JP5618028B2 - 駆動装置および撮像装置 - Google Patents
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Description
本発明は、例えば携帯電話等に搭載可能な撮像装置に好適に用いられる駆動装置およびこれを用いた撮像装置に関する。
従来から、例えば携帯電話等に搭載可能な撮像装置に好適に用いられる駆動装置として、ＳＩＤＭ（Ｓｍｏｏｔｈ Ｉｍｐａｃｔ Ｄｒｉｖｅ Ｍｅｃｈａｎｉｓｍ、「ＳＩＤＭ」は登録商標）と称される駆動装置が知られている。このＳＩＤＭの駆動装置は、電気機械変換素子である圧電素子と、前記圧電素子の一方端に接合された駆動軸と、前記駆動軸の外周に摩擦係合した移動体とを備える。そして、このようなＳＩＤＭの駆動装置では、前記圧電素子の伸縮が駆動軸に伝えられ、その駆動軸に所定の摩擦力で係合した移動体が、前記圧電素子の伸張時と縮小時との速度差を利用することで駆動する。より詳しくは、このような駆動装置では、例えば駆動軸をゆっくりと伸張させることによって、その駆動軸に摩擦係合している移動体も駆動して移動する一方、前記所定の摩擦力を超える程、駆動軸を瞬時に縮小させると、前記移動体が伸張位置に取り残される。このような駆動軸の伸長と収縮とを繰返し行うことで、駆動装置は、前記移動体を前記駆動軸の軸方向に駆動させることができる。
このような駆動装置では、例えばこの駆動装置が装備された携帯電話に落下による衝撃力がかかると、それに伴って駆動軸と摩擦係合した移動体にも外力がかかる。そして、その外力がそのまま駆動軸に伝達されると、駆動軸が傾き、あるいは、位置ズレを起こすおそれがある。
また、このような駆動装置において、例えば特許文献１には、圧電素子が固定枠に支持部材を介して保持されるとともに、駆動軸の軸方向における圧電素子に連結された基端側、および、圧電素子とは反対側である先端側のそれぞれが、固定枠と一体となった仕切り部によって支持されている駆動装置が開示されている。このようにして、駆動軸の軸方向の両端側が仕切り部によって支持されている場合、駆動軸に外力がかかっても駆動軸が傾き或いは位置ズレを起こすおそれが少なくできる。
しかしながら、上記特許文献１のように、駆動軸の軸方向の基端側および先端側のそれぞれが仕切り部によって支持された構成では、駆動軸は、基端側および先端側のそれぞれに、仕切り部に支持される部分が必要となる。その結果、駆動軸の軸方向の長さが長くなってしまう。しかも、駆動軸の先端側を支持する仕切り部が駆動軸の先端側に配設されることになる。そのため、駆動軸の軸方向の長さ方向に対応する駆動装置全体の高さが高くなって、低背化し難くなっている。
本発明は、上述の事情に鑑みて為された発明であり、その目的は、移動体に外力がかかった場合でも、その外力が移動体から駆動軸に伝達され難い駆動装置およびこの駆動装置を用いた撮像装置を提供することである。
本発明にかかる駆動装置は、電気機械変換素子による機械エネルギーを伝達する駆動軸に所定の摩擦力で係合された移動体が摺動するものであり、前記電気機械変換素子を保持する装置本体を備える。そして、前記移動体は、被駆動体が取り付けられる移動体本体部と、前記駆動軸を摺動する第１および第２摺動面と、前記第１および第２摺動面に前記駆動軸を押し付ける押圧部材とを備え、前記第１および第２摺動面の少なくとも一方は、前記移動体本体部に対して移動可能に構成される。そして、本発明にかかる撮像装置は、この駆動装置を用いる。
上記並びにその他の本発明の目的、特徴および利点は、以下の詳細な記載と添付図面から明らかになるであろう。
以下、本発明にかかる実施の一形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において同一の符号を付した構成は、同一の構成であることを示し、適宜、その説明を省略する。なお、本明細書において、総称する場合には添え字を省略した参照符号で示し、個別の構成を指す場合には添え字を付した参照符号で示す。なお、以下の説明において、図１ないし図５、図７および図１０ないし図１３に示すＸ方向が上側とされ、そのＹ方向が下側とされる。
図１ないし図１４において、本実施形態の駆動装置１は、例えば携帯電話等に搭載可能な撮像装置に好適に用いられる。この実施形態の駆動装置１は、図１および図２に示すように、装置本体２、８と、前記装置本体に保持された駆動本体部３と、移動体４とを備える。
前記装置本体は、保持部材２と、カバー８とを備える。保持部材２は、駆動本体部３を保持して支持するベース部材であり、ＬＣＰ（液晶ポリマー）等の樹脂材料から形成され、図４に示すように、後述の電極端子２２、２３の一部をインサートした形で射出成形によって形成される。この実施形態の保持部材２は、矩形状の外周を有し、中心部に光路となる円形状の貫通孔２０ｇを有する筒状体からなる。
この保持部材２は、第１隅角部２ａ（図４の左下側）に、前記筒状体の上面（一方面）２ｅからＸ方向に沿って立設する第１支持柱２０ａを備える。また、保持部材２は、第１隅角部２ａにおける第１支持柱２０ａの内側に、駆動本体部３を保持する駆動本体保持部２１を備える。
この駆動本体保持部２１は、保持部材２の上面２ｅから所定の深さで円柱状に窪むように形成される。
保持部材２は、第１隅角部２ａにおける駆動本体保持部２１を挟んでその両側に、第１電極端子２２の先端２２ａと第２電極端子２３の先端２３ａとが各側面を互いに向かい合わせて保持部材２の上方側に突出するように配設される。
これら第１および第２電極端子２２、２３は、それぞれ、その中間部が保持部材２に埋設され、第１および第２電極端子２２、２３の各基端は、それぞれ、保持部材２の外側面から突設され、外部接続端子２２ｂ、２３ｂと成っている。そして、この駆動装置１が搭載される図示しない携帯電話の回路基板やコネクタと、この外部接続端子２２ｂ、２３ｂとが互いに接続される。
