CN1913328B

CN1913328B - 驱动器

Info

Publication number: CN1913328B
Application number: CN2006101149023A
Authority: CN
Inventors: 佐佐木龙太; 真锅充雄; 佐藤清人
Original assignee: Fujinon Corp
Current assignee: Fujinon Corp
Priority date: 2005-08-12
Filing date: 2006-08-09
Publication date: 2010-11-03
Anticipated expiration: 2026-08-09
Also published as: US7365914B2; EP1753043A2; CN1913328A; EP1753043A3; US20070036532A1; JP2007049873A

Abstract

提供一种通过用弹性支承部件支承压电元件的后端面，并且将该弹性支承部件保持为弹性变形的状态，而进行稳定的驱动控制，且，可以小型化的驱动器。驱动器(34)具备：固定框(40)；压电元件(42)；安装在压电元件(42)的端面(42A)的驱动轴(44)；和与驱动轴(44)卡合的被驱动部件(46)，进而，具备：安装金属件(48)，其安装于压电元件(42)的端面(42B)，且可以相对于固定框(40)变位地支承端面(42B)；和按压部件(60)，其按压安装金属件(48)而将其保持为弹性变形的状态。

Description

驱动器

技术领域

本发明涉及驱动器，尤其涉及搭载于数码相机或便携式电话机等小型精密设备，并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驱动轴，压电元件的另一方侧固定于装置主体。在驱动轴上滑动自如地支承有镜筒，镜筒利用板簧的推顶力与驱动轴摩擦卡合。对压电元件外加具有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，若压电元件平缓地变形，则镜筒与驱动轴一同移动。相反地，若压电元件快速地变形，则镜筒因其质量的惯性而停止在相同的位置。因此通过对压电元件反复外加具有大致锯齿状的波形的驱动脉冲，能够使镜筒以细小的节距间歇地移动。

但是，就专利文献1的驱动器而言，因为压电元件频繁地引起共振，压电元件或驱动轴因该共振而产生与变位方向不同的横摆或扭转，所以存在被驱动部件不在变位方向上正确地移动的问题。因此，专利文献1的驱动器存在相对于驱动频率的驱动量不稳定的问题。

[专利文献1]特许第2633066号

作为解决所述问题的方法，可以考虑可以变位地支承压电元件的另一方侧，并且在压电元件的另一方侧安装锤的方法。

然而，就该方法而言，若锤的重量小，则被驱动部件的移动距离、移动速度、及推力不足，所以需要利用重量大的锤，从而存在装置大型化的问题。尤其，在移动如变焦透镜那样的移动距离大的被驱动部件的情况下，需要使用重量非常大的锤，从而存在装置大型化的问题。

发明内容

本发明正是鉴于以上的事实而作出的，其目的在于提供一种能够进行稳定的驱动控制，且，能够小型化的驱动器。

为了达到所述目的，第一发明提供一种驱动器，其具备：机电变换元件；驱动摩擦部件，其安装于该机电变换元件的伸缩方向的一方侧；和被驱动部件，其与该驱动摩擦部件摩擦卡合，该驱动器的特征在于，具备：弹性支承部件，其安装于所述机电变换元件的伸缩方向的另一方侧，且可以相对于固定框变位地支承该另一方侧；和按压部件，其通过在所述伸缩方向上按压该弹性支承部件而将所述弹性支承部件保持为弹性变形的状态。

本发明的发明者认识到，通过经由弹性支承部件而支承机电变换元件的另一方侧，并且保持为已使弹性支承部件弹性变形的状态，可以得到与在机电变换元件的另一方侧安装有大的锤的情况同样的效果，即，可以提高被驱动部件的移动距离、移动速度、及推力。

第一发明正是鉴于以上的事实而作出的，因为以弹性变形的状态保持弹性支承部件，所以可以提高被驱动部件的移动距离、移动速度、及推力。进而，根据第一发明，因为只按压弹性支承部件，所以与设置有大的锤的情况相比，可以实现装置的小型化。

