JP2009225654A - 位置検出機能を備えたピエゾアクチュエータシステム及びその方法 - Google Patents

Abstract

【課題】位置検出機能を備えたピエゾアクチュエータシステムを提供する。
【解決手段】位置検出機能を備えたピエゾアクチュエータシステムは、非可動ベース、ピエゾ材料、駆動軸、及び、可動部を具備している。非可動ベースは、駆動電圧を供給する駆動回路を有する。ピエゾ材料は非可動ベース上に固定され、かつ、駆動回路と電気的に接続されている。ピエゾ材料の長さは駆動電圧によって制御されている。駆動軸はピエゾ材料上に固定され、かつ、インピーダンス材料を有する少なくとも２つの導電部を有する。可動部は駆動軸上に配置され、かつ、導電材料から成るスペーサがその底部に取り付けられている。導電パスを形成するように、２つの導電部はスペーサと電気的に接続されている。駆動回路は導電パスのインピーダンスを検出して、可動部の地位を決定している。
【選択図】図３Ａ

Description

一般に、本発明は、位置検出機能を備えたピエゾアクチュエータシステム及びその方法に関し、特に、位置を検出するためにインピーダンス検出を使用するピエゾアクチュエータシステム及びその方法に関する。

ピエゾアクチュエータシステムは、対象物を動かす効果を達成するために、電圧を使用するアクチュエータシステムである。ピエゾ材料の製造誤差及び駆動偏位誤差を考慮すると、従来のピエゾアクチュエータシステムにポジショニングシステムが追加されなければならない。しかし、従来のポジショニングシステムはかさ容積を有し、それはピエゾアクチュエータシステム全体の小型化及び単純化を妨げている。その結果、従来のピエゾアクチュエータシステムは、カメラフォン(camera phone)のレンズモジュール又は薄いタイプの光学ディスクドライブのピックアップヘッドなどの小さなサイズの精密デバイスに適用することができない。

図１は、定常状態における従来のピエゾアクチュエータシステム１０の概略側面図である。図１Ａに示すように、従来のピエゾアクチュエータシステム１０は、非可動ベース(immovable base)１２、ピエゾ材料１４、駆動軸１６、及び可動オブジェクト(movable object)１８を具備している。ピエゾ材料１４は、非可動ベース１２上に固定され、かつ、ピエゾ材料１４の長さＬは、受信電圧に基づき変動している。即ち、ピエゾ材料１４は、受信電圧に基づき変形する。駆動軸１６は、ピエゾ材料１４上に固定され、かつ、ピエゾ材料１４の長さＬが変動すると、駆動軸１６の位置はそれに応じて変化する。図１Ａでは、駆動軸１６の位置はｘ_１である。可動オブジェクト１８は駆動軸１６上に配置されている。駆動軸１６がゆっくりと動く場合、可動オブジェクト１８は、その間の摩擦のために駆動軸１６に沿って動くことになる。しかし、駆動軸１６が速く動く場合、可動オブジェクト１８は、ニュートンの運動の第１法則（慣性の法則）に基づき、その元の位置に留まる。図１Ａでは、可動オブジェクト１８の位置はｘ_２である。

図１Ｂは、ゆっくりと昇圧する電圧がピエゾ材料１４に印加される場合の従来のピエゾアクチュエータシステム１０の概略側面図である。図１Ｂに示すように、ピエゾアクチュエータ１０が定常状態である場合に比べて、ピエゾ材料１４の長さＬがより長くなるように、ゆっくりと昇圧する電圧がピエゾ材料１４に印加されている。この時、駆動軸１６は、ピエゾ材料１４の長さＬの変動に起因して動いている。可動オブジェクト１８は、駆動軸１６に沿って、その間の摩擦のため、ｘ_２からｘ_３に動く。

図１Ｃは、迅速に降圧する電圧がピエゾ材料１４に印加される場合の従来のピエゾアクチュエータシステム１０の概略側面図である。図１Ｃに示すように、ピエゾ材料１４の長さＬが図１Ｂの状況に比べてより短くなるように、迅速に降圧する電圧がピエゾ材料１４に印加されている。ピエゾ材料１４の長さＬは、ピエゾアクチュエータシステムが定常状態の場合に取得された長さに迅速に変化するので、駆動軸１６は速く動く。この時、駆動軸１６の位置はｘ_１である。可動オブジェクト１８は、ニュートンの運動の第１法則に基づき、その元の位置、即ち、ｘ_３に留まる。上記のように、ゆっくりと昇圧する電圧を印加すること、及び、電圧を迅速に降圧することによって、可動オブジェクト１８を目標位置に動かすことができる。

