JP5316756B2 - 駆動装置 - Google Patents

Description

本発明は駆動装置に関し、特に、圧電素子等の電気機械変換素子を用いた駆動装置に関する。

従来から、カメラのオートフォーカス用アクチュエータやズーム用アクチュエータとして、圧電素子、電歪素子、磁歪素子等の電気機械変換素子を使用した（駆動装置）リニアアクチュエータが使用されている。

特許第３２１８８５１号公報（特許文献１）は、圧電素子などの電気機械変換素子に発生するリンギング振動を抑え、高速駆動できる電気機械変換素子を使用した駆動装置の駆動方法を開示している。特許文献１に開示された駆動装置は、圧電素子等の電気機械変換素子と、この変換素子に結合して変換素子と共に変位する駆動部材（振動軸）と、この駆動部材に摩擦結合した被駆動部材（ズームレンズ鏡筒）とを備える。この特許文献１では、圧電素子（電気機械変換素子に印加する駆動信号を工夫して、被駆動部材（ズームレンズ鏡筒）を駆動している。

また、特開２００６−３０４５２９号公報（特許文献２）は、可動子を炭素繊維を含む液晶ポリマーで形成することで、金属材料で形成する場合に比べて、低コスト化と軽量化を図れるとともに、移動速度や駆動力を低下させることなく高い曲げ弾性係数の可動子を用いた高性能な駆動装置を開示している。この特許文献２に開示された駆動装置は、電圧が印加されることにより伸縮する圧電素子（電気機械変換素子）と、圧電素子の伸縮方向一端に固定された駆動軸（振動摩擦部）と、駆動軸に摺動可能に摩擦係合する可動子（移動部材）と、圧電素子の伸縮方向他端に接着固定されたウェイト（静止部材、錘）とを備える。圧電素子の伸びと縮みの速度または加速度を異ならせて駆動軸を振動させることにより、可動子（移動部材）を駆動軸（振動摩擦部）に沿って移動させる。

さらに、特許第３１４１７１４号公報（特許文献３）は、移動部材を高速で安定して駆動することができる駆動装置を開示している。特許文献３に開示された駆動装置は、静止部材と、この静止部材にその伸縮方向の一端を固定された電気機械変換素子と、この電気機械変換素子の伸縮方向の他端に結合され、電気機械変換素子の伸縮方向に移動できるように支持された駆動部材（振動摩擦部）と、この駆動部材に摩擦結合され、電気機械変換素子の伸縮方向に移動できるように支持された移動部材と、駆動部材（振動摩擦部）と移動部材との間に摩擦力を発生させる摩擦力付与手段とを備えている。この摩擦力付加手段は、移動部材に固定されて押付力を発生する弾性部材と、弾性部材により発生する押付力を駆動部材に伝える挟み込み部材から構成される。また、移動部材と駆動部材の接触部、及び挟み込み部材の接触部を断面Ｖ字状にしている。

特開２００２−１１９０７４号公報（特許文献４）は、電気機械変換素子を使用した駆動装置を開示している。特許文献４に開示された駆動装置は、一端において支持台（静止部材）に固定された電気機械変換素子と、この電気機械変換素子の他端に固定された振動部材（振動摩擦部）と、この振動部材に対して所定の摩擦力でもって係合する移動体（移動部材）とを備えている。振動部材（振動摩擦部）としては、カーボンロッドが使用される。

また、特開２００６−１４１１３３号公報（特許文献５）は、全長が短い駆動装置を開示している。特許文献５に開示された駆動装置は、一端が固定体（錘、静止部材）に固定された電気機械変換素子と、この電気機械変換素子の他端に固着された駆動摩擦部材（振動摩擦部）と、この駆動摩擦部材に摩擦係合する移動体（移動部材）とを備えている。駆動摩擦部材の材料としては、セラミックス材料や、ポリフェニレンサルファイド樹脂（ＰＰＳ樹脂）や液晶ポリマー（ＬＣＰ樹脂）などのエンジニアリングプラスチック、カーボン強化樹脂およびガラス繊維強化樹脂などが使用される。

特開２００６−３０３９５５号公報（特許文献６）は、構造を簡略化することができ、コストの低下を図ることができる撮像装置を開示している。特許文献６に開示された撮像装置は、撮像レンズを光軸方向に移動させるレンズ駆動部を備えている。レンズ駆動部は、ＳＩＤＭ（Smooth Impact Drive Mechanism）が適用される。レンズ駆動部は、駆動部取付部に所定の接着剤により取り付けられるＳＩＤＭ重り部と、このＳＩＤＭ重り部に接続され、通電により光軸方向に伸縮する圧電素子部（電気機械変換素子）と、圧電素子部に接続された光軸方向に長尺なシャフト部（振動摩擦部）とを備えている。このレンズ駆動部のシャフト部は、駆動力伝達部の駆動部挟持部材（移動部材）によって、光軸方向にほぼ直交する方向に沿って挟まれている。

特開２００７−２０２３７７号公報（特許文献７）は、受動部材の移動速度が増大し、駆動パルスの動作周波数が低下する電気機械アクチュエーター構造を開示している。特許文献７に開示された電気機械アクチュエーター構造は、ベースに接合される底面と、頂面とを持つ電気式アクチュエーター（電気機械変換素子）と、この電気式アクチュエーターの頂面に接合された弾性駆動部材（振動摩擦部）とを有する。弾性駆動部材は、電気式アクチュエーターの頂面に接合されてこれと一緒に往復移動する固定部と、この固定部から電気式アクチュエーターの外側まで延び、伝導部分を持つ弾性部とを有する。弾性駆動部材の弾性部の伝導部材内には、受動部材（移動部材）が取り付けられている。弾性駆動部材の弾性部には弾性部材が取り付けられている。この弾性部材は、弾性駆動部材の弾性部の伝導部分に摩擦係合するように受動部材を押し付ける。これにより、受動部材（移動部材）が弾性駆動部材（振動摩擦部）とともに移動する。

