【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧電素子を備えた振動体の振動によって被駆動体を駆動する圧電アクチュエータ装置およびこれを備えた機器に関する。
【０００２】
【背景技術】
従来より、圧電素子の振動によって被駆動体を駆動する、いわゆる圧電アクチュエータが開発されている。この圧電アクチュエータは、圧電素子を被駆動体に当接し、圧電素子に交流電圧を印加して圧電素子を振動させて被駆動体を駆動する。このような圧電アクチュエータは、小さい寸法で比較的高トルクが得られるため、例えば時計のように特に小型化が要望される機器に利用されている（例えば特許文献１）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−２６８９５３号公報 （第１図）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の圧電アクチュエータは、それぞれ利用される機器内に直接組み込まれており、機器の仕様に応じて圧電アクチュエータの形状や配置などを個々に設定しなければならず、汎用性に乏しい。また、モータで駆動されていた被駆動体において、モータに変えて圧電アクチュエータを用いる場合も、被駆動体内に圧電アクチュエータを配置しなければならず、被駆動体の設計変更が必要となる。このため、モータ変更に伴うコストがかさみ、製造工程も煩雑になる。さらに、それぞれの機器に対応した圧電アクチュエータを製造しなければならないため、圧電アクチュエータの大量生産化および製造コストの低減が難しいという問題がある。
【０００５】
本発明の目的は、汎用性を向上させることができ、製造コストを低減できる圧電アクチュエータ装置およびこれを備えた機器を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の圧電アクチュエータ装置は、基板と、この基板に回転自在に支持される環状の回転体と、基板に保持されるとともに、圧電素子の振動によって回転体を回転駆動する振動体とを備え、振動体は、板状の圧電素子、この圧電素子に接合される板状の補強板、およびこの補強板の平面方向に突出する突起部を有し、この突起部は、回転体の内周面に当接されていることを特徴とする。
圧電素子を備えた振動体の突起部が回転体の内周面に当接されているので、圧電素子に電圧を印加して振動体を振動させると、突起部の振動によって回転体が回転する。したがって、例えばこの回転体をプーリとしてベルトを掛けたり、回転体に歯車を設け、他の歯車と係合させれば、回転体の回転力によって接続された機器（外部装置）を駆動することが可能となる。
この発明によれば、圧電アクチュエータ装置が、基板に振動体および回転体を予め配置した、いわゆるユニットとなっているので、適用される機器に応じて圧電素子や振動体の形状、配置などを個々に設計する必要がなく、圧電アクチュエータ装置の汎用性が向上する。また、様々な機器に共通の構造の圧電アクチュエータ装置を利用可能となるので、大量生産が可能となり、製造コストが低減する。
【０００７】
本発明では、振動体は、平面略矩形状に形成され、その長手方向中心線が回転体の回転中心線を通る位置に配置されていることが望ましい。
この発明によれば、略矩形状の振動体の長手方向中心線が、回転体の回転中心線を通る位置に配置されているので、所定の寸法の回転体に振動体を配置する場合に、振動体の長手方向の寸法を最大にできる。つまり振動体の長手方向の寸法を回転体内周の直径近傍の寸法まで設定することが可能となる。したがって、振動体の振幅および振動体から得られる駆動力をより大きくすることができ、振動体の寸法による駆動力の設定幅が広がる。これにより、圧電アクチュエータ装置の汎用性がさらに向上する。
また逆に、所定の寸法の振動体を回転体に配置する場合では、振動体の長手方向中心線を回転体の回転中心線を通る位置に配置するので、回転体の寸法を最小にできる。したがって、必要駆動力に対する圧電アクチュエータ装置のサイズを小さくできるので、小型の装置の駆動用としても利用できる。
【０００８】
本発明では、突起部は、振動体の長手方向一端に、短手方向略中央から長手方向へ突出して形成され、回転体内周面に対し、その内周面の接線に垂直な方向から当接されていることが望ましい。
この発明によれば、振動体の長手方向中心線が回転体の回転中心線を通る位置に配置され、突起部が短手方向略中央に配置されているので、振動体の形状が長手方向の中心線に対して線対称の形状となり、かつ回転体の回転中心線に対して線対称に配置される。したがって、振動体の振動方向を切り替えるなどの設定を適宜行えば、回転体が両方向に回転可能となり、圧電アクチュエータ装置の汎用性がより一層向上する。
【０００９】
本発明では、基板は、当該圧電アクチュエータ装置が取り付けられる外部装置への固定部材を備え、この固定部材は、外部装置との信号入出力端子を有して構成されていることが望ましい。
この発明によれば、固定部材が信号入出力端子を有しているので、外部装置と圧電素子とを電気的に接続する際には、この信号入出力端子に外部装置の入出力端子を接続すればよく、外部装置との接続が容易となる。また、予め信号入出力端子が設けられているので、圧電素子への配線が煩雑にならず、断線やショートが防止される。なお、固定部材としては、樹脂等の回路基板をそのまま利用してもよい。
【００１０】
本発明では、固定部材には、外部装置に対する位置決めを行う位置決め部材が取り付けられていることことが望ましい。
例えば、固定部材として回路基板を用いた場合には、樹脂等の比較的軟質の材料が利用されるため、その外形では位置決め精度を高くできない。
一方、この発明によれば、固定部材には位置決め部材が取り付けられているので、固定部材に回路基板を用いても、圧電アクチュエータ装置の外部装置に対する位置決めが容易になる。特に、例えば歯車の伝達機構のように、外部装置と回転体との係合の位置決め精度を要求される場合においても、位置決め部材によって固定部材が確実に位置決めされるので、本発明は有用である。
なお、位置決め部材は、金属やセラミックス等の高い位置決め精度を確保できる比較的高剛性の材料で形成すればよい。
【００１１】
本発明では、基板は、当該圧電アクチュエータ装置が取り付けられる外部装置への固定部材を備え、この固定部材は、金属で構成されるとともに、外部装置に対する位置決めを行う位置決め部材を一体的に備えていることが望ましい。
この発明によれば、金属製の固定部材が位置決め部材を一体的に備えているので、位置決め部材も金属で構成され、高剛性が確保される。したがって、圧電アクチュエータ装置の外部装置への位置決め精度がより一層向上する。また、固定部材および位置決め部材が一体的に形成されているので、圧電アクチュエータ装置の部品点数が低減し、製造コストが削減される。
【００１２】
本発明では、固定部材には、当該固定部材と絶縁されるとともに、外部装置との信号入出力端子を有する外部接続用基板が取り付けられていることが望ましい。
固定部材が導通材料である金属で構成されている場合には、端子を直接固定部材に形成することはできないため、配線を直接外部機器に接続する必要があり、取扱が煩雑になる。この発明によれば、信号入出力端子を有する外部接続用基板が設けられ、この外部接続用基板が固定部材とは絶縁されているので、例えば外部機器に基板が挿入されるソケットを設けることで容易に接続でき、配線不具合が確実に防止される。
【００１３】
本発明では、固定部材は、略板状に形成されるとともに、その一方の面には回転体が配置され、固定部材には、回転体が配置された一方の面に形成された段差、または他方の面側に貫通する貫通孔が設けられ、圧電素子に接続される信号線は、段差または貫通孔を通して配置されていることが望ましい。
この発明によれば、固定部材に、圧電素子に接続される信号線を配置するための段差または貫通孔が設けられているので、圧電素子への配線が容易になる。また、信号線が段差または貫通孔を通して配置されるので、回転体の回転時にも、信号線が回転体と接触して断線するなどの不具合が除去される。特に、信号線を貫通孔に配線した場合では、信号線が回転体が設けられた側とは反対側に貫通して配置されるので、より確実に断線などの不具合が防止される。
【００１４】
本発明では、回転体の外周の一部は、固定部材に対して半径方向に突出し、当該突出部分で外部部材と接続可能に構成されていることが望ましい。
この発明によれば、回転体の外周の一部が固定部材から露出して外部部材と接続可能に構成されているので、外部部材が、形状に関わらず、固定部材に干渉することなく回転体に接続される。したがって、回転体の回転運動が良好に外部部材に伝達される。
【００１５】
本発明では、基板は、振動体を保持する保持部材を備え、この保持部材には、回転体をその回転中心で軸支する支持軸が一体的に形成されていることが望ましい。
この発明によれば、回転体は支持軸に回転中心で支持されているので、例えば回転体を外周側で回転自在に支持する場合に較べて、圧電アクチュエータ装置全体が小型化される。また、支持軸が保持部材に一体的に形成されているので、構造が簡単になり、部品点数が減少するので、圧電アクチュエータ装置の製造コストが低減する。
【００１６】
本発明では、基板は、振動体を保持する保持部材を備え、この保持部材には、圧電素子に接続される信号線が配置される貫通孔が形成されていることが望ましい。
この発明によれば、保持部材には信号線用の貫通孔が設けられているので、圧電素子からの信号線が貫通孔を通って振動体が設けられた側とは反対側に配置される。このため、信号線が回転体により接触しにくく、断線などの不具合が防止される。
【００１７】
本発明では、基板は、当該圧電アクチュエータ装置が取り付けられる外部装置への固定部材と、振動体を保持する保持部材とを備え、回転体は、固定部材と保持部材とによって回転軸方向に挟持されていることが望ましい。
この発明によれば、回転体が保持部材および固定部材によって回転軸方向に挟持されているので、回転時における回転体の軸方向のずれが規制される。したがって、例えば回転体が外周で外部部材と係合している場合でも、外部部材との係合が外れることなく駆動力が良好に伝達される。
【００１８】
本発明では、回転体の外周には、外部部材と接続するための歯車が設けられていることが望ましい。
この発明によれば、回転体外周の歯車が外部部材と接続するので、回転体の回転運動が確実に外部部材に伝達され、動力伝達効率が良好となる。また、外部部材にも同様の歯車を設ければ、歯車の歯数を変更することによって回転速度の変換が簡単に可能となる。
【００１９】
本発明では、回転体の開口部を覆う蓋部材を備えていることが望ましい。
この発明によれば、回転体の開口部に蓋部材が設けられているので、振動体の回転体との接触部分への塵埃の侵入が確実に防止され、振動体から回転体への動力伝達効率の低下が防止される。また、塵埃の侵入防止により、圧電アクチュエータ装置の耐久性が向上する。
【００２０】
本発明の機器は、前述の圧電アクチュエータ装置を備えたことを特徴とする。
この発明によれば、機器が前述の圧電アクチュエータ装置を備えているので、前述のような効果を奏し、汎用性が向上し、製造コストが低減する。
なお、圧電アクチュエータ装置を備えた機器としては、例えばチューブを順次しごいて内部の液体を吐出する液体吐出装置や、回転体外周の歯車に歯車を噛合させて輪列を構成し、この輪列の回転運動伝達によって駆動される時計、レンズのズーム装置、玩具の車など、様々な機器に適用可能となる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の各実施形態を図面に基づいて説明する。なお、後述する第二実施形態以降で、以下に説明する第一実施形態での構成部品と同じ部品および同様な機能を有する部品には同一符号を付し、説明を簡単にあるいは省略する。
【００２２】
〔第一実施形態〕
第一実施形態は、本発明の圧電アクチュエータ装置をレンズユニット用の駆動装置として適用したものである。なお、レンズユニットは、図示しないカメラに搭載され、または、カメラと一体に製造され、利用されるものである。
