JP2007049879A - アクチュエータ - Google Patents
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Abstract
【課題】電気機械変換素子の伸縮方向の端面に固着された駆動摩擦部材と、それに摺動する摺動部材とを面接触させることによって、安定した駆動制御を行うことのできるアクチュエータを提供する。
【解決手段】アクチュエータ34は、圧電素子42と、圧電素子42の伸縮方向の端面42Aに取り付けられた駆動軸44と、駆動軸44に係合された連結駒46と、連結駒46に支持されて駆動軸44に摺動する第1摺動部材52、第2摺動部材54と、を備える。第1摺動部材52、第2摺動部材54と駆動軸44は、面接触するように構成される。
【選択図】 図5
【解決手段】アクチュエータ34は、圧電素子42と、圧電素子42の伸縮方向の端面42Aに取り付けられた駆動軸44と、駆動軸44に係合された連結駒46と、連結駒46に支持されて駆動軸44に摺動する第1摺動部材52、第2摺動部材54と、を備える。第1摺動部材52、第2摺動部材54と駆動軸44は、面接触するように構成される。
【選択図】 図5
Description
本発明はアクチュエータに係り、特にデジタルカメラや携帯電話機等の小型精密機器に搭載され、ズームレンズを駆動するアクチュエータに関する。
デジタルカメラ等のレンズ部の駆動装置として圧電素子を用いたアクチュエータがある。例えば特許文献1のアクチュエータは、圧電素子の一方側に駆動軸が固着され、圧電素子の他方側が装置本体に固定される。駆動軸には鏡筒がスライド自在に支持されており、鏡筒は板ばねの付勢力を利用して駆動軸に摩擦係合される。圧電素子には、略鋸歯状の波形をした駆動パルスが印加され、圧電素子は伸び方向と縮み方向で異なる速度で変形する。例えば圧電素子が緩やかに変形すると、駆動軸とともに鏡筒が移動する。逆に、圧電素子が速く変形すると、鏡筒がその質量の慣性によって同じ位置に停まる。したがって、圧電素子に略鋸歯状の波形をした駆動パルスを繰り返し印加することによって、鏡筒を細かなピッチで間欠的に移動させることができる。
特許第2633066号
しかしながら、従来のアクチュエータは、被駆動部材と駆動摩擦部材との摩擦力が不安定であり、被駆動部材を安定した速度、推力で移動させることができないという問題があった。
また、従来のアクチュエータは、被駆動部材と駆動摩擦部材との接触面積が少なく、被駆動部材の十分な推力が得られにくいという問題があった。
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、安定した駆動制御を行うことのできるアクチュエータを提供することを目的とする。
請求項1に記載の発明は前記目的を達成するために、電気機械変換素子と、該電気機械変換素子の伸縮方向の一方側に取り付けられた駆動摩擦部材と、該駆動摩擦部材に係合された被駆動部材と、該被駆動部材に支持されて前記駆動摩擦部材に摺動する摺動部材と、を備えたアクチュエータにおいて、前記摺動部材と前記駆動摩擦部材とが面接触することを特徴とする。
請求項1の発明によれば、摺動部材と駆動摩擦部材とが面接触するので、両者の間の摺動抵抗を安定して得ることができる。よって、請求項1の発明によれば、被駆動部材を安定して駆動制御することができる。
また、請求項1の発明によれば、摺動部材と駆動摩擦部材とを面接触させたので、十分な摩擦力を確保することができる。よって、請求項1の発明によれば、被駆動部材の推力を十分に確保することができる。
請求項2に記載の発明は請求項1の発明において、前記摺動部材は、前記被駆動部材に取りつけられて該被駆動部材と前記駆動摩擦部材とを係合させる方向に付勢する付勢手段と一体的に形成されることを特徴とする。
請求項3に記載の発明は請求項1又は2の発明において、前記駆動摩擦部材は四角柱状に形成されることを特徴とする。
