駆動装置
【課題】駆動部材を黒鉛複合体で構成することによって、駆動部材と被駆動部材との摩擦を軽減且つ安定させ、被駆動部材の移動を正確且つ迅速に行うことのできる駆動装置を提供する。
【解決手段】駆動装置１００は、電気信号の入力により伸縮可能な電気機械変換素子１２と、この電気機械変換素子１２の伸縮方向の一方側の端部に取り付けられた駆動部材１４と、この駆動部材１４に摩擦係合される被駆動部材１６と、を備え、駆動部材１４を、例えばカーボングラファイト等の黒鉛複合体によって形成する。
【解決手段】駆動装置１００は、電気信号の入力により伸縮可能な電気機械変換素子１２と、この電気機械変換素子１２の伸縮方向の一方側の端部に取り付けられた駆動部材１４と、この駆動部材１４に摩擦係合される被駆動部材１６と、を備え、駆動部材１４を、例えばカーボングラファイト等の黒鉛複合体によって形成する。
【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比較的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。
【背景技術】
【０００２】
デジタルカメラ等のレンズの駆動装置として、圧電素子などの電気機械変換素子を用いたアクチュエータが知られている。例えば特許文献２又は特許文献３の実施例に示されるように、アクチュエータは電気機械変換素子、駆動部材で構成され、電気機械変換素子の伸縮一方向の端面で筐体(又は支持部材)に固定されるのが一般的である。電気機械変換素子の伸縮他方向の端面には駆動部材が固着され、この駆動部材に被駆動部材が摩擦係合される。このような構成で電気機械変換素子にパルス状の電圧が印加されると、電気機械変換素子の伸び方向と縮み方向との動きが駆動部材に伝達される。電気機械変換素子が遅い速度で変形した場合には、被駆動部材が駆動部材とともに移動し、電気機械変換素子が速い速度で変形した場合には、被駆動部材がその質量の慣性によって同じ位置に停まる。したがって、往復で異なるパルス状の電圧の印加を繰り返すことによって、被駆動部材を細かなピッチで間欠的に移動させることができるというものである。
【０００３】
このような構成のアクチュエータは、電気機械変換素子の伸縮一方向の端面で筐体(又は支持部材)に固定されているため、電気機械変換素子の振動に起因して駆動部材を含むアクチュエータに発生する振動が筐体に直接伝わり、アクチュエータと筐体との間で共振するという問題を発生する。
【０００４】
特許文献１には、電気機械変換素子と筐体の間に台座を設け、電気機関変換素子の伸縮一方向の端面を台座に固定し、前記台座を筐体に対して弾性的に保持することにより、台座と筐体の間の振動伝達を低減又は遮断して、共振の影響を回避しようとする装置が提案されている。
【０００５】
また、特許文献２には、電気機械変換素子に印加する充電時間を電気機械変換素子の共振周波数の約１周期分とし、放電時間を１／２周期分とする、すなわち共振を積極的に利用することによって、電気機械変換素子の伸縮量を増大し、アクチュエータの駆動効率を向上させようとする装置が提案されている。
【０００６】
このような問題を少しでも改善するには、駆動部材として高剛性の金属材を用いることが好ましい。しかし、駆動部材を金属材にすると、駆動部材の重量が大きくなるため、圧電素子を高速で伸縮した際に応答性が悪くなり、被駆動部材を正確に移動させることができないという問題が発生する。
【０００７】
そこで、特許文献３のアクチュエータは、強化繊維複合体から成る駆動部材を用いるものが提案されている。強化繊維複合体は金属材と比較して、軽量な割にはある程度剛性を確保できるので、駆動部材の応答遅れを小さくすることができ、被駆動部材を高速で移動させることができるというものである。
【特許文献１】特開２００２−１４２４７０号公報
【特許文献２】特許第３１７１１８７号公報
【特許文献３】特許第３１８０５５７号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献３のアクチュエータは駆動部材が繊維樹脂から成るため、駆動部材と被駆動部材との摩擦が不安定であり、被駆動部材を精度良く移動させることができないという問題があった。また、特許文献３のアクチュエータは、駆動部材が変形し易いため、被駆動部材を正確に移動させることができないという問題があった。
【０００９】
本発明はこのような事情に鑑みて成されたもので、駆動部材と被駆動部材との摩擦を軽減且つ安定させることによって、被駆動部材の移動を正確且つ迅速に行うことのできる駆動装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
請求項１に記載の発明は前記目的を達成するために、電気機械変換素子と、この電気機械変換素子の伸縮に応じて動く駆動部材とから成り、駆動部材に摩擦係合された被駆動部材を駆動部材に沿って移動させるアクチュエータを備え、駆動部材は黒鉛複合体であることを特徴とする。
【００１１】
駆動部材の材質としては、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。（ここで、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。また、グラファイトは黒鉛とも言われる。）黒鉛複合体からなる駆動部材を特徴とする請求項１の発明によれば、駆動部材が軽量になり、電気機械変換素子の負荷を軽減することができる。また、請求項１の発明によれば、駆動部材が硬いので、駆動部材の変形を防止することができ、高い周波数で駆動した場合にも、被駆動部材を正確に移動させることができる。
【００１２】
また、黒鉛複合体は、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ので、請求項１の発明によれば、アクチュエータのコストを削減することができる。さらに、黒鉛複合体は、その成分として無定形炭素と黒鉛を含んでいるので、摩擦係数が非常に小さく、且つ、安定しており、被駆動部材との摺動性が良い。従って、被駆動部材を駆動部材に対して精度良く移動させることができ、安定した駆動制御を行うことができる。
【００１３】
請求項２に記載の発明は請求項１の発明において、黒鉛複合体はカーボングラファイトであることを特徴とする。
【００１４】
請求項３に記載の発明は請求項１又は２の発明において、電気機械変換素子に対して駆動部材と反対側に駆動部材よりも質量の大きい錘部材を設けたことを特徴とする。
【００１５】
請求項３に記載の発明によれば、駆動部材よりも質量の大きい錘部材を設けることによって、電気機械変換素子の伸縮を効率よく駆動部材側に伝えることが可能である。
【００１６】
請求項４に記載の発明は請求項１〜３の何れか一の発明において、錘部材は共振周波数低減部材であることを特徴とする。例えば図１７（Ａ）、図１７（Ｂ）に示すように、共振の影響によって圧電素子１の伸縮による駆動力が被駆動部材３に正確に伝わらずに駆動部材２が電気機械変換素子１の伸縮方向以外に変位してしまう場合がある。そこで、このように錘部材を共振周波数低減部材とすることで、電気機械変換素子、駆動部材、及び、錘部材から成る系の共振周波数が低くなり、共振による影響が殆どない範囲で電気機械変換素子を駆動させることができ、被駆動部材を電気機械変換素子の伸縮方向に正確に駆動制御することが可能となる。
【００１７】
請求項５に記載の発明は請求項３又は４の発明において、アクチュエータを駆動するための駆動回路を有し、この駆動回路は、電気機械変換素子と駆動部材とを質量として、錘部材をばねとした１自由系の共振周波数をｆ０、電気機械変換素子の駆動周波数をｆとした際、ｆ≧２１／２・ｆ０、となる駆動周波数ｆで電気機械変換素子を駆動することを特徴とする。
【００１８】
請求項６に記載の発明は請求項１〜５の何れか一の発明において、駆動部材は、先端側及び/又は基端側で電気機械変換素子の伸縮方向に移動可能に支持されていることを特徴とする。
【００１９】
請求項７に記載の発明は請求項１〜６の何れか一の発明において、アクチュエータは、電気機械変換素子の伸縮方向に対して側方から筐体に支持されていることを特徴とする。
【００２０】
請求項８に記載の発明は請求項１〜７の何れか一の発明において、電気機械変換素子を駆動するために伸びと縮み方向において非対称の信号を発生させる駆動手段を有していることを特徴とする。
【００２１】
請求項９に記載の発明は請求項１〜８の何れか一の発明において、被駆動部材は、駆動部材に対し面接触していることを特徴とする。
【００２２】
請求項１０に記載の発明は請求項１〜９の何れか一の発明において、被駆動部材の移動位置を検出する検出手段を備えたことを特徴とする。
【００２３】
請求項１１に記載の発明は請求項１〜１０の何れか一の発明において、電気機械変換素子は可聴周波数を超える駆動周波数で駆動されることを特徴とする。この場合、電気機械変換素子の可聴領域における作動音を低減することができる。
【００２４】
請求項１２に記載の発明は請求項１〜１１の何れか一の発明において、被駆動部材は光学部材に連結されており、撮影光学系に用いられることを特徴とする。
【００２５】
請求項１３に記載の発明は請求項１〜１２の何れか一の発明において、アクチュエータは携帯電話に搭載される撮影光学系に用いられることを特徴とする。この場合、光学部材とはレンズのみに限られず、被駆動部材は絞りやシャッター又はＮＤフィルターなどにも用いられる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明に係る駆動装置によれば、駆動部材を黒鉛複合体によって構成したので、駆動部材を軽量で高剛性にすることができ、駆動部材と被駆動部材との摩擦を軽減して安定した駆動制御を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下添付図面に従って本発明に係る駆動装置の好ましい実施の形態について詳述する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００２８】
図１は本発明の第一実施形態に係る駆動装置１００のアクチュエータ１０を示す平面図である。図１に示すように、アクチュエータ１０は、圧電素子（電気機械変換素子に相当）１２、駆動部材１４、及び、錘部材１８で構成される。圧電素子１２は矢印方向に積層されて構成されており、電圧を印加することによって積層方向に変形（伸縮）するように構成される。したがって、圧電素子１２は、長手方向の端面１２Ａ、１２Ｂが変位するようになっている。
【００２９】
圧電素子１２の端面１２Ａ、１２Ｂのうち、一方の端面１２Ａには、駆動部材１４の基端が固着される。駆動部材１４は例えば円柱状に形成されており、その軸が矢印方向（すなわち、圧電素子の伸縮方向）に配置されている。駆動部材１４の材質は、黒鉛結晶を強固に複合させた黒鉛結晶複合体、例えばカーボングラファイトが用いられる。この黒鉛複合体であるカーボングラファイトは、理想的な材料であるベリリウムと似た特性を有しながら、ベリリウムと異なって比較的安価で加工しやすいという特性を有しているので、アクチュエータ１０のコストを削減することができる。なお、駆動部材１４の形状は円柱状に限定されるものではなく、角柱状でもよい。
【００３０】
被駆動部材１６は駆動部材１４に所定の摩擦力で係合されており、駆動部材１４に沿ってスライド自在に支持される。被駆動部材１６と駆動部材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。なお、駆動部材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る。この潤滑剤は低温下でも駆動部材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。
【００３１】
錘部材１８は、圧電素子１２の端面１２Ｂに固着される。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って、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り、駆動部材１４よりも重量の大きいものが好ましい。また駆動部材１４よりも質量の大きい錘部材１８を設けることによって、圧電素子１２の伸縮を効率よく駆動部材１４側に伝えることが可能である。例えば、駆動部材１４が８ｍｇ、圧電素子１２が３２ｍｇの場合に、３２ｍｇの錘部材１８が用いられる。
【００３２】
また、錘部材１８は、軟性材料によって形成されている。錘部材１８の材質は、圧電素子１２及び駆動部材１４よりもヤング率の小さい材料のものが用いられる。錘部材１８のヤング率としては、１ＧＰａ以下が好ましく、３００ＭＰａ以下がより好ましい。このような錘部材１８は、ゴム等の弾性体に比重の大きい金属粉を混ぜ合わせることによって形成され、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合することによって製造される。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。また、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合することによって製造される錘部材１８のヤング率は６０ＭＰａ程度、比重は１１．７程度となる。したがって、錘部材１８を出来るだけ小さい体積で設計する場合は、出来るだけ比重が大きく且つヤング率の小さい組み合わせが最適となるが、錘部材１８は駆動部材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。