特許第３２１８８５１号公報 特開２００６−３０４５２９号公報 特許第３１４１７１４号公報 特開２００２−１１９０７４号公報 特開２００６−１４１１３３号公報 特開２００６−３０３９５５号公報 特開２００７−２０２３７７号公報

前述した特許文献１〜６に開示された駆動装置においては、いずれも、電気機械変換素子の端面と振動摩擦部（振動部材）の端面とが、それらの中心軸線が互いに一致した（同心の）状態で、直接結合されている。振動摩擦部は、電気機械変換素子の伸縮により発生する振動（往復変位）を移動体（移動部材）に効率良く伝達させる必要がある。そのため、特許文献１〜６に開示された駆動装置では、電気機械変換素子の中心軸線と振動摩擦部の中心軸線とが同一直線上にある。その結果、電気機械変換素子および振動摩擦部の一方の位置が決まると、もう片方の位置も決まってしまう。このような従来の駆動装置では、その小型化に伴って、製品スペース（空きスペース）を有効的に活用できないという問題がある。

特許文献７に開示された電気機械アクチュエーター構造では、電気式アクチュエーター（電気機械変換素子）の端面と弾性駆動部材（振動摩擦部）の固定部の端面とが、直接結合（接合）されている。前述したように、弾性駆動部材（振動摩擦部）は、電気式アクチュエーター（電気機械変換素子）の伸縮により発生する振動（往復変位）を受動部材（移動部材）に効率良く伝達される必要がある。しかしながら、特許文献７に開示された電気機械アクチュエーター構造では、電気式アクチュエーター（電気機械変換素子）の中心軸線と弾性駆動部材（振動摩擦部）の中心軸線とが互いにずれているので、そのような効率の良い伝達が不可能となる。

したがって、本発明の解決課題は、電気機械変換素子の往復変位を移動部材に効率的に伝達させ、かつ製品スペース（空きスペース）を有効的に活用することが可能な、駆動装置を提供することにある。

本発明の他の目的は、説明が進むにつれて明らかになるだろう。

本発明によれば、伸縮方向で互いに対向する一対の端面（１３ａ，１３ｂ）を持つ電気機械変換素子（１３）と、この電気機械変換素子の一対の端面の一方（１３ｂ）に取り付けられた振動摩擦部（１４）と、この振動摩擦部と摩擦結合される移動部材（１２１，１２２；１７２，１５ｂ）とを備え、電気機械変換素子の伸縮方向に移動部材が移動可能な駆動装置（１０；１０Ａ；１０Ｂ；１０Ｃ）において、電気機械変換素子（１３）の一対の端面の一方（１３ｂ）と振動摩擦部（１４）の端面（１４ａ）との間に配置された振動伝達部材（１９；１９Ａ）を備え、電気機械変換素子（１３）の中心軸線（１３_Ｏ）と振動摩擦部（１４）の中心軸線（１４_Ｏ）とが同一直線上にないことを特徴とする駆動装置が得られる。

上記本発明による駆動装置において、駆動装置は、筒状の被駆動部材（１７）をその中心軸（Ｏ）に沿って移動させるためのものであり、移動部材（１２１，１２２；１７２，１５ｂ）は、被駆動部材に取り付けられ、かつ被駆動部材の外周に近接して配置されていてよい。振動伝達部材（１９）は、例えば、電気機械変換素子（１３）に対して、被駆動部材（１７）の中心軸（Ｏ）に近づく内側に延在していてよい。この場合、振動摩擦部（１４）の中心軸線（１４_Ｏ）が電気機械変換素子（１３）の中心軸線（１３_Ｏ）よりも内側にずれる。逆に、振動伝達部材（１９）は、電気機械変換素子（１３）に対して、被駆動部材（１７）の中心軸（Ｏ）から離れる外側に延在していてよい。この場合、振動摩擦部（１４）の中心軸線（１４Ｏ）が電気機械変換素子（１３）の中心軸線（１３Ｏ）よりも外側にずれる。振動摩擦部（１４）は円柱状をしていてよく、移動部材は、振動摩擦部（１４）を両側から挟持する第１の移動体（１２１；１７２）及び第２の移動体（１２２；１５ｂ）から構成されてよい。第１の移動体（１２１；１７２）はＶ字型構造をしていてよく、第２の移動体（１２２；１５ｂ）は平面構造をしていてよい。第１の移動体（１２１；１７２）のＶ字型構造の角度は、３０度から１８０度未満の範囲にあることが好ましい。

上記駆動装置（１０；１０Ａ；１０Ｂ；１０Ｃ）は、振動摩擦部と第１の移動体との間と、振動摩擦部と第２の移動体との間と、に摩擦力を発生させる摩擦力付加手段（１５）を更に備えることが好ましい。摩擦力付加手段は、被駆動部材（１７）に第１の端部（１５ａ）が取り付けられ、第２の端部（１５ｂ）に第２の移動体が取り付けられた付勢部材（１５）から構成されてよい。この場合、付勢部材（１５）は、振動摩擦部（１４）をその両側から第１の移動体（１２１；１７２）及び第２の移動体（１２２；１５ｂ）により挟みながら押えるための押付力を発生する。

上記駆動装置（１０；１０Ａ）において、被駆動部材（１７）は、筒状部（１７０）と、この筒状部から外側に突出して第１の移動体（１２２）を保持する第１の突出部（１７２）と、この第１の突出部とは異なる位置で筒状部から外側に突出する第２の突出部（１７４）とを備えてよい。この場合、付勢部材は、第１の端部（１５ａ）が第２の突出部（１７４）に固着され、第２の端部（１５ｂ）に第２の移動体（１２２）が取り付けられたバネ（１５）から構成されてよい。

