JP2000014176A - 駆動装置 - Google Patents

駆動装置

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JP2000014176A
JP2000014176A JP10169474A JP16947498A JP2000014176A JP 2000014176 A JP2000014176 A JP 2000014176A JP 10169474 A JP10169474 A JP 10169474A JP 16947498 A JP16947498 A JP 16947498A JP 2000014176 A JP2000014176 A JP 2000014176A
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driving
electromechanical
electromechanical transducer
drive
displacement
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JP10169474A
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Kenji Mizumoto
賢次 水本
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    • H02N2/02Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing linear motion, e.g. actuators; Linear positioners ; Linear motors
    • H02N2/06Drive circuits; Control arrangements or methods
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    • H02N2/067Large signal circuits, e.g. final stages generating drive pulses
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    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
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    • G02B7/02Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for lenses
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    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 複数の圧電素子に印加される駆動パルスが、
各圧電素子に対して急速に電圧変化する期間が重なるよ
うな波形の場合、圧電素子の伸縮時の力が固定部材に同
時に加わって互いの駆動に対して干渉する。そして駆動
軸に加わる加速度が減少して移動体の駆動特性を低下さ
せる問題があった。 【解決手段】 駆動方向に対して伸縮する第1、第2圧
電素子25a、25bと、第1、第2電気機械変換素子
25a、25bの一端に固着された固定部材32と、第
1、第2電気機械変換素子25a、25bの他端に固着
され前記電気機械変換素子の伸縮に伴って往復運動する
第1、第2ガイド軸28a、28bと、第1、第2ガイ
ド軸28a、28bに摩擦力によって保持される第1、
第2レンズ枠21a、21bと、第1、第2電気機械変
換素子25a、25bに緩速変位と急速変位とを行わせ
るとともに第1電気機械変換素子25aの急速変位期間
と第2電気機械変換素子25bの急速変位期間とが重な
らないように駆動パルスを出力する駆動パルス制御手段
とを備えている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、駆動装置に関し、
特に複数の圧電素子などの電気機械変換素子を用いて、
カメラのレンズ移動などを行う駆動装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来の圧電素子を用いて直線駆動を行う
駆動装置を図1に示す複数のレンズを駆動するカメラ用
レンズ駆動装置を参照して説明する。図1はレンズ駆動
装置の斜視図である。
【0003】21a、21bはレンズL1、L2を保持
するレンズ枠であり、その上部に設けられた軸受部33
