KR101085415B1 - 액츄에이터 및 그를 이용한 렌즈 액츄에이터 - Google Patents

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Abstract

(과제) 기계 요소나 광학 요소 등의 이동 거리를 충분히 확보하면서, 소형화·박형화가 가능한 액츄에이터를 제공한다.
(해결수단) 압전 소자 등의 구동 부재(1)로부터 출력되는 일축 방향으로 변위(unidirectional displacement)를, 변위 전달 방향을 따라서 배치되는 복수의 레버(20)와, 이들 레버(20)를 지지하는 고정부(21)와, 레버의 지지점을 형성하는 탄성 변형 가능한 지지점용 결합부(22)와, 레버의 역점(力點)을 형성하고는 탄성 변형 가능한 역점용 결합부(23)를 구비한 특정 구조의 변위 확대 기구(2)에 의해, 변위량을 확대시키면서 가동 부재(3)에 전달하도록 한 것으로, 소형 또는 박형 구조이면서 가동 부재(3)의 큰 이동량을 확보할 수 있다.
Figure R1020097008712
압전 소자, 구동부재, 레버, 고정구, 지지점용 결합부, 변위 확대 기구, 가동 부재

Description

액츄에이터 및 그를 이용한 렌즈 액츄에이터{ACTUATOR AND LENS ACTUATOR USING THE SAME}
본 발명은, 소형 정밀 기기의 기계 요소나 광학 요소 등의 구동 수단으로서 매우 적합한 액츄에이터에 관한 것이다.
휴대 전화기 등의 휴대 단말에 내장된 카메라 모듈에는, 통상의 전자 카메라(디지털 카메라)와 동일하게, 고속·고정밀도인 오토 포커스 기능이나 줌 기능이 요구된다.
이들 기능을 실현하려면, 카메라 모듈의 렌즈군을 광축 방향으로 고속·고정밀도로 이동시킬 필요가 있으며, 그것을 위한 기구와 구동 수단이 필요하게 되는데, 특히 최근의 휴대 단말은 소형화·박형화(thinning)가 진행되고 있어, 이 때문에 상기 카메라 모듈이나 그 구성 부품에도 소형화·박형화가 요구된다.
카메라 모듈의 렌즈 이동용의 액츄에이터로서는, 나사식 회전 기구를 구비한 것이 일반적으로 알려져 있지만, 이런 종류의 기구는, 기계적 슬라이딩을 수반하기 때문에 에너지 손실이 크고, 게다가 마찰에 의해 마모분(粉)이 생기기 쉬운 난점이 있다. 또한, 소형화·박형화하기 어렵다는 구조상의 제약도 있다. 이 때문에 전력 절약, 고정밀도, 극소화·박형화 등이 요구되는 최근의 휴대 단말용 렌즈 이동 기구에는 적용할 수 없다.
또한, 예를 들면, 특허문헌 1에는, 렌즈를 지지한 가동부를, 고정부에 대하여 판스프링 등의 탄성 부재를 통하여 상하동 가능하게 외팔보(cantilever) 형상으로 지지시킴과 아울러, 가동부와 고정부 사이에, 상기 탄성 부재를 변형 가능해지도록 형상기억합금을 설치한 액츄에이터가 개시되어 있다.
또한, 특허문헌 2에는, 렌즈 홀더를 렌즈 광축과 평행하게 배치된 가이드축과 구동축을 따라서 이동 가능하게 형성하고, 렌즈 홀더에 탑재된 압전소자(piezoelectric element)를 여자(勵磁)하여 상기 구동축에 구동력(굽힘 진동에 의한 진행파)을 부여함으로써, 렌즈 홀더를 가이드축과 구동축을 따라서 이동시키도록 한 액츄에이터가 개시되어 있다.
[특허문헌 1] 일본공개특허공보 2002-130114호
[특허문헌 2] 일본공개특허공보 2006-106797호
(발명의 개시)
(발명이 해결하고자 하는 과제)
그러나, 특허문헌 1, 2에 개시되어 있는 액츄에이터는, 모두 구조상의 제약으로 인해, 렌즈의 이동 거리를 충분히 확보하기에는 렌즈 이동 방향에서의 장치 두께(액츄에이터 높이)가 커져, 휴대 단말용 렌즈 이동 기구에 요구되는 극소화·박형화 등에 충분히 대응할 수 없다는 문제가 있다.
따라서 본 발명의 목적은, 소형 정밀 기기의 기계 요소나 광학 요소 등의 구동 수단에 적용한 경우에, 기계 요소나 광학 요소 등의 이동 거리를 충분히 확보하면서, 소형화·박형화가 가능한 액츄에이터를 제공하는 것에 있다.
(과제를 해결하기 위한 수단)
본 발명자들은, 소형 정밀 기기의 기계 요소나 광학 요소 등의 구동 수단에 적용한 경우에, 기계 요소나 광학 요소 등의 이동 거리를 충분히 확보하면서 소형화·박형화가 가능한 액츄에이터 기구에 대하여 검토를 거듭한 결과, 압전 소자 등의 구동 부재로부터 출력되는 일축방향의 변위(unidirectional displacement)를, 변위 전달 방향을 따라서 배치되는 복수의 레버(지렛대)를 구비한 특정 구조의 변위 확대 기구로 가동 부재에 전달함으로써, 상기 과제를 해결할 수 있음을 발견했다.
본 발명은, 이러한 인식에 기초하여 이루어진 것으로, 이하를 요지로 하는 것이다.
[1] 입력되는 에너지량에 따른 변형량으로 변형하고, 상기 변형을 일축방향으로의 변위로서 출력하는 구동 부재(1)와, 상기 구동 부재(1)로부터 출력된 변위를 변위량을 확대시키면서 가동 부재(3)까지 전달하여 당해 가동 부재(3)를 변위 동작시키는 변위 확대 기구(2)를 구비한 액츄에이터로서,
상기 변위 확대 기구(2)는, 변위 전달 방향을 따라 배치되는 복수의 레버(20)와, 당해 레버(20)를 지지하는 고정부(21)를 구비하고,
각 레버(20)는, 레버의 지지점을 형성하는 탄성 변형 가능한 지지점용 결합부(22)를 통하여 고정부(21)에 결합됨으로써 고정부(21)에 지지됨과 아울러, 인접하는 레버(20) 사이 및 변위 전달 방향의 최상류측 레버(20)와 구동 부재(1)의 변위 출력부(100) 사이는, 레버의 역점(力點; point of force)을 형성하는 탄성 변형 가능한 역점용 결합부(23)로 결합되고,
변위 전달 방향의 최하류측 레버(20)의 선단측 부분을 상기 가동 부재(3)에 연결 또는 걸어맞춰, 당해 최하류측 레버(20)의 변위에 의해 가동 부재(3)를 변위 동작시키도록 한 것을 특징으로 하는 액츄에이터.
[2] 상기 [1]의 액츄에이터에 있어서, 변위 전달 방향의 최상류측 레버(20)는, 그 기단측 부분이, 지지점용 결합부(22)를 통하여 고정부(21)에 결합됨과 아울러, 역점용 결합부(23)를 통하여 구동 부재(1)의 변위 출력부(100)에 결합되고, 상기 최상류측 레버(20) 이외의 레버(20)는, 그 기단측 부분이, 지지점용 결합부(22)를 통하여 고정부(21)에 결합됨과 아울러, 역점용 결합부(23)를 통하여 인접하는 다른 레버(20)의 선단측 부분에 결합되는 것을 특징으로 하는 액츄에이터.
[3] 상기 [2]의 액츄에이터에 있어서, 복수의 레버(20) 중 적어도 1개의 레버(20)의 기단측 부분에 결합되는 지지점용 결합부(22)와 역점용 결합부(23)는, 당해 레버(20)의 길이의 1/4 이상의 길이를 갖는 것을 특징으로 하는 액츄에이터.
[4] 상기 [1]∼[3] 중 어느 하나의 액츄에이터에 있어서, 변위 확대 기구(2)가, 금속 또는/및 수지로 이루어지는 성형체 또는/및 적층체로 구성되는 것을 특징으로 하는 액츄에이터.
[5] 상기 [1]∼[4] 중 어느 하나의 액츄에이터에 있어서, 복수의 레버(20) 중 변위 전달 방향의 최하류측 레버(20)에 결합된 지지점용 결합부(22)와 역점용 결합부(23)의 병렬 방향이, 당해 최하류측 레버(20)보다도 상류측의 레버(20)의 변위면에 대하여 직교하고 있는 것을 특징으로 하는 액츄에이터.
[6] 상기 [5]의 액츄에이터에 있어서, 구동 부재(1)와 변위 확대 기구(2)가, 평면적으로 가동 부재(3)를 외부에서 둘러싸는 상태로 배치되는 것을 특징으로 하는 액츄에이터.
[7] 상기 [6]의 액츄에이터에 있어서, 변위 확대 기구(2)는 제1 및 제2 레버(20)를 구비하고, 가동 부재(3)는 구동 부재(1)와 제1 레버(20)와 제2 레버(20)에 의해, 적어도 3방면이 둘러싸여 있는 것을 특징으로 하는 액츄에이터.
[8] 상기 [1]∼[4] 중 어느 하나의 액츄에이터에 있어서, 복수의 각 레버(20)에 결합된 지지점용 결합부(22)와 역점용 결합부(23)의 병렬 방향이, 당해 레버(20)보다도 상류측의 레버(20)의 변위면과 평행인 것을 특징으로 하는 액츄에이터.
[9] 상기 [8]의 액츄에이터에 있어서, 변위 확대 기구(2)는 제1 및 제2 레버(20)를 구비하고, 당해 제1 및 제2 레버(20)와 구동 부재(1)가, 상기 제2 레버(20)의 지지점용 결합부(22)가 결합된 고정부(21)를 3방면에서 둘러싸고 있는 것을 특징으로 하는 액츄에이터.
[10] 상기 [1]∼[9] 중 어느 하나의 액츄에이터에 있어서, 레버(20)의 선단부(p1)와 당해 레버(20)에 결합된 지지점용 결합부(22)의 길이 방향 중심(p2)을 연결하는 직선(L)의 길이의 전(全) 레버의 합계가, 구동 부재(1)의 변위 출력 방향에서의 길이 이상인 것을 특징으로 하는 액츄에이터.
[11] 입력되는 에너지량에 따른 변형량으로 변형하고, 상기 변형을 일축방향으로의 변위로서 양단으로부터 출력하는 구동 부재(1)와, 상기 구동 부재(1)로부터 출력된 변위를 변위량을 확대시키면서 가동 부재(3)까지 전달하여 당해 가동 부재(3)를 변위 동작시키는 변위 확대 기구(2)를 구비한 액츄에이터로서,
상기 변위 확대 기구(2)는, 변위 전달 방향을 따라서 배치되는 복수의 레버(20)로 이루어지는 한 쌍의 레버군(X, Y)과, 상기 레버(20)를 지지하는 고정부(21)와, 양 레버군(X, Y)의 변위 전달 방향의 최하류측 레버(20)와 가동 부재(3)를 연결하는 길이 방향에서 탄성 변형 가능한 연결 부재(24)를 구비하고,
각 레버(20)는, 레버의 지지점을 형성하는 탄성 변형 가능한 지지점용 결합부(22)를 통하여 고정부(21)에 결합됨으로써 고정부(21)에 지지됨과 아울러, 인접하는 레버(20) 사이 및 변위 전달 방향의 최상류측 레버(20)와 구동 부재(1)의 변위 출력부(100) 사이는, 레버의 역점을 형성하는 탄성 변형 가능한 역점용 결합부(23)로 결합되고,
한 쌍의 레버군(X, Y)의 변위 전달 방향의 최하류측 레버(20)의 선단측 부분과 가동 부재(3)가 연결 부재(24)로 연결되고, 양 최하류측 레버(20)의 변위에 의해 연결 부재(24)를 통하여 가동 부재(3)를 변위 동작시키도록 한 것을 특징으로 하는 액츄에이터.
[12] 상기 [11]의 액츄에이터에 있어서, 하기 (ⅰ)∼(ⅲ) 중 어느 일 형태로서, 한 쌍의 레버군(X, Y)의 변위 전달 방향의 최하류측 레버(20)의 선단측 부분과 가동 부재(3)가 연결 부재(24)로 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 액츄에이터.
