JPH06123830A - Driving mechanism using piezoelectric actuator - Google Patents
Driving mechanism using piezoelectric actuatorInfo
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- JPH06123830A JPH06123830A JP27419092A JP27419092A JPH06123830A JP H06123830 A JPH06123830 A JP H06123830A JP 27419092 A JP27419092 A JP 27419092A JP 27419092 A JP27419092 A JP 27419092A JP H06123830 A JPH06123830 A JP H06123830A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、圧電アクチュエータを
駆動源とし、その伸縮変形を利用して被駆動部材を駆動
する駆動機構に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a driving mechanism which uses a piezoelectric actuator as a driving source and utilizes its expansion and contraction to drive a driven member.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来、このタイプの駆動機構として、例
えばカメラの撮影レンズをズーミングないしはフォーカ
シング駆動するためなどに用いられる機構が特開平４−
６９０７０号公報に開示されている。この駆動機構で
は、互いに平行な２本のガイド軸の一方を固定側部材に
対して軸方向へ可動に構成し、この軸方向可動のガイド
軸の一端に、固定側部材に取り付けた圧電アクチュエー
タの先端を固着するとともに、このガイド軸の外周面
に、被駆動部材であるレンズ保持枠に形成したアームを
摩擦結合状態で取り付けている。また、他方のガイド軸
には、レンズ保持枠に形成した別のアームを摺動自在に
取り付けている。2. Description of the Related Art Conventionally, as a drive mechanism of this type, a mechanism used for, for example, driving a photographing lens of a camera for zooming or focusing is disclosed in Japanese Unexamined Patent Publication No. Hei 4 (1998) -1998.
It is disclosed in Japanese Patent Publication No. 69070. In this drive mechanism, one of two guide shafts that are parallel to each other is configured to be movable in the axial direction with respect to the fixed-side member, and one end of the guide shaft that is movable in the axial direction is attached to the fixed-side member of the piezoelectric actuator. The tip is fixed, and an arm formed on a lens holding frame that is a driven member is attached to the outer peripheral surface of the guide shaft in a frictionally coupled state. Further, another arm formed on the lens holding frame is slidably attached to the other guide shaft.
【０００３】この駆動機構では、レンズの駆動時は、圧
電アクチュエータに対して略鋸歯状の波形をした駆動パ
ルスを印加し、ガイド軸を僅かなストロークで連続して
往復運動させるようにしている。パルスの波形は、ガイ
ド軸の移動速度が往時と復時とで異なり、しかもガイド
軸が速度の速い方向へ移動するときにはレンズ保持枠が
その質量の慣性によりほとんど移動せず、ガイド軸が反
対方向へゆっくりと動くときにのみレンズ保持枠がガイ
ド軸とともに移動するように定められている。したがっ
て、レンズ保持枠は、移動と停止を細かい時間ピッチで
繰り返すから、圧電アクチュエータにパルスが印加され
ている間は、実質的に一方向へ連続的に移動する。In this drive mechanism, when the lens is driven, a drive pulse having a substantially sawtooth waveform is applied to the piezoelectric actuator to cause the guide shaft to continuously reciprocate with a small stroke. The waveform of the pulse differs between the forward and backward movement speeds of the guide shaft, and when the guide shaft moves in the faster direction, the lens holding frame hardly moves due to the inertia of its mass, and the guide shaft moves in the opposite direction. The lens holding frame is designed to move together with the guide shaft only when moving slowly. Therefore, since the lens holding frame is repeatedly moved and stopped at a fine time pitch, the lens holding frame moves substantially continuously in one direction while the pulse is applied to the piezoelectric actuator.
【０００４】[0004]
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記構成で
は、信頼性に関して次のような問題があった。すなわ
ち、上記構成では、圧電アクチュエータが、固定部材及
びガイド軸に対して接着により固定されるが、レンズ鏡
筒を縦にしてレンズ駆動を行ったときや、レンズを上ま
たは下に向けてカメラを机の上に置いたときなどに衝撃
力が加えられた時などに、圧電素子やその接着部に強い
引張力がかかり、圧電素子の破損や、接着部のはがれが
発生することがあった。However, the above structure has the following problems regarding reliability. That is, in the above configuration, the piezoelectric actuator is fixed to the fixing member and the guide shaft by adhesion, but when the lens is driven with the lens barrel vertically, or when the lens is turned up or down, the camera is moved. When an impact force is applied when placed on a desk or the like, a strong tensile force is applied to the piezoelectric element and its adhesive portion, which may cause damage to the piezoelectric element and peeling of the adhesive portion.
【０００５】したがって、本発明の解決すべき技術的課
題は、圧電アクチュエータの伸縮変形を利用して被駆動
物を駆動する駆動機構で、圧電アクチュエータの接着部
の剥がれを防止することである。Therefore, a technical problem to be solved by the present invention is to prevent peeling of an adhesive portion of a piezoelectric actuator in a drive mechanism for driving a driven object by utilizing expansion and contraction deformation of the piezoelectric actuator.
【０００６】[0006]
【課題を解決するための手段】本発明に係る圧電アクチ
ュエータを用いた駆動機構は、固定側部材と、固定側部
材に伸縮方向の一端が連結された圧電アクチュエータ
と、圧電アクチュエータの伸縮方向他端に連結されると
ともにその伸縮方向へ可動に固定側部材に保持された可
動部材と、可動部材に摩擦結合した被駆動部材と、圧電
アクチュエータに駆動電圧を印加する駆動回路とを備
え、駆動電圧が、圧電アクチュエータを繰り返し伸縮さ
せるとともに、その伸長速度と収縮速度の一方が、圧電
アクチュエータの変形に伴う可動部材の移動時に被駆動
部材がその質量の慣性により停止した状態に止どまる速
い速度に定められ、他方が、被駆動部材が可動部材の移
動に追随するようにそれよりも遅い速度に定められた駆
動機構であって、上述の技術的課題を解決するために、
可動部材を圧電アクチュエータに押圧する方向へ付勢す
る付勢手段を備えたことを特徴としている。A drive mechanism using a piezoelectric actuator according to the present invention comprises a fixed member, a piezoelectric actuator having one end in the expansion / contraction direction connected to the fixed member, and the other end in the expansion / contraction direction of the piezoelectric actuator. And a driven member frictionally coupled to the movable member, and a drive circuit for applying a drive voltage to the piezoelectric actuator. , The piezoelectric actuator is repeatedly expanded and contracted, and one of the expansion speed and the contraction speed is set to a high speed at which the driven member stops due to the inertia of its mass when the movable member moves due to the deformation of the piezoelectric actuator. And the other is a drive mechanism that is set at a slower speed so that the driven member follows the movement of the movable member. To solve the technical problems,
It is characterized in that it comprises an urging means for urging the movable member in the direction of pressing the piezoelectric actuator.