図１には、第一実施形態にかかるレンズユニット（外部装置、機器）１０の側断面図が示されている。図１において、レンズユニット１０は、全体略円筒状の筐体１１と、第１レンズ１２、第２レンズ１３および第３レンズ１４の３枚のレンズ１２，１３，１４で構成されるレンズ群１５と、第３レンズ１４を第１レンズ１２および第２レンズ１３の間で移動可能に支持する駆動軸（外部部材）２３と、この駆動軸２３を駆動する圧電アクチュエータ装置３０とを備えたズームレンズ用ユニットである。
【００２３】
第１レンズ１２は、筐体１１の一端側（図１中、右側）に設けられた第１レンズ保持部１６に嵌め込まれ、第２レンズ１３は、筐体１１の他端側（図１中、左側）に設けられた第２レンズ保持部１７に嵌め込まれて、それぞれ筐体１１に固定されている。
第３レンズ１４は、ズームレンズであり、筐体１１の一端側から他端側に向かう光軸Ａに沿って筐体１１の内部を進退自在に支持されたレンズ保持枠２１に保持されている。すなわち、レンズ保持枠２１および第３レンズ１４によって、被駆動部材２２が構成され、この被駆動部材２２は、図１中、白抜き矢印で示す両方向に往復移動可能に設けられている。
ここで、第３レンズ１４は、ズームレンズに限らず、フォーカスレンズであってもよい。その場合、レンズ群１５の構成や、各レンズの光学特性を適宜設定することで、レンズユニット１０をフォーカスレンズ用ユニットとして利用可能である。
【００２４】
レンズ保持枠２１には、第３レンズ１４を嵌め込み保持する第３レンズ保持部２１Ａと、この第３レンズ保持部２１Ａの一方側（図１中、上側）にねじ孔２１Ｂと、他方側（図１中、下側）に挿通孔２１Ｃとが形成されている。
ねじ孔２１Ｂおよび挿通孔２１Ｃは、互いに光軸Ａと平行になっており、ねじ孔２１Ｂには駆動軸２３のねじ部２３Ａが螺合され、挿通孔２１Ｃには案内軸２４が挿通されている。
【００２５】
駆動軸２３は、その回転軸Ｂが光軸Ａと平行に配置された全体略円柱状の部材であり、筐体１１のフランジ部分に設けられた２箇所の軸受け孔１８に回転自在に軸支されている。また、駆動軸２３の両端部は、それぞれ筐体１１の外側に突出し、これらの突出部分は、ねじ部２３Ａが設けられた中央部分よりも軸径が大きく形成されている。従って、駆動軸２３は、筐体１１の軸受け孔１８周縁によって軸方向への移動が規制されている。
また、駆動軸２３の端部のうち、第２レンズ１３の側の端部には、圧電アクチュエータ装置３０が接続される当接軸部２３Ｂが設けられている。この当接軸部２３Ｂは、円柱状に形成され、その周面には、歯車２３１が形成されている。
【００２６】
案内軸２４は、光軸Ａに平行な棒状の部材であり、筐体１１のフランジ部分に架設されている。また、案内軸２４は、レンズ保持枠２１の光軸Ａに対する角度を一定に維持するとともに、駆動軸２３回りの回転を規制する機能を備えている。従って、駆動軸２３の回転によって、駆動軸２３に螺合されたレンズ保持枠２１は、光軸Ａに対して第３レンズ１４が直交した状態を維持しながら、進退駆動されることになる。
【００２７】
圧電アクチュエータ装置３０は、図示しないブラケット等でカメラ本体または筐体１１に固定された取付部１９に取り付けられ、駆動軸２３の当接軸部２３Ｂに隣接する位置に配置されている。
図２には、圧電アクチュエータ装置３０の平面図が、図３には図２のＩＩＩ−ＩＩＩ断面図が、そして図４には図２のＩＶ−ＩＶ断面図が示されている。これらの図２、図３および図４において、圧電アクチュエータ装置３０は、駆動軸２３の当接軸部２３Ｂに係合する回転体３１と、この回転体３１を回転駆動する振動体４０と、振動体４０を保持する保持部材５０と、保持部材５０を支持するとともに、取付部１９に固定される固定部材６０とを備えている。なお、本実施形態では保持部材５０および固定部材６０を備えて本発明の基板が構成されている。
【００２８】
回転体３１は、有底円筒状に形成され、その内側に振動体４０が配置されている。また、回転体３１の回転軸は、駆動軸２３の回転軸Ｂと略平行に配置されている。回転体３１の外周には、歯車３１１が形成され、この歯車３１１が駆動軸２３の歯車２３１に噛合されている。
回転体３１の回転中心には、軸孔３２が形成されており、この軸孔３２は、保持部材５０に一体的に形成された支持軸部（支持軸）５１に摺動可能に軸支されている。支持軸部５１には、略中央にねじ孔５２が形成され、このねじ孔５２に固定部材６０を貫通してねじ５３が螺合されることで、回転体３１が保持部材５０および固定部材６０に挟持され、回転軸方向の移動が規制されている。
【００２９】
なお、支持軸部５１には、表面にフッ素系樹脂などの低摩擦材料がコーティングされ、軸孔３２との摩擦が低減されている。また、支持軸部５１は、軸孔３２との接触面積を最小限に抑制できるように、径が小さく設定されていることが望ましい。
回転体３１の開口端には、開口部を覆う蓋部材７０が設けられている。この蓋部材７０により、回転体３１内側の振動体４０への埃塵の侵入が防止されている。なお、図２では、説明のため、蓋部材７０の図示を省略してある。
【００３０】
振動体４０は、略矩形平板状に形成された補強板４１と、この補強板４１の表裏両面に設けられた平板状の圧電素子４２とを備えている。
補強板４１は、ステンレス鋼、その他の材料で構成されている。補強板４１の長手方向一端の幅方向略中央には、長手方向に突出する略半円形の突起部４３が一体的に形成され、この突起部４３の先端は、回転体３１の内周面に当接されている。補強板４１の長手方向略中央には、幅方向両側に略直角に突出する腕部４４が一体的に形成されている。腕部４４の端部は、それぞれ台座４５にビス４５Ａによって固定されている。
したがって、振動体４０は、台座４５に固定された二箇所の腕部４４の固定位置を支点として振動するようになっている。
【００３１】
圧電素子４２は、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ（登録商標））、水晶、ニオブ酸リチウム、チタン酸バリウム、チタン酸鉛、メタニオブ酸鉛、ポリフッ化ビニリデン、亜鉛ニオブ酸鉛、スカンジウムニオブ酸鉛等の材料の中から、適宜選択した材料から形成されている。
また、圧電素子４２の両面には、ニッケルおよび金などによる電極が、めっき、スパッタ、蒸着などの方法によって形成されている。これらの電極のうち、補強板４１に対向する面の電極は、圧電素子４２全面にわたって形成されている。また、補強板４１とは反対側の電極は、溝によって互いに電気的に絶縁されて、長手方向に沿った中心線を軸として線対称に複数形成されている。つまり、圧電素子４２を幅方向にほぼ三等分するように二本の溝が形成され、これらの溝で分割された三つの電極のうち両側の電極ではさらに長手方向をほぼ二等分するように溝が形成されている。
これらの溝により、圧電素子４２の表面には中央に電極４２Ａが、その両側に対角線上両端をそれぞれ一対とする二組の電極４２Ｂ，４２Ｃが形成される。そして、これらの電極４２Ａ，４２Ｂ，４２Ｃおよび補強板４１には、それぞれリード線（信号線）が接続され、これらのリード線は、圧電素子４２に電圧を印加する図示しない印加装置に接続されている。
なお、これらの電極４２Ａ，４２Ｂ，４２Ｃは、補強板４１を挟んで設けられた表裏両方の圧電素子４２に同様に設けられており、例えば電極４２Ａの裏面側には電極４２Ａが形成されている。
【００３２】
ここで、圧電素子４２に印加する電圧の周波数は、振動体４０の振動時に、圧電素子４２の長手方向に伸縮する縦振動と、圧電素子４２の平面中心に対して点対称に、かつ縦振動に直交する方向に屈曲する屈曲振動とが同時に現れるように適宜設定される。また、圧電素子４２の寸法や、厚さ、材質、縦横比、電極の分割形態などは、圧電素子４２に電圧が印加された時に、縦振動の共振周波数と屈曲振動の共振周波数とが互いに近接するように適宜決定される。
なお、振動体４０に印加される電圧の波形は特に限定されず、例えばサイン波、矩形状波、台形波などが採用できる。
【００３３】
台座４５は、振動体４０の矩形平板状部分が接触しないように、振動体４０と対向する部分に凹状の窪み部４５Ｂが形成されている。また、台座４５は、保持部材５０に形成された複数（本実施形態では三つ）の位置決めピン４５Ｃの側面が当接されることによって、回転体３１の径方向に沿ってスライド自在に支持されている。
また、台座４５において、振動体４０の突起部４３から遠い側の端部には、略Ｕ字形の弾性部４５Ｄが形成されている。この弾性部４５Ｄの端部は、保持部材５０に設けられた係止ピン４５Ｅに係止されており、これにより弾性部４５Ｄは、台座４５を振動体４０の長手方向に付勢している。この付勢力により、振動体４０の突起部４３は、適切な付勢力で回転体３１の内周面に当接されている。
ここで、振動体４０は、長手方向中心線が回転体３１の回転中心線を通る位置に配置されている。したがって、突起部４３は、回転体３１内周面の接線に垂直な方向から当接されている。
【００３４】
図５には、圧電アクチュエータ装置３０の底面図が示されている。この図５にも示されるように、固定部材６０は、絶縁材料からなる基板で構成されており、回転体３１の回転中心に対応する位置には、固定孔６１が形成されている。この固定孔６１には、保持部材５０の支持軸部５１よりも径の小さい固定軸５１１が挿通されている。固定孔６１の一部には、キー溝６１Ａが形成され、このキー溝６１Ａに固定軸５１１のキー部５１１Ａが挿通されることで、保持部材５０の固定部材６０に対する回転が防止されている。
固定部材６０において、回転体３１の外側で、振動体４０の幅方向両側に対応する位置には、略三角形状の固定部６０Ａが形成されており、この固定部６０Ａには、固定部材６０を取付部１９に取り付けるための取付孔６２が形成されている。これらの取付孔６２をねじなどで取付部１９に螺合することによって、圧電アクチュエータ装置３０が取付部１９に固定される。
また、固定部材６０において、回転体３１が駆動軸２３と係合する部分に対応する位置には、回転体３１の径方向に直交する方向に沿って直線部６３が形成されている。ここで、支持軸部５１の中心から直線部６３までの距離は、回転体３１の半径よりも小さく設定されているので、回転体３１の一部は、この直線部６３において固定部材６０から突出して配置され、当該突出部分で駆動軸２３に係合されている。これにより、固定部材６０が駆動軸２３に干渉することなく回転体３１が良好に駆動軸２３に係合されている。
【００３５】
固定部材６０およびねじ５３の間には、圧電アクチュエータ装置３０の位置決め部材６４が設けられている。位置決め部材６４は、略中央に凹状部分を有する金属製の円盤状部材で、固定部材６０とともにねじ５３によって支持軸部５１に固定されている。取付部１９には、位置決め部材６４に対応する位置に図示しない円形の凹状部分が形成され、この凹状部分に位置決め部材６４が挿通されることで、駆動軸２３に対して回転体３１が位置決めされる。この時、位置決め部材６４は回転体３１の回転軸上に配置されているので、駆動軸２３と回転体３１との位置決めをそれぞれの回転中心を基準に行うことができ、したがって歯車２３１と歯車３１１とが良好かつ確実に噛合される。
【００３６】
圧電素子４２の各電極４２Ａ，４２Ｂ，４２Ｃに接続されるリード線は、台座４５，保持部材５０および固定部材６０を貫通して、固定部材６０において回転体３１が設けられている側とは反対側に配置されている。つまり、台座４５には、窪み部４５Ｂに形成された長孔状の貫通孔４５Ｆが、保持部材５０には支持軸部５１を含んだ部分を貫通する長孔状の貫通孔５４が、固定部材６０には固定孔６１より外側の部分を貫通する長孔状の貫通孔６５が形成されている。
また、位置決め部材６４において、貫通孔６５に対応する位置には、切欠６４Ａが形成されることにより、固定部材６０および位置決め部材６４の間に隙間が形成されている。これらの貫通孔４５Ｆ，５４，６５を貫通して固定部材６０の反対側に配置されたリード線は、固定部材６０上に設けられた複数の中継用端子６６に接続される。ここで、本実施形態の中継用端子６６は、四つ設けられ、それぞれ電極４２Ａ、電極４２Ｂ、電極４２Ｃ、および補強板４１に接続する端子となっている。