この実施形態では、図１０に示すように第１電極端子２２の外部接続端子２２ｂおよび第２電極端子２３の外部接続端子２３ｂは、それぞれ、互いの外部接続端子２２ｂ、２３ｂの下面同士が面一になるように、段部を介して折り曲げ成形される。この構成によって、第１電極端子２２の外部接続端子２２ｂおよび第２電極端子２３の外部接続端子２３ｂは、それぞれ、例えば携帯電話の回路基板に置かれることにより回路基板に通電可能に接続できる。
保持部材２は、図４に示すように、右前方側の第２隅角部２ｂ、右後方側の第３隅角部２ｃおよび左後方側の第４隅角部２ｄのそれぞれに、前記筒状体の上面（一方面）２ｅからＸ方向に沿って立設するように、第２支持柱（移動制限部の一例）２０ｂ、第３支持柱２０ｃ、第４支持柱２０ｄを備える。第３支持柱２０ｃには、後述の移動体４の回転規制部６１ａを上下方向に移動可能に受容する規制部受容溝２９が形成されている。なお、これら第１ないし第４隅角部２ａ〜２ｄは、本実施形態では、前記筒状体と一体に形成される。
次に、カバー８について、図１および図２に基づいて説明する。本実施形態のカバー８は、例えば、０．１ｍｍ〜０．２ｍｍのステンレス製の薄板を絞り加工またはプレス加工によって、一方面（下面）を開口した箱形状に形成され、上壁８１に光路となる貫通孔８２を備えている。この貫通孔８２は、レンズバレル７における光路の形状に応じた形状であり、例えば円形状である。
カバー８は、４つの側壁８３それぞれに、保持部材２の側面に設けられた係止用突起２０ｆに係止する係止用孔８４を備える。なお、この実施形態では、係止用突起２０ｆは、２個であり、対向する２つの係止用孔８４と係止するようになっている。
カバー８は、保持部材２における第１支持柱２０ａ、第３支持柱２０ｃおよび第４支持柱２０ｄそれぞれの上面に設けられた載置台２０ｅ、および、第２支持柱２０ｂの各上面に、カバー８の上壁８１の内面が当接した状態で、係止用孔８４と係止用突起２０ｆとが係止している。
この係止状態で、載置台２０ｅ、および、第２支持柱２０ｂの各上面と、カバー８の上壁８１の内面とが接着剤により接着されて結合される。
駆動本体部３は、図３に示すように、軸方向に伸縮する電気機械変換素子の一例である圧電素子３１と、圧電素子３１の一方端に連結された駆動軸３２と、圧電素子３１の他端に連結された錘３３とを備える。
錘３３は、圧電素子３１の伸縮による変位を主に駆動軸３２側に、好ましくは駆動軸３２側のみに、発生させるための部材である。この実施形態では、錘３３は、タングステンやタングステン合金等比重の高い材料から形成される。
錘３３は、外径が圧電素子３１の外周から全周に渡って外周方向に突出するように形成された円柱状である。
なお、この錘３３は、圧電素子３１の他端が保持部材２に直接的に取付けられること等によって、錘３３の機能と同様の機能を発揮することができる場合には、省略されてもよい。
圧電素子３１は、電気機械変換素子の一例である。この電気機械変換素子は、入力の電気エネルギーを、伸縮する機械エネルギー、すなわち、機械的な運動に変換する素子であり、例えば、入力の電気エネルギーを圧電効果によって機械的な伸縮運動に変換する圧電素子等である。本実施形態では、上述のように、電気機械変換素子として圧電素子３１が用いられ、この圧電素子３１は、例えば、積層体と、一対の外部電極とを備えている。
積層体は、圧電材料から成る薄膜状（層状）の圧電層と導電性を有する薄膜状（層状）の内部電極層とを交互に複数積層して成るものである。積層体は、本実施形態では、四角柱形状となっているが、これに限定されるものではなく、例えば、多角柱状や円柱形状等であってよい。
複数の内部電極層は、これら複数の内部電極層のうちの複数の陽極層が積層体における外周側面の一方側に、そして、これら複数の陰極層が積層体における外周側面の他方側に、達するまでそれぞれ延設されることによって、それら各層の先端が互いに対向する一対の外周側面で外部に臨むように、それぞれ構成される。一対の外部電極３１ａ、３１ａは、前記電気エネルギーを積層体に供給するものであり、積層体における前記一対の外周側面上に積層方向に沿って例えば銀等のスパッタ法によって形成され、各圧電層間の前記複数の内部電極を並列に接続するように、前記複数の内部電極と順次交互に接続される。
圧電材料は、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（いわゆるＰＺＴ）、水晶、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）、ニオブ酸タンタル酸カリウム（Ｋ（Ｔａ，Ｎｂ）Ｏ３）、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ３）、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ３）およびチタン酸ストロンチウム（ＳｒＴｉＯ３）等の無機圧電材料である。
そして、この圧電素子３１は、下端面が錘３３の上端面に、エポキシ接着剤等の接着剤によって接着される。本実施形態では、エポキシ接着剤には、錘との短絡防止および接着層厚を安定化させるため、直径５μｍ程度の樹脂性のビーズが混入される。
駆動軸３２は、軸方向にカーボン繊維を配列し、樹脂によって円柱状に成形した炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ、ｃａｒｂｏｎ−ｆｉｂｅｒ−ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ ｐｌａｓｔｉｃ）から形成される。本実施形態の駆動軸３２は、外径が圧電素子３１の外周から全周に渡って外周方向に突出するように形成される。
そして、駆動軸３２は、その下端面が圧電素子３１の上端面に、接着剤により接着される。この接着剤は、圧電素子３１と錘３３とを接着した接着剤と同じものである。
駆動軸３２と圧電素子３１との接合面からはみ出た接着剤（フィレット）は、圧電素子３１側に形成される。これによって、駆動軸３２の全領域（外周面における軸方向の全域）が移動体４との摺動に使うことができ、短い駆動軸３２で大きなストロークが実現できる。