【０００７】なお、固定側部材は、可動部材に対する関
係において固定されているのであって、必ずしも位置が
完全に固定されていることを意味するのではなく、モー
タその他の適当なアクチュエータにより移動する構成と
してもよい。The fixed member is fixed in relation to the movable member, and does not necessarily mean that the fixed position is completely fixed, but is moved by a motor or other suitable actuator. May be
【０００８】[0008]
【作用・効果】上記構成においては、圧電アクチュエー
タに対して鋸歯状の波形をしたパルスなどの駆動電圧を
印加して圧電アクチュエータが伸長または収縮方向へ速
い速度で変形したとき、被駆動部材は、その質量の慣性
により、可動部材の動作に追随せず、そのままの位置に
止どまる。また、圧電アクチュエータがそれよりも遅い
速度で反対方向へ変形したとき、被駆動部材は、可動部
材の動作に追随して移動する。したがって、圧電アクチ
ュエータが伸縮を繰り返すことにより、被駆動部材は一
方向へ連続して移動する。In the above structure, when a driving voltage such as a sawtooth-shaped pulse is applied to the piezoelectric actuator and the piezoelectric actuator is deformed at a high speed in the expansion or contraction direction, the driven member is Due to the inertia of its mass, it does not follow the movement of the movable member and stays in its original position. Also, when the piezoelectric actuator deforms in the opposite direction at a slower speed, the driven member moves following the movement of the movable member. Therefore, as the piezoelectric actuator repeatedly expands and contracts, the driven member continuously moves in one direction.
【０００９】また、上記構成では、付勢手段によって可
動部材を圧電アクチュエータに押圧しているので、駆動
時や停止時に可動部材が圧電アクチュエータの下に位置
していても、圧電アクチュエータの接着部を剥がすよう
に作用する力の発生を抑えられる。したがって、このタ
イプの駆動機構の耐久性を向上させることができる。Further, in the above structure, since the movable member is pressed against the piezoelectric actuator by the biasing means, even if the movable member is located under the piezoelectric actuator during driving or stopping, the bonding portion of the piezoelectric actuator is not removed. It is possible to suppress the generation of force that acts to peel off. Therefore, the durability of this type of drive mechanism can be improved.
【００１０】[0010]
【実施例】以下に、本発明に係る圧電アクチュエータを
用いた駆動機構を備えたカメラの第１実施例について図
１から図９を用いて詳細に説明する。なお、この駆動機
構は、一眼レフカメラの撮影レンズを駆動するものとし
て構成した例である。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A first embodiment of a camera having a driving mechanism using a piezoelectric actuator according to the present invention will be described in detail below with reference to FIGS. Note that this drive mechanism is an example configured to drive the taking lens of the single-lens reflex camera.
【００１１】図１は、ＰＺＴ(ジルコン・チタン酸鉛)な
どで形成された圧電セラミックスＰＥを示している。圧
電セラミックスＰＥは、その結晶格子内の正電荷の重心
と負電荷の重心とが一致しておらず、それ自体分極して
いて、その分極方向Ｐに電圧Ｅを印加すると伸びる性質
を有している。しかし、圧電セラミックスＰＥのこの方
向への歪みは微小であり、この歪み量により被駆動物を
駆動することは困難であるため、図２に示すように複数
の圧電セラミックスＰＥを積み重ねてその間に電極を並
列接続した構造の積層型圧電アクチュエータが実用可能
なものとして提供されている。本実施例では、この積層
型圧電アクチュエータを駆動源として用いている。FIG. 1 shows a piezoelectric ceramic PE made of PZT (zircon / lead titanate) or the like. The center of gravity of the positive charge and the center of gravity of the negative charge in the crystal lattice of the piezoelectric ceramic PE do not coincide with each other, and the piezoelectric ceramic PE itself is polarized and has the property of expanding when a voltage E is applied in its polarization direction P. There is. However, the strain of the piezoelectric ceramics PE in this direction is very small, and it is difficult to drive the driven object due to this strain amount. Therefore, as shown in FIG. A laminated piezoelectric actuator having a structure in which are connected in parallel is provided as a practical one. In this embodiment, this laminated piezoelectric actuator is used as a drive source.
【００１２】図３はこのカメラの撮影レンズの構成を示
し、(a)図は広角側端部、(b)図は望遠側端部での各構成
レンズの位置を示している。図示するように、この撮影
レンズは、第１レンズＬ1から第５レンズＬ5までの５枚
のレンズで構成されている。FIG. 3 shows the construction of the taking lens of this camera. FIG. 3 (a) shows the positions of the constituent lenses at the wide-angle end and FIG. 3 (b) shows the positions of the constituent lenses at the telephoto end. As shown in the figure, this taking lens is composed of five lenses from the first lens L 1 to the fifth lens L 5 .
