JP4729147B2 - Drive device and drive element - Google Patents
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Description
本発明は、駆動素子と、該駆動素子を用いて被駆動体ないし被変位体を駆動するための駆動装置(アクチュエータ)に関するものである。 The present invention relates to a driving element and a driving device (actuator) for driving a driven body or a displaced body using the driving element.
従来、カメラの撮影レンズやオーバーヘッドプロジェクタなどの投影レンズ,双眼鏡のレンズ,複写機のレンズなど、光学装置におけるレンズの駆動のほか、プロッタやX−Y駆動テーブルのような装置など、駆動部を有する装置一般の駆動技術としては、以下の特許文献1〜8などがある。これらは、圧電素子をゆっくり伸ばし、素早く縮ませる,あるいは、素早く伸ばして、ゆっくり縮ませることにより、慣性力と摩擦力を交互に作用させてリニア駆動させる技術である。特許文献1は、上述したアクチュエータ方式の基本技術であり、他の特許文献2〜特許文献8は、前記方式をどのように使うかを示す文献である。
図10を参照して、上述したアクチュエータ方式の機構を説明する。図10(A)は駆動装置の概略図,図10(B)及び(C)は圧電素子の変位量と時間の関係を示す図である。図10(A)に示すアクチュエータは、圧電素子100,シャフト102,スライダ104,レンズ106により構成されている。前記圧電素子100は、一方の面が前記シャフト102と連結し、もう一方の面が本体108に固定されている。前記スライダ104は、前記シャフト102が貫通しており、図示しない付勢手段によって、シャフト102に対して付勢されている。そして、前記付勢手段によるスライダ104とシャフト102間の摩擦力を介して、前記スライダ104が、シャフト102に沿って変位する。スライダ104が変位すると、該スライダ104の先に取り付けられたレンズ106が矢印F10a又はF10b方向に変位する。なお、シャフト102の他方の端部は、バネで抑えられているのみであって固定されていない。
With reference to FIG. 10, the above-described actuator-type mechanism will be described. FIG. 10A is a schematic diagram of the driving device, and FIGS. 10B and 10C are diagrams showing the relationship between the displacement amount of the piezoelectric element and time. The actuator shown in FIG. 10A includes a
前記圧電素子100に、図10(B)に示すように、圧電素子がゆっくり伸びて素早く縮むように、時間に対して非対称の電気信号を入力して駆動させると、前記圧電素子100がゆっくり伸びるときに、シャフト102が矢印F10aの方向に動く。このとき、前記スライダ104は、摩擦力によりスライダ104と一緒に動く。次に、圧電素子100が素早く縮むと、前記スライダ104は、慣性力によってその場に留まり、シャフト102だけが矢印F10b方向に引き寄せられるため、スライダ104がシャフト102に対して矢印F10a方向に移動することになる。以上の動作を繰り返すことにより、スライダ104は、矢印F10a方向にリニア駆動する。一方、図10(C)に示すように、圧電素子100を、素早く伸びてゆっくり縮むように時間に対して非対称の電気信号を入力して駆動させると、上記と逆の作用により、スライダ104が矢印F10b方向にリニア駆動する。以上のようなアクチュエータの駆動方式は、構造がシンプルなため、携帯電話用のデジタルカメラモジュールの自動焦点用のアクチュエータなどとして実用化されている。
As shown in FIG. 10B, when the
ところで、携帯電話用のデジタルカメラ用のレンズモジュールは、光学素子の高画素化,ズーム,オートフォーカス,手ぶれ防止などの高機能化を低コストで達成することが求められるようになってきている。しかしながら、前記図10に示す背景技術では、スライダ104とシャフト102が摩擦力を介して接しているため、固着が生じやすい。特に、圧電素子100の変位方向と固着力の作用する方向が直交しており、圧電素子100の変位が固着力の切断(ないし抑制)に直接作用しないため、スライダ104を駆動させるためには圧電素子100を大きく変位させる必要があり、駆動効率が低く、低電圧での駆動が困難であるという不都合がある。
By the way, lens modules for digital cameras for mobile phones have been required to achieve high functionality such as high pixel density, zoom, autofocus, and camera shake prevention at low cost. However, in the background art shown in FIG. 10, since the
本発明は、以上の点に着目したもので、その目的は、小型かつ軽量で、より低電圧で安定した変位及び位置決めが可能であるとともに、駆動効率が高い駆動装置及び駆動素子を提供することである。 The present invention focuses on the above points, and an object of the present invention is to provide a driving device and a driving element that are small and light, can be stably displaced and positioned at a lower voltage, and have high driving efficiency. It is.