このように構成された駆動本体部３は、図１３に示すように保持部材２の駆動本体保持部２１に錘３３側から嵌挿され、接着剤（図示せず）によって駆動本体保持部２１の底面と錘３３とが接着され、駆動本体部３は、駆動本体保持部２１内に固定される。この構成によって、この実施形態では、圧電素子３１の下端面（他方端）が錘３３を介して間接的に保持部材２に取付けられている。
駆動本体保持部２１に錘３３が嵌挿されると、駆動軸３２の外周が保持部材２の第１支持柱２０ａの内面に当接し、その状態で、錘３３が保持部材２に固定される。
その際、駆動軸３２は、外径が圧電素子３１の外周から全周に渡って外周方向に突出するように形成されているため、第１支持柱２０ａの内面は、平坦な形状に形成できる。この構成によって、第１支持柱２０ａの内面に、圧電素子３１が当たることなく駆動軸３２が当接できる。例えば、圧電素子３１の外周が駆動軸３２の外周から突出している場合には、駆動軸３２の外周を当接させるために、保持部材２の第１支持柱２０ａの内面をその圧電素子３１が突出している分だけ窪ませて段差を設ける必要があり、保持部材２の成形が複雑化して生産性が低下する。しかし、この実施形態のように、第１支持柱２０ａの内面を平坦に形成することで、保持部材２を容易に形成でき、生産性を向上できる。
この状態で、駆動軸３２の軸方向と、保持部材２の軸方向とが一致した状態になっている。
また、このように保持部材２の駆動本体保持部２１に保持された駆動本体部３において、２つの第１電極連結バネ２４ａおよび第２電極連結バネ２４ｂを介して圧電素子３１における一対の外部電極３１ａそれぞれと、第１電極端子２２の先端２２ａおよび第２電極端子２３の先端２３ａのそれぞれが、通電可能に接続される。
より詳しくは、図１０に示すように第１電極連結バネ２４ａと第２電極連結バネ２４ｂとは、同じ構成であり、それぞれ、金や白金等でメッキされ、線材を巻き回したコイル部２５ａと、コイル部２５ａから径方向外側に突設された第１足部２５ｂおよび第２足部２５ｃとを備えたねじりコイルバネから構成されている。
第１電極連結バネ２４ａでは、コイル部２５ａに第１電極端子２２の先端２２ａが押し入れられ、第１足部２５ｂが圧電素子３１の一方の外部電極３１ａに当接し、そして、第２足部２５ｃが保持部材２に設けられたバネ係止部２６（図９参照）に係止される。この状態で、コイル部２５ａにねじり力が蓄積し、そのねじり力によって第１足部２５ｂが圧電素子３１の外部電極３１ａを押圧した状態になっている。
第２電極連結バネ２４ｂでは、コイル部２５ａに第２電極端子２３の先端２３ａが押し入れられ、第１足部２５ｂが圧電素子３１の他方の外部電極３１ａに当接し、そして、第２足部２５ｃが保持部材２に設けられたバネ係止部２６（図９参照）に係止される。この状態で、コイル部２５ａにねじり力が蓄積し、そのねじり力によって第１足部２５ｂが圧電素子３１の外部電極３１ａを押圧した状態になっている。
本実施形態では、第１電極連結バネ２４ａおよび第２電極連結バネ２４ｂそれぞれの第１足部２５ｂと圧電素子３１の外部電極３１ａとの当接部からコイル部２５ａにかけて、導電性接着剤２７が介在するように配設される。これによって、第１電極連結バネ２４ａおよび第２電極連結バネ２４ｂに加えて、導電性接着剤２７が圧電素子３１の外部電極３１ａと第１電極端子２２および第２電極端子２３とを通電可能に接続し、両者をより確実に接続している。
また、この実施形態では、導電性接着剤２７は、その表面に、補強接着剤２８によって被覆され、導電性接着剤２７の接着強度が補強される。
次に、移動体４について説明する。移動体４は、駆動軸３２に所定の摩擦力で係合され、駆動軸３２の軸方向に沿って摺動する。本実施形態の移動体４は、図２に示すように金属製の円筒状の移動体本体部５と、移動体本体部５とは別体のガイドスプリング（金属製板体）６とを備える。移動体本体部５は、本実施形態では、例えば、ステンレス製で、０．０５ｍｍ〜０．３ｍｍの厚さで、絞り加工によって形成される。ステンレス材は、金属材料の中でも、安価で成形性がよく、耐久性もよく、駆動性能も良好な材料である。
移動体本体部５は、図５、図６に示すように内周側にレンズ保持部５４を備え、このレンズ保持部５４は、１または複数のレンズ群７１を有する被移動体としてのレンズバレル７（図１３参照）を保持する。レンズバレル７の側面には接着溝７２が設けられ、接着溝７２に接着剤７３を充填してレンズ保持部５４にレンズバレル７が接着される（図１３参照）。
移動体本体部５は、外周面の一部に、駆動軸３２を摺動する第１摺動面５１を備える。この第１摺動面５１は、本実施形態では、移動体本体部５の成形加工に際し、移動体本体部５の一部を、周方向に所定の幅で軸方向の全体に亘って平板状にすることによって平面に形成される。このため、移動体本体部５が駆動軸３２を摺動する際に、移動体本体部５が駆動軸３２に対して傾くことなく一定の姿勢を保持しながら摺動できる。
移動体本体部５は、下端に、径方向内側に突出するように形成された第１フランジ５２を備えるとともに、上端に、径方向外側に突出するように形成された第２フランジ５３を備えており、これらによって移動体本体部５の強度が高められている。
第１フランジ５２は、その上面がレンズバレル載置部５２ａをなしており、図１３に示すようにレンズ保持部５４にレンズバレル７を保持させる際に、このレンズバレル載置部５２ａにレンズバレル７を載置することにより、移動体本体部５の軸心とレンズバレル７のレンズ群７１の光軸とが互いに傾くことなく揃うようになっている。
このように、移動体本体部５が金属製の筒であるため強度や摩耗に対する耐久性が高く、また薄肉の金属筒のため内部に保持されるレンズ７１の大口径化を図ることが可能となる。駆動軸３３が移動体本体部５に直接当接して駆動するため、駆動本体部３と摩擦係合する部位を、レンズ群７１を保持する部位と別に、設ける構成に比べ、移動体本体部５の内部に保持されるレンズ群７１の大口径化を図ることができる。