請求項4に記載の発明は請求項1〜3のいずれか1の発明において、前記摺動部材は、前記駆動摩擦部材の両側に配置されることを特徴とする。
請求項5に記載の発明は請求項1〜4のいずれか1の発明において、前記被駆動部材には、ズームレンズの保持枠が取り付けられることを特徴とする。
本発明に係るアクチュエータによれば、摺動部材と駆動摩擦部材とが面接触するので、被駆動部材の推力を十分に確保することができるとともに、安定した駆動制御を行うことができる。
以下添付図面に従って本発明に係るアクチュエータの好ましい実施の形態について詳述する。
図1は本発明に係るアクチュエータが適用されたレンズ装置10を示す斜視図であり、図2、図3はその内部構成を示す斜視図である。
図1に示すようにレンズ装置10は、略矩形状に形成された本体12を有し、この本体12の内部に、図2、図3に示すズームレンズ(群)14、16を備える。ズームレンズ(群)14、16は一方が変倍レンズになっており、もう一方が補正レンズになっている。また、ズームレンズ(群)14、16はそれぞれ保持枠18、20に保持されており、この保持枠18、20は、二本のガイド軸22、24によって光軸P方向にスライド自在に支持されている。二本のガイド軸22、24は、本体12内の対角位置に、且つ、光軸Pと平行に配置されており、本体12に固定されている。
保持枠18は、ガイド軸22が挿通される挿通孔26Aを有するガイド部26と、ガイド軸24が係合されるU状の溝28Aを有する係合部28とを備える。これにより、保持枠18が二本のガイド軸22、24にガイドされ、ズームレンズ(群)14が光軸P方向に移動自在に支持される。同様に、ズームレンズ16の保持枠20は、ガイド軸24が挿通される挿通孔(不図示)を有するガイド部30と、ガイド軸22が係合されるU状の溝32Aを有する係合部32とを備える。これにより、保持枠20が二本のガイド軸22、24にガイドされ、ズームレンズ(群)16が光軸P方向に移動自在に支持される。
ズームレンズ(群)14、16はそれぞれ、アクチュエータ34、36によって光軸P方向に駆動される。アクチュエータ34とアクチュエータ36は、本体12の対向する面に配置される。具体的には、図1の本体12の上面にズームレンズ(群)14用のアクチュエータ34が配置され、本体12の下面にズームレンズ(群)16用のアクチュエータ36が配置される。以下、アクチュエータ34について説明するが、アクチュエータ36も同様に構成される。
なお、図1〜3の符号72、74は、保持枠18や保持枠20の位置を検出する位置検出装置である。位置検出装置72は、反射型のフォトインタラプタであり、保持枠18(或いは保持枠20)に一体形成された板状の反射部78に対向して配置され、本体12(図1参照)の開口部12Aに嵌め込まれて固定される。反射部78には、複数の反射体(不図示)が駆動方向に一定間隔で配置されている。したがって、位置検出装置72から反射部78に投光し、その反射光を受光し、光量の変化を検出することによって、反射部78(すなわち保持枠18、20)の移動量を検出することができる。一方、位置検出装置74は、投光部74Aと受光部74Bとを有し、この投光部74Aと受光部74Bとの間に、保持枠18(或いは保持枠20)に一体形成された板状の遮光部76が挿抜される。したがって、遮光部76が発光部74Aと受光部74Bとの間に挿入されて受光部74Bでの光量が変化することによって、遮光部76(すなわち保持枠18、20)が所定の位置に移動したことを検知することができる。このように、位置検出装置74で保持枠18、20の基準位置を検知し、位置検出装置72で保持枠18、20の移動量を検出することによって、保持枠18、20の位置を正確に求めることができる。アクチュエータ34、36は、位置検出装置72、74の測定値に基づいて駆動制御される。