しかし、ピエゾ材料の製造誤差及び駆動変位誤差を考慮すると、全てのピエゾアクチュエータシステムにポジショニングシステムが追加されなければならない。図２には、ホールセンサ２１を有するピエゾアクチュエータシステム２０の概略側面図が図示されている。ピエゾアクチュエータシステム２０は、ホールセンサ２１、非可動ベース２２、ピエゾ材料２４、駆動軸２６、可動オブジェクト２８、及び磁性体２５を具備している。磁性体２５は、可動オブジェクト２８上に配置され、かつ、磁石又は磁鉄鉱であってよい。非可動ベース２２は駆動回路２３を具備している。駆動回路２３は、ピエゾ材料２４及びホールセンサ２１に電圧を供給し、かつ、さらに、ホールセンサ２１の電圧変動を検出するために使用されている。ピエゾ材料２４は、駆動回路２３によって供給される電圧の影響によって変形する。

ホールセンサ２１は、可動オブジェクト２８上に配置された磁性体２５によって放出される磁力を検知している。可動オブジェクト２８が移動する時、ホールセンサ２１上に磁性体２５によって印加される磁力が変化し、その結果、ホールセンサ２１のキャリアの誘導電圧は、それに応じて変動する。駆動回路２３は、ホールセンサ２１の電圧変動を検出し、かつ、電圧変動に基づき可動オブジェクト２８の位置を決定する。それによって、ポジショニング及び位置検出機能が達成されている。

しかし、ホールセンサ２３及び磁性体２５を必要としているので、上記のピエゾアクチュエータシステム２０は、かさ容積があり、小型化要求にとって不利である。

したがって、本発明は、インピーダンス検出を使用して可動オブジェクトの位置を検出する、位置検出機能を備えたピエゾアクチュエータシステム及びその方法を志向している。従来のピエゾアクチュエータシステム及びその方法に比べて、本発明によって提供されるピエゾアクチュエータシステム及びその方法は、迅速な駆動、低雑音、省電力、小容量、使用回数がより多いなどの利点がある。

本発明は、位置検出機能を備えたピエゾアクチュエータシステムを提供し、それは、非可動ベース、ピエゾ材料、駆動軸及び可動部を具備している。前記非可動ベースは、駆動電圧を供給する駆動回路を有する。前記ピエゾ材料は、前記非可動ベース上に固定され、かつ、前記駆動回路と電気的に接続されている。前記ピエゾ材料の長さは、前記駆動電圧によって制御されている。前記駆動軸は、前記ピエゾ材料上に固定され、かつ、インピーダンス材料を有する少なくとも２つの導電部を有する。前記可動部は前記駆動軸上に配置され、かつ、その底部に取り付けられた導電材料からなるスペーサを有する。前記２つの導電部は、導電パスを形成するように、前記スペーサと電気的に接続されている。前記駆動回路は、前記導電パスのインピーダンスを検出して、前記可動部の位置を決定する。

本発明の１実施形態では、前記２つの導電部は、複数の抵抗、複数のインダクタ、又は、複数のキャパシタを具備している。

本発明の１実施形態では、前記駆動回路は、それに応じて前記可動部の位置を調整するように、前記可動部の位置に基づき前記駆動電圧を供給する。

本発明は、位置検出機能を備えたピエゾアクチュエータのための方法を提供し、その方法は以下のステップを具備している。（ａ）可動部及び駆動軸が供給される。前記可動部は、前記駆動軸上に配置され、その底部に取り付けられた導電材料からなるスペーサを有する。前記駆動軸は少なくとも２つの導電部を有する。前記２つの導電部及びスペーサは導電パスを形成する。（ｂ）前記可動部を動かすように、駆動電圧が供給されて、前記ピエゾ材料の長さが変化する。前記駆動軸は前記ピエゾ材料上に固定される。（ｃ）前記可動部の位置は、導電パスのインピーダンスに基づき決定される。

本発明の１実施形態では、前記２つの導電部は複数の抵抗、複数のインダクタ、又は、複数のキャパシタを具備している。

本発明の１実施形態では、位置検出機能を備えたピエゾアクチュエータのための方法は、（ｄ）前記可動部の位置を調整するように、前記可動部の位置に基づき駆動電圧を供給するステップをさらに具備する。