【００３３】
圧電素子１２には駆動パルス供給装置（駆動回路）２６（図４参照）が電気的に接続されており、この駆動パルス供給装置によって、図２（Ａ）、図２（Ｂ）に示す波形の電圧が印加される。この図２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。このようは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。なお、この可聴周波数を超える周波数の信号は、後述の実施形態でも同様に用いられる。
【００３４】
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。図２（Ａ）は、図１の被駆動部材１６を矢印の左方向に移動させる際のパルス波形であり、図２（Ｂ）は図１の被駆動部材１６を矢印の右方向に移動させる際のパルス波形である。
【００３５】
図２（Ａ）の場合、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を印加している。したがって、時刻α１から時刻α２では、圧電素子１２が緩やかに伸長する。その際、駆動部材１４が緩やかな速度で移動するので、被駆動部材１６は駆動部材１４とともに移動する。これにより、被駆動部材１６を図１の左方向に移動させることができる。時刻α３では、圧電素子１２が急激に縮まるので、駆動部材１４は図１の右方向に移動する。その際、駆動部材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、駆動部材１４だけが移動する。したがって、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、図１の被駆動部材１６は左方向への移動と停止を繰り返すので、左方向へ移動させることができる。
【００３６】
図２（Ｂ）の場合、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を印加している。したがって、時刻β１では圧電素子１２が急激に伸長し、駆動部材１４は図１の左方向に移動する。その際、駆動部材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、駆動部材１４だけが移動する。時刻β２から時刻β３では、圧電素子１２が緩やかに縮まる。その際、駆動部材１４が緩やかに変位するので、被駆動部材１６は駆動部材１４とともに移動する。これにより、被駆動部材１６を図１の右方向に移動させることができる。したがって、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、図１の被駆動部材１６は右方向への移動と停止を繰り返すので、右方向へ移動させることができる。なお、鋸状の駆動パルスは説明のために模式的に用いられるものであって、実際には図１３のような回路によって図１４、図１５に示す信号が入出力される。その出力信号は鋸状の駆動パルス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。
【００３７】
次に上記の如く構成されたアクチュエータ１０の作用について説明する。
【００３８】
本実施の形態では、駆動部材１４が黒鉛結晶複合体、例えばカーボングラファイトによって構成されている。このカーボングラファイトは、炭素の六角板状結晶体であるグラファイト無定形炭素からなる物質であり、ベリリウムに似た性質を有し、軽量且つ高剛性であるという特性を有している。したがって、カーボングラファイトから成る駆動部材１４を圧電素子１２によって駆動すると、駆動部材１４を正確に移動させることができる。また、駆動部材１４が硬くて変形しにくいため、例えば１００ｋＨｚ以上の高周波での駆動制御が可能となる。
【００３９】
さらに、カーボングラファイトはその成分として無定形炭素と黒鉛を有しているため、摺動性が良く、摺動時の摩擦が非常に小さく、且つ安定しているという特性を備えている。したがって、カーボングラファイトから成る駆動部材１４を用いることによって、被駆動部材１６との摩擦を減少させ、且つ、安定させることができる。これにより、被駆動部材１６の移動を常に安定して正確に行うことができる。
【００４０】
また、カーボングラファイトは内部損失も非常に小さいので、カーボングラファイトから成る駆動部材１４は後述の共振を生じにくいという特徴がある。したがって、共振によって被駆動部材１６の移動量にムラが発生することを防止できる。
【００４１】
このように本実施の形態によれば、駆動部材１４をカーボングラファイトによって構成したので、被駆動部材１６の移動を正確に安定して行うことができる。本発明は特にアクチュエータ１０を高周波で駆動させた場合に有効であり、従来装置を高周波で駆動させた場合には駆動部材１４が変形して歪んだりして被駆動部材１６を正確に移動させることができない場合にも、本発明のように駆動部材１４をカーボングラファイトで構成することによって被駆動部材１６を精度良く移動させることができる。
【００４２】
また、本実施の形態のアクチュエータ１０は、圧電素子１２の端面１２Ｂに固着された錘部材１８が、ヤング率の小さい軟性材料で形成されている。このような錘部材１８を用いることによって、圧電素子１２と駆動部材１４とを質量として、錘部材１８を弾性体とした等価１自由系の共振周波数ｆ０を大幅に下げることができる、換言すると、錘部材１８は、共振周波数を低減させる共振周波数低減部材として機能する。また、ヤング率の小さい軟性材料で形成された錘部材１８を用いることによって、剛性材料から成る錘部材を設ける場合よりも、アクチュエータ１０の共振周波数が低いものとなる。このことは、その共振周波数ｆ０を求めるための下式からも明らかである。この式において、Ｅは錘部材１８のヤング率、Ａは錘部材１８の圧電素子１２側の面積、ｈは錘部材１８の厚さ、Ｍａは圧電素子１２の質量、Ｍｂは駆動部材１４の質量、Ｍｃは錘部材１８の質量を示す。
【００４３】
【数１】
この式から明らかなように、錘部材１８のヤング率Ｅを小さくすると、等価１自由系の共振周波数ｆ０は小さくなる。本実施の形態では、錘部材１８のヤング率を１ＧＰａ以下としたことによって、共振周波数ｆ０を約７０ｋＨｚ以下にすることができる。また、本実施の形態において、錘部材１８のヤング率を３００ＭＰａ以下とすれば、共振周波数ｆ０を３５ｋＨｚ以下にすることができる。さらに、本実施の形態において、錘部材１８をヤング率が６０ＭＰａ程度のウレタンゴムにタングステン粉末を混合したものを使用した場合は、共振周波数ｆ０は１５ｋＨｚ程度となる。（図１６中の番号１参照。但し、Ｅ＋０７は×１０７を意味する）。
【００４４】
これに対して、錘に相当する部材がヤング率の大きい硬質材料で形成されると、前記共振周波数ｆ０が大きくなる。例えば、本実施の形態において、錘部材１８の材質をヤング率が２００〜４００ＧＰａのステンレスとした場合は、共振周波数ｆ０は１ＧＨｚ以上となる。また、金属の中でも比較的ヤング率の小さいアルミニウム（ヤング率は１２０ＧＰａ程度）を使用した場合であっても共振周波数ｆ０は約７００ｋＨｚとなる（図１６中の番号５参照）。
【００４５】
前述したように本実施の形態のアクチュエータ１０は、錘部材１８が共振周波数低減部材により形成されているので、前記等価１自由系の共振周波数ｆ０を著しく低下させることができる。なお、錘部材１８を弾性体や粘弾性材料とした場合も同様な作用（詳しくは後述）を奏する。
【００４６】
ここで一般に、振動する機械や構造物から、それを支える基礎や床に振動が伝わらないようにするためには、振動伝達率（Vibration Transmissibility）が小さいほうが良く、等価１自由系においては、振動伝達率λは下記２式で示される。
【数２】
但し、
λ ：等価１自由系の振動伝達率、
ｆ ：使用される駆動周波数、
ｆ０：等価１自由系の共振周波数、
ζ ：等価１自由系の減衰比
【００４７】
そして、等価１自由系では、この振動伝達率λが１以下の場合には、ζの値に無関係に、機械の振動が基礎や床に伝わりにくいとされる。従って、下記３式、及び３式を式変形した下記４式で示されるように、振動伝達率λが１以下の範囲、すなわちｆ≧２１／２・ｆ０を満たす範囲（図６（Ａ）の範囲Ｐ）は、圧電素子１２の振動がアクチュエータ１０の支持部材（例えば図４の本体２０）に伝わりにくく、共振による影響が非常に小さい防振領域である。したがって、発明を実施するための最良の実施形態である周波数の組み合わせ、すなわちアクチュエータの共振周波数が７０ｋＨｚ以下、駆動周波数が５０〜１００ｋＨｚとするものはこの防振領域を満たすことになる。なお、防振領域については、例えば、「モード解析入門、長松昭男著、コロナ社」に記載されている。因みに、ｆ≧２１／２・ｆ０の関係は、他の実施形態に対しても勿論適用可能である。
【数３】
【数４】
【００４８】
したがって、本実施の形態によれば、駆動部材１４よりも質量の大きい錘部材１８を設けることによって、電気機械変換素子の伸縮を効率よく駆動部材側に伝えることが可能となる。又、錘部材１８として共振周波数低減部材を用いることによって、圧電素子１２、駆動部材１４、及び、錘部材１８で構成されるアクチュエータ自体の共振周波数を低くすることができるため、共振によって駆動部材１４が圧電素子１２の伸縮方向以外に振れることを防止することができる。これにより、駆動部材１４が圧電素子１２の伸縮方向に変位するので、圧電素子１２の伸縮による駆動力が被駆動部材１６に正確に、且つ安定して伝わるため、被駆動部材１６を圧電素子１２の伸縮方向に正確に、且つ安定して駆動制御することができる。なお、本実施の形態では、被駆動部材１６を圧電素子１２の伸縮方向に正確に駆動できる反面、共振を利用して被駆動部材１６を移動した場合に比べて、一回当たりの被駆動部材１６の移動量は低下するが、圧電素子１２の積層数を増やしたり駆動条件を適切に設定することにより、実用上充分な被駆動部材１６の移動量を確保することができる。
【００４９】
また、従来のアクチュエータでは、例えば文献（特許第３１７１０２２号公報）に示されている条件式のように、駆動周波数として設定し得る範囲が比較的狭い（図６（Ｂ）のＱの範囲）ため、装置の品質にばらつきや故障が生じた際に共振周波数が低下して条件をはずれ、共振の影響を受けてしまう。そこで、本実施の形態によれば、共振周波数ｆ０を下げることによって、ｆ≧２１／２・ｆ０、となる広い範囲でアクチュエータ１０の駆動周波数ｆを設定することができ、これにより、温度変化等の環境負荷や製品のばらつき等によって前記共振周波数ｆ０が変化した場合にも駆動周波数ｆの設定を変更する必要がなく、アクチュエータ１０毎の設定変更が不要になる。
【００５０】
また、本実施の形態によれば、軟性の錘部材１８を用いたことによって共振周波数ｆ０を大きく低下させたので、駆動周波数ｆが低い範囲でもｆ≧２１／２・ｆ０の関係が満たされるようになる。したがって、駆動周波数ｆとして比較的低い周波数で使用することができ、高い周波数で使用した場合に比べて消費電力を削減することができる。すなわち、硬質の錘部材を用いた場合にｆ≧２１／２・ｆ０の関係を満たすには、駆動周波数ｆを高周波にしなければならず、消費電力が大きくなるという問題を生じるが、本実施の形態によれば、共振周波数ｆ０を大きく低下させたので、低い周波域の駆動周波数ｆを用いることができ、消費電力を削減することができる。
【００５１】
さらに、本実施の形態によれば、圧電素子１２、駆動部材１４、錘部材１８で構成されるアクチュエータ自体の共振周波数ｆ０そのものを小さくして、共振による悪影響を取り除くことができるので、アクチュエータの構成部品の部品としてのばらつきよる影響を少なくすることができる他、アクチュエータをどのように筐体に取り付けても共振の影響を受けにくくなるため、アクチュエータを取り付けるときの設計的及び製造的な自由度が増すことになる。すなわち、図３（Ａ）に示すように圧電素子１２の端面１２Ａを支持部材２３で支持するようにしてもよいし、図３（Ｂ）に示すように圧電素子１２の側面を支持部材２３で支持するようにしてもよい。さらには、駆動部材１４の先端面や側面、先端側及び/又は基端側、或いは錘部材１８の側面や後端面を支持するようにしてもよい。
【００５２】
次に、本発明の第一実施形態に係る駆動装置１００について、図４に基づいて説明する。この駆動装置１００は、本発明に係るアクチュエータ１０をカメラ付き携帯電話機等に搭載したものであり、アクチュエータ１０はズームレンズやフォーカスレンズ等の移動レンズ（不図示）を移動させる。
【００５３】
図４に示すアクチュエータ１０は、図３（Ａ）に示した場合と同様に、圧電素子１２の端面１２Ａで支持されている。すなわち、圧電素子１２の端面１２Ａは、本体（筐体）２０に形成された支持部２０Ａに接着されて固定されている。
【００５４】
本体２０には、孔２０Ｂが形成されている。孔２０Ｂは駆動部材１４の外径よりも若干大きい径で形成されており、この孔２０Ｂに駆動部材１４の先端が挿通されて支持される。
【００５５】
