CN101860258A - 直线驱动装置 - Google Patents

Abstract

一种直线驱动装置，其不用改变驱动电力大小和压电元件特性就能实现提高驱动扭矩。直线驱动装置根据振动部材17的振动，驱动轴21在轴线方向进行振动，在驱动轴21上摩擦接触的移动体3、5作直线移动。在直线驱动装置中，振动部材17具有通电后可伸缩的压电元件23和拥有弹性的金属板制的振动子19。振动子19重叠固定板面于压电元件23上的同时，驱动轴21的基端通过振动子19的中央位置固定在振动子19或压电元件23上，振动子19的外周部19a上设有加大质量的质量附加部28。

Description

直线驱动装置

技术领域

本发明是一种相关使移动体进行直线移动的直线驱动装置。

背景技术

在JP2008-259345日本专利中，公开了一种直线驱动装置，其中重叠固定弹性金属制振动子于压电元件上的振动部材，其振动部材上固定有驱动轴的基端，通过驱动轴在轴方向上的振动，会使与驱动轴摩擦接触的移动体作直线移动。

对于近年来的此种直线驱动装置，通常不改变驱动电力大小和压电元件特性，而是要求提高驱动扭矩。

出于前述要求，发明者们根据研究和试验结果判明，由压电元件和振动子所构造的振动部材中，作用于驱动轴的振动扭矩须依存于受到压电元件伸缩后会产生弹性形变的振动子。

由于振动，作用于驱动轴的扭矩F一般由F＝ma求得。这里的m代表质量，a代表加速度。

因此，如把振动子质量作为m，由于加速度a是振动子在发生弹性形变时的加速度，所以只需加大振动子的质量，便可提高作用于驱动轴上的振动子扭矩。

这种情况下，一般会考虑用增加振动子厚度的方式来加大振动子的质量，但振动子的厚度增加会导致振动子弹性减弱的不良情况产生。

另外，如果增大振动子的面积，会产生振动部材大型化的问题。

发明内容

因此，本发明是以提供一种小型化的直线驱动装置、照相装置及附带照相功能的手机为目的，它无需改变驱动电力的大小和压电元件特性就能实现对驱动扭矩的提高。

本发明的直线驱动装置：它具有振动部材和固定基端于振动部材中的驱动轴。根据振动部材的振动，驱动轴沿轴线方向进行振动，移动体与驱动轴相摩擦接触作直线移动。在这样的直线驱动装置中，振动部材具有通电后会伸缩的压电元件和拥有弹性的金属制振动子。振动子叠加固定板面于压电元件的同时，驱动轴的基端通过振动子的中央位置固定于振动子和压电元件上，振动子的外周部设置质量加大的质量附加部。

因为振动子上设置着质量附加部，所以无需改变压电元件特性和增加驱动电力，就可以提高振动部材的驱动扭矩。

由于质量附加部设置在振动子的外周部上，振动子不会影响到主要会弹性形变的中央部的弹性，而可增加振动子的质量，提高振动部材的驱动扭矩。

由于没有增加振动子的面积，所以即使振动扭矩增大，振动部也不会变得大型化。

所述直线驱动装置，其中，质量附加部为振动子轮廓相同形状的框体部材，框体部材固定在振动子的外周面上。在起到前述的作用效果同时，由于振动子上固定了框体部材，后附的振动子就能容易制造。另外，所需增加的质量也较容易调整。

所述直线驱动装置，其中，质量附加部为振动子外周部厚度加厚的肉厚增加部。在起到前述作用效果同时，由于仅改变了振动子外周部厚度，所以无需增加部品点数，就可以提高振动子的质量。

所述直线驱动装置，其中，质量附加部质量为振动子质量的5％至15％之间。在起到前述记载到的作用效果同时，根据实验结果，增加质量在5％至15％之间时，能够有效增强扭矩。

