アクチュエータ
【課題】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。
【解決手段】軸方向共振モードの共振周波数が異なるように形成された３つの軸を有する１つの圧電素子２と、その圧電素子２の軸夫々の軸方向に延ばされるようにして連結された３つの駆動ロッド３１〜３３と、駆動ロッド３１〜３３に摩擦係合した３つの移動体４〜６とを備えている。
【解決手段】軸方向共振モードの共振周波数が異なるように形成された３つの軸を有する１つの圧電素子２と、その圧電素子２の軸夫々の軸方向に延ばされるようにして連結された３つの駆動ロッド３１〜３３と、駆動ロッド３１〜３３に摩擦係合した３つの移動体４〜６とを備えている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−１１０９１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
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。
【０００６】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
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。
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【発明の効果】
【００１８】
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。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】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である。
【図２】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である。
【図３】図１のアクチュエータの正面図である。
【図４】図１のアクチュエータの右側面図である。
【図５】図１のアクチュエータの左側面図である。
【図６】図１のアクチュエータの平面図である。
【図７】図１のアクチュエータの底面図である。
【図８】アクチュエータの圧電素子と駆動ロッドとを表した斜視図である。
【図９】アクチュエータにおける圧電素子の各軸の寸法、共振周波数、駆動周波数、及び各駆動ロッドの寸法を表した図表である。
【図１０】アクチュエータにおける駆動周波数／共振周波数と移動体の速度との関係をグラフに表した図表である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【符号の説明】
【００７３】
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
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−１１０９１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
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。
【０００６】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
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。
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【発明の効果】
【００１８】
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。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】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である。
【図２】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である。
【図３】図１のアクチュエータの正面図である。
【図４】図１のアクチュエータの右側面図である。
【図５】図１のアクチュエータの左側面図である。
【図６】図１のアクチュエータの平面図である。
【図７】図１のアクチュエータの底面図である。
【図８】アクチュエータの圧電素子と駆動ロッドとを表した斜視図である。
【図９】アクチュエータにおける圧電素子の各軸の寸法、共振周波数、駆動周波数、及び各駆動ロッドの寸法を表した図表である。
【図１０】アクチュエータにおける駆動周波数／共振周波数と移動体の速度との関係をグラフに表した図表である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【符号の説明】
【００７３】
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
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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。
【請求項２】
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請求項１記載のアクチュエータ。
【請求項３】
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請求項１又は２記載のアクチュエータ。
【請求項４】
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請求項３記載のアクチュエータ。
【請求項５】
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請求項４記載のアクチュエータ。
【請求項１】
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。
【請求項２】
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請求項１記載のアクチュエータ。
【請求項３】
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請求項１又は２記載のアクチュエータ。
【請求項４】
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請求項３記載のアクチュエータ。
【請求項５】
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請求項４記載のアクチュエータ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１２−１２５０４７（Ｐ２０１２−１２５０４７Ａ）
【公開日】平成２４年６月２８日（２０１２．６．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２７３３８３（Ｐ２０１０−２７３３８３）
【出願日】平成２２年１２月８日（２０１０．１２．８）
【出願人】（３０３０００４０８）コニカミノルタアドバンストレイヤー株式会社 (3,255)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年６月２８日（２０１２．６．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１２月８日（２０１０．１２．８）
【出願人】（３０３０００４０８）コニカミノルタアドバンストレイヤー株式会社 (3,255)
【Ｆターム（参考）】
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