CN1913326B

CN1913326B - 驱动器

Info

Publication number: CN1913326B
Application number: CN2006101087578A
Authority: CN
Inventors: 佐佐木龙太
Original assignee: Fujinon Corp
Current assignee: Fujinon Corp
Priority date: 2005-08-12
Filing date: 2006-08-10
Publication date: 2010-10-13
Anticipated expiration: 2026-08-10
Also published as: CN1913326A; JP2007049876A; US20070188894A1; US7679848B2; EP1753040A1

Abstract

本发明提供一种可以用共用的驱动摩擦部件及机电转换元件驱动多个被驱动部件的小型驱动器。驱动器(34)包括：压电元件(42)；安装于压电元件(42)的变位面(42A)的驱动轴(44)；摩擦配合于驱动轴(44)的连接件(46)、(47)；和个别地对连接件(46)、(47)施力的压紧弹簧(56)、(57)。压紧弹簧(56)、(57)由形状记忆合金构成，用加热装置(66)、(67)通电加热而变形、从而个别地调整施力。

Description

驱动器

技术领域

本发明涉及一种驱动器，尤其涉及搭载于数码相机或便携式电话等小型精密设备上，驱动变焦透镜的驱动器。

背景技术

作为数码相机等的透镜部的驱动装置，有使用了压电元件的驱动器。例如专利文献1的驱动器，在压电元件的一方侧固定安装驱动轴，压电元件的另一方侧被固定于装置本体。在驱动轴滑动自如地支承有镜筒，该镜筒利用板簧的施力摩擦配合于驱动轴。对压电元件施加形成为大致锯齿状的波形的驱动脉冲，压电元件在伸长方向和收缩方向以不同的速度变形。例如，若压电元件缓慢地变形，镜筒则与驱动轴一同移动。相反，若压电元件快速变形，镜筒则因其重量的惯性而停止在相同的位置上。因此，通过对压电元件反复施加形成为大致锯齿状的波形的驱动脉冲，能够使镜筒以细小的间距间歇地移动。

【专利文献1】日本专利第2633066号

但是，专利文献1的驱动器，对一个移动透镜需要一个驱动部件和一个被驱动部件，在具有多个移动透镜的透镜装置中，存在对应于移动透镜的数目驱动器的数目也随之增加的问题。所以，在具有多个移动透镜的透镜装置中会有大型化的问题。

发明内容

本发明是鉴于这种情况而提出的发明，其目的在于提供一种不但可以个别地驱动控制多个移动透镜、且小型的驱动器。

第一技术方案所述的发明为了达到上述目的，其特征在于，包括：一个压电元件；驱动摩擦部件，其安装于该压电元件的伸缩方向的一方侧；多个被驱动部件，其与该驱动摩擦部件摩擦配合；多个施力机构，其个别地对该多个被驱动部件施力而使其摩擦配合于所述驱动摩擦部件；和施力调整机构，其个别地调整该多个施力机构的施力，以使所述被驱动部件摩擦配合于所述驱动摩擦部件，或使所述被驱动部件和所述驱动摩擦部件之间的摩擦配合解除。

根据第一技术方案所述的发明，由于个别地对多个被驱动部件施力、并个别地调整其施力，因此能够以各自适当的移动距离、移动速度、及推力使各被驱动部件移动。因此，根据权利要求1的发明，由于可以用共用的驱动摩擦部件及压电元件驱动多个被驱动部件，从而可以减少驱动摩擦部件及压电元件的个数，并可以谋求装置的小型化及低成本化。

第二技术方案所述的发明的特征在于，在第一技术方案的发明中，具有：个别地检测所述多个被驱动部件的位置的位置检测机构；和根据该位置检测机构的检测值控制所述施力调整机构的控制机构。

根据第二技术方案所述的发明，由于根据各被驱动部件的位置来调整施力，所以可以根据各被驱动部件的位置适当地驱动各被驱动部件。

第三技术方案所述的发明的特征在于，在第一或第二技术方案的发明中，所述驱动摩擦部件在所述压电元件的伸缩方向上形成为长的棒状。本发明在驱动摩擦部件在压电元件的伸缩方向上形成为长的棒状的情况下特别有效。