【００１３】図４は、このカメラの回路構成の概略を示
すブロック図である。図において、１は、撮影レンズの
駆動を制御するマイクロコンピュータを示している。２
は、螺旋状のカム溝(不図示)が形成された駆動筒であ
り、この駆動筒２のカム溝と、この駆動筒２の内面側に
位置する固定筒に光軸に沿って形成された直線溝(不図
示)の両方に、第３レンズＬ3と第５レンズＬ5とを一体
的に保持する保持枠に設けたピン(不図示)を通し、駆動
筒２の回転により第３、第５レンズＬ3,Ｌ5を光軸方向
に移動させるようにしている。３は第４レンズＬ4を駆
動する積層型圧電アクチュエータであり、４は駆動筒２
を回転させる電磁モータである。積層型圧電アクチュエ
ータ３は、マイクロコンピュータ１に対し、Ｄ／Ａコン
バータ５及び駆動アンプ６を介して接続され、モータ４
はマイクロコンピュータに対して駆動回路７を介して接
続されている。また、第４レンズＬ4及び駆動筒２は、
それぞれ、位置検出装置８,９として用いられているフ
ォトインタラプタ等のセンサにより位置が検出され、各
位置検出装置８,９の出力信号がマイクロコンピュータ
１に入力される。FIG. 4 is a block diagram showing a schematic circuit configuration of this camera. In the figure, reference numeral 1 denotes a microcomputer for controlling the driving of the taking lens. Two
Is a drive cylinder in which a spiral cam groove (not shown) is formed, and is formed along the optical axis in the cam groove of the drive cylinder 2 and the fixed cylinder located on the inner surface side of the drive cylinder 2. A pin (not shown) provided in a holding frame that integrally holds the third lens L 3 and the fifth lens L 5 is passed through both of the linear grooves (not shown), and the third rotation of the drive cylinder 2 causes the third, The fifth lenses L 3 and L 5 are moved in the optical axis direction. 3 is a laminated piezoelectric actuator for driving the fourth lens L 4 , and 4 is a drive cylinder 2
Is an electromagnetic motor that rotates the. The laminated piezoelectric actuator 3 is connected to the microcomputer 1 via a D / A converter 5 and a drive amplifier 6, and is connected to a motor 4
Are connected to the microcomputer via a drive circuit 7. In addition, the fourth lens L 4 and the drive cylinder 2 are
The position of each of the position detecting devices 8 and 9 is detected by a sensor such as a photo interrupter used as the position detecting devices 8 and 9, and the output signals of the position detecting devices 8 and 9 are input to the microcomputer 1.
【００１４】一方、１０はレンズ鏡筒の外周面に回転可
能に設けられた操作リングであり、この操作リング１０
の回転方向と回転量に応じた信号がマイクロコンピュー
タ１に送られ、それに基づいてレンズをズーミングすべ
き方向とスピードとをマイクロコンピュータ１が判断し
て、積層型圧電アクチュエータ３及び電磁モータ４が駆
動される。また、マイクロコンピュータ１には、ズーミ
ングの駆動量に関して各種データを記憶したメモリ１１
が接続されている。なお、操作リング１０は、レバーや
ボタン等のその他の操作部材で代用してもよい。On the other hand, 10 is an operation ring rotatably provided on the outer peripheral surface of the lens barrel.
Is sent to the microcomputer 1, and the microcomputer 1 determines the direction and speed at which the lens should be zoomed based on the signal and drives the laminated piezoelectric actuator 3 and the electromagnetic motor 4. To be done. In addition, the microcomputer 1 has a memory 11 that stores various data regarding the driving amount for zooming.
Are connected. The operation ring 10 may be replaced with other operation members such as levers and buttons.
【００１５】図５は、撮影レンズのズーミング時におけ
る動作の流れを示すフローチャートである。操作リング
が操作されて、ステップ＃０１においてズーミングが起
動されると、ステップ＃０２において、操作リング１０
の回転方向や回転量に応じた出力信号が、ズーム方向や
ズームスピードなどのズーム情報としてマイクロコンピ
ュータ１に与えられる。マイクロコンピュータ１は、ス
テップ＃０３で、その信号に応じてレンズ駆動の目標位
置を定める。FIG. 5 is a flow chart showing the flow of operations during zooming of the taking lens. When the operation ring is operated and zooming is activated in step # 01, the operation ring 10 is operated in step # 02.
An output signal corresponding to the rotation direction and the rotation amount of the is supplied to the microcomputer 1 as zoom information such as the zoom direction and zoom speed. In step # 03, the microcomputer 1 determines the lens drive target position according to the signal.
【００１６】次に、ステップ＃０４では、定められた目
標位置と現在位置から、駆動筒の駆動方向と駆動量とが
決定される。そして、ステップ＃０５〜＃０７におい
て、駆動筒が目標のズーム位置になるまで、位置検出装
置９として用いられているフォトインタラプタの出力パ
ルスをカウントしながらモータ４が駆動され、パルス数
が所定数に達したときにステップ＃０８でモータが停止
する。Next, in step # 04, the drive direction and drive amount of the drive cylinder are determined from the determined target position and current position. Then, in steps # 05 to # 07, the motor 4 is driven while counting the output pulses of the photo interrupter used as the position detection device 9 until the drive cylinder reaches the target zoom position, and the number of pulses is a predetermined number. When it reaches, the motor stops at step # 08.
【００１７】一方、これと同時に、第４レンズＬ4が駆
動される。メモリ１１には、レンズの焦点距離が変化し
た場合に各焦点距離毎に第４レンズＬ4の取るべき位置
が予め記憶されており、目標位置に応じた第４レンズＬ
4の位置がステップ＃０９で読み取られる。そして、ス
テップ＃１０で現在位置との差から駆動パルス数及び駆
動方向を決定し、それに基づいて、ステップ＃１１〜＃
１３において積層型圧アクチュエータが駆動される。On the other hand, at the same time, the fourth lens L 4 is driven. The memory 11 stores in advance the position to be taken by the fourth lens L 4 for each focal length when the focal length of the lens changes, and the fourth lens L corresponding to the target position is stored.
The position of 4 is read in step # 09. Then, in step # 10, the number of drive pulses and the drive direction are determined from the difference from the current position, and based on this, steps # 11 to #
At 13, the laminated pressure actuator is driven.