ガイドスプリング６は、本実施形態では、例えば、ステンレス製で、０．１ｍｍ〜０．３ｍｍの厚さで形成される。このガイドスプリング６は、図７、図８に示すように円弧部６１と、円弧部６１の一端側に形成されたガイド部６２と、円弧部６１の他端側に形成された押圧片６３とを備える。
円弧部６１は、ガイド部６２から周方向に略１８０°隔てた位置に、回転規制部６１ａを備える。この回転規制部６１ａは、駆動軸３２に対する移動体４の軸心回りの回転を規制するためのもので、規制枠部６１ｂと、規制枠部６１ｂに形成された半球状の突起６１ｃとを備える。
規制枠部６１ｂは、円弧部６１の一部を径方向外側に矩形状に突出させるようにして形成される。
突起６１ｃは、規制枠部６１ｂの両外側面のそれぞれから外方に突出するように形成される。また、突起６１ｃ同士の外幅Ｖ１（図９参照）は、保持部材２の規制部受容溝２９の内幅Ｖ２（図９参照）よりも若干狭く設定される。なお、図９では、作図の都合上、突起６１ｃ同士の外幅Ｖ１と規制部受容溝２９の内幅Ｖ２とは、同じ幅で表されている。
本実施形態では、円弧部６１は、一端（ガイド部６２）と回転規制部６１ａとの間に、他の部分よりも幅が狭い幅狭部６１ｄを備える。
ガイド部６２は、円弧部６１の一端側の一部を円弧部６１の径方向外側に折り曲げ成形することにより形成され、その一方面に、駆動軸３２を摺動する第２摺動面６２ａを備える。
押圧片６３は、円弧部６１の他端から段部を介して直線状に延設するように形成されており、その先端部に、駆動軸３２を押圧する押圧部６３ａを備える。本実施形態の押圧部６３ａは、第１摺動面５１および第２摺動面６２ａよりも幅狭に形成されている。
そして、これらガイドスプリング６と移動体本体部５とは、溶接によって固定的に連結される。
より詳しくは、これらガイドスプリング６と移動体本体部５とは、図１１に示すように、移動体本体部５の第１摺動面５１とガイドスプリング６の第２摺動面６２ａとが隣接するように、そして、移動体本体部５の外周にガイドスプリング６を巻き付けるように、配設される。
そして、この状態で、両者は、複数箇所、例えば、図７に×印で示すように、ガイドスプリング６の円弧部６１におけるガイド部６２から周方向に所定距離だけ隔てた第１固定部６４ａと、回転規制部６１ａの両側の第２固定部６４ｂおよび第３固定部６４ｃと、押圧片６３との境界部の近傍の第４固定部６４ｄとの互いに離間した４箇所で、抵抗溶接（スポット溶接）およびレーザ溶接等の溶接によって、固定される。
この固定によって、ガイドスプリング６の円弧部６１におけるガイド部６２と第１固定部６４ａとの間に、ガイドスプリング６の径方向に弾性変形し得る弾性部６５が形成される。
本実施形態では、弾性部６５は、移動体本体部５に固定される前の状態で、内周面の曲率半径が移動体本体部５の外周面の曲率半径よりも小さく形成されている。そして、ガイドスプリング６が移動体本体部５の外周に巻き付けられて第１固定部６４ａが移動体本体部５に溶接で固定された状態で、弾性部６５の内周が弾性に抗して移動体本体部５の外周に押し広げられて曲率半径が固定される前の状態よりも大きくなっている。
したがって、弾性部６５は、上記押し広げられた分の弾性力でガイド部６２（第２摺動面６２ａ）を移動体本体部５の径方向内側（図１１に示すＺ方向）に付勢した状態になっている。
本実施形態では、上記溶接に際し、図１２に示すように回転規制部６１ａを把持した位置決め治具１１およびガイド部６２を把持した第２摺動面姿勢調整治具１２を用いることによって、移動体本体部５とガイドスプリング６との互いの位置、および、第２摺動面の姿勢を決めた上で溶接が行われる。その際、例えば第２摺動面の姿勢を設定する場合に、円弧部６１の幅狭部６１ｄによって第２摺動面の姿勢を設定し易くなっている。
この溶接によって固定された状態で、第１摺動面５１と第２摺動面６２ａとが略直角になって、第１および第２摺動面５１、６２ａは、両者でＬ字状を成している。
このように移動体本体部５とガイドスプリング６とをステンレス等の金属から形成し、溶接によって結合することによって、移動体本体部５とガイドスプリング６とは、強固に固定でき、接着等と異なり瞬時に固定できるので、製造上のタクトタイムは、大幅に短縮できる。
移動体本体部５とガイドスプリング６とが連結された移動体４は、図９に示すように、回転規制部６１ａを保持部材２の規制部受容溝２９に入れるように、そして、駆動軸３２を第１摺動面５１と第２摺動面６２ａと押圧部６３ａとで囲むように、配置される。
これによって、押圧片６３の弾性力によって第１摺動面５１が駆動軸３２の外周に押し付けられるとともに、第２摺動面６２ａが駆動軸３２の外周における上記第１摺動面５１と当接した箇所から周方向に所定距離隔てた位置に押し付けられることによって、移動体４は、駆動軸３２と摩擦係合する。
この状態で、押圧片６３は、保持部材２の第２隅角部２ｂから第１隅角部２ａに延された状態になっている。第１摺動面５１は、駆動軸３２の軸方向の上側（一方側）から見て、保持部材２の中心Ｏ１と駆動軸３２の軸心Ｏ２とを結ぶ線Ｐと垂直になっている。また、第２摺動面６２ａは、第４隅角部２ｄと駆動軸３２との間に、上記線Ｐと平行になって第２隅角部２ｂ側を向いた状態で駆動軸３２に当接している。
以上のように構成された駆動装置１は、例えば図１３に示すように移動体４のレンズ保持部５４にレンズバレル（撮像光学系）７が保持され、保持部材２の下面側に、ＩＲカットフィルタ１０２および撮像素子１０３を有するセンサ基板１０３ａが付設される。これによって撮像装置１００が形成される。
撮像素子１０３は、全体を図示していない撮像光学系によって結像された物体（被写体）の光学像における光量に応じてＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の各成分の画像信号に光電変換して所定の画像処理回路（不図示）へ出力する素子である。撮像素子１０３は、例えば、ＣＣＤ型のイメージセンサや、ＣＭＯＳ型のイメージセンサ等である。
