JP2008253023A - Drive unit - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は圧電素子などの電気機械変換素子を用いた駆動装置に関し、特に小型デジタル
カメラやウェブカメラ又はカメラ付き携帯電話機等に搭載する小型のレンズなど光学部材
を駆動する駆動装置に関する。
The present invention relates to a driving apparatus using an electromechanical transducer such as a piezoelectric element, and more particularly to a driving apparatus that drives an optical member such as a small lens mounted on a small digital camera, a web camera, a mobile phone with a camera, or the like.
従来、駆動装置として、駆動信号（駆動パルス）の供給による電気機械変換素子（駆動用電気機械変換素子）の伸縮に応じて駆動軸（ロッド）を往復駆動させ、駆動軸に摩擦係合された被駆動部材（移動体）を移動させるものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
しかしながら、上述したような駆動装置では、個体差によって被駆動部材の移動速度がばらつくという問題がある。特に、上述したような駆動装置では、例えば所定周波数の駆動信号を電気機械変換素子に供給して駆動軸を往復駆動させる際、一の駆動方向における被駆動部材の移動速度と他の駆動方向における被駆動部材の移動速度とがばらつく（対称性が悪い）という問題がある。 However, the drive device as described above has a problem that the moving speed of the driven member varies due to individual differences. In particular, in the drive device as described above, for example, when a drive signal having a predetermined frequency is supplied to the electromechanical transducer and the drive shaft is driven to reciprocate, the moving speed of the driven member in one drive direction and the other drive direction There is a problem that the movement speed of the driven member varies (poor symmetry).
そこで、本発明は、被駆動部材の移動速度のばらつきを抑制することができる駆動装置を提供することを課題とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a drive device that can suppress variations in the moving speed of the driven member.
上記課題を解決するために、本発明に係る駆動装置は、駆動信号の供給による電気機械変換素子の伸縮に応じて駆動軸を往復駆動させて、駆動軸に摩擦係合された被駆動部材を移動させる駆動装置において、駆動軸は、成形により形成されており、駆動軸の外周面には、研磨処理が施されていることを特徴とする。 In order to solve the above-described problem, a drive device according to the present invention is configured to reciprocate a drive shaft according to expansion and contraction of an electromechanical conversion element by supplying a drive signal, and to drive a driven member frictionally engaged with the drive shaft. In the drive device to be moved, the drive shaft is formed by molding, and the outer peripheral surface of the drive shaft is polished.
この駆動装置によれば、駆動軸の外周面に研磨処理が施されていることにより、被駆動部材の移動速度のばらつきを抑制することができる。これは、以下の理由によると考えられる。すなわち、かかる研磨処理が施されていることにより、駆動軸の軸線方向におけるゆがみを抑制させることができる。加えて、駆動軸を成形する際には、外周面側の部分の材質特性が変異し易いことから、駆動軸の外周面側と中心側とで材質特性が不均一となる場合があるが、上記のように外周面に研磨処理が施されていることにより、この材質特性の不均一の影響を低減させることが可能となる。 According to this drive device, since the polishing process is performed on the outer peripheral surface of the drive shaft, variations in the moving speed of the driven member can be suppressed. This is considered to be due to the following reason. That is, by performing such a polishing process, it is possible to suppress distortion in the axial direction of the drive shaft. In addition, when molding the drive shaft, the material characteristics of the portion on the outer peripheral surface side are likely to vary, so the material characteristics may be uneven on the outer peripheral surface side and the center side of the drive shaft, Since the outer peripheral surface is subjected to the polishing treatment as described above, it is possible to reduce the influence of the non-uniform material characteristics.
ここで、駆動軸の外周面には、表面粗さが小さくなるように、研磨処理が施されていることが好ましい。また、駆動軸は、円柱形状を呈するものであって、駆動軸の外周面には、真円度及び円筒度の少なくとも一方が小さくなるように、研磨処理が施されていることが好ましい。これらの場合、例えば駆動軸の軸線方向におけるゆがみを一層抑制させ、被駆動部材の移動速度のばらつきを一層抑制することができる。 Here, it is preferable that the outer peripheral surface of the drive shaft is polished so that the surface roughness is reduced. The drive shaft has a columnar shape, and it is preferable that the outer peripheral surface of the drive shaft is polished so that at least one of roundness and cylindricity is reduced. In these cases, for example, distortion in the axial direction of the drive shaft can be further suppressed, and variations in the moving speed of the driven member can be further suppressed.
また、駆動部材は、カーボン樹脂複合体又は黒鉛結晶複合体であることが好ましい。 The driving member is preferably a carbon resin composite or a graphite crystal composite.
また、駆動軸の外周面には、所定周波数の駆動信号の供給による駆動軸の一の駆動方向と他の駆動方向との変位差において所定周波数の３倍〜６倍の周波数成分が所定範囲内に入るように、研磨処理が施されていることが好ましい。この場合、被駆動部材の移動速度のばらつきをより一層抑制することができる。 Further, on the outer peripheral surface of the drive shaft, a frequency component of 3 to 6 times the predetermined frequency is within a predetermined range in the displacement difference between one drive direction of the drive shaft and the other drive direction by supplying a drive signal of the predetermined frequency. It is preferable that a polishing process is performed so as to enter. In this case, variation in the moving speed of the driven member can be further suppressed.