本発明では、少なくとも２つの導電部は、前記駆動軸上に配置されている。低い抵抗を備えたスペーサは、前記可動部の底部に取り付けられている。前記２つの導電部は、導電パスを形成するように、低い抵抗を備えた前記スペーサと電気的に接続されている。最終的には、前記導電パスの前記インピーダンスを検出することで、前記可動部の位置が取得される。したがって、従来のピエゾアクチュエータシステムに比べて、本発明は、迅速な駆動、低騒音、省電力、小容量、使用回数がより多いなどの利点を有する。したがって、本発明によって提供されるピエゾアクチュエータシステム及びその方法は、カメラフォンのレンズモジュール、又は、薄いタイプの光学ディスクドライブのピックアップヘッドに適用可能である。

前述及びその他の目的、本発明の特徴及び利点のために、分かりやすく、好ましい実施形態が図面を伴って以下に詳細に説明される。

添付図面は、本発明のさらなる理解を提供するために含まれて、かつ、組み込まれて本明細書の一部を構成している。図面は本発明の実施形態を図示して、説明とともに、本発明の原理の説明を行う。

ここで、本発明の本実施形態、即ち、添付図面に図示される実施例が、詳細に説明される。可能な限り、同一の参照番号が、同一又は類似部分を参照する図面及び説明に使用される。

軽量で薄型製品の傾向にあっては、本発明の実施形態によって提供されるピエゾアクチュエータシステムは、小さなサイズを有し、かつ、カメラフォンのレンズモジュール及び薄いタイプの光学ディスクドライブのピックアップヘッドに適用することができる。さらに、他の従来のピエゾアクチュエータシステムに比べて、本発明の実施形態によって提供されるピエゾアクチュエータシステムは、迅速な駆動、低雑音、省電力、使用回数がより多いなどの利点を有する。

図３Ａは、本発明の実施形態に基づく、ピエゾアクチュエータシステム３０の概略側面図である。図３Ａに示すように、位置検出機能を備えたピエゾアクチュエータシステム３０は、非可動ベース３２、ピエゾ材料３４、駆動軸３６、及び可動部３８を具備している。非可動ベース３２は、駆動電圧を供給する駆動回路３１を有する。ピエゾ材料３４は、非可動ベース３２上に固定され、かつ、駆動回路３４と電気的に接続されている。ピエゾ材料３４の長さは、駆動電圧によって制御される。駆動軸３６は、ピエゾ材料３４上に固定され、かつ、インピーダンス材料を有する少なくとも２つの導電部３５を有している（図３Ｂに示すとおり）。可動部３８は、駆動軸３６上に配置され、かつ、導電材料から成るスペーサ３３がその底部に取り付けられている。２つの導電部３５は、導電パスを形成するように、スペーサ３３と電気的に接続されている。駆動回路３１は、導電パスのインピーダンスを検出して、可動部３８の位置を決定する。

図３Ｂは、本発明の実施形態に基づく、ピエゾアクチュエータシステム３０の概略上面図である。図３Ｂに示すように、本実施形態では、２つの導電部３５は、スペーサ３３とともに（図３Ｂに図示せず、スペーサ３３は可動部３８の底部に配置されている）、導電パスを形成している。駆動回路３１は、導電パスのインピーダンスに基づいて可動部３８の位置を取得する。本実施形態によって提供されるピエゾアクチュエータシステム３０は、実装するのに単純かつ容易であって、複雑なポジショニングシステムを必要としない。このため、迅速な駆動、低雑音、省電力、小容量、実装が容易、使用回数がより多いなどの利点を有する。

図３Ｃは、２つの導電部３５及びスペーサ３３によって、電気的に形成された導電パスの等価回路図である。図３Ｃに示すように、導電部３５は、複数のインピードルＺの組み合わせと等価であってよい。本実施形態では、スペーサ３３は低い抵抗（ほぼゼロ）の導電材料からなり、その結果、スペーサ３３は鉛と同等のものでよい。図３Ｃでは、導電パスのインピーダンスが４Ｚであることを駆動回路３１が検出する場合、可動部３８は位置ｂにあることが既知である。同様に、可動部３８が位置ａにある場合、駆動回路３１によって検出されるインピーダンスは２Ｚである。可動部３８が位置ｃにある場合、駆動回路３１によって検出されるインピーダンスは６Ｚである。