【００３７】
固定部材６０には、回転体３１の外側で駆動軸２３から遠い側に略矩形状の外部接続部６０Ｂが形成されている。この外部接続部６０Ｂには、複数（本実施形態では四つ）の貫通孔６７が設けられ、中継用端子６６から再び接続されたリード線が、これらの貫通孔６７を通って、再び回転体３１側に配置されている。そしてこれらのリード線は、外部接続部６０Ｂにおいて回転体３１が設けられている側の平面上に設けられた複数（四つ）の信号入出力端子６８に接続されている。これらの信号入出力端子６８は、固定部材６０において、回転体３１の回転中心を挟んで直線部６３とは反対側に配置され、信号入出力端子６８に対応する位置に接続端子を有する図示しない外部基板が対向して設けられている。この外部基板は、前述の印加装置を実装しており、取付部１９に固定されている。
【００３８】
以上のように振動体４０を備えた圧電アクチュエータ装置３０は、次のように動作する。
印加装置により、圧電素子４２の電極４２Ａ，４２Ｂ，４２Ｃから適宜選択された電極と補強板４１との間に交流電圧を印加して振動体４０を振動させる。この時、例えば電極４２Ａおよび電極４２Ｂのみを選択して電圧を印加すると、振動体４０は、主に電極４２Ａによって、縦振動を励振する。また、振動体４０は、主に電極４２Ｂによって屈曲振動も励振する。これらの縦振動および屈曲振動が同時に現れることにより、突起部４３は縦振動と屈曲振動とを組み合わせた略楕円軌道を描いて振動する。
振動体４０は弾性部４５Ｄの付勢力により回転体３１の内周に押圧されているため、突起部４３は、振動体４０が描こうとする楕円軌道上における回転体３１の内周に近い側において、突起部４３と回転体３１の内周との間の摩擦力が大きくなり、遠い側においては摩擦力が小さくなる。
したがって、突起部４３が回転体３１の内周に近い側の軌道を描こうとする時の駆動力が大きくなるので、その時の振動方向に向かって回転体３１が回転駆動されることとなる。この動作を所定の周波数で繰り返し行うことにより、回転体３１は一方向に回転する。
回転体３１の回転運動は、歯車３１１、２３１を介して駆動軸２３に伝達され、駆動軸２３は所定の回転速度で回転する。
【００３９】
なお、圧電素子４２に印加する電圧の電極を、振動体４０の長手方向中心線に対して線対称に切り替えれば、回転体３１を反対方向に回転させることができる。つまり、例えば電極４２Ａおよび電極４２Ｂへの電圧印加から、電極４２Ａおよび電極４２Ｃへの電圧印加に切り替えれば、屈曲振動が先ほどとは反対方向に励振されるため、突起部４３が反対方向の略楕円軌道を描いて振動し、回転体３１を反対方向に回転駆動して駆動軸２３を反対方向に回転駆動する。
【００４０】
以上のように駆動軸２３が回転運動することで、この駆動軸２３のねじ部２３Ａに螺合されたレンズ保持枠２１および第３レンズ１４、すなわち、被駆動部材２２が光軸Ａに沿って（図１中、白抜き矢印で示す方向に）進退駆動されることになる。
この際、図示しない位置読み取りセンサによって被駆動部材２２の位置を検出し、制御回路にフィードバックして駆動制御することにより、被駆動部材２２は、光軸Ａに沿った任意の位置で静止可能となっている。
なお、位置読み取りセンサとしては、被駆動部材２２の位置を直接検出するものに限らず、例えば駆動軸２３の回転量を検出するロータリーエンコーダが採用できる。
したがって、本実施形態のレンズユニット１０では、振動体４０の振動により駆動軸２３を回転させ、この回転によって被駆動部材２２を光軸Ａに沿って進退駆動することができ、所定のズーム位置でズームレンズとしての第３レンズ１４を静止させることができる。
【００４１】
このような第一実施形態によれば、次のような効果が得られる。
（１） 圧電アクチュエータ装置３０が、保持部材５０および固定部材６０にそれぞれ配置、固定された振動体４０および回転体３１を予め備えたユニットで構成されているので、回転体３１の歯車３１１を駆動軸２３に係合させるだけで、簡単に駆動軸２３を駆動する駆動装置を構成できる。したがって、従来とは異なり用途に応じて振動体４０の形状や被駆動体への当接条件などを個々に設計する必要がなく、圧電アクチュエータ装置３０の汎用性を向上させることができる。これによりレンズユニット１０の設計工程を簡略化でき、製造コストを低減できる。
例えば駆動軸２３に取り付けられたモータを、圧電アクチュエータ装置３０に交換する場合にも、駆動軸２３の歯車２３１に圧電アクチュエータ装置３０の回転体３１を係合させるだけで交換できるので、駆動軸２３の設計変更が不要となり、設計工程を簡略化できる。したがって、モータで駆動されていた各種の外部装置（機器）に圧電アクチュエータ装置３０を組み込んで容易に駆動させることができる。
【００４２】
（２） 振動体４０の長手方向中心線が、回転体３１の回転中心線を通る位置に配置されているので、振動体４０の長手方向の寸法を回転体３１内部において最大に設定することができ、より大きな駆動力を得られる。また逆に、振動体４０の寸法が予め設定されている場合には、振動体４０の長手方向中心線が、回転体３１の回転中心線を通る位置に配置されているので、回転体３１を小さく構成でき、圧電アクチュエータ装置３０の小型化を促進できる。
また、振動体４０が突起部４３を含んで長手方向中心線に対して線対称に形成され、突起部４３が回転体３１の接線に垂直な方向から当接されているので、振動体４０の振動が長手方向中心線に対して線対称となり、圧電素子４２の電極を適宜選択して振動体４０を正逆いずれの方向に回転させた場合でも、回転体３１を良好に回転させることができる。
【００４３】
（３） 回転体３１の回転中心に対応する位置に位置決め部材６４が設けられているので、取付部１９に位置決め部材６４を位置決めすることで、回転体３１と駆動軸２３との相対位置を確実に位置決めできる。この時、位置決め部材６４によって回転体３１の回転中心を規定するので、回転体３１が駆動軸２３に対して偏心することなく回転し、歯車２３１，３１１が互いに良好かつ確実に係合できる。
また、位置決め部材６４が金属製なので、変形しにくく、長期間にわたって良好な位置決め精度を確保できる。
【００４４】
（４） 固定部材６０が信号入出力端子６８を有する基板で構成されているので、印加装置が実装された基板をこの固定部材６０に重ねるだけで、圧電素子４２の電極４２Ａ，４２Ｂ，４２Ｃおよび補強板４１と印加装置とを簡単に接続できる。また、この時、信号入出力端子６８が、予め、電極４２Ａ，４２Ｂ，４２Ｃおよび補強板４１に接続された端子となっているため、これらの信号入出力端子６８に接続される基板の回路パターンの形成が簡単になり、これによってもレンズユニット１０の製造コストを低減できる。
【００４５】
（５） 保持部材５０には支持軸部５１が一体的に設けられ、回転体３１がこの支持軸部５１に軸支されているので、回転体３１を外周側から支持した場合に較べて圧電アクチュエータ装置３０全体の小型化を促進できる。
また、保持部材５０には支持軸部５１を貫通する貫通孔５４が設けられ、この貫通孔５４内に圧電素子４２のリード線が配置されているので、回転体３１の回転でリード線が断線されるなどの不具合を確実に防止できる。
【００４６】
（６） 回転体３１が保持部材５０および固定部材６０に挟持されることで軸方向の移動が規制されているので、回転体３１の回転中に駆動軸２３との係合が外れることがなく、良好に回転運動を伝達できる。
また、保持部材５０および固定部材６０によって回転体３１を回転可能に支持しているので、ベアリングなどの軸受が不要となり、圧電アクチュエータ装置３０の構造を簡単にでき、製造コストを低減できる。
【００４７】
（７） 固定部材６０に貫通孔６５が設けられ、振動体４０からのリード線が、固定部材６０において回転体３１が設けられた側とは反対側に配置されているので、リード線が回転体３１の回転時に接触して断線するなどの不具合を確実に除去できる。
また、固定部材６０の回転体３１外側において、貫通孔６７を形成し、これらの貫通孔６７にリード線を再び配置することによりリード線を回転体３１側に配置しているので、リード線への外部の基板を接続しやすく構成でき、圧電アクチュエータ装置３０の取扱性を向上させることができる。
【００４８】
（８） 固定部材６０に直線部６３が設けられているので、回転体３１の外周のうち、駆動軸２３に係合する部分を固定部材６０から突出して配置できる。したがって、固定部材６０が駆動軸２３に干渉するのを良好に防止できる。また逆に、固定部材６０の直線部６３以外の部分は、回転体３１の外形よりも大きく形成されているので、回転体３１の外力や衝撃などによる損傷を防止でき、圧電アクチュエータ装置３０の耐久性を向上させることができる。
【００４９】
（９） 回転体３１の外周に歯形状の歯車３１１が形成されているので、歯車３１１が駆動軸２３の歯車２３１に確実に係合でき、回転体３１の回転運動を良好に伝達できる。
【００５０】
（１０） 回転体３１の開口部に蓋部材７０が設けられているので、振動体４０が配置された回転体３１内部に塵埃やごみが侵入するのを防止できる。したがって、振動体４０と回転体３１内周との間の摩擦を長期間にわたって良好に維持でき、振動体４０や回転体３１内周の摩耗を低減でき、圧電アクチュエータ装置３０の耐久性を向上させることができる。さらに、蓋部材７０を取り外せば、回転体３１内側の振動体４０の取付や交換を容易に行え、容易にメンテナンスができる。
【００５１】
〔第二実施形態〕
次に、本発明の第二実施形態について説明する。第二実施形態は、第一実施形態の固定部材６０の構造が異なるものである。
図６には、第二実施形態にかかる圧電アクチュエータ装置３０の平面図が、図７には、その側断面図が示されている。なお、図６においては、第一実施形態と同様に蓋部材７０の図示は省略されており、また振動体４０は二点鎖線で示されている。
これらの図６および図７において、固定部材６０は、金属で構成され、固定部材６０の取付部１９に対向する面には第一実施形態の位置決め部材６４が取り付けられていない。第二実施形態では、固定部材６０が金属製のため、取付孔６２の精度および強度を十分に確保できるので、この取付孔６２が、圧電アクチュエータ装置３０の位置決め機能を兼ねている。
【００５２】
また、固定部材６０には、第一実施形態の貫通孔６５が形成されておらず、代わりに回転体３１に対向する面に段差部（段差）６９が形成されている。
段差部６９は、保持部材５０の貫通孔５４に対応する位置に形成された楕円形部６９Ａと、この楕円形部６９Ａから連続して形成され、駆動軸２３から遠い側の外部接続部６０Ｂ端部に向かって拡開する扇状部６９Ｂとを備えている。この段差部６９には、貫通孔４５Ｆ，５４を通って配置された振動体４０からのリード線が配置されている。これら四本のリード線は、扇状部６９Ｂに沿ってそれぞれ固定部材６０の端部に向かって互いの距離が大きくなるように配置されている。
【００５３】
固定部材６０の外部接続部６０Ｂ端部には、固定部材６０と絶縁される外部接続用基板６０１が取り付けられている。外部接続用基板６０１は、絶縁材料で構成され、固定部材６０の回転体３１が設けられた側に接着などによって固定されている。外部接続用基板６０１には、第一実施形態と同様の複数（四つ）の貫通孔６７が設けられ、段差部６９に配置されたリード線は、これらの貫通孔６７を通って、外部接続用基板６０１において固定部材６０に接着された側とは反対側に配置されている。外部接続用基板６０１には、第一実施形態と同様の信号入出力端子６８が設けられ、これらの信号入出力端子６８にそれぞれのリード線が接続されることによって、印加装置への接続端子が形成されている。
【００５４】
このような第二実施形態によれば、第一実施形態の（１）、（２）、（５）、（６）、（８）、（９）および（１０）の効果と同様の効果が得られる他、次のような効果が得られる。
