CN100456072C - 驱动装置 - Google Patents
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Abstract
一种驱动装置及驱动装置的制造方法,其中该驱动装置,通过由支撑部件支撑压电元件等,而可以使移动对象物高精度地移动,该支撑部件由树脂材料构成。在压电元件(12)上安装有驱动轴(14),沿着驱动轴(14)的长度方向可移动地安装有被驱动部件(16),在压电元件(12)和静止部件(10)之间填充树脂材料并使其硬化而设置支撑压电元件(12)的支撑部件(5)。因此通过将压电元件(12)及驱动轴(14)配置在规定的位置之后填充树脂材料并使其硬化,可以将压电元件(12)及驱动轴(14)配置在准确地位置上,可以使被驱动部件(16)或安装在被驱动部件(16)上的移动透镜(70)高精度地移动。
Description
技术领域
本发明涉及一种使用了驱动器的驱动装置,特别是涉及一种驱动搭载在小型数码相机或网络相机或带摄像头的携带电话机等中的比较小型的透镜等光学部件的驱动装置。
背景技术
作为数码相机等透镜的驱动装置,已知使用了压电元件的驱动器。例如专利文献1的驱动器由压电元件、驱动部件及台座构成。在所述压电元件的伸缩方向的一方的端面上固定有驱动部件,在该驱动部件上摩擦配合有被驱动部件。另外,在压电元件的伸缩方向的另一方的端面固定有台座。若以这样的构成给上述压电元件施加脉冲状的电压,则压电元件的伸长方向和收缩方向的振动被传递给驱动部件。在压电元件以缓慢的速度变形的情况下,被驱动部件与驱动部件一起移动,在压电元件以快的速度变形的情况下,被驱动部件由其质量的惯性而停在相同的位置上。从而,通过反复进行脉冲状的电压的施加,而可以使被动驱动部件以细小的间距间歇地移动。
这样的构成的驱动器,会产生在台座、压电元件、和驱动部件之间共振的问题。另外,专利文献1的驱动器,通过在主体上由橡胶系粘接剂固定台座而将驱动器弹性地支撑在主体上,以在与主体安装时不受共振的影响。但是这样的驱动方式使台座、压电元件、和驱动部件的构成的偏差的调节变得非常困难。
若利用这样的共振,则具有增加驱动部件的移动量的优点。例如在专利文献2中,记载了利用该共振的驱动器。根据该驱动器,通过与共振时的压电元件的变位对齐并施加脉冲状的电压,使被驱动部件的变位量变大。
但是在专利文献1、2的驱动器中,若利用由压电元件、驱动部件、和台座构成的驱动器内部所产生的共振状态,则受到基于共振的不良影响,而会出现驱动部件向除了压电元件的伸缩方向以外的方向变位的问题。例如图7(A)、图27(B)所示,驱动部件2,受到上述共振的影响,而会出现向除了压电元件的伸缩方向的方向变位的问题。因此,基于压电元件1的伸缩的驱动力不能正确地传给被驱动轴14,并且使被驱动轴14向压电元件1的伸缩方向可靠地移动变得困难。
为了解决上述问题,需要支撑驱动器,以对主体(固定框架)减少共振的影响。作为驱动器的支撑方法,例如在专利文献3中提出了由除了压电元件以外的驱动轴或被驱动部件支撑驱动器的方法。
专利文献1:特开2002-142470号公报
专利文献2:特开第3171187号公报
专利文献3:特开2002-95274号公报
但是,专利文献3的驱动器,由于在压电元件的一方侧安装有驱动轴,另一方侧成为自由(free)状态,因此若给压电元件施加高频电压使其伸缩,则自由状态的另一方侧变位较大,驱动轴侧几乎不变位,产生不能充分地得到被驱动部件的推力的问题。因此需要在压电元件的另一方侧安装锤部件,但是在这种情况下,如上所述,由于在压电元件、锤部件、及驱动轴之间产生共振,因此产生不能可靠地使被驱动部件移动的问题。
发明内容
本发明是鉴于上述问题而做成的,其目的在于提供一种共振的影响小且能够可靠地得到被驱动部件的推动力的驱动装置。
即,有关本发明的驱动装置,其特征在于,具备:机电转换元件、根据该机电转换元件的伸缩而运动的驱动部件、和驱动器,该驱动器使相对所述驱动部件摩擦配合的被驱动部件沿着所述驱动部件移动;
所述驱动器在所述机电转换元件部分相对所述机电转换元件的伸缩方向从侧方被支撑在框体上。
根据该发明,通过从相对机电转换元件的伸缩方向的侧方支撑驱动轴,振动在驱动轴和外部的部件之间很难传递,可以降低共振的影响。从而,可以使被驱动部件准确地移动。此外,在侧方支撑所述驱动器的情况下,出于可以稳定地支撑所述驱动器的考虑,更优选在所述驱动器的整体侧方支撑,即使在由侧方3方向支撑的情况下,或由对置的2方向支撑的情况下也可以同样实施,进一步,若确保某种程度的接触面积则由侧方1方向支撑也同样。
另外,在有关本发明的驱动装置中,所述驱动器优选由支撑部件支撑在所述框体上。此外,所谓的支撑部件,是指为了保持所述驱动器和所述框体之间的位置关系,其一部分与所述驱动器及所述框体的至少一部分接触的部件。
另外,在有关本发明的驱动装置中,所述驱动器优选由填充材料支撑在所述框体上。此外,所谓的填充材料,是指并不局限于液体或凝胶状的材料而为了广泛埋入间隙中而提供的部件,还是指为了保持所述驱动器和所述框体之间的位置关系,而其一部分与所述驱动器及所述框体的一部分以某一面积接触的部件。
另外,在有关本发明的驱动装置中,所述填充材料优选由粘接剂构成。另外在有关本发明的驱动装置中,所述填充材料优选由多个粘接剂构成。
另外,在有关根发明的驱动装置中,所述支撑部件优选具备弹性特性。另外在有关本发明的驱动装置中,所述填充材料优选具备弹性特性。
另外,在有关本发明的驱动装置中,所述框体优选具备用于防止所述填充材料的分隔壁。
另外,在有关本发明的驱动装置中,优选具备:第1填充部,其用于在所述框体上支撑所述驱动部件;第2填充部,其用于在所述框体上支撑所述机电转换元件。另外在有关本发明的驱动装置中,优选:所述第1填充部,是在所述机电转换元件附近支撑所述驱动部件的轴承部,被设在与所述第2填充部相邻的部分。
另外,在有关本发明的驱动装置中,优选:所述机电转换元件在外表面具有与用于电信号输入的布线部件的端子,所述支撑部件或填充材料,用于覆盖所述端子和所述布线部件之间的连接部分。
另外,在有关本发明的驱动装置中,所述驱动部件优选在顶端侧及基端侧的一方或双方被支撑成,且可向所述机械转换元件的伸缩方向移动。
另外,在有关本发明的驱动装置中,所述驱动器优选可在所述机电转换元件的伸缩方向上移动地被支撑。
另外,在有关本发明的驱动装置中,优选在所述机电转换元件的与所述驱动部件相反一侧安装有锤部件。
另外,在有关本发明的驱动装置中,优选具备驱动机构,该驱动机构为了驱动所述机电转换元件而在伸长和收缩方向上产生非对称的信号。
另外,在有关本发明的驱动装置中,所述被驱动部件优选相对于所述驱动部件面接触。
另外,在有关本发明的驱动装置中,优选具备检测机构,该检测机构用于检测所述被驱动部件的移动位置。
另外,在有关本发明的驱动装置中,所述机电转换元件优选由超过可听频率的驱动频率驱动。
另外,在有关本发明的驱动装置中,优选:所述被驱动部件,是光学部件或被安装在光学部件中的部件,且使用在摄像光学系统中。在这种情况下,光学部件并不只局限于透镜,被驱动部件也被使用在光圈或ND过滤器等中。
另外,在有关本发明的驱动装置中,所述驱动器优选使用在被搭载在携带电话中的摄像光学系统中。在这种情况下,该驱动器并不只局限于被搭载在携带电话中的摄像光学系统中,也可以使用在网络相机或小型的数码相机等比较小型的摄像光学系统中。
根据本发明,由共振的影响较少的方法支撑驱动器,因此可以抑制在驱动器和外部的部件之间传递振动,可以使被驱动部件准确地移动。
附图说明
图1是表示本发明的驱动装置的第1实施方式的剖面图。
图2是施加给压电元件的驱动脉冲的波形图。
图3是表示共振频率的计算例的图。
图4是表示共振频率的范围的图。
图5是表示图1的驱动装置的变形例的剖面图。
图6是表示图1的驱动装置的变形例的剖面图。
图7是表示第2实施方式的驱动装置的剖面图。
图8是表示第3实施方式的驱动装置的剖面图。
图9是表示第4实施方式的驱动装置的剖面图。
图10是表示第4实施方式的驱动装置中的位置检测器的立体图。
图11表示第4实施方式的驱动装置中的位置检测器的变形例的图。
图12是表示第4实施方式的驱动装置中的被驱动部件的剖面图。
图13是表示第4实施方式的驱动装置中的驱动电路的电路图。
图14是输入到图13的驱动电路中的输入信号的波形图。
图15是从图13的驱动电路输出的输出信号的波形图。
图16是表示本发明的第5实施方式的驱动装置的纵剖面图。
图17是表示图16中的摩擦部件的放大横剖面图。
图18是表示本发明的第5实施方式的驱动装置的变形例的纵剖面图。
图19是表示本发明的第5实施方式的驱动装置的变形例的纵剖面图。
图20是表示本发明的第6实施方式的驱动装置的纵剖面图。
图21是沿着图20中的XIX-XIX线的横剖面图。
图22是由与图21对应的横剖面图表示了本发明的第6实施方式的驱动装置的变形例的图。
图23是表示本发明的第7实施方式的驱动装置的纵剖面图。
图24是表示本发明的第7实施方式的驱动装置的变形例的纵剖面图。
图25是表示本发明的第7实施方式的驱动装置的变形例的纵剖面图。
图26是表示本发明的第7实施方式的驱动装置的变形例的纵剖面图。
图27是说明以往的驱动器的不良情况的说明图。
图中:10-驱动器,12-压电元件,14-驱动轴,16-被驱动部件,18-锤部件,22-支撑部件,24-固定框架,42-支撑板,50、50-支撑部件。
具体实施方式
以下,参照附图详细地说明本发明的实施方式。此外,在附图的说明中对于相同的要件使用相同的符号,而省略重复的说明。
(第1实施方式)
首先说明有关本发明的第1实施方式的驱动装置。
图1是表示第1实施方式的驱动装置的构成概要图。由相同的图表示的驱动装置具备驱动器10、和将驱动器10支撑在固定框架24中的支撑部件22。
驱动器10,具备压电元件(相当于机电转换元件)12、驱动轴(相当于驱动摩擦部件)14、及锤部件18。压电元件12向箭头方向层叠而构成,通过施加电压而向层叠方向变形(伸缩)而构成。从而,压电元件12成为使长度方向的端面12A、12B变位的结构。
在压电元件12的端面12A、12B中的一方的端面12A固定有驱动轴14的基端。驱动轴14例如形成为圆柱状,其轴在箭头方向(即,压电元件的伸缩方向)上配置。驱动轴14的材质,可以使用轻而高刚性的材料,虽然作为满足该条件的材料适合采用铍,但是由于该材料为稀有金属,因此具有高价且加工性差等缺点。在此本实施方式中,使用了使石墨结晶牢固地复合得到的石墨复合体、例如石墨碳。(在此,所谓的石墨复合体是指作为碳的六方板状结晶体的石墨和除了石墨以外的物质的复合体,所谓的石墨碳是指由石墨和无定形碳构成的物质。)作为该石墨复合体的石墨碳,具有与铍相似的特性(铍的比重大约为1.85,石墨碳比重大约为1.8),同时具有不同于铍的比较廉价且容易加工的特性。此外,驱动轴14的形状并不局限于圆柱状,也可以是棱柱状。