本発明に係る駆動装置によれば、被駆動部材の移動速度のばらつきを抑制することが可能となる。 According to the drive device according to the present invention, it is possible to suppress variations in the moving speed of the driven member.
以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明において同一又は相当要素には同一符号を付し、重複する説明は省略する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the description of the drawings, the same or equivalent elements will be denoted by the same reference numerals, and redundant description will be omitted.
図１は本発明の実施形態に係る駆動装置の断面図である。図１に示すように、本実施形態に係る駆動装置１は、移動レンズ７０を移動対象物とし移動レンズ７０の駆動を行なうものであり、アクチュエータ１０と、このアクチュエータ１０を組み付ける固定枠２４と、を備えて構成されている。
FIG. 1 is a sectional view of a driving apparatus according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the
まず、この駆動装置１のアクチュエータ１０について説明する。アクチュエータ１０は、圧電素子（電気機械変換素子）１２と、駆動軸１４と、被駆動部材１６と、錘部材１８とによって構成されている。
First, the
圧電素子１２は、積層型の圧電素子である。この圧電素子１２の形状は、積層方向に延びる長尺円柱状であり、その径はＤ１である。また、圧電素子１２には、二つの入力端子７２Ａ、７２Ｂが設けられており、これらの入力端子７２Ａ，７２Ｂを介して制御部７１が接続されている。そして、圧電素子１２は、制御部７１から入力される電気信号に応じて、その積層方向に伸長及び収縮する。例えば、この入力端子７２Ａ、７２Ｂに印加される電圧を繰り返して増減させた場合、圧電素子１２は伸長及び収縮を繰り返す。
The
駆動軸１４は、その基端部１４ａが、圧電素子１２の一端面１２Ａに当接した状態で接着剤（不図示）を用いて圧電素子１２に接着固定されている。このように、駆動軸１４は、圧電素子１２に取り付けられることにより、圧電素子１２の伸長及び収縮の繰り返し動作に応じて、その長手方向（軸線方向）に沿って往復移動する。この駆動軸１４は、径がＤ２（＞Ｄ１）の長尺円柱状の部材であり、その軸線方向が圧電素子１２の伸縮方向（図中における矢印方向）に沿うように取り付けられている。なお、駆動軸１４の軸線方向から見た断面形状は円に限定されず、楕円や矩形等であってもよい。
The
錘部材１８は、圧電素子１２の他端面１２Ｂに、接着剤（不図示）により、固定枠２４に対し支持固定されない状態で設けられている。すなわち、錘部材１８は、固定枠２４に対し直接に支持又は固定されていない。また、錘部材１８は、固定枠２４に対し動きを拘束されるように支持又は固定されていない状態で、接着剤や樹脂材を介して設けられている。
The
この錘部材１８は、圧電素子１２の端面１２Ｂに負荷を与えることにより、端面１２Ｂが端面１２Ａよりも大きく変位することを防止するものである。錘部材１８としては、駆動軸１４よりも質量の大きいものが好ましい。また駆動軸１４よりも質量の大きい錘部材１８を設けることにより、圧電素子１２の伸縮を効率よく駆動軸１４側に伝えることが可能である。例えば、駆動軸１４が８ｍｇであり、圧電素子１２が３０ｍｇである場合には、２０ｍｇの錘部材１８が用いられる。錘部材１８と圧電素子１２とを固着する接着剤としては、弾性接着剤を用いることが好ましい。
The
錘部材１８は、軟性材料によって構成されており、これにより、アクチュエータ１０における共振周波数が圧電素子１２の駆動周波数に対し十分に小さくされ、共振の影響が低減されている。錘部材１８の構成材料としては、圧電素子１２及び駆動軸１４よりもヤング率の小さいもの（例えば、ヤング率が１ＧＰａ以下のものが好ましく、３００ＭＰａ以下のものがより好ましい）が用いられる。また、錘部材１８の比重は、装置の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。ここでは、錘部材１８の構成材料には、ゴム等の弾性体に比重の大きい金属粉を混ぜ合わせたもの、例えば、ウレタンゴムやウレタン樹脂にタングステンの粉末を混ぜ合わせたものが用いられ、このような錘部材１８ではヤング率が６０ＭＰａ程度、比重が１１．７程度となっている。
The
錘部材１８の体積をできる限り小さく設計したいときは、比重が大きく且つヤング率の小さい組み合わせの錘部材１８が最適であるが、錘部材１８は駆動軸１４の比重より大きく（比重１．８以上）、且つヤング率が１ＧＰａ以下のものであれば利用可能である。すなわち、比重をヤング率で除した数値（比重／ヤング率）が１．８×１０−９以上であれば錘部材１８として適している。
When it is desired to design the volume of the
固定枠２４は、上述したアクチュエータ１０を組み付けて支持している。以下、固定枠２４によるアクチュエータ１０の支持について具体的に説明する。
The