第二发明的驱动器，在第一发明中，其特征在于，所述按压部件与所述固定框一体地形成。因此，根据第二发明，能够减少零件数目，并且可以使装置更加小型化。

第三发明的驱动器，在第一发明中，其特征在于，所述按压部件是与所述固定框螺合的调整螺纹件，并由该调整螺纹件的前端按压所述弹性支承部件。根据第三发明，通过调整螺纹件的紧固状态，可以调整按压力。

第四发明的驱动器，在第一至第三发明中的任一项中，其特征在于，所述弹性支承部件是具有弹性的板部件，其两端部支承于所述固定框，并且所述机电变换元件的后端面固定在中央部。

第五发明的驱动器，在第一至第四发明中的任一项中，其特征在于，在所述被驱动部件安装有变焦透镜的保持框。

(发明效果)

根据本发明的驱动器，因为经由弹性支承部件而支承机电变换元件的另一方侧，并且将该弹性支承部件保持为弹性变形的状态，所以可以在不使用大的锤部件的条件下提高被驱动部件的移动距离、移动速度、及推力。由此，可以进行稳定的驱动控制，且，可以使装置小型化。

附图说明

图1是表示应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是从与图2不同的方向观察而得到的透镜装置的立体图；

图4是示意地表示第1实施方式的驱动器的结构的图；

图5是表示驱动轴和连结块的连结部分的截面图；

图6是外加于压电元件的电压的驱动脉冲的例的图；

图7是示意地表示第2实施方式的驱动器的结构的图；

图8是表示比较例的驱动器的结构的图。

图中，10—透镜装置；12—主体；14、16—变焦透镜(组)；20—保持框；34、36—驱动器；40—固定框；42—压电元件；44—驱动轴；46—连结块；48—安装金属件；52—第1滑动部件；54—第2滑动部件；56—压紧弹簧；58—锤部件；60—按压部件。

具体实施方式

以下，参照附图详细地说明本发明的驱动器的优选实施方式。

图1是表示应用了本发明的驱动器的透镜装置10的立体图，图2、图3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主体12，在该主体12的内部具备如图2、图3所示的变焦透镜(组)14、16。变焦透镜(组)14、16，一方为变倍透镜，另一方为校正透镜。另外，变焦透镜(组)14、16分别保持于保持框18、20，该保持框18、20被两根导向轴22、24在光轴P方向上滑动自如地支承。两根导向轴22、24配置在主体12内的对角位置，且与光轴P平行地配置，并固定于主体12。

保持框18具备导向部26和卡合部28，该导向部26具有插穿导向轴22的插穿孔26A，该卡合部28具有卡合导向轴24的U状的槽28A。由此，保持框18被两根导向轴22、24导向，变焦透镜(组)14在光轴P方向上被移动自如地支承。同样，变焦透镜16的保持框20具备导向部30和卡合部32，该导向部30具有插穿导向轴24的插穿孔(未图示)，该卡合部32具有卡合导向轴22的U状的槽32A。由此，保持框20被两根导向轴22、24导向，变焦透镜(组)16在光轴P方向上被移动自如地支承。

变焦透镜(组)14、16分别由驱动器34、36在光轴P方向上驱动。驱动器34和驱动器36配置在主体12的相对的面。具体而言，在图1的主体12的上面配置变焦透镜(组)14用的驱动器34，在主体12的下面配置变焦透镜(组)16用的驱动器36。以下，对驱动器34进行说明，不过驱动器36也同样地构成。