【００１８】次に、駆動機構の詳細について図６から図
８を用いて説明する。図６は、この駆動機構を適用した
レンズ鏡筒の要部断面図、図７は図６のVII−VII線断面
図、図８は分解斜視図である。前述したように、駆動筒
２の内面側に固定筒１２が配置され、第３レンズＬ3と
第５レンズＬ5を保持する保持枠(固定側部材)１３の有
するピン１６が、駆動筒２の有する螺旋状のカム溝２a
と、固定筒１２の有する直線溝１２aの両方にカムフォ
ロアとして通されている。保持枠１３は、第３レンズＬ
3を保持するとともにピン１６が取り付けられた大略筒
状の第１保持枠１４と、第５レンズＬ5を保持する大略
円板状の第２保持枠１５とがビス１７(図８)等の固定手
段を用いて互いに固定されたものである。第１保持枠１
４は、径方向に相対する位置に穴１４a,１４bを有し、
第２保持枠１５は、第１保持枠１４に固定された状態
で、穴１４a,１４bを通り光軸と平行な線上に位置する
穴１５a,１５bを有している。穴１４a,１５aには第１ガ
イド軸(可動部材)１８が軸方向へ移動可能に保持され、
穴１４b,１５bには第２ガイド軸１９が両端を規制され
た状態で保持されている。Next, details of the drive mechanism will be described with reference to FIGS. 6 to 8. 6 is a sectional view of a main part of a lens barrel to which this drive mechanism is applied, FIG. 7 is a sectional view taken along line VII-VII of FIG. 6, and FIG. 8 is an exploded perspective view. As described above, the fixed barrel 12 is arranged on the inner surface side of the drive barrel 2, and the pin 16 included in the holding frame (fixed side member) 13 that holds the third lens L 3 and the fifth lens L 5 has the drive barrel 2 Helical cam groove 2a
And a straight groove 12a of the fixed barrel 12 as a cam follower. The holding frame 13 is the third lens L.
A substantially cylindrical first holding frame 14 holding 3 and having a pin 16 attached thereto and a substantially disc-shaped second holding frame 15 holding the fifth lens L 5 are screws 17 (FIG. 8) and the like. They are fixed to each other by using fixing means. First holding frame 1
4 has holes 14a and 14b at positions opposite to each other in the radial direction,
The second holding frame 15 has holes 15a and 15b positioned on a line parallel to the optical axis through the holes 14a and 14b while being fixed to the first holding frame 14. A first guide shaft (movable member) 18 is movably held in the holes 14a and 15a in the axial direction.
The second guide shaft 19 is held in the holes 14b and 15b with both ends thereof being restricted.
【００１９】第１保持枠１４は、第２保持枠１５と反対
側の端部にフランジ１４cを有し、フランジ１４ｃは金
属などの強度の高い材料でできた補強板３３にて補強さ
れている。この補強板３３に、積層型圧電アクチュエー
タ３の伸縮方向の一端が接着により固定されており、こ
の積層型圧電アクチュエータ３の他端は、第１ガイド軸
１８に接着により固定されている。また、第２保持枠１
５には、第１ガイド軸１８を圧電アクチュエータ３側へ
付勢するため、第１ガイド軸１８の先端を覆うように形
成された板ばね２０が両端をビス２１によって固定され
ている。なお、補強板３３は、圧電アクチュエータ３に
電圧を印加したときに、その伸縮時の衝撃力を受けてフ
ランジ１４ｃが変形しないように設けられている。もと
もと、第１保持枠１４を硬度の高い金属等で形成してお
けば補強板３３は不要であるが、コスト・重量などの点
からプラスチックなどで形成しなければならない場合、
補強板３３がないと圧電アクチュエータ３の衝撃力がフ
ランジ１４ｃの変形で吸収されてしまい駆動効率がおち
る。The first holding frame 14 has a flange 14c at the end opposite to the second holding frame 15, and the flange 14c is reinforced by a reinforcing plate 33 made of a material having high strength such as metal. . One end in the expansion / contraction direction of the laminated piezoelectric actuator 3 is fixed to the reinforcing plate 33 by adhesion, and the other end of the laminated piezoelectric actuator 3 is fixed to the first guide shaft 18 by adhesion. In addition, the second holding frame 1
5, a leaf spring 20 formed so as to cover the tip of the first guide shaft 18 is fixed by screws 21 at both ends in order to urge the first guide shaft 18 toward the piezoelectric actuator 3. The reinforcing plate 33 is provided so that when the voltage is applied to the piezoelectric actuator 3, the flange 14c is not deformed by the impact force when the piezoelectric actuator 3 expands and contracts. Originally, if the first holding frame 14 is formed of a metal having a high hardness, the reinforcing plate 33 is unnecessary, but in the case where it is required to be formed of plastic or the like in terms of cost and weight,
Without the reinforcing plate 33, the impact force of the piezoelectric actuator 3 is absorbed by the deformation of the flange 14c, and the driving efficiency falls.
【００２０】第４レンズＬ4を保持する移動枠２２は、
第１ガイド軸１８に嵌合する穴２２aを備えたボス２２b
と、第２ガイド軸１９がはまり込むＵ字状の切欠き２２
cを有している。ところで、一眼レフカメラの交換式ズ
ームレンズは、近年、高倍率化とコンパクト化が進み、
それに伴って、各レンズの位置誤差が撮影レンズの光学
性能により大きな影響を与えるようになってきている。
本実施例のカメラでは、第３、第５レンズＬ3,Ｌ5に対
する第４レンズＬ4の位置誤差に対する感度が大きいた
め、移動枠２２に対して、傾きと平行偏心とを取り除い
た後に固定される。また、第３及び第５レンズＬ3,Ｌ5
に対する第４レンズＬ4の移動中に傾きや偏心が起こら
ないように移動枠２２と両ガイド軸１８,１９との嵌合
部の「がた」をほぼゼロとするため、Ｕ字状のスプリング
２３及びＬ字状のスプリング２４を用いて、移動枠２２
をガイド軸１８,１９に対して一方向へ押し付けてい
る。このことにより、ガイド軸１８,１９と移動枠２２
とは、常に摩擦結合した状態に保持される。なお、Ｕ字
状スプリング２３は、ボス２２bに形成された溝２２dに
はめ込まれ、Ｌ字状スプリング２４は、ビス２５により
移動枠２２に固定されている。The movable frame 22 for holding the fourth lens L 4 is
A boss 22b having a hole 22a that fits into the first guide shaft 18
And a U-shaped notch 22 into which the second guide shaft 19 fits
have c. By the way, in recent years, interchangeable zoom lenses for single-lens reflex cameras have become more compact and compact.