被駆動部材１６は、図５に示すように、Ｖ状の溝１６Ａを有し、この溝１６Ａに駆動部材１４が係合される。また、被駆動部材１６は、板バネ２２を有しており、この板バネ２２によって駆動部材１４が被駆動部材１６側に付勢される。このように、被駆動部材１６は、駆動部材１４に３箇所で線接触しており、実質的な面接触となっている。これにより、被駆動部材１６が駆動部材１４に摩擦係合される。被駆動部材１６の下方には、移動レンズを保持する保持枠（不図示）が連結される。
【００５６】
上記の如く構成された場合にも、駆動部材１４を黒鉛結晶複合体で形成することによって、被駆動部材１６を安定して移動させることができる。
【００５７】
次に、本発明の第二実施形態に係る駆動装置２００について図７及び図８に基づいて説明する。ここで、第一実施形態と同一の説明を省略し、異なる点についてのみ説明する。
【００５８】
図７及び図８に示すように、この駆動装置２００では、被駆動部材２１６は、移動レンズ２１１のレンズ枠２２１と一体的に形成される。レンズ枠２２１は、駆動部材１４と平行に配置されたガイド棒（不図示）によってガイドされ、駆動部材１４周りの回転が防止される。また、被駆動部材２１６には、Ｕ状の溝２１６Ｂが形成され、この溝２１６Ｂに駆動部材１４が係合される。被駆動部材２１６の四つの各コーナー部には上方に突出した突出部２２４，２２４…が設けられ、この突出部２２４，２２４…に囲まれた領域内に摩擦板２２６が設けられる。摩擦板２２６は、駆動部材１４の側面形状に合わせて円弧状に湾曲して形成される。したがって、被駆動部材２１６は駆動部材１４と面接触することになる。また、摩擦板２２６の各コーナー部は被駆動部材２１６の突出部２２４，２２４…に合わせて切り欠かれている。したがって、摩擦板２２６を突出部２２４，２２４…で囲まれた領域内に配置した際に、摩擦板２２６が脱落することが防止される。
【００５９】
被駆動部材２１６には押えばね２２８が取り付けられる。押えばね２２８は、摩擦板２２６を被駆動部材２１６側に付勢するように構成されている。したがって、被駆動部材２１６のＵ状の溝２１６Ｂに駆動部材１４を配置し、その上に摩擦板２２６を配置すると、摩擦板２２６が押えばね２２８によって駆動部材１４に押しつけられ、摩擦板２２６と被駆動部材２１６とで駆動部材１４を挟持して、被駆動部材２１６を駆動部材１４に摩擦係合させることができる。
【００６０】
圧電素子１２の後端の端面１２Ｂには軟性の錘部材２１８が接着されて固定される。錘部材２１８の比重は、小型化のためにできるだけ高いことが好ましく、例えばステンレスと同程度（７．７〜８．０）に設定される。錘部材２１８は、圧電素子１２が取り付けられた面と反対側に取付金具２３０が接着され、この取付金具２３０を介して錘部材２１８が本体２０に支持される。取付金具２３０は金属板を屈曲させることによってコ状に形成されており、その両端の屈曲部分が本体２０に嵌合固定される。圧電素子１２は、駆動パルス供給装置２１５（図８参照）に電気的に接続されており、この駆動パルス供給装置２１５によって圧電素子１２に電圧が印加される。
【００６１】
このように本実施の形態では、圧電素子１２の後端の端面１２Ｂを軟性の錘部材２１８により自由端に近い状態で支持しており、これによって共振周波数ｆ０を２０〜３０ｋＨｚまで低下させている。このため、通常使用される５０〜１００ｋＨｚの駆動周波数ｆは、ｆ≧２１／２・ｆ０、を満たすようになる。ｆ≧２１／２・ｆ０、を満たす範囲は、力の伝達率が１以下となる防振領域であり、大きな共振が発生しない。したがって、本実施の形態によれば、圧電素子１２の後端の端面１２Ｂを軟性の錘部材２１８により自由端に近い状態で支持したことによって、駆動周波数での共振を防止することができ、常に安定した駆動量を確保することができる。また、本実施形態では、錘部材２１８は取付金具２３０によって本体２０に固定されているが、錘部材２１８は本体２０に直接取り付けられても同様の効果を奏する。
【００６２】
また、本実施の形態によれば、共振周波数ｆ０を下げたことによって、ｆ≧２１／２・ｆ０、となる広い範囲で駆動周波数ｆを設定することができる。したがって、環境負荷や製品ばらつき等の影響を受けず、安定した駆動が可能となる。
【００６３】
さらに、このような本実施形態においても、駆動部材１４がカーボングラファイトによって構成されているため、上記実施形態と同様な効果、すなわち被駆動部材の移動を正確に安定して行うことができるという効果を奏する。
【００６４】
次に、本発明の第三実施形態に係る駆動装置３００について図９に基づいて説明する。
【００６５】
図９に示すように、この駆動装置３００が駆動装置２００と違う点は、圧電素子１２の後端側の端面１２Ｂにゴム等の弾性体より成る錘部材３３２が接着固定され、この錘部材３３２は、圧電素子１２の反対側の面が本体２０に接着固定されている点である。このようにしても、上記実施形態と同様の作用効果を奏する。
【００６６】
次に、本発明の第四実施形態に係る駆動装置４００について図１０に基づいて説明する。
【００６７】
図１０に示すように、この駆動装置４００が駆動装置２００と違う点は、軟性材料より成る錘部材４１８は、圧電素子１２の端面１２Ｂよりも大きい面を有する薄板状に形成されており、この錘部材４１８の中央位置に圧電素子１２が接着固定され、錘部材４１８の両端部が本体２０に接着固定されている点である。このような本実施形態においても、駆動部材１４がカーボングラファイトによって構成されているため、上記実施形態と同様な効果、すなわち被駆動部材の移動を正確に安定して行うことができるという効果を奏する。さらに、このように構成された本実施形態の駆動装置によれば、圧電素子１２の後端の端面１２Ｂが薄板状の錘部材４１８によって本体２０に支持されているので、錘部材４１８が撓んで変形することによって圧電素子１２の後端の端面１２Ｂが変位する。さらに、錘部材４１８のヤング率が小さいので、圧電素子１２の後端の端面１２Ｂは、錘部材４１８自身の弾性変形により自由端に近い状態で支持される。したがって、共振周波数ｆ０を下げることができ、駆動周波数ｆを、防振領域となるｆ≧２１／２・ｆ０、の広い範囲で使用することができる。よって、装置構成系の共振を防止することができ、常に安定した駆動量を確保することができる。
【００６８】
次に、本発明の第五実施形態に係る駆動装置５００について説明する。
【００６９】
図１１は本発明の第六実施形態に係るアクチュエータ５１０を搭載した駆動装置５００の断面図である。図１１に示すように、本実施形態に係る駆動装置５００は、移動レンズ７０を移動対象物として移動レンズ７０の駆動を行うものであり、圧電素子１２及び駆動部材１４を有するアクチュエータ５１０と、そのアクチュエータ５１０を支持する支持部材６０と、被駆動部材５１６とを備えて構成されている。圧電素子１２は、電気信号の入力により伸縮可能な電気機械変換素子であり、所定の方向へ伸長及び収縮可能となっている。この圧電素子１２は、制御部７１に接続され、その制御部７１により電気信号を入力されることにより伸縮する。例えば、圧電素子１２には、二つの入力端子７２Ａ、７２Ｂが設置される。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ることにより、圧電素子１２が伸長及び収縮を繰り返すこととなる。
【００７０】
駆動部材１４は、圧電素子１２の伸縮方向に長手方向を向けて圧電素子１２に取り付けられている。例えば、駆動部材１４の一端が圧電素子１２に当接され接着剤２７を用いて接着されている。この駆動部材１４は、長尺状の部材であり、例えば円柱状のものが用いられる。駆動部材１４の材質には、黒鉛結晶を強固に複合させた黒鉛結晶複合体、例えばカーボングラファイトが用いられる。この黒鉛結晶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、ベリリウムと異なって加工しやすいという特性を有しているので、アクチュエータ５１０のコストを削減することができる。駆動部材１４は、本体２４から内側へ延びる仕切り部２４Ｂ、仕切り部２４Ｃにより長手方向に沿って移動可能に支持されている。仕切り部２４Ｂ、仕切り部２４Ｃは、被駆動部材５１６の移動領域を仕切るための部材であり、駆動部材１４の支持部材としても機能している。
【００７１】
仕切り部２４Ｂ、仕切り部２４Ｃには、駆動部材１４を貫通させる貫通孔２４Ａがそれぞれ形成されている。仕切り部２４Ｂは、駆動部材１４の圧電素子１２取付部分の近傍箇所、すなわち駆動部材１４の基端箇所を支持している。仕切り部２４Ｃは、駆動部材１４の先端箇所を支持している。本体２４は、アクチュエータ５１０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するものである。駆動部材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、その長手方向に沿って往復移動する。
【００７２】
なお、図１１では、駆動部材１４を仕切り部２４Ｂ、２４Ｃによりその先端側と基端側の二箇所で支持する場合を示しているが、駆動部材１４をその先端側又は基端側の一方で支持する場合もある。例えば、仕切り部２４Ｂの貫通孔２４Ａを駆動部材１４の外径より大きく形成することにより、駆動部材１４が仕切り部２４Ｃにより先端箇所のみで支持されることとなる。また、仕切り部２４Ｃの貫通孔２４Ａを駆動部材１４の外径より大きく形成することにより、駆動部材１４が仕切り部２４Ｂにより基端箇所のみで支持されることとなる。また、図１１では、駆動軸１４を支持する仕切り部２４Ｂ、２４Ｃが本体２４と一体になっている場合について示したが、これらの仕切り部２４Ｂ、２４ｃは本体２４と別体のものを本体２４に取り付けて設けてもよい。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。
【００７３】
被駆動部材５１６は、駆動部材１４に移動可能に取り付けられている。この被駆動部材５１６は、駆動部材１４に対し摩擦係合されて取り付けられ、そ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５１６は、駆動部材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部材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ずるように取り付けられている。被駆動部材５１６にこの摩擦力を超える移動力が付与されることにより、摩擦力に抗して被駆動部材５１６が駆動部材１４に沿って移動する。
【００７４】
アクチュエータ５１０は、支持部材６０により本体２４に支持されている。支持部材６０は、アクチュエータ５１０を圧電素子１２の伸縮方向と直交する方向から支持するものであり、アクチュエータ５１０を収容する本体２４と圧電素子１２と間に配設されている。
【００７５】
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本体２４に組み付けられている。支持部材６０の本体２４への固着は、接着剤６１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５１０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。図１１において、支持部材６０が圧電素子１２の両側に二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二つに図示されたものである。
【００７６】
なお、支持部材６０の本体２４への固着及び圧電素子１２への固着は、本体２４と圧電素子１２の間に支持部材６０を圧入し、支持部材６０の押圧によって行ってもよい。例えば、支持部材６０を弾性体により構成し、かつ、本体２４と圧電素子１２の間より大きく形成して、その間に圧入して設置する。これにより、支持部材６０は、本体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る。これによって、アクチュエータ５１０が支持される。
【００７７】
また、ここでは支持部材６０をシリコーン樹脂で形成する場合について説明したが、支持部材６０をバネ部材により構成してもよい。例えば、本体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５１０を本体２４に対し支持してもよい。
【００７８】
被駆動部材５１６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５１６と一体的に結合され、被駆動部材５１６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。
【００７９】
圧電素子１２の端部には、錘部材５１８が取り付けられている。錘部材５１８は、圧電素子１２の伸縮力を駆動部材１４側へ伝達させるための部材であって、圧電素子１２の駆動部材１４が取り付けられる端部と反対側の端部に取り付けられている。錘部材５１８としては、駆動部材１４より重いものが用いられる。また、錘部材５１８として、弾性変形可能な部材に金属粉を混入させたものを用いることが好ましい。金属粉を混入させることにより重量を大きくすることができ、弾性変形可能な部材を用いることにより圧電素子１２の作動時における不要な共振を減衰させることができる。また、錘部材５１８を軟性部材により構成することにより、アクチュエータ５１０における共振周波数を圧電素子１２の駆動周波数に対し十分に小さくすることができ、共振の影響を低減できる。
【００８０】