被驱动部件16是与透镜框架(未图示)连结的部件,其以规定的摩擦力配合在驱动轴14上,并沿着驱动轴14被滑动自由地支撑着。被驱动部件16和驱动轴14之间的摩擦力被设定为:在给压电元件12施加了缓慢变化的电压时,静摩擦力变得大于其驱动力,并且,在给压电元件12施加了急速变化的电压时,静摩擦力变得小于其驱动力。此外,为了使动作稳定并且提高反复驱动时的耐久性而对驱动轴14和被驱动部件16的滑动接触部分涂敷了润滑剂。关于该润滑剂,优选使用性能不容易随着温度而变化的润滑剂,以即使在低温下也不增加驱动轴14和被驱动部件16的滑动驱动电阻。另外,可以使用不产生给光学部件或机构部件带来不良影响的尘埃的类型的润滑剂。
锤部件18,由粘接剂20固定在压电元件12的端面12B上。该锤部件18通过向压电元件12的端面12B给予负载,防止端面12B变位比端面12A大,其重量优选大于驱动轴14的重量。另外,通过设置其质量大于驱动轴14的锤部件18,可以将压电元件12的伸缩有效地传给驱动轴14侧。例如,在驱动轴14为8mg,压电元件12为30mg的情况下使用20mg的锤部件18。
另外,锤部件18由软性材料形成。锤部件18的材质,可以使用其杨氏模量小于压电元件12及驱动轴14的杨氏模量的材料。作为锤部件18的杨氏模量,优选为10Pa以下,更优选为300Mpa以下。这样的锤部件18,通过在橡胶等弹性体中混合比重大的金属粉而形成,例如通过在聚氨酯橡胶或聚氨酯树脂中混合钨粉末而制成。锤部件18的比重,为了装置的小型化而优选使其尽量高,例如设定为8~12左右。另外,通过在聚氨酯橡胶或聚氨酯树脂中混合钨粉末而制造的锤部件18的杨氏模量变为60MPa左右,比重为11.7左右。从而,尽量以小的体积设计锤部件18的情况下,尽量比重大且杨氏模量小的组合为最佳,只要锤部件18的比重大于驱动轴14的比重(比重为1.8以上),且杨氏模量为1GPa以下就可以利用。即,只要比重除以杨氏模量的数值(比重/杨氏模量)为1.8×10- 9以上则适用为锤部件18。此外,作为将锤部件18与压电元件12固定的粘接剂,优选使用弹性粘接剂。
在上述的压电元件12上电连接有未图示的驱动脉冲供给装置,通过该驱动脉冲供给装置,施加图2(A)、图2(B)所示的波形的电压。
图2(A)、图2(B)表示施加给压电元件12中的脉冲波形的一例。图2(A)是使图1的被驱动部件16向箭头的左方向移动时的脉冲波形,图2(B)是使图1的被驱动部件16向箭头方向移动时的脉冲波形。
在图2(A)的情况下,给压电元件12施加从时刻α1到时刻α2缓慢上升、且在时刻α3急速下降的大致锯齿状的驱动脉冲。从而,在时刻α1到时刻α2,压电元件12缓慢伸长。此时,由于驱动轴14以缓慢的速度移动,因此被驱动部件16与驱动轴14同时移动,由此,可以使被驱动部件16向图1的左方向移动。在时刻α3,由于压电元件12急速缩短,因此驱动轴14向图1的右方向移动。此时,由于驱动轴14急速移动,因此以被驱动部件16由惯性停止在其位置的状态下,只有驱动轴14移动。从而,通过反复施加图2(A)所示的锯齿状的驱动脉冲,图1的被驱动部件16反复进行向左方向的移动和停止,因此可以使其向左方向移动。
在图2(B)的情况下,给压电元件12施加在时刻β1急速上升、从时刻β2到时刻β3缓慢下降的大致锯齿状的驱动脉冲。从而,在时刻β1,压电元件12急速伸长,驱动轴14向图1的左方向移动,此时,由于驱动轴14急速移动,因此以被驱动部件16由惯性停止在其位置的状态下,只有驱动轴14移动。从时刻β2到时刻β3,压电元件12缓慢缩短。此时,由于驱动轴14缓慢地变位,因此被驱动部件16与驱动轴14同时移动。由此,可以使被驱动部件16向图1的右方向移动。从而,通过反复施加图2(B)所示的锯齿状的驱动脉冲,图1的被驱动部件16反复进行向右方向的移动和停止,因此可以使其向右方向移动。此外,上述锯状的驱动脉冲模式地进行了说明,实际上通过图13那样的电路输入输出图14、图15所示的信号。其输出信号与上述锯状的驱动脉冲等价。另外,作为使用的驱动频率,若要考虑驱动频率避开识别异常噪音的可听频率,并且功率消耗量少等问题而选定,则优选为20~200KHz左右,更优选为50~100KHz。
驱动器10中的固定在压电元件12的端面12B上的锤部件18由杨氏模量小的软性材料形成。通过使用这样的锤部件18,可以大幅度地降低将压电元件12和驱动轴14作为质量、将锤部件18作为弹性体的等价1自由体系的共振频率f0,换句话说,锤部件18作为降低共振频率的共振频率降低部件来发挥作用。另外,通过使用由杨氏模量小的软性材料等形成的锤部件18,与设置由刚性材料形成的锤部件的情况相比,使驱动器10的共振频率降低。这由用于求出其共振频率f0的以下式(1)明确表示。在该式(1)中,E表示锤部件18的杨氏模量,A表示锤部件18的压电元件12侧的面积,h表示锤部件18的厚度,Ma表示压电元件12的质量,Mb表示驱动部件14的质量,Mc表示锤部件18的质量。
式1:
由该式(1)明确表示那样,若使锤部件18的杨氏模量E变小,则等价1自由体系的共振频率f0变小。在本实施方式中,通过将锤部件18的杨氏模量作成1Gpa以下,可以使共振频率f0作成大约70KHz以下。另外,在本实施方式中,若锤部件18的杨氏模量作成300MPa以下,则可以使上述共振频率f0作成35KHz以下。进一步,在本实施方式中,在使用了在杨氏模量为60MPa左右的聚氨酯橡胶中混合了钨粉末的情况下,共振频率f0变成15KHz左右。(图3表示计算例。参照图3的编号1。此外,在图3中的E+07,是指×107。)
反之,若相当于锤的部件由杨氏模量大的硬质材料形成,则共振频率f0变大。例如,在本实施方式中,将锤部件18的材质作成杨氏模量为200~400GPa的不锈钢的情况下,共振频率f0变成1GHz以上。另外,在金属中使用了杨氏模量较低的铝(杨氏模量为120GPa左右)的情况下共振频率f0变成大约700KHz。(参照图3的编号5。)
如上所述,由于本实施方式的驱动器10中的锤部件18由共振频率降低部件形成,因此可以显著降低上述等价1自由体系的共振频率f0。此外,在将锤部件18作为弹性体或粘弹性材料的情况下也得到同样的作用。
在此,一般情况下,为了不使振动从振动的机械或结构物传给支撑该机械或结构物的基座或地板,而使用振动传递率(VibrationTransmissibility)小的部件,在等价1自由体系中,振动传递率λ由以下式(2)表示。
式2:
在该式(2)中,λ是等价1自由体系的振动传递率,f是使用的频率,f0是等价1自由体系的共振频率,ζ是等价1自由体系的衰减比。
并且,在等价1自由体系中,在该振动传递率λ为1以下的情况下,与ζ值无关而机械的振动很难传给基座或地板。
从而,如以下式(3)、及将其式(3)变形后的式(4)所示,振动传递率λ为1以下范围、即满足f≥21/2·f0的范围(图4的范围p),是压电元件12的振动很难传给驱动器10的支撑部件(例如图1的固定框架24)并基于共振的影响非常小的防振区域。从而,作为用于实施发明的最佳实施方式的频率的组合、即驱动器的共振频率作为70KHz以下,驱动频率作为50~100KHz的组合成为满足该防振区域的组合。此外,关于防振区域,例如在“模式解析入门,长松昭男涉,corona社”中所记载。还有,f≥21/2·f0的关系也可以适用在其他的实施方式中。
式3:
式4:
f≥21/2·f0 ...(4)
如上述那样构成的驱动器10,经由支撑部件22被安装在固定框架24(主体)上。支撑部件22,由金属或树脂形成为板状,在其中央部形成有贯穿驱动轴14的圆形的孔22A。支撑部件22,在向该孔22A贯穿驱动轴14的状态下,并且与压电元件12的端面12A对接的状态下,由粘接剂26粘接在压电元件12的端面12A上。另外,支撑部件22,在与固定框架24的台阶部24B对接了的状态下,被粘接剂28牢固地粘接固定。由此,由压电元件12、驱动轴14、及锤部件18构成的驱动器10,以压电元件12的端面12A被支撑在固定框架24上。此外,作为粘接剂26、28,优选使用弹性粘接剂。
固定框架24,是安装在携带电话等主体(未图示)中的部件,并具备2个贯通孔24A、24A。贯通孔24A、24A由比驱动轴14大一些的直径形成,通过使驱动轴14贯穿到贯通孔24A、24A中,驱动轴14被滑动自如地支撑在箭头方向上。
在固定框架24的端部安装有保护板30。保护板30,通过弯曲薄板而形成为“コ”状,并在与锤部件18非接触状态下被安装在固定框架24中。通过安装该保护板30而可以增强驱动器10,防止落下时的损伤。此外,在本实施方式中,虽然以与锤部件18非接触的状态下安装了保护板30,但是也可以与锤部件18接触的状态下安装该保护板30。
如上所述,第1实施方式的驱动装置,由于由压电元件12的端面12A支撑驱动器10,因此以接近于将驱动器10吊设在中空中的理想状态的状态下支撑驱动器。从而振动很难在驱动器10和固定框架24之间传递,共振的影响减少,因此可以使被驱动部件16可靠地移动。
特别是在上述的第1实施方式中,作为锤部件18使用了软性材料,因此可以抑制由驱动器10等所产生的共振,进一步如上述那样通过支撑驱动器10,而可以有效地抑制驱动器10和固定框架24之间的共振,即,在使用了由软性材料构成的锤部件18的情况下,由压电元件12、驱动轴14、及锤部件18构成的体系的共振频率降低。具体地讲,可以大幅度地降低将压电元件12和驱动轴14作为质量、将锤部件18作为弹性体的等价1自由体系的共振频率f0。由于共振频率f0降低,因此驱动频率f容易设定在成为f≥21/2·f0的防振区域中,共振的影响变少。从而,如图27(A)、图27(B)所示,可以防止由硬性材料构成锤部件18的情况下所产生的、除了压电元件12的伸缩方向以外的振动。由此,驱动轴向压电元件12的伸缩方向变位,因此由压电元件12的伸缩而产生的驱动力可靠地传给被驱动部件16中,并能够可靠地向压电元件12的伸缩方向驱动控制被驱动部件16。另外,由于共振频率f0降低,因此由压电元件12、驱动轴14、及锤部件18的构成的偏差所产生的影响减少,可以得到稳定的驱动力。
此外,防振区域,是指从驱动器10侧向固定框架24侧的振动传递的振动传递率为1以下的区域。在f≥21/2·f0成立的情况下,由于振动传递率为1以下,因此可以将共振的影响抑制得较低。
通过如上述那样使用软性的锤部件18,而抑制在驱动器10的内部中的共振,因此通过由压电元件12的端面12A支撑驱动器10,而驱动器10在无共振的理想的状态下动作,可以使被驱动部件16进一步可靠地移动。