a、33bには、このレンズ枠21a、21bを光軸方
向に摺動自在にガイドするガイド軸28a、28bが貫
通している。ガイド軸28a、28bの前後端部付近
は、それぞれ固定枠30の前面壁30fに形成された軸
孔部30a、30bと固定部材30の中壁30mに形成
された軸孔部30a’、30b’(30b’は不図示)
によってガイド軸28a、28bの長手方向に摺動自在
に保持されている。
【0004】軸受部33a、33bにはビス止め等によ
り取り付けられた板バネ状の保持板31a、31b(図
中、保持板31bは隠れている)が設けられている。保
持板31a、31bはガイド軸28a、28bに対し圧
接される。そのためレンズ枠21a、21bが動くとレ
ンズ枠21a、21bはガイド軸28a、28bに対し
て摩擦摺動することになる。ガイド軸28a、28bの
後端部には圧電素子25a、25bが取り付けられてい
る。その圧電素子25a、25bの後端部には固定部材
32が固着されている。この固定部材32は固定枠30
に取り付けられている。
【0005】圧電素子を利用した移動機構の動作原理は
特開平4−69070号公報などに開示されているが、
ここで図2に示す概略図を参照して簡単に説明してお
く。図2の(a)に示すように圧電素子52の一端に駆
動軸53、他端に固定部材51が固着され、移動させる
べき移動体54をばね付勢などによる摩擦力によって駆
動軸53に保持させる。固定部材51の質量は移動体5
4に比して充分大きくなっている。
【0006】圧電素子52に電圧を印加すると、固定部
材51の慣性力により圧電素子52は固定部材51の方
向に伸長できないため、駆動軸53の方向に伸長し駆動
軸53を図中左方へ移動させる。この時印加電圧が図3
のA部に示すように緩やかな立ち上がりの時、図2の
(b)に示すように移動体54はその慣性力よりも駆動
軸53との摩擦力の方が大きいので駆動軸53とともに
距離xだけ移動する。
【0007】次に図3のB部に示すような急峻な立ち下
がりの電圧を圧電素子52に印加すると、圧電素子52
が縮小する際に図2の(c)に示すように移動体54の
慣性力が駆動軸53との摩擦力よりも大きくなり移動体
54は留まって駆動軸53のみ元の位置へ距離xだけ移
動する。この動作を繰り返すように圧電素子52に鋸刃
状の駆動パルスを印加すると移動体54を所定位置へ移
動させることができる。なお移動体54を逆方向へ移動
させるには急峻な立ち上がりと緩やかな立ち下がりを有
する駆動パルスを印加すればよい。
【0008】なお、図3のような波形の周波数を高くし
て電気機械変換素子を伸縮する周波数を高くすると、電
気機械変換素子が伸びるときにも縮むときにも摩擦結合
する駆動摩擦部材(駆動軸)と移動体との間で滑りが生
じる状態に遷移するが、この場合電気機械変換素子が伸
びるときと縮むときとで駆動摩擦部材と移動体との間の
相対的な滑りの向きと大きさが異なるので、固定体に対
して移動体を所望の方向に駆動することができる。
【0009】先の図1に示すような構成のレンズ駆動装
置においては、駆動パルス制御装置(不図示)によって
圧電素子25a、25bに鋸歯状の駆動パルスが所定時
間印加されると圧電素子25a、25bが伸縮してガイ
ド軸28a、28bが前後移動する。そしてガイド軸2
8a、28bの移動速度によってガイド軸28a、28
bと保持板31a、31bの間の摩擦力と、レンズL
1、L2及びレンズ枠21a、21bの質量による慣性
力との大小関係が変化し、レンズL1、L2が所定の位
置に移動されるようになっている。なお、固定部材32
は大きな質量を有しているので僅かな移動量であるが、
圧電素子25a、25bの伸縮時に加えられる力によっ
て固定枠30とともに往復運動をしている。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら2つの圧
電素子25a、25bに印加される駆動パルスが、図4
に示す波形G1、G2のように急速に電圧変化する部分
(B1、B2部)が重なる波形の場合、この部分で固定
部材32に同時に力が加わって互いの駆動に対して干渉
することになる。図4において縦軸は電圧の大きさを示
し、横軸は時間を示している。これは、圧電素子及び駆
動軸が1つの時に比して固定部材32の弾性変形量及び
移動量が増加し、ガイド軸28a、28b(駆動軸)に
加わる加速度が減少することなどに起因している。
【0011】これによりレンズ枠21a、21b(移動
体)の慣性力が摩擦力よりも小さくなることがあり、レ
ンズ枠21a、21bの速度の低下を招いたり、場合に
よっては移動が行われなくなるなどの駆動特性を低下さ
せる場合があった。その結果レンズL1、L2を所望位
置に設置する時間がかかるなど、駆動装置を搭載するカ