上記駆動装置（１０Ｂ）において、被駆動部材（１７）は、筒状部（１７０）と、この筒状部から外側に突出して第１の移動体を兼ねる第１の突出部（１７２）と、この第１の突出部とは異なる位置で筒状部から外側に突出する第２の突出部（１７４）とを備えてよい。この場合、付勢部材は、第１の端部（１５ａ）が第２の突出部に固着され、第２の端部（１５ｂ）が第２の移動体を兼ねるバネ（１５）から構成されてよい。

また、上記駆動装置（１０Ｃ）において、振動伝達部材（１９Ａ）は、電気機械変換素子（１３）の一対の端面の一方（１３ｂ）が遊嵌される第１の窪み（１９１）と、振動摩擦部（１４）の端面（１４ａ）が遊嵌される第２の窪み（１９２）と、を持つことが好ましい。

尚、上記括弧内の参照符号は、理解を容易にするために付したものであり、一例に過ぎず、これらに限定されないのは勿論である。

本発明では、電気機械変換素子の一対の端面の一方と振動摩擦部の端面との間に振動伝達部材を配置したので、電気機械変換素子の往復変位を移動部材に効率的に伝達させることができる。しかも、電気機械変換素子の中心軸線と振動摩擦部の中心軸線とが同一直線上にないので、製品スペース（空きスペース）を有効的に活用することができる。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。

図１乃至図３を参照して、本発明に係る第１の実施の形態による駆動装置１０について説明する。図１は駆動装置１０を示す斜視図である。図２は図１に示した駆動装置１０の主要部を拡大して示す部分拡大斜視図である。図３は駆動装置１０の一部を断面で示した部分断面正面図である。ここでは、図１乃至図３に示されるように、直交座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を使用している。図１乃至図３に図示した状態では、直交座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）において、Ｘ軸は前後方向（奥行方向）であり、Ｙ軸は左右方向（幅方向）であり、Ｚ軸は上下方向（高さ方向）である。

図示の駆動装置１０は、例えば、オートフォーカスレンズ駆動ユニットのレンズ駆動部として使用される。その場合、図１乃至図３に示す例においては、上下方向Ｚがレンズの光軸Ｏ方向である。

尚、オートフォーカスレンズ駆動ユニットは、レンズ可動部とレンズ駆動部とから構成される。レンズ駆動部は、レンズ可動部を光軸Ｏ方向に摺動可能に支持しながら、後述するようにレンズ可動部を駆動する。

図示の駆動装置１０は、図示しない筐体内に配置される。筐体は、カップ状の上側カバー（図示せず）と下側ベース（図示せず）とを含む。筐体の下側ベース上に静止部材（錘）１１が搭載される。上側カバーの上面は、レンズの光軸Ｏを中心軸とした円筒部（図示せず）を有する。一方、図示はしないが、下側ベースの中央部には、基板に配置された撮像素子が搭載される。この撮像素子は、可動レンズ（後述する）により結像された被写体像を撮像して電気信号に変換する。撮像素子は、例えば、ＣＣＤ（charge coupled device）型イメージセンサ、ＣＭＯＳ（complementary metal oxide semiconductor）型イメージセンサ等により構成される。

筐体内には、被駆動部材としての可動鏡筒（レンズホルダ）１７が収容されている。被駆動部材１７の中心軸は、レンズの光軸Ｏに一致している。可動鏡筒（レンズホルダ、レンズ支持体）１７は、レンズバレル（レンズアセンブリ）１８を保持するための円筒状の筒状部１７０を有する。レンズバレル（レンズアセンブリ）１８はオートフォーカスレンズＡＦＬを保持する。レンズホルダ１７の筒状部１７０の内周壁には雌ネジ（図示せず）が切られている。一方、レンズバレル１８の外周壁には、上記雌ネジに螺合される雄ネジ（図示）が切られている。従って、レンズバレル１８をレンズホルダ１７に装着するには、レンズバレル１８をレンズホルダ１７の筒状部１７０に対して光軸Ｏ周りに回転して光軸Ｏ方向に沿って螺合することにより、レンズバレル１８をレンズホルダ１７内に収容し、接着剤などによって互いに接合する。

レンズホルダ１７は、光軸Ｏに対して、筒状部１７０の上前端で左右方向Ｙの右側へ半径方向外側に突出する第１の突出部１７２を有する。第１の突出部１７２は略三角形をしている。この第１の突出部１７２の後壁には、第１の移動体（移動軸）１２１が固着されている。図示の例では、第１の移動体１２１はＶ字型構造をしている。

レンズホルダ１７は、第１の突出部１７２とは異なる位置で、筒状部１７０の上後端で左右方向Ｙの左側へ半径方向外側に突出する第２の突出部１７４を有する。第１の突出部１７２と同様に、第２の突出部１７４も略三角形をしている。第２の突出部１７４は、その右端で前後方向Ｘに延在する右端辺をもつ。この第２の突出部１７４の右端辺には、バネ１５の第１の端部（後端部）１５ａが接着剤などで固着されている。バネ１５は、第２の突出部１７４の右端辺に沿って、この第１の端部（後端部）１５ａから前後方向Ｘの前側に第２の端部（前端部）１５ｂまで延在している。このバネ１５の第２の端部（前端部）１５ｂには、板状の第２の移動体（移動軸）１２２が取り付けられている。図示の例では、第２の移動体１２２は、平面構造をしている。