Accordingly, the positional error of each lens has a great influence on the optical performance of the taking lens.
In the camera of the present embodiment, since the sensitivity to the positional error of the fourth lens L 4 with respect to the third and fifth lenses L 3 and L 5 is large, the movable frame 22 is fixed after removing the tilt and the parallel eccentricity. To be done. In addition, the third and fifth lenses L 3 and L 5
In order to prevent tilting and eccentricity during the movement of the fourth lens L 4 with respect to, the “play” of the fitting portion between the moving frame 22 and both guide shafts 18 and 19 is set to substantially zero, so that a U-shaped spring 23 and the L-shaped spring 24, the moving frame 22
Is pressed against the guide shafts 18 and 19 in one direction. As a result, the guide shafts 18 and 19 and the moving frame 22
And are always held in a frictionally coupled state. The U-shaped spring 23 is fitted in the groove 22d formed in the boss 22b, and the L-shaped spring 24 is fixed to the moving frame 22 by a screw 25.
【００２１】上記構成では、移動枠２２が動作するとき
に、Ｕ字状スプリング２３がガイド軸１８上を摺動す
る。ここで、Ｕ字状スプリング２３の断面形状が円形で
あると、ガイド軸１８とスプリング２３とが点で接触す
ることになり、ガイド軸１８の状態によっては引っ掛か
りが生じて移動枠２２の駆動の妨げとなる虞がある。ま
た、その場合、接触部分が早く摩耗し、耐久性が低下す
る虞がある。そこで、本実施例では、スプリング２３の
断面は長円形状に形成し、それによって、スプリング２
３を第１ガイド軸１８と線で接触するようにし、且つ両
端に角のない状態としている(面接触するように構成し
てもよい)。また、本実施例では、第１ガイド軸１８が
傷付くのを防止するために、スプリング２３の表面硬度
が第１ガイド軸１８の硬度よりも低く定められている。In the above structure, the U-shaped spring 23 slides on the guide shaft 18 when the moving frame 22 operates. Here, if the U-shaped spring 23 has a circular cross-sectional shape, the guide shaft 18 and the spring 23 come into contact with each other at a point, and depending on the state of the guide shaft 18, the guide shaft 18 is caught and the moving frame 22 is driven. There is a risk of hindrance. Further, in that case, there is a possibility that the contact portion is quickly worn and durability is deteriorated. Therefore, in the present embodiment, the cross section of the spring 23 is formed into an elliptical shape, whereby the spring 2
3 is in line contact with the first guide shaft 18, and both ends thereof have no corners (may be in surface contact). Further, in this embodiment, the surface hardness of the spring 23 is set lower than the hardness of the first guide shaft 18 in order to prevent the first guide shaft 18 from being damaged.
【００２２】一方、第１ガイド軸１８は保持枠１３に対
しても、ビス３５で固定されたスプリング３４によって
一方向へ付勢され、その間でのがたつきの発生が防止さ
れている。また、ガイド軸１９と移動枠２２との間、及
びガイド軸１９と保持枠１３との間についても同様の構
成が取られている。On the other hand, the first guide shaft 18 is also urged toward the holding frame 13 in one direction by a spring 34 fixed by a screw 35, and rattling between them is prevented. Further, the same configuration is adopted between the guide shaft 19 and the moving frame 22 and between the guide shaft 19 and the holding frame 13.
【００２３】次に、この機構による移動枠２２の駆動方
法について説明する。一般に、積層型圧電アクチュエー
タ３は、電圧印加時の変位量は小さいが、発生力は大で
その応答性も鋭い。したがって、図９(a)に示すように
立ち上がりが鋭く立ち下がりがゆっくりとした略鋸歯状
波形のパルス電圧を印加すると、圧電アクチュエータ３
は、パルスの立ち上がり時に急激に伸び、立ち下がり時
にそれよりもゆっくりと縮む。したがって、圧電アクチ
ュエータ３の伸長時には、その衝撃力で第１ガイド軸１
８が図６の右方向へ押し出されるが、第４レンズＬ4を
保持した移動枠２２は、それ自体の質量による慣性のた
め、ガイド軸１８と一緒には移動せず、ガイド軸１８と
の間で滑りを生じてその位置に止どまる。一方、パルス
の立ち下がり時には立ち上がり時に比較して第１ガイド
軸１８がゆっくりと戻るので、移動枠２２がガイド軸１
８に対して滑らずに、ガイド軸１８と一体的に図６の左
方向へ移動する。従って、周波数が数百から数万ヘルツ
に設定されたパルスを印加することにより、移動枠２２
を所望の速度で連続的に移動させることができる。ま
た、図９(b)に示すように電圧の立ち上がりがゆっくり
で、立ち下がりが鋭いパルスを印加すれば、移動枠２２
を逆に図の右方向へ移動させることができる。Next, a method of driving the moving frame 22 by this mechanism will be described. Generally, the laminated piezoelectric actuator 3 has a small displacement amount when a voltage is applied, but has a large generated force and a sharp responsiveness. Therefore, as shown in FIG. 9A, when a pulse voltage having a substantially sawtooth waveform with a sharp rise and a slow fall is applied, the piezoelectric actuator 3
Rapidly expands at the rising edge of the pulse and contracts more slowly at the falling edge. Therefore, when the piezoelectric actuator 3 extends, the impact force of the piezoelectric actuator 3 causes the first guide shaft 1 to move.
8 is pushed rightward in FIG. 6, but the moving frame 22 holding the fourth lens L 4 does not move together with the guide shaft 18 because of inertia due to its own mass, It slips in between and stops there. On the other hand, when the pulse falls, the first guide shaft 18 returns more slowly than when it rises.