附图说明

图1为本发明的第1实施例的直线驱动装置构造的示意图，其中(a)为纵截面图。(b)为驱动轴的顶端侧的平面图。

图2为所示图1直线驱动装置的作用示意图。

图3为在图1直线驱动装置中，振动子外周部增加的质量与作用于驱动轴上的增强扭矩之间的关系示意图。

图4为与本实施例相关的照相构造的纵截面示意图。

图5为图4的A-A截面示意图。

图6为本发明的第2实施例的直线驱动构造纵截面示意图。

图7为第3实施例直线驱动构造纵截面示意图。

前述图中：

3  变焦镜头座(移动体)

5  对焦镜头座(移动体)

7  变焦镜头座驱动装置(直线驱动装置)

9  对焦镜头座驱动装置(直线驱动装置)

17 振动部材

19 振动子

21 变焦镜头座的驱动轴(驱动轴)

22 对焦镜头座的驱动轴(驱动轴)

23、23a、23b  压电元件

28 框体部材(质量附加部)

29a、29b 质量附加部

具体实施方式

以下参考附件图纸对本发明的实施例进行说明。首先，参考图1至图5对本发明的第1实施例进行说明。相关第1实施例的直线驱动装置是一种组装于手机中的，对附带的光学变焦镜头和自动对焦照相装置1的镜头进行驱动的直线驱动装置7。

照相装置1如图4所示，在框体2内，有变焦镜头座(移动体)3、对焦镜头座5(移动体)、驱动变焦镜头座3的变焦镜头座驱动装置(直线驱动装置)7、驱动对焦镜头座5的对焦镜头座驱动装置(直线驱动装置)9、设有影像传感器11的基板4。再则，如图5所示，在框体2内，设有检测出变焦镜头座3位置的变焦镜头位置测出装置43和检测出对焦镜头座5位置的对焦镜头位置测出装置45。

变焦镜头座3保持有光学变焦镜头14、对焦镜头座5保持有对焦镜头16。光学变焦镜头14和对焦镜头16在同一光轴O上，在光轴O上的成像位置设有影像传感器11。再则，框体2上的被摄体侧镜头18和成像体侧镜头20同变焦镜头14和对焦镜头16的光轴O一致。并且，本实施的形态中，被摄体是在光学变焦镜头的远距侧，成像侧在光学镜头的放大侧。

由于变焦镜头驱动装置(直线驱动装置)7和对焦镜头驱动装置(直线驱动装置)9构造略同，所以在说明变焦镜头驱动装置7之后，对对焦镜头装置9相同效果部分就用同一符号进行省略说明。

变焦镜头驱动装置7由固定于框体2的基底部2a上的振动部材17和配置于光轴方向的驱动轴21(22)所构成。驱动轴21(22)的基端固定在振动部材17上。

如图1所示，振动部材17是由压电元件23和被接着固定于压电元件23的被摄体侧面(驱动轴侧面)的振动子19所构成。

压电元件23呈平视矩形图，在压电元件23上形成有振动子19对侧面的电极层，连接有电源控制部27的端子，压电元件的厚度约是0.25mm。

振动子19呈与压电元件23略同尺寸的平视矩形图(参照图1(b))，被重叠接着固定于压电元件23上。振动子19是富有弹性的金属制板，在本实施例中，它是一种整体厚度(约0.25mm)略为均一的铜板，电源控制部27的端子被连接于此振动子19上。

驱动轴21的基端被接着固定于振动子19的内周侧略中央部。在驱动轴21侧的面上，四角环形状的框部材(质量附加部)28重叠接着固定于外周部19a上。框体部材28是与振动子19相同材质一定厚度的铜制材，其质量约是振动子19质量的10％。

如图4所示，驱动轴21的顶端部插通固定于框体2中的保持具41a，保持于框体2中，振动部材17也由于保持具41b的缘故而保持于框体2中。

在变焦镜头座3的一端部设有与驱动轴21相压接的树脂制或金属制的压接部51。如图5所示，压接部51在围绕驱动轴21的一侧形成有开口部53，开口部53可根据螺丝55调整开口部53的间隙，以此随意调整压接部51和驱动轴21之间的摩擦(压接力)。另外，不设定螺丝55，我们可利用压接部51的弹性，也可以预设摩擦，也可以使螺丝当接于驱动轴21上进行压接。