(ⅰ) 한 쌍의 연결 부재(24)가, 가동 부재(3)의 양측부와 양 최하류측 레버(20)의 선단측 부분을 각각 연결하고, 양 최하류측 레버(20)의 선단측 부분끼리가 접근·분리되는 변위를 행함으로써 가동 부재(3)를 변위 동작시킴.
(ⅱ) 연결 부재(24)가 양 최하류측 레버(20)의 선단측 부분을 연결함과 아울러, 연결 부재(24)의 중간부가 가동 부재(3)에 결합되고, 양 최하류측 레버(20)의 선단측 부분끼리가 접근·분리되는 변위를 행함으로써 가동 부재(3)를 변위 동작시킴.
(ⅲ) 한 쌍의 연결 부재(24)가, 고정부(21)와 양 최하류측 레버(20)의 선단측 부분에 각각 가설(架設)되고, 양 연결 부재(24)의 중간부가 가동 부재(3)의 양측부에 각각 연결 또는 걸어맞춰지고, 양 최하류측 레버(20)의 선단측 부분이 상기 고정부(21)에 대하여 접근·분리되는 변위를 행함으로써 가동 부재(3)를 변위 동작시킴.
[13] 상기 [11] 또는 [12]의 액츄에이터에 있어서, 각 레버군(X, Y)에 있어서, 변위 전달 방향의 최상류측 레버(20)는, 그 기단측 부분이, 지지점용 결합부(22)를 통하여 고정부(21)에 결합됨과 아울러, 역점용 결합부(23)를 통하여 구동 부재(1) 양단의 각 변위 출력부(100)에 각각 결합되고, 상기 최상류측 레버(20) 이외의 레버(20)는, 그 기단측 부분이, 지지점용 결합부(22)를 통하여 고정부(21)에 결합됨과 아울러, 역점용 결합부(23)를 통하여 인접하는 다른 레버(20)의 선단측 부분에 결합되는 것을 특징으로 하는 액츄에이터.
[14] 상기 [13]의 액츄에이터에 있어서, 각 레버군(X, Y)에 있어서, 복수의 레버(20) 중의 적어도 1개의 레버(20)의 기단측 부분에 결합되는 지지점용 결합부(22)와 역점용 결합부(23)는, 당해 레버(20)의 길이의 1/4 이상의 길이를 갖는 것을 특징으로 하는 액츄에이터.
[15] 상기 [11]∼[14] 중 어느 하나의 액츄에이터에 있어서, 변위 확대 기구(2) 또는 연결 부재(24)를 제외한 변위 확대 기구(2)가, 금속 또는/및 수지로 이루어지는 성형체 또는/및 적층체로 구성되는 것을 특징으로 하는 액츄에이터.
[16] 상기 [11]∼[15] 중 어느 하나의 액츄에이터에 있어서, 한 쌍의 레버군(X, Y)은, 복수의 레버(20)의 평면적인 형상 및 배치가 선대칭 또는 점대칭인 것을 특징으로 하는 액츄에이터.
[17] 상기[11]∼[16] 중 어느 하나의 액츄에이터에 있어서, 각 레버군(X, Y)에 있어서, 레버(20)의 선단부(p1)와 당해 레버(20)에 결합된 지지점용 결합부(22)의 길이 방향 중심(p2)을 연결하는 직선(L)의 길이의 전(全) 레버의 합계가, 구동 부재(1)의 변위 출력 방향에서의 길이 이상인 것을 특징으로 하는 액츄에이터.
[18] 상기 [1]∼[17] 중 어느 하나의 액츄에이터에 있어서, 구동 부재(1)가, 압전 소자, 자왜(磁歪; magnetoscrictive) 소자, 형상기억합금재 중의 어느 하나인 것을 특징으로 하는 액츄에이터.
[19] 변위 전달 방향의 최하류측 레버(20)의 선단측 부분을 렌즈 홀더(3)에 연결 또는 걸어맞춰, 당해 최하류측 레버(20)의 변위에 의해 렌즈 홀더(3)를 변위 동작시키도록 한 것을 특징으로 하는, 상기 [1]∼[18]에 기재된 액츄에이터를 이용한 렌즈 액츄에이터.
(발명의 효과)
본 발명의 액츄에이터는, 구동 부재로부터 출력되는 일축방향의 변위를, 변위 전달 방향을 따라서 배치되는 복수의 레버를 구비한 특정 구조의 변위 확대 기구로 가동 부재에 전달하는 구조이기 때문에, 소형 또는 박형 구조이면서 가동 부재의 큰 이동량을 확보할 수 있다. 이 때문에 기계 요소나 광학 요소 등의 이동 거리를 충분히 확보하면서, 소형화·박형화가 가능한 액츄에이터로 할 수 있다. 또한, 변위 확대 기구는 기계적 접점이 없기 때문에 마모가 거의 없고, 에너지 손실도 작기 때문에 액츄에이터의 수명이나 에너지 효율의 향상도 실현할 수 있다.
도 1은 본 발명의 액츄에이터의 일 실시 형태를 나타내는 전체 사시도이다.
도 2는 도 1의 실시 형태의 분해 사시도이다.
도 3은 도 1의 실시 형태에 있어서 가동 부재를 제거한 상태로 나타내는 사시도이다.
도 4는 도 1의 실시 형태의 평면도이다.
도 5는 도 1의 실시 형태의 기능(작동 형태)을 나타내는 설명도이다.
도 6은 본 발명의 액츄에이터의 다른 실시 형태를 나타내는 사시도이다.
도 7은 도 6의 실시 형태의 측면도이다.
도 8은 도 6의 실시 형태에 있어서의 가동 부재를 부착한 상태의 사시도이다.
도 9는 본 발명의 액츄에이터의 다른 실시 형태를 나타내는 사시도이다.
도 10은 도 9의 실시 형태의 측면도이다.
도 11은 도 9의 실시 형태에 있어서의 가동 부재를 부착한 상태의 사시도이다.
도 12는 본 발명의 액츄에이터의 다른 실시 형태를 나타내는 사시도이다.
도 13은 도 12의 실시 형태의 평면도이다.
도 14는 도 12의 실시 형태의 측면도이다.
도 15는 본 발명의 액츄에이터의 다른 실시 형태를 나타내는 평면도이다.
도 16은 도 15의 실시 형태에 있어서의 가동 부재를 부착한 상태의 평면도이다.
도 17은 도 15의 실시 형태에 있어서의 가동 부재를 부착한 상태의 모식(schematic) 측면도이다.
도 18은 본 발명의 액츄에이터의 다른 실시 형태를 나타내는 사시도이다.
도 19는 도 18의 실시 형태의 측면도이다.
도 20은 도 18의 실시 형태에 있어서의 가동 부재를 부착한 상태의 사시도이다.
도 21은 본 발명의 액츄에이터의 다른 실시 형태를 나타내는 사시도이다.
도 22는 도 21의 실시 형태의 평면도이다.
도 23은 도 21의 실시 형태에 있어서의 가동 부재를 부착한 상태의 사시도이다.
도 24는 본 발명의 액츄에이터의 다른 실시 형태를 나타내는 사시도이다.
도 25는 도 24의 실시 형태의 평면도이다.
도 26은 도 24의 실시 형태에 있어서의 가동 부재를 부착한 상태의 사시도이다.
(도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명)
1 : 구동 부재
2 : 변위 확대 기구
3 : 가동 부재
4 : 연결 부재
5, 6 : 누름용 스프링
7 : 기체(器體)
20a, 20b : 레버
21, 21a∼21j : 고정부
22a, 22b : 지지점용 결합부
23a, 23b : 역점용 결합부
24 : 연결 부재
25 : 부분
30 : 본체
31, 32, 33 : 부착부
100 : 변위 출력부
200 : 단부(段部)
201 : 제1 변부(邊部)
202 : 제2 변부
220, 221 : 옆걸침부
240 : 고(高)강성부
241 : 평탄부
242 : 지지부
243 : 강성 부재
245 : 본체
246 : 지지판부
X, Y : 레버군
도 1∼도 5는, 본 발명의 액츄에이터의 일 실시 형태를 나타내는 것으로, 휴대 단말의 렌즈 모듈에 내장되는 렌즈 액츄에이터에 적용한 경우를 나타내고 있다. 도 1은 전체 사시도, 도 2는 분해 사시도, 도 3은 가동 부재를 제거한 상태로 나타내는 사시도, 도 4는 동일하게 평면도, 도 5는 기능(작동 형태)을 나타내는 설명도이다. 도면에 있어서, 부호(3)는 액츄에이터가 변위 동작시켜야 할 가동 부재이며, 본 실시 형태에서는 렌즈 홀더이다.
액츄에이터는, 입력되는 에너지량에 따른 변형량으로 변형하고, 이 변형을 일축방향으로의 변위로서 출력하는 구동 부재(1)와, 이 구동 부재(1)로부터 출력된 변위를 변위량을 확대시키면서 상기 가동 부재(3)까지 전달하여 가동 부재(3)를 변위 동작시키는 변위 확대 기구(2)를 구비하고 있다.
본 실시 형태에서는, 액츄에이터를 될 수 있는 한 박형화하기 위해, 구동 부재(1)와 변위 확대 기구(2)가 평면적으로 가동 부재(3)를 외부에서 둘러싸는 구조, 바꿔 말하면, 가동 부재(3)의 외주부에 구동 부재(1)와 변위 확대 기구(2)를 배치한 구조로 하고 있다. 이러한 구조에서는, 중앙의 스페이스를 가동 부재(3)의 수용 스페이스로 하여 액츄에이터의 박형화를 도모할 수 있을 뿐만 아니라, 변위 확대 기구(2)를 구성하는 레버(지렛대)의 길이를 충분히 확보할 수 있기 때문에, 큰 변위 확대량을 얻는 데에 있어 유리하다. 또한, 예를 들면, 렌즈 액츄에이터에 적용한 경우에, 렌즈의 광축을 방해하는 부재가 없기 때문에, 소형화·박형화에 특히 유리하다.
상기 구동 부재(1)는, 입력되는 에너지량에 따른 변형량으로 변형하고, 이 변형을 일축방향으로의 변위로서 출력할 수 있는 것이면 특별히 종류는 따지지 않아, 예를 들면, 압전 소자, 자왜 소자, 형상기억합금재 등을 이용할 수 있다. 압전 소자란 인가된 구동 전압에 따라 치수 왜곡(distortion)을 발생시키는 소자이며, 자왜 소자란 외부로부터 자계를 걸음으로써 변위를 발생시키는 소자이다. 이들 구동 부재는, 전기나 열 등의 에너지량에 따른 변형량으로 변형하여, 일축방향으로의 변위로서 출력할 수 있다. 단, 이들 중에서도, 전기로부터 직접 변위를 취출하는 구동 구조를 갖는다는 점에서 특히 압전 소자가 바람직하여, 본 실시 형태의 구동 부재(1)도 압전 소자로 구성되어 있다.
본 발명의 구동 부재(1)(압전 소자)는 사각 기둥 형상을 갖고, 그 길이 방향으로 치수 왜곡(변위)을 일으켜, 이 치수 왜곡을 선단의 변위 출력부(100)로부터 일축방향으로 출력한다. 또한, 예를 들면, 구동 부재(1)로서 자왜 소자를 사용하는 경우에는, 별도 자계를 발생하는 기구를 형성함으로써, 동일한 작용을 얻을 수 있다.
또한, 구동 부재(1)는, 후술하는 고정부(21a)에 고정되거나, 또는 액츄에이터 전체를 지지하는 기체(器體)에 고정된다.
휴대 단말의 카메라 모듈에 적용하는 극소형의 압전 소자로부터 출력할 수 있는 일축방향의 변위량은, 적층 타입에서 통상 수백ppm 정도로서, 본 발명에서는 이러한 변위량을 수십∼백배 정도로 확대하여 가동 부재(3)까지 전달해, 가동 부재(3)를 변위 동작시키는 것을 목표로 하고 있다.
