JP5560481B2 - リニア駆動装置 - Google Patents

Description

本発明は、移動体を直線移動させるリニア駆動装置に関する。

特許文献１には、圧電素子に弾性を有する板状の振動子を重ねて固定した振動部材に駆動軸の基端を固定して、駆動軸をその軸線方向に振動させることにより、駆動軸に摩擦接触した移動体を直線移動させるリニア駆動装置が開示されている。

特開２００９−２７３３０３号公報

かかるリニア駆動装置では、圧電素子に所定周波数で所定電流値のパルス電流を流して駆動軸を所定の周波数（駆動周波数）で振動させている。かかる駆動周波数は、最適な振動量（振幅及び力）で駆動するようにリニア駆動装置の種類（サイズや形式）に応じて設定されているが、同じ種類のリニア駆動装置に同じ電流値のパルス電流を流しても、最適振動量が得られない場合があった（振動量のばらつき）。

更に、同じ種類のリニア駆動装置に、同じ周波数で同じ電流値のパルス電流を流した場合でも安定な振動量を得られない場合があった。

一方、かかるリニア駆動装置では、同じ周波数で同じ電流値のパルス電流で振動量の増大を図ることが望まれている。

そこで、本発明は、同じ種類のリニア駆動装置における振動量のばらつきを防止し且つ安定な振動量を得ることができると共に、振動量の増大を図ることができるリニア駆動装置の提供を目的とする。

請求項１に記載の発明は、振動部材と、振動部材に基端を固定した駆動軸とを備え、振動部材の振動により駆動軸がその軸線方向に振動することにより、駆動軸に摩擦係合した移動体が駆動軸の軸線方向に沿って摺動するリニア駆動装置において、振動部材は、通電により伸縮する圧電素子と、弾性を有する板状の振動子とを有し、振動子は圧電素子の一側面に板面を重ねて固定してあり、振動子は圧電素子の伸縮により駆動軸が固定してある中央部を周縁部に対して駆動軸側に突設と凹みの弾性変形動作を繰り返し、振動部材には駆動軸が固定してある側と反対側の面で且つ駆動軸の固定位置に対応する位置に錘部材が固定してあり、振動部材に固定した駆動軸の基端面の面積は振動部材の面積よりも小さく且つ錘部材を振動部材に固定した面の面積は駆動軸の基端面の面積以下としてあることを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、駆動軸は振動部材に固定する基端側を細くして振動部材に固定する基端面の面積を小さくしてあることを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、錘部材は駆動軸と略同じ質量としてあることを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか一項に記載の発明において、移動体はレンズを保持するレンズ支持体であり、振動部材の振動によりレンズ支持体をレンズの光軸方向に移動することを特徴とする。

発明者らは、研究及び実験の結果、振動部材の一側面に駆動軸を固定してなるリニア駆動装置では、振動部材の片面に駆動軸を固定している為、振動部材が偏った荷重を受けていることを見出した。したがって、振動部材において、駆動軸を固定している一側面の反対側の面に荷重の均衡を図る錘部材を設けることにより振動部材に作用する荷重の均衡を図ることで、振動子の振幅方向に作用する荷重の均衡を図り、振動部材の振幅の増大と力（弾性復帰力）の増大を図ることができる。これにより、同じ種類のリニア駆動装置における振動量のばらつきを防止し且つ安定な振動量を得ることができると共に、振動量の増大を図ることができる。

第１実施の形態に係るリニア駆動装置の概略的構成を示す図であり、（ａ）は側面図であり、（ｂ）は駆動軸の基端側から見た平面図である。 第１実施の形態に係るリニア駆動装置を用いたカメラの縦断面図である。 図２に示すＡ―Ａ断面図である。 第２実施の形態にかかるリニア駆動装置の概略的構成を示す側面図である。 第３実施の形態にかかるリニア駆動装置の概略的構成を示す図であり、（ａ）は側面図であり、（ｂ）は駆動軸の先端側から見た平面図である。

以下に、添付図面の図１〜図３を参照して本発明の第１実施の形態を説明する。本実施の形態に係るリニア駆動装置は、携帯電話に組み込まれる光学ズーム付きオートフォーカスカメラ１のレンズを駆動するリニア駆動装置７である。

