JP2012125047A - Actuator - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光学部品等を駆動させるアクチュエータに関するものである。 The present invention relates to an actuator for driving an optical component or the like.
従来から、例えばデジタルカメラ等の光学装置に装備されその光学装置に設けられたレンズ等の光学部品を駆動させるアクチュエータとして、電気機械変換素子である圧電素子と、その圧電素子に連結された駆動ロッドと、その駆動ロッドの軸方向に移動可能に摩擦係合した移動体とを備えたものが知られている。このように構成されたアクチュエータは、圧電素子に電圧が印加されて軸方向に略三角波状の変位（鋸歯状変位）になるように伸縮されると、その伸縮により駆動ロッドが振動し、その駆動ロッドの振動によって移動体が駆動ロッドの軸方向に移動する。例えば圧電素子に電圧が印加されて圧電素子が軸方向にゆっくり伸ばされると駆動ロッドに係合した移動体も摩擦力によって駆動ロッドと共に移動する。一方、圧電素子が軸方向に急激に縮められると移動体は慣性のために駆動ロッドを滑り、その位置でとどまる。従って、移動体に、レンズ等の光学部品を取り付けておけば移動体の移動に際して光学部品を移動体と共に移動させることができる。 Conventionally, as an actuator for driving an optical component such as a lens provided in an optical apparatus such as a digital camera, an electromechanical conversion element, and a drive rod connected to the piezoelectric element. And a moving body frictionally engaged so as to be movable in the axial direction of the drive rod is known. When the actuator configured as described above is expanded and contracted so that a voltage is applied to the piezoelectric element and the displacement is substantially triangular wave (sawtooth displacement) in the axial direction, the drive rod vibrates due to the expansion and contraction, and the drive The moving body moves in the axial direction of the drive rod by the vibration of the rod. For example, when a voltage is applied to the piezoelectric element and the piezoelectric element is slowly extended in the axial direction, the moving body engaged with the drive rod also moves together with the drive rod due to frictional force. On the other hand, when the piezoelectric element is rapidly contracted in the axial direction, the moving body slides the drive rod due to inertia and stays at that position. Therefore, if an optical component such as a lens is attached to the moving body, the optical component can be moved together with the moving body when the moving body is moved.
又、例えば特許文献１には、上記圧電素子と駆動ロッド（駆動軸）と移動体とを備えた第１のアクチュエータと、上記圧電素子と駆動ロッドと移動体とを備えた第２のアクチュエータとを備え、第１のアクチュエータによって光学部品としての撮像素子をＸ方向に移動させ、第２のアクチュエータによって前記撮像素子をＸ方向と直交したＹ方向に移動させるようにしたものが提案されている。このように撮像素子をＸ方向及びＹ方向の異なる２方向に移動させることにより、撮像装置の手ぶれ補正や光軸合わせをより精密に行うことが可能になる。
For example,
しかしながら、特許文献１に開示されているように、互いに異なる複数の方向に移動させる場合に、圧電素子と駆動ロッドと移動体とを備えた２つのアクチュエータから構成したのでは、アクチュエータの全体として嵩張ったものになり、光学装置に、アクチュエータを配置するための広いスペースが必要になり光学装置の小型化を図り難くなってしまうとともに、アクチュエータの全体の製造コストが高いものにもなってしまう。
However, as disclosed in
本発明は、１つの電気機械変換素子で複数の移動体を異なる方向に移動させることができるものであって、小型化を図ることができるとともに、低コストで製造できるアクチュエータの提供を目的とする。 An object of the present invention is to provide an actuator that can move a plurality of moving bodies in different directions with a single electromechanical conversion element, can be downsized, and can be manufactured at low cost. .
本発明のアクチュエータは、軸を有し電圧が印加されることにより前記軸の軸方向に伸縮する電気機械変換素子と、その電気機械変換素子に連結された複数の駆動ロッドと、前記駆動ロッド夫々に摩擦係合した複数の移動体とを備えたアクチュエータであって、前記電気機械変換素子は、前記軸を少なくとも２つ有しているとともに、前記少なくとも２つの軸夫々の軸方向共振モードの共振周波数が互いに異なるように構成され、前記駆動ロッドは、夫々、前記電気機械変換素子における前記各軸夫々の軸方向に沿って延ばされていることを特徴とする。 The actuator of the present invention includes an electromechanical transducer that has a shaft and expands and contracts in the axial direction of the shaft when a voltage is applied thereto, a plurality of drive rods connected to the electromechanical transducer, and each of the drive rods The electromechanical transducer has at least two shafts, and the resonance in the axial resonance mode of each of the at least two shafts. The drive rods are configured to have different frequencies, and each of the drive rods extends along the axial direction of each of the axes of the electromechanical transducer.
この構成によれば、電気機械変換素子に、移動体を動かすために所定の駆動周波数の電圧を印加すると、少なくとも２つの軸夫々の軸方向共振モードの共振周波数が異なるため、各軸における共振周波数に対する駆動周波数の割合が異なるものになり、少なくとも２つの軸における一つの軸に連結した駆動ロッドを移動する移動体の速度と、その他の軸に連結した駆動ロッドを移動する移動体の速度とを異なるものにできる。 According to this configuration, when a voltage having a predetermined drive frequency is applied to the electromechanical transducer to move the moving body, the resonance frequency in the axial resonance mode of each of at least two axes is different. The ratio of the drive frequency with respect to is different, and the speed of the moving body that moves the drive rod connected to one of the at least two axes and the speed of the moving body that moves the drive rod connected to the other axes Can be different.