アクチュエータ１０は、その駆動軸１４が、固定枠２４から内側へ延びる２つの仕切り部２４Ｂ，２４Ｃにより長手方向に沿って移動可能に支持されている。これらの仕切り部２４Ｂ，２４Ｃは、被駆動部材１６の移動領域を仕切る部分であり、駆動軸１４を支持する部分としても機能している。固定枠２４は、アクチュエータ１０を収容するための筐体として機能し、また、アクチュエータ１０を組み付けるための枠体若しくはフレーム部材として機能している。
The
仕切り部２４Ｂ，２４Ｃそれぞれには、駆動軸１４を貫通させる貫通孔２４Ａが形成されている。一方の仕切り部２４Ｂは、駆動軸１４の圧電素子１２の取り付け部分の近傍、すなわち駆動軸１４の基端部１４ａ位置において駆動軸１４を支持している。他方の仕切り部２４Ｃは、駆動軸１４の先端部１４ｂ位置において駆動軸１４を支持している。
Each of the
なお、図１では、仕切り部２４Ｂ，２４Ｃによって駆動軸１４がその基端部１４ａ及び先端部１４ｂの２ヵ所において支持された態様を示しているが、駆動軸１４をその基端部１４ａ又は先端部１４ｂのいずれか一方で支持する場合もある。例えば、仕切り部２４Ｂ側の貫通孔２４Ａを駆動軸１４の外径より大きく形成することにより、駆動軸１４が仕切り部２４Ｃにより先端部１４ｂのみで支持されることとなる。また、仕切り部２４Ｃ側の貫通孔２４Ａを駆動軸１４の外径より大きく形成することにより、駆動軸１４が仕切り部２４Ｂにより基端部１４ａのみで支持されることとなる。
FIG. 1 shows a state in which the
或いは、固定枠２４と別体の仕切り部２４Ｂ，２４Ｃを固定枠２４に取り付けて設ける場合もある。この別体の場合であっても、一体となっている場合と同様な機能、効果が得られる。
Alternatively, there may be a case where
支持部材６０は、アクチュエータ１０を固定枠２４に支持するためのものである。この支持部材６０は、アクチュエータ１０を収容する固定枠２４と圧電素子１２との間に配設されており、アクチュエータ１０を圧電素子１２の伸縮方向に対して側方から支持する。この場合、アクチュエータ１０を圧電素子１２の伸縮方向と直交する方向から支持することが好ましい。この支持部材６０は、アクチュエータ１０を側方から支持して取り付ける取付部材として機能している。
The
支持部材６０は、所定以上の弾性特性を有する弾性体により形成され、例えばシリコーン樹脂により形成される。支持部材６０は、圧電素子１２を挿通させる挿通孔６０Ａを形成して構成され、その挿通孔６０Ａに圧電素子１２を挿通させた状態で固定枠２４に組み付けられている。支持部材６０の固定枠２４への固着は、接着剤（不図示）による接着により行われる。また、支持部材６０と圧電素子１２の間の固着も、接着剤（不図示）による接着により行われる。この支持部材６０を弾性体によって構成することにより、アクチュエータ１０を圧電素子１２の伸縮方向に移動可能に支持することができる。なお、図１において、支持部材６０が圧電素子１２の両側に２つ図示されているが、この支持部材６０、６０は一つの連続する支持部材６０の断面をとることによって２つに図示されたものである。
The
ここで、圧電素子１２が伸縮する際にその伸縮による振動が生ずるが、上述したように、圧電素子１２を含むアクチュエータ１０が支持部材６０によって伸縮方向に対し側方から支持されているため、圧電素子１２の伸縮により生ずる振動がアクチュエータ１０の外部へ伝達されにくい。そのため、アクチュエータ１０が固定枠２４などの外部の部材と共振することが抑制され、その共振の影響を低減することができる。従って、被駆動部材１６及び移動レンズ７０を正確に移動させることができる。
Here, when the
なお、支持部材６０の固定枠２４への固着及び圧電素子１２への固着は、固定枠２４と圧電素子１２の間に支持部材６０を圧入し、支持部材６０の押圧によっておこなってもよい。例えば、支持部材６０を弾性体により構成し、且つ固定枠２４と圧電素子１２の間より大きく形成してその間に支持部材６０を圧入して設置することにより、支持部材６０は、固定枠２４及び圧電素子１２に密着して配設される。この場合、圧電素子１２は、支持部材６０により伸縮方向に直交する方向の両側から押圧され、アクチュエータ１０が支持されることになる。
The fixing of the
ちなみに、本実施形態では支持部材６０をシリコーン樹脂で形成したが、例えば、支持部材６０をバネ部材により構成してもよい。つまり、固定枠２４と圧電素子１２の間にバネ部材を配置し、このバネ部材によってアクチュエータ１０を固定枠２４に対し支持してもよい。
Incidentally, although the
被駆動部材１６は、上述したアクチュエータ１０の駆動軸１４に移動可能に取り付けられている。この被駆動部材１６は、駆動軸１４に対し摩擦係合されて取り付けられ、駆動軸１４の長手方向に沿って移動可能となっている。例えば、被駆動部材１６は、駆動軸１４に対し所定の摩擦係数で係合しており、一定の押圧力で駆動軸１４に押し付けられることによってその移動の際に一定の摩擦力が生じるように取り付けられている。なお、被駆動部材１６と駆動軸１４との摩擦力は、圧電素子１２に緩やかな変化の電圧を印加した際に、その駆動力よりも静摩擦力が大きくなるように、且つ、圧電素子１２に急激な変化の電圧を印加した際に、その駆動力よりも静摩擦力が小さくなるように設定される。
The driven
この被駆動部材１６は、図６に示すように、本体部１６Ａ、押圧部１６Ｂ及び摺動部１６Ｃを備えて構成される。本体部１６Ａは、押圧部１６Ｂにより駆動軸１４に一定の力で押圧されている。本体部１６Ａには、Ｖ字状の溝１６Ｄが形成されている。この溝１６Ｄの内には、二つの摺動部１６Ｃ、１６Ｃに挟持された状態で駆動軸１４が収容されている。摺動部１６Ｃ、１６Ｃは、断面Ｖ字状の板体であり、互いに凹部側を向き合わせて配置され、駆動軸１４を挟んで設けられている。このようにＶ字状の溝１６Ｄ内に駆動軸１４を収容することにより、被駆動部材１６を安定して駆動軸１４に取り付けることができる。