この第２の移動体（移動軸）１２２は、バネ１５によって、第１の移動体（移動軸）１２１に近づく方向（左右方向Ｙの左方向）に付勢されている。第１の移動体（移動軸）１２１と第２の移動体（移動軸）１２２との間に、後述する円柱状の振動摩擦部（振動部材）１４が挟持されている。図示の例では、第１の移動体１２１と第２の移動体１２２とは、同じ材料で構成されている。第１の移動体１２１と第２の移動体１２２との組み合わせは、移動部材として働く。

可動鏡筒（レンズホルダ）１７と、レンズバレル（レンズアセンブリ）１８と、バネ１５と、第１及び第２の移動体１２１、１２２との組み合わせによって、オートフォーカスレンズ駆動ユニットのレンズ可動部が構成される。図示しない案内部材により、レンズ可動部は、筐体に対して光軸Ｏ方向にのみ直線移動可能である。

次に、オートフォーカスレンズ駆動ユニットのレンズ駆動部について説明する。レンズ駆動部（駆動装置）１０は、電気機械変換素子として働く積層圧電素子１３と、上記静止部材（錘）１１と、上記振動摩擦部（振動部材）１４と、振動伝達部材１９とから構成される。

積層圧電素子１３は、光軸Ｏ方向に伸縮する。積層圧電素子１３は、光軸Ｏ方向に複数の圧電層を積層した構造を有する。図３に示されるように、積層圧電素子１３は、伸縮方向で互いに対向する第１の端面（下端面）１３ａと第２の端面（上端面）１３ｂとを持つ。静止部材（錘）１１は、積層圧電素子１３の第１の端面（下端面）１３ａに接着剤等で結合される。積層圧電素子１３と静止部材１１との組合せは、圧電ユニットと呼ばれる。

振動摩擦部（振動部材）１４は、振動伝達部材１９を介して、積層圧電素子１３の第２の端面（上端面）１３ｂに接着剤等で取り付けられている。すなわち、
積層圧電素子１３の上端面１３ｂは、接着剤（接着樹脂）で振動伝達部材１９の下端面１９ａに結合（接合）され、振動摩擦部（振動部材）１４の下端面１４ａは、接着剤（接着樹脂）で振動伝達部材１９の上端面１９ｂに結合（接合）されている。

このように本実施の形態では、振動摩擦部（振動部材）１４と積層圧電素子（電気機械変換素子）１３との間に、振動伝達部材１９を追加して（介在させて）いるので、振動摩擦部（振動部材）１４は、単に、第１及び第２の移動体１２１、１２２との摺動性を考慮するだけの構成であればよい。そのため、振動摩擦部（振動部材）１４は、電気機械変換素子（積層圧電素子）１３との樹脂接着性を考慮して、その材料を選定する必要がない。これにより、振動摩擦部（振動部材）１４は、その材料選定の自由度のみならず、その形状の自由度も広がる。

図示の例では、振動摩擦部（振動部材）１４の材料としては、表面にフッ素潤滑めっきを施したアルミニウムを使用している。一方、振動伝達部材１９の材料としては、電気機械変換素子（積層圧電素子）１９の振動を効率よく振動摩擦部（振動部材）１４に伝達させるため、振動伝達速度及び剛性の高い金属や線維強化樹脂複合体を使用している。線維強化樹脂複合体は、例えば、炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）であって良い。

また、振動伝達部材１９を追加することによって、その材質、形状を他の部材と合わせこむことにより、バネ１５の共振現象を抑制することができる。また、バネ１５の寸法ばらつきによって生じる製品ごとの性能ばらつきを、形状が比較的簡単な振動伝達部材１９で補うことが可能である。換言すれば、振動伝達部材１９が簡単な形状で作製できるので、駆動装置１０の製品ごとの性能ばらつきを少なくすることができる。

さらに、振動伝達部材１９を追加することによって、電気機械変換素子（積層圧電素子）１３の伸縮により発生する振動（往復変位）を移動部材（１２１，１２２）に効率良く伝達させることが可能となる。その結果、移動部材（１２１，１２２）の移動（変位）をスムーズに行わせることができる。

図示の振動伝達部材１９は、電気機械変換素子（積層圧電素子）１３よりも内側（すなわち、左右方向Ｙの左側でかつ前後方向Ｘの奥側（後側））に延出した直方体形状をしている。その結果、図３に示されるように、電気機械変換素子（積層圧電素子）１３の中心軸線１３_Ｏと振動摩擦部１４の中心軸線１４_Ｏとを互いにずらすことができる。換言すれば、電気機械変換素子（積層圧電素子）１３の中心軸線１３_Ｏと振動摩擦部１４の中心軸線１４_Ｏとが同一直線上にない。

図示の例では、振動摩擦部１４の中心軸線１４_Ｏが、電気機械変換素子（積層圧電素子）１３の中心軸線１３_Ｏよりも内側（すなわち、レンズの光軸Ｏ方向に近づく側）にずれている。

上述したように、振動伝達部材１９を追加する事で、図４に示されるように、振動摩擦部４は振動伝達部材１９の形状の範囲内で配置が可能となる。その結果、図４に示されるように、電気機械変換素子１３の中心軸線１３_Ｏに対して振動摩擦部１４の中心軸線１４_Ｏを内側にずらす事で、電気機械変換素子１３及び振動摩擦部１４の周辺に空きスペースＥＳ_１、ＥＳ_２を確保することができる。それにより、駆動装置１０の小スペース化が可能である。すなわち、空きスペースＥＳ_１を低減することが可能となる。尚、図４の右側で上下方向に延在する線は、駆動装置１０の外形制限ＯＬを示している。

第１及び第２の移動体１２１、１２２は、この振動摩擦部（振動部材）１４と摩擦結合される。第１の移動体１２１はＶ字型構造をしており、第２の移動体は平面構造をしている。

