駆動装置の駆動方法
【課題】駆動装置の構造の制限により電気機械変換素子の伸長時と縮小時とで振動摩擦部に速度の異なる変位が得られない場合においても、移動部を駆動すること。
【解決手段】伸縮方向で互いに対向する第１及び第２の端部を持つ電気機械変換素子と、この電気機械変換素子の第１の端部に結合された静止部材と、電気機械変換素子の第２の端部に取り付けられた振動摩擦部と、この振動摩擦部と摩擦結合される移動部とを備え、電気機械変換素子の伸縮方向に移動部が移動可能な駆動装置を駆動する場合、電気機械変換素子の伸長する速度と縮小する速度とを等しくし、静止時間を電気機械変換素子の縮小後および伸長後のいずれか一方に設ける。
【解決手段】伸縮方向で互いに対向する第１及び第２の端部を持つ電気機械変換素子と、この電気機械変換素子の第１の端部に結合された静止部材と、電気機械変換素子の第２の端部に取り付けられた振動摩擦部と、この振動摩擦部と摩擦結合される移動部とを備え、電気機械変換素子の伸縮方向に移動部が移動可能な駆動装置を駆動する場合、電気機械変換素子の伸長する速度と縮小する速度とを等しくし、静止時間を電気機械変換素子の縮小後および伸長後のいずれか一方に設ける。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は駆動装置に関し、特に、圧電素子等の電気機械変換素子を用いた駆動装置の駆動方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、カメラのオートフォーカス用アクチュエータやズーム用アクチュエータとして、圧電素子、電歪素子、磁歪素子等の電気機械変換素子を使用した（駆動装置）リニアアクチュエータが使用されている。
【０００３】
例えば、特許文献１は、レンズホルダ（被駆動部材、移動部）を移動させるのに、圧電素子の伸縮方向の一端にガイド棒（駆動部材、振動摩擦部）を接着し、ガイド棒にレンズホルダ（移動部）を移動可能に支持させ、ガイド棒とレンズホルダとの間に摩擦力を発生させる板バネとを備えた駆動装置を開示している。特許文献１では、圧電素子に伸びの速度と縮みの速度とを異ならせるように電圧を印加している。
【０００４】
また、特許文献２は、圧電素子と、この圧電素子に結合して圧電素子の伸縮方向に延在する駆動軸（耐摩耗性の振動棒、振動摩擦部）と、この駆動軸に摩擦結合した被駆動部材（ズームレンズ鏡筒、移動部）とを備えた駆動装置を開示している。この特許文献２では、圧電素子に印加する駆動信号を工夫して、被駆動部材（ズームレンズ鏡筒、移動部）を駆動している。
【０００５】
特許文献３は、構成部材の弾性変形の影響を受けることのない電気機械変換素子を使用した直線駆動機構を開示している。特許文献３において、固定鏡筒に固着された内筒には半径方向に延びた延長部（静止部材）の軸受に光軸に平行に配置された駆動軸（移動部）が移動自在に支持されている。延長部（静止部材）と作用部材（振動摩擦部）との間には圧電素子（電気機械変換素子）が配置され固着結合される。作用部材の上半分は駆動軸に接触し、作用部材の下半分はばねにより付勢されたパッドが装着され、作用部材及びパッドは駆動軸に対し適当な摩擦力で摩擦結合する。圧電素子に速度の異なる伸縮変位を発生させると、作用部材を介して駆動軸が変位し、駆動軸は被駆動部材であるレンズ保持枠と共に繰り出し繰り込みがなされる。
【０００６】
また、特許文献４は、可動子を炭素繊維を含む液晶ポリマーで形成することで、金属材料で形成する場合に比べて、低コスト化と軽量化を図れるとともに、移動速度や駆動力を低下させることなく高い曲げ弾性係数の可動子を用いた高性能な駆動装置を開示している。この特許文献６に開示された駆動装置は、電圧が印加されることにより伸縮する圧電素子（電気機械変換素子）と、圧電素子の伸縮方向一端に固定された駆動軸（振動摩擦部）と、駆動軸に摺動可能に摩擦係合する可動子（移動部）と、圧電素子の伸縮方向他端に接着固定されたウェイト（静止部材、錘）とを備える。圧電素子の伸びと縮みの速度または加速度を異ならせて駆動軸を振動させることにより、可動子（移動部）を駆動軸（振動摩擦部）に沿って移動させる。
【０００７】
さらに、特許文献５は、構造を簡単にし、且つ駆動回路の簡単なリニア超音波モータを開示している。この特許文献５に開示されたリニア超音波モータは、伸縮運動する圧電素子（電気機械変換素子）の一方の端部を固定ベース（静止部材）に固定し、他方の端部に摩擦部材（振動摩擦部）を装着し、伸縮運動方向に沿う方向に移動可能な移動子（移動部）を摩擦部材に圧接し、圧電素子への印加電圧を、伸縮運動において、往と復との運動速度の大きさが異なるような鋸歯状としている。
【０００８】
とにかく、特許文献１乃至５で開示されているように、従来の駆動装置の駆動方法は、図９に示されるように、電気機械変換素子の振動の伸長時と縮小時とで速度を変化させ、振動摩擦部の鋸歯状の変位で移動部を駆動する方法が一般的である。
【０００９】
【特許文献１】特許第２６３３０６６号公報（図３）
【特許文献２】特許第３２１８８５１号公報（図５、図７）
【特許文献３】特開平９−１９１６６５号公報（図６）
【特許文献４】特開２００６−３０４５２９号公報
【特許文献５】特許第３００２８９０号公報（図２、図３）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
振動摩擦部に対して鋸歯変位を得させるためには、電気機械変換素子への印加電圧を鋸歯状にするか、若しくは、電気機械変換素子に矩形波形の電圧を印加して、駆動装置の構造から決定される伝達関数の特性により、振動摩擦部に鋸歯状変位を得る必要がある。そのため、駆動装置の構造と振動摩擦部の鋸歯状変位が得られる周波数には密接な関係がある。
【００１１】
しかしながら、従来の駆動装置の駆動方法のような、電気機械変換素子の伸長時と縮小時とによって振動摩擦部の変位速度に差を生じさせる方法では、駆動装置の構造によっては、このような振動摩擦部に対して速度の異なる変位を得らせるのが困難な場合がある。
【００１２】
したがって、本発明の課題は、駆動装置の構造の制限により電気機械変換素子の伸長時と縮小時とで振動摩擦部に速度の異なる変位が得られない場合においても、移動部を駆動することが可能な、駆動装置の駆動方法を提供することにある。
【００１３】
本発明の他の目的は、説明が進むにつれて明らかになるだろう。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明によれば、伸縮方向で互いに対向する第１及び第２の端部（４４１ａ、４４１ｂ）を持つ電気機械変換素子（４４１）と、該電気機械変換素子の前記第１の端部に結合された静止部材（４４２）と、前記電気機械変換素子の前記第２の端部に取り付けられた振動摩擦部（４４３）と、該振動摩擦部の振動方向に移動可能な状態に前記振動摩擦部と摩擦結合される移動部（４２３）とを備えた駆動装置（２０）における、前記電気機械変換素子の伸縮により前記移動部を駆動する前記駆動装置の駆動方法であって、前記電気機械変換素子（４４１）の伸長する速度と縮小する速度とを等しくし、静止時間を前記電気機械変換素子の縮小後および伸長後のいずれか一方に設けることによって、前記移動部（４２３）を前記電気機械変換素子の伸長方向或いは縮小方向のいずれか一方に駆動することを特徴とする駆動装置の駆動方法が得られる。
【００１５】