前記目的を達成するため、本発明の駆動装置は、一部が固定されており、印加電圧により振動する駆動素子,該駆動素子の固定部以外の部分に一端が接続されたシャフト,該シャフトとの摩擦及び慣性力を利用して、前記シャフトの軸方向に移動可能なスライダ,を備えるとともに、前記駆動素子は、前記シャフトの軸方向と該軸方向と交わる方向へ、前記シャフトを振動可能であることを特徴とする。 In order to achieve the above object, a drive device of the present invention is partially fixed, a drive element that vibrates by an applied voltage, a shaft having one end connected to a part other than the fixed part of the drive element, the shaft, The slider is movable in the axial direction of the shaft using the friction and inertial force of the shaft, and the drive element can vibrate the shaft in a direction intersecting with the axial direction of the shaft. It is characterized by being.
主要な形態の一つは、前記スライダを前記シャフトに対して付勢する付勢手段,を設けたことを特徴とする。他の形態は、
(1)前記駆動素子が、圧電体の両主面に外部電極を備えた構造を有するとともに、前記外部電極が設けられた両主面のうちの一方の主面側に前記シャフトが取り付けられ、該シャフトの中心軸が、前記外部電極の中心からずれて配置されていること,
(2)前記駆動素子が、前記接続されたシャフトの軸方向にて圧電体の内部で第1の内部電極と第2の内部電極が交互に積層した構造を有し、かつ、前記圧電体の主面又は端面に第1の外部電極と第2の外部電極を備えるとともに、前記第1の内部電極が前記第1の外部電極に接続され、前記第2の内部電極が前記第2の外部電極に接続され、前記シャフトの中心軸が、前記第1の内部電極と第2の内部電極の重なり部分の中心からずれて配置されていること,
(3)前記駆動素子が中心軸に対して対称振動するとともに、前記シャフトを、前記中心軸からずらして配置したことを特徴とする。
One of the main forms is characterized in that an urging means for urging the slider with respect to the shaft is provided. Other forms are
(1) The drive element has a structure including external electrodes on both main surfaces of the piezoelectric body, and the shaft is attached to one main surface side of both main surfaces provided with the external electrodes , The central axis of the shaft is arranged offset from the center of the external electrode ;
(2) the drive element, inside the first and second internal electrodes of the piezoelectric in the axial direction of the connected shafts have a structure of alternately laminated, and the piezoelectric element Rutotomoni comprising a first external electrode and second external electrodes on the principal surface or the end surface, the first internal electrode connected to the first external electrode, said second internal electrode and the second external Being connected to an electrode, the central axis of the shaft being displaced from the center of the overlapping portion of the first internal electrode and the second internal electrode,
(3) The drive element is oscillated symmetrically with respect to a central axis, and the shaft is arranged to be shifted from the central axis.
更に他の形態は、前記シャフトの軸方向に沿った直進振動と、前記軸方向と交わる方向への屈曲振動を共振させたことを特徴とする。更に他の形態は、前記駆動素子の振動を増幅する増幅手段,を備えたことを特徴とする。 Still another embodiment is characterized in that rectilinear vibration along the axial direction of the shaft and bending vibration in a direction intersecting with the axial direction are resonated. Still another embodiment is characterized in that it comprises an amplifying means for amplifying the vibration of the drive element.
本発明の駆動素子は、軸方向に移動可能なスライダが取り付けられるシャフトの一端を固定するための駆動素子であって、圧電体の両主面に外部電極を備えるとともに、該外部電極が設けられた主面のうちの一方の主面側に前記シャフトが取り付けられ、該シャフトの中心軸が、前記外部電極の中心からずれて配置されていることを特徴とする。 The drive element of the present invention is a drive element for fixing one end of a shaft to which a slider that is movable in the axial direction is attached. The drive element includes external electrodes on both main surfaces of the piezoelectric body, and the external electrodes are provided. The shaft is attached to one main surface side of the main surfaces , and the center axis of the shaft is arranged to be shifted from the center of the external electrode .