As shown in FIG. 6, the driven
押圧部１６Ｂとしては、例えば、断面Ｌ字状の板バネ材が用いられる。押圧部１６Ｂの一辺を本体部１６Ａに掛止させ、他の一辺を溝１６Ｄの対向位置に配することにより、他の一辺により溝１６Ｄに収容される駆動軸１４を本体部１６Ａ及び摺動部１６Ｃと共に挟み込むことができる。これにより、本体部１６Ａを駆動軸１４側へ押圧することができる。
As the
このように、被駆動部材１６は、押圧部１６Ｂにより本体部１６Ａを駆動軸１４側に一定の力で押圧して取り付けられることにより、駆動軸１４に対し摩擦係合される。すなわち、被駆動部材１６は、駆動軸１４に対し本体部１６Ａ及び押圧部１６Ｂが一定の押圧力で押し付けられ、その移動に際し一定の摩擦力が生ずるように取り付けられる。
In this way, the driven
また、断面Ｖ字状の摺動部１６Ｃ、１６Ｃにより駆動軸１４を挟み込むことにより、被駆動部材１６が駆動軸１４に複数箇所で線接触することになり、駆動軸１４に対し安定して摩擦係合させることができる。また、複数箇所の線接触状態により被駆動部材１６が駆動軸１４に係合しているため、実質的に被駆動部材１６が駆動軸１４に面接触状態で係合していると同様な係合状態となり、安定した摩擦係合が実現できる。
Further, by sandwiching the
なお、図６においては摺動部１６Ｃが断面Ｖ状の板体で構成されているが、摺動部１６Ｃを断面円弧状の板体として構成して、駆動軸１４に面接触させてもよい。この場合、被駆動部材１６が駆動軸１４に面接触状態で係合するため、被駆動部材１６を駆動軸１４に対しより安定して摩擦係合することができる。
In FIG. 6, the sliding
圧電素子１２には、制御部７１により、図２（Ａ）、図２（Ｂ）に示す波形の電圧が印加される。ここで、図２（Ａ）、図２（Ｂ）は圧電素子１２に印加するパルス波形の一例を示したものである。なお、図２（Ａ）は、被駆動部材１６を図１の矢印の左方向（つまり、駆動軸１４に沿って圧電素子１２から離間する方向）に移動させる際のパルス波形であり、図２（Ｂ）は被駆動部材１６を図１の矢印の右方向（つまり、駆動軸１４に沿って圧電素子１２に接近する方向）に移動させる際のパルス波形である。
A voltage having a waveform shown in FIGS. 2A and 2B is applied to the
被駆動部材１６を矢印の左方向に移動させる場合、圧電素子１２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が印加される（図２（Ａ）参照）。従って、時刻α１から時刻α２までは、圧電素子１２が緩やかに伸長する。その際、駆動軸１４が緩やかな速度で移動するので、被駆動部材１６は駆動軸１４と共に移動する。これにより、被駆動部材１６が図１の矢印の左方向に移動する。時刻α３では、圧電素子１２が急激に縮まるので、駆動軸１４は図１の矢印の右方向に移動する。その際、駆動軸１４が急激に移動するので、被駆動部材１６は慣性によってその位置に停止したまま、駆動軸１４だけが移動する。従って、図２（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、被駆動部材１６は図１の矢印の左方向への移動と停止を繰り返すので、被駆動部材１６を左方向へ移動させることができる。
When the driven
それとは逆に、被駆動部材１６を矢印の右方向に移動させる場合、圧電素子１２には、時刻β１で急激に立ち上がり、時刻β２から時刻β３にかけて緩やかに立ち下がる略鋸歯状の駆動パルスが印加される（図２（Ｂ）参照）。従って、時刻β１では圧電素子１２が急激に伸長し、駆動軸１４は図１の矢印の左方向に移動する。その際、駆動軸１４が急激に移動するので、被駆動部材１６は慣性によってその位置に停止したまま、駆動軸１４だけが移動する。時刻β２から時刻β３までは、圧電素子１２が緩やかに縮まる。その際、駆動軸１４が緩やかに変位するので、被駆動部材１６は駆動軸１４と共に移動する。これにより、被駆動部材１６を図１の矢印の右方向に移動させることができる。従って、図２（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、被駆動部材１６は図１の矢印の右方向への移動と停止を繰り返すので、被駆動部材１６を右方向へ移動させることができる。
On the other hand, when the driven
なお、駆動軸１４と被駆動部材１６の摺動接触部分には動作を安定させ、且つ繰り返し駆動した時の耐久性を向上させるために潤滑剤が塗布されている。この潤滑剤は低温下でも駆動軸１４と被駆動部材１６の摺動駆動抵抗が増加しないように、温度によって性能が変化し難いものが好ましい。また、光学部品や機構部品に悪影響を与える塵埃を発生させないタイプのものがよい。
Note that a lubricant is applied to the sliding contact portion between the
ちなみに、上述した鋸歯状の駆動パルス信号は、説明を簡単にするため模式的に用いたものであり、実際には図３のような回路を有する制御部７１により、図４、図５に示す電気信号が入出力される（この出力信号は上述した鋸歯状の駆動パルス信号と等価のものとなる）。また、使用される駆動周波数としては、駆動周波数が異音として認識される可聴周波数域を避け、且つ電力消費量が少ないことを考慮して選定すれば２０〜２００ｋＨｚ程度が好ましく、より好ましくは５０〜１００ｋＨｚが用いられる。