上記本発明による駆動装置の駆動方法において、前記移動部（４２３）を前記電気機械変換素子（４４１）の伸長方向に駆動する場合、ａ）前記電気機械変換素子を一定速度で伸長して前記振動摩擦部（４４３）を前記一定速度で前記電気変換素子の伸長方向へ変位させる工程と、ｂ）前記電気機械変換速度を前記一定速度で縮小して前記振動摩擦部（４４３）を前記一定速度で前記電気変換素子の縮小方向へ変位させる工程と、ｃ）前記電気機械変換素子を駆動せずに前記振動摩擦部（４４３）を一定時間だけ静止させる工程と、を含み、前記工程ａ）乃至前記工程ｃ）を繰り返す。この場合、前記工程ｃ）から前記工程ａ）へ遷移するときに働く加速度（Ａ）と前記工程ｂ）から前記工程ｃ）へ遷移するときに働く加速度（Ｃ）では前記移動部（４２３）は前記振動摩擦部（４４３）に対して実質的に滑らず、前記工程ａ）から前記工程ｂ）へ遷移するときに働く加速度（−Ｂ）では前記移動部（４２３）は前記振動摩擦部（４４３）に対して滑るように、前記一定速度の大きさが設定される。
【００１６】
また、上記本発明による駆動装置の駆動方法において、前記移動部（４２３）を前記電気機械変換素子（４４１）の縮小方向に駆動する場合、ａ）前記電気機械変換素子を一定速度で縮小して前記振動摩擦部（４４３）を一定速度で前記電気機械変換素子の縮小方向へ変位させる工程と、ｂ）前記電気機械変換速度を前記一定速度で伸長して前記振動摩擦部（４４３）を一定速度で前記電気機械変換素子の伸長方向へ変位させる工程と、ｃ）前記電気機械変換素子を駆動せずに前記振動摩擦部（４４３）を一定時間だけ静止させる工程と、を含み、前記工程ａ）乃至前記工程ｃ）を繰り返す。この場合、前記工程ｃ）から前記工程ａ）へ遷移するときに働く加速度（−Ａ）と前記工程ｂ）から前記工程ｃ）へ遷移するときに働く加速度（−Ｃ）では前記移動部（４２３）は前記振動摩擦部（４４３）に対して実質的に滑らず、前記工程ａ）から前記工程ｂ）へ遷移するときに働く加速度（Ｂ）では前記移動部（４２３）は前記振動摩擦部（４４３）に対して滑るように、前記一定速度の大きさが設定される。
【００１７】
尚、上記括弧内の参照符号は、理解を容易にするために付したものであり、一例に過ぎず、これらに限定されないのは勿論である。
【発明の効果】
【００１８】
本発明では、電気機械変換素子の伸長する速度と縮小する速度とを等しくし、静止時間を電気機械変換素子の伸長後若しくは縮小後に設けて、移動部を駆動しているので、駆動装置の構造の制限により電気機械変換素子の伸長時と縮小時とで振動摩擦部に速度の異なる変位が得られない場合においても、移動部を駆動することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
【００２０】
図１は本発明の一実施の形態による駆動装置２０を示す外観斜視図である。ここでは、図１に示されるように、直交座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を使用している。図１に図示した状態では、直交座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）において、Ｘ軸は前後方向（奥行方向）であり、Ｙ軸は左右方向（幅方向）であり、Ｚ軸は上下方向（高さ方向）である。そして、図１に示す例においては、上下方向Ｚがレンズの光軸Ｏ方向である。
【００２１】
図示の駆動装置２０は、図示しない筐体内に配置される。筐体は、カップ状の上側カバー（図示せず）と下側ベース（図示せず）とを含む。筐体の下側ベース上に静止部材（錘）４４２（後述する）が搭載される。上側カバーの上面は、レンズの光軸Ｏを中心軸とした円筒部（図示せず）を有する。一方、図示はしないが、下側ベースの中央部には、基板に配置された撮像素子が搭載される。この撮像素子は、可動レンズ（後述する）により結像された被写体像を撮像して電気信号に変換する。撮像素子は、例えば、ＣＣＤ（charge coupled device）型イメージセンサ、ＣＭＯＳ（complementary metal oxide semiconductor）型イメージセンサ等により構成される。
【００２２】
図示の駆動装置２０は、オートフォーカスレンズ駆動ユニット４０から構成されている。
【００２３】
筐体内には、左右方向Ｙの左側に案内軸（図示せず）が設けられている。この案内軸は、レンズの光軸Ｏと平行に延在している。案内軸は筐体の下側ベースから立設している。このレンズの光軸Ｏを間に挟んで、案内軸と反対側である左右方向Ｙの右側には、後で詳述する、棒状の移動部（移動軸）４２３が設けられている。すなわち、案内軸と移動軸４２３とは、レンズの光軸Ｏまわりに回転対称な位置に配置されている。
【００２４】
オートフォーカスレンズ駆動ユニット４０は、レンズ可動部４２とレンズ駆動部４４とから構成される。レンズ可動部４２は、オートフォーカスレンズＡＦＬを保持するレンズ保持枠４２１を含む。レンズ保持枠４２１は、略円筒状の可動鏡筒４２２の内部に固定されている。可動鏡筒４２２は、左右方向Ｙの左側で半径方向外側に延びる一対の延在部４２２１（但し、図１では上側のみ図示する）を有する。この一対の延在部４２２１は、上記案内軸が貫通する貫通孔４２２１ａを持つ。また、可動鏡筒４２２は、左右方向Ｙの右側で半径方向外側に延びる一対の延在部４２２２を有する。この一対の延在部４２２２は、棒状の移動軸４２３が貫通して嵌合される嵌合孔４２２２ａを持つ。このような構成により、レンズ可動部４２は、筐体に対してレンズの光軸Ｏ方向にのみ移動可能である。
【００２５】
レンズ駆動部４４は、レンズ可動部４２をレンズの光軸Ｏ方向に摺動可能に支持しながら、後述するようにレンズ可動部４２を駆動する。
【００２６】
図１に加えて図２乃至図４をも参照して、オートフォーカスレンズ駆動ユニット４０のレンズ駆動部４４について説明する。図２はオートフォーカスレンズ駆動ユニット４０のレンズ駆動部４４を棒状の移動軸４２３と共に示す斜視図である。図３はオートフォーカスレンズ駆動ユニット４０のレンズ駆動部４４を棒状の移動軸４２３と共に示す平面図である。図４はレンズ駆動部４４の主要部を示す斜視図である。
【００２７】
レンズ駆動部４４は、電気機械変換素子として働く積層圧電素子４４１と、静止部材（錘）４４２と、振動摩擦部４４３とを有する。積層圧電素子４４１は、レンズの光軸Ｏ方向に伸縮する。積層圧電素子４４１は、レンズの光軸Ｏ方向に複数の圧電層を積層した構造を有する。図５に示されるように、積層圧電素子４４１は、伸縮方向で互いに対向する第１の端部（下端部）４４１ａと第２の端部（上端部）４４１ｂとを持つ。静止部材（錘）４４２は、積層圧電素子４４１の第１の端部（下端部）４４１ａに接着剤等で結合される。振動摩擦部４４３は、積層圧電素子４４１の第２の端部（上端部）４４１ｂに接着剤等で取り付けられている。図示の例では、振動摩擦部４４３は積層圧電素子４４１の第２の端部４４１ｂに直接結合されているが、振動摩擦部４４３と積層圧電素子４４１の第２の端部４４１ｂとの間に何らかの部材が介在されていてもよい。
【００２８】
なお、図５に示されるような、積層圧電素子４４１と静止部材４４２との組合せは、圧電ユニットと呼ばれる。
【００２９】
棒状の移動軸４２３は、この振動摩擦部４４３と摩擦結合される。図３および図４に示されるように、振動摩擦部４４３には、当該振動摩擦部４４３と棒状の移動軸４２３との間の摩擦結合部に断面Ｖ字状の溝４４３ａが形成されている。
【００３０】
レンズ駆動部４４は、棒状の移動軸４２３を振動摩擦部４４３に対して押し付ける（付勢する）ためのばね４４４を備える。すなわち、ばね４４４は、振動摩擦部４４３に固定され移動部４２３を押えるための押付力を発生する付勢手段として働く。ばね４４４と棒状の移動軸４２３との間にＶ字型構造のパッド４４５が挟み込まれている。パッド４４５は、移動部４２３を間に挟んで振動摩擦部４４３と対向して配置されている。振動摩擦部４４３と同様に、パッド４４５も、当該パッド４４５と棒状の移動軸４２３との間の接触部に断面Ｖ字状の溝４４５ａが形成されている。振動摩擦部４４３は、ばね４４４を保持するための溝４４３ｂが設けられている。ばね４４４は、その一端部がこの溝４４３ｂで振動摩擦部４４３に係合され、その他端部が移動部４２３側に延在している。これにより、振動摩擦部４４３とパッド４４５をばね４４４で棒状の移動軸４２３に押し付けている。この結果、棒状の移動軸４２３は振動摩擦部４４３に安定して摩擦結合される。