これにより、例えば移動体にレンズ等の光学部品を係合させておき、電気機械変換素子に異なる駆動周波数の電圧を印加すれば、光学部品を少なくとも異なる２方向に適宜移動させることができる。従って、１つの電気機械変換素子を用いて光学部品を異なる少なくとも２方向に移動させることができ、光学装置の小型化を図ることができるとともに、光学装置を低コストで製造できる。 Thus, for example, when an optical component such as a lens is engaged with the moving body and a voltage having a different driving frequency is applied to the electromechanical conversion element, the optical component can be appropriately moved in at least two different directions. Accordingly, the optical component can be moved in at least two different directions using one electromechanical transducer, so that the optical device can be miniaturized and the optical device can be manufactured at low cost.
他の一態様では、前記アクチュエータは、前記電気機械変換素子における前記少なくとも２つの軸の内のいずれか一方の軸の軸方向に伸縮させて前記移動体を動かすための駆動周波数が前記いずれか他方の軸の前記共振周波数の略１／２、又は、略１／３、もしくは、共振周波数以上になるように構成されていることを特徴とする。 In another aspect, the actuator has a driving frequency for moving the movable body by extending or contracting in the axial direction of any one of the at least two axes of the electromechanical transducer. It is characterized in that it is configured to be approximately ½, approximately ３ of the resonance frequency of the axis, or more than the resonance frequency.
この構成によれば、駆動周波数が共振周波数の略１／２又は略１／３になると、高調波が共振するため、又、駆動周波数が共振周波数以上になると高調波の変位が大きく減少するため、電気機械変換素子が上述の鋸歯状変位を作ることができず、移動体が動き難くなる。従って、一方の軸に連結した駆動ロッドの移動体だけを動かして他方の軸に連結した駆動ロッドの移動体をほとんど動くことのないものにでき、例えば移動体に係合した光学部品を正確かつ確実に２方向に選択的に移動させることができる。 According to this configuration, harmonics resonate when the drive frequency is approximately 1/2 or approximately 1/3 of the resonance frequency, and harmonic displacement is greatly reduced when the drive frequency exceeds the resonance frequency. The electromechanical transducer cannot make the above-mentioned sawtooth displacement, and the moving body becomes difficult to move. Therefore, only the moving body of the drive rod connected to one shaft can be moved so that the moving body of the drive rod connected to the other shaft hardly moves. For example, an optical component engaged with the moving body can be accurately and accurately moved. It can be selectively moved in two directions reliably.
他の一態様では、上述のアクチュエータにおいて、前記電気機械変換素子は、互いに略直交し前記共振周波数が異なるように構成された第１軸と第２軸と第３軸とを有する直方体から構成され、前記駆動ロッドは、夫々、前記電気機械変換素子における第１軸と第２軸と第３軸との夫々の軸方向に沿って延ばされていることを特徴とする。 In another aspect, in the above-described actuator, the electromechanical conversion element is configured by a rectangular parallelepiped having a first axis, a second axis, and a third axis that are configured to be substantially orthogonal to each other and have different resonance frequencies. The drive rods are respectively extended along axial directions of a first axis, a second axis, and a third axis in the electromechanical transducer.
この構成によれば、移動体に係合した光学部品を、互いに直交する第１の方向、第２の方向及び第３の方向の３方向に選択的に移動させることができる。 According to this configuration, the optical component engaged with the moving body can be selectively moved in the three directions of the first direction, the second direction, and the third direction that are orthogonal to each other.
他の一態様では、上述のアクチュエータにおいて、前記駆動ロッドは、前記第１軸に連結された第１駆動ロッドと、前記第２軸に連結された第２駆動ロッドと、前記第３軸に連結された第３駆動ロッドとを備え、前記移動体は、前記第１駆動ロッドに摩擦係合した第１移動体と、前記第２駆動ロッドに摩擦係合した第２移動体と、前記第３駆動ロッドに摩擦係合した第３移動体とを備え、前記第１移動体は、このアクチュエータが装備される光学装置に設けられた光学部品と前記第２駆動ロッドの軸方向に移動可能に係合され、前記第２移動体は、前記光学部品を前記第１駆動ロッドの軸方向に移動可能に保持し、前記第３移動体は、前記光学装置に固定的に取り付けられるように構成されていることを特徴とする。 In another aspect, in the above-described actuator, the drive rod is connected to the first drive rod connected to the first shaft, the second drive rod connected to the second shaft, and the third shaft. A third driving rod, and the moving body includes a first moving body frictionally engaged with the first driving rod, a second moving body frictionally engaged with the second driving rod, and the third driving body. A third moving body frictionally engaged with the drive rod, wherein the first moving body is movably engaged in an axial direction of an optical component provided in an optical device equipped with the actuator and the second drive rod. The second moving body is configured to hold the optical component movably in the axial direction of the first drive rod, and the third moving body is fixedly attached to the optical device. It is characterized by being.