压接部51的内周面的截断面为多角形，本实施例为四角形孔，截断面与圆形驱动轴21在内周面上呈点接触。像这样由于点接触，在驱动轴21和变焦透镜座3的压接部51之间摩擦所产生的粉尘等可以逃逸到非接触位置，从而可提高驱动的性赖性。

变焦镜头座3的另一端部与对焦镜头座5的驱动轴22之间设有系合部33，系合部33系合支撑于对焦镜头座的驱动轴22上，对变焦镜头座3的移动进行导向。系合部33的横截面略呈U字形，对焦镜头座5的驱动轴22被插通于U字形内。

对焦镜头座5与变焦镜头座3构造相同，对焦镜头座5的驱动轴22同变焦镜头座3的驱动轴21那样固定基端于振动部材17上。

接下来，对检测出变焦镜头座3位置的变焦镜头位置测出装置43和检测出光学对焦镜头座5位置的对焦镜头位置测出装置45进行说明。变焦镜头位置测出装置43和对焦镜头位置测出装置45的构造相同，由各自沿着镜头光轴O方向交互配置不同磁极(S极和N极)的磁极部材57和检测出磁场强度的MR传感器59所构造。MR传感器59被固定于各座架3、5上，随各座架3、5进行移动的同时，能检测出从各座的基准位置(或者初期位置)开始的移动量及移动方向。各MR传感器59的位置信息信号通过挠性配线板60被传达到位置控制部。

接下来，对第1实施例的作用及效果进行说明。在本实施例中，移动变焦镜头座3通过光学变焦改变倍率，移动对焦镜头座5调适焦距。

变焦镜头座3向远距侧(被摄体)移动时，振动部材17的压电元件23得到一定脉冲的电流，通过振动子19使压电元件23产生伸缩上的增幅进行振动。从图2所示(a)状态来看，如压电元件23被供给上脉冲电流后，如图2(b)所示，压电元件23就会变形向前侧突出，驱动轴21就会朝前移动h个尺寸，由于变焦镜头座3通过压接部51与驱动轴21之间产生出摩擦力，所以就会向前侧移动。接下来，如图2(c)所示，压电元件23一旦收缩，振动子19就会产生弹性形变，由于反斥力的作用，就会迅速产生一股回复位的惯性力，从而变形成凹状后迅速向后移动h个尺寸。按此动作反复进行，变焦镜头座3就会沿着驱动轴21前进。

供向振动部材17的电流，电压有几十伏V和频率有几十KHZ，可以实现顺畅移动。

在此，第一实施例中质量可作种种改变的框体部材28固定于振动子19上，振动子19的增加质量与驱动轴21所受扭矩之间，其关系的测定结果如图3所示。实验结果表明，当质量增加到振动子19质量的约10％时，其增强扭矩为最大。当增加的质量超过10％时，其增强扭矩会递减。这显示一旦质量增加到一定值以上时，会对振动子19的弹性产生影响，可以认为这是由于在弹性形变时振动子加速度降低的缘故。

在本实验中，图3很清楚的显示了，所要增加的质量与所得的增强扭矩的关系来看，最好在5％至15％之间，8％至12％为更好。

同样，当变焦镜头座3向放大侧(成像侧)移动时，给振动部材17的压电元件23提供一个反向脉冲电流时，由于振动子19振动增幅产生振动，变焦镜头座3会向后退。

另外，对焦镜头座5的驱动也同变焦镜头座3那样，向振动部材17供给一定脉冲电流时，会使得变焦镜头座5沿其驱动轴22向前或后退。

根据第1实施例，仅加大振动子19的质量，无须改变压电元件23的特性和加大驱动电力，便可以提高变焦镜头座驱动装置(直线驱动装置)7及对焦镜头座驱动装置(直线驱动装置)的驱动扭矩。