【００３１】
詳述すると、移動部４２３とばね４４４との間にパッド４４５が挟み込まれている。これは、ばね４４４の摩擦磨耗による押付力の劣化をなくし、ばね４４４の摩擦磨耗による摩擦力の変化をなくすためである。尚、パッド４４４の摩擦磨耗を防ぐため、パッド４４４の表面は滑らかであることが望ましい。そのためには、パッド４４４は、硬い金属か樹脂または繊維強化複合樹脂の材料から成ることが望ましい。
【００３２】
また、振動摩擦部４４３において、振動摩擦部４４３と移動部４２３との間の摩擦結合部に断面Ｖ字状の溝４４３ａを形成している。振動摩擦部４４３の断面Ｖ字状の溝４４３ａによる移動部４２３との２直線接触により、摩擦結合部の接触状態が安定し、再現性の良い摩擦駆動が得られると共に、移動部４２３の一軸移動体としての直進移動性を高めるという効果を奏する。尚、この断面Ｖ字状の溝４４３ａの角度θ１は、３０度から１８０度未満の範囲であることが望ましい。
【００３３】
更に、パッド４４５がＶ字型構造をしている。パッド４４５の断面Ｖ字状の溝４４５ａによる移動部４２３との２直線接触により、摩擦結合部の接触状態が安定し、移動部４２３の一軸移動体としての直進移動性を高めるという効果を奏する。尚、この断面Ｖ字状の溝４４５ａの角度θ２は、３０度から１８０度未満の範囲であることが望ましい。
【００３４】
また、振動摩擦部４４３とパッド４４５をばね４４４で移動部４２３に押し付けている。これにより、振動摩擦部４４３の断面Ｖ字状の溝４４３ａとパッド４４５の断面Ｖ字状の溝４４５ａとを、移動部４２３に押し付けることで、３部品（移動部４２３、振動摩擦部４４３、パッド４４５）の安定した線接触を可能としている。尚、ばね４４４による押付力は５〜１００ｇｆの範囲にあることが望ましい。
【００３５】
レンズ駆動部４４とレンズ移動部４２とは、図１に示されるように、レンズの光軸Ｏに対して並置されている。したがって、フォーカスレンズ駆動ユニット４０を低背化することができる。その結果、駆動装置２０も低背化することができる。
【００３６】
次に、積層圧電素子４４１について説明する。積層圧電素子４４１は直方体の形状をしており、その素子サイズは、０．９［ｍｍ］×０．９［ｍｍ］×１．５［ｍｍ］である。圧電材料としてＰＺＴのような低Ｑｍ材を使用している。厚さ２０［μｍ］の圧電材料と厚さ２［μｍ］の内部電極とを交互に櫛形に５０層積層することによって、積層圧電素子４４１を製造する。そして、積層圧電素子４４１の有効内部電極サイズは、０．６［ｍｍ］×０．６［ｍｍ］である。換言すれば、積層圧電素子４４１の有効内部電極の外側に位置する周辺部には、幅０．１５［ｍｍ］のリング状の不感帯部分（クリアランス）が存在する。
【００３７】
なお、摩擦結合部の高さ（振動摩擦部４４３の移動部４２３と接触する摺動方向の長さ）Ｈを１．１５ｍｍ以下とすることにより、移動部４２３の移動速度を速くし、駆動装置２０の低背化を図っている。
【００３８】
次に、図６を参照して、本発明の一実施の形態に係る駆動方法による、振動摩擦部４４３の変位波形とそれに伴う移動部４２３の変位波形について説明する。図６において、（Ａ）は移動部４２３を＋方向（上方向、電気機械変換素子４４１の伸長方向）へ移動させる場合の振動摩擦部４４３と移動体４２３の変位波形を示し、（Ｂ）は移動部４２３を−方向（下方向、電気機械変換素子４４１の縮小方向）へ移動させる場合の振動摩擦部４４３と移動部４２３の変位波形を示す。
【００３９】
最初に図６（Ａ）を参照して、移動部４２３を＋方向（上方向、電気機械変換素子４４１の伸長方向）へ移動させる場合の振動摩擦部４４３の変位波形とそれに伴う移動部４２３の変位波形について説明する。
【００４０】
図６（Ａ）から明らかなように、ａ）電気機械変換素子４４１を一定速度で伸長して振動摩擦部４４３を一定速度で上方向（電気機械変換素子４４１の伸長方向）へ変位させる工程と、ｂ）電気機械変換速度４４１を上記一定速度で縮小して振動摩擦部４４３を一定速度で下方向（電気機械変換素子４４１の縮小方向）へ変位させる工程と、ｃ）電気機械変換素子４４１を駆動せずに振動摩擦部４４３を一定時間だけ静止させる工程とを繰り返す。
【００４１】
この場合、工程ａ）で電気機械変換素子４４１の一定速度の伸長により振動摩擦部４４３が一定速度で上方向（電気機械変換素子４４１の伸長方向）へ変位するので、移動部４２３もそれに伴って上方へ変位する。その後、工程ｂ）で電気機械変換素子４４１を一定速度で縮小するので振動摩擦部４４３が一定速度で下方向（電気機械変換素子４４１の縮小方向）へ変位するが、この切り替え時の加速度で振動摩擦部４４３と移動部４２３との間に滑りが生じる。その結果、振動摩擦部４４３が一定速度で下方向へ変位しても、移動部４２３は直ちには追従できず、遅れて移動部４２３が僅かに下方へ変位する。その後、工程ｃ）で振動摩擦部４４３が静止するので、移動部４２３も静止する。
【００４２】
以上の動作を繰り返すことにより、移動部４２３は徐々に上方向（＋方向、電気機械変換素子４４１の伸長方向）へ移動することになる。
【００４３】
次に図６（Ｂ）を参照して、移動部４２３を−方向（下方向、電気機械変換素子４４１の縮小方向）へ移動させる場合の振動摩擦部４４３の変位波形とそれに伴う移動部４２３の変位波形について説明する。
【００４４】
図６（Ｂ）から明らかなように、ａ）電気機械変換素子４４１を一定速度で縮小して振動摩擦部４４３を一定速度で下方向（電気機械変換素子４４１の縮小方向）へ変位させる工程と、ｂ）電気機械変換速度４４１を上記一定速度で伸長して振動摩擦部４４３を一定速度で上方向（電気機械変換素子４４１の伸長方向）へ変位させる工程と、ｃ）電気機械変換素子４４１を駆動せずに振動摩擦部４４３を一定時間だけ静止させる工程とを繰り返す。
【００４５】
この場合、工程ａ）で電気機械変換素子４４１の一定速度の縮小により振動摩擦部４４３が一定速度で下方向（電気機械変換素子４４１の縮小方向）へ変位するので、移動部４２３もそれに伴って下方へ変位する。その後、工程ｂ）で電気機械変換素子４４１を一定速度で伸長するので振動摩擦部４４３が一定速度で上方向（電気機械変換素子４４１の伸長方向）へ変位するが、この切り替え時の加速度で振動摩擦部４４３と移動部４２３との間に滑りが生じる。その結果、振動摩擦部４４３が一定速度で上方向へ変位しても、移動部４２３は直ちには追従できず、遅れて移動部４２３が僅かに上方へ変位する。その後、工程ｃ）で振動摩擦部４４３が静止するので、移動部４２３も静止する。
【００４６】
以上の動作を繰り返すことにより、移動部４２３は徐々に下方向（−方向、電気機械変換素子４４１の縮小方向）へ移動することになる。
【００４７】
尚、電気機械変換素子４４１の伸長時と縮小時とで振動摩擦部４４３の変位速度を等しくする回路構成は、比較的簡単に作ることができる。
【００４８】
図７に、移動部４２３を＋方向（上方向、電気機械変換素子４４１の伸長方向）へ移動させるときの振動摩擦部４４３の変位とその加速度を示す。また、図８は、移動部４２３の質量をｍ、振動摩擦部４４３と移動部４２３との間の垂直抗力をＮ、振動摩擦部４４３と移動部４２３との間の摩擦係数をμとしたときに、加速度Ａで振動摩擦部４４３を加速する場合のモデル図である。
【００４９】
図７に示されるような振動摩擦部４４３の変位波形から、その加速度を求めるとする。この場合、静止状態Ｓ１（工程ｃ））より伸長状態Ｓ２（工程ａ））に遷移するときに働く加速度Ａと、伸長状態Ｓ２（工程ａ））より縮小状態Ｓ３に（工程ｂ））に遷移するときに働く加速度−Ｂと、縮小状態Ｓ３（工程ｂ））から静止状態Ｓ１（工程ａ））に遷移するときに働く加速度Ｃとが発生している。ここで、速度変化が大きい加速度−Ｂでは、他の加速度ＡおよびＣよりも大きな力が発生することになる。