この構成によれば、第３移動体を光学装置に取り付け、第１移動体を光学部品に係合させるとともに、第２移動体で光学部品に保持させ、その状態で、第１移動体を第１駆動ロッドに対して移動させれば、光学部品を第１駆動ロッドの軸方向に移動させることができ、又、第２移動体を第２駆動ロッドに対して移動させれば、光学部品を第２駆動ロッドの軸方向に移動させることができる。一方、第３移動体を第３駆動ロッドに対して移動させれば、第３移動体は光学装置に取り付けられているため、第１移動体及び第２移動体が電気機械変換素子と共に、第３駆動ロッドの軸方向に相対的に移動し、第１移動体及び第２移動体に係合した光学部品を第３駆動ロッドの軸方向に移動させることができる。従って、光学部品を互いに直交する３方向に選択的に容易に移動させることができる。 According to this configuration, the third moving body is attached to the optical device, the first moving body is engaged with the optical component, and the second moving body is held by the optical component. If it is moved relative to one drive rod, the optical component can be moved in the axial direction of the first drive rod, and if the second moving body is moved relative to the second drive rod, the optical component can be moved. It can be moved in the axial direction of the second drive rod. On the other hand, if the third moving body is moved with respect to the third drive rod, the third moving body is attached to the optical device, so that the first moving body and the second moving body together with the electromechanical conversion element The optical component that moves relative to the axial direction of the three drive rods and engages with the first movable body and the second movable body can be moved in the axial direction of the third drive rod. Therefore, the optical component can be selectively moved easily in three directions orthogonal to each other.
他の一態様では、前記電気機械変換素子と、前記第１移動体及び前記第３移動体とを連結した連結部材が設けられ、前記連結部材は、前記第１移動体が前記第１駆動ロッドの軸方向に移動できるように、前記電気機械変換素子と前記第１移動体とを連結しているとともに、前記第３移動体が前記第３駆動ロッドの軸方向に相対移動できるように、前記電気機械変換素子と前記第３移動体とを連結していることを特徴とする。 In another aspect, there is provided a connecting member that connects the electromechanical conversion element, the first moving body, and the third moving body, and the connecting member is configured such that the first moving body is the first drive rod. The electromechanical conversion element and the first moving body are coupled so that the third moving body can be relatively moved in the axial direction of the third drive rod. An electromechanical conversion element and the third moving body are connected to each other.
この構成によれば、連結部材によって、第１移動体を第１駆動ロッドの軸方向に円滑且つ確実に移動させることができるとともに、第３移動体を第３駆動ロッドに対してその軸方向に円滑且つ確実に移動させることができる。 According to this configuration, the connecting member can smoothly and surely move the first moving body in the axial direction of the first drive rod, and the third moving body in the axial direction with respect to the third drive rod. It can be moved smoothly and reliably.
本発明は、１つの電気機械変換素子で複数の移動体を異なる方向に移動させることができるものであって、小型化を図ることができるとともに、低コストで製造できるアクチュエータの提供し得たものである。 The present invention can move a plurality of moving bodies in different directions with one electromechanical transducer, and can provide an actuator that can be reduced in size and can be manufactured at low cost. It is.
以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、レンズを保持した状態の本発明の一実施形態のアクチュエータを右斜め前方側から見た斜視図、図２は、図１のアクチュエータを右斜め上後方側から見た斜視図、図３は、図１のアクチュエータの正面図である。又、図４は、図１のアクチュエータの右側面図、図５は、図１のアクチュエータの左側面図、図６は、図１のアクチュエータの平面図、図７は、図１のアクチュエータの底面図である。 Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the drawings. 1 is a perspective view of an actuator according to an embodiment of the present invention in a state where a lens is held as seen from the right front side. FIG. 2 is a perspective view of the actuator of FIG. 3 is a front view of the actuator of FIG. 4 is a right side view of the actuator of FIG. 1, FIG. 5 is a left side view of the actuator of FIG. 1, FIG. 6 is a plan view of the actuator of FIG. 1, and FIG. FIG.