It moves to the left in FIG. 6 integrally with the guide shaft 18 without slipping with respect to 8. Therefore, by applying a pulse whose frequency is set to hundreds to tens of thousands of hertz, the moving frame 22
Can be continuously moved at a desired speed. Further, as shown in FIG. 9B, if a pulse with a slow rise and a sharp fall is applied, the moving frame 22
Can be moved to the right in the figure.
【００２４】このように鋸歯状の波形をしたパルスの生
成は、本実施例では、マイクロコンピュータ１から出力
する信号をＤ／Ａコンバータ５でアナログ信号に変換
し、これをアンプ６で増幅してなされる。波形形状を表
す信号は、操作リング１０の操作により設定されるズー
ミング方向とスピードに応じて、メモリ１１に予め記憶
されている。記憶されるデータとしては、例えば図９に
示す最大電圧Ｖmax、電圧のホールド時間t1,t2、立ち上
がりと立ち下がりの段数、そのときの１ステップのホー
ルド時間Δtなどがある。なお、図９では、電圧が比較
的ゆっくりと変化する部分を直線で示しているが、厳密
には、マイクロコンピュータ１から階段状の信号を出力
することで、この波形のパルスを得ている。In this embodiment, the pulse having the sawtooth waveform is generated by converting the signal output from the microcomputer 1 into an analog signal by the D / A converter 5 and amplifying it by the amplifier 6. Done. The signal representing the waveform shape is stored in the memory 11 in advance according to the zooming direction and the speed set by the operation of the operation ring 10. The stored data includes, for example, the maximum voltage Vmax shown in FIG. 9, the voltage hold times t 1 and t 2 , the number of rising and falling stages, and the one-step hold time Δt at that time. In FIG. 9, the portion where the voltage changes relatively slowly is shown by a straight line, but strictly speaking, the microcomputer 1 outputs a stepwise signal to obtain a pulse of this waveform.
【００２５】本実施例によれば、移動枠２２とガイド軸
１８,１９とを各スプリングでそれぞれ一方向へ付勢し
ているから、移動枠２２を保持枠１３に対してほぼ「が
た」のない状態で駆動できる。また、このように移動枠
２２をガイド軸１８,１９に対してスプリング２３,２４
で付勢し、その間に摩擦力を発生させているので、繰り
返して駆動した後も「がた」が生じるのを防止でき、且つ
摩擦力にも大きな変化は生じない。According to this embodiment, since the moving frame 22 and the guide shafts 18 and 19 are biased by the respective springs in one direction, the moving frame 22 is almost "rattle" with respect to the holding frame 13. It can be driven without light. Further, in this way, the moving frame 22 is fixed to the guide shafts 18, 19 by the springs 23, 24.
Since it is urged by and the frictional force is generated in the meantime, it is possible to prevent "rattle" from occurring even after repeatedly driving, and the frictional force does not significantly change.
【００２６】このように、本実施例によれば移動枠２２
の「がた」が殆ど生じないから、駆動トルクを下げるため
に「がた」を設けなければならなかった従来のモータ等に
よる駆動機構と比較して、移動枠２２等の被駆動物を高
精度で駆動でき、従来よりも光学性能に優れたレンズを
製品化可能である。また、印加するパルスの周波数を適
宜設定することにより移動枠２２を任意の速度で駆動で
きるから、減速機構が不要となり、カメラを小形化する
ことができる。そして、本実施例ではガイド軸１８の先
端を板ばね２０によって圧電アクチュエータ３側に付勢
しているので、レンズ鏡筒を縦にしてレンズ駆動を行っ
たときや、レンズを上または下に向けてカメラを机の上
に置いたときなどに、圧電アクチュエータの両端の接着
部が剥がれるのを防止できる。Thus, according to this embodiment, the moving frame 22
Since the "rattle" is hardly generated, compared to the conventional drive mechanism such as a motor that requires the "rattle" to reduce the driving torque, the driven object such as the moving frame 22 is It is possible to commercialize a lens that can be driven with high precision and has better optical performance than before. Further, since the moving frame 22 can be driven at an arbitrary speed by appropriately setting the frequency of the pulse to be applied, the deceleration mechanism is unnecessary and the camera can be downsized. In the present embodiment, the tip of the guide shaft 18 is biased toward the piezoelectric actuator 3 side by the leaf spring 20, so that when the lens barrel is set vertically and the lens is driven, the lens is turned up or down. It is possible to prevent the adhesive portions at both ends of the piezoelectric actuator from being peeled off when the camera is placed on a desk or the like.
【００２７】上記実施例では、駆動筒は電磁モータで駆
動する構成として説明したが、電磁モータの代わりに積
層型圧電アクチュエータを用いることもできる。そこ
で、第２実施例として、駆動筒を積層型圧電アクチュエ
ータにより駆動する機構について図１０及び図１１を用
いて説明する。In the above embodiment, the drive cylinder is described as being driven by an electromagnetic motor, but a laminated piezoelectric actuator may be used instead of the electromagnetic motor. Therefore, as a second embodiment, a mechanism for driving the drive cylinder by the laminated piezoelectric actuator will be described with reference to FIGS. 10 and 11.
【００２８】図１０はこの機構の中央縦断面図、図１１
は図１０のXI−XI線断面図である。駆動筒２は固定筒１
２に対して、バヨネット結合等の結合方式により、軸方
向へ不動で、回転方向へ可動に装着されている。また、
前述したように、駆動筒２に設けられたカム溝２aと、
固定筒１２に設けられた直線溝１２aの両方に、保持枠
２２(図６)に取り付けられたピン１６が通され、駆動筒
２の回転により保持枠２２が光軸方向へ移動するように
なっている。なお、各レンズＬ3〜Ｌ5は位置誤差に対す
る感度が高いため、カム溝２a及び直線溝１２aとピン１
６との「がた」、及び固定筒１２と駆動筒２との間の「が
た」は極めて小さく設定されている。FIG. 10 is a central longitudinal sectional view of this mechanism, and FIG.