前記撮像光学系は、レンズ群７１を含む、１または複数のレンズ群（光学素子）を備え、物体の光学像を撮像素子１０３の受光面上に結像する。レンズ群７１は、このような撮像光学系における前記１または複数の光学素子のうちの光軸に沿って移動する光学素子である。レンズ群７１は、１枚のレンズであってよく、また複数のレンズを備えるものであってもよい。レンズ群７１は、例えば、フォーカシング（合焦）を行うために光軸に沿って移動する光学系であってよく、また例えば、ズーミング（変倍）を行うために光軸に沿って移動する光学系であってよい。このようなレンズ群７１を備える撮像光学系によって物体の光学像が、撮像光学系によりその光軸に沿って撮像素子１０３の受光面まで導かれ、撮像素子１０３によって前記物体の光学像が撮像される。
そして、例えば携帯電話機の回路基板に、第１電極端子２２の外部接続端子２２ｂおよび第２電極端子２３の外部接続端子２３ｂ（図１等参照）が配置され、携帯電話機の筐体内に設置される。
図略の駆動回路から第１電極端子２２の外部接続端子２２ｂおよび第２電極端子２３の外部接続端子２３ｂに電力（駆動信号）が供給されると、駆動装置３の圧電素子３１が軸方向に伸縮してその伸縮によって駆動軸３２が往復移動し、その往復移動によって移動体４が駆動軸３２の軸方向（光軸方向）に移動する。
より詳しくは、駆動信号として所定のデューティ比の矩形波が圧電素子３１に付与されることによって、圧電素子３１の変位が三角波状となり、その矩形波のデューティ比を変えることによって上昇時（伸張時）と下降時（収縮時）とで傾きの異なる三角波状の伸縮運動が発生する。駆動本体部３の駆動メカニズムは、これを利用するものである。
例えば、駆動軸３２をゆっくりと伸張させることで、その駆動軸３２に摩擦係合している移動体４もその伸張に応じて移動し、摩擦係合した摩擦力を超える程の瞬時に、駆動軸３２を収縮させると、移動体４がその移動先の位置でそのまま取り残される。このような駆動軸３２の軸方向の伸縮を繰返し行うことで、移動体４が駆動軸３２の軸方向に摺動する。
この移動体４が駆動軸３２を摺動する際に、第１摺動面５１と第２摺動面６２ａとは、駆動軸３２に押し付けられた状態で摺動するため、移動体４は、その姿勢を変えることなく移動できる。
押圧部６３ａが第１摺動面５１および第２摺動面６２ａよりも幅狭に形成されているため、例えば押圧片６３がねじれを生じている場合でも、確実に駆動軸３２を第１摺動面５１および第２摺動面６２ａに線接触させることができ、より一層確実に、移動体４は、その姿勢を変えることなく移動できる。
移動体４が駆動軸３２の軸心回りに回転しようとすると、回転規制部６１ａの何れか一方の突起６１ｃが規制部受容溝２９の内壁に当接し、このため、移動体４の回転が規制される。突起６１ｃが規制部受容溝２９の内壁に当接した状態から、移動体４が駆動軸３２を摺動する場合、突起６１ｃが半球状に形成されて規制部受容溝２９の内壁に点接触するため、その接触による抵抗を殆ど受けることなく移動体４は、駆動軸３２を摺動できる。
例えばこの駆動装置１が装備された携帯電話に落下による衝撃力がかかり、この衝撃力に伴って、図９に示すように、駆動軸３２と摩擦係合した移動体４に、第４隅角部２ｄから第２隅角部２ｂに向かう第２方向（Ｗ２方向）の力がかかった場合、この駆動装置１は、以下のように動作する。
駆動軸３２に当接した第２摺動面６２ａは、駆動軸３２から反力を受け、その反力が第２摺動面６２ａにかけられた弾性部６５の付勢力よりも大きくなると、図１４に示すように弾性部６５が弾性変形して第２摺動面６２ａが移動体本体部５の径方向外側に移動する。
一方、移動体本体部５は、第２方向に移動し、第２支持柱２０ｂに当接するとともに、移動体本体部５の回転規制部６１ａは、第３支持柱２０ｃの規制部受容溝２９の内壁に当接し、この結果、第２方向への移動が止められる。したがって、移動体４にかかる第２方向の力は、駆動軸３２と第２支持柱２０ｂと第３支持柱２０ｂで分散して受けることができ、駆動軸３２は、弾性部６５の付勢力よりも大きい力を第２摺動面６２ａから受けることがない。
よって、本実施形態の駆動装置１では、駆動軸３２が、傾いたり、或いは、保持部材２に対して位置ずれしたりするようなことが防止できる。
一方、図９に示すように移動体４に、第２方向と反対向きの第２隅角部２ｂから第４隅角部２ｄに向かう第１方向（Ｗ１方向）の力がかかった場合に、押圧片６３（図示省略）が変形し、第２摺動面６２ａは、移動体本体部５と共に第１方向に移動する。その移動の際に、第２摺動面６２ａは、駆動軸３２から離れるように移動し、第２摺動面６２ａから駆動軸３２に力が伝達されることがない。
なお、移動体本体部５は、第１方向に移動し、第４支持柱２０ｄに当接するとともに、回転規制部６１ａが第３支持柱２０ｃの規制部受容溝２９の内壁に当接し、第１方向への移動が止められる。
移動体４に、第２方向と直交する方向である、第１隅角部２ａから第３隅角部２ｃに向かう方向の力がかかった場合に、第２摺動面６２ａおよび第１摺動面５１から駆動軸３２に力が伝達されることがない。この場合、移動体本体部５は、第１隅角部２ａから第３隅角部２ｃに向かう方向に移動し、回転規制部６１ａは、第３支持柱２０ｃの規制部受容溝２９の内壁に当接し、この結果、同方向への移動が止められる。
逆に、移動体４に、第２方向と直交する方向である、第３隅角部２ｃから第１隅角部２ａに向かう方向の力がかかった場合に、第１摺動面５１から駆動軸３２に力が伝達される。しかし、この実施形態では、駆動軸３２が第１摺動面５１と反対側から保持部材２の第１支持柱２０ａに受けられているため、第１摺動面５１からの力は、駆動軸３２から第１支持柱２０ａにかかる。これによって、駆動軸３２が傾いたり、或いは、保持部材２に対して位置ずれしたりするようなことが防止できる。この場合、第１摺動面５１が移動体本体部５の一部から構成されているため、駆動軸３２を介して第１支持柱２０ａによって移動が止められる。