この実施形態のアクチュエータ１は、１つの電気機械変換素子である圧電素子２と、圧電素子２に連結された３つの駆動ロッド３１〜３３と、３つの駆動ロッド３１〜３３夫々に対して移動する３つの移動体４〜６とを備えている。
The
圧電素子２は、図８に示すように複数の圧電層が積層されるようにして形成された四角柱状（直方体）のものから構成されており、第１の方向としての図８のＸ方向に延ばされた第１軸２１と、Ｘ方向と直交した第２の方向としてのＺ方向に延ばされた第２軸２２と、Ｘ方向及びＺ方向夫々と直交した第３の方向としてのＹ方向に延ばされた第３軸２３との３つの軸を備えている。
As shown in FIG. 8, the
この実施形態の圧電素子２は、図９に示すように、第１軸２１に沿う方向の共振モードの共振周波数が９０ｋＨｚになるように第１軸２１に沿う方向の長さが４ｍｍに設定されている。又、圧電素子２は、第２軸２２に沿う方向の共振周波数が６０ｋＨｚなるように、第２軸２２に沿う方向の長さが６ｍｍに設定されており、又、第３軸２３に沿う方向の共振周波数が４０ｋＨｚなるように第３軸２３に沿う方向の長さが９ｍｍに設定されている。
In the
このように構成された圧電素子２は、例えば所定の周波数の電圧が印加されることによって軸方向に鋸歯状変位となるように伸縮し得るようになっている。
The
この実施形態では、圧電素子２を、上記各軸２１〜２３の方向に伸縮させて移動体４〜６を移動させるための駆動周波数として、６７．５ｋＨｚ、４５ｋＨｚ、３０ｋＨｚの３つの異なる値の周波数が設定されており、これらの駆動周波数の電圧が適宜印加されるようになっている。尚、これらの駆動周波数については、後述する。
In this embodiment, the
図１に戻って説明を続けると、駆動ロッドは、第１駆動ロッド３１と第２駆動ロッド３２と第３駆動ロッド３３との３つから構成されている。この実施形態では、これらの３つの駆動ロッド３１〜３３は、同構成を採っており、夫々は、軸方向の長さが１５ｍｍからなる円柱状のものから構成されている。
Returning to FIG. 1, the description will be continued. The drive rod is composed of a
第１駆動ロッド３１は、図８に示すように、その軸方向が上記圧電素子２の第１軸２１の軸方向であるＸ方向に沿って延ばされるようにして、その軸方向の第１端が上記圧電素子２の端面に接着剤等の連結手段によって連結されており、圧電素子２が第１軸２１の方向に伸縮するに伴い振動する。
As shown in FIG. 8, the
第２駆動ロッド３２は、その軸方向が上記圧電素子２の第２軸２２の軸方向であるＺ方向に沿って延ばされるようにして、その軸方向の第１端が上記圧電素子２の端面に接着剤等の連結手段によって連結されており、圧電素子２が第２軸２２の方向に伸縮するに伴い振動する。
The
又、第３駆動ロッド３３は、その軸方向が上記圧電素子２の第３軸２３の軸方向であるＹ方向に沿って延ばされるようにして、その軸方向の第１端が上記圧電素子２の端面に接着剤等の連結手段によって連結されており、圧電素子２が第３軸２３の方向に伸縮するに伴い振動する。
The
移動体は、図１〜図７に示すように第１駆動ロッド３１に摩擦係合された第１移動体４と、第２駆動ロッド３２に摩擦係合された第２移動体５と、第３駆動ロッド３３に摩擦係合された第３移動体６とを備えている。
The moving body includes a first moving
第１移動体４は、第１移動体本体４１と、第１移動体本体４１を第１駆動ロッド３１に押し付けた第１付勢部材４５と、レンズ係合部としてのレンズ係合軸４６（図３、図４に図示）とを備えている。第１移動体本体４１は、第１駆動ロッド摺動部４２と、第１連結軸受容部４３とを備えている。
The first moving
第１駆動ロッド摺動部４２は、第１駆動ロッド３１を摺動する部分で、この実施形態では、互いに所定の角度をなす第１当接面４２ａと第２当接面４２ｂとを備え、これらによって、第１駆動ロッド３１の一部を受容する第１駆動ロッド用の受容凹部４２ｃが区画形成されている。
The first drive
そして、第１当接面４２ａと第２当接面４２ｂとに第１駆動ロッド３１の外周を当接させるようにして受容凹部４２ｃに第１駆動ロッド３１を受容し、その当接した第１当接面４２ａと第２当接面４２ｂとが第１駆動ロッド３１を軸方向に沿って摺動するようになっている。
The
第１連結軸受容部４３は、後述する連結部材７の第１連結軸７１を第１軸２１の軸方向（Ｘ方向）に移動可能に受容する。この実施形態では、第１連結軸受容部４３は、第１連結軸７１の径と同幅で第１軸２１の軸方向に所定の深さであけられた溝から構成されている。
The first connecting
第１付勢部材４５は、板状の第１板バネ片４５ａと、第１板バネ片４５ａから折り曲げ成形された板状の第２板バネ片４５ｂとを備えたＬ字状を呈するものから構成されている。そして、第１板バネ片４５ａが、第１移動体本体４１に固定されており、この固定状態で、第２板バネ片４５ｂが第１駆動ロッド３１を第１移動体本体４１の受容凹部４２ｃの第１当接面４２ａと第２当接面４２ｂとに押圧している。これにより、第１移動体４が第１駆動ロッド３１に摩擦係合されている。
The
レンズ係合軸４６は、この実施形態では、図３、図４に示すように円柱状のものから構成されている。そして、レンズ係合軸４６の第１端が第１移動体本体４１に固定されており、この状態で、レンズ係合軸４６の軸方向が第２軸２２（第２駆動ロッド３２）の軸方向（Ｚ方向）に沿って延ばされるようにして第２端が第１移動体本体４１から図の上側に突設されている。
In this embodiment, the