상기 변위 확대 기구(2)는, 변위 전달 방향을 따라 배치되는 복수의 레버(20)와, 이 레버(20)를 지지하는 고정부(21)를 구비하지만, 본 실시 형태의 변위 확대 기구(2)는, 수평 방향에 있어서, 구동 부재(1)의 선단(변위 출력부)에 구동 부재(1)의 길이 방향에 대하여 90°의 관계로 접속된 제1 레버(20a)(최상류측 레버)와, 이 제1 레버(20a)의 선단에 레버(20a)의 길이 방향에 대하여 90°의 관계로 접속된 제2 레버(20b)(최하류측 레버)를 구비하고, 가동 부재(3)는 구동 부재(1)와 제1 레버(20a)와 제2 레버(20b)에 의해, 3방면이 ㄷ자 형상으로 둘러싸인 구조로 되어 있다.
또한, 상기 고정부(21)로서는, 구동 부재(1)의 외측 위치에 구동 부재(1)와 평행하게 설치된 고정부(21a)와, 제2 레버(20b)의 하측에 레버(20b)와 평행하게 설치된 고정부(21b)가 형성되고, 이들 고정부(21a, 21b)는, 액츄에이터 전체를 지지 하는 기체에 고정된다.
본 실시 형태를 포함하여 이하에 서술하는 본 발명의 각 실시 형태에서는, 변위 확대 기구(2)를 구성하는 각 레버(20)는, 탄성 변형 가능한 판 형상의 지지점용 결합부(22)와 역점용 결합부(23)에 의해 지지되고 그리고 변위되어지는 구조로 되어 있지만, 이들 지지점용 결합부(22)와 역점용 결합부(23)는 모두 판 형상이기 때문에, 레버(20)가 작동할 때의 가로 진동이 적고, 이 때문에 변위 확대 기구(2)에 의한 변위의 전달·확대를 안정되게 행하게 할 수 있다.
본 실시 형태에 있어서, 상기 제1 레버(20a)는 사각 기둥 형상을 갖고, 그 기단측 부분이 레버의 지지점을 형성하는 탄성 변형 가능한 판 형상의 지지점용 결합부(22a)를 통하여 상기 고정부(21a)의 선단에 결합되고, 이에 따라 고정부(21a)에 지지되어 있다. 또한, 지지점용 결합부(22a)의 결합 위치보다도 조금 레버 선단측쪽의 위치에 있어서, 레버(20a)의 기단측 부분과 구동 부재(1)의 변위 출력부(100)(구동 부재 선단) 사이는, 레버의 역점을 형성하는 탄성 변형 가능한 판 형상의 역점용 결합부(23a)로 결합되어 있다.
상기 지지점용 결합부(22a)와 역점용 결합부(23a)는 비교적 짧은 판 형상으로, 각각 제1 레버(20a)의 길이 방향에 대하여 직각으로 결합되어 있다.
상기 제2 레버(20b)도 사각 기둥 형상을 갖고, 그 기단측 부분이, 지지점용 결합부(22b)를 통하여 하방의 고정부(21b)에 결합됨과 아울러, 역점용 결합부(23b)를 통하여 상기 제1 레버(20a)의 선단측 부분에 결합되어 있다.
상기 지지점용 결합부(22b)와 역점용 결합부(23b)는 비교적 긴 판 형상으로, 각각의 일단부가 레버(20b)의 기단측 부분에 대하여 레버(20b)의 길이 방향을 따르도록 결합되어 있다. 또한, 역점용 결합부(23b)의 타단부는 레버(20a)의 길이 방향에 대하여 직각으로 결합되고, 또한, 지지점용 결합부(22b)의 타단부는 고정부(21b)에 결합되어 있다.
본 발명의 변위 확대 기구(2)에서는, 복수의 레버(20) 중 적어도 1개의 레버(20)의 기단측 부분에 결합되는 지지점용 결합부(22)와 역점용 결합부(23)는, 당해 레버(20)의 길이의 1/4 이상, 바람직하게는 1/3 이상, 더욱 바람직하게는 1/2 이상의 길이를 갖는 것이 바람직하다. 이와 같이 지지점용 결합부(22)와 역점용 결합부(23)의 길이를 충분히 크게 함으로써, 이들 결합부의 강성을 확보하면서 큰 변형량을 얻을 수 있고, 나아가서는 변위 확대 기구(2)의 변위 확대량을 크게 할 수 있기 때문이다. 본 실시 형태에서는, 상기 제2 레버(20b)의 기단측 부분에 결합된 지지점용 결합부(22b)와 역점용 결합부(23b)가 레버(20b)의 길이의 1/2 정도의 길이를 갖고 있다.
여기에서, 본 실시 형태의 변위 확대 기구(2)는, 구동 부재(1)의 수평 방향의 변위를 수직 방향으로 변환하여 가동 부재(3)에 전달하는 것으로, 이 변위 방향의 변환을 행하기 위해, 레버(20b)(변위 전달 방향의 최하류측 레버)에 결합된 지지점용 결합부(22b)와 역점용 결합부(23b)의 병렬 방향(도 3의 화살표 (α)방향)이, 당해 레버(20b)의 상류측의 레버(20a)의 변위면(도 3의 화살표 (β)방향에서의 변위면)에 대하여 직교하는 구조로 되어 있다.
상기 제2 레버(20b)(변위 전달 방향의 최하류측 레버)의 선단측 부분은 가동 부재(3)에 연결 또는 걸어맞춰져, 이 레버(20b)의 변위에 의해 가동 부재(3)를 변위 동작시키도록 되어 있다. 본 실시 형태에서는, 가동 부재(3)인 렌즈 홀더는, 링 형상의 본체(30)의 상단에 판 형상의 부착부(31)가 튀어나와 형성되어 있으며, 이 부착부(31)가 레버(20b)의 상면에 맞닿은 상태에서, 양자가 ㄷ자 형상의 연결 부재(4)(판스프링)로 클램프됨으로써 연결되어 있다. 그 외, 부호(5, 6)는 가동 부재(3)(렌즈 홀더)의 상부 및 하부를 눌러, 이것을 지지하기 위한 누름용 스프링이다.
본 발명의 변위 확대 기구(2)에서는, 변위 확대량을 될 수 있는 한 크게 하기 위해, 복수의 레버(20)의 전장(全長)을 길게 하는 것이 바람직하여, 구체적으로는 도4 에 나타내는 바와 같이, 각 레버(20(20a, 20b))의 선단부(p1)와 각 레버(20(20a, 20b))의 기단측 부분에 결합된 지지점용 결합부(22(22a, 22b))의 길이 방향 중심(p2)을 연결하는 직선(L)의 길이의 전(全) 레버의 합계가, 구동 부재(1)의 변위 출력 방향으로의 길이 이상인 것이 바람직하다.
상기 변위 확대 기구(2)는, 금속(예를 들면, 스테인리스강) 또는/및 수지로 이루어지는 성형체 또는/및 적층체로 구성된다. 이 적층체란, 박판을 적층시킨 것이다. 변위 확대 기구(2)는, 전체를 일체 성형된 성형체나 적층체로 구성해도 좋지만, 본 실시 형태에서는 고정부(21a)와 제1 레버(20a)의 주요부가 일체 성형체 또는 일체 적층체로 구성됨과 아울러, 고정부(21b)와 제2 레버(20b)와 제1 레버(20a)의 선단측의 부분(25)이 일체 성형체 또는 일체 적층체로 구성되고, 부분(25)이 레버(20a)의 선단측에 고착됨으로써, 변위 확대 기구(2)가 구성되어 있 다.
변위 확대 기구(2)를 구성하는 레버(20)는, 변위 전달 방향을 따라서 3개 이상 형성해도 좋아, 예를 들면, 본 실시 형태의 예에서는, 제1 레버(20a)와 제2 레버(20b)의 사이에, 제1 레버(20a)와 동일한 원리의 레버를 1개 이상 형성해도 좋다.
도 5는 본 실시 형태의 액츄에이터의 기능(작동 형태)을 나타내는 것이다.
구동 부재(1)인 압전 소자에 소정의 구동 전압이 인가되면, 치수 왜곡에 의해 화살표 (A)방향으로 신장하여, 변위 출력부(100)로부터 일축방향의 변위가 역점용 결합부(23a)를 통하여 제1 레버(20a)로 출력된다(즉, 레버(20a)를 누른다). 이에 따라 제1 레버(20a)는, 지지점용 결합부(22a)를 변형시키면서 이것을 지지점으로 하여 화살표 (B)방향으로 회전이동한다. 이 제1 레버(20a)의 회전이동에 의해, 제2 레버(20b)의 역점용 결합부(23b)가 화살표 (C)방향으로 인장되고, 이에 따라 제2 레버(20b)는, 지지점용 결합부(22b)를 변형시키면서 이것을 지지점으로 하여 화살표 (D)방향으로 회전이동(상방으로 회전이동)한다. 따라서, 이 제2 레버(20b)의 선단에 연결된 가동 부재(3)도 상방으로 변위(상승)한다. 당연히, 구동 부재(1)인 압전 소자가 화살표 (A)방향에서 축소하면, 상기와 반대의 동작에 의해 가동 부재(3)가 하방으로 변위(하강)한다. 그리고, 이상과 같은 변위 확대 기구(2)에 의한 변위 전달의 과정에서, 구동 부재(1)로부터 출력된 변위가 확대(증폭)되어, 구동 부재(1)의 출력 변위량의 수십 배 이상(경우에 따라서는 100배 이상)의 변위량이 가동 부재에 전달된다.
도 6∼도 8은, 본 발명의 액츄에이터의 다른 실시 형태를 나타내는 것으로, 휴대 단말의 렌즈 모듈에 내장되는 렌즈 액츄에이터에 적용한 경우를 나타내고 있다. 도 6은 사시도, 도 7은 측면도, 도 8은 가동 부재를 부착한 상태로 나타내는 사시도이다. 도면에 있어서, 부호(3)는 액츄에이터가 변위 동작시켜야 할 가동 부재로서, 본 실시 형태에서는 렌즈 홀더이다.
앞에서 예시한 도 1∼도 5의 실시 형태는, 액츄에이터를 평면적으로 될 수 있는 한 박형화하기 위해, 가동 부재(3)의 외주부에 구동 부재(1)와 변위 확대 기구(2)를 배치한 구조로 한 것이지만, 본 실시 형태는, 액츄에이터의 설치 면적을 최대한 작게 하기 위해 세로형으로 하고, 그리고 변위가 동일한 면상(面上)에서 전달·확대되도록 한 것이다.
이 액츄에이터도, 입력되는 에너지량에 따른 변형량으로 변형하고, 이 변형을 일축방향으로의 변위로서 출력하는 구동 부재(1)와, 이 구동 부재(1)로부터 출력된 변위를 변위량을 확대시키면서 상기 가동 부재(3)까지 전달하여, 가동 부재(3)를 변위 동작시키는 변위 확대 기구(2)를 구비하고 있다.
상기 구동 부재(1)는, 도 1∼도 5의 실시 형태와 동일하게 압전 소자로 구성되어 있다. 이 구동 부재(1)(압전 소자)는 사각 기둥 형상을 갖고, 그 길이 방향으로의 치수 왜곡(변위)을 일으켜, 이 치수 왜곡을 선단의 변위 출력부(100)로부터 일축방향으로 출력한다.
상기 변위 확대 기구(2)는, 변위 전달 방향을 따라 배치되는 복수의 레버(20)와, 이 레버(20)를 지지하는 고정부(21)를 구비하고 있다. 이 고정부(21) 는, 적당한 간격을 갖는 상하 수평인 고정부(21c, 21d)와, 이들 고정부(21c, 21d)를 그 일부에서 연결하는 고정부(21e)를 갖고 있다. 본 실시 형태의 구동 부재(1)는, 상하의 고정부(21c, 21d) 사이에 위치하고, 그 후단부를 통하여 고정부(21e)에 수평 형상으로 지지되어 있다. 상기 고정부(21c, 21d)는, 구동 부재(1)와의 사이에 간극을 형성하여, 구동 부재(1)의 상하에 각각 평행하게 위치하고 있다. 상측의 고정부(21c)는 구동 부재(1)보다도 길이가 길다. 또한, 고정부(21)는 액츄에이터 전체를 지지하는 기체에 고정된다.