加えて、導電パスのインピーダンスの検出を通じて、駆動回路３１はまた、可動部３８を所定の目標位置に動かすための駆動電圧を供給するか否かを決定することができる。例えば、ユーザが可動部３８を位置ｃに動かすことを意図する。しかし、可動部３８は、非定常駆動電圧又はピエゾ材料３４の処理変動に起因して単に位置ｂに動く。この時、駆動回路３１によって検出されるインピーダンスは４Ｚだけである。したがって、可動部３８を位置ｃに動かすように、駆動回路３１はピエゾ材料３４に駆動電圧をさらに供給する。

図３Ｄ乃至３Ｆは、インピードルＺが抵抗Ｒ、導体Ｌ及びキャパシタＣによってそれぞれ実施されている場合の等価回路図である。しかし、それは、本発明の範囲を限定することを意図しない。加えて、導電パスの電圧差を取得するために既知の基準電流を送ることを通じて、駆動回路３１は、駆動経路のインピーダンスを検出することができ、それによって、可動部３８の位置を取得する。

最後に、図４には、本発明の１実施形態に基づく位置検出機能を備えたピエゾアクチュエータのための方法の過程の概略図が図示されている。本方法は次のステップを具備している。（Ｓ４１）可動部及び駆動軸が形成される。可動部は駆動軸上に配置される。導電材料からなるスペーサが可動部の底部に取り付けられる。駆動軸は少なくとも２つの導電部を有し、かつ、２つの導電部及びスペーサは導電パスを形成する。（Ｓ４３）駆動電圧は、可動部を動かすように、ピエゾ材料の長さを変化するように供給される。駆動軸はピエゾ材料上に固定される。（Ｓ４５）可動部の位置は、導電パスのインピーダンスに基づき決定される。

さらに、可動部３８が目標位置に動いていなかった場合、本方法は、（Ｓ４７）可動部の位置を調整するように、可動部の位置に基づき駆動電圧を供給するステップをさらに具備する。したがって、ステップ４７を通じて、上記方法は、可動部３８を所定の目標位置に動かすことができる。

上記から分かるように、本発明の実施形態によって提供されるピエゾアクチュエータシステムは、インピーダンス検出を使用して可動部の位置を決定し、その結果、全体のシステムが単純であり、かつ、追加の複雑な回路を必要としない。したがって、本発明は、迅速な駆動、低雑音、省電力、小容量、実装が容易、使用回数がより多いなどの利点を有する。

当業者には、本発明の範囲又は趣旨から逸脱することなく、本発明の構造に多様な変更形態及びバリエーションがなされうることが明らかである。以上から分かるように、本発明は、本発明の変更形態及びバリエーションをカバーし、それらが添付の特許請求の範囲及びその同等物の範囲内であることを意図する。

図１Ａは、定常状態の従来のピエゾアクチュエータシステム１０の概略側面図である。 図１Ｂは、ゆっくりと増加する電圧がピエゾ材料１４に印加される場合の従来のピエゾアクチュエータシステム１０の概略側面図である。 図１Ｂは、迅速に降圧する電圧がピエゾ材料１４に印加される場合の従来のピエゾアクチュエータシステム１０の概略側面図である。 図２は、ホールセンサ２１を有するピエゾアクチュエータシステム２０の概略側面図である。 図３Ａは、本発明の１実施形態に基づくピエゾアクチュエータシステム３０の概略側面図である。 図３Ｂは、本発明の１実施形態に基づくピエゾアクチュエータシステム３０の概略上面図である。 図３Ｃは、導電パスが２つの導電部３５及びスペーサ３３によって電気的に形成された等価回路図である。 図３Ｄは、インピードルＺが抵抗Ｒ、インダクタＬ及びキャパシタＣによってそれぞれ実施される場合の等価回路図である。 図３Ｅは、インピードルＺが抵抗Ｒ、インダクタＬ及びキャパシタＣによってそれぞれ実施される場合の等価回路図である。 図３Ｆは、インピードルＺが抵抗Ｒ、インダクタＬ及びキャパシタＣによってそれぞれ実施される場合の等価回路図である。 図４は、本発明の実施形態に基づく位置検出機能を備えたピエゾアクチュエータのための方法の過程を図示するフローチャートである。

符号の説明

３０ ピエゾアクチュエータシステム
３１ 駆動回路
３２ 非可動ベース
３３ スペーサ
３４ ピエゾ材料
３５ 導電部
３６ 駆動軸
３８ 可動部

Claims (14)