他の発明の駆動素子は、軸方向に移動可能なスライダが取り付けられるシャフトの一端を固定するための駆動素子であって、前記固定されるシャフトの軸方向にて圧電体の内部で第1の内部電極と第2の内部電極が交互に積層した構造を有し、かつ、前記圧電体の主面又は端面に第1の外部電極と第2の外部電極を備えるとともに、前記第1の内部電極が前記第1の外部電極に接続され、前記第2の内部電極が前記第2の外部電極に接続され、前記シャフトの中心軸が、前記第1の内部電極と第2の内部電極の重なり部分の中心からずれて配置されていることを特徴とする。
A driving element according to another aspect of the invention is a driving element for fixing one end of a shaft to which a slider that is movable in the axial direction is attached, and the first driving element is formed inside the piezoelectric body in the axial direction of the fixed shaft . internal and second internal electrodes are have a structure of alternately laminated, and Rutotomoni comprises a first external electrode and second external electrodes on the principal surface or the end surface of the piezoelectric, the first An electrode is connected to the first external electrode, the second internal electrode is connected to the second external electrode, and a central axis of the shaft is an overlap of the first internal electrode and the second internal electrode It is characterized by being arranged offset from the center of the part.
一部が固定された請求項8又は9記載の駆動素子,該駆動素子の固定部以外の部分に一端が接続されたシャフト,該シャフトとの摩擦及び慣性力を利用して、前記シャフトの軸方向に移動可能なスライダ,を備えるとともに、前記駆動素子への電圧の印加により、前記シャフトの軸方向と該軸方向と交わる方向へ、前記シャフトを振動させることを特徴とする。本発明の前記及び他の目的,特徴,利点は、以下の詳細な説明及び添付図面から明瞭になろう。 The drive element according to claim 8 or 9, wherein a part of the shaft is fixed, a shaft having one end connected to a portion other than the fixed portion of the drive element, friction and inertial force with the shaft, and an axis of the shaft And a slider that is movable in a direction, and the shaft is vibrated in a direction crossing the axial direction of the shaft and the axial direction by applying a voltage to the driving element. The above and other objects, features and advantages of the present invention will become apparent from the following detailed description and the accompanying drawings.
本発明は、スライダ(ないし被変位体)の移動を軸方向にガイドするシャフトの一端が固定される駆動素子によって、前記シャフトの軸方向及び該軸方向と交わる方向に、前記シャフトを駆動することとした。このため、固着力を効率よく抑制ないし切断し、小型かつ軽量でありながら、低電圧で安定した効率のよい駆動が可能となる。 The present invention drives the shaft in the axial direction of the shaft and in a direction intersecting with the axial direction by a drive element in which one end of the shaft that guides the movement of the slider (or the displaced body) in the axial direction is fixed. It was. For this reason, the fixing force is efficiently suppressed or cut, and stable and efficient driving at a low voltage is possible while being small and light.
以下、本発明を実施するための最良の形態を、実施例に基づいて詳細に説明する。 Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention will be described in detail based on examples.