第四技术方案所述的发明的特征在于，在第一至第三技术方案中的任一项的发明中，所述施力机构是由形状记忆合金构成的板簧，所述施力调整机构是对所述板簧通电来加热的加热装置。根据第四技术方案的发明，通过加热由形状记忆材料构成的板簧，可以使板簧的形状变化，从而可以调整施力。

第五技术方案所述的发明的特征在于，在第一至第四技术方案中的任一项的发明中，在所述被驱动部件安装有变焦透镜的保持框架。

第六技术方案所述的发明是一种透镜驱动装置，其特征在于包括第一技术方案所述的驱动器。

根据本发明的驱动器，通过个别地对多个被驱动部件施力并个别地调整该施力，可以用共用的驱动摩擦部件及压电元件驱动多个被驱动部件，所以，可以减少驱动摩擦部件及压电元件的个数，从而可以谋求装置的小型化及低成本化。

附图说明

图1是表示适用了本发明的驱动器的透镜装置的立体图；

图2是表示图1的透镜装置的内部结构的立体图；

图3是模式地表示驱动器的结构的图；

图4是表示驱动轴和连接件的连接部分的截面图；

图5是表示驱动轴和连接件的连接部分的截面图；

图6是表示对压电元件施加的电压的驱动脉冲的例子的图；

图7是表示反射部的结构的主视图；

图8是表示与图7不同的反射部的结构的主视图；

图9是表示滑动阻力和推力、移动速度的关系的图。

图中：

10-透镜装置；12-本体；14、16-变焦透镜(组)；18、20-保持框架；34-驱动器；40-固定框架；42-压电元件；44-驱动轴；46、47-连接件；48-安装托架；52、53-第一滑动部件；54-第二滑动部件；56、57-压紧弹簧；58-锤部件；66、67-加热装置；70-控制装置；72～75-位置检测装置

具体实施方式

以下，参照附图详细说明本发明的驱动器的最佳实施方式。

图1是表示适用了本发明的驱动器的透镜装置10的立体图，图2是表示其内部结构的立体图。

如图1所示，透镜装置10具有形成为大致矩形状的本体12，在该本体12的内部具备如图2所示的变焦透镜(组)14、16。变焦透镜(组)14、16的一方为变倍透镜，另一方为校正透镜。而且，变焦透镜(组)14、16分别被保持框架18、20保持，该保持框架18、20被两根导向轴22、24滑动自如地支承于光轴P方向。两根导向轴22、24，被配置在本体12内的对角位置且与光轴P平行，并且，被固定于本体12。

保持框架18具有导向部26和配合部28。该导向部26具有插通有导向轴22的插通孔26A，该配合部28具有配合有导向轴24的U形状的槽28A。由此，保持框架18被两根导向轴22、24引导，变焦透镜(组)14移动自如地被支承于光轴P方向。同样地，变焦透镜16的保持框架20具有导向部30和配合部32。该导向部30具有插通有导向轴24的插通孔(未图示)，该配合部32具有配合有导向轴22的U形状的槽32A。由此，保持框架20被两根导向轴22、24引导，变焦透镜(组)16移动自如地被支承于光轴P方向。

变焦透镜(组)14、16，被驱动器34在光轴P方向驱动。图3是表示驱动器34的结构的立体图。如该图所示，驱动器34主要是由固定框架40、压电元件(相当于机电转换元件)42、驱动轴(相当于驱动摩擦部件)44、连接件(相当于被驱动部件)46、47、安装托架48构成，固定框架40被固定于图1的透镜装置10的本体12。

压电元件42是层叠于透镜装置10的光轴P方向(以下称驱动方向)而构成的，并构成为通过施加电压而向驱动方向变形(伸缩)。因此，压电元件42通过施加电压，长度方向的端面42A、42B向驱动方向变位。