図4は、アクチュエータ34の構成を示す斜視図である。同図に示すように、アクチュエータ34は主として、固定枠40、圧電素子(電気機械変換素子に相当)42、駆動軸(駆動摩擦部材に相当)44、連結駒(被駆動部材に相当)46、取付金具48によって構成されており、固定枠40は、図1のレンズ装置10の本体12に固定される。
圧電素子42は、レンズ装置10の光軸P方向(以下、駆動方向という)に積層されて形成されており、電圧を印加することによって駆動方向に変形(伸縮)するように構成される。したがって、圧電素子42は、電圧を印加することによって、長手方向の端面42A、42Bが駆動方向に変位する。
圧電素子42の端面42A、42Bのうち、一方側の端面42Aには駆動軸44の基端が固着され、他方側の端面42Bには軟性材料から成る錘部材58が接着されて固定される。
錘部材58は、端面42Bに負荷を与えることによって、端面42Bが端面42Aよりも大きく変位することを防止する。したがって、錘部材58としては、駆動軸44よりも重量が大きいものが好ましい。また、錘部材58は圧電素子42及び駆動軸44よりもヤング率の小さい材料が用いられ、例えば300MPa以下の材質によって構成される。例えば、錘部材58はウレタンゴムやウレタン樹脂等から成り、このゴムや樹脂に、比重を高くするためのタングステン等の金属粉末を混合して製造される。錘部材58の比重は、小型化のためにできるだけ高いことが好ましく、例えば8〜12程度に設定される。
錘部材58は、圧電素子42の反対側が、取付金具48に接着されている。取付金具48は、薄い金属板を屈曲させることによってコ状に形成されており、その両端の屈曲部分には開口部48Bが形成される。取付金具48は、この開口部48Bを、固定枠40の突起部40Bに嵌合させることによって、固定枠40に取り付けられる。これにより、圧電素子42が錘部材58、取付金具48を介して固定枠40に支持される。
このように支持された圧電素子42は、端面42Bが駆動方向に変位可能に支持される。すなわち、軟性の錘部材58が膨張、収縮したり、或いは取付金具48が撓むことによって、圧電素子42の端面42Bが駆動方向に変位することができる。
一方、圧電素子42の端面42Aに固着された駆動軸44は、四角柱状に形成されており、その中心軸が駆動方向になるように配置される。この駆動軸44は、固定枠40に形成された二つの孔40A、40Aに挿通されてガイドされ、中心軸方向にスライド自在に支持される。駆動軸44の材質は、黒鉛結晶を強固に複合させた黒鉛結晶複合体、例えばカーボングラファイトが用いられる。
図4に示すように駆動軸44には、連結駒46が係合されている。連結駒46は、前述したズームレンズ14の保持枠18に連結されており、保持枠18とともに光軸P方向(駆動方向)にスライド自在に支持される。また、連結駒46は、矩形状に形成されており、その四つの各コーナー部には上方に突出した突出部46A、46A…が設けられる。
図5は連結駒46と駆動軸44との連結部分の断面図である。同図に示すように、連結駒46と駆動軸44との連結部分には、第1摺動部材52と第2摺動部材54が設けられている。第1摺動部材52は、駆動軸44の上側に配置され、第2摺動部材54は駆動軸44の下側に配置される。この第1摺動部材52及び第2摺動部材54は、連結駒46と駆動軸44との摩擦力を安定して得るために設けられる部材であり、例えばステンレスによって構成される。
第1摺動部材52と第2摺動部材54は、平板状に形成されており、第2摺動部材は、連結駒46に固定される。第1摺動部材52は、連結駒46の突出部46A、46A…に合わせて各コーナー部が切り欠かれており、第1摺動部材52を突出部46A、46A…で囲まれた領域内に配置される。
