JP5071435B2 - 圧電アクチュエータ、レンズ鏡筒およびカメラ - Google Patents
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Description
本発明の課題は、摩擦や擦れの生じにくい圧電アクチュエータ、およびそれを用いたレンズ鏡筒、カメラを提供することである。
請求項2の発明は、請求項1に記載の圧電アクチュエータ(10,200,300)であって、前記第1圧電素子(23,323)と前記第2圧電素子(24,324)とは接触しないように設けられていることを特徴とする圧電アクチュエータ(10,110,200,300)である。
請求項3に記載の発明は、請求項1または請求項2に記載の圧電アクチュエータ(10,200,300)であって、前記移動部材(12)は、前記第2の部材(22,322)の前記第1の面(11A)側と反対側の面に沿って載置されていることを特徴とする圧電アクチュエータ(10,200,300)である。
請求項4に記載の発明は、ベース部材(11)の第1の面(11A)から移動部材(12)に向けて突出し、前記移動部材(12)を支持可能な突出部(13,220)と、前記突出部(13,220)とは異なる部材に沿って設けられ、前記第1の面(11A)と交差する交差方向に伸縮可能な第1圧電素子(23)と、前記突出部(13,220)とは異なる部材に沿って設けられ、前記交差方向とは異なる方向に伸縮可能な第2圧電素子(24,324)とを備え、前記第1圧電素子(23)は、前記突出部(13)とは異なる第1の部材(121)と前記第1の部材(121)とは異なる第2の部材(122)との間に設けられ、前記第2圧電素子(24)は、前記第2の部材(122)と前記突出部(13)との間に設けられ、前記移動部材(12)は、前記第1の部材(21,321)の前記第1の面(11A)側と反対側の面(12A)に沿って載置されていることを特徴とする圧電アクチュエータ(10,110,200,300)である。
請求項5に記載の発明は、請求項4に記載の圧電アクチュエータ(110)であって、前記突出部(13)は前記第1の面(11A)と交差する方向に沿った第2の面(13B)を有し、前記第1の部材(121)は前記第2の面(13B)と交差する方向に沿った第3の面(121A)を有し、前記第2の部材(122)は前記第1の面(11A)と交差する方向に沿った第4の面(122A)と前記第2の面(13B)と交差する方向に沿った第5の面(122B)を有し、前記第1圧電素子(23)は、前記第3の面(22D)と第5の面(122B)との間に設けられ、前記第2圧電素子(24)は、前記第2の面(21D)と前記第4の面(122A)との間に設けられていることを特徴とする圧電アクチュエータ(110)である。
請求項6に記載の発明は、請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の圧電アクチュエータ(10,110,200,300)であって、前記第1圧電素子(23)および前記第2圧電素子(24,324)を伸縮させる制御を行う制御部(30)を有し、前記制御部は、前記第1圧電素子(23)を伸ばした状態で前記第2圧電素子(24,324)を伸ばすことにより前記移動部材(12)を前記第2圧電素子(24,324)の伸縮方向に移動させる制御を行うことを特徴とする圧電アクチュエータ(10,110,200,300)である。
請求項7に記載の発明は、請求項6に記載の圧電アクチュエータ(10,110,300)であって、前記移動部材(12)は、前記第1圧電素子(23)および前記第2圧電素子(24,324)が収縮した状態において、前記突出部(13)で支持されることを特徴とする圧電アクチュエータ(10,110,300)である。
請求項8に記載の発明は、ベース部材(11)の第1の面(11A)から移動部材(12)に向けて突出し、前記移動部材(12)を支持可能な突出部(13,220)と、前記突出部(13,220)とは異なる部材に沿って設けられ、前記第1の面(11A)と交差する交差方向に伸縮可能な第1圧電素子(23)と、前記突出部(13,220)とは異なる部材に沿って設けられ、前記交差方向とは異なる方向に伸縮可能な第2圧電素子(24,324)とを備え、前記突出部(220)は、前記交差方向に伸縮可能な第3圧電素子(223)と、前記交差方向とは異なる方向に伸縮可能な第4圧電素子(224)とを有すること、前記第3圧電素子(223)と前記第4圧電素子(224)とは接触しないように設