メラなどの操作性を劣化させる不具合があった。また3
つ以上の圧電素子を用いた場合でも同様な問題が生じ
る。
【0012】また、上記では固定部材を共通にした場合
について説明したが、図5に示す固定部材32a、32
bのように固定部材が分割されている場合においても互
いの駆動に干渉が生じるような構造になっている場合に
は、前述の図4に示すような急速に電圧変化する部分
(B1、B2部)が重なるような波形G1、G2の電圧
が圧電素子25a、25bに印加されると、固定部材3
2a、32bに同時に力が加わって固定部材32a、3
2bを設置する固定枠30に同時に力が加わる。
【0013】そして上記と同様にレンズ枠21a、21
b(移動体)の駆動特性を低下させる要因となってい
た。特に、固定枠30が樹脂成形品などの弾性体である
と固定枠30の後端面30cが撓みやすく固定部材32
a、32bが移動しやすいので固定枠30の弾性変形量
が大きくなり、移動体の駆動に与える影響が大きくな
る。
【0014】本発明は、2つ以上の電気機械変換素子を
用いて移動体を移動させる駆動装置において、移動体の
駆動特性を低下させないような駆動装置を提供すること
を目的とする。
【0015】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に請求項1の発明は、駆動方向に対して伸縮する第1、
第2電気機械変換素子と、第1、第2電気機械変換素子
の一端に固着された第1、第2固定部材と、第1、第2
電気機械変換素子の他端に固着され前記電気機械変換素
子の伸縮に伴って往復運動する第1、第2駆動軸と、第
1、第2駆動軸に摩擦力によって保持される第1、第2
移動体と、第1、第2電気機械変換素子に緩速変位と急
速変位とを行わせるとともに第1電気機械変換素子の急
速変位期間と第2電気機械変換素子の急速変位期間とが
重ならないように駆動パルスを出力する駆動パルス制御
手段とを備えたことを特徴としている。
【0016】この構成によると、駆動パルス制御手段に
より出力される駆動パルスによって第1、第2電気機械
変換素子が緩速変位と急速変位とを行い、それに伴って
第1、第2駆動軸が緩速移動及び急速変位を繰り返し
て、第1、第2駆動軸に摩擦力によって保持される第
1、第2移動体が移動する。この時第1電気機械変換素
子の急速変位期間と第2電気機械変換素子の急速変位期
間とが重ならないように該駆動パルスが出力されるため
に、急速変位時の力が第1、第2固定部材に同時に加わ
ることなく第1、第2駆動軸を移動させている。
【0017】また請求項2の発明は請求項1に記載の駆
動装置において、第1、第2電気機械変換素子は圧電素
子であることを特徴としている。この構成によると、駆
動パルス制御手段により出力される駆動パルスによって
第1、第2圧電素子が緩速変位と急速変位とを行い、そ
れに伴って第1、第2駆動軸が緩速移動及び急速変位を
繰り返して、第1、第2駆動軸に摩擦力によって保持さ
れる第1、第2移動体が移動する。この時第1圧電素子
の急速変位期間と第2圧電素子の急速変位期間とが重な
らないように該駆動パルスが出力されるために、急速変
位時の力が第1、第2固定部材に同時に加わることなく
第1、第2駆動軸を移動させている。
【0018】また請求項3の発明は請求項1または請求
項2に記載の駆動装置において、第1、第2固定部材は
同一部材であることを特徴としている。この構成による
と、駆動パルス制御手段により出力される駆動パルスに
よって第1、第2電気機械変換素子が緩速変位と急速変
位とを行い、それに伴って第1、第2駆動軸が緩速移動
及び急速移動を繰り返して、第1、第2駆動軸に摩擦力
によって保持される第1、第2移動体が移動する。この
時第1電気機械変換素子の急速変位期間と第2電気機械
変換素子の急速変位期間とが重ならないように該駆動パ
ルスが出力されるために、急速変位時の力が1つの固定
部材に同時に加わることなく第1、第2駆動軸を移動さ
せている。
【0019】また請求項4の発明は請求項1乃至請求項
3のいづれかに記載の駆動装置において、第1電気機械
変換素子に印加される電圧の変化のない期間に第2電気
機械変換素子を駆動する駆動パルスを出力することを特
徴としている。
【0020】この構成によると、駆動パルス制御手段に
より出力される駆動パルスによって第1、第2電気機械
変換素子が緩速変位と急速変位とを行い、それに伴って
第1、第2駆動軸が緩速移動及び急速移動を繰り返し
て、第1、第2駆動軸に摩擦力によって保持される第
1、第2移動体が移動する。この時第1電気機械変換素
子に駆動パルスが出力されている期間と第2電気機械変
換素子に駆動パルスが出力されている期間とが重ならな
いようにしているために、緩速変位時及び急速変位時の
