JPH09191665A - 電気−機械変換素子を使用した直線駆動機構 - Google Patents

電気−機械変換素子を使用した直線駆動機構

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JPH09191665A
JPH09191665A JP8014756A JP1475696A JPH09191665A JP H09191665 A JPH09191665 A JP H09191665A JP 8014756 A JP8014756 A JP 8014756A JP 1475696 A JP1475696 A JP 1475696A JP H09191665 A JPH09191665 A JP H09191665A
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JP
Japan
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conversion element
electro
drive shaft
mechanical conversion
lens
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JP8014756A
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Inventor
Hiroyuki Okada
浩幸 岡田
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Minolta Co Ltd
Original Assignee
Minolta Co Ltd
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H02N2/00—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
    • H02N2/02—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing linear motion, e.g. actuators; Linear positioners ; Linear motors
    • H02N2/021—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing linear motion, e.g. actuators; Linear positioners ; Linear motors using intermittent driving, e.g. step motors, piezoleg motors
    • H02N2/025—Inertial sliding motors
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T74/00—Machine element or mechanism
    • Y10T74/15—Intermittent grip type mechanical movement
    • Y10T74/1526—Oscillation or reciprocation to intermittent unidirectional motion
    • Y10T74/1529—Slide actuator

Landscapes

  • Lens Barrels (AREA)
  • General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
  • Details Of Cameras Including Film Mechanisms (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 構成部材の弾性変形の影響を受けることのな
い電気−機械変換素子を使用した直線駆動機構を提供す
る。 【解決手段】 固定鏡筒１１に固着された内筒１７には
半径方向に延びた延長部１７ａ、１７ｂの軸受１７ｐ、
１７ｑに光軸に平行に配置された駆動軸１４が移動自在
に支持され、また、延長部１７ａと作用部材１８の間に
は圧電素子１５が配置され固着結合される。作用部材１
８の上半分は駆動軸１４に接触し、作用部材１８の下半
分にはばね１８ｂにより付勢されたパツド１８ｃが装着
され、作用部材及びパツドは駆動軸に対し適当な摩擦力
で摩擦結合する。圧電素子に速度の異なる伸縮変位を発