본 실시 형태의 변위 확대 기구(2)는, 세로 방향에 있어서, 구동 부재(1)의 선단(변위 출력부)에 구동 부재(1)의 길이 방향에 대하여 90°의 관계로 접속되고, 상방으로 신장(extend)하는 제1 레버(20a)(최상류측 레버)와, 이 제1 레버(20a)의 선단에 레버(20a)의 길이 방향에 대하여 90°의 관계로 접속되어, 구동 부재(1)와 거의 평행인 상태에서 수평으로 신장하는 제2 레버(20b)(최하류측 레버)를 구비하고 있다.
상기 제1 레버(20a)는 비교적 짧고, 그 기단측 부분이, 레버의 지지점을 형성하는 탄성 변형 가능한 판 형상의 지지점용 결합부(22a)를 통하여 상기 고정부(21d)의 선단에 결합되고, 이에 따라 고정부(21d)에 지지되어 있다. 또한, 지지점용 결합부(22a)의 결합 위치보다도 조금 레버 선단측쪽의 위치에 있어서, 레버(20a)의 기단측 부분과 구동 부재(1)의 변위 출력부(100)(구동 부재 선단) 사이는, 레버의 역점을 형성하는 탄성 변형 가능한 판 형상의 역점용 결합부(23a)로 결합되어 있다.
상기 지지점용 결합부(22a)와 역점용 결합부(23a)는, 각각 제1 레버(20a)의 길이 방향에 대하여 직각으로 결합되어 있다.
상기 제2 레버(20b)는 비교적 긴 사각 기둥 형상을 갖고, 고정부(21c)의 상방에 배치되어 있다. 이 제2 레버(20b)는, 그 기단측 부분이, 지지점용 결합부(22b)를 통하여 고정부(21c)의 선단부에 결합됨과 아울러, 역점용 결합부(23b)를 통하여 상기 제1 레버(20a)의 선단측 부분에 결합되어 있다.
상기 지지점용 결합부(22b)와 역점용 결합부(23b)는 비교적 긴 판 형상으로, 각각의 일단부가 레버(20b)의 기단측 부분에 대하여 레버(20b)의 길이 방향을 따르도록 결합되어 있다. 또한, 역점용 결합부(23b)의 타단부는 레버(20a)의 길이 방향에 대하여 직각으로 결합되고, 또한, 지지점용 결합부(22b)의 타단부는 고정부(21c)에 결합되어 있다. 본 실시 형태에서는, 상기 제2 레버(20b)의 기단측 부분에 결합된 지지점용 결합부(22b)와 역점용 결합부(23b)가 레버(20b)의 길이의 1/2 이상의 길이를 갖고 있다.
이 제2 레버(20b)와 이것에 결합된 지지점용 결합부(22b) 및 역점용 결합부(23b)는, 고정부(21c)와 간극을 형성하여 평행하게 배치되어 있다.
여기에서, 본 실시 형태의 변위 확대 기구(2)는, 변위가 동일한 면상에서 전달·확대되도록 하기 위해, 제2 레버(20b)(변위 전달 방향의 최하류측 레버)에 결합된 지지점용 결합부(22b)와 역점용 결합부(23b)의 병렬 방향이, 당해 레버(20b)의 상류측의 레버(20a)의 변위면과 평행인 구조로 되어 있다. 또한, 이러한 구조에 있어서, 제1 레버(20a)와 제2 레버(20b)와 구동 부재(1)가, 제2 레버(20b)의 지 지점용 결합부(22b)가 결합된 고정부(21c)를, 간극을 형성하면서 3방면에서 둘러싼 콤팩트한 구조(접이식 구조)로 되어 있다.
상기 제2 레버(20b)(변위 전달 방향의 최하류측 레버)의 선단측 부분은 가동 부재(3)에 연결 또는 걸어맞춰져서, 이 레버(20b)의 변위에 의해 가동 부재(3)를 변위 동작시키도록 되어 있다. 본 실시 형태에서는, 가동 부재(3)인 렌즈 홀더는, 중앙에 렌즈 부착공을 갖는 판 형상의 본체(30)의 상단에 부착부(32)가 튀어나와 형성되어 있으며, 이 부착부(32)가 레버(20b)의 상면에 연결(고정)되어 있다.
변위 확대 기구(2)를 구성하는 레버(20)는, 변위 전달 방향을 따라서 3개 이상 형성해도 좋아, 예를 들면, 본 실시 형태의 예에서는, 제1 레버(20a)와 제2 레버(20b)의 사이에, 제1 레버(20a)와 동일한 원리의 레버를 1개 이상 형성해도 좋다.
또한, 구동 부재(1), 변위 확대 기구(2) 등에 관한 그 외의 구성에 대해서는, 도 1∼도 5의 실시 형태와 동일하며, 앞서 서술한 바와 같기 때문에, 상세한 설명은 생략한다.
본 실시 형태의 액츄에이터에서는, 구동 부재(1)인 압전 소자에 소정의 구동 전압이 인가되면 치수 왜곡에 의해 화살표 (A)방향으로 신장하고, 변위 출력부(100)로부터 일축방향의 변위가 역점용 결합부(23a)를 통하여 제1 레버(20a)에 출력된다(즉, 레버(20a)를 누른다). 이에 따라 제1 레버(20a)는, 지지점용 결합부(22a)를 변형시키면서 이것을 지지점으로 하여 외측 방향(화살표 (B)방향)으로 회전이동한다. 이 제1 레버(20a)의 회전이동에 의해, 제2 레버(20b)의 역점용 결 합부(23b)가 화살표 (C)방향으로 인장되어, 이에 따라 제2 레버(20b)는, 지지점용 결합부(22b)를 변형시키면서 이것을 지지점으로 하여 상방(화살표 (D)방향)으로 회전이동한다. 따라서, 이 제2 레버(20b)의 선단에 연결된 가동 부재(3)도 상방으로 변위(상승)한다. 당연히, 구동 부재(1)인 압전 소자가 화살표 (A)방향으로 축소하면, 상기와 반대의 동작에 의해 가동 부재(3)가 하방으로 변위(하강)한다. 그리고, 이상과 같은 변위 확대 기구(2)에 의한 변위 전달의 과정에서, 구동 부재(1)로부터 출력된 변위가 확대(증폭)되어, 구동 부재(1)의 출력 변위량의 수십 배 이상(경우에 따라서는 100배 이상)의 변위량이 가동 부재에 전달된다.
도 9∼도 11은, 본 발명의 액츄에이터의 다른 실시 형태를 나타내는 것으로, 도 6∼도 8의 실시 형태의 변형예이다. 도 9는 사시도, 도 10은 측면도, 도 11은 가동 부재를 부착한 상태로 나타내는 사시도이다.
이 실시 형태는, 도 6∼도 8의 실시 형태에 대하여, 제2 레버(20b)와 이것을 지지하는 고정부(21d)의 구조에 특징이 있다. 즉, 제2 레버(20b)는 도 6∼도 8의 실시 형태보다도 길이가 길어, 구동 부재(1)의 길이 이상의 길이를 갖고 있다. 이 레버(20b)의 중간부(본 실시 형태에서는 길이 방향의 거의 중앙부)의 상부에는 단부(200)가 형성되고, 이 단부(200)가 형성된 길이 방향 중간부와 제1 레버(20a)의 선단측 부분이 역점용 결합부(23b)로 결합되어 있다. 한편, 고정부(21c)의 길이는 구동 부재(1)의 길이보다도 상당히 짧고(바람직하게는, 구동 부재(1)의 길이의 2/3∼1/2 정도), 이러한 고정부(21c)의 선단과 레버(20b)의 기단측 부분이, 레버(20b)와 거의 평행인 지지점용 결합부(22b)로 결합되어 있다.
이러한 실시 형태는, 제2 레버(20b)가 길고, 그리고 역점용 결합부(23b) 및 지지점용 결합부(22b)도 충분히 길기 때문에(레버(20b)의 길이의 거의 1/2 정도), 변위 확대량을 크게 취할 수 있는 이점이 있다.
또한, 도 6∼도 8의 실시 형태만큼 콤팩트하지는 않지만, 이 본 실시 형태의 변위 확대 기구(2)도, 제1 레버(20a)와 제2 레버(20b)와 구동 부재(1)가, 제2 레버(20b)의 지지점용 결합부(22b)가 결합된 고정부(21c)를, 간극을 형성하면서 3방면에서 둘러싼 콤팩트한 구조(접이식 구조)로 되어 있다.
그 외의 구성 및 기본적인 기능은 도 6∼도 8의 실시 형태와 동일하다.
도 12∼도 14는, 본 발명의 액츄에이터의 다른 실시 형태를 나타내는 것으로, 도 1∼도 5의 실시 형태의 변형예이다. 도 12는 사시도, 도 13은 평면도, 도 14는 측면도이다.
본 실시 형태도, 액츄에이터를 될 수 있는 한 박형화하기 위해, 구동 부재(1)와 변위 확대 기구(2)가 평면적으로 가동 부재(3)를 외부에서 둘러싸는 구조, 즉, 가동 부재(3)의 외주부에 구동 부재(1)와 변위 확대 기구(2)를 배치한 구조로 되어 있다.
또한, 구동 부재(1)는, 후술하는 고정부(21a)에 고정되거나, 또는 액츄에이터 전체를 지지하는 기체에 고정된다.
상기 변위 확대 기구(2)는, 변위 전달 방향을 따라서 배치되는 복수의 레버(20)와, 이 레버(20)를 지지하는 고정부(21)를 구비하지만, 본 실시 형태의 변위 확대 기구(2)는, 수평 방향에 있어서, 구동 부재(1)의 선단(변위 출력부)에 구동 부재(1)의 길이 방향에 대하여 90°의 관계로 접속된 제1 레버(20a)(최상류측 레버)와, 이 제1 레버(20a)의 선단에 레버(20a)의 길이 방향에 대하여 90°의 관계로 접속된 제2 레버(20b)(최하류측 레버)를 구비하고, 가동 부재(3)가 구동 부재(1)와 제1 레버(20a)와 제2 레버(20b)에 의해, 3방면이 ㄷ자 형상으로 둘러싸인 구조로 되어 있다.
또한, 상기 고정부(21)로서는, 구동 부재(1)의 내측 위치에 구동 부재(1)와 평행하게 설치된 고정부(21a)와, 제2 레버(20b)의 내측에 레버(20b)와 평행하게 설치된 고정부(21b)가 형성되어, 이들 고정부(21a, 21b)를 포함하는 고정부(21)는 액츄에이터 전체를 지지하는 기체에 고정된다.
상기 제1 레버(20a)는 사각 기둥 형상을 갖고, 그 기단측 부분이, 레버의 지지점을 형성하는 탄성 변형 가능한 판 형상의 지지점용 결합부(22a)를 통하여 상기 고정부(21a)의 선단에 결합되고, 이에 따라 고정부(21a)에 지지되어 있다. 또한, 지지점용 결합부(22a)의 결합 위치보다도 조금 레버 후단부쪽의 위치에 있어서, 레버(20a)의 기단측 부분과 구동 부재(1)의 변위 출력부(100)(구동 부재 선단) 사이는, 레버의 역점을 형성하는 탄성 변형 가능한 판 형상의 역점용 결합부(23a)로 결합되어 있다. 이상과 같은 레버(20a)에 대한 지지점용 결합부(22a)와 역점용 결합부(23a)의 결합 위치 관계는, 도 1∼도 5의 실시 형태와 반대이다. 상기 지지점용 결합부(22a)와 역점용 결합부(23a)는 비교적 짧은 판 형상으로, 각각 제1 레버(20a)의 길이 방향에 대하여 직각으로 결합되어 있다.
상기 제2 레버(20b)도 사각 기둥 형상을 갖고, 그 기단측 부분이, 지지점용 결합부(22b)를 통하여 고정부(21b)의 레버(20a)쪽의 단부에 결합됨과 아울러, 역점용 결합부(23b)를 통하여 상기 제1 레버(20a)의 선단측 부분에 결합되어 있다.