このように本実施形態では、第１および第２摺動面５１、６２ａの少なくとも一方が移動体本体部５に対して移動可能に構成されている結果、例えば落下による衝撃力がかかった場合、前記移動制限部（本実施形態では第２支持柱２０ｂ）の有無にかかわらず、移動体本体部５の加速度を低下させ、駆動軸３２に伝達される衝撃力を緩和できる。
図１５は、図１に示す駆動装置において、他の態様の移動体を説明するための図である。図１５Ａは、他の実施形態の移動体を組み込んだ駆動装置のカバーを省略した平面図であり、図１５Ｂは、図１５Ａの移動体が第４隅角部から第２隅角部に向かう方向の力を受けた際の平面図である。図１５では、押圧片６３の図示が省略されている。なお、上記実施形態では、移動体４は、第２摺動面６２ａのみが移動体本体部５に対して移動するように構成されたが、この形態のものに限らず、適宜に変更できる。例えば、図１５に示すように、移動体１０４は、第１摺動面１６１と第２摺動面１６２との両方が移動体本体部１０５に対して移動するように構成されてもよい。
より詳しくは、この移動体１０４は、移動体本体部１０５と、移動体本体部１０５と別体の摺動部１６０と、摺動部１６０を支持した弾性部１６４とを備えている。
摺動部１６０は、先端側に、くの字状に凹まされるように形成された凹部を備え、その凹部に第１摺動面１６１と第２摺動面１６２とが形成されている。
摺動部１６０は、その側面に、移動体本体部１０５を摺動する本体摺動部１６０ａを備える。
弾性部１６４は、板状の弾性を有するものから形成され、その基端側が移動体本体部１０５に連結され、その先端側が摺動部１６０に連結されて摺動部１６０を支持している。
そして、移動体１０４が上記第２方向（Ｗ２方向）の力を受けると、駆動軸３２に当接した第１摺動面１６１および第２摺動面１６２は、駆動軸３２から反力を受け、図１５Ｂに示すように弾性部１６４が弾性変形して本体摺動部１６０ｂは、移動体本体部５の周方向に移動する。
したがって、この場合も、移動体１０４にかかる第２方向の力は、駆動軸３２と第２支持柱２０ｂと第３支持柱２０ｃとで分散して受けることができ、駆動軸３２は、弾性部１６４が弾性変形する力よりも大きい力を摺動部１６０から受けることがない。
よって、この場合も、駆動軸３２が傾いたり、或いは、保持部材２に対して位置ずれしたりするようなことが防止できる。
図１６は、図１に示す駆動装置において、さらに他の態様の移動体を説明するための図である。図１６では、押圧片６３の図示が省略されている。上記実施形態では、弾性部は、板状のものから形成されたが、この形態のものに限らず、適宜に変更できる。例えば、図１６に示すように、弾性部は、コイルバネ２６４から構成されてもよい。
より詳しくは、移動体２０４は、移動体本体部２０５と、摺動片２６０と、摺動片２６０を付勢した弾性部としてのコイルバネ２６４とを備えている。
移動体本体部２０５は、合成樹脂から形成され、その外周に、金属製板体２６１ａが固定的に付設されている。そして、その金属製板体２６１ａの外面が第１摺動面２６１を成している。
移動体本体部２０５は、摺動片２６０およびコイルバネ２６４を収納した収納凹部２５２を備えている。収納凹部２５２は、開口部２５２ａと、開口部２５２ａに形成された摺動片受け部２５２ｂとを備える。
摺動片２６０は、軸部２６０ａと、軸部２６０ａの先端側に形成された頭部２６０ｂとを備える。頭部２６０ｂは、軸部２６０ａよりも径大に形成され、その先端面に第２摺動面２６２を備え、その基端面にコイルバネ当接部２６０ｃを備える。そして、摺動片２６０は、収納凹部２５２に移動可能に収納されている。
コイルバネ２６４は、収納凹部２５２内において、その一方端が収納凹部２５２の奥端面２５２ｃに当接し、その他方端が摺動片２６０における頭部２６０ｂのコイルバネ当接部２６０ｃに当接している。
これによって、摺動片２６０は、コイルバネ２６４の付勢力によって保持部材２の第４隅角部２ｄから第２隅角部２ｂに向かう第２方向（Ｗ２方向）に付勢され、頭部２６０ｂの先端面は、収納凹部２５２の摺動片受け部２５２ｂに押し当てられた状態になっている。
したがって、摺動片２６０の第２摺動面２６２は、コイルバネ２６４の付勢力で付勢された状態に維持される。
そして、移動体２０４が上記第２方向の力を受け、駆動軸３２に当接した第２摺動面１６２が駆動軸３２からコイルバネ２６４の付勢力よりも大きい反力がかかると、コイルバネ２６４が縮む。
したがって、この場合も、移動体２０４にかかる第２方向の力は、駆動軸３２と第２支持柱２０ｂと第３支持柱２０ｃとで分散して受けることができ、駆動軸３２は、コイルバネ２６４の付勢力よりも大きい力を第２摺動面１６２から受けることがない。
よって、この場合も、駆動軸３２が傾いたり、或いは、保持部材２に対して位置ずれしたりするようなことが防止できる。
なお、上記実施形態では、移動体本体部５は、第１または第２方向への移動の際に、回転規制部６１ａが第３支持柱２０ｃの規制部受容溝２９の内壁に当接するが、この形態のものに限らず、適宜に変更できる。例えば、移動体本体部５は、回転規制部６１ａを有しないものとし、移動体本体部５の第２方向への移動の際に、第２支持柱２０ｂで受け、また、第１方向への移動の際に、第４支持柱２０ｄで受けるように構成されてもよい。
上記実施形態では、移動制限部は、装置本体の保持部材２に設けられているが、この形態のものに限らず、例えば、移動制限部は、装置本体２のカバー８に設けられてもよく、適宜に変更できる。また、圧電素子３１は、錘３３を介して保持部材２に固定されているが、圧電素子３１の側面が保持部材２に固定されていてもよい。
本明細書は、上記のように様々な態様の技術を開示しているが、そのうち主な技術を以下に纏める。