此外,上述的第1实施方式,虽然通过硬质的支撑部件22将压电元件12与固定框架24连结,但是并不局限于此,如图5所示,也可以经由由橡胶等弹性体构成的支撑部件36支撑压电元件12的端面12A和固定框架24。支撑部件36,形成为筒状,并在贯穿了驱动轴14的状态下被固定在压电元件12的端面12A和固定框架24上。通过该弹性的支撑部杉36,能够进一步有效地抑制振动在固定框架24和驱动器10之间传递,特别是能够防止振动从外部传给驱动器10。
此外,在图5的固定框架24上安装有保护板32。保护板32,被形成为板状,并以与驱动轴14的顶端面接触了的状态下被双面胶带34安装在固定框架24上。通过安装该保护板32而增强驱动器10,可以防止落下时的损伤。此外,在本实施方式中,虽然以与驱动轴14接触了的状态下安装了保护板32,但是并不局限于此,也可以以与驱动轴14非接触的状态下安装保护板32。
如图6所示,也可以利用支撑部件38将驱动轴10支撑在固定框架24上。该支撑部件38,由硅橡胶等弹性部件形成,并具备压入有压电元件12的矩形状的孔38A、和松动插入有驱动轴14的圆形的孔38B。并且,支撑部件38,将压电元件14压入到孔38A中,并且以使驱动轴14贯穿到孔38B中的状态下被弹性的粘接剂39固定在压电元件14的端面14A上。
另外,支撑部件38的外形,被形成为与固定框架24的内侧形状相同的形状,并可以向固定框架24的内侧压入支撑部件38。支撑部件38,以压入到固定框架24的内侧的状态下被弹性的粘接剂37粘接在固定框架24上。
如上述那样构成的驱动装置中,压电元件14被压入到支撑部件38中,进一步支撑部件38被压入到固定框架24中,因此压电元件14的侧面被支撑部件保持着。从而,在接受了落下等的冲击时,支撑部件38可以吸收冲击,并提高耐冲击性能。
(第2实施方式)
接着基于图7说明有关本发明的驱动装置。
如图7所示,在第2实施方式中,驱动器10在压电元件12的伸缩方向上以从两侧推压的状态被一对支撑板40、42支撑着。支撑板40,被薄的金属板形成为“コ”状,并以推压了锤部件18的状态下被安装在固定框架24上。支撑板42,由薄的金属板构成,并以推压了驱动轴14的顶端面的状态下被粘接剂44固定在固定框架24上。
根据如上述那样构成的第2实施方式,驱动器10在压电元件12的伸缩方向上被一对支撑板40、42夹持着,并以中间接近悬浮的状态下被支撑着。由于以这样的状态下被支撑的驱动器10,不具有与固定框架24的固定部分,因此振动很难在驱动器10和固定框架24之间传递,在驱动器10和固定框架24之间很难产生共振,从而,第2实施方式的驱动器10,被支撑为使由共振所产生的影响减少,因此可以使被驱动部件16可靠地移动。特别是在锤部件18由软性材料构成的情况下,如上述那样很难在驱动器10的内部产生共振,因此通过如上述那样从两侧推压并支撑,可以将驱动器10保持在无共振的状态中。
(第3实施方式)
接着基于图8说明有关本发明的第3实施方式的驱动装置。
如图8所示,第3实施方式的驱动器10,在从两侧推压了压电元件12的侧面的状态下被一对支撑部件50、50支撑着。支撑部件50、50,由金属、树脂、或橡胶等构成,并安装在固定框架24上。此外,也可以由弹性的粘接剂粘接支撑部件50、50的顶端和压电元件12的侧面。另外,也可以使用筒状的支撑部件来代替一对支撑部件50、50,并推压整个压电元件而支撑压电元件12的侧面。
根据如上述那样构成的第3实施方式,由于利用一对支撑部件50、50从两侧推压压电元件12的侧面而支撑驱动器10,因此驱动器10,以中间接近悬浮的理想状态下被支撑着。从而,振动很难在驱动器10和固定框架24之间传递,因此减少驱动器10的共振的影响,可以使被驱动部件16可靠地移动。特别是在锤部件18由软性材料构成的情况下,如上述那样很难在驱动器10的内部产生共振,因此如上述那样通过从两侧推压压电元件12的侧面进行支撑,可以将驱动器10保持为无共振的状态。
此外,在上述的第1~3的实施方式中,虽然使用了由软性材料构成的锤部件18,但是并不局限于此,也可以使用由硬性材料构成的锤部件。即使在这种情况下,如上述那样通过支撑驱动器10,可以使共振的影响变小,并使被驱动部件16可靠地移动。
此外,作为有关本发明的驱动器10的用途,例如也可以适用于数码相机或携带电话机等小型机密仪器中。特别是携带电话机,需要在3V以下的低电压下驱动,但是通过使用本发明的驱动器10,可以由20kHz左右的高频驱动,并且使被驱动部件16以2mm/s以上的高速度移动。从而,即使是需要10mm左右的移动的连续变焦透镜,可能迅速地使其移动。另外,作为有关本发明的驱动器10的用途,并不局限于移动聚焦透镜或聚焦透镜等移动透镜的用途,也可以使用在移动CCD的用途中。
(第4实施方式)
接着说明有关本发明的第4实施方式的驱动装置。
图9是有关本发明的第4实施方式的驱动装置的剖面图。
如图9所示,有关本实施方式的驱动装置,用于以移动透镜70作为移动对象物而进行移动透镜70的驱动,并具备:具有压电元件12、驱动轴14及被驱动部件16的驱动器10;和用于支撑其驱动器10的支撑部件60。压电元件12,是由电信号的输入而可伸缩的机电转换元件,可以向规定的方向伸长及收缩。该压电元件12,与控制部71连接,并通过由其控制部71输入电信号而伸缩。例如,在压电元件12上设置有2个输入端子72A、72B。通过使施加给该输入端子72A、72B中的电压反复地增减,而压电元件12可以反复地进行伸长及收缩。
驱动轴14,在压电元件12的伸缩方向上向长度方向安装有压电元件12。例如,驱动轴14的一端与压电元件12对接并由粘接剂27粘接。该驱动轴14,是长条状的部件,例如使用圆柱状的部件。驱动轴14,由从固定框架24向内侧延伸的分隔部24B、分隔部24C沿着长度方向可移动地支撑着。分隔部24B、分隔部24C,是用于分隔被驱动部件16的移动区域的部件,也作为驱动轴14的支撑部件发挥作用。固定框架24,作为用于收容驱动器10的框体发挥作用。
在分隔部24B、分隔部24C上分别形成有贯通驱动轴14的贯通孔24A。分隔部24B,支撑着驱动轴14的压电元件12安装部分的附近部位、即驱动轴14的基端部位。分隔部24C,支撑驱动轴14的顶端部位。固定框架24,作为用于组装驱动器10的框架体或框架部件发挥作用。驱动轴14,通过被安装在压电元件12上,并根据压电元件12的伸长及收缩的反复动作,而沿着其长度方向往复移动。
此外,在图9中,虽然表示了通过分隔部24B、24C在其顶端侧和基端侧的2个部位支撑驱动轴14的情况,但是也出现在其顶端侧或基端侧中的一侧支撑驱动轴14的情况。例如,通过将分隔部24B的贯通孔24A形成为其直径大于驱动轴14的外径,而只在基端部位由分隔部24B支撑驱动轴14。
另外,在图9中,虽然示出了支撑驱动轴14的分隔部24B、24C与固定框架24成为一体的情况,但也可以:这些分隔部24A、24B与固定框架24分体地安装在固定框架24上。即使是分体的情况下,也能够获得与一体情况相同的功能、效果。
被驱动部件16,被可移动地安装在驱动轴14上。该被驱动部件16,相对驱动轴14摩擦配合地安装,并可沿着其长度方向移动。例如,被驱动部件16,安装为:通过相对驱动轴14以规定的摩擦系数配合,以一定的推压力推压在驱动轴14上,而在其移动之时产生一定的摩擦力。通过给被驱动部件16赋予超过该摩擦力的移动力,而被驱动部件16克服摩擦力沿着驱动轴14移动。
驱动器10,被支撑部件支撑在固定框架24上。支撑部件60,在相对压电元件12的伸缩方向的一侧支撑驱动器10,并配设在收容驱动器10的固定框架24和压电元件12之间。在该情况下,优选从与压电元件12的伸缩方向正交的方向支撑驱动器。该支撑部件60,作为在侧方支撑并安装驱动器10的安装部件发挥作用。
支撑部件60,由具有规定以上的弹性特性的弹性体形成,例如由硅树脂形成。支撑部件60,形成使压电元件12贯穿的贯穿孔60A而构成,并以向其贯穿孔60A贯穿压电元件12的状态下被组装在固定框架24上。支撑部件60向固定框架24的固定,通过粘接剂61的粘接而进行。另外,支撑部件60和压电元件12之间的固定,也通过基于粘接剂61而进行。通过由弹性体构成该支撑部件60,可以向压电元件12的伸缩方向可移动地支撑驱动轴10。在图9中,虽然示出了分别位于压电元件12的两侧的2个支撑部件60,但是该支撑部件60、60是通过得到1个连续的支撑部件60的剖面而示出为2个支撑部件。
此外,支撑部件60向固定框架24的固定及向压电元件12的固定,也可以在通过在固定框架24和压电元件12之间压入支撑部件60并推压支撑部件60而进行。例如,支撑部件60,由弹性体构成,压入在其之间设置,且该支撑部件60比固定框架24和压电元件12之间大,而且。在这种情况下,压电元件12,从与伸缩方向正交的方向的两侧被支撑部件60推压。从而,支撑驱动器10。
另外,在此说明了由硅树脂形成支撑部件60的情况,但是也可以由弹簧部件构成支撑部件60。例如,也可以在固定框架24和压电元件12之间配置弹簧部件,并通过该弹簧部件相对固定框架24支撑驱动器10。
在被驱动部件16上经由透镜框架68安装有移动透镜70。移动透镜70,是构成相机的摄像光学系统的透镜,并成为驱动装置的移动对象物。该移动透镜70,设置成:与被驱动部件16一体地结合,并与被驱动部件16同时移动。在移动透镜70的光轴O上配设有未图示的固定透镜等,并构成相机的摄像光学系统。另外,在光轴O上配设有摄像元件65。摄像元件65,是将由摄像光学系统成像的图像转换为电信号的摄像机构,例如由CCD构成。摄像元件65,与控制部71连接,并向控制部71输出图像信号。
在压电元件12的端部安装有锤部件18。锤部件18是用于使压电元件12的伸缩力传递给驱动轴14侧的部件,其被安装在压电元件12的与安装有驱动轴14的端部相反一侧的端部。作为锤部件18,使用比驱动部件14重的部件。另外,作为锤部件18,优选使用在可弹性变形的部件中混入有金属粉的部件。通过混入金属粉可以使重量变大,通过使用可弹性变形的部件而可以衰减在压电元件12动作时所产生的不必要的共振。
另外,通过由软性部件构成锤部件18,可以使驱动器10中的共振频率相对于压电元件12的驱动频率充分地变小,并减少共振的影响。
另外,锤部件18,在不对固定框架24进行支撑固定的状态下设置。即,锤部件18,不直接支撑或固定在固定框架24上,经由粘接剂或树脂材料在不进行支撑或固定的状态下设置,以约束其相对固定框架24的移动。
在驱动装置中设有用于检测被驱动部件16的移动位置的检测器75。作为检测器75,例如使用光电反射器(photo reflector)、光电断路器(photointerrupter)等光学式的检测器。具体地讲,作为检测器75使用了具有反射器75A、检测部75B的检测器的情况下,通过在与被驱动部件16一体形成的透镜框架68上安装反射器75A,从检测部75B向反射器75A出射检测光,并由检测部75B检测从反射器75A侧反射出的反射光,而检测被驱动部件16及移动透镜70的移动位置。