1. 位置検出機能を備えたピエゾアクチュエータシステムであって、
   駆動電圧を供給する駆動回路を具備する非可動ベースと、
   前記非可動ベース上に固定され、かつ、前記駆動回路と電気的に接続されたピエゾ材料と、
   前記ピエゾ材料上に固定され、かつ、インピーダンス材料を有する少なくとも２つの導電部を具備する駆動軸と、
   前記駆動軸上に配置され、かつ、その底部に取り付けられた導電材料から成るスペーサを具備する可動部と
   を具備し、
   前記ピエゾ材料の長さは、前記駆動回路によって制御され、
   前記２つの電導部は、導電パスを形成するように、前記スペーサと電気的に接続され、かつ、前記駆動回路は、前記導電パスのインピーダンスを検出して、前記可動部の位置を決定する
   ことを特徴とする位置検出機能を備えたピエゾアクチュエータシステム。
2. 前記２つの導電部は、複数の抵抗
   を具備することを特徴とする請求項１に記載の位置検出機能を備えたピエゾアクチュエータシステム。
3. 前記２つの導電部は、複数のインダクタ
   を具備することを特徴とする請求項１に記載の位置検出機能を備えたピエゾアクチュエータシステム。
4. 前記２つの導電部は、複数のキャパシタ
   を具備することを特徴とする請求項１に記載の位置検出機能を備えたピエゾアクチュエータシステム。
5. 前記駆動回路は、前記可動部の位置を調整するように、前記可動部の位置に基づき、前記駆動電圧を供給する
   ことを特徴とする請求項１に記載の位置検出機能を備えたピエゾアクチュエータシステム。
6. 位置検出機能を備えた前記ピエゾアクチュエータシステムは、カメラフォンのレンズモジュール、又は、薄いタイプの光学ディスクドライブのピックアップヘッドに適用される
   ことを特徴とする請求項１に記載の位置検出機能を備えたピエゾアクチュエータシステム。
7. 前記駆動回路は、前記可動部の位置を取得する前記導電パスの前記インピーダンスを検出するように、既知の基準電流を送信して、前記導電パスの電圧差を取得する
   ことを特徴とする請求項１に記載の位置検出機能を備えたピエゾアクチュエータシステム。
8. 位置検出機能を備えたピエゾアクチュエータのための方法であって、
   可動部及び駆動軸を供給するステップと、
   前記可動部を動かすように、ピエゾ材料の長さを変化する駆動電圧を供給するステップと、
   導電パスのインピーダンスに基づき前記可動部の位置を決定するステップと
   を具備し、
   前記可動部は、前記駆動軸上に配置され、スペーサは、前記可動部の底部に取り付けられ、前記スペーサが導電材料からなり、かつ、前記駆動軸が少なくとも２つの導電部を具備し、
   前記２つの導電部は、導電パスを形成するように、前記スペーサと電気的に接続され、
   前記駆動軸は、前記ピエゾ材料上に固定される
   ことを特徴とする位置検出機能を備えたピエゾアクチュエータのための方法。
9. 前記２つの導電部は、複数の抵抗
   を具備することを特徴とする請求項８に記載の位置検出機能を備えたピエゾアクチュエータのための方法。
10. 前記２つの導電部は、複数のインダクタ
    を具備することを特徴とする請求項８に記載の位置検出機能を備えたピエゾアクチュエータのための方法。
11. 前記２つの導電部は、複数のキャパシタ
    を具備することを特徴とする請求項８に記載の位置検出機能を備えたピエゾアクチュエータのための方法。
12. 前記可動部の位置を調整するように、前記可動部の位置に基づき、駆動電圧を供給するステップ
    をさらに具備することを特徴とする請求項８に記載の位置検出機能を備えたピエゾアクチュエータのための方法。
13. 位置検出機能を備えた前記ピエゾアクチュエータのための方法は、カメラフォンのレンズモジュール、又は、薄いタイプの光学ディスクドライブのピックアップヘッドに適用可能である
    ことを特徴とする請求項８に記載の位置検出機能を備えたピエゾアクチュエータのための方法。
14. 前記駆動回路は、前記可動部の位置を取得する前記導電パスの前記インピーダンスを検出するように、既知の基準電流を送信して、前記導電パスの電圧差を取得する
    ことを特徴とする請求項８に記載の位置検出機能を備えたピエゾアクチュエータのための方法。

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