一態様にかかる駆動装置は、電気エネルギーを、伸縮する機械エネルギーに変換する電気機械変換素子と、前記電気機械変換素子における伸縮方向の一方端側に固定され、前記機械エネルギーが伝達される駆動軸と、前記駆動軸に所定の摩擦力で係合され、前記駆動軸の軸方向に沿って摺動可能な移動体と、前記電気機械変換素子を直接または間接的に保持した装置本体と、を備える。前記移動体は、被駆動体が取り付けられる移動体本体部と、前記駆動軸を摺動する第１および第２摺動面と、前記第１摺動面および前記第２摺動面に前記駆動軸を押し付ける押圧部材とを備え、前記第１および第２摺動面の少なくとも一方は、前記移動体本体部に対して移動可能に構成される。
このような駆動装置では、第１および第２摺動面の少なくとも一方が移動体本体部に対して移動可能に構成されているため、外力により移動体本体部が移動しても第１および第２摺動面の少なくとも一方は、移動体本体部と共に移動しないものにできる。これによって、例えば、この駆動装置が装備された携帯電話機に落下による衝撃力がかかりそれに伴って駆動軸と摩擦係合した移動体に外力がかかった場合でも、第１および第２摺動面の少なくとも一方に対して移動体本体部が移動し、移動体本体部の加速度を低下させ、駆動軸に伝わる衝撃力を緩和できる。
他の一態様では、上述の駆動装置において、前記移動体本体部は、前記第１および第２摺動面の少なくとも一方との相対移動に伴って、前記駆動軸の径方向に移動可能とされ、前記装置本体は、前記第１および第２摺動面の少なくとも一方と前記移動体本体部との相対移動に伴って生じる前記装置本体に対する前記移動体本体部の移動を制限する移動制限部を備える。好ましくは、前記移動制限部は、前記装置本体における前記移動体本体部の径方向外側に、前記径方向への移動体本体部の移動に際して移動体本体部を当て止め可能に配設された支持柱を備える。
このような駆動装置では、移動体本体部は、前記移動制限部によって駆動軸の径方向への移動を制限できる。したがって、例えばこの駆動装置が装備された携帯電話機が地面に落とされて携帯電話機にかかる衝撃力が移動体本体部の駆動軸の径方向にかかる場合に、上記衝撃力が移動制限部へ分散するので、駆動軸および電気機械変換素子に加わる力を軽減でき、その移動体本体部にかかる力が駆動軸に伝達されることを抑えることができる。
他の一態様では、これら上述の駆動装置において、前記移動体は、前記第１および第２摺動面の少なくとも一方と、前記移動体本体部とを連結した連結部材を、さらに備え、前記連結部材は、前記第１および第２摺動面の少なくとも一方と前記移動体本体部との間に弾性部を備える。
このような駆動装置では、第１および第２摺動面の少なくとも一方に外力がかかると弾性部がその外力を蓄積し、その外力が除去されると、弾性部によって元の状態に復元できる。したがって、第１および第２摺動面の少なくとも一方と移動体本体部とを容易に移動可能に形成できるとともに、全体が大型化することを抑えることができる。
他の一態様では、上述の駆動装置において、前記第１および第２摺動面の少なくとも一方は、前記弾性部によって付勢力がかけられた付勢状態とされ、前記第１および第２摺動面の少なくとも一方に前記付勢力よりも大きい力を受けると前記移動体本体部に対して移動し得るように構成されている。好ましくは、前記連結部材は、弾性を有する板状片から構成され、その先端側を前記移動体本体部の外周に径方向外側から所定の付勢力で押し付けるように、その基端側が前記移動体本体部に連結され、前記第１および第２摺動面の少なくとも一方は、前記連結部材の先端側に保持されている。
このような駆動装置では、第１および第２摺動面の少なくとも一方は、弾性部によってかけられた付勢力以上の力を受けないかぎり移動体本体部に対して移動することがないものにできる。これによって、第１および第２摺動面は、駆動軸を常時一定の姿勢を保持して安定した状態で摺動できる。
他の一態様では、これら上述の駆動装置において、前記移動体本体部は、金属製筒状のものからなり、前記第１摺動面は、前記移動体本体部の外周面の一部に形成され、前記第２摺動面は、前記連結部材の一方端に配設され、前記連結部材の他方端は、前記移動体本体部に溶接によって連結されている。
このような駆動装置では、第１摺動面を移動体本体部と別途に形成せずに済み、容易に製造できる。移動体本体部は、金属製の筒状のものからなるため、樹脂製のものに較べて強度が大きく、径方向の厚さを樹脂製のものに比して薄くできる。これにより、例えば内周側に大口径のレンズ群を保持する場合も、外径を抑えることができ、一方、内周側に小口径のレンズ群を保持する場合は、外径を小さくできる。したがって、移動体本体部、ひいては駆動装置全体を小型化できる。また、移動体本体部を薄肉化して軽量化でき、例えば落下による衝撃力を受けた場合の負荷を軽減できる。
また、連結部材の他方端を移動体本体部に溶接によって連結することにより、第２摺動面を形成でき、第２摺動面を製作容易なものにできる。
他の一態様では、これら上述の駆動装置において、前記装置本体は、前記電気機械変換素子を保持した保持部材と、前記保持部材を被覆するカバーとを備え、前記保持部材は、前記駆動軸の軸方向の一方側から見て略矩形状を呈しており、前記駆動軸は、前記保持部材における第１隅角部に配置され、前記第１および第２摺動面の少なくとも一方は、前記保持部材における前記第１隅角部に隣接した第２隅角部から、前記第２隅角部の対角となる第４隅角部に向かう第１方向の力を受けた場合にその力を前記駆動軸にかけることがない一方、前記第４隅角部から前記第２隅角部に向かう第２方向の力を受けた場合にその力の一部を前記駆動軸にかけるとともに、前記移動体本体部に対して移動するように配置され、前記移動制限部は、前記保持部材における前記第２隅角部に配置されている。