最初に、図1〜図5を参照しながら、本発明の実施例1を説明する。まず、図1を参照して、本実施例の基本構造を説明する。本実施例は、本発明を光学装置のフォーカス用レンズの駆動装置(アクチュエータ)として使用した例である。図1(A)は、本実施例の全体構成を示す断面図、図1(B)はシャフト及びスライダを軸上から見た平面図である。本実施例の駆動装置(アクチュエータ)10は、被変位物であるレンズ34を移動ないし変位させるものであって、前記レンズ34は、圧電素子12に一端が接合されたシャフト20に沿って移動するスライダ24と、他のシャフト30に沿って移動するスライダ32によって保持される構成となっている。前記シャフト20及び30は、円柱状や角柱状など、任意の形状としてよい。前記他のシャフト30は、前記シャフト20の振動を阻害しない遊びが設けられている。なお、本実施例では、2つのシャフト20及び30を用いてレンズ34を支持することとしたが、シャフト30については必要に応じて設けるようにすればよい。
First,
本実施例では、一方のシャフト20の一端を、圧電素子12の上面略中央に固定することによって、ステータ22が形成されている。前記スライダ24とシャフト20の間には、付勢手段が設けられている。本実施例では、図1(B)に示すように、前記スライダ24が2つの略弧状の分割体24A及び24Bに分割しており、それらの間に、付勢手段26としてバネが設けられた構成となっている。前記スライダ24は、前記付勢手段26によるシャフト20との摩擦を介して、前記シャフト20の軸方向(図示のY軸方向)に沿って変位可能となっている。他方のシャフト30に対するスライダ32の取り付け機構も同様である。
In the present embodiment, the
前記圧電素子12は、例えばPZTなどの圧電体14の両主面に、例えばAg/Pdなどの外部電極16及び18を偏らせて配置した構造となっている。すなわち、前記外部電極16及び18は、前記シャフト20に対して、非対称の形状となっている。なお、本実施例では、前記外部電極16及び18を、図の左側に偏るように配置することとしたが、右側に偏らせるようにしてもよい。このような構造の圧電素子12は、一方の外部電極18側が、図示しない静止部材などに固定されている。また、シャフト30の一端も、前記静止部材に固定されている。
The
以上のような構成の圧電素子12は、外部電極16及び18に電圧を加えることにより、対向する外部電極16及び18間が厚くなる(広がる)方向に伸び、逆方向の電圧を加えることにより、外部電極16及び18間が薄くなる方向に縮む。このような電極配置の圧電素子12では、Y軸方向への変位量は、外部電極16及び18の偏りにより、−X側(左側)の変位Aの方が、+X側(右側)の変位Bよりも大きくなる。
The
図2には、前記ステータ22の振動の周波数特性が示されている。図2(A)は、圧電素子12の厚みTpが1mm,幅Wpが3mmであって、シャフト20の高さTsが5mm,幅Wsが1mmの場合である。図2(B)は、圧電素子12の厚みTpが2mm,幅Wpが3mmであって、シャフト20の高さTsが5mm,幅Wsが1mmの場合である。図2(A)及び(B)において、横軸は周波数[kHz],縦軸はシャフト20の先端の変位量[μm]を示している。
FIG. 2 shows the frequency characteristics of the vibration of the
前記圧電素子12に、交番電場で周波数を変えて励振すると、圧電素子12が、図1に示すY軸方向の縦振動と、X−Y面での屈曲振動を生じる。シャフト20の先端のX方向の変位(UX)と、Y方向の変位(UY)は、図2(A)及び(B)のグラフに示す通り、それぞれピークを示す。これらのピークは、図3のステータの振動モードのシミュレーション結果にも示すように、屈曲振動1次(B1),屈曲振動2次(B2),・・・,縦振動1次(L1),・・・を示す。圧電素子12の厚みTpが1mmの場合は、図2(A)及び図3(A-1)〜(A-3)に示すように、屈曲の1次ピーク(B1)が59kHz,屈曲の2次ピーク(B2)が307kHz,縦振動の1次ピーク(L1)が350kHzに生じる。また、圧電素子12の厚みTpを2mmに増すと、図2(B)及び図3(B-1)〜(B-3)に示すように、共振周波数が下がり、屈曲の1次ピーク(B1)が53kHz,屈曲の2次ピーク(B)が270kHz,縦振動の1次ピーク(L1)が278kHzに移動する。この結果から、圧電素子12及びシャフト20の寸法により、共振周波数が変化することが確認できる。
When the
次に、図4も参照して、圧電素子12の寸法がステータ22の共振周波数に与える影響についてより詳細に検討する。図4(A)は、シャフト20の共振周波数と圧電素子12の厚み(ないし高さ)Tpの関係を示すグラフであって、横軸は圧電素子12の厚みTp[mm],縦軸は共振周波数[kHz]を示す。また、圧電素子12の幅Wpは3mm,シャフト20の高さTsは5mmで固定した。図4(B)は、シャフト20の共振周波数と圧電素子12の幅Wpの関係を示すグラフであって、横軸は圧電素子12の幅Wp[mm],縦軸は共振周波数[kHz]を示す。また、圧電素子12の厚みTpは2mm,シャフト20の高さTsは5mmで固定した。
Next, the influence of the dimensions of the
まず、図4(A)のグラフが示すように、圧電素子12の厚みTpを変化させることによって、屈曲2次と縦振動1次が近づくこと確認される。図示の例では、圧電素子12の厚みTpが2mmのときに、共振周波数が280kHz付近で近づくことがわかる。また、図4(B)のグラフが示すように、圧電素子12の幅Wpを変化させることによっても、屈曲2次と縦振動1次が近づくことが確認される。図示の例では、圧電素子12の幅Wpが3mmのときに、共振周波数が280kHz付近で近づくことが分かる。このように、圧電素子12やシャフト20の寸法を適宜調整することにより、屈曲振動と縦振動(軸方向の振動)の共振周波数が近くなる。そして、屈曲振動と縦振動を効果的に重ね合わせることによって、スライダ24がシャフト20に固着しにくくなり、変位量が大きく効率的な駆動をするアクチュエータが得られると考えられる。