检测器75,与控制部71连接。检测器75的输出信号被输入到控制部71。控制部71,用于进行驱动装置整体的控制,例如,由CPU、ROM、RAM、输入信号电路、输出信号电路等构成。另外,控制部71,具备用于使压电元件12动作的驱动电路,并输出用于驱动压电元件12的电信号。
图10、11是表示有关本实施方式的驱动装置中的检测器的具体例的图。
如图10所示,检测器75,具备反射器75A、检测部75B、断路器75C、检测部75D。反射器75A及断路器75C,被安装在透镜框架68上,并与透镜框架68及移动透镜70一起移动。在与移动透镜70对置的位置上配设有检测部75B。检测部75B,检测随着移动透镜70的移动而变化的来自于反射器75A的光的反射量,并检测移动透镜70的移动量。在断路器75C通过的位置上配设有检测部D。检测部D,检测断路器75C的通过,并检测移动透镜70的规定位置的通过。
另外,如图11所示,也可以根据移动透镜70的移动使反射器75A相对检测部75B接近或离开的方式配置反射器75A及检测部75B,并且根据反射器75A相对检测部75B的相对距离而检测移动透镜70的移动位置。在这种情况下,移动透镜70的位置可以检测为直线。
另外,作为移动透镜70移动控制的方法,也可以基于摄像元件65的输出信号使移动透镜70移动。例如,检测从摄像元件65输出的摄像信号的高频成分,并使移动透镜70移动到其电平达到最大时的位置上。由此,通过进行移动透镜70的移动控制,而不需要基于检测器75的位置检测。
图12是图9的VIII-VIII的被驱动部件16的剖面图。
如图12所示,被驱动部件16,例如具备主体部16A、推压部16B及滑动部16C。主体部16A形成有V字状的沟16D。在该沟16D的内部以被夹持在2个滑动部16C、16C间的状态下收容有驱动轴14。滑动部16C、16C,是剖面V字状的板体,相互朝凹部侧对齐配置,并夹隔驱动轴4设置。由此,通过在V字状的沟16D内收容驱动轴14,可以稳定被驱动部件16并安装在驱动轴14上。
作为推压部16B,例如使用了剖面L字状的板簧材。通过将推压部16B的一边卡在主体部16A上,将另一边配置在沟16D的对置位置上,而可以由另一边与主体部16A及滑动部16C一起夹入收容在沟16D中的驱动轴14。由此,可以将主体部16A推向驱动轴14侧。
由此,被驱动部件16,通过由推压部16B将主体部16A以一定的力推向驱动轴14侧进行安装,而相对驱动轴14摩擦配合。即,被驱动部件16,被安装为:主体部16A及推压部16B对驱动轴14以一定的推压力推压,并且在其移动之时产生摩擦力。
另外,通过由剖面V字状的滑动部16C、16C夹持驱动轴14,被驱动部件16在多个部位与驱动轴14线接触,可以相对驱动轴14稳定地摩擦配合。另外,由于通过多个部位的线接触状态被驱动部件16配合在驱动轴14上,因此实际上被驱动部件16以面接触状态下配合在驱动轴14上,则成为相同的配合状态,可以实现稳定了的摩擦配合。
此外,在图12中,虽然滑动部16C由剖面V状的板体构成,但是也可以由剖面圆弧状的板体构成滑动部16C,并与驱动轴14面接触。在这种情况下,由于被驱动部件16以与驱动轴14面接触状态下配合,因此可以将被驱动部件16相对驱动轴14进一步稳定地摩擦配合。
如图13所示,驱动电路77被配设在控制部71内。该驱动电路77发挥作为压电元件12的驱动电路的作用,并对压电元件12输出驱动用的电信号。驱动电路77,从控制部71的控制信号生成部(未图示)输入控制信号,并对其控制信号进行电压放大或电流放大而输出压电元件12的驱动用电信号。驱动电路77,例如由逻辑电路U1~U3构成输入段,并在输入段具备了电场效应型的晶体管(FET)Q1、Q2。晶体管Q1、Q2,作为输出信号可进行H输出(高电位输出)、L输出(低电位输出)及OFF输出(开式输出)的方式构成。
图14表示输入到驱动电路77中的输入信号,图15表示从驱动电路77输出的输出信号。图14(A)表示在使被驱动部件16向接近于压电元件12的方向(在图9中为右方向)移动时输入的输入信号,图14(B)表示在使被驱动部件16向从压电元件12离开的方向(在图9中为左方向)移动时输入的输入信号。另外,图15(A)表示在使被驱动部件16向接近于压电元件12的方向(在图9中为右方向)移动时输出的输出信号,图15(B)表示在使被驱动部件16向从压电元件12离开的方向(在图9中为左方向)移动时输出的输出信号。
图15(A)、(B)的输出信号成为以与图14(A)、(B)的输入信号相同的时序进行开关的脉冲信号。图15(A)、(B)中的2个信号被输入到压电元件12的输入端子72A、72B。在该输入端子72A、72B上也可以输入由如图2所示那样的梯形波形构成的信号,但是也可以输入图15所示的矩形状的脉冲信号使压电元件12动作。在这种情况下,由于压电元件12的驱动信号可以是矩形状的脉冲信号,因此容易产生信号。
图15(A)、(B)的输出信号由成为相同的频率的2个矩形状的脉冲信号构成。该2个脉冲信号通过使相互的相位作成不同的相位,而作成相互的信号的电位差逐步变大且急速变小的信号或电位差急速变大且逐步变小的信号。通过输入这样的2个信号,可以使压电元件12的伸长速度和收缩速度作成不同的速度,并可以移动被驱动部件16。
例如,在图15(A)、(B)中,设定为:一方的信号成为H(高)且下降到L(低)之后另一方的信号成为H。在这些信号中,设定为:一方的信号成为L之时经过一定的时滞tOFF之后,另一方的信号成为H。另外,在2个信号都成为L的情况下,作为输出使其作成关闭状态(开式状态)。
作为该图15的(A)、(B)的输出信号、即,使压电元件12动作的电信号,可以使用超过可听频率的频率的信号。在图15(A)、(B)中,作成2个信号的频率都超过可听频率的频率信号,例如作成30~80KHz的频率信号,再优选为40~60KHz。通过使用这样的频率的信号,可以降低压电元件12的可听区域中的动作音。
接着,说明有关本实施方式的驱动装置的动作。
在图9中,向压电元件12输入电信号,并通过其电信号的输入而压电元件12反复进行伸长及收缩。驱动轴14根据该伸长及收缩进行往复运动。此时,通过使压电元件12的伸长速度和收缩速度作成不同的速度,驱动轴14向一定的方向移动的速度与向反方向移动的速度不同。由此,可以使被驱动移动部件16及移动透镜70向所希望的方向移动。
在压电元件12伸缩之时,虽然基于其伸缩产生振动,但是由于包括压电元件12在内的驱动器10由支撑部件60在相对伸缩方向的侧方支撑,因此由压电元件12的伸缩而产生的振动很难传递给驱动器10的外部。因此,可以控制驱动器10与固定框架24等的外部的部件一同共振,降低其共振的影响。从而,可以可靠地移动被驱动部件16及移动透镜70。
如上所述,根据本实施方式的驱动装置,通过在相对压电元件2的伸缩方向的侧方支撑驱动轴10,振动很难在驱动器10和外部的部件之间传递,可以降低共振的影响。从而,可以可靠地移动被驱动部件16及移动透镜70。
(第5实施方式)
接着说明有关第5实施方式的驱动装置。
图16是表示有关本发明的第5实施方式的驱动装置的纵剖面图,该第5实施方式的驱动装置101,用于例如聚焦驱动数码相机或带摄像头的携带电话等透镜。
驱动装置101,具备:作为机电转换元件的压电元件102、被设在沿着该压电元件102的轴线方向的一端侧的驱动轴(驱动部件)103、用于支撑压电元件102及驱动轴103的静止部件104、被设在沿着压电元件2的轴线方向的另一端侧的锤部件(锤)105、相对驱动轴103可沿着轴方向移动地摩擦配合地摩擦部件106、和被固定在该摩擦部件106上的移动透镜(被驱动部件)107,由于在自动调焦时调整移动透镜107的焦点,因此例如通过压电元件102将移动透镜107沿着其光轴方向驱动到1mm左右为止。
压电元件102将例如陶瓷等层叠而构成,因此在该压电元件102上电连接有引线108。并且,该压电元件102,通过从控制部(未图示)经由引线108施加后述的电信号,向轴线方向伸缩(以下,将轴线方向称为“伸缩方向A”)。
驱动轴103,由轻而硬且高强度的例如石墨碳或铍合金等形成,呈圆柱形状。该驱动轴103,被配置在与压电元件102同轴上,与压电元件102的伸缩方向A的一方的端面102a对接,并且由粘接剂109固定。此外,驱动轴103的形状并不局限于圆柱状,也可以是方形状等。
静止部件104发挥作为用于组装压电元件102及驱动轴103的框体或框架体(框架部件)的功能。该静止部件104具有构成框架体的图示左侧的前壁104a及伸缩方向A的中间的中间壁104b,在前壁104a设有104c,在中间壁104b的与孔104c同轴位置上设有孔104d,在这些孔104c及孔104d可移动地插入有驱动轴103。在此,由于孔104d避免与形成压电元件102和驱动轴103之间的接合部的粘接剂109的干涉,因此压电元件102侧作成锥形面。该静止部件104的图示右侧的后端被打开,在该后端安装有弯曲薄板而形成的保护板110。
锤部件105,以与静止部件104及保护板110非接触状态对接在压电元件102的伸缩方向A的另一方的端面102b,并由粘接剂112固定。该锤部件105,通过向压电元件102的另一方的端面102b给予附加重量,防止驱动轴103不向伸缩方向A移动而压电元件102移动,同时降低共振频率且消除对频率特性的凹凸状的混乱,而从压电元件102向驱动轴103传递良好的变位或冲击。从而,使用比驱动轴103质量大且柔软的锤部件105。
作为较重的锤部件,具体地讲,例如在驱动轴103为8mg,压电元件102为32mg的情况下,使用32mg的锤部件。另外,作为柔软的锤部件,采用基于柔性材料的锤部件,还可以采用比压电元件102及驱动轴103其杨氏模量小的锤部件。杨氏模量优选为1GPa以下,再优选为300MPa以下,这样的软性材料是例如通过在橡胶或弹性材料等弹性体中混合比重大的金属粉而制造的,例如通过在聚氨酯橡胶或氨基甲酸树脂等中混合钨等粉末而制造。关于锤部件105的比重,为了实现装置的小型化而优选使用比重高的锤部件,例如为8~12左右。
摩擦部件106,相对驱动轴103以规定的摩擦力滑动自如地摩擦配合。具体地讲,如图17所示,安装有板簧115,以使驱动轴103进入设在摩擦部件主体113中的V状的沟114,将驱动轴1013对摩擦部件主体113侧作用力。该摩擦部件106和驱动轴103之间的规定的摩擦力,如后述那样被设定为:大于在压电元件102较缓慢地伸缩时的驱动轴103的驱动力,并且,小于在压电元件2急速伸缩时的驱动轴103的驱动力。
移动透镜107成为驱动装置101的移动对象物,如图16所示,以其光轴方向与驱动轴103的轴线方向平行的方式被固定在摩擦部件106的摩擦部件主体113上。由此,摩擦部件106及移动透镜107成为一体而驱动。在沿着该移动透镜107的光轴方向的前侧和后侧,未图示的固定透镜分别固定配设在静止部件104上有,由这些移动透镜107及固定透镜构成相机的摄像光学系统。