（１１） 固定部材６０が金属で構成されているので、取付孔６２を高剛性、高精度に形成することができ、取付孔６２が取付部１９への固定手段と同時に位置決め手段を兼ねることができる。したがって、第一実施形態のような位置決め部材が不要となり、圧電アクチュエータ装置３０の構成が簡単にでき、部品点数を低減でき、製造コストを削減できる。
また、この時、固定部材６０と絶縁された外部接続用基板６０１が取り付けられ、この外部接続用基板６０１に信号入出力端子６８が形成されているので、固定部材６０を金属で構成した場合でも、固定部材６０に外部の印加装置に接続される信号入出力端子６８を形成することができる。したがって、第一実施形態の（４）の効果と同様に、印加装置との接続を簡単に行え、取扱性を向上させることができる。そして、信号入出力端子６８が、予め電極４２Ａ，４２Ｂ，４２Ｃおよび補強板４１に接続された端子となっているため、これらの信号入出力端子６８に接続される基板の回路パターンの形成が簡単になり、これによってもレンズユニット１０の製造コストを低減できる。
【００５５】
（１２） 固定部材６０に段差部６９が形成されているので、リード線が回転体３１に接触するのを確実に防止でき、リード線の損傷を防止できる。また、これにより、リード線を固定部材６０の回転体３１が設けられた側に配置でき、配置構造を簡略化できるとともに、第一実施形態で貫通孔６５を設けた場合に較べて、リード線を短くすることができる。
【００５６】
なお、本発明は前述の各実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
例えば、回転体に接続される外部部材は、駆動軸のように回転運動するものに限らず、例えばラックとピニオンのように、直線運動するものであってもよい。この場合には、歯形状の凹凸が形成された棒状部材を回転体の外周に係合させればよい。このように構成すれば、回転体の回転によって、棒状部材がその軸方向に直線移動するので、回転体の回転運動を直線運動に変換できる。
また、回転体は、外周に歯車が形成されているものに限らず、例えば回転体の外周にベルトを当接して、回転体とベルトとの摩擦力によってベルトを移動させて回転運動を伝達してもよい。
さらに、回転体は外周側で外部部材に接続されているものに限らず、例えば回転体の内周面に歯車を形成し、遊星歯車を係合させて回転体内周面において回転運動を伝達するものであってもよい。
【００５７】
回転体は、保持部材および固定部材に挟持されることによって摺動可能かつ回転可能に支持されていたが、これに限らず、例えば回転体を保持部材の支持軸にベアリングなどを介して接続させれば、回転体と保持部材との摩耗をより一層低減できる。
また、回転体は支持軸によって回転中心で支持されていたが、これに限らず例えば回転体の外周に摺動可能なガイド部や回転可能なローラなどを設けることによって、回転体を外周から回転可能に支持してもよい。
要するに、回転体はその回転運動を被駆動体（外部部材）に伝達できるものであれば、構成は任意である。
【００５８】
固定部材が金属製で構成されている場合には、外部装置に対する位置決め部材を固定部材と一体的に形成してもよい。このような構成によれば、位置決め部材が金属製なので、高剛性かつ高精度に構成でき、良好な位置決め精度を確保できる。また、固定部材と位置決め部材を一つの部品として扱うことができるので、圧電アクチュエータ装置の部品点数が減少し、製造コストを削減できる。
【００５９】
保持部材は、支持軸を一体的に備えていたが、これに限らず支持軸が別体で構成されていてもよい。支持軸は回転体を軸支するため、高剛性の材料や低摩擦係数の材料で構成されることが望ましく、これらの材料は一般的にコスト高になる。ところが、支持軸を別体で構成する場合には、支持軸のみを高剛性や低摩擦係数の材料などで構成すればよく、回転体と摺動する必要最小限部分のみを所望の材料で構成できる。したがって、保持部材全体の材料費を削減でき、製造コストを低減できる。また、支持軸にコーティングなどの処理を施す場合にも、支持軸が保持部材と別体となっているので、必要最小限部分のみに処理を施すことができ、処理工程を簡略化でき、処理コストを低減できる。
【００６０】
固定部材の段差の形状は、扇状に拡開しているものに限らず、例えば信号線（リード線）と同数（複数）の溝状の段差を形成し、これらの溝にそれぞれのリード線を配置してもよい。また、固定部材の貫通孔も、リード線（信号線）と同数設けられていてもよい。
同様に、保持部材や台座にもリード線と同数（複数）の貫通孔が設けられていてもよい。
位置決め部材は、金属製に限らず、例えばセラミックスやその他任意の高剛性の材料を採用できる。位置決め部材の形状は、凹部を有する円盤状に限らず、略矩形状のものや、円柱状のものなど、任意に設定してよく、また外部装置に対して凸状に形成されているものに限らず、外部装置に対して凹状に形成されたものであってもよい。この場合には、外部装置に凹状の位置決め部材と係合する凸状部を形成し、この凸状部を位置決め部材に挿通することで圧電アクチュエータ装置を外部装置に対して位置決めすればよい。そして、位置決め部材の配置は、回転体の回転中心に限らず、例えば固定部材において回転体の回転中心から所定距離離れた位置に対応した円周上であってもよい。この場合には、円周上に等間隔に複数のピンなどを設け、これらのピンを外部装置に対して係合させることで位置決めすればよい。
【００６１】
蓋部材は、必ずしも設けられていなくてもよく、この場合でも本発明の目的を達成できる。
基板は、固定部材および保持部材を備えていなくてもよく、例えばブロック状の基板に一体的に支持軸を形成し、この支持軸に回転体を軸支する、または基板を樹脂などで形成された回路基板で構成するなど、任意の構成を採用できる。
また、回転体の一部が固定部材から突出するように配置されていたが、これに限らず回転体の全部が突出していてもよく、つまり例えば固定部材を円盤状に形成し、この外周にベアリングなどを介して回転体を回転自在に設けてもよい。この場合には回転体の外周全周が露出するので、外部部材の配置の自由度を向上させることができる。または、回転体の外周全部が固定部材から突出しないように配置されていてもよい。つまり、例えば固定部材を回転体の直径よりも大きい径の円盤状に形成して、回転体の外周全周を平面視で覆うように配置してもよい。この場合には、回転体の片面を固定部材で保護できるので、回転体への外乱をより一層防止できる。
【００６２】
振動体の構成は任意である。例えば、振動体は、縦振動および屈曲振動を組み合わせた楕円軌道を描くものに限らず、縦振動のみ、屈曲振動のみで回転体を回転駆動するものであってもよい。また、振動体の配置は、長手方向の中心線が回転体内周の中心線を通るものに限らず、回転体内周の中心線に対して所定の角度を有して配置されるものであってもよい。また、振動体は、補強板の両面に圧電素子が設けられたものに限らず、圧電素子が補強板の片面のみに設けられていてもよい。
振動体の突起部は、振動体の長手方向一端に短手方向略中央に設けられているものに限らず、短手方向端部に長手方向に突出して形成されているものや、長辺と短辺の交点である角部に対角線方向に突出して形成されているものであってもよい。また、突起部は短辺に限らず、長辺に形成されていてもよい。さらに、突起部は、補強板と一体的に形成されているものに限らず、補強板と別部材で構成されていてもよい。
振動体の腕部は、振動体の長手方向略中央を両側から支持するものであったが、これに限らず、片側から支持してもよい。
【００６３】
圧電アクチュエータ装置は、レンズユニットに限らず、例えばチューブを順次しごくことによってチューブ内部の液体を吐出させる液体吐出装置や、輪列の回転運動によって指針を運針する時計、玩具の車など、様々な機器に適用できる。これらのような機器に適用する場合でも、圧電アクチュエータ装置がユニットとして構成されているので、回転体をそれぞれの機器の被駆動体に接続すれば、簡単に駆動機構を構成することができる。
【００６４】
本発明を実施するための最良の構成、方法などは、以上の記載で開示されているが、本発明は、これに限定されるものではない。すなわち、本発明は、主に特定の実施形態に関して特に図示され、かつ、説明されているが、本発明の技術的思想および目的の範囲から逸脱することなく、以上述べた実施形態に対し、形状、材質、数量、その他の詳細な構成において、当業者が様々な変形を加えることができるものである。
したがって、上記に開示した形状、材質などを限定した記載は、本発明の理解を容易にするために例示的に記載したものであり、本発明を限定するものではないから、それらの形状、材質などの限定の一部もしくは全部の限定を外した部材の名称での記載は、本発明に含まれるものである。
【００６５】
【発明の効果】
このような本発明によれば、圧電アクチュエータ装置が、圧電素子を備えた振動体と、振動体によって回転駆動される回転体とを備えているので、圧電アクチュエータ装置をユニットとして構成でき、適用する機器に応じて設計する必要がなく、汎用性を向上させることができ、大量生産することができるので、製造コストを低減できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一実施形態にかかるレンズユニットを示す側断面図。
【図２】第一実施形態にかかるレンズユニットの圧電アクチュエータ装置を示す平面図。
【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ断面図。
【図４】図２のＩＶ−ＩＶ断面図。
【図５】第一実施形態にかかる圧電アクチュエータ装置を示す底面図。
【図６】第二実施形態にかかる圧電アクチュエータ装置を示す平面図。
【図７】第二実施形態にかかる圧電アクチュエータ装置を示す側断面図。
【符号の説明】
１０…レンズユニット（機器、外部装置）、２３…駆動軸（外部部材）、３０…圧電アクチュエータ装置、３１…回転体、４０…振動体、４１…補強板、４２…圧電素子、４３…突起部、４５Ｆ，５４，６５…貫通孔、５０…保持部材、５１…支持軸部（支持軸）、６０…固定部材、６２…取付孔、６３…直線部、６４…位置決め部材、６８…信号入出力端子、６９…段差部（段差）、７０…蓋部材、３１１…歯車、６０１…外部接続用基板。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a piezoelectric actuator device that drives a driven body by vibration of a vibrating body including a piezoelectric element, and an apparatus including the same.
[0002]
[Background Art]
2. Description of the Related Art Conventionally, a so-called piezoelectric actuator that drives a driven body by vibration of a piezoelectric element has been developed. This piezoelectric actuator drives the driven body by bringing the piezoelectric element into contact with the driven body and applying an AC voltage to the piezoelectric element to cause the piezoelectric element to vibrate. Since such a piezoelectric actuator can obtain a relatively high torque with a small size, it is used for a device such as a timepiece that requires particularly small size (for example, Patent Document 1).