生させると、作用部材１８を介して駆動軸１４が変位
し、駆動軸１８は被駆動部材であるレンズ保持枠１３と
共に繰り出し繰り込みがなされる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、カメラその他の
精密機械等を構成する機構部品を移動させるための電気
−機械変換素子を使用した直線駆動機構に関する。
【０００２】
【従来の技術】圧電素子に対し、緩やかな立ち上がり部
とこれに続く急速な立ち下がり部からなる波形の駆動パ
ルスを印加すると、駆動パルスの緩やかな立ち上がり部
では圧電素子が緩やかに厚み方向の伸び変位を生じ、急
速な立ち下がり部では急速に縮み変位を生じる。そこ
で、この特性を利用し、圧電素子に対して上記したよう
な波形の駆動パルスを印加して異なる速度で充放電を繰
り返し、圧電素子に速度の異なる厚み方向の振動を発生
させて圧電素子に固着された駆動部材を異なる速度で往
復動させ、駆動部材に摩擦結合した移動部材に直線運動
を発生させる直線駆動機構が知られている（一例とし
て、特開平６−１２３８３０号公報参照）。
【０００３】図４は、上記した直線駆動機構を使用した
カメラの撮影レンズ駆動機構の構成の一例を示す断面図
である。図４において、５１はレンズ鏡筒で、その左端
には第１レンズＬ1 の保持枠５２が固定的に取り付けら
れ、その右端５１ａは第３レンズＬ3 の保持枠を形成し
ている。レンズ鏡筒５１の内部には、第２レンズＬ2の
保持枠５３が、光軸方向に移動可能に配置されている。
５４はレンズ保持枠５３を光軸方向に駆動する駆動軸
で、駆動軸５４は、レンズ鏡筒５１の第１のフランジ部
５１ｂとレンズ保持枠５２のフランジ部５２ｂとにより
光軸方向に移動自在に支持され、その一端は圧電素子５
５の１つの面に接着固定されている。
【０００４】圧電素子５５は厚み方向に変位して駆動軸
５４を軸方向に変位させるもので、その一端面は駆動軸
５４に接着固定され、他の端面はレンズ鏡筒５１の第２
のフランジ部５１ｃに接着固定されている。
【０００５】第２レンズＬ2 を保持するレンズ保持枠５
３は、その下方に延びた移動部材である接触部材５３ｂ
を備えており、接触部材５３ｂには駆動軸５４が貫通し
ている。また、接触部材５３ｂには下面に切り欠き溝５
３ｃが形成されている。接触部材５３ｂと駆動軸５４と
は、切り欠き溝５３ｃと接触部材５３ｂの上面との間に
嵌入された圧接バネ５３ｄにより圧接し、適当な摩擦力
で摩擦結合している。図５は駆動軸５４と接触部材５３
ｂとの接触部分の構成を示す図で、図４のＸ−Ｘ線に沿
つた断面図である。
【０００６】また、レンズ保持枠５３の上部にも図４で
は示されていない切り欠きが形成されており、案内軸５
９に係合してレンズ保持枠５３の回転を防止している。
なお、６０はレンズをカメラに取り付けるマウント部で
ある。
【０００７】次にその制御動作を説明する。レンズＬ2
の矢印ａ方向への移動を必要としているときは、図６に
示すような緩やかな立ち上がり部とこれに続く急速な立
ち下がり部からなる波形の駆動パルスを圧電素子５５に
供給する。
【０００８】駆動パルスの緩やかな立ち上がり部では、
圧電素子５５は緩やかに厚み方向の伸び変位を生じ、駆
動軸５４は軸方向に矢印ａ方向へ変位する。このため、
駆動軸５４に圧接バネ５３ｃにより圧接して摩擦結合し
ているレンズ保持枠５３の接触部材５３ｂも矢印ａ方向
へ移動するので、レンズ保持枠５３を矢印ａ方向へ移動
させることができる。
【０００９】駆動パルスの急速な立ち下がり部では、圧
電素子５５が急速に厚み方向の縮み変位を生じ、駆動軸
５４も軸方向に矢印ａと反対方向へ変位する。このと
き、駆動軸５４に圧接バネ５３ｃにより圧接しているレ
ンズ保持枠５３の接触部材５３ｂはその慣性力により駆
動軸５４との間の摩擦力に打ち勝つて実質的にその位置
に留まるので、レンズ保持枠５３は移動しない。
【００１０】なお、ここでいう実質的とは、矢印ａ方向
と、これと反対方向のいずれにおいてもレンズ保持枠５
３の接触部材５３ｂと駆動軸５４との間の摩擦結合面に
滑りを生じつつ追動し、駆動時間の差によつて全体とし
て矢印ａ方向に移動するものも含むことを意味してい
る。
【００１１】上記波形の駆動パルスを連続して圧電素子
５５に印加することにより、レンズ保持枠５３を矢印ａ
で示す方向へ連続して移動させることができる。
【００１２】レンズ保持枠５３を矢印ａと反対方向へ移
動させるときは、急速な立ち上がり部とこれに続く緩や
かな立ち下がり部からなる波形の駆動パルスを圧電素子