特别是在本实施方式中,在从压电元件102的伸缩方向A的中间到驱动轴3侧的端面为止的范围、和比这更远的外方的静止部件104的内面之间填充有弹性粘接剂111,压电元件102在其驱动轴103侧经由弹性粘接剂111被弹性支撑在静止部件104上。作为该弹性粘接剂111,例如使用柔软而比重轻且粘性较高的硅系列的粘接剂。具体地讲,肖氏硬度优选为50以下,更优选为30~40左右。由此,弹性粘接剂111随着压电元件102的伸缩而支撑压电元件102。此外,弹性粘接剂111具有弹性即可,例如也可以使用具有弹性的瞬间粘接剂、或UV粘接剂。
在相对压电元件102的伸缩方向的侧方由弹性粘接剂11支撑着具有压电元件102、驱动轴103及被驱动部件106的驱动轴。在这种情况下,优选从与压电元件102的伸缩方向正交的方向支撑驱动器。该弹性粘接剂111发挥作为在侧方支撑并安装驱动器的安装部件的作用。
并且,这样的驱动装置101,由以下的步骤而得到:在压电元件102的一方的端面102a由粘接剂109固定驱动轴103,同时在压电元件102的另一方的端面102b由粘接剂112固定锤部件105,使压电元件102及锤部件105进入到静止部件104内的同时将驱动轴3插入到静止部件104的孔104c及孔104d,将装配有移动透镜107的摩擦部件106安装在驱动轴103上,从上方向在上述的静止部件104内的压电元件102的驱动轴103侧注入填充弹性粘接剂111,最后在静止部件104上安装保护板110。
在这样的驱动装置101中,在使移动透镜107移动的情况下,例如将上述的图2(A)、图(B)那样的大致锯齿状的脉冲电压连续地施加给压电元件102。
具体地讲,当施加图2(A)所示的脉冲电压时,在时刻α1到时刻α2,压电元件102较缓慢地伸长,驱动轴103以较缓慢的速度向图示左侧移动(以下称为“前进”)。此时,对摩擦部件106及移动透镜107起作用的惯性力小于摩擦部件106和驱动轴103之间的摩擦力,因此摩擦部件106及移动透镜107因该摩擦力而同时与驱动轴103一体前进。在时刻α3,压电元件102急速收缩,驱动轴103以快的速度向图示右侧移动(以下称为“后退”)。此时,对摩擦部件106及移动透镜107起作用的惯性力大于摩擦部件106和驱动轴103之间的摩擦力,因此只有驱动轴103后退而摩擦部件106及移动透镜107实际上几乎不移动。从而,通过连续地施加图2(A)所示的脉冲电压,使这些运动反复地进行而使移动透镜107前进。
另一方面,当施加图2(B)所示的脉冲电压时,通过该脉冲电压的波形与图2(A)所示的脉冲电压的波形其缓急相反,在时刻β1只有驱动轴103后退而摩擦部件106及移动透镜107实际上几乎不移动,在从时刻β2到时刻β3,摩擦部件106及移动透镜107同时与驱动轴103一体地后退。从而,通过连续地施加图2(B)所示的脉冲电压,使这些运动反复地进行而使移动透镜107后退。
在进行这样的驱动的第5实施方式中的驱动装置101中,压电元件102被弹性粘接剂111弹性支撑在静止部件104上。从而,例如在向使驱动装置101落下后的驱动装置101负载了冲击力的情况下,也可以由弹性粘接剂111所具有的弹性力缓冲该冲击力而防止各部位及这些接合部的破损。另外,由于能够抑制振动由这样的弹性粘接剂111所具有的弹性力在静止部件104和压电元件102之间传递,并抑制共振的影响,因此可以使驱动轴103向伸缩方向A可靠并准确地移动。
另外,由于在其驱动轴103侧弹性支撑有压电元件102,因此可以进一步有效地抑制压电元件102的驱动轴103侧的翘曲或弯曲,可以使驱动轴103可靠并准确地移动。进一步,在这种情况下,与将压电元件102的整体由弹性粘接剂弹性支撑在静止部件104上的情况相比,由于压电元件102的伸缩不会由弹性粘接剂111而受阻碍,因此可以使驱动轴103进一步可靠并准确地移动。
另外,在驱动装置101中,除了压电元件102被弹性支撑在其驱动轴103侧之外,锤部件105与静止部件104及保护板110成为非接触状态。即,压电元件102的伸缩方向A中的另一端侧作成自由端。从而,通过弹性支撑压电元件102的驱动轴103,解除若不支撑压电元件102则使驱动轴103停止而使压电元件102移动的可能性,可以使驱动轴103可靠并准确地移动。
另外,由于上述那样压电元件102被弹性支撑在该驱动轴103侧上的同时压电元件102的另一方侧作成自由端,因此可以防止对静止部件104的驱动轴103及压电元件102的过度拘束。其结果,可以防止在静止部件104和驱动轴103之间的接合部产生的多余的应力的作用,可以防止该接合部的破损。
另外,在驱动装置101中,由于锤部件105被设在压电元件102的另一端侧,因此再不会有驱动轴103不移动而压电元件102移动的现象,且可以使驱动轴103更可靠并准确地移动。进一步,由于该锤部件105柔软且重,因此可以使驱动装置101的共振频率降低而在基于共振的不良影响不存在的范围内驱动压电元件102,同时消除在频率特性上的凹凸状的混乱,可以进一步抑制压电元件102向除了伸缩方向A以外的方向变位的翘曲或弯曲,驱动轴103可以更可靠且准确地移动。另外,由于弹性粘接剂111不支撑锤部件105,因此可以有效地发挥基于上述的锤部件105的作用及效果。
此外,也考虑到代替弹性粘接剂111,而将例如橡胶等弹性环状体嵌合在压电元件102中并弹性支撑在静止部件104上的情况,但是在这种情况下,进一步需要增加驱动装置101的部件件数,或进行压电元件102和弹性环状体之间及弹性环状体和静止部件104之间的粘接,因此不优选采用。
图18是表示有关本发明的驱动装置的变形例的概略剖面图。该变形例的驱动装置101a与第5实施方式的驱动装置101不同的点是指,将弹性粘接剂111填充到静止部件104的中间壁104b。
在上述那样构成的驱动装置101a中,由于除了可以得到与第5实施方式相同的效果之外,弹性粘接剂111被填充到中间壁104b为止,因此可以弹性支撑压电元件102和驱动轴103之间的接合部,可以增大该接合部的强度。其结果,可进一步防止该部位的破损。
另外,由于无需在压电元件102的一方的端面102a和静止部件104的中间壁104b之间设置间隙,因此制造变得容易,可以提高制造性。
图19是表示有关本发明的第5实施方式的驱动装置的另一个变形例的大致剖面图。该变形例的驱动装置101b与第5实施方式的驱动装置101不同的点是:代替静止部件104,而使用具备了从包围压电元件102的外壁向压电元件102突出的同时沿着伸缩方向A并设的分隔壁116a及分隔壁116b的静止部件124,并设置成使弹性粘接剂111填充到这些分隔壁116a和分隔壁116b之间,而弹性支撑压电元件102的驱动轴103侧。
在这样的驱动装置101b中,除了得到与第5实施方式相同的效果以外,还设有分隔壁116a及分隔壁116b,因此可以防止弹性粘接剂111向压电元件102的伸缩方向A流出,例如,可以防止驱动轴103被硬化前流出的弹性粘接剂所污染而产生驱动不良的情况,同时弹性粘接剂111的填充变得简单且其填充位置一定,可以谋求制造性的提高及品质的稳定化。
以上,虽然说明了本发明的最佳实施方式,但是本发明并不局限于上述实施方式。例如,在上述实施方式中,特别是作为优选的实施方式,将压电元件102的伸缩方向A中的另一端侧作成自由端,但是也可以将该另一端侧的端部固定在保护板110上而作成固定端。
另外,在上述实施方式中,在压电元件102的伸缩方向A中的另一端侧设有锤部件105,优选将该锤部件105作成柔软且重的部件,但是并不局限于此。另外,虽然通过锤部件105,进一步提高相对驱动轴103的伸缩方向A的移动性,但是也可以不设置锤部件105。
另外,在上述实施方式中,虽然在移动透镜107前进和后退的情况下将施加给压电元件102中的脉冲电压的频率作成相同的频率,但是也可以作成不同的频率。
另外,虽然作为机电转换元件使用了压电元件102,但是若通过电信号的输入而可以伸缩,则例如也可以是人工肌肉聚合物等。
另外,在上述实施方式中,虽然将被驱动部件作为移动透镜107,但是也可以是保持移动透镜107的透镜框架,进一步,也可以是别的部件。
进一步,在上述实施方式中,虽然作为特别优选,经由弹性粘接剂111将机电转换元件102的驱动轴103侧弹性支撑在静止部件104、124上,但降低了一些效果,也可以经由硬的粘接剂将机电转换元件102的驱动轴103侧支撑在静止部件104、124上。
(第6实施方式)
接着说明有关本发明的第6实施方式的驱动装置。
图20是表示有关本发明的第6实施方式的驱动装置的纵剖面图,该第6实施方式的驱动装置101c,用于例如聚焦驱动数码相机或带摄像头的携带电话等透镜。此外,在图20中,将纸面面前侧作为上方。
驱动装置101c,具备:作为机电转换元件的压电元件102、被设在沿着该压电元件102的轴线方向的一端侧的驱动轴(驱动部件)103、支撑压电元件102及驱动轴103的静止部件104、被设在沿着压电元件102的轴线方向的另一端侧的锤部件(锤)105、可沿着其轴方向移动地摩擦配合在驱动轴103上的摩擦部件106、和被固定在该摩擦部件106上的移动透镜(被驱动部件)107,由于在自动调焦之时要调整移动透镜107的焦点,因此例如由压电元件102将移动透镜107沿着其光轴方向驱动到1mm左右为止。
压电元件102将例如陶瓷等层叠而形成,因此在该压电元件102上电连接有引线108。并且,该压电元件102,通过从控制部(未图示)经由引线108施加后述的电信号,向轴线方向伸缩(以下,将轴线方向称为“伸缩方同A”)。此外,虽然在本实施方式中作为机电转换元件使用了压电元件102,但是若可通过电信号的输入而伸缩,则例如也可以是人工肌肉聚合物等。
驱动轴103,由轻重而硬且高强度的例如石墨碳或铍合金等形成,呈圆柱形状。该驱动轴103,配置在与压电元件102相同的轴上,并与压电元件102的伸缩方向A的一方的端面102a对接,由粘接剂109固定。此外,驱动轴103的形状并不局限于圆柱状,也可以是角形状等。
静止部件104发挥作为用于组装压电元件102及驱动轴103的框架体(框架部件)的功能。该静止部件104具有构成框架体的图示左侧的前壁104a及伸缩方向A的中间的中间壁104b,在前壁104a设有孔104c,在中间壁104b的与孔104c同轴的位置设有孔104d,在这些孔104c及孔104d可移动地插入有驱动轴103。在此,孔104,由于避免与形成压电元件102和驱动轴103之间的接合部的粘接剂109的干涉,因此将压电元件102侧作成锥形面。该静止部件104的图示右侧的后端被打开,在该后端安装有使薄板弯曲而形成的保护板110。