次に、第２移動体５について説明する。第２移動体５は、第２移動体本体５１と、第２移動体本体５１を第２駆動ロッド３２に押し付けた第２付勢部材５５と、レンズ保持部としてのレンズ挟持片５６とを備えている。第２移動体本体５１は、第２駆動ロッド３２を摺動する第２駆動ロッド摺動部５２を備えている。この第２駆動ロッド摺動部５２は、第１移動体本体４１の第１駆動ロッド摺動部４２とほぼ同構成を採っている。
Next, the second moving
詳しくは、第２駆動ロッド摺動部５２は、互いに所定の角度をなす第１当接面５２ａと第２当接面５２ｂとを備え、これらによって、第３駆動ロッド３３の一部を受容する第３駆動ロッド用の受容凹部５２ｃが区画形成されている。そして、第１当接面５２ａと第２当接面５２ｂとに第３駆動ロッド３３の外周を当接させるようにして受容凹部５２ｃに第３駆動ロッド３３を受容し、その当接した第１当接面５２ａと第２当接面５２ｂとが第３駆動ロッド３３を軸方向に沿って摺動するようになっている。
Specifically, the second drive
第２付勢部材５５は、板状の第１板バネ片５５ａと、第１板バネ片５５ａから折り曲げ成形された板状の第２板バネ片５５ｂとを備えたＬ字状を呈するものから構成されている。そして、第１板バネ片５５ａが、第２移動体本体５１に固定されており、この固定状態で、第２板バネ片５５ｂが第２駆動ロッド３２を第２移動体本体５１の受容凹部５２ｃの第１当接面５２ａと第２当接面５２ｂとに押圧している。これにより、第２移動体５が第２駆動ロッド３２に摩擦係合されている。
The
レンズ挟持片５６は、この実施形態では、２枚の板バネから構成されている。そして、レンズ挟持片５６は、後述する枠体１０２ａの幅と同程度の距離を互いに隔てて、夫々の第１端（図の上端）が第２移動体本体５１に固定されている。
In this embodiment, the
次に、第３移動体６について説明する。第３移動体６は、第３移動体本体６１と、第３付勢部材６５とを備えている。第３移動体本体６１は、第３駆動ロッド摺動部６２を備えている。この第３駆動ロッド摺動部６２も、第１移動体本体４１の第１駆動ロッド摺動部４２とほぼ同構成を採っている。
Next, the third moving
より詳しくは、第３駆動ロッド摺動部６２は、互いに所定の角度をなす第１当接面６２ａと第２当接面６２ｂとを備え、これらによって、第３駆動ロッド３３の一部を受容する第３駆動ロッド用の受容凹部６２ｃが区画形成されている。そして、第１当接面６２ａと第２当接面６２ｂとに第３駆動ロッド３３の外周を当接させるようにして受容凹部６２ｃに第３駆動ロッド３３を受容し、その当接した第１当接面６２ａと第２当接面６２ｂとが第３駆動ロッド３３を軸方向に沿って相対的に摺動するようになっている。
More specifically, the third drive
第３付勢部材６５は、板状バネから構成されている。そして、第３付勢部材６５の第１端が第３移動体本体６１に固定されており、この固定状態で、第３付勢部材６５の第２端が第３駆動ロッド３３を第３移動体本体６１の受容凹部６２ｃの第１当接面６２ａと第２当接面６２ｂとに押圧している。これにより、第３移動体６が第３駆動ロッド３３に摩擦係合されている。
The third urging
このように構成された第３移動体６の第３移動体本体６１は、この実施形態では、本発明のアクチュエータ１が用いられる撮像装置等の光学装置（図示せず）に設けられた筐体等に固定的に取り付けられる装置取付部を構成する。従って、この第３移動体６は、光学装置に装着された後は、第３移動体６は移動せずに第３駆動ロッド３３に連結された圧電素子２が第３移動体６に対して移動する。
In this embodiment, the third moving body
又、この実施形態では、上記圧電素子２と、上記第１移動体４及び第３移動体６とを連結した連結部材７が設けられている。この連結部材７は、連結部材本体７０と、連結部材本体７０から突設された第１連結軸７１及び第２連結軸７２を備えている。
In this embodiment, a connecting
連結部材本体７０は、圧電素子２における第２駆動ロッド３２と反対側（図の下方側）の端面に接着されて固定的に連結されている。
The connecting member
第１連結軸７１は、第１駆動ロッド３１と所定距離を隔てて第１駆動ロッド３１の軸方向と同方向のＸ方向に延ばされて第１駆動ロッド３１と平行に配設されているとともに、第１移動体本体４１の第１連結軸受容部４３に軸方向移動可能に通されている。
The first connecting
これにより、連結部材７によって、第１移動体４は、第１駆動ロッド３１に対して回動できないように圧電素子２と連結されて第１駆動ロッド３１の軸方向に円滑且つ確実に移動できるようになっている。
Accordingly, the first moving
第２連結軸７２は、図２に示すように第３駆動ロッド３３と所定距離を隔てて第３駆動ロッド３３の軸方向と同方向のＹ方向に延ばされて第３駆動ロッド３３と平行に配設されているとともに、第３移動体本体６１に設けられた第１連結軸用嵌挿孔６３に軸方向移動可能に通されている。
As shown in FIG. 2, the second connecting
これにより、連結部材７によって、第３移動体６は、第３駆動ロッド３３に対して回動できないように圧電素子２と連結されて第３駆動ロッド３３の軸方向に円滑且つ確実に移動できるようになっている。
Accordingly, the third moving
以上のように構成されたアクチュエータ１は、例えば光学部品としてのレンズ１０２を保持するとともに、第３移動体６の第３移動体本体６１が撮像装置等の光学装置に固定されるようにして装着されて使用される。
The