また、錘部材５１８は、本体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５１８は、本体２４に対し直接支持されたり固定されておらず、また接着剤や樹脂材を介して本体２４に対し動きを拘束されるように支持されたり固定されていない状態で設けられている。
【００８１】
駆動装置５００には、被駆動部材５１６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５１６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５１６及び移動レンズ７０の移動位置を検出する。
【００８２】
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行うものであり、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。
【００８３】
図１２は、図１１のXII−XIIにおける被駆動部材５１６の断面図である。図１２に示すように、被駆動部材５１６は、例えば、本体部５１６Ａ、押圧部５１６Ｂ及び摺動部５１６Ｃを備えて構成される。本体部５１６Ａは、押圧部５１６Ｂにより駆動部材１４に一定の力で押圧されている。本体部５１６Ａには、Ｖ字状の溝５１６Ｄが形成されている。この溝５１６Ｄの内には、二つの摺動部５１６Ｃ、５１６Ｃに挟持された状態で駆動部材１４が収容されている。摺動部５１６Ｃ、５１６Ｃ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、駆動部材１４を挟んで設けられている。このようにＶ字状の溝５１６Ｄ内に駆動部材１４を収容することにより、被駆動部材５１６を安定して駆動部材１４に取り付けることができる。
【００８４】
押圧部５１６Ｂ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５１６Ｂの一辺を本体部５１６Ａに掛止させ、他の一辺を溝５１６Ｄの対向位置に配することにより、他の一辺により溝５１６Ｄに収容される駆動部材１４を本体部５１６Ａ及び摺動部５１６Ｃと共に挟み込むことができる。これにより、本体部５１６Ａを駆動部材１４側へ押圧することができる。
【００８５】
このように、被駆動部材５１６は、押圧部５１６Ｂにより本体部５１６Ａを駆動部材１４側に一定の力で押圧して取り付けられることにより、駆動部材１４に対し摩擦係合される。すなわち、被駆動部材５１６は、駆動部材１４に対し本体部５１６Ａ及び押圧部５１６Ｂ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。
【００８６】
また、断面Ｖ字状の摺動部５１６Ｃ、５１６Ｃにより駆動部材１４を挟み込むことにより、被駆動部材５１６が駆動部材１４に４箇所で線接触、すなわち実質的に面接触することになり、駆動部材１４に対し安定して摩擦係合させることができる。
【００８７】
図１３は、圧電素子１２を作動させる駆動回路の回路図である。図１３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（図示なし）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。
【００８８】
図１４に駆動回路７７に入力される入力信号、図１５に駆動回路７７から出力される出力信号を示す。図１４（Ａ）は、被駆動部材５１６を圧電素子１２に接近させる方向（図１１において右方向）に移動させる際に入力される入力信号であり、図１４（Ｂ）は、被駆動部材５１６を圧電素子１２から離間させる方向（図１１において左方向）に移動させる際に入力される入力信号である。また、図１５（Ａ）は、被駆動部材５１６を圧電素子１２に接近させる方向（図１１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１５（Ｂ）は、被駆動部材５１６を圧電素子１２から離間させる方向（図１１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。
【００８９】
図１５（Ａ）、（Ｂ）の出力信号は、図１４（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１５（Ａ）、（Ｂ）における二つの信号は、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１５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。
【００９０】
図１５（Ａ）、（Ｂ）の出力信号は、同一周波数となる二つの矩形状のパルス信号により構成されている。この二つのパルス信号は、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。このような二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５１６を移動させることができる。
【００９１】
例えば、図１５（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、二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。
【００９２】
この図１５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１５（Ａ）、（Ｂ）において、二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。このようは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。
【００９３】
次に、本実施形態に係る駆動装置の動作について説明する。
【００９４】
図１１において、圧電素子１２に電気信号が入力され、その電気信号の入力により圧電素子１２が伸長及び収縮を繰り返す。この伸長及び収縮に応じて駆動部材１４が往復運動する。このとき、圧電素子１２の伸長速度と収縮速度を異ならせることにより、駆動部材１４が一定の方向へ移動する速度とその逆方向へ移動する速度が異なることとなる。これにより、被駆動部材５１６及び移動レンズ７０を所望の方向へ移動させることができる。
【００９５】
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、圧電素子１２を含むアクチュエータ５１０が支持部材６０によってその伸縮方向と直交する方向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５１０の外部へ伝達されにくい。このため、アクチュエータ５１０が本体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５１６及び移動レンズ７０を正確に移動させることができる。
【００９６】
以上のように、本実施形態に係る駆動装置においても、駆動部材１４がカーボングラファイトによって構成されているため、上記実施形態と同様な効果、すなわち被駆動部材の移動を正確に安定して行うことができるという効果を奏する。また、アクチュエータ５１０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により、アクチュエータ５１０と外部の部材との間で振動が伝達しにくくなり、共振の影響を低減することができる。従って、被駆動部材５１６及び移動レンズ７０を正確に移動させることができる。因みに、被駆動部材の移動位置を検出する検出器７５は、他の実施形態にも勿論適用できる。
【００９７】
なお、上述した各実施形態は本発明に係る駆動装置の一例を示すものである。本発明に係る駆動装置は、これらの実施形態に係る駆動装置に限られるものではなく、各請求項に記載した要旨を変更しない範囲で、実施形態に係る駆動装置を変形し、又は他のものに適用したものであってもよい。
【００９８】
本発明に係るアクチュエータの用途としては、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、本発明のアクチュエータを用いることによって、被駆動部材を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良い。
【００９９】
また、本発明は、圧電素子の前端の変位面に取り付けられる駆動部材を黒鉛結晶複合体で構成していればよく、駆動部材の形状や大きさは特に限定するものではない。
【０１００】
また、本発明では、上述したように軟性の錘部材を用いることが好ましいが、硬性の錘部材を用いた場合にも、駆動部材を黒鉛複合体とすることによって、被駆動部材の移動を安定化させる効果が得られる。
【０１０１】
また、例えば、第五実施形態では、移動レンズ７０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７０以外の物を駆動する駆動装置に適用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１０２】
【図１】本発明の第一実施形態に係る駆動装置のアクチュエータを示す平面図である。
【図２】圧電素子に印加される駆動パルスの波形図である。
【図３】図１のアクチュエータの支持位置を示す模式図である。
【図４】本発明の第一実施形態に係る駆動装置を示す平面図である。
【図５】図４のＶ−Ｖ線に沿う断面図である。
【図６】共振周波数に対する駆動周波数域を説明する図である。
【図７】本発明の第二実施形態に係る駆動装置を示す斜視図である。
【図８】図７の駆動装置を示す平面図である。
【図９】本発明の第三実施形態に係る駆動装置を示す平面図である。
【図１０】本発明の第四実施形態に係る駆動装置を示す平面図である。
【図１１】本発明の第五実施形態に係る駆動装置を示す平面図である。
【図１２】図１１のXII−XII線に沿う断面図である。
【図１３】図１１のアクチュエータに対する駆動回路を示す回路図である。
【図１４】図１３の駆動回路に入力される入力信号の波形図である。
【図１５】図１３の駆動回路から出力される出力信号の波形図である。
【図１６】共振周波数の計算例を示す図である。
【図１７】従来のアクチュエータの不具合を説明する説明図である。
【符号の説明】
【０１０３】
１，１２…圧電素子（電気機械変換素子）、２，１４…駆動部材、３，１６，２１６，５１６…被駆動部材、１０，２１０，３１０，４１０，５１０…アクチュエータ、１８，２１８，３３２，４１８，５１８…錘部材、２０，２４，６１０…本体（筐体）、２６，２１５…駆動パルス供給装置（駆動回路）、６８，２２１…レンズ枠、７７…駆動回路、１００，２００，３００，４００，５００…駆動装置。
【技術分野】
【０００１】
本発明は駆動装置に関し、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比較的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。
【背景技術】
【０００２】
デジタルカメラ等のレンズの駆動装置として、圧電素子などの電気機械変換素子を用いたアクチュエータが知られている。例えば特許文献２又は特許文献３の実施例に示されるように、アクチュエータは電気機械変換素子、駆動部材で構成され、電気機械変換素子の伸縮一方向の端面で筐体(又は支持部材)に固定されるのが一般的である。電気機械変換素子の伸縮他方向の端面には駆動部材が固着され、この駆動部材に被駆動部材が摩擦係合される。このような構成で電気機械変換素子にパルス状の電圧が印加されると、電気機械変換素子の伸び方向と縮み方向との動きが駆動部材に伝達される。電気機械変換素子が遅い速度で変形した場合には、被駆動部材が駆動部材とともに移動し、電気機械変換素子が速い速度で変形した場合には、被駆動部材がその質量の慣性によって同じ位置に停まる。したがって、往復で異なるパルス状の電圧の印加を繰り返すことによって、被駆動部材を細かなピッチで間欠的に移動させることができるというものである。
【０００３】
このような構成のアクチュエータは、電気機械変換素子の伸縮一方向の端面で筐体(又は支持部材)に固定されているため、電気機械変換素子の振動に起因して駆動部材を含むアクチュエータに発生する振動が筐体に直接伝わり、アクチュエータと筐体との間で共振するという問題を発生する。
【０００４】
特許文献１には、電気機械変換素子と筐体の間に台座を設け、電気機関変換素子の伸縮一方向の端面を台座に固定し、前記台座を筐体に対して弾性的に保持することにより、台座と筐体の間の振動伝達を低減又は遮断して、共振の影響を回避しようとする装置が提案されている。
【０００５】
また、特許文献２には、電気機械変換素子に印加する充電時間を電気機械変換素子の共振周波数の約１周期分とし、放電時間を１／２周期分とする、すなわち共振を積極的に利用することによって、電気機械変換素子の伸縮量を増大し、アクチュエータの駆動効率を向上させようとする装置が提案されている。
【０００６】
このような問題を少しでも改善するには、駆動部材として高剛性の金属材を用いることが好ましい。しかし、駆動部材を金属材にすると、駆動部材の重量が大きくなるため、圧電素子を高速で伸縮した際に応答性が悪くなり、被駆動部材を正確に移動させることができないという問題が発生する。
【０００７】