锤部件105,以与静止部件104及保护板110非接触状态对接在压电元件102的伸缩方向A的另一方的端面102b,并由粘接剂112固定。该锤部件105,通过向压电元件102的另一方的端面102b给予附加重量,防止驱动轴103不向伸缩方向A移动而压电元件102移动,同时降低共振频率且消除在频率特性上的凹凸状的混乱,而从压电元件102向驱动轴103传递良好的变位或冲击。从而,使用比驱动轴103质量大且柔软的锤部件105。
作为较重的锤部件,具体地讲,例如在驱动轴103为8mg,压电元件102为32mg的情况下,使用32mg的锤部件。另外,作为柔软的锤部件,采用柔性材料的锤部件,还可以采用杨氏模量比压电元件102及驱动轴103的杨氏模量小的锤部件。杨氏模量优选为1GPa以下,更优选为300MPa以下,这样的软性材料是例如通过在橡胶或弹性材料等弹性体中混合比重大的金属粉而制造的,例如通过在聚氨酯橡胶或氨基甲酸树脂等中混合钨等粉末而制造。关于锤部件105的比重,为了实现装置的小型化而优选使用比重高的锤部件,例如为8~12左右。
摩擦部件106,相对驱动轴103以规定的摩擦力滑动自如地摩擦配合。具体地讲,如图17所示,安装有板簧115,以使驱动轴103进入设在摩擦部件主体113中的V状的沟114、将驱动轴1013向摩擦部件主体113侧作用力。该摩擦部件106和驱动轴103之间的规定的摩擦力,如后述那样被设定为:大于在压电元件102较缓慢地伸缩时的驱动轴103的驱动力,并且,小于在压电元件2急速伸缩时的驱动轴103的驱动力。
移动透镜107成为驱动装置101c的移动对象物,如图20所示,以其光轴方向与驱动轴103的轴线方向平行的方式被固定在摩擦部件106的摩擦部件主体113上。由此,摩擦部件106及移动透镜107成为一体被驱动。在沿着该移动透镜107的光轴方向的前侧和后侧,未图示的固定透镜分别固定配设在静止部件104上,由这些移动透镜107及固定透镜构成相机的摄像光学系统。
特别是在本实施方式中,在静止部件104内的从压电元件102的伸缩方向A的中间到静止部件104的中间壁104b为止的范围内填充有自然硬化粘接剂111a及UV粘接剂111b,从而压电元件102被弹性支撑在静止部件104上。具体地讲,如图21所示,自然硬化粘接剂111a被填充成在静止部件104内的下侧浸入从压电元件102的大致一半开始的下侧,UV粘接剂111b与自然硬化粘接剂111a层叠而被填充为在静止部件104内的上侧覆盖从压电元件102的大致一半开始的上侧。
作为自然硬化粘接剂111a,例如使用具有经过一定时间自然硬化的特性的同时柔软而比重轻且粘性较高的硅系列的粘接剂。具体地讲,肖氏硬度优选为50以下,更优选为30~40。另外,作为UV粘接剂111b,使用具有通过照射紫外线而速硬化的特性且具有较柔软的弹性的粘接剂。从而,自然硬化粘接剂111a及UV粘接剂111b随着压电元件102的伸缩而支撑压电元件102。
具备压电元件102、驱动轴103及被驱动部件106的驱动器,在相对压电元件102的伸缩方向的一侧被粘接剂111所支撑着。在这种情况下,优选从与压电元件102的伸缩方向垂直方向支撑驱动器。该粘接剂111发挥作为在侧方支撑并安装驱动器的安装部件的作用。
并且,为了得到这样的驱动装置101c,而进行以下的步骤:首先,在压电元件102的一方的端面102a由粘接剂109固定驱动轴103,同时在压电元件102的另一方的端面102b由粘接剂112固定锤部件105,使压电元件102及锤部件105进入到静止部件104内的同时将驱动轴3插入到静止部件104的孔104c及孔104d,将装配有移动透镜107的摩擦部件106安装在驱动轴103上。
接着,配置夹具(未图示)以定位并区划出自然硬化粘接剂111a的填充区域,从上方向上述的静止部件104内的下侧注入并填充规定量的自然硬化粘接剂111a,并以与该自然硬化粘接剂111a层叠的方式向静止部件104内注入并填充规定量的UV粘接剂111b,而且从上方向该填充后的UV粘接剂111b照射紫外线而使其速硬化。在此,还未硬化且硬化需要长时间的自然硬化粘接剂111a,通过使UV粘接剂111b速硬化而临时固定,确保填充到其填充区域。并且,使UV粘接剂111b速硬化之后将上述的夹具卸下而提供给下个驱动装置,对于将夹具卸下后的装置将保护板110安装在静止部件104上而得到驱动装置101c。
在这样的驱动装置101c中,在使移动透镜107移动的情况下,例如将上述的图2(A)、图(B)那样的大致锯齿状的脉冲电压连续地施加给压电元件102。
具体地讲,当施加图2(A)所示的脉冲电压时,在时刻α1到时刻α2,压电元件102较缓慢地伸长,驱动轴103以较缓慢的速度向图示左侧移动(以下称为“前进”)。此时,作用于摩擦部件106及移动透镜107的惯性力小于摩擦部件106和驱动轴103之间的摩擦力,因此摩擦部件106及移动透镜107因该摩擦力同时与驱动轴103一体前进。在时刻α3,压电元件102急速收缩,驱动轴103以快的速度向图示右侧移动(以下称为“后退”)。此时,对摩擦部件106及移动透镜107起作用的惯性力大于摩擦部件106和驱动轴103之间的摩擦力,因此只有驱动轴103后退而摩擦部件106及移动透镜107实际上几乎不移动。从而,通过连续地施加图2(A)所示的脉冲电压,使这些运动反复地进行而使移动透镜107前进。
另一方面,当施加图2(B)所示的脉冲电压时,通过该脉冲电压的波形与图2(A)所示的脉冲电压的波形其缓急相反,在时刻β1只有驱动轴103后退而摩擦部件106及移动透镜107实际上几乎不移动,在从时刻β2到时刻β3,摩擦部件106及移动透镜107同时与驱动轴103一体地后退。从而,通过连续地施加图2(B)所示的脉冲电压,反复这些运动而使移动透镜107后退。
在进行这样的驱动的第6实施方式中的驱动装置101c中,压电元件102被自然硬化粘接剂111a及UV粘接剂111b弹性支撑在静止部件104上。从而,例如在落下驱动装置101c对驱动装置101c负载了冲击力的情况下,也可以由自然硬化粘接剂111a及UV粘接剂111b所具有的弹性力缓冲该冲击力而防止各部位及这些接合部的破损。另外,由于能够抑制振动由弹性力在静止部件104和压电元件102之间传递,并抑制共振的影响,因此可以使驱动轴103向伸缩方向A可靠并准确地移动。另外,由于弹性支撑有压电元件102,因此可以有效地抑制压电元件102的驱动轴103侧的翘曲或弯曲,可以使驱动轴103可靠并准确地移动,同时解除若不支撑压电元件102则使驱动轴103停止而使压电元件102移动的可能性,可以使驱动轴103可靠并准确地移动。
另外,由于上述那样压电元件102不固定在静止部件104上而被自然硬化粘接剂111a及UV粘接剂111b弹性支撑着,因此可以防止对静止部件104的驱动轴103及压电元件102的过拘束。其结果,可以防止在静止部件104和驱动轴103之间的接合部产生的多余的应力的作用,可以防止该接合部的破损。
另外,由于作为弹性支撑压电元件102的粘接剂使用了自然硬化粘接剂111a及UV粘接剂111b,因此可以由UV粘接剂111b临时固定自然硬化粘接剂111a,通过该临时固定,可以将定位自然硬化粘接剂111a的填充区域的夹具卸下而对下次的装置使用,可以提高制造性,同时例如在将整体作成UV粘接剂的情况下通过向紫外线未达到的区域填充自然硬化粘接剂111a而可以消除因紫外线不能到达压电元件102下侧的粘接剂而无硬化的情形,并且该无硬化的UV粘接剂有可能流出,可以得到所希望的驱动特性而不会由流出的粘接剂而污染驱动轴103产生驱动不良。
进一步,根据本实施方式,也得到以下的作用/效果。即,由于在其驱动轴103侧弹性支撑有压电元件102,因此进一步有效地抑制压电元件102的驱动轴103侧的翘曲或弯曲,可以使驱动轴103进一步可靠并准确地移动。进一步,在这种情况下,由于与将压电元件102的整体弹性支撑在静止部件104上相比,压电元件102的伸缩不会被阻碍,因此可以使驱动轴103进一步可靠并准确地移动。
另外,由于自然硬化粘接剂111a及UV粘接剂111b被填充到中间壁104b为止,因此可以弹性支撑压电元件102和驱动轴103之间的接合部,可以增大该接合部的强度。其结果,可以防止该部位的破损。
另外,由于在压电元件102的伸缩方向A的另一端侧设有锤部件105,因此不会出现驱动轴103不向压电元件102的伸缩方向A移动而压电元件102移动的情况,可以使驱动轴103进一步可靠并准确地移动。另外,由于该锤部件105柔软且重,因此可以在使驱动装置101c的共振频率降低而不存在基于共振的不良影响的范围内驱动压电元件102,同时在频率特性上无凹凸状的混乱并且可进一步抑制压电元件102向伸缩方向A以外的方向变位的翘曲/弯曲,可以使驱动轴3进一步可靠并准确地移动。另外,由于自然硬化粘接剂111a及UV粘接剂111b不支撑锤部件105,因此可以有效地发挥基于上述的锤部件105的作用及效果。
此外,在本实施方式中,虽然将自然硬化粘接剂111a及UV粘接剂111b填充到静止部件104的中间壁104,但是在压电元件102和静止部件104的中间壁104b之间也可以存在间隙。
此外,也考虑到代替自然硬化粘接剂111a及UV粘接剂111b,而将例如橡胶等弹性环状体嵌合在压电元件102上并弹性支撑在静止部件104上的情况,但是在这种情况下,进一步需要增加驱动装置101c的部件件数,或进行压电元件102和弹性环状体之间及弹性环状体和静止部件104之间的粘接,因此不优选采用。
图22是表示有关第6实施方式的驱动装置的变形例的横剖面图。该变形例的驱动装置101d与第6实施方式的驱动装置101c不同的点是:以沿着压电元件102的外形覆盖自然硬化粘接剂111a的方式填充,将UV粘接剂111b与自然硬化粘接剂111a层叠填充。
在上述那样构成的驱动装置101d中,由于除了可以得到与第6实施方式相同的效果之外,弹性力大的自然硬化粘接剂111a被以沿着压电元件102的外形覆盖的方式填充,因此可以进一步可靠地弹性支撑压电元件102,同时可以使UV粘接剂111b变薄,谋求UV粘接剂111b的硬化时间的短缩。
以上,虽然说明了本发明的最佳实施方式,但是本发明并不局限于上述实施方式。例如,在上述实施方式中,特别是作为有效的实施方式将最初填充的粘接剂作为硅系的自然硬化粘接剂,将过后填充的粘接剂作为UV粘接剂,但是例如也可以将最初填充的粘接剂作为硅系的自然硬化粘接剂,将过后填充的粘接剂作为具有弹性的瞬间粘接剂,作为使用的粘接剂,可列举硬化时间不同的粘接剂的组合或硬化方法不同的粘接剂的组合。具体地讲,作为硬化时间不同的粘接剂,例如可列举自然硬化粘接剂、瞬间粘接剂、和UV粘接剂等,作为硬化方法不同的粘接剂,例如可列举提供紫外线的UV粘接剂、提供热的热硬化粘接剂、和放置的自然硬化粘接剂等。
另外,在上述实施方式中,虽然作为多个粘接剂使用了2种类的粘接剂,但是也可以是3种类以上。
另外,在上述实施方式中,特别是作为优选的实施方式,虽然由多个粘接剂支撑压电元件102的驱动轴103侧,但是也可以由多个粘接剂支撑锤部件105,也可以由多个粘接剂支撑压电元件102的整体。