詳しくは、レンズ１０２は、ほぼ四角柱状の枠体１０２ａに保持されている。そして、枠体１０２ａがアクチュエータ１の第１移動体４のレンズ係合軸４６に係合されているとともに、第２移動体５のレンズ挟持片５６に挟持されている。そして、この状態で、レンズ１０２の光軸が第３駆動ロッド３３の軸方向と同方向に延ばされている。
Specifically, the
又、光学装置に装着されたアクチュエータ１には、図示しないが、例えばアクチュエータ１の圧電素子２に電圧を印加して圧電素子２を駆動させる駆動回路及び制御部が接続され、その制御部によって、上記駆動回路に、予め設定された駆動周波数の電圧を印加させるように制御する。ここで、上述のように設定した駆動周波数について、説明する。
The
まず、駆動周波数と共振周波数との比（駆動周波数／共振周波数）と、移動体の速度との関係を調べたので、その関係について説明する。図１０に示すように駆動周波数／共振周波数が増していき所定の値（０．８〜０．９程度）となるＰまでは、原則として移動体の速度は徐々に速くなり、Ｐを超えると、共振に近づき、駆動波形の基本振動成分が大きくなり、高調波成分に対して相対的に大きくなるため、変位波形が鋸歯状波形にならず、移動体の速度が０近傍値（０を含む）になって移動体が移動し難くなり、ほとんど動かなくなる。 First, since the relationship between the ratio of the drive frequency and the resonance frequency (drive frequency / resonance frequency) and the speed of the moving body was examined, the relationship will be described. As shown in FIG. 10, in principle, the speed of the moving body gradually increases until the driving frequency / resonance frequency increases and reaches a predetermined value (about 0.8 to 0.9). Since the fundamental vibration component of the driving waveform becomes large and becomes relatively large with respect to the harmonic component as the resonance is approached, the displacement waveform does not become a sawtooth waveform, and the speed of the moving object is a value close to 0 (including 0). ) And it becomes difficult for the moving object to move, and it hardly moves.
又、駆動周波数／共振周波数が０〜Ｐまでの間で、駆動周波数／共振周波数が略１／２及び略１／３になる場合は、移動体の速度がＰを超えた場合と同様に、０近傍値（０を含む）になって移動体が移動し難くなり、ほとんど動かなくなる。これは、高調波が共振するので圧電素子２に鋸歯状変位を形成させることができず、その結果、移動体が移動し難くなるからである。
Further, when the drive frequency / resonance frequency is between 0 and P and the drive frequency / resonance frequency is approximately 1/2 and approximately 1/3, as in the case where the speed of the moving body exceeds P, It becomes a value close to 0 (including 0), and the moving body becomes difficult to move and hardly moves. This is because the harmonic resonates, so that the
従って、駆動周波数／共振周波数がＰ近傍の値になるように移動体を駆動させる駆動周波数を設定すれば、各軸の移動体の移動速度を速くでき、効率のよいものにできる。その一方、駆動周波数が、圧電素子における軸の共振周波数に対して略１／２又は略１／３或いはＰを超える値になる場合は、その軸に係合した移動体がほとんど移動しなくなる。 Therefore, if the driving frequency for driving the moving body is set so that the driving frequency / resonance frequency is a value in the vicinity of P, the moving speed of the moving body of each axis can be increased and the efficiency can be improved. On the other hand, when the drive frequency is approximately 1/2, approximately 1/3, or a value exceeding P with respect to the resonance frequency of the shaft in the piezoelectric element, the moving body engaged with the shaft hardly moves.