상기 지지점용 결합부(22b)와 역점용 결합부(23b)는 비교적 긴 판 형상으로, 각각의 일단부가 레버(20b)의 기단측 부분에 대하여 레버(20b)의 길이 방향을 따르도록 결합되어 있다. 또한, 역점용 결합부(23b)의 타단부는 레버(20a)의 길이 방향에 대하여 직각으로 결합되고, 또한, 지지점용 결합부(22b)의 타단부는 고정부(21b)에 옆걸침부(220)를 통하여 결합되어 있다.
본 실시 형태에서는, 상기 제2 레버(20b)의 기단측 부분에 결합된 지지점용 결합부(22b)와 역점용 결합부(23b)가, 레버(20b)의 길이 이상의 길이를 갖고 있다.
또한, 도 1∼도 5의 실시 형태와 동일하게, 본 실시 형태의 변위 확대 기구(2)는, 구동 부재(1)의 수평 방향의 변위를 수직 방향으로 변환하여 가동 부재(3)에 전달하는 것으로, 이 변위 방향의 변환을 행하기 위해, 레버(20b)(변위 전달 방향의 최하류측 레버)에 결합된 지지점용 결합부(22b)와 역점용 결합부(23b)의 병렬 방향이, 당해 레버(20b)의 상류측의 레버(20a)의 변위면에 대하여 직교하는 구조로 되어 있다.
상기 제2 레버(20b)(변위 전달 방향의 최하류측 레버)의 선단측 부분은, 도 1∼도 5의 실시 형태와 동일하게, 가동 부재(3)에 연결 또는 걸어맞춰져서, 이 레버(20b)의 변위에 의해 가동 부재(3)를 변위 동작시키도록 되어 있다.
변위 확대 기구(2)를 구성하는 레버(20)는, 변위 전달 방향을 따라서 3개 이상 형성해도 좋아서, 예를 들면, 본 실시 형태의 예에서는, 제1 레버(20a)와 제2 레버(20b)의 사이에 제1 레버(20a)와 동일한 원리의 레버를 1개 이상 형성해도 좋다.
또한, 구동 부재(1), 변위 확대 기구(2) 등에 관한 그 외의 구성에 대해서는, 도 1∼도 5의 실시 형태와 동일하며, 앞서 서술한 바와 같기 때문에 상세한 설명은 생략한다.
본 실시 형태의 액츄에이터에서는, 구동 부재(1)인 압전 소자에 소정의 구동 전압이 인가되면 치수 왜곡에 의해, 화살표 (A)방향으로 신장하여, 변위 출력부(100)로부터 일축방향의 변위가 역점용 결합부(23a)를 통하여 제1 레버(20a)로 출력된다(즉, 레버(20a)를 누른다). 여기에서, 역점용 결합부(23a)는 지지점용 결합부(22a)보다도 레버 후단측에 결합되어 있기 때문에, 제1 레버(20a)는 지지점용 결합부(22a)를 변형시키면서 이것을 지지점으로 하여 내측 방향(화살표 (B)방향)으로 회전이동한다. 이 제1 레버(20a)의 회전이동에 의해, 제2 레버(20b)의 역점용 결합부(23b)가 제2 레버(20b) 방향(화살표 (C)방향)으로 밀려나와, 이에 따라 제2 레버(20b)는 지지점용 결합부(22b)를 변형시키면서 이것을 지지점으로 하여 상방(화살표 (D)방향)으로 회전이동한다. 따라서, 이 제2 레버(20b)의 선단에 연결된 가동 부재(3)도 상방으로 변위(상승)한다. 당연히, 구동 부재(1)인 압전 소자가 화살표 (A)방향으로 축소하면, 상기와 반대의 동작에 의해 가동 부재(3)가 하방으로 변위(하강)한다. 그리고, 이상과 같은 변위 확대 기구(2)에 의한 변위 전달의 과정에서, 구동 부재(1)로부터 출력된 변위가 확대(증폭)되어, 구동 부재(1)의 출력 변위량의 수십 배 이상(경우에 따라서는 100배 이상)의 변위량이 가동 부재에 전달된다.
도 15∼도 17은, 본 발명의 액츄에이터의 다른 실시 형태를 나타내는 것으로, 휴대 단말의 렌즈 모듈에 내장되는 렌즈 액츄에이터에 적용한 경우를 나타내고 있다. 도 15는 평면도, 도 16은 가동 부재를 부착한 상태로 나타내는 평면도, 도 17은 가동 부재를 부착한 상태로 나타내는 모식 측면도이다. 도면에 있어서, 부호(3)는 액츄에이터가 변위 동작시켜야 할 가동 부재로서, 본 실시 형태에서는 렌즈 홀더이다.
이 액츄에이터도, 입력되는 에너지량에 따른 변형량으로 변형하고, 이 변형을 일축방향으로의 변위로서 출력하는 구동 부재(1)와, 이 구동 부재(1)로부터 출력된 변위를 변위량을 확대시키면서 상기 가동 부재(3)까지 전달하여 가동 부재(3)를 변위 동작시키는 변위 확대 기구(2)를 구비하는 것이지만, 이 변위 확대 기구(2)는, 변위 전달 방향을 따라서 배치되는 복수의 레버(20)로 이루어지는 한 쌍의 레버군(X, Y)과, 상기 레버(20)를 지지하는 고정부(21)와, 양 레버군(X, Y)의 변위 전달 방향의 최하류측 레버(20)와 가동 부재(3)를 연결하는 길이 방향에서 탄성 변형 가능한 연결 부재(24)를 구비한다.
본 실시 형태도, 도 1∼도 5의 실시 형태와 동일하게, 액츄에이터를 될 수 있는 한 박형화하기 위해, 구동 부재(1)와 변위 확대 기구(2)가 평면적으로 가동 부재(3)를 외부에서 둘러싸는 구조, 즉 가동 부재(3)의 외주부에 구동 부재(1)와 변위 확대 기구(2)를 배치한 구조로 하고 있다. 앞서 서술한 바와 같이, 이러한 구조에서는, 중앙의 스페이스를 가동 부재(3)의 수용 스페이스로 하여 액츄에이터 의 박형화를 도모할 수 있을 뿐만 아니라, 변위 확대 기구(2)를 구성하는 레버(지렛대)의 길이를 충분히 확보할 수 있기 때문에, 큰 변위 확대량을 얻는 데에 있어 유리하다. 또한, 예를 들면, 렌즈 액츄에이터에 적용한 경우에, 렌즈의 광축을 방해하는 부재가 없기 때문에 소형화·박형화에 특히 유리하다.
한편, 앞에서 예시한 각 실시 형태에 대한 본 실시 형태의 액츄에이터의 특징은, 좌우 한 쌍의 레버군(X, Y)을 가짐으로써 가동 부재(3)를 안정되게 지지하여 변위 동작시킬 수 있는 점, 레버(20)뿐만 아니라 탄성 변형 가능한 연결 부재(24)도 변위 확대 기능을 갖기 때문에, 그만큼 전체의 변위 확대량을 크게 할 수 있는 점 등을 들 수 있다.
상기 구동 부재(1)는, 도 1∼도 5의 실시 형태에서 서술한 바와 같아, 본 실시 형태의 구동 부재(1)도 압전 소자로 구성되어 있다. 본 발명의 구동 부재(1)(압전 소자)는 사각 기둥 형상을 갖고, 그 길이 방향으로 치수 왜곡(변위)을 일으켜, 이 치수 왜곡을 양단의 변위 출력부(100)로부터 일축방향으로 출력한다. 또한, 이 구동 부재(1)는 액츄에이터 전체를 지지하는 기체에 고정된다.
상기 고정부(21)는 액츄에이터의 중앙부에 설치되고, 그 상방에 가동 부재(3)가 배치된다. 상기 구동 부재(1)는 상기 고정부(21)의 측부에 배치된다. 이 고정부(21)는 액츄에이터 전체를 지지하는 기체에 고정된다.
상기 한 쌍의 레버군(X, Y)은 복수의 레버(20)의 평면적인 형상 및 배치가 액츄에이터 중심에 대하여 선대칭으로, 최하류측 레버(20)가 연결 부재(24)를 통하여 가동 부재(3)를 양측으로부터 지지하는 구조로 되어 있다.
각 레버군(X, Y)은, 수평 방향에 있어서, 구동 부재(1)의 일단(변위 출력부)에 접속된 제1 레버(20a)(최상류측 레버)와, 이 제1 레버(20a)의 선단에 접속된 제2 레버(20b)(최하류측 레버)를 구비하고 있다.
상기 제1 레버(20a)는 길이 방향으로 L자 형상으로 구성되고(도면중, 201은 L자 형상의 제1 변부, 202는 동일하게 제2 변부), 양 레버군(X, Y)의 L자 형상의 레버(20a)가 대문형 형상을 이루도록 배치되어 있다. 각 레버군(X, Y)에 있어서, 제1 레버(20a)는, 그 기단측 부분이, 레버의 지지점을 형성하는 탄성 변형 가능한 판 형상의 지지점용 결합부(22a)를 통하여 상기 고정부(21)에 결합되고, 이에 따라 고정부(21)에 지지되어 있다. 또한, 지지점용 결합부(22a)의 결합 위치보다도 조금 레버 후단쪽의 위치에 있어서, 레버(20a)의 기단측 부분과 구동 부재(1)의 각 단의 변위 출력부(100) 사이는, 레버의 역점을 형성하는 탄성 변형 가능한 판 형상의 역점용 결합부(23a)로 결합되어 있다.
상기 지지점용 결합부(22a)와 역점용 결합부(23a)는 비교적 짧은 판 형상으로, 각각 제1 레버(20a)의 L자 형상의 제1 변부(201)의 길이 방향에 대하여 직각으로 결합되어 있다.
상기 제2 레버(20b)는, 수평 방향에 있어서, 제1 레버(20a)의 제1 변부(201)의 내측에 당해 제1 변부의 일부와 평행하게 배치되고, 그 기단측 부분이, 지지점용 결합부(22b)를 통하여 고정부(21)에 결합됨과 아울러, 역점용 결합부(23b)를 통하여 상기 제1 레버(20a)의 선단측 부분에 결합되어 있다.
상기 지지점용 결합부(22b)와 역점용 결합부(23b)는 비교적 긴 판 형상으로, 제1 레버(20a)의 제2 변부(202)의 내측에 당해 제2 변부(202)와 평행하게 배치되어, 각각의 일단부가 레버(20b)의 기단측 부분에 대하여 레버(20b)의 길이 방향과 직각으로 결합되어 있다. 또한, 역점용 결합부(23b)의 타단부는 레버(20a)의 선단에 옆걸침부(221)를 통하여 결합되고, 또한, 지지점용 결합부(22b)의 타단부는, 구동 부재(1)와는 반대측의 고정부(21)의 측부에 결합되어 있다.
상기 제2 레버(20b)의 기단측 부분에 결합된 지지점용 결합부(22b)와 역점용 결합부(23b)는, 레버(20b)의 길이와 거의 동일한 길이를 갖고 있다.
각 레버군(X, Y)의 제2 레버(20b)(변위 전달 방향의 최하류측 레버)의 선단측 부분과 가동 부재(3)는 길이 방향에서 탄성 변형 가능한 연결 부재(24)로 각각 연결되고, 가동 부재(3)는 레버(20b)와 연결 부재(24)로 양측에서 지지되어 있다.
상기 연결 부재(24)는 판스프링 등의 탄성 변형 가능한 부재로 구성되어, 길이 방향의 중간부에는 좌굴(buckling) 방지용의 고(高)강성부(240)(다른 부분보다도 강성이 높은 부분)가 형성되어, 주로 이 고강성부(240)의 양측 부분이 탄성 변형하도록 구성되어 있다. 본 실시 형태에서는, 양 레버군(X, Y)의 최하류측 레버(20b)의 선단측 부분끼리가 접근·분리되는 변위를 행함으로써, 연결 부재(24)가 탄성 변형하면서 가동 부재(3)를 밀어올리거나 또는 밀어내려 가동 부재(3)를 상하로 변위 동작시킨다.
본 실시 형태에 있어서도, 각 레버군(X, Y)에 있어서, 각 레버(20(20a, 20b))의 선단부(p1)와 각 레버(20(20a, 20b)의 기단측 부분에 결합된 지지점용 결합부(22(22a, 22b))의 길이 방향 중심(p2)을 연결하는 직선(L)의 길이의 전 레버의 합계가, 구동 부재(1)의 변위 출력 방향에서의 길이 이상인 것이 바람직하다.