压电元件42的端面42A、42B之中，在一方侧的端面42A固定安装有驱动轴44的基端。在另一方侧的端面42B粘接而固定有由软性材料构成的锤部件58。

锤部件58防止：由于对端面42B给予负荷，使得端面42B比端面42A做更大的变位。因此，作为锤部件58，优选的是重量比驱动轴44大。而且，锤部件58使用杨氏模量比压电元件42及驱动轴44小的材料，例如由300MPa以下的材质构成。例如，锤部件58由聚氨酯橡胶或聚氨酯树脂等构成，在该橡胶或树脂中混合用于增加比重的钨等的金属粉末而制造。为了小型化，锤部件58的比重越高越好，例如设定在约为8～12。

在压电元件42的相反侧，锤部件58被粘接安装于安装托架48。安装托架48，通过使薄金属板弯曲而形成为“コ”状，在其两端的弯曲部分形成有开口部48B。安装托架48，通过将该开口部48B嵌合在固定框架40的突起部40B，而被安装于固定框架40。由此，压电元件42经由锤部件58、安装托架48而被支承于固定框架40。

如上述那样被支承的压电元件42的端面42B被支承为可以在驱动方向上变位。即，通过软性锤部件58膨胀、收缩，或者安装托架48挠曲，从而，压电元件42的端面42B可以在驱动方向上变位。

另一方面，固定安装于压电元件42的端面42A的驱动轴44形成为圆柱状，并被配置成其中心轴成为驱动方向。另外，驱动轴44插通于形成在固定框架40上的两个孔40A、40A而被引导，并滑动自如地被支承于中心轴方向。驱动轴44的材质使用，牢固地复合了石墨结晶的石墨结晶复合体、例如石墨碳。

在驱动轴44上配合有连接件46、47。连接件46连接于所述的变焦透镜14的保持框架18，并与保持框架18一同滑动自如地被支承于光轴P方向(驱动方向)。而且，连接件47连接于变焦透镜16的保持框架20，与保持框架20一同滑动自如地被支承于光轴P方向(驱动方向)。连接件46、47分别形成为矩形状，在其四个各角落部设置有向上方突出的突出部46A、46A…或47A、47A…。

图4、图5是连接件46和驱动轴44的连接部分的截面图。如这些图所示，在连接件46和驱动轴44的连接部分，设置有第一滑动部件52和第二滑动部件54。第一滑动部件52配置于驱动轴44的上侧，第二滑动部件54配置于驱动轴44的下侧。该第一滑动部件52及第二滑动部件54是为了稳定地得到连接件46和驱动轴44的摩擦力而设置的部件，例如由不锈钢构成。

第二滑动部件54形成为V形状，固定于连接件46。另一方面，第一滑动部件52形成为倒V形状，配置在由连接件46的四个突出部46A、46A…包围的区域内。第一滑动部件52的各角落部是配合于连接件46的突出部46A、46A…而形成切口的。由此，在将第一滑动部件52配置在被突出部46A、46A…包围的区域内时，防止第一滑动部件52从连接件46脱落。

在连接件46安装有压紧弹簧56。压紧弹簧56是通过使金属板弯曲而构成的，通过将爪56A挂钩在连接件46的下部而安装于连接件46。而且，压紧弹簧56具有被配置于第一滑动部件52的上侧的按压部56B，并构成为利用该按压部56B向下方对第一滑动部件52施力。由此，驱动轴44成为被夹压于第一滑动部件52和第二滑动部件54的状态，连接件46经由第一滑动部件52及第二滑动部件54摩擦配合于驱动轴44。另外，连接件46和驱动轴44的摩擦力被设定为，在对压电元件42施加了电压变化缓慢的驱动脉冲时、摩擦力比该驱动力大，且在对压电元件42施加了电压变化急剧的驱动脉冲时、摩擦力比该驱动力小。

压紧弹簧56与加热装置66电连接。即、压紧弹簧56的两端部分别与导线68、68连接，该导线68、68与加热装置66连接。加热装置66被构成为，通过施加规定的电压对压紧弹簧56通电，而加热压紧弹簧56。压紧弹簧56，如上所述由形状记忆合金构成，在加热到规定温度以上时，变形为所记忆的形状。具体地构成为，通过加热压紧弹簧56，如图4所示，按压部56B向下方下降，使得规定的摩擦力(滑动阻力)作用在第一滑动部件52和驱动轴44之间、及第二滑动部件54和驱动轴44之间。滑动阻力优选为10～30gf，更优选为15～25gf。