そこで、特許文献３のアクチュエータは、強化繊維複合体から成る駆動部材を用いるものが提案されている。強化繊維複合体は金属材と比較して、軽量な割にはある程度剛性を確保できるので、駆動部材の応答遅れを小さくすることができ、被駆動部材を高速で移動させることができるというものである。
【特許文献１】特開２００２−１４２４７０号公報
【特許文献２】特許第３１７１１８７号公報
【特許文献３】特許第３１８０５５７号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献３のアクチュエータは駆動部材が繊維樹脂から成るため、駆動部材と被駆動部材との摩擦が不安定であり、被駆動部材を精度良く移動させることができないという問題があった。また、特許文献３のアクチュエータは、駆動部材が変形し易いため、被駆動部材を正確に移動させることができないという問題があった。
【０００９】
本発明はこのような事情に鑑みて成されたもので、駆動部材と被駆動部材との摩擦を軽減且つ安定させることによって、被駆動部材の移動を正確且つ迅速に行うことのできる駆動装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
請求項１に記載の発明は前記目的を達成するために、電気機械変換素子と、この電気機械変換素子の伸縮に応じて動く駆動部材とから成り、駆動部材に摩擦係合された被駆動部材を駆動部材に沿って移動させるアクチュエータを備え、駆動部材は黒鉛複合体であることを特徴とする。
【００１１】
駆動部材の材質としては、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。（ここで、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。また、グラファイトは黒鉛とも言われる。）黒鉛複合体からなる駆動部材を特徴とする請求項１の発明によれば、駆動部材が軽量になり、電気機械変換素子の負荷を軽減することができる。また、請求項１の発明によれば、駆動部材が硬いので、駆動部材の変形を防止することができ、高い周波数で駆動した場合にも、被駆動部材を正確に移動させることができる。
【００１２】
また、黒鉛複合体は、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ので、請求項１の発明によれば、アクチュエータのコストを削減することができる。さらに、黒鉛複合体は、その成分として無定形炭素と黒鉛を含んでいるので、摩擦係数が非常に小さく、且つ、安定しており、被駆動部材との摺動性が良い。従って、被駆動部材を駆動部材に対して精度良く移動させることができ、安定した駆動制御を行うことができる。
【００１３】
請求項２に記載の発明は請求項１の発明において、黒鉛複合体はカーボングラファイトであることを特徴とする。
【００１４】
請求項３に記載の発明は請求項１又は２の発明において、電気機械変換素子に対して駆動部材と反対側に駆動部材よりも質量の大きい錘部材を設けたことを特徴とする。
【００１５】
請求項３に記載の発明によれば、駆動部材よりも質量の大きい錘部材を設けることによって、電気機械変換素子の伸縮を効率よく駆動部材側に伝えることが可能である。
【００１６】
請求項４に記載の発明は請求項１〜３の何れか一の発明において、錘部材は共振周波数低減部材であることを特徴とする。例えば図１７（Ａ）、図１７（Ｂ）に示すように、共振の影響によって圧電素子１の伸縮による駆動力が被駆動部材３に正確に伝わらずに駆動部材２が電気機械変換素子１の伸縮方向以外に変位してしまう場合がある。そこで、このように錘部材を共振周波数低減部材とすることで、電気機械変換素子、駆動部材、及び、錘部材から成る系の共振周波数が低くなり、共振による影響が殆どない範囲で電気機械変換素子を駆動させることができ、被駆動部材を電気機械変換素子の伸縮方向に正確に駆動制御することが可能となる。
【００１７】
請求項５に記載の発明は請求項３又は４の発明において、アクチュエータを駆動するための駆動回路を有し、この駆動回路は、電気機械変換素子と駆動部材とを質量として、錘部材をばねとした１自由系の共振周波数をｆ０、電気機械変換素子の駆動周波数をｆとした際、ｆ≧２１／２・ｆ０、となる駆動周波数ｆで電気機械変換素子を駆動することを特徴とする。
【００１８】
請求項６に記載の発明は請求項１〜５の何れか一の発明において、駆動部材は、先端側及び/又は基端側で電気機械変換素子の伸縮方向に移動可能に支持されていることを特徴とする。
【００１９】
請求項７に記載の発明は請求項１〜６の何れか一の発明において、アクチュエータは、電気機械変換素子の伸縮方向に対して側方から筐体に支持されていることを特徴とする。
【００２０】
請求項８に記載の発明は請求項１〜７の何れか一の発明において、電気機械変換素子を駆動するために伸びと縮み方向において非対称の信号を発生させる駆動手段を有していることを特徴とする。
【００２１】
請求項９に記載の発明は請求項１〜８の何れか一の発明において、被駆動部材は、駆動部材に対し面接触していることを特徴とする。
【００２２】
請求項１０に記載の発明は請求項１〜９の何れか一の発明において、被駆動部材の移動位置を検出する検出手段を備えたことを特徴とする。
【００２３】
請求項１１に記載の発明は請求項１〜１０の何れか一の発明において、電気機械変換素子は可聴周波数を超える駆動周波数で駆動されることを特徴とする。この場合、電気機械変換素子の可聴領域における作動音を低減することができる。
【００２４】
請求項１２に記載の発明は請求項１〜１１の何れか一の発明において、被駆動部材は光学部材に連結されており、撮影光学系に用いられることを特徴とする。
【００２５】
請求項１３に記載の発明は請求項１〜１２の何れか一の発明において、アクチュエータは携帯電話に搭載される撮影光学系に用いられることを特徴とする。この場合、光学部材とはレンズのみに限られず、被駆動部材は絞りやシャッター又はＮＤフィルターなどにも用いられる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明に係る駆動装置によれば、駆動部材を黒鉛複合体によって構成したので、駆動部材を軽量で高剛性にすることができ、駆動部材と被駆動部材との摩擦を軽減して安定した駆動制御を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下添付図面に従って本発明に係る駆動装置の好ましい実施の形態について詳述する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００２８】
図１は本発明の第一実施形態に係る駆動装置１００のアクチュエータ１０を示す平面図である。図１に示すように、アクチュエータ１０は、圧電素子（電気機械変換素子に相当）１２、駆動部材１４、及び、錘部材１８で構成される。圧電素子１２は矢印方向に積層されて構成されており、電圧を印加することによって積層方向に変形（伸縮）するように構成される。したがって、圧電素子１２は、長手方向の端面１２Ａ、１２Ｂが変位するようになっている。
【００２９】
圧電素子１２の端面１２Ａ、１２Ｂのうち、一方の端面１２Ａには、駆動部材１４の基端が固着される。駆動部材１４は例えば円柱状に形成されており、その軸が矢印方向（すなわち、圧電素子の伸縮方向）に配置されている。駆動部材１４の材質は、黒鉛結晶を強固に複合させた黒鉛結晶複合体、例えばカーボングラファイトが用いられる。この黒鉛複合体であるカーボングラファイトは、理想的な材料であるベリリウムと似た特性を有しながら、ベリリウムと異なって比較的安価で加工しやすいという特性を有しているので、アクチュエータ１０のコストを削減することができる。なお、駆動部材１４の形状は円柱状に限定されるものではなく、角柱状でもよい。
【００３０】
被駆動部材１６は駆動部材１４に所定の摩擦力で係合されており、駆動部材１４に沿ってスライド自在に支持される。被駆動部材１６と駆動部材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。なお、駆動部材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る。この潤滑剤は低温下でも駆動部材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。
【００３１】
錘部材１８は、圧電素子１２の端面１２Ｂに固着される。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って、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り、駆動部材１４よりも重量の大きいものが好ましい。また駆動部材１４よりも質量の大きい錘部材１８を設けることによって、圧電素子１２の伸縮を効率よく駆動部材１４側に伝えることが可能である。例えば、駆動部材１４が８ｍｇ、圧電素子１２が３２ｍｇの場合に、３２ｍｇの錘部材１８が用いられる。
【００３２】
また、錘部材１８は、軟性材料によって形成されている。錘部材１８の材質は、圧電素子１２及び駆動部材１４よりもヤング率の小さい材料のものが用いられる。錘部材１８のヤング率としては、１ＧＰａ以下が好ましく、３００ＭＰａ以下がより好ましい。このような錘部材１８は、ゴム等の弾性体に比重の大きい金属粉を混ぜ合わせることによって形成され、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合することによって製造される。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。また、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合することによって製造される錘部材１８のヤング率は６０ＭＰａ程度、比重は１１．７程度となる。したがって、錘部材１８を出来るだけ小さい体積で設計する場合は、出来るだけ比重が大きく且つヤング率の小さい組み合わせが最適となるが、錘部材１８は駆動部材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。
【００３３】
圧電素子１２には駆動パルス供給装置（駆動回路）２６（図４参照）が電気的に接続されており、この駆動パルス供給装置によって、図２（Ａ）、図２（Ｂ）に示す波形の電圧が印加される。この図２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。このようは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。なお、この可聴周波数を超える周波数の信号は、後述の実施形態でも同様に用いられる。
【００３４】
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。図２（Ａ）は、図１の被駆動部材１６を矢印の左方向に移動させる際のパルス波形であり、図２（Ｂ）は図１の被駆動部材１６を矢印の右方向に移動させる際のパルス波形である。
【００３５】
図２（Ａ）の場合、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を印加している。したがって、時刻α１から時刻α２では、圧電素子１２が緩やかに伸長する。その際、駆動部材１４が緩やかな速度で移動するので、被駆動部材１６は駆動部材１４とともに移動する。これにより、被駆動部材１６を図１の左方向に移動させることができる。時刻α３では、圧電素子１２が急激に縮まるので、駆動部材１４は図１の右方向に移動する。その際、駆動部材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、駆動部材１４だけが移動する。したがって、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、図１の被駆動部材１６は左方向への移動と停止を繰り返すので、左方向へ移動させることができる。
【００３６】
図２（Ｂ）の場合、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を印加している。したがって、時刻β１では圧電素子１２が急激に伸長し、駆動部材１４は図１の左方向に移動する。その際、駆動部材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、駆動部材１４だけが移動する。時刻β２から時刻β３では、圧電素子１２が緩やかに縮まる。その際、駆動部材１４が緩やかに変位するので、被駆動部材１６は駆動部材１４とともに移動する。これにより、被駆動部材１６を図１の右方向に移動させることができる。したがって、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、図１の被駆動部材１６は右方向への移動と停止を繰り返すので、右方向へ移動させることができる。なお、鋸状の駆動パルスは説明のために模式的に用いられるものであって、実際には図１３のような回路によって図１４、図１５に示す信号が入出力される。その出力信号は鋸状の駆動パルス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。
【００３７】
次に上記の如く構成されたアクチュエータ１０の作用について説明する。
【００３８】