Incidentally, the sawtooth drive pulse signal described above is schematically used for simplicity of explanation, and is actually shown in FIGS. 4 and 5 by the
図３は、圧電素子１２を作動させる駆動回路の回路図である。図３に示すように、駆動回路７７は、制御部７１内に配置されて設けられている。この駆動回路７７は、圧電素子１２のドライブ回路として機能するものであり、圧電素子１２に対し駆動用の電気信号を出力する。駆動回路７７は、制御部７１の制御信号生成部（図示せず）から制御信号を入力し、その制御信号を電圧増幅又は電流増幅して圧電素子１２の駆動用電気信号を出力する。駆動回路７７は、例えば入力段を論理回路Ｕ１〜Ｕ３により構成し、出力段に電界効果型のトランジスタ（ＦＥＴ）Ｑ１、Ｑ２を備えたものが用いられる。トランジスタＱ１、Ｑ２は、出力信号として、Ｈ出力（高電位出力）、Ｌ出力（低電位出力）及びＯＦＦ出力（オープン出力）を出力可能に構成されている。
FIG. 3 is a circuit diagram of a drive circuit that operates the
図４に駆動回路７７に入力される入力信号、図５に駆動回路７７から出力される出力信号を示す。図４（Ａ）は、被駆動部材１６を圧電素子１２に接近させる方向（図１において右方向、以下「ＩＮＦ方向」という）に移動させる際に入力される入力信号であり、図４（Ｂ）は、被駆動部材１６を圧電素子１２から離間させる方向（図１において左方向、以下「ＮＥＡＲ方向」という）に移動させる際に入力される入力信号である。また、図５（Ａ）は、被駆動部材１６を圧電素子１２に接近させる方向（図１において右方向）に移動させる際に出力される出力信号であり、図５（Ｂ）は、被駆動部材１６を圧電素子１２から離間させる方向（図１において左方向）に移動させる際に出力される出力信号である。
4 shows an input signal inputted to the
図５（Ａ）、（Ｂ）の出力信号は、図４（Ａ）、（Ｂ）の入力信号と同一タイミングでオンオフするパルス信号となっている。図５（Ａ）、（Ｂ）における２つの信号は、圧電素子１２の入力端子７２Ａ、７２Ｂに入力される。この入力端子７２Ａ、７２Ｂには、図２に示すような台形波形からなる信号を入力してもよいが、図５に示す矩形状のパルス信号を入力して圧電素子１２を作動させることができる。この場合、圧電素子１２の駆動信号が矩形状のパルス信号でよいため、信号生成が容易となる。
The output signals in FIGS. 5A and 5B are pulse signals that turn on and off at the same timing as the input signals in FIGS. 4A and 4B. Two signals in FIGS. 5A and 5B are input to the input terminals 72 </ b> A and 72 </ b> B of the
図５（Ａ）、（Ｂ）の出力信号は、同一周波数となる２つの矩形状のパルス信号により構成されている。この２つのパルス信号は、互いの位相を異ならせることにより、互いの信号の電位差が段階的に大きくなり急激に小さくなる信号又は電位差が急激に大きくなって段階的に小さくなる信号となっている。このような２つの信号を入力することにより、圧電素子１２の伸長速度と収縮速度を異ならせることができ、被駆動部材１６を移動させることができる。
The output signals in FIGS. 5A and 5B are composed of two rectangular pulse signals having the same frequency. These two pulse signals are different in phase from each other, so that the potential difference between the signals increases stepwise and decreases rapidly, or the potential difference increases rapidly and decreases stepwise. . By inputting these two signals, the expansion speed and contraction speed of the
例えば、図５（Ａ）、（Ｂ）において、一方の信号がＨ（ハイ）となりＬ（ロー）に低下した後に他方の信号がＨとなるように設定されている。それらの信号において、一方の信号がＬになった際に一定のタイムラグｔＯＦＦの経過後、他方の信号がＨとなるように設定される。また、２つの信号が両方ともＬの場合には、出力としてはオフ状態（オープン状態）とされる。 For example, in FIGS. 5A and 5B, one signal is set to H (high) and then lowered to L (low), and then the other signal is set to H. In these signals, when one signal becomes L, the other signal is set to H after a certain time lag tOFF has elapsed. When both the two signals are L, the output is turned off (open state).