在压紧弹簧56的前端安装有偏压弹簧65。偏压弹簧65被安装于连接件56，对压紧弹簧56的前端向上方施力。因此，若停止对压紧弹簧56的通电，则如图5所示，压紧弹簧56放热并冷却，从而温度下降，同时因偏压弹簧65的施力压紧弹簧56的前端向上方退避。由此，解除第一滑动部件52和驱动轴44的摩擦配合、及第二滑动部件54和驱动轴44的摩擦配合。

另一方面，图3所示的连接件47和驱动轴44的连接结构构成为，与连接件46和驱动轴44的连接结构相同。即、具有第一滑动部件53和第二滑动部件(未图示)，经由该第一滑动部件53和第二滑动部件，驱动轴44和连接件47摩擦配合。而且，在连接件47安装有由形状记忆合金构成的压紧弹簧57，通过该压紧弹簧57，对第一滑动部件52向下方施力。压紧弹簧57与加热装置67电连接，该加热装置67通过对压紧弹簧57通电来加热压紧弹簧57。压紧弹簧57构成为，在被加热到规定温度以上时，其前端向下方下降，使得规定的摩擦力作用在第一滑动部件53和驱动轴44之间、及第二滑动部件和驱动轴44之间。而且，在压紧弹簧57的前端安装有偏压弹簧(未图示)，对压紧弹簧56的前端向上方施力。因此，若停止对压紧弹簧57的通电，则压紧弹簧57放热并冷却，从而温度下降到规定温度以下，因偏压弹簧的施力压紧弹簧57的前端向上方退避。由此，解除第一滑动部件52和驱动轴44、及第二滑动部件54和驱动轴44的摩擦配合。

另外，压紧弹簧56、57的记忆形状不限于上述的例子，例如、可以事先记忆其前端向上方退避了的形状，同时利用偏压弹簧对压紧弹簧56、57的前端向下方施力，而按压第一滑动部件52、53。此时，通过利用加热装置66加热压紧弹簧56、57，压紧弹簧56、57的前端向上方退避，而解除驱动轴44和第一滑动部件52、第二滑动部件54的摩擦配合。

上述的图3的加热装置66、67连接于控制装置70，通过该控制装置70控制压紧弹簧56、57的温度。控制装置70连接于位置检测装置72、73、74、75。位置检测装置72、74是检测保持框架18的位置的传感器，根据该检测值控制压紧弹簧56的温度。而且，位置检测装置73、75是检测保持框架20的位置的传感器，根据该检测值控制压紧弹簧57的温度。以下，对位置检测装置72、74进行说明，位置检测装置73、75也为同样的结构。

图2所示的位置检测装置72为反射型光遮断器，嵌入于本体12(参照图1)的开口部12A而被固定。该位置检测装置72，相对于板状的反射部78而配置，该板状的反射部78与保持框架18形成为一体。并且，位置检测装置72具有未图示的投光部和受光部，并构成为：从投光部向反射部78投光，同时在受光部接受在反射部78反射的反射光，从而检测其光量。

如图7所示，在反射部78，在驱动方向上以一定的间隔配置有多个反射体80、80…。从而，如果驱动驱动器34使反射部78向光轴P方向移动，则在位置检测装置72的受光部接受的光量发生变化，所以，可以检测出反射部78的移动量(即保持框架18的移动量)。此外，反射部78的结构并不限定于上述的实施方式，只要是在使反射部78向驱动方向移动时、反射量变化的结构即可。从而，例如图8所示，也可以设置三角形状的反射体82。

另一方面，位置检测装置74为透射型光反射器(photo reflector)，被固定于本体12(参照图1)。位置检测装置74的上部被分成两个部分，其中一方为投光部74A、另一方为受光部74B。而且，位置检测装置74构成为，投光部74A向受光部74B投光，在受光部74B接受该光，并检测其受光量。