【００５０】
図８に示されるように、移動部４２３の質量をｍ、振動摩擦部４４３と移動部４２３との間の垂直抗力をＮ、振動摩擦部４４３と移動部４２３との間の摩擦係数をμとする。
【００５１】
この状態において、加速度Ａで加速する振動摩擦部４４３から見て、移動部４２３には−ｍ・Ａの慣性力が働く。ここで、振動摩擦部４４３から移動部４２３へ働く摩擦力μＮが慣性力−ｍ・Ａに勝っていれば、振動摩擦部４４３と移動部４２３とは一体に加速する。
【００５２】
次に、加速度−Ｂによって変位方向を変える振動摩擦部４４３から見て、移動部４２３には慣性力ｍ・Ｂと摩擦力−μＮとが働く。ここで、慣性力ｍ・Ｂが摩擦力−μＮに勝っている場合、振動摩擦部４４３と移動部４２３との間に滑りが生じる。
【００５３】
最後に、加速度Ｃによって静止しようとする振動摩擦部４４３から見て、移動部４２３には慣性力−ｍ・Ｃと摩擦力μＮとが働く。ここで、摩擦力μＮが慣性力−ｍ・Ｃに勝っている場合、移動部４２３は振動摩擦部４４３とともに静止する。
【００５４】
以上の一連の動作の中で、振動摩擦部４４３から見た慣性力が最も大きく働くのは、速度変化が大きい加速度−Ｂのときである。
【００５５】
従って、加速度ＡおよびＣの時に移動部４２３が振動摩擦部４４３に対して実質的に滑らない（若しくは滑りの少ない）条件で、且つ加速度−Ｂの時に滑りが大きく生じる条件で、上記一定速度の大きさを設定すれば、移動部４２３を上方向（電気機械変換素子４４１の伸長方向）へ駆動することが可能となる。
【００５６】
以上の説明では、移動部４２３を＋方向（上方向、電気機械変換素子４４１の伸長方向）へ移動させるときの振動摩擦部４４３の変位とその加速度について述べたが、移動部４２３を−方向（下方向、電気機械変換素子４４１の縮小方向）へ移動させるときの振動摩擦部４４３の変位とその加速度も同様である。
【００５７】
この場合、静止状態Ｓ１（工程ｃ））より縮小状態Ｓ３（工程ａ））に遷移するときに働く加速度−Ａと、縮小状態Ｓ３（工程ａ））より伸長状態Ｓ２（工程ｂ））に遷移するときに働く加速度Ｂと、伸長状態Ｓ２（工程ｂ）から静止状態Ｓ１（工程ｃ））に遷移するときに働く加速度−Ｃとが発生する。ここで、速度変化が大きい加速度Ｂでは、他の加速度−Ａおよび−Ｃよりも大きな力が発生することになる。
【００５８】
従って、加速度−Ａおよび−Ｃの時に移動部４２３が振動摩擦部４４３に対して実質的に滑らない（若しくは滑りの少ない）条件で、且つ加速度Ｂの時に滑りが大きく生じる条件で、上記一定速度の大きさを設定すれば、移動部４２３を下方向（電気機械変換素子４４１の縮小方向）へ駆動することが可能となる。
【００５９】
以上の説明から明らかなように、駆動装置２０の構造の制限により、電気機械変換素子（積層圧電素子）４４１の伸長時と縮小時とで振動摩擦部４４３に対して速度の異なる変位が得られない場合においても、本発明による駆動装置２０の駆動方法によれば、移動部４２３を駆動することが可能となる。
【００６０】
以上、本発明についてその好ましい実施の形態によって説明してきたが、本発明の精神を逸脱しない範囲内で、種々の変形が当業者によって可能であるのは明らかである。例えば、駆動装置の構成は、上述した実施の形態のものに限定されず、例えば、前述した特許文献１乃至５のいずれの構成であっても良いのは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明の一実施の形態による駆動方法が適用される駆動装置を示す外観斜視図である。
【図２】図１に図示した駆動装置のレンズ駆動部を棒状の移動軸と共に示す斜視図である。
【図３】図２に図示した駆動装置のレンズ駆動部を棒状の移動軸と共に示す平面図である。
【図４】図２に示したレンズ駆動部の主要部を示す斜視図である。
【図５】図２に図示したレンズ駆動部に使用される圧電ユニットを示す斜視図である。
【図６】本発明の一実施の形態に係る駆動装置の駆動方法による、振動摩擦部の変位波形とそれに伴う移動部の変位波形を示す波形図である。
【図７】移動部を＋方向（上方向）へ移動させるときの振動摩擦部の変位とその加速度を示す波形図である。
【図８】移動部の質量をｍ、振動摩擦部と移動部との間の垂直抗力をＮ、振動摩擦部と移動部との間の摩擦係数をμとしたときに、加速度Ａで振動摩擦部を加速する場合のモデル図である。
【図９】従来の駆動装置の駆動方法による、振動摩擦部の変位波形とそれに伴う移動部の変位波形を示す波形図である。
【符号の説明】
【００６２】
２０ 駆動装置
４０ オートフォーカスレンズ駆動ユニット
４２ レンズ可動部
４２１ レンズ保持枠
４２２ 可動鏡筒
４２２１ 延在部
４２２１ａ 貫通孔
４２２２ 延在部
４２２２ａ 嵌合孔
４２３ 棒状の移動部（移動軸）
４４ レンズ駆動部
４４１ 積層圧電素子（電気機械変換素子）
４４１ａ 第１の端部（下端部）
４４１ｂ 第２の端部（上端部）
４４２ 静止部材（錘）
４４３ 振動摩擦部
４４３ａ 断面Ｖ字状の溝
４４４ ばね
４４５ Ｖ字型構造のパッド
４４５ａ 断面Ｖ字状の溝
Ｏ レンズの光軸
ＡＦＬ オートフォーカスレンズ
【技術分野】
【０００１】
本発明は駆動装置に関し、特に、圧電素子等の電気機械変換素子を用いた駆動装置の駆動方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、カメラのオートフォーカス用アクチュエータやズーム用アクチュエータとして、圧電素子、電歪素子、磁歪素子等の電気機械変換素子を使用した（駆動装置）リニアアクチュエータが使用されている。
【０００３】
例えば、特許文献１は、レンズホルダ（被駆動部材、移動部）を移動させるのに、圧電素子の伸縮方向の一端にガイド棒（駆動部材、振動摩擦部）を接着し、ガイド棒にレンズホルダ（移動部）を移動可能に支持させ、ガイド棒とレンズホルダとの間に摩擦力を発生させる板バネとを備えた駆動装置を開示している。特許文献１では、圧電素子に伸びの速度と縮みの速度とを異ならせるように電圧を印加している。
【０００４】
また、特許文献２は、圧電素子と、この圧電素子に結合して圧電素子の伸縮方向に延在する駆動軸（耐摩耗性の振動棒、振動摩擦部）と、この駆動軸に摩擦結合した被駆動部材（ズームレンズ鏡筒、移動部）とを備えた駆動装置を開示している。この特許文献２では、圧電素子に印加する駆動信号を工夫して、被駆動部材（ズームレンズ鏡筒、移動部）を駆動している。
【０００５】
特許文献３は、構成部材の弾性変形の影響を受けることのない電気機械変換素子を使用した直線駆動機構を開示している。特許文献３において、固定鏡筒に固着された内筒には半径方向に延びた延長部（静止部材）の軸受に光軸に平行に配置された駆動軸（移動部）が移動自在に支持されている。延長部（静止部材）と作用部材（振動摩擦部）との間には圧電素子（電気機械変換素子）が配置され固着結合される。作用部材の上半分は駆動軸に接触し、作用部材の下半分はばねにより付勢されたパッドが装着され、作用部材及びパッドは駆動軸に対し適当な摩擦力で摩擦結合する。圧電素子に速度の異なる伸縮変位を発生させると、作用部材を介して駆動軸が変位し、駆動軸は被駆動部材であるレンズ保持枠と共に繰り出し繰り込みがなされる。
【０００６】
また、特許文献４は、可動子を炭素繊維を含む液晶ポリマーで形成することで、金属材料で形成する場合に比べて、低コスト化と軽量化を図れるとともに、移動速度や駆動力を低下させることなく高い曲げ弾性係数の可動子を用いた高性能な駆動装置を開示している。この特許文献６に開示された駆動装置は、電圧が印加されることにより伸縮する圧電素子（電気機械変換素子）と、圧電素子の伸縮方向一端に固定された駆動軸（振動摩擦部）と、駆動軸に摺動可能に摩擦係合する可動子（移動部）と、圧電素子の伸縮方向他端に接着固定されたウェイト（静止部材、錘）とを備える。圧電素子の伸びと縮みの速度または加速度を異ならせて駆動軸を振動させることにより、可動子（移動部）を駆動軸（振動摩擦部）に沿って移動させる。