連結駒46には押えばね56が取り付けられる。押えばね56は、金属板を屈曲させることによって構成されており、爪56Aを連結駒46の下部に引っかけることによって連結駒46に取りつけられる。また、押えばね56は、第1摺動部材52の上側に配置された押圧部56Bを有し、その押圧部56Bで第1摺動部材52を下方に付勢するように構成される。これにより、駆動軸44は、第1摺動部材52と第2摺動部材54で挟圧された状態になり、連結駒46が第1摺動部材52及び第2摺動部材54を介して駆動軸44に摩擦係合される。その際、四角柱状に形成された駆動軸44に対して、第1摺動部材52と第2摺動部材54が面接触される。
なお、連結駒46と駆動軸44との摩擦力は、圧電素子42に緩やかな電圧変化の駆動パルスを印加した際にその駆動力よりも摩擦力が大きくなるように、且つ、圧電素子42に急激な電圧変化の駆動パルスを印加した際にその駆動力よりも摩擦力が小さくなるように設定される。その際、摩擦力(摺動抵抗)は10gf以上30gf以下が好ましく、15gf以上25gf以下がより好ましい。
上述した圧電素子42には、図6(A)、図6(B)に示す駆動パルスの電圧が印加される。図6(A)は、図4の連結駒46を左方向に移動させる際の駆動パルスであり、図6(B)は、図4の連結駒46を右方向に移動させる際の駆動パルスである。
図6(A)の場合、圧電素子42には、時刻α1から時刻α2にかけて緩やかに立ち上がり、時刻α3で急激に立ち下がる略鋸歯状の駆動パルスを印加している。したがって、時刻α1から時刻α2では、圧電素子42が緩やかに伸長する。その際、駆動軸44が緩やかな速度で移動するので、連結駒46は駆動軸44とともに移動する。これにより、図4の連結駒46を、左方向に移動させることができる。時刻α3では、圧電素子42が急激に縮まるので、駆動軸44は右方向に移動する。その際、駆動軸44が急激に移動するので、連結駒46は慣性によってその位置に停止したまま、駆動軸44だけが移動する。したがって、図6(A)に示した鋸歯状の駆動パルスを繰り返し印加することによって、図4の連結駒46は、左方向への移動と停止を繰り返すので、左方向に移動させることができる。
図6(B)の場合、圧電素子42には、時刻β1から時刻β2にかけて緩やかに立ち下がり、時刻β3で急激に立ち上がる略鋸歯状の駆動パルスを印加している。したがって、時刻β1から時刻β2では、圧電素子42が緩やかに縮まる。その際、駆動軸44が緩やかに変位するので、連結駒46は駆動軸44とともに移動する。これにより、図4の連結駒46を、右方向に移動させることができる。時刻β3では、圧電素子42が急激に伸長し、駆動軸44は、左方向に移動する。その際、駆動軸44が急激に移動するので、連結駒46は慣性によってその位置に停止したまま、駆動軸44だけが移動する。したがって、図6(B)に示した鋸歯状の駆動パルスを繰り返し印加することによって、図4の連結駒46は右方向への移動と停止を繰り返すので、右方向に移動させることができる。
次に上記の如く構成されたアクチュエータ34の作用について説明する。
アクチュエータ34は、駆動軸44が四角柱状に形成され、第1摺動部材52、第2摺動部材54が平板状に形成されているため、押えばね56で付勢された第1摺動部材52、第2摺動部材54は、駆動軸44に面接触している。したがって、駆動軸44と第1摺動部材52、第2摺動部材54との間には十分な摩擦力が確保される。よって、この状態で圧電素子42にパルス状に電圧を印加して連結駒46を駆動軸44に沿って移動させると、連結駒46を十分な推力で移動させることができる。
このように本実施の形態のアクチュエータ34は、駆動軸44と第1摺動部材52、第2摺動部材54を面接触させるようにしたので、十分な摩擦力を得ることができ、連結駒46を十分な推力で移動させることができる。
また、本実施の形態のアクチュエータ34によれば、駆動軸44と第1摺動部材52、第2摺動部材54とを面接触させるようにしたので、連結駒46を駆動軸44に沿って移動させた際に、駆動軸44と第1摺動部材52、第2摺動部材54との摺動抵抗が変動することを抑制できる。よって、本実施の形態によれば、連結駒46の安定した駆動制御を行うことができる。