[0003]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-268953 (FIG. 1)
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, the conventional piezoelectric actuators are directly incorporated in the devices to be used, and the shape and arrangement of the piezoelectric actuators must be individually set according to the specifications of the devices. Also, in a case where a piezoelectric actuator is used instead of a motor in a driven body driven by a motor, the piezoelectric actuator must be disposed in the driven body, and a design change of the driven body is required. For this reason, the cost for changing the motor is increased, and the manufacturing process is complicated. Furthermore, since it is necessary to manufacture a piezoelectric actuator corresponding to each device, there is a problem that it is difficult to mass-produce the piezoelectric actuator and reduce the manufacturing cost.
[0005]
An object of the present invention is to provide a piezoelectric actuator device that can improve versatility and reduce manufacturing costs, and a device including the same.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
The piezoelectric actuator device of the present invention includes a substrate, an annular rotating body rotatably supported by the substrate, and a vibrating body that is held by the substrate and that rotates the rotating body by the vibration of the piezoelectric element. The vibrating body has a plate-shaped piezoelectric element, a plate-shaped reinforcing plate joined to the piezoelectric element, and a projection projecting in a plane direction of the reinforcing plate, and the projection is formed on an inner peripheral surface of the rotating body. Characterized by being in contact with
Since the protrusion of the vibrating body provided with the piezoelectric element is in contact with the inner peripheral surface of the rotating body, when a voltage is applied to the piezoelectric element to vibrate the vibrating body, the rotating body is rotated by the vibration of the protruding part. . Therefore, for example, if a belt is hung on the rotating body as a pulley or a gear is provided on the rotating body and engaged with another gear, the connected device (external device) can be driven by the rotating force of the rotating body. It becomes possible.
According to the present invention, since the piezoelectric actuator device is a so-called unit in which the vibrating body and the rotating body are previously arranged on the substrate, the shape and arrangement of the piezoelectric element and the vibrating body are individually determined according to the equipment to be applied. Therefore, the versatility of the piezoelectric actuator device is improved. Further, since a piezoelectric actuator device having a structure common to various devices can be used, mass production becomes possible, and manufacturing costs are reduced.
[0007]
In the present invention, it is desirable that the vibrating body is formed in a substantially rectangular shape in a plane, and is disposed at a position where its longitudinal center line passes through the rotating center line of the rotating body.
According to the present invention, since the longitudinal center line of the substantially rectangular vibrating body is arranged at a position passing through the rotational center line of the rotating body, when the vibrating body is arranged on a rotating body of a predetermined size, The longitudinal dimension of the vibrator can be maximized. That is, it is possible to set the dimension in the longitudinal direction of the vibrating body to a dimension near the diameter of the circumference of the rotating body. Therefore, the amplitude of the vibrating body and the driving force obtained from the vibrating body can be further increased, and the setting range of the driving force depending on the size of the vibrating body is widened. Thereby, the versatility of the piezoelectric actuator device is further improved.
Conversely, when a vibrating body of a predetermined size is arranged on the rotating body, the longitudinal center line of the vibrating body is arranged at a position passing through the rotating center line of the rotating body, so that the size of the rotating body can be minimized. Therefore, the size of the piezoelectric actuator device with respect to the required driving force can be reduced, so that the piezoelectric actuator device can be used for driving a small device.
[0008]
In the present invention, the protrusion is formed at one end in the longitudinal direction of the vibrator so as to protrude in the longitudinal direction from substantially the center in the short direction, and abuts against the peripheral surface of the rotating body from a direction perpendicular to the tangent line of the inner peripheral surface. It is desirable to have been.
According to the present invention, since the longitudinal center line of the vibrating body is disposed at a position passing through the rotational center line of the rotating body, and the protrusion is disposed substantially at the center in the transverse direction, the shape of the vibrating body is in the longitudinal direction. The shape becomes symmetrical with respect to the center line, and is arranged symmetrically with respect to the rotation center line of the rotating body. Therefore, if setting such as switching the vibration direction of the vibrating body is appropriately performed, the rotating body can rotate in both directions, and the versatility of the piezoelectric actuator device is further improved.
[0009]
In the present invention, the substrate preferably includes a fixing member to an external device to which the piezoelectric actuator device is attached, and the fixing member preferably includes a signal input / output terminal with the external device.
According to the present invention, since the fixing member has the signal input / output terminal, when electrically connecting the external device and the piezoelectric element, the input / output terminal of the external device is connected to the signal input / output terminal. Connection with an external device is facilitated. Further, since the signal input / output terminals are provided in advance, the wiring to the piezoelectric element is not complicated, and disconnection and short circuit are prevented. Note that a circuit board such as a resin may be used as it is as the fixing member.
[0010]
In the present invention, it is preferable that a positioning member that performs positioning with respect to the external device is attached to the fixing member.
For example, when a circuit board is used as the fixing member, a relatively soft material such as a resin is used, so that the positioning accuracy cannot be increased with the outer shape.
On the other hand, according to the present invention, since the positioning member is attached to the fixing member, the positioning of the piezoelectric actuator device with respect to the external device becomes easy even if a circuit board is used for the fixing member. In particular, the present invention is useful even in a case where positioning accuracy of engagement between an external device and a rotating body is required, for example, as in a gear transmission mechanism, since the fixed member is reliably positioned by the positioning member. .
The positioning member may be formed of a material having relatively high rigidity such as metal or ceramics, which can ensure high positioning accuracy.
[0011]
In the present invention, the substrate includes a fixing member to an external device to which the piezoelectric actuator device is attached, and the fixing member is made of metal and integrally includes a positioning member for positioning with respect to the external device. It is desirable.
According to this invention, since the metal fixing member integrally includes the positioning member, the positioning member is also made of metal, and high rigidity is secured. Therefore, the positioning accuracy of the piezoelectric actuator device with respect to the external device is further improved. Further, since the fixing member and the positioning member are integrally formed, the number of parts of the piezoelectric actuator device is reduced, and the manufacturing cost is reduced.
[0012]
In the present invention, it is preferable that an external connection substrate having a signal input / output terminal with an external device be attached to the fixing member while being insulated from the fixing member.
When the fixing member is made of a metal that is a conductive material, the terminals cannot be formed directly on the fixing member, so that it is necessary to connect the wiring directly to an external device, and the handling becomes complicated. According to the present invention, since the external connection substrate having the signal input / output terminal is provided and the external connection substrate is insulated from the fixing member, for example, by providing a socket into which the substrate is inserted into an external device. Connection can be made easily, and wiring defects can be reliably prevented.
[0013]
In the present invention, the fixing member is formed in a substantially plate shape, and a rotating body is disposed on one surface thereof, and the fixing member has a step formed on one surface on which the rotating body is disposed, or It is preferable that a through-hole penetrating the other surface is provided, and the signal line connected to the piezoelectric element be disposed through a step or a through-hole.
According to the present invention, since the fixing member is provided with the step or the through hole for arranging the signal line connected to the piezoelectric element, wiring to the piezoelectric element is facilitated. In addition, since the signal line is disposed through the step or the through hole, a problem such as disconnection of the signal line due to contact with the rotating body during rotation of the rotating body is eliminated. In particular, when the signal line is wired in the through hole, the signal line is disposed so as to penetrate the side opposite to the side on which the rotating body is provided, so that problems such as disconnection are more reliably prevented.
[0014]
In the present invention, it is preferable that a part of the outer periphery of the rotating body protrudes in the radial direction with respect to the fixed member, and the protruding portion is configured to be connectable to an external member.
According to the present invention, a part of the outer periphery of the rotating body is exposed from the fixed member and is configured to be connectable to the external member, so that the external member does not interfere with the fixed member regardless of the shape. Connected to. Therefore, the rotational motion of the rotating body is transmitted to the external member in a favorable manner.
[0015]
In the present invention, it is preferable that the substrate includes a holding member that holds the vibrating body, and that the holding member is integrally formed with a support shaft that supports the rotating body at its rotation center.
According to the present invention, since the rotating body is supported by the support shaft at the center of rotation, the size of the entire piezoelectric actuator device is reduced as compared to, for example, a case where the rotating body is rotatably supported on the outer peripheral side. Further, since the support shaft is formed integrally with the holding member, the structure is simplified, and the number of parts is reduced, so that the manufacturing cost of the piezoelectric actuator device is reduced.
[0016]
In the present invention, it is preferable that the substrate includes a holding member for holding the vibrating body, and the holding member has a through hole in which a signal line connected to the piezoelectric element is arranged.
According to the present invention, since the through hole for the signal line is provided in the holding member, the signal line from the piezoelectric element passes through the through hole and is arranged on the side opposite to the side on which the vibrating body is provided. . For this reason, the signal line is less likely to come into contact with the rotating body, and problems such as disconnection are prevented.
[0017]
In the present invention, the substrate includes a fixing member to an external device to which the piezoelectric actuator device is attached, and a holding member that holds the vibrating body, and the rotating body is sandwiched in the rotation axis direction by the fixing member and the holding member. Is desirable.
According to the present invention, since the rotating body is sandwiched between the holding member and the fixing member in the rotation axis direction, the axial displacement of the rotating body during rotation is restricted. Therefore, for example, even when the rotating body is engaged with the external member on the outer periphery, the driving force can be transmitted well without disengaging from the external member.
[0018]
In the present invention, it is desirable that a gear for connecting to an external member be provided on the outer periphery of the rotating body.
According to the present invention, since the gears on the outer periphery of the rotating body are connected to the external member, the rotational motion of the rotating body is reliably transmitted to the external member, and the power transmission efficiency is improved. Further, if a similar gear is provided on the external member, the rotation speed can be easily converted by changing the number of teeth of the gear.
[0019]
In the present invention, it is preferable that a cover member that covers the opening of the rotating body be provided.
According to this invention, since the lid member is provided at the opening of the rotating body, intrusion of dust into the contact portion of the vibrating body with the rotating body is reliably prevented, and power transmission from the vibrating body to the rotating body is achieved. A decrease in efficiency is prevented. In addition, durability of the piezoelectric actuator device is improved by preventing dust from entering.
[0020]
According to another aspect of the invention, an apparatus includes the above-described piezoelectric actuator device.
According to the present invention, since the device is provided with the above-described piezoelectric actuator device, the above-described effects are exhibited, the versatility is improved, and the manufacturing cost is reduced.
In addition, as a device provided with the piezoelectric actuator device, for example, a liquid discharge device that sequentially squeezes a tube to discharge the liquid inside, or a gear train is formed by meshing a gear with a gear on the outer periphery of the rotating body, and the train The present invention can be applied to various devices such as a timepiece, a lens zoom device, a toy car, and the like, which are driven by the transmission of the rotational motion.
[0021]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Note that in the second embodiment and later, which will be described later, components that are the same as components in the first embodiment described below and that have similar functions are given the same reference numerals, and descriptions thereof will be simplified or omitted.
[0022]
(First embodiment)
In the first embodiment, the piezoelectric actuator device of the present invention is applied as a driving device for a lens unit. The lens unit is mounted on a camera (not shown) or manufactured and used integrally with the camera.
FIG. 1 is a side sectional view of a lens unit (external device, device) 10 according to the first embodiment. In FIG. 1, a lens unit 10 includes a substantially cylindrical housing 11 and a lens group 15 including three lenses 12, 13, and 14, a first lens 12, a second lens 13, and a third lens 14. And a drive shaft (external member) 23 that movably supports the third lens 14 between the first lens 12 and the second lens 13, and a piezoelectric actuator device 30 that drives the drive shaft 23. Unit.
[0023]
The first lens 12 is fitted into a first lens holding portion 16 provided on one end side (right side in FIG. 1) of the housing 11, and the second lens 13 is connected to the other end side of the housing 11 (in FIG. 1). , Left side), and are fixed to the housing 11 respectively.