【０００７】
さらに、特許文献５は、構造を簡単にし、且つ駆動回路の簡単なリニア超音波モータを開示している。この特許文献５に開示されたリニア超音波モータは、伸縮運動する圧電素子（電気機械変換素子）の一方の端部を固定ベース（静止部材）に固定し、他方の端部に摩擦部材（振動摩擦部）を装着し、伸縮運動方向に沿う方向に移動可能な移動子（移動部）を摩擦部材に圧接し、圧電素子への印加電圧を、伸縮運動において、往と復との運動速度の大きさが異なるような鋸歯状としている。
【０００８】
とにかく、特許文献１乃至５で開示されているように、従来の駆動装置の駆動方法は、図９に示されるように、電気機械変換素子の振動の伸長時と縮小時とで速度を変化させ、振動摩擦部の鋸歯状の変位で移動部を駆動する方法が一般的である。
【０００９】
【特許文献１】特許第２６３３０６６号公報（図３）
【特許文献２】特許第３２１８８５１号公報（図５、図７）
【特許文献３】特開平９−１９１６６５号公報（図６）
【特許文献４】特開２００６−３０４５２９号公報
【特許文献５】特許第３００２８９０号公報（図２、図３）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
振動摩擦部に対して鋸歯変位を得させるためには、電気機械変換素子への印加電圧を鋸歯状にするか、若しくは、電気機械変換素子に矩形波形の電圧を印加して、駆動装置の構造から決定される伝達関数の特性により、振動摩擦部に鋸歯状変位を得る必要がある。そのため、駆動装置の構造と振動摩擦部の鋸歯状変位が得られる周波数には密接な関係がある。
【００１１】
しかしながら、従来の駆動装置の駆動方法のような、電気機械変換素子の伸長時と縮小時とによって振動摩擦部の変位速度に差を生じさせる方法では、駆動装置の構造によっては、このような振動摩擦部に対して速度の異なる変位を得らせるのが困難な場合がある。
【００１２】
したがって、本発明の課題は、駆動装置の構造の制限により電気機械変換素子の伸長時と縮小時とで振動摩擦部に速度の異なる変位が得られない場合においても、移動部を駆動することが可能な、駆動装置の駆動方法を提供することにある。
【００１３】
本発明の他の目的は、説明が進むにつれて明らかになるだろう。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明によれば、伸縮方向で互いに対向する第１及び第２の端部（４４１ａ、４４１ｂ）を持つ電気機械変換素子（４４１）と、該電気機械変換素子の前記第１の端部に結合された静止部材（４４２）と、前記電気機械変換素子の前記第２の端部に取り付けられた振動摩擦部（４４３）と、該振動摩擦部の振動方向に移動可能な状態に前記振動摩擦部と摩擦結合される移動部（４２３）とを備えた駆動装置（２０）における、前記電気機械変換素子の伸縮により前記移動部を駆動する前記駆動装置の駆動方法であって、前記電気機械変換素子（４４１）の伸長する速度と縮小する速度とを等しくし、静止時間を前記電気機械変換素子の縮小後および伸長後のいずれか一方に設けることによって、前記移動部（４２３）を前記電気機械変換素子の伸長方向或いは縮小方向のいずれか一方に駆動することを特徴とする駆動装置の駆動方法が得られる。
【００１５】
上記本発明による駆動装置の駆動方法において、前記移動部（４２３）を前記電気機械変換素子（４４１）の伸長方向に駆動する場合、ａ）前記電気機械変換素子を一定速度で伸長して前記振動摩擦部（４４３）を前記一定速度で前記電気変換素子の伸長方向へ変位させる工程と、ｂ）前記電気機械変換速度を前記一定速度で縮小して前記振動摩擦部（４４３）を前記一定速度で前記電気変換素子の縮小方向へ変位させる工程と、ｃ）前記電気機械変換素子を駆動せずに前記振動摩擦部（４４３）を一定時間だけ静止させる工程と、を含み、前記工程ａ）乃至前記工程ｃ）を繰り返す。この場合、前記工程ｃ）から前記工程ａ）へ遷移するときに働く加速度（Ａ）と前記工程ｂ）から前記工程ｃ）へ遷移するときに働く加速度（Ｃ）では前記移動部（４２３）は前記振動摩擦部（４４３）に対して実質的に滑らず、前記工程ａ）から前記工程ｂ）へ遷移するときに働く加速度（−Ｂ）では前記移動部（４２３）は前記振動摩擦部（４４３）に対して滑るように、前記一定速度の大きさが設定される。
【００１６】
また、上記本発明による駆動装置の駆動方法において、前記移動部（４２３）を前記電気機械変換素子（４４１）の縮小方向に駆動する場合、ａ）前記電気機械変換素子を一定速度で縮小して前記振動摩擦部（４４３）を一定速度で前記電気機械変換素子の縮小方向へ変位させる工程と、ｂ）前記電気機械変換速度を前記一定速度で伸長して前記振動摩擦部（４４３）を一定速度で前記電気機械変換素子の伸長方向へ変位させる工程と、ｃ）前記電気機械変換素子を駆動せずに前記振動摩擦部（４４３）を一定時間だけ静止させる工程と、を含み、前記工程ａ）乃至前記工程ｃ）を繰り返す。この場合、前記工程ｃ）から前記工程ａ）へ遷移するときに働く加速度（−Ａ）と前記工程ｂ）から前記工程ｃ）へ遷移するときに働く加速度（−Ｃ）では前記移動部（４２３）は前記振動摩擦部（４４３）に対して実質的に滑らず、前記工程ａ）から前記工程ｂ）へ遷移するときに働く加速度（Ｂ）では前記移動部（４２３）は前記振動摩擦部（４４３）に対して滑るように、前記一定速度の大きさが設定される。
【００１７】
尚、上記括弧内の参照符号は、理解を容易にするために付したものであり、一例に過ぎず、これらに限定されないのは勿論である。
【発明の効果】
【００１８】
本発明では、電気機械変換素子の伸長する速度と縮小する速度とを等しくし、静止時間を電気機械変換素子の伸長後若しくは縮小後に設けて、移動部を駆動しているので、駆動装置の構造の制限により電気機械変換素子の伸長時と縮小時とで振動摩擦部に速度の異なる変位が得られない場合においても、移動部を駆動することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
【００２０】
図１は本発明の一実施の形態による駆動装置２０を示す外観斜視図である。ここでは、図１に示されるように、直交座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を使用している。図１に図示した状態では、直交座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）において、Ｘ軸は前後方向（奥行方向）であり、Ｙ軸は左右方向（幅方向）であり、Ｚ軸は上下方向（高さ方向）である。そして、図１に示す例においては、上下方向Ｚがレンズの光軸Ｏ方向である。
【００２１】
図示の駆動装置２０は、図示しない筐体内に配置される。筐体は、カップ状の上側カバー（図示せず）と下側ベース（図示せず）とを含む。筐体の下側ベース上に静止部材（錘）４４２（後述する）が搭載される。上側カバーの上面は、レンズの光軸Ｏを中心軸とした円筒部（図示せず）を有する。一方、図示はしないが、下側ベースの中央部には、基板に配置された撮像素子が搭載される。この撮像素子は、可動レンズ（後述する）により結像された被写体像を撮像して電気信号に変換する。撮像素子は、例えば、ＣＣＤ（charge coupled device）型イメージセンサ、ＣＭＯＳ（complementary metal oxide semiconductor）型イメージセンサ等により構成される。
【００２２】
図示の駆動装置２０は、オートフォーカスレンズ駆動ユニット４０から構成されている。
【００２３】
筐体内には、左右方向Ｙの左側に案内軸（図示せず）が設けられている。この案内軸は、レンズの光軸Ｏと平行に延在している。案内軸は筐体の下側ベースから立設している。このレンズの光軸Ｏを間に挟んで、案内軸と反対側である左右方向Ｙの右側には、後で詳述する、棒状の移動部（移動軸）４２３が設けられている。すなわち、案内軸と移動軸４２３とは、レンズの光軸Ｏまわりに回転対称な位置に配置されている。