けられていること、前記第3圧電素子(223)は、前記第1の面(11A)と前記第1の部材および前記第2の部材とは異なる第3の部材(221)との間に設けられ、前記第4圧電素子(224)は、前記第3の部材(221)と、前記第3の部材(221)とは異なる第4の部材(222)との間に設けられていること、及び、前記第3の部材(221)は、前記第1の面(11A)と交差する方向に沿った第4の面(221D)を有し、前記第4の部材(222)は、前記第1の面(11A)と交差する方向に沿った第5の面(222D)を有し、前記第4圧電素子(224)は、前記第4の面(221D)と前記第5の面(222D)の間に設けられていることを特徴とする圧電アクチュエータ(200)である。
請求項9に記載の発明は、請求項8に記載の圧電アクチュエータ(200)であって、前記移動部材(12)は、前記第4の部材(222)の前記第1の面(11A)側と反対側の面(222C)に沿って載置されていることを特徴とする圧電アクチュエータ(200)である。
請求項10に記載の発明は、請求項8または請求項9に記載の圧電アクチュエータ(200)であって、前記制御部(20)は、前記第3圧電素子(223)および前記第4圧電素子(224)を伸縮させる制御を行い、前記第3圧電素子(223)を伸ばした状態で前記第4圧電素子(224)を伸ばすことにより前記移動部材(12)を前記第4圧電素子(224)の伸縮方向に移動させる制御を行うことを特徴とする圧電アクチュエータ(200)である。
請求項11に記載の発明は、請求項10に記載の圧電アクチュエータ(200)であって、前記移動部材(12)は、前記第1圧電素子(23)が伸びた状態であり、かつ、前記第3圧電素子(223)が収縮した状態において、前記第2の部材(22)で支持され、前記第3圧電素子(223)が伸びた状態であり、かつ、前記第1圧電素子(23)が収縮した状態において、前記第4の部材(222)で支持されることを特徴とする圧電アクチュエータ(200)である。
請求項12に記載の発明は、請求項1から請求項11のいずれか1項に記載の圧電アクチュエータを備えたレンズ鏡筒である。
請求項13に記載の発明は、請求項1から請求項11のいずれか1項に記載の圧電アクチュエータを備えたカメラである。
以下、図面等を参照して、本発明の第1実施形態について説明する。
(1)本実施形態の構成では、リフト駆動体23の駆動によって移動部材12を支持し、スライド駆動体24の駆動によってその支持した移動部材12を移動操作する。つまり、リフト駆動体23とスライド駆動体24とは、それぞれその作用方向が移動部材12を操作する方向に一致しており、且つ、両者の作用は独立して行われる。それぞれの操作に係る力の速度(速さおよび方向)は一定であり、駆動機構20(スライダ22)と駆動体12との間に速度の変化による不要な相対変位(こすり)は生じない。その結果、こすりに起因する磨耗を抑制できる。
(2)移動部材12の支持をリフト駆動体23が行い、移動部材12の移動操作をスライド駆動体24が行う。リフト駆動体23とスライド駆動体24とは接触していないため、一方の駆動体の駆動時の振動が他方の駆動体に与える影響もきわめて小さい。つまり、移動部材12の支持と移動の駆動が完全に分離しており、独立して駆動制御できる。このため、制御の自由度が高く、高い駆動精度に構成できる。
次に、前述した第1実施形態とは構成の異なる本発明の第2実施形態について説明する。図4は、本発明の第2実施形態における圧電アクチュエータ100の構成を概念的に示す図である。なお、図中、前述の第1実施形態と同じ機能を有する構成要素には同符号を付し、説明は省略する。
次に、本発明の第3実施形態について説明する。図5は、本発明の第3実施形態における圧電アクチュエータ200の構成を概念的に示す図である。なお、図中、前述した第1実施形態と同じ機能を有する構成要素には同符号を付し、説明は省略する。
すなわち、ベース部材11と移動部材12との間には、駆動機構20と第2駆動機構220とが、配置されている。駆動機構20と第2駆動機構220とは、ベース部材11の対向面11Aに、X軸方向に所定間隔で交互に設けられている。
すなわち、第2駆動機構220は、リフタ221と、スライダ222と、リフト駆動体223と、スライド駆動体224とを備えている。
以上、説明した実施形態に限定されることなく、以下に示すような種々の変形や変更が可能であり、それらも本発明の範囲内である。