そこで、この実施形態では、図８に示すように駆動周波数として６７．５ｋＨｚと、４５ｋＨｚと、３０ｋＨｚとの３つの値を設定し、それらの値の駆動周波数の電圧を選択的に印加することで第１軸２１〜第３軸２３の何れか１つに係合した移動体を効率よく移動させ、残りの２つの軸に係合した移動体を実質的に移動させないようにしている。
Therefore, in this embodiment, as shown in FIG. 8, three values of 67.5 kHz, 45 kHz, and 30 kHz are set as drive frequencies, and the voltage of the drive frequency of those values is selectively applied. The moving body engaged with any one of the
詳しくは、圧電素子に、６７．５ｋＨｚの周波数の電圧を印加すれば、第１軸２１に対しては、駆動周波数／共振周波数が０．７５（図１０中のＱの位置）になり、第１移動体４の移動速度を速くでき、効率よく移動させることができる。その一方、第３軸２３に対しては、駆動周波数／共振周波数が１．６９になり、又、第２軸２２に対しては、駆動周波数／共振周波数が１．１３になり、第２軸２２の方向に移動する第２移動体及び第３軸２３の方向に移動する第３移動体６がほとんど移動しないものにでき、実質的に第１移動体４だけを移動させることができる。
Specifically, if a voltage having a frequency of 67.5 kHz is applied to the piezoelectric element, the driving frequency / resonance frequency is 0.75 (position Q in FIG. 10) with respect to the
又、圧電素子に、４５．０ｋＨｚの周波数の電圧を印加すれば、第２軸２２に対しては、駆動周波数／共振周波数が０．７５になり、第２移動体５の移動速度を速くでき、効率よく移動させることができる。その一方、第１軸２１に対しては、駆動周波数／共振周波数が１／２になり、又、第３軸２３に対しては、駆動周波数／共振周波数が１．１になり、第１移動体４及び第３移動体６がほとんど移動しないものにでき、実質的に第２移動体５だけを移動させることができる。
If a voltage having a frequency of 45.0 kHz is applied to the piezoelectric element, the driving frequency / resonance frequency becomes 0.75 for the
又、圧電素子に、３０．０ｋＨｚの周波数の電圧を印加すれば、第３軸２３に対しては、駆動周波数／共振周波数が０．７５になり、第３移動体６の移動速度を速くでき、効率よく移動させることができる。その一方、第１軸２１に対しては、駆動周波数／共振周波数が１／３になり、又、第２軸２２に対しては、駆動周波数／共振周波数が１／２になり、第１移動体４及び第２移動体５が移動し難いものにでき、ほぼ第３移動体６だけを移動させることができる。
Moreover, if a voltage having a frequency of 30.0 kHz is applied to the piezoelectric element, the driving frequency / resonance frequency becomes 0.75 with respect to the
そして、例えば光学装置に設けられた検出装置によってレンズ１０２がＸ方向にずれを生じていることを検出した場合、制御部は、その検出データに基づいて駆動回路に、Ｘ方向のずれと関連付けられて予めその制御部に記憶された６７．５ｋＨｚの駆動周波数の電圧を印加させるように制御する。
For example, when the detection device provided in the optical device detects that the
これにより、圧電素子２は、第１軸２１の方向にのみ鋸歯状変位するように伸縮して、第１移動体本体４１は、第１駆動ロッド３１の軸方向（Ｘ方向）に移動してその第１移動体本体４１に係合されたレンズ１０２が共に同方向に移動する。一方、第２移動体本体５１及び第３移動体本体６１は、ほとんど移動しない。これにより、レンズ１０２のＸ方向のずれを効率よく矯正できる。
Accordingly, the
尚、上記第１移動体本体４１が第１駆動ロッド３１の軸方向の移動に移動する際に、レンズ挟持片５６は第１駆動ロッド３１の軸方向に湾曲状に撓んで枠体１０２ａを挟持した状態を維持する。
When the first moving
一方、検出装置によってレンズ１０２がＺ方向にずれを生じていることを検出した場合、制御部は、その検出データに基づいて駆動回路に、Ｚ方向のずれと関連付けられて予めその制御部に記憶された４５ｋＨｚの駆動周波数を印加させるように制御する。
On the other hand, when the detection device detects that the
これにより、圧電素子２は、第２軸２２の方向にのみ鋸歯状変位するように伸縮し、第２移動体本体５１は、第２駆動ロッド３２の軸方向（Ｚ方向）に移動してその第２移動体本体５１に係合されたレンズ１０２が共に同方向に移動する。一方、第１移動体本体４１及び第３移動体本体６１は、ほとんど移動しない。これにより、レンズ１０２のＺ方向のずれを効率よく矯正できる。
As a result, the
又、検出装置によってレンズ１０２がＹ方向にずれを生じていることを検出した場合、制御部は、その検出データに基づいて駆動回路に、Ｙ方向のずれと関連付けられて予めその制御部に記憶された３０ｋＨｚの駆動周波数を印加させるように制御する。
Further, when the detection device detects that the
これにより、圧電素子２は、第３軸２３の方向にのみ伸縮して鋸歯状変位し、第３移動体本体６１は、第３駆動ロッド３３に対してその軸方向（Ｙ方向）に移動する。その際、第３移動体本体６１が光学装置に固定されているため、第１移動体４及び第２移動体５が圧電素子２と共に、第３駆動ロッド３３の軸方向に移動し、第１移動体４及び第２移動体５に係合したレンズ１０２を第３駆動ロッド３３の軸方向に移動させることができる。
Thereby, the
尚、上記実施形態では、圧電素子を、共振周波数が異なる３つの軸を有するものから構成したが、この形態のものに限らず、例えば軸方向共振モードの共振周波数が異なる２つの軸を有するものから構成してもよく、適宜変更できる。 In the above embodiment, the piezoelectric element is composed of three axes having different resonance frequencies. However, the piezoelectric element is not limited to this form, and has, for example, two axes having different resonance frequencies in the axial resonance mode. It may be configured from and can be changed as appropriate.