本実施の形態では、駆動部材１４が黒鉛結晶複合体、例えばカーボングラファイトによって構成されている。このカーボングラファイトは、炭素の六角板状結晶体であるグラファイト無定形炭素からなる物質であり、ベリリウムに似た性質を有し、軽量且つ高剛性であるという特性を有している。したがって、カーボングラファイトから成る駆動部材１４を圧電素子１２によって駆動すると、駆動部材１４を正確に移動させることができる。また、駆動部材１４が硬くて変形しにくいため、例えば１００ｋＨｚ以上の高周波での駆動制御が可能となる。
【００３９】
さらに、カーボングラファイトはその成分として無定形炭素と黒鉛を有しているため、摺動性が良く、摺動時の摩擦が非常に小さく、且つ安定しているという特性を備えている。したがって、カーボングラファイトから成る駆動部材１４を用いることによって、被駆動部材１６との摩擦を減少させ、且つ、安定させることができる。これにより、被駆動部材１６の移動を常に安定して正確に行うことができる。
【００４０】
また、カーボングラファイトは内部損失も非常に小さいので、カーボングラファイトから成る駆動部材１４は後述の共振を生じにくいという特徴がある。したがって、共振によって被駆動部材１６の移動量にムラが発生することを防止できる。
【００４１】
このように本実施の形態によれば、駆動部材１４をカーボングラファイトによって構成したので、被駆動部材１６の移動を正確に安定して行うことができる。本発明は特にアクチュエータ１０を高周波で駆動させた場合に有効であり、従来装置を高周波で駆動させた場合には駆動部材１４が変形して歪んだりして被駆動部材１６を正確に移動させることができない場合にも、本発明のように駆動部材１４をカーボングラファイトで構成することによって被駆動部材１６を精度良く移動させることができる。
【００４２】
また、本実施の形態のアクチュエータ１０は、圧電素子１２の端面１２Ｂに固着された錘部材１８が、ヤング率の小さい軟性材料で形成されている。このような錘部材１８を用いることによって、圧電素子１２と駆動部材１４とを質量として、錘部材１８を弾性体とした等価１自由系の共振周波数ｆ０を大幅に下げることができる、換言すると、錘部材１８は、共振周波数を低減させる共振周波数低減部材として機能する。また、ヤング率の小さい軟性材料で形成された錘部材１８を用いることによって、剛性材料から成る錘部材を設ける場合よりも、アクチュエータ１０の共振周波数が低いものとなる。このことは、その共振周波数ｆ０を求めるための下式からも明らかである。この式において、Ｅは錘部材１８のヤング率、Ａは錘部材１８の圧電素子１２側の面積、ｈは錘部材１８の厚さ、Ｍａは圧電素子１２の質量、Ｍｂは駆動部材１４の質量、Ｍｃは錘部材１８の質量を示す。
【００４３】
【数１】
この式から明らかなように、錘部材１８のヤング率Ｅを小さくすると、等価１自由系の共振周波数ｆ０は小さくなる。本実施の形態では、錘部材１８のヤング率を１ＧＰａ以下としたことによって、共振周波数ｆ０を約７０ｋＨｚ以下にすることができる。また、本実施の形態において、錘部材１８のヤング率を３００ＭＰａ以下とすれば、共振周波数ｆ０を３５ｋＨｚ以下にすることができる。さらに、本実施の形態において、錘部材１８をヤング率が６０ＭＰａ程度のウレタンゴムにタングステン粉末を混合したものを使用した場合は、共振周波数ｆ０は１５ｋＨｚ程度となる。（図１６中の番号１参照。但し、Ｅ＋０７は×１０７を意味する）。
【００４４】
これに対して、錘に相当する部材がヤング率の大きい硬質材料で形成されると、前記共振周波数ｆ０が大きくなる。例えば、本実施の形態において、錘部材１８の材質をヤング率が２００〜４００ＧＰａのステンレスとした場合は、共振周波数ｆ０は１ＧＨｚ以上となる。また、金属の中でも比較的ヤング率の小さいアルミニウム（ヤング率は１２０ＧＰａ程度）を使用した場合であっても共振周波数ｆ０は約７００ｋＨｚとなる（図１６中の番号５参照）。
【００４５】
前述したように本実施の形態のアクチュエータ１０は、錘部材１８が共振周波数低減部材により形成されているので、前記等価１自由系の共振周波数ｆ０を著しく低下させることができる。なお、錘部材１８を弾性体や粘弾性材料とした場合も同様な作用（詳しくは後述）を奏する。
【００４６】
ここで一般に、振動する機械や構造物から、それを支える基礎や床に振動が伝わらないようにするためには、振動伝達率（Vibration Transmissibility）が小さいほうが良く、等価１自由系においては、振動伝達率λは下記２式で示される。
【数２】
但し、
λ ：等価１自由系の振動伝達率、
ｆ ：使用される駆動周波数、
ｆ０：等価１自由系の共振周波数、
ζ ：等価１自由系の減衰比
【００４７】
そして、等価１自由系では、この振動伝達率λが１以下の場合には、ζの値に無関係に、機械の振動が基礎や床に伝わりにくいとされる。従って、下記３式、及び３式を式変形した下記４式で示されるように、振動伝達率λが１以下の範囲、すなわちｆ≧２１／２・ｆ０を満たす範囲（図６（Ａ）の範囲Ｐ）は、圧電素子１２の振動がアクチュエータ１０の支持部材（例えば図４の本体２０）に伝わりにくく、共振による影響が非常に小さい防振領域である。したがって、発明を実施するための最良の実施形態である周波数の組み合わせ、すなわちアクチュエータの共振周波数が７０ｋＨｚ以下、駆動周波数が５０〜１００ｋＨｚとするものはこの防振領域を満たすことになる。なお、防振領域については、例えば、「モード解析入門、長松昭男著、コロナ社」に記載されている。因みに、ｆ≧２１／２・ｆ０の関係は、他の実施形態に対しても勿論適用可能である。
【数３】
【数４】
【００４８】
したがって、本実施の形態によれば、駆動部材１４よりも質量の大きい錘部材１８を設けることによって、電気機械変換素子の伸縮を効率よく駆動部材側に伝えることが可能となる。又、錘部材１８として共振周波数低減部材を用いることによって、圧電素子１２、駆動部材１４、及び、錘部材１８で構成されるアクチュエータ自体の共振周波数を低くすることができるため、共振によって駆動部材１４が圧電素子１２の伸縮方向以外に振れることを防止することができる。これにより、駆動部材１４が圧電素子１２の伸縮方向に変位するので、圧電素子１２の伸縮による駆動力が被駆動部材１６に正確に、且つ安定して伝わるため、被駆動部材１６を圧電素子１２の伸縮方向に正確に、且つ安定して駆動制御することができる。なお、本実施の形態では、被駆動部材１６を圧電素子１２の伸縮方向に正確に駆動できる反面、共振を利用して被駆動部材１６を移動した場合に比べて、一回当たりの被駆動部材１６の移動量は低下するが、圧電素子１２の積層数を増やしたり駆動条件を適切に設定することにより、実用上充分な被駆動部材１６の移動量を確保することができる。
【００４９】
また、従来のアクチュエータでは、例えば文献（特許第３１７１０２２号公報）に示されている条件式のように、駆動周波数として設定し得る範囲が比較的狭い（図６（Ｂ）のＱの範囲）ため、装置の品質にばらつきや故障が生じた際に共振周波数が低下して条件をはずれ、共振の影響を受けてしまう。そこで、本実施の形態によれば、共振周波数ｆ０を下げることによって、ｆ≧２１／２・ｆ０、となる広い範囲でアクチュエータ１０の駆動周波数ｆを設定することができ、これにより、温度変化等の環境負荷や製品のばらつき等によって前記共振周波数ｆ０が変化した場合にも駆動周波数ｆの設定を変更する必要がなく、アクチュエータ１０毎の設定変更が不要になる。
【００５０】
また、本実施の形態によれば、軟性の錘部材１８を用いたことによって共振周波数ｆ０を大きく低下させたので、駆動周波数ｆが低い範囲でもｆ≧２１／２・ｆ０の関係が満たされるようになる。したがって、駆動周波数ｆとして比較的低い周波数で使用することができ、高い周波数で使用した場合に比べて消費電力を削減することができる。すなわち、硬質の錘部材を用いた場合にｆ≧２１／２・ｆ０の関係を満たすには、駆動周波数ｆを高周波にしなければならず、消費電力が大きくなるという問題を生じるが、本実施の形態によれば、共振周波数ｆ０を大きく低下させたので、低い周波域の駆動周波数ｆを用いることができ、消費電力を削減することができる。
【００５１】
さらに、本実施の形態によれば、圧電素子１２、駆動部材１４、錘部材１８で構成されるアクチュエータ自体の共振周波数ｆ０そのものを小さくして、共振による悪影響を取り除くことができるので、アクチュエータの構成部品の部品としてのばらつきよる影響を少なくすることができる他、アクチュエータをどのように筐体に取り付けても共振の影響を受けにくくなるため、アクチュエータを取り付けるときの設計的及び製造的な自由度が増すことになる。すなわち、図３（Ａ）に示すように圧電素子１２の端面１２Ａを支持部材２３で支持するようにしてもよいし、図３（Ｂ）に示すように圧電素子１２の側面を支持部材２３で支持するようにしてもよい。さらには、駆動部材１４の先端面や側面、先端側及び/又は基端側、或いは錘部材１８の側面や後端面を支持するようにしてもよい。
【００５２】
次に、本発明の第一実施形態に係る駆動装置１００について、図４に基づいて説明する。この駆動装置１００は、本発明に係るアクチュエータ１０をカメラ付き携帯電話機等に搭載したものであり、アクチュエータ１０はズームレンズやフォーカスレンズ等の移動レンズ（不図示）を移動させる。
【００５３】
図４に示すアクチュエータ１０は、図３（Ａ）に示した場合と同様に、圧電素子１２の端面１２Ａで支持されている。すなわち、圧電素子１２の端面１２Ａは、本体（筐体）２０に形成された支持部２０Ａに接着されて固定されている。
【００５４】
本体２０には、孔２０Ｂが形成されている。孔２０Ｂは駆動部材１４の外径よりも若干大きい径で形成されており、この孔２０Ｂに駆動部材１４の先端が挿通されて支持される。
【００５５】
被駆動部材１６は、図５に示すように、Ｖ状の溝１６Ａを有し、この溝１６Ａに駆動部材１４が係合される。また、被駆動部材１６は、板バネ２２を有しており、この板バネ２２によって駆動部材１４が被駆動部材１６側に付勢される。このように、被駆動部材１６は、駆動部材１４に３箇所で線接触しており、実質的な面接触となっている。これにより、被駆動部材１６が駆動部材１４に摩擦係合される。被駆動部材１６の下方には、移動レンズを保持する保持枠（不図示）が連結される。
【００５６】
上記の如く構成された場合にも、駆動部材１４を黒鉛結晶複合体で形成することによって、被駆動部材１６を安定して移動させることができる。
【００５７】
次に、本発明の第二実施形態に係る駆動装置２００について図７及び図８に基づいて説明する。ここで、第一実施形態と同一の説明を省略し、異なる点についてのみ説明する。
【００５８】
図７及び図８に示すように、この駆動装置２００では、被駆動部材２１６は、移動レンズ２１１のレンズ枠２２１と一体的に形成される。レンズ枠２２１は、駆動部材１４と平行に配置されたガイド棒（不図示）によってガイドされ、駆動部材１４周りの回転が防止される。また、被駆動部材２１６には、Ｕ状の溝２１６Ｂが形成され、この溝２１６Ｂに駆動部材１４が係合される。被駆動部材２１６の四つの各コーナー部には上方に突出した突出部２２４，２２４…が設けられ、この突出部２２４，２２４…に囲まれた領域内に摩擦板２２６が設けられる。摩擦板２２６は、駆動部材１４の側面形状に合わせて円弧状に湾曲して形成される。したがって、被駆動部材２１６は駆動部材１４と面接触することになる。また、摩擦板２２６の各コーナー部は被駆動部材２１６の突出部２２４，２２４…に合わせて切り欠かれている。したがって、摩擦板２２６を突出部２２４，２２４…で囲まれた領域内に配置した際に、摩擦板２２６が脱落することが防止される。
【００５９】
被駆動部材２１６には押えばね２２８が取り付けられる。押えばね２２８は、摩擦板２２６を被駆動部材２１６側に付勢するように構成されている。したがって、被駆動部材２１６のＵ状の溝２１６Ｂに駆動部材１４を配置し、その上に摩擦板２２６を配置すると、摩擦板２２６が押えばね２２８によって駆動部材１４に押しつけられ、摩擦板２２６と被駆動部材２１６とで駆動部材１４を挟持して、被駆動部材２１６を駆動部材１４に摩擦係合させることができる。
【００６０】
圧電素子１２の後端の端面１２Ｂには軟性の錘部材２１８が接着されて固定される。錘部材２１８の比重は、小型化のためにできるだけ高いことが好ましく、例えばステンレスと同程度（７．７〜８．０）に設定される。錘部材２１８は、圧電素子１２が取り付けられた面と反対側に取付金具２３０が接着され、この取付金具２３０を介して錘部材２１８が本体２０に支持される。取付金具２３０は金属板を屈曲させることによってコ状に形成されており、その両端の屈曲部分が本体２０に嵌合固定される。圧電素子１２は、駆動パルス供給装置２１５（図８参照）に電気的に接続されており、この駆動パルス供給装置２１５によって圧電素子１２に電圧が印加される。
【００６１】
このように本実施の形態では、圧電素子１２の後端の端面１２Ｂを軟性の錘部材２１８により自由端に近い状態で支持しており、これによって共振周波数ｆ０を２０〜３０ｋＨｚまで低下させている。このため、通常使用される５０〜１００ｋＨｚの駆動周波数ｆは、ｆ≧２１／２・ｆ０、を満たすようになる。ｆ≧２１／２・ｆ０、を満たす範囲は、力の伝達率が１以下となる防振領域であり、大きな共振が発生しない。したがって、本実施の形態によれば、圧電素子１２の後端の端面１２Ｂを軟性の錘部材２１８により自由端に近い状態で支持したことによって、駆動周波数での共振を防止することができ、常に安定した駆動量を確保することができる。また、本実施形態では、錘部材２１８は取付金具２３０によって本体２０に固定されているが、錘部材２１８は本体２０に直接取り付けられても同様の効果を奏する。