本実施の形態にかかるカメラ１は、図２に示すように、筐体２内に、ズームレンズホルダ（移動体）３、フォーカスレンズホルダ５（移動体）と、ズームレンズホルダ３を駆動するズームレンズホルダ駆動手段（リニア駆動装置）７と、フォーカスレンズホルダ５を駆動するフォーカスレンズホルダ駆動手段（リニア駆動装置）９と、画像センサ１１が設けてある基板４とを備えている。更に、図３に示すように、筐体２内には、ズームレンズホルダ３の位置を検知するズームレンズ位置検出手段４３と、フォーカスレンズホルダ５の位置を検知するフォーカスレンズ位置検出手段４５とが設けてある。

ズームレンズホルダ３は、光学ズームレンズ１４を保持しており、フォーカスレンズホルダ５は、フォーカスレンズ１６を保持しており、光学ズームレンズ１４とフォーカスレンズ１６とは光軸０を同一にしてあり、光軸０上の結象位置に画像センサ１１が設けてある。更に、筐体２には被写体側レンズ１８と結像側レンズ２０とがズームレンズ１４とフォーカスレンズ１６と光軸０を一致して設けてある。尚、本実施の形態では、被写体側は光学ズームの望遠側であり、結像側は光学ズームの拡大側である。

ズームレンズ駆動手段（リニア駆動装置）７とフォーカスレンズ駆動手段（リニア駆動装置）９とは略同じ構成であるから、ズームレンズ駆動手段７を説明してフォーカスレンズ駆動手段９には同一の作用効果を奏する部分には同一の符号を付することによりその部分の説明を省略する。

ズームレンズ駆動手段７は、筐体２の基底２ａに配置した振動部材１７と、光軸方向に配置した駆動軸２１（２２）とから構成されており、駆動軸２１（２２）の基端は振動部材１７に固定してある。

振動部材１７は、図１に示すように、圧電素子２３と圧電素子２３の一側面（駆動軸２１の先端側面）に接着固定された振動子１９とから構成されている。

圧電素子２３は平面視矩形であり、圧電素子２３には電源制御部２７の端子が接続されている。圧電素子の厚みは約０．２５ｍｍである。

振動子１９は圧電素子２３よりも面積が大きい平面視矩形（図１（ｂ）参照）であり、圧電素子２３に一面を重ねて接着固定されている。振動子１９は弾性を有する金属製板であり、本実施の形態では全体に亘って略均一の厚み（約０．２５ｍｍ）に形成された銅板である。この振動子１９には電源制御部２７の端子が接続されている。

図１（ａ）に示すように、振動子１９には、その一側面の略中央部に駆動軸２１の基端２６が接着剤３０により接着固定されており、駆動軸２１の基端２６は振動子１９に当接固定されている。

駆動軸２１は、カーボン製であり、軸線方向に長い円柱形状を成し、胴部２５をズームレンズホルダ（移動体）３が摺動して移動するようになっている。

圧電素子２３の他側面（駆動軸２１の基端側面）には錘部材３２が接着材３０により固定されている。この錘部材３２は、振動部材１７においてその先端側面（一側面）に固定した駆動軸２１との質量バランスを図っている。

錘部材３２は、駆動軸２１よりも比重が重い金属部材であり、駆動軸２１よりも短い寸法で駆動軸２１と略同じ質量としてある。これにより、駆動軸２１との質量バランスを図りながら、錘部材３２が基端側に大きく突出するのを防止し、装置の小型化を図ることができる。尚、錘部材３２としては、例えば、銀、銅、セラミックス、鉛が用いられる。

また、本実施の形態では、錘部材３２は駆動軸２１の基端（固定面）２６の面積と同じ面積で且つ駆動軸２１に対向する位置に固定しており、振動部材１７における駆動軸２１の荷重がかかる位置を同じにして駆動軸２１に対する質量バランスを最適にしている。

図２に示すように、駆動軸２１の先端部は筐体２に固定した保持具４１ａに挿通されて筐体２に保持されており、振動部材１７も保持具４１ｂにより筐体２に保持されている。

ズームレンズホルダ３の一端部には、駆動軸２１の胴部２５（図１（ａ）参照）と圧接する樹脂製又は金属製の圧接部５１が設けてあり、圧接部５１は、図３に示すように、駆動軸２１を取巻く一側に開口部５３が形成されており、開口部５３はねじ５５により開口部５３の隙間を調整して、圧接部５１と駆動軸２１との間の摩擦（圧接力）を調整自在にしている。尚、ねじ５５を設けないで、圧接部５１の弾性を利用して予め設定された摩擦を付与するものであってもよいし、ねじを駆動軸２１に当接させて圧接するものであっても良い。