又、上記実施形態では、駆動ロッドを３つ設けたものとしているが、この形態のものに限らず、例えば２つの駆動ロッドを設けたものとし、駆動ロッド夫々を、共振周波数が異なる２つの軸夫々の軸方向に沿って延ばすように配設してもよく、適宜変更できる。 In the above embodiment, three drive rods are provided. However, the present invention is not limited to this. For example, two drive rods are provided, and each drive rod is provided with two shafts having different resonance frequencies. You may arrange | position so that it may extend along each axial direction, and can change suitably.
又、上記実施形態では、レンズ保持部は、レンズ挟持片５６から構成されているが、この形態のものに限らず、適宜変更でき、例えば第２移動体本体５１とレンズ１０２との一方に、第３軸２３の軸方向に突出させた保持軸を設け、他方に保持軸を軸方向移動可能に嵌合して保持する嵌合凹部を設けたものでもよい。
In the above embodiment, the lens holding portion is configured by the
又、上記実施形態では、連結部材７に、第１連結軸７１及び第２連結軸７２を備えたものとしているが、例えば第１連結軸を第１移動体４に、第２連結軸を第３移動体６に、夫々設け、連結部材７に第１連結軸、第２連結軸夫々を移動可能に嵌挿する孔を設けたものでもよい。
In the above embodiment, the connecting
又、本発明のアクチュエータは、デジタルカメラやカメラを有する携帯電話機などの光学装置に使用できる。 The actuator of the present invention can be used for an optical device such as a digital camera or a mobile phone having a camera.
１ アクチュエータ
２ 圧電素子（電気機械変換素子）
４ 第１移動体
５ 第２移動体
６ 第３移動体
２１ 第１軸
２２ 第２軸
２３ 第３軸
３１ 第１駆動ロッド
３２ 第２駆動ロッド
３３ 第３駆動ロッド
1
4
Claims (5)
前記電気機械変換素子は、前記軸を少なくとも２つ有しているとともに、前記少なくとも２つの軸夫々の軸方向共振モードの共振周波数が互いに異なるように構成され、
前記駆動ロッドは、夫々、前記電気機械変換素子における前記少なくとも２つの軸夫々の軸方向に沿って延ばされていることを特徴とするアクチュエータ。 An electromechanical transducer having an axis that expands and contracts in the axial direction of the shaft when a voltage is applied, a plurality of drive rods connected to the electromechanical transducer, and a plurality of frictionally engaged with each of the drive rods An actuator having a moving body of
The electromechanical transducer has at least two axes, and is configured such that resonance frequencies of axial resonance modes of the at least two axes are different from each other.
The actuator is characterized in that each of the drive rods extends along the axial direction of each of the at least two axes of the electromechanical transducer.
前記駆動ロッドは、夫々、前記電気機械変換素子における第１軸と第２軸と第３軸との夫々の軸方向に沿って延ばされていることを特徴とする請求項１又は２記載のアクチュエータ。 The electromechanical transducer is composed of a rectangular parallelepiped having a first axis, a second axis, and a third axis that are substantially orthogonal to each other and have different resonance frequencies.
3. The drive rod according to claim 1, wherein each of the drive rods extends along an axial direction of each of a first axis, a second axis, and a third axis of the electromechanical transducer. Actuator.
前記移動体は、前記第１駆動ロッドに摩擦係合した第１移動体と、前記第２駆動ロッドに摩擦係合した第２移動体と、前記第３駆動ロッドに摩擦係合した第３移動体とを備え、
前記第１移動体は、このアクチュエータが装備される光学装置に設けられた光学部品と前記第２駆動ロッドの軸方向に移動可能に係合され、
前記第２移動体は、前記光学部品を前記第１駆動ロッドの軸方向に移動可能に保持し、
前記第３移動体は、前記光学装置に固定的に取り付けられるように構成されていることを特徴とする請求項３記載のアクチュエータ。 The drive rod includes a first drive rod connected to the first shaft, a second drive rod connected to the second shaft, and a third drive rod connected to the third shaft,
The moving body includes a first moving body frictionally engaged with the first drive rod, a second moving body frictionally engaged with the second drive rod, and a third movement frictionally engaged with the third drive rod. With body,
The first moving body is engaged with an optical component provided in an optical device equipped with the actuator so as to be movable in the axial direction of the second drive rod,
The second moving body holds the optical component movably in the axial direction of the first drive rod,
The actuator according to claim 3, wherein the third moving body is configured to be fixedly attached to the optical device.
前記連結部材は、前記第１移動体が前記第１駆動ロッドの軸方向に移動できるように、前記電気機械変換素子と前記第１移動体とを連結しているとともに、前記第３移動体が前記第３駆動ロッドの軸方向に相対移動できるように、前記電気機械変換素子と前記第３移動体とを連結していることを特徴とする請求項４記載のアクチュエータ。 A connection member connecting the electromechanical transducer, the first moving body, and the third moving body;
The connecting member connects the electromechanical transducer and the first moving body so that the first moving body can move in the axial direction of the first drive rod, and the third moving body The actuator according to claim 4, wherein the electromechanical conversion element and the third moving body are coupled so as to be relatively movable in the axial direction of the third drive rod.
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| WO2014049962A1 (en) * | 2012-09-28 | 2014-04-03 | コニカミノルタ株式会社 | Actuator unit and imaging device |
-
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