【００２４】
オートフォーカスレンズ駆動ユニット４０は、レンズ可動部４２とレンズ駆動部４４とから構成される。レンズ可動部４２は、オートフォーカスレンズＡＦＬを保持するレンズ保持枠４２１を含む。レンズ保持枠４２１は、略円筒状の可動鏡筒４２２の内部に固定されている。可動鏡筒４２２は、左右方向Ｙの左側で半径方向外側に延びる一対の延在部４２２１（但し、図１では上側のみ図示する）を有する。この一対の延在部４２２１は、上記案内軸が貫通する貫通孔４２２１ａを持つ。また、可動鏡筒４２２は、左右方向Ｙの右側で半径方向外側に延びる一対の延在部４２２２を有する。この一対の延在部４２２２は、棒状の移動軸４２３が貫通して嵌合される嵌合孔４２２２ａを持つ。このような構成により、レンズ可動部４２は、筐体に対してレンズの光軸Ｏ方向にのみ移動可能である。
【００２５】
レンズ駆動部４４は、レンズ可動部４２をレンズの光軸Ｏ方向に摺動可能に支持しながら、後述するようにレンズ可動部４２を駆動する。
【００２６】
図１に加えて図２乃至図４をも参照して、オートフォーカスレンズ駆動ユニット４０のレンズ駆動部４４について説明する。図２はオートフォーカスレンズ駆動ユニット４０のレンズ駆動部４４を棒状の移動軸４２３と共に示す斜視図である。図３はオートフォーカスレンズ駆動ユニット４０のレンズ駆動部４４を棒状の移動軸４２３と共に示す平面図である。図４はレンズ駆動部４４の主要部を示す斜視図である。
【００２７】
レンズ駆動部４４は、電気機械変換素子として働く積層圧電素子４４１と、静止部材（錘）４４２と、振動摩擦部４４３とを有する。積層圧電素子４４１は、レンズの光軸Ｏ方向に伸縮する。積層圧電素子４４１は、レンズの光軸Ｏ方向に複数の圧電層を積層した構造を有する。図５に示されるように、積層圧電素子４４１は、伸縮方向で互いに対向する第１の端部（下端部）４４１ａと第２の端部（上端部）４４１ｂとを持つ。静止部材（錘）４４２は、積層圧電素子４４１の第１の端部（下端部）４４１ａに接着剤等で結合される。振動摩擦部４４３は、積層圧電素子４４１の第２の端部（上端部）４４１ｂに接着剤等で取り付けられている。図示の例では、振動摩擦部４４３は積層圧電素子４４１の第２の端部４４１ｂに直接結合されているが、振動摩擦部４４３と積層圧電素子４４１の第２の端部４４１ｂとの間に何らかの部材が介在されていてもよい。
【００２８】
なお、図５に示されるような、積層圧電素子４４１と静止部材４４２との組合せは、圧電ユニットと呼ばれる。
【００２９】
棒状の移動軸４２３は、この振動摩擦部４４３と摩擦結合される。図３および図４に示されるように、振動摩擦部４４３には、当該振動摩擦部４４３と棒状の移動軸４２３との間の摩擦結合部に断面Ｖ字状の溝４４３ａが形成されている。
【００３０】
レンズ駆動部４４は、棒状の移動軸４２３を振動摩擦部４４３に対して押し付ける（付勢する）ためのばね４４４を備える。すなわち、ばね４４４は、振動摩擦部４４３に固定され移動部４２３を押えるための押付力を発生する付勢手段として働く。ばね４４４と棒状の移動軸４２３との間にＶ字型構造のパッド４４５が挟み込まれている。パッド４４５は、移動部４２３を間に挟んで振動摩擦部４４３と対向して配置されている。振動摩擦部４４３と同様に、パッド４４５も、当該パッド４４５と棒状の移動軸４２３との間の接触部に断面Ｖ字状の溝４４５ａが形成されている。振動摩擦部４４３は、ばね４４４を保持するための溝４４３ｂが設けられている。ばね４４４は、その一端部がこの溝４４３ｂで振動摩擦部４４３に係合され、その他端部が移動部４２３側に延在している。これにより、振動摩擦部４４３とパッド４４５をばね４４４で棒状の移動軸４２３に押し付けている。この結果、棒状の移動軸４２３は振動摩擦部４４３に安定して摩擦結合される。
【００３１】
詳述すると、移動部４２３とばね４４４との間にパッド４４５が挟み込まれている。これは、ばね４４４の摩擦磨耗による押付力の劣化をなくし、ばね４４４の摩擦磨耗による摩擦力の変化をなくすためである。尚、パッド４４４の摩擦磨耗を防ぐため、パッド４４４の表面は滑らかであることが望ましい。そのためには、パッド４４４は、硬い金属か樹脂または繊維強化複合樹脂の材料から成ることが望ましい。
【００３２】
また、振動摩擦部４４３において、振動摩擦部４４３と移動部４２３との間の摩擦結合部に断面Ｖ字状の溝４４３ａを形成している。振動摩擦部４４３の断面Ｖ字状の溝４４３ａによる移動部４２３との２直線接触により、摩擦結合部の接触状態が安定し、再現性の良い摩擦駆動が得られると共に、移動部４２３の一軸移動体としての直進移動性を高めるという効果を奏する。尚、この断面Ｖ字状の溝４４３ａの角度θ１は、３０度から１８０度未満の範囲であることが望ましい。
【００３３】
更に、パッド４４５がＶ字型構造をしている。パッド４４５の断面Ｖ字状の溝４４５ａによる移動部４２３との２直線接触により、摩擦結合部の接触状態が安定し、移動部４２３の一軸移動体としての直進移動性を高めるという効果を奏する。尚、この断面Ｖ字状の溝４４５ａの角度θ２は、３０度から１８０度未満の範囲であることが望ましい。
【００３４】
また、振動摩擦部４４３とパッド４４５をばね４４４で移動部４２３に押し付けている。これにより、振動摩擦部４４３の断面Ｖ字状の溝４４３ａとパッド４４５の断面Ｖ字状の溝４４５ａとを、移動部４２３に押し付けることで、３部品（移動部４２３、振動摩擦部４４３、パッド４４５）の安定した線接触を可能としている。尚、ばね４４４による押付力は５〜１００ｇｆの範囲にあることが望ましい。
【００３５】
レンズ駆動部４４とレンズ移動部４２とは、図１に示されるように、レンズの光軸Ｏに対して並置されている。したがって、フォーカスレンズ駆動ユニット４０を低背化することができる。その結果、駆動装置２０も低背化することができる。
【００３６】
次に、積層圧電素子４４１について説明する。積層圧電素子４４１は直方体の形状をしており、その素子サイズは、０．９［ｍｍ］×０．９［ｍｍ］×１．５［ｍｍ］である。圧電材料としてＰＺＴのような低Ｑｍ材を使用している。厚さ２０［μｍ］の圧電材料と厚さ２［μｍ］の内部電極とを交互に櫛形に５０層積層することによって、積層圧電素子４４１を製造する。そして、積層圧電素子４４１の有効内部電極サイズは、０．６［ｍｍ］×０．６［ｍｍ］である。換言すれば、積層圧電素子４４１の有効内部電極の外側に位置する周辺部には、幅０．１５［ｍｍ］のリング状の不感帯部分（クリアランス）が存在する。
【００３７】
なお、摩擦結合部の高さ（振動摩擦部４４３の移動部４２３と接触する摺動方向の長さ）Ｈを１．１５ｍｍ以下とすることにより、移動部４２３の移動速度を速くし、駆動装置２０の低背化を図っている。
【００３８】
次に、図６を参照して、本発明の一実施の形態に係る駆動方法による、振動摩擦部４４３の変位波形とそれに伴う移動部４２３の変位波形について説明する。図６において、（Ａ）は移動部４２３を＋方向（上方向、電気機械変換素子４４１の伸長方向）へ移動させる場合の振動摩擦部４４３と移動体４２３の変位波形を示し、（Ｂ）は移動部４２３を−方向（下方向、電気機械変換素子４４１の縮小方向）へ移動させる場合の振動摩擦部４４３と移動部４２３の変位波形を示す。
【００３９】
最初に図６（Ａ）を参照して、移動部４２３を＋方向（上方向、電気機械変換素子４４１の伸長方向）へ移動させる場合の振動摩擦部４４３の変位波形とそれに伴う移動部４２３の変位波形について説明する。
【００４０】