The third lens 14 is a zoom lens, and is held by a lens holding frame 21 that is supported so as to be able to advance and retreat inside the housing 11 along an optical axis A from one end of the housing 11 to the other end. . That is, the driven member 22 is constituted by the lens holding frame 21 and the third lens 14, and the driven member 22 is provided so as to be able to reciprocate in both directions indicated by white arrows in FIG.
Here, the third lens 14 is not limited to a zoom lens, and may be a focus lens. In this case, the lens unit 10 can be used as a focus lens unit by appropriately setting the configuration of the lens group 15 and the optical characteristics of each lens.
[0024]
A third lens holding portion 21A for fitting and holding the third lens 14 in the lens holding frame 21, a screw hole 21B on one side (the upper side in FIG. 1) of the third lens holding portion 21A, and a second side (FIG. 1). 1, the lower side) is formed with an insertion hole 21C.
The screw hole 21B and the insertion hole 21C are parallel to the optical axis A, and the screw portion 23A of the drive shaft 23 is screwed into the screw hole 21B, and the guide shaft 24 is inserted into the insertion hole 21C. .
[0025]
The drive shaft 23 is a substantially columnar member whose rotation axis B is disposed parallel to the optical axis A, and is rotatably supported by two bearing holes 18 provided in a flange portion of the housing 11. Have been. Further, both ends of the drive shaft 23 protrude outside the housing 11, respectively, and these protruding portions are formed to have a larger shaft diameter than the central portion where the screw portion 23A is provided. Therefore, the movement of the drive shaft 23 in the axial direction is restricted by the peripheral edge of the bearing hole 18 of the housing 11.
A contact shaft 23B to which the piezoelectric actuator device 30 is connected is provided at an end of the drive shaft 23 on the side of the second lens 13. The contact shaft portion 23B is formed in a cylindrical shape, and a gear 231 is formed on a peripheral surface thereof.
[0026]
The guide shaft 24 is a rod-shaped member parallel to the optical axis A, and is installed on a flange portion of the housing 11. The guide shaft 24 has a function of keeping the angle of the lens holding frame 21 with respect to the optical axis A constant and a function of restricting rotation around the drive shaft 23. Accordingly, the rotation of the drive shaft 23 causes the lens holding frame 21 screwed to the drive shaft 23 to be driven forward and backward while the third lens 14 maintains the state where the third lens 14 is orthogonal to the optical axis A.
[0027]
The piezoelectric actuator device 30 is attached to an attachment portion 19 fixed to the camera body or the housing 11 by a bracket or the like (not shown), and is disposed at a position adjacent to the contact shaft portion 23B of the drive shaft 23.
FIG. 2 is a plan view of the piezoelectric actuator device 30, FIG. 3 is a sectional view taken along line III-III of FIG. 2, and FIG. 4 is a sectional view taken along line IV-IV of FIG. 2, 3, and 4, the piezoelectric actuator device 30 includes a rotating body 31 that engages with the contact shaft portion 23 </ b> B of the drive shaft 23, a vibrating body 40 that rotationally drives the rotating body 31, A holding member 50 that holds the body 40 and a fixing member 60 that supports the holding member 50 and is fixed to the mounting portion 19 are provided. In the present embodiment, the substrate of the present invention includes the holding member 50 and the fixing member 60.
[0028]
The rotating body 31 is formed in a bottomed cylindrical shape, and the vibrating body 40 is disposed inside the rotating body 31. The rotation axis of the rotating body 31 is arranged substantially parallel to the rotation axis B of the drive shaft 23. A gear 311 is formed on the outer periphery of the rotating body 31, and the gear 311 is meshed with a gear 231 of the drive shaft 23.
A shaft hole 32 is formed in the rotation center of the rotating body 31, and the shaft hole 32 is slidably supported by a support shaft (support shaft) 51 integrally formed with the holding member 50. ing. A screw hole 52 is formed substantially at the center of the support shaft portion 51, and the screw 53 is screwed into the screw hole 52 through the fixing member 60, so that the rotating body 31 is attached to the holding member 50 and the fixing member 60. , And the movement in the rotation axis direction is restricted.
[0029]
The surface of the support shaft 51 is coated with a low-friction material such as a fluorine-based resin, so that friction with the shaft hole 32 is reduced. In addition, it is desirable that the diameter of the support shaft portion 51 be set small so that the contact area with the shaft hole 32 can be minimized.
At the open end of the rotator 31, a lid member 70 that covers the opening is provided. The cover member 70 prevents dust from entering the vibrating body 40 inside the rotating body 31. In FIG. 2, the illustration of the cover member 70 is omitted for the sake of explanation.
[0030]
The vibrating body 40 includes a reinforcing plate 41 formed in a substantially rectangular flat plate shape, and flat piezoelectric elements 42 provided on both front and back surfaces of the reinforcing plate 41.
The reinforcing plate 41 is made of stainless steel or another material. A substantially semicircular protrusion 43 protruding in the longitudinal direction is integrally formed at substantially the center in the width direction of one end in the longitudinal direction of the reinforcing plate 41, and the tip of the protrusion 43 is formed on the inner peripheral surface of the rotating body 31. Have been abutted. At a substantially central portion in the longitudinal direction of the reinforcing plate 41, an arm portion 44 protruding substantially perpendicularly to both sides in the width direction is integrally formed. The ends of the arms 44 are fixed to the pedestal 45 by screws 45A.
Therefore, the vibrating body 40 vibrates with the fixing positions of the two arm portions 44 fixed to the pedestal 45 as fulcrums.
[0031]
The piezoelectric element 42 is made of lead zirconate titanate (PZT (registered trademark)), quartz, lithium niobate, barium titanate, lead titanate, lead metaniobate, polyvinylidene fluoride, lead zinc niobate, lead scandium niobate, or the like. Are formed from materials appropriately selected from the above materials.
Electrodes made of nickel, gold, or the like are formed on both surfaces of the piezoelectric element 42 by a method such as plating, sputtering, or vapor deposition. Of these electrodes, the electrode on the surface facing the reinforcing plate 41 is formed over the entire surface of the piezoelectric element 42. The electrodes on the side opposite to the reinforcing plate 41 are electrically insulated from each other by the groove, and are formed in a plurality of lines symmetrically with respect to the center line along the longitudinal direction as an axis. In other words, two grooves are formed so as to substantially divide the piezoelectric element 42 in the width direction. Of the three electrodes divided by these grooves, the electrodes on both sides further divide the longitudinal direction into approximately two parts. A groove is formed in the groove.
With these grooves, an electrode 42A is formed in the center of the surface of the piezoelectric element 42, and two pairs of electrodes 42B and 42C are formed on both sides of the electrode 42A. Leads (signal lines) are connected to the electrodes 42A, 42B, 42C and the reinforcing plate 41, respectively, and these leads are connected to an application device (not shown) that applies a voltage to the piezoelectric element 42. I have.
The electrodes 42A, 42B, and 42C are similarly provided on both the front and back piezoelectric elements 42 provided with the reinforcing plate 41 interposed therebetween. For example, the electrode 42A is formed on the back side of the electrode 42A. .
[0032]
Here, the frequency of the voltage applied to the piezoelectric element 42 is such that when the vibrating body 40 vibrates, the longitudinal vibration that expands and contracts in the longitudinal direction of the piezoelectric element 42 and the point vibration with respect to the center of the plane of the piezoelectric element 42 and the longitudinal vibration Is set appropriately so that bending vibration bending in a direction perpendicular to the direction appears at the same time. In addition, when the voltage is applied to the piezoelectric element 42, the resonance frequency of the longitudinal vibration and the resonance frequency of the bending vibration are close to each other. Is determined as appropriate.
The waveform of the voltage applied to the vibrating body 40 is not particularly limited, and for example, a sine wave, a rectangular wave, a trapezoidal wave, or the like can be used.
[0033]
The pedestal 45 has a concave recess 45B at a portion facing the vibrating body 40 so that the rectangular flat plate portion of the vibrating body 40 does not contact. The pedestal 45 is slidably supported along the radial direction of the rotating body 31 by abutting the side surfaces of a plurality of (three in this embodiment) positioning pins 45C formed on the holding member 50. ing.
In the pedestal 45, a substantially U-shaped elastic portion 45D is formed at an end of the vibrating body 40 farther from the protrusion 43. The end of the elastic portion 45D is locked by a locking pin 45E provided on the holding member 50, whereby the elastic portion 45D urges the pedestal 45 in the longitudinal direction of the vibrating body 40. With this urging force, the protrusion 43 of the vibrating body 40 is in contact with the inner peripheral surface of the rotating body 31 with an appropriate urging force.
Here, the vibrating body 40 is disposed at a position where the longitudinal center line passes through the rotating center line of the rotating body 31. Therefore, the protrusion 43 is abutted from a direction perpendicular to a tangent to the inner peripheral surface of the rotating body 31.
[0034]
FIG. 5 shows a bottom view of the piezoelectric actuator device 30. As shown in FIG. 5, the fixing member 60 is formed of a substrate made of an insulating material, and has a fixing hole 61 formed at a position corresponding to the rotation center of the rotating body 31. A fixed shaft 511 having a smaller diameter than the support shaft portion 51 of the holding member 50 is inserted into the fixing hole 61. A key groove 61A is formed in a part of the fixing hole 61, and the key portion 511A of the fixing shaft 511 is inserted into the key groove 61A, thereby preventing the holding member 50 from rotating with respect to the fixing member 60.
In the fixing member 60, a substantially triangular fixing portion 60A is formed outside the rotating body 31 at a position corresponding to both sides in the width direction of the vibrating body 40, and the fixing member 60 is attached to the fixing portion 60A. A mounting hole 62 for mounting to the mounting portion 19 is formed. By screwing these mounting holes 62 to the mounting portion 19 with screws or the like, the piezoelectric actuator device 30 is fixed to the mounting portion 19.
In the fixed member 60, a linear portion 63 is formed at a position corresponding to a portion where the rotating body 31 engages with the drive shaft 23 along a direction orthogonal to the radial direction of the rotating body 31. Here, since the distance from the center of the support shaft portion 51 to the linear portion 63 is set smaller than the radius of the rotating body 31, a part of the rotating body 31 protrudes from the fixing member 60 in the linear portion 63. And is engaged with the drive shaft 23 at the projecting portion. Thereby, the rotating body 31 is favorably engaged with the drive shaft 23 without the fixing member 60 interfering with the drive shaft 23.
[0035]
A positioning member 64 of the piezoelectric actuator device 30 is provided between the fixing member 60 and the screw 53. The positioning member 64 is a metal disk-shaped member having a concave portion at substantially the center, and is fixed to the support shaft 51 by screws 53 together with the fixing member 60. A circular concave portion (not shown) is formed in the mounting portion 19 at a position corresponding to the positioning member 64, and the rotary member 31 is positioned with respect to the drive shaft 23 by inserting the positioning member 64 into the concave portion. You. At this time, since the positioning member 64 is disposed on the rotation axis of the rotating body 31, the positioning between the drive shaft 23 and the rotating body 31 can be performed with reference to the respective rotation centers, and therefore, the gear 231 and the gear 311 Are meshed satisfactorily and reliably.
[0036]
A lead wire connected to each of the electrodes 42A, 42B, 42C of the piezoelectric element 42 passes through the pedestal 45, the holding member 50, and the fixing member 60, and is opposite to the side on which the rotating body 31 is provided in the fixing member 60. Is located on the side. That is, the pedestal 45 has an elongated through-hole 45F formed in the depression 45B, and the holding member 50 has an elongated through-hole 54 extending through a portion including the support shaft 51, and a fixing member. An elongated through hole 65 penetrating a portion outside the fixing hole 61 is formed in the hole 60.