受光部74A和投光部74B之间，插拔有与保持框架18形成为一体的板状的遮光部76。即、在驱动驱动器34使保持框架18在光轴P方向上移动时，遮光部76插拔于光遮断器74的投光部74A和受光部74B之间。由此，在受光部74B的受光量发生变化，可以检测出在投光部74A和受光部74B之间插入了遮光部76。从而，可以检测出保持框架18已移动到基准位置。

如上所述，通过用位置检测装置74检测保持框架18的基准位置、用位置检测装置72检测保持框架18的移动量，可以准确地求出保持框架18的位置。同样地，通过用位置检测装置75检测保持框架20的基准位置、用位置检测装置73检测保持框架20的移动量，可以准确地求出保持框架20的位置。

控制装置70，根据位置检测装置72、74的检测值(即、保持框架18或连接件46的位置)控制加热装置66，根据位置检测装置73、75的检测值(即、保持框架20或连接件47的位置)控制加热装置67。因此，通过根据连接件46的位置加热控制压紧弹簧56，可以使连接件46和驱动轴44摩擦配合、或解除其配合，同样地，通过根据连接件47的位置加热控制压紧弹簧57，可以使连接件47和驱动轴44摩擦配合、或解除其配合。

对上述的压电元件42，施加图6(A)、图6(B)所示的驱动脉冲的电压。图6(A)为使图3的连接件46、47向左方向移动时的驱动脉冲，图6(B)为使图3的连接件46、47向右方向移动时的驱动脉冲。

图6(A)的情况，对压电元件42施加大致锯齿状的驱动脉冲，该驱动脉冲，从时刻α1至时刻α2平缓地上升，在时刻α3急剧下降。因此，在从时刻α1至时刻α2，压电元件42缓慢地伸长。此时，由于驱动轴44以缓慢的速度移动，所以，连接件46与驱动轴44一同移动。由此，可以使图3的连接件46、47向左方向移动。在时刻α3，由于压电元件42急剧收缩，所以驱动轴44向右方向移动。此时，由于驱动轴44急剧移动，所以在连接件46因惯性而停止在该位置的状态下，只有驱动轴44移动。因此，通过反复施加如图6(A)所示的锯齿状的驱动脉冲，图3的连接件46、47反复向左方向的移动和停止，所以，可以使其向左方向移动。

图6(B)的情况，对压电元件42施加大致锯齿状的驱动脉冲，该驱动脉冲，从时刻β1至时刻β2缓慢地下降，在时刻β3急剧上升。因此，在从时刻β1至时刻β2，压电元件42缓慢地收缩。此时，由于驱动轴44缓慢地变位，所以，连接件46与驱动轴44一同移动。由此，可以使图3的连接件46、47向右方向移动。在时刻β3，压电元件42急剧伸长，驱动轴44向左方向移动。此时，由于驱动轴44急剧移动，所以，在连接件46因惯性而停止在该位置的状态下，只有驱动轴44移动。因此，通过反复施加如图6(B)所示的锯齿状的驱动脉冲，图3的连接件46、47反复向右方向的移动和停止，所以，可以使其向右方向移动。

接着说明如上述那样构成的驱动器34的作用。

本实施方式的驱动器34，可以同时驱动保持框架18、20；或个别地驱动保持框架18或20。例如，在同时驱动保持框架18、20时，用加热装置66、67加热压紧弹簧56、57，从而施加力。由此，由于连接件46、47以规定的摩擦力配合于驱动轴44，所以在对压电元件42施加了脉冲状的电压时，可以使连接件46、47沿着驱动轴44同时移动。

另外，在只驱动保持框架18时，用加热装置66加热压紧弹簧56，从而施加力。由此，由于连接件46以规定的摩擦力配合于驱动轴44，所以在对压电元件42施加了脉冲状的电压时，可以沿着驱动轴44只移动连接件46。此时，连接件47冷却，与驱动轴44的摩擦配合被解除，所以连接件47不会沿着驱动轴44移动，而可以只移动连接件46。