なお、上述した実施形態は、駆動軸44を四角柱状に形成し、第1摺動部材52、第2摺動部材54を平板状に形成したが、駆動軸44、第1摺動部材52、第2摺動部材54の形状はこれに限定するものではなく、駆動軸44と第1摺動部材52、第2摺動部材54とが面接触するように形成されていればよい。したがって、駆動軸44は六角柱状や八角柱状等の多角柱状であってもよい。また、図7に示すように、駆動軸44を円柱状に形成するとともに、第1摺動部材52、第2摺動部材54を円弧状に形成し、駆動軸44と第1摺動部材52、第2摺動部材54が曲面で面接触するようにしてもよい。
また、本実施の形態によれば、第1摺動部材52、第2摺動部材54を別途設けたが、付勢手段である押えばね56に一体的に形成してもよい。例えば図8に示すように、押えばね55に第1摺動部55Bと第2摺動部55Cとを一体的に形成し、この第1摺動部55Bと第2摺動部55Cとで駆動軸44を挟持してもよい。このように押えばね55に第1摺動部55Bと第2摺動部55Cを設けることによって、部品点数を減らすことができ、組立性を向上させることができる。
さらに本実施の形態によれば、第2摺動部材54を介して連結駒46を駆動軸44に摺動させるようにしたが、連結駒46と駆動軸44を直接摺動させるようにしてもよい。
なお、本発明において錘部材58の材質は、上述した軟性材料に限定されるものではなく、硬性材料のものを用いてもよいが、軟性材料のものを用いることが下記の点で好ましい。すなわち、軟性材料から成る錘部材58を用いると、圧電素子42、駆動摩擦部材44、及び、錘部材58から成る系の共振周波数が低くなる。共振周波数が低くなることで圧電素子42、駆動軸44、及び、錘部材58の構成のバラツキによる影響が少なくなり、安定した駆動力を得ることができる。また、共振周波数f0 が低くなることで、駆動周波数fは、f≧21/2 ・f0 、となる防振領域に設定しやすくなり、共振の影響が少なくなって安定した駆動力を得ることができる。これにより、圧電素子42の伸縮による駆動力が、被駆動部材に確実に伝達されるので、被駆動部材を圧電素子42の伸縮方向に正確に移動させることができる。さらに、共振周波数f0 が小さくなって共振による影響が少なくなるので、アクチュエータの支持位置や支持方法を任意に選択することができ、例えば圧電素子42の端面42Aや側面、駆動軸44の側面や端面でアクチュエータを支持することができる。
10…レンズ装置、12…本体、14、16…ズームレンズ(群)、18、20…保持枠、34、36…アクチュエータ、40…固定枠、42…圧電素子、44…駆動軸、46…連結駒、48…取付金具、52…第1摺動部材、54…第2摺動部材、56…押えばね、58…錘部材
Claims (5)
- 電気機械変換素子と、該電気機械変換素子の伸縮方向の一方側に取り付けられた駆動摩擦部材と、該駆動摩擦部材に係合された被駆動部材と、該被駆動部材に支持されて前記駆動摩擦部材に摺動する摺動部材と、を備えたアクチュエータにおいて、
前記摺動部材と前記駆動摩擦部材とが面接触することを特徴とするアクチュエータ。 - 前記摺動部材は、前記被駆動部材に取りつけられて該被駆動部材と前記駆動摩擦部材とを係合させる方向に付勢する付勢手段と一体的に形成されることを特徴とする請求項1に記載のアクチュエータ。
- 前記駆動摩擦部材は四角柱状に形成されることを特徴とする請求項1又は2に記載のアクチュエータ。
- 前記摺動部材は、前記駆動摩擦部材の両側に配置されることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1に記載のアクチュエータ。
- 前記被駆動部材には、ズームレンズの保持枠が取り付けられることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1に記載のアクチュエータ。
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