図8に示す圧電モータ300は、第3実施形態における基材11(図5参照)に対応するステータ301と、移動部材12(図5参照)に対応するロータ302の間に、環状駆動機構320を備えている。
リフタ円板321は、ステータ301にリフト駆動体323を介して装着されている。リフタ円板321の上面には、リフタ321Aが周方向に所定間隔で突設されている。
なお、この構成例は環状駆動機構320に第3実施形態の構成を適用したものであるが、第1実施形態の構成を適用しても良いことはもちろんである。
(3)また、上記実施形態においては、駆動機構20(および第2駆動機構220)は、リフト駆動体23、223およびスライド駆動体24、224を厚み方向(すなわち図1、図5中のY軸方向に変位させることにより、移動部材12を駆動する構成としたが、図9に示すような構成としてもよい。図9は、変形形態による駆動機構420の構成を示す図である。
図9において、スライダ421は、図1におけるリフタ21(あるいは図5におけるリフタ221)と同様の部材であり、リフタ422は、図1におけるスライダ22(あるいは図5におけるスライダ222)と同様の部材である。スライド駆動体423は、図1におけるリフト駆動体23(あるいは図5におけるリフト駆動体223)と同様の位置に設けられており、リフト駆動体424は、図1おけるスライド駆動体24(あるいは図5におけるスライド駆動体224)と同様の位置に設けられている。
スライド駆動体423およびリフト駆動体424は、それぞれ圧電効果を有する圧電セラミックス等によって構成された所定厚さの圧電素子である。スライド駆動体423は、電圧の印加によって厚さ方向と直交する方向(図9におけるX軸方向)に所定量変形する。すなわち、電圧のON/OFFによってX軸方向に伸縮する。その結果、スライダ421をX軸方向に移動させることができる。リフト駆動体424も、電圧の印加によって厚さ方向と直交する方向(図9におけるY軸方向)に所定量変形する。すなわち、電圧のON/OFFによってY軸方向に伸縮する。その結果、リフタ422をX軸方向に移動させることができる。
このような図9におけるスライド駆動体およびリフト駆動体を、図1あるいは図5のスライド駆動体およびリフト駆動体と同様に制御することにより、図1あるいは図5と同様に、移動体12を駆動制御することができる。
(4)図10は、図9のような駆動機構20(あるいは120、220、420)を円環状に配置することにより移動部材を回転運動させる構成とした圧電モータ300を備えたカメラ101の構成図である。図10において、カメラ101は、撮像素子108を有するカメラボディ102と、レンズ107を有するレンズ鏡筒103とを備えている。レンズ鏡筒3は、カメラボディ102に着脱可能な交換レンズである。なお、図10では、レンズ鏡筒103が交換レンズである例を示したが、これに限らず、例えば、カメラボディと一体型のレンズ鏡筒としてもよい。
レンズ鏡筒103は、レンズ107、カム筒106、ギア304、圧電モータ300等を備えている。圧電モータ300は、カメラ101のフォーカス動作時にレンズ107を駆動する駆動源として用いられる。圧電モータ300から得られた駆動力は、ギア304を介してカム筒106に伝えられる。レンズ107は、カム筒106に保持されており、圧電モータ300の駆動力により、光軸方向Lに略平行に移動して、焦点調節を行うフォーカスレンズである。
図10において、レンズ鏡筒103内に設けられたレンズ群(レンズ107を含む)によって、撮像素子108の撮像面に被写体像が結像される。撮像素子108によって、結像された被写体像は電気信号に変換され、その信号がA/D変換されることによって、画像データが得られる。
Claims (13)
- ベース部材の第1の面から移動部材に向けて突出し、前記移動部材を支持可能な突出部と、
前記突出部とは異なる部材に沿って設けられ、前記第1の面と交差する交差方向に伸縮可能な第1圧電素子と、
前記突出部とは異なる部材に沿って設けられ、前記交差方向とは異なる方向に伸縮可能な第2圧電素子と、備え、
前記第1圧電素子は、前記第1の面と、前記突出部とは異なる第1の部材と、の間に設けられ、
前記第2圧電素子は、前記第1の部材と前記第1の部材とは異なる第2の部材との間に設けられ、
前記第1の部材は、前記第1の面と交差する方向に沿った第2の面を有し、前記第2の部材は、前記第1の面と交差する方向に沿った第3の面を有し、前記第2圧電素子は、前記第2の面と前記第3の面の間に設けられていること
を特徴とする圧電アクチュエータ。 - 請求項1に記載の圧電アクチュエータであって、