또한, 변위 확대 기구(2)의 레버군(X, Y)을 구성하는 레버(20)는, 변위 전달 방향을 따라서 3개 이상 형성해도 좋아, 예를 들면, 본 실시 형태의 예에서는, 제1 레버(20a)와 제2 레버(20b)의 사이에, 제1 레버(20a)와 동일한 원리의 레버를 1개 이상 형성해도 좋다.
또한, 구동 부재(1), 변위 확대 기구(2) 등에 관한 그 외의 구성에 대해서는, 도 1∼도 5의 실시 형태와 동일하며, 앞서 서술한 바와 같기 때문에, 상세한 설명은 생략한다.
본 실시 형태의 액츄에이터에서는, 구동 부재(1)인 압전 소자에 소정의 구동 전압이 인가되면 치수 왜곡에 의해 화살표 (A)방향으로 신장하여, 구동 부재(1) 양단의 변위 출력부(100)로부터 일축방향의 변위가 역점용 결합부(23a)를 통하여 양 레버군(X, Y)의 제1 레버(20a)로 각각 출력된다(즉, 레버(20a)를 누른다). 여기에서 역점용 결합부(23a)는 지지점용 결합부(22a)보다도 레버 후단측에 결합되어 있기 때문에, 제1 레버(20a)는 지지점용 결합부(22a)를 변형시키면서 이것을 지지점으로 하여 내측 방향(화살표 (B)방향)으로 회전이동한다. 이 제1 레버(20a)의 회전이동에 의해, 제2 레버(20b)의 역점용 결합부(23b)가 화살표 (C)방향으로 인장되고, 이에 따라 제2 레버(20b)는, 지지점용 결합부(22b)를 변형시키면서 이것을 지지점으로 하여 외측 방향(화살표 (D)방향)으로 회전이동한다. 이에 따라 양 연결 부재(24)가 외측으로 인장되기 때문에, 이 연결 부재(24)에 지지된 가동 부재(3)가 하방으로 변위(하강)한다. 당연히, 구동 부재(1)인 압전 소자가 화살표 (A)방향으 로 축소하면, 상기와 반대의 동작에 의해 가동 부재(3)가 상방으로 변위(상승)한다. 그리고, 이상과 같은 변위 확대 기구(2)에 의한 변위 전달의 과정에서, 구동 부재(1)로부터 출력된 변위가 확대(증폭)되어, 구동 부재(1)의 출력 변위량의 수십배 이상(경우에 따라서는 100배 이상)의 변위량이 가동 부재에 전달된다.
도 18∼도 20은, 본 발명의 액츄에이터의 다른 실시 형태를 나타내는 것으로, 휴대 단말의 렌즈 모듈에 내장되는 렌즈 액츄에이터에 적용한 경우를 나타내고 있다. 도 18은 사시도, 도 19는 측면도, 도 20은 가동 부재를 부착한 상태로 나타내는 사시도이다. 도면에 있어서, 부호(3)는 액츄에이터가 변위 동작시켜야 할 가동 부재로서, 본 실시 형태에서는 렌즈 홀더이다.
도 15∼도 17의 실시 형태와 동일하게, 이 액츄에이터도, 입력되는 에너지량에 따른 변형량으로 변형하여, 이 변형을 일축방향으로의 변위로서 출력하는 구동 부재(1)와, 이 구동 부재(1)로부터 출력된 변위를, 변위량을 확대시키면서 상기 가동 부재(3)까지 전달하여 가동 부재(3)를 변위 동작시키는 변위 확대 기구(2)를 구비함과 아울러, 이 변위 확대 기구(2)는, 변위 전달 방향을 따라서 배치되는 복수의 레버(20)로 이루어지는 한 쌍의 레버군(X, Y)과, 상기 레버(20)를 지지하는 고정부(21)와, 양 레버군(X, Y)의 변위 전달 방향의 최하류측 레버(20)와 가동 부재(3)를 연결하는 길이 방향에서 탄성 변형 가능한 연결 부재(24)를 구비한다.
따라서, 도 1∼도 14에 든 각 실시 형태에 대한 본 실시 형태의 액츄에이터의 특징도, 한 쌍의 레버군(X, Y)을 가짐으로써 가동 부재(3)를 안정되게 지지하여 변위 동작시킬 수 있는 점, 레버(20)뿐만 아니라 탄성 변형 가능한 연결 부재(24) 도 변위 확대 기능을 갖기 때문에, 그만큼 전체의 변위 확대량을 크게 할 수 있는 점 등이다. 단, 앞에서 예시한 도 15∼도 17의 실시 형태는, 액츄에이터를 평면적으로 박형화할 수 있는 구조로 한 것이지만, 본 실시 형태는 액츄에이터의 설치 면적을 작게 하기 위해 세로형으로 한 것이다.
또한, 도 15∼도 17의 실시 형태에서는, 한 쌍의 레버군(X, Y)의 복수의 레버(20)의 평면적인 형상 및 배치를 선대칭으로 한 것에 대하여, 이것을 세로 방향에서 점대칭으로 하고 있다.
상기 구동 부재(1)는, 도 1∼도 5의 실시 형태에서 서술한 바와 같아, 본 실시 형태의 구동 부재(1)도 압전 소자로 구성되어 있다. 본 발명의 구동 부재(1)(압전 소자)는 사각 기둥 형상을 갖고, 그 길이 방향으로 치수 왜곡(변위)을 일으켜, 이 치수 왜곡을 양단의 변위 출력부(100)로부터 일축방향으로 출력한다.
상기 고정부(21)는, 구동 부재(1)의 하방에 위치하는 고정부(21f)와 구동 부재(1)의 상방에 위치하는 고정부(21g)를 갖는다. 상기 고정부(21f, 21g)는 구동 부재(1)와의 사이에 간극을 형성하여, 구동 부재(1)의 상하에 각각 평행하게 위치하고 있다.
또한, 고정부(21f)는 액츄에이터 전체를 지지하는 기체에 고정된다. 한편, 고정부(21g)는 직접 혹은 연결부를 통하여 고정부(21f)에 연결됨으로써 액츄에이터 전체를 지지하는 기체에 고정되어도 좋고, 양 레버군(X, Y)의 지지점용 결합부(22b)에 양측 지지 형상으로 지지되도록 해도 좋다.
상기 한 쌍의 레버군(X, Y)은, 복수의 레버(20)의 형상 및 배치가 액츄에이 터 중심에 대하여 점대칭이며, 최하류측 레버(20)끼리가 연결 부재(24)로 연결되어, 이 연결 부재(24)에 가동 부재(3)가 지지되는 구조로 되어 있다.
각 레버군(X, Y)은, 세로 방향에 있어서, 구동 부재(1)의 각 일단(변위 출력부)에 구동 부재(1)의 길이 방향에 대하여 90°의 관계로 접속되어 상방으로 신장하는 제1 레버(20a)(최상류측 레버)와, 이 제1 레버(20a)의 선단에 레버(20a)의 길이 방향에 대하여 90°의 관계로 접속되어 구동 부재(1)와 거의 평행인 상태에서 수평으로 신장하는 제2 레버(20b)(최하류측 레버)를 구비하고 있다.
각 레버군(X, Y)에 있어서, 제1 레버(20a)는, 그 기단측 부분이 레버의 지지점을 형성하는 탄성 변형 가능한 판 형상의 지지점용 결합부(22a)를 통하여 상기 고정부(21f)의 단부에 결합되고, 이에 따라 고정부(21f)에 지지되어 있다. 또한, 지지점용 결합부(22a)의 결합 위치보다도 조금 레버 선단쪽의 위치에 있어서, 레버(20a)의 기단측 부분과 구동 부재(1)의 각 단부의 변위 출력부(100) 사이는, 레버의 역점을 형성하는 탄성 변형 가능한 판 형상의 역점용 결합부(23a)로 결합되어 있다.
상기 지지점용 결합부(22a)와 역점용 결합부(23a)는 비교적 짧은 판 형상으로, 각각 제1 레버(20a)의 길이 방향에 대하여 직각으로 결합되어 있다.
상기 제2 레버(20b)는, 구동 부재 길이 방향에 있어서의 각각의 레버군(X, Y)의 레버(20a) 배치측의 단부와는 반대측의 단부에 있어서, 고정부(21g)의 상방에 배치되어 있다.
이 제2 레버(20b)는, 그 기단측 부분이, 지지점용 결합부(22b)를 통하여 고 정부(21g)의 단부(구동 부재 길이 방향에 있어서의 각각의 레버군(X, Y)의 레버(20a) 배치측의 단부)에 결합됨과 아울러, 역점용 결합부(23b)를 통하여 상기 제1 레버(20a)의 선단측 부분에 결합되어 있다.
상기 지지점용 결합부(22b)와 역점용 결합부(23b)는 비교적 긴 판 형상으로, 각각의 일단부가 레버(20b)의 기단측 부분에 대하여 레버(20b)의 길이 방향을 따르도록 결합되어 있다. 또한, 역점용 결합부(23b)의 타단부는 레버(20a)의 길이 방향에 대하여 직각으로 결합되고, 또한, 지지점용 결합부(22b)의 타단부는 고정부(21g)에 결합되어 있다.
상기 제2 레버(20b)의 기단측 부분에 결합된 지지점용 결합부(22b)와 역점용 결합부(23b)는, 레버(20b)의 길이의 수배 정도의 길이를 갖고 있다.
제2 레버(20b)와 이것에 결합된 지지점용 결합부(22b) 및 역점용 결합부(23b)는, 고정부(21g)와 간극을 형성하여 평행하게 배치되어 있다.
본 실시 형태에서는, 제1 레버(20a)와 제2 레버(20b)와 구동 부재(1)가, 제2 레버(20b)의 지지점용 결합부(22b)가 결합된 고정부(21g)를, 간극을 형성하면서 3방면에서 둘러싼 콤팩트한 구조(접이식 구조)로 되어 있다.
각 레버군(X, Y)의 제2 레버(20b)(변위 전달 방향의 최하류측 레버)의 선단측 부분끼리가 길이 방향으로 탄성 변형 가능한 연결 부재(24)로 연결되고, 이 연결 부재(24)의 중간부가 가동 부재(3)에 결합되어 있다.
상기 연결 부재(24)는 판스프링 등의 탄성 변형 가능한 부재로 이루어지며, 길이 방향에 있어서 극히 작은 경사를 갖는 산 형상으로 구성되어, 길이 방향 중앙 부의 정부(頂部)에 평탄부(241)를 갖고 있다. 이 연결 부재(24)의 양단이, 각 레버군(X, Y)의 제2 레버(20b)(변위 전달 방향의 최하류측 레버)의 선단측 부분에 결합되어 양자를 연결하고 있다.
본 실시 형태에서는, 가동 부재(3)인 렌즈 홀더는, 중앙에 렌즈 부착 구멍을 갖는 판 형상의 본체(30)의 상단에 부착부(32)가 튀어나와 형성되어 있어, 이 부착부(32)가 상기 연결 부재(24)의 길이 방향 중앙의 평탄부(241)에 연결(고정)되어 있다.
본 실시 형태에서는, 양 레버군(X, Y)의 최하류측 레버(20a)의 선단측 부분끼리가 접근·분리되는 변위를 행함으로써, 연결 부재(24)가 탄성 변형하여 그 평탄부(241)의 높이가 변화하여, 여기에 지지된 가동 부재(3)를 상하로 변위 동작시킨다.
변위 확대 기구(2)의 각 레버군(X, Y)을 구성하는 레버(20)는, 변위 전달 방향을 따라서 3개 이상 형성해도 좋아, 예를 들면, 본 실시 형태의 예에서는, 제1 레버(20a)와 제2 레버(20b)의 사이에, 제1 레버(20a)와 동일한 원리의 레버를 1개 이상 형성해도 좋다.
또한, 구동 부재(1), 변위 확대 기구(2) 등에 관한 그 외의 구성에 대해서는, 도 1∼도 5의 실시 형태와 동일하며, 앞서 서술한 바와 같기 때문에, 상세한 설명은 생략한다.