First, as shown in the graph of FIG. 4A, it is confirmed that the bending secondary and the longitudinal vibration primary approach each other by changing the thickness Tp of the
次に、図5も参照して、前記圧電素子12の駆動機構について説明する。図5は、圧電素子12の変位量と時間の関係を示す図であり、(A)は素早く伸びてゆっくり縮む場合であり、(B)はゆっくり伸びて素早く縮む場合を示す図である。同図において、横軸は時間,縦軸は圧電素子12のY軸方向への変位量を示している。前記圧電素子12を駆動するには、図5(A)又は(B)に示すように、素早く伸びてゆっくり縮む,あるいは、ゆっくり伸びて素早く縮むというように、時間に対して非対称な電圧信号を外部電極16及び18から入力して励振する。
Next, the driving mechanism of the
まず、図5(A)に示すように、素早く伸びて(LA)ゆっくり縮む(LB)ように励振すると、−X側(図の左側)の変位Aが、+X側(図の右側)の変位Bよりも大きいため、シャフト20は、屈曲しながら図1のD1方向へ速く変位し、D2方向へはゆっくりと変位する。この励振において、スライダ24には、シャフト20の屈曲により、シャフト20の軸に直交した付勢手段26によるシャフト20との摩擦力と固着力に抗する方向に力が作用する。すなわち、圧電素子12が素早く伸び、ゆっくり縮む場合は、素早く伸びるときに、シャフト20の屈曲により付勢手段26によるシャフト20とスライダ24の固着を切り離し、摩擦を低減するように力が作用し、慣性力と摩擦力との差を大きくして、シャフト20だけがD1方向により動きやすくなるように作用する。また、ゆっくり縮むときは、慣性力よりもスライダ24の付勢手段26による摩擦力が大きくなり、スライダ24はシャフト20と一体になって、D2方向に移動する。この繰り返しにより、スライダ24は、圧電素子12の変位量が少なくとも、安定して速く−Y方向に変位する。すなわち、低電圧で効率よく−Y方向に変位させることが可能となる。
First, as shown in FIG. 5 (A), when excited so as to quickly expand (LA) and slowly contract (LB), the displacement A on the −X side (left side in the figure) becomes the displacement on the + X side (right side in the figure). Since it is larger than B, the
逆に、図5(B)に示すように、圧電素子12がゆっくり伸びて(LC)素早く縮む(LD)ように励振すると、素早く縮むときに、屈曲による力がシャフト20とスライダ24との固着を切るとともに、慣性力と摩擦力との差が大きくなり、シャフト20だけがD2方向に動きやすくなるように作用する。また、圧電素子12がゆっくり伸びるときは、スライダ24がシャフト20と一体にD2方向に移動する。この繰り返しにより、スライダ24は、圧電素子12の変位量が少なくとも、安定して速く+Y方向に変位する。すなわち、低電圧で効率よく+Y方向に変位させることが可能となる。
On the other hand, as shown in FIG. 5B, when the
このように、実施例1によれば、シャフト20の一端が固定される圧電素子12の外部電極16及び18を、前記シャフト20に対して非対称に配置することによって、シャフト20の縦振動に加えて屈曲振動も引き出す。そして、前記シャフト20とスライダ24間の摩擦力及び固着力に抗する力を作用させて、慣性力とスライダ24をシャフト20の同位置に留めようとする力の差を大きくすることとしたので、低電圧で圧電素子の変位量が少なくとも、安定して速く駆動する効率のよい駆動装置10を得ることができる。
As described above, according to the first embodiment, the
次に、図6及び図7を参照しながら、本発明の実施例2を説明する。なお、上述した実施例1と同一ないし対応する構成要素には、同一の符号を用いることとする(以下の実施例についても同様)。図6は、本実施例の駆動装置の全体構成を示す断面図である。上述した実施例1は、圧電素子の外部電極をシャフト20に対して非対称に配置した例であるが、本実施例は、積層型の圧電素子の内部電極を非対称に配置した例である。図6に示すように、本実施例の駆動装置50は、積層型の圧電素子52の上面の略中央部に、シャフト20の一端を接着してステータ64が形成されており、前記シャフト20には、実施例1と同様のスライダ24が取り付けられている。
Next,
前記圧電素子52は、圧電体54の内部で、第1の内部電極56A〜56Eと、第2の内部電極58A〜58Dが交互に重ね合わせられた積層構造となっている。前記第1の内部電極56A〜56Eは、圧電素子52の端面に設けられた電極取り出し用の外部電極60に接続され、第2の内部電極58A〜58Dは、圧電素子52の他の端面に設けられた外部電極62に接続されている。本実施例では、図6に示すように、第1の内部電極56A〜56Eが、第2の内部電極58A〜58Dよりも短く設定されており、第1の内部電極56A〜56Eと第2の内部電極58A〜58Dの交差している部分が、前記外部電極60側に偏よっている。すなわち、圧電素子52の略中央に接合されたシャフト20に対して、第1の内部電極56A〜56Eと第2の内部電極58A〜58Dの重なり具合が、非対称となっている。
The