このような駆動装置では、例えば携帯電話機が受けた衝撃力によって移動体本体部に第１方向の力がかかった場合には、第１および第２摺動面の少なくとも一方から駆動軸に第１方向の力がほとんどかかることがない。その一方、第１方向と反対方向の第２方向の力が第１および第２摺動面の少なくとも一方にかかった場合に、第１および第２摺動面の少なくとも一方は、移動体本体部に対して移動することができる。これによって、第１および第２摺動面の少なくとも一方から駆動軸にかかる第２方向の力が軽減される。また、移動体本体部は、第２方向の力によって保持部材に対して移動するが、保持部材における第２隅角部に移動制限部が配置されているため、移動体本体部を当て止めでき、移動体本体部の移動を制限できる。
したがって、移動制限部は、保持部材における第２隅角部にのみ配置されればよく、これにより、携帯電話機が受けた衝撃力によって駆動軸にかかる力を軽減できる。
また、他の一態様にかかる撮像装置は、これら上述の駆動装置のいずれかの駆動装置と、光学像を電気的な信号に変換する撮像素子と、１または複数の光学素子を備え、物体の光学像を前記撮像素子の受光面上に結像する撮像光学系とを備え、前記撮像光学系における前記１または複数の光学素子のうちの光軸方向に沿って移動する光学素子は、前記駆動装置の前記移動体に取り付けられている。
このような撮像装置は、これら上述の駆動装置のいずれかの駆動装置を備えるので、外力により移動体本体部が移動しても第１および第２摺動面の少なくとも一方は、移動体本体部と共に移動しないものにできる。これによって、例えば、この駆動装置が装備された携帯電話機に落下による衝撃力がかかりそれに伴って駆動軸と摩擦係合した移動体に外力がかかった場合でも、第１および第２摺動面の少なくとも一方に対して移動体本体部が移動し、移動体本体部の加速度を低下させ、駆動軸に伝わる衝撃力を緩和できる。
この出願は、２０１２年１０月１９日に出願された日本国特許出願特願２０１２−２３１６５４を基礎とするものであり、その内容は、本願に含まれるものである。
本発明を表現するために、上述において図面を参照しながら実施形態を通して本発明を適切且つ十分に説明したが、当業者であれば上述の実施形態を変更および／または改良することは容易に為し得ることであると認識すべきである。したがって、当業者が実施する変更形態または改良形態が、請求の範囲に記載された請求項の権利範囲を離脱するレベルのものでない限り、当該変更形態または当該改良形態は、当該請求項の権利範囲に包括されると解釈される。
本発明によれば、例えば携帯電話等に搭載可能な撮像装置に好適に用いられる駆動装置およびこれを用いた撮像装置を提供することができる。
Claims (7)
- 電気エネルギーを、伸縮する機械エネルギーに変換する電気機械変換素子と、
前記電気機械変換素子における伸縮方向の一方端側に固定され、前記機械エネルギーが伝達される駆動軸と、
前記駆動軸に所定の摩擦力で係合され、前記駆動軸の軸方向に沿って摺動可能な移動体と、
前記電気機械変換素子を直接または間接的に保持した装置本体と、を備え、
前記移動体は、被駆動体が取り付けられる移動体本体部と、前記駆動軸を摺動する第１および第２摺動面と、前記第１摺動面および前記第２摺動面に前記駆動軸を押し付ける押圧部材とを備え、
前記押圧部材は、前記駆動軸を押圧する押圧部を備え、
前記第１及び第２摺動面は、前記駆動軸における前記押圧部の押圧位置と周方向に距離を隔てた位置に当接し、
前記第１および第２摺動面の少なくとも一方は、前記移動体本体部に対して移動可能に構成される、
駆動装置。 - 前記移動体本体部は、前記第１および第２摺動面の少なくとも一方との相対移動に伴って、前記駆動軸の径方向に移動可能とされ、
前記装置本体は、前記第１および第２摺動面の少なくとも一方と前記移動体本体部との相対移動に伴って生じる前記装置本体に対する前記移動体本体部の移動を制限する移動制限部を備える、
請求項１に記載の駆動装置。 - 前記移動体は、前記第１および第２摺動面の少なくとも一方と、前記移動体本体部とを連結した連結部材を、さらに備え、
前記連結部材は、前記第１および第２摺動面の少なくとも一方と前記移動体本体部との間に弾性部を備える、
請求項１または請求項２に記載の駆動装置。 - 前記第１および第２摺動面の少なくとも一方は、前記弾性部によって付勢力がかけられた付勢状態とされ、前記第１および第２摺動面の少なくとも一方に前記付勢力よりも大きい力を受けると前記移動体本体部に対して移動し得るように構成されている、
請求項３に記載の駆動装置。 - 前記移動体本体部は、金属製筒状のものからなり、
前記第１摺動面は、前記移動体本体部の外周面の一部に形成され、
前記第２摺動面は、前記連結部材の一方端に配設され、
前記連結部材の他方端は、前記移動体本体部に溶接によって連結されている、
請求項３または請求項４に記載の駆動装置。 - 前記装置本体は、前記電気機械変換素子を保持した保持部材と、前記保持部材を被覆するカバーとを備え、
前記保持部材は、前記駆動軸の軸方向の一方側から見て略矩形状を呈しており、
前記駆動軸は、前記保持部材における第１隅角部に配置され、
前記第１および第２摺動面の少なくとも一方は、前記保持部材における前記第１隅角部に隣接した第２隅角部から、前記第２隅角部の対角となる第４隅角部に向かう第１方向の力を受けた場合に前記第１方向の力を前記駆動軸にかけることがない一方、前記第４隅角部から前記第２隅角部に向かう第２方向の力を受けた場合に前記第２方向の力の一部を前記駆動軸にかけるとともに、前記移動体本体部に対して移動するように配置され、
前記移動制限部は、前記保持部材における前記第２隅角部に配置されている、
請求項２ないし請求項５のいずれか１項に記載の駆動装置。 - 請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の駆動装置と、
光学像を電気的な信号に変換する撮像素子と、
１または複数の光学素子を備え、物体の光学像を前記撮像素子の受光面上に結像する撮像光学系とを備え、
前記撮像光学系における前記１または複数の光学素子のうちの光軸方向に沿って移動する光学素子は、前記駆動装置の前記移動体本体部に取り付けられている、
撮像装置。
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