前記第1圧電素子と前記第2圧電素子とは接触しないように設けられていること
を特徴とする圧電アクチュエータ。 - 請求項1または請求項2に記載の圧電アクチュエータであって、
前記移動部材は、前記第2の部材の前記第1の面側と反対側の面に沿って載置されていること
を特徴とする圧電アクチュエータ。 - ベース部材の第1の面から移動部材に向けて突出し、前記移動部材を支持可能な突出部と、
前記突出部とは異なる部材に沿って設けられ、前記第1の面と交差する交差方向に伸縮可能な第1圧電素子と、
前記突出部とは異なる部材に沿って設けられ、前記交差方向とは異なる方向に伸縮可能な第2圧電素子とを備え、
前記第1圧電素子は、前記突出部とは異なる第1の部材と前記第1の部材とは異なる第2の部材との間に設けられ、
前記第2圧電素子は、前記第2の部材と前記突出部との間に設けられ、
前記移動部材は、前記第1の部材の前記第1の面側と反対側の面に沿って載置されていること
を特徴とする圧電アクチュエータ。 - 請求項4に記載の圧電アクチュエータであって、
前記突出部は前記第1の面と交差する方向に沿った第2の面を有し、前記第1の部材は前記第2の面と交差する方向に沿った第3の面を有し、前記第2の部材は前記第1の面と交差する方向に沿った第4の面と前記第2の面と交差する方向に沿った第5の面を有し、
前記第1圧電素子は、前記第3の面と第5の面との間に設けられ、
前記第2圧電素子は、前記第2の面と前記4の面との間に設けられていること
を特徴とする圧電アクチュエータ。 - 請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の圧電アクチュエータであって、
前記第1圧電素子および前記第2圧電素子を伸縮させる制御を行う制御部を有し、
前記制御部は、前記第1圧電素子を伸ばした状態で前記第2圧電素子を伸ばすことにより前記移動部材を前記第2圧電素子の伸縮方向に移動させる制御を行うこと
を特徴とする圧電アクチュエータ。 - 請求項6に記載の圧電アクチュエータであって、
前記移動部材は、前記第1圧電素子および前記第2圧電素子が収縮した状態において、前記突出部で支持されること
を特徴とする圧電アクチュエータ。 - ベース部材の第1の面から移動部材に向けて突出し、前記移動部材を支持可能な突出部と、
前記突出部とは異なる部材に沿って設けられ、前記第1の面と交差する交差方向に伸縮可能な第1圧電素子と、
前記突出部とは異なる部材に沿って設けられ、前記交差方向とは異なる方向に伸縮可能な第2圧電素子とを備え、
前記突出部は、前記交差方向に伸縮可能な第3圧電素子と、前記交差方向とは異なる方向に伸縮可能な第4圧電素子とを有すること、
前記第3圧電素子と前記第4圧電素子とは接触しないように設けられていること、
前記第3圧電素子は、前記第1の面と前記第1の部材および前記第2の部材とは異なる第3の部材との間に設けられ、前記第4圧電素子は、前記第3の部材と前記第3の部材とは異なる第4の部材との間に設けられていること、及び、
前記第3の部材は、前記第1の面と交差する方向に沿った第4の面を有し、前記第4の部材は、前記第1の面と交差する方向に沿った第5の面を有し、前記第4圧電素子は、前記第4の面と前記第5の面の間に設けられていること
を特徴とする圧電アクチュエータ。 - 請求項8に記載の圧電アクチュエータであって、
前記移動部材は、前記第4の部材の前記第1の面側と反対側の面に沿って載置されていること
を特徴とする圧電アクチュエータ。 - 請求項8または請求項9に記載の圧電アクチュエータであって、
前記制御部は、前記第3圧電素子および前記第4圧電素子を伸縮させる制御を行い、前記第3圧電素子を伸ばした状態で前記第4圧電素子を伸ばすことにより前記移動部材を前記第4圧電素子の伸縮方向に移動させる制御を行うこと
を特徴とする圧電アクチュエータ。 - 請求項10に記載の圧電アクチュエータであって、
前記移動部材は、前記第1圧電素子が伸びた状態であり、かつ、前記第3圧電素子が収縮した状態において、前記第2の部材で支持され、前記第3圧電素子が伸びた状態であり、かつ、前記第1圧電素子が収縮した状態において、前記第4の部材で支持されること
を特徴とする圧電アクチュエータ。 - 請求項1から請求項11のいずれか1項に記載の圧電アクチュエータを備えたレンズ鏡筒。
- 請求項1から請求項11のいずれか1項に記載の圧電アクチュエータを備えたカメラ。
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