【００６２】
また、本実施の形態によれば、共振周波数ｆ０を下げたことによって、ｆ≧２１／２・ｆ０、となる広い範囲で駆動周波数ｆを設定することができる。したがって、環境負荷や製品ばらつき等の影響を受けず、安定した駆動が可能となる。
【００６３】
さらに、このような本実施形態においても、駆動部材１４がカーボングラファイトによって構成されているため、上記実施形態と同様な効果、すなわち被駆動部材の移動を正確に安定して行うことができるという効果を奏する。
【００６４】
次に、本発明の第三実施形態に係る駆動装置３００について図９に基づいて説明する。
【００６５】
図９に示すように、この駆動装置３００が駆動装置２００と違う点は、圧電素子１２の後端側の端面１２Ｂにゴム等の弾性体より成る錘部材３３２が接着固定され、この錘部材３３２は、圧電素子１２の反対側の面が本体２０に接着固定されている点である。このようにしても、上記実施形態と同様の作用効果を奏する。
【００６６】
次に、本発明の第四実施形態に係る駆動装置４００について図１０に基づいて説明する。
【００６７】
図１０に示すように、この駆動装置４００が駆動装置２００と違う点は、軟性材料より成る錘部材４１８は、圧電素子１２の端面１２Ｂよりも大きい面を有する薄板状に形成されており、この錘部材４１８の中央位置に圧電素子１２が接着固定され、錘部材４１８の両端部が本体２０に接着固定されている点である。このような本実施形態においても、駆動部材１４がカーボングラファイトによって構成されているため、上記実施形態と同様な効果、すなわち被駆動部材の移動を正確に安定して行うことができるという効果を奏する。さらに、このように構成された本実施形態の駆動装置によれば、圧電素子１２の後端の端面１２Ｂが薄板状の錘部材４１８によって本体２０に支持されているので、錘部材４１８が撓んで変形することによって圧電素子１２の後端の端面１２Ｂが変位する。さらに、錘部材４１８のヤング率が小さいので、圧電素子１２の後端の端面１２Ｂは、錘部材４１８自身の弾性変形により自由端に近い状態で支持される。したがって、共振周波数ｆ０を下げることができ、駆動周波数ｆを、防振領域となるｆ≧２１／２・ｆ０、の広い範囲で使用することができる。よって、装置構成系の共振を防止することができ、常に安定した駆動量を確保することができる。
【００６８】
次に、本発明の第五実施形態に係る駆動装置５００について説明する。
【００６９】
図１１は本発明の第六実施形態に係るアクチュエータ５１０を搭載した駆動装置５００の断面図である。図１１に示すように、本実施形態に係る駆動装置５００は、移動レンズ７０を移動対象物として移動レンズ７０の駆動を行うものであり、圧電素子１２及び駆動部材１４を有するアクチュエータ５１０と、そのアクチュエータ５１０を支持する支持部材６０と、被駆動部材５１６とを備えて構成されている。圧電素子１２は、電気信号の入力により伸縮可能な電気機械変換素子であり、所定の方向へ伸長及び収縮可能となっている。この圧電素子１２は、制御部７１に接続され、その制御部７１により電気信号を入力されることにより伸縮する。例えば、圧電素子１２には、二つの入力端子７２Ａ、７２Ｂが設置される。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ることにより、圧電素子１２が伸長及び収縮を繰り返すこととなる。
【００７０】
駆動部材１４は、圧電素子１２の伸縮方向に長手方向を向けて圧電素子１２に取り付けられている。例えば、駆動部材１４の一端が圧電素子１２に当接され接着剤２７を用いて接着されている。この駆動部材１４は、長尺状の部材であり、例えば円柱状のものが用いられる。駆動部材１４の材質には、黒鉛結晶を強固に複合させた黒鉛結晶複合体、例えばカーボングラファイトが用いられる。この黒鉛結晶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、ベリリウムと異なって加工しやすいという特性を有しているので、アクチュエータ５１０のコストを削減することができる。駆動部材１４は、本体２４から内側へ延びる仕切り部２４Ｂ、仕切り部２４Ｃにより長手方向に沿って移動可能に支持されている。仕切り部２４Ｂ、仕切り部２４Ｃは、被駆動部材５１６の移動領域を仕切るための部材であり、駆動部材１４の支持部材としても機能している。
【００７１】
仕切り部２４Ｂ、仕切り部２４Ｃには、駆動部材１４を貫通させる貫通孔２４Ａがそれぞれ形成されている。仕切り部２４Ｂは、駆動部材１４の圧電素子１２取付部分の近傍箇所、すなわち駆動部材１４の基端箇所を支持している。仕切り部２４Ｃは、駆動部材１４の先端箇所を支持している。本体２４は、アクチュエータ５１０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するものである。駆動部材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、その長手方向に沿って往復移動する。
【００７２】
なお、図１１では、駆動部材１４を仕切り部２４Ｂ、２４Ｃによりその先端側と基端側の二箇所で支持する場合を示しているが、駆動部材１４をその先端側又は基端側の一方で支持する場合もある。例えば、仕切り部２４Ｂの貫通孔２４Ａを駆動部材１４の外径より大きく形成することにより、駆動部材１４が仕切り部２４Ｃにより先端箇所のみで支持されることとなる。また、仕切り部２４Ｃの貫通孔２４Ａを駆動部材１４の外径より大きく形成することにより、駆動部材１４が仕切り部２４Ｂにより基端箇所のみで支持されることとなる。また、図１１では、駆動軸１４を支持する仕切り部２４Ｂ、２４Ｃが本体２４と一体になっている場合について示したが、これらの仕切り部２４Ｂ、２４ｃは本体２４と別体のものを本体２４に取り付けて設けてもよい。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。
【００７３】
被駆動部材５１６は、駆動部材１４に移動可能に取り付けられている。この被駆動部材５１６は、駆動部材１４に対し摩擦係合されて取り付けられ、そ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５１６は、駆動部材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部材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ずるように取り付けられている。被駆動部材５１６にこの摩擦力を超える移動力が付与されることにより、摩擦力に抗して被駆動部材５１６が駆動部材１４に沿って移動する。
【００７４】
アクチュエータ５１０は、支持部材６０により本体２４に支持されている。支持部材６０は、アクチュエータ５１０を圧電素子１２の伸縮方向と直交する方向から支持するものであり、アクチュエータ５１０を収容する本体２４と圧電素子１２と間に配設されている。
【００７５】
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本体２４に組み付けられている。支持部材６０の本体２４への固着は、接着剤６１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５１０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。図１１において、支持部材６０が圧電素子１２の両側に二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二つに図示されたものである。
【００７６】
なお、支持部材６０の本体２４への固着及び圧電素子１２への固着は、本体２４と圧電素子１２の間に支持部材６０を圧入し、支持部材６０の押圧によって行ってもよい。例えば、支持部材６０を弾性体により構成し、かつ、本体２４と圧電素子１２の間より大きく形成して、その間に圧入して設置する。これにより、支持部材６０は、本体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る。これによって、アクチュエータ５１０が支持される。
【００７７】
また、ここでは支持部材６０をシリコーン樹脂で形成する場合について説明したが、支持部材６０をバネ部材により構成してもよい。例えば、本体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５１０を本体２４に対し支持してもよい。
【００７８】
被駆動部材５１６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５１６と一体的に結合され、被駆動部材５１６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。
【００７９】
圧電素子１２の端部には、錘部材５１８が取り付けられている。錘部材５１８は、圧電素子１２の伸縮力を駆動部材１４側へ伝達させるための部材であって、圧電素子１２の駆動部材１４が取り付けられる端部と反対側の端部に取り付けられている。錘部材５１８としては、駆動部材１４より重いものが用いられる。また、錘部材５１８として、弾性変形可能な部材に金属粉を混入させたものを用いることが好ましい。金属粉を混入させることにより重量を大きくすることができ、弾性変形可能な部材を用いることにより圧電素子１２の作動時における不要な共振を減衰させることができる。また、錘部材５１８を軟性部材により構成することにより、アクチュエータ５１０における共振周波数を圧電素子１２の駆動周波数に対し十分に小さくすることができ、共振の影響を低減できる。
【００８０】
また、錘部材５１８は、本体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５１８は、本体２４に対し直接支持されたり固定されておらず、また接着剤や樹脂材を介して本体２４に対し動きを拘束されるように支持されたり固定されていない状態で設けられている。
【００８１】
駆動装置５００には、被駆動部材５１６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５１６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５１６及び移動レンズ７０の移動位置を検出する。
【００８２】
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行うものであり、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。
【００８３】
図１２は、図１１のXII−XIIにおける被駆動部材５１６の断面図である。図１２に示すように、被駆動部材５１６は、例えば、本体部５１６Ａ、押圧部５１６Ｂ及び摺動部５１６Ｃを備えて構成される。本体部５１６Ａは、押圧部５１６Ｂにより駆動部材１４に一定の力で押圧されている。本体部５１６Ａには、Ｖ字状の溝５１６Ｄが形成されている。この溝５１６Ｄの内には、二つの摺動部５１６Ｃ、５１６Ｃに挟持された状態で駆動部材１４が収容されている。摺動部５１６Ｃ、５１６Ｃ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、駆動部材１４を挟んで設けられている。このようにＶ字状の溝５１６Ｄ内に駆動部材１４を収容することにより、被駆動部材５１６を安定して駆動部材１４に取り付けることができる。
【００８４】
押圧部５１６Ｂ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５１６Ｂの一辺を本体部５１６Ａに掛止させ、他の一辺を溝５１６Ｄの対向位置に配することにより、他の一辺により溝５１６Ｄに収容される駆動部材１４を本体部５１６Ａ及び摺動部５１６Ｃと共に挟み込むことができる。これにより、本体部５１６Ａを駆動部材１４側へ押圧することができる。
【００８５】
このように、被駆動部材５１６は、押圧部５１６Ｂにより本体部５１６Ａを駆動部材１４側に一定の力で押圧して取り付けられることにより、駆動部材１４に対し摩擦係合される。すなわち、被駆動部材５１６は、駆動部材１４に対し本体部５１６Ａ及び押圧部５１６Ｂ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。
【００８６】
また、断面Ｖ字状の摺動部５１６Ｃ、５１６Ｃにより駆動部材１４を挟み込むことにより、被駆動部材５１６が駆動部材１４に４箇所で線接触、すなわち実質的に面接触することになり、駆動部材１４に対し安定して摩擦係合させることができる。
【００８７】
図１３は、圧電素子１２を作動させる駆動回路の回路図である。図１３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（図示なし）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。
【００８８】