본 실시 형태의 액츄에이터에서는, 구동 부재(1)인 압전 소자에 소정의 구동 전압이 인가되면 치수 왜곡에 의해 화살표 (A)방향으로 신장하여, 구동 부재(1) 양 단의 변위 출력부(100)로부터 일축방향의 변위가 역점용 결합부(23a)를 통하여 양 레버군(X, Y)의 제1 레버(20a)에 각각 출력된다(즉, 레버(20a)를 누른다). 이에 따라 제1 레버(20a)는, 지지점용 결합부(22a)를 변형시키면서 이것을 지지점으로 하여 외측 방향(화살표 (B)방향)으로 회전이동한다. 이 제1 레버(20a)의 회전이동에 의해, 제2 레버(20b)의 역점용 결합부(23b)가 화살표 (C)방향으로 인장되고, 이에 따라 제2 레버(20b)는, 지지점용 결합부(22b)를 변형시키면서 이것을 지지점으로 하여 화살표 (D)방향으로 회전이동한다. 이에 따라 연결 부재(24)의 양단간의 거리가 줄어들기 때문에 연결 부재(24)가 탄성 변형하여 평탄부(241)의 높이가 상승하고, 여기에 연결된 가동 부재(3)가 상방으로 변위(상승)한다. 당연히, 구동 부재(1)인 압전 소자가 화살표 (A)방향에서 축소하면, 상기와 반대의 동작에 의해 가동 부재(3)가 하방으로 변위(하강)한다. 그리고, 이상과 같은 변위 확대 기구(2)에 의한 변위 전달의 과정에서, 구동 부재(1)로부터 출력된 변위가 확대(증폭)되어, 구동 부재(1)의 출력 변위량의 수십배 이상(경우에 따라서는 100배 이상)의 변위량이 가동 부재에 전달된다.
도 21∼도 23은, 본 발명의 액츄에이터의 다른 실시 형태를 나타내는 것으로, 도 18∼도 20의 실시 형태의 변형예이다. 도 21은 사시도, 도 22는 평면도, 도 23은 가동 부재를 부착한 상태로 나타내는 사시도이다. 도면에 있어서, 부호(3)는 액츄에이터가 변위 동작시켜야 할 가동 부재로서, 본 실시 형태에서는 렌즈 홀더이다.
이 실시 형태의 구동 부재(1)와 변위 확대 기구(2)는, 도 18∼도 20의 실시 형태의 것을 가로형으로 하고, 그리고 연결 부재(24)의 구성을 바꾼 것이다.
이 액츄에이터도, 입력되는 에너지량에 따른 변형량으로 변형하여, 이 변형을 일축방향으로의 변위로서 출력하는 구동 부재(1)와, 이 구동 부재(1)로부터 출력된 변위를 변위량을 확대시키면서 가동 부재(3)까지 전달하여 가동 부재(3)를 변위 동작시키는 변위 확대 기구(2)를 구비함과 아울러, 이 변위 확대 기구(2)는, 변위 전달 방향을 따라서 배치되는 복수의 레버(20)로 이루어지는 한 쌍의 레버군(X, Y)과, 상기 레버(20)를 지지하는 고정부(21)와, 양 레버군(X, Y)의 변위 전달 방향의 최하류측 레버(20)와 가동 부재(3)를 연결하는 길이 방향으로 탄성 변형 가능한 연결 부재(24)를 구비한다.
상기 구동 부재(1)는, 도 1∼도 5의 실시 형태에서 서술한 바와 같아, 본 실시 형태의 구동 부재(1)도 압전 소자로 구성되어 있다. 본 발명의 구동 부재(1)(압전 소자)는 사각 기둥 형상을 갖고, 그 길이 방향으로 치수 왜곡(변위)을 일으켜, 이 치수 왜곡을 양단의 변위 출력부(100)로부터 일축방향으로 출력한다.
상기 고정부(21)는, 구동 부재(1)의 폭 방향 양측에 위치하는 고정부(21h, 21i)와, 가동 부재의 설치 스페이스를 사이에 두고 레버(20)와 대향하여 위치하는 고정부(21j)를 갖는다. 상기 고정부(21h, 21i)는, 구동 부재(1)와의 사이에 간극을 형성하여, 구동 부재(1)의 양측에 각각 평행하게 위치하고 있다. 이들 고정부(21h, 21i) 중 적어도 고정부(21h)는 액츄에이터 전체를 지지하는 기체(7)에 고정된다.
상기 한 쌍의 레버군(X, Y)은, 복수의 레버(20)의 형상 및 배치가 액츄에이 터 중심에 대하여 점대칭으로, 최하류측 레버(20)에 연결 부재(24)가 연결되어, 이 연결 부재(24)에 가동 부재(3)가 지지되는 구조로 되어 있다.
각 레버군(X, Y)은, 수평 방향에 있어서, 구동 부재(1)의 각 일단(변위 출력부)에 구동 부재(1)의 길이 방향에 대하여 90°의 관계로 접속되는 제1 레버(20a)(최상류측 레버)와, 이 제1 레버(20a)의 선단에 레버(20a)의 길이 방향에 대하여 90°의 관계로 접속되는 제2 레버(20b)(최하류측 레버)를 구비하고 있다.
각 레버군(X, Y)에 있어서, 제1 레버(20a)는, 그 기단측 부분이 레버의 지지점을 형성하는 탄성 변형 가능한 판 형상의 지지점용 결합부(22a)를 통하여 상기 고정부(21h)의 단부에 결합되고, 이에 따라 고정부(21h)에 지지되어 있다. 또한, 지지점용 결합부(22a)의 결합 위치보다도 조금 레버 선단쪽의 위치에 있어서, 레버(20a)의 기단측 부분과 구동 부재(1)의 각 단부의 변위 출력부(100) 사이는, 레버의 역점을 형성하는 탄성 변형 가능한 판 형상의 역점용 결합부(23a)로 결합되어 있다.
상기 지지점용 결합부(22a)와 역점용 결합부(23a)는 비교적 짧은 판 형상으로, 각각 제1 레버(20a)의 길이 방향에 대하여 직각으로 결합되어 있다.
상기 제2 레버(20b)는, 구동 부재 길이 방향에 있어서의 각각의 레버군(X, Y)의 레버(20a) 배치측의 단부와는 반대측의 단부에 있어서, 고정부(21i)의 외측에 배치되어 있다.
이 제2 레버(20b)는, 그 기단측 부분이, 지지점용 결합부(22b)를 통하여 고정부(21i)의 단부(구동 부재 길이 방향에 있어서의 각각의 레버군(X, Y)의 레 버(20a) 배치측의 단부)에 결합됨과 아울러, 역점용 결합부(23b)를 통하여 상기 제1 레버(20a)의 선단측 부분에 결합되어 있다.
상기 지지점용 결합부(22b)와 역점용 결합부(23b)는 비교적 긴 판 형상으로, 각각의 일단부가 레버(20b)의 기단측 부분에 대하여 레버(20b)의 길이 방향을 거의 따르도록 결합되어 있다.
상기 제2 레버(20b)의 기단측 부분에 결합된 지지점용 결합부(22b)와 역점용 결합부(23b)는, 레버(20b)의 길이의 2배 정도의 길이를 갖고 있다.
레버군(X, Y)의 제2 레버(20b)(변위 전달 방향의 최하류측 레버)의 선단측 부분과 고정부(21j)와의 사이에는, 길이 방향으로 탄성 변형 가능한 한 쌍의 연결 부재(24)가 가설(架設)되어 있다.
이 연결 부재(24)는 판스프링 등의 탄성 변형 가능한 부재로 이루어져, 길이 방향에 있어서 작은 경사를 갖는 산 형상으로 구성되고, 길이 방향 중앙부의 정부에 지지부(242)를 갖고 있다.
이 연결 부재(24)는 산의 정부가 위로 향하도록, 레버(20b)의 선단측 부분과 고정부(21j) 사이에 걸쳐져 있다. 또한, 연결 부재(24)의 길이 방향에는 간격을 두고 좌굴 방지용의 강성 부재(243)가 부착되어, 연결 부재(24)는 주로 이 강성 부재(243) 이외의 부분에서 탄성 변형한다.
본 실시 형태에서는, 가동 부재(3)인 렌즈 홀더는, 링 형상의 본체(30)의 양측에 부착부(33)가 튀어나와 형성되어 있어, 이 부착부(33)가 상기 연결 부재(24)의 길이 방향 중앙의 지지부(242)에 연결 또는 걸어맞춰짐으로써, 가동 부재(3)가 연결 부재(24)에 의해 지지되어 있다.
본 실시 형태에서는, 양 레버군(X, Y)의 제2 레버(20b)의 선단측 부분이 고정부(21j)에 대하여 접근·분리되는 변위를 행함으로써, 연결 부재(24)가 탄성 변형하여 그 지지부(242)의 높이가 변화하여, 여기에 지지된 가동 부재(3)를 상하로 변위 동작시킨다.
변위 확대 기구(2)의 각 레버군(X, Y)을 구성하는 레버(20)는, 변위 전달 방향을 따라서 3개 이상 형성해도 좋아, 예를 들면, 본 실시 형태의 예에서는, 제1 레버(20a)와 제2 레버(20b)의 사이에, 제1 레버(20a)와 동일한 원리의 레버를 1개 이상 형성해도 좋다.
또한, 구동 부재(1), 변위 확대 기구(2) 등에 관한 그 외의 구성에 대해서는, 도 1∼도 5의 실시 형태와 동일하며, 앞서 서술한 바와 같기 때문에, 상세한 설명은 생략한다.
본 실시 형태의 액츄에이터에서는, 구동 부재(1)인 압전 소자에 소정의 구동 전압이 인가되면 치수 왜곡에 의해 화살표 (A)방향으로 신장하고, 구동 부재(1) 양단의 변위 출력부(100)로부터 일축방향의 변위가 역점용 결합부(23a)를 통하여 양 레버군(X, Y)의 제1 레버(20a)로 각각 출력된다(즉, 레버(20a)를 누른다). 이에 따라 제1 레버(20a)는, 지지점용 결합부(22a)를 변형시키면서 이것을 지지점으로 하여 외측 방향(화살표 (B)방향)으로 회전이동한다. 이 제1 레버(20a)의 회전이동에 의해, 제2 레버(20b)의 역점용 결합부(23b)가 화살표 (C)방향으로 인장되고, 이에 따라 제2 레버(20b)는, 지지점용 결합부(22b)를 변형시키면서 이것을 지지점으 로 하여 화살표 (D)방향으로 회전이동한다. 이에 따라 제2 레버(20b)의 선단측 부분과 고정부(21j) 사이의 거리가 줄어들기 때문에 연결 부재(24)가 탄성 변형하여 지지부(242)의 높이가 상승하여, 여기에 지지된 가동 부재(3)가 상방으로 변위(상승)한다.
당연히, 구동 부재(1)인 압전 소자가 화살표 (A)방향으로 축소하면, 상기와 반대의 동작에 의해 가동 부재(3)가 하방으로 변위(하강)한다. 그리고, 이상과 같은 변위 확대 기구(2)에 의한 변위 전달의 과정에서, 구동 부재(1)로부터 출력된 변위가 확대(증폭)되고, 구동 부재(1)의 출력 변위량의 수십배 이상(경우에 따라서는 100배 이상)의 변위량이 가동 부재로 전달된다.
도 24∼도 26은, 본 발명의 액츄에이터의 다른 실시 형태를 나타내는 것으로, 도 21∼도 23의 실시 형태의 변형예이다. 도 24는 사시도, 도 25는 평면도, 도 26은 가동 부재를 부착한 상태로 나타내는 사시도이다.
이 실시 형태는, 도 21∼도 23의 실시 형태와는 다른 형식의 연결 부재(24)(길이 방향에서 탄성 변형 가능한 연결 부재(24))를 이용한 것이다. 이 연결 부재(24)는, 본체(245)가 판스프링 등의 탄성 변형 가능한 부재로 이루어지고, 길이 방향에 있어서 작은 경사를 갖는 산 형상으로 구성됨과 아울러, 길이 방향 중앙부의 정부에 탄성 변형 가능한 지지판부(246)가 돌출형성된 구조를 갖고 있다. 또한, 연결 부재(24)의 본체(245)의 일부에는 좌굴 방지용의 강성 부재(243)가 부착되어, 본체(245)는 주로 이 강성 부재(243) 이외의 부분에서 탄성 변형한다.