このような圧電素子52の製造方法の一例を示すと、前記圧電体54として、例えば、機械的品質係数Q値が低い高変位系のPZT材料を用い、内部電極56A〜56E及び58A〜58Dとしては、例えばAg/Pdを用いて、積層セラミックコンデンサ(MLCC)と同様に圧電体を電極を交互に形成する。そして、焼成して積層圧電体を得たのち、外部電極60及び62を形成して圧電素子52を製作する。なお、外部電極60及び62としては、前記内部電極と同様にAg/Pdを用いるようにしてもよいし、Ag単体で形成するようにしてもよい。
An example of a method for manufacturing such a
前記圧電素子52は、外部電極60及び62に電圧を加えることにより、厚み方向に伸び、逆方向の電圧の印加によって、厚み方向に縮むように分極処理されている。伸縮の変位量は、第1の内部電極56A〜56Eと第2の内部電極58A〜58Dの交差部分の偏りにより、外部電極60側(図の左側)の変位Aの方が、外部電極62側(図の右側)の変位Bよりも大きい構成となっている。このような構成の圧電素子52に、前記図5(A)に示す通り、圧電素子が素早く伸びてゆっくり縮むように、立ち上がりが急峻でゆっくりと電圧が下がる鋸波,あるいは、図5(B)に示す通り、圧電素子がゆっくり伸びて素早く縮むように、立ち上がりがゆっくりで急峻に電圧が下がる形態の鋸波を、縦振動の共振周波数で入力した。その結果、圧電素子52が素早く伸びてゆっくり縮む場合は、前記実施例1と同様に、スライダ24が−Y方向に変位し、逆に、圧電素子52がゆっくり伸びて素早く縮む場合は、+Y方向にスライダ24が変位する。
The
図7には、本実施例と比較例について、圧電素子52の駆動電圧とスライダ24の変位速度の関係を示す測定結果が示されている。図7において、横軸は駆動電圧Vpp[V],縦軸は圧電素子52の変位速度[mm/s]を表している。なお、比較例は、本実施例2の圧電素子52の内部電極56A〜56E及び58A〜58Dを、シャフト20に対して対称とし、シャフト20が屈曲振動しない構造としたものである。図7に示す通り、本実施例2では、比較例に比べて、低電圧で駆動し始め、更に、変位速度が速いことが確認された。なお、圧電素子52やシャフト20の寸法を調整して、屈曲振動と縦振動を重ねたほうがより望ましいことは、前記実施例と同様である。
FIG. 7 shows the measurement results showing the relationship between the driving voltage of the
本実施例2のように、圧電体54の内部に交互に積層される第1の内部電極56A〜56Eと、第2の内部電極58A〜58Dが重なる位置を、前記シャフト20に対して非対称となるように偏らせて配置する構成としても、前記実施例1と同様の作用・効果が得られる。
As in the second embodiment, the positions where the first
次に、図8を参照しながら、本発明の実施例3を説明する。図8は、本実施例3の全体構成を示す断面図である。上述した実施例1及び2は、圧電素子の外部電極または内部電極を、シャフトに対して非対称となるように偏らせて配置した例であるが、本実施例3は、電極配置に偏りがなく、シャフト自体の位置を調整した構造となっている。図8に示すように、本実施例の駆動装置70では、シャフト20の一端が接合される圧電素子72は、公知の積層セラミックコンデンサと同様に、圧電体74の内部で、第1の内部電極76A〜76Eと、第2の内部電極78A〜78Dが交互に重なった積層型となっている。前記第1の内部電極76A〜76Eは、外部電極80に接続され、第2の内部電極78A〜78Dは、他の外部電極82に接続されている。
Next,
本実施例では、前記第1の内部電極76A〜76Eと、第2の内部電極78A〜78Dの重なり具合には偏りがなく、シャフト20が、圧電素子72の上面の略中央から、+X方向にずれている。すなわち、シャフト20が、圧電素子72の中心軸に対して、非対称となるように配置されている。以上のような構成の圧電素子72に、前記実施例1と同様に時間に対して非対称の信号を入力して駆動させると、低電圧でもスライダ24が速い速度で駆動した。このように、ステータ84の全体構造を中心軸に対して非対称とすることでも、低電圧で効率的な駆動を行うことができるという効果がある。
In this embodiment, there is no deviation in the overlapping state of the first
次に、図9を参照しながら、本発明の実施例4を説明する。図9は、本実施例4の全体構成を示す断面図である。本実施例4の駆動装置90は、上述した実施例3の変形例であって、圧電素子72の基本的な構造は同じであるが、前記圧電素子72の両主面には、外部電極を兼ねたシンバル92及び96が取り付けられている。なお、図示の例では、シンバル92及び96から電極を取り出すこととしたが、前記実施例3と同様の外部電極80及び82を設けるようにしてもよい。前記シンバル92及び96は、圧電素子72と接合される側にそれぞれ空洞94及び98を有しており、このようなムーニーの構造によって、圧電素子72の変位を増幅することができる。本実施例の場合では、前記実施例1のほぼ半分の電圧により、スライダ24を駆動できることが確認された。他の作用・効果は、前記実施例1と同様である。
Next,
なお、本発明は、上述した実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることができる。例えば、以下のものも含まれる。
(1)上述した実施例に示した材料,形状,寸法は一例であり、同様の効果を奏するようにて適宜変更可能である。
(2)前記実施例で示した外部電極や内部電極の配置も一例であり、同様の効果を奏するように適宜設計変更可能である。
(3)積層型の圧電素子の積層構造や電極引き出し構造も一例であり、必要に応じて適宜変更してよい。
(4)前記シャフト20及び30も一例であり、円柱状や角柱状としてよい。スライダ24及び32も一例であり、前記シャフト20及び30に沿って変位できるものであれば、どのような構成のものであってもよい。また、スライダ24及び32と、レンズ34を一体化するような構成としてもよい。