この図５の（Ａ）、（Ｂ）の出力信号、すなわち圧電素子１２を作動させる電気信号は、可聴周波数を超える周波数の信号が用いられる。図５（Ａ）、（Ｂ）において、２つの信号の周波数は、可聴周波数を超える周波数信号とされ、例えば、３０〜８０ｋＨｚの周波数信号とされ、より好ましくは４０〜６０ｋＨｚとされる。このような周波数の信号を用いることにより、圧電素子１２の可聴領域における作動音を低減することができる。
5A and 5B, that is, an electric signal for operating the
上述した被駆動部材１６には、レンズ枠６８を介して移動レンズ７０が取り付けられている。移動レンズ７０は、カメラの撮影光学系を構成するものであり、駆動装置の移動対象物となるものである。この移動レンズ７０は、被駆動部材１６と一体的に結合され、被駆動部材１６と共に移動するように設けられている。移動レンズ７０の光軸Ｏ上には、図示しない固定レンズなどが配設され、カメラの撮影光学系を構成している。また、光軸Ｏ上には、撮像素子６５が配設されている。撮像素子６５は、撮影光学系により結像された画像を電気信号に変換する撮像手段であり、例えばＣＣＤにより構成される。撮像素子６５は、制御部７１と接続されており、画像信号を制御部７１に出力する。
A
駆動装置１には、被駆動部材１６の移動位置を検出する検出器７５が設けられている。検出器７５としては、例えば光学式の検出器が用いられ、フォトリフレクタ、フォトインタラプタなどが用いられる。具体的には、検出器７５としてリフレクタ７５Ａ、検出部７５Ｂを備えたものを用いる場合、被駆動部材１６と一体に形成されるレンズ枠６８にリフレクタ７５Ａを取り付け、検出部７５Ｂからリフレクタ７５Ａ側へ検出光を出射し、リフレクタ７５Ａ側で反射してくる反射光を検出部７５Ｂで検出することにより被駆動部材１６及び移動レンズ７０の移動位置を検出する。
The driving
検出器７５は、制御部７１に接続されている。検出器７５の出力信号は制御部７１に入力される。制御部７１は、駆動装置全体の制御をおこなうものであり、例えばＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入力信号回路、出力信号回路などにより構成される。また、制御部７１は、圧電素子１２を作動させるための駆動回路を備えており、圧電素子１２に対し駆動のための電気信号を出力する。
The
また、移動レンズ７０の移動制御する手法として、撮像素子６５の出力信号に基づいて移動レンズ７０を移動させてもよい。例えば、撮像素子６５から出力される映像信号の高周波成分を検出し、そのレベルが最大となる位置に移動レンズ７０を移動させる。このように移動レンズ７０の移動制御をおこなうことにより、検出器７５による位置検出が不要となる。
Further, as a method for controlling the movement of the moving
次に、上述した駆動軸１４について、より詳細に説明する。
Next, the
駆動軸１４は、成形により形成された成形品であり、ここでは、好ましいとして、型枠に通して材料を押し出して成形する押し出し成形により形成している。駆動軸１４の材料としては、軽く高剛性のものが適しており、その条件を満たすものとしてはベリリウムが理想的であるが、この材料は稀少金属であるため高価で且つ加工性が悪いという欠点を持っている。そこで本実施形態においては、黒鉛結晶を強固に複合させた黒鉛複合体、例えばカーボングラファイトが用いられる。
The
黒鉛複合体とは炭素の六角板状結晶体であるグラファイト（黒鉛）とグラファイト以外の物質との複合体を意味し、カーボングラファイトとはグラファイトと無定形炭素からなる物質を意味する。この黒鉛複合体であるカーボングラファイトは、ベリリウムと似た特性を有しながら（ベリリウムの比重は約１．８５、カーボングラファイトの比重は約１．８である）、ベリリウムと異なって比較的安価であり加工しやすいという特性を有している。或いは、駆動軸１４の材質として、カーボン樹脂を強固に複合させたカーボン樹脂複合体を用いる場合もある。
A graphite composite means a composite of graphite (graphite), which is a hexagonal plate-like crystal of carbon, and a substance other than graphite, and carbon graphite means a substance made of graphite and amorphous carbon. Carbon graphite, which is a graphite composite, has characteristics similar to beryllium (beryllium has a specific gravity of about 1.85 and carbon graphite has a specific gravity of about 1.8), but is relatively inexpensive unlike beryllium. It has the characteristic that it is easy to process. Alternatively, a carbon resin composite in which a carbon resin is firmly combined may be used as the material of the
駆動軸１４の外周面１４ｃには、例えばセンタレス研磨等の研磨処理が施されている。これより、駆動軸１４の外周面１４ｃの表面粗さは、研磨処理前に比して小さくなっている。或いは、研磨処理として、対向して回転する２つの砥石の間に駆動軸１４を軸線方向に沿って進入させつつ当該駆動軸１４を周方向に回転させることにより、駆動軸１４の外周面１４ｃを研磨する場合もある。
The outer
図７（Ａ）は研磨処理前の駆動軸の軸線方向から見た概略端面図であり、図７（Ｂ）は研磨処理後の駆動軸の軸線方向から見た概略端面図である。図中において、駆動軸１４の外周面１４ｃの変位を倍率表示している。
FIG. 7A is a schematic end view seen from the axial direction of the drive shaft before the polishing process, and FIG. 7B is a schematic end view seen from the axial direction of the drive shaft after the polishing process. In the figure, the displacement of the outer
図７に示すように、上記研磨処理により、駆動軸１４の外周面１４ｃの真円度は、研磨処理前に比して小さくなっており、例えば、研磨処理前の真円度が４μｍであるのに対し研磨処理後が１μｍとなっている。また、上記研磨処理により、駆動軸１４の外周面１４ｃの円筒度も研磨処理前に比して小さくなっている。