FIG. 11 is a sectional view taken along line XI-XI of FIG. 10. Drive cylinder 2 is fixed cylinder 1
On the other hand, it is mounted immovably in the axial direction and movably in the rotating direction by a coupling method such as bayonet coupling. Also,
As described above, the cam groove 2a provided in the drive cylinder 2,
The pin 16 attached to the holding frame 22 (FIG. 6) is inserted into both of the linear grooves 12a provided in the fixed barrel 12, and the holding barrel 22 is moved in the optical axis direction by the rotation of the driving barrel 2. ing. Since sensitive to each lens L 3 ~L 5 is the position error, the cam groove 2a and the straight groove 12a and the pin 1
“Rattling” with 6 and “rattling” between the fixed barrel 12 and the drive barrel 2 are set to be extremely small.
【００２９】駆動筒２及び固定筒１２は、それぞれ、互
いに対向するフランジ部２b及び１２bを有し、両フラン
ジ部２b,１２bに、圧接部材(可動部材)２６が装着され
ている。圧接部材２６は、図ではコの字状の一体部品と
して示しているが、両腕部２６a,２６bは互いに接近な
いしは離反する方向へ可動であり、且つスプリング２７
により互いに接近する方向へ付勢されている。したがっ
て、駆動筒２は、固定筒１２に対して、光軸方向へ「が
た」が殆ど生じないようになっている。また、各部材２,
１２,２６は、駆動筒２のフランジ部２bと圧接部材２６
の間の摩擦力が比較的大きく、駆動筒２と固定筒１２と
の間及び固定筒１２のフランジ部１２bと圧接部材２６
との間の摩擦力が比較的小さくなるように材質が選定さ
れている。The drive cylinder 2 and the fixed cylinder 12 respectively have flange portions 2b and 12b facing each other, and a pressure contact member (movable member) 26 is attached to both flange portions 2b and 12b. Although the press-contact member 26 is shown as a U-shaped integral part in the drawing, both arm portions 26a and 26b are movable in a direction toward or away from each other, and a spring 27 is provided.
Are urged toward each other by. Therefore, the drive barrel 2 hardly causes “rattle” in the optical axis direction with respect to the fixed barrel 12. Also, each member 2,
12 and 26 are the pressure contact member 26 and the flange portion 2b of the drive cylinder 2.
The frictional force between the driving cylinder 2 and the fixed cylinder 12 is relatively large, and the flange portion 12b of the fixed cylinder 12 and the pressure contact member 26 are relatively large.
The material is selected so that the frictional force between and is relatively small.
【００３０】図１１に示すように、圧接部材２６の一端
には、駆動筒２の外周面の接線方向にほぼ平行に配置さ
れた圧電アクチュエータ２８の一端が固着されている。
この圧電アクチュエータ２８の他端は、固定筒１２にビ
ス２９で固定された保持部材３０に固着されている。ま
た、固定筒１２には、圧接部材２６を挟んで圧電アクチ
ュエータ２８と反対側にＬ字状の板ばね３１がビス３２
によって取り付けられ、圧接部材２６を圧電アクチュエ
ータ２８に対して弾力的に付勢している。As shown in FIG. 11, one end of the pressure contact member 26 is fixed to one end of a piezoelectric actuator 28 arranged substantially parallel to the tangential direction of the outer peripheral surface of the drive cylinder 2.
The other end of the piezoelectric actuator 28 is fixed to a holding member 30 fixed to the fixed barrel 12 with screws 29. Further, an L-shaped leaf spring 31 is provided on the fixed cylinder 12 on the side opposite to the piezoelectric actuator 28 with the pressure contact member 26 interposed therebetween.
And presses the pressing member 26 elastically against the piezoelectric actuator 28.
【００３１】以上のように構成した駆動機構において、
前述と同様に圧電アクチュエータ２８に図９(a)に示す
波形のパルス電圧を印加すると、圧電アクチュエータ２
８が急激に伸びるときには、圧接部材２６が図１１の左
方向へ移動するが、駆動筒２はその質量による慣性のた
めに、そのままの位置に止どまる。また、圧電アクチュ
エータ２８がそれよりもゆっくりと縮むときには、駆動
筒２が圧接部材２６とともに図の右方向へ移動する。し
たがって、連続したパルスによって、駆動筒２を図の右
方向へ連続して駆動できる。また、図９(b)に示す波形
のパルスを用いれば、駆動筒２を図の左方向へ連続して
駆動できる。この実施例においても、駆動筒２を固定筒
１２に対して殆ど「がた」のない状態で駆動できるから、
レンズの位置精度が優れており、且つ圧接部材２６を板
ばね３１によって圧電アクチュエータ２８側に付勢して
いるので、圧電アクチュエータ２８が固定筒１２及び圧
接部材２６から剥がれるのを防止できる。In the drive mechanism configured as described above,
When the pulse voltage having the waveform shown in FIG. 9A is applied to the piezoelectric actuator 28 in the same manner as described above, the piezoelectric actuator 2
When 8 rapidly expands, the press contact member 26 moves to the left in FIG. 11, but the drive cylinder 2 remains at the same position due to the inertia due to its mass. When the piezoelectric actuator 28 contracts more slowly than that, the drive cylinder 2 moves together with the press contact member 26 to the right in the figure. Therefore, the drive cylinder 2 can be continuously driven to the right in the figure by the continuous pulse. Further, by using the pulse having the waveform shown in FIG. 9B, the drive cylinder 2 can be continuously driven in the left direction in the drawing. Also in this embodiment, since the drive barrel 2 can be driven with almost no rattling with respect to the fixed barrel 12,
Since the position accuracy of the lens is excellent and the pressure contact member 26 is biased toward the piezoelectric actuator 28 side by the leaf spring 31, it is possible to prevent the piezoelectric actuator 28 from coming off from the fixed barrel 12 and the pressure contact member 26.
【図１】 圧電素子を示す説明図である。FIG. 1 is an explanatory diagram showing a piezoelectric element.
