持ち支持構造を採用することによって、電気機械変換素子10の先端部または駆動軸20の先端部での支持機構を省略できるため、駆動機構全体の短尺化が図られる。
By adopting such a cantilever support structure with the holding
本発明は、駆動軸および電気機械変換素子を堅固に保持しつつ、駆動機構全体の短尺化が図られた駆動装置を実現できる点で極めて有用である。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention is extremely useful in that a drive device can be realized in which the entire drive mechanism is shortened while firmly holding the drive shaft and the electromechanical conversion element.
10 電気機械変換素子
15,25 接合面
18,19 リード線
20 駆動軸
30 保持部材
40 移動体
41 摺動板
42 バネ部材
50 補強接着剤
60 レンズ
DESCRIPTION OF
Claims (4)
駆動軸と、
前記駆動軸上に摩擦保持された移動体と、
前記駆動軸に対して長手方向の振動を印加するための電気機械変換素子と、
前記駆動軸と前記電気機械変換素子の接合部を保持するための保持部材とを備え、
前記保持部材は前記ベース部材に固定されていることを特徴とする、電気機械変換素子を用いた駆動装置。 A base member;
A drive shaft;
A moving body frictionally held on the drive shaft;
An electromechanical transducer for applying longitudinal vibration to the drive shaft;
A holding member for holding the drive shaft and a joint portion of the electromechanical transducer ,
The driving device using an electromechanical transducer, wherein the holding member is fixed to the base member .
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