５５に印加することで達成することができる。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】上記の構成において
は、駆動軸５４が比較的短い範囲においては圧電素子５
５に発生する伸縮変位に駆動軸５４が追従して変位し、
駆動軸５４に摩擦接触する接触部材５３ｂは滑りを生じ
つつ所定方向に追動する。しかしながら、駆動軸５４が
比較的長い場合、即ち駆動軸の圧電素子に接着された端
部から接触部材が摩擦結合している部分までの長さが長
いと、駆動軸の弾性変形のために圧電素子の伸縮変位に
対して駆動軸が追従して変位しきれなくなり、接触部材
を移動させることができないという現象が発生する。こ
のため、駆動軸の長さには制約が生じ、レンズの駆動範
囲を広くできないという不都合がある。
【００１４】さらに、図４に示す構成において、第１レ
ンズＬ1 及び保持枠５２を撤去して、レンズＬ2 が固定
鏡筒或いはカメラから繰り出される構成としたものも一
般的に採用されているレンズ鏡筒の構成であるが、この
ような構成において上記した直線駆動機構を適用した場
合は、レンズＬ2 を鏡筒に繰り込んだ状態ではレンズＬ
2 は鏡筒に繰り込まれるが、駆動軸はレンズＬ2 の位置
に関係なく一定の長さで突出しており、駆動軸を含む固
定鏡筒やカメラの光軸の沿つた方向の長さ（厚み）を薄
くすることができないという不都合がある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】この発明は上記課題を解
決するもので、電気−機械変換素子と、前記電気−機械
変換素子に固着結合され該電気−機械変換素子と共に変
位する作用部材と、前記作用部材に摩擦結合した駆動部
材と、前記駆動部材に結合した被駆動部材と、前記電気
−機械変換素子に伸縮変位を与える駆動パルス発生手段
とを備えた電気−機械変換素子を使用した直線駆動機構
であつて、前記作用部材と駆動部材とは、前記駆動パル
ス発生手段により電気−機械変換素子に伸びと縮みの速
度の異なる伸縮変位を発生させるとき、前記電気−機械
変換素子に固着結合された作用部材と該作用部材に摩擦
結合した駆動部材とが摩擦結合状態を維持して駆動部材
及び被駆動部材が実質的に移動する状態と、作用部材に
摩擦結合した駆動部材が摩擦結合力に打ち勝ち駆動部材
及び被駆動部材が実質的に移動しない状態とを取り得る
ように摩擦結合していることを特徴とする。
【００１６】そして、前記作用部材と駆動部材との摩擦
結合位置は、前記電気−機械変換素子の近傍で、前記駆
動部材に生じる弾性変形の影響を実質的に受けない位置
とするとよい。
【００１７】
【発明の実施の形態】電気−機械変換素子（圧電素子）
に固着結合されて変換素子と共に変位する作用部材に駆
動部材（駆動軸）を摩擦結合させておき、電気−機械変
換素子に駆動パルスを印加して伸びと縮みの速度の異な
る伸縮変位を発生させる。このとき、速度の遅い変位で
は作用部材と該作用部材に摩擦結合した駆動部材とは摩
擦結合状態を維持して駆動部材及び被駆動部材を実質的
に移動させることができるが、速度の速い変位では作用
部材に摩擦結合した駆動部材が摩擦結合力に打ち勝ち駆
動部材及び被駆動部材が実質的に移動しない。この動作
を繰り返すことにより、作用部材とこれに摩擦結合した
駆動部材との間に滑りを生じつつ、所望の方向に駆動部
材及び被駆動部材を移動させることができる。
【００１８】ここで、圧電素子に生じる厚み方向の大き
さの異なる伸び変位と縮み変位は圧電素子に直接固着結
合された作用部材に伝達され、作用部材に摩擦結合する
駆動軸の軸方向の変位となる。このため、駆動軸の長さ
に基づく弾性変形の影響を受けることなく、圧電素子の
変位は確実に駆動軸を介してレンズ保持枠などの被駆動
部材に伝達することができる。
【００１９】
【実施例】以下、この発明の実施例について説明する。
図１はこの発明の電気−機械変換素子を使用した直線駆
動機構を適用したレンズ装置の構成を示す断面図であ
る。図１において、１１は固定鏡筒、１２は可動鏡筒、
１３はレンズＬ1 を保持するレンズ保持枠、１７は固定
鏡筒１１に一体的に固着された内筒で、レンズＬ2 を保
持するレンズ保持枠がその一部に形成されている。
【００２０】内筒１７には、その一部に半径方向に延び
た延長部１７ａ及び延長部１７ｂが形成され、光軸に平
行に配置された駆動軸１４が延長部１７ａと１７ｂの軸
受１７ｐ及び１７ｑにより軸方向に移動自在に支持され
ている。また、内筒１７の一部に半径方向に延びた延長
部１７ｃ及び延長部１７ｄが形成されており、光軸に平
行に配置された案内軸１９が延長部１７ｃと１７ｄの軸
受１７ｒ及び１７ｓにより軸方向に移動自在に支持され