再有，图1～3的符号72、74是检测保持框18或保持框20的位置的位置检测装置。位置检测装置72是反射型的光断续器，与一体形成于保持框18(或者保持框20)的板状的反射部78相对配置，且嵌入固定于主体12(参照图1)的开口部12A。在反射部78，在驱动方向上以一定间隔配置有多个反射体(未图示)。从而，通过从位置检测装置72向反射部78投光，接受其反射光，检测光量的变化，可以检测反射部78(即保持框18、20)的移动量。另一方面，位置检测装置74具有投光部74A和受光部74B，在该投光部74A和受光部74B之间插拔一体形成于保持框18(或者保持框20)的板状的遮光部76。因此，通过遮光部76插入于发光部74A和受光部74B之间而在受光部74B的光量发生变化，可以检测出遮光部76(即保持框18、20)已移动到规定的位置的情况。如此，通过用位置检测装置74检测保持框18、20的基准位置，且用位置检测装置72检测保持框18、20的移动量，可以正确地求出保持框18、20的位置。基于位置检测装置72、74的测定值，驱动控制驱动器34、36。

图4是表示驱动器34的结构的立体图。如同图表示，驱动器34主要包括固定框40、压电元件(相当于机电变换元件)42、驱动轴(相当于驱动摩擦部件)44、连结块(相当于被驱动部件)46、及安装金属件(相当于弹性支承部件)48，固定框40固定于图1的透镜装置10的主体12。

压电元件42在透镜装置10的光轴P方向(以下，称为驱动方向)上叠层构成，并通过外加电压而在驱动方向上变形(伸缩)。从而，通过外加电压，压电元件42的长度方向的端面42A、42B在驱动方向上变位。

在压电元件42的端面42A、42B中一方侧的端面42A固定驱动轴44的基端。驱动轴44形成为圆柱状，且配置为其中心轴成为驱动方向。另外，驱动轴44插穿于在固定框40形成的两个孔40A、40A而被导向，且在中心轴方向上被滑动自如地支承。驱动轴44的材使用牢固地复合了石墨结晶的石墨结晶复合体，例如碳石墨。

在驱动轴44上卡合有连结块46。连结块46连结于所述的变焦透镜14的保持框18，并与保持框18一同在光轴P方向(驱动方向)上被滑动自如地支承。另外，连结块46形成为矩形状，并在其四个各角部设置有突出到上方的突出部46A、46A…。

图5是连结块46和驱动轴44的连结部分的截面图。如同图所示，在连结块46和驱动轴44的连结部分设置有第1滑动部件52和第2滑动部件54。第1滑动部件52配置于驱动轴44的上侧，第2滑动部件54配置于驱动轴44的下侧。该第1滑动部件52及第2滑动部件54是为了稳定地得到连结块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2滑动部件54形成为V形状，并固定于连结块46。另一方面，第1滑动部件52形成为倒V形状，并配置在由连结块46的四个突出部46A、46A…包围的区域内。第1滑动部件52对应于连结块46的突出部46A、46A…而对各角部进行切口。由此，在将第1滑动部件52配置于由突出部46A、46A…包围的区域内时，防止第1滑动部件52从连结块46脱落。

在连结块46安装压紧弹簧56。压紧弹簧56通过弯曲金属板而构成，并通过将爪56A卡在连结块46的下部而安装于连结块46。另外，压紧弹簧56具有配置于第1滑动部件52的上侧的按压部56B，并用该按压部56B将第1滑动部件52推顶到下方。由此，驱动轴44成为被第1滑动部件52和第2滑动部件54夹压的状态，连结块46经由第1滑动部件52及第2滑动部件54与驱动轴44摩擦卡合。再有，连结块46和驱动轴44的摩擦力设定为，在对压电元件42外加电压变化平缓的驱动脉冲时，摩擦力比其驱动力大，且，在对压电元件42外加电压变化急剧的驱动脉冲时，摩擦力比其驱动力小。此时，摩擦力(滑动阻力)优选是10gf以上30gf以下，更优选是15gf以上25gf以下。

如图4所示，由软性材料构成的锤部件58粘接固定在压电元件42的端面42B。锤部件58通过对端面42B赋予负荷而防止端面42B比端面42A更大地变位。从而，作为锤部件58，优选重量比驱动轴44大。另外，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，通过在该橡胶或树脂中混合用于提高比重的钨等的金属粉末而制造。为了小型化，锤部件58的比重优选尽可能高，例如设定为8～12左右。