In the positioning member 64, a notch 64 </ b> A is formed at a position corresponding to the through hole 65, so that a gap is formed between the fixing member 60 and the positioning member 64. The lead wires penetrating through the through holes 45F, 54, 65 and arranged on the opposite side of the fixing member 60 are connected to a plurality of relay terminals 66 provided on the fixing member 60. Here, four relay terminals 66 of the present embodiment are provided and are terminals connected to the electrode 42A, the electrode 42B, the electrode 42C, and the reinforcing plate 41, respectively.
[0037]
A substantially rectangular external connection portion 60 </ b> B is formed on the fixed member 60 outside the rotating body 31 and farther from the drive shaft 23. A plurality of (four in this embodiment) through holes 67 are provided in the external connection portion 60B, and a lead wire connected again from the relay terminal 66 passes through the through holes 67 and is again rotated by the rotating body. 31 is provided. These lead wires are connected to a plurality (four) of signal input / output terminals 68 provided on a plane on the side where the rotating body 31 is provided in the external connection portion 60B. These signal input / output terminals 68 are arranged on the fixed member 60 on the opposite side to the linear portion 63 with respect to the rotation center of the rotating body 31 and have connection terminals at positions corresponding to the signal input / output terminals 68 (not shown). An external substrate is provided facing the external substrate. The external substrate has the above-described application device mounted thereon and is fixed to the mounting portion 19.
[0038]
As described above, the piezoelectric actuator device 30 including the vibrating body 40 operates as follows.
An AC voltage is applied between an electrode appropriately selected from the electrodes 42A, 42B, and 42C of the piezoelectric element 42 and the reinforcing plate 41 by the application device to cause the vibrating body 40 to vibrate. At this time, when, for example, only the electrode 42A and the electrode 42B are selected and a voltage is applied, the vibrating body 40 excites the longitudinal vibration mainly by the electrode 42A. The vibrating body 40 also excites bending vibration mainly by the electrode 42B. When the longitudinal vibration and the bending vibration appear at the same time, the protrusion 43 vibrates in a substantially elliptical orbit combining the longitudinal vibration and the bending vibration.
Since the vibrating body 40 is pressed against the inner periphery of the rotating body 31 by the urging force of the elastic portion 45D, the protrusion 43 is located on the side closer to the inner periphery of the rotating body 31 on the elliptical orbit to be drawn by the vibrating body 40. The frictional force between the protrusion 43 and the inner periphery of the rotating body 31 increases, and the frictional force decreases on the far side.
Therefore, the driving force when the protrusion 43 attempts to draw a trajectory close to the inner circumference of the rotating body 31 is increased, and the rotating body 31 is rotationally driven in the vibration direction at that time. By repeating this operation at a predetermined frequency, the rotating body 31 rotates in one direction.
The rotational motion of the rotating body 31 is transmitted to the drive shaft 23 via the gears 311, 231 and the drive shaft 23 rotates at a predetermined rotation speed.
[0039]
If the electrode of the voltage applied to the piezoelectric element 42 is switched symmetrically with respect to the longitudinal center line of the vibrating body 40, the rotating body 31 can be rotated in the opposite direction. That is, for example, by switching the voltage application to the electrode 42A and the electrode 42B to the voltage application to the electrode 42A and the electrode 42C, the bending vibration is excited in the opposite direction, so that the protrusion 43 is substantially elliptical in the opposite direction. It vibrates while drawing a trajectory, and rotates the rotating body 31 in the opposite direction to drive the drive shaft 23 in the opposite direction.
[0040]
As described above, the rotational movement of the drive shaft 23 causes the lens holding frame 21 and the third lens 14 screwed to the screw portion 23A of the drive shaft 23, that is, the driven member 22 to move along the optical axis A. (In the direction indicated by the white arrow in FIG. 1).
At this time, the position of the driven member 22 is detected by a position reading sensor (not shown) and fed back to the control circuit to perform drive control, so that the driven member 22 can be stopped at an arbitrary position along the optical axis A. Has become.
It should be noted that the position reading sensor is not limited to a sensor that directly detects the position of the driven member 22, but may be, for example, a rotary encoder that detects the amount of rotation of the drive shaft 23.
Therefore, in the lens unit 10 of the present embodiment, the drive shaft 23 is rotated by the vibration of the vibrating body 40, and the driven member 22 can be driven forward and backward along the optical axis A by this rotation. The third lens 14 as a zoom lens can be stopped.
[0041]
According to the first embodiment, the following effects can be obtained.
(1) Since the piezoelectric actuator device 30 is constituted by a unit provided in advance with the vibrating body 40 and the rotating body 31 arranged and fixed to the holding member 50 and the fixing member 60, respectively, the gear 311 of the rotating body 31 is driven. A drive device for driving the drive shaft 23 can be easily formed simply by engaging with the shaft 23. Therefore, unlike the related art, it is not necessary to individually design the shape of the vibrating body 40 and the contact condition with the driven body according to the application, and the versatility of the piezoelectric actuator device 30 can be improved. Thereby, the design process of the lens unit 10 can be simplified, and the manufacturing cost can be reduced.
For example, when the motor attached to the drive shaft 23 is replaced with the piezoelectric actuator device 30, the motor can be replaced only by engaging the rotating body 31 of the piezoelectric actuator device 30 with the gear 231 of the drive shaft 23. No design change is required, and the design process can be simplified. Therefore, the piezoelectric actuator device 30 can be easily driven by incorporating the piezoelectric actuator device 30 into various external devices (devices) driven by the motor.
[0042]
(2) Since the longitudinal center line of the vibrating body 40 is disposed at a position passing through the rotational center line of the rotating body 31, it is possible to set the longitudinal dimension of the vibrating body 40 to the maximum inside the rotating body 31. And a greater driving force can be obtained. Conversely, when the size of the vibrating body 40 is set in advance, the longitudinal center line of the vibrating body 40 is located at a position passing through the rotational center line of the rotating body 31. The piezoelectric actuator device 30 can be made smaller, and the size of the piezoelectric actuator device 30 can be reduced.
Further, since the vibrating body 40 is formed line-symmetrically with respect to the longitudinal center line including the protruding portion 43 and the protruding portion 43 is abutted from a direction perpendicular to a tangent line of the rotating body 31, The vibration becomes line-symmetric with respect to the longitudinal center line, so that the rotating body 31 can be satisfactorily rotated even when the electrode of the piezoelectric element 42 is appropriately selected and the vibrating body 40 is rotated in either the forward or reverse direction. .
[0043]
(3) Since the positioning member 64 is provided at a position corresponding to the rotation center of the rotating body 31, the relative position between the rotating body 31 and the drive shaft 23 can be reliably determined by positioning the positioning member 64 on the mounting portion 19. Can be positioned. At this time, since the rotation center of the rotating body 31 is defined by the positioning member 64, the rotating body 31 rotates without being eccentric with respect to the drive shaft 23, and the gears 231 and 311 can engage with each other satisfactorily and reliably.
Further, since the positioning member 64 is made of metal, it is hardly deformed, and good positioning accuracy can be ensured for a long period of time.
[0044]
(4) Since the fixing member 60 is constituted by a substrate having the signal input / output terminals 68, the electrodes 42A, 42B, 42C of the piezoelectric element 42 and the electrodes 42A, 42B, 42C and The reinforcing plate 41 and the application device can be easily connected. At this time, since the signal input / output terminals 68 are terminals connected to the electrodes 42A, 42B, 42C and the reinforcing plate 41 in advance, the circuit pattern of the substrate connected to these signal input / output terminals 68 Is simplified, and the manufacturing cost of the lens unit 10 can also be reduced.
[0045]
(5) Since the holding shaft 50 is integrally provided with the holding member 50 and the rotating body 31 is supported by the supporting shaft 51, the piezoelectric element is compared with the case where the rotating body 31 is supported from the outer peripheral side. The miniaturization of the entire actuator device 30 can be promoted.
Further, the holding member 50 is provided with a through hole 54 penetrating the support shaft portion 51, and the lead wire of the piezoelectric element 42 is arranged in the through hole 54. Troubles, such as being performed, can be reliably prevented.
[0046]
(6) Since the rotation in the axial direction is restricted by sandwiching the rotating body 31 between the holding member 50 and the fixed member 60, the engagement with the drive shaft 23 does not come off during the rotation of the rotating body 31. , Can transmit the rotational motion well.
Further, since the rotating body 31 is rotatably supported by the holding member 50 and the fixed member 60, a bearing such as a bearing is not required, the structure of the piezoelectric actuator device 30 can be simplified, and the manufacturing cost can be reduced.
[0047]
(7) Since the through hole 65 is provided in the fixing member 60 and the lead wire from the vibrating body 40 is disposed on the side opposite to the side on which the rotating body 31 is provided in the fixing member 60, the lead wire rotates. Problems such as disconnection due to contact when the body 31 rotates can be reliably removed.
Further, the through-holes 67 are formed outside the rotating body 31 of the fixing member 60, and the lead wires are arranged on the rotating body 31 side by arranging the lead wires in these through-holes 67 again. Can be easily connected to the external substrate, and the handleability of the piezoelectric actuator device 30 can be improved.
[0048]
(8) Since the linear portion 63 is provided on the fixing member 60, a portion of the outer periphery of the rotating body 31 that engages with the drive shaft 23 can be arranged to protrude from the fixing member 60. Therefore, it is possible to favorably prevent the fixing member 60 from interfering with the drive shaft 23. Conversely, since the portion other than the linear portion 63 of the fixing member 60 is formed larger than the outer shape of the rotating body 31, damage to the rotating body 31 due to external force or impact can be prevented, and the durability of the piezoelectric actuator device 30 can be reduced. Performance can be improved.
[0049]
(9) Since the tooth-shaped gear 311 is formed on the outer periphery of the rotating body 31, the gear 311 can be securely engaged with the gear 231 of the drive shaft 23, and the rotational movement of the rotating body 31 can be transmitted well.
[0050]
(10) Since the lid member 70 is provided in the opening of the rotating body 31, it is possible to prevent dust and dirt from entering the inside of the rotating body 31 in which the vibrating body 40 is disposed. Therefore, the friction between the vibrating body 40 and the inner periphery of the rotating body 31 can be maintained satisfactorily for a long period of time, the abrasion of the inner periphery of the vibrating body 40 and the rotating body 31 can be reduced, and the durability of the piezoelectric actuator device 30 is improved. be able to. Furthermore, if the lid member 70 is removed, the vibrating body 40 inside the rotating body 31 can be easily attached or replaced, and maintenance can be easily performed.
[0051]
(Second embodiment)
Next, a second embodiment of the present invention will be described. The second embodiment is different from the first embodiment in the structure of the fixing member 60.
FIG. 6 is a plan view of the piezoelectric actuator device 30 according to the second embodiment, and FIG. 7 is a side sectional view thereof. In FIG. 6, the lid member 70 is not shown as in the first embodiment, and the vibrating body 40 is shown by a two-dot chain line.
6 and 7, the fixing member 60 is made of metal, and the positioning member 64 of the first embodiment is not attached to the surface of the fixing member 60 facing the attachment portion 19. In the second embodiment, since the fixing member 60 is made of metal, the accuracy and strength of the mounting hole 62 can be sufficiently ensured. Therefore, the mounting hole 62 also has a positioning function of the piezoelectric actuator device 30.
[0052]
Further, the fixing member 60 does not have the through hole 65 of the first embodiment, but instead has a step (step) 69 on a surface facing the rotating body 31.