前述したように、レンズ移動部は、振動摩擦部（振動部材）１４を、第１及び第２の移動体１２１、１２２で挟み込むためのバネ１５を備える。すなわち、バネ１５は、その第１の端部１５ａが第２の突出板１７４に固着されて、その第２の端部１５ｂに取り付けられた第２の移動体１２２で、振動摩擦部（振動部材）１４を第１の移動体１２１に押し付ける押付力を発生する。換言すれば、バネ１５は、第２の移動体１２２を振動摩擦部（振動部材）１４に付勢して、振動摩擦部（振動部材）１４を第１及び第２の移動体１２１、１２２で挟持することにより、振動摩擦部（振動部材）１４と第１及び第２の移動体１２１、１２２との間に摩擦力を付加する摩擦力付加手段（付勢手段）として作用する。

このように、振動摩擦部（振動部材）１４が、第１及び第２の移動体１２１、１２２よって挟み込まれているので、レンズ可動部の位置を規制できる。

また、図示の実施の形態では、第１の移動体１２１と第２の移動体１２２とが同じ材料で構成されている。そのため、第１の移動体１２１と振動摩擦部１４との間の第１の摩擦係数と、第２の移動体１２２と振動摩擦部１４との間の第２の摩擦係数とを、実質的に等しくすることができる。これにより、レンズ可動部を安定して直線駆動することができる。この結果、積層圧電素子（電気機械変換素子）１３の伸縮で発生する振動運動を、効率よく第１及び第２の移動体１２１、１２２に伝達することが可能となる。

また、駆動装置１０は、バネ１５の有効長を長く設計することが可能である。その為、たとえバネ１５の寸法や組立寸法がばらついても、荷重への影響を少なくすることができる。その結果、製品ごとの性能ばらつきを少なくして駆動装置１０を製造することができる。このように、バネ１５の有効長を長く設計できるので、バネ１５の材料としては、金属のみでなく、樹脂成型品であっても、十分な弾性効果を発揮することができる。

Ｖ字型構造の第１の移動体１２１による振動摩擦部１４との２直線接触と、平面構造の第２の移動体１２２による振動摩擦部１４との１直線接触とにより、摩擦結合部の接触状態が安定し、再現性の良い摩擦駆動が得られる。尚、この第１の移動体１２１のＶ字型構造の角度は、３０度から１８０度未満の範囲であることが望ましい。

また、第１及び第２の移動体１２１、１２２をバネ１５で振動摩擦部１４に押し付けている。これにより、振動摩擦部１４に、第１及び第２の移動部１２１、１２２を押し付けることで、３部品（第１及び第２の移動部１２１、１２２、振動摩擦部１４）の安定した３線接触を可能としている。

また、バネ１５を、振動摩擦部１３ではなく、レンズ可動部側に取り付けている。このように、振動摩擦部１３とバネ１５とを分離したことにより、バネ１５の共振現象が起きるのを防止できる。したがって、振動摩擦部１３とバネ１５が位相反転することがなくなり、レンズ移動部を効率よく移動させることが可能となる。また、レンズ移動部の進行方向も、意図した方向へ進むように制御することが可能となる。

レンズ駆動部とレンズ移動部とは、図１に示されるように、光軸Ｏに対して並置されている。したがって、駆動装置１０を低背化することができる。

次に、図５を参照して、本発明の第１の実施の形態に係る駆動装置の駆動方法について説明する。図５（Ａ）および図５（Ｂ）は、それぞれ、駆動回路（図示せず）により積層圧電素子１３に印加される電圧の変化と、積層圧電素子１３の変位を示すものである。図５（Ｃ）は、振動伝達部材１９が無い場合（従来の駆動装置）の移動部材（１２１，１２２）の変位を示す図であり、図５（Ｄ）は、振動電圧部材１９が有る場合（本発明に係る駆動装置１０）の移動部材（１２１，１２２）の変位を示す図である。図５（Ａ）〜図５（Ｄ）において、横軸は時間［μsec］を示している。図５（Ａ）の縦軸は電圧［Ｖ］を示している。図５（Ｂ）〜図８（Ｄ）において、縦軸は変位［ｎｍ］を示している。

図５（Ａ）に示すように、積層圧電素子１３に負電圧と正電圧との繰返し波形から成る矩形波電圧を印加する。図示の例では、負電圧は−２.８Ｖであり、正電圧は＋２.８Ｖである。矩形波電圧の駆動周波数は９６ｋＨｚであり、デューティ比（図示の例では、負電圧のパルス幅と正電圧のパルス幅との比）は３０／７０である。尚、図示の例は、レンズホルダ１７（レンズバレル１８）を光軸Ｏ方向（上下方向Ｚ）に沿って下方向へ連続して移動させる例を示している。

このような状況では、図５（Ｂ）に示すように、積層圧電素子１３は、パルス幅の短い負電圧に対応した急激な変位（伸び）と、パルス幅の長い正電圧に対応した穏やかな変位（縮み）とが交互に生じる。

すなわち、積層圧電素子１３に矩形波電圧を印加して（図５（Ａ））、積層圧電素子１３に対して鋸歯波状の往復変位（伸縮）を生じ（図５（Ｂ））させる。

図５に加えて図１をも参照して、駆動装置１０の動作について説明する。先ず、レンズ可動部を上下方向Ｚに沿って下方向に移動する場合の動作について説明する。

先ず、図５（Ａ）に示すように、積層圧電素子１３にパルス幅の短い負電圧を印加すると、図５（Ｂ）に示すように、積層圧電素子１３は急速に厚み方向の伸び変位を生じる。その結果、振動摩擦部１４は、振動伝達部材１９を介して光軸Ｏ方向（上下方向Ｚ）に沿って上方向に急速に移動する。このとき、レンズ可動部（第１及び第２の移動体１２１、１２２）は、その慣性力により、振動摩擦部１４と第１及び第２の移動体１２１、１２２との間の摩擦力に打ち勝って実質的にその位置にとどまるので、移動しない。