锤部件58的压电元件42的相反侧粘接于安装金属件48。安装金属件48通过弯曲薄的金属板而形成为コ状，并在其两端的弯曲部分形成有开口部48B。安装金属件48通过使该开口部48B嵌合在固定框40的突起部40B而安装于固定框40。由此，压电元件42经由锤部件58、安装金属件48而支承于固定框40。

如此被支承的压电元件42还被支承为端面42B可以在驱动方向上变位。即，通过软性的锤部件58膨胀、收缩，或安装金属件48弯曲，压电元件42的端面42B能够在驱动方向上变位。

按压部件60设置在安装金属件48的后方。按压部件60一体地形成在透镜镜筒10的主体12，且配置为与安装金属件48面接触而将安装金属件48按压到前方(即，压电元件42侧)。由此，安装金属件48保持为稍微(例如，0.1mm左右)弹性变形到前方的状态。再有，按压部件60的形状并不特别地限定，例如，也可以形成为半球状，从而与安装金属件48点接触。另外，按压部件60的按压位置优选在驱动轴44的中心轴的延长线上。

对所述的压电元件42外加如图6(A)、图6(B)所示的驱动脉冲的电压。图6(A)是在左方向上移动图4的连结块46时的驱动脉冲，图6(B)是在右方向上移动图4的连结块46时的驱动脉冲。

在图6(A)的情况下，对压电元件42外加大致锯齿状的驱动脉冲，该大致锯齿状的驱动脉冲从时刻α1至时刻α2平缓地上升，在时刻α3急剧下降。因此，从时刻α1至时刻α2，压电元件42平缓地伸长。此时，因为驱动轴44以平缓的速度移动，所以连结块46与驱动轴44一同移动。由此，可以在左方向上移动图4的连结块46。在时刻α3，因为压电元件42急剧收缩，所以驱动轴44在右方向上移动。此时，因为驱动轴44急剧移动，所以连结块46因惯性而停止在其位置，在该状态下，只有驱动轴44移动。因此，通过反复外加如图6(A)所示的锯齿状的驱动脉冲，图4的连结块46反复进行向左方向的移动和停止，所以可以在左方向上移动。

在图6(B)的情况下，对压电元件42外加大致锯齿状的驱动脉冲，该大致锯齿状的驱动脉冲从时刻β1至时刻β2平缓地下降，在时刻β3急剧上升。因此，从时刻β1至时刻β2，压电元件42平缓地收缩。此时，因驱动轴44平缓地变位，所以连结块46与驱动轴44一同移动。由此，可以在右方向上移动图4的连结块46。在时刻β3，压电元件42急剧伸长，驱动轴44在左方向上移动。此时，因为驱动轴44急剧移动，所以连结块46因惯性而停止在其位置，在该状态下，只有驱动轴44移动。因此通过反复外加如图6(B)所示的锯齿状的驱动脉冲，图4的连结块46反复进行向右方向的移动和停止，所以可以在右方向上移动。

接着，说明如上所述构成的驱动器34的作用。

因为变焦透镜(组)14、16比聚焦透镜等移动量大，所以驱动轴44变长，从而存在压电元件42的振动难以传递到驱动轴44的前端的问题。以往，为了解决这样的问题，如图8所示，需要安装重量大的大型的锤部件64。因此，以往的透镜装置随着连结块46的移动距离变长，而需要大的锤，所以存在装置大型化的问题。

相对于此，在如图4所示的本实施方式中，通过在安装金属件48的后方设置按压部件60，并用该按压部件60按压安装金属件48，安装金属件48保持为弹性变形的状态。根据这种结构，利用安装金属件48的弹力可以得到与图8所示的情况(即，在压电元件42的端面42B安装有大的锤部件64的情况)同样的效果。也就是说，即使在连结块46的移动距离、移动速度、及推力提高，连结块46的移动量大的情况下，也可以进行稳定的驱动控制。