另外,在上述实施方式中,虽然将压电元件102的伸缩方向A的另一端侧作成自由端,但是也可以将该另一端侧的端部固定在静止部件4或保护板110上而作成固定端。
另外,在上述实施方式中,在压电元件102的伸缩方向A的另一端侧设有锤部件105,作为优选的锤部件将该锤部件105作成柔软且重的部件,但是并不局限于此。另外,通过该锤部件105进一步提高相对驱动轴103的伸缩方向A的移动性,但是也可以不使用锤部件105。
另外,在上述实施方式中,虽然在移动透镜107前进和后退的情况下将施加给压电元件102中的脉冲电压的频率作成相同的频率,但是也可以作成不同的频率。
另外,在上述实施方式中,虽然将被驱动部件作成移动透镜107,但是也可以是保持移动透镜107的透镜框架,也可以是另一个部件。
进一步,在上述实施方式中,将机电转换元件102作为优选的元件经由具有弹性的粘接剂弹性支撑在静止部件104上,虽然降低了多少效果,但是也可以经由硬的粘接剂支撑在静止部件104上。
(第7实施方式)
接着说明有关本发明的第7实施方式的驱动装置。
图23是表示有关本发明的第7实施方式的驱动装置的纵剖面图,该第7实施方式的驱动装置101e,用于例如聚焦驱动数码相机或带摄像头的携带电话等的透镜。
驱动装置101e,具备:作为机电转换元件的压电元件102、被设在沿着该压电元件102的轴线方向的一端侧的驱动轴(驱动部件)103、用于支撑压电元件102及驱动轴103的静止部件104、被设在沿着压电元件2的轴线方向的另一端侧的锤部件(锤)105、可沿着轴方向移动地摩擦配合在相对驱动轴103上的摩擦部件106、和被固定在该摩擦部件106上的移动透镜(被驱动部件)107,由于在自动调焦时调整移动透镜107的焦点,因此例如通过压电元件102将移动透镜107沿着其光轴方向驱动到1mm左右为止。
压电元件102将例如陶瓷等层叠而构成,因此在该压电元件102上电连接有引线108。并且,该压电元件102,通过从控制部(未图示)经由引线108施加后述的电信号,向轴线方向伸缩(以下,将轴线方向称为“伸缩方向A”)。此外,在本实施方式中作为机电转换元件使用了压电元件102,但是若可以通过电信号的输入而伸缩,则例如也可以是人工肌肉聚台物等。
驱动轴103,由轻量而硬且高强度的例如石墨碳或铍合金等形成,呈圆柱形状。该驱动轴103,被配置在与压电元件102同轴上,与压电元件102的伸缩方向A的一方的端面102a对接,并且由粘接剂109固定。此外,驱动轴103的形状并不局限于圆柱状,也可以是方形状等。
静止部件104发挥作为用于组装压电元件102及驱动轴103的框架体(框架部件)的功能。该静止部件104具有构成框架体的图示左侧的前壁104a及伸缩方向A的中间的中间壁的中间轴承部104b,在前侧轴承部104a设有104c,在中间轴承部104b的与孔104c同轴位置上设有孔104d,在这些孔104c及孔104d可移动地插入有驱动轴103。在此,由于孔104d避免与形成压电元件102和驱动轴103之间的接合部的粘接剂109的干涉,因此将压电元件102侧作成锥形面116。该静止部件104的图示右侧的后端被打开,在该后端安装有通过弯曲薄板而形成的保护板110。
锤部件105,以与静止部件104及保护板110非接触状态对接在压电元件102的伸缩方向A的另一方的端面102b,并由粘接剂112固定。该锤部件105,通过向压电元件102的另一方的端面102b给予附加重量,防止驱动轴103不向伸缩方向A移动而压电元件102移动,同时降低共振频率且在频率特性上消除凹凸状的混乱,而从压电元件102向驱动轴103传递良好的变位或冲击。从而,使用比驱动轴103质量大且柔软的锤部件105。
作为较重的锤部件,具体地讲,例如在驱动轴103为8mg,压电元件102为32mg的情况下,使用32mg的锤部件。另外,作为柔软的锤部件,采用基于柔性材料的锤部件,还可以采用比压电元件102及驱动轴103其杨氏模量小的锤部件。杨氏模量优选为1GPa以下,更优选为300MPa以下。这样的软性材料是例如通过在橡胶或弹性材料等弹性体中混合比重大的金属粉而制造的,例如通过在聚氨酯橡胶或氨基甲酸树脂等中混合钨等粉末而制造。关于锤部件105的比重,为了实现装置的小型化而优选使用比重高的锤部件,例如为8~12左右。
摩擦部件106,相对驱动轴103以规定的摩擦力滑动自如地摩擦配合。具体地讲,如图17所示,安装有板簧115,以使驱动轴103进入设在摩擦部件主体113中的V状的沟114,对驱动轴1013向摩擦部件主体113侧作用力。该摩擦部件106和驱动轴103之间的规定的摩擦力,如后述那样被设定为:大于在压电元件102较缓慢地伸缩时的驱动轴103的驱动力,并且,小于在压电元件2急速伸缩时的驱动轴103的驱动力。
移动透镜107成为驱动装置101e的移动对象物,如图23所示,以其光轴方向与驱动轴103的轴线方向平行的方式被固定在摩擦部件106的摩擦部件主体113上。由此,摩擦部件106及移动透镜107成为一体而驱动。在沿着该移动透镜107的光轴方向的前侧和后侧,未图示的固定透镜分别被固定配设在静止部件104上,由这些移动透镜107及固定透镜构成相机的摄像光学系统。
特别是在本实施方式中,在静止部件104的中间轴承部104b的锥形面和驱动轴103之间设有第1粘接部117,驱动轴103由该第1粘接部117弹性支撑在静止部件104上,静止部件104内的从压电元件102的伸缩方向A的中间到达在静止部件104的中间轴承部104b为止的范围内设有第2粘接部118,压电元件由该第2粘接部118弹性支撑在静止部件104上。
第1粘接部117发挥作为支撑驱动轴103的第1填充材料的作用,第2粘接部118发挥作为支撑压电元件102的第1填充材料的作用。
具有压电元件102、驱动轴103及被驱动部件106的驱动轴,在相对压电元件102的伸缩方向的一侧被第2粘接剂118支撑。在这种情况下,优选从与压电元件102的伸缩方向垂直的方向支撑驱动轴。该第2粘接剂118发挥作为在侧方支撑并安装驱动器的安装部件的作用。
第1粘接部117通过填充例如具有速硬化性和弹性的瞬间粘接剂而形成,第2粘接部118通过填充例如柔软而比重轻且粘性较高的硅系列的粘接剂而形成。作为该硅系列的粘接剂,肖氏硬度优选为50以下,更优选为30~40。
这样的驱动装置101e,如下得到:在压电元件102的一方的端面102a由粘接剂109固定驱动轴103,同时在压电元件102的另一方的端面102b由粘接剂112固定锤部件105,使压电元件102及锤部件105进入到静止部件104的同时将驱动轴3插入到上侧轴承部104a的孔104c及中间轴承部104b的孔104d,将装配有移动透镜107的摩擦部件106安装在驱动轴103上,设置第1粘接部117之后,设置第2粘接部118而弹性支撑压电元件102,最后在静止部件104上安装保护板110。
在此,对第1粘接部117及第2粘接部118的形成方法进一步详细地进行说明,首先在所述的静止部件104的中间轴承部104b的锥形面和驱动轴103之间从上方填充规定量的粘接剂。该粘接剂因其速硬化性而立刻硬化,形成第1粘接部117。由此驱动轴103被临时固定且弹性支撑在静止部件104上。
并且,形成第1粘接部117之后,从上方向所述的静止部件104内的压电元件102的驱动轴103侧注入并填充规定量的粘接剂而形成粘接部118。从而,第1粘接部117及第2粘接部118随着压电元件102的伸缩而支撑压电元件102。
在这样的驱动装置101e中,在使移动透镜107移动的情况下,例如将图2(A)、图(B)所示那样的大致锯齿状的脉冲电压连续地施加给压电元件102。
具体地讲,当施加图2(A)所示的脉冲电压时,在时刻α1到时刻α2,压电元件102较缓慢地伸长,驱动轴103以较缓慢的速度向图示左侧移动(以下称为“前进”)。此时,作用于摩擦部件106及移动透镜107的惯性力小于摩擦部件106和驱动轴103之间的摩擦力,因此摩擦部件106及移动透镜107因该摩擦力同时与驱动轴103一体前进。在时刻α3,压电元件102急速收缩,驱动轴103以快的速度向图示右侧移动(以下称为“后退”)。此时,作用于摩擦部件106及移动透镜107的惯性力大于摩擦部件106和驱动轴103之间的摩擦力,因此只有驱动轴103后退而摩擦部件106及移动透镜107实际上几乎不移动。从而,通过连续地施加图2(A)所示的脉冲电压,使这些运动反复地进行而使移动透镜107前进。
另一方面,当施加图2(B)所示的脉冲电压时,通过该脉冲电压的波形与图2(A)所示的脉冲电压的波形其缓急相反,在时刻β1只有驱动轴103后退而摩擦部件106及移动透镜107实际上几乎不移动,在从时刻β2到时刻β3,摩擦部件106及移动透镜107同时与驱动轴103一体地后退。从而,通过连续地施加图2(B)所示的脉冲电压,使这些运动反复地进行而使移动透镜107后退。
在进行这样的驱动的第7实施方式中的驱动装置101e中,压电元件102被第1粘接部117及第2粘接部118弹性支撑在静止部件104上。从而,例如在使驱动装置101e落下对驱动装置101e负载了冲击力的情况下,也可以由第1粘接部117及第2粘接部118所具有的弹性力缓冲该冲击力而防止驱动装置101e的各部位及这些接合部的破损。另外,由于能够抑制振动因这样的弹性力而在静止部件104和压电元件102之间传递,抑制共振的影响,因此可以使驱动轴103向伸缩方向A可靠并准确地移动。另外,由于在其驱动轴103侧弹性支撑有压电元件102,因此可以进一步有效地抑制压电元件102的驱动轴103侧的翘曲或弯曲,可以使驱动轴103可靠并准确地移动,同时,解除若不支撑压电元件102则驱动轴103不移动、压电元件102移动的问题,可以使驱动轴103可靠并准确地移动。
另外,由于上述那样压电元件102不固定地被弹性支撑在静止部件104上,因此可以防止对静止部件104的驱动轴103及压电元件102的过度拘束。其结果,可以防止在静止部件104和驱动轴103之间的接合部产生的多余的应力的作用,可以防止该接合部的破损。
另外,由于设置第1粘接部117之后还可以设置第2粘接部118,因此可以由第1粘接部117临时固定驱动轴103,通过该临时固定,容易形成第2粘接部118,提高制造性,同时由于在与第2粘接部118相邻地中间轴承部104b设有第1粘接部117,因此可以阻止来自于第2粘接部118的硬化前的粘接剂向压电元件102的伸缩方向A流出,可以得到不会由驱动轴103的污染而产生驱动不良的所希望的驱动特性。
进一步,根据本实施方式,也得到以下的作用/效果。即,由于在其驱动轴103侧弹性支撑有压电元件102,因此进一步有效地抑制压电元件102的驱动轴103侧的翘曲或弯曲,可以使驱动轴103进一步可靠并准确地移动。进一步,在这种情况下,由于与将压电元件102的整体弹性支撑在静止部件104上相比,压电元件102的伸缩不会被阻碍,因此可以使驱动轴103进一步可靠并准确地移动。