次に、図５（Ａ）に示すように、積層圧電素子１３にパルス幅の長い正電圧を印加すると、図５（Ｂ）に示すように、積層圧電素子１３は緩やかに厚み方向の縮み変位を生じる。その結果、振動摩擦部１４は、振動電圧部材１９を介して光軸Ｏ方向（上下方向Ｚ）に沿って下方向に緩やかに移動する。このとき、振動摩擦部１４と第１及び第２の移動体１２１、１２２とはそれらの間の接触面に発生する摩擦力により結合しているので、レンズ可動部（第１及び第２の移動体１２１、１２２）は振動摩擦部１４と共に実質的に光軸Ｏ方向（上下方向Ｚ）に沿って下方向に移動する。

このように、積層圧電素子１３にパルス幅の短い負電圧とパルス幅の長い正電圧とを交互に印加して、積層圧電素子１３に伸び変位と縮み変位とを交互に生じさせることにより、レンズホルダ１７（レンズバレル１８）を光軸Ｏ方向（上下方向Ｚ）に沿って下方向へ連続して移動させることができる。

ここで、振動伝達部材１９が無い従来の駆動装置では、積層圧電素子（電気機械変換素子）１３の往復変位（振動）が、直接、振動摩擦部１４に伝達される。その為、積層圧電素子（電気機械変換素子）１３の伸縮により発生する振動（往復変位）を移動部材（１２１、１２２）に効率よく伝達させることは困難である。その結果、図５（Ｃ）に示されるように、レンズ可動部（移動部材）をスムーズに移動させることができない。

一方、振動伝達部材１９が有る本実施の形態に係る駆動装置１０では、積層圧電素子（電気機械変換素子）１３の往復変位（振動）が、振動伝達部材１９を介して、振動摩擦部１４に伝達される。その為、積層圧電素子（電気機械変換素子）１３の伸縮により発生する振動（往復変位）を移動部材（１２１、１２２）に効率よく伝達させることができる。その結果、図５（Ｄ）に示されるように、レンズ可動部（移動部材）をスムーズに移動させることができる。

上述したように、電気機械変換素子１３を鋸歯状波に往復変位させ、この電気機械変換素子１３の往復変位を振動伝達部材１９を介して振動摩擦部１４に伝達させることによって、移動部材（１２１，１２２）を所定の方向（上記の例では、下方向）にスムーズにリニア駆動することができる。

尚、レンズ可動部を光軸Ｏ方向（上下方向Ｚ）に沿って上方向に移動させるには、上記とは逆に、積層圧電素子１３にパルス幅の長い負電圧と、パルス幅の短い正電圧とを交互に印加することによって、達成することができる。

尚、上述の実施の形態では、矩形波電圧のデューティ比（負電圧のパルス幅と正電圧のパルス幅との比又は正電圧のパルス幅と負電圧のパルス幅との比）が３０／７０の場合を例に挙げて説明している。しかしながら、上記デューティ比が２５／７５〜３５／６５の範囲にあれば、レンズ可動部（移動部材）をスムーズに移動させることができる。

また、上述の実施の形態では、電気機械変換素子１３に矩形波電圧を印加して、電気機械変換素子１３を鋸歯状波に往復変位させているが、電気機械変換素子１３を鋸歯状波に往復変位させる方法はこれに限定されないのは勿論である。

さらに、上述の実施の形態では、移動部材（１２１，１２２）を、振動摩擦部１４に対して、滑らない状態（ノンスリップ状態）と滑る状態（スリップ状態）とを繰り返すことによって、移動部材（１２１，１２２）を所定の方向にリニア移動させている。換言すれば、電機機械変換素子１３の伸長時と縮小時の一方において、振動摩擦部１４と移動部材（１２１、１２２）との間に滑りを生じさせ、伸長時と縮小時の他方において、振動摩擦部１４と移動部材（１２１、１２２）との間に滑りを生じさせないように、駆動装置１０を駆動している。このような駆動方法は、この技術分野において、ノンスリップ・スリップ駆動と呼ばれる。

しかしながら、移動部材（１２１，１２２）を、振動摩擦部１４に対して、滑る状態（スリップ状態）を繰り返すことによって、移動部材（１２１，１２２）を所定の方向にリニア移動させてもよい。換言すれば、電機機械変換素子１３の伸長時と縮小時のどちらにおいても、振動摩擦部１４と移動部材（１２１、１２２）との間に滑りを生じさせるように、駆動装置１０を駆動してもよい。このような駆動方法は、この技術分野において、スリップ・スリップ駆動と呼ばれる。

次に、積層圧電素子１３について説明する。積層圧電素子１３は直方体の形状をしており、その素子サイズは、０．９［ｍｍ］×０．９［ｍｍ］×１．５［ｍｍ］である。圧電材料としてＰＺＴのような低Ｑｍ材を使用している。厚さ２０［μｍ］の圧電材料と厚さ２［μｍ］の内部電極とを交互に櫛形に５０層積層することによって、積層圧電素子１３を製造する。そして、積層圧電素子１３の有効内部電極サイズは、０．６［ｍｍ］×０．６［ｍｍ］である。換言すれば、積層圧電素子１３の有効内部電極の外側に位置する周辺部には、幅０．１５［ｍｍ］のリング状の不感帯部分（クリアランス）が存在する。

上述した第１の実施の形態に係る駆動装置１０では、電気機械変換素子１３の中心軸線１３_Ｏに対して振動摩擦部１４の中心軸線１４_Ｏを内側にずらしているが、図６に示される本発明の第２の実施の形態に係る駆動装置１０Ａのように、電気機械変換素子１３の中心軸線１３_Ｏに対して振動摩擦部１４の中心軸線１４_Ｏを外側にずらしてもよい。