ている。
【００２１】案内軸１９とレンズ保持枠１３とは部分１
３ｂにおいて固定結合されており、後述する駆動機構に
よりレンズ保持枠１３が光軸方向に移動するとき、案内
軸１９とレンズ保持枠１３とは一体に移動する。案内軸
１９はレンズ保持枠１３の光軸回りの回転を防止すると
共に、レンズ保持枠１３を精度良く光軸方向に移動させ
るための案内部材として作用する。
【００２２】また、レンズＬ1 の移動距離を検出するた
めに公知の強磁性体薄膜磁気抵抗素子式位置センサ（以
下ＭＲセンサという）が設けられている。即ち、レンズ
Ｌ1の移動距離はレンズ保持枠１３、即ち案内軸１９の
移動距離でもあるから、内筒１７にＭＲセンサの磁気抵
抗素子２０を配置し、案内軸１９に所定間隔でＮおよび
Ｓの磁極を着磁して着磁ロツドとし、磁気抵抗素子２０
と協同してレンズ保持枠１３の移動距離を検出するよう
に構成されている。
【００２３】１８は駆動軸１４と摩擦結合している作用
部材であつて、作用部材１８と内筒１７の延長部１７ａ
との間には圧電素子１５が配置されている。圧電素子１
５と作用部材１８、圧電素子１５と内筒１７の延長部１
７ａとはそれぞれ接着剤により接着固定されている。
【００２４】また、作用部材１８には孔部１８ａが形成
されており、孔部１８ａに駆動軸１４が貫通している。
図２は駆動軸１４と作用部材１８との接触部分を拡大し
て示した図で、図１のＹ−Ｙ線に沿つた断面図である。
図２において、作用部材１８の上半分は駆動軸１４に接
触し、作用部材１８の下半分には、ばね１８ｂにより駆
動軸１４に向けて付勢されたパツド１８ｃが装着され、
パツド１８ｃが駆動軸１４の下半分に接触するように構
成されている。この構成により、作用部材１８及びパツ
ド１８ｃは駆動軸１４に対し適当な摩擦力で摩擦結合
し、摩擦結合力は、ばね１８ｂの弾撥力を変更すること
により調整することができる。
【００２５】駆動軸１４とレンズ保持枠１３とは部分１
３ａにおいて固定結合されており、駆動軸１４が軸方向
に移動するとき、駆動軸１４とレンズ保持枠１３とは一
体に移動する。また、レンズ支持枠１３には可動鏡筒１
２が固定的に結合されているので、駆動軸１４、レンズ
保持枠１３、及び可動鏡筒１２は一体に軸方向に移動す
ることになる。
【００２６】図３はレンズの焦点調節及び被写体距離を
表示する制御回路のブロツク図で、制御回路はＣＰＵ４
１と、その入力ポ−トに接続されたパルス信号変換回路
４３を介して接続されたＭＲセンサ出力信号処理回路４
２、出力ポ−トに接続された圧電素子駆動回路４４、表
示部駆動回路４５、表示部４６から構成される。
【００２７】次にその制御動作を説明する。図示しない
カメラ側に設置された焦点検出回路から出力される被写
体に対する焦点検出情報がＣＰＵ４１に入力される。Ｃ
ＰＵ４１は焦点検出情報を判断し、レンズＬ1 の矢印ａ
方向への移動を必要としているときは、圧電素子駆動回
路４４に図６に示すような緩やかな立ち上がり部とこれ
に続く急速な立ち下がり部からなる波形の駆動パルスの
出力を圧電素子駆動回路４４に指示し、圧電素子１５を
駆動する。
【００２８】駆動パルスの緩やかな立ち上がり部では、
圧電素子１５は緩やかに厚み方向の伸び変位を生じ、作
用部材１８は軸方向に矢印ａ方向へ変位する。このた
め、作用部材１８に摩擦結合している駆動軸１４は矢印
ａ方向へ移動するので、レンズ保持枠１３及び可動鏡筒
１２は矢印ａ方向へ移動する。
【００２９】駆動パルスの急速な立ち下がり部では、圧
電素子１５が急速に厚み方向の縮み変位を生じ、作用部
材１８も軸方向に矢印ａと反対方向へ変位する。このと
き、作用部材１８に摩擦結合している駆動軸１４は、慣
性力により接触部材との間の摩擦力に打ち勝つて実質的
にその位置に留まるので、レンズ保持枠１３及び可動鏡
筒１２は移動しない。
【００３０】なお、ここでいう実質的とは、矢印ａ方向
とこれと反対方向のいずれにおいても作用部材１８と駆
動軸１４との間の摩擦結合面に滑りを生じつつ追動し、
駆動時間の差によつて全体として矢印ａ方向に移動する
ものも含むことを意味している。どのような移動形態に
なるかは与えられた摩擦条件に応じて決定される。
【００３１】上記波形の駆動パルスを連続して圧電素子
１５に印加することにより、レンズ保持枠１３を矢印ａ
で示す方向へ連続して移動させることができる。
【００３２】レンズ保持枠１３を矢印ａと反対方向へ移
動させるときは、急速な立ち上がり部とこれに続く緩や
かな立ち下がり部からなる波形の駆動パルスを圧電素子
１５に印加することで達成できる。
【００３３】図示しないカメラ側の焦点検出回路が合焦