另外,由于第2粘接部118被设置成到达中间轴承部104b,因此也可以弹性支撑压电元件102和驱动轴103之间的接合部,可增大该接合部的强度。其结果,可以防止该部位的破损。
另外,由于在压电元件102的伸缩方向A的另一端侧设有锤部件105,因此不会出现驱动轴103不向压电元件102的伸缩方向A移动而压电元件102移动的情况,可以使驱动轴103进一步可靠并准确地移动。另外,由于该锤部件105柔软且重,因此可以在使驱动装置101e的共振频率降低而不存在基于共振的不良影响的范围内驱动压电元件102,同时在频率特性上无凹凸状的混乱并且进一步抑制压电元件102向除了伸缩方向A以外的方向变位的翘曲/弯曲,可以使驱动轴3进一步可靠并准确地移动。另外,由于第2粘接部118不支撑锤部件105,因此可以有效地发挥基于上述的锤部件105的作用及效果。
此外,在本实施方式中,虽然将第2粘接部118设置成到达静止部件104的中间轴承部104b,但是在压电元件102和中间轴承部104b之间也可以存在间隙。
另外,虽然具有用于临时固定的第1粘接部117在使驱动轴103驱动中或驱动后脱落的可能性,但是即使在这种情况下由于压电元件102被第2粘接部118弹性支撑着,因此不会出现问题。
此外,在本实施方式中,也考虑到代替第2粘接部118,而将例如橡胶等弹性环状体嵌合在压电元件102中并弹性支撑在静止部件104上的情况,但是在这种情况下,进一步需要增加驱动装置101e的部件件数,或进行压电元件102和弹性环状体之间及弹性环状体和静止部件104之间的粘接,因此不优选采用。
图24是有关第7实施方式的驱动装置的变形例的纵剖面图。该变形例的驱动装置101f与上述的驱动装置101e不同的点是:代替静止部件104,而使用在中间轴承部104b的孔104d的摩擦部件106侧(图示左侧)设置了锥形面121的静止部件124,代替第1粘接部117,而在该锥形面121和驱动轴103之间填充粘接剂的第1粘接部127。
在这样构成的驱动装置101f中,也与驱动装置101e相同地、由于第1粘接部127发挥用于临时固定的作用的同时防止来自于第2粘接部118的粘接剂的流出,因此可以得到与驱动装置101e相同的效果。不言而喻,其他作用效果与驱动装置101e相同。
图25是表示有关第7实施方式的驱动装置的另一变形例的纵剖面图。该变形例的驱动装置101g与上述的驱动装置101e不同的点是:代替静止部件104,而使用在前侧轴承部104a的孔104c中的摩擦部件106侧(图示右侧)设置了锥形面131的静止部件134,代替第1粘接部117,而在该锥形面131和驱动轴103之间填充粘接剂形成第1粘接部137。
在这样构成的驱动装置101g中,也与驱动装置101e相同地、由于第1粘接部137发挥用于临时固定的作用,因此可以容易形成第2粘接部118并提高制造性。不言而喻,其他作用效果与驱动装置101e相同。
图26是表示有关第7实施方式的驱动装置的另一变形例的纵剖面图。该变形例的驱动装置101h与驱动装置101g不同的点是:代替静止部件134,而使用在前侧轴承部104a的孔104c的与摩擦部件106相反侧设置了锥形面141的静止部件144,代替第1粘接部137,而在该锥形面141和驱动轴103之间填充了粘接剂形成第1粘接部147。
在这样构成的驱动装置101h中,可以得到与驱动装置101g相同的效果。
以上,虽然说明了本发明的最佳实施方式,但是本发明并不局限于上述实施方式。例如在上述实施方式中,作为优选的实施方式,在轴承部的孔设置锥形面,在该锥形面和驱动轴103之间设置第1粘接部,但是也可以不设置锥形面而设置成如与轴承部端面和驱动轴3的周面都接触那样的角焊缝形状。
另外,在上述实施方式中,特别是作为预选的实施方式,虽然将第1粘接部及第2粘接部在静止部件内分别设置1处,但是也可以将第1粘接部在静止部件内设置多处,也可以将第2粘接部在静止部件内设置多处。
另外,在上述实施方式中,特别是作为优选的实施方式,虽然由第2粘接部支撑压电元件102的驱动轴103侧,但是也可以由第2粘接部支撑锤部件105,也可以由第2粘接部支撑压电元件102的整体。
另外,在上述实施方式中,虽然在注入用于形成第2粘接部的粘接剂之时,由其粘性而确保着填充,但是例如也可以使用夹具或在静止部件上设置分隔壁等而填充。由此,可以进一步防止粘接剂从第2粘接部向压电元件102的伸缩方向A流出。
另外,在上述实施方式中,虽然将压电元件102的伸缩方向A的另一端作成自由端,但是也可以将该另端侧的端部固定在静止部件或保护板110上作成固定端。
另外,在上述实施方式中,虽然在压电元件102的伸缩方向A的另一端侧设置锤部件105,并且作为特别优选的锤部件将该锤部件105作成柔软且重的锤部件,但是并不局限于此。另外,通过该锤部件105进一步提高相对驱动轴3的伸缩方向A的移动性,但是也可以不使用锤部件105。
并且,在上述实施方式中,虽然在移动透镜107前进时和后退时使施加给压电元件102的脉冲电压的频率相等,但也可以不同。
另外,在上述实施方式中,虽然将被驱动部件为移动透镜107,但是也可以是保持移动透镜107的透镜框架,也可以是别的部件。
再有,在上述实施方式中,特别优选经由具有弹性的粘接剂将机电转换元件102、驱动轴103弹性支撑在静止部件104上,但是虽然会降低一些效果,也可以经由硬的粘接剂将机电转换元件102、驱动轴103支撑在静止部件104上。
此外,还具有不进行第2粘接部的粘接的情况。在这种情况下,第1粘接部兼用第2粘接部。
在有关上述的第5实施方式、第6实施方式及第7实施方式的驱动装置中,在由粘接剂等填充材料支撑驱动器的情况下,优选填充填充材料以将压电元件102和引线108等布线部件之间的连接部分覆盖。在这种情况下,可以使布线部件的连接强度提高。因此即使给压电元件102和引线108之间的连接部分施加了很大的应力的情况下,也可以抑制引线108脱落。另外,抑制引线108过度折弯而断线。并且即使在给引线108的连接部分施加了较大的应力的情况下,也抑制在其连接部分中产生钎焊料或焊剂等飞散物。另一方面,在不覆盖连接部分的情况下,在给连接部分施加了较大的应力的情况下,有可能产生飞散物附着在驱动部件103和摩擦部件106之间的摩擦配合部分而防碍正确的驱动的情况或飞散物附着在移动透镜107使光学性能劣化的情况。关于上述,通过由填充材料覆盖布线部件的连接部分,而有意地抑制上述的情况的产生。
此外,上述的各实施方式表示有关本发明的驱动装置的一例。有关本发明的驱动装置,并不局限于有关这些实施方式的驱动装置,在不变更各权利要求所记载的主旨的范围内,也可以变更有关实施方式的驱动装置,或也可以适用于其他的驱动装置。例如在本实施方式中,虽然说明了适用于驱动移动透镜的驱动装置中的装置,但是也可以适用于驱动除了移动透镜以外的构件的驱动装置中。
Claims (22)
1、一种驱动装置,其特征在于,
具备:机电转换元件、根据该机电转换元件的伸缩而运动的驱动部件、和驱动器,
该驱动器使与所述驱动部件摩擦配合的被驱动部件沿着所述驱动部件移动,
所述驱动器在所述机电转换元件部分相对所述机电转换元件的伸缩方向从侧方被支撑在框体上。
2、根据权利要求1所述的驱动装置,其特征在于,
所述驱动器通过支撑部件被安装在所述框体上,所述支撑部件的一方被支撑在所述机电转换元件的相对所述机电转换元件的伸缩方向上位于侧方的面上,并且,所述支撑部件的另一方在与所述机电转换元件的伸缩方向相同的方向上被支撑在沿所述驱动器方向延伸设置的所述框体的一部分。
3、根据权利要求2所述的驱动装置,其特征在于,
所述支撑部件的另一方在与所述机电转换元件的伸缩方向相同的方向上被支撑在沿所述驱动器方向延伸设置的所述框体的一部分的同时,还在与所述机电转换元件的伸缩方向垂直的方向上被支撑在所述框体的与所述机电转换元件对置的面上。
4、根据权利要求3所述的驱动装置,其特征在于,
所述支撑部件具备弹性特性。
5、根据权利要求3所述的驱动装置,其特征在于,
所述支撑部件是填充材料。
6、根据权利要求5所述的驱动装置,其特征在于,
所述填充材料是粘接剂。
7、根据权利要求2~5中任意一项所述的驱动装置,其特征在于,
所述支撑部件的至少一方利用粘接剂支撑在所述机电转换元件或所述框体上。
8、根据权利要求2~5中任意一项所述的驱动装置,其特征在于,
所述支撑部件的至少一方利用具有弹性特性的粘接剂支撑在所述机电转换元件或所述框体上。
9、根据权利要求5或6所述的驱动装置,其特征在于,
所述框体具备用于防止所述填充材料流出的分隔壁。
10、根据权利要求4或5所述的驱动装置,其特征在于,
还具备:用于将所述驱动部件支撑在所述框体上的第1填充部、和用于将所述机电转换元件支撑在所述框体上的第2填充部。
11、根据权利要求10所述的驱动装置,其特征在于,
所述第1填充部用于临时固定。
12、根据权利要求10所述的驱动装置,其特征在于,
所述第1填充部,是在所述机电转换元件附近支撑所述驱动部件的轴承部,被设在与所述第2填充部相邻的部分。
13、根据权利要求2~6中任意一项所述的驱动装置,其特征在于,
所述机电转换元件,在外表面具有连接用于电信号输入的布线部件的端子,
所述支撑部件或填充材料覆盖所述端子和所述布线部件之间的连接部分。
14、根据权利要求1~6中任意一项所述的驱动装置,其特征在于,
所述驱动部件的顶端侧及基端侧中的一方或双方被支撑,且所述驱动部件可在所述机电转换元件的伸缩方向上移动。
15、根据权利要求1~6中任意一项所述的驱动装置,其特征在于,
所述驱动器被支撑成可在所述机电转换元件的伸缩方向上移动。
16、根据权利要求1~6中任意一项所述的驱动装置,其特征在于,
在所述机电转换元件的与所述驱动部件相反一侧安装有锤部件。
17、根据权利要求1~6中任意一项所述的驱动装置,其特征在于,
还具备驱动机构,该驱动机构为了驱动所述机电转换元件而在伸长和收缩方向上产生非对称的信号。
18、根据权利要求1~6中任意一项所述的驱动装置,其特征在于,
所述被驱动部件相对所述驱动部件面接触。
19、根据权利要求1~6中任意一项所述的驱动装置,其特征在于,
还具备用于检测所述被驱动部件的移动位置的检测机构。
20、根据权利要求1~6中任意一项所述的驱动装置,其特征在于,
所述机电转换元件以超过可听频率的驱动频率被驱动。
21、根据权利要求1~6中任意一项所述的驱动装置,其特征在于,
所述被驱动部件,是光学部件或安装在光学部件上的部件,其被使用在摄像光学系统中。
22、根据权利要求1~6中任意一项所述的驱动装置,其特征在于,
所述驱动器被使用在携带电话中搭载的摄像光学系统中。
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