(5)駆動用の印加電圧の波形も、駆動形態に応じて適宜変更してよい。
(6)前記実施例では、一方のシャフトのみを圧電素子に固定する片持ち支持としたが、複数のシャフトを圧電素子に固定する構造としてもよい。
(7)本実施例の駆動装置は一例であり、本発明は、例えば、カメラの撮影レンズやオーバーヘッドプロジェクタなどの投影レンズ,双眼鏡のレンズ,複写機のレンズなど、光学装置におけるレンズの駆動のほか、プロッタやX−Y駆動テーブルのような装置など、駆動部を有する装置一般に適用可能である。
In addition, this invention is not limited to the Example mentioned above, A various change can be added in the range which does not deviate from the summary of this invention. For example, the following are also included.
(1) The materials, shapes, and dimensions shown in the above-described embodiments are examples, and can be appropriately changed so as to achieve the same effect.
(2) The arrangement of the external electrode and the internal electrode shown in the above embodiment is also an example, and the design can be changed as appropriate so as to achieve the same effect.
(3) The laminated structure of the laminated piezoelectric element and the electrode lead-out structure are examples, and may be appropriately changed as necessary.
(4) The
(5) The waveform of the applied voltage for driving may be appropriately changed according to the driving mode.
(6) In the above-described embodiment, the cantilever support in which only one shaft is fixed to the piezoelectric element is used, but a structure in which a plurality of shafts are fixed to the piezoelectric element may be employed.
(7) The driving device of the present embodiment is an example, and the present invention is not limited to driving lenses in optical devices such as projection lenses such as camera photographing lenses and overhead projectors, binocular lenses, and copier lenses. In addition, the present invention can be applied to a device having a drive unit such as a device such as a plotter or an XY drive table.
本発明によれば、スライダ(ないし被変位体)の移動を軸方向にガイドするシャフトの一端が固定される駆動素子によって、前記シャフトの軸方向及び該軸方向と交わる方向に、前記シャフトを駆動することとした。このため、シャフトとスライダ間の固着力を効率的に切断して、低電圧で安定した変位が可能になることから、安定した動作が必要とされる精密機器や通信機器などで利用される駆動装置の用途に適用できる。特に、小型化,軽量化,薄型化が要求される駆動装置の用途に好適である。 According to the present invention, the shaft is driven in the axial direction of the shaft and in a direction intersecting with the axial direction by a driving element to which one end of the shaft that guides the movement of the slider (or the displaced body) in the axial direction is fixed. It was decided to. For this reason, the fixing force between the shaft and the slider can be cut efficiently to enable stable displacement at a low voltage, so driving used in precision equipment and communication equipment that requires stable operation. Applicable to the use of the device. In particular, it is suitable for the use of a drive device that requires a reduction in size, weight, and thickness.