図６（Ａ）から明らかなように、ａ）電気機械変換素子４４１を一定速度で伸長して振動摩擦部４４３を一定速度で上方向（電気機械変換素子４４１の伸長方向）へ変位させる工程と、ｂ）電気機械変換速度４４１を上記一定速度で縮小して振動摩擦部４４３を一定速度で下方向（電気機械変換素子４４１の縮小方向）へ変位させる工程と、ｃ）電気機械変換素子４４１を駆動せずに振動摩擦部４４３を一定時間だけ静止させる工程とを繰り返す。
【００４１】
この場合、工程ａ）で電気機械変換素子４４１の一定速度の伸長により振動摩擦部４４３が一定速度で上方向（電気機械変換素子４４１の伸長方向）へ変位するので、移動部４２３もそれに伴って上方へ変位する。その後、工程ｂ）で電気機械変換素子４４１を一定速度で縮小するので振動摩擦部４４３が一定速度で下方向（電気機械変換素子４４１の縮小方向）へ変位するが、この切り替え時の加速度で振動摩擦部４４３と移動部４２３との間に滑りが生じる。その結果、振動摩擦部４４３が一定速度で下方向へ変位しても、移動部４２３は直ちには追従できず、遅れて移動部４２３が僅かに下方へ変位する。その後、工程ｃ）で振動摩擦部４４３が静止するので、移動部４２３も静止する。
【００４２】
以上の動作を繰り返すことにより、移動部４２３は徐々に上方向（＋方向、電気機械変換素子４４１の伸長方向）へ移動することになる。
【００４３】
次に図６（Ｂ）を参照して、移動部４２３を−方向（下方向、電気機械変換素子４４１の縮小方向）へ移動させる場合の振動摩擦部４４３の変位波形とそれに伴う移動部４２３の変位波形について説明する。
【００４４】
図６（Ｂ）から明らかなように、ａ）電気機械変換素子４４１を一定速度で縮小して振動摩擦部４４３を一定速度で下方向（電気機械変換素子４４１の縮小方向）へ変位させる工程と、ｂ）電気機械変換速度４４１を上記一定速度で伸長して振動摩擦部４４３を一定速度で上方向（電気機械変換素子４４１の伸長方向）へ変位させる工程と、ｃ）電気機械変換素子４４１を駆動せずに振動摩擦部４４３を一定時間だけ静止させる工程とを繰り返す。
【００４５】
この場合、工程ａ）で電気機械変換素子４４１の一定速度の縮小により振動摩擦部４４３が一定速度で下方向（電気機械変換素子４４１の縮小方向）へ変位するので、移動部４２３もそれに伴って下方へ変位する。その後、工程ｂ）で電気機械変換素子４４１を一定速度で伸長するので振動摩擦部４４３が一定速度で上方向（電気機械変換素子４４１の伸長方向）へ変位するが、この切り替え時の加速度で振動摩擦部４４３と移動部４２３との間に滑りが生じる。その結果、振動摩擦部４４３が一定速度で上方向へ変位しても、移動部４２３は直ちには追従できず、遅れて移動部４２３が僅かに上方へ変位する。その後、工程ｃ）で振動摩擦部４４３が静止するので、移動部４２３も静止する。
【００４６】
以上の動作を繰り返すことにより、移動部４２３は徐々に下方向（−方向、電気機械変換素子４４１の縮小方向）へ移動することになる。
【００４７】
尚、電気機械変換素子４４１の伸長時と縮小時とで振動摩擦部４４３の変位速度を等しくする回路構成は、比較的簡単に作ることができる。
【００４８】
図７に、移動部４２３を＋方向（上方向、電気機械変換素子４４１の伸長方向）へ移動させるときの振動摩擦部４４３の変位とその加速度を示す。また、図８は、移動部４２３の質量をｍ、振動摩擦部４４３と移動部４２３との間の垂直抗力をＮ、振動摩擦部４４３と移動部４２３との間の摩擦係数をμとしたときに、加速度Ａで振動摩擦部４４３を加速する場合のモデル図である。
【００４９】
図７に示されるような振動摩擦部４４３の変位波形から、その加速度を求めるとする。この場合、静止状態Ｓ１（工程ｃ））より伸長状態Ｓ２（工程ａ））に遷移するときに働く加速度Ａと、伸長状態Ｓ２（工程ａ））より縮小状態Ｓ３に（工程ｂ））に遷移するときに働く加速度−Ｂと、縮小状態Ｓ３（工程ｂ））から静止状態Ｓ１（工程ａ））に遷移するときに働く加速度Ｃとが発生している。ここで、速度変化が大きい加速度−Ｂでは、他の加速度ＡおよびＣよりも大きな力が発生することになる。
【００５０】
図８に示されるように、移動部４２３の質量をｍ、振動摩擦部４４３と移動部４２３との間の垂直抗力をＮ、振動摩擦部４４３と移動部４２３との間の摩擦係数をμとする。
【００５１】
この状態において、加速度Ａで加速する振動摩擦部４４３から見て、移動部４２３には−ｍ・Ａの慣性力が働く。ここで、振動摩擦部４４３から移動部４２３へ働く摩擦力μＮが慣性力−ｍ・Ａに勝っていれば、振動摩擦部４４３と移動部４２３とは一体に加速する。
【００５２】
次に、加速度−Ｂによって変位方向を変える振動摩擦部４４３から見て、移動部４２３には慣性力ｍ・Ｂと摩擦力−μＮとが働く。ここで、慣性力ｍ・Ｂが摩擦力−μＮに勝っている場合、振動摩擦部４４３と移動部４２３との間に滑りが生じる。
【００５３】
最後に、加速度Ｃによって静止しようとする振動摩擦部４４３から見て、移動部４２３には慣性力−ｍ・Ｃと摩擦力μＮとが働く。ここで、摩擦力μＮが慣性力−ｍ・Ｃに勝っている場合、移動部４２３は振動摩擦部４４３とともに静止する。
【００５４】
以上の一連の動作の中で、振動摩擦部４４３から見た慣性力が最も大きく働くのは、速度変化が大きい加速度−Ｂのときである。
【００５５】
従って、加速度ＡおよびＣの時に移動部４２３が振動摩擦部４４３に対して実質的に滑らない（若しくは滑りの少ない）条件で、且つ加速度−Ｂの時に滑りが大きく生じる条件で、上記一定速度の大きさを設定すれば、移動部４２３を上方向（電気機械変換素子４４１の伸長方向）へ駆動することが可能となる。
【００５６】
以上の説明では、移動部４２３を＋方向（上方向、電気機械変換素子４４１の伸長方向）へ移動させるときの振動摩擦部４４３の変位とその加速度について述べたが、移動部４２３を−方向（下方向、電気機械変換素子４４１の縮小方向）へ移動させるときの振動摩擦部４４３の変位とその加速度も同様である。
【００５７】
この場合、静止状態Ｓ１（工程ｃ））より縮小状態Ｓ３（工程ａ））に遷移するときに働く加速度−Ａと、縮小状態Ｓ３（工程ａ））より伸長状態Ｓ２（工程ｂ））に遷移するときに働く加速度Ｂと、伸長状態Ｓ２（工程ｂ）から静止状態Ｓ１（工程ｃ））に遷移するときに働く加速度−Ｃとが発生する。ここで、速度変化が大きい加速度Ｂでは、他の加速度−Ａおよび−Ｃよりも大きな力が発生することになる。
【００５８】
従って、加速度−Ａおよび−Ｃの時に移動部４２３が振動摩擦部４４３に対して実質的に滑らない（若しくは滑りの少ない）条件で、且つ加速度Ｂの時に滑りが大きく生じる条件で、上記一定速度の大きさを設定すれば、移動部４２３を下方向（電気機械変換素子４４１の縮小方向）へ駆動することが可能となる。
【００５９】
以上の説明から明らかなように、駆動装置２０の構造の制限により、電気機械変換素子（積層圧電素子）４４１の伸長時と縮小時とで振動摩擦部４４３に対して速度の異なる変位が得られない場合においても、本発明による駆動装置２０の駆動方法によれば、移動部４２３を駆動することが可能となる。
【００６０】
以上、本発明についてその好ましい実施の形態によって説明してきたが、本発明の精神を逸脱しない範囲内で、種々の変形が当業者によって可能であるのは明らかである。例えば、駆動装置の構成は、上述した実施の形態のものに限定されず、例えば、前述した特許文献１乃至５のいずれの構成であっても良いのは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明の一実施の形態による駆動方法が適用される駆動装置を示す外観斜視図である。
【図２】図１に図示した駆動装置のレンズ駆動部を棒状の移動軸と共に示す斜視図である。
【図３】図２に図示した駆動装置のレンズ駆動部を棒状の移動軸と共に示す平面図である。
【図４】図２に示したレンズ駆動部の主要部を示す斜視図である。
【図５】図２に図示したレンズ駆動部に使用される圧電ユニットを示す斜視図である。
【図６】本発明の一実施の形態に係る駆動装置の駆動方法による、振動摩擦部の変位波形とそれに伴う移動部の変位波形を示す波形図である。