第1、第2電気機械変換素子の力が固定部材に同時に加
わることなく第1、第2駆動軸を移動させている。
【0021】
【発明の実施の形態】本発明の実施形態を図を参照して
説明する。本発明は圧電素子25a、25b(図1参
照)を駆動する電圧の印加方法が従来例と異なるため、
各部材は前述の図1に示す従来例と同一である。図6は
本発明の制御ブロック図である。駆動制御回路10は第
1の圧電素子25aに印加する第1の駆動パルスを発生
する第1駆動パルス発生回路11aと、第2の圧電素子
25bに印加する第2の駆動パルスを発生する第2駆動
パルス発生回路11bとを制御し、第1、第2駆動パル
スによって圧電素子25a、25bが伸縮し、レンズ枠
21a、21bを移動させるようになっている。
【0022】図7は本発明の第1実施形態において、第
1、第2駆動パルス発生回路11a、11b(図6参
照)によって発生された2つの圧電素子25a、25b
の駆動パルス(第1、第2の駆動パルス)G1、G3を
示している。縦軸は電圧の大きさを示し、横軸は時間を
示しており、後述する第2〜第4実施形態についても同
様である。同図によると圧電素子25aの駆動パルスG
1の急激な電圧変化の部分(B1部)と、圧電素子25
bの駆動パルスG3の急激な電圧変化の部分(B3部)
を同時に生じさせないようにずらしている。
【0023】このようにすることで圧電素子25a、2
5bが急激に伸縮して大きな加速度を発生させる急速変
位の際において、固定部材32(図1参照)には圧電素
子25a、25bのいづれか一方の力が加わるのみであ
るので、固定部材32の慣性質量が分散されることなく
有効に利用することができて対応するガイド軸28a、
28bに効率良く加速度が加わる。そして駆動する軸が
1つの時(圧電素子、駆動軸、移動体が各1つづつの構
成)と同じようにレンズ枠21a、21b及びレンズL
1、L2の所定位置への移動を高速に行うことができる
ようになる。
【0024】図8は本発明の第2実施形態における2つ
の圧電素子25a、25bの駆動パルスG1、G4を示
している。同図によると圧電素子25aの駆動パルスG
1と、圧電素子25bの駆動パルスG4との周期が異な
っている。このような場合においても、夫々の急激な電
圧変化の部分(B1、B4部)を同時に生じさせないよ
うにずらすことによって第1実施形態と同様の効果を得
ることができる。
【0025】図9は本発明の第3実施形態における2つ
の圧電素子25a、25bの駆動パルスG1、G5を示
している。同図によると圧電素子25aの駆動パルスG
1の電圧変化のない期間t1に、圧電素子25bの駆動
パルスG5のパルスP5を発生させている。
【0026】このようにすると、例えば駆動パルスG1
の急激な電圧変化の部分(B1部)には駆動パルスG5
の急激な電圧変化の部分(B5部)だけでなく緩やかな
電圧変化の部分(A5部)をも同時に生じさせないよう
にすることができる。これにより第1実施形態の効果に
加えて、圧電素子25aが急速変位する際に、圧電素子
25bの緩速変位時の力が固定部材32(図1参照)に
加わってガイド軸28aに加わる加速度を低下させるこ
とをも防止することが可能となる。従って固定部材32
の慣性質量分散をさらに抑制することができ、より効率
良くガイド軸28aに加速度を加えることができるよう
になる。
【0027】図10は本発明の第4実施形態における2
つの圧電素子25a、25bの駆動パルスG8、G9を
示している。同図によると圧電素子25aの駆動パルス
G8の電圧変化のない期間t8に、圧電素子25bの駆
動パルスG9の複数のパルスP9を発生させるととも
に、圧電素子25bの駆動パルスG9の電圧変化のない
期間t9に、圧電素子25aの駆動パルスG8の複数の
パルスP8を発生させている。
【0028】このようにすると、第3実施形態と同様の
効果を得ることができるとともに、2つの圧電素子25
a、25bの駆動パルスの周波数が異なる場合において
も、一方の圧電素子25aが急速変位(B8部)する際
に、他方の圧電素子25bの急速変位(B9部)及び緩
速変位(A9部)時の力が固定部材32に加わらないよ
うにし、ガイド軸28aの加速度を低下させることを防
止することが可能となる。
【0029】以上の説明において、図1に示す1つの固
定部材32に2つの圧電素子25a、25bが固着され
た2系統の駆動軸を有する駆動装置について説明を行っ
たが、駆動軸が3系統以上であっても同様に構成するこ
とによって本発明の効果を得ることが可能である。
【0030】また、図5に示すように固定部材32a、
32bが各圧電素子25a、25b毎に分割して設けら
れたような場合においても、同様の効果を得ることがで