10:駆動装置(アクチュエータ)
12:圧電素子
14:圧電体
16,18:外部電極
20,30:シャフト
22:ステータ
24,32:スライダ
24A,24B:分割体
26:付勢手段
34:レンズ
50:駆動装置
52:圧電素子
54:圧電体
56A〜56E,58A〜58D:内部電極
60,62:外部電極
64:ステータ
70:駆動装置
72:圧電素子
74:圧電体
76A〜76E,78A〜78D:内部電極
80,82:外部電極
84:ステータ
90:駆動装置
92,96:シンバル
94,98:空洞
100:圧電素子
102:シャフト
104:スライダ
106:レンズ
108:本体
10: Drive device (actuator)
12: Piezoelectric element 14:
Claims (10)
該駆動素子の固定部以外の部分に一端が接続されたシャフト,
該シャフトとの摩擦及び慣性力を利用して、前記シャフトの軸方向に移動可能なスライダ,
を備えるとともに、
前記駆動素子は、前記シャフトの軸方向と該軸方向と交わる方向へ、前記シャフトを振動可能であることを特徴とする駆動装置。 A drive element that is partially fixed and vibrates with applied voltage,
A shaft having one end connected to a portion other than the fixed portion of the drive element;
A slider movable in the axial direction of the shaft by utilizing friction and inertial force with the shaft;
With
The drive device, wherein the drive element is capable of vibrating the shaft in a direction crossing the axial direction of the shaft and the axial direction.
前記外部電極が設けられた両主面のうちの一方の主面側に前記シャフトが取り付けられ、
該シャフトの中心軸が、前記外部電極の中心からずれて配置されていることを特徴とする請求項1記載の駆動装置。 The drive element has a structure including external electrodes on both main surfaces of the piezoelectric body,
The shaft is attached to one main surface side of both main surfaces provided with the external electrodes ,
2. The drive device according to claim 1 , wherein a central axis of the shaft is arranged to be shifted from a center of the external electrode .
前記第1の内部電極が前記第1の外部電極に接続され、前記第2の内部電極が前記第2の外部電極に接続され、
前記シャフトの中心軸が、前記第1の内部電極と第2の内部電極の重なり部分の中心からずれて配置されていることを特徴とする請求項1記載の駆動装置。 The drive element is, have a structure inside the first and second internal electrodes are alternately stacked piezoelectric in the axial direction of the shaft connected, and the main surface of the piezoelectric body or Rutotomoni comprising a first external electrode and second external electrode on the end face,
The first internal electrode is connected to the first external electrode, the second internal electrode is connected to the second external electrode;
2. The driving device according to claim 1 , wherein a central axis of the shaft is arranged to be deviated from a center of an overlapping portion of the first internal electrode and the second internal electrode.
圧電体の両主面に外部電極を備えるとともに、
該外部電極が設けられた主面のうちの一方の主面側に前記シャフトが取り付けられ、
該シャフトの中心軸が、前記外部電極の中心からずれて配置されていることを特徴とする駆動素子。 A driving element for fixing one end of a shaft to which a slider movable in the axial direction is attached,
With external electrodes on both main surfaces of the piezoelectric body,
The shaft is attached to one main surface side of the main surfaces provided with the external electrodes,
The drive element according to claim 1, wherein a central axis of the shaft is arranged to be shifted from a center of the external electrode .
前記固定されるシャフトの軸方向にて圧電体の内部で第1の内部電極と第2の内部電極が交互に積層した構造を有し、かつ、前記圧電体の主面又は端面に第1の外部電極と第2の外部電極を備えるとともに、
前記第1の内部電極が前記第1の外部電極に接続され、前記第2の内部電極が前記第2の外部電極に接続され、
前記シャフトの中心軸が、前記第1の内部電極と第2の内部電極の重なり部分の中心からずれて配置されていることを特徴とする駆動素子。 A driving element for fixing one end of a shaft to which a slider movable in the axial direction is attached,
Said first and second internal electrodes in the axial direction fixed by a shaft inside the piezoelectric body to have a structure obtained by stacking alternately, and first on the principal surface or the end surface of the piezoelectric Rutotomoni an external electrode and second external electrodes,
The first internal electrode is connected to the first external electrode, the second internal electrode is connected to the second external electrode;
The drive element according to claim 1 , wherein a central axis of the shaft is shifted from a center of an overlapping portion of the first internal electrode and the second internal electrode.
該駆動素子の固定部以外の部分に一端が接続されたシャフト,
該シャフトとの摩擦及び慣性力を利用して、前記シャフトの軸方向に移動可能なスライダ,
を備えるとともに、
前記駆動素子への電圧の印加により、前記シャフトの軸方向と該軸方向と交わる方向へ、前記シャフトを振動させることを特徴とする駆動装置。 The drive element according to claim 8 or 9, wherein a part thereof is fixed,
A shaft having one end connected to a portion other than the fixed portion of the drive element;
A slider movable in the axial direction of the shaft by utilizing friction and inertial force with the shaft;
With
A drive device that vibrates the shaft in a direction crossing the axial direction of the shaft and the axial direction by applying a voltage to the drive element.
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