As shown in FIG. 7, the roundness of the outer
図８は駆動軸１４における変位量の周波数成分を差分率で示す図表である。ここで、変位量は、アクチュエータ１０に所定周波数（ここでは、４５ｋＨｚ）の駆動信号を供給して駆動させた際の駆動軸１４の先端の変位量を示す。差分率は、ＩＮＦ方向の変位量とＮＥＡＲ方向の変位量との差分を変位量百分率で表したものを示す。図中の基本波ピークとは所定周波数でピークのものを意味し、２倍波ピークとは所定周波数の２倍の周波数でピークのものを意味する。変位量の測定には、例えばレーザドップラー変位計を用いており、図中には６つの測定データによる結果が示されている。
FIG. 8 is a chart showing the frequency component of the displacement amount in the
図８に示すように、上記研磨処理により、所定周波数の駆動信号の供給による変位量の周波数成分の差分率は、３倍、４倍、５倍及び６倍波ピークにおいて所定範囲（ここでは±３％）内に入っている。換言すると、所定周波数の駆動信号の供給によるＩＮＦ方向の変位量とＮＥＡＲ方向の変位量とは、上記研磨処理により、３〜６倍波ピークにおいて略等しくなっている。 As shown in FIG. 8, by the polishing process, the difference rate of the frequency component of the displacement amount due to the supply of the drive signal of the predetermined frequency is within a predetermined range (here, ±±) at the triple, quadruple, fifth and sixth harmonic peaks. 3%). In other words, the displacement amount in the INF direction and the displacement amount in the NEAR direction due to the supply of the drive signal having a predetermined frequency are substantially equal at the third to sixth harmonic peaks by the polishing process.
ところで、一般的な駆動装置では、個体差によって被駆動部材の移動速度がばらつくおそれがあり、特に、例えば所定周波数の駆動信号を圧電素子に供給して駆動軸を往復駆動させたとき、被駆動部材１６のＩＮＦ方向における移動速度（以下、「ＩＮＦ方向移動速度」という）と、被駆動部材１６のＮＥＡＲ方向における移動速度（以下、「ＮＥＡＲ方向移動速度」という）とがばらつくおそれがある。
By the way, in a general drive device, there is a possibility that the moving speed of the driven member may vary due to individual differences. In particular, when a drive signal of a predetermined frequency is supplied to the piezoelectric element to drive the drive shaft back and forth, the driven member is driven. The moving speed of the
これに対し、駆動装置１では、上述したように、駆動軸１４の外周面１４ｃに研磨処理が施されていることにより、駆動軸１４の軸線方向におけるゆがみを抑制させることができる。また、駆動軸１４を成形・焼成する際には外周面１４ｃ側の部分の材質特性が変異し易い（ダメージを受け易い）ため、駆動軸１４の外周面１４ｃ側と中心側とで材質特性が不均一となることがあるが、上述したように外周面１４ｃに研磨処理が施されていることにより、材質特性の不均一の影響を低減ひいては除去させることができる。従って、駆動装置１によれば、ＩＮＦ方向移動速度とＮＥＡＲ方向移動速度との間のばらつきを抑制すると共に、個体差による被駆動部材１６の移動速度のばらつきを抑制することができる。さらに、ゆがみが抑制されることにより、アクチュエータ１０の支持精度を向上させることができ、その結果、姿勢差による被駆動部材１６の移動速度変化も低減される。
On the other hand, in the
また、駆動装置１では、上述したように、研磨処理が施されることで、駆動軸１４の外周面１４ｃの表面粗さが小さくなっており、且つ外周面１４ｃの真円度及び円筒度が小さくなっている。これにより、駆動軸１４の軸線方向におけるゆがみが一層抑制され、被駆動部材１６の移動速度のばらつきを一層抑制することができる。
Further, in the
また、駆動装置１では、上述したように、研磨処理が施されることにより、所定周波数の駆動信号の供給による駆動軸１４の変位量の差分率が、３〜６倍波ピークにおいて所定範囲内となっている。つまり、被駆動部材１６の移動に実質的に関与する３〜６倍波ピークの変位量の周波数成分において、駆動軸１４の伝達関数をＩＮＦ方向とＮＥＡＲ方向とで略一致させることができる。これにより、被駆動部材１６の移動速度のばらつきを一層抑制することができる。なお、ここでの伝達関数とは、圧電素子１２の振動（伸縮）が駆動軸１４の先端に至るまでの伝達特性のことを意味し、振動の周波数に応じて変化するものをいう。
Further, in the
ここで、説明した駆動装置１と従来の駆動装置とをそれぞれ複数用い、駆動装置における被駆動部材１６の移動速度を評価した。具体的には、これらの駆動装置にて、所定周波数の駆動信号を供給し、ＩＮＦ方向移動速度及びＮＥＡＲ方向移動速度を測定した。その結果、図９（ａ）に示すように、従来の駆動装置では被駆動部材１６の移動速度の分布が大きく拡がっているのに対し、図９（ｂ）に示すように、駆動装置１では移動速度の分布が狭まり、且つＩＮＦ方向移動速度及びＮＥＡＲ方向移動速度が略等しくなった。これにより、被駆動部材１６の移動速度のばらつきを抑制するという上記効果を確認することができた。
Here, a plurality of the
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。 The preferred embodiment of the present invention has been described above, but the present invention is not limited to the above embodiment.