図１４に駆動回路７７に入力される入力信号、図１５に駆動回路７７から出力される出力信号を示す。図１４（Ａ）は、被駆動部材５１６を圧電素子１２に接近させる方向（図１１において右方向）に移動させる際に入力される入力信号であり、図１４（Ｂ）は、被駆動部材５１６を圧電素子１２から離間させる方向（図１１において左方向）に移動させる際に入力される入力信号である。また、図１５（Ａ）は、被駆動部材５１６を圧電素子１２に接近させる方向（図１１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１５（Ｂ）は、被駆動部材５１６を圧電素子１２から離間させる方向（図１１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。
【００８９】
図１５（Ａ）、（Ｂ）の出力信号は、図１４（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１５（Ａ）、（Ｂ）における二つの信号は、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１５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。
【００９０】
図１５（Ａ）、（Ｂ）の出力信号は、同一周波数となる二つの矩形状のパルス信号により構成されている。この二つのパルス信号は、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。このような二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５１６を移動させることができる。
【００９１】
例えば、図１５（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、二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。
【００９２】
この図１５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１５（Ａ）、（Ｂ）において、二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。このようは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。
【００９３】
次に、本実施形態に係る駆動装置の動作について説明する。
【００９４】
図１１において、圧電素子１２に電気信号が入力され、その電気信号の入力により圧電素子１２が伸長及び収縮を繰り返す。この伸長及び収縮に応じて駆動部材１４が往復運動する。このとき、圧電素子１２の伸長速度と収縮速度を異ならせることにより、駆動部材１４が一定の方向へ移動する速度とその逆方向へ移動する速度が異なることとなる。これにより、被駆動部材５１６及び移動レンズ７０を所望の方向へ移動させることができる。
【００９５】
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、圧電素子１２を含むアクチュエータ５１０が支持部材６０によってその伸縮方向と直交する方向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５１０の外部へ伝達されにくい。このため、アクチュエータ５１０が本体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５１６及び移動レンズ７０を正確に移動させることができる。
【００９６】
以上のように、本実施形態に係る駆動装置においても、駆動部材１４がカーボングラファイトによって構成されているため、上記実施形態と同様な効果、すなわち被駆動部材の移動を正確に安定して行うことができるという効果を奏する。また、アクチュエータ５１０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により、アクチュエータ５１０と外部の部材との間で振動が伝達しにくくなり、共振の影響を低減することができる。従って、被駆動部材５１６及び移動レンズ７０を正確に移動させることができる。因みに、被駆動部材の移動位置を検出する検出器７５は、他の実施形態にも勿論適用できる。
【００９７】
なお、上述した各実施形態は本発明に係る駆動装置の一例を示すものである。本発明に係る駆動装置は、これらの実施形態に係る駆動装置に限られるものではなく、各請求項に記載した要旨を変更しない範囲で、実施形態に係る駆動装置を変形し、又は他のものに適用したものであってもよい。
【００９８】
本発明に係るアクチュエータの用途としては、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、本発明のアクチュエータを用いることによって、被駆動部材を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良い。
【００９９】
また、本発明は、圧電素子の前端の変位面に取り付けられる駆動部材を黒鉛結晶複合体で構成していればよく、駆動部材の形状や大きさは特に限定するものではない。
【０１００】
また、本発明では、上述したように軟性の錘部材を用いることが好ましいが、硬性の錘部材を用いた場合にも、駆動部材を黒鉛複合体とすることによって、被駆動部材の移動を安定化させる効果が得られる。
【０１０１】
また、例えば、第五実施形態では、移動レンズ７０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７０以外の物を駆動する駆動装置に適用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１０２】
【図１】本発明の第一実施形態に係る駆動装置のアクチュエータを示す平面図である。
【図２】圧電素子に印加される駆動パルスの波形図である。
【図３】図１のアクチュエータの支持位置を示す模式図である。
【図４】本発明の第一実施形態に係る駆動装置を示す平面図である。
【図５】図４のＶ−Ｖ線に沿う断面図である。
【図６】共振周波数に対する駆動周波数域を説明する図である。
【図７】本発明の第二実施形態に係る駆動装置を示す斜視図である。
【図８】図７の駆動装置を示す平面図である。
【図９】本発明の第三実施形態に係る駆動装置を示す平面図である。
【図１０】本発明の第四実施形態に係る駆動装置を示す平面図である。
【図１１】本発明の第五実施形態に係る駆動装置を示す平面図である。
【図１２】図１１のXII−XII線に沿う断面図である。
【図１３】図１１のアクチュエータに対する駆動回路を示す回路図である。
【図１４】図１３の駆動回路に入力される入力信号の波形図である。
【図１５】図１３の駆動回路から出力される出力信号の波形図である。
【図１６】共振周波数の計算例を示す図である。
【図１７】従来のアクチュエータの不具合を説明する説明図である。
【符号の説明】
【０１０３】
１，１２…圧電素子（電気機械変換素子）、２，１４…駆動部材、３，１６，２１６，５１６…被駆動部材、１０，２１０，３１０，４１０，５１０…アクチュエータ、１８，２１８，３３２，４１８，５１８…錘部材、２０，２４，６１０…本体（筐体）、２６，２１５…駆動パルス供給装置（駆動回路）、６８，２２１…レンズ枠、７７…駆動回路、１００，２００，３００，４００，５００…駆動装置。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気機械変換素子と、この電気機械変換素子の伸縮に応じて動く駆動部材とから成り、前記駆動部材に摩擦係合された被駆動部材を前記駆動部材に沿って移動させるアクチュエータを備え、
前記駆動部材は黒鉛複合体であることを特徴とする駆動装置。
【請求項２】
前記黒鉛複合体は、カーボングラファイトであることを特徴とする請求項１に記載の駆動装置。
【請求項３】
前記電気機械変換素子に対して前記駆動部材と反対側に前記駆動部材よりも質量の大ききい錘部材を設けたことを特徴とする請求項１又は２に記載の駆動装置。
【請求項４】
前記錘部材は共振周波数低減部材であることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の駆動装置。
【請求項５】
前記アクチュエータを駆動するための駆動回路を有し、この前記駆動回路は、前記電気機械変換素子と前記駆動部材とを質量として、前記錘部材をばねとした１自由系の共振周波数をｆ０、前記電気機械変換素子の駆動周波数をｆとした際、
ｆ≧２１／２・ｆ０、
となる駆動周波数ｆで前記電気機械変換素子を駆動することを特徴とする請求項３又は４に記載の駆動装置。
【請求項６】
前記駆動部材は、先端側及び/又は基端側で前記電気機械変換素子の伸縮方向に移動可能に支持されていることを特徴とする請求項１〜５の何れか一項に記載の駆動装置。
【請求項７】
前記アクチュエータは、前記電気機械変換素子の伸縮方向に対して側方から筐体に支持されていることを特徴とする請求項１〜６の何れか一項に記載の駆動装置。
【請求項８】
前記電気機械変換素子を駆動するために伸びと縮み方向において非対称の信号を発生させる駆動手段を有していることを特徴とする請求項１〜７の何れか一項に記載の駆動装置。
【請求項９】
前記被駆動部材は、前記駆動部材に対し面接触していることを特徴とする請求項１〜８の何れか一項に記載の駆動装置。
【請求項１０】
前記被駆動部材の移動位置を検出する検出手段を備えたことを特徴とする請求項１〜９の何れか一項に記載の駆動装置。
【請求項１１】
前記電気機械変換素子は可聴周波数を超える駆動周波数で駆動されることを特徴とする請求項１〜１０の何れか一項に記載の駆動装置。
【請求項１２】
前記被駆動部材は光学部材に連結されており、撮影光学系に用いられることを特徴とする請求項１〜１１の何れか一項に記載の駆動装置。
【請求項１３】
前記アクチュエータは携帯電話に搭載される撮影光学系に用いられることを特徴とする請求項１〜１２の何れか一項に記載の駆動装置。
【請求項１】
電気機械変換素子と、この電気機械変換素子の伸縮に応じて動く駆動部材とから成り、前記駆動部材に摩擦係合された被駆動部材を前記駆動部材に沿って移動させるアクチュエータを備え、
前記駆動部材は黒鉛複合体であることを特徴とする駆動装置。
【請求項２】
前記黒鉛複合体は、カーボングラファイトであることを特徴とする請求項１に記載の駆動装置。
【請求項３】
前記電気機械変換素子に対して前記駆動部材と反対側に前記駆動部材よりも質量の大ききい錘部材を設けたことを特徴とする請求項１又は２に記載の駆動装置。
【請求項４】
前記錘部材は共振周波数低減部材であることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の駆動装置。
【請求項５】
前記アクチュエータを駆動するための駆動回路を有し、この前記駆動回路は、前記電気機械変換素子と前記駆動部材とを質量として、前記錘部材をばねとした１自由系の共振周波数をｆ０、前記電気機械変換素子の駆動周波数をｆとした際、
ｆ≧２１／２・ｆ０、
となる駆動周波数ｆで前記電気機械変換素子を駆動することを特徴とする請求項３又は４に記載の駆動装置。
【請求項６】
前記駆動部材は、先端側及び/又は基端側で前記電気機械変換素子の伸縮方向に移動可能に支持されていることを特徴とする請求項１〜５の何れか一項に記載の駆動装置。
【請求項７】
前記アクチュエータは、前記電気機械変換素子の伸縮方向に対して側方から筐体に支持されていることを特徴とする請求項１〜６の何れか一項に記載の駆動装置。
【請求項８】
前記電気機械変換素子を駆動するために伸びと縮み方向において非対称の信号を発生させる駆動手段を有していることを特徴とする請求項１〜７の何れか一項に記載の駆動装置。
【請求項９】
前記被駆動部材は、前記駆動部材に対し面接触していることを特徴とする請求項１〜８の何れか一項に記載の駆動装置。
【請求項１０】
前記被駆動部材の移動位置を検出する検出手段を備えたことを特徴とする請求項１〜９の何れか一項に記載の駆動装置。
【請求項１１】
前記電気機械変換素子は可聴周波数を超える駆動周波数で駆動されることを特徴とする請求項１〜１０の何れか一項に記載の駆動装置。
【請求項１２】
前記被駆動部材は光学部材に連結されており、撮影光学系に用いられることを特徴とする請求項１〜１１の何れか一項に記載の駆動装置。
【請求項１３】
前記アクチュエータは携帯電話に搭載される撮影光学系に用いられることを特徴とする請求項１〜１２の何れか一項に記載の駆動装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【公開番号】特開２００７−７４８８９（Ｐ２００７−７４８８９Ａ）
【公開日】平成１９年３月２２日（２００７．３．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２６２４７（Ｐ２００６−２６２４７）
【出願日】平成１８年２月２日（２００６．２．２）
【出願人】（０００００５４３０）フジノン株式会社 (2,231)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年３月２２日（２００７．３．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年２月２日（２００６．２．２）
【出願人】（０００００５４３０）フジノン株式会社 (2,231)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]