きる。すなわち、固定部材32a、32bに同時に力が
加わって固定部材32a、32bを設置する固定枠30
に加わる力が増加することを防止する。そして各ガイド
軸28a、28bに効率よく加速度を加えて、レンズ枠
21a、21b及びレンズL1、L2を所定位置へ高速
移動させることができるようになる。特に固定枠30が
弾性体の時に本発明の効果が大きい。
【0031】
【発明の効果】請求項1または請求項2の発明による
と、緩速変位と急速変位と繰り返して移動体を移動させ
る複数の電気機械変換素子に対して各電気機械変換素子
の急速変位が同時に行われないので、固定部材を設置す
る部材に同時に大きな力が加わることがなくなる。これ
によって駆動軸(ガイド軸)に加わる加速度の減少を防
止し、レンズなどの移動体の駆動特性の低下を防止する
ことができる。特に固定部材を設置する部材が樹脂など
の弾性体の時に駆動軸に加わる加速度の減少防止効果が
大きく、これにより本発明の駆動装置を搭載したカメラ
などの操作性の劣化を防止することができる。
【0032】請求項3の発明によると、緩速変位と急速
変位と繰り返して移動体を移動させる複数の電気機械変
換素子に対して各電気機械変換素子の急速変位が同時に
行われないので、固定部材に同時に大きな力が加わるこ
とがなくなる。これによって駆動軸(ガイド軸)に加わ
る加速度の減少を防止し、レンズなどの移動体の駆動特
性の低下を防止することができる。
【0033】請求項4の発明によると、1つの電気機械
変換素子が急速変位する際に、他の電気機械変換素子の
急速変位だけでなく緩速変位の加速度が固定部材または
固定部材を設置する部材に加わることを防止することが
可能となる。従って駆動軸に加わる加速度の減少防止効
果がさらに大きくなり、より効率良く駆動軸に加速度が
加えられて、レンズなどの移動体の駆動特性の低下をさ
らに防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 従来の駆動装置の構成を示す斜視図であ
る。
【図2】 電気機械変換素子を用いた駆動装置の駆
動原理を説明する図である。
【図3】 電気機械変換素子に印加される電圧の波
形の例を示す図である。
【図4】 従来の電気機械変換素子に印加される電
圧の波形を示す図である。
【図5】 従来の駆動装置の他の構成を示す斜視図
である。
【図6】 本発明の駆動装置の制御ブロック図であ
る。
【図7】 本発明の第1実施形態の電気機械変換素
子に印加される電圧の波形を示す図である。
【図8】 本発明の第2実施形態の電気機械変換素
子に印加される電圧の波形を示す図である。
【図9】 本発明の第3実施形態の電気機械変換素
子に印加される電圧の波形を示す図である。
【図10】 本発明の第4実施形態の電気機械変換
素子に印加される電圧の波形を示す図である。
【符号の説明】
10 駆動制御回路 21a、21b レンズ枠(移動体) 25a、25b 圧電素子(電気機械変換素子) 28a、28b ガイド軸(駆動軸) 30 固定枠 32、32a、32b 固定部材 33a、33b 軸受部 L1、L2 レンズ

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 駆動方向に対して伸縮する第1、第2電
    気機械変換素子と、第1、第2電気機械変換素子の一端
    に固着された第1、第2固定部材と、第1、第2電気機
    械変換素子の他端に固着され第1、第2電気機械変換素
    子の伸縮に伴って往復運動する第1、第2駆動軸と、第
    1、第2駆動軸に摩擦力によって保持される第1、第2
    移動体と、第1、第2電気機械変換素子に緩速変位と急
    速変位とを行わせるとともに第1電気機械変換素子の急
    速変位期間と第2電気機械変換素子の急速変位期間とが
    重ならないように駆動パルスを出力する駆動パルス制御
    手段とを備えたことを特徴とする駆動装置。
  2. 【請求項2】 第1、第2電気機械変換素子は圧電素子
    であることを特徴とする請求項1に記載の駆動装置。
  3. 【請求項3】 第1、第2固定部材は同一部材であるこ
    とを特徴とする請求項1または請求項2に記載の駆動装
    置。
  4. 【請求項4】 第1電気機械変換素子に印加される電圧
    の変化のない期間に第2電気機械変換素子を駆動する電
    圧を出力することを特徴とする請求項1乃至請求項3の
    いづれかに記載の駆動装置。
JP10169474A 1998-06-17 1998-06-17 駆動装置 Pending JP2000014176A (ja)

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