図６に示されるように、振動伝達部材１９を追加して、電気機械変換素子１３の中心軸線１３_Ｏに対して振動摩擦部１４の中心軸線１４_Ｏを外側にずらすことで、電気機械変換素子１３及び振動摩擦部１４の周辺の空きスペースＥＳ_３、ＥＳ_４を自由に変更することができる。この結果、空きスペースＥＳ_３に他部品を配置するなどの有効活用が可能で、設計自由度を向上させることができる。

図７を参照して、本発明の第３の実施の形態による駆動装置１０Ｂについて説明する。図７は駆動装置１０Ｂの主要部を拡大して示す部分拡大断面正面図である。図示の駆動装置１０Ｂは、第１及び第２の移動体１２１、１２２が省略されている点を除いて、図１乃至図３に図示した駆動装置１０と同様の構成を有する。

すなわち、駆動装置１０Ｂにおいては、第１の突出部１７２が第１の移動体の役目をも果たしており、バネ１５の第２の端部１５ｂが第２の移動体の役目をも果たしている。換言すれば、図１乃至図３に図示した駆動装置１０における第１の移動体１２１と第１の突出部１７２とが、図７に図示した駆動装置１０Ｂでは１つの第１の突出板１７２になっており、図１乃至図３に図示した駆動装置１０における第２の移動体１２２とバネ１５とが、図７に図示した駆動装置１０Ｂでは１つのバネ１５になっている。

このような構成の駆動装置１０Ｂでは、図１乃至図３に図示した駆動装置１０と比較して、部品点数を削減することができる。

尚、図７に図示した駆動装置１０Ｂでは、第１の移動体１２１と第２の移動体１２２との両方を省略しているが、第１の移動体１２１と第２の移動体１２２のどちらか一方のみを省略しても良い。

図８を参照して、本発明の第４の実施の形態による駆動装置１０Ｃについて説明する。図８は、駆動装置１０Ｃに使用される振動伝達部材１９Ａを、振動摩擦部１４と積層圧電素子（電気機械変換素子）１３と共に示す正面断面図である。

図示の駆動装置１０Ｃは、振動伝達部材１９が後述するように振動伝達部材１９Ａに変形されている点を除いて、図１乃至図３に示した駆動装置１０と同様の構成を有する。

振動伝達部材１９Ａは、その水平面における縦横の幅（寸法）が、図１乃至図３に示した振動伝達部材１９よりも広くなっている。

そして、図８に示されるように、振動伝達部材１９Ａは、積層圧電素子（電気機械変換素子）１３の上端面１３ｂとの対向面に第１の凹部（窪み）１９１が形成され、振動摩擦部１４の下端面１４ａとの対向面に第２の凹部（窪み）１９２が形成されている。従って、第１の凹部１９１には積層圧電素子（電気機械変換素子）１３が遊嵌され、第２の凹部１９２には振動摩擦部１４の下端面１４ａが遊嵌されている。

第１の凹部（窪み）１９１は、積層圧電素子（電気機械変換素子）１３の上端面１３ｂと振動伝達部材１９Ａの下端面１９ａとの間の接着剤（接着樹脂）２０の塗布領域を明確にするためのものである。第２の凹部（窪み）１９２は、振動摩擦部１４の下端面１４ａと振動伝達部材１９Ａの上端面１９ｂとの間の接着剤（接着樹脂）２０の塗布領域を明確にするためのものである。これにより、駆動装置１０Ｃの組み立て性と強度を向上させることができる。

また、図８に示されるように、振動伝達部材１９Ａの下端面１９ａと積層圧電素子（電気機械変換素子）１３の上端面１３ｂとを接着剤（接着樹脂）２０で接合（接着）する際、その接着剤（接着樹脂）２０は振動伝達部材１９Ａの第１の凹部（窪み）１９１の内側壁側に押しやられる。同様に、振動伝達部材１９Ａの上端面１９ｂと振動摩擦部１４の下端面１４ａとを接着剤（接着樹脂）２０で接合（接着）する場合も、その接着剤（接着樹脂）２０は振動伝達部材１９Ａの第２の凹部（窪み）１９２の内側壁側に押しやられる。

その結果、図８に示されるように、積層圧電素子（電気機械変換素子）１３と振動伝達部材１９Ａと振動摩擦部１４とを、それらの間に接着樹脂層が無い状態で、取り付けることができる。その為、積層圧電素子（電気機械変換素子）１３の伸縮により発生する振動を、振動伝達部材１９Ａおよび振動摩擦部１４を介して、効率良く、第１及び第２の移動体（移動部材）１２１、１２２まで伝達することが可能となる。

尚、図８に図示した駆動装置１０Ｃでは、振動伝達部材１９Ａの下端面１９ａと上端面１９ｂの両面に凹部（窪み）１９１、１９２を形成しているが、振動伝達部材１９Ａの下端面１９ａと上端面１９ｂのどちらか一方にのみ凹部（窪み）を形成しても良い。

以上、本発明についてその好ましい実施の形態によって説明してきたが、本発明の精神を逸脱しない範囲内で、種々の変形が当業者によって可能であるのは明らかである。例えば、上述した実施の形態では、第１の移動体はＶ字型構造をしており、第２の移動体は平面構造をしているが、第１及び第２の移動体の形状はこれらに限定されないのは勿論である。また、上述した実施の形態では、振動摩擦部が円柱状（棒状）をしているが、複雑な形状（異形）をしていてもよい。