圧接部５１の内周面は、横断面が多角形、本実施の形態では四角形の孔になっており、横断面が円形の駆動軸２１と内周面において点接触している。このように、点接触することにより、駆動軸２１とズームレンズホルダ３の圧接部５１との間の摩擦により生じる粉や塵等を非接触箇所に逃すことができるので、駆動の信頼性が高くできる。

ズームレンズホルダ３の他端部は、フォーカスレンズホルダ５の駆動軸２２との係合部３３が設けてあり、係合部３３はフォーカスレンズホルダの駆動軸２２に係合して支持されており、ズームレンズホルダ３の移動を案内している。係合部３３は横断面が略Ｕ字であり、Ｕ字内にフォーカスレンズホルダ５の駆動軸２２が挿通されている。

フォーカスレンズホルダ５の構成はズームレンズホルダ３と同じ構成であり、フォーカスレンズホルダ５の駆動軸２２はズームレンズホルダ３の駆動軸２１と同様に基端を振動部材１７に取り付けてある。

ここで、図３を参照して、ズームレンズホルダ３の位置を検知するズームレンズ位置検出手段４３と、光学フォーカスレンズホルダ５の位置を検知するフォーカスレンズ位置検出手手段４５とについて説明する。ズームレンズ位置検手段４３とフォーカスレンズ位置検出器４５とは同じ構成であり、各々、レンズの光軸０方向に沿って異なる磁極（Ｓ極とＮ極）を交互に配置した磁極部材５７と、磁界強度を検知するＭＲセンサ５９とから構成されている。ＭＲセンサ５９は各ホルダ３、５に固定されており、各ホルダ３、５と共に移動して、各ホルダの基準位置（又は初期位置）からの移動量及び移動方向を検知可能になっている。各ＭＲセンサ５９の位置情報信号は、フレキシブル配線板６０により位置制御部に送られるようになっている。

次に、第１実施の形態の作用及び効果について説明する。本実施の形態では、ズームレンズホルダ３を移動して光学ズームで倍率を変え、フォーカスレンズホルダ５を移動して焦点距離をあわせるものである。

ズームレンズホルダ３を、望遠側（被写体側）に移動する場合には、振動部材１７の圧電素子２３に所定周波数で且つ所定電流値のパルスの電流を供給して、圧電素子２３の伸縮を振動子１９で増幅させて振動させる。

即ち、図１（ａ）に二点鎖線で示すように、圧電素子２３にパルス電流が供給されると、圧電素子２３は振動子１９と共に前側に突設するようにして変形し、駆動軸２１は、前側に向けて変形し、ズーム１レンズホルダ３は圧接部５１で駆動軸２１との摩擦力があるので前側に移動する。次に、圧電素子２３が縮むと振動子１９が弾性変形した反力により急激に元の位置に戻ろうとするが慣性力により凹み状に変形して急激に後方に移動する。このような振動子１９の変形動作を繰り返すことにより、ズームレンズホルダ３は駆動軸２１に沿って前進する。

このような振動子１９の弾性変形とその反力による戻りにおいて、本実施の形態では、図１（ａ）に示すように、振動子１９にはその一側面（先端側面）に固定した駆動軸２１との質量バランスを図るために、他側面（基端側面）に錘部材３２を固定しているので、振動部材１７に作用する荷重の均衡を図ることで、振動子１９の振幅方向の変形（図１（ａ）の二点鎖線参照）に作用する荷重の均衡を図り、振動部材の振幅の増大と力（弾性復帰力）の増大を図ることができる。特に、従来と異なり振動子１９が駆動軸２１側（一側面側）に偏った変形や、振動子１９に作用する偏った荷重を防止できるので、振動子１９の均等な変形や振幅及び反力による戻り（力）を得ることができ、これにより振動量の増大を図ることができる。

即ち、同じ電流値で同じ周波数のパルス電流を振動部材１７に供給することにより、従来に比較して、同じ種類（同じ型やサイズ）のリニア駆動装置における振動量のばらつきを防止し且つ安定な振動量を得ることができる。

錘部材３２として駆動軸２１よりも比重の大きなものを使用することにより、小さい錘部材３２で駆動軸との質量の均衡を図ることができるから、リニア駆動装置７の小型化を図ることができる。