The step portion 69 is formed at an elliptical portion 69A formed at a position corresponding to the through hole 54 of the holding member 50, and is formed continuously from the elliptical portion 69A, and is connected to an end of an external connection portion 60B farther from the drive shaft 23. And a fan-shaped portion 69B expanding toward the portion. In this step portion 69, a lead wire from the vibrating body 40 arranged through the through holes 45F and 54 is arranged. These four lead wires are arranged so that the distance from each other increases toward the end of the fixing member 60 along the fan-shaped portion 69B.
[0053]
An external connection substrate 601 that is insulated from the fixing member 60 is attached to an end of the external connection portion 60 </ b> B of the fixing member 60. The external connection substrate 601 is made of an insulating material, and is fixed to the side of the fixing member 60 on which the rotating body 31 is provided by bonding or the like. A plurality of (four) through holes 67 similar to those of the first embodiment are provided in the external connection substrate 601, and the lead wires arranged in the step portion 69 pass through these through holes 67 and are connected to the external connection board 601. The substrate 601 is disposed on the side opposite to the side bonded to the fixing member 60. A signal input / output terminal 68 similar to that of the first embodiment is provided on the external connection substrate 601, and by connecting respective lead wires to these signal input / output terminals 68, a connection terminal to the application device is provided. Is formed.
[0054]
According to the second embodiment, effects similar to the effects (1), (2), (5), (6), (8), (9), and (10) of the first embodiment can be obtained. In addition to the above, the following effects can be obtained.
(11) Since the fixing member 60 is made of metal, the mounting hole 62 can be formed with high rigidity and high precision, and the mounting hole 62 can also serve as a fixing means to the mounting portion 19 and also as a positioning means. it can. Therefore, the positioning member as in the first embodiment is not required, the configuration of the piezoelectric actuator device 30 can be simplified, the number of parts can be reduced, and the manufacturing cost can be reduced.
Also, at this time, the external connection substrate 601 insulated from the fixing member 60 is attached, and the signal input / output terminal 68 is formed on the external connection substrate 601. Therefore, even when the fixing member 60 is made of metal. A signal input / output terminal 68 connected to an external application device can be formed on the fixing member 60. Therefore, similarly to the effect (4) of the first embodiment, the connection with the application device can be easily performed, and the handleability can be improved. Since the signal input / output terminals 68 are terminals connected to the electrodes 42A, 42B, 42C and the reinforcing plate 41 in advance, it is easy to form a circuit pattern on a substrate connected to the signal input / output terminals 68. Accordingly, the manufacturing cost of the lens unit 10 can be reduced.
[0055]
(12) Since the step portion 69 is formed in the fixing member 60, it is possible to reliably prevent the lead wire from contacting the rotating body 31 and prevent the lead wire from being damaged. Further, by this, the lead wire can be arranged on the side of the fixed member 60 where the rotating body 31 is provided, and the arrangement structure can be simplified, and the lead wire can be compared with the case where the through hole 65 is provided in the first embodiment. Can be shortened.
[0056]
It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiments, but includes modifications and improvements as long as the objects of the present invention can be achieved.
For example, the external member connected to the rotating body is not limited to a member that performs a rotational movement such as a drive shaft, and may be a member that performs a linear movement such as a rack and a pinion. In this case, a rod-shaped member having tooth-shaped irregularities may be engaged with the outer periphery of the rotating body. According to this structure, the rotation of the rotating body causes the rod-shaped member to linearly move in the axial direction thereof, so that the rotational movement of the rotating body can be converted into a linear movement.
In addition, the rotating body is not limited to the one having a gear formed on the outer periphery.For example, a belt is brought into contact with the outer periphery of the rotating body, and the belt is moved by frictional force between the rotating body and the belt to transmit the rotational motion. You may.
Further, the rotating body is not limited to the one connected to the external member on the outer circumferential side. For example, a gear is formed on the inner circumferential surface of the rotating body, and the planetary gear is engaged to transmit the rotational motion on the inner circumferential surface of the rotating body. It may be something.
[0057]
The rotating body was slidably and rotatably supported by being sandwiched between the holding member and the fixed member.However, the invention is not limited to this.For example, the rotating body may be connected to a supporting shaft of the holding member via a bearing or the like. Then, the wear between the rotating body and the holding member can be further reduced.
In addition, the rotating body is supported at the center of rotation by the support shaft. However, the present invention is not limited to this. For example, by providing a slidable guide portion or a rotatable roller on the outer periphery of the rotating body, the rotating body is rotated from the outer circumference. It may be supported as much as possible.
In short, the configuration of the rotating body is arbitrary as long as the rotating body can transmit its rotating motion to the driven body (external member).
[0058]
When the fixing member is made of metal, the positioning member for the external device may be formed integrally with the fixing member. According to such a configuration, since the positioning member is made of metal, it can be configured with high rigidity and high accuracy, and good positioning accuracy can be ensured. Further, since the fixing member and the positioning member can be handled as one component, the number of components of the piezoelectric actuator device is reduced, and the manufacturing cost can be reduced.
[0059]
The holding member is provided integrally with the support shaft, but is not limited thereto, and the support shaft may be formed separately. Since the support shaft supports the rotating body, it is desirable that the support shaft be made of a material having high rigidity or a material having a low coefficient of friction, and these materials generally increase costs. However, when the support shaft is formed as a separate body, only the support shaft needs to be formed of a material having high rigidity or a low coefficient of friction, and only a necessary minimum portion that slides with the rotating body is formed of a desired material. it can. Therefore, the material cost of the entire holding member can be reduced, and the manufacturing cost can be reduced. In addition, when a process such as coating is performed on the support shaft, since the support shaft is separate from the holding member, the process can be performed only on a necessary minimum portion, thereby simplifying the processing steps, Cost can be reduced.
[0060]
The shape of the step of the fixing member is not limited to the shape expanding in a fan shape. For example, the same number (plural) of groove-shaped steps as signal lines (leads) are formed, and each lead wire is formed in these grooves. It may be arranged. Also, the same number of through holes in the fixing member as the number of lead wires (signal lines) may be provided.
Similarly, the holding member and the pedestal may have the same number (plural) of through holes as the lead wires.
The positioning member is not limited to being made of metal, and may be, for example, ceramics or any other highly rigid material. The shape of the positioning member is not limited to a disk shape having a concave portion, and may be set arbitrarily, such as a substantially rectangular shape or a cylindrical shape, or a shape formed in a convex shape with respect to an external device. The present invention is not limited to this, and may be formed in a concave shape with respect to the external device. In this case, the external device may be formed with a convex portion that engages with the concave positioning member, and the convex portion may be inserted into the positioning member to position the piezoelectric actuator device with respect to the external device. The arrangement of the positioning member is not limited to the rotation center of the rotating body, and may be, for example, on a circumference corresponding to a position of the fixed member at a predetermined distance from the rotation center of the rotating body. In this case, a plurality of pins may be provided at equal intervals on the circumference, and these pins may be engaged with an external device for positioning.
[0061]
The lid member is not necessarily provided, and even in this case, the object of the present invention can be achieved.
The substrate does not have to include a fixing member and a holding member.For example, a support shaft is integrally formed on a block-shaped substrate, and a rotating body is supported on the support shaft, or the substrate is formed of resin or the like. Any configuration, such as a configuration using a circuit board, can be adopted.
In addition, although a part of the rotating body is arranged to protrude from the fixed member, the present invention is not limited to this, and the whole rotating body may be protruded, that is, for example, the fixed member is formed in a disk shape, and The rotating body may be rotatably provided via a bearing or the like. In this case, since the entire outer periphery of the rotating body is exposed, the degree of freedom in the arrangement of the external member can be improved. Alternatively, the entire outer periphery of the rotating body may be arranged so as not to protrude from the fixed member. That is, for example, the fixing member may be formed in a disk shape having a diameter larger than the diameter of the rotating body, and arranged so as to cover the entire outer periphery of the rotating body in plan view. In this case, since one surface of the rotating body can be protected by the fixing member, disturbance to the rotating body can be further prevented.
[0062]
The configuration of the vibrating body is arbitrary. For example, the vibrating body is not limited to one that draws an elliptical trajectory combining longitudinal vibration and bending vibration, and may be one that drives a rotating body to rotate only by longitudinal vibration or only bending vibration. Further, the arrangement of the vibrating body is not limited to the center line in the longitudinal direction passing through the center line of the periphery of the rotating body, and may be arranged at a predetermined angle with respect to the center line of the surrounding body of the rotating body. Is also good. Further, the vibrating body is not limited to the one in which the piezoelectric elements are provided on both surfaces of the reinforcing plate, and the piezoelectric element may be provided on only one surface of the reinforcing plate.
The protruding portion of the vibrating body is not limited to one provided in the longitudinal direction one end of the vibrating body at the approximate center in the transverse direction, and may be formed to protrude in the longitudinal direction at the transverse direction end, or to the long side. It may be formed so as to protrude diagonally at a corner which is an intersection of the short sides. Further, the protrusions may be formed not only on the short sides but also on the long sides. Furthermore, the protrusion is not limited to being formed integrally with the reinforcing plate, and may be formed of a member separate from the reinforcing plate.
The arm of the vibrator supports the substantially center in the longitudinal direction of the vibrator from both sides. However, the present invention is not limited thereto, and the arm may be supported from one side.
[0063]
Piezoelectric actuator devices are not limited to lens units, but include various devices such as a liquid ejection device that ejects liquid inside the tube by sequentially squeezing the tube, a clock that moves the hands by rotating the train wheel, and a toy car. Applicable to Even when applied to such devices, since the piezoelectric actuator device is configured as a unit, a drive mechanism can be easily configured by connecting a rotating body to a driven body of each device.
[0064]
The best configuration and method for carrying out the present invention have been disclosed in the above description, but the present invention is not limited to this. That is, the present invention has been particularly shown and described with particular reference to particular embodiments, but may be modified in form and form without departing from the spirit and scope of the invention. Those skilled in the art can make various modifications in terms of material, quantity, and other detailed configurations.
Therefore, the description of the shapes, materials, and the like disclosed above is merely an example for facilitating the understanding of the present invention, and does not limit the present invention. The description by the name of the member excluding some or all of the limitations such as is included in the present invention.
[0065]
【The invention's effect】
According to this aspect of the invention, since the piezoelectric actuator device includes the vibrating body including the piezoelectric element and the rotating body that is rotationally driven by the vibrating body, the piezoelectric actuator device can be configured as a unit and applied. There is no need to design according to the device, the versatility can be improved, and mass production is possible, so that there is an effect that the manufacturing cost can be reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a side sectional view showing a lens unit according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a plan view showing a piezoelectric actuator device of the lens unit according to the first embodiment.
FIG. 3 is a sectional view taken along line III-III of FIG. 2;
FIG. 4 is a sectional view taken along line IV-IV of FIG. 2;
FIG. 5 is a bottom view showing the piezoelectric actuator device according to the first embodiment.
FIG. 6 is a plan view showing a piezoelectric actuator device according to a second embodiment.
FIG. 7 is a side sectional view showing a piezoelectric actuator device according to a second embodiment.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Lens unit (equipment, external device), 23 ... Drive shaft (external member), 30 ... Piezoelectric actuator device, 31 ... Rotating body, 40 ... Vibrating body, 41 ... Reinforcement plate, 42 ... Piezoelectric element, 43 ... Protrusion , 45F, 54, 65 ... through-hole, 50 ... holding member, 51 ... support shaft (support shaft), 60 ... fixing member, 62 ... mounting hole, 63 ... linear portion, 64 ... positioning member, 68 ... signal input / output Terminal, 69: step portion (step), 70: lid member, 311: gear, 601: substrate for external connection.