【図２】 本発明の第１実施例に係る駆動機構で用いて
いる積層型圧電アクチュエータを示す斜視図である。FIG. 2 is a perspective view showing a laminated piezoelectric actuator used in the drive mechanism according to the first embodiment of the present invention.
【図３】 この駆動機構が適用されているカメラの撮影
レンズの構成及び動作を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing a configuration and an operation of a photographing lens of a camera to which this drive mechanism is applied.
【図４】 このカメラの回路構成の概略を示すブロック
図である。FIG. 4 is a block diagram showing an outline of a circuit configuration of this camera.
【図５】 このカメラの動作の概略を示すフローチャー
トである。FIG. 5 is a flowchart showing an outline of the operation of this camera.
【図６】 この駆動機構が適用された撮影レンズ鏡筒の
中央縦断面図である。FIG. 6 is a central longitudinal sectional view of a taking lens barrel to which this drive mechanism is applied.
【図７】 図６のVII−VII線断面図である。7 is a sectional view taken along line VII-VII of FIG.
【図８】 撮影レンズ鏡筒の分解斜視図である。FIG. 8 is an exploded perspective view of a taking lens barrel.
【図９】 圧電アクチュエータに印加するパルスの波形
を示す図である。FIG. 9 is a diagram showing a waveform of a pulse applied to a piezoelectric actuator.
【図１０】 第２実施例に係る駆動機構の中央縦断面図
である。FIG. 10 is a central longitudinal sectional view of a drive mechanism according to a second embodiment.
【図１１】 図１０のXI−XI線断面図である。11 is a sectional view taken along line XI-XI of FIG.
１ マイクロコンピュータ ２ 駆動筒
(被駆動部材) ２a カム溝 ２b フラ
ンジ部 ３ 積層型圧電アクチュエータ ４ モータ ５ Ｄ／Ａコンバータ ６ 駆動ア
ンプ ７ 駆動回路 ８,９ 位
置検出装置 １０ 操作リング １１ メモ
リ １２ 固定筒(固定側部材) １２a 直
線溝 １２b フランジ部 １３ 保持
枠(固定側部材) １４ 第１保持枠 １４a,１４
b 穴 １４c フランジ １５ 第２
保持枠 １５a,１５b 穴 １６ ピン １７ ビス １８ 第１
ガイド軸(可動部材) １９ 第２ガイド軸 ２０ 板ば
ね ２１ ビス ２２ 移動
枠(被駆動部材) ２２a 穴 ２２b ボ
ス ２２c 切欠き ２３,２４
スプリング ２５ ビス ２６ 圧接
部材(可動部材) ２６a,２６b 腕部 ２７ スプ
リング ２８ 圧電アクチュエータ ２９ ビス ３０ 保持部材 ３１ 板ば
ね ３２ ビス ３３ 補強
板 ３４ スプリング ３５ ビス1 Microcomputer 2 Drive tube
(Driven member) 2a Cam groove 2b Flange 3 Laminated piezoelectric actuator 4 Motor 5 D / A converter 6 Drive amplifier 7 Drive circuit 8,9 Position detection device 10 Operation ring 11 Memory 12 Fixed cylinder (fixed side member) 12a Straight line Groove 12b Flange portion 13 Holding frame (fixed side member) 14 First holding frame 14a, 14
b hole 14c flange 15 second
Holding frame 15a, 15b hole 16 pin 17 screw 18 1st
Guide shaft (movable member) 19 Second guide shaft 20 Leaf spring 21 Screw 22 Moving frame (driven member) 22a Hole 22b Boss 22c Notch 23, 24
Spring 25 Screw 26 Pressure contact member (movable member) 26a, 26b Arm 27 Spring 28 Piezoelectric actuator 29 Screw 30 Holding member 31 Leaf spring 32 Screw 33 Reinforcing plate 34 Spring 35 Screw
Claims (1)
3,12)に伸縮方向の一端が連結された圧電アクチュエー
タ(3,28)と、該圧電アクチュエータ(3,28)の伸縮方向他
端に連結されるとともにその伸縮方向へ可動に該固定側
部材(13,12)に保持された可動部材(18,26)と、該可動部
材(18,26)に摩擦結合した被駆動部材(22,2)と、該圧電
アクチュエータ(3,28)に駆動電圧を印加する駆動回路
(1,5,6)とを備え、 上記駆動電圧が、上記圧電アクチュエータ(3,28)を繰り
返し伸縮させるとともに、その伸長速度と収縮速度の一
方が、該圧電アクチュエータ(3,28)の変形に伴う上記可
動部材(18,26)の移動時に上記被駆動部材(22,2)がその
質量の慣性により停止した状態に止どまる速度に定めら
れ、他方が、該被駆動部材(22,2)が該可動部材(18,26)
の移動に追随する速度に定められた駆動機構において、 上記可動部材(18,26)を、上記圧電アクチュエータ(3,2
8)に押圧する方向へ付勢する付勢手段(20,31)を備えた
ことを特徴とする圧電アクチュエータを用いた駆動機
構。1. A stationary member (13, 12) and the stationary member (1)
A piezoelectric actuator (3, 28) having one end in the expansion / contraction direction connected to (3, 12) and the fixed side member that is connected to the other end in the expansion / contraction direction of the piezoelectric actuator (3, 28) and is movable in the expansion / contraction direction. Driven by a movable member (18,26) held by (13,12), a driven member (22,2) frictionally coupled to the movable member (18,26), and the piezoelectric actuator (3,28) Drive circuit that applies voltage
(1,5,6), the drive voltage repeatedly expands and contracts the piezoelectric actuator (3,28), one of the expansion speed and contraction speed, the deformation of the piezoelectric actuator (3,28) When the movable member (18, 26) is moved with, the driven member (22, 2) is set to a speed at which the driven member (22, 2) remains stopped due to the inertia of its mass, and the other is the driven member (22, 2). 2) is the movable member (18, 26)
In the drive mechanism that is set to a speed that follows the movement of the piezoelectric actuator (3, 2)
A drive mechanism using a piezoelectric actuator, characterized in that it is provided with a biasing means (20, 31) for biasing to (8).
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