【図７】移動部を＋方向（上方向）へ移動させるときの振動摩擦部の変位とその加速度を示す波形図である。
【図８】移動部の質量をｍ、振動摩擦部と移動部との間の垂直抗力をＮ、振動摩擦部と移動部との間の摩擦係数をμとしたときに、加速度Ａで振動摩擦部を加速する場合のモデル図である。
【図９】従来の駆動装置の駆動方法による、振動摩擦部の変位波形とそれに伴う移動部の変位波形を示す波形図である。
【符号の説明】
【００６２】
２０ 駆動装置
４０ オートフォーカスレンズ駆動ユニット
４２ レンズ可動部
４２１ レンズ保持枠
４２２ 可動鏡筒
４２２１ 延在部
４２２１ａ 貫通孔
４２２２ 延在部
４２２２ａ 嵌合孔
４２３ 棒状の移動部（移動軸）
４４ レンズ駆動部
４４１ 積層圧電素子（電気機械変換素子）
４４１ａ 第１の端部（下端部）
４４１ｂ 第２の端部（上端部）
４４２ 静止部材（錘）
４４３ 振動摩擦部
４４３ａ 断面Ｖ字状の溝
４４４ ばね
４４５ Ｖ字型構造のパッド
４４５ａ 断面Ｖ字状の溝
Ｏ レンズの光軸
ＡＦＬ オートフォーカスレンズ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
伸縮方向で互いに対向する第１及び第２の端部を持つ電気機械変換素子と、該電気機械変換素子の前記第１の端部に結合された静止部材と、前記電気機械変換素子の前記第２の端部に取り付けられた振動摩擦部と、該振動摩擦部の振動方向に移動可能な状態に前記振動摩擦部と摩擦結合される移動部とを備えた駆動装置における、前記電気機械変換素子の伸縮により前記移動部を駆動する前記駆動装置の駆動方法であって、
前記電気機械変換素子の伸長する速度と縮小する速度とを等しくし、静止時間を前記電気機械変換素子の縮小後および伸長後のいずれか一方に設けることによって、前記移動部を前記電気機械変換素子の伸長方向或いは縮小方向のいずれか一方に駆動することを特徴とする駆動装置の駆動方法。
【請求項２】
前記移動部を前記電気機械変換素子の伸長方向に駆動する場合、
ａ）前記電気機械変換素子を一定速度で伸長して前記振動摩擦部を前記一定速度で前記電気変換素子の伸長方向へ変位させる工程と、
ｂ）前記電気機械変換速度を前記一定速度で縮小して前記振動摩擦部を前記一定速度で前記電気変換素子の縮小方向へ変位させる工程と、
ｃ）前記電気機械変換素子を駆動せずに前記振動摩擦部を一定時間だけ静止させる工程と、
を含み、前記工程ａ）乃至前記工程ｃ）を繰り返すことを特徴とする、請求項１に記載の駆動装置の駆動方法。
【請求項３】
前記工程ｃ）から前記工程ａ）へ遷移するときに働く加速度と前記工程ｂ）から前記工程ｃ）へ遷移するときに働く加速度では前記移動部は前記振動摩擦部に対して実質的に滑らず、
前記工程ａ）から前記工程ｂ）へ遷移するときに働く加速度では前記移動部は前記振動摩擦部に対して滑るように、
前記一定速度の大きさが設定されていることを特徴とする請求項２に記載の駆動装置の駆動方法。
【請求項４】
前記移動部を前記電気機械変換素子の縮小方向に駆動する場合、
ａ）前記電気機械変換素子を一定速度で縮小して前記振動摩擦部を一定速度で前記電気機械変換素子の縮小方向へ変位させる工程と、
ｂ）前記電気機械変換速度を前記一定速度で伸長して前記振動摩擦部を一定速度で前記電気機械変換素子の伸長方向へ変位させる工程と、
ｃ）前記電気機械変換素子を駆動せずに前記振動摩擦部を一定時間だけ静止させる工程と、
を含み、前記工程ａ）乃至前記工程ｃ）を繰り返すことを特徴とする、請求項１に記載の駆動装置の駆動方法。
【請求項５】
前記工程ｃ）から前記工程ａ）へ遷移するときに働く加速度と前記工程ｂ）から前記工程ｃ）へ遷移するときに働く加速度では前記移動部は前記振動摩擦部に対して実質的に滑らず、
前記工程ａ）から前記工程ｂ）へ遷移するときに働く加速度では前記移動部は前記振動摩擦部に対して滑るように、
前記一定速度の大きさが設定されていることを特徴とする請求項４に記載の駆動装置の駆動方法。
【請求項１】
伸縮方向で互いに対向する第１及び第２の端部を持つ電気機械変換素子と、該電気機械変換素子の前記第１の端部に結合された静止部材と、前記電気機械変換素子の前記第２の端部に取り付けられた振動摩擦部と、該振動摩擦部の振動方向に移動可能な状態に前記振動摩擦部と摩擦結合される移動部とを備えた駆動装置における、前記電気機械変換素子の伸縮により前記移動部を駆動する前記駆動装置の駆動方法であって、
前記電気機械変換素子の伸長する速度と縮小する速度とを等しくし、静止時間を前記電気機械変換素子の縮小後および伸長後のいずれか一方に設けることによって、前記移動部を前記電気機械変換素子の伸長方向或いは縮小方向のいずれか一方に駆動することを特徴とする駆動装置の駆動方法。
【請求項２】
前記移動部を前記電気機械変換素子の伸長方向に駆動する場合、
ａ）前記電気機械変換素子を一定速度で伸長して前記振動摩擦部を前記一定速度で前記電気変換素子の伸長方向へ変位させる工程と、
ｂ）前記電気機械変換速度を前記一定速度で縮小して前記振動摩擦部を前記一定速度で前記電気変換素子の縮小方向へ変位させる工程と、
ｃ）前記電気機械変換素子を駆動せずに前記振動摩擦部を一定時間だけ静止させる工程と、
を含み、前記工程ａ）乃至前記工程ｃ）を繰り返すことを特徴とする、請求項１に記載の駆動装置の駆動方法。
【請求項３】
前記工程ｃ）から前記工程ａ）へ遷移するときに働く加速度と前記工程ｂ）から前記工程ｃ）へ遷移するときに働く加速度では前記移動部は前記振動摩擦部に対して実質的に滑らず、
前記工程ａ）から前記工程ｂ）へ遷移するときに働く加速度では前記移動部は前記振動摩擦部に対して滑るように、
前記一定速度の大きさが設定されていることを特徴とする請求項２に記載の駆動装置の駆動方法。
【請求項４】
前記移動部を前記電気機械変換素子の縮小方向に駆動する場合、
ａ）前記電気機械変換素子を一定速度で縮小して前記振動摩擦部を一定速度で前記電気機械変換素子の縮小方向へ変位させる工程と、
ｂ）前記電気機械変換速度を前記一定速度で伸長して前記振動摩擦部を一定速度で前記電気機械変換素子の伸長方向へ変位させる工程と、
ｃ）前記電気機械変換素子を駆動せずに前記振動摩擦部を一定時間だけ静止させる工程と、
を含み、前記工程ａ）乃至前記工程ｃ）を繰り返すことを特徴とする、請求項１に記載の駆動装置の駆動方法。
【請求項５】
前記工程ｃ）から前記工程ａ）へ遷移するときに働く加速度と前記工程ｂ）から前記工程ｃ）へ遷移するときに働く加速度では前記移動部は前記振動摩擦部に対して実質的に滑らず、
前記工程ａ）から前記工程ｂ）へ遷移するときに働く加速度では前記移動部は前記振動摩擦部に対して滑るように、
前記一定速度の大きさが設定されていることを特徴とする請求項４に記載の駆動装置の駆動方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２００８−２８９３５０（Ｐ２００８−２８９３５０Ａ）
【公開日】平成２０年１１月２７日（２００８．１１．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１０８５１１（Ｐ２００８−１０８５１１）
【出願日】平成２０年４月１８日（２００８．４．１８）
【出願人】（０００００６２２０）ミツミ電機株式会社 (1,651)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１１月２７日（２００８．１１．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年４月１８日（２００８．４．１８）
【出願人】（０００００６２２０）ミツミ電機株式会社 (1,651)
【Ｆターム（参考）】
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