本発明の第１の実施の形態による駆動装置を示す斜視図である。 図１に示した駆動装置の主要部を拡大して示す部分拡大斜視図である。 図１に示した駆動装置の一部を断面で示した部分断面正面図である。 図１乃至図３に示した駆動装置の作用効果を説明するための部分拡大正面断面図である。 図１乃至図３に示した駆動装置の駆動方法を説明するための波形図である。 本発明の第２の実施の形態による駆動装置の主要部を拡大して示す部分拡大正面断面図である。 本発明の第３の実施の形態による駆動装置の主要部を拡大して示す部分拡大正面断面図である。 本発明の第４の実施の形態による駆動装置に使用される振動伝達部材を、振動摩擦部と積層圧電素子（電気機械変換素子）と共に示す正面断面図である。

符号の説明

１０、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ 駆動装置
１１ 静止部材
１２１ 第１の移動体
１２２ 第２の移動体
１３ 積層圧電素子（電気機械変換素子）
１４ 振動摩擦部
１５ バネ（摩擦力付加手段、付勢手段）
１５ａ 第１の端部
１５ｂ 第２の端部
１７ 可動鏡筒（レンズホルダ、レンズ支持体、被駆動部材）
１７０ 筒状部
１７２ 第１の突出部
１７４ 第２の突出部
１８ レンズバレル（レンズアセンブリ）
１９、１９Ａ 振動伝達部材
１９１、１９２ 凹部（窪み）
Ｏ レンズの光軸（被駆動部材の中心軸）
ＡＦＬ オートフォーカスレンズ

Claims (10)

1. 伸縮方向で互いに対向する一対の端面を持つ電気機械変換素子と、該電気機械変換素子の前記一対の端面の一方に取り付けられた振動摩擦部と、該振動摩擦部と摩擦結合される移動部材とを備え、前記電気機械変換素子の伸縮方向に前記移動部材が移動可能な駆動装置において、
   前記電気機械変換素子の前記一対の端面の一方と前記振動摩擦部の端面との間に配置された振動伝達部材を備え、
   前記電気機械変換素子の中心軸線と前記振動摩擦部の中心軸線とが同一直線上になく、
   前記駆動装置は、筒状の被駆動部材をその中心軸に沿って移動させるためのものであり、
   前記移動部材は、前記被駆動部材に取り付けられ、かつ前記被駆動部材の外周に近接して配置されており、
   前記振動伝達部材は、前記電気機械変換素子に対して、前記被駆動部材の中心軸に近づく内側に延在しており、
   前記振動摩擦部の中心軸線が前記電気機械変換素子の中心軸線よりも内側にずれている、ことを特徴とする駆動装置。
2. 伸縮方向で互いに対向する一対の端面を持つ電気機械変換素子と、該電気機械変換素子の前記一対の端面の一方に取り付けられた振動摩擦部と、該振動摩擦部と摩擦結合される移動部材とを備え、前記電気機械変換素子の伸縮方向に前記移動部材が移動可能な駆動装置において、
   前記電気機械変換素子の前記一対の端面の一方と前記振動摩擦部の端面との間に配置された振動伝達部材を備え、
   前記電気機械変換素子の中心軸線と前記振動摩擦部の中心軸線とが同一直線上になく、
   前記駆動装置は、筒状の被駆動部材をその中心軸に沿って移動させるためのものであり、
   前記移動部材は、前記被駆動部材に取り付けられ、かつ前記被駆動部材の外周に近接して配置されており、
   前記振動伝達部材は、前記電気機械変換素子に対して、前記被駆動部材の中心軸から離れる外側に延在しており、
   前記振動摩擦部の中心軸線が前記電気機械変換素子の中心軸線よりも外側にずれている、ことを特徴とする駆動装置。
3. 前記振動摩擦部は円柱状をしており、
   前記移動部材は、前記振動摩擦部を両側から挟持する第１の移動体及び第２の移動体から構成されている、請求項１又は２に記載の駆動装置。
4. 前記第１の移動体がＶ字型構造をしており、
   前記第２の移動体が平面構造をしている、
   請求項３に記載の駆動装置。
5. 前記第１の移動体のＶ字型構造の角度は、３０度から１８０度未満の範囲にある、請求項４に記載の駆動装置。
6. 前記振動摩擦部と前記第１の移動体との間と、前記振動摩擦部と前記第２の移動体との間と、に摩擦力を発生させる摩擦力付加手段を更に備える請求項３乃至５のいずれか１つに記載の駆動装置。
7. 前記摩擦力付加手段は、前記被駆動部材に第１の端部が取り付けられ、第２の端部に前記第２の移動体が取り付けられた付勢部材から構成され、該付勢部材は、前記振動摩擦部をその両側から前記第１の移動体及び前記第２の移動体により挟みながら押えるための押付力を発生する、請求項６に記載の駆動装置。
8. 前記被駆動部材は、筒状部と、該筒状部から外側に突出して前記第１の移動体を保持する第１の突出部と、該第１の突出部とは異なる位置で前記筒状部から外側に突出する第２の突出部とを備え、
   前記付勢部材は、前記第１の端部が前記第２の突出部に固着され、前記第２の端部に前記第２の移動体が取り付けられたバネから構成される請求項７に記載の駆動装置。
9. 前記被駆動部材は、筒状部と、該筒状部から外側に突出して前記第１の移動体を兼ねる第１の突出部と、該第１の突出部とは異なる位置で前記筒状部から外側に突出する第２の突出部とを備え、
   前記付勢部材は、前記第１の端部が前記第２の突出部に固着され、前記第２の端部が前記第２の移動体を兼ねるバネから構成される請求項７に記載の駆動装置。
10. 前記振動伝達部材は、
    前記電気機械変換素子の前記一対の端面の一方が遊嵌される第１の窪みと、
    前記振動摩擦部の端面が遊嵌される第２の窪みと、
    を持つ、請求項１乃至９のいずれか１つに記載の駆動装置。

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