한 쌍의 연결 부재(24)는 산의 정부가 서로 대향하도록 하여, 양 레버군(X, Y)의 제2 레버(20b)의 선단측 부분과 고정부(21j)와의 사이에 가설되어 있다. 이 상태에서, 양 연결 부재(24)의 지지판부(246)는, 비스듬히 상방을 향하도록 하여 대향하고 있다. 그리고, 가동 부재(3)의 본체(30) 양측의 부착부(33)가 연결 부재(24)의 길이 방향 중앙의 지지판부(246)에 연결 또는 걸어맞춰짐으로써, 가동 부재(3)가 연결 부재(24)에 의해 지지되어 있다.
본 실시 형태에서는, 양 레버군(X, Y)의 제2 레버(20b)의 선단측 부분이 고정부(21j)에 대하여 접근·분리되는 변위를 행함으로써, 양 연결 부재(24)의 정부끼리가 접근·분리되고, 이에 수반하여 지지판부(246)가 탄성 변형하면서 가동 부재(3)를 밀어올리거나 또는 밀어내려, 가동 부재(3)를 상하로 변위 동작시킨다.

Claims (19)

  1. 입력되는 에너지량에 따른 변형량으로 변형하고, 상기 변형을 일축방향으로의 변위로서 출력하는 구동 부재(1)와, 상기 구동 부재(1)로부터 출력된 변위를 변위량을 확대시키면서 가동 부재(3)까지 전달하여 상기 가동 부재(3)를 변위 동작시키는 변위 확대 기구(2)를 구비한 액츄에이터로서,
    상기 변위 확대 기구(2)는, 변위 전달 방향을 따라 배치되는 복수의 레버(20)와, 상기 레버(20)를 지지하는 고정부(21)를 구비하고,
    각 레버(20)는, 레버의 지지점을 형성하는 탄성 변형 가능한 지지점용 결합부(22)를 통하여 고정부(21)에 결합됨으로써 고정부(21)에 지지됨과 아울러, 인접하는 레버(20) 사이 및 변위 전달 방향의 최상류측 레버(20)와 구동 부재(1)의 변위 출력부(100) 사이는, 레버의 역점(力點)을 형성하는 탄성 변형 가능한 역점용 결합부(23)로 결합되고,
    변위 전달 방향의 최하류측 레버(20)의 선단측 부분을 상기 가동 부재(3)에 연결 또는 걸어맞춰, 상기 최하류측 레버(20)의 변위에 의해 가동 부재(3)를 변위 동작시키도록 한 것을 특징으로 하는 액츄에이터.
  2. 제1항에 있어서,
    변위 전달 방향의 최상류측 레버(20)는, 그 기단측 부분이, 지지점용 결합부(22)를 통하여 고정부(21)에 결합됨과 아울러, 역점용 결합부(23)를 통하여 구동 부재(1)의 변위 출력부(100)에 결합되고, 상기 최상류측 레버(20) 이외의 레버(20)는, 그 기단측 부분이, 지지점용 결합부(22)를 통하여 고정부(21)에 결합됨과 아울러, 역점용 결합부(23)를 통하여 인접하는 다른 레버(20)의 선단측 부분에 결합되는 것을 특징으로 하는 액츄에이터.
  3. 제2항에 있어서,
    복수의 레버(20) 중 적어도 1개의 레버(20)의 기단측 부분에 결합되는 지지점용 결합부(22)와 역점용 결합부(23)는, 상기 레버(20)의 길이의 1/4 이상의 길이를 갖는 것을 특징으로 하는 액츄에이터.
  4. 제1항에 있어서,
    변위 확대 기구(2)가, 금속 성형체, 수지 성형체, 금속과 수지 성형체중의 어느 일 성형체와, 금속 적층체, 수지 적층체, 금속과 수지 적층체중의 어느 일 적층체와의 각각 또는 이들의 조합으로 구성되는 것을 특징으로 하는 액츄에이터.
  5. 제1항에 있어서,
    복수의 레버(20) 중 변위 전달 방향의 최하류측 레버(20)에 결합된 지지점용 결합부(22)와 역점용 결합부(23)의 병렬방향(α)이, 상기 최상류측 레버(20)의 변위면(β)에 대하여 직교하고 있는 것을 특징으로 하는 액츄에이터.
  6. 제5항에 있어서,
    구동 부재(1)와 변위 확대 기구(2)가, 평면적으로 가동 부재(3)를 외부에서 둘러싸는 상태로 배치되는 것을 특징으로 하는 액츄에이터.
  7. 제6항에 있어서,
    변위 확대 기구(2)는 제1 및 제2 레버(20)를 구비하고, 가동 부재(3)는 구동 부재(1)와 제1 레버(20)와 제2 레버(20)에 의해, 적어도 3방면이 둘러싸여 있는 것을 특징으로 하는 액츄에이터.
  8. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    복수의 각 레버(20)중 변위 전달 방향의 최상류측 레버(20)에 결합된 지지점용 결합부(22)와 역점용 결합부(23)의 병렬방향(α)이, 상기 최상류측 레버(20)의 변위면(β)과 평행인 것을 특징으로 하는 액츄에이터.
  9. 제8항에 있어서,
    변위 확대 기구(2)는 제1 및 제2 레버(20)를 구비하고, 상기 제1 및 제2 레버(20)와 구동 부재(1)가, 상기 제2 레버(20)의 지지점용 결합부(22)가 결합된 고정부(21)를 3방면에서 둘러싸고 있는 것을 특징으로 하는 액츄에이터.
  10. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    레버(20)의 선단부(p1)와 상기 레버(20)에 결합된 지지점용 결합부(22)의 길이 방향 중심(p2)을 연결하는 직선(L)의 길이의 전(全) 레버의 합계가, 구동 부재(1)의 변위 출력 방향에서의 길이 이상인 것을 특징으로 하는 액츄에이터.
  11. 입력되는 에너지량에 따른 변형량으로 변형하고, 상기 변형을 일축방향으로의 변위로서 양단으로부터 출력하는 구동 부재(1)와, 상기 구동 부재(1)로부터 출력된 변위를 변위량을 확대시키면서 가동 부재(3)까지 전달하여 상기 가동 부재(3)를 변위 동작시키는 변위 확대 기구(2)를 구비한 액츄에이터로서,
    상기 변위 확대 기구(2)는, 변위 전달 방향을 따라서 배치되는 복수의 레버(20)로 이루어지는 한 쌍의 레버군(X, Y)과, 상기 레버(20)를 지지하는 고정부(21)와, 양 레버군(X, Y)의 변위 전달 방향의 최하류측 레버(20)와 가동 부재(3)를 연결하는 길이 방향에서 탄성 변형 가능한 연결 부재(24)를 구비하고,
    각 레버(20)는, 레버의 지지점을 형성하는 탄성 변형 가능한 지지점용 결합부(22)를 통하여 고정부(21)에 결합됨으로써 고정부(21)에 지지됨과 아울러, 인접하는 레버(20) 사이 및 변위 전달 방향의 최상류측 레버(20)와 구동 부재(1)의 변위 출력부(100) 사이는, 레버의 역점을 형성하는 탄성 변형 가능한 역점용 결합부(23)로 결합되고,
    한 쌍의 레버군(X, Y)의 변위 전달 방향의 최하류측 레버(20)의 선단측 부분과 가동 부재(3)가 연결 부재(24)로 연결되고, 양 최하류측 레버(20)의 변위에 의해 연결 부재(24)를 통하여 가동 부재(3)를 변위 동작시키도록 한 것을 특징으로 하는 액츄에이터.
  12. 제11항에 있어서,
    하기 (ⅰ)∼(ⅲ) 중 어느 일 형태로서, 한 쌍의 레버군(X, Y)의 변위 전달 방향의 최하류측 레버(20)의 선단측 부분과 가동 부재(3)가 연결 부재(24)로 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 액츄에이터.
    (ⅰ) 한 쌍의 연결 부재(24)가, 가동 부재(3)의 양측부와 양 최하류측 레버(20)의 선단측 부분을 각각 연결하고, 양 최하류측 레버(20)의 선단측 부분끼리가 접근 또는 분리되는 변위를 행함으로써 가동 부재(3)를 변위 동작시킴.
    (ⅱ) 연결 부재(24)가 양 최하류측 레버(20)의 선단측 부분을 연결함과 아울러, 연결 부재(24)의 중간부가 가동 부재(3)에 결합되고, 양 최하류측 레버(20)의 선단측 부분끼리가 접근 또는 분리되는 변위를 행함으로써 가동 부재(3)를 변위 동작시킴.
    (ⅲ) 한 쌍의 연결 부재(24)가, 고정부(21)와 양 최하류측 레버(20)의 선단측 부분에 각각 가설되고, 양 연결 부재(24)의 중간부가 가동 부재(3)의 양측부에 각각 연결 또는 걸어맞춰지고, 양 최하류측 레버(20)의 선단측 부분이 상기 고정부(21)에 대하여 접근 또는 분리되는 변위를 행함으로써 가동 부재(3)를 변위 동작시킴
  13. 제11항 또는 제12항에 있어서,
    각 레버군(X, Y)에 있어서, 변위 전달 방향의 최상류측 레버(20)는, 그 기단측 부분이, 지지점용 결합부(22)를 통하여 고정부(21)에 결합됨과 아울러, 역점용 결합부(23)를 통하여 구동 부재(1) 양단의 각 변위 출력부(100)에 각각 결합되고, 상기 최상류측 레버(20) 이외의 레버(20)는, 그 기단측 부분이, 지지점용 결합부(22)를 통하여 고정부(21)에 결합됨과 아울러, 역점용 결합부(23)를 통하여 인접하는 다른 레버(20)의 선단측 부분에 결합되는 것을 특징으로 하는 액츄에이터.
  14. 제13항에 있어서,
    각 레버군(X, Y)에 있어서, 복수의 레버(20) 중의 적어도 1개의 레버(20)의 기단측 부분에 결합되는 지지점용 결합부(22)와 역점용 결합부(23)는, 상기 레버(20)의 길이의 1/4 이상의 길이를 갖는 것을 특징으로 하는 액츄에이터.
  15. 제11항 또는 제12항에 있어서,
    변위 확대 기구(2), 또는 연결 부재(24)를 제외한 변위 확대 기구(2)가, 금속 성형체, 수지 성형체, 금속과 수지 성형체중의 어느 일 성형체와, 금속 적층체, 수지 적층체, 금속과 수지 적층체중의 어느 일 적층체와의 각각 또는 이들의 조합으로 구성되는 것을 특징으로 하는 액츄에이터.
  16. 제11항 또는 제12항에 있어서,
    한 쌍의 레버군(X, Y)은, 복수의 레버(20)의 평면적인 형상 및 배치가 선대칭 또는 점대칭인 것을 특징으로 하는 액츄에이터.
  17. 제11항 또는 제12항에 있어서,
    각 레버군(X, Y)에 있어서, 레버(20)의 선단부(p1)와 상기 레버(20)에 결합된 지지점용 결합부(22)의 길이 방향 중심(p2)을 연결하는 직선(L)의 길이의 전(全) 레버의 합계가, 구동 부재(1)의 변위 출력 방향에서의 길이 이상인 것을 특징으로 하는 액츄에이터.
  18. 제1항 내지 제7항, 제11항 및, 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    구동 부재(1)가, 압전 소자, 자왜 소자(magnetoscrictive element), 형상기억합금재 중의 어느 하나인 것을 특징으로 하는 액츄에이터.
  19. 변위 전달 방향의 최하류측 레버(20)의 선단측 부분을 렌즈 홀더(3)에 연결 또는 걸어맞춰, 상기 최하류측 레버(20)의 변위에 의해 렌즈 홀더(3)를 변위 동작시키도록 한 것을 특징으로 하는, 제1항 내지 제7항, 제11항 및, 제12항 중 어느 한 항에 기재된 액츄에이터를 이용한 렌즈 액츄에이터.
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