状態を検出すると、その信号はＣＰＵ４１に入力され、
ＣＰＵ４１は圧電素子駆動回路４４に圧電素子１５への
駆動パルスの出力停止を指示し、レンズ保持枠１３は移
動を停止する。
【００３４】レンズ保持枠１３が移動するとき、内筒１
７に取り付けられているＭＲセンサの磁気抵抗素子２０
は、案内軸１９と兼用の着磁ロツドに所定間隔で着磁さ
れている磁極を検知する。検出信号はＭＲセンサ出力信
号処理回路４２で処理され、更にパルス信号変換回路４
３でパルス信号に変換されてＣＰＵ４１に入力される。
ＣＰＵ４１はパルス信号を計数することにより、レンズ
保持枠１３の位置、即ちレンズ位置の情報を得ることが
できる。
【００３５】レンズ位置の情報は、これを被写体距離情
報に演算して変換し、表示部駆動回路４５を介して表示
部４６に被写体距離情報を表示する。表示部４６は液晶
による表示装置、その他公知の表示装置を利用すること
ができる。
【００３６】以上説明した実施例では、作用部材１８に
摩擦接触して駆動される部材には駆動軸１４、レンズＬ
1 、レンズ保持枠１３のほか可動鏡筒１２がある。この
ため、レンズ保持枠などが非常に軽量であつても作用部
材１８により駆動される部材全体としては十分な質量と
なるので、駆動機構の動作に必要十分な慣性力を得るこ
とができる。
【００３７】
【発明の効果】以上詳細に説明した通り、この発明によ
れば、電気−機械変換素子に生じる厚み方向の大きさの
異なる伸び変位と縮み変位は直接作用部材に伝達され、
作用部材に摩擦結合する駆動部材の軸方向の変位とな
る。このため、駆動部材の弾性変形の影響を受けること
なく電気−機械変換素子の変位は作用部材及び駆動部材
を介して確実に被駆動部材に伝達することができる。
【００３８】そして、駆動部材は被駆動部材と共に軸方
向に変位し、被駆動部材と共に繰り出し繰り込みがされ
るから、駆動部材が被駆動部材よりも前方に突出するこ
とがなく、体裁のよい電気−機械変換素子を使用した直
線駆動機構を提供することができる。例えばカメラの撮
影レンズの駆動に応用した場合などでは、駆動部材、即
ち駆動軸が撮影レンズよりも前方に突出することがない
から、カメラや撮影レンズの厚みを薄くすることがで
き、体裁のよい構成を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の電気−機械変換素子を使用した直線
駆動機構を適用したレンズ装置の構成を示す断面図。
【図２】駆動軸と作用部材との接触部分の拡大断面図。
【図３】レンズの焦点調節及び被写体距離を表示する制
御回路のブロツク図。
【図４】従来の直線駆動機構を使用した撮影レンズ駆動
機構の構成を示す断面図。
【図５】従来の直線駆動機構の駆動軸と接触部材との接
触部分の拡大断面図。
【図６】圧電素子に印加する駆動パルスの波形の一例を
示す図。
【符号の説明】
１１ 固定鏡筒 １２ 可動鏡筒 １３ レンズ保持枠 １４ 駆動軸 １５ 圧電素子 １７ 内筒 １８ 作用部材 １９ 案内軸（着磁ロツド） ２０ 磁気抵抗素子

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 電気−機械変換素子と、 前記電気−機械変換素子に固着結合され該電気−機械変
    換素子と共に変位する作用部材と、 前記作用部材に摩擦結合した駆動部材と、 前記駆動部材に結合した被駆動部材と、 前記電気−機械変換素子に伸縮変位を与える駆動パルス
    発生手段とを備えた電気−機械変換素子を使用した直線
    駆動機構であつて、 前記作用部材と駆動部材とは、前記駆動パルス発生手段
    により電気−機械変換素子に伸びと縮みの速度の異なる
    伸縮変位を発生させるとき、前記電気−機械変換素子に
    固着結合された作用部材と該作用部材に摩擦結合した駆
    動部材とが摩擦結合状態を維持して駆動部材及び被駆動
    部材が実質的に移動する状態と、作用部材に摩擦結合し
    た駆動部材が摩擦結合力に打ち勝ち駆動部材及び被駆動
    部材が実質的に移動しない状態とを取り得るように摩擦
    結合していることを特徴とする電気−機械変換素子を使
    用した直線駆動機構。
  2. 【請求項２】前記作用部材と駆動部材との摩擦結合位置
    は、前記電気−機械変換素子の近傍で、前記駆動部材に
    生じる弾性変形の影響を実質的に受けない位置とするこ
    とを特徴とする請求項１記載の電気−機械変換素子を使
    用した直線駆動機構。
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