由于振动子19的外周部19a的质量也比中央部来得大，所以振动子19几乎不对主要产生弹性形变的中央部弹性产生影响，而能通过加大振动子的质量来提高驱动扭矩。

况且，由于没有增加振动子19的面积，所以即便增大振动扭矩，振动部材17也不会变得大型化。

在振动子19中，因为仅固定了框体部材28，所以后附内容在现成的振动子19上容易制作。另外，框体部材28为切削加工，事先多准备几种不同质量的振动子19，那么对所需质量容易作出调整。

另外，由于可对驱动轴21、22的驱动扭矩进行增强，就能够做到驱动比以往更大型的镜头(变焦镜头和对焦镜头)，无需大型化而只要采用较大型的镜头，就能提高相机画质、增大镜头倍率。

在增强作用于驱动轴21、22的驱动扭矩后，变焦镜头座(移动体)3及对焦镜头座(移动体)5的移动速度即便加快，由于位置检测手段43、45是沿着光轴O方向的磁极部材上进行配置，是通过镜头座3、5一起移动的MR传感器59来检测出的，所以能够连续且精确测出各镜头座3、5的位置，赋予良好的位置控制能力。

以下是本发明的其它实施例说明，对于以下要讲到的实施例如与上述的第1实施例相同作用效果部分盖用同一符号表示，其部分不作详细说明。以下将说明与第1实施例主要不同的地方。

参考图6对本发明的第2实施例进行说明。此第2实施例中涉及到振动部材17，由于振动子19的外周部19a的厚度增厚，设置质量附加部29后，外周部19a的质量得以加大。另外，此第2实施例中，驱动轴21的基端被接着固定于压电元件23上。

根据此第2实施例内容，在与上述第1实施例起相同作用效果的同时，由于振动子19上附加质量的质量附加部29同振动子一体成型，所以与上述第1实施例的对框体部材28进行接着的场合相比较，有部品点数减少且容易组装的好处。

参照图7，对本发明的第3实施例进行说明。此第3实施例中为能让振动子19从驱动轴21的轴方向两侧夹住，配置有2个压电元件23a、23b。使振动子19的外周部19a分别突出设置于驱动轴的轴方向两侧，这样就形成了质量附加部29a、29b。另外，此第3实施例的驱动轴21的基端也是被接着固定于压电元件23a上的。

根据此第3实施例，在起到与上述第2实施例相同作用效果的同时，在一个压电元件23a和另一个压电元件23b上，同时附加不同方向的脉冲电力，可以得到比第1实施例更大的振动振幅。

另外，质量附加部29a、29b兼作决定压电元件23a、23b收藏位置的定位部，所以容易组装。

本发明并非仅限上述实施例，只要不脱离本发明的要旨可作种种变动可能。

例如，压电元件23、23a、23b及振动子19不一定要做成平视四角形，平视圆形或6角形等的多角形，形状可不限定。

框体部材28和质量附加部29、29a、29b不一定要在振动子19的外周的周方向上作连续设定，在周方向上也可空出一定间隔设定。

在第1实施例中，框体部材28也可选用与振动子19不同的材质。

在第1实施例中，也可以在振动子19的中央部形成孔后，驱动轴21插通于振动子19的孔中，把驱动轴的基端固定于压电元件23上。

在第一实施例中，振动子19的外周部也可超出压电元件23的外周。

Claims (4)

1.一种直线驱动装置，具有振动部材和固定基端于振动部材上的驱动轴，根据振动部材的振动，驱动轴在轴线方向进行振动，在驱动轴上摩擦接触的移动体作直线移动，在该直线驱动装置中，振动部材具有通电后可伸缩的压电元件和拥有弹性的金属板制的振动子，振动子重叠固定于压电元件上的同时，驱动轴的基端通过振动子的中央位置固定在振动子或压电元件上，振动子的外周部上设有加大质量的质量附加部。

2.如权利要求1中所述的直线驱动装置，其特征在于：质量附加部是同振动子相同轮廓形状的框体部材，框体部材固定于振动子的外周面上。

3.如权利要求1中所述的直线驱动装置，其特征在于：质量附加部是把振动子的外周部的厚度加厚的肉厚增加部。

4.如权利要求1至3任一项所述的直线驱动装置，其特征在于：质量附加部质量为振动子质量的5％至15％。

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