例えば、本実施形態では、移動レンズを駆動する駆動装置に適用した装置について説明したが、移動レンズ以外の物（例えば、移動レンズを保持するレンズ枠）を駆動する駆動装置に適用してもよい。 For example, in the present embodiment, an apparatus applied to a driving device that drives a moving lens has been described. However, the present invention may be applied to a driving device that drives an object other than the moving lens (for example, a lens frame that holds the moving lens). .
また、上記実施形態では、圧電素子１２の伸縮方向における他端側に錘部材１８を設け、この錘部材１８を特に好ましいとして軟らかく且つ重いものとしているが、これに限定されない。また、この錘部材１８により、駆動軸１４の伸縮方向に対する移動性を一層高めるようにしているが、錘部材１８はなくてもよい。この場合、圧電素子自体が錘部材と同様な機能を有することになる。錘部材１８がない場合、固定枠の内部において錘部材を設けるためのスペースが不要となるため、圧電素子をその積層方向に一層厚く形成することができ、圧電素子の変位量の増加、静電容量の低減による省電力化が可能となると共に、圧電素子のリードレス化の対応が容易になる。
Moreover, in the said embodiment, the
また、上記実施形態では、圧電素子１２に印加するパルス電圧の周波数を移動レンズ７０が前進する場合と後退する場合とで等しくしているが、異なっていてもよい。
Moreover, in the said embodiment, although the frequency of the pulse voltage applied to the
さらに、電気機械変換素子として圧電素子１２を用いているが、電気信号の入力により伸縮可能なものであれば、例えば人工筋肉ポリマー等でもよい。
Furthermore, although the
また、上記実施形態では、圧電素子１２の伸縮方向における他端側を自由端としているが、この他端側の端部を固定枠２４に固定して固定端としてもよい。
Moreover, in the said embodiment, although the other end side in the expansion-contraction direction of the
さらにまた、上記実施形態においては、圧電素子１２を、特に好ましいとして、弾性を有する接着剤を介して固定枠２４に弾性支持するようにしているが、例えば圧電素子の伸縮量が少ない場合には、硬い接着剤を介して固定枠２４に支持するようにしてもよい。
Furthermore, in the above-described embodiment, the
また、上記実施形態では、所定周波数の駆動信号を供給した際に、駆動軸１４における変位量の周波数成分の差分率が３〜６倍波ピークにて所定範囲内となるように、研磨処理を施しているが、ピークでなくとも、所定周波数の３〜６倍の周波数成分にて所定範囲内となるように、研磨処理を施してもよい。
In the above-described embodiment, the polishing process is performed so that the difference rate of the frequency component of the displacement amount in the
なお、駆動装置１の用途としては、例えばデジタルカメラや携帯電話機等の小型精密機器に適用することができる。特に携帯電話機は、３Ｖ以下の低い電圧で駆動する必要があるが、駆動装置１を用いることによって、２０ｋＨｚ程度の高周波で駆動することができ、被駆動部材１６を２ｍｍ／ｓ以上の高速度で移動させることができる。よって、１０ｍｍ程度の移動が必要となるズームレンズであっても、迅速に移動させることができる。また、本発明に係るアクチュエータ１０の用途としてはフォーカスレンズやズームレンズ等
の移動レンズを移動する用途に限定されず、ＣＣＤを移動する用途等に用いてもよい。
The application of the
１…駆動装置、１０…アクチュエータ、１２…電気機械変換素子（圧電素子）、１４…駆動軸、１４ｃ…駆動軸の外周面、１６…被駆動部材。
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記駆動軸は、成形により形成されており、
前記駆動軸の外周面には、研磨処理が施されていることを特徴とする駆動装置。 In the drive device for moving the driven member frictionally engaged with the drive shaft by causing the drive shaft to reciprocate along the axial direction according to the expansion and contraction of the electromechanical conversion element by supplying the drive signal,
The drive shaft is formed by molding,
A drive device, wherein an outer peripheral surface of the drive shaft is polished.
前記駆動軸の前記外周面には、真円度及び円筒度の少なくとも一方が小さくなるように、前記研磨処理が施されていること特徴とする請求項１又は２記載の駆動装置。 The drive shaft has a cylindrical shape,
The drive device according to claim 1, wherein the polishing process is performed on the outer peripheral surface of the drive shaft so that at least one of roundness and cylindricity is reduced.
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