同样地，在只驱动保持框架20时，用加热装置67加热压紧弹簧57，从而施加力。由此，由于连接件47以规定的摩擦力配合于驱动轴，所以在对压电元件42施加了脉冲状的电压时，可以沿着驱动轴44只移动连接件47。此时，连接件46冷却，与驱动轴44的摩擦配合被解除，所以连接件46不会沿着驱动轴44移动，从而可以只移动连接件47。

如此，根据本实施方式，可以同时驱动保持框架18、20；或只驱动一方。因此，可以使变焦透镜(组)14、16分别移动至各自规定的位置上。

另外，本实施方式的驱动器34，可以利用一个压电元件42和驱动轴44移动两个连接件46、47。因此，可以减少压电元件42、44的个数，从而可以使驱动器34小型化。

此外，上述的实施方式，解除了不驱动的连接件46或47和驱动轴44的摩擦配合，但是，摩擦力(滑动阻力)只要脱离规定的范围(例如10gf以上30gf以下)即可。图9表示连接件46、47和驱动轴44的滑动阻力与、连接件46、47的推力、以及移动速度的关系。如该图所示，如果滑动阻力低于10gf，则连接件46、47的推力或移动速度变为零、而不移动。另外，如果滑动阻力高于30gf，则连接件46、47的推力或移动速度变为零、也不移动。于是，通过使不移动的连接件46、47的滑动阻力小于10gf、或大于30gf，可以使连接件46、47不移动而停止。相反地，移动的连接件46、47的滑动阻力设定为10gf以上30gf以下、更优选地设定为15gf以上25gf以下。由此，能够以适当的移动速度、推力移动连接件46、47。

另外，上述实施方式，设置了两个被驱动部件(连接件46、47)，但也可以设置三个以上的被驱动部件。

另外，在本发明中，锤部件58的材质并不限定于上述的软性材料，也可以使用硬性材料，但是，使用软性材料有以下好处。即，若使用由软性材料构成的锤部件58，则由压电元件42、驱动摩擦部件44以及锤部件58构成的系统的共振频率变低。通过共振频率变低，减少因压电元件42、驱动轴44、以及锤部件58的结构的不均匀而带来的影响，从而可以获得稳定的驱动力。而且，通过共振频率f₀变低，驱动频率f可以容易地设置于f≥2^1/2·f₀的防振领域，由此可以减少共振的影响从而获得稳定的驱动力。由此，由压电元件42的伸缩引起的驱动力，可靠地被传递到被驱动部件，所以，可以使被驱动部件准确地在压电元件42的伸缩方向上移动。进而，共振频率f₀变小而因共振带来的影响减少，所以可以任意地选择驱动器的支承位置或支承方法，例如可以在压电元件42的端面42A或侧面、驱动轴44的侧面或端面支承驱动器。

Claims

1.一种驱动器，其特征在于，

包括：

一个压电元件；

驱动摩擦部件，其安装于该压电元件的伸缩方向的一方侧；

多个被驱动部件，其与该驱动摩擦部件摩擦配合；

多个施力机构，其个别地对该多个被驱动部件施力而使其摩擦配合于所述驱动摩擦部件；和

施力调整机构，其个别地调整该多个施力机构的施力，以使所述被驱动部件摩擦配合于所述驱动摩擦部件，或使所述被驱动部件和所述驱动摩擦部件之间的摩擦配合解除。

2.根据权利要求1所述的驱动器，其特征在于，具有：

个别地检测所述多个被驱动部件的位置的位置检测机构；和根据该位置检测机构的检测值控制所述施力调整机构的控制机构。

3.根据权利要求1或2所述的驱动器，其特征在于，

所述驱动摩擦部件在所述压电元件的伸缩方向上形成为长的棒状。

4.根据权利要求1或2所述的驱动器，其特征在于，

所述施力机构是由形状记忆合金构成的板簧，所述施力调整机构是对所述板簧通电来加热的加热装置。

5.根据权利要求1或2所述的驱动器，其特征在于，

在所述被驱动部件安装有变焦透镜的保持框架。

6.一种透镜驱动装置，其特征在于，

其包括权利要求1所述的驱动器。