特に、本実施の形態では、錘部材３２を振動部材１７に固定している駆動軸２１と同じ面積で駆動軸２１に対向する位置に固定することより、小型で且つ最適な質量バランスを図る振動部材１７を得ることができる。

尚、振動部材１７に供給する電流は、電圧Ｖが数十Ｖであり、周波数Ｈが数十ＫＨｚで安定でスムーズな移動を図ることができた。

ズームレンズホルダ３を、拡大側（結像側）に移動する場合には、振動部材１７の圧電素子２３に反対向きのパルスの電流を供給すると振動子１９による振動の増幅を伴って振動し、ズームレンズホルダ３は後退する。

また、フォーカスレンズホルダ５の駆動もズームレンズホルダ３と同様に振動部材１７に所定パルスの電流を供給することにより、フォーカスレンズホルダ５をその駆動軸２２に沿って前進又は後退させることができる。

次に、本発明の他の実施の形態を説明するが以下に説明する実施の形態において、上述した第１実施の形態と同一の作用効果を奏する部分には、同一の符号を付することによりその部分の詳細な説明を省略し、以下に説明する他の実施の形態の説明では主に第１実施の形態と異なる点を説明する。

図４に本発明の第２実施の形態を示す。この第２実施の形態では、駆動軸２１が振動子１９と接触固定する基端２６の面積を小さくなるように、駆動軸２１の基端２６ほど細くしている。このように、振動子１９に対する駆動軸２１の固定面積を小さくすることにより、振動子１９が弾性変形に寄与する面積を相対的に大きくすることができるので、更に大きな振幅で弾性変形や復帰力（力）を増大させることができる。

この第２実施の形態では、振動子１９における駆動軸２１の基端（固定面）２６と同じ面積Ｍで且つ基端２６に対応する位置に錘部材２３を固定している。

本発明は、上述した実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形可能である。

例えば、駆動軸２１はその基端２６を振動子１９に直接固定することに限らず、図５に示すように、振動子１９の中央に穴３４を形成し、この穴３４に駆動軸２１の基端２６を挿入して圧電素子２３に固定するものであっても良い。

錘部材２６は、はんだを盛り付けしたものであっても良い。

例えば、圧電素子２３及び振動子１９は、平面視四角形状に限らず、平面視円形や６角形等の多角形にしてもよく、形状は限定されない。

錘部材３２の材質や形状は特定されず、駆動軸との質量バランスを図ることができれば良い。

３ ズームレンズホルダ（移動体）
５ フォーカスレンズホルダ（移動体）
７ ズームレンズホルダ駆動手段（リニア駆動装置）
９ フォーカスレンズホルダ駆動手段（リニア駆動装置）
１７ 振動部材
１９ 振動子
２１ ズームレンズホルダの駆動軸（駆動軸）
２２ フォーカスレンズホルダの駆動軸（駆動軸）
２６ 基端（固定面）
３２ 錘部材

Claims (4)

1. 振動部材と、振動部材に基端を固定した駆動軸とを備え、振動部材の振動により駆動軸がその軸線方向に振動することにより、駆動軸に摩擦係合した移動体が駆動軸の軸線方向に沿って摺動するリニア駆動装置において、
   振動部材は、通電により伸縮する圧電素子と、弾性を有する板状の振動子とを有し、振動子は圧電素子の一側面に板面を重ねて固定してあり、振動子は圧電素子の伸縮により駆動軸が固定してある中央部を周縁部に対して駆動軸側に突設と凹みの弾性変形動作を繰り返し、振動部材には駆動軸が固定してある側と反対側の面で且つ駆動軸の固定位置に対応する位置に錘部材が固定してあり、振動部材に固定した駆動軸の基端面の面積は振動部材の面積よりも小さく且つ錘部材を振動部材に固定した面の面積は駆動軸の基端面の面積以下としてあることを特徴とするリニア駆動装置。
2. 駆動軸は振動部材に固定する基端側を細くして振動部材に固定する基端面の面積を小さくしてあることを特徴とする請求項１に記載のリニア駆動装置。
3. 錘部材は駆動軸と略同じ質量としてあることを特徴とする請求項１に記載のリニア駆動装置。
4. 移動体はレンズを保持するレンズ支持体であり、振動部材の振動によりレンズ支持体をレンズの光軸方向に移動することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のリニア駆動装置。
   

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