另外，根据本实施方式，因为只由按压部件60按压安装金属件48，所以与安装有大的锤部件64的情况相比可以实现装置的小型化。尤其在本实施方式中，因为将按压部件60与主体12一体地形成，所以可以减少零件数目，并且实现装置的小型化。

接着，说明本发明的驱动器的第2实施方式。如图7所示的第2实施方式的驱动器在安装金属件48的后方设置有调整螺纹件62。调整螺纹件62与透镜装置10的主体12螺合，且其前端按压安装金属件48。另外，调整螺纹件62配置在驱动轴44的中心轴的延长线上，且在驱动方向上按压安装金属件48。

根据如上所述构成的第2实施方式，因为通过调整螺纹件62按压安装金属件48而将其保持为弹性变形的状态，所以可以提高连结块46的移动距离、移动速度、及推力。

另外，根据第2实施方式，通过调节调整螺纹件62的紧固量，可以容易地调整按压力。因此，可以将连结块46的移动距离、移动速度、及推力调节为适当的值。

再有，所述的实施方式经由具有弹性的安装金属件48而支承有压电元件42，但是只要是具有弹力的部件即可，例如也可以经由橡胶材等而支承压电元件42的后端面。在这种情况下，通过在驱动方向上按压橡胶材等而将其保持为弹性变形的状态，也可以得到所述的效果。

另外，作为本发明的驱动器的用途，可以应用于例如数码相机或便携式电话机等小型精密设备。尤其，便携式电话机需要用三V以下的低电压驱动，但是通过使用本发明的驱动器，可以用20kHz左右的高频驱动，并可以使保持框20以2mm/s以上的高速度移动。因此，即使是需要移动10mm左右的变焦透镜，也可以迅速地移动。另外，作为本发明的驱动器的用途，并不限定于移动聚焦透镜或变焦透镜等移动透镜的用途，还可以使用于移动CCD用途等。

再有，在本发明中锤部件58的材质并不限定于所述的软性材料，也可以使用硬性材料，但是使用软性材料有以下的优点。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、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，因压电元件42、驱动轴44、及锤部件58的结构的偏差而导致的影响减少，从而可以获得稳定的驱动力。另外，通过共振频率f₀降低，驱动频率f容易设定于f≤2^1/2·f₀的防振区域，共振的影响减少，从而可以获得稳定的驱动力。由此，因压电元件42的伸缩而产生的驱动力可靠地传递到被驱动部件，所以可以使被驱动部件在压电元件42的伸缩方向上正确地移动。进而，因为共振频率f₀减小，因共振而导致的影响减少，所以可以任意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，其具备：机电变换元件；驱动摩擦部件，其安装于该机电变换元件的伸缩方向的一方侧；被驱动部件，其与该驱动摩擦部件摩擦卡合，该驱动器的特征在于，具备：弹性支承部件，其安装于所述机电变换元件的伸缩方向的另一方侧，且可以相对于固定框变位地支承该另一方侧；按压部件，其通过在所述伸缩方向上按压该弹性支承部件而将所述弹性支承部件保持为弹性变形的状态。

2.根据权利要求1所述的驱动器，其特征在于，所述按压部件与所述固定框一体地形成。

3.根据权利要求1所述的驱动器，其特征在于，所述按压部件是与所述固定框螺合的调整螺纹件，并由该调整螺纹件的前端按压所述弹性支承部件。

4.根据权利要求1～3中的任一项所述的驱动器，其特征在于，所述弹性支承部件是具有弹性的板部件，其两端部支承于所述固定框，并且在所述弹性支承部件的端面粘接固定有由软性材料构成的锤部件，所述锤部件的与所述机电变换元件相反的一侧粘接所述弹性支承部件，且在所述锤部件的中央部固定所述机电变